JP4586374B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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JP4586374B2 JP2004033618A JP2004033618A JP4586374B2 JP 4586374 B2 JP4586374 B2 JP 4586374B2 JP 2004033618 A JP2004033618 A JP 2004033618A JP 2004033618 A JP2004033618 A JP 2004033618A JP 4586374 B2 JP4586374 B2 JP 4586374B2
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Description

本発明は非水系電解液二次電池に係り、詳しくは、リチウムを吸蔵・放出することが可能な負極及び正極と、セパレータと、非水系溶媒及びリチウム塩を含有する非水系電解液とを備えてなる非水系電解液二次電池であって、安定かつ良好な負荷特性を有し、また、パソコンなどの電池の自己放電による容量低下を補うために使われるいわゆるトリクル充電による劣化も防止し得る非水系電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more specifically, includes a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and a lithium salt. Non-aqueous electrolyte secondary battery with stable and good load characteristics, and can also prevent deterioration due to so-called trickle charge used to compensate for capacity reduction due to self-discharge of batteries such as personal computers The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

電気製品の軽量化、小型化に伴ない高いエネルギー密度を持ち、且つ軽量な非水系電解液二次電池であるリチウム二次電池が広い分野で使用されている。リチウム二次電池は、通常、コバルト酸リチウムに代表されるリチウム化合物などの正極活物質を含有する活物質層を集電体上に形成させた正極と、黒鉛などに代表されるリチウムの吸蔵・放出が可能な炭素材料などの負極活物質を含有する活物質層を集電体上に形成させた負極と、LiPF等のリチウム塩等の電解質を通常非プロトン性の非水系溶媒に溶解した非水系電解液と、高分子多孔質膜からなるセパレータとから主として構成される。 2. Description of the Related Art Lithium secondary batteries, which are light nonaqueous electrolyte secondary batteries that have a high energy density with the reduction in weight and size of electrical products, are used in a wide range of fields. Lithium secondary batteries usually have a positive electrode in which an active material layer containing a positive electrode active material such as a lithium compound typified by lithium cobaltate is formed on a current collector, and lithium occlusion / representative typified by graphite. A negative electrode in which an active material layer containing a negative electrode active material such as a carbon material that can be released is formed on a current collector, and an electrolyte such as a lithium salt such as LiPF 6 are dissolved in a normal aprotic non-aqueous solvent. It is mainly composed of a non-aqueous electrolyte and a separator made of a polymer porous membrane.

リチウム二次電池で使用されるセパレータには、両極間のイオン伝導を妨げないこと、電解液を保持できること、電解液に対して耐性を有すること、などの要件を満たすことが求められ、主としてポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなる高分子多孔質膜が用いられている。従来、これらの高分子多孔質膜を製造する方法としては、例えば以下の手法が公知技術として知られている。
(1) 高分子材料に後工程で容易に抽出除去可能な可塑剤を加えて成形を行い、その後可塑剤を適当な溶媒で除去して多孔化する抽出法(特許文献1)。
(2) 結晶性高分子材料を成形した後、構造的に弱い非晶部分を選択的に延伸して微細孔を形成する延伸法(特許文献2)。
(3) 高分子材料としての熱可塑性樹脂に無機充填剤を加えて成形を行い、その後の延伸操作により高分子材料と充填剤との界面を剥離させて微細孔を形成する界面剥離法(特許文献3)。
Separators used in lithium secondary batteries are required to satisfy requirements such as not impeding ion conduction between both electrodes, being able to hold an electrolytic solution, and having resistance to an electrolytic solution. A porous polymer membrane made of a thermoplastic resin such as polypropylene or polypropylene is used. Conventionally, as a method for producing these polymer porous membranes, for example, the following methods are known as known techniques.
(1) An extraction method in which a plasticizer that can be easily extracted and removed in a post-process is added to a polymer material, followed by molding, and then the plasticizer is removed with a suitable solvent to make it porous (Patent Document 1).
(2) A stretching method in which after forming a crystalline polymer material, a structurally weak amorphous portion is selectively stretched to form micropores (Patent Document 2).
(3) Interfacial exfoliation method in which an inorganic filler is added to a thermoplastic resin as a polymer material, molding is performed, and then the interface between the polymer material and the filler is exfoliated by a stretching operation to form micropores (patent Reference 3).

しかしながら(1)の抽出法は、大量の廃液を処理する必要があり、環境・経済性の両面において問題がある。また抽出工程で発生する膜の収縮のために均等な膜を得ることが難しく、歩留まりなど生産性においても問題がある。(2)の延伸法は、延伸前の結晶相・非晶相の構造制御により孔径分布を制御するために、長時間の熱処理が必要であり、生産性の面で問題がある。   However, the extraction method (1) requires treatment of a large amount of waste liquid, and has problems in both environmental and economic aspects. Further, it is difficult to obtain a uniform film due to the contraction of the film generated in the extraction process, and there is a problem in productivity such as yield. The stretching method (2) requires a long heat treatment in order to control the pore size distribution by controlling the crystal phase / amorphous phase structure before stretching, which is problematic in terms of productivity.

これに対して、(3)の界面剥離法は、廃液の発生などはなく、環境・経済性の両面において優れた方法である。また、高分子材料と充填剤との界面は延伸操作により容易に剥離することができるため、熱処理などの前処理を必要とせずに多孔質膜を得ることができ、生産性の面でも優れた手法である。   On the other hand, the interfacial peeling method (3) does not generate waste liquid and is an excellent method in both environmental and economic aspects. In addition, since the interface between the polymer material and the filler can be easily peeled off by a stretching operation, a porous film can be obtained without the need for a pretreatment such as heat treatment, which is excellent in terms of productivity. It is a technique.

なお、特許文献4には、電池内の水分とフッ素含有電解質との反応でフッ素が生成し、生成したフッ素による電解液や極板の劣化で電池容量が低下することを防止するために、無機粉体を含有する多孔質膜をリチウム二次電池のセパレータとして用いる際、セパレータが持ち込む水分量を極力少なくするべく、平衡水分量が4%未満の水分吸着量が少ない無機粉体を用いることが記載されている。
特開平7−029563号公報 特開平7−304110号公報 特開2002−201298号公報 特開2000−208123号公報
In addition, Patent Document 4 discloses an inorganic material in order to prevent fluorine from being generated by the reaction between moisture in the battery and the fluorine-containing electrolyte, and the battery capacity from being reduced due to deterioration of the electrolytic solution or electrode plate by the generated fluorine. When using a porous membrane containing powder as a separator for a lithium secondary battery, it is necessary to use an inorganic powder with an equilibrium moisture content of less than 4% and a low moisture adsorption amount in order to minimize the amount of moisture brought into the separator. Are listed.
JP 7-029563 A JP-A-7-304110 JP 2002-201298 A JP 2000-208123 A

前述の如く、界面剥離法による多孔質膜は、廃液の発生などなく、環境・経済性の両面において優れており、熱処理などの前処理を必要とせず生産性の面でも優れたものであるが、この界面剥離法による多孔質膜をセパレータとした電池は、しばしば電極界面抵抗が大きくなり、負荷特性が低下する現象が見られ、安定した性能を持つ電池を作成するのが難しかった。   As described above, the porous film formed by the interfacial peeling method has no waste liquid and is excellent in both environment and economy, and does not require pretreatment such as heat treatment, and is excellent in productivity. A battery using a porous membrane as a separator by this interfacial peeling method often has a phenomenon that the electrode interface resistance increases and the load characteristics deteriorate, making it difficult to produce a battery having stable performance.

従って、本発明は、負荷特性の低下の問題がなく、安定した性能を維持し得る非水系電解液二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that does not have a problem of deterioration in load characteristics and can maintain stable performance.

本発明の非水系電解液二次電池は、リチウムを吸蔵・放出することが可能な負極及び正極と、セパレータと、非水系溶媒及びリチウム塩を含有する非水系電解液とを備えてなる非水系電解液二次電池において、該セパレータが、無機充填剤を含有する熱可塑性樹脂よりなる多孔質膜を有し、当該電池内に含有される水分が、該電池内の電解液中の濃度として200〜500ppmであり、該負極が炭素材料を活物質とすることを特徴とする(請求項1)。 A non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a non-aqueous electrolyte comprising a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and a lithium salt. In the electrolytic solution secondary battery, the separator has a porous film made of a thermoplastic resin containing an inorganic filler, and the moisture contained in the battery is 200 as the concentration in the electrolytic solution in the battery. ~500ppm der is, the negative electrode is characterized that you active material a carbon material (claim 1).

即ち、本発明者らは鋭意検討した結果、電池の組立時に主としてセパレータ及び電極を介して電池内に持ちこまれる水分が電極界面抵抗に大きな影響を与えること、その水分範囲を特定の範囲内とすることで安定かつ良好な負荷特性を有する電池が得られることを見出し本発明を完成した。さらに、本発明者らは、その理由は明らかではないが、本発明の二次電池がパソコンなどの電池の自己放電による容量低下を補うために使われるいわゆるトリクル充電による電池性能の劣化の防止に対しても有効であることも見出した。   That is, as a result of intensive studies, the present inventors have determined that the moisture brought into the battery mainly through the separator and the electrode during the assembly of the battery has a great influence on the electrode interface resistance, and the moisture range is within a specific range. As a result, it was found that a battery having stable and good load characteristics was obtained, and the present invention was completed. In addition, the reason for this is not clear, but the secondary battery of the present invention is used to prevent battery performance deterioration due to so-called trickle charging, which is used to compensate for capacity reduction due to self-discharge of batteries such as personal computers. It was also found that this is effective.

