JP5344970B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery which includes a separator superior in oxidation resistance and makes both superior reliability and safety compatible even when carrying out charging at a higher voltage than before. <P>SOLUTION: The lithium ion secondary battery is equipped with a positive electrode 11 and a negative electrode 12 capable of reversively storing/releasing lithium, a separator 13 arranged between the positive electrode 11 and the negative electrode 12, a battery case to house the positive electrode 11, the negative electrode 12, and the separator 13, and a nonaqueous electrolytic solution filled into the battery case. The separator 13 has ultrahigh molecular weight polyethylene of 500,000 or more of the weight average molecular weight as the main component, and contains polyolefin resin composition obtained by chemically cross-linking ultra-high molecular weight polyethylene, polynorbornene, and grafted polyethylene, and gel fraction of the polyolefin resin composition is 42% or more and 57% or less. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明はリチウムイオン二次電池に関し、特にリチウムイオン二次電池の信頼性の改善に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to improving the reliability of a lithium ion secondary battery.

非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度で充電が可能であり、放電時の電圧も高い。このため、移動体通信機器、携帯電子機器などの主電源として広く利用されている。近年、これら機器はいっそう小型化、高性能化が求められており、これに伴って、さらに高性能なリチウムイオン二次電池を開発することが求められている。   A lithium ion secondary battery, which is a type of non-aqueous electrolyte secondary battery, can be charged with a high energy density and has a high voltage during discharge. For this reason, it is widely used as a main power source for mobile communication devices and portable electronic devices. In recent years, these devices are required to be further reduced in size and performance, and accordingly, it is required to develop a higher performance lithium ion secondary battery.

現在実用化されているリチウムイオン二次電池には、負極活物質材料として主に黒鉛材料が用いられている。しかし、これらのリチウムイオン二次電池は、黒鉛材料の理論容量(約370mAh/g)に近い容量をすでに備えているため、さらに大幅にエネルギー密度を高めることは困難である。このため、リチウムイオン二次電池のより一層の高容量化を可能にする負極活物質材料として、種々の新規材料を用いることが研究されている。たとえば、負極活物質材料として、シリコンやスズをはじめとするリチウムを吸蔵放出可能な金属やこれら金属を含む合金等が提案されており、大幅な高容量化が期待されている。   In the lithium ion secondary battery currently in practical use, a graphite material is mainly used as a negative electrode active material. However, since these lithium ion secondary batteries already have a capacity close to the theoretical capacity (about 370 mAh / g) of the graphite material, it is difficult to further increase the energy density. For this reason, the use of various novel materials has been studied as a negative electrode active material that enables further increase in capacity of lithium ion secondary batteries. For example, as a negative electrode active material, metals capable of occluding and releasing lithium, such as silicon and tin, and alloys containing these metals have been proposed, and a large increase in capacity is expected.

正極活物質材料としては、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等の層状構造やスピネル型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物が、現在広く用いられている。これらの材料よりも高エネルギー密度を達成し得る正極活物質材料の研究もなされている。しかし、充放電に伴う反応の可逆性や安定性、電子伝導性なども含めた総合的な特性において、現在使用されているこれらの材料よりも優れた材料は見つかっていない。   As the positive electrode active material, lithium transition metal composite oxides having a layered structure or a spinel structure such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate are currently widely used. Research on positive electrode active material that can achieve higher energy density than these materials has also been conducted. However, no material superior to these currently used materials has been found in comprehensive characteristics including reversibility and stability of reaction accompanying charge / discharge and electron conductivity.

一方、現在用いられているコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムをはじめとする層状リチウム遷移金属酸化物は、その結晶を構成するリチウムの利用率を向上させることにより、さらに高容量なリチウムイオン二次電池を実現できる可能性がある。たとえば、より高電圧までリチウムイオン二次電池を充電し、充電時に正極活物質からリチウムをより多く放出させることによって、リチウムの利用率の向上および高容量を実現する方法が考えられている。この場合、正極電位をより高い電位まで上昇させて充電するため、結果として電池の放電時の平均電圧が高くなり、容量および電圧の両面から電池のエネルギー密度を向上させる効果が期待できる。   On the other hand, the layered lithium transition metal oxides such as lithium cobaltate and lithium nickelate that are currently used improve the utilization rate of lithium constituting the crystal, thereby further increasing the capacity of the lithium ion secondary battery. May be possible. For example, a method has been considered in which a lithium ion secondary battery is charged to a higher voltage and more lithium is released from the positive electrode active material at the time of charging, thereby improving the utilization rate of lithium and increasing the capacity. In this case, charging is performed by raising the positive electrode potential to a higher potential. As a result, the average voltage at the time of discharging the battery is increased, and the effect of improving the energy density of the battery can be expected from both the capacity and voltage aspects.

