JP2024114016A - Separator for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、イオン液体電解液の濡れ性が良好な非水電解質二次電池用セパレータを提供する。【解決手段】本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、ポリオレフィンを含む多孔質膜を備える。前記多孔質膜は、細孔壁面又は細孔壁中に非イオン界面活性剤を有し、前記非イオン界面活性剤は、ポリエチレングリコールの繰り返し単位数が20以下であるポリエチレングリコール誘導体、ソルビタン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタン誘導体、グリセロール誘導体、又はポリオキシエチレングリセロール誘導体であり、前記非イオン界面活性剤の疎水基は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、飽和又は不飽和のアシル基、アルキルスルホニル基又はアルケニルスルホニル基若しくはこれらの官能基の組み合わせから構成される官能基であり、前記疎水基の炭素数は、4以上20以下である。【選択図】図1[Problem] The present invention provides a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery that has good wettability with an ionic liquid electrolyte. [Solution] The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a porous membrane containing polyolefin. The porous membrane has a non-ionic surfactant on the pore wall surface or in the pore wall, the non-ionic surfactant being a polyethylene glycol derivative having 20 or less repeating units of polyethylene glycol, a sorbitan derivative, a polyoxyethylene sorbitan derivative, a glycerol derivative, or a polyoxyethylene glycerol derivative, the hydrophobic group of the non-ionic surfactant being a functional group composed of an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a saturated or unsaturated acyl group, an alkylsulfonyl group, an alkenylsulfonyl group, or a combination of these functional groups, and the number of carbon atoms of the hydrophobic group is 4 or more and 20 or less. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、非水電解質二次電池用セパレータ及び非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery.

近年、非水電解質二次電池の普及が急速に拡大している。特にエネルギー密度が高いリチウムイオン電池は、スマートフォンやノートパソコンなどの小型電子機器のみならず、電気自動車や非常用電源などの大型装置にも搭載されている。
一般的なリチウムイオン電池では、セパレータとしてポリオレフィン多孔質膜が用いられる。この理由の1つとして、ポリオレフィン多孔質膜が優れたシャットダウン機能を備えることが挙げられる。シャットダウン機能とは、リチウムイオン電池が異常発熱した際にセパレータが軟化し、セパレータの空孔が閉塞することで正極-負極間のリチウムイオンの移動が遮断される機能である。ポリオレフィンは低温で軟化するため、ポリオレフィン多孔質膜は優れたシャットダウン機能を備えることができ、リチウムイオン電池の安全性を向上させることができる。
In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have become increasingly popular. In particular, lithium-ion batteries, which have a high energy density, are used not only in small electronic devices such as smartphones and laptops, but also in large devices such as electric vehicles and emergency power sources.
In general lithium-ion batteries, polyolefin porous membranes are used as separators. One of the reasons for this is that polyolefin porous membranes have an excellent shutdown function. The shutdown function is a function in which, when the lithium-ion battery generates abnormal heat, the separator softens and the pores in the separator are blocked, thereby blocking the movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. Since polyolefins soften at low temperatures, polyolefin porous membranes can have an excellent shutdown function and can improve the safety of lithium-ion batteries.

一般的なリチウムイオン電池の電解質には、可燃性の有機液体にリチウム塩を溶解させた有機電解液が用いられている。また、リチウムイオン電池は過充電や正極-負極間の短絡などに起因して異常発熱する場合がある。このため、リチウムイオン電池には発火や燃焼の危険性がある。
リチウムイオン電池の発火や燃焼を防止するために、リチウムイオン電池の電解質として、イオン液体にリチウム塩を溶解させたイオン液体電解液を用いることが提案されている(例えば、特許文献1、2)。イオン液体はアニオン成分とカチオン成分とから構成される液体であり、一般的に不燃性又は難燃性である。このため、イオン液体電解液を用いることにより、リチウムイオン電池の安全性を向上させることができる。
The electrolyte used in typical lithium-ion batteries is an organic electrolyte solution, which is made by dissolving lithium salt in a flammable organic liquid. Lithium-ion batteries can also generate abnormal heat due to overcharging or short circuits between the positive and negative electrodes. For this reason, lithium-ion batteries are at risk of catching fire or burning.
In order to prevent ignition or combustion of lithium ion batteries, it has been proposed to use an ionic liquid electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an ionic liquid as an electrolyte for lithium ion batteries (for example, Patent Documents 1 and 2). An ionic liquid is a liquid composed of an anion component and a cation component, and is generally non-flammable or flame-retardant. Therefore, the use of an ionic liquid electrolyte can improve the safety of lithium ion batteries.

特開2017-195129号公報JP 2017-195129 A 特開2018-116840号公報JP 2018-116840 A

しかし、イオン液体は有機液体よりも粘度及び表面張力が高いため、イオン液体電解液は一般的なポリオレフィン多孔質膜に含浸することができない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、イオン液体電解液の濡れ性が良好な非水電解質二次電池用セパレータを提供する。
However, since ionic liquids have higher viscosity and surface tension than organic liquids, ionic liquid electrolytes cannot be impregnated into typical polyolefin porous membranes.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery that has good wettability with an ionic liquid electrolyte.

本発明は、ポリオレフィンを含む多孔質膜を備え、前記多孔質膜は、細孔壁面又は細孔壁中に非イオン界面活性剤を有し、前記非イオン界面活性剤は、ポリエチレングリコールの繰り返し単位数が20以下であるポリエチレングリコール誘導体、ソルビタン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタン誘導体、グリセロール誘導体、又はポリオキシエチレングリセロール誘導体であり、前記非イオン界面活性剤の疎水基は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、飽和又は不飽和のアシル基、アルキルスルホニル基又はアルケニルスルホニル基若しくはこれらの官能基の組み合わせから構成される官能基であり、前記疎水基の炭素数は、4以上20以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用セパレータを提供する。 The present invention provides a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a porous membrane containing polyolefin, the porous membrane having a non-ionic surfactant on the pore wall surface or in the pore wall, the non-ionic surfactant being a polyethylene glycol derivative having 20 or less repeating units of polyethylene glycol, a sorbitan derivative, a polyoxyethylene sorbitan derivative, a glycerol derivative, or a polyoxyethylene glycerol derivative, the hydrophobic group of the non-ionic surfactant being a functional group consisting of an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a saturated or unsaturated acyl group, an alkylsulfonyl group, an alkenylsulfonyl group, or a combination of these functional groups, and the number of carbon atoms of the hydrophobic group is 4 or more and 20 or less.

本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、上記の特徴を有することにより、イオン液体電解液に対して良好な濡れ性を有する。このことは、本願発明者等が行った実験により明らかになった。 The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has the above-mentioned characteristics, and therefore has good wettability with respect to an ionic liquid electrolyte. This was made clear by experiments conducted by the present inventors.

本発明の一実施形態の非水電解質二次電池用セパレータの部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view of a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の非水電解質二次電池の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention.

本発明の非水電解質二次電池用セパレータは、ポリオレフィンを含む多孔質膜を備え、前記多孔質膜は、細孔壁面又は細孔壁中に非イオン界面活性剤を有し、前記非イオン界面活性剤は、ポリエチレングリコールの繰り返し単位数が20以下であるポリエチレングリコール誘導体、ソルビタン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタン誘導体、グリセロール誘導体、又はポリオキシエチレングリセロール誘導体であり、前記非イオン界面活性剤の疎水基は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、飽和又は不飽和のアシル基、アルキルスルホニル基又はアルケニルスルホニル基若しくはこれらの官能基の組み合わせから構成される官能基であり、前記疎水基の炭素数は、4以上20以下であることを特徴とする。 The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a porous membrane containing polyolefin, the porous membrane having a non-ionic surfactant on the pore wall surface or in the pore wall, the non-ionic surfactant being a polyethylene glycol derivative having 20 or less repeating units of polyethylene glycol, a sorbitan derivative, a polyoxyethylene sorbitan derivative, a glycerol derivative, or a polyoxyethylene glycerol derivative, the hydrophobic group of the non-ionic surfactant being a functional group consisting of an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a saturated or unsaturated acyl group, an alkylsulfonyl group, an alkenylsulfonyl group, or a combination of these functional groups, and the number of carbon atoms of the hydrophobic group is 4 or more and 20 or less.

本発明は、本発明の非水電解質二次電池用セパレータと、正極と、負極と、イオン液体を含む電解液とを備える非水電解質二次電池も提供する。
好ましくは、前記イオン液体は、カチオン成分とアニオン成分とを含み、前記カチオン成分は、第四級アンモニウムイオンであり、前記第四級アンモニウムイオンは、少なくとも一部に鎖状構造又は環状構造を有し、前記アニオン成分は、ビス(フルオロスルホニル)アミドイオンである。
前記多孔質膜の細孔は、0.01μm以上0.5μm以下の平均細孔径を有することが好ましい。
The present invention also provides a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution containing an ionic liquid.
Preferably, the ionic liquid contains a cationic component and an anionic component, the cationic component is a quaternary ammonium ion, the quaternary ammonium ion has at least a partial chain structure or a cyclic structure, and the anionic component is a bis(fluorosulfonyl)amide ion.
The pores of the porous membrane preferably have an average pore diameter of 0.01 μm or more and 0.5 μm or less.

