JP5213158B2 - Multilayer porous membrane production method, lithium ion battery separator and lithium ion battery - Google Patents

Multilayer porous membrane production method, lithium ion battery separator and lithium ion battery

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JP5213158B2 JP2007246555A JP2007246555A JP5213158B2 JP 5213158 B2 JP5213158 B2 JP 5213158B2 JP 2007246555 A JP2007246555 A JP 2007246555A JP 2007246555 A JP2007246555 A JP 2007246555A JP 5213158 B2 JP5213158 B2 JP 5213158B2
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Description

本発明は、電気化学素子用セパレータに好適な多層多孔質膜の製造方法、該多層多孔質膜からなる電気化学素子用セパレータ、および前記多層多孔質膜をセパレータとして有する電気化学素子に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a multilayer porous membrane suitable for a separator for an electrochemical device, a separator for an electrochemical device comprising the multilayer porous membrane, and an electrochemical device having the multilayer porous membrane as a separator. .

熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂多孔質膜は、リチウムイオン電池やポリマーリチウム電池、電気二重層キャパシタなどの電気化学素子において、正極と負極とを隔離するためのセパレータとして一般的に用いられている。特にポリオレフィンを主成分とするセパレータは、リチウム電池などの過酷な酸化還元雰囲気に対しても安定であり、かつ樹脂の融点付近で多孔質膜の孔が閉塞する所謂シャットダウン特性を付与することが可能であるため、広く用いられている。   Resin porous membranes based on thermoplastic resins are commonly used as separators to separate positive and negative electrodes in electrochemical devices such as lithium ion batteries, polymer lithium batteries, and electric double layer capacitors. Yes. In particular, a polyolefin-based separator is stable even in harsh redox atmospheres such as lithium batteries, and can provide a so-called shutdown characteristic that closes the pores of the porous membrane near the melting point of the resin. Therefore, it is widely used.

しかしながら、その一方で、樹脂多孔質膜は、樹脂の融点以上の温度では膜を維持する能力が不足して所謂破膜が起こりやすく、そのような状況下では正極と負極が直接接触する短絡現象が生じる危険性がある。   However, on the other hand, the porous resin membrane has a capability of maintaining the membrane at a temperature equal to or higher than the melting point of the resin, so that so-called film breakage is likely to occur. There is a risk of occurrence.

前記のような樹脂多孔質膜の耐熱安定性を向上させるために、無機酸化物などの耐熱性の高い材料によって樹脂製多孔質膜の表面に層を形成させるなどする試みがなされている。   In order to improve the heat resistance stability of the resin porous membrane as described above, attempts have been made to form a layer on the surface of the resin porous membrane with a material having high heat resistance such as an inorganic oxide.

例えば、特許文献1には、樹脂多孔質膜の表面にゾルゲル法により無機薄膜を形成する方法が提示されている。また、特許文献2には、無機微粒子を分散させた溶媒を樹脂多孔質膜に塗布して、無機微粒子を有する表面保護層を形成する方法が示されている。更に、特許文献3には、多孔質フィルムに耐熱樹脂溶液を塗布して耐熱樹脂層と多孔質フィルムとからなるセパレータを製造するに当たり、耐熱樹脂溶液の塗布前または塗布後に多孔質フィルムに有機溶媒を含浸させる方法が示されている。また、特許文献4には、微粒子と溶剤バインダとを混合しスラリーとする工程と、熱可塑性樹脂を主成分とする第1の多孔層に、前記スラリーを塗布して前記第1の多孔層より高い耐熱性を有する第2の多孔層を形成することによりセパレータを製造する方法が示されている。この他、特許文献5には、熱溶融性ポリオレフィンからなる多孔質膜の少なくとも片面上に、真空製膜法を用いて無機薄膜を形成する方法が示されている。   For example, Patent Document 1 proposes a method for forming an inorganic thin film on the surface of a resin porous film by a sol-gel method. Patent Document 2 discloses a method for forming a surface protective layer having inorganic fine particles by applying a solvent in which inorganic fine particles are dispersed to a resin porous membrane. Furthermore, in Patent Document 3, when a heat-resistant resin solution is applied to a porous film to produce a separator comprising a heat-resistant resin layer and a porous film, an organic solvent is applied to the porous film before or after application of the heat-resistant resin solution. The method of impregnating is shown. Patent Document 4 discloses a step of mixing fine particles and a solvent binder to form a slurry, and applying the slurry to a first porous layer containing a thermoplastic resin as a main component from the first porous layer. A method for producing a separator by forming a second porous layer having high heat resistance is shown. In addition, Patent Document 5 discloses a method of forming an inorganic thin film on at least one surface of a porous film made of a heat-meltable polyolefin using a vacuum film forming method.

特開平10−172531号公報JP-A-10-172531 特開平11−80395号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-80395 特開2001−23602号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-23602 特開2006−32359号公報JP 2006-32359 A 特開2001−35468号公報JP 2001-35468 A

特許文献2〜4のように、樹脂多孔質膜の表面に、スラリーなどの塗料を塗布することにより耐熱性の多孔質層を形成する場合、グラビアコーター、ナイフコーター、リバースロールコーター、ダイコーターなどの塗工装置を用いて塗料を均一に塗布するには、塗料と基材である樹脂多孔質膜との濡れ性が重要であり、かかる濡れ性が悪い場合には塗料を均一に塗布することが困難となる。   As in Patent Documents 2 to 4, when forming a heat-resistant porous layer by applying a coating such as slurry on the surface of the resin porous membrane, a gravure coater, knife coater, reverse roll coater, die coater, etc. In order to apply the paint uniformly using the coating device, the wettability between the paint and the porous resin membrane as the base material is important. If the wettability is poor, apply the paint uniformly. It becomes difficult.

そこで、樹脂多孔質膜と耐熱性の多孔質層を形成するための塗料との濡れ性を高めるべく、例えば、ケトン類(メチルエチルケトンなど)、フラン類(テトラヒドロフランなど)、アルコール類などの有機溶剤を含有する塗料を用いることが考えられるが、その場合、確かに濡れ性は向上するが、基材(樹脂多孔質膜)が多孔質であるために、塗料や塗料中の溶剤が塗布面とは反対側の面にまで透過する所謂裏抜けの現象が発生し、コーターのガイドなどに用いられているローラーに溶剤や塗料が付着してしまい、塗料を良好に塗布できなくなる。そのため、樹脂多孔質膜の表面に良好な性状の耐熱性多孔質層を有する均一性の高い多層多孔質膜を、生産性よく製造することが困難である。   Therefore, in order to improve the wettability between the resin porous film and the paint for forming the heat-resistant porous layer, for example, an organic solvent such as ketones (such as methyl ethyl ketone), furans (such as tetrahydrofuran), or alcohols is used. It is conceivable to use the paint that contains it, but in that case, the wettability is certainly improved, but because the base material (resin porous film) is porous, the paint and the solvent in the paint are not the coated surface. A so-called back-through phenomenon that penetrates to the opposite surface occurs, and a solvent or paint adheres to a roller used for a coater guide or the like, so that the paint cannot be applied satisfactorily. Therefore, it is difficult to produce a highly uniform multilayer porous film having a heat-resistant porous layer with good properties on the surface of the resin porous film with high productivity.

また、ゾルゲル法を用いて樹脂多孔質膜表面に無機膜を形成する場合には加熱をする必要があるが、基材となる樹脂多孔質膜は熱可塑性樹脂で構成されているため、前記の加熱によって樹脂多孔質膜がダメージを受ける可能性がある。   In addition, when an inorganic film is formed on the surface of the resin porous film using the sol-gel method, it is necessary to heat, but since the resin porous film serving as a base material is composed of a thermoplastic resin, The resin porous membrane may be damaged by heating.

更に、真空蒸着法を用いて樹脂多孔質膜表面に無機膜を形成する場合には、無機膜の生成速度が遅く、大量生産が困難であるという問題があり、また、蒸着の際に基材である樹脂多孔質膜の表面温度が上がりやすいために、樹脂多孔質膜のダメージを抑えつつ無機膜の厚みを厚くすることが困難である。   Furthermore, when an inorganic film is formed on the surface of a porous resin film using a vacuum deposition method, there is a problem that the production rate of the inorganic film is slow and mass production is difficult. Therefore, it is difficult to increase the thickness of the inorganic film while suppressing damage to the resin porous film.

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、均一性の高い多層多孔質膜を生産性よく製造できる製造方法、前記多層多孔質膜からなる電気化学素子用セパレータ、および前記多層多孔質膜をセパレータとして有する電気化学素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a production method capable of producing a highly uniform multilayer porous membrane with high productivity, a separator for an electrochemical element comprising the multilayer porous membrane, and the above An object of the present invention is to provide an electrochemical element having a multilayer porous membrane as a separator.

前記目的を達成し得た本発明の多層多孔質膜の製造方法は、熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂多孔質膜と、耐熱性微粒子を主成分とし、かつ有機バインダを含む耐熱多孔質層とを有する多層多孔質膜を製造する方法であって、前記樹脂多孔質膜を表面処理する工程と、表面処理後の前記樹脂多孔質膜の表面に、耐熱多孔質層形成用組成物を塗布して前記耐熱多孔質層を1μm以上の厚みで形成する工程とを有しており、前記耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)と表面処理前の前記樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B)との関係を(A)−(B)≧10mN/mとし、かつ前記表面張力(A)と、表面処理後の前記樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B’)との関係を(A)−(B’)≦0mN/mとすることを特徴とする。
The method for producing a multilayer porous membrane of the present invention that has achieved the above object includes a resin porous membrane mainly composed of a thermoplastic resin, and a heat resistant porous layer mainly composed of heat resistant fine particles and containing an organic binder. A surface-treating step of the resin porous membrane, and applying a heat-resistant porous layer forming composition to the surface of the resin porous membrane after the surface treatment to the heat and the porous layer and a step of forming at least a thickness of 1 [mu] m, the heat-resistant porous layer forming composition the surface tension (a) and before surface treatment of the resin porous membrane The relationship between the critical surface tension (B) at room temperature is (A) − (B) ≧ 10 mN / m, and the surface tension (A) and the critical surface tension at room temperature of the resin porous membrane after surface treatment ( B ′) is (A) − (B ′) ≦ 0 mN / m And

また、本発明の電気化学素子用セパレータは、本発明の製造方法により製造された多層多孔質膜からなるものである。   Moreover, the separator for electrochemical devices of the present invention is composed of a multilayer porous membrane produced by the production method of the present invention.