しかし、充電電圧が高くなると、リチウムイオン二次電池を構成している種々の材料が高電位に曝されるため、分解あるいは変質する。このため充電電圧を所定の値以上にすることは難しい。たとえば、正極および負極にコバルト酸リチウムおよび炭素材料がそれぞれ用いられる一般的なリチウムイオン二次電池では、充電終了時の電池電圧が4.2V以下に設定される。この理由の1つには、充電終了時の電池電圧が4.2Vを超えると、ポリエチレン製のセパレータが酸化し、セパレータが劣化するとともに酸化によるガスが生成するということが挙げられる(特許文献1)。特に、リチウムイオン二次電池が角形である場合、生成したガスによってリチウムイオン二次電池が膨らんでしまうという課題も生じる。   However, when the charging voltage is increased, various materials constituting the lithium ion secondary battery are exposed to a high potential, and thus decompose or deteriorate. For this reason, it is difficult to set the charging voltage to a predetermined value or more. For example, in a general lithium ion secondary battery in which lithium cobaltate and a carbon material are used for the positive electrode and the negative electrode, the battery voltage at the end of charging is set to 4.2 V or less. One reason for this is that when the battery voltage at the end of charging exceeds 4.2 V, the polyethylene separator is oxidized, and the separator is deteriorated and gas due to oxidation is generated (Patent Document 1). ). In particular, when the lithium ion secondary battery is rectangular, there is a problem that the lithium ion secondary battery swells due to the generated gas.

つまり、充電終了時の電池電圧を4.2Vに設定した場合、正極に用いられるコバルト酸リチウムなどの正極活物質は、その理論容量に対して6割程度が活用されているに過ぎない。このため、従来の非水電解質二次電池では、正極活物質としてまだエネルギー密度を高めることが可能であるのに、セパレータに用いる材料が原因となってリチウムイオン二次電池のエネルギー密度を高めることができなかった。   That is, when the battery voltage at the end of charging is set to 4.2 V, only about 60% of the positive electrode active material such as lithium cobaltate used for the positive electrode is utilized for its theoretical capacity. For this reason, in the conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, the energy density can still be increased as the positive electrode active material, but the energy density of the lithium ion secondary battery is increased due to the material used for the separator. I could not.

この問題を解決するため、特許文献1から3は、正極と対向するセパレータの面にポリエチレンより耐酸化性の強いポリプロピレン製の微多孔膜層を配することを提案している。しかしながら、ポリプロピレンの融点はポリエチレンに比べて高い。このため、ポリプロピレンを単体でセパレータに用いた場合、リチウムイオン二次電池が異常発熱した場合にセパレータが溶融することによってセパレータの孔が閉塞し、電池機能を停止するというシャットダウン機能の発現温度が上昇してしまう。つまり、より高温にならないと、電池機能が停止しなくなるという課題が新たに生じる。   In order to solve this problem, Patent Documents 1 to 3 propose that a microporous membrane layer made of polypropylene having higher oxidation resistance than polyethylene is disposed on the surface of the separator facing the positive electrode. However, the melting point of polypropylene is higher than that of polyethylene. For this reason, when polypropylene is used alone as a separator, when the lithium ion secondary battery heats up abnormally, the separator melts and the separator hole closes, increasing the temperature at which the shutdown function is activated. Resulting in. In other words, a new problem arises that the battery function does not stop unless the temperature becomes higher.

この課題を解決するため、ポリエチレンとポリプロピレンとの積層によって、セパレータを構成し、ポリプロピレンが正極と接するようにセパレータをリチウムイオン二次電池に配置することが考えられる。この場合、ポリエチレンによって従来と同様の温度で、シャットダウン機能が発現する。しかし、積層化によってセパレータが厚くなってしまい、リチウムイオン二次電池中においてエネルギーの蓄積に寄与しない体積が増えることにより、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度が低下してしまう。   In order to solve this problem, it is conceivable to form a separator by laminating polyethylene and polypropylene, and to dispose the separator in a lithium ion secondary battery so that the polypropylene is in contact with the positive electrode. In this case, the shutdown function is exhibited by polyethylene at the same temperature as in the past. However, the separator becomes thicker due to the stacking, and the volume that does not contribute to energy storage in the lithium ion secondary battery increases, thereby reducing the energy density of the lithium ion secondary battery.