以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

非水電解質二次電池用セパレータ
図1は、本実施形態の非水電解質二次電池用セパレータの部分断面図である。
本実施形態の非水電解質二次電池用セパレータ4は、ポリオレフィンを含む多孔質膜8を備える。多孔質膜8は、細孔壁面又は細孔壁中に非イオン界面活性剤9を有し、非イオン界面活性剤9は、ポリエチレングリコールの繰り返し単位数が20以下であるポリエチレングリコール誘導体、ソルビタン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタン誘導体、グリセロール誘導体、又はポリオキシエチレングリセロール誘導体であり、前記非イオン界面活性剤の疎水基は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、飽和又は不飽和のアシル基、アルキルスルホニル基又はアルケニルスルホニル基若しくはこれらの官能基の組み合わせから構成される官能基であり、前記疎水基の炭素数は、4以上20以下である。
Separator for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment.
The separator 4 for a non-aqueous electrolyte secondary battery of this embodiment includes a porous film 8 containing polyolefin. The porous film 8 has a nonionic surfactant 9 on the pore wall surface or in the pore wall, the nonionic surfactant 9 being a polyethylene glycol derivative having 20 or less repeating units of polyethylene glycol, a sorbitan derivative, a polyoxyethylene sorbitan derivative, a glycerol derivative, or a polyoxyethylene glycerol derivative, the hydrophobic group of the nonionic surfactant being a functional group composed of an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a saturated or unsaturated acyl group, an alkylsulfonyl group, an alkenylsulfonyl group, or a combination of these functional groups, and the number of carbon atoms of the hydrophobic group is 4 or more and 20 or less.

非水電解質二次電池用セパレータ4は、非水電解質二次電池の作製に用いられるセパレータ又は非水電解質二次電池に組み込まれたセパレータである。
セパレータ4の膜厚は、特に限定されるものではないが、5μm以上30μm以下であることが好ましい。セパレータ4の膜厚を5μm以上とすることにより、セパレータ4の電気絶縁性を向上させることができ、非水電解質二次電池の安全性を向上させることができる。また、セパレータ4の膜厚を30μm以下とすることにより、正極-負極間のイオンの移動距離(拡散距離)を短くすることができ、非水電解質二次電池の内部抵抗を低減することができる。
The separator 4 for a nonaqueous electrolyte secondary battery is a separator used in the production of a nonaqueous electrolyte secondary battery or a separator incorporated in a nonaqueous electrolyte secondary battery.
The thickness of the separator 4 is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more and 30 μm or less. By making the thickness of the separator 4 5 μm or more, the electrical insulation of the separator 4 can be improved, and the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. Furthermore, by making the thickness of the separator 4 30 μm or less, the migration distance (diffusion distance) of ions between the positive electrode and the negative electrode can be shortened, and the internal resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be reduced.

セパレータ4の空隙率は、特に限定されるものではないが、20体積%以上80体積%以下であることが好ましい。セパレータ4の空隙率を20体積%以上とすることにより、電解液の保液量を増やすことができ、非水電解質二次電池の充放電サイクル特性を向上させることができる。また、セパレータ4の空隙率を80体積%以下とすることにより、セパレータ4の電気絶縁性を向上させることができ、非水電解質二次電池の安全性を向上させることができる。 The porosity of the separator 4 is not particularly limited, but is preferably 20% by volume or more and 80% by volume or less. By making the porosity of the separator 4 20% by volume or more, the amount of electrolyte retained can be increased, and the charge/discharge cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. In addition, by making the porosity of the separator 4 80% by volume or less, the electrical insulation of the separator 4 can be improved, and the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved.

セパレータ4の透気度(ガーレー試験機法による透気度)は、特に限定されるものではないが、50~500sec/100ccであることが好ましい。セパレータ4の透気度を50sec/100cc以上とすることにより、セパレータ4の電気絶縁性を向上させることができ、非水電解質二次電池の安全性を向上させることができる。また、セパレータ4の透気度を500sec/100cc以下とすることにより、イオン液体電解液がセパレータ4に速やかに含浸することができる。 The air permeability of the separator 4 (air permeability measured by the Gurley tester method) is not particularly limited, but is preferably 50 to 500 sec/100 cc. By making the air permeability of the separator 4 50 sec/100 cc or more, the electrical insulation of the separator 4 can be improved, and the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved. In addition, by making the air permeability of the separator 4 500 sec/100 cc or less, the ionic liquid electrolyte can be quickly impregnated into the separator 4.

セパレータ4は、ポリオレフィンを含む多孔質膜8を備える。このことにより、セパレータ4が優れたシャットダウン機能を備えることができ、優れた安全性を有するセパレータを提供できる。多孔質膜8の材料であるポリオレフィンは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンなどである。多孔質膜8は、これらのポリオレフィンを1種単独で又は複数種混合で含むことができる。また、多孔質膜8は、ポリオレフィン以外の成分を含むことができる。ポリオレフィン以外の成分は、例えば、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイドなどである。多孔質膜8に含まれるポリオレフィンの割合は、特に限定されるものではないが、多孔質膜全体の50質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。このことにより、セパレータ4のシャットダウン機能を向上させることができ、非水電解質二次電池の安全性を向上させることができる。
多孔質膜8は、ポリオレフィンからなるポリオレフィン多孔質膜であってもよい。
また、多孔質膜8は、ポリエチレン層とポリプロピレン層とが積層された積層構造を有してもよい。
The separator 4 includes a porous film 8 containing polyolefin. This allows the separator 4 to have an excellent shutdown function, and a separator with excellent safety can be provided. The polyolefin, which is the material of the porous film 8, is, for example, polyethylene, polypropylene, polybutene, etc. The porous film 8 can contain these polyolefins alone or in a mixture of multiple types. The porous film 8 can also contain components other than polyolefin. The components other than polyolefin are, for example, polyether, polyester, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, etc. The proportion of polyolefin contained in the porous film 8 is not particularly limited, but is preferably 50% by mass or more of the entire porous film, and more preferably 80% by mass or more. This allows the shutdown function of the separator 4 to be improved, and the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery to be improved.
The porous membrane 8 may be a polyolefin porous membrane made of polyolefin.
The porous film 8 may also have a laminated structure in which a polyethylene layer and a polypropylene layer are laminated.

多孔質膜8は、0.5μm以下の微孔を有する微多孔膜であってもよい。多孔質膜8の細孔は、例えば、0.01μm以上0.5μm以下の平均細孔径を有することができる。平均細孔径が小さくなりすぎると電池の内部抵抗が大きくなり、平均細孔径が大きすぎると正負極間が短絡しやすくなる。平均細孔径は、水銀圧入法による細孔径分布測定の結果に基づき算出することができる。
多孔質膜8は、例えば、乾式1成分系微多孔膜、湿式2成分系多孔膜、湿式3成分系微多孔膜などである。
乾式1成分系微多孔膜は、例えば溶融ポリマーを冷却・延伸してフィルム化することにより作製され冷却過程における延伸により微細孔が形成される。湿式2成分系多孔膜は、例えば可塑剤を予め混練した溶融ポリマーを冷却・延伸してフィルム化し、可塑剤を抽出することにより作製される。湿式3成分系微多孔膜は、例えば可塑剤及びフィラー微粒子を予め混練した溶融ポリマーを冷却・延伸してフィルム化し、可塑剤及びフィラー粒子を抽出することにより作製される。
The porous membrane 8 may be a microporous membrane having pores of 0.5 μm or less. The pores of the porous membrane 8 may have an average pore diameter of, for example, 0.01 μm or more and 0.5 μm or less. If the average pore diameter is too small, the internal resistance of the battery increases, and if the average pore diameter is too large, a short circuit tends to occur between the positive and negative electrodes. The average pore diameter can be calculated based on the results of pore size distribution measurement by mercury intrusion porosimetry.
The porous film 8 is, for example, a dry one-component microporous film, a wet two-component microporous film, or a wet three-component microporous film.
A dry one-component microporous membrane is produced, for example, by cooling and stretching a molten polymer to form a film, and micropores are formed by the stretching during the cooling process. A wet two-component porous membrane is produced, for example, by cooling and stretching a molten polymer previously mixed with a plasticizer to form a film, and then extracting the plasticizer. A wet three-component microporous membrane is produced, for example, by cooling and stretching a molten polymer previously mixed with a plasticizer and filler particles to form a film, and then extracting the plasticizer and filler particles.

多孔質膜8は、ポリオレフィンに混合されている無機微粒子を含んでもよい。無機微粒子は、例えば、アルミナ粒子、シリカ粒子、チタニア粒子などである。
多孔質膜8は、ポリオレフィンに混合されている界面活性剤を含んでもよい。
The porous membrane 8 may contain inorganic particles mixed with the polyolefin. The inorganic particles may be, for example, alumina particles, silica particles, titania particles, or the like.
The porous membrane 8 may include a surfactant mixed into the polyolefin.

セパレータ4は、多孔質膜8と多孔質樹脂層とが積層された積層セパレータであってもよい。多孔質樹脂層は、例えば、液晶ポリエステル樹脂層、ポリフェニレンエーテル樹脂層、芳香族ポリアミド樹脂層、ポリイミド樹脂層、ポリアミドイミド樹脂層、耐熱性アクリル樹脂層、架橋性ポリマー層などである。 The separator 4 may be a laminated separator in which the porous membrane 8 and a porous resin layer are laminated. The porous resin layer may be, for example, a liquid crystal polyester resin layer, a polyphenylene ether resin layer, an aromatic polyamide resin layer, a polyimide resin layer, a polyamideimide resin layer, a heat-resistant acrylic resin layer, a cross-linked polymer layer, or the like.