更に、本発明の電気化学素子は、本発明の製造方法により製造された多層多孔質膜をセパレータとして有することを特徴とするものである。   Furthermore, the electrochemical device of the present invention is characterized by having a multilayer porous membrane manufactured by the manufacturing method of the present invention as a separator.

本発明によれば、均一性の高い多層多孔質膜を生産性よく製造できる。また、本発明の電気化学素子用セパレータは、異常発熱時の安全性に優れた電気化学素子を構成できる。更に、本発明の電気化学素子は、異常発熱時の安全性に優れたものである。   According to the present invention, a highly uniform multilayer porous membrane can be produced with high productivity. In addition, the electrochemical element separator of the present invention can constitute an electrochemical element excellent in safety during abnormal heat generation. Furthermore, the electrochemical device of the present invention is excellent in safety during abnormal heat generation.

本発明に係る多層多孔質膜は、熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂多孔質膜と、耐熱性微粒子を主成分として含む耐熱多孔質層とを有するものであり、電気化学素子のセパレータとして好適である。   The multilayer porous film according to the present invention has a resin porous film mainly composed of a thermoplastic resin and a heat resistant porous layer mainly composed of heat resistant fine particles, and is suitable as a separator for an electrochemical element. It is.

本発明に係る多層多孔質膜が電気化学素子のセパレータとして使用される場合、樹脂多孔質膜は、セパレータ本来の機能、すなわち、主に正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を有するものである。また、樹脂多孔質膜を構成する熱可塑性樹脂によって、電池などの電気化学素子が高温に曝された場合に、前記熱可塑性樹脂が軟化して多孔質膜の孔が閉塞する所謂シャットダウン特性を付与することもできる。   When the multilayer porous membrane according to the present invention is used as a separator for an electrochemical device, the resin porous membrane has the original function of the separator, that is, the function of preventing a short circuit mainly due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode. It is what you have. In addition, when the electrochemical element such as a battery is exposed to a high temperature, the thermoplastic resin constituting the resin porous film imparts a so-called shutdown characteristic that softens the thermoplastic resin and closes the pores of the porous film. You can also

しかしながら、樹脂多孔質膜は、熱可塑性樹脂を主成分としていることから、従来公知のポリオレフィン製多孔質フィルムセパレータと同様に、高温下では熱収縮し得る。   However, since the resin porous membrane is mainly composed of a thermoplastic resin, it can be thermally shrunk at a high temperature in the same manner as a conventionally known polyolefin porous film separator.

そこで、本発明に係る多層多孔質膜は、耐熱性微粒子を主成分とする耐熱多孔質層を樹脂多孔質膜の表面に形成して、多層多孔質膜全体の熱収縮を抑制できるようにしている。耐熱多孔質層では、耐熱性微粒子の量が多くこれらが密に存在しているため、喩え高温下において樹脂多孔質膜が収縮しようとしても、耐熱多孔質層中の耐熱性微粒子同士が衝突することで多層多孔質膜全体の収縮を抑制すると考えられる。   Therefore, the multilayer porous membrane according to the present invention is formed by forming a heat-resistant porous layer mainly composed of heat-resistant fine particles on the surface of the resin porous membrane so as to suppress the thermal shrinkage of the entire multilayer porous membrane. Yes. In the heat-resistant porous layer, since the amount of heat-resistant fine particles is large and they are densely present, even if the resin porous film shrinks at high temperatures, the heat-resistant fine particles in the heat-resistant porous layer collide with each other. This is considered to suppress the shrinkage of the entire multilayer porous membrane.

このように、本発明に係る多層多孔質膜では、耐熱多孔質層を、多層多孔質膜の形状を保持する骨格として機能させ、これにより多層多孔質膜の熱収縮を抑制している。そのため、本発明に係る多層多孔質膜をセパレータとして使用した電気化学素子では、内部で異常発熱が生じた場合の安全性を確保できる。   Thus, in the multilayer porous membrane according to the present invention, the heat-resistant porous layer functions as a skeleton that retains the shape of the multilayer porous membrane, thereby suppressing thermal shrinkage of the multilayer porous membrane. Therefore, the electrochemical device using the multilayer porous membrane according to the present invention as a separator can ensure safety when abnormal heat generation occurs inside.

また、樹脂多孔質膜を構成する熱可塑性樹脂によって多層多孔質膜にシャットダウン特性を付与した場合には、かかる多層多孔質膜をセパレータとして使用した電気化学素子の異常発熱時の安全性を更に高めることができる。   In addition, when the multilayer porous film is provided with a shutdown characteristic by the thermoplastic resin constituting the resin porous film, the safety of the electrochemical element using such a multilayer porous film as a separator during abnormal heat generation is further enhanced. be able to.

多層多孔質膜を電気化学素子用セパレータとして使用する場合を考慮すると、多層多孔質膜に係る樹脂多孔質膜としては、適用する電気化学素子に通常用いられている素材により構成されたものであれば特に制限はないが、例えば、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池のように、電位が高く、かつ有機電解液を用いる電気化学素子に適用する場合には、素子内での安定性の面から、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体など)を主成分とする多孔質膜を用いることが好ましい。   Considering the case of using a multilayer porous membrane as a separator for an electrochemical device, the resin porous membrane related to the multilayer porous membrane may be composed of a material usually used for the applied electrochemical device. Although there is no particular limitation, for example, when applied to an electrochemical element having a high potential and using an organic electrolyte, such as a lithium ion battery or a lithium polymer battery, from the viewpoint of stability in the element, It is preferable to use a porous film mainly composed of polyolefin (polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, etc.).

また、多層多孔質膜にシャットダウン特性を付与する場合、樹脂多孔質膜を構成する熱可塑性樹脂の軟化によってシャットダウンの生じる温度が、通常想定される電気化学素子の使用温度範囲よりも高く、電気化学素子の発火などの危険性が予測される下限温度、例えば、リチウムイオン電池における熱暴走温度よりも低いことが求められる。具体的には、リチウムイオン電池用のセパレータとして多層多孔質膜を使用する場合、多層多孔質膜のシャットダウン温度(シャットダウンが生じる温度)は、100〜140℃であることが好ましい。   In addition, when providing shutdown characteristics to a multilayer porous membrane, the temperature at which shutdown occurs due to the softening of the thermoplastic resin constituting the resin porous membrane is higher than the expected operating temperature range of the electrochemical element, The temperature is required to be lower than a lower limit temperature at which a risk of element ignition or the like is predicted, for example, a thermal runaway temperature in a lithium ion battery. Specifically, when a multilayer porous membrane is used as a separator for a lithium ion battery, the shutdown temperature (temperature at which shutdown occurs) of the multilayer porous membrane is preferably 100 to 140 ° C.

そのため、樹脂多孔質膜は、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、100〜140℃の熱可塑性樹脂を素材とするものがより好ましく、ポリエチレンを主成分とする単層の多孔質膜であるか、ポリエチレンとポリプロピレンとを2〜5層積層した積層多孔質膜などの、ポリエチレンを主成分とする多孔質膜を構成要素とする積層多孔質膜であることが更に好ましい。   Therefore, the resin porous membrane is made of a thermoplastic resin having a melting point, that is, a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) of 100 to 140 ° C., in accordance with JIS K 7121. More preferably, it is a single layer porous film mainly composed of polyethylene or a porous film composed mainly of polyethylene, such as a laminated porous film obtained by laminating 2 to 5 layers of polyethylene and polypropylene. More preferably, it is a laminated porous film as an element.

樹脂多孔質膜としては、例えば、従来公知の電気化学素子(リチウムイオン電池など)などで使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された多孔質膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸(1軸または2軸延伸)法などにより作製されたイオン透過性の多孔質膜を用いることができる。   As the resin porous membrane, for example, a porous membrane composed of the above-mentioned exemplified thermoplastic resin used in a conventionally known electrochemical element (such as a lithium ion battery), that is, a solvent extraction method, a dry type or a wet type An ion-permeable porous membrane prepared by a stretching (uniaxial or biaxial stretching) method or the like can be used.

なお、樹脂多孔質膜において、「熱可塑性樹脂を主成分とする」や「ポリオレフィンを主成分とする」とは、樹脂多孔質膜を構成する成分のうち、主成分である成分(熱可塑性樹脂またはポリオレフィン)が80質量%以上であることを意味している。   In the resin porous membrane, “having a thermoplastic resin as a main component” or “having a polyolefin as a main component” means a component (thermoplastic resin) as a main component among the components constituting the resin porous membrane. Or polyolefin) is 80% by mass or more.

