JP5311317B2 - Lithium ion secondary battery separator and 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用セパレータ及びリチウムイオン二次電池に関する。特には、リチウムのデンドライトによる短絡防止性及びハイレート放電特性に優れるリチウムイオン二次電池を製造することのできるセパレータ、及びこのセパレータを用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a separator for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery. In particular, the present invention relates to a separator capable of producing a lithium ion secondary battery excellent in short circuit prevention and high rate discharge characteristics due to lithium dendrite, and a lithium ion secondary battery using this separator.

近年の電子技術の進歩に伴い、カメラ一体型VTR、携帯電話、ラップトップコンピューター等の小型のポータブル電子機器が開発され、それらに使用するためのポータブル電源として、小型且つ軽量で高エネルギー密度の二次電池の開発が強く要請されている。   With recent advances in electronic technology, small portable electronic devices such as camera-integrated VTRs, mobile phones, laptop computers, etc. have been developed. There is a strong demand for the development of secondary batteries.

このような要請に応える二次電池としては、理論上高電圧を発生でき、且つ高エネルギー密度を有するリチウム、ナトリウム、アルミニウム等の軽金属を負極活物質として用いる非水電解液二次電池が期待されている。中でも、リチウムイオンの充放電を、非水電解液を介して行うリチウムイオン二次電池は、水溶液系電解液二次電池であるニッケル・カドミウム電池や鉛蓄電池と比較して、高出力及び高エネルギー密度を実現できるものとして活発に研究開発が進められている。   As a secondary battery that meets such a demand, a non-aqueous electrolyte secondary battery that uses a light metal such as lithium, sodium, and aluminum as a negative electrode active material that can theoretically generate a high voltage and has a high energy density is expected. ing. In particular, lithium ion secondary batteries that charge and discharge lithium ions via non-aqueous electrolytes have higher output and higher energy compared to nickel-cadmium batteries and lead-acid batteries that are aqueous electrolyte secondary batteries. Research and development is actively underway to achieve density.

このリチウムイオン二次電池においては、内在するエネルギーが大きいため、内部短絡・外部短絡などの異常時に高い安全性が求められており、この安全対策のために、ポリオレフィン系微孔膜が用いられている。これは、異常発熱時に無孔化して電気を流さない機能(シャットダウン機能)を有すると考えられているためである。このような安全対策を講じていても異常発熱が止まらず、ポリオレフィン系微孔膜が収縮又は溶融し、電極同士が接触してショートしてしまい、発火する場合が考えられた。
このようなポリオレフィン系微孔膜のような収縮又は溶融によるショート防止性を期待できるセパレータとして、支持体上にセラミック皮膜等を設けたものが提案されている(特許文献1〜11)。
In this lithium ion secondary battery, since the inherent energy is large, high safety is required in the event of an abnormality such as an internal short circuit or an external short circuit. For this safety measure, polyolefin microporous membranes are used. Yes. This is because it is considered to have a function (shutdown function) that does not pass electricity when abnormal heat is generated and does not flow electricity. Even if such safety measures were taken, abnormal heat generation did not stop, and the polyolefin microporous membrane contracted or melted, and the electrodes contacted each other to cause a short circuit, resulting in ignition.
As a separator that can be expected to prevent short circuit due to shrinkage or melting, such as a polyolefin-based microporous film, a separator provided with a ceramic film or the like has been proposed (Patent Documents 1 to 11).

特表2005−502177号公報JP 2005-502177 A 特表2005−518272号公報JP 2005-518272 A 特表2005−525224号公報JP 2005-525224 A 特表2005−536658号公報JP 2005-536658 Gazette 特表2005−536857号公報JP 2005-536857 A 特表2005−536858号公報JP 2005-536858 A 特表2005−536860号公報JP 2005-536860 Publication 特表2006−504228号公報JP-T-2006-504228 特表2006−505100号公報JP 2006-505100 Gazette 特表2006−507635号公報JP 2006-507635 A 特表2006−507636号公報JP-T-2006-507636

これら特許文献に開示された方法は、基本的にセラミック粉体等をゾル溶液と混合した混合溶液を支持体に塗布し、セラミック皮膜を形成したものである。しかしながら、本発明者らの検討の結果、このような方法により得られるセパレータは空隙率が大きく、かつ透気抵抗度(ガーレー)の値も小さい(通気しやすい)ものであり、リチウムイオン二次電池のセパレータとして使用した場合には、リチウムのデンドライトによるショートが発生しやすいものであった。そのため、混合溶液の支持体への塗布量を多くして、透気抵抗度(ガーレー)の値を大きく(通気しにくく)して緻密な構造としたところ、ハイレート放電特性が悪いものであった。   The methods disclosed in these patent documents basically apply a mixed solution obtained by mixing ceramic powder or the like with a sol solution to a support to form a ceramic film. However, as a result of the study by the present inventors, the separator obtained by such a method has a high porosity and a low air permeability resistance (Gurley) value (easy to be ventilated). When used as a battery separator, short-circuiting due to lithium dendrite was likely to occur. Therefore, when the amount of the mixed solution applied to the support was increased and the air resistance (Gurley) was increased (difficult to ventilate) to form a dense structure, the high rate discharge characteristics were poor. .

本発明はこのような状況下においてなされたものであり、収縮又は溶融によるショートを防止できるのはもちろんのこと、リチウムのデンドライトによるショートが発生しにくく、しかもハイレート放電特性に優れるリチウムイオン二次電池を製造することのできるセパレータ、及びこのセパレータを用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such circumstances, and it is possible to prevent short-circuiting due to shrinkage or melting, as well as lithium-ion secondary batteries that are less prone to short-circuiting due to lithium dendrites and that have excellent high-rate discharge characteristics. It is an object of the present invention to provide a separator capable of producing a lithium ion secondary battery using the separator.

本発明の請求項1にかかる発明は、「繊維同士の結合によって形成される空隙に無機粒子が充填された構造を有するリチウムイオン二次電池用セパレータであり、空隙率が40%以上、かつ透気抵抗度(ガーレー)が100秒以上であり、繊維として、芯成分がポリプロピレンからなり、鞘成分がポリエチレンからなる繊維径が5μm以下の極細繊維を含んでいることを特徴とするリチウムイオン二次電池用セパレータ。」である。
本発明の請求項にかかる発明は、「請求項に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータを用いたリチウムイオン二次電池。」である。
本発明のリチウムイオン二次電池用セパレータにおいては、平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子を含むことが好ましい。
また、本発明のリチウムイオン二次電池用セパレータにおいては、ポリビニルアルコールを含むことが好ましい。
The invention according to claim 1 of the present invention is “a separator for a lithium ion secondary battery having a structure in which inorganic particles are filled in voids formed by bonding of fibers, and has a porosity of 40% or more and a transparent air resistance of (Gurley) of Ri der least 100 seconds, as a fiber, a lithium ion core component comprises polypropylene, fiber diameter sheath component consists of polyethylene is characterized Rukoto contains the following ultrafine fibers 5μm Secondary battery separator. "
The invention according to claim 2 of the present invention is “a lithium ion secondary battery using the separator for lithium ion secondary battery according to claim 1 ”.
The separator for a lithium ion secondary battery of the present invention preferably contains inorganic particles having an average primary particle size of 10 nm or less.
Moreover, it is preferable that the separator for lithium ion secondary batteries of this invention contains polyvinyl alcohol.