したがって、ポリエチレン材料を改善し、耐酸化性を高めることが求められている。特許文献4〜7はポリエチレン材料の改質に関する技術を開示している。   Accordingly, there is a need to improve polyethylene materials and increase oxidation resistance. Patent Documents 4 to 7 disclose techniques related to modification of polyethylene materials.

特開2001−273880号公報JP 2001-273880 A 特開2006−164873号公報JP 2006-164873 A 特開2006−286531号公報JP 2006-286531 A 国際公開第第96/27633号パンフレットInternational Publication No. 96/27633 Pamphlet 特開2004−263012号公報JP 2004-263012 A 国際公開第01/016219号パンフレットInternational Publication No. 01/016219 Pamphlet 特開2001−59036号公報JP 2001-59036 A

特許文献4から7はいずれもポリエチレンに架橋構造を導入することを開示している。しかし、特許文献4から7は、主としてポリエチレン材料の機械的強度および透過性の向上を目的としており、特に耐酸化性を向上に着目するものではない。また、特許文献4は、電子線を用いて架橋構造を形成しており、この技術によれば、電子線により発生し、架橋反応に関与しなかった残留ラジカルが、二次電池製造時に電解液と反応するため、電解液の劣化を早める可能性がある。   Patent Documents 4 to 7 all disclose that a crosslinked structure is introduced into polyethylene. However, Patent Documents 4 to 7 are mainly aimed at improving the mechanical strength and permeability of the polyethylene material, and do not particularly focus on improving the oxidation resistance. Further, Patent Document 4 forms a cross-linked structure using an electron beam. According to this technique, residual radicals generated by an electron beam and not involved in the cross-linking reaction are generated at the time of manufacturing a secondary battery. May cause the electrolyte to deteriorate quickly.

本発明は、このような従来技術の課題を解決し、耐酸化性に優れたセパレータを含み、従来より高い電圧で充電を行っても優れた信頼性と安全性を両立することのできる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 solves such a problem of the prior art, includes a separator having excellent oxidation resistance, and can achieve both excellent reliability and safety even when charged at a higher voltage than before. An object is to provide a secondary battery.

本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムを可逆的に吸蔵放出が可能な正極および負極と、前記正極および負極の間に配置されたセパレータと、前記正極、負極およびセパレータを収納した電池ケースと、前記電池ケース内に充填された非水電解液とを備え、前記セパレータは、重量平均分子量が50万以上の超高分子量ポリエチレンを主成分とし、前記超高分子量ポリエチレン、ポリノルボルネンおよびグラフトポリエチレンを化学架橋したポリオレフィン樹脂組成物を含み、前記ポリオレフィン樹脂組成物のゲル分率は42%以上57%以下である。   A lithium ion secondary battery according to the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of reversibly occluding and releasing lithium, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a battery case containing the positive electrode, the negative electrode, and the separator. And a non-aqueous electrolyte filled in the battery case, wherein the separator is mainly composed of ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 500,000 or more, and the ultra high molecular weight polyethylene, polynorbornene, and graft polyethylene are included. It contains a chemically crosslinked polyolefin resin composition, and the gel fraction of the polyolefin resin composition is 42% or more and 57% or less.

ある好ましい実施形態において、前記グラフトポリエチレンは無水マレイン酸グラフトポリエチレンである。   In a preferred embodiment, the grafted polyethylene is maleic anhydride grafted polyethylene.

ある好ましい実施形態において、最大充電電圧が4.3V以上4.8V以下である充電器で充電される。   In a preferred embodiment, the battery is charged with a charger having a maximum charging voltage of 4.3V to 4.8V.

ある好ましい実施形態において、前記ポリオレフィン樹脂組成物はリチウムを基準として4.3V以上4.8V以下の電位でも実質的に分解しない。   In a preferred embodiment, the polyolefin resin composition does not substantially decompose even at a potential of 4.3 V to 4.8 V with respect to lithium.