前述の如く、特許文献4には、セパレータが電池内に持ち込む水分量を極力少なくするために、セパレータに含まれる無機粉体の平衡水分量を4%未満に低減することが記載されているが、本発明者らの研究により、電池内の水分は少なければ少ないほど良いわけではなく、むしろある特定範囲であれば存在する方が、電極界面抵抗が低下して負荷特性が向上することが判明した。即ち、本発明は、従来は極力排除するものとされてきた水分を積極的に活用して性能の向上を図ろうとするものであり、また、セパレータの水分だけでなく、電池に持ち込まれるすべての水分を含めて管理するものであり、単に水分量を極力低減しようとする特許文献4に開示された技術とは全く思想を異にするものである。   As described above, Patent Document 4 describes that the equilibrium moisture content of the inorganic powder contained in the separator is reduced to less than 4% in order to minimize the moisture content that the separator brings into the battery. According to the study by the present inventors, it is found that the lower the moisture in the battery, the better, but the presence within a certain range rather reduces the electrode interface resistance and improves the load characteristics. did. That is, the present invention is intended to improve performance by actively utilizing moisture that has been conventionally excluded as much as possible, and not only the moisture of the separator but also all of the cells brought into the battery. It is managed including moisture, and is completely different from the technique disclosed in Patent Document 4 which simply attempts to reduce the amount of moisture as much as possible.

本発明において、電池内の水分量とは、電池の組み立てに用いられる電解液の水分濃度ではなく、電池の組立時において、セパレータ、電極材、電解液、電池の組立作業雰囲気等に含まれて電池内に持ち込まれ、製品としての電池内に含まれるすべての水分の合計量である。従って、電池内の水分量は、電池の組み立てに用いられる材料に付着ないし含有されて、さらには組立雰囲気中の湿分として製品としての電池内に持ち込まれる水分の合計量から求めることができるが、このようにして製品としての電池内に持ち込まれた水分は、その大部分が電解液中に集約されるため、組み立てられた電池を分解して電解液を取り出し、その水分濃度を測定することにより求めることができる。   In the present invention, the amount of water in the battery is not the water concentration of the electrolyte used for battery assembly, but is included in the separator, electrode material, electrolyte, battery assembly work atmosphere, etc. at the time of battery assembly. It is the total amount of all moisture brought into the battery and contained in the battery as a product. Therefore, the amount of moisture in the battery can be obtained from the total amount of moisture that is attached to or contained in the material used for assembling the battery, and further brought into the battery as a product as moisture in the assembly atmosphere. Since most of the water brought into the battery as a product in this way is concentrated in the electrolyte, disassemble the assembled battery, take out the electrolyte, and measure its moisture concentration It can ask for.

なお、電池内に持ち込まれる水分は主としてセパレータ及び電極材によるものである。即ち、電解液中の水分は含有する塩の分解を防ぐため通常数十ppm以下に押さえられているため、一般的には、電解液中に含まれて製品としての電池内に持ち込まれる水分量は殆どない。   The moisture brought into the battery is mainly due to the separator and the electrode material. In other words, the water content in the electrolyte is usually kept at several tens of ppm or less to prevent decomposition of the contained salt. Therefore, generally, the amount of water contained in the electrolyte and brought into the battery as a product. There is almost no.

本発明において、電池内に特定量の水分が存在することにより電極界面抵抗が低下する理由は明らかではないが、水分と電解液中の塩との反応によって生じる何らかの副生成物(以下「寄与物質」と称す場合がある。)が寄与しているものと推定される。この効果が特定の水分量範囲に限定される理由としては、通常、水分と電解液中の塩との反応によって生成されるフッ酸に比較して、このような寄与物質が生成される比率が低いため、200ppm未満の水分量では、充分な効果を生じる寄与物質量がないためと推測される。そして、逆に水分量が過度に多いとフッ酸による活物質の劣化やフッ化リチウム生成による抵抗増大が生じるため好ましくないことが考えられる。   In the present invention, the reason why the electrode interface resistance is lowered due to the presence of a specific amount of water in the battery is not clear, but any by-product (hereinafter referred to as “contributing substance”) generated by the reaction between the water and a salt in the electrolytic solution. It may be referred to as “.”). The reason why this effect is limited to a specific water content range is that the ratio of such contributing substances to be generated is usually compared to hydrofluoric acid generated by the reaction between water and a salt in the electrolyte. Since it is low, it is presumed that there is no contributing substance amount that produces a sufficient effect when the water content is less than 200 ppm. On the contrary, if the amount of water is excessively large, the active material is deteriorated by hydrofluoric acid and the resistance is increased by the generation of lithium fluoride.

また、トリクル充電による電池劣化、即ち自己放電量増大の抑制に本発明の電池が効果を奏する理由の詳細は明らかでないが、上記電極界面抵抗の減少に有効な寄与物質と同様に、何らかの副生成物が寄与しているのではないかと推定される。   Further, although details of the reason why the battery of the present invention is effective in suppressing the battery deterioration due to trickle charge, that is, the increase in the self-discharge amount, it is not clear, but in the same manner as the contributing substance effective in reducing the electrode interface resistance, some by-product is generated. It is presumed that things are contributing.

なお、ここでトリクル電流とは、電池を60℃の雰囲気下において672時間、4.2V−CCCV連続充電を行ったときの充電電流値と定義する。   Here, the trickle current is defined as a charging current value when the battery is continuously charged with 4.2 V-CCCV for 672 hours in an atmosphere of 60 ° C.

本発明において、上記セパレータとしては、厚みが5μm以上100μm以下、空孔率が30%以上80%以下、ASTM F316−86により定められる平均孔径が0.05μm以上10μm以下、JIS P8117により定められるガーレー透気度が20秒/100cc以上700秒/100cc以下であるものが好ましい(請求項2)。   In the present invention, as the separator, the thickness is 5 μm to 100 μm, the porosity is 30% to 80%, the average pore size defined by ASTM F316-86 is 0.05 μm to 10 μm, and the Gurley defined by JIS P8117. It is preferable that the air permeability is 20 seconds / 100 cc or more and 700 seconds / 100 cc or less.

また、上記正極の活物質はリチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましい(請求項)。 Further, it is preferable that the active material of the upper Symbol positive electrode is a lithium-transition metal composite oxide (claim 3).

本発明によれば、安定かつ良好な負荷特性を有する非水系電解液二次電池が得られる。また、本発明の二次電池はパソコンなどの電池の自己放電による容量低下を補うために使われるいわゆるトリクル充電による電池性能の劣化の防止に対しても有効である。   According to the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery having stable and good load characteristics can be obtained. The secondary battery of the present invention is also effective in preventing deterioration of battery performance due to so-called trickle charge used to compensate for capacity reduction due to self-discharge of a battery such as a personal computer.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

本発明の非水系電解液二次電池は、以下に詳述するような特定のセパレータと、非水系電解液と、リチウムの吸蔵及び放出が可能な正極及び負極とを備え、電池内に特定量の水分を含むものである。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a specific separator as described in detail below, a non-aqueous electrolyte, a positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing lithium, and a specific amount in the battery. Of water.

[セパレータ]
<セパレータの構成成分及び物性等>
本発明のセパレータを構成する多孔質膜の基材樹脂としての熱可塑性樹脂は、後述する無機充填剤が均等に分散されうるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ABS樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、アセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。上記ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂は1種を単独で用いても2種以上を混合して用いても良い。
[Separator]
<Constituent components and physical properties of separator>
The thermoplastic resin as the base resin of the porous film constituting the separator of the present invention is not particularly limited as long as the inorganic filler described later can be uniformly dispersed. For example, a polyolefin resin, Examples thereof include fluorine resins, styrene resins such as polystyrene, ABS resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, acrylic resins, polyamide resins, acetal resins, and polycarbonate resins. The above thermoplastic resins such as polyolefin resins may be used alone or in combination of two or more.

これらの中でも、耐熱性、耐溶剤性、可撓性のバランスに優れていることから、特に好ましいのはポリオレフィン樹脂である。ポリオレフィン樹脂としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン又は1−デセン等のモノオレフィン重合体や、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン又は1−デセンと4−メチル−1−ペンテン又は酢酸ビニル等の他のモノマーとの共重合体等を主成分とするものが挙げられ、具体的には、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、結晶性エチレン−プロピレンブロック共重合体、ポリブテン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。本発明においては、上記ポリオレフィン樹脂の中でもポリエチレン又はポリプロピレンを用いるのが好ましい。   Among these, polyolefin resin is particularly preferable because of its excellent balance of heat resistance, solvent resistance, and flexibility. Examples of the polyolefin resin include monoolefin polymers such as ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene or 1-decene, ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene or The main component is a copolymer of 1-decene and another monomer such as 4-methyl-1-pentene or vinyl acetate. Specifically, low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, Examples thereof include high-density polyethylene, polypropylene, crystalline ethylene-propylene block copolymer, polybutene, and ethylene-vinyl acetate copolymer. In the present invention, it is preferable to use polyethylene or polypropylene among the polyolefin resins.

このような熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、下限が通常5万以上、中でも10万以上、上限が通常50万以下、好ましくは40万以下、さらに好ましくは30万以下、中でも20万以下程度であれば良い。この上限を超えると、充填剤添加による流動性の低下に加えて樹脂の溶融粘度が高くなるため溶融成形が困難となる。また、成形物が得られた場合であっても、充填剤が樹脂中に均等に分散されず、界面剥離による孔形成が不均一となるため、好ましくない。この下限を下回ると、機械的強度が低下するため好ましくない。   The weight average molecular weight of such a thermoplastic resin has a lower limit of usually 50,000 or more, especially 100,000 or more, and an upper limit of usually 500,000 or less, preferably 400,000 or less, more preferably 300,000 or less, especially 200,000 or less. I just need it. When this upper limit is exceeded, melt molding becomes difficult because the melt viscosity of the resin increases in addition to the decrease in fluidity due to the addition of filler. Further, even when a molded product is obtained, the filler is not evenly dispersed in the resin, and pore formation due to interfacial peeling becomes nonuniform, which is not preferable. Below this lower limit, the mechanical strength decreases, which is not preferable.

本発明に係る高分子多孔質膜に含まれる無機充填剤としては、例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、タルク、クレー、マイカ、カオリン、シリカ、ハイドロタルサイト、珪藻土、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛、ゼオライト、ガラス粉等が挙げられ、中でも、非水系電解液により分解しにくいこと、及び非水系電解液として最も一般的に用いられているLiPFとカーボネート系溶媒からなる電解液を分解しにくいことから特に硫酸バリウム、アルミナが好適である。 Examples of the inorganic filler contained in the polymer porous membrane according to the present invention include calcium carbonate, magnesium carbonate, barium carbonate, talc, clay, mica, kaolin, silica, hydrotalcite, diatomaceous earth, calcium sulfate, magnesium sulfate, Examples include barium sulfate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, alumina, zinc oxide, zeolite, glass powder, etc. Among them, it is difficult to be decomposed by non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolysis In particular, barium sulfate and alumina are preferable because the electrolytic solution composed of LiPF 6 and a carbonate-based solvent, which is most commonly used as the solution, is difficult to decompose.

