JP5017834B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。
The present invention relates to lithium ion secondary batteries.
リチウムイオン二次電池は、高容量及び高エネルギー密度が得られる特性から、モバイル用電池としての活用を業界から大いに期待されている。これらの電池は、正極層と負極層間に電気絶縁性の高分子多孔フィルムからなるセパレーターを介在させた構成を備えている。リチウムイオン二次電池は、高容量、高エネルギー密度に起因する問題点、例えば電池の内部短絡による温度の上昇を防ぐために、セパレーターに種々の工夫が施されている。 Lithium ion secondary batteries are highly expected from the industry to be used as mobile batteries because of their high capacity and high energy density. These batteries have a configuration in which a separator made of an electrically insulating polymer porous film is interposed between a positive electrode layer and a negative electrode layer. In the lithium ion secondary battery, various devices are applied to the separator in order to prevent a problem caused by a high capacity and a high energy density, for example, an increase in temperature due to an internal short circuit of the battery.
また、セパレーターに求められる特性として、シャットダウン特性と耐ショート特性がある。シャットダウンとは、過充電、電池内外部短絡等のトラブルにより、電池温度が上昇した際に高分子多孔フィルム(セパレーター)が溶融し、孔が閉塞され電流が遮断されることをいう。また、ショートとは、シャットダウンした電池が更に温度上昇し、セパレーターが完全に溶融して穴があく、またはセパレーターの収縮で正極層と負極層が接触することをいう。この様なショートが生じると、正極層と負極層間で大電流が流れ、電池の発熱を生じる。 In addition, there are a shutdown characteristic and a short-circuit resistance characteristic required for the separator. The shutdown means that the polymer porous film (separator) is melted when the battery temperature rises due to troubles such as overcharge and external short circuit inside the battery, the holes are closed and the current is cut off. The short circuit means that the temperature of the shut-down battery further increases and the separator is completely melted to form a hole, or the positive electrode layer and the negative electrode layer are brought into contact with each other due to the shrinkage of the separator. When such a short circuit occurs, a large current flows between the positive electrode layer and the negative electrode layer, and the battery generates heat.
上記の説明のようにリチウムイオン二次電池においては、シャットダウン特性と耐ショート特性を両立させることが重要で、以下の手法が公開されている。 As described above, in a lithium ion secondary battery, it is important to make both shutdown characteristics and short circuit resistance compatible, and the following methods are disclosed.
従来の技術のリチウムイオン二次電池用セパレーターとしては、耐熱性含窒素芳香族重合体およびセラミック粉末を用いており、耐熱性を有する。また、このセパレーター内に260℃以下で溶融する熱可塑性樹脂を含有させることで、熱暴走を抑制することができる(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、セパレーターと負極層が一体化されておらず、充放電を繰り返すことで、負極層が膨張・収縮を繰り返し、負極層とセパレーター間に隙間が生じる。このような形態においては、充放電サイクルの末期に負極層上にリチウムが析出し、負極層の反応面積が低下することにより充放電サイクルの悪化を招く。 However, in the said conventional structure, a separator and a negative electrode layer are not integrated, and by repeating charging / discharging, a negative electrode layer repeats expansion and contraction, and a clearance gap arises between a negative electrode layer and a separator. In such a form, lithium deposits on the negative electrode layer at the end of the charge / discharge cycle, and the reaction area of the negative electrode layer decreases, leading to deterioration of the charge / discharge cycle.
従って、本発明は、上記課題を解決するもので、リチウムイオン二次電池を提供することを目的としている。
Accordingly, the present invention is to solve the above problems, and its object is to provide a lithium ion secondary batteries.
上記の目的を達成するために、本発明のリチウムイオン二次電池は、セパレーターが、融点250℃以上のフィラーAと融点80℃以上、120℃以下であるフィラーBの少なくとも2種類以上の混合物からなり、前記フィラーAの一次粒子径が0.1μm以上、20μm以下であり、前記フィラーBの一次粒子径が0.01μm以上、5μm以下であり、
前記フィラーAの一次粒子径が前記フィラーBの一次粒子径よりも大きく、前記セパレーター中に前記フィラーA100重量%に対して、前記フィラーBを5重量%以上、25重量%以下含有し、前記セパレーターを負極層と一体化させることにより、シャットダウン特性と耐ショート特性を両立させ、充放電サイクルも向上させることが可能となる。
In order to achieve the above object, the lithium ion secondary battery of the present invention comprises a separator comprising a mixture of at least two kinds of filler A having a melting point of 250 ° C. or higher and filler B having a melting point of 80 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. The primary particle diameter of the filler A is 0.1 μm or more and 20 μm or less, and the primary particle diameter of the filler B is 0.01 μm or more and 5 μm or less,
The primary particle size of the filler A is larger than the primary particle size of the filler B, and the separator B contains 5% by weight or more and 25% by weight or less of the filler B with respect to 100% by weight of the filler A. By integrating the negative electrode layer with the negative electrode layer, both shutdown characteristics and short circuit resistance characteristics can be achieved, and the charge / discharge cycle can be improved.