本発明によれば、セパレータの主成分の超高分子量ポリエチレンが化学架橋された三次元構造を有するため、ポリエチレンが酸化する際に生じる炭素−炭素間の回転や結合角度の変化が規制され、ポリエチレンの酸化が抑制される。このため、4.2Vを超える電圧で電池の充電を行った場合でも、セパレータの酸化が防止され、ガス発生が抑制される。また、主成分がポリエチレンであるため、セパレータの融点は従来のポリエチレン製セパレータと同等であり、高い安全性を発現することができる。したがって、本発明によれば、優れた信頼性と安全性を両立する高電圧充電が可能なリチウムイオン二次電池が実現する。   According to the present invention, since the ultra-high molecular weight polyethylene as the main component of the separator has a three-dimensional structure that is chemically crosslinked, the rotation between carbon and carbon and the change in the bond angle that occur when polyethylene is oxidized are regulated. Is inhibited from oxidation. For this reason, even when the battery is charged at a voltage exceeding 4.2 V, oxidation of the separator is prevented and gas generation is suppressed. Moreover, since the main component is polyethylene, the melting point of the separator is equivalent to that of a conventional polyethylene separator, and high safety can be expressed. Therefore, according to the present invention, a lithium ion secondary battery capable of high voltage charging that achieves both excellent reliability and safety is realized.

本発明による非水電解質二次電池の一実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an embodiment of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. 図1の非水電解質二次電池の電極群の断面図を示している。FIG. 2 shows a cross-sectional view of an electrode group of the nonaqueous electrolyte secondary battery in FIG. 1. 実施例2で作製したモデルセルの電極群の断面図を示している。FIG. 3 shows a cross-sectional view of an electrode group of a model cell produced in Example 2. 実施例2で作製したモデルセルの正極の寸法を示している。The dimension of the positive electrode of the model cell produced in Example 2 is shown. 実施例2で作製したモデルセルの負極の寸法を示している。The dimension of the negative electrode of the model cell produced in Example 2 is shown. (a)および(b)は、それぞれ実施例で作製したモデルセルの斜視図および断面図を示している。(A) And (b) has each shown the perspective view and sectional drawing of the model cell produced in the Example. 実施例および比較例によるセパレータのゲル分率と副反応電気量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gel fraction of the separator by an Example and a comparative example, and a side reaction electric energy. 実施例および比較例による充電電圧と電池の膨れ量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the charging voltage by an Example and a comparative example, and the amount of swelling of a battery.

本願発明者は、従来のセパレータを構成するポリエチレンの酸化について詳細に検討した。ポリエチレン((CH2n)が酸化される場合、隣接する2つ炭素に結合する水素が1つずつ引き抜かれてプロトンが生成するとともに、プロトンが引き抜かれた炭素鎖は二重結合を形成する。この反応はポリエチレンの炭素鎖においてひとつ置きに生じ、共役二重結合を形成する。その結果、ポリエチレン中に形成された共役二重結合の炭素鎖上を電子が比較的自由に移動し得る状態となる。このように電子の移動が比較的自由である共役二重結合を含むように炭素鎖が変換することによって、電子の移動、つまり酸化反応がセパレータの内部にまで進行すると考えられる。 The inventor of the present application studied in detail the oxidation of polyethylene constituting a conventional separator. When polyethylene ((CH 2 ) n ) is oxidized, hydrogen bonded to two adjacent carbons is extracted one by one to generate protons, and the carbon chain from which protons are extracted forms a double bond. . This reaction occurs every other carbon chain in the polyethylene to form a conjugated double bond. As a result, the electrons can move relatively freely on the carbon chain of the conjugated double bond formed in the polyethylene. Thus, it is considered that the movement of electrons, that is, the oxidation reaction proceeds to the inside of the separator by converting the carbon chain so as to include a conjugated double bond in which the movement of electrons is relatively free.

上述したようにポリエチレンの酸化によって、炭素−炭素間の結合形態は、自由回転が可能な単結合から回転が不可能な平面形態をとる二重結合へと変化する必要がある。本願発明者は、分子鎖が三次元架橋構造を有するようにポリエチレンの構造を設計することによって、炭素−炭素の結合における自由回転運動を束縛し、物理的に二重結合が形成できないようにすれば、上述したポリエチレンの酸化は進行しないという知見を得た。   As described above, due to the oxidation of polyethylene, the carbon-carbon bond form needs to change from a single bond capable of free rotation to a double bond taking a planar form impossible to rotate. The inventor of the present application constrains the free rotational motion in the carbon-carbon bond by physically designing the polyethylene structure so that the molecular chain has a three-dimensional cross-linked structure, so that a double bond cannot be physically formed. For example, it was found that the above-described oxidation of polyethylene does not proceed.