無機充填剤の粒径としては、数基準平均粒径の下限が、通常0.01μm以上、好ましくは0.1μm以上、中でも0.2μm以上であり、上限は通常10μm以下、好ましくは5μm以下、より好ましくは3μm以下、中でも1μm以下であることが好ましい。無機充填剤の数基準平均粒径が10μmを超えると、延伸で形成される孔の径が大きくなりすぎ、延伸破断やフィルム強度の低下を招きやすい。数基準平均粒径が0.01μmより小さいと充填剤が凝集し易くなるため、基材樹脂に均等に充填剤を分散させることが難しくなりやすい。   As the particle size of the inorganic filler, the lower limit of the number-based average particle size is usually 0.01 μm or more, preferably 0.1 μm or more, especially 0.2 μm or more, and the upper limit is usually 10 μm or less, preferably 5 μm or less, More preferably, it is 3 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. If the number-based average particle diameter of the inorganic filler exceeds 10 μm, the diameter of the holes formed by stretching becomes too large, and it tends to cause stretching breakage and a decrease in film strength. If the number reference average particle size is smaller than 0.01 μm, the filler is likely to aggregate, and it is difficult to uniformly disperse the filler in the base resin.

本発明においては、上記条件に適合する無機充填剤であれば1種を単独で用いることもでき、2種以上を混合して用いることもできる。   In the present invention, one kind of inorganic filler can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used as long as they satisfy the above conditions.

本発明に係る高分子多孔質膜中の上記無機充填剤の配合量は、下限が熱可塑性樹脂100重量部に対して通常40重量部以上、好ましくは50重量部以上、中でも60重量部以上、より好ましくは100重量部以上であり、上限が熱可塑性樹脂100重量部に対して通常300重量部以下、好ましくは200重量部以下、より好ましくは150重量部以下である。高分子多孔質膜中の熱可塑性樹脂100重量部に対する無機充填剤の配合量が40重量部未満であると連通孔を形成することが難しく、セパレータとしての機能を発現することが困難となる上に、無機充填剤を配合したことによるセパレータの基材樹脂と正極との接触面積の低減によるセパレータの酸化防止効果を十分に得ることができない。また、300重量部を超えるとフィルム成形時の粘度が高くなり加工性に劣るばかりでなく、多孔化のための延伸時にフィルム破断を生じるため好ましくない。なお、本発明においては、多孔質膜の作製の際に配合した充填剤は、実質的に成形された多孔質膜中に残るため、上記の充填剤の配合量範囲は、多孔質膜中の充填剤含有量範囲となる。   The blending amount of the inorganic filler in the polymer porous membrane according to the present invention is such that the lower limit is usually 40 parts by weight or more, preferably 50 parts by weight or more, especially 60 parts by weight or more, relative to 100 parts by weight of the thermoplastic resin. More preferably, it is 100 parts by weight or more, and the upper limit is usually 300 parts by weight or less, preferably 200 parts by weight or less, more preferably 150 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin. When the blending amount of the inorganic filler with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin in the polymer porous membrane is less than 40 parts by weight, it is difficult to form a communication hole and it is difficult to express the function as a separator. Moreover, the antioxidant effect of the separator cannot be sufficiently obtained by reducing the contact area between the base resin of the separator and the positive electrode due to the addition of the inorganic filler. On the other hand, if it exceeds 300 parts by weight, not only the viscosity at the time of film forming becomes high and the processability is inferior, but also the film breaks during stretching for making it porous, which is not preferable. In the present invention, since the filler blended in the production of the porous membrane remains in the substantially molded porous membrane, the blending amount range of the filler is within the range of the porous membrane. It becomes a filler content range.

無機充填剤としては、熱可塑性樹脂への分散性を高めるために表面処理剤により表面処理されているものを用いることもできる。この表面処理としては、熱可塑性樹脂がポリオレフィン樹脂の場合、例えばステアリン酸等の脂肪酸又はその金属塩、或いはポリシロキサンやシランカップリング剤による処理が挙げられる。   As the inorganic filler, one that has been surface-treated with a surface treatment agent in order to enhance dispersibility in the thermoplastic resin can also be used. As the surface treatment, when the thermoplastic resin is a polyolefin resin, for example, a treatment with a fatty acid such as stearic acid or a metal salt thereof, polysiloxane, or a silane coupling agent can be given.

本発明に係る高分子多孔質膜の成形時には、前記熱可塑性樹脂との相溶性を有する低分子量化合物を添加しても良い。この低分子量化合物は熱可塑性樹脂の分子間に入り込み、分子間の相互作用を低下させると共に結晶化を阻害し、その結果、シート成形時の樹脂組成物の延伸性を向上させる。また、低分子量化合物は熱可塑性樹脂と無機充填剤との界面接着力を適度に高めて、延伸による孔の粗大化を防止する作用を奏すると共に、熱可塑性樹脂と無機充填剤との界面接着力を高めることでフィルムからの無機充填剤の脱落を防止する作用を奏する。   At the time of molding the porous polymer membrane according to the present invention, a low molecular weight compound having compatibility with the thermoplastic resin may be added. This low molecular weight compound enters between the molecules of the thermoplastic resin, lowers the interaction between molecules and inhibits crystallization, and as a result, improves the stretchability of the resin composition during sheet molding. In addition, the low molecular weight compound moderately enhances the interfacial adhesive force between the thermoplastic resin and the inorganic filler and prevents the pores from becoming coarse due to stretching, and the interfacial adhesive force between the thermoplastic resin and the inorganic filler. The effect of preventing the inorganic filler from falling off from the film is obtained.

この低分子量化合物としては分子量200〜3000のものが好適に用いられる。この低分子量化合物の分子量が3000を超えると低分子量化合物が熱可塑性樹脂の分子間に入りにくくなるため、延伸性の向上効果が不充分となる。また、分子量が200未満では、相溶性は上がるが、低分子量化合物が高分子多孔質膜表面に析出する、いわゆるブルーミングが起こりやすくなり、膜性状の悪化やブロッキングを起こしやすくなり好ましくない。   As this low molecular weight compound, those having a molecular weight of 200 to 3000 are preferably used. When the molecular weight of the low molecular weight compound exceeds 3000, the low molecular weight compound is difficult to enter between the molecules of the thermoplastic resin, so that the effect of improving stretchability is insufficient. On the other hand, when the molecular weight is less than 200, the compatibility is improved, but so-called blooming, in which a low molecular weight compound is precipitated on the surface of the polymer porous membrane, is likely to occur, and the membrane properties are easily deteriorated and blocking is not preferable.

低分子量化合物としては、熱可塑性樹脂がポリオレフィン樹脂の場合、脂肪族炭化水素又はグリセライドなどが好ましく使われる。特に、ポリオレフィン樹脂がポリエチレンの場合は、流動パラフィンや低融点ワックスが好ましく用いられる。   As the low molecular weight compound, when the thermoplastic resin is a polyolefin resin, an aliphatic hydrocarbon or glyceride is preferably used. In particular, when the polyolefin resin is polyethylene, liquid paraffin or low melting point wax is preferably used.

本発明に係る高分子多孔質膜の成膜材料としての樹脂組成物における、上記低分子量化合物の配合量は、下限が熱可塑性樹脂100重量部に対し通常1重量部以上、好ましくは5重量部以上であり、上限が熱可塑性樹脂100重量部に対し通常20重量部以下、好ましくは15重量部以下である。低分子量化合物の配合量が熱可塑性樹脂100重量部に対して1重量部未満であると、低分子量化合物を配合することによる上記効果が十分に得られず、また20重量部を超えると熱可塑性樹脂の分子間の相互作用を低下させ過ぎて、十分な強度が得られなくなる。また、シート成形時に発煙が生じたり、スクリュー部分での滑りが生じて、安定なシート成形が難しくなる。   In the resin composition as a film forming material for the polymer porous membrane according to the present invention, the lower molecular weight compound is added at a lower limit of usually 1 part by weight or more, preferably 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin. The upper limit is usually 20 parts by weight or less, preferably 15 parts by weight or less, relative to 100 parts by weight of the thermoplastic resin. When the blending amount of the low molecular weight compound is less than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin, the above effect by blending the low molecular weight compound cannot be sufficiently obtained, and when the blending amount exceeds 20 parts by weight, thermoplasticity is obtained. The interaction between the molecules of the resin is reduced too much and sufficient strength cannot be obtained. In addition, smoke generation occurs during sheet forming, and slipping occurs at the screw portion, making it difficult to form a stable sheet.

本発明に係る高分子多孔質膜の成膜材料としての樹脂組成物には、さらに必要に応じて熱安定剤等の他の添加剤を添加することができる。上記添加剤としては、公知のものであれば特に制限されず用いられる。これらの添加剤の配合量は、樹脂組成物の全量に対して、通常0.05〜1重量%である。   If necessary, other additives such as a heat stabilizer can be added to the resin composition as a film forming material for the polymer porous membrane according to the present invention. The additive is not particularly limited as long as it is a known additive. The compounding quantity of these additives is 0.05-1 weight% normally with respect to the whole quantity of a resin composition.

本発明に係る高分子多孔質膜の多孔度は、高分子多孔質膜の空孔率の下限として通常30%以上、好ましくは40%以上、さらに好ましくは50%以上であり、上限として通常80%以下、好ましくは70%以下、さらに好ましくは65%以下である。空孔率が30%未満であるとイオンの透過性が充分でなく、セパレータとしての機能を果たすことができず、好ましくない。また、空孔率が80%を超えると、フィルムの実強度が低くなるため、電池作成時の破断や活物質による突き抜けと短絡が生じ、好ましくない。   The porosity of the polymer porous membrane according to the present invention is usually 30% or more, preferably 40% or more, more preferably 50% or more as the lower limit of the porosity of the polymer porous membrane, and usually 80 as the upper limit. % Or less, preferably 70% or less, and more preferably 65% or less. If the porosity is less than 30%, the ion permeability is not sufficient, and the function as a separator cannot be achieved. On the other hand, if the porosity exceeds 80%, the actual strength of the film is lowered, which is not preferable because breakage or short-circuiting due to the active material and short-circuiting occur during battery production.