樹脂多孔質膜の孔径は、電気化学素子内でのイオンの良好な移動を可能とする観点から、0.001μm以上であることが好ましく、0.01μm以上であることがより好ましい。ただし、樹脂多孔質膜の孔径が大きすぎると、樹脂多孔質膜の表面処理時に処理の効果が膜の内部にまで及ぶ虞があり、また、イオンの透過性が良好になる反面、厚みに対する孔径の比が大きくなりすぎたり、電気化学素子の電極に使用する活物質の粒径に対する孔径の比が大きくなりすぎたりすることから、正極と負極とを隔離して短絡を防止する効果が小さくなる虞がある。そのため、樹脂多孔質膜の孔径は、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。   The pore diameter of the resin porous membrane is preferably 0.001 μm or more, and more preferably 0.01 μm or more, from the viewpoint of enabling good movement of ions within the electrochemical element. However, if the pore diameter of the resin porous membrane is too large, the effect of the treatment may reach the inside of the membrane during the surface treatment of the resin porous membrane, and the ion permeability is good, but the pore diameter relative to the thickness. The ratio of the pore diameter to the particle diameter of the active material used for the electrode of the electrochemical device becomes too large, so that the effect of isolating the positive electrode and the negative electrode and preventing a short circuit is reduced. There is a fear. Therefore, the pore diameter of the resin porous membrane is preferably 10 μm or less, and more preferably 5 μm or less.

なお、樹脂多孔質膜の有する孔は、樹脂多孔質膜の一方の面から他方の面まで繋がっている「連通孔」である必要があるが、孔の形態としては、樹脂多孔質膜の一方の面から他方の面まで直線的に繋がっている所謂「ストレート孔」よりも、樹脂多孔質膜内で孔が屈曲している形態であることが好ましい。樹脂多孔質膜の有する孔が屈曲性を持つことで、例えばリチウムイオン電池において、リチウムデンドライト形成による内部短絡のポテンシャルを下げることが可能となる。   The pores of the resin porous membrane need to be “communication holes” that are connected from one surface of the resin porous membrane to the other surface. It is preferable that the hole is bent in the resin porous membrane, rather than the so-called “straight hole” that is linearly connected from one surface to the other surface. Since the pores of the resin porous membrane have flexibility, for example, in a lithium ion battery, it is possible to reduce the potential of internal short circuit due to the formation of lithium dendrite.

本発明に係る多層多孔質膜における耐熱多孔質層は、耐熱性微粒子を含有することで、その耐熱性を確保している。なお、本明細書でいう「耐熱性」とは、少なくとも150℃において変形などの形状変化が目視で確認されないことを意味している。耐熱性微粒子の有する耐熱性は、200℃以上であることが好ましく、300℃以上であることがより好ましく、500℃以上であることが更に好ましい。   The heat resistant porous layer in the multilayer porous membrane according to the present invention ensures heat resistance by containing heat resistant fine particles. As used herein, “heat resistance” means that a shape change such as deformation is not visually confirmed at least at 150 ° C. The heat resistance of the heat-resistant fine particles is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, and further preferably 500 ° C. or higher.

耐熱性微粒子としては、電気絶縁性を有する無機微粒子であることが好ましく、具体的には、酸化鉄、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、TiO、BaTiOなどの無機酸化物微粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物微粒子;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子;モンモリロナイトなどの粘土微粒子;などが挙げられる。ここで、前記無機酸化物微粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などの微粒子であってもよい。また、これらの無機微粒子を構成する無機化合物は、必要に応じて、元素置換されていたり、固溶体化されていたりしてもよく、更に前記の無機微粒子は表面処理が施されていてもよい。また、無機微粒子は、金属、SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の無機酸化物など)で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。 The heat-resistant fine particles are preferably inorganic fine particles having electrical insulation properties, and specifically, inorganic oxides such as iron oxide, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), TiO 2 , and BaTiO 2. Inorganic fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride; poorly soluble ionic crystal fine particles such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; covalently bonded crystal fine particles such as silicon and diamond; clay fine particles such as montmorillonite And so on. Here, the inorganic oxide fine particles may be fine particles such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica, or a mineral resource-derived material or an artificial product thereof. In addition, the inorganic compound constituting these inorganic fine particles may be element-substituted or solid solution, if necessary, and the inorganic fine particles may be surface-treated. In addition, the inorganic fine particles electrically insulate the surface of a conductive material exemplified by metals, SnO 2 , conductive oxides such as tin-indium oxide (ITO), carbonaceous materials such as carbon black and graphite. It is also possible to use particles that are made electrically insulating by coating with a material having the above (for example, the above-mentioned inorganic oxide).

耐熱性微粒子には、有機微粒子を用いることもできる。有機微粒子の具体例としては、ポリイミド、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、架橋ポリメチルメタクリレート(架橋PMMA)、架橋ポリスチレン(架橋PS)、ポリジビニルベンゼン(PDVB)、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの架橋高分子の微粒子;熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子の微粒子;が挙げられる。これらの有機微粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(前記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。   Organic fine particles can also be used as the heat-resistant fine particles. Specific examples of organic fine particles include polyimides, melamine resins, phenol resins, crosslinked polymethyl methacrylate (crosslinked PMMA), crosslinked polystyrene (crosslinked PS), polydivinylbenzene (PDVB), and high crosslinking amounts such as benzoguanamine-formaldehyde condensates. Molecular fine particles; heat-resistant polymer fine particles such as thermoplastic polyimide; The organic resin (polymer) constituting these organic fine particles is a mixture, modified body, derivative, copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. ) Or a crosslinked product (in the case of the heat-resistant polymer).

耐熱性微粒子は、前記例示のものを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。   As the heat-resistant fine particles, those exemplified above may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

耐熱性微粒子の粒径は、平均粒径で、好ましくは0.001μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは1μm以下である。なお、耐熱性微粒子の平均粒径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、耐熱性微粒子を溶解しない媒体に分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる。   The average particle diameter of the heat-resistant fine particles is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 15 μm or less, more preferably 1 μm or less. The average particle diameter of the heat-resistant fine particles is, for example, a number average particle diameter measured by dispersing the heat-resistant fine particles in a medium that does not dissolve using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA). Can be defined as

耐熱多孔質層は耐熱性微粒子を主成分として含むが、ここでいう「主成分として含む」とは、耐熱性微粒子を、耐熱多孔質層の構成成分の全体積中、70体積%以上含むことを意味している。耐熱多孔質層における耐熱性微粒子の量は、耐熱多孔質層の構成成分の全体積中、80体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。耐熱多孔質層中の耐熱性微粒子を前記のように高含有量とすることで、多層多孔質膜全体の熱収縮を良好に抑制することができる。また、耐熱多孔質層には、耐熱性微粒子同士を結着したり耐熱多孔質層と樹脂多孔質膜とを結着したりするために有機バインダを含有させることが好ましく、このような観点から、耐熱多孔質層における耐熱性微粒子量の好適上限値は、例えば、耐熱多孔質層の構成成分の全体積中、99体積%である。なお、耐熱多孔質層における耐熱性微粒子の量を70体積%未満とすると、例えば、耐熱多孔質層中の有機バインダ量を多くする必要が生じるが、その場合には耐熱多孔質層の空孔が有機バインダによって埋められてしまい、例えばセパレータとしての機能を喪失する虞があり、また、開孔剤などを用いて多孔質化した場合には、耐熱性微粒子同士の間隔が大きくなりすぎて、熱収縮を抑制する効果が低下する虞がある。   The heat-resistant porous layer contains heat-resistant fine particles as a main component. The term “containing as a main component” as used herein means that the heat-resistant fine particles contain 70% by volume or more in the total volume of components of the heat-resistant porous layer. Means. The amount of the heat-resistant fine particles in the heat-resistant porous layer is preferably 80% by volume or more and more preferably 90% by volume or more in the total volume of the constituent components of the heat-resistant porous layer. By making the heat-resistant fine particles in the heat-resistant porous layer have a high content as described above, the heat shrinkage of the entire multilayer porous film can be satisfactorily suppressed. Further, the heat resistant porous layer preferably contains an organic binder in order to bind the heat resistant fine particles to each other or to bind the heat resistant porous layer and the resin porous film. The preferred upper limit of the amount of heat-resistant fine particles in the heat-resistant porous layer is, for example, 99% by volume in the total volume of the constituent components of the heat-resistant porous layer. If the amount of the heat-resistant fine particles in the heat-resistant porous layer is less than 70% by volume, for example, the amount of the organic binder in the heat-resistant porous layer needs to be increased. May be buried with an organic binder, for example, there is a risk of losing the function as a separator, and when porous using a pore-opening agent or the like, the interval between the heat-resistant fine particles becomes too large, There exists a possibility that the effect which suppresses heat shrink may fall.

耐熱多孔質層に用いる有機バインダとしては、耐熱性微粒子同士や耐熱多孔質層と樹脂多孔質膜とを良好に接着でき、電気化学的に安定で、かつ多層多孔質膜を電気化学素子用セパレータに使用する場合には、有機電解液に対して安定であれば特に制限はない。具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素樹脂[ポリフッ化ビニリデン(PVDF)など]、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリN−ビニルアセトアミド、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの有機バインダは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。   The organic binder used for the heat-resistant porous layer is a separator for electrochemical devices that can adhere well to heat-resistant fine particles or heat-resistant porous layer and resin porous membrane, is electrochemically stable, and is a multilayer porous membrane. In the case of using for the above, there is no particular limitation as long as it is stable to the organic electrolyte. Specifically, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, vinyl acetate-derived structural unit is 20 to 35 mol%), ethylene-acrylic acid copolymer such as ethylene-ethyl acrylate copolymer, fluororesin [Polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.], fluorinated rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP) ), Poly N-vinylacetamide, crosslinked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin and the like. These organic binders may be used alone or in combination of two or more.