さらに、本願発明者が鋭意検討した結果、超高分子量ポリエチレンを主成分とし、化学架橋による架橋構造を備えたポリオレフィン樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂組成物のゲル分率が42%以上であれば、ポリエチレン分子鎖の自由回転運動を有効に束縛することが可能となり、二重結合を生成しないという知見を得て、本発明に至った。   Furthermore, as a result of intensive studies by the inventors of the present application, in a polyolefin resin composition having an ultrahigh molecular weight polyethylene as a main component and having a crosslinked structure by chemical crosslinking, if the gel fraction of the polyolefin resin composition is 42% or more, It has become possible to effectively constrain the free rotational movement of polyethylene molecular chains, and has obtained the knowledge that no double bond is formed, leading to the present invention.

以下、図面を参照しながら、本発明によるリチウムイオン二次電池の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a lithium ion secondary battery according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明による非水電解質二次電池の一実施形態を示す斜視図であり、内部の構造が分かるように一部が切断されている。図1に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、電極群1と電極群1を収納する電池ケース4とを備える。電極群1は以下において詳細に説明するように、負極および正極と、これらに挟まれたセパレータとを含む。本実施形態では、負極、セパレータおよび正極はそれぞれシート状であり、積層され状態で渦巻き状に捲回されている。正極および負極には、それぞれアルミニウム製正極リード2およびニッケル製負極リード3が溶接され、電極群1の上部に設けられたポリプロピレン樹脂製の絶縁枠体(図示しない)に装着されている、正極リード2の他端は、アルミニウム製の封口板8の内面にスポット溶接されている。また、負極リード3の他端は、封口板8の中心部に、絶縁材5を介して取り付けられたニッケル製負極端子6の下部にスポット溶接されている。   FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, and a part thereof is cut so that an internal structure can be seen. As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery of this embodiment includes an electrode group 1 and a battery case 4 that houses the electrode group 1. The electrode group 1 includes a negative electrode and a positive electrode, and a separator sandwiched between them, as will be described in detail below. In the present embodiment, each of the negative electrode, the separator, and the positive electrode has a sheet shape, and is wound in a spiral shape in a stacked state. A positive electrode lead and a negative electrode lead 3 made of nickel are welded to the positive electrode and the negative electrode, respectively, and are attached to an insulating frame (not shown) made of polypropylene resin provided on the upper part of the electrode group 1. The other end of 2 is spot welded to the inner surface of the aluminum sealing plate 8. The other end of the negative electrode lead 3 is spot welded to the lower part of a nickel negative electrode terminal 6 attached to the center of the sealing plate 8 via an insulating material 5.

電池ケース4の開口端部と封口板8の周縁部とはレーザー溶接されている。電池ケース4には、所定量の非水電解液が注入口から注入され、注入口がアルミニウム製の栓7で封じられている。   The open end of the battery case 4 and the peripheral edge of the sealing plate 8 are laser welded. A predetermined amount of non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 4 from the inlet, and the inlet is sealed with an aluminum plug 7.

図2は電極群1の一部の断面構造を拡大して示している。図2に示すように、電極群1は、正極11と、負極12と、正極11および負極12の間で挟持されたセパレータ13とを含む。なお、上述したように、本実施形態では、電極群1は渦巻き状に捲回されている。捲回された状態では、正極11と負極12とが隣接するように積層される。このため、図2では、正極11の上側および負極12の下側にそれぞれ別のセパレータが設けられるが、この別のセパレータは示されていない。   FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional structure of a part of the electrode group 1. As shown in FIG. 2, the electrode group 1 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, and a separator 13 sandwiched between the positive electrode 11 and the negative electrode 12. As described above, in the present embodiment, the electrode group 1 is wound in a spiral shape. In the wound state, the positive electrode 11 and the negative electrode 12 are laminated so as to be adjacent to each other. For this reason, in FIG. 2, although another separator is each provided in the upper side of the positive electrode 11, and the lower side of the negative electrode 12, this another separator is not shown.