本発明の請求項1にかかる発明は、繊維同士の結合によって形成される空隙に無機粒子が充填された構造を有するリチウムイオン二次電池用セパレータであっても、空隙率が40%以上、かつ透気抵抗度(ガーレー)が100秒以上である場合に、高温状態においても収縮又は溶融せず、また、リチウムのデンドライトによるショートが発生せず、しかもハイレート放電特性に優れることを見出したものである。また、繊維径が5μm以下の極細繊維を含んでいるため、空隙率が40%以上で、透気抵抗度(ガーレー)を100秒以上としやすく、また、平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子を含んでいる場合には、この無機粒子を保持しやすく、無機粒子の脱落が生じにくい。
本発明の請求項にかかる発明は、前記リチウムイオン二次電池用セパレータを用いているため、セパレータの収縮又は溶融、及び/又はリチウムのデンドライトによるショートが発生せず、しかもハイレート放電特性に優れるリチウムイオン二次電池である。
「平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子を含む」本発明の好適態様では、平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子を含んでいるため、空隙率が40%以上で、透気抵抗度(ガーレー)を100秒以上としやすい。また、電解液との親和性が高くなり、内部抵抗を下げることができ、また、効率的に電池を製造することができる。
「ポリビニルアルコールを含む」本発明の好適態様では、ポリビニルアルコールを含んでいると、高温状態での電池電圧を下げることができ、しかも高温状態に晒された後、再度充電することができないようにすることができる。
The invention according to claim 1 of the present invention is a lithium ion secondary battery separator having a structure in which voids formed by bonding of fibers are filled with inorganic particles, the porosity is 40% or more, and It has been found that when the air permeability resistance (Gurley) is 100 seconds or more, it does not shrink or melt even in a high temperature state, does not cause a short circuit due to lithium dendrite, and is excellent in high-rate discharge characteristics. is there. In addition, since it contains ultrafine fibers having a fiber diameter of 5 μm or less, the porosity is 40% or more, the air permeability resistance (Gurley) is easily set to 100 seconds or more, and the average primary particle diameter is 10 nm or less. When it contains, it is easy to hold | maintain this inorganic particle, and omission of an inorganic particle does not arise easily.
Since the invention according to claim 2 of the present invention uses the lithium ion secondary battery separator, the separator does not shrink or melt and / or short-circuit due to lithium dendrite does not occur, and is excellent in high-rate discharge characteristics. It is a lithium ion secondary battery.
In the preferred embodiment of the present invention, which includes “inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less”, since the inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less are included, the porosity is 40% or more, and the air permeability resistance ( Gurley) is easily set to 100 seconds or more. Further, the affinity with the electrolytic solution is increased, the internal resistance can be lowered, and the battery can be efficiently manufactured.
In a preferred embodiment of the present invention, “containing polyvinyl alcohol”, when polyvinyl alcohol is contained, the battery voltage at a high temperature state can be lowered, and after being exposed to a high temperature state, it cannot be recharged. can do.

本発明のリチウムイオン二次電池用セパレータ(以下、単に「セパレータ」という)は、繊維同士の結合によって形成される空隙に無機粒子が充填された構造を有するため、仮に繊維に耐熱性がなくても、無機粒子の耐熱性によって、高温状態においても収縮又は溶融しないセパレータとすることができる。   The separator for lithium ion secondary batteries of the present invention (hereinafter simply referred to as “separator”) has a structure in which voids formed by bonding of fibers are filled with inorganic particles, so that the fibers have no heat resistance. However, due to the heat resistance of the inorganic particles, a separator that does not shrink or melt even at high temperatures can be obtained.

このセパレータを構成する繊維は特に限定するものではないが、繊維径が5μm以下の極細繊維を含んでいるのが好ましい。このような極細繊維を含んでいることによって、繊維同士の結合によって形成される個々の空隙が小さくなり、結果として、空隙率が40%以上で、透気抵抗度(ガーレー)を100秒以上としやすいためである。また、極細繊維を含んでいることによって、セパレータの比表面積が広くなり、無機粒子の保持性及び電解液の保持性が向上する。繊維径が小さい程、個々の空隙を小さくできるため、繊維径は3μm以下であるのが好ましく、2μm以下であるのがより好ましい。なお、繊維径の下限は特に限定するものではないが、極細繊維の分散性の点から0.01μm以上であるのが妥当である。   Although the fiber which comprises this separator is not specifically limited, It is preferable that the fiber diameter contains the ultrafine fiber of 5 micrometers or less. By including such ultrafine fibers, the individual voids formed by the bonding of the fibers are reduced, and as a result, the porosity is 40% or more and the air resistance (Gurley) is 100 seconds or more. This is because it is easy. In addition, the inclusion of ultrafine fibers increases the specific surface area of the separator and improves the retention of inorganic particles and the retention of electrolyte. Since the smaller the fiber diameter, the smaller the individual voids, the fiber diameter is preferably 3 μm or less, and more preferably 2 μm or less. The lower limit of the fiber diameter is not particularly limited, but it is appropriate that it is 0.01 μm or more from the viewpoint of the dispersibility of the ultrafine fibers.

なお、このような極細繊維は繊維径が5μm以下である限り、どのようにして製造されたものであっても良く、特に限定するものではないが、例えば、海島型複合繊維から海成分を除去して製造した島成分繊維、相溶性の悪い二種類以上の樹脂からなる複合繊維に外力を作用させ、剥離させて製造した繊維、メルトブロー法により製造した繊維、叩解機などの外力を作用させて製造した5μm以下のフィブリルを有する繊維、フラッシュ紡糸法により製造した繊維、などを挙げることができる。これらの中でも、海島型複合繊維から海成分を除去して製造した島成分繊維は比較的繊維強度があり、しかも繊維径が揃っているため好適に使用できる。   In addition, as long as the fiber diameter is 5 μm or less, such an ultrafine fiber may be produced in any way, and is not particularly limited. For example, sea components are removed from the sea-island type composite fiber. By applying external force to the composite fiber composed of two or more kinds of resins with poor compatibility, manufactured by peeling, fibers manufactured by the melt blow method, external force from a beating machine, etc. Examples thereof include a fiber having a fibril of 5 μm or less and a fiber manufactured by a flash spinning method. Among these, the island component fiber produced by removing the sea component from the sea-island type composite fiber has a relatively high fiber strength and can be suitably used because it has a uniform fiber diameter.

