JP4414165B2 - Electronic component separator and electronic component - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池などの電子部品に備えられるセパレータに関する。さらには、この電子部品用セパレータを備えた電子部品に関する。 The present invention relates to a separator provided in an electronic component such as a lithium ion secondary battery. Furthermore, it is related with the electronic component provided with this separator for electronic components.
近年、ノートパソコン、携帯電話、ビデオカメラなどの各種情報端末機器は、急激に小型化、軽量化、薄型化するとともに広く普及している。また、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車についても一部実用化が始まっている。
このような背景により、これらの電源として高エネルギー密度の二次電池の要求が高まっていて、特に、非水電解質を使用したリチウムイオン二次電池は、作動電圧が高く、高エネルギー密度を有する電池として既に実用化されている。
リチウムイオン二次電池は、一般に、正極と負極の間に電気絶縁性と保液性を備えたセパレータを介装して成る電極群を、負極端子も兼ねる電池缶の中に所定の有機電解液などの非水電解液とともに収容し、電池缶の開口部を、正極端子を備えた封口板で絶縁性のガスケットを介して密閉した構造になっている。
2. Description of the Related Art In recent years, various information terminal devices such as notebook computers, mobile phones, and video cameras have become widespread as they have rapidly become smaller, lighter, and thinner. Some hybrid vehicles and fuel cell vehicles have been put into practical use.
Due to such a background, there is an increasing demand for high energy density secondary batteries as these power sources. In particular, lithium ion secondary batteries using non-aqueous electrolytes have high operating voltage and high energy density. Has already been put to practical use.
A lithium ion secondary battery generally has a predetermined organic electrolyte solution in a battery can that also serves as a negative electrode terminal, with an electrode group formed by interposing a separator having electrical insulation and liquid retention between a positive electrode and a negative electrode. The opening of the battery can is sealed with an insulating gasket with a sealing plate provided with a positive electrode terminal.
このようなリチウムイオン二次電池を製造する方法としては、図3(a)に示すように、電極31の上に接着剤塗料32を塗布し、図3(b)に示すように、その上にポリオレフィン製セパレータ33を接合し、図3(c)に示すように、乾燥して多孔化・接着させてから、電解液を注入する方法などが例示される(例えば、特許文献1参照)。
また、ポリオレフィン系多孔質膜の片面または両面に厚さが5μm以下かつ細孔径が0.1μm未満の連通孔を有する電解液で膨潤する層を積層したセパレータを、電極で挟んでリチウムイオン二次電池を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
In addition, a separator in which a layer swelled with an electrolyte solution having a communicating hole having a thickness of 5 μm or less and a pore diameter of less than 0.1 μm is laminated on one side or both sides of a polyolefin-based porous membrane is sandwiched between electrodes and a lithium ion secondary A method of manufacturing a battery has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、セパレータに電解液を注液した際には、約50℃以上の高温領域で接着性が低くなることがあり、広範囲な温度環境下で高い接着性を発現させることが困難であった。したがって、電子部品が使用される温度範囲(−20〜100℃程度)において、イオン伝導性が低くなる場合があり、サイクル特性などの性能が不十分になることがあった。また、シャットダウン特性も不十分になることがあった。
また、特許文献2に記載の発明では、孔径が0.1μm未満であるため、通液性が低く、その上、電解液が膨潤した際には、多孔質膜の片面または両面に設けた層の孔径がさらに狭くなるので、イオン伝導性を阻害することがあった。その結果、電池特性が十分ではなかった。
また、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層キャパシタなどセパレータを有する電子部品においても、上記と同様の問題を有していた。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、セパレータに電解液が注液されても、広範囲な温度環境下で電極との接着性が高い電子部品用セパレータを提供することを目的とする。さらには、性能の優れた電子部品を提供することを目的とする。
However, in the invention described in Patent Document 1, when an electrolyte is injected into the separator, the adhesiveness may be lowered in a high temperature region of about 50 ° C. or higher, and the adhesiveness is high in a wide temperature environment. It was difficult to express. Therefore, in a temperature range (about -20 to 100 ° C.) in which the electronic component is used, ion conductivity may be lowered, and performance such as cycle characteristics may be insufficient. In addition, the shutdown characteristics may be insufficient.
In the invention described in Patent Document 2, since the pore diameter is less than 0.1 μm, the liquid permeability is low, and when the electrolyte swells, the layer provided on one side or both sides of the porous membrane Since the pore diameter of the film becomes even narrower, ion conductivity may be hindered. As a result, the battery characteristics were not sufficient.
Also, electronic parts having a separator such as a polymer lithium battery, an aluminum electrolytic capacitor, and an electric double layer capacitor have the same problems as described above.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a separator for an electronic component that has high adhesion to an electrode under a wide temperature environment even when an electrolyte is injected into the separator. To do. Furthermore, it aims at providing the electronic component excellent in performance.
本発明の電子部品用セパレータは、多孔質基材の少なくとも片面に、電気絶縁性樹脂組成物からなる多孔質層が形成された電子部品用セパレータであって、
電気絶縁性樹脂組成物は、ゲル化率が20質量%以下である第1の樹脂化合物10〜50質量%と、ゲル化率が50質量%以上である第2の樹脂化合物50〜90質量%とを含有することを特徴とする。
本発明の電子部品用セパレータにおいては、第1の樹脂化合物および第2の樹脂化合物の少なくとも一方が、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイドを骨格中に含む樹脂またはこれら樹脂の誘導体であることが好ましい。
あるいは、本発明の電子部品用セパレータにおいては、第1の樹脂化合物が、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、エチレンのうちのいずれか1種類以上とフッ化ビニリデンとからなる共重合体、または、フッ化ビニリデンからなる単独重合体であり、
第2の樹脂化合物が、六フッ化プロピレンとフッ化ビニリデンとからなる共重合体であることが好ましい。
さらに、本発明の電子部品用セパレータにおいては、多孔質基材が、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレンからなる不織布または延伸多孔質膜であることが好ましい。
本発明の電子部品用セパレータにおいては、ガーレ透気度測定装置により測定される透気度が、1000秒/100ml以下であるものが好ましい。
本発明の電子部品用セパレータは、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層キャパシタから選ばれる電子部品に好適に備えられる。
本発明の電子部品は、正極と負極とを有し、それらの間に、上述した電子部品用セパレータが配置され、該電子部品用セパレータに電解液が含浸されたものであることを特徴とする。
The separator for electronic components of the present invention is a separator for electronic components in which a porous layer made of an electrically insulating resin composition is formed on at least one surface of a porous substrate,
The electrically insulating resin composition has a gelation rate of 10 to 50% by mass of the first resin compound of 20% by mass or less and a second resin compound of 50 to 90% by mass of the gelation rate of 50% by mass or more. It is characterized by containing.
In the separator for electronic parts of the present invention, at least one of the first resin compound and the second resin compound is a resin containing a polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethylene oxide in the skeleton, or these A derivative of resin is preferable.
Alternatively, in the separator for electronic parts of the present invention, the first resin compound is a copolymer comprising at least one of ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, and ethylene and vinylidene fluoride, or , A homopolymer composed of vinylidene fluoride,
The second resin compound is preferably a copolymer composed of propylene hexafluoride and vinylidene fluoride.
Furthermore, in the separator for electronic components of the present invention, the porous substrate is preferably a nonwoven fabric or a stretched porous film made of polyethylene and / or polypropylene.
In the separator for electronic components of the present invention, it is preferable that the air permeability measured by a Gurley air permeability measuring device is 1000 seconds / 100 ml or less.
The separator for electronic parts of the present invention is suitably provided for an electronic part selected from a lithium ion secondary battery, a polymer lithium battery, an aluminum electrolytic capacitor, and an electric double layer capacitor.
An electronic component of the present invention has a positive electrode and a negative electrode, the electronic component separator described above is disposed between them, and the electronic component separator is impregnated with an electrolyte. .
本発明の電子部品用セパレータによれば、高温領域における接着性低下を防ぐことができ、接着性を維持できる。したがって、このセパレータは、広範囲な温度環境下において、イオン伝導性が高く、サイクル特性などの電池性能が優れる。
また、本発明の電子部品は、広範囲の温度範囲でサイクル特性などの性能が優れ、シャットダウン特性も優れる。
According to the separator for electronic components of the present invention, it is possible to prevent a decrease in adhesiveness in a high temperature region and maintain adhesiveness. Therefore, this separator has high ion conductivity and excellent battery performance such as cycle characteristics under a wide temperature environment.
In addition, the electronic component of the present invention has excellent performance such as cycle characteristics over a wide temperature range, and excellent shutdown characteristics.
本発明の電子部品用セパレータ(以下、セパレータという)の一実施形態例について図面を参照して説明する。
図1は、このセパレータの構成図であり、このセパレータ10は、多孔質基材11の両面に多孔質層12が形成されたものであり、リチウムイオン二次電池に備えられるものである。以下、セパレータ10の各構成要素について詳細に説明する。
An embodiment of an electronic component separator (hereinafter referred to as a separator) of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of this separator, and this
多孔質基材11は、電気的化学的に安定な高分子であれば何れも使用することができるが、特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、その共重合体、ブテンやヘキセンを共重合した共重合体、またはこれらを組み合わせた混合物であることが好ましい。また、多孔質基材11は、上記材質の繊維状物を抄造した不織布、上記材質を延伸した延伸多孔質膜等を用いることができる。これらの製造方法に特に制限はなく、例えば、延伸多孔質膜の製造方法としては、上記高分子に有機粒子または無機粒子を添加、混合し、膜状に成形後、粒子を抽出、乾燥し、さらに延伸を行うことにより製造することができる。また、膜状に成形する際には、必要に応じて可塑剤等の添加剤を含有してもよい。
また、多孔質基材11としては、電池特性がより優れることから、ポリエチレンおよび/またはポリプロピレンからなる不織布または延伸多孔質膜であることが好ましい。
As the
The
多孔質基材11の厚みには特に制限はないが、200μm以下であることが好ましい。200μmを超えると、製造されるセパレータ10の厚みが大きくなり、その結果、このセパレータ10を電池に備えた場合に電極間距離が大きくなり、内部抵抗が増大する傾向がある。より好ましい厚みは、5〜50μmである。厚みが50μm以下であると、セパレータ10の厚みも小さくでき、電池を薄型化できる。なお、厚みが5μm未満であると強度が低下しやすく、セパレータ10の製造が困難になり、セパレータ10および電池の生産性が低下する傾向にある。このような観点から最も好ましい範囲は10〜25μmである。厚みがこの範囲であれば、過充電や異常短絡状態にともなって電池内部が加熱した際には、熱溶融により多孔質構造が無孔質構造に変化して電極間反応を停止させる、いわゆるシャットダウン特性がより優れる。
Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the
また、多孔質基材11は、ガーレ透気度測定装置により測定される透気度が、1000秒/100ml以下であることが好ましい。測定された透気度が低いほど通液性が良好で、電解液の移動が容易となり、イオン伝導性が向上する。また、このような透気度の多孔質基材11を使用すると、セパレータの透気度を容易に1000秒/100ml以下の範囲とすることができ、その結果、イオン伝導性の良好なセパレータとすることができる。また、多孔質基材11がこのような透気度を有する場合、その空孔率は20〜80体積%の範囲となる。
ここで、ガーレ透気度測定装置により測定される透気度とは、JIS P8117に準拠して測定される値である。
The
Here, the air permeability measured by the Gurley air permeability measuring device is a value measured according to JIS P8117.
多孔質層12は、電気絶縁性樹脂組成物からなる多孔質の層である。さらに、電気絶縁性樹脂組成物は、ゲル化率が20質量%以下である第1の樹脂化合物10〜50質量%と、ゲル化率が50質量%以上である第2の樹脂化合物50〜90質量%とを含有し、電気絶縁性を有するものである。このように、電気絶縁性樹脂組成物では、ゲル化率が低くて電解液に溶解しにくい第1の樹脂化合物の含有量と、ゲル化率が高くて電解液に溶解しやすい第2の樹脂化合物の含有量が特定されているので、広範囲の温度領域で電極との接着強度を高くできる。特に、高温領域で膨潤ゲルになり、しかも完全に溶解することはないから、高温領域であっても高い接着性を維持できる。
なお、第1の樹脂化合物の含有量が10質量%未満であっても、第2の樹脂化合物の含有量が50質量%未満であっても、電解液を注液した際に接着性が低くなる温度領域を有するようになる。
The
Even when the content of the first resin compound is less than 10% by mass or the content of the second resin compound is less than 50% by mass, the adhesiveness is low when the electrolyte is injected. It has a temperature range.
ここで、ゲル化率とは、電解液に対するゲル化率のことであり、以下のようにして求められる。まず、樹脂化合物0.5g(±0.1g)を秤量し、プロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2からなる電解液溶媒5.0g中に浸漬させ、密閉し、90℃の恒温槽中に投入して1時間放置する。次いで、この放置されたものを濾過した後、濾紙上に残った樹脂化合物の濾過物をメタノールで洗浄し、電解液を除去する。そして、濾過物を乾燥して乾燥後の質量を測定し、試験前後の質量を下記式に代入してゲル化率を算出する。
ゲル化率(質量%)={試験前質量(g)−試験後質量(g)}/試験前質量(g)×100
このゲル化率は、各樹脂化合物の分子量や架橋度によって決定される。
Here, the gelation rate is the gelation rate with respect to the electrolytic solution, and is determined as follows. First, 0.5 g (± 0.1 g) of a resin compound is weighed and immersed in 5.0 g of an electrolyte solvent composed of propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) = 1: 2, sealed, and 90 ° C. And put it in a constant temperature bath for 1 hour. Next, after filtering this standing, the resin compound filtrate remaining on the filter paper is washed with methanol to remove the electrolyte. Then, the filtrate is dried, the mass after drying is measured, and the gelation rate is calculated by substituting the mass before and after the test into the following formula.
Gelation rate (mass%) = {mass before test (g) −mass after test (g)} / mass before test (g) × 100
This gelation rate is determined by the molecular weight and the degree of crosslinking of each resin compound.
電気絶縁性樹脂組成物に含まれる第1の樹脂化合物および第2の樹脂化合物の少なくとも一方は、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイドを骨格中に含む樹脂またはこの樹脂の誘導体であることが好ましい。電気絶縁性樹脂組成物に含まれる第1の樹脂化合物および第2の樹脂化合物の少なくとも一方が、上述したものであれば、電解液との親和性がより高くなるので、電池特性がより高くなる。また、電解液の膨潤によって発現する接着性がより高くなる。 At least one of the first resin compound and the second resin compound contained in the electrically insulating resin composition is a resin or a resin containing polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyethylene oxide in the skeleton It is preferable to be a derivative of If at least one of the first resin compound and the second resin compound contained in the electrical insulating resin composition is as described above, the affinity with the electrolytic solution is higher, and thus the battery characteristics are higher. . Moreover, the adhesiveness expressed by swelling of electrolyte solution becomes higher.
さらに、第1の樹脂化合物としては、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、エチレンのうちのいずれか1種類以上とフッ化ビニリデンとからなる共重合体またはフッ化ビニリデンからなる単独重合体であり、第2の樹脂化合物が、六フッ化プロピレンとフッ化ビニリデンとからなる共重合体であることが好ましい。
これらフッ化ビニリデンを必須成分としたフッ化ビニリデン系樹脂は電気化学的に安定であり、電池が有する電極電位の間で十分な電位窓を有するので、第1の樹脂化合物および第2の樹脂化合物が上記重合体である場合には、電池特性がより高くなる。
Furthermore, the first resin compound is a copolymer composed of one or more of ethylene tetrafluoride, hexafluoropropylene, and ethylene and a homopolymer composed of vinylidene fluoride. The second resin compound is preferably a copolymer composed of hexafluoropropylene and vinylidene fluoride.
Since these vinylidene fluoride resins containing vinylidene fluoride as an essential component are electrochemically stable and have a sufficient potential window between the electrode potentials of the battery, the first resin compound and the second resin compound When is a polymer, the battery characteristics are further improved.
第1の樹脂化合物、第2の樹脂化合物が、上記のフッ化ビニリデン系樹脂の場合、フッ化ビニリデン系樹脂は、例えば、乳化重合法、懸濁重合法などの公知の重合法による不均一重合系で、適宜重合条件を設定して製造すればよい。具体的には、過硫酸アンモニウムなどの水溶性無機過酸化物、さらには還元剤を組み合わせたレドックス系を触媒として、パーフルオロオクタン酸アンモニウム、パーフルオロヘプタン酸アンモニウム、パーフルオロノナン酸アンモニウムなどを乳化剤に用い、加圧加熱下の条件の下で行う。 When the first resin compound and the second resin compound are the above-mentioned vinylidene fluoride resins, the vinylidene fluoride resin is, for example, a heterogeneous polymerization by a known polymerization method such as an emulsion polymerization method or a suspension polymerization method. In the system, the polymerization conditions may be set as appropriate. Specifically, water-soluble inorganic peroxides such as ammonium persulfate, and redox systems combined with reducing agents as catalysts, ammonium perfluorooctanoate, ammonium perfluoroheptanoate, ammonium perfluorononanoate, etc. as emulsifiers. Use under conditions of pressure and heating.
この多孔質層12は、外表面の平均孔径が0.1〜5μmの範囲で、内部の平均孔径が0.5〜10μmの範囲であり、かつ、外表面の平均孔径が内部の平均孔径より小さいように制御されていることが好ましい。なお、外表面の平均孔径は、多孔質層の外表面をSEMなどで観察し、任意に選択された少なくとも20個の孔の孔径を測定し、これを平均することにより算出される。また、内部の平均孔径は、多孔質層の縦断面をSEMなどで観察し、外表面に露出していない孔を任意に少なくとも20個選択して、その孔径を測定し、これを平均することにより算出される。また、ここで孔径とは、孔が略円形でなく略楕円形などの場合には、長径のことを指す。
This
多孔質層12の外表面は、このセパレータを電池に使用した際に、電極と密着する部分である。よって、その平均孔径が大きすぎると、結果として電極と接触する電気絶縁性樹脂組成物の接触面積が小さくなり、電極との密着性、接着性が低下する傾向がある。一方、平均孔径が小さすぎると、電解液の通液が困難となり、イオン伝導性が低下する傾向がある。したがって、外表面の平均孔径を0.1〜5μmの範囲とすることによって、電極との密着性を確保でき、かつ、電解液の通液も十分となる。また、正極や負極に用いられる電極活物質の粒径は様々ではあるものの、一般的に5μm以上であることが多い。この点からも、外表面の孔径が5μm以下であると、セパレータと電極とを接合した際に電極活物質が多孔質層中に混入して局所的な短絡を招くことを、より防止できる。また、外表面の平均孔径がこのような範囲であると、電極とこの外表面とを接着させた場合に、外表面の孔が電極表面の凹凸を吸収し、電極接合後の正極/セパレータ/負極の複合体における厚み斑を軽減しつつ、電極とセパレータとを隙間なく密着させることも可能である。
The outer surface of the
一方、多孔質層12の内部の平均孔径は、電界液の漏液を防ぎ、保持する電解液の量と電解液の移動の自由度とを確保しつつ、多孔質層12の強度を維持可能な範囲であることが重要であり、0.5〜10μmであることが好ましい。すなわち、平均孔径が0.5μm未満では、保持可能な電解液の量が低下するとともに、電解液の移動の自由度も低下し、イオン伝導性が悪くなる。一方、平均孔径が10μmを超えると多孔質層12の強度が低下し、多孔質構造を維持しにくいうえ、電気絶縁性樹脂組成物が本来有する電解液との親和性が十分に発現せず、電解液が多孔質層から漏液しやすい。より好ましい範囲は0.5〜5μmである。
On the other hand, the average pore diameter inside the
また、多孔質層12の外表面と内部の平均孔径はそれぞれ上記範囲であって、しかも、外表面の平均孔径が内部の平均孔径より小さくなるように制御されていることが好ましい。このように外表面の孔径が内部の孔径よりも小さいと、電気絶縁性樹脂組成物からなる孔壁との間の弱い相互作用によって孔内に保持されている電解液が、孔の内部に安定に保持されやすく、電解液の漏液が起こりにくい。
このように多孔質層12の外表面と内部との孔径を上述のように異ならせ、特定の関係に制御すれば、電解液の通液性が良好で、かつ、電解液の漏液が抑制され、電極との密着性を強固に維持可能なセパレータを得ることができる。
Moreover, it is preferable that the outer surface and the inside average pore diameter of the
Thus, if the pore diameters of the outer surface and the inner surface of the
また、多孔質層12は、1m2当たり0.5〜10gの質量で形成されることが好ましい。多孔質層12が1m2当たり0.5g未満の質量で形成されると、電極との密着性に寄与する第1の樹脂化合物および第2の樹脂化合物の量が極めて少なくなることとなり、十分な密着性が発現しない場合があるが、多孔質層12が1m2当たり0.5g以上の質量で形成されると、密着性は十分となる。一方、多孔質層12が1m2当たり10gを超えて形成されても、密着性はそれ以上はほとんど向上しない。よって、多孔質層が1m2当たり10gを超えて形成されると、多孔質層の厚みが厚くなり、電池の薄型化にとって不利となるばかりか、体積エネルギー密度を低下させる。したがって、1m2当たり0.5〜10gで多孔質層12が形成されると、各種性能のバランスが最も優れた電池を提供可能なセパレータとすることができる。
The
また、多孔質層12の厚みには特に制限はないが、イオン伝導度、電極との密着性、電池の薄型化の観点から0.5〜8μmが好ましい。厚みが0.5μm未満であると、特に電極との密着性が低下する傾向がある。さらに、好ましくは厚みが0.5〜5μm、より好ましくは0.5〜1.5μmの範囲であると、イオン伝導性が一段と向上する。
Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the
また、多孔質層12中には、第1の樹脂化合物および第2の樹脂化合物を主成分とする限りにおいて、必要に応じて、電気化学的に安定な粒子や繊維状物などを含有させて、多孔質層12の機械強度、寸法安定性を向上させてもよい。このような粒子としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウムなどの無機粒子、フェノール樹脂粒子、ポリイミド樹脂粒子、ベンゾグアナミン樹脂粒子、メラミン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂粒子などの有機粒子が挙げられ、繊維状物としては、例えば、アパタイト繊維、酸化チタン繊維、金属酸化物のウィスカーなどの無機繊維状物、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維などの有機繊維状物が挙げられる。これらの粒子、繊維状物の形状、粒径に特に制限はなく、適宜選択して用いることができる。また、これらの粒子や繊維状物を含有させる場合には、上述したように、例えば乾燥法、抽出法などで多孔質層を形成する際にコーティングする溶液またはスラリー中に、これらを添加しておけばよい。
In addition, as long as the first resin compound and the second resin compound are the main components, the
電気絶縁性樹脂組成物から多孔質層12を形成する方法としては、相分離法、乾燥法、抽出法、発泡法などが挙げられる。
例えば、乾燥法で多孔質層12を形成する場合には、まず、電気絶縁性樹脂組成物を溶媒に溶解した溶液またはスラリーを調製し、これを、離型処理したポリマーフィルムなどからなる離型フィルムの表面にコーティングし、乾燥する。この際、特に溶媒として、使用する電気絶縁性樹脂組成物の良溶媒と貧溶媒とを組み合わせて使用し、また、貧溶媒としては、良溶媒よりも高沸点のものを選択する。このように溶媒を選択して組み合わせて使用し、これに電気絶縁性樹脂組成物を溶解させた溶液またはスラリーをコーティングし、乾燥することで、良溶媒が貧溶媒より先に蒸発し、ついで溶解度が低下した電気絶縁性樹脂組成物が析出を開始し、貧溶媒の存在体積相当の空孔率を有する多孔質構造をとることとなる。この際、良溶媒と貧溶媒の組み合わせ、その比率、溶媒中の電気絶縁性樹脂組成物の溶解濃度、乾燥条件などを適宜調整すれば、多孔質層12における孔径を制御することもできる。
Examples of the method for forming the
For example, when the
セパレータ10を製造する方法としては、例えば、上述した方法により離型フィルム上に多孔質層を形成した後、この多孔質層12上に多孔質基材11を配し、平板プレス、ラミネーターロールなどによりこれらを貼り合わせ、その後、離型フィルムを剥離することにより、多孔質基材11上に多孔質層12を形成することができる。
また、このように離型フィルムを使用して多孔質層12を形成するかわりに、多孔質基材11の表面に、直接、電気絶縁性樹脂組成物を溶媒に溶解した溶液またはスラリーをコーティングし、多孔質層12を形成してもよい。この場合にも、良溶媒と貧溶媒の組み合わせ、その比率、溶媒中の電気絶縁性樹脂組成物の溶解濃度、乾燥条件などを適宜調整することにより、多孔質層12における孔径を制御できる。
As a method for producing the
Instead of forming the
抽出法で多孔質層12を形成する場合には、電気絶縁性樹脂組成物を良溶媒に溶解させて得られた溶液を離型フィルムにコーティングした後、これを電気絶縁性樹脂組成物の貧溶媒中に浸漬し、コーティングされた電気絶縁性樹脂組成物中の良溶媒を抽出し、貧溶媒と置換することにより多孔質構造とすることができる。そして、これを乾燥法の場合と同様に、多孔質基材11に貼り合わせ、離型フィルムを剥離することにより、多孔質基材11上に多孔質層12を形成することができる。また、抽出法の場合にも、離型フィルムを使用せずに、直接、多孔質基材11上に電気絶縁性樹脂組成物を良溶媒に溶解させて得られた溶液をコーティングし、その後これを電気絶縁性樹脂組成物の貧溶媒中に浸漬してもよい。
In the case where the
上述した製造方法において、離型フィルムや多孔質基材11上に、溶液またはスラリーをコーティングする方法としては特に制限はなく、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法などが挙げられる。
また、電気絶縁性樹脂組成物の良溶媒としては、例えば、1−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド系、ジメチルスルホキシドなどのスルホン系、2−ブタノン、シクロヘキサノンなどのケトン系、テトラヒドロフランなどのエーテル系などが例示でき、貧溶媒としては、例えばメタノール、1−ヘキサノール、1−ヘプタノール、1−オクタノールなどのアルコール系、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどのグリコール系、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのエーテル系、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルカーボネートなどの炭酸エステル系、デカン、ドデカンなどの炭化水素系、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチルなどのフタル酸エステル系などが例示できるがこれらに限定されるものではない。また、良溶媒および貧溶媒において、各々2種類以上を混合して用いることもできる。
In the production method described above, there is no particular limitation on the method for coating the release film or the
Examples of the good solvent for the electrically insulating resin composition include amides such as 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide, and N, N-dimethylformamide, and sulfones such as dimethyl sulfoxide. Examples thereof include ketones such as 2-butanone and cyclohexanone, ethers such as tetrahydrofuran, etc. Examples of the poor solvent include alcohols such as methanol, 1-hexanol, 1-heptanol and 1-octanol, ethylene glycol, propylene Glycols such as glycol, diethylene glycol and glycerin, ethers such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve and butyl cellosolve, carbonates such as propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl carbonate Ether-based, decane, hydrocarbon such as dodecane, diethyl phthalate, although such a phthalate such as dibutyl phthalate may be cited but are not limited thereto. Moreover, in a good solvent and a poor solvent, 2 or more types can also be mixed and used, respectively.
本実施形態例のように、多孔質基材11の両面に多孔質層12を形成する場合には、片面ずつ形成してもよいし、両面に同時にコーティングしたり、両面に同時に別途製造した多孔質層を積層し、平板プレスなどで貼り合わせたりしてもよい。
When the
また、このようなセパレータ10は、ガーレ透気度測定装置により測定される透気度が、1000秒/100ml以下であることが好ましい。セパレータ10の透気度が1000秒/100mlを超えると、イオン伝導性が低下する傾向がある。透気度をより好ましくは500秒/100ml以下、さらに好ましくは1〜200秒/100mlとすることにより、優れたイオン伝導性を有するセパレータとすることができる。
ここで、ガーレ透気度測定装置により測定される透気度とは、JIS P8117に準拠して測定される値である。
In addition, such a
Here, the air permeability measured by the Gurley air permeability measuring device is a value measured according to JIS P8117.
以上説明したセパレータ10にあっては、多孔質基材11の両面に多孔質層12が形成されており、さらに多孔質層12をなす電気絶縁性樹脂組成物は、第1の樹脂化合物10〜50質量%と第2の樹脂化合物50〜90質量%とを含有するので、電解液を注液した際には多孔質層12が膨潤ゲルになり、しかも完全に溶解しないから、高温領域における接着性低下を防ぐことができ、接着性を維持できる。その結果、広範囲な温度環境下において高い接着性を有するようになる。具体的には、電子部品の電極に接着され、電解液が含浸された状態で−20〜100℃の環境下に1時間以上放置された後の接着強度が10g/cm以上になる。したがって、このセパレータ10は、広範囲な温度環境下において、イオン伝導性が高く、サイクル特性などの電池性能が優れる。
このようなセパレータ10は、その効果がとりわけ発揮されることから、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層キャパシタなどの電子部品に好適に備えられる。
In the
Such a
ここで、接着強度とは、以下のようにして測定された強度のことである。すなわち、セパレータ10と電極とを積層し、100℃のホットプレート上で、1.5MPa、10秒間の条件でプレスし、得られた試験片を180°剥離試験によって剥離速度50mm/分で剥離する。その際に測定される剥離強度を接着強度とする。
また、この接着強度測定の際に含浸される電解液とは、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートを質量比1:1の割合で混合した溶媒に、1mol/lとなるようにLiPF6を溶解したものである。
Here, the adhesive strength is a strength measured as follows. That is, the
The electrolytic solution impregnated in the measurement of the adhesive strength is a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate are mixed at a mass ratio of 1: 1 so as to be 1 mol / l. is there.
また、接着強度の測定の際に使用される電極とは、以下の製法で作製したものである。すなわち、活物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)100質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部と、バインダーとしてビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体10質量部と、N,N−ジメチルアセトアミド100質量部と、フタル酸ジブチル30質量部とを混合、分散した塗布液を、厚さ40μmのアルミニウム箔上に、乾燥後の厚みが200μmになるように塗布し、150℃にて乾燥する。その後、熱ロールでプレスを行って総厚約150μmの電極(正極)を得る。このようにして得られた電極を接着強度測定に用いる。
または、活物質としてメソフェーズカーボンブラック100質量部と、導電助剤としてアセチレンブラック5質量部と、バインダーとしてビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体20質量部と、N,N−ジメチルアセトアミド150質量部と、フタル酸ジブチル40質量部とを混合、分散した塗布液を、厚さ40μmの銅箔上に乾燥後の厚みが200μmになるように塗布し、150℃にて乾燥する。その後、熱ロールでプレスを行って総厚約150μmの電極(負極)を得る。このようにして得られた電極を接着強度測定に用いる。
なお、これらの電極は接着強度測定の際に使用されるものであり、本発明の電子部品用セパレータに接着される電極は、上記電極に限定されない。
Moreover, the electrode used in the measurement of adhesive strength is produced by the following manufacturing method. That is, 100 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as an active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, 10 parts by mass of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer as a binder, and N, N-dimethyl A coating solution in which 100 parts by mass of acetamide and 30 parts by mass of dibutyl phthalate are mixed and dispersed is applied on an aluminum foil having a thickness of 40 μm so that the thickness after drying becomes 200 μm and dried at 150 ° C. . Thereafter, pressing is performed with a hot roll to obtain an electrode (positive electrode) having a total thickness of about 150 μm. The electrode thus obtained is used for measuring the adhesive strength.
Alternatively, 100 parts by mass of mesophase carbon black as an active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, 20 parts by mass of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer as a binder, and 150 parts by mass of N, N-dimethylacetamide Then, a coating liquid in which 40 parts by mass of dibutyl phthalate is mixed and dispersed is applied on a copper foil having a thickness of 40 μm so that the thickness after drying becomes 200 μm, and dried at 150 ° C. Thereafter, pressing is performed with a hot roll to obtain an electrode (negative electrode) having a total thickness of about 150 μm. The electrode thus obtained is used for measuring the adhesive strength.
In addition, these electrodes are used in the case of adhesive strength measurement, and the electrode adhere | attached on the separator for electronic components of this invention is not limited to the said electrode.
次に、上述したセパレータを備えた電子部品の1種であるリチウムイオン二次電池について説明する。このリチウムイオン二次電池は、正極と負極とを有し、これらの間に、上述したセパレータが配置され、このセパレータに電解液が含浸されたものである。
正極および負極には、電極活物質が用いられる。リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、組成式LixM2O2、またはLiyM2O2(ただし、Mは遷移金属、0≦x≦1、0≦y≦2)で表される複合酸化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層構造の金属カルコゲン化合物などが挙げられ、その具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、Li2Mn2O4、MnO2、FeO2、V2O5、V6O13、TiO2、TiS2などが挙げられる。また、有機化合物としては、例えばポリアニリン、ポリアセン、ポリピロールなどの導電性高分子が挙げられる。さらに無機化合物、有機化合物を問わず、これら各種活物質を混合して用いてもよい。
Next, a lithium ion secondary battery that is one type of electronic component including the separator described above will be described. This lithium ion secondary battery has a positive electrode and a negative electrode, in which the separator described above is disposed, and this separator is impregnated with an electrolytic solution.
An electrode active material is used for the positive electrode and the negative electrode. The positive electrode active material of the lithium ion secondary battery is represented by a composition formula Li x M 2 O 2 or Li y M 2 O 2 (where M is a transition metal, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 2). Composite oxide, oxide having tunnel-like holes, metal chalcogen compound having a layer structure, and the like. Specific examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 Mn 2 O 4. , MnO 2 , FeO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 and the like. Examples of the organic compound include conductive polymers such as polyaniline, polyacene, and polypyrrole. Furthermore, these various active materials may be mixed and used regardless of an inorganic compound or an organic compound.
リチウムイオン二次電池の負極活物質としては、リチウムおよび/またはリチウムイオンを吸蔵・放出可能な物質である炭素材料、グラファイト、コークスなど、その他、Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cdなどとリチウムとの合金、LiFe2O3などの遷移金属複合酸化物、WO2、MoO2などの遷移金属酸化物、グラファイト、カーボンなどの炭素質材料、Li5(Li3N)などの窒化リチウム、さらに金属リチウム箔などのリチウム金属、またはこれらの混合物を用いてもよい。 Examples of the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery include carbon materials, graphite, coke, etc., which are materials capable of occluding and releasing lithium and / or lithium ions, Al, Si, Pb, Sn, Zn, Cd, etc. Alloys with lithium, transition metal composite oxides such as LiFe 2 O 3 , transition metal oxides such as WO 2 and MoO 2 , carbonaceous materials such as graphite and carbon, lithium nitrides such as Li 5 (Li 3 N), Further, lithium metal such as metal lithium foil, or a mixture thereof may be used.
特に好ましい負極活物質としては、炭素材料、リチウム金属、リチウム合金または酸化物材料が挙げられ、正極活物質としては、リチウムイオンがインターカーレート・デインターカーレート可能な酸化物または炭素材料などが挙げられる。このような活物質が使用された電極を用いることにより、良好な特性の電池を得ることができる。
ここで炭素材料の具体例としては、メソフェーズカーボンブラック、メソカーボンマイクロビーズ、天然または人造のグラファイト、樹脂焼成炭素材料、カーボンブラック、炭素繊維などから適宜選択すればよい。これらは粉末として用いられる。これらの中でもグラファイトやメソフェーズカーボンブラックが好ましく、その平均粒径は1〜30μm、特に5〜25μmであることが好ましい。平均粒径が上記範囲よりも小さすぎると、充放電サイクル寿命が短くなり、また、容量のばらつきが大きくなる傾向にある。また上記範囲よりも大きすぎると、容量のばらつきが著しく大きくなり、平均容量が小さくなってしまう。平均粒径が大きい場合に容量のばらつきが生じるのは、グラファイトと集電体の接触やグラファイト同士の接触が均一でなく、ばらつくことによると考えられる。
リチウムイオンがインターカーレート、デインターカーレート可能な酸化物としては、リチウムを含む複合酸化物が好ましく、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO4、LiV2O4等が挙げられる。これらの酸化物は粉末として用いられるが、粉末の平均粒子径は1〜40μmであることが好ましい。
Particularly preferred negative electrode active materials include carbon materials, lithium metals, lithium alloys or oxide materials, and positive electrode active materials include oxides or carbon materials capable of intercalating and deintercalating lithium ions. Can be mentioned. By using an electrode in which such an active material is used, a battery having good characteristics can be obtained.
Here, specific examples of the carbon material may be appropriately selected from mesophase carbon black, mesocarbon microbeads, natural or artificial graphite, resin-fired carbon material, carbon black, carbon fiber, and the like. These are used as powders. Among these, graphite and mesophase carbon black are preferable, and the average particle diameter is preferably 1 to 30 μm, particularly preferably 5 to 25 μm. When the average particle size is too smaller than the above range, the charge / discharge cycle life is shortened and the variation in capacity tends to be large. On the other hand, if it is larger than the above range, the variation in capacity becomes remarkably large and the average capacity becomes small. It is considered that the variation in capacity when the average particle size is large is due to uneven and uneven contact between the graphite and the current collector or between the graphites.
The oxide capable of intercalating and deintercalating lithium ions is preferably a composite oxide containing lithium, and examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 4 , and LiV 2 O 4 . These oxides are used as a powder, but the average particle diameter of the powder is preferably 1 to 40 μm.
また、電極には、必要に応じて導電助剤が添加される。導電助剤としては好ましくは、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀などの金属が挙げられ、これらのなかでは特にグラファイト、カーボンが好ましい。電極の形成に用いるバインダーとしては、フッ素樹脂、フッ素ゴムなどが挙げられ、バインダーの量は電極の3〜30質量%程度の範囲が適当である。 Moreover, a conductive support agent is added to an electrode as needed. Preferred examples of the conductive assistant include metals such as graphite, carbon black, acetylene black, carbon fiber, nickel, aluminum, copper, and silver. Among these, graphite and carbon are particularly preferable. Examples of the binder used for forming the electrode include fluororesin and fluororubber, and the amount of the binder is suitably in the range of about 3 to 30% by mass of the electrode.
リチウムイオン二次電池を作製するには、まず、電極活物質と、必要に応じて添加される導電助剤とを、ゲル電解質溶液またはバインダー溶液に分散して電極塗布液を調製し、この電極塗布液を集電体に塗布する。集電体は、電池を備えるデバイスの形状やケース内への配置方法に応じて、公知の集電体から適宜選択して使用すればよい。通常、正極にはアルミニウムなど、負極には銅、ニッケルなどが使用される。
電極塗布液を集電体に塗布したあと、溶媒を蒸発させることにより、集電体に活物質層が形成された正極および負極がそれぞれ得られる。電極塗布液の塗布厚は、50〜400μm程度とすることが好ましい。
In order to produce a lithium ion secondary battery, first, an electrode coating material is prepared by dispersing an electrode active material and a conductive additive added as necessary in a gel electrolyte solution or a binder solution. Apply the coating solution to the current collector. The current collector may be used by appropriately selecting from known current collectors according to the shape of the device including the battery and the arrangement method in the case. Usually, aluminum or the like is used for the positive electrode, and copper or nickel is used for the negative electrode.
After the electrode coating liquid is applied to the current collector, the solvent is evaporated to obtain a positive electrode and a negative electrode each having an active material layer formed on the current collector. The coating thickness of the electrode coating solution is preferably about 50 to 400 μm.
このようにして得られた正極および負極と、上述したセパレータとを、図2(a)に示すように、正極活物質層13と集電体14とからなる正極15、セパレータ10、負極活物質層16と集電体17とからなる負極18の順に積層し、圧着して電子素体を作製し、外装材に充填する。なお、積層の際には、電極の活物質層側がセパレータと接するように配置する。ここで、図2(b)に示すように、圧着する際にあらかじめセパレータ10に電解液を含浸しておいてもよいし、電子素体を外装材に充填してから電解液を注入してもよい。その後、電極端子、安全装置などを適宜接続した後、外装材を封止する。
As shown in FIG. 2A, the positive electrode and negative electrode thus obtained and the separator described above are combined into a
電解液としては、有機溶媒に電解質塩を溶解した混合溶液が使用される。さらに、有機溶媒としては、高い電圧をかけた場合でも分解が起こらないものが好ましく、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトロヒドラフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチルアセテートなどの極性溶媒、もしくはこれら溶媒の2種類以上の混合物が挙げられる。
電解液に溶解する電解質塩としては、リチウムイオン二次電池の場合、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF6、LiCF3CO2、LiPF6SO3、LiN(SO3CF3)2、Li(SO2CF2CF3)2、LiN(COCF3)2およびLiN(COCF2CF3)2 などのリチウムを含む塩、またはこれらの2種以上の混合物を使用できる。
As the electrolytic solution, a mixed solution in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent is used. Further, as the organic solvent, those which do not decompose even when a high voltage is applied are preferable, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, γ-butyrolactone, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylacetamide, Examples include polar solvents such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrohydrafuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, and methyl acetate, or a mixture of two or more of these solvents.
As the electrolyte salt dissolved in the electrolytic solution, in the case of a lithium ion secondary battery, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 6 , LiCF 3 CO 2 , LiPF 6 SO 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , lithium-containing salts such as Li (SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 , LiN (COCF 3 ) 2 and LiN (COCF 2 CF 3 ) 2 , or mixtures of two or more thereof.
以上説明したリチウムイオン二次電池は、上述したセパレータを備えたものであり、電極液が注液されていても、広範囲の温度で電極とセパレータとの接着強度が高い。したがって、広範囲の温度でイオン伝導性が高く、電池性能が高い。しかも、広範囲の温度で、シャットダウン特性に優れ、メルトダウンしにくくなっている。 The lithium ion secondary battery described above includes the separator described above, and has high adhesive strength between the electrode and the separator over a wide range of temperatures even when the electrode liquid is injected. Therefore, ion conductivity is high in a wide range of temperatures, and battery performance is high. Moreover, it has excellent shutdown characteristics over a wide range of temperatures and is difficult to melt down.
なお、本発明は上述した実施形態例に限定されない。例えば、上述した実施形態例では、多孔質基材の両面に多孔質層が形成されていたが、多孔質基材の片面のみに形成されていてもよい。但し、多孔質層を多孔質基材の両面に形成すれば、このセパレータと電極との接着性、密着性がより良好となるため、イオン伝導性がより向上する。
また、電子部品がリチウムイオン二次電池以外のものであってもよく、正極および負極とセパレータとから構成される電子部品であれば特に制限されないが、リチウムイオン二次電池以外では、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層キャパシタなどに好適に備えられる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment example. For example, in the embodiment described above, the porous layer is formed on both surfaces of the porous substrate, but may be formed only on one surface of the porous substrate. However, if the porous layer is formed on both surfaces of the porous base material, the adhesion and adhesion between the separator and the electrode are improved, so that the ion conductivity is further improved.
Also, the electronic component may be other than a lithium ion secondary battery, and is not particularly limited as long as it is an electronic component composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator, but other than a lithium ion secondary battery, a polymer lithium battery , Aluminum electrolytic capacitors, electric double layer capacitors and the like.
以下の実施例および比較例において、「%」は「質量%」のことである。
<セパレータの作製>
(実施例1〜7、比較例1〜3)
下記表1に示す樹脂化合物を含む表2に示す電気絶縁性樹脂組成物を用い、以下のようにして、セパレータを作製した。
すなわち、表2に示す電気絶縁性樹脂組成物を1−メチル−2−ピロリドン(NMP)に添加し、窒素雰囲気下において室温で溶解し、室温冷却後、得られた混合物を塗布液とした。次いで、厚さが約12μm、透気度の測定値が約100秒/100mlのポリエチレン製延伸多孔質基材の片面に、得られた塗布液をドクターブレード法によってキャストした後、メタノール中に投入し、10分間浸漬した。次いで、メタノール中から引き上げた後、40℃の乾燥機中で乾燥させて、ポリエチレン製の延伸多孔質基材の片面に多孔質層を形成させた。さらに、ポリエチレン製の延伸多孔質基材のもう一方の片面に、同様の処理を施して、ポリエチレン製の延伸多孔質基材の両面に多孔質層を形成したセパレータを得た。
なお、比較例1では、多孔質層が形成されていないポリエチレン製の延伸多孔質基材をセパレータとして利用した。また、比較例2では、上記ポリエチレン製の延伸多孔質基材の内部に、フッ化ビニリデン重合体(ゲル化率:約4%)を充填してセパレータとした。
In the following examples and comparative examples, “%” means “mass%”.
<Preparation of separator>
(Examples 1-7, Comparative Examples 1-3)
Using the electrically insulating resin composition shown in Table 2 containing the resin compound shown in Table 1 below, a separator was prepared as follows.
That is, the electrically insulating resin composition shown in Table 2 was added to 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dissolved in a nitrogen atmosphere at room temperature, cooled to room temperature, and the resulting mixture was used as a coating solution. Next, the obtained coating solution is cast by a doctor blade method on one side of a polyethylene stretched porous substrate having a thickness of about 12 μm and a measured value of air permeability of about 100 seconds / 100 ml, and then poured into methanol. And soaked for 10 minutes. Subsequently, after raising from methanol, it was dried in a dryer at 40 ° C. to form a porous layer on one side of a stretched porous substrate made of polyethylene. Furthermore, the same process was performed on the other side of the stretched porous substrate made of polyethylene to obtain a separator in which a porous layer was formed on both sides of the stretched porous substrate made of polyethylene.
In Comparative Example 1, a stretched porous substrate made of polyethylene in which no porous layer was formed was used as a separator. Moreover, in Comparative Example 2, a vinylidene fluoride polymer (gelation rate: about 4%) was filled into the polyethylene stretched porous base material to obtain a separator.
<ゲル化率測定方法>
表1に示す各樹脂化合物についてゲル化率を以下のようにして測定した。まず、樹脂化合物0.5g(±0.1g)を秤量し、プロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2からなる電解液溶媒5.0g中に浸漬させ、密閉し、−20℃,25℃,90℃の恒温槽中に投入して1時間放置した。次いで、この放置されたものを濾過した後、濾紙上に残った樹脂化合物の濾過物をメタノールで洗浄し、電解液を除去した。そして、濾過物を乾燥して乾燥後の質量を測定し、試験前後の質量を下記式に代入してゲル化率を算出した。
ゲル化率(質量%)={試験前質量(g)−試験後質量(g)}/試験前質量(g)×100
<Method for measuring gelation rate>
The gelation rate of each resin compound shown in Table 1 was measured as follows. First, 0.5 g (± 0.1 g) of a resin compound was weighed and immersed in 5.0 g of an electrolyte solvent composed of propylene carbonate (PC): diethyl carbonate (DEC) = 1: 2, sealed, and −20 It was put into a constant temperature bath at 25 ° C, 90 ° C and left for 1 hour. Next, after filtering this standing, the resin compound filtrate remaining on the filter paper was washed with methanol to remove the electrolyte. And the filtrate was dried, the mass after drying was measured, and the gelation rate was computed by substituting the mass before and behind a test into a following formula.
Gelation rate (mass%) = {mass before test (g) −mass after test (g)} / mass before test (g) × 100
<セパレータの物性>
また、得られたセパレータについて、膜厚、透気度を以下のように測定した。測定結果を表2に示す。
(膜厚)
マイクロメータ(打点式厚み計)を用いて測定した。
(透気度)
JIS P8117に準拠してガーレ式透気度を測定した。
<Physical properties of separator>
Moreover, about the obtained separator, the film thickness and the air permeability were measured as follows. The measurement results are shown in Table 2.
(Film thickness)
It measured using the micrometer (dot type thickness meter).
(Air permeability)
The Gurley air permeability was measured according to JIS P8117.