正極11は、正極集電体11aと正極集電体11aの両面に担持された正極合剤11bとを含んでいる。正極集電体11aには、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金(主要な添加元素はケイ素、炭素、マンガン、マグネシウム、銅など)など、リチウム二次電池用正極の集電体として公知の材料を用いることができる。正極合剤11bは正極活物質を含み、必要に応じて人造黒鉛、天然黒鉛、繊維状カーボンやカーボンブラックなどの導電材料、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤と共にペースト化され、正極集電体11aに塗布、乾燥されることによって、正極集電体11aの両面に担持される。   The positive electrode 11 includes a positive electrode current collector 11a and a positive electrode mixture 11b supported on both surfaces of the positive electrode current collector 11a. For the positive electrode current collector 11a, a material known as a positive electrode current collector for a lithium secondary battery, such as aluminum, titanium, and alloys thereof (main additive elements such as silicon, carbon, manganese, magnesium, copper, etc.) are used. be able to. The positive electrode mixture 11b contains a positive electrode active material and, if necessary, is made into a paste with a conductive material such as artificial graphite, natural graphite, fibrous carbon or carbon black, and a binder such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoroethylene, By being applied to the positive electrode current collector 11a and dried, it is carried on both surfaces of the positive electrode current collector 11a.

正極活物質には、可逆的にリチウムを吸蔵および放出する公知の正極活物質が用いられる。好ましくは、正極活物質は、リチウム含有遷移金属酸化物である。たとえば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi1/3Mn1/3Co1/32、LiMn24、Li2MnO3、LiNi0.5Mn1.54などを挙げることができる。 As the positive electrode active material, a known positive electrode active material that reversibly occludes and releases lithium is used. Preferably, the positive electrode active material is a lithium-containing transition metal oxide. Examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 MnO 3 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and the like.

負極12は、負極集電体12aと、負極集電体12aの両面に担持された負極合剤12bを含んでいる。負極集電体12aには、銅、ニッケル、ステンレスなど、リチウム二次電池用負極の集電体として公知の材料を用いることができる。負極合剤12bは、負極活物質を含み、必要に応じて、人造黒鉛、天然黒鉛、繊維状カーボンやカーボンブラックなどの導電材料およびポリフッ化ビニリデンやスチレン−ブタジエン−ゴムなどの結着剤と共にペースト化され、負極集電体12aに塗布、乾燥されることによって、負極集電体12aの両面に担持される。ホイル状の負極集電体12a上に、負極活物質を含む負極合剤12bを蒸着やスパッタリングにより形成してもよい。   The negative electrode 12 includes a negative electrode current collector 12a and a negative electrode mixture 12b supported on both surfaces of the negative electrode current collector 12a. As the negative electrode current collector 12a, a material known as a current collector of a negative electrode for a lithium secondary battery, such as copper, nickel, and stainless steel, can be used. The negative electrode mixture 12b contains a negative electrode active material and, if necessary, a paste together with a conductive material such as artificial graphite, natural graphite, fibrous carbon or carbon black, and a binder such as polyvinylidene fluoride or styrene-butadiene rubber. Is applied to the negative electrode current collector 12a and dried to be carried on both surfaces of the negative electrode current collector 12a. A negative electrode mixture 12b containing a negative electrode active material may be formed on the foil-shaped negative electrode current collector 12a by vapor deposition or sputtering.

負極活物質には、リチウムを可逆的に吸蔵および放出する公知の負極活物質が用いられる。好ましくは、Liを吸蔵放出可能な黒鉛や非晶質炭素、Liと合金化することが可能なSn、Si、SiOなどの化合物が負極活物質に用いられる。   As the negative electrode active material, a known negative electrode active material that reversibly occludes and releases lithium is used. Preferably, graphite, amorphous carbon capable of occluding and releasing Li, and compounds such as Sn, Si, and SiO capable of being alloyed with Li are used as the negative electrode active material.