また、極細繊維を構成する樹脂成分は特に限定するものではないが、耐電解液性及び耐酸化性のある、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂(特に、全芳香族ポリアミド樹脂)の中から選ばれる1種類以上の樹脂から構成することができる。これらの中でも、ポリオレフィン系樹脂は特に耐電解液性、耐酸化性に優れ、しかも吸湿しないため、特に好適である。   In addition, the resin component constituting the ultrafine fiber is not particularly limited, but is an electrolyte solution-resistant and oxidation-resistant polyolefin resin, polyester resin, nylon resin (particularly wholly aromatic polyamide resin). It can be comprised from 1 or more types of resin chosen from the inside. Among these, polyolefin resins are particularly suitable because they are particularly excellent in electrolytic solution resistance and oxidation resistance and do not absorb moisture.

なお、極細繊維は1種類以上の樹脂から構成されているが、融点の異なる2種類以上の樹脂から構成されており、融点の低い樹脂が繊維表面の少なくとも1部を構成していると、その樹脂によって融着することができ、セパレータの形状維持性に優れているため好適である。特には、融点の低い樹脂が両端部を除いて繊維表面全体を占めている芯鞘型であると、融着力に優れているため、特に好ましい。前述のように、極細繊維はポリオレフィン系樹脂から構成されているのが好ましいため、芯成分がポリプロピレンからなり、鞘成分がポリエチレンからなるのが特に好ましい。なお、極細繊維の電解液との親和性を高め、内部抵抗を下げ、また、効率的に電池を製造できるように、極細繊維に対して、プラズマ処理などの親和性付与処理を行なうことができる。   In addition, although the ultrafine fiber is composed of one or more kinds of resins, it is composed of two or more kinds of resins having different melting points, and when the resin having a low melting point constitutes at least one part of the fiber surface, It is suitable because it can be fused with a resin and has excellent separator shape maintainability. In particular, a core-sheath type in which a resin having a low melting point occupies the entire fiber surface excluding both ends is particularly preferable because of excellent fusion power. As described above, since the ultrafine fibers are preferably made of a polyolefin resin, it is particularly preferable that the core component is made of polypropylene and the sheath component is made of polyethylene. In addition, it is possible to perform an affinity imparting treatment such as a plasma treatment on the ultrafine fibers so that the affinity of the ultrafine fibers with the electrolyte is increased, the internal resistance is lowered, and the battery can be efficiently manufactured. .

更に、極細繊維の繊維長は特に限定するものではないが、分散性に優れているように、10mm以下であるのが好ましく、5mm以下であるのがより好ましく、3mm以下であるのが更に好ましい。繊維長の下限は特に限定するものではないが、0.1mm以上であるのが好ましい。   Further, the fiber length of the ultrafine fiber is not particularly limited, but is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, and even more preferably 3 mm or less so that the dispersibility is excellent. . Although the minimum of fiber length is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1 mm or more.

このような極細繊維は含まれていることによって、繊維同士の結合によって形成される個々の空隙を小さくでき、結果として、空隙率が40%以上で、透気抵抗度(ガーレー)を100秒以上としやすいように、繊維全体の質量の5%以上を占めているのが好ましく、10%以上を占めているのがより好ましく、15%以上を占めているのが更に好ましい。   By including such ultrafine fibers, it is possible to reduce individual voids formed by bonding of the fibers, and as a result, the porosity is 40% or more and the air resistance (Gurley) is 100 seconds or more. It is preferable that it accounts for 5% or more of the total mass of the fiber, more preferably 10% or more, and even more preferably 15% or more.

本発明のセパレータを構成する繊維は前述のような極細繊維100%から構成することができるが、繊維径が5μmを超えるレギュラー繊維を含んでいることもできる。このレギュラー繊維は繊維径が5μmを超えること以外、つまり、樹脂成分、樹脂成分数、樹脂成分の配置状態、繊維長等は極細繊維と同様であることができる。なお、極細繊維を含んでいるのが好ましいため、レギュラー繊維は繊維全体の質量の95%以下を占めているのが好ましく、90%以下を占めているのがより好ましく、85%以下を占めているのが更に好ましい。また、レギュラー繊維の繊維径の上限は20μm以下であるのが好ましい。更に、電解液との親和性を高めるため、レギュラー繊維に対して、プラズマ処理などの親和性付与処理を行なうことができる。   Although the fiber which comprises the separator of this invention can be comprised from the above-mentioned ultrafine fiber 100%, it can also contain the regular fiber in which a fiber diameter exceeds 5 micrometers. This regular fiber can be the same as the ultrafine fiber except that the fiber diameter exceeds 5 μm, that is, the resin component, the number of resin components, the arrangement state of the resin component, the fiber length, and the like. In addition, since it is preferable to contain ultrafine fibers, the regular fibers preferably occupy 95% or less of the total mass of the fibers, more preferably 90% or less, and 85% or less. More preferably. Moreover, it is preferable that the upper limit of the fiber diameter of a regular fiber is 20 micrometers or less. Furthermore, in order to increase the affinity with the electrolytic solution, an affinity imparting treatment such as plasma treatment can be performed on the regular fiber.

このような繊維同士は結合していることによって、空隙が形成されている。この繊維同士の結合は特に限定するものではないが、例えば、繊維の融着による結合、結合剤による結合、繊維の絡合による結合を挙げることができる。これらの結合は併用することができる。   A void is formed by bonding such fibers. The bonding between the fibers is not particularly limited, and examples thereof include bonding by fiber fusion, bonding by a binder, and bonding by fiber entanglement. These bonds can be used in combination.

なお、結合剤により結合する場合には、ポリビニルアルコールを含んでいるのが好ましい。ポリビニルアルコールを結合剤として含んでいると、高温状態での電池電圧を下げることができ、しかも高温状態に晒された後、再度充電することができないようにすることができるためである。このポリビニルアルコールとしては、例えば、重合度が100〜10000、好ましくは200〜5000、より好ましくは300〜3000のものを使用できる。また、けん化度については、例えば、60〜98%、好ましくは70〜98%、より好ましくは80〜98%のポリビニルアルコールを用いることができる。なお、ポリビニルアルコールの含有量は電池容量1mAhあたり0.1mg以上であるのが好ましく、より好ましくは0.5mg以上であり、より好ましくは1mg以上である。また、その上限は特に限定するものではないが、電池容量1mAhあたり100mg以下であるのが妥当である。なお、ポリビニルアルコールは結合剤として含まれている必要はなく、1種類の粉体として含まれていても同様の作用を奏する。   In addition, when couple | bonding with a binder, it is preferable that polyvinyl alcohol is included. This is because when polyvinyl alcohol is contained as a binder, the battery voltage at a high temperature can be lowered, and the battery can be prevented from being charged again after being exposed to a high temperature. As this polyvinyl alcohol, for example, those having a polymerization degree of 100 to 10000, preferably 200 to 5000, more preferably 300 to 3000 can be used. As for the degree of saponification, for example, 60 to 98%, preferably 70 to 98%, more preferably 80 to 98% polyvinyl alcohol can be used. In addition, it is preferable that content of polyvinyl alcohol is 0.1 mg or more per 1 mAh of battery capacity, More preferably, it is 0.5 mg or more, More preferably, it is 1 mg or more. The upper limit is not particularly limited, but it is reasonable that the upper limit is 100 mg or less per 1 mAh of battery capacity. Polyvinyl alcohol does not need to be contained as a binder, and even if it is contained as one kind of powder, the same effect is obtained.