前記例示の有機バインダの中でも、150℃以上の耐熱性を有する耐熱樹脂が好ましく、特に、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高い材料がより好ましい。これらの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社製の「エバフレックスシリーズ(EVA、商品名)」、日本ユニカー社製のEVA、三井デュポンポリケミカル社製の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体、商品名)」、日本ユニカー社製のEEA、ダイキン工業社製の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム、商品名)」、JSR社製の「TRD−2001(SBR、商品名)」、日本ゼオン社製の「EM−400B(SBR、商品名)」などが挙げられる。また、アクリル酸ブチルを主成分とし、これを架橋した構造を有する低ガラス転移温度の架橋アクリル樹脂(自己架橋型アクリル樹脂)も好ましい。   Among the organic binders exemplified above, a heat-resistant resin having a heat resistance of 150 ° C. or higher is preferable, and a highly flexible material such as an ethylene-acrylic acid copolymer, fluorine-based rubber, or SBR is particularly preferable. Specific examples include “Evaflex series (EVA, trade name)” manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., EVA manufactured by Nihon Unicar Co., Ltd., and “Evaflex-EEA Series (ethylene-acrylic) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd. Acid copolymer, trade name) ", EEA made by Nihon Unicar," Daiel Latex Series (fluoro rubber, trade name) "by Daikin Industries," TRD-2001 (SBR, trade name) by JSR "EM-400B (SBR, trade name)" manufactured by Zeon Corporation. A cross-linked acrylic resin (self-crosslinking acrylic resin) having a low glass transition temperature and having a structure in which butyl acrylate is a main component and is cross-linked is also preferable.

なお、これら有機バインダを使用する場合には、後記する耐熱多孔質層形成用の組成物(スラリーなど)の媒体(溶媒)に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。   In addition, when using these organic binders, they may be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in a medium (solvent) of a composition (slurry or the like) for forming a heat-resistant porous layer described later.

多層多孔質膜は、樹脂多孔質膜に表面処理を施す工程と、表面処理を施した樹脂多孔質膜の表面にスラリー状などの耐熱多孔質層形成用組成物を塗布して耐熱多孔質層を形成する工程とを有する本発明の製造方法により製造される。かかる製造方法においては、耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)と表面処理前の樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B)との関係を(A)−(B)≧10mN/mとし、かつ表面張力(A)と表面処理後の樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B’)との関係を(A)−(B’)≦0mN/mとする。   The multilayer porous membrane is formed by applying a surface treatment to the resin porous membrane, and applying a heat-resistant porous layer forming composition such as a slurry to the surface of the resin porous membrane subjected to the surface treatment. Is formed by the manufacturing method of the present invention. In such a production method, the relationship between the surface tension (A) of the heat-resistant porous layer forming composition and the critical surface tension (B) at room temperature of the resin porous membrane before surface treatment is expressed as (A)-(B) ≧ The relationship between the surface tension (A) and the critical surface tension (B ′) at room temperature of the resin porous membrane after the surface treatment is (A) − (B ′) ≦ 0 mN / m.

本発明法では、耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)と、表面処理前の樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B)との差「(A)−(B)」を、10mN/m以上とすることで、耐熱多孔質層形成用組成物と樹脂多孔質膜との濡れ性をある程度抑えて、前記組成物や前記組成物に用いられている媒体(溶媒)が、樹脂多孔質膜の孔を通過して塗布面とは反対側の面に抜けてしまう所謂「裏抜け」を防止している。そのため、本発明法では、耐熱多孔質層形成用組成物を塗布する塗工装置のバックアップロールなどのロールの、前記組成物や前記組成物中の媒体による汚染を防止でき、前記組成物の塗布時のハンドリングを良好にして多層多孔質膜の生産性を高め、また、前記組成物を所望の塗布厚みに塗布することを可能としている。   In the method of the present invention, the difference “(A) − (B)” between the surface tension (A) of the heat-resistant porous layer forming composition and the critical surface tension (B) at room temperature of the resin porous membrane before the surface treatment. Is set to 10 mN / m or more, the wettability between the heat-resistant porous layer forming composition and the resin porous membrane is suppressed to some extent, and the medium (solvent) used in the composition or the composition is reduced. In other words, so-called “back-through” that passes through the pores of the porous resin membrane and escapes to the surface opposite to the coated surface is prevented. Therefore, in the method of the present invention, contamination of a roll such as a backup roll of a coating apparatus for applying the heat-resistant porous layer forming composition due to the composition or a medium in the composition can be prevented, and the application of the composition The handling at the time is improved to increase the productivity of the multilayer porous membrane, and the composition can be applied to a desired coating thickness.

しかし、耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力と樹脂多孔質膜の臨界表面張力との差が大きい状態で、樹脂多孔質膜表面に耐熱多孔質層形成用組成物を塗布しても、濡れ性が低く、均一な塗布が困難である。そこで、本発明の製造方法では、耐熱多孔質層形成用組成物の塗布前において、樹脂多孔質膜の表面を処理し、表面張力(A)と表面処理後の樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B’)との差「(A)−(B’)」を、0mN/m以下と小さくしており、これにより耐熱多孔質層形成用組成物と樹脂多孔質膜表面との濡れ性を高め、前記組成物をより均一性高く塗布できるようにして、特性の良好な耐熱多孔質層の形成を可能としている。   However, in the state where the difference between the surface tension of the heat resistant porous layer forming composition and the critical surface tension of the resin porous membrane is large, even if the heat resistant porous layer forming composition is applied to the resin porous membrane surface, The wettability is low and uniform coating is difficult. Therefore, in the production method of the present invention, the surface of the resin porous membrane is treated before application of the heat-resistant porous layer forming composition, and the surface tension (A) and the criticality of the resin porous membrane after the surface treatment at room temperature are critical. The difference “(A) − (B ′)” from the surface tension (B ′) is as small as 0 mN / m or less, so that the heat-resistant porous layer forming composition and the resin porous membrane surface are wetted. It is possible to form a heat-resistant porous layer with good characteristics by improving the properties and allowing the composition to be applied more uniformly.

なお、本発明法では、耐熱多孔質層形成用組成物の塗布前における樹脂多孔質膜の処理は、その表面部分にのみ施し、樹脂多孔質膜内部においては前記表面張力差「(A)−(B)」の関係を維持しているため、樹脂多孔質膜の表面部分においてのみ、耐熱多孔質層形成用組成物との濡れ性を高めつつ、樹脂多孔質膜内部では前記組成物や前記組成物中の媒体の裏抜けを防止できるようにしている。   In the method of the present invention, the treatment of the resin porous membrane before the application of the heat-resistant porous layer forming composition is performed only on the surface portion, and within the resin porous membrane, the surface tension difference “(A) − (B) "is maintained, so that the wettability with the heat-resistant porous layer forming composition is enhanced only on the surface portion of the resin porous membrane, while the composition and The medium in the composition can be prevented from falling through.

本発明法では、以上の機構によって、均一性の高い多層多孔質膜を良好な生産性で製造できる。   In the method of the present invention, a highly uniform multilayer porous membrane can be produced with good productivity by the above mechanism.

なお、前記の表面張力差「(A)−(B)」は、20mN/m以上であることがより好ましい。また、表面張力差「(A)−(B)」は、40mN/m以下であることが好ましい。   The surface tension difference “(A) − (B)” is more preferably 20 mN / m or more. The surface tension difference “(A) − (B)” is preferably 40 mN / m or less.

他方、前記の表面張力差「(A)−(B’)」は、小さければ小さいほど好ましく、(A)≦(B’)となる関係、すなわち、耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)が、表面処理後の樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B’)と同じか、またはそれよりも小さいことが好ましい。そして、表面張力差「(A)−(B’)」は、−10mN/m以上であることがより好ましい。   On the other hand, the surface tension difference “(A) − (B ′)” is preferably as small as possible, and the relationship of (A) ≦ (B ′), that is, the surface tension of the heat-resistant porous layer forming composition. (A) is preferably equal to or smaller than the critical surface tension (B ′) at room temperature of the resin porous membrane after the surface treatment. The surface tension difference “(A) − (B ′)” is more preferably −10 mN / m or more.

耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力、および樹脂多孔質膜の臨界表面張力の測定には、従来公知の測定方法を適用することが可能である。すなわち、耐熱多孔質層形成用組成物については、プレート法、ペンダントドロップ法、最大泡圧法などの従来公知の方法で表面張力を測定することができる。また、樹脂多孔質膜については、表面張力が既知の液体を数種類用いて、樹脂多孔質膜と液体との接触角(θ)を測定し、表面張力に対してcosθをプロットし、cosθ=1となる点から臨界表面張力を求めることができる。   Conventionally known measurement methods can be applied to the measurement of the surface tension of the heat-resistant porous layer forming composition and the critical surface tension of the resin porous membrane. That is, the surface tension of the heat-resistant porous layer forming composition can be measured by a conventionally known method such as a plate method, a pendant drop method, or a maximum bubble pressure method. For the resin porous membrane, the contact angle (θ) between the resin porous membrane and the liquid is measured using several types of liquids having a known surface tension, cos θ is plotted against the surface tension, and cos θ = 1. From this point, the critical surface tension can be determined.

耐熱多孔質層形成用組成物は、耐熱性微粒子や、必要に応じて有機バインダなどを含み、これらを水や有機溶剤などの媒体に分散(有機バインダは媒体に溶解していてもよい)させたスラリーなどである。   The heat-resistant porous layer forming composition contains heat-resistant fine particles and, if necessary, an organic binder, etc., and these are dispersed in a medium such as water or an organic solvent (the organic binder may be dissolved in the medium). Slurry.

耐熱多孔質層形成用組成物の媒体として用いる有機溶剤としては、樹脂多孔質膜を溶解したり膨潤させたりするなどして樹脂多孔質膜にダメージを与えないものであり、また、有機バインダを使用する場合にあっては有機バインダを均一に溶解可能であるものであれば特に制限は無いが、テトラヒドロフラン(THF)などのフラン類;メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)などのケトン類;などが好適である。なお、高沸点の有機溶剤は、耐熱多孔質層形成用の組成物を樹脂多孔質膜に塗布した後に、乾燥などによって有機溶剤を除去する際に、樹脂多孔質膜に熱溶融などのダメージを与える虞があるので好ましくない。また、表面張力を制御するため、これらの有機溶剤に多価アルコール(エチレングリコール、トリエチレングリコールなど)や界面活性剤(直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチルアルキルフェニルエーテルなど)などを適宜加えてもよい。   The organic solvent used as a medium for the heat-resistant porous layer forming composition is one that does not damage the resin porous membrane by dissolving or swelling the resin porous membrane, When used, there is no particular limitation as long as the organic binder can be dissolved uniformly, but furans such as tetrahydrofuran (THF); ketones such as methyl ethyl ketone (MEK) and methyl isobutyl ketone (MIBK) And the like are preferred. Note that high boiling point organic solvents may damage the porous resin membrane by heat melting when the organic solvent is removed by drying after applying the heat-resistant porous layer forming composition to the porous resin membrane. Since there is a possibility of giving, it is not preferable. In addition, in order to control the surface tension, these organic solvents include polyhydric alcohols (ethylene glycol, triethylene glycol, etc.) and surfactants (linear alkylbenzene sulfonate, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethyl alkylphenyl ether). Etc.) may be added as appropriate.