なお、高分子多孔質膜の空孔率とは、以下の計算式によって算出される値である。
空孔率Pv(%)=100×(1−w/〔ρ・S・t〕)
S:高分子多孔質膜の面積
t:高分子多孔質膜の厚み
w:高分子多孔質膜の重さ
ρ:高分子多孔質膜の真比重
The porosity of the polymer porous membrane is a value calculated by the following calculation formula.
Porosity Pv (%) = 100 × (1−w / [ρ · S · t])
S: Area of polymer porous membrane t: Thickness of polymer porous membrane w: Weight of polymer porous membrane ρ: True specific gravity of polymer porous membrane

なお、高分子多孔質膜を構成する成分i(樹脂や充填剤など)のブレンド重量をWi、比重をρiとすると、真比重ρは以下の式で求められる(式中でΣは全ての成分の和を表す。)。
真比重ρ=ΣWi/Σ(Wi/ρi)
In addition, when the blend weight of the component i (resin, filler, etc.) constituting the polymer porous membrane is Wi and the specific gravity is ρi, the true specific gravity ρ can be obtained by the following formula (where Σ is all components) Represents the sum of
True specific gravity ρ = ΣWi / Σ (Wi / ρi)

本発明に係る高分子多孔質膜の厚みの上限値は、通常100μm以下、好ましくは40μm以下であり、下限値は、通常5μm以上、好ましくは10μm以上である。厚みが5μm未満であると、実強度が低いため、電池の作成時の破断や活物質による突き抜けと短絡が生じ、好ましくない。また、厚みが100μmを超えるとセパレータの電気抵抗が高くなるため、電池の容量が低下して好ましくない。また、厚みが100μmを超えると電池内に入れられる活物質量が減るため、電池全体の容量も低下して好ましくない。セパレータの厚みを5〜100μmの範囲とすることにより、良好なイオン透過性を有するセパレータとすることができる。   The upper limit of the thickness of the polymer porous membrane according to the present invention is usually 100 μm or less, preferably 40 μm or less, and the lower limit is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more. If the thickness is less than 5 μm, the actual strength is low, and therefore, it is not preferable because breakage at the time of producing the battery, punch-through due to the active material, and short circuit occur. Moreover, since the electrical resistance of a separator will become high when thickness exceeds 100 micrometers, the capacity | capacitance of a battery falls and it is unpreferable. On the other hand, when the thickness exceeds 100 μm, the amount of the active material put into the battery is reduced, so that the capacity of the whole battery is also lowered, which is not preferable. By setting the thickness of the separator to a range of 5 to 100 μm, a separator having good ion permeability can be obtained.

本発明に係る高分子多孔質膜の平均孔径の下限は0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上であり、より好ましくは0.2μm以上である。また、上限は10μm以下、好ましくは5μm以下、より好ましくは3μm以下であり、中でも1μm以下が好ましい。平均孔径が0.05μmより小さいと多孔質膜の連通性を充分に確保することが難しくなり、10μmよりも大きいと実用的なフィルム強度を確保することが難しくなるため好ましくない。高分子多孔質膜の孔径は、後述の通り無機充填剤の特性(粒径等)や充填量を必要に応じて選択することで任意に変えることができる。なお、ここで高分子多孔質膜の平均孔径はASTM F316−86より定められる。   The lower limit of the average pore diameter of the polymer porous membrane according to the present invention is 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.2 μm or more. The upper limit is 10 μm or less, preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less. If the average pore size is smaller than 0.05 μm, it is difficult to ensure sufficient connectivity of the porous membrane, and if it is larger than 10 μm, it is difficult to ensure practical film strength. As will be described later, the pore diameter of the polymer porous membrane can be arbitrarily changed by selecting the properties (particle size, etc.) and the filling amount of the inorganic filler as necessary. Here, the average pore diameter of the polymer porous membrane is determined by ASTM F316-86.

また、本発明に係る高分子多孔質膜は、ガーレー透気度の下限値が20秒/100cc以上、特に100秒/100cc以上で、上限値が700秒/100cc以下、特に300秒/100cc以下であることが好ましい。ガーレー透気度がこの下限値を下回る場合は、空孔率が高すぎるか厚みが薄すぎることが多く、前述の通りフィルムの実強度が低くなって電池作成時の破断や活物質による突き抜けと短絡が生じて好ましくない。この上限値を超える場合は、イオンの透過性が充分でなく、セパレータとしての機能を果たすことができず、好ましくない。なお、ガーレー透気度は、JIS P8117に準拠して測定され、1.22kPa圧で100ccの空気が膜を透過する秒数を示す。   The polymer porous membrane according to the present invention has a lower limit value of Gurley air permeability of 20 seconds / 100 cc or more, particularly 100 seconds / 100 cc or more, and an upper limit value of 700 seconds / 100 cc or less, particularly 300 seconds / 100 cc or less. It is preferable that When the Gurley permeability is below this lower limit, the porosity is often too high or the thickness is too thin, and as described above, the actual strength of the film is low, and breakage during battery creation and penetration by active material A short circuit occurs, which is not preferable. When the upper limit is exceeded, ion permeability is not sufficient, and the function as a separator cannot be achieved, which is not preferable. The Gurley air permeability is measured according to JIS P8117, and indicates the number of seconds that 100 cc of air passes through the membrane at a pressure of 1.22 kPa.

<セパレータの製造方法>
リチウム二次電池で使用されるセパレータには、両極間のイオン伝導を妨げないこと、電解液を保持できること、電解液に対して耐性を有すること、などの要件を満たすことが求められ、従来においては、主としてポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなる高分子多孔質膜が用いられ、これらの高分子多孔質膜を製造する方法としては、前述の如く、(1)抽出法、(2)延伸法、(3)界面剥離法がある。
<Manufacturing method of separator>
A separator used in a lithium secondary battery is required to satisfy requirements such as not impeding ion conduction between both electrodes, being able to hold an electrolytic solution, and having resistance to an electrolytic solution. Is a polymer porous film mainly made of a thermoplastic resin such as polyethylene or polypropylene, and the method for producing these polymer porous films includes (1) extraction method and (2) stretching as described above. (3) Interfacial peeling method.

しかしながら(1)の抽出法は、可塑剤として高分子材料と相溶性が良いものを選ぶ必要があるため抽出、或いはその後に延伸を行っても充分に大きな孔を形成することができず、このため得られるセパレータの電気抵抗が高くなるという欠点がある。また、相溶性の悪い可塑剤を添加して孔を大きくする方法も公知技術として知られているが、この方法では、成形が不安定となって性状のよいフィルムを得ることが難しい。なお、いずれの方法であっても、抽出工程において大量の廃液を処理する必要があり、環境・経済性の両面において問題がある。また抽出工程で発生する膜の収縮のために均等な膜を得ることが難しく、歩留まりなど生産性においても問題がある。(2)の延伸法は、結晶ドメイン間の非晶部分のみを選択的に延伸するため、高倍率の延伸が難しい。そのため、孔径を大きくすることが難しく、得られるセパレータの電気抵抗が高くなると言う欠点がある。また延伸前の結晶相・非晶相の構造制御により孔径分布を制御するために、長時間の熱処理が必要であり、生産性の面で問題がある。   However, in the extraction method of (1), it is necessary to select a plasticizer that has good compatibility with the polymer material. Therefore, even if extraction or subsequent stretching is performed, sufficiently large pores cannot be formed. Therefore, there is a drawback that the electric resistance of the obtained separator is increased. Moreover, a method for enlarging the pores by adding a plasticizer having poor compatibility is also known as a known technique. However, in this method, it is difficult to obtain a film having good properties because of unstable molding. In any method, it is necessary to treat a large amount of waste liquid in the extraction process, and there are problems in both environmental and economic aspects. Further, it is difficult to obtain a uniform film due to the contraction of the film generated in the extraction process, and there is a problem in productivity such as yield. In the stretching method (2), since only the amorphous part between the crystal domains is selectively stretched, it is difficult to stretch at a high magnification. Therefore, it is difficult to increase the hole diameter, and there is a drawback that the electric resistance of the obtained separator is increased. Further, in order to control the pore size distribution by controlling the structure of the crystalline phase / amorphous phase before stretching, heat treatment for a long time is required, which is problematic in terms of productivity.

これに対して、(3)の界面剥離法は、(1),(2)の方法に比較して高分子材料と充填剤との界面を延伸操作により容易に剥離することができるため、熱処理などの前処理を必要とせずに孔径の大きな多孔質膜を容易に製造することができる。このように孔径の大きなセパレータは、孔の連通性が高く、非水系電解液の保液性に優れ、電池性能の安定化に有効である。また廃液の発生などはなく、環境・経済性の両面において優れた方法である。   In contrast, the interfacial exfoliation method (3) can easily exfoliate the interface between the polymer material and the filler by a stretching operation as compared with the methods (1) and (2). A porous membrane having a large pore diameter can be easily produced without requiring a pretreatment such as the above. Thus, a separator having a large pore diameter has high pore communication properties, excellent liquid retention of a non-aqueous electrolyte, and is effective in stabilizing battery performance. Moreover, there is no generation of waste liquid, and it is an excellent method in terms of both environment and economy.

従って、本発明のセパレータは、好ましくは界面剥離法で製造され、より具体的には、次のような方法で製造される。   Therefore, the separator of the present invention is preferably produced by an interfacial peeling method, and more specifically, produced by the following method.

まず、無機充填剤と熱可塑性樹脂、及び必要に応じて添加される低分子量化合物や酸化防止剤等の添加剤の所定量を配合し、溶融混練することにより樹脂組成物を調製する。ここで、上記樹脂組成物はヘンシェルミキサー等によって予備混合を行い、しかる後に通常用いられる一軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、ミキシングロール又は二軸混練機等を用いて調製しても良く、或いは予備混練を省略して直接上記押出機等で直接樹脂組成物を調製しても良い。   First, a resin composition is prepared by blending a predetermined amount of an additive such as an inorganic filler, a thermoplastic resin, and a low molecular weight compound or an antioxidant that is added as necessary, and kneading. Here, the resin composition may be premixed by a Henschel mixer or the like, and then prepared using a commonly used single screw extruder, twin screw extruder, mixing roll or twin screw kneader, etc. Alternatively, the preliminary kneading may be omitted and the resin composition may be directly prepared using the extruder or the like.