本発明のセパレータは、このように形成された空隙に無機粒子が充填され、空隙率が40%以上、かつ透気抵抗度(ガーレー)が100秒以上であることによって、高温状態における収縮又は溶融によるショートを防止できるばかりでなく、リチウムのデンドライトによるショートを防止し、しかもハイレート放電特性に優れている。   In the separator of the present invention, the voids thus formed are filled with inorganic particles, the porosity is 40% or more, and the air permeability resistance (Gurley) is 100 seconds or more. In addition to preventing short circuit due to lithium, it prevents short circuit due to lithium dendrite and has excellent high-rate discharge characteristics.

この無機粒子は前記空隙率及び透気抵抗度とすることができるものであれば良く、特に限定するものではないが、平均一次粒子径が10nm以下(好ましくは8nm以下)の無機粒子を含んでいるのが好ましい。このような無機粒子を含んでいると、前記空隙率かつ通気抵抗度としやすいためである。また、電解液の濡れ性を向上させることができる。特に、前述のような極細繊維を含んでいる場合には、極細繊維によって担持されるため、平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子が脱落しにくい。なお、無機粒子の平均一次粒子径の下限は特に限定するものではないが、0.1nm以上であるのが妥当である。このような平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子の含有量は、前記空隙率及び透気抵抗度とすることができる量であり、繊維によって異なるため、実験を繰り返し、前記空隙率及び透気抵抗度とすることができる量を見出す。なお、「平均一次粒子径」はレーザー回折・散乱法により測定して得られた値をいう。   The inorganic particles are not particularly limited as long as the porosity and air permeation resistance can be obtained, and include inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less (preferably 8 nm or less). It is preferable. This is because when such inorganic particles are included, the porosity and the ventilation resistance can be easily obtained. In addition, the wettability of the electrolytic solution can be improved. In particular, when the ultrafine fibers as described above are included, the inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less are difficult to drop off because they are supported by the ultrafine fibers. In addition, the lower limit of the average primary particle diameter of the inorganic particles is not particularly limited, but it is appropriate that it is 0.1 nm or more. The content of the inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less is an amount that can be set as the porosity and the air resistance, and varies depending on the fiber. Find the amount that can be resistance. The “average primary particle diameter” refers to a value obtained by measurement by a laser diffraction / scattering method.

本発明においては、前記空隙率及び透気抵抗度とすることができる限り、平均一次粒子径が10nmを超える無機粒子を含んでいることができる。
このような、無機粒子を構成する材料は、粒子径に関係なく、耐電解液性及び耐酸化性に優れるものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、二酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化イッテリビウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の金属酸化物を挙げることができ、これら無機粒子を単独で、又は2種類以上を併用することができる。なお、無機粒子に電解液との親和性が付与又は向上する処理を施すと、内部抵抗が低くなり、また、効率的に電池を製造できる。
In this invention, as long as it can be set as the said porosity and air permeability resistance, the average primary particle diameter can contain the inorganic particle exceeding 10 nm.
Such a material constituting the inorganic particles is not particularly limited as long as it is excellent in electrolytic solution resistance and oxidation resistance regardless of the particle diameter. For example, silicon dioxide, titanium oxide, Examples thereof include metal oxides such as zinc oxide, yttrium oxide, ytterbium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, cerium oxide, and zirconium oxide. These inorganic particles can be used alone or in combination of two or more. Note that when the inorganic particles are subjected to a treatment that imparts or improves the affinity with the electrolytic solution, the internal resistance is reduced, and the battery can be efficiently manufactured.

本発明のセパレータは前述のような無機粒子が繊維同士の結合によって形成される空隙に充填された構造を有するが、前記空隙率及び透気抵抗度である限り、その充填状態は限定されない。例えば、無機粒子がセパレータの厚さ方向に偏在して充填されていても良いし、セパレータの厚さ方向全体に均一に充填されていても良い。また、無機粒子は繊維の融着によって固定されていても良いし、結合剤によって繊維に固定されていても良いし、或いは静電気力やファンデルワールス力によって繊維に固定されていても良く、その状態は特に限定するものではない。   The separator of the present invention has a structure in which inorganic particles as described above are filled in voids formed by bonding of fibers, but the filling state is not limited as long as the porosity and the air resistance are the above. For example, the inorganic particles may be unevenly distributed and filled in the thickness direction of the separator, or may be filled uniformly throughout the thickness direction of the separator. Further, the inorganic particles may be fixed by fiber fusion, may be fixed to the fiber by a binder, or may be fixed to the fiber by electrostatic force or van der Waals force. The state is not particularly limited.

本発明のセパレータは上述のように、繊維同士の結合によって形成される空隙に無機粒子が充填されていることによって、空隙率が40%以上、かつ透気抵抗度(ガーレー)が100秒以上である。このような空隙率と透気抵抗度を同時に満足することによって、リチウムのデンドライトによるショートが発生せず、しかもハイレート放電特性に優れることを見出した。   As described above, the separator of the present invention has a porosity of 40% or more and an air resistance (Gurley) of 100 seconds or more by filling the voids formed by bonding of fibers with inorganic particles. is there. It was found that by satisfying such a porosity and air permeability resistance at the same time, a short circuit due to lithium dendrite does not occur and the high-rate discharge characteristics are excellent.

セパレータの空隙率が40%未満であると、ハイレート放電特性が悪くなる傾向があるため、40%以上であり、好ましくは42%以上であり、より好ましくは44%以上であり、更に好ましくは45%以上である。他方、空隙率の上限は特に限定するものではないが、透気抵抗度を100秒以上としやすく、かつセパレータとしての形態維持性に優れているように、90%以下であるのが好ましく、80%以下であるのがより好ましく、70%以下であるのが更に好ましく、60%以下であるのが更に好ましい。なお、空隙率P(単位:%)は次の式から得られる値をいう。
P=100−(Fr+Fr+・・+Fr
ここで、Frはセパレータを構成するn成分の充填率(単位:%)を示し、次の式から得られる値をいう。
Fr=(M×Pr/T×SG)×100
ここで、Mはセパレータの目付(単位:g/cm)、Tはセパレータの厚さ(cm)、Prはセパレータにおけるn成分の存在質量比率、SGは成分nの比重(単位:g/cm)をそれぞれ意味する。
When the porosity of the separator is less than 40%, the high-rate discharge characteristics tend to deteriorate, so that it is 40% or more, preferably 42% or more, more preferably 44% or more, and further preferably 45. % Or more. On the other hand, the upper limit of the porosity is not particularly limited, but it is preferably 90% or less so that the air permeability resistance is easily set to 100 seconds or more and the shape maintaining property as a separator is excellent. % Or less is more preferable, 70% or less is further preferable, and 60% or less is still more preferable. The porosity P (unit:%) is a value obtained from the following formula.
P = 100− (Fr 1 + Fr 2 +. + Fr n )
Here, Fr n indicates the filling rate (unit:%) of the n component constituting the separator, and is a value obtained from the following equation.
Fr n = (M × Pr n / T × SG n ) × 100
Here, M is the basis weight of the separator (unit: g / cm 2 ), T is the thickness of the separator (cm), Pr n is the mass ratio of the n component in the separator, and SG n is the specific gravity of the component n (unit: g / Cm 3 ) respectively.