セパレータ4は、多孔質膜8上に設けられた多孔質耐熱層を有することができる。耐熱層(多孔質耐熱層)は、多孔質膜8の一方の主要面(表又は裏)上にのみ設けられてもよく、多孔質膜8の両方の主要面(表及び裏)上にそれぞれ設けられてもよい。耐熱層は、例えば、複数の無機粒子がバインダによって接着された多孔質層である。セパレータ4が耐熱層を有することにより、セパレータ4の耐熱性を向上させることができ、非水電解質二次電池の安全性を向上させることができる。 The separator 4 can have a porous heat-resistant layer provided on the porous membrane 8. The heat-resistant layer (porous heat-resistant layer) may be provided only on one of the main surfaces (front or back) of the porous membrane 8, or may be provided on each of the main surfaces (front and back) of the porous membrane 8. The heat-resistant layer is, for example, a porous layer in which a plurality of inorganic particles are bonded by a binder. By having the separator 4 have a heat-resistant layer, the heat resistance of the separator 4 can be improved, and the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be improved.

耐熱層は、無機粒子を含むことができる。無機粒子は、例えば、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化チタン、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどである。
耐熱層は、バインダを含むことができる。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリルゴム、ポリアクリル酸などである。耐熱層は、増粘剤を含むことができる。増粘剤は、例えば、カルボキシメチルセルロースなどである。
耐熱層は、主要面及び細孔壁面に界面活性剤を有してもよい。
The heat-resistant layer may contain inorganic particles, such as magnesium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, calcium oxide, titanium oxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium carbonate, and calcium carbonate.
The heat-resistant layer may include a binder. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile rubber, and polyacrylic acid. The heat-resistant layer may include a thickener. Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose.
The heat resistant layer may have a surfactant on its major surfaces and on the pore wall surfaces.

耐熱層の層厚は、特に限定されるものではないが、1μm以上10μm以下であることが好ましい。耐熱層の層厚を1μm以上であることにより、セパレータ4の耐熱性を向上させることができ、非水電解質二次電池の安全性を向上させることができる。また、耐熱層の層厚を10μm以下にすることにより、正極-負極間のイオンの移動距離(拡散距離)を短くすることができ、非水電解質二次電池の内部抵抗を低減することができる。 The thickness of the heat-resistant layer is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. By making the heat-resistant layer 1 μm or more thick, the heat resistance of the separator 4 can be improved, and the safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be improved. In addition, by making the heat-resistant layer 10 μm or less thick, the migration distance (diffusion distance) of ions between the positive and negative electrodes can be shortened, and the internal resistance of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be reduced.

ポリオレフィンを含む多孔質膜8は、細孔壁面又は細孔壁中に非イオン界面活性剤9(ノニオン界面活性剤9)を有する。非イオン界面活性剤は、水などに溶けたときにイオンにならない界面活性剤である。非イオン界面活性剤は、親水基と疎水基とを有すれば、水に溶解しない物質又は水に溶けにくい物質であってもよい。非イオン界面活性剤は、電解液中でイオンにならないため、界面活性剤が非水電解質二次電池の正極反応又は負極反応に影響を与えることを抑制することができる。
多孔質膜8の細孔壁面又は細孔壁中に非イオン界面活性剤9が存在することにより、多孔質膜8の細孔壁面とイオン液体電解液との表面張力の差を低減することができ、イオン液体電解液の濡れ性が良好なセパレータを提供できる。
例えば、図1のように、非イオン界面活性剤9は、多孔質膜8の細孔1の壁面に界面活性剤層を形成していてもよい。
The polyolefin-containing porous membrane 8 has a nonionic surfactant 9 on the pore wall surface or in the pore wall. The nonionic surfactant is a surfactant that does not become ions when dissolved in water or the like. The nonionic surfactant may be a substance that does not dissolve in water or is difficult to dissolve in water as long as it has a hydrophilic group and a hydrophobic group. Since the nonionic surfactant does not become ions in the electrolyte, it is possible to suppress the surfactant from affecting the positive electrode reaction or the negative electrode reaction of the nonaqueous electrolyte secondary battery.
The presence of nonionic surfactant 9 on the pore wall surface or in the pore walls of porous membrane 8 can reduce the difference in surface tension between the pore wall surface of porous membrane 8 and the ionic liquid electrolyte, thereby providing a separator with good wettability with the ionic liquid electrolyte.
For example, as shown in FIG. 1, the nonionic surfactant 9 may form a surfactant layer on the wall surface of the pores 1 of the porous membrane 8 .

非イオン界面活性剤9は、ポリエチレングリコールの繰り返し単位数が20以下であるポリエチレングリコール誘導体、ソルビタン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタン誘導体、グリセロール誘導体、又はポリオキシエチレングリセロール誘導体である。非イオン界面活性剤9の疎水基は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、飽和又は不飽和のアシル基、アルキルスルホニル基又はアルケニルスルホニル基若しくはこれらの官能基の組み合わせから構成される官能基である。非イオン界面活性剤9の疎水基の炭素数は、4以上20以下である。
多孔質膜8が細孔壁面又は細孔壁中にこのような非イオン界面活性剤9を有することにより、セパレータ4がイオン液体電解液に対して良好な濡れ性を有する。このことは、本願発明者等が行った実験により明らかになった。
The nonionic surfactant 9 is a polyethylene glycol derivative, a sorbitan derivative, a polyoxyethylene sorbitan derivative, a glycerol derivative, or a polyoxyethylene glycerol derivative, in which the number of repeating units of polyethylene glycol is 20 or less. The hydrophobic group of the nonionic surfactant 9 is a functional group composed of an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a saturated or unsaturated acyl group, an alkylsulfonyl group, an alkenylsulfonyl group, or a combination of these functional groups. The carbon number of the hydrophobic group of the nonionic surfactant 9 is 4 or more and 20 or less.
By having such a nonionic surfactant 9 on or in the pore wall surface of the porous film 8, the separator 4 has good wettability with respect to the ionic liquid electrolyte. This fact became clear from experiments carried out by the present inventors.

非イオン界面活性剤9がポリエチレングリコールの繰り返し単位数が20以下であるポリエチレングリコール誘導体である場合、非イオン界面活性剤9は、下記化学式(1)で表される化合物であってもよい。このことにより、界面活性剤9が適度な親水性を有することができ、イオン液体電解液の濡れ性が良好なセパレータ4を提供できる。非イオン界面活性剤9は、例えば、ポリエチレングリコールエーテル、ポリエチレングリコールエステルなどである。 When the nonionic surfactant 9 is a polyethylene glycol derivative in which the number of repeating units of polyethylene glycol is 20 or less, the nonionic surfactant 9 may be a compound represented by the following chemical formula (1). This allows the surfactant 9 to have appropriate hydrophilicity, and a separator 4 with good wettability with the ionic liquid electrolyte can be provided. The nonionic surfactant 9 is, for example, a polyethylene glycol ether, a polyethylene glycol ester, etc.

[式中、R1及びR2のうち一方が水素原子を表し他方が前記疎水基を表し、nは1以上20以下である。] [In the formula, one of R 1 and R 2 represents a hydrogen atom and the other represents the hydrophobic group, and n is 1 or more and 20 or less.]

非イオン界面活性剤9がソルビタン誘導体である場合、非イオン界面活性剤9は、下記化学式(2)で表される化合物であってもよい。このことにより、界面活性剤9が適度な親水性を有することができ、イオン液体電解液の濡れ性が良好なセパレータ4を提供できる。非イオン界面活性剤9は、例えば、ソルビタンエステルなどである。 When the nonionic surfactant 9 is a sorbitan derivative, the nonionic surfactant 9 may be a compound represented by the following chemical formula (2). This allows the surfactant 9 to have appropriate hydrophilicity, and a separator 4 with good wettability with the ionic liquid electrolyte can be provided. The nonionic surfactant 9 is, for example, a sorbitan ester.

[式中、R1、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表す。] [In the formula, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represents a hydrogen atom, and at least one represents the hydrophobic group.]

非イオン界面活性剤9がポリオキシエチレンソルビタン誘導体である場合、非イオン界面活性剤9は、下記化学式(3)で表される化合物であってもよい。このことにより、界面活性剤9が適度な親水性を有することができ、イオン液体電解液の濡れ性が良好なセパレータ4を提供できる。界面活性剤9は、例えば、ポリオキシエチレンソルビタンエステルなどである。 When the nonionic surfactant 9 is a polyoxyethylene sorbitan derivative, the nonionic surfactant 9 may be a compound represented by the following chemical formula (3). This allows the surfactant 9 to have appropriate hydrophilicity, and a separator 4 with good wettability with the ionic liquid electrolyte can be provided. The surfactant 9 is, for example, a polyoxyethylene sorbitan ester.

[式中、R1、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表し、n、m、p、qのそれぞれは1以上20以下である。] [In the formula, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represents a hydrogen atom, at least one represents the hydrophobic group, and each of n, m, p and q is 1 or more and 20 or less.]