次いで、上記樹脂組成物をシート成形する。シート成形は通常用いられるTダイによるTダイ法や円形ダイによるインフレーション法により行うことができる。   Next, the resin composition is formed into a sheet. Sheet forming can be performed by a T-die method using a commonly used T-die or an inflation method using a circular die.

次いで、成形されたシートの延伸を行う。該延伸には、シートの引き取り方向(MD)に延伸する縦一軸延伸、テンター延伸機等により横方向(TD)に延伸する横一軸延伸、MDへの一軸延伸後引き続きテンター延伸機等によりTDに延伸する逐次二軸延伸法、又は縦方向及び横方向を同時に延伸する同時二軸延伸法がある。上記一軸延伸はロール延伸により行うことができる。上記延伸は、シートを構成する樹脂組成物が所定の延伸倍率に容易に延伸でき、かつ樹脂組成物が融解して孔を閉塞させ連通性を失わせることのない任意の温度で行うことができるが、好ましくは樹脂の融点−70℃〜樹脂の融点−5℃の温度範囲で延伸される。延伸倍率は必要とされる孔径や強度に応じて任意に設定されるが、好ましくは少なくとも一軸方向に1.2倍以上の延伸を行う。なお、この延伸倍率の上限については特に制限はないが、通常一軸方向に7倍以下である。この上限を超える延伸を行うと、得られる多孔質膜の空孔率が高くなり過ぎて強度が低下し、実用に耐えなくなるおそれがある。   Next, the formed sheet is stretched. For the stretching, longitudinal uniaxial stretching for stretching in the sheet take-up direction (MD), transverse uniaxial stretching for stretching in the transverse direction (TD) with a tenter stretching machine, etc., uniaxial stretching to MD, followed by TD with a tenter stretching machine, etc. There is a sequential biaxial stretching method in which stretching is performed, or a simultaneous biaxial stretching method in which the longitudinal direction and the transverse direction are simultaneously stretched. The uniaxial stretching can be performed by roll stretching. The stretching can be performed at any temperature at which the resin composition constituting the sheet can be easily stretched to a predetermined stretching ratio, and the resin composition does not melt and block the pores to lose the connectivity. However, it is preferably stretched in the temperature range of the melting point of the resin—70 ° C. to the melting point of the resin—5 ° C. The stretching ratio is arbitrarily set according to the required pore diameter and strength, but preferably, stretching is performed at least 1.2 times in a uniaxial direction. In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the upper limit of this draw ratio, Usually, it is 7 times or less in a uniaxial direction. If the stretching exceeds this upper limit, the porosity of the obtained porous film becomes too high, the strength is lowered, and there is a possibility that it cannot be put into practical use.

[非水系電解液]
本発明の非水系電解液二次電池に使用される非水系電解液は、非水系溶媒とリチウム塩を含有するものである。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention contains a non-aqueous solvent and a lithium salt.

<非水系溶媒>
本発明の非水系電解液二次電池に使用される電解液の非水系溶媒としては、非水系電解液二次電池の溶媒として公知の任意のものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等のアルキレンカーボネート等の環状カーボネート(好ましくは炭素数3〜5のアルキレンカーボネート);ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のジアルキルカーボネート(好ましくは炭素数1〜4のアルキル基を有するジアルキルカーボネート)等の鎖状カーボネート;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル;ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等の鎖状エーテル;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステル;酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の鎖状カルボン酸エステルなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種類以上を併用しても良い。
<Non-aqueous solvent>
As the non-aqueous solvent of the electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, any known solvent can be used as the solvent for the non-aqueous electrolyte secondary battery. For example, cyclic carbonates such as alkylene carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate (preferably alkylene carbonates having 3 to 5 carbon atoms); dialkyls such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, and ethyl methyl carbonate Chain carbonates such as carbonates (preferably dialkyl carbonates having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms); cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; chain ethers such as dimethoxyethane and dimethoxymethane; γ-butyrolactone, γ -Cyclic carboxylic acid esters such as valerolactone; and chain carboxylic acid esters such as methyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate. These may be used alone or in combination of two or more.

上記例示溶媒の中でも、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを混合した混合非水系溶媒が、充放電特性、電池寿命等の電池性能全般を高める観点から好ましい。また、上記混合非水系溶媒は、環状カーボネート及び鎖状カーボネートをそれぞれ非水系溶媒全体の15体積%以上含み、且つ、それらの体積の合計が非水系溶媒全体の70体積%以上となるように混合することが好ましい。   Among the above exemplified solvents, a mixed non-aqueous solvent in which a cyclic carbonate and a chain carbonate are mixed is preferable from the viewpoint of improving overall battery performance such as charge / discharge characteristics and battery life. The mixed non-aqueous solvent contains cyclic carbonate and chain carbonate in an amount of 15% by volume or more of the whole non-aqueous solvent, and the total of these volumes is 70% by volume or more of the whole non-aqueous solvent. It is preferable to do.

上記の環状カーボネート及び鎖状カーボネートを混合した混合非水系溶媒に用いられる環状カーボネートとしては、アルキレン基の炭素数が2以上4以下のアルキレンカーボネートが好ましい。その具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。中でも、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートが好ましい。   As the cyclic carbonate used in the mixed non-aqueous solvent in which the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed, an alkylene carbonate having 2 to 4 carbon atoms in the alkylene group is preferable. Specific examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable.

また、上記の環状カーボネート及び鎖状カーボネートを混合した混合非水系溶媒に用いられる鎖状カーボネートとしては、炭素数が1以上4以下のアルキル基を有するジアルキルカーボネートが好ましい。その具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネートなどが挙げられる。中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートが好ましい。   Moreover, as the chain carbonate used for the mixed non-aqueous solvent in which the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed, a dialkyl carbonate having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable. Specific examples thereof include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate and the like. Of these, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable.

これらの環状カーボネート及び鎖状カーボネートは各々独立に、1種のみを単独で使用しても良く、複数種を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。混合非水系溶媒の環状カーボネートの割合は15体積%以上、特に20〜50体積%で、鎖状カーボネートの割合は30体積%以上、特に40〜80体積%で、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの含有比率は、環状カーボネート:鎖状カーボネート=1:1〜4(体積比)であることが好ましい。   Each of these cyclic carbonates and chain carbonates may be used independently, or a plurality of types may be used in any combination and ratio. The ratio of the cyclic carbonate in the mixed non-aqueous solvent is 15% by volume or more, particularly 20 to 50% by volume, and the ratio of the chain carbonate is 30% by volume or more, particularly 40 to 80% by volume. The content ratio is preferably cyclic carbonate: chain carbonate = 1: 1 to 4 (volume ratio).

さらに、上記の混合非水系溶媒は、製造されるリチウム電池の電池性能を低下させない範囲であれば、環状カーボネート及び鎖状カーボネート以外の溶媒を含んでいても良い。混合非水系溶媒中における環状カーボネート及び鎖状カーボネート以外の溶媒の割合は、通常30体積%以下、好ましくは10体積%以下である。   Furthermore, the mixed non-aqueous solvent may contain a solvent other than the cyclic carbonate and the chain carbonate as long as the battery performance of the manufactured lithium battery is not deteriorated. The ratio of the solvent other than the cyclic carbonate and the chain carbonate in the mixed non-aqueous solvent is usually 30% by volume or less, preferably 10% by volume or less.

<リチウム塩>
非水系電解液の溶質であるリチウム塩としては、任意のものを用いることができる。例えば、LiClO、LiPF、LiBF等の無機リチウム塩;LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiC(CFSO、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CFSO、LiPF(CSO、LiBF(CF、LiBF(C、LiBF(CFSO、LiBF(CSO等の含フッ素有機リチウム塩などが挙げられる。これらのうち、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO等の含フッ素リチウム塩、特にLiPF、LiBFが好ましい。なお、リチウム塩についても1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
<Lithium salt>
Arbitrary things can be used as lithium salt which is a solute of nonaqueous system electrolyte. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 ; LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2), LiC (CF 3 SO 2) 3, LiPF 4 (CF 3) 2, LiPF 4 (C 2 F 5) 2, LiPF 4 (CF 3 SO 2) 2, LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2, etc. Examples include lithium salts. Of these, fluorine-containing lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , particularly LiPF 6 and LiBF 4 are preferable. In addition, about lithium salt, 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.

これらのリチウム塩の非水系電解液中の濃度の下限値としては、通常0.5mol/l以上、中でも0.75mol/l以上、上限値としては、通常2mol/l以下、中でも1.5mol/l以下である。リチウム塩の濃度がこの上限値を超えると非水系電解液の粘度が高くなり、電気伝導率も低下する。また、この下限値を下回ると電気伝導率が低くなるので、上記濃度範囲内で非水系電解液を調製することが好ましい。   The lower limit of the concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is usually 0.5 mol / l or more, especially 0.75 mol / l or more, and the upper limit is usually 2 mol / l or less, especially 1.5 mol / l. l or less. When the concentration of the lithium salt exceeds this upper limit value, the viscosity of the nonaqueous electrolytic solution increases and the electrical conductivity also decreases. Moreover, since electrical conductivity will become low if less than this lower limit, it is preferable to prepare a non-aqueous electrolyte within the said concentration range.