他方、透気抵抗度が100秒未満であると、リチウムのデンドライトによるショートが発生しやすくなる傾向があるため100秒以上であり、好ましくは110秒以上であり、より好ましくは120秒以上であり、更に好ましくは128秒以上である。他方、透気抵抗度の上限は特に限定するものではないが、空隙率を40%以上とすることができるように、1000秒以下であるのが好ましく、600秒以下であるのがより好ましく、500秒以下であるのが更に好ましい。なお、透気抵抗度はJIS P 8117:1998(紙及び板紙−透気度試験方法−ガーレー試験機法)に規定されている方法に則って測定した透気抵抗度をいう。   On the other hand, if the air resistance is less than 100 seconds, a short circuit due to lithium dendrite tends to occur, and therefore it is 100 seconds or more, preferably 110 seconds or more, more preferably 120 seconds or more. More preferably, it is 128 seconds or more. On the other hand, the upper limit of the air resistance is not particularly limited, but is preferably 1000 seconds or less, more preferably 600 seconds or less, so that the porosity can be 40% or more. More preferably, it is 500 seconds or less. The air resistance refers to the air resistance measured in accordance with the method defined in JIS P 8117: 1998 (paper and paperboard-air permeability test method-Gurley test machine method).

本発明のセパレータの厚さは特に限定するものではないが、10〜80μmであるのが好ましい。厚さが10μm未満であると、機械的強度が弱く、取り扱い性が悪いためで、15μm以上であるのが好ましい。他方、厚さが80μmを超えると、厚すぎてハイレート放電できなくなる傾向があるためで、60μm以下であるのが好ましく、50μm以下であるのがより好ましい。なお、セパレータの厚さはマイクロメータ(直径:6mm)を用い、13.7N/cm荷重時の値をいう。 Although the thickness of the separator of this invention is not specifically limited, It is preferable that it is 10-80 micrometers. When the thickness is less than 10 μm, the mechanical strength is weak and the handleability is poor, so that the thickness is preferably 15 μm or more. On the other hand, if the thickness exceeds 80 μm, it tends to be too thick to prevent high-rate discharge. Therefore, the thickness is preferably 60 μm or less, and more preferably 50 μm or less. The thickness of the separator micrometers (diameter: 6 mm) using, refers to a value at 13.7 N / cm 2 load.

このような本発明のセパレータは、例えば次のようにして製造することができる。
まず、セパレータを構成する繊維と無機粒子とを用意する。繊維としては、無機粒子の担持性に優れるように、極細繊維を用意するのが好ましい。また、繊維同士を結合できるように、融着性の複合繊維(極細繊維であるかどうかを問わない)を準備するのが好ましい。なお、無機粒子として、平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子を用意するのが好ましい。
次いで、これら繊維と無機粒子を混合し、粒子含有ウエブを形成する。粒子含有ウエブの形成方法はエアレイ法などの乾式法により形成することができるし、湿式法により形成することもできる。
Such a separator of the present invention can be manufactured, for example, as follows.
First, fibers and inorganic particles constituting the separator are prepared. As the fibers, it is preferable to prepare ultrafine fibers so that the inorganic particles can be supported. Moreover, it is preferable to prepare a fusible composite fiber (whether or not it is an ultrafine fiber) so that the fibers can be bonded to each other. In addition, it is preferable to prepare inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less as inorganic particles.
Subsequently, these fibers and inorganic particles are mixed to form a particle-containing web. The particle-containing web can be formed by a dry method such as an air array method or a wet method.

そして、繊維同士を結合させることによって、本発明のセパレータを製造することができる。なお、繊維同士の結合方法としては、例えば、繊維の融着性を利用して融着させる方法、結合剤を用いて結合させる方法を挙げることができる。なお、この繊維同士を結合する際に、無機粒子も繊維に固定することができるため、無機粒子の脱落の生じにくいセパレータを製造することができる。この製造方法によれば、無機粒子がセパレータの厚さ方向全体に均一に分布したセパレータを製造することができる。更に、ポリビニルアルコールを結合剤として、又は粉体として混合すると、高温状態での電池電圧を下げることができ、しかも高温状態に晒された後、再度充電することができないようにすることができるため、含ませるのが特に好ましい。なお、繊維の融着性を利用して繊維同士及び繊維と無機粒子とを結合させた後、更に結合剤によってこれら結合を強化しても良い。   And the separator of this invention can be manufactured by couple | bonding fibers. In addition, as a bonding method of fibers, for example, a method of fusing using the fusing property of fibers and a method of bonding using a binder can be exemplified. In addition, since the inorganic particles can be fixed to the fibers when the fibers are bonded to each other, a separator that hardly causes the inorganic particles to fall off can be manufactured. According to this manufacturing method, it is possible to manufacture a separator in which inorganic particles are uniformly distributed throughout the thickness direction of the separator. Furthermore, when polyvinyl alcohol is mixed as a binder or as a powder, the battery voltage at a high temperature can be lowered, and after being exposed to a high temperature, it cannot be recharged. Are particularly preferred. In addition, after bonding fibers and fibers and inorganic particles by utilizing the fusibility of the fibers, these bonds may be further strengthened by a binder.

本発明のセパレータは次のような別の方法によって製造することもできる。
まず、セパレータを構成する繊維を用意する。繊維としては、無機粒子の担持性に優れるように、極細繊維を用意するのが好ましい。また、繊維同士を結合できるように、融着性の複合繊維(極細繊維であるかどうかを問わない)を準備するのが好ましい。
次いで、繊維を開繊して繊維ウエブを形成する。繊維ウエブの形成方法はエアレイ法などの乾式法により形成することができるし、湿式法により形成することもできる。場合によっては、メルトブロー法により直接繊維ウエブを形成することもできる。
The separator of the present invention can also be produced by another method as follows.
First, the fiber which comprises a separator is prepared. As the fibers, it is preferable to prepare ultrafine fibers so that the inorganic particles can be supported. Moreover, it is preferable to prepare a fusible composite fiber (whether or not it is an ultrafine fiber) so that the fibers can be bonded to each other.
Next, the fiber is opened to form a fiber web. The fiber web can be formed by a dry method such as an air array method or a wet method. In some cases, the fiber web can be directly formed by a melt blow method.