以上のように、本発明のリチウムイオン二次電池によれば、シャットダウン特性と耐ショート特性を両立させることが可能となる。 As described above, according to the lithium ion secondary battery of the present invention, that Do is possible to achieve both the shutdown function and resistance to short characteristics.
(実施の形態)
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるリチウムイオン二次電池の断面を模式的に示した図である。高分子多孔膜と負極層間にセパレーターが形成されており、これら電池は積層型でも捲回型でも良い。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of the lithium ion secondary battery according to
図2は、セパレーターの概略図であり、耐熱温度250℃以上のフィラーをフィラーAとし、融点80℃以上、120℃以下のフィラーをフィラーBとして示す。また、前記フィラーAの一次粒子径は0.1μm以上、20μm以下であり、かつ前記フィラーBの一次粒子径は0.01μm以上、5μm以下である。更に前記フィラーBの含有率は、前記フィラーA 100重量%に対して5重量%以上25重量%以下である。 FIG. 2 is a schematic view of the separator, and a filler having a heat resistant temperature of 250 ° C. or higher is indicated as filler A, and a filler having a melting point of 80 ° C. or higher and 120 ° C. or lower is indicated as filler B. The primary particle diameter of the filler A is 0.1 μm or more and 20 μm or less, and the primary particle diameter of the filler B is 0.01 μm or more and 5 μm or less. Furthermore, the content rate of the said filler B is 5 to 25 weight% with respect to 100 weight% of the said filler A.
図3は、リチウムイオン二次電池の電極板の製造方法を示した模式図であり、送り出し機構1から送り出された帯状金属箔からなる集電体2の表面に、塗布装置3によって、負極層4を形成する。次に、塗布装置5によって、負極層4の上に、セパレーター6を形成し、乾燥炉7において、負極層4およびセパレーター6に含まれる揮発成分を除去させる。同様にして、集電体2の負極層4およびセパレーター6が形成された面と反対側の面にも、塗布装置8によって、負極層9を形成した後、塗布装置10によって、負極層9の上にセパレーター11を形成し、乾燥炉12によって、負極層9およびセパレーター11に含まれる揮発成分を除去する。以上のようにして、集電体2の両面に形成された負極層4、9およびセパレーター6、11を、プレス装置13によって、負極層の空隙率が所望の値となるようにプレスし電極板15を製造する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a method for manufacturing an electrode plate of a lithium ion secondary battery. A negative electrode layer is formed on the surface of a
ここで、集電体2としては、一般に、正極層においてアルミニウム箔、負極層において銅箔が用いられているが、本発明においては、良好な導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ニッケル等の他の金属箔や、PET等の高分子フィルムの表面に金属を蒸着したものや、導電性高分子フィルム等を用いても良い。
Here, as the
負極層4、9は、リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極または負極活物質、および導電助剤、結着剤、溶媒等からなる。
The
リチウムイオンの吸蔵放出可能な正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウムと遷移金属との複合酸化物や、FeS、TiS2等の遷移金属硫化物、ポリアニリン、ポリピロール等の有機化合物等が挙げられ、これらの化合物は、部分的に元素置換したものであってもよい。 The absorbing and desorbing active material capable of lithium ion, e.g., lithium cobalt acid, lithium nickel acid, composite oxide of lithium and transition metal such as lithium manganate and, FeS, transition metal sulfides such as TiS 2, Examples thereof include organic compounds such as polyaniline and polypyrrole, and these compounds may be partially element-substituted.