図2に示すように、セパレータ13は、正極合剤11bおよび負極合剤12bと対向するように正極11および負極12に挟持されている。セパレータ13は、超高分子量ポリエチレンを主成分とし、化学架橋による架橋構造を備えたポリオレフィン樹脂組成物を含む。より具体的には、ポリオレフィン樹脂組成物は、ポリエチレン分子の主鎖の炭素が他の分子の炭素と直接結合することにより架橋しているか、または、官能基を介して架橋している架橋構造を備えている。これにより、最大充電電圧が4.3V以上4.8V以下である充電器で本実施形態のリチウムイオン二次電池を充電可能であり、この範囲の電位において、セパレータの酸化が実質的に抑制される。したがって、リチウムの利用効率の向上および放電時の平均電圧上昇により、高エネルギー密度のリチウム二次電池が実現する。   As shown in FIG. 2, the separator 13 is sandwiched between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 so as to face the positive electrode mixture 11b and the negative electrode mixture 12b. The separator 13 includes a polyolefin resin composition having ultrahigh molecular weight polyethylene as a main component and having a crosslinked structure by chemical crosslinking. More specifically, the polyolefin resin composition has a crosslinked structure in which the carbon of the main chain of the polyethylene molecule is crosslinked by directly bonding to the carbon of another molecule, or is crosslinked through a functional group. I have. As a result, the lithium ion secondary battery of the present embodiment can be charged with a charger having a maximum charging voltage of 4.3 V or more and 4.8 V or less, and oxidation of the separator is substantially suppressed at a potential in this range. The Therefore, a high energy density lithium secondary battery is realized by improving the utilization efficiency of lithium and increasing the average voltage during discharge.

上述したように、このような特徴を有するポリオレフィン樹脂組成物では、架橋構造によって、ポリエチレンが酸化する際に生じる炭素−炭素の結合における自由回転運動および結合角が束縛され、物理的に二重結合が形成できないようにポリエチレンの分子構造が三次元的に規制されている。このため、ポリエチレンの酸化が抑制される。   As described above, in the polyolefin resin composition having such characteristics, the cross-linked structure constrains the free rotational motion and bond angle in the carbon-carbon bond generated when polyethylene is oxidized, so that it is physically a double bond. The molecular structure of polyethylene is regulated three-dimensionally so that cannot be formed. For this reason, the oxidation of polyethylene is suppressed.

ポリオレフィン樹脂組成物の架橋構造は、放射線架橋ではなく、化学架橋によって形成されていることが好ましい。放射線架橋による残留ラジカルは二次電池製造時に電解液と反応し電解液の劣化を早める可能性があるからである。   The crosslinked structure of the polyolefin resin composition is preferably formed not by radiation crosslinking but by chemical crosslinking. This is because residual radicals due to radiation cross-linking may react with the electrolytic solution during the production of the secondary battery to accelerate the deterioration of the electrolytic solution.

ポリオレフィン樹脂組成物のゲル分率は42%以上であることが好ましい。以下に示すように実験結果によれば、ゲル分率は42%未満であれば、ポリエチレン分子の構造規制が十分でないため、ポリエチレンの酸化抑制効果が十分には得られない。ポリエチレンの酸化抑制効果という観点では、ゲル分率の上限に特に制限はない。ゲル分率が高くなり、架橋が多くなるほど、ポリエチレン分子の構造規制が規制され、ポリエチレンの酸化が抑制される。ただし、ゲル分率があまり高くなりすぎると、ポリオレフィン樹脂組成物が硬くなり延伸性なども低下するため、薄膜状のセパレータとしてポリオレフィン樹脂組成物を成形することが困難になる。また、空孔率が小さくなり、リチウムイオン二次電池用のセパレータとして適さなくなる。このため、ポリオレフィン樹脂組成物のゲル分率は42%以上57%以下であることがより好ましい。   The gel fraction of the polyolefin resin composition is preferably 42% or more. As shown below, according to the experimental results, if the gel fraction is less than 42%, the structure regulation of the polyethylene molecule is not sufficient, so that the oxidation inhibition effect of polyethylene cannot be sufficiently obtained. From the viewpoint of the effect of inhibiting oxidation of polyethylene, there is no particular limitation on the upper limit of the gel fraction. As the gel fraction increases and the cross-linking increases, the structural regulation of the polyethylene molecule is regulated and the oxidation of the polyethylene is suppressed. However, if the gel fraction is too high, the polyolefin resin composition becomes hard and the stretchability and the like are also lowered, so that it becomes difficult to mold the polyolefin resin composition as a thin film separator. In addition, the porosity is reduced, making it unsuitable as a separator for a lithium ion secondary battery. For this reason, the gel fraction of the polyolefin resin composition is more preferably 42% or more and 57% or less.