また、耐熱多孔質層形成用組成物の媒体には、水を用いることもでき、その場合にもアルコール(エタノール、イソプロパノールなどの炭素数が6以下のアルコールなど)や界面活性剤(例えば、前記の有機溶剤を媒体とする耐熱多孔質層形成用組成物に用い得るものとして例示したもの)を加えて、表面張力を制御することができる。   In addition, water can be used as the medium for the heat-resistant porous layer forming composition, and also in this case, alcohol (such as ethanol or alcohol having 6 or less carbon atoms such as isopropanol) or a surfactant (for example, the above-mentioned The surface tension can be controlled by adding those exemplified as those that can be used in the heat-resistant porous layer-forming composition using the organic solvent as a medium.

なお、耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)は、通常、20〜72.7mN/m程度である。   The surface tension (A) of the heat resistant porous layer forming composition is usually about 20 to 72.7 mN / m.

なお、樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B)は、通常、18.5mN/m以上であり、一方、50mN/m以下のものを用いることが好ましい。ポリオレフィンを主成分とする樹脂多孔質膜では、室温における臨界表面張力(B)が、ポリエチレンの場合31mN/m、ポリプロピレンの場合29mN/mである。よって、この場合に、前記の表面張力差「(A)−(B)」を満足させるには、耐熱多孔質層形成用組成物の媒体には、水を主成分(例えば、90質量%以上)とし、必要に応じてアルコールや界面活性剤を加えて表面張力を調整したものを用いることが好ましい。   In addition, the critical surface tension (B) at room temperature of the resin porous membrane is usually 18.5 mN / m or more, and preferably 50 mN / m or less. In the porous resin membrane mainly composed of polyolefin, the critical surface tension (B) at room temperature is 31 mN / m for polyethylene and 29 mN / m for polypropylene. Therefore, in this case, in order to satisfy the surface tension difference “(A) − (B)”, the medium of the heat-resistant porous layer forming composition contains water as a main component (for example, 90% by mass or more). It is preferable to use a material whose surface tension is adjusted by adding an alcohol or a surfactant as necessary.

前記の耐熱多孔質層形成用組成物を、表面処理後の樹脂多孔質膜の表面に塗布する。樹脂多孔質膜の表面処理としては、紫外線処理、コロナ放電処理、プラズマ放電処理など、処理の効果が表面にのみ限定されるものが挙げられる。樹脂多孔質膜の内部にまで処理の効果が及ぶような処理方法を用いた場合には、耐熱多孔質層形成用組成物が膜内部に浸透して裏面に抜けていく「裏抜け」が発生しやすくなる虞があることから好ましくない。   The said heat resistant porous layer forming composition is apply | coated to the surface of the resin porous membrane after surface treatment. Examples of the surface treatment of the resin porous membrane include those in which the effect of the treatment is limited only to the surface, such as ultraviolet treatment, corona discharge treatment, and plasma discharge treatment. When a treatment method that has the effect of treating the inside of the resin porous membrane is used, a “back-through” occurs in which the heat-resistant porous layer forming composition penetrates into the membrane and escapes to the back surface. This is not preferable because there is a possibility that it may be easily performed.

樹脂多孔質膜の表面処理の条件は、使用する装置や樹脂多孔質膜の臨界表面張力(表面処理前の臨界表面張力)などに応じて変動するが、例えば、春日電機社製のコロナ処理装置により、金属電極を用いて行う場合、放電量を25〜100W/min・mとすることが好ましい。 The condition of the surface treatment of the resin porous membrane varies depending on the device used and the critical surface tension of the resin porous membrane (critical surface tension before the surface treatment), etc., for example, a corona treatment device manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd. Accordingly, when carried out using a metal electrode, the discharge amount is preferably set to 25~100W / min · m 2.

表面処理後の樹脂多孔質膜に耐熱多孔質層形成用組成物を塗布する方法としては、例えば、グラビアコーター、ナイフコーター、リバースロールコーター、ダイコーターなどの従来公知の塗工装置を用いる方法が挙げられる。   As a method of applying the heat-resistant porous layer forming composition to the resin porous membrane after the surface treatment, for example, a method using a conventionally known coating apparatus such as a gravure coater, knife coater, reverse roll coater, die coater, etc. Can be mentioned.

図1に、本発明の製造方法に適用できる塗工装置の一例の概略図を示す。図1に示す塗工装置は、耐熱多孔質層形成用組成物を塗布する前の樹脂多孔質膜1に表面処理を施す装置として、コロナ放電装置2を備えている。   In FIG. 1, the schematic of an example of the coating apparatus applicable to the manufacturing method of this invention is shown. The coating apparatus shown in FIG. 1 includes a corona discharge device 2 as a device for performing a surface treatment on the resin porous membrane 1 before applying the heat-resistant porous layer forming composition.

図1に示す塗工装置を用いて多層多孔質膜を製造する場合、まず、ロール状に巻き取られた樹脂多孔質膜1を引き出し、その表面にコロナ放電装置2によってコロナ放電処理を施し、引き続いて、処理後の樹脂多孔質膜1の表面に、ダイヘッド3により耐熱多孔質層形成用組成物を塗布する。この際、本発明法を適用することで、耐熱多孔質層形成用組成物やその媒体の「裏抜け」によって、ダイヘッド3のバックロール4の表面や、塗布を終えた樹脂多孔質膜1を搬送するターンロール6の表面が汚染されることを防止することができ、耐熱多孔質層形成用組成物を均一に塗布することが可能である。その後、樹脂多孔質膜1表面の塗膜を乾燥ゾーン7において乾燥することで、樹脂多孔質膜と耐熱多孔質層とを有する多層多孔質膜が得られる。   When producing a multilayer porous membrane using the coating apparatus shown in FIG. 1, first, the resin porous membrane 1 wound up in a roll shape is drawn out, and a corona discharge device 2 is subjected to a corona discharge treatment on the surface thereof. Subsequently, a heat resistant porous layer forming composition is applied to the surface of the treated resin porous membrane 1 by the die head 3. At this time, by applying the method of the present invention, the surface of the back roll 4 of the die head 3 or the resin porous membrane 1 after coating is formed by “back through” of the heat-resistant porous layer forming composition or its medium. The surface of the turn roll 6 to be conveyed can be prevented from being contaminated, and the heat-resistant porous layer forming composition can be applied uniformly. Thereafter, the coating film on the surface of the resin porous membrane 1 is dried in the drying zone 7 to obtain a multilayer porous membrane having the resin porous membrane and the heat-resistant porous layer.

なお、図1では、樹脂多孔質膜1の片面にのみ耐熱多孔質層を形成した多層多孔質膜の製造例を示したが、多層多孔質膜は、このように耐熱多孔質層を樹脂多孔質膜の片面にのみ有する構成でもよく、耐熱多孔質層を樹脂多孔質膜の両面に有する構成でもよい。また、多層多孔質膜は、耐熱多孔質層のみならず、樹脂多孔質膜も複数有する構成でもよい。ただし、多層多孔質膜を電気化学素子用のセパレータに使用する場合、層数を増やすことでセパレータの厚みを増やして、内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので、層数を多くしすぎるのは好ましくなく、多層多孔質層を構成する層(耐熱多孔質層および樹脂多孔質膜)の総数は5層以下であることが好ましく、より好ましくは2層の構成である。   Although FIG. 1 shows an example of manufacturing a multilayer porous film in which a heat-resistant porous layer is formed only on one surface of the resin porous film 1, the multilayer porous film is thus made of a resin porous film. The structure which has only on one side of a porous film may be sufficient, and the structure which has a heat resistant porous layer on both surfaces of a resin porous film may be sufficient. In addition, the multilayer porous membrane may be configured to have not only a heat resistant porous layer but also a plurality of resin porous membranes. However, when using a multilayer porous membrane for a separator for an electrochemical element, increasing the number of layers may increase the thickness of the separator, leading to an increase in internal resistance and a decrease in energy density. Too much is not preferable, and the total number of layers (heat resistant porous layer and resin porous membrane) constituting the multilayer porous layer is preferably 5 layers or less, more preferably 2 layers.

また、図1では、樹脂多孔質膜に表面処理を施す工程と、表面処理後の前記樹脂多孔質膜の表面に、耐熱多孔質層形成用組成物を塗布して前記耐熱多孔質層を形成する工程とが連続して実施される態様を示したが、これらの工程はそれぞれ独立に実施されても構わない。   Further, in FIG. 1, a step of applying a surface treatment to the resin porous membrane, and a composition for forming a heat resistant porous layer is applied to the surface of the resin porous membrane after the surface treatment to form the heat resistant porous layer. However, these steps may be performed independently of each other.

このようにして製造される多層多孔質膜の厚みは、電気化学素子用セパレータに使用する場合、正極と負極とをより確実に隔離する観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。他方、多層多孔質膜が厚すぎると、電気化学素子としたときのエネルギー密度が低下してしまうことがあるため、その厚みは、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。   The thickness of the multilayer porous membrane thus produced is preferably 6 μm or more from the viewpoint of more reliably separating the positive electrode and the negative electrode when used for a separator for an electrochemical device. It is more preferable. On the other hand, if the multilayer porous membrane is too thick, the energy density when it is used as an electrochemical device may be lowered. Therefore, the thickness is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less. .