リチウムイオンの吸蔵放出可能な負極活物質しては、例えば、グラファイトやコークス等の炭素系活物質、金属リチウム、リチウム遷移金属窒化物、シリコン等が挙げられる。結着剤は、集電体と活物質、および活物質間を結着するために用いられ、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体等のフッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックス等のラテックス、カルボキシルメチルセルロース等のセルロース誘導体等が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions include carbon-based active materials such as graphite and coke, metallic lithium, lithium transition metal nitride, and silicon. The binder is used to bind between the current collector and the active material, and the active material, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and tetrafluoro. Examples thereof include fluorine rubber such as a copolymer with ethylene, latex such as styrene-butadiene copolymer latex, acrylonitrile-butadiene copolymer latex, and cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose.
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素粉末等が挙げられる。 Examples of the conductive aid include carbon powders such as acetylene black, carbon black, and graphite.
溶媒は、結着剤を溶解または分散できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン、メチルエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノン、酢酸ブチル、メタノール、エタノール等を用いることができる。 The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the binder. For example, water, N-methyl-2-pyrrolidone, methyl ethyl ketone, acetone, cyclohexanone, butyl acetate, methanol, ethanol and the like can be used. Can be used.
また、これらの活物質、結着剤、導電助剤、溶媒の他に、分散剤、界面活性剤、レオロジー調整剤等の各種添加物を必要に応じて用いても良い。 In addition to these active materials, binders, conductive assistants, and solvents, various additives such as dispersants, surfactants, and rheology modifiers may be used as necessary.
セパレーター6、11を構成する材料は、塗布・乾燥・プレス後において、層を構成する材料内、または、層内の空隙中をリチウムイオンが移動できるものであればよく、本発明においては、特に、限定されるものではないが、例えば、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の無機物粒子、または、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等の有機物粒子、および前記無機物粒子と前記有機物粒子の混合物、結着剤、溶媒、各種添加剤等を用いることができる。ここで、結着剤、溶媒、各種添加剤としては、前記負極層中に含まれるものと同様なものを用いることができる。
The material constituting the
さらに、負極層4、9上にセパレーター6、11を形成した際に、これらの二つの層が入り混じりすぎることのないようにすることが望ましく、例えば、各層の材料の選択および配合量の調節によって、各層の表面張力、粘度等を調整することで実現することができる。
Furthermore, when the
塗布装置3、5、8、10としては、集電体2上に負極層4、9を、また、負極層4、9上にセパレーター6、11を形成できるものであれば、本発明においては、特に限定されるものではなく、例えば、フォワードロール、リバースロール、グラビア、ドクターブレード、スロットダイ等を用いることができる。
In the present invention, the
乾燥炉7、12としては、負極層4、9およびセパレーター6、11中の揮発成分を除去できるものであれば、本発明においては、特に限定されるものではないが、例えば、熱風、各種赤外線、マイクロ波、電磁誘導等、およびこれらを組み合わせた乾燥装置を用いることができる。
The drying ovens 7 and 12 are not particularly limited in the present invention as long as the volatile components in the
プレス装置13は、負極層4、9の空隙率を所望の値にすることができるものであれば、特に図3に示したような構成に限定されるものではなく、例えば、走行方向に複数のプレス装置を配置したり、乾燥炉12を通過した電極板15を一旦巻取った後に、独立したプレス装置にて電極板15にプレスを施してもよい。
The press device 13 is not particularly limited to the configuration shown in FIG. 3 as long as the porosity of the
また、図3においては、集電体2の片面ずつに、負極層4、9およびセパレーター6、11を順次、形成する方法を示したが、例えば、集電体2の両面に、同時に負極層4、9およびセパレーター6、11を形成する方法や、集電体2の片面に負極層4およびセパレーター6を形成した後に、一旦巻き取って、同一の装置により、集電体2の反対面に負極層9およびセパレーター11を形成する方法であってもよい。
FIG. 3 shows a method of sequentially forming the
さらに、負極層4、9およびセパレーター6、11は、必ずしも揮発成分を含む必要はなく、例えば、静電粉体塗装により、各層を形成してもよい。また、図3においては、負極層4の形成後つまりは、負極層4中の揮発成分を除去する前に、負極層4上にセパレーター6を形成する方法を示しているが、負極層4中の揮発成分を除去した後に、負極層4上にセパレーター6を形成してもよい。
Furthermore, the
ただし、負極層4およびセパレーター6の両層を揮発成分が含まれる構成にするとともに、揮発成分が含まれた負極層4上にセパレーター6を形成することが望ましい。これにより、二層の界面における材料の分布状態がより理想的なものとなるため、充放電サイクルおよび電池容量について、より高い効果が得られるとともに、二層間の密着性が高くなるため、各層の剥離や滑落等の不良が生じにくくなる。
However, it is desirable that both the
また、本発明のリチウムイオン二次電池用電極板の製造方法は、正極層と負極層のいずれか、または、その両方に用いることができ、いずれの場合においても、程度の差は異なるが、効果が得られる。 In addition, the method for producing an electrode plate for a lithium ion secondary battery of the present invention can be used for either the positive electrode layer and the negative electrode layer, or both, and in either case, the difference in degree is different, An effect is obtained.