続いて、繊維同士を結合させることによって、不織布を形成する。繊維同士の結合方法としては、例えば、繊維の融着性を利用して融着させる方法、結合剤を用いて結合させる方法、流体流により絡合する方法などを挙げることができる。
他方で、無機粒子を用意しておく。この無機粒子として、平均一次粒子径が10nm以下の無機粒子を用意するのが好ましい。
そして、この無機粒子を結合剤と混合し、前述の形成した不織布に塗布し、乾燥して、本発明のセパレータを製造することができる。なお、結合剤は特に限定するものではないが、ポリビニルアルコールを使用すると、高温状態での電池電圧を下げることができ、しかも高温状態に晒された後、再度充電することができないようにすることができるため、特に好ましい。この製造方法によると、無機粒子が比較的セパレータの表面近傍に偏在したセパレータを製造することができる。なお、結合剤を使用することなく、無機粒子を不織布に散布し、不織布構成繊維の融着性を利用してセパレータを製造することもできる。
Subsequently, a nonwoven fabric is formed by bonding the fibers together. Examples of a method for bonding fibers include a method of fusing using the fusing property of fibers, a method of bonding using a binder, a method of entanglement with a fluid flow, and the like.
On the other hand, inorganic particles are prepared. As the inorganic particles, it is preferable to prepare inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less.
And this inorganic particle is mixed with a binder, it apply | coated to the above-mentioned nonwoven fabric formed, and it can dry and can manufacture the separator of this invention. The binder is not particularly limited, but when polyvinyl alcohol is used, the battery voltage at a high temperature can be lowered, and the battery cannot be recharged after being exposed to a high temperature. Is particularly preferable. According to this manufacturing method, a separator in which inorganic particles are relatively unevenly distributed near the surface of the separator can be manufactured. In addition, without using a binder, inorganic particles can be dispersed on a non-woven fabric, and a separator can be produced using the fusing property of non-woven fabric constituent fibers.

いずれの製造方法であっても、空隙率40%以上、かつ透気抵抗度100秒以上のセパレータは、厚さ、繊維量、無機粒子量、極細繊維量、無機粒子の平均一次粒径等を適宜調節することによって製造することができ、特に、極細繊維を使用するとともに、無機粒子として平均一次粒子径が10nm以下のものを含ませることによって製造しやすい。   Regardless of the manufacturing method, the separator having a porosity of 40% or more and an air permeability resistance of 100 seconds or more has a thickness, a fiber amount, an inorganic particle amount, an ultrafine fiber amount, an average primary particle size of inorganic particles, and the like. It can be manufactured by adjusting appropriately, and in particular, it is easy to manufacture by using ultrafine fibers and including inorganic particles having an average primary particle diameter of 10 nm or less.

本発明のリチウムイオン二次電池は前述のような本発明のセパレータを用いているため、セパレータの収縮又は溶融、及び/又はリチウムのデンドライトによるショートが発生せず、しかもハイレート放電特性に優れるリチウムイオン二次電池である。   Since the lithium ion secondary battery of the present invention uses the separator of the present invention as described above, lithium ion that does not cause shrinkage or melting of the separator and / or short-circuit due to lithium dendrite and has excellent high-rate discharge characteristics. It is a secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池は前述のセパレータを用いていること以外は従来のリチウムイオン二次電池と同様の構成であることができる。例えば、正極として、リチウム含有金属化合物のペーストを集電材に担持させたものを使用でき、負極として、リチウム金属やリチウム合金、及びリチウムを吸蔵、放出可能なカーボン又はグラファイトを含む炭素材料(例えばコークス、天然黒鉛や人造黒鉛などの炭素材料)、複合スズ酸化物を集電材に担持させたものを使用でき、電解液として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒にLiPFを溶解させた非水電解液を使用することができる。また、リチウムイオン二次電池のセル構造も特に限定するものではなく、例えば、積層型、円筒型、角型、コイン型などであることができる。 The lithium ion secondary battery of the present invention can have the same configuration as that of a conventional lithium ion secondary battery except that the above separator is used. For example, a positive electrode in which a paste of a lithium-containing metal compound is carried on a current collector can be used as a positive electrode, and a lithium metal or a lithium alloy, and a carbon material containing carbon or graphite capable of occluding and releasing lithium (for example, coke) as a negative electrode. Non-aqueous electrolysis in which LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate as an electrolytic solution. Liquid can be used. Further, the cell structure of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and may be, for example, a stacked type, a cylindrical type, a square type, a coin type, or the like.

以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

《実施例1〜3》
繊維として、海島型複合繊維の海成分を除去して製造した、芯成分がポリプロピレン(融点:160℃)からなり、鞘成分が高密度ポリエチレン(融点:135℃)からなる芯鞘型複合極細繊維(繊維径=2μm、繊維長=1mm)と、平均一次粒子径が7nmの親水性シリカ粒子(アエロジル(登録商標)、日本アエロジル(株)製)を用意した。
次いで、芯鞘型複合極細繊維と親水性シリカ粒子とを表1に示す質量比率で混合し、エアレイ法によりコンベアネット上に無機粒子含有ウエブを形成した。
次いで、この無機粒子含有ウエブをリライアントプレス機(設定温度=135℃)に供給し、20秒間加熱及び加圧した後、放冷却して、芯鞘型複合極細繊維の鞘成分が融着した、無機粒子含有融着ウエブを作製した。その後、カレンダーロールプレス機にて厚さ調整を行い、本発明のセパレータシートを製造した。このセパレータシートは無機粒子が厚さ方向全体に均一に充填された状態にあった。このセパレータシートの物性は表1に示す通りであった。
<< Examples 1-3 >>
A core-sheath type composite ultrafine fiber manufactured by removing the sea component of the sea-island type composite fiber as the fiber, wherein the core component is made of polypropylene (melting point: 160 ° C.) and the sheath component is made of high-density polyethylene (melting point: 135 ° C.) (Fiber diameter = 2 μm, fiber length = 1 mm) and hydrophilic silica particles (Aerosil (registered trademark), manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having an average primary particle diameter of 7 nm were prepared.
Subsequently, the core-sheath type composite ultrafine fiber and the hydrophilic silica particles were mixed at a mass ratio shown in Table 1, and an inorganic particle-containing web was formed on the conveyor net by the air lay method.
Next, the inorganic particle-containing web was supplied to a compliant press machine (set temperature = 135 ° C.), heated and pressurized for 20 seconds, allowed to cool, and the sheath component of the core-sheath composite ultrafine fiber was fused. An inorganic particle-containing fusion web was prepared. Then, thickness adjustment was performed with the calendar roll press machine, and the separator sheet of this invention was manufactured. This separator sheet was in a state where inorganic particles were uniformly filled in the entire thickness direction. The physical properties of this separator sheet were as shown in Table 1.