非イオン界面活性剤9がグリセロール誘導体である場合、非イオン界面活性剤9は下記化学式(4)で表される化合物であってもよい。このことにより、界面活性剤9が適度な親水性を有することができ、イオン液体電解液の濡れ性が良好なセパレータ4を提供できる。界面活性剤9は、例えば、グリセロールエステルなどである。 When the nonionic surfactant 9 is a glycerol derivative, the nonionic surfactant 9 may be a compound represented by the following chemical formula (4). This allows the surfactant 9 to have appropriate hydrophilicity, and a separator 4 with good wettability with the ionic liquid electrolyte can be provided. The surfactant 9 is, for example, a glycerol ester.

[式中、R1、R2及びR3のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表す。] [In the formula, at least one of R 1 , R 2 and R 3 represents a hydrogen atom, and at least one represents the hydrophobic group.]

非イオン界面活性剤9がポリオキシエチレングリセロール誘導体である場合、非イオン界面活性剤9は、下記化学式(5)で表される化合物であってもよい。このことにより、非イオン界面活性剤9が適度な親水性を有することができ、イオン液体電解液の濡れ性が良好なセパレータ4を提供できる。界面活性剤9は、例えば、ポリオキシエチレングリセロールエステルなどである。 When the nonionic surfactant 9 is a polyoxyethylene glycerol derivative, the nonionic surfactant 9 may be a compound represented by the following chemical formula (5). This allows the nonionic surfactant 9 to have appropriate hydrophilicity, and a separator 4 with good wettability with the ionic liquid electrolyte can be provided. The surfactant 9 is, for example, a polyoxyethylene glycerol ester.

[式中、R1、R2及びR3のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表し、n、m、pのそれぞれは1以上20以下である。] [In the formula, at least one of R 1 , R 2 and R 3 represents a hydrogen atom, at least one represents the hydrophobic group, and each of n, m and p is 1 or more and 20 or less.]

非イオン界面活性剤9は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、飽和又は不飽和のアシル基、アルキルスルホニル基又はアルケニルスルホニル基若しくはそれらの組み合わせから構成される疎水基を有する。ここで、疎水基の炭素数が4~20である。このことにより、非イオン界面活性剤9が適度な疎水性を有することができ、イオン液体電解液の濡れ性が良好なセパレータを提供できる。 The nonionic surfactant 9 has a hydrophobic group composed of an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a saturated or unsaturated acyl group, an alkylsulfonyl group, an alkenylsulfonyl group, or a combination thereof. Here, the hydrophobic group has 4 to 20 carbon atoms. This allows the nonionic surfactant 9 to have appropriate hydrophobicity, and a separator with good wettability with the ionic liquid electrolyte can be provided.

セパレータ4(X)に対する界面活性剤9(Y)の質量比(Y/X)は、例えば、(1/100)以上(20/100)以下である。質量比(Y/X)を(1/100)以上とすることにより、界面活性剤9をセパレータ4の細孔壁面の全体にわたって存在させることができる。この結果、イオン液体電解液がセパレータ4に速やかに含浸することができる。また、質量比(Y/X)を(20/100)以下とすることにより、セパレータ4の細孔が界面活性剤9によって閉塞することを防止することができ、非水電解質二次電池の内部抵抗を低減することができる。 The mass ratio (Y/X) of the surfactant 9 (Y) to the separator 4 (X) is, for example, from (1/100) to (20/100). By making the mass ratio (Y/X) (1/100) or more, the surfactant 9 can be present over the entire pore wall surface of the separator 4. As a result, the ionic liquid electrolyte can be quickly impregnated into the separator 4. In addition, by making the mass ratio (Y/X) (20/100) or less, the pores of the separator 4 can be prevented from being blocked by the surfactant 9, and the internal resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be reduced.

細孔壁に非イオン界面活性剤9を含む多孔質膜8は、例えば、非イオン界面活性剤を添加した溶融ポリマーを冷却・延伸してフィルム化することにより作製することができる。このことにより、多孔質膜8の細孔壁が非イオン界面活性剤9を含むことができる。この非イオン界面活性剤9は、細孔壁面にも存在し、多孔質膜8の細孔壁面に対するイオン液体電解液の濡れ性を向上させることができる。 The porous membrane 8 containing the nonionic surfactant 9 in the pore walls can be produced, for example, by cooling and stretching a molten polymer to which a nonionic surfactant has been added to form a film. This allows the pore walls of the porous membrane 8 to contain the nonionic surfactant 9. This nonionic surfactant 9 is also present on the pore wall surfaces, and can improve the wettability of the ionic liquid electrolyte to the pore wall surfaces of the porous membrane 8.

また、細孔壁面に非イオン界面活性剤を有するセパレータ4は、多孔質膜8を含むセパレータフィルムに非イオン界面活性剤9を含む溶液を含浸させ、このセパレータフィルムを乾燥させることにより作製することができる。このことにより、多孔質膜8の細孔壁面を非イオン界面活性剤でコーティングすることができる。また、セパレータフィルムが多孔質耐熱層を含む場合、多孔質耐熱層の細孔壁面も非イオン界面活性剤でコーティングされる。
セパレータ4の作製に用いる界面活性剤溶液の濃度は、0.5wt%~10wt%が好ましい。濃度が低すぎると、セパレータ4の壁面に覆われていない部分ができるおそれがあり、濃度が高すぎると、界面活性剤がセパレータ4の細孔を閉塞するおそれがある。
界面活性剤9を含む溶液の溶媒は、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、トルエン、ヘキサン、ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどである。
Furthermore, the separator 4 having a nonionic surfactant on the pore wall surface can be produced by impregnating a separator film including a porous membrane 8 with a solution containing a nonionic surfactant 9 and drying the separator film. This allows the pore wall surface of the porous membrane 8 to be coated with the nonionic surfactant. Furthermore, when the separator film includes a porous heat-resistant layer, the pore wall surface of the porous heat-resistant layer is also coated with the nonionic surfactant.
The concentration of the surfactant solution used in producing the separator 4 is preferably 0.5 wt % to 10 wt %. If the concentration is too low, there is a risk that some parts of the wall surface of the separator 4 will not be covered, whereas if the concentration is too high, there is a risk that the surfactant will clog the pores of the separator 4.
The solvent of the solution containing the surfactant 9 is, for example, water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, toluene, hexane, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, or the like.

非水電解質二次電池
図2は、本実施形態の非水電解質二次電池の概略断面図である。
本実施形態の非水電解質二次電池20は、上述の本実施形態のセパレータ4と、正極2と、負極3と、電解液5とを備え、電解液5は、イオン液体を含む。非水電解質二次電池20は、リチウムイオン電池であってもよい。ここでは、非水電解質二次電池20がリチウムイオン電池である場合について説明する。
非水電解質二次電池20は、コイン型電池であってもよく、パウチ型電池であってもよく、金属缶型電池であってもよい。また、正極2と、負極3と、セパレータ4とから構成される電極積層体は、スタック構造を有してもよく、巻回構造を有してもよい。
Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this embodiment.
The nonaqueous electrolyte secondary battery 20 of the present embodiment includes the separator 4 of the present embodiment described above, a positive electrode 2, a negative electrode 3, and an electrolytic solution 5, and the electrolytic solution 5 contains an ionic liquid. The nonaqueous electrolyte secondary battery 20 may be a lithium ion battery. Here, a case where the nonaqueous electrolyte secondary battery 20 is a lithium ion battery will be described.
The nonaqueous electrolyte secondary battery 20 may be a coin-type battery, a pouch-type battery, or a metal can-type battery. In addition, the electrode laminate composed of the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4 may have a stack structure or a wound structure.

正極2は、正極集電シート6と、正極集電シート6の一方又は両方の主要面上に設けられた多孔質の正極活物質層7とを有する。
正極集電シート6は、正極活物質層7を設けるための基材となるシートであり、正極電池端子と正極活物質層7とを電気的に接続する導電体である。また、正極集電シート6の一部が正極電池端子であってもよい。正極集電シート6は、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔などである。
The positive electrode 2 has a positive electrode current collector sheet 6 and a porous positive electrode active material layer 7 provided on one or both main surfaces of the positive electrode current collector sheet 6 .
The positive electrode current collector sheet 6 is a sheet serving as a base material for providing the positive electrode active material layer 7, and is a conductor that electrically connects the positive electrode battery terminal and the positive electrode active material layer 7. A part of the positive electrode current collector sheet 6 may be the positive electrode battery terminal. The positive electrode current collector sheet 6 is, for example, an aluminum foil, a stainless steel foil, or the like.

正極活物質層7は、正極集電シート6の片面上に設けられてもよく、正極集電シート6の両面上にそれぞれ設けられてもよい。正極活物質層7は、複数の正極活物質粒子がバインダにより接着された多孔質層である。このことにより、正極活物質層7は、正極活物質粒子間に細孔を有することができる。この細孔は電解液5で満たされ、正極活物質粒子の表面において電極反応が進行する。例えば、リチウムイオン電池を充電する際には、正極活物質粒子中のリチウム原子がリチウムイオン(Li+)として電解液中に放出され、リチウムイオン電池を放電する際には、電解液中のリチウムイオンがリチウム原子として正極活物質粒子中に挿入される。 The positive electrode active material layer 7 may be provided on one side of the positive electrode current collector sheet 6, or may be provided on both sides of the positive electrode current collector sheet 6. The positive electrode active material layer 7 is a porous layer in which a plurality of positive electrode active material particles are bonded by a binder. This allows the positive electrode active material layer 7 to have pores between the positive electrode active material particles. The pores are filled with the electrolyte 5, and an electrode reaction proceeds on the surface of the positive electrode active material particles. For example, when charging a lithium ion battery, lithium atoms in the positive electrode active material particles are released into the electrolyte as lithium ions (Li + ), and when discharging the lithium ion battery, lithium ions in the electrolyte are inserted into the positive electrode active material particles as lithium atoms.