<その他の添加剤>
本発明に係る非水系電解液には、非水系溶媒、及びリチウム塩以外に、必要に応じて他の有用な成分、例えば従来公知の炭酸ビニレン、炭酸フルオロエチレン、炭酸ビニルエチレン、炭酸フェニルエチレン、コハク酸無水物等の負極被膜形成剤、亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、亜硫酸ジメチル、プロパンスルトン、ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、トルエンスルホン酸メチル、硫酸ジメチル、硫酸エチレン、スルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジフェニルスルフィド、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド、ジピリジニウムジスルフィド等の正極保護剤、過充電防止剤、脱酸剤、脱水剤等の各種の添加剤を含有させても良い。
<Other additives>
In addition to the non-aqueous solvent and the lithium salt, the non-aqueous electrolyte solution according to the present invention includes other useful components as necessary, for example, conventionally known vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, Negative electrode film forming agent such as succinic anhydride, ethylene sulfite, propylene sulfite, dimethyl sulfite, propane sultone, butane sultone, methyl methanesulfonate, methyl toluenesulfonate, dimethyl sulfate, ethylene sulfate, sulfolane, dimethylsulfone, diethylsulfone, dimethyl Various additives such as positive electrode protective agents such as sulfoxide, diethyl sulfoxide, tetramethylene sulfoxide, diphenyl sulfide, thioanisole, diphenyl disulfide, dipyridinium disulfide, overcharge prevention agent, deoxidizing agent, dehydrating agent may be included. .

[正極]
正極としては、通常、正極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成させたものが用いられる。
[Positive electrode]
As the positive electrode, a material in which an active material layer containing a positive electrode active material and a binder is usually formed on a current collector is used.

正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、その種類に制限はない。好ましい例としては、リチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。   The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. Preferable examples include lithium transition metal composite oxides.

リチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、LiCoOなどのリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiOなどのリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnOなどのリチウム・マンガン複合酸化物等が挙げられる。これらのリチウム遷移金属複合酸化物は、主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置き換えると、安定化させることができるので好ましい。これらの正極活物質は、何れか1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 Specific examples of the lithium-transition metal composite oxide, lithium cobalt complex oxides such as LiCoO 2, lithium-nickel composite oxide such as LiNiO 2, include lithium-manganese composite oxides such as LiMnO 2. In these lithium transition metal composite oxides, some of the main transition metal atoms are Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si, etc. Replacing with other metals is preferable because it can be stabilized. Any one of these positive electrode active materials may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.

バインダーとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としてはポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。   The binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), Examples thereof include fluororubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, and nitrocellulose. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

正極活物質層中のバインダーの割合は、下限値が通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上であり、上限値が通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下である。バインダーの割合が少ないと、活物質を十分に保持できないので、正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させることがあり、逆に多すぎると電池容量や導電性を下げることになる。   As for the ratio of the binder in the positive electrode active material layer, the lower limit is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and the upper limit is usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, and still more preferably 10% by weight or less. If the proportion of the binder is small, the active material cannot be sufficiently retained, so that the mechanical strength of the positive electrode is insufficient, and the battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. On the contrary, if the amount is too large, the battery capacity and conductivity are lowered. It will be.

正極活物質層は、通常、導電性を高めるため導電剤を含有する。導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛の微粒子や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素微粒子等等の炭素質材料を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。   The positive electrode active material layer usually contains a conductive agent in order to increase conductivity. Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as graphite fine particles such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon fine particles such as needle coke. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

正極活物質層中の導電剤の割合は、下限値が通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上であり、上限値が通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、さらに好ましくは15重量%以下である。導電剤の割合が少ないと導電性が不十分になることがあり、逆に多すぎると電池容量が低下することがある。   The ratio of the conductive agent in the positive electrode active material layer is such that the lower limit is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and the upper limit is usually 50% by weight or less. , Preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. If the proportion of the conductive agent is small, the conductivity may be insufficient, and conversely if too large, the battery capacity may be reduced.

正極活物質層には、その他、増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させることができる。   In addition, the positive electrode active material layer can contain additives for a normal active material layer such as a thickener.

増粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。   The thickener is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

正極の集電体には、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。   Aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is used for the current collector of the positive electrode.

正極は、前述の正極活物質とバインダーと導電剤、必要に応じて添加されるその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥することにより形成することができる。スラリー化のために用いる溶媒としては、通常、バインダーを溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。   The positive electrode can be formed by applying a slurry obtained by slurrying the above-described positive electrode active material, a binder, a conductive agent, and other additives added as necessary with a solvent onto a current collector, and drying the positive electrode active material. . As the solvent used for slurrying, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but not limited thereto. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. can be added to water, and an active material can also be slurried with latex, such as SBR.

このようにして形成される正極活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。   Thus, the thickness of the positive electrode active material layer formed is about 10-200 micrometers normally. The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

[負極]
負極は、通常、負極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成させたものが用いられる。
[Negative electrode]
As the negative electrode, a material in which an active material layer containing a negative electrode active material and a binder is usually formed on a current collector is used.

負極活物質としては様々な熱分解条件での有機物の熱分解物や人造黒鉛、天然黒鉛等のリチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料;酸化錫、酸化珪素等のリチウムを吸蔵・放出可能な金属酸化物材料;リチウム金属;種々のリチウム合金や、Si、Snなどリチウムと合金形成可能な金属材料などを用いることができる。これらの負極活物質は、1種を単独で用いても良く、2種類以上を混合して用いても良い。   As a negative electrode active material, a carbonaceous material capable of occluding / releasing lithium such as organic pyrolysate, artificial graphite and natural graphite under various pyrolysis conditions; capable of occluding / releasing lithium such as tin oxide and silicon oxide Metal oxide materials; lithium metal; various lithium alloys, metal materials capable of forming an alloy with lithium, such as Si and Sn, and the like can be used. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.

バインダーとしては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、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、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。   The binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, and butadiene rubber. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

負極活物質層中の上述のバインダーの割合は、下限値が通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上であり、上限値が通常80重量%以下、好ましくは60重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下である。バインダーの割合が少ないと、活物質を十分に保持できないので負極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させることがあり、逆に多すぎると電池容量や導電性を下げることになる。   The ratio of the binder in the negative electrode active material layer is such that the lower limit is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and the upper limit is usually 80% by weight or less. Preferably it is 60 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less, More preferably, it is 10 weight% or less. If the ratio of the binder is small, the active material cannot be sufficiently retained, so that the negative electrode mechanical strength may be insufficient, and the battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. become.

負極活物質層には、その他、増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させることができる。   In addition, the negative electrode active material layer may contain additives for a normal active material layer such as a thickener.

増粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、電池使用時に用いる他の材料に対して安定な材料であれば、特に限定されない。その具体例としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。   The thickener is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and electrolyte used during electrode production and other materials used during battery use. Specific examples thereof include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together.

負極の集電体には、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。   Copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, or the like is used for the negative electrode current collector.

負極は、前述の負極活物質とバインダー、必要に応じて添加されるその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥することにより形成することができる。スラリー化のために用いる溶媒としては、通常、バインダーを溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。これらは1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。   The negative electrode can be formed by applying a slurry obtained by slurrying the above-described negative electrode active material, a binder, and other additives added as necessary with a solvent, and then drying the current collector. As the solvent used for slurrying, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but not limited thereto. These may be used individually by 1 type, or may use multiple types together. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. can be added to water, and an active material can also be slurried with latex, such as SBR.

このようにして形成される負極活物質層の厚さは、通常、10〜200μm程度である。なお、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。   Thus, the thickness of the negative electrode active material layer formed is about 10-200 micrometers normally. The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

[電池構成]
本発明のリチウム二次電池は、上述した正極と、負極と、非水系電解液と、セパレータとを、適切な形状に組み立てることにより製造される。さらに、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。
[Battery configuration]
The lithium secondary battery of the present invention is manufactured by assembling the above-described positive electrode, negative electrode, non-aqueous electrolyte, and separator into an appropriate shape. Furthermore, other components such as an outer case can be used as necessary.

その電池形状は特に制限されず、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。一般的に採用されている形状の例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ、シート電極及びセパレータを積層したラミネートタイプなどが挙げられる。また、電池を組み立てる方法も特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。   The battery shape is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used shapes according to the application. Examples of commonly used shapes include a cylinder type with a sheet electrode and separator in a spiral shape, an inside-out cylinder type with a combination of pellet electrode and separator, a coin type with a stack of pellet electrode and separator, and a sheet Examples include a laminate type in which electrodes and separators are laminated. The method for assembling the battery is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery.

[電池内の水分量]
本発明の非水系電解液二次電池は、電池内に含有される水分量が電解液に対して特定の範囲であることを特徴とする。この水分量は、通常200ppm以上、好ましくは250ppm以上で、通常500ppm以下、好ましくは300ppm以下である。
[Moisture content in the battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized in that the amount of water contained in the battery is in a specific range with respect to the electrolyte. This water content is usually 200 ppm or more, preferably 250 ppm or more, and usually 500 ppm or less, preferably 300 ppm or less.

電池内の水分量が上記範囲よりも少ないと、前述の電極界面抵抗の低下に有効な寄与物質の生成量が少なく、界面抵抗を低下させることができない。電池内の水分量が上記範囲よりも多いと、水分と電解液中の塩との反応で生成したフッ酸による電極活物質の劣化による容量低下が生じ、好ましくない。   If the amount of water in the battery is less than the above range, the amount of contributing substances effective in reducing the electrode interface resistance described above is small, and the interface resistance cannot be reduced. When the amount of water in the battery is larger than the above range, the capacity is reduced due to deterioration of the electrode active material due to hydrofluoric acid generated by the reaction between the water and the salt in the electrolyte, which is not preferable.

電池内の水分量の測定には、公知の任意の手法を用いることができ、電池の組立前であれば構成部材ごとの水分量を測定し、その合計を求めれば良い。また、電池の組立後であれば、前述の如く、電池内の水分は速やかに電解液中に集約されるため、電池内の電解液中の水分量を測定すれば良い。   For the measurement of the amount of moisture in the battery, any known method can be used. If the battery is not assembled, the amount of moisture for each constituent member is measured and the sum is obtained. Further, after the battery is assembled, the moisture in the battery is quickly concentrated in the electrolyte as described above, and therefore, the amount of moisture in the electrolyte in the battery may be measured.

電池の組み立てに用いられる電極材及びセパレータの水分量は、次のようにして測定される。
<電極材及びセパレータの水分量>
窒素ガスをフローした130℃加熱炉に測定サンプルを入れ20分間保持する。フローした窒素ガスはカールフィッシャー水分計の測定セルに導入され水分量が測定される。20分間の積算値をトータルの含有水分量と定義する。測定は水分の混入を防止するため露点−75℃のグローブボックス中で行われる。
The moisture content of the electrode material and separator used for battery assembly is measured as follows.
<Moisture content of electrode material and separator>
A measurement sample is put in a 130 ° C. heating furnace in which nitrogen gas is flowed and held for 20 minutes. The flowing nitrogen gas is introduced into a measurement cell of a Karl Fischer moisture meter, and the amount of moisture is measured. The integrated value for 20 minutes is defined as the total water content. The measurement is performed in a glove box having a dew point of -75 ° C. to prevent moisture from entering.