また、多層多孔質膜を構成する樹脂多孔質膜の厚みをA(μm)、耐熱多孔質層の厚みをB(μm)としたとき、AとBとの比率A/Bは、5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、また、1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。本発明に係る多層多孔質膜では、前記のように、樹脂多孔質膜の厚み比率を大きくし耐熱多孔質層を薄くしても、多層多孔質膜全体の熱収縮を抑制することが可能であり、例えば、電気化学素子用セパレータに用いる場合、セパレータの熱収縮による短絡の発生を高度に抑制することができる。なお、多層多孔質膜において、樹脂多孔質膜が複数存在する場合には、厚みAはその総厚みであり、耐熱多孔質層が複数存在する場合には、厚みBはその総厚みである。   Further, when the thickness of the resin porous membrane constituting the multilayer porous membrane is A (μm) and the thickness of the heat resistant porous layer is B (μm), the ratio A / B of A and B is 5 or less. Preferably, it is preferably 4 or less, more preferably 1 or more, and even more preferably 2 or more. In the multilayer porous membrane according to the present invention, as described above, even if the thickness ratio of the resin porous membrane is increased and the heat-resistant porous layer is thinned, it is possible to suppress the thermal shrinkage of the entire multilayer porous membrane. For example, when used for a separator for an electrochemical element, occurrence of a short circuit due to thermal contraction of the separator can be highly suppressed. In the multilayer porous membrane, when there are a plurality of resin porous membranes, the thickness A is the total thickness, and when there are a plurality of heat resistant porous layers, the thickness B is the total thickness.

なお、具体的な値で表現すると、樹脂多孔質膜の厚み(樹脂多孔質膜が複数存在する場合には、その総厚み)は、5μm以上であることが好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。そして、耐熱多孔質膜の厚み(耐熱多孔質層が複数存在する場合には、その総厚み)は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることが更に好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、6μm以下であることが更に好ましい。樹脂多孔質膜が薄すぎると、特にシャットダウン特性を付与する場合には、かかる特性が弱くなる虞があり、厚すぎると、電気化学素子のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、熱収縮しようとする力が大きくなり、多層多孔質膜全体の熱収縮を抑える効果が小さくなる虞がある。また、耐熱多孔質層が薄すぎると、多層多孔質膜全体の熱収縮を抑制する効果が小さくなる虞があり、厚すぎると、多層多孔質膜全体の厚みの増大を引き起こしてしまう。   In terms of specific values, the thickness of the resin porous membrane (when there are a plurality of resin porous membranes, the total thickness) is preferably 5 μm or more, and 30 μm or less. Is preferred. The thickness of the heat resistant porous membrane (when there are a plurality of heat resistant porous layers, the total thickness) is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and 4 μm or more. More preferably, it is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and further preferably 6 μm or less. If the resin porous membrane is too thin, particularly when providing shutdown characteristics, such properties may be weakened, and if it is too thick, there is a risk of causing a decrease in the energy density of the electrochemical element, There is a possibility that the force of heat shrinkage becomes large and the effect of suppressing the heat shrinkage of the entire multilayer porous membrane becomes small. Further, if the heat-resistant porous layer is too thin, the effect of suppressing the thermal shrinkage of the entire multilayer porous membrane may be reduced, and if it is too thick, the thickness of the entire multilayer porous membrane is increased.

多層多孔質膜全体の空孔率としては、電気化学素子用セパレータへの適用を考慮すると、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にする観点から、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、多層多孔質膜の空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、多層多孔質膜の空孔率:P(%)は、多層多孔質膜の厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。
P = 100−(Σa/ρ)×(m/t) (1)
ここで、前記式中、a:質量%で表した成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:多層多孔質膜の単位面積あたりの質量(g/cm)、t:多層多孔質膜の厚み(cm)である。
As for the porosity of the entire multilayer porous membrane, in view of application to the separator for electrochemical devices, it is 30 in a dry state from the viewpoint of ensuring the amount of electrolyte retained and improving ion permeability. % Or more is preferable. On the other hand, from the viewpoint of securing separator strength and preventing internal short circuit, the porosity of the multilayer porous membrane is preferably 70% or less in a dry state. The porosity of the multilayer porous membrane: P (%) is the sum of each component i using the following formula (1) from the thickness of the multilayer porous membrane, the mass per area, and the density of the constituent components. It can be calculated by finding it.
P = 100− (Σa i / ρ i ) × (m / t) (1)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i expressed by mass%, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of multilayer porous membrane (g / cm 2 ), t: the thickness (cm) of the multilayer porous membrane.

また、前記(1)式において、mを樹脂多孔質膜の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを樹脂多孔質膜の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて樹脂多孔質膜の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる樹脂多孔質膜の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 Further, in the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the resin porous membrane, and t is the thickness (cm) of the resin porous membrane. Can also be used to determine the porosity of the resin porous membrane: P (%). It is preferable that the porosity of the resin porous membrane calculated | required by this method is 30 to 70%.

更に、前記(1)式において、mを耐熱多孔質層の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを耐熱多孔質層の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて耐熱多孔質層の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる耐熱多孔質層の空孔率は、20〜60%であることが好ましい。 Furthermore, in the above formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the heat resistant porous layer, and t is the thickness (cm) of the heat resistant porous layer. Can also be used to determine the porosity of the heat-resistant porous layer: P (%). It is preferable that the porosity of the heat resistant porous layer calculated | required by this method is 20 to 60%.

また、本発明の多層多孔質膜は、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、30〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、多層多孔質膜の強度が小さくなることがある。さらに、多層多孔質膜の強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータ(多層多孔質膜)の突き破れによる短絡が発生する場合がある。前記の構成を採用することにより、前記の透気度や突き刺し強度を有する多層多孔質膜とすることができる。 The multilayer porous membrane of the present invention is produced by a method according to JIS P 8117, and a Gurley value indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2 is 30 It is desirable that it is ˜300 sec. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced. On the other hand, if the air permeability is too low, the strength of the multilayer porous membrane may be reduced. Further, the strength of the multilayer porous membrane is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the breakthrough of the separator (multilayer porous film) when lithium dendrite crystals are generated. By adopting the above configuration, a multilayer porous film having the above air permeability and piercing strength can be obtained.

本発明の電気化学素子は、特に限定されるものではなく、有機電解液を用いるリチウムイオン電池(一次電池および二次電池)の他、スーパーキャパシタなど、高温での安全性が要求される用途であれば好ましく適用できる。すなわち、本発明の電気化学素子は、前記本発明に係る多層多孔質膜をセパレータとして用いていれば(すなわち、本発明の電気化学素子用セパレータを用いていれば)、その他の構成・構造については特に制限はなく、従来公知の有機電解液を有する各種電気化学素子(リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、スーパーキャパシタなど)が備えている各種構成・構造を採用することができる。   The electrochemical device of the present invention is not particularly limited. In addition to lithium ion batteries (primary batteries and secondary batteries) using organic electrolytes, supercapacitors and the like that require safety at high temperatures. If there is, it can be preferably applied. That is, if the multilayer porous membrane according to the present invention is used as a separator (that is, if the separator for an electrochemical element of the present invention is used), the electrochemical device of the present invention has other configurations and structures. There is no particular limitation, and various configurations and structures provided in various electrochemical elements (lithium ion secondary batteries, lithium ion primary batteries, supercapacitors, etc.) having conventionally known organic electrolytes can be employed.

以下、一例として、リチウムイオン二次電池への適用について詳述する。リチウムイオン二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Hereinafter, application to a lithium ion secondary battery will be described in detail as an example. Examples of the form of the lithium ion secondary battery include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

正極としては、従来公知のリチウムイオン二次電池に用いられている正極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、Li1+xMO(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物などを用いることが可能である。前記層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOやLiNi1−xCox−yAl(0.1≦x≦0.3、0.01≦y≦0.2)などのほか、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、LiMn3/5Ni1/5Co1/5など)などを例示することができる。 The positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, as an active material, a lithium-containing transition metal oxide having a layered structure represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.), LiMn It is possible to use spinel lithium manganese oxide in which 2 O 4 or a part of the element is substituted with another element, or an olivine type compound represented by LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.) It is. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure include LiCoO 2 and LiNi 1-x Co xy Al y O 2 (0.1 ≦ x ≦ 0.3, 0.01 ≦ y ≦ 0. 2) and other oxides containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiMn 3 / 5 Ni 1/5 Co 1/5 O 2 etc.).

導電助剤としては、カーボンブラックなどの炭素材料が用いられ、バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などフッ素樹脂が用いられ、これらの材料と活物質とが混合された正極合剤により正極活物質含有層が、例えば集電体上に形成される。   A carbon material such as carbon black is used as the conductive auxiliary agent, and a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as the binder, and the positive electrode active material is mixed with a positive electrode mixture in which these materials and an active material are mixed. The substance-containing layer is formed on the current collector, for example.

また、正極の集電体としては、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。   Further, as the positive electrode current collector, a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but usually an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferably used.

正極側のリード部は、通常、正極作製時に、集電体の一部に正極活物質含有層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体にアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。   The lead portion on the positive electrode side is usually provided by forming an exposed portion of the current collector without forming the positive electrode active material-containing layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of producing the positive electrode. However, the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.

負極としては、従来公知のリチウムイオン二次電池に用いられている負極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si,Sn、Ge,Bi,Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどのバインダなどを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極活物質含有層)に仕上げたもの、または、前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に積層したものなどが用いられる。   The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and their alloys, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. A negative electrode mixture obtained by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials is formed into a molded body (negative electrode active material-containing layer) using a current collector as a core material. A finished product, or one obtained by laminating the above-mentioned various alloys or lithium metal foils alone or on a current collector is used.