以下、本発明の好ましい実施例および比較例を記載する。ただし、以下の実施例は本発明の好ましい一実施例にすぎず、本発明が下記の実施例に限られるわけではない。 Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)コバルト酸リチウム100重量%に対し、カーボンブラック3重量%、ポリフッ化ビニリデン3重量%、N−メチル−2−ピロリドン40重量%を混合した正極塗料を、正極集電体である厚み0.02mmのアルミニウム箔の片面に、ドクターブレードを用いて、厚み0.15mmに塗布し、乾燥前の正極層上に、セパレーターを、ドクターブレードを用いて、厚み0.02mmに塗布した。この後、正極層およびセパレーターを100℃の熱風乾燥炉で乾燥させた。同様にして、アルミニウム箔の反対側の面にも、正極層およびセパレーターを形成した。このようにして、アルミニウム箔の両面に正極層およびセパレーターが形成された電極板を、プレス装置によって、正極層の総厚みが0.2mmとなるようにプレスした。 Example 1 A positive electrode paint obtained by mixing 3% by weight of carbon black, 3% by weight of polyvinylidene fluoride, and 40% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone with 100% by weight of lithium cobaltate is a positive electrode current collector. A 0.02 mm thick aluminum foil was applied to a thickness of 0.15 mm using a doctor blade, and a separator was applied to a thickness of 0.02 mm using a doctor blade on the positive electrode layer before drying. Thereafter, the positive electrode layer and the separator were dried in a hot air drying oven at 100 ° C. Similarly, a positive electrode layer and a separator were formed on the opposite surface of the aluminum foil. Thus, the electrode plate in which the positive electrode layer and the separator were formed on both surfaces of the aluminum foil was pressed by a pressing device so that the total thickness of the positive electrode layer was 0.2 mm.
セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径0.2μmで融点2700℃のジルコニア(フィラーA)100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(フィラーB:一次粒子径0.05μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た。実施例1〜13、比較例1〜9のセパレーターの組成比、粒径、融点を表1に示す。 The separator paint was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (filler B: primary particle size of 0.05 μm) is 100% by weight of zirconia (filler A) having a primary particle size of 0.2 μm and a melting point of 2700 ° C. using a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining. The mixture was mixed and stirred with a dissolver in a solution consisting of 5% by weight of polyvinylidene difluoride and 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a separator coating. Table 1 shows the composition ratio, particle size, and melting point of the separators of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 9.
以上のようにして、作製した正極層およびセパレーターの間に、厚み0.02mm、空孔率40%の高分子多孔膜(ポリエチレン製)を挟み込み、捲回した発電要素を、円筒形ステンレスケースに挿入し、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合液にLiPF6を添加した電解液を注液して、円筒形リチウムイオン二次電池を組み立てた。 As described above, a polymer porous membrane (made of polyethylene) having a thickness of 0.02 mm and a porosity of 40% is sandwiched between the produced positive electrode layer and separator, and the wound power generation element is placed in a cylindrical stainless steel case. Then, an electrolytic solution in which LiPF 6 was added to a mixed solution of ethylene carbonate and diethyl carbonate was injected to assemble a cylindrical lithium ion secondary battery.
(実施例2)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ一次粒子径0.05μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 2) A separator coating was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle size of 0.05 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle size of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the resulting mixture is 5% by weight of polyvinylidene difluoride. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution comprising 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(実施例3)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 Example 3 A separator paint was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining, and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride, A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(実施例4)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)24重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。
(Example 4) A paint for a separator was prepared as follows. 24% by weight of polyethylene beads (
(実施例5)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのフッ素系樹脂ビーズ(融点250℃)100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 5) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) are mixed with 100% by weight of fluororesin beads having a primary particle diameter of 15 μm (melting point: 250 ° C.) using a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution containing 5% by weight of vinylidene difluoride and 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a paint for a separator.