また、電解液中の水分量は次のようにして測定される。
<電解液の水分量>
電解液中において少量の水分は速やかに電解液中のLi塩と反応してHFとなるため、例えば酸分測定によりHFの定量を行い、その値から水分量を計算することができる。また、電池中の電解液の水分の測定手法は制限はないが、水分の混入のない密閉容器内で、電池を分解し、電解液を取り出し、上記水分量の測定に供すればよい。
Moreover, the moisture content in electrolyte solution is measured as follows.
<Moisture content of electrolyte>
Since a small amount of water in the electrolytic solution quickly reacts with the Li salt in the electrolytic solution to become HF, for example, HF is quantified by acid content measurement, and the amount of water can be calculated from the value. Moreover, although there is no restriction | limiting in the measuring method of the water | moisture content of the electrolyte solution in a battery, what is necessary is just to decompose | disassemble a battery, take out electrolyte solution, and to use for the measurement of the said water | moisture content within the airtight container without water mixing.

また、電池中の電解液の水分の測定手法は制限はないが、密閉容器内で、電池を分解し、電解液を取り出し、上記水分量の測定に供すればよい。   Moreover, although there is no restriction | limiting in the measuring method of the water | moisture content of the electrolyte solution in a battery, what is necessary is just to use for the measurement of the said moisture content, disassembling a battery in an airtight container, taking out electrolyte solution.

本発明においては、電池内の水分量を特定の範囲とするために、本発明の電池の組み立てに当っては、各部材から持ち込まれる水分、組立雰囲気などの雰囲気条件を水分管理することが重要である。即ち、用いる部材は、例えば、電池内のトータル水分量に応じて、適宜、保存雰囲気中の水分を管理する、湿気をすわない素材で保護するなどの工夫を行う。また、電池の組立時にも、乾燥空気などの雰囲気中の水分管理に留意するなどの工夫が必要である。このようにして、正極材、負極材及びセパレータに含まれるトータル水分量を通常、電解液に対して通常200ppm以上、好ましくは250ppm以上、通常500ppm以下、中でも300ppm以下とすることにより、本発明の電池を作製することができる。   In the present invention, in order to keep the amount of moisture in the battery within a specific range, it is important to control the moisture conditions of the moisture brought in from each member, the assembly atmosphere, etc. when assembling the battery of the present invention. It is. That is, the member to be used is devised, for example, appropriately managing the moisture in the storage atmosphere or protecting it with a material that does not absorb moisture according to the total moisture content in the battery. Also, when assembling the battery, it is necessary to devise measures such as paying attention to moisture management in an atmosphere such as dry air. Thus, the total water content contained in the positive electrode material, the negative electrode material, and the separator is usually 200 ppm or more, preferably 250 ppm or more, usually 500 ppm or less, particularly 300 ppm or less based on the electrolytic solution. A battery can be fabricated.

以上、本発明のリチウム二次電池の一般的な実施形態について説明したが、本発明のリチウム二次電池は上記実施形態に制限されるものではなく、その要旨を越えない限りにおいて、各種の変形を加えて実施することが可能である。   The general embodiment of the lithium secondary battery of the present invention has been described above. However, the lithium secondary battery of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. Can be implemented.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded.

〔実施例1〕
以下の手順で電池を作製した。
<セパレータの製造>
高密度ポリエチレン〔三井化学社製「HI−ZEX7000FP」、重量平均分子量:20万、密度;0.956g/cm、メルトフローレート;0.04g/10min〕100重量部、軟質ポリプロピレン〔出光石油化学社製「PER R110E」、重量平均分子量:33万〕8.8重量部、硬化ひまし油〔豊国製油社製「HY−CASTOR
OIL」、分子量938〕8.8重量部、無機充填剤として硫酸バリウム〔数基準平均粒径0.18μm〕176.5重量部を配合して溶融混練し、得られた樹脂組成物を温度210℃でインフレーション成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均105μmであった。次に、得られた原反シートを90℃でシート長手方向(MD)に4倍、次いで120℃で幅方向(TD)に2.9倍の逐次延伸を行い、膜厚26μm、空孔率64%、平均孔径(ASTM F316−86により定められる平均孔径)0.27μm、ガーレー透気度(JIS P8117により定められるガーレー透気度)44秒/100ccの高分子多孔質膜を得た。この高分子多孔膜をセパレータAとする。なお、延伸の過程で、高分子多孔膜からの無機充填剤の脱落は認められなかった。
[Example 1]
A battery was prepared according to the following procedure.
<Manufacture of separator>
High density polyethylene [“HI-ZEX7000FP” manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., weight average molecular weight: 200,000, density: 0.956 g / cm 3 , melt flow rate: 0.04 g / 10 min], 100 parts by weight, soft polypropylene [Idemitsu Petrochemical "PER R110E", weight average molecular weight: 330,000] 8.8 parts by weight, hydrogenated castor oil ["HY-CASTOR" manufactured by Toyokuni Oil Co., Ltd.
OIL ", molecular weight 938] 8.8 parts by weight, barium sulfate [number-based average particle size 0.18 μm] 176.5 parts by weight as an inorganic filler were blended and melt-kneaded, and the resulting resin composition was heated to 210 ° C. Inflation molding was performed at 0 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was 105 μm on average. Next, the obtained raw sheet was successively stretched at 90 ° C. in the sheet longitudinal direction (MD) 4 times, and then at 120 ° C. in the width direction (TD) 2.9 times to obtain a film thickness of 26 μm and porosity. A porous polymer membrane having a molecular weight of 64%, an average pore diameter (average pore diameter determined by ASTM F316-86) of 0.27 μm, and a Gurley air permeability (Gurley air permeability determined by JIS P8117) of 44 seconds / 100 cc was obtained. This polymer porous membrane is called separator A. Note that, during the stretching process, the inorganic filler was not removed from the porous polymer membrane.

このセパレータAを、表1に示す乾燥条件で乾燥し、表1に示す水分量のセパレータとした。   This separator A was dried under the drying conditions shown in Table 1 to obtain a moisture content separator shown in Table 1.

<非水電解液の調製>
乾燥アルゴン雰囲気下、精製したエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比3:7で混合し、混合溶媒を作製した。この混合溶媒に対し、十分に乾燥したLiPFを1.0mol/lの割合となるように溶解して非水系電解液とした。電解液の水分量は40ppmであった。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
Purified ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3: 7 in a dry argon atmosphere to prepare a mixed solvent. Into this mixed solvent, sufficiently dried LiPF 6 was dissolved at a ratio of 1.0 mol / l to obtain a non-aqueous electrolyte. The water content of the electrolytic solution was 40 ppm.

<正極の作製>
正極活物質としてLiCoOを用い、LiCoO85重量部にカーボンブラック6重量部及びポリフッ化ビニリデン(呉羽化学社製商品名「KF−1000」)9重量部を加えて混合し、N−メチル−2−ピロリドンで分散し、スラリー状とした。これを、正極集電体である厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に均一に塗布し、乾燥後、プレス機により正極活物質層の密度が3.0g/cmになるようにプレスして正極とした。正極の乾燥条件と得られた正極の水分量を表1に示す。
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 was used as the positive electrode active material, and 6 parts by weight of carbon black and 9 parts by weight of polyvinylidene fluoride (trade name “KF-1000” manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) were added to 85 parts by weight of LiCoO 2 and mixed. Disperse with 2-pyrrolidone to form a slurry. This was uniformly applied to one side of a 20 μm-thick aluminum foil as a positive electrode current collector, dried, and then pressed by a press machine so that the density of the positive electrode active material layer was 3.0 g / cm 3. It was. Table 1 shows the drying conditions of the positive electrode and the moisture content of the obtained positive electrode.

<負極の作製>
負極活物質として天然黒鉛粉末を用い、天然黒鉛粉末94重量部にポリフッ化ビニリデン6重量部を混合し、N−メチル−2−ピロリドンで分散させてスラリー状とした。これを負極集電体である厚さ18μmの銅箔の片面に均一に塗布し、乾燥後、プレス機により負極活物質層の密度が1.5g/cmになるようにプレスして負極とした。負極の乾燥条件と得られた負極の水分量を表1に示す。
<Production of negative electrode>
Using natural graphite powder as a negative electrode active material, 94 parts by weight of natural graphite powder was mixed with 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride, and dispersed with N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. This was uniformly applied to one side of a 18 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector, dried, and then pressed by a pressing machine so that the density of the negative electrode active material layer was 1.5 g / cm 3. did. Table 1 shows the drying conditions of the negative electrode and the water content of the obtained negative electrode.

<電池の組立>
上記セパレータと、上記非水系電解液、正極及び負極とを用いて18650型円筒電池を作製した。即ち、正極と負極を上記セパレータを介して捲回して電極群とし、これを電池缶に封入した。その後、電極群を装填した電池缶に上記電解液を4.5g注入し、電極に充分浸透させた後、かしめ成形を行った。
<Battery assembly>
A 18650 type cylindrical battery was fabricated using the separator, the non-aqueous electrolyte, the positive electrode, and the negative electrode. That is, the positive electrode and the negative electrode were wound through the separator to form an electrode group, which was sealed in a battery can. Thereafter, 4.5 g of the electrolyte solution was poured into a battery can loaded with the electrode group, and the electrode was sufficiently infiltrated, followed by caulking.

〔実施例2,3、比較例1,2〕
実施例1において、セパレータの乾燥条件を表1に示すように変更し(ただし、比較例2では乾燥せず)、表1に示す水分量のセパレータとしたこと以外は同様にして、各々、電池を作製した。
[Examples 2 and 3, Comparative Examples 1 and 2]
In Example 1, the separator drying conditions were changed as shown in Table 1 (but not in Comparative Example 2), and the same procedure was performed except that the separator had the moisture content shown in Table 1. Was made.