負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、下限は5μmであることが望ましい。また、負極側のリード部は、正極側のリード部と同様にして形成すればよい。   When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used as the current collector, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm. Further, the lead portion on the negative electrode side may be formed in the same manner as the lead portion on the positive electrode side.

電極は、前記の正極と前記の負極とを、本発明に係る多層多孔質膜をセパレータとして介して積層した積層体や、更にこれを巻回した電極巻回体の形態で用いることができる。   The electrode can be used in the form of a laminate obtained by laminating the positive electrode and the negative electrode with the multilayer porous membrane according to the present invention as a separator, or an electrode wound body obtained by winding the laminate.

電解液(有機電解液)としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限は無い。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF などの無機リチウム塩、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩などを用いることができる。 As the electrolytic solution (organic electrolytic solution), a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and hardly causes side reactions such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and other inorganic lithium salts, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] and the like can be used. .

電解液に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。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、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。また、これらの電解液に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキサン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。   The organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause side reactions such as decomposition in the voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile Sulfites such as ethylene glycol sulfite; etc., and these should be used as a mixture of two or more. It can be. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate. In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexane, biphenyl, fluorobenzene, t- for the purpose of improving safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these electrolytes. Additives such as butylbenzene can also be added as appropriate.

このリチウム塩の電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

本発明の電気化学素子は、従来公知の電気化学素子と同様の用途に用いることができる。   The electrochemical device of the present invention can be used for the same applications as conventionally known electrochemical devices.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

なお、本実施例では、耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力は、協和化学社製の表面張力計「ESB−V」を用いて測定した。また、樹脂多孔質膜の臨界表面張力は、表面張力が既知の液体を数種類用いて、樹脂多孔質膜と液体との接触角(θ)を測定し、表面張力に対してcosθをプロットし、cosθ=1となる点から求めた。樹脂多孔質膜と液体との接触角の測定は、Fibro社製の動的接触角計「1100DAT」を用い、液体を樹脂多孔質膜に滴下後0.1sでの接触角を求めることで行った。   In this example, the surface tension of the heat-resistant porous layer forming composition was measured using a surface tension meter “ESB-V” manufactured by Kyowa Chemical Co., Ltd. The critical surface tension of the resin porous membrane is measured by using several types of liquids with known surface tensions, measuring the contact angle (θ) between the resin porous membrane and the liquid, and plotting cos θ against the surface tension. It calculated | required from the point used as cos (theta) = 1. The measurement of the contact angle between the resin porous membrane and the liquid is performed by using a dynamic contact angle meter “1100DAT” manufactured by Fibro Co., Ltd. and determining the contact angle at 0.1 s after dropping the liquid on the resin porous membrane. It was.

実施例1
有機バインダである自己架橋性アクリル樹脂のエマルジョン(固形分比率40質量%):200gと水:4000gとを容器に入れ、室温で均一になるまで攪拌した。ここに、更に耐熱性微粒子であるアルミナ粉末(平均粒径0.4μm):3000gを4回に分けて加え、ディスパー(2800rpm)で1時間攪拌して均一なスラリー(耐熱多孔質層形成用組成物)を調製した。このスラリーの表面張力(A)は42mN/mであった。
Example 1
A self-crosslinking acrylic resin emulsion (solid content ratio: 40% by mass) as an organic binder: 200 g and water: 4000 g were placed in a container and stirred at room temperature until uniform. Further, alumina powder (average particle size 0.4 μm) as heat-resistant fine particles: 3000 g was added in four portions and stirred for 1 hour with a disper (2800 rpm) to form a uniform slurry (composition for forming a heat-resistant porous layer) Prepared). The surface tension (A) of this slurry was 42 mN / m.

前記のスラリーを、予め50W/min・mの放電量でコロナ放電処理したポリエチレン製多孔質膜(厚み12μm)上にグラビアコーターで塗布した後、乾燥することによって厚みが16μmの多層多孔質膜を得た。なお、コロナ放電処理には、春日電機社製のコロナ処理装置を使用し、金属電極を用いて行った。前記のポリエチレン製多孔質膜は、コロナ放電処理前での臨界表面張力(B)が31mN/mであり、コロナ放電処理後での臨界表面張力(B’)が57mN/mであった。 The slurry is coated on a polyethylene porous film (thickness 12 μm) subjected to corona discharge treatment with a discharge amount of 50 W / min · m 2 in advance with a gravure coater, and then dried to form a multilayer porous film having a thickness of 16 μm. Got. The corona discharge treatment was performed using a corona treatment apparatus manufactured by Kasuga Electric Co., Ltd., using a metal electrode. The polyethylene porous membrane had a critical surface tension (B) before corona discharge treatment of 31 mN / m, and a critical surface tension (B ′) after corona discharge treatment of 57 mN / m.

比較例1
ポリエチレン製多孔質膜にコロナ放電処理を施さずにスラリー(耐熱多孔質層形成用組成物)を塗布した以外は、実施例1と同様にして多層多孔質膜を作製した。
Comparative Example 1
A multilayer porous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry (heat-resistant porous layer forming composition) was applied to the polyethylene porous membrane without subjecting it to corona discharge treatment.

比較例2
有機バインダであるフッ化ビニリデン−6フッ化プロピレン共重合体(6フッ化プロピレン比率:15モル%):90gとアセトン:1510gとを容器に入れ、室温で均一に溶解するまで攪拌した。ここに、更に耐熱性微粒子であるアルミナ粉末(平均粒径0.4μm):3000gを4回に分けて加え、ディスパー(2800rpm)で1時間攪拌して均一なスラリー(耐熱多孔質層形成用組成物)を調製した。このスラリーの表面張力(A)は28mN/mであった。
Comparative Example 2
An organic binder, vinylidene fluoride-6-propylene propylene copolymer (propylene hexafluoride ratio: 15 mol%): 90 g and acetone: 1510 g were placed in a container and stirred until evenly dissolved at room temperature. Further, alumina powder (average particle size 0.4 μm) as heat-resistant fine particles: 3000 g was added in four portions and stirred for 1 hour with a disper (2800 rpm) to form a uniform slurry (composition for forming a heat-resistant porous layer) Prepared). The surface tension (A) of this slurry was 28 mN / m.

前記のスラリーを、表面処理を施していないポリエチレン製多孔質膜(厚み12μm、実施例1および比較例1で用いたものと同じ多孔質膜)上にナイフコーターで塗布した後、乾燥することによって厚みが16μmの多層多孔質膜を得た。   By applying the slurry to a polyethylene porous membrane (thickness 12 μm, the same porous membrane as used in Example 1 and Comparative Example 1) that has not been surface-treated with a knife coater, and then drying the slurry. A multilayer porous membrane having a thickness of 16 μm was obtained.

比較例3
コロナ放電処理によるポリエチレン製多孔質膜の表面処理条件を、放電量20W/min・mとした以外は、実施例1と同様にして多層多孔質膜を作製した。なお、コロナ放電処理後のポリエチレン製多孔質膜の臨界表面張力(B’)は37mN/mであった。
Comparative Example 3
A multilayer porous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface treatment condition of the polyethylene porous membrane by the corona discharge treatment was changed to a discharge amount of 20 W / min · m 2 . The critical surface tension (B ′) of the polyethylene porous membrane after the corona discharge treatment was 37 mN / m.

耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)とポリエチレン製多孔質膜の臨界表面張力(B)との差「(A)−(B)」を10mN/m以上(11mN/m)とし、前記表面張力(A)と、耐熱多孔質層形成用組成物を塗布する前のポリエチレン製多孔質膜の臨界表面張力(B’)との差「(A)−(B’)」を0mN/m以下(−15mN/m)とした実施例1においては、ポリエチレン製多孔質膜の表面に耐熱多孔質層形成用組成物を均一に塗布することが可能であり、均一性の高い耐熱多孔質層を有する多層多孔質膜を生産性よく製造することができた。   The difference “(A) − (B)” between the surface tension (A) of the heat-resistant porous layer forming composition and the critical surface tension (B) of the polyethylene porous membrane is 10 mN / m or more (11 mN / m). The difference “(A) − (B ′)” between the surface tension (A) and the critical surface tension (B ′) of the polyethylene porous membrane before applying the heat-resistant porous layer forming composition is 0 mN In Example 1 which is set to / m or less (−15 mN / m), the heat-resistant porous layer-forming composition can be uniformly applied to the surface of the polyethylene porous membrane, and the heat-resistant porous material with high uniformity is obtained. A multilayer porous membrane having a porous layer could be produced with high productivity.

これに対し、表面処理(コロナ放電処理)を施していないポリエチレン製多孔質膜に耐熱多孔質層形成用組成物を塗布した比較例1では、ポリエチレン製多孔質膜に塗布した耐熱多孔質層形成用組成物にはじきが発生し、均一に塗布できなかった。また、有機溶剤系の耐熱多孔質層形成用組成物を使用し、耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)とポリエチレン製多孔質膜の臨界表面張力(B)との差「(A)−(B)」が−3mN/mであった比較例2では、ポリエチレン製多孔質膜への前記組成物の塗布時に、ポリエチレン多孔質膜の裏面に有機バインダを含むアセトン溶液が抜け、ナイフコーターのバックロールに付着したため、前記組成物の連続塗布ができなかった。更に、耐熱多孔質膜形成用組成物の表面張力(A)と、表面処理後のポリエチレン製多孔質膜の臨界表面張力(B’)との差「(A)−(B’)」が5mN/mであった比較例3でも、ポリエチレン製多孔質膜に塗布した耐熱多孔質層形成用組成物にはじきが発生し、均一に塗布できなかった。   On the other hand, in Comparative Example 1 in which the composition for forming a heat resistant porous layer was applied to a polyethylene porous film that was not subjected to surface treatment (corona discharge treatment), the heat resistant porous layer formed on the polyethylene porous film was formed. The composition for use was repelled and could not be applied uniformly. In addition, the difference between the surface tension (A) of the heat-resistant porous layer forming composition and the critical surface tension (B) of the polyethylene porous membrane using the organic solvent-based heat-resistant porous layer forming composition “( In Comparative Example 2 in which “A)-(B)” was −3 mN / m, when the composition was applied to the polyethylene porous membrane, the acetone solution containing the organic binder was removed from the back surface of the polyethylene porous membrane, Since it adhered to the back roll of the knife coater, the composition could not be continuously applied. Further, the difference “(A) − (B ′)” between the surface tension (A) of the heat-resistant porous film forming composition and the critical surface tension (B ′) of the polyethylene porous film after the surface treatment is 5 mN. Even in Comparative Example 3 that was / m, repelling occurred in the composition for forming a heat-resistant porous layer applied to a polyethylene porous membrane, and it could not be applied uniformly.