正極活物質は、正極における電荷移動を伴う電子の受け渡しに直接関与する物質である。正極活物質は、例えば、層状のLiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNixMny2(x+y=1)、LiNixCoyMnz2(x+y+z=1)、LiNixCoyAlz2(x+y+z=1)、Li2MnO3、スピネル型のLiMnO2、LiNixMny2(x+y=1)、オリビン型のLiFePO4、LiMnxFeyPO4(x+y=1)などである。正極活物質層7は、これらの正極活物質を1種単独で又は複数種混合で含むことができる。 The positive electrode active material is a material that is directly involved in the transfer of electrons accompanying charge transfer in the positive electrode. Examples of the positive electrode active material include layered LiCoO2 , LiNiO2 , LiMnO2 , LiNi x Mn y O2 (x + y = 1), LiNi x Co y Mn z O2 (x + y + z = 1), LiNi x Co y Al z O2 (x + y + z = 1), Li2MnO3 , spinel type LiMnO2 , LiNi x Mn y O2 (x + y = 1 ) , olivine type LiFePO4 , LiMn x Fe y PO4 (x + y = 1), etc. The positive electrode active material layer 7 may contain one type of these positive electrode active materials alone or a mixture of two or more types.

正極活物質粒子は、その表面に導電皮膜を有することができる。このことにより、電極反応が進行する粒子表面の導電性を向上させることができ、正極2の内部抵抗を低減することができる。導電皮膜は、例えば、黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、カーボンブラックなどの炭素皮膜である。 The positive electrode active material particles can have a conductive coating on their surfaces. This can improve the conductivity of the particle surface where the electrode reaction proceeds, and can reduce the internal resistance of the positive electrode 2. The conductive coating can be, for example, a carbon coating such as graphite, soft carbon, hard carbon, or carbon black.

正極活物質層7は、導電剤を含むことができる。このことにより、正極活物質層7の導電性を向上させることができ、正極の内部抵抗を低減することができる。導電剤は、例えば、黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、カーボンブラックなどである。 The positive electrode active material layer 7 may contain a conductive agent. This can improve the conductivity of the positive electrode active material layer 7 and reduce the internal resistance of the positive electrode. Examples of the conductive agent include graphite, soft carbon, hard carbon, and carbon black.

正極活物質層7は、バインダを含むことができる。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリルゴム、ポリアクリル酸などである。また、正極活物質層7は、増粘剤を含むことができる。増粘剤は、例えば、カルボキシメチルセルロースなどである。 The positive electrode active material layer 7 may contain a binder. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile rubber, and polyacrylic acid. The positive electrode active material layer 7 may also contain a thickener. Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose.

正極活物質層7の厚さは、特に限定されるものではないが、10~100μmであることが好ましい。正極活物質層7の厚さを10μm以上とすることにより、正極に含まれる正極活物質の量を多くすることができ、非水電解質二次電池の容量を大きくすることができる。また、正極活物質層7を塗工により容易に形成することが可能になる。正極活物質層7の厚さを100μm以下とすることにより、正極活物質層7と正極集電シート6との界面付近と、正極活物質層7の表面付近との間のリチウムイオンの移動距離(拡散距離)を短くすることができ、放電時に前記界面付近の細孔の電解液5においてリチウムイオンが不足すること及び充電時に前記界面付近の細孔の電解液5においてリチウムイオンが過剰になることを抑制することができる。 The thickness of the positive electrode active material layer 7 is not particularly limited, but is preferably 10 to 100 μm. By making the thickness of the positive electrode active material layer 7 10 μm or more, the amount of positive electrode active material contained in the positive electrode can be increased, and the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be increased. In addition, the positive electrode active material layer 7 can be easily formed by coating. By making the thickness of the positive electrode active material layer 7 100 μm or less, the migration distance (diffusion distance) of lithium ions between the vicinity of the interface between the positive electrode active material layer 7 and the positive electrode current collector sheet 6 and the vicinity of the surface of the positive electrode active material layer 7 can be shortened, and it is possible to suppress a shortage of lithium ions in the electrolyte 5 in the pores near the interface during discharge and an excess of lithium ions in the electrolyte 5 in the pores near the interface during charge.

正極2の作製方法は、例えば、正極活物質粒子と、導電剤と、バインダとを混合した正極合剤を分散媒に分散させて正極スラリーを調製する。この正極スラリーを正極集電シート6上に塗布し、分散媒を揮発させ、プレス処理することにより正極2を作製することができる。スラリーの調製に用いる分散媒は、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、トルエン、ヘキサン、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンなどである。 The method of producing the positive electrode 2 is, for example, to prepare a positive electrode slurry by dispersing a positive electrode mixture, which is a mixture of positive electrode active material particles, a conductive agent, and a binder, in a dispersion medium. The positive electrode 2 can be produced by applying this positive electrode slurry to the positive electrode current collector sheet 6, volatilizing the dispersion medium, and performing a pressing process. Examples of the dispersion medium used to prepare the slurry include water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, toluene, hexane, dimethylformamide, and N-methylpyrrolidone.

負極3は、負極集電シート11と、負極集電シート11の一方又は両方の主要面に設けられた多孔質の負極活物質層12とを有する。 The negative electrode 3 has a negative electrode current collector sheet 11 and a porous negative electrode active material layer 12 provided on one or both major surfaces of the negative electrode current collector sheet 11.

負極集電シート11は、負極活物質層12を設けるための基材となるシートであり、負極電池端子と負極活物質層12とを電気的に接続する導電体である。また、負極集電シート11の一部が負極電池端子であってもよい。負極集電シート11は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔などである。 The negative electrode current collector sheet 11 is a sheet that serves as a base material for providing the negative electrode active material layer 12, and is a conductor that electrically connects the negative electrode battery terminal and the negative electrode active material layer 12. In addition, a part of the negative electrode current collector sheet 11 may be the negative electrode battery terminal. The negative electrode current collector sheet 11 is, for example, copper foil, nickel foil, stainless steel foil, etc.

負極活物質層12は、負極集電シート11の片面上に設けられてもよく、負極集電シート11の両面上にそれぞれ設けられてもよい。負極活物質層12は、複数の負極活物質粒子がバインダにより接着された多孔質層である。このことにより、負極活物質層12は、負極活物質粒子間に細孔を有することができる。この細孔は電解液5で満たされ、負極活物質粒子の表面において電極反応が進行する。例えば、リチウムイオン電池を充電する際には、電解液中のリチウムイオン(Li+)がリチウム原子として負極活物質粒子中に挿入され、リチウムイオン電池を放電する際には、負極活物質粒子中のリチウム原子がリチウムイオンとして電解液5中に放出される。 The negative electrode active material layer 12 may be provided on one side of the negative electrode current collector sheet 11, or may be provided on both sides of the negative electrode current collector sheet 11. The negative electrode active material layer 12 is a porous layer in which a plurality of negative electrode active material particles are bonded by a binder. This allows the negative electrode active material layer 12 to have pores between the negative electrode active material particles. The pores are filled with the electrolyte 5, and an electrode reaction proceeds on the surface of the negative electrode active material particles. For example, when charging a lithium ion battery, lithium ions (Li + ) in the electrolyte are inserted into the negative electrode active material particles as lithium atoms, and when discharging the lithium ion battery, lithium atoms in the negative electrode active material particles are released into the electrolyte 5 as lithium ions.

負極活物質は、負極3における電荷移動を伴う電子の受け渡しに直接関与する物質である。負極活物質は、例えば、黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、カーボンブラック、チタン酸リチウム、ケイ素合金などである。負極活物質層12は、これらの負極活物質を1種単独で又は複数種混合で含むことができる。 The negative electrode active material is a material that is directly involved in the transfer of electrons accompanying charge transfer in the negative electrode 3. Examples of the negative electrode active material include graphite, soft carbon, hard carbon, carbon black, lithium titanate, and silicon alloys. The negative electrode active material layer 12 can contain one type of these negative electrode active materials alone or a mixture of multiple types.

負極活物質層12は、バインダを含むことができる。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリルゴム、ポリアクリル酸などである。また、負極活物質層12は、増粘剤を含むことができる。増粘剤は、例えば、カルボキシメチルセルロースなどである。 The negative electrode active material layer 12 may contain a binder. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile rubber, and polyacrylic acid. The negative electrode active material layer 12 may also contain a thickener. Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose.