(実施例6)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点80℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 6) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 80 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride, A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(実施例7)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点120℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 7) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 120 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining, and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride, A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(実施例8)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径0.1μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 8) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 0.1 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the resulting mixture is 5% by weight of polyvinylidene difluoride. %, N-methyl-2-pyrrolidone A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a separator paint was obtained by stirring with a dissolver.
(実施例9)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径20μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 9) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 20 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining, and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride, A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(実施例10)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径0.01μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 10) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 0.01 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd., and the mixture is 5 weights of polyvinylidene difluoride. %, N-methyl-2-pyrrolidone A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a separator paint was obtained by stirring with a dissolver.
(実施例11)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径5μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 11) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 5 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining, and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride, A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(実施例12)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)5重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Example 12) A paint for a separator was prepared as follows. 5% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining, and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride, A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(実施例13)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)25重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。
(Example 13) A paint for a separator was prepared as follows. 25% by weight of polyethylene beads (
(比較例1)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径0.05μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径0.02μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 1) The separator paint was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 0.02 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 0.05 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the resulting mixture is polyvinylidene difluoride. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution containing 5% by weight and 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a paint for a separator.
(比較例2)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径0.005μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative example 2) The coating material for separators was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 0.005 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd., and the mixture is 5% by weight of polyvinylidene difluoride. %, N-methyl-2-pyrrolidone A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a separator paint was obtained by stirring with a dissolver.
(比較例3)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)3重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 3) A paint for a separator was prepared as follows. 3% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) is mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining, and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride, A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(比較例4)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニア100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径3μm)30重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 4) A separator coating was prepared as follows. 30% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 3 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the mixture is mixed with 5% by weight of polyvinylidene difluoride. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(比較例5)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径0.2μm、融点200℃のポリイミドビーズ100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径0.05μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 5) A separator coating was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 0.05 μm) are mixed with 100% by weight of polyimide beads having a primary particle diameter of 0.2 μm and a melting point of 200 ° C. using a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution comprising 5% by weight of polyvinylidene difluoride and 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a paint for a separator.
(比較例6)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径0.2μmのジルコニア100重量%に対し、融点50℃であるアクリルビーズ(一次粒子径0.05μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 6) A separator coating was prepared as follows. Acrylic beads having a melting point of 50 ° C. (primary particle size 0.05 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle size of 0.2 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the mixture is polyvinylidene difluoride. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution containing 5% by weight and 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a paint for a separator.
(比較例7)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径0.2μmのジルコニア100重量%に対し、融点150℃であるフッ素樹脂ビーズ(一次粒子径0.05μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 7) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of fluororesin beads (primary particle size 0.05 μm) having a melting point of 150 ° C. are mixed with 100% by weight of zirconia having a primary particle size of 0.2 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the mixture is mixed with polyvinylidene difluoride. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution consisting of 5% by weight of a ride and 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a paint for a separator.
(比較例8)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径25μmのジルコニアビーズ100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径0.05μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 8) A paint for a separator was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 0.05 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia beads having a primary particle diameter of 25 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the mixture is polyvinylidene difluoride 5 A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution containing 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
(比較例9)セパレーター用塗料は以下のように作成した。一次粒子径15μmのジルコニアビーズ100重量%に対し、融点110℃であるポリエチレンビーズ(一次粒子径10μm)7重量%を三井鉱山製ヘンシェルミキサにより混合し、その混合物をポリビニリデンジフロライド5重量%、N−メチル−2−ピロリドン50重量%からなる溶液にディゾルバーにて攪拌し、セパレーター用塗料を得た以外は実施例1と同様に電池を作成した。 (Comparative Example 9) A separator paint was prepared as follows. 7% by weight of polyethylene beads having a melting point of 110 ° C. (primary particle diameter of 10 μm) are mixed with 100% by weight of zirconia beads having a primary particle diameter of 15 μm by a Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., and the resulting mixture is 5% by weight of polyvinylidene difluoride. A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a solution comprising 50% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone was stirred with a dissolver to obtain a separator coating.