ゲル分率は、以下のようにして求める。まず、ポリオレフィン樹脂組成物をm−キシレン(沸点:139℃)に浸漬し、m−キシレンを加熱して還流条件下で5時間沸騰させる。その後、m−キシレンに溶解せずに残存した固形物を取り出し、乾燥させた重量を計測する。ポリオレフィン樹脂組成物の初期重量をP0とし、残存固形物乾燥後の重量をP1としたとき、ゲル分率R(%)は以下の式により求められる。
R(%)=100×P1/P0
The gel fraction is determined as follows. First, the polyolefin resin composition is immersed in m-xylene (boiling point: 139 ° C.), and m-xylene is heated and boiled under reflux conditions for 5 hours. Then, the solid substance which remained without being dissolved in m-xylene is taken out, and the dried weight is measured. When the initial weight of the polyolefin resin composition is P 0 and the weight after drying of the residual solid is P 1 , the gel fraction R (%) is obtained by the following formula.
R (%) = 100 × P 1 / P 0

沸騰したm−キシレンへの溶解性は架橋によって分子量が増大することにより、低下することから、このようにして定められる値は、架橋の度合いを示す指標として用いることができる。   Since the solubility in boiling m-xylene decreases due to an increase in molecular weight due to crosslinking, the value thus determined can be used as an indicator of the degree of crosslinking.

ポリオレフィン樹脂組成物は、たとえば、超高分子量ポリエチレン、ポリノルボルネンおよびグラフトポリエチレンを化学架橋することによって得ることができる。より具体的には、超高分子量ポリエチレンは重量平均分子量が50万以上であり、組成物の機械的強度を高くする観点から、重量平均分子量が100万以上であることが好ましい。   The polyolefin resin composition can be obtained, for example, by chemically crosslinking ultrahigh molecular weight polyethylene, polynorbornene, and graft polyethylene. More specifically, the ultrahigh molecular weight polyethylene has a weight average molecular weight of 500,000 or more, and preferably has a weight average molecular weight of 1,000,000 or more from the viewpoint of increasing the mechanical strength of the composition.

ポリノルボルネンは、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−5−エン(ノルボルネン)を単独で開環重合させたものであり、分子鎖に炭素−炭素二重結合(C=C)を有している。重合後の分子量は200万以上であることが好ましい。   Polynorbornene is obtained by ring-opening polymerization of bicyclo [2,2,1] hept-5-ene (norbornene) alone, and has a carbon-carbon double bond (C = C) in the molecular chain. Yes. The molecular weight after polymerization is preferably 2 million or more.

また、グラフトポリエチレンは極性基をグラフとした変性ポリエチレンであり、極性基として無水マレイン酸残基をグラフとした無水マレイン酸グラフトポリエチレンが特に好ましい。   The graft polyethylene is a modified polyethylene having a polar group as a graph, and a maleic anhydride-grafted polyethylene having a maleic anhydride residue as a polar group as a graph is particularly preferable.

これらの高分子(超高分子量ポリエチレン、ポリノルボルネンおよびグラフトポリエチレン)を流動パラフィンなどの脂環式炭化水素と共に混合し、100℃〜200℃の温度条件で混練することによって、高分子を均一に分散させる。混練物を冷却し、シート状に成形した後、脱溶媒処理によって流動パラフィンを除去する。その後、熱処理を行うことによって化学架橋したポリオレフィン組成物が得られる。   These polymers (ultra high molecular weight polyethylene, polynorbornene and graft polyethylene) are mixed with alicyclic hydrocarbons such as liquid paraffin and kneaded at a temperature of 100 ° C to 200 ° C to uniformly disperse the polymers. Let After cooling and kneading the kneaded material, the liquid paraffin is removed by a solvent removal treatment. Thereafter, a chemically crosslinked polyolefin composition is obtained by heat treatment.

高分子と流動パラフィンとの混練物における高分子の配合量は5〜30重量%であることが好ましく、10〜25重量%であることがより好ましい。配合量を5重量%以上にすることによって、十分な強度を有するセパレータを得ることができる。また、配合量を30重量%以下にすることによって、ポリエチレンを十分に流動パラフィンに溶解させ、ポリマー鎖の十分な絡み合いを得ることができる。混練物には、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、染料、造核剤、顔料、帯電防止剤などの添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で添加してもよい。   The blending amount of the polymer in the kneaded product of the polymer and liquid paraffin is preferably 5 to 30% by weight, and more preferably 10 to 25% by weight. By setting the blending amount to 5% by weight or more, a separator having sufficient strength can be obtained. Moreover, by making a compounding quantity into 30 weight% or less, polyethylene can fully be dissolved in a liquid paraffin and sufficient entanglement of a polymer chain can be