Figure 0005311317
Figure 0005311317

《実施例4》
実施例3のセパレータシートを10%濃度のポリビニルアルコール(けん化度:98%、重合度:500)水溶液に浸漬し、マングルで搾取した後、乾燥して、本発明のセパレータシート(ポリビニルアルコールの含有量:1g/m、目付:19.1g/m、厚さ:28μm、透気抵抗度:493秒、空隙率:46%)を製造した。
Example 4
The separator sheet of Example 3 was immersed in an aqueous solution of 10% polyvinyl alcohol (degree of saponification: 98%, degree of polymerization: 500), squeezed with a mangle, dried, and then the separator sheet of the present invention (containing polyvinyl alcohol) the amount: 1 g / m 2, a basis weight: 19.1 g / m 2, thickness: 28 .mu.m, air resistance: 493 seconds, porosity: 46%) was prepared.

《比較例1〜3》
芯鞘型複合極細繊維と親水性シリカ粒子とを表2に示す質量比率で混合し、エアレイ法によりコンベアネット上に無機粒子含有ウエブを形成したこと以外は、実施例1〜3と全く同様にして、セパレータシートを製造した。このセパレータシートの物性は表2に示す通りであった。
<< Comparative Examples 1-3 >>
Except that the core-sheath type composite ultrafine fiber and the hydrophilic silica particles were mixed at a mass ratio shown in Table 2 and the inorganic particle-containing web was formed on the conveyor net by the air lay method, exactly as in Examples 1 to 3. Thus, a separator sheet was manufactured. Table 2 shows the physical properties of this separator sheet.

Figure 0005311317
Figure 0005311317

《比較例4》
ポリエステル繊維からなる不織布(目付:12g/m、厚さ:15μm、平均繊維径:6μm)を用意した。
また、次の配合からなるゾル溶液を調製した。
エタノール 85%
5wt%塩酸 8%
テトラエトキシシラン 5%
メチルトリエトキシシラン 0.2%
次いで、上記ゾル溶液とα−アルミナ粒子(平均一次粒子径=1μm)との固形分質量比率が60対40となるように、ゾル溶液にアルミナ粒子を混合し、結合ペーストを調製した。
続いて、この結合ペーストを前記不織布に含浸し、温度200℃に設定したドライヤーで乾燥した後、カレンダーロールプレス機にて厚さ調整を行い、セパレータシート(無機成分量:22.8g/m、目付:34.8g/m、厚さ:34μm、透気抵抗度:101秒、空隙率:35.2%)を製造した。
<< Comparative Example 4 >>
A nonwoven fabric made of polyester fibers (weight per unit area: 12 g / m 2 , thickness: 15 μm, average fiber diameter: 6 μm) was prepared.
A sol solution having the following composition was prepared.
Ethanol 85%
5wt% hydrochloric acid 8%
Tetraethoxysilane 5%
Methyltriethoxysilane 0.2%
Next, alumina particles were mixed with the sol solution so that the solid content mass ratio between the sol solution and α-alumina particles (average primary particle size = 1 μm) was 60:40 to prepare a binding paste.
Subsequently, after impregnating the bonded paste into the nonwoven fabric and drying with a dryer set at a temperature of 200 ° C., the thickness was adjusted with a calender roll press, and a separator sheet (inorganic component amount: 22.8 g / m 2). , Basis weight: 34.8 g / m 2 , thickness: 34 μm, air resistance: 101 seconds, porosity: 35.2%).

《比較例5》
ポリプロピレン製微多孔膜(celgard2400;セルガード社製、目付:14.3g/m、厚さ:26μm、透気抵抗度:730秒、空隙率:37%)を用意し、セパレータシートとした。
<< Comparative Example 5 >>
A polypropylene microporous membrane (celgard 2400; manufactured by Celgard, basis weight: 14.3 g / m 2 , thickness: 26 μm, air resistance: 730 seconds, porosity: 37%) was prepared as a separator sheet.

(リチウムイオン二次電池の作製)
(1)正極の作成
コバルト酸リチウム(LiCoO)粉末87質量部とアセチレンブラック6質量部、及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)7質量部を、N−メチル−ピロリドン(NMP)に溶解させ、ポリフッ化ビニリデン濃度が13%の正極剤ペーストを作製した。次いで、このペーストを厚さ20μmのアルミ箔に塗布し、乾燥した後にプレスして、厚さ90μmの正極を作製した。
(2)負極の作成
負極活物質として天然黒鉛粉末90質量部とポリフッ化ビニリデン(PVdF)10質量部を、N−メチル−ピロリドン(NMP)に溶解させ、ポリフッ化ビニリデン濃度が13%の負極剤ペーストを作製した。このペーストを厚さ15μmの銅箔上に塗布し、乾燥した後にプレスして、厚さ70μmの負極を作製した。
(3)非水系電解液の用意
非水系電解液として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(比率=50:50)に、LiPFを溶解させた1M溶液(キシダ化学(株)製)を用意した。
(4)リチウムイオン二次電池の作製
CR−2032型コインセルに負極(直径:12mm)、各セパレータシート(直径:16mm)、正極(直径:12mm)の順に積層した後、非水電解液を注液し、スペーサーを介して蓋をした後、コイン電池用かしめ機でパッキングを行い、リチウムイオン二次電池をそれぞれ作製した。なお、正極と負極の質量比率は1:1.1とした。
(Production of lithium ion secondary battery)
(1) Preparation of positive electrode 87 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder, 6 parts by mass of acetylene black, and 7 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) were dissolved in N-methyl-pyrrolidone (NMP), and polyfluorinated. A positive electrode paste having a vinylidene concentration of 13% was prepared. Next, this paste was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and pressed to prepare a positive electrode having a thickness of 90 μm.
(2) Preparation of negative electrode 90 parts by weight of natural graphite powder and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) are dissolved in N-methyl-pyrrolidone (NMP) as a negative electrode active material, and the negative electrode agent has a polyvinylidene fluoride concentration of 13%. A paste was prepared. This paste was applied onto a copper foil having a thickness of 15 μm, dried and then pressed to prepare a negative electrode having a thickness of 70 μm.
(3) Preparation of non-aqueous electrolyte As a non-aqueous electrolyte, a 1M solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (ratio = 50: 50) is prepared. did.
(4) Production of Lithium Ion Secondary Battery A negative electrode (diameter: 12 mm), each separator sheet (diameter: 16 mm), and positive electrode (diameter: 12 mm) were laminated in this order on a CR-2032 type coin cell, and then a non-aqueous electrolyte was injected. After lysing and capping with a spacer, packing was performed using a coin cell caulking machine to prepare lithium ion secondary batteries. The mass ratio of the positive electrode to the negative electrode was 1: 1.1.