実施例2
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:90質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:7質量部、およびバインダであるPVDF:3質量部を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として均一になるように混合して正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、塗布長が表面280mm、裏面210mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して正極を作製した。更に、この正極におけるアルミニウム箔の露出部にタブ付けを行った。
Example 2
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as a positive electrode active material: 90 parts by mass, acetylene black as a conductive additive: 7 parts by mass, and PVDF as a binder: 3 parts by mass uniformly using N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent A positive electrode mixture-containing paste was prepared by mixing. This paste is intermittently applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm as a current collector so that the coating length is 280 mm on the front surface and 210 mm on the back surface, dried, and calendered to a total thickness of 150 μm. Thus, the thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted, and the positive electrode was produced by cutting to a width of 43 mm. Further, the exposed portion of the aluminum foil in this positive electrode was tabbed.

<負極の作製>
負極活物質である黒鉛:95質量部とPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製し、これを銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に、塗布長が表面290mm、裏面230mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して負極を作製した。更に、この負極における銅箔の露出部にタブ付けを行った。
<Production of negative electrode>
A negative electrode active material graphite: 95 parts by mass and PVDF: 5 parts by mass were mixed so that NMP was used as a solvent to prepare a negative electrode mixture-containing paste, which was made of copper foil and had a thickness of 10 μm. After applying intermittently on both sides of the current collector so that the coating length is 290 mm on the front and 230 mm on the back, and drying, calendering is performed to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer so that the total thickness is 142 μm. The negative electrode was produced by cutting to a width of 45 mm. Further, the exposed portion of the copper foil in this negative electrode was tabbed.

<電池の作製>
上記のようにして得た正極と負極とを、実施例1で作製した多層多孔質膜をセパレータとし、セパレータの耐熱多孔質層が負極側に向くように介在させて重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回体を作製した。得られた巻回体を押しつぶして扁平状にした後にラミネートフィルム外装体にいれ、電解液(エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比で1対2に混合した溶媒に、LiPFを濃度1.2Mで溶解したもの)を注入した後に真空封止を行って電池を作製した。
<Production of battery>
The positive electrode and the negative electrode obtained as described above are overlapped with the multilayer porous membrane prepared in Example 1 as a separator, and the heat-resistant porous layer of the separator is interposed so as to face the negative electrode, and wound in a spiral shape. A wound body was produced by turning. The obtained wound body was crushed into a flat shape, and then put into a laminate film outer package. Then, an electrolyte (LiPF 6 was added to a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2 in a concentration of 1.2 M). After being injected, a battery was produced by vacuum sealing.

比較例4
セパレータを、比較例3で作製した多層多孔質膜に変更した以外は、実施例2と同様にして電池を作製した。
Comparative Example 4
A battery was produced in the same manner as in Example 2 except that the separator was changed to the multilayer porous membrane produced in Comparative Example 3.

実施例2および比較例4の電池について、充放電特性評価を行った。これらの電池について、25℃、電流値150mAで定電流充電し、電圧が4.2Vに達した時点で引き続き電圧4.2Vで定電圧充電する定電流/定電圧充電により初期充電を行った。充電の終止時間は12時間とした。充電後の各電池について、引き続き、電流値150mAの定電流放電を行った。更に、その後の各電池について、−5℃で、電流値500mAで定電流し、電圧が4.2Vに達した時点で引き続き電圧4.2Vで定電圧充電する定電流/定電圧充電を行った(充電終止時間2.5時間)。   The batteries of Example 2 and Comparative Example 4 were evaluated for charge / discharge characteristics. These batteries were charged at a constant current at 25 ° C. and a current value of 150 mA, and when the voltage reached 4.2 V, the batteries were initially charged by constant current / constant voltage charging at a constant voltage of 4.2 V. The charging end time was 12 hours. About each battery after charge, the constant current discharge of the electric current value 150mA was performed continuously. Further, each of the batteries thereafter was subjected to constant current / constant voltage charging at a constant current of 500 mA at −5 ° C., and when the voltage reached 4.2 V, the battery was continuously charged at a constant voltage of 4.2 V. (Charge end time 2.5 hours).

上記充電後の各電池を解体して負極表面を観察し、充電状態を判定したところ、実施例2の電池ではリチウム金属の析出に由来する灰色の部分が殆ど無く、均一に充電できていたのに対し、比較例4の電池では、灰色の部分が多く見られ、セパレータに係る耐熱多孔質層の不均一さに起因して、充電状態が不均一であることが確認された。   When each battery after charging was disassembled and the surface of the negative electrode was observed to determine the state of charge, the battery of Example 2 had almost no gray portion derived from the deposition of lithium metal and could be charged uniformly. On the other hand, in the battery of Comparative Example 4, many gray portions were observed, and it was confirmed that the state of charge was non-uniform due to non-uniformity of the heat-resistant porous layer related to the separator.

本発明の製造方法に適用可能な塗工装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the coating apparatus applicable to the manufacturing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 樹脂多孔質膜
2 コロナ放電装置
3 ダイヘッド
7 乾燥ゾーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin porous membrane 2 Corona discharge device 3 Die head 7 Drying zone

Claims (9)

熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂多孔質膜と、耐熱性微粒子を主成分とし、かつ有機バインダを含む耐熱多孔質層とを有するリチウムイオン電池のセパレータ用の多層多孔質膜を製造する方法であって、
前記樹脂多孔質膜を表面処理する工程と、
表面処理後の前記樹脂多孔質膜の表面に、耐熱多孔質層形成用組成物を塗布して、前記耐熱多孔質層を1μm以上の厚みで形成する工程とを有しており、
前記耐熱多孔質層形成用組成物の表面張力(A)と表面処理前の前記樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B)との関係を(A)−(B)≧10mN/mとし、かつ前記表面張力(A)と表面処理後の前記樹脂多孔質膜の室温における臨界表面張力(B’)との関係を(A)−(B’)≦0mN/mとすることを特徴とする多層多孔質膜の製造方法。
A method for producing a multilayer porous membrane for a separator of a lithium ion battery having a resin porous membrane comprising a thermoplastic resin as a main component and a heat resistant porous layer comprising a heat-resistant fine particle as a main component and containing an organic binder. There,
Surface treating the resin porous membrane;
Applying the heat-resistant porous layer forming composition to the surface of the resin porous membrane after the surface treatment, and forming the heat-resistant porous layer with a thickness of 1 μm or more,
The relationship between the surface tension (A) of the heat-resistant porous layer forming composition and the critical surface tension (B) at room temperature of the resin porous membrane before surface treatment is (A) − (B) ≧ 10 mN / m The relationship between the surface tension (A) and the critical surface tension (B ′) at room temperature of the resin porous membrane after the surface treatment is (A) − (B ′) ≦ 0 mN / m. A method for producing a multilayer porous membrane.
熱可塑性樹脂がポリオレフィンである請求項1に記載の多層多孔質膜の製造方法。   The method for producing a multilayer porous membrane according to claim 1, wherein the thermoplastic resin is polyolefin. 耐熱多孔質層形成用組成物の媒体が、水を主成分とするものである請求項1または2に記載の多層多孔質膜の製造方法。   The method for producing a multilayer porous film according to claim 1 or 2, wherein the medium of the heat-resistant porous layer forming composition is mainly composed of water. 樹脂多孔質膜の表面処理を、紫外線照射、コロナ放電処理、またはプラズマ処理により行う請求項1〜3のいずれかに記載の多層多孔質膜の製造方法。   The method for producing a multilayer porous membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface treatment of the resin porous membrane is performed by ultraviolet irradiation, corona discharge treatment, or plasma treatment. 請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法により製造された多層多孔質膜からなることを特徴とするリチウムイオン電池用セパレータ。 A separator for a lithium ion battery comprising a multilayer porous membrane produced by the production method according to claim 1. 耐熱多孔質層の構成成分の全体積中、耐熱性微粒子の割合が80体積%以上である請求項5に記載のリチウムイオン電池用セパレータ。 The separator for a lithium ion battery according to claim 5, wherein the ratio of the heat-resistant fine particles is 80% by volume or more in the total volume of the constituent components of the heat-resistant porous layer. 耐熱多孔質層の厚みが10μm以下である請求項5または6に記載のリチウムイオン電池用セパレータ。 The lithium ion battery separator according to claim 5 or 6, wherein the heat-resistant porous layer has a thickness of 10 µm or less. 多層多孔質膜全体の空孔率が30%以上70%以下である請求項5〜7のいずれかに記載のリチウムイオン電池用セパレータ。 The separator for a lithium ion battery according to any one of claims 5 to 7, wherein the porosity of the entire multilayer porous membrane is 30% or more and 70% or less. 請求項5〜8のいずれかに記載のリチウムイオン電池用セパレータを有することを特徴とするリチウムイオン電池
Lithium ion battery characterized by having a separator for a lithium ion battery according to any one of claims 5-8.
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