これら得られた電池に1kHzで1ボルトの電圧をかけて、電池内部電気抵抗を測定し、20℃の電池内部電気抵抗とした。本電池を熱板上に置き、20℃から300℃まで5℃/分の昇温速度で昇温した。この過程で電池内部電気抵抗が増大する温度をシャットダウン温度とし、更に昇温させ正極と負極がショートすることにより電気抵抗が減少する温度をショート温度とした。また、電池初期放電時の容量と500サイクル時の容量維持率も測定し、これら結果を表2に示した。
比較例1においては耐熱性フィラー(フィラーA)の粒径が小さいため、粒子が最密充填を生じリチウムイオンのインターカレーションが阻害されるためサイクイル寿命が低下した。 In Comparative Example 1, since the particle size of the heat-resistant filler (filler A) was small, the particles were close-packed and the intercalation of lithium ions was inhibited, so that the cycle life was reduced.
比較例2においては、融点の低いフィラー(フィラーB)の粒子径が小さいため、昇温時にフィラーが溶融した際、耐熱性フィラー(フィラーA)の表面に皮膜を形成する。そのため、フィラー間の空隙を塞ぐことができず、シャットダウンは生じなかった。 In Comparative Example 2, since the particle diameter of the filler having a low melting point (filler B) is small, a film is formed on the surface of the heat resistant filler (filler A) when the filler melts at the time of temperature rise. For this reason, the gap between the fillers could not be closed, and shutdown did not occur.
比較例3においてはフィラーBの量が少なくシャットダウンが生じなかった。また、比較例4はセパレーター内でフィラーBの比率が多く、耐熱性が低下したためショートが生じた。 In Comparative Example 3, the amount of filler B was small and no shutdown occurred. In Comparative Example 4, the ratio of filler B in the separator was large, and the heat resistance was reduced, so that a short circuit occurred.
比較例5においてはフィラーAの融点が低く、耐熱性が低下したためショートが発生した。 In Comparative Example 5, a short circuit occurred because the melting point of the filler A was low and the heat resistance was lowered.
比較例6においてはフィラーBの融点が低く、セパレーター塗料を塗布・乾燥する際に溶融し、空孔を塞いでしまうために電池容量が低下する。 In Comparative Example 6, the filler B has a low melting point, melts when the separator paint is applied and dried, and closes the pores, thus reducing the battery capacity.
比較例7においてはフィラーBの融点が高いためにシャットダウンが生じなかった。 In Comparative Example 7, shutdown did not occur because the melting point of filler B was high.
比較例8、9においては各フィラーが大きいために塗工時に抜け(スジ)が発生し、一部負極層がむき出しになることでショートが発生した。 In Comparative Examples 8 and 9, due to the large size of each filler, missing (streaks) occurred during coating, and a part of the negative electrode layer was exposed to cause a short circuit.
本発明のリチウムイオン二次電池は、特性に優れるとともに、優れたサイクル充放電特性を有するものであるが、固体電解質リチウム二次電池、ニッケル水素電池等のエネルギー貯蔵素子の用途にも適用できる。 The lithium ion secondary battery of the present invention is excellent in characteristics and has excellent cycle charge / discharge characteristics, but can also be applied to uses of energy storage elements such as solid electrolyte lithium secondary batteries and nickel metal hydride batteries.
1 送り出し機構
2 集電体
3、5、8、10 塗布装置
4、9 負極層
7、12 乾燥炉
11 セパレーター
13 プレス装置
14 巻取り機構
15 電極板
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記フィラーAの一次粒子径が0.1μm以上、20μm以下であり、
前記フィラーBの一次粒子径が0.01μm以上、5μm以下であり、
前記フィラーAの一次粒子径が前記フィラーBの一次粒子径よりも大きく、
前記セパレーター中に前記フィラーA100重量%に対して、前記フィラーBを5重量%以上、25重量%以下含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。 In the structure of lithium ion secondary battery which arranged separator between the negative electrode layer and positive electrode layer, the separator, melting point 250 ° C. or more fillers A and melting point 80 ° C. or higher, at least two filler B is 120 ° C. or less Ri Do not from a mixture of the above,
The primary particle diameter of the filler A is 0.1 μm or more and 20 μm or less,
The primary particle size of the filler B is 0.01 μm or more and 5 μm or less,
The primary particle size of the filler A is larger than the primary particle size of the filler B,
The lithium ion secondary battery, wherein the separator B contains 5% by weight to 25% by weight of the filler B with respect to 100% by weight of the filler A.
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