負極活物質層12の厚さは、特に限定されるものではないが、10~100μmであることが好ましい。負極活物質層12の厚さを10μm以上とすることにより、負極3に含まれる負極活物質の量を多くすることができ、リチウムイオン電池の容量を大きくすることができる。また、負極活物質層12を塗工により容易に形成することが可能になる。負極活物質層12の厚さを100μm以下とすることにより、負極活物質層12と負極集電シート11との界面付近と、負極活物質層12の表面付近との間のリチウムイオンの移動距離(拡散距離)を短くすることができ、充電時に前記界面付近の細孔の電解液においてリチウムイオンが不足すること及び放電時に前記界面付近の細孔の電解液においてリチウムイオンが過剰になることを抑制することができる。 The thickness of the negative electrode active material layer 12 is not particularly limited, but is preferably 10 to 100 μm. By making the thickness of the negative electrode active material layer 12 10 μm or more, the amount of negative electrode active material contained in the negative electrode 3 can be increased, and the capacity of the lithium ion battery can be increased. In addition, the negative electrode active material layer 12 can be easily formed by coating. By making the thickness of the negative electrode active material layer 12 100 μm or less, the migration distance (diffusion distance) of lithium ions between the vicinity of the interface between the negative electrode active material layer 12 and the negative electrode current collector sheet 11 and the vicinity of the surface of the negative electrode active material layer 12 can be shortened, and it is possible to suppress a shortage of lithium ions in the electrolyte in the pores near the interface during charging and an excess of lithium ions in the electrolyte in the pores near the interface during discharging.

負極3の作製方法は、例えば、負極活物質粒子と、導電剤と、バインダとを混合した負極合剤を分散媒に分散させて負極スラリーを調製する。この負極スラリーを負極集電シート11上に塗布し、分散媒を揮発させ、プレス処理することにより負極3を作製することができる。スラリーの調製に用いる分散媒は、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、トルエン、ヘキサン、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンなどである。 The method of producing the negative electrode 3 is, for example, to prepare a negative electrode slurry by dispersing a negative electrode mixture, which is a mixture of negative electrode active material particles, a conductive agent, and a binder, in a dispersion medium. The negative electrode 3 can be produced by applying this negative electrode slurry to the negative electrode current collector sheet 11, volatilizing the dispersion medium, and performing a pressing process. Examples of the dispersion medium used to prepare the slurry include water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, toluene, hexane, dimethylformamide, and N-methylpyrrolidone.

セパレータ4は、上述の非水電解質二次電池用セパレータであり、正極2と負極3との間に配置される。セパレータ4を設けることにより、正極2と負極3との間に短絡電流が流れることを防止することができる。また、セパレータ4は、多数の細孔を有し、この細孔が電解液5で満たされる。このことにより、正極2と負極3との間の電解液5を伝導するリチウムイオンがセパレータ4を透過することができ、リチウムイオン電池の内部抵抗を低減することができる。 The separator 4 is the above-mentioned separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and is disposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. By providing the separator 4, it is possible to prevent a short-circuit current from flowing between the positive electrode 2 and the negative electrode 3. The separator 4 also has many pores, which are filled with the electrolyte 5. This allows lithium ions conducting the electrolyte 5 between the positive electrode 2 and the negative electrode 3 to pass through the separator 4, thereby reducing the internal resistance of the lithium ion battery.

セパレータ4に含まれる非イオン界面活性剤は、電解液5に溶出していてもよい。非イオン界面活性剤は、電解液5に溶出してもイオンにならないため、非イオン界面活性剤が非水電解質二次電池20の電池性能に影響を与えることを抑制することができる。また、セパレータ4が非イオン界面活性剤を含むことにより、電解液5における界面活性剤濃度が高くなることを抑制することができ、界面活性剤がリチウムイオン電池の電池性能に影響を与えることを抑制することができる。 The nonionic surfactant contained in the separator 4 may be dissolved in the electrolyte solution 5. Since the nonionic surfactant does not become ions even if it is dissolved in the electrolyte solution 5, it is possible to suppress the nonionic surfactant from affecting the battery performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery 20. Furthermore, by containing a nonionic surfactant in the separator 4, it is possible to suppress the surfactant concentration in the electrolyte solution 5 from becoming high, and it is possible to suppress the surfactant from affecting the battery performance of the lithium ion battery.

電解液5は、正極-負極間のリチウムイオン伝導媒体であり、リチウムイオンを含む。電解液5が正極2の細孔、負極3の細孔及びセパレータ4の細孔を満たすことにより、正極2と負極3との間をリチウムイオンが伝導することができる。 The electrolyte 5 is a lithium ion conductive medium between the positive electrode and the negative electrode, and contains lithium ions. The electrolyte 5 fills the pores of the positive electrode 2, the pores of the negative electrode 3, and the pores of the separator 4, allowing lithium ions to be conducted between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.

電解液5は、イオン液体を含む。イオン液体は一般的に不燃性又は難燃性であるため、電解液5がイオン液体を含むことにより、リチウムイオン電池の安全性を向上させることができる。 The electrolyte solution 5 contains an ionic liquid. Since ionic liquids are generally non-flammable or flame-retardant, the safety of the lithium-ion battery can be improved by including an ionic liquid in the electrolyte solution 5.

電解液5に含まれるイオン液体は、カチオン成分とアニオン成分とを含む。
イオン液体のカチオン成分は、鎖式又は環式の第四級アンモニウムイオンが好ましい。イオン液体のカチオン成分を鎖式又は環式の第四級アンモニウムイオンとすることにより、イオン液体の粘度が高くなることが抑制され、電解液5が正極2、負極3、セパレータ4に速やかに含浸することができる。環式第四級アンモニウムイオンは、例えば、イミダゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピリジニウムイオン、ピペリジニウムイオンなどである。
The ionic liquid contained in the electrolytic solution 5 contains a cationic component and an anionic component.
The cationic component of the ionic liquid is preferably a chain or cyclic quaternary ammonium ion. By using a chain or cyclic quaternary ammonium ion as the cationic component of the ionic liquid, the viscosity of the ionic liquid is prevented from increasing, and the electrolyte 5 can be quickly impregnated into the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4. Examples of the cyclic quaternary ammonium ion include an imidazolium ion, a pyrrolidinium ion, a pyridinium ion, and a piperidinium ion.

イオン液体のアニオン成分は、ビス(フルオロスルホニル)アミドイオンが好ましい。イオン液体のアニオン成分をビス(フルオロスルホニル)アミドイオンとすることにより、イオン液体の粘度が高くなることが抑制され、電解液5が正極2、負極3、セパレータ4に速やかに含浸することができる。 The anion component of the ionic liquid is preferably a bis(fluorosulfonyl)amide ion. By using a bis(fluorosulfonyl)amide ion as the anion component of the ionic liquid, the viscosity of the ionic liquid is prevented from increasing, and the electrolyte solution 5 can be quickly impregnated into the positive electrode 2, the negative electrode 3, and the separator 4.

電解液5に含まれるイオン液体の割合は、特に限定されるものではないが、電解液全体の30~90質量%であることが好ましい。イオン液体の割合を30質量%以上とすることにより、電解液5の耐熱性を向上させることができ、リチウムイオン電池の安全性を向上させることができる。また、イオン液体の割合を90質量%以下とすることにより、電解液5が電荷のキャリアであるリチウムイオンを十分に含有することができ、リチウムイオン電池の内部抵抗を低減することができる。 The proportion of ionic liquid contained in the electrolyte 5 is not particularly limited, but is preferably 30 to 90% by mass of the entire electrolyte. By making the proportion of ionic liquid 30% by mass or more, the heat resistance of the electrolyte 5 can be improved, and the safety of the lithium ion battery can be improved. Furthermore, by making the proportion of ionic liquid 90% by mass or less, the electrolyte 5 can contain a sufficient amount of lithium ions, which are charge carriers, and the internal resistance of the lithium ion battery can be reduced.

電解液5は、リチウムイオン源としてリチウム塩を含む。リチウム塩は、例えば、六フッ化りん酸リチウム、四フッ化ほう酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド、リチウムビス(フルオロスルホニル)アミドなどである。 The electrolyte 5 contains a lithium salt as a lithium ion source. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide, and lithium bis(fluorosulfonyl)amide.

電解液5は、被膜形成剤や希釈剤などのイオン液体及びリチウム塩以外の成分を含むことができる。イオン液体及びリチウム塩以外の成分は、例えば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ビニレン、炭酸ビニルエチレン、炭酸フルオロエチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、γ-ブチロラクトン、亜硫酸エチレン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、スルホラン、ジメチルスルホキシドなどである。 The electrolyte 5 may contain components other than the ionic liquid and lithium salt, such as a film-forming agent and a diluent. Examples of components other than the ionic liquid and lithium salt include propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, γ-butyrolactone, ethylene sulfite, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, sulfolane, and dimethyl sulfoxide.

非水電解質二次電池用セパレータ及びリチウムイオン電池の作製
実施例1~9及び比較例1~3の非水電解質二次電池用セパレータを作製した。また、実施例1~9のリチウムイオン電池を作製した。
Preparation of separators for non-aqueous electrolyte secondary batteries and lithium ion batteries Separators for non-aqueous electrolyte secondary batteries were prepared in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3. In addition, lithium ion batteries in Examples 1 to 9 were prepared.

[実施例1]
2質量%のポリエチレングリコールモノオレイルエーテル(ポリエチレングリコールの繰り返し単位数n=約2、ポリエチレングリコール誘導体、界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製した。そして、膜厚が15μm、透気度が100sec/cc、空隙率が47%のポリエチレン多孔質膜(東レ株式会社製「セティーラ」(登録商標))をこの界面活性剤溶液に浸漬させ、取り出して溶媒を揮発させることにより、非水電解質二次電池用セパレータを作製した。
[Example 1]
A surfactant solution was prepared by dissolving 2% by mass of polyethylene glycol monooleyl ether (the number of repeating units n of polyethylene glycol is about 2, a polyethylene glycol derivative, a surfactant) in 98% by mass of ethanol (solvent). A polyethylene porous membrane ("Setira" (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of 15 μm, an air permeability of 100 sec/cc, and a porosity of 47% was immersed in the surfactant solution, and then removed to volatilize the solvent, thereby producing a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

94質量%のLiNi0.8Co0.15Al0.052(正極活物質)と、3質量%のアセチレンブラック(導電剤)と、3質量%のポリフッ化ビニリデン(バインダ)とを混合した正極合剤をN-メチル-2-ピロリドン(分散媒)に分散させて正極スラリーを調製した。そして、この正極スラリーをアルミニウム箔(正極集電シート)の片面上に塗布し、分散媒を揮発させ、プレス処理することにより正極を作製した。 A positive electrode mixture of 94% by mass of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (positive electrode active material) , 3% by mass of acetylene black (conductive agent), and 3% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (dispersion medium) to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was then applied onto one side of an aluminum foil (positive electrode current collector sheet), the dispersion medium was volatilized, and the sheet was pressed to prepare a positive electrode.

94質量%の黒鉛(負極活物質)と、5質量%のスチレン・ブタジエンゴム(バインダ)と、1質量%のカルボキシメチルセルロース(増粘剤)とを混合した負極合剤を水(分散媒)に分散させて負極スラリーを調製した。そして、この負極スラリーを銅箔(負極集電シート)の片面上に塗布し、分散媒を揮発させ、プレス処理することにより負極を作製した。 A negative electrode mixture consisting of 94% graphite (negative electrode active material), 5% styrene-butadiene rubber (binder), and 1% carboxymethyl cellulose (thickener) was dispersed in water (dispersion medium) to prepare a negative electrode slurry. This negative electrode slurry was then applied to one side of copper foil (negative electrode current collector sheet), the dispersion medium was volatilized, and the negative electrode was fabricated by pressing.

25.4質量%のリチウムビス(フルオロスルホニル)アミド(リチウム塩)を73.3質量%の1-エチル-3-メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)アミド(イオン液体)に溶解させ、1.3質量%の炭酸フルオロエチレン(被膜形成剤)を添加することによりイオン液体電解液を調製した。 An ionic liquid electrolyte was prepared by dissolving 25.4% by mass of lithium bis(fluorosulfonyl)amide (lithium salt) in 73.3% by mass of 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(fluorosulfonyl)amide (ionic liquid) and adding 1.3% by mass of fluoroethylene carbonate (film-forming agent).

上記の正極、負極、セパレータ、電解液を用い、CR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。 A CR2032 type lithium ion battery (coin type battery) was fabricated using the above positive electrode, negative electrode, separator, and electrolyte.

[実施例2]
2質量%のポリエチレングリコールモノオレイルエーテル(ポリエチレングリコールの繰り返し単位数n=約7、ポリエチレングリコール誘導体、界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 2]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of polyethylene glycol monooleyl ether (the number of repeating units n of polyethylene glycol = approximately 7, polyethylene glycol derivative, surfactant) in 98 mass % of ethanol (solvent).

[実施例3]
2質量%のポリエチレングリコールモノオレイルエーテル(ポリエチレングリコールの繰り返し単位数n=約10、ポリエチレングリコール誘導体、界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 3]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of polyethylene glycol monooleyl ether (the number of repeating units n of polyethylene glycol = approximately 10, polyethylene glycol derivative, surfactant) in 98 mass % of ethanol (solvent).

[実施例4]
2質量%のポリエチレングリコールモノオレイルエーテル(ポリエチレングリコールの繰り返し単位数n=約20、ポリエチレングリコール誘導体、界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 4]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of polyethylene glycol monooleyl ether (the number of repeating units n of polyethylene glycol = approximately 20, polyethylene glycol derivative, surfactant) in 98 mass % of ethanol (solvent).

[実施例5]
2質量%のポリエチレングリコールモノ―4―オクチルフェニルエーテル(ポリエチレングリコールの繰り返し単位数=約10、界面活性剤、ポリエチレングリコール誘導体)を98質量%の水(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 5]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of polyethylene glycol mono-4-octylphenyl ether (number of repeating units of polyethylene glycol = approximately 10, surfactant, polyethylene glycol derivative) in 98 mass % of water (solvent).

[実施例6]
2質量%のポリエチレングリコールモノラウラート(ポリエチレングリコールの繰り返し単位数=約10、ポリエチレングリコール誘導体、界面活性剤)を98質量%の水(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 6]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of polyethylene glycol monolaurate (number of repeating units of polyethylene glycol = approximately 10, polyethylene glycol derivative, surfactant) in 98 mass % of water (solvent).

[実施例7]
2質量%のソルビタンモノラウラート(ソルビタン誘導体、界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 7]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of sorbitan monolaurate (sorbitan derivative, surfactant) in 98 mass % of ethanol (solvent).

[実施例8]
2質量%のポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート(ポリオキシエチレンソルビタン誘導体、界面活性剤)を98質量%の水(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 8]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (a polyoxyethylene sorbitan derivative, a surfactant) in 98 mass % of water (solvent).

[実施例9]
2質量%のグリセロールモノラウラート(グリセロール誘導体、界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータとCR2032型リチウムイオン電池(コイン型電池)を作製した。
[Example 9]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery and a CR2032 type lithium ion battery (coin battery) were produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of glycerol monolaurate (glycerol derivative, surfactant) in 98 mass % of ethanol (solvent).

[比較例1]
膜厚が15μm、透気度が100sec/cc、空隙率が47%のポリエチレン多孔質膜(東レ株式会社製「セティーラ」(登録商標))をそのまま非水電解質二次電池用セパレータとして用いた。
[Comparative Example 1]
A polyethylene porous film ("Setira" (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc.) having a thickness of 15 μm, an air permeability of 100 sec/cc, and a porosity of 47% was used as it was as a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

[比較例2]
2質量%のオレイルアルコール(界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータを作製した。
[Comparative Example 2]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of oleyl alcohol (surfactant) in 98 mass % of ethanol (solvent).

[比較例3]
2質量%のポリエチレングリコールモノオレイルエーテル(ポリエチレングリコールの繰り返し単位数=約50、ポリエチレングリコール誘導体、界面活性剤)を98質量%のエタノール(溶媒)に溶解させて界面活性剤溶液を調製したこと以外は実施例1と同様に、非水電解質二次電池用セパレータを作製した。
[Comparative Example 3]
A separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that a surfactant solution was prepared by dissolving 2 mass % of polyethylene glycol monooleyl ether (number of repeating units of polyethylene glycol = approximately 50, polyethylene glycol derivative, surfactant) in 98 mass % of ethanol (solvent).

イオン液体電解液含浸可否調査
実施例1~9及び比較例1~3の非水電解質二次電池用セパレータに上記のイオン液体電解液を滴下し、各セパレータにイオン液体電解液が含浸するか否かを観察した。
調査結果を表1に示す。表1には、界面活性剤溶液の調製に用いた界面活性剤、界面活性剤の疎水基の炭素数も示している。
Investigation of Ionic Liquid Electrolyte Impregnation The above ionic liquid electrolyte was dropped onto the separators for nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 3, and it was observed whether the ionic liquid electrolyte was impregnated into each separator.
The results of the investigation are shown in Table 1. Table 1 also shows the surfactants used in the preparation of the surfactant solutions and the carbon numbers of the hydrophobic groups of the surfactants.

初回充放電試験
実施例1~9のリチウムイオン電池を用いて初回充放電試験を行った。具体的には、0.2Cの電流値で電圧が4.2Vになるまでリチウムイオン電池を定電流充電し、続けて4.2Vの電圧で電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行った。5分間の休止後、1Cの電流値で電圧が2.5Vになるまで定電流放電を行った。ここで、電流値の単位Cは、電池容量を1時間で完全に充電又は放電するときの電流値である。このときの充電容量を初回充電容量とし、このときの放電容量を初回放電容量として、以下の式(6)から初回充放電効率を算出した。
初回充放電効率(%)=初回放電容量÷初回充電容量×100・・・・(6)
実施例1~9のリチウムイオン電池の初回充放電効率を表1に示す。
Initial charge/discharge test: An initial charge/discharge test was performed using the lithium ion batteries of Examples 1 to 9. Specifically, the lithium ion battery was charged at a constant current of 0.2 C until the voltage reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V until the current reached 0.05 C. After a 5-minute pause, the battery was discharged at a constant current of 1 C until the voltage reached 2.5 V. Here, the unit of current value C is the current value when the battery capacity is fully charged or discharged in 1 hour. The charge capacity at this time was taken as the initial charge capacity, and the discharge capacity at this time was taken as the initial discharge capacity, and the initial charge/discharge efficiency was calculated from the following formula (6).
Initial charge/discharge efficiency (%) = initial discharge capacity ÷ initial charge capacity × 100 (6)
The initial charge/discharge efficiencies of the lithium ion batteries of Examples 1 to 9 are shown in Table 1.

充放電サイクル試験
実施例1~9のリチウムイオン電池を用いて充放電サイクル試験を行った。具体的には、1Cの電流値で電圧が4.2Vになるまで定電流充電を行い、続けて4.2Vの電圧で電流値が0.05Cになるまで定電圧充電を行った。5分間の休止後、1Cの電流値で電圧が2.5Vになるまで定電流放電を行った。この充放電を50サイクル繰り返し、以下の式(7)から50サイクル間容量維持率(以下、容量維持率ともいう)を算出した。
容量維持率(%)=1サイクル目放電容量÷50サイクル目放電容量×100・・・・(7)
実施例1~9のリチウムイオン電池の容量維持率を表1に示す。
Charge/Discharge Cycle Test A charge/discharge cycle test was conducted using the lithium ion batteries of Examples 1 to 9. Specifically, constant current charging was performed at a current value of 1 C until the voltage reached 4.2 V, followed by constant voltage charging at a voltage of 4.2 V until the current value reached 0.05 C. After a 5-minute pause, constant current discharging was performed at a current value of 1 C until the voltage reached 2.5 V. This charge/discharge cycle was repeated 50 times, and the capacity retention rate over 50 cycles (hereinafter also referred to as capacity retention rate) was calculated from the following formula (7).
Capacity retention rate (%) = 1st cycle discharge capacity ÷ 50th cycle discharge capacity × 100 (7)
The capacity retention rates of the lithium ion batteries of Examples 1 to 9 are shown in Table 1.

実施例1~9のセパレータは、イオン液体電解液が含浸可能であった。また、実施例1~9のリチウムイオン電池は、優れた初回充放電効率及び50サイクル間容量維持率を示した。
これに対し、比較例1~3のセパレータには、イオン液体電解液が含浸しなかった。
比較例1のセパレータは、界面活性剤を備えていない。このため、多孔質膜の細孔壁面とイオン液体電解液との表面張力の差が極端に大きく、イオン液体電解液が含浸できなかったことが示唆される。
比較例2のセパレータの作製には、界面活性剤としてアルコールを用いている。このため、界面活性剤の親水性が極端に低く、界面活性剤とイオン液体電解液との親和性が低下したため、イオン液体電解液が含浸できなかったことが示唆される。
比較例3のセパレータの作製には、界面活性剤としてポリエチレングリコールの繰り返し単位数が約50のポリエチレングリコール誘導体を用いている。このため、界面活性剤の親水性が極端に高く、界面活性剤とポリオレフィン多孔質との親和性が低下したため、イオン液体電解液が含浸できなかったことが示唆される。
The separators of Examples 1 to 9 were capable of being impregnated with an ionic liquid electrolyte. Furthermore, the lithium ion batteries of Examples 1 to 9 exhibited excellent initial charge/discharge efficiency and capacity retention rate over 50 cycles.
In contrast, the separators of Comparative Examples 1 to 3 were not impregnated with the ionic liquid electrolyte.
The separator of Comparative Example 1 does not include a surfactant, which suggests that the difference in surface tension between the pore walls of the porous membrane and the ionic liquid electrolyte was extremely large, and the ionic liquid electrolyte could not be impregnated.
Alcohol was used as a surfactant in the preparation of the separator in Comparative Example 2. This suggests that the hydrophilicity of the surfactant was extremely low, which reduced the affinity between the surfactant and the ionic liquid electrolyte, and therefore the ionic liquid electrolyte could not be impregnated.
The separator of Comparative Example 3 was prepared using a polyethylene glycol derivative as a surfactant, the number of repeating polyethylene glycol units of which was approximately 50. This suggests that the surfactant was extremely hydrophilic, reducing the affinity between the surfactant and the polyolefin porous material, and therefore preventing the ionic liquid electrolyte from being impregnated.

1:細孔 2:正極 3:負極 4:セパレータ 5:電解液 6:正極集電シート 7:正極活物質層 8:多孔質膜 9:非イオン界面活性剤 11:負極集電シート 12:負極活物質層 16:正極缶 17:負極缶 18:ガスケット 20:非水電解質二次電池 1: Pore 2: Positive electrode 3: Negative electrode 4: Separator 5: Electrolyte 6: Positive electrode current collector sheet 7: Positive electrode active material layer 8: Porous membrane 9: Non-ionic surfactant 11: Negative electrode current collector sheet 12: Negative electrode active material layer 16: Positive electrode can 17: Negative electrode can 18: Gasket 20: Non-aqueous electrolyte secondary battery

Claims (9)

ポリオレフィンを含む多孔質膜を備え、
前記多孔質膜は、細孔壁面又は細孔壁中に非イオン界面活性剤を有し、
前記非イオン界面活性剤は、ポリエチレングリコールの繰り返し単位数が20以下であるポリエチレングリコール誘導体、ソルビタン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタン誘導体、グリセロール誘導体、又はポリオキシエチレングリセロール誘導体であり、
前記非イオン界面活性剤の疎水基は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、飽和又は不飽和のアシル基、アルキルスルホニル基又はアルケニルスルホニル基若しくはこれらの官能基の組み合わせから構成される官能基であり、
前記疎水基の炭素数は、4以上20以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用セパレータ。
A porous membrane including a polyolefin;
The porous membrane has a nonionic surfactant on or in the pore walls,
the nonionic surfactant is a polyethylene glycol derivative having 20 or less repeating units of polyethylene glycol, a sorbitan derivative, a polyoxyethylene sorbitan derivative, a glycerol derivative, or a polyoxyethylene glycerol derivative;
The hydrophobic group of the nonionic surfactant is a functional group consisting of an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, a saturated or unsaturated acyl group, an alkylsulfonyl group, an alkenylsulfonyl group, or a combination of these functional groups;
The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the hydrophobic group has 4 or more and 20 or less carbon atoms.
前記非イオン界面活性剤は、ポリエチレングリコール誘導体であり、下記化学式(1)で表される化合物である請求項1に記載のセパレータ。
[式中、R1及びR2のうち一方が水素原子を表し他方が前記疎水基を表し、nは1以上20以下である。]
2. The separator according to claim 1, wherein the nonionic surfactant is a polyethylene glycol derivative, which is a compound represented by the following chemical formula (1):
[In the formula, one of R 1 and R 2 represents a hydrogen atom and the other represents the hydrophobic group, and n is 1 or more and 20 or less.]
前記非イオン界面活性剤は、ソルビタン誘導体であり、下記化学式(2)で表される化合物である請求項1に記載のセパレータ。
[式中、R1、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表す。]
2. The separator according to claim 1, wherein the nonionic surfactant is a sorbitan derivative, which is a compound represented by the following chemical formula (2):
[In the formula, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represents a hydrogen atom, and at least one represents the hydrophobic group.]
前記非イオン界面活性剤は、ポリオキシエチレンソルビタン誘導体であり、下記化学式(3)で表される化合物である請求項1に記載のセパレータ。
[式中、R1、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表し、n、m、p、qのそれぞれは1以上20以下である。]
2. The separator according to claim 1, wherein the nonionic surfactant is a polyoxyethylene sorbitan derivative, which is a compound represented by the following chemical formula (3):
[In the formula, at least one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represents a hydrogen atom, at least one represents the hydrophobic group, and each of n, m, p and q is 1 or more and 20 or less.]
前記非イオン界面活性剤は、グリセロール誘導体であり、下記化学式(4)で表される化合物である請求項1に記載のセパレータ。
[式中、R1、R2及びR3のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表す。]
2. The separator according to claim 1, wherein the nonionic surfactant is a glycerol derivative and is a compound represented by the following chemical formula (4):
[In the formula, at least one of R 1 , R 2 and R 3 represents a hydrogen atom, and at least one represents the hydrophobic group.]
前記非イオン界面活性剤は、ポリオキシエチレングリセロール誘導体であり、下記化学式(5)で表される化合物である請求項1に記載のセパレータ。
[式中、R1、R2及びR3のうち少なくとも1つが水素原子を表し少なくとも1つが前記疎水基を表し、n、m、pのそれぞれは1以上20以下である。]
2. The separator according to claim 1, wherein the nonionic surfactant is a polyoxyethylene glycerol derivative, which is a compound represented by the following chemical formula (5).
[In the formula, at least one of R 1 , R 2 and R 3 represents a hydrogen atom, at least one represents the hydrophobic group, and each of n, m and p is 1 or more and 20 or less.]
前記多孔質膜の細孔は、0.01μm以上0.5μm以下の平均細孔径を有する請求項1~6のいずれか1つに記載のセパレータ。 The separator according to any one of claims 1 to 6, wherein the pores of the porous membrane have an average pore diameter of 0.01 μm or more and 0.5 μm or less. 請求項1~6のいずれか1つに記載のセパレータと、正極と、負極と、電解液とを備え、
前記電解液は、イオン液体を含む非水電解質二次電池。
A battery comprising the separator according to any one of claims 1 to 6, a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution,
The electrolytic solution of the nonaqueous electrolyte secondary battery contains an ionic liquid.
前記イオン液体は、カチオン成分とアニオン成分とを含み、
前記カチオン成分は、第四級アンモニウムイオンであり、
前記第四級アンモニウムイオンは、少なくとも一部に鎖状構造又は環状構造を有し、
前記アニオン成分は、ビス(フルオロスルホニル)アミドイオンである請求項8に記載の非水電解質二次電池。
The ionic liquid contains a cationic component and an anionic component,
The cationic component is a quaternary ammonium ion,
The quaternary ammonium ion has at least a chain structure or a cyclic structure in part,
9. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the anion component is a bis(fluorosulfonyl)amide ion.
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