(電池性能試験)
リチウムイオン二次電池を電池作成してから、室温で一日放置した後、0.2C、4.2Vの定電流・定電圧充電(6時間)した後、0.2Cで定電流放電することを1サイクルとする充放電を5サイクル行った。この充放電試験における1サイクル後における内部短絡の有無と、5サイクル後における内部短絡の有無をそれぞれ確認したところ、表3に示すような結果となった。
5サイクル後において内部短絡がないとみなした実施例1〜4及び比較例3〜5のセパレータシートを使用した電池に関して、ハイレート放電試験を実施した。ハイレート放電試験は、0.2C、4.2Vの定電流・定電圧充電(6時間)した後、8Cで定電流放電することを1サイクルとする充放電を、5サイクル行い、2〜5サイクル行った後におけるそれぞれの容量維持率の平均値を、リチウムイオン二次電池の容量維持率とした。これらの結果は表3に示す通りであった。
(Battery performance test)
After making a lithium ion secondary battery, let it stand at room temperature for a day, then charge at 0.2C, 4.2V constant current / constant voltage (6 hours), then discharge at 0.2C constant current. 5 cycles of charging and discharging were performed. When the presence or absence of an internal short circuit after one cycle in this charge / discharge test and the presence or absence of an internal short circuit after five cycles were confirmed, the results shown in Table 3 were obtained.
A high-rate discharge test was performed on the batteries using the separator sheets of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 3 to 5 that were regarded as having no internal short circuit after 5 cycles. The high-rate discharge test consists of 5 cycles of charge / discharge, with a constant current / constant voltage charge (6 hours) of 0.2C and 4.2V (6 hours) followed by a constant current discharge at 8C. The average value of the capacity retention ratios after the measurement was taken as the capacity retention ratio of the lithium ion secondary battery. These results are shown in Table 3.

Figure 0005311317
Figure 0005311317

(再充電試験)
前述と同様にして製造したCR−2032型コインセル(リチウムイオン二次電池)の理論容量は1.6mAhである。実施例1〜4及び比較例3〜5のセパレータシートを使用した電池を、0.2C、4.2Vの定電流・定電圧充電(6時間)後、0.2C、3Vカットオフの定電流放電を5サイクル実施し、所定の電池容量が得られることを確認した。
次いで、0.2C、4.2Vの定電流・定電圧充電(6時間)で電池を満充電状態にした後、電池を120℃の熱風オーブン中に保存した。
その後、電池を0.2Cで放電した後、0.2Cの定電流充電を6時間行い、電池の作動可否を確認した。そして、再充電後の初期容量に対する容量(%)を算出し、再充電率とした。一度高温に曝された電池は、電解液や活物質の変質や分解が生じている可能性が高く、安全性の観点からは再び充電しても作動しないことが望ましいため、再充電率が1%以下である場合を○と判定し、1%を超える場合を×と判定した。この結果は表3に示す通りであった。
(Recharge test)
A theoretical capacity of a CR-2032 type coin cell (lithium ion secondary battery) manufactured in the same manner as described above is 1.6 mAh. The batteries using the separator sheets of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 3 to 5 were 0.2 C, 4.2 V constant current / constant voltage charging (6 hours), and then 0.2 C, 3 V cut-off constant current. It was confirmed that a predetermined battery capacity was obtained after 5 cycles of discharge.
Next, the battery was fully charged with constant current / constant voltage charging (6 hours) at 0.2 C and 4.2 V, and then stored in a 120 ° C. hot air oven.
Then, after discharging the battery at 0.2 C, constant current charging at 0.2 C was performed for 6 hours to confirm whether the battery was operable. And the capacity | capacitance (%) with respect to the initial capacity after recharging was computed, and it was set as the recharge rate. A battery that has been exposed to a high temperature is likely to have deteriorated or decomposed electrolyte or active material, and it is desirable that the battery does not operate even if it is charged again from the viewpoint of safety. The case of less than% was judged as ◯, and the case of exceeding 1% was judged as ×. The results are shown in Table 3.

(収縮率の測定)
実施例2及び比較例5のセパレータの円形試験片(直径:16mm)を、温度160℃に設定したオーブン中に20分間放置し、その放置前後における長手方向(製造時における流れ方向)の収縮率をそれぞれ算出した。その結果、比較例5のセパレータの収縮率が37.5%であったのに対して、実施例2のそれは3%であった。
(Measurement of shrinkage rate)
The circular test pieces (diameter: 16 mm) of the separators of Example 2 and Comparative Example 5 were left in an oven set at a temperature of 160 ° C. for 20 minutes, and the contraction rate in the longitudinal direction (flow direction during production) before and after being left. Was calculated respectively. As a result, the shrinkage percentage of the separator of Comparative Example 5 was 37.5%, whereas that of Example 2 was 3%.

以上のように、実施例1〜3と比較例1〜3との比較から、透気抵抗度が100秒以上であることによって、リチウムのデンドライトによる初期のショートが発生しないばかりでなく、ハイレート放電時にもリチウムのデンドライトによるショートが発生しないこと、実施例1〜3と比較例4〜5との比較から、空隙率が40%以上であることによって、ハイレート放電特性に優れていること、実施例3と実施例4との比較から、ポリビニルアルコールを含んでいることによって、高温状態に晒された後、再度充電することができないこと、及び実施例2と比較例5との比較から、無機粒子を含んでいることによって、収縮せずショートを防止できることがわかった。   As described above, from comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, when the air permeability resistance is 100 seconds or more, not only the initial short circuit due to lithium dendrite does not occur, but also high rate discharge. In some cases, short-circuit due to lithium dendrite does not occur, and comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Examples 4 to 5 shows that the porosity is 40% or more, which means excellent high-rate discharge characteristics. From the comparison between No. 3 and Example 4, it can be recharged after being exposed to a high temperature state by containing polyvinyl alcohol, and from the comparison between Example 2 and Comparative Example 5, inorganic particles It has been found that short-circuiting can be prevented without shrinkage by containing selenium.

Claims (2)

繊維同士の結合によって形成される空隙に無機粒子が充填された構造を有するリチウムイオン二次電池用セパレータであり、空隙率が40%以上、かつ透気抵抗度(ガーレー)が100秒以上であり、繊維として、芯成分がポリプロピレンからなり、鞘成分がポリエチレンからなる繊維径が5μm以下の極細繊維を含んでいることを特徴とするリチウムイオン二次電池用セパレータ。 A separator for a lithium ion secondary battery having a structure in which voids formed by bonding between fibers are filled with inorganic particles, the porosity is 40% or more, and the air resistance (Gurley) is 100 seconds or more. Ri, fibers as the core component comprises polypropylene, a lithium ion secondary battery separator fiber diameter sheath component consists of polyethylene is characterized Rukoto contains the following ultrafine fibers 5 [mu] m. 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータを用いたリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery using the separator for lithium ion secondary batteries of Claim 1 .
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