<接着強度の測定>
得られたセパレータと正極、セパレータと負極をそれぞれ積層し、100℃のホットプレート上で1.5MPa、10秒間の条件でプレスした。このプレスによって得られた試験片(試験片幅:10mm)に、1mol/LのLiPF6 を含むPC:DEC=1:2からなる電解液を含浸し、−20℃,25℃,50℃,100℃の温度環境下において1時間以上放置した。室温に戻した後、セパレータと電極とをORIENTEC社製テンシロン万能試験機により剥離速度50mm/分で180℃剥離し、その剥離強度を接着強度とした。
<Measurement of adhesive strength>
The obtained separator and positive electrode, and the separator and negative electrode were respectively laminated and pressed on a hot plate at 100 ° C. under conditions of 1.5 MPa and 10 seconds. A test piece (test piece width: 10 mm) obtained by this press was impregnated with an electrolytic solution of PC: DEC = 1: 2 containing 1 mol / L LiPF 6 , and −20 ° C., 25 ° C., 50 ° C., It was left for 1 hour or more in a temperature environment of 100 ° C. After returning to room temperature, the separator and the electrode were peeled at 180 ° C. at a peeling speed of 50 mm / min by an ORIENTEC Tensilon universal testing machine, and the peeling strength was defined as the adhesive strength.
<リチウムイオン二次電池の作製>
得られたセパレータと、正極および負極とを積層し、100℃のホットプレート上で1.5MPa、10秒間の条件でプレスして電気化学素子を得た。なお、正極および負極としては、接着強度を測定する際に積層されるものを使用した。次いで、この電気化学素子に電極取り出し端子等を接続後、電池用ラミネートパック内に装填した。次いで、その中に、1mol/LのLiPF6 を含むPC:DEC=1:2からなる電解液を注液し、ラミネートパックを封止して、小型リチウムイオン二次電池を作製した。
(インピーダンス測定)
得られた電池内部のインピーダンスを測定した。その測定では、ソーラトロン社製交流インピーダンス測定装置を用いた。
(サイクル試験)
500回充放電を繰り返して、サイクル特性を測定した。
サイクル特性(%)=500回サイクル後の電池容量/初期電池容量×100
(強制過充放電試験)
12V,2C充電して電池表面温度および電池破裂の有無を確認し、次のように評価した。
◎:50℃以下、破裂無し、○:100℃以下、破裂無し、△:130℃以下、破裂無し、×:破裂あり
<Production of lithium ion secondary battery>
The obtained separator was laminated with a positive electrode and a negative electrode, and pressed on a hot plate at 100 ° C. under conditions of 1.5 MPa for 10 seconds to obtain an electrochemical device. In addition, what was laminated | stacked when measuring adhesive strength was used as a positive electrode and a negative electrode. Subsequently, after connecting an electrode extraction terminal or the like to this electrochemical element, it was loaded into a laminate pack for a battery. Next, an electrolyte solution containing PC: DEC = 1: 2 containing 1 mol / L LiPF 6 was poured therein, the laminate pack was sealed, and a small lithium ion secondary battery was produced.
(Impedance measurement)
The impedance inside the obtained battery was measured. In the measurement, an AC impedance measuring device manufactured by Solartron was used.
(Cycle test)
The cycle characteristics were measured by repeating charge and discharge 500 times.
Cycle characteristics (%) = battery capacity after 500 cycles / initial battery capacity × 100
(Forced overcharge / discharge test)
The battery surface temperature and the presence or absence of battery rupture were confirmed by charging at 12 V and 2 C, and evaluated as follows.
◎: 50 ° C. or less, no rupture, ○: 100 ° C. or less, no rupture, Δ: 130 ° C. or less, no rupture, ×: ruptured
実施例1〜7のセパレータでは、多孔質層をなす電気絶縁性樹脂組成物が、ゲル化率が20質量%以下の第1の樹脂化合物10〜50質量%と、ゲル化率が50質量%以上の第2の樹脂化合物50〜90質量%とを含有していたので、表3に示すように、電子部品の電極に接着され、電解液が含浸された状態で−20〜100℃の環境下に1時間以上放置された後の接着強度が10g/cm以上であった。したがって、表4に示すように、実施例1〜7のリチウムイオン二次電池は、広範囲な温度環境下において、イオン伝導性が高く、サイクル特性などの電池性能が優れていた。また、過充電しても問題はなかった。 In the separators of Examples 1 to 7, the electrically insulating resin composition forming the porous layer has a gelation rate of 10 to 50% by mass of the first resin compound having a gelation rate of 20% by mass or less, and a gelation rate of 50% by mass. Since it contained 50 to 90% by mass of the second resin compound as described above, as shown in Table 3, it was bonded to the electrode of the electronic component and was impregnated with the electrolytic solution at -20 to 100 ° C. The adhesive strength after standing for 1 hour or more below was 10 g / cm or more. Therefore, as shown in Table 4, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 7 had high ion conductivity and excellent battery performance such as cycle characteristics under a wide temperature environment. Also, there was no problem with overcharging.
一方、比較例1では、多孔質基材のみをセパレータとして使用し、しかも接着剤を用いなかったので、電極との接着強度が低く、リチウムイオン二次電池のサイクル特性が不十分であり、さらには過充電後に破裂した。
比較例2のセパレータでは、多孔質基材上に多孔質層が形成されていなかったので、電極との接着強度が低かった。また、セパレータの透気度が低かったので、電解液を注液してもインピーダンスが高く、リチウムイオン二次電池のサイクル特性は低かった。しかも過充電後に破裂した。
比較例3では、ゲル化率の低い樹脂化合物のみが多孔質層をなしていたので、高温で接着強度が低下した。その結果、リチウムイオン二次電池のサイクル特性が低く、過充電後に破裂した。
On the other hand, in Comparative Example 1, since only the porous substrate was used as a separator and no adhesive was used, the adhesive strength with the electrode was low, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery were insufficient, Burst after overcharging.
In the separator of Comparative Example 2, since the porous layer was not formed on the porous substrate, the adhesive strength with the electrode was low. Moreover, since the air permeability of the separator was low, the impedance was high even when the electrolyte was injected, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery were low. Moreover, it burst after overcharging.
In Comparative Example 3, since only the resin compound having a low gelation rate formed the porous layer, the adhesive strength decreased at high temperatures. As a result, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery were low and burst after overcharging.
10 セパレータ(電子部品用セパレータ)
11 多孔質基材
12 多孔質層
10 Separator (Separator for electronic parts)
11
Claims (7)
電気絶縁性樹脂組成物は、ゲル化率が20質量%以下である第1の樹脂化合物10〜50質量%と、ゲル化率が50質量%以上である第2の樹脂化合物50〜90質量%とを含有することを特徴とする電子部品用セパレータ。 An electronic component separator in which a porous layer made of an electrically insulating resin composition is formed on at least one surface of a porous substrate,
The electrically insulating resin composition has a gelation rate of 10 to 50% by mass of the first resin compound of 20% by mass or less and a second resin compound of 50 to 90% by mass of the gelation rate of 50% by mass or more. A separator for electronic parts, comprising:
第2の樹脂化合物が、六フッ化プロピレンとフッ化ビニリデンとからなる共重合体であることを特徴する請求項1に記載の電子部品用セパレータ。 The first resin compound is a copolymer composed of at least one of ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, and ethylene and vinylidene fluoride, or a homopolymer composed of vinylidene fluoride,
The electronic component separator according to claim 1, wherein the second resin compound is a copolymer composed of propylene hexafluoride and vinylidene fluoride.
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