〔比較例3〕
セパレータとして、下記の方法で製造したセパレータBを用いたこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
[Comparative Example 3]
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator B produced by the following method was used as the separator.

<セパレータBの製造>
粘度平均分子量100万のポリエチレン25重量部とパラフィンワックス(平均分子量389)75重量部の混合物を、40mmφ二軸押出機を用いて押出温度170℃、で押出しインフレーション法で原反フィルムを作成した。得られた原反フィルムを60℃のイソプロパノール中に浸漬してパラフィンワックスを抽出除去した。得られたフィルムをロール延伸機を用いて90℃の温度で2.0倍に縦延伸後、テンター延伸機にて100℃の温度で6.0倍に延伸を行い、膜厚22μm、空孔率50%、平均孔径0.04μm、ガーレー透気度440秒/100ccの多孔質膜を得た。この高分子多孔膜をセパレータBとする。
<Manufacture of separator B>
A mixture film of 25 parts by weight of polyethylene having a viscosity average molecular weight of 1,000,000 and 75 parts by weight of paraffin wax (average molecular weight 389) was extruded using a 40 mmφ twin screw extruder at an extrusion temperature of 170 ° C. to prepare a raw film. The obtained raw film was immersed in isopropanol at 60 ° C. to extract and remove paraffin wax. The obtained film was longitudinally stretched 2.0 times at a temperature of 90 ° C. using a roll stretching machine, and then stretched 6.0 times at a temperature of 100 ° C. using a tenter stretching machine, and the film thickness was 22 μm and pores were obtained. A porous membrane having a rate of 50%, an average pore size of 0.04 μm, and a Gurley air permeability of 440 seconds / 100 cc was obtained. This polymer porous membrane is called separator B.

このセパレータBを、表1に示す乾燥条件で乾燥し、表1に示す水分量のセパレータとした。   The separator B was dried under the drying conditions shown in Table 1 to obtain a separator having a moisture content shown in Table 1.

実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた電池について、各々下記の評価を行い、結果を表2に示した。トリクル充電試験については、実施例2と比較例3の電池についてのみ行い、結果を表3に示した。   The batteries obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated as follows, and the results are shown in Table 2. The trickle charge test was performed only for the batteries of Example 2 and Comparative Example 3, and the results are shown in Table 3.

また、各々電池について、組み立てから12時間経過後に分解して電解液を取り出し、前述の水分量測定方法で測定した水分濃度を表2に示した。   Moreover, about each battery, after 12 hours passed from assembly, the electrolytic solution was taken out and the moisture concentration measured by the above-described moisture content measuring method is shown in Table 2.

<電池の評価>
1)初期充放電
25℃において0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)に相当する定電流で充電終止電圧4.2V、放電終止電圧3Vで充放電を3サイクル行って安定させ、4サイクル目を0.5Cに相当する電流で充電終止電圧4.2Vまで充電し、充電電流値が0.05Cに相当する電流値になるまで充電を行う4.2V−定電流定電圧充電(CCCV充電)(0.05Cカット)後、0.2Cに相当する定電流値で3V放電を行った。
<Battery evaluation>
1) Initial charging / discharging End-of-charge voltage of 4.2 V at a constant current corresponding to 0.2 C at 25 ° C. (the rated capacity due to the discharge capacity at 1 hour rate is assumed to be 1 C, and the same applies hereinafter) Charge and discharge 3 cycles at an end-of-discharge voltage of 3V, stabilize the 4th cycle with a current corresponding to 0.5C to a charge-end voltage of 4.2V, and the charge current value becomes a current value corresponding to 0.05C. After charging 4.2V-constant current constant voltage charging (CCCV charging) (0.05C cut), 3V discharging was performed at a constant current value corresponding to 0.2C.

2)界面抵抗測定
上記1)初期充放電を行なった電池に対して、25℃において0.5Cに相当する電流で充電終止電圧4.2Vまで充電し、充電電流値が0.05Cに相当する電流値になるまで充電を行う4.2V−定電流定電圧充電(CCCV充電)(0.05Cカット)を行った。その後、交流インピーダンス法により電極界面抵抗を求め、結果を表2に示した。測定温度は25℃、測定周波数は20kHzから0.01Hz、印加電圧は10mVとする。なお交流インピーダンス法による界面抵抗の測定は例えば特開平9−117001号公報に述べられている。
2) Interfacial resistance measurement 1) A battery that has been initially charged and discharged is charged to a charge end voltage of 4.2 V at a current corresponding to 0.5 C at 25 ° C., and a charging current value corresponds to 0.05 C. 4.2V-constant current constant voltage charging (CCCV charging) (0.05C cut) for charging until the current value was reached was performed. Then, electrode interface resistance was calculated | required with the alternating current impedance method, and the result was shown in Table 2. The measurement temperature is 25 ° C., the measurement frequency is 20 kHz to 0.01 Hz, and the applied voltage is 10 mV. The measurement of the interface resistance by the AC impedance method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-11001.

3)レート測定
上記2)界面抵抗を測定した電池を、25℃で0.2Cに相当する定電流値で3V放電を行った。次に、0.5Cに相当する電流で充電終止電圧4.2Vまで充電し、充電電流値が0.05Cに相当する電流値になるまで充電を行う4.2V−定電流定電圧充電(CCCV充電)(0.05Cカット)を行った。その後、0.2Cに相当する定電流値で3V放電を行った。このときの放電容量を表2に示した。また、この放電容量を基準とし、同様に充電した電池を、2Cに相当する定電流値で3V放電を行ったときの放電容量の割合を放電効率として表2に示した。
3) Rate measurement 2) The battery whose interface resistance was measured was discharged at 3 ° C. at a constant current value corresponding to 0.2 C at 25 ° C. Next, the battery is charged to a charge end voltage of 4.2 V with a current corresponding to 0.5 C, and charged until the charge current value reaches a current value corresponding to 0.05 C. 4.2 V—constant current constant voltage charging (CCCV Charge) (0.05 C cut). Thereafter, 3V discharge was performed at a constant current value corresponding to 0.2C. The discharge capacity at this time is shown in Table 2. Also, based on this discharge capacity, Table 2 shows the ratio of the discharge capacity when a similarly charged battery was discharged at 3 V at a constant current value corresponding to 2 C as discharge efficiency.

4)トリクル充電試験
上記1)初期充放電を行なった電池に対して25℃において0.5Cに相当する電流で充電終止電圧4.2Vまで充電し、充電電流値が0.05Cに相当する電流値になるまで充電を行う4.2V−定電流定電圧充電(CCCV充電)(0.05Cカット)を行った。次に、充電した電池を60℃の雰囲気下に672時間設置して自己放電による電圧低下を補償するために4.2V−CCCVの連続充電を行い、定電圧充電電流の変化から自己放電の経時変化を測定した。結果を表3に示す。
4) Trickle charge test Above 1) A battery that had been initially charged and discharged was charged to a charge end voltage of 4.2 V at a current corresponding to 0.5 C at 25 ° C., and a current corresponding to a charge current value of 0.05 C. 4.2V-constant current constant voltage charging (CCCV charging) (0.05C cut) for charging until the value is reached was performed. Next, the charged battery is placed in an atmosphere of 60 ° C. for 672 hours, and 4.2 V-CCCV is continuously charged to compensate for the voltage drop due to self-discharge. Changes were measured. The results are shown in Table 3.

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表1〜3より、特定のセパレータを用いると共に電池内の電解液の水分濃度が200〜500ppmとなるように調製した二次電池であれば、負荷特性に優れ、また、トリクル充電による劣化の問題もない、優れた電池が得られることが分かる。   From Tables 1 to 3, if the secondary battery is prepared using a specific separator and the water concentration of the electrolyte in the battery is 200 to 500 ppm, the load characteristics are excellent, and the problem of deterioration due to trickle charging It can be seen that an excellent battery can be obtained.

本発明のリチウム二次電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ等の小型機器、及び、電気自動車、ハイブリッド自動車等の大型機器などを挙げることができる。   The use of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be used for various known uses. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. , Electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting equipment, toys, game machines, small devices such as watches, strobes, cameras, and large devices such as electric cars and hybrid cars Can be mentioned.

特に、本発明のリチウム二次電池は、パソコンなどの電池の自己放電による容量低下を補うために使われるいわゆるトリクル充電による劣化の防止に有効であるため、パソコン用二次電池として有用である。   In particular, the lithium secondary battery of the present invention is useful as a secondary battery for a personal computer because it is effective in preventing deterioration due to so-called trickle charge used to compensate for capacity reduction due to self-discharge of a battery such as a personal computer.

Claims (3)

リチウムを吸蔵・放出することが可能な負極及び正極と、セパレータと、非水系溶媒及びリチウム塩を含有する非水系電解液とを備えてなる非水系電解液二次電池において、
該セパレータが、無機充填剤を含有する熱可塑性樹脂よりなる多孔質膜を有し、
当該電池内に含有される水分が、該電池内の電解液中の濃度として200〜500ppmであり、
該負極が炭素材料を活物質とすることを特徴とする非水系電解液二次電池。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent and a lithium salt,
The separator has a porous film made of a thermoplastic resin containing an inorganic filler,
Water contained within the cell, Ri 200~500ppm der as the concentration of the electrolytic solution of the electrolyte Ikeuchi,
Nonaqueous electrolyte secondary battery negative electrode is characterized that you active material a carbon material.
請求項1に記載の非水系電解液二次電池において、該セパレーターは、厚みが5μm以上100μm以下、空孔率が30%以上80%以下、ASTM F316−86により定められる平均孔径が0.05μm以上10μm以下、JIS P8117により定められるガーレー透気度が20秒/100cc以上700秒/100cc以下であることを特徴とする非水系電解液二次電池。   2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the separator has a thickness of 5 μm to 100 μm, a porosity of 30% to 80%, and an average pore diameter defined by ASTM F316-86 of 0.05 μm. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by having a Gurley air permeability defined by JIS P8117 of 20 seconds / 100 cc or more and 700 seconds / 100 cc or less. 請求項1又は2に記載の非水系電解液二次電池において、該正極が、リチウム遷移金属複合酸化物を活物質とすることを特徴とする非水系電解液二次電池。 3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 , wherein the positive electrode uses a lithium transition metal composite oxide as an active material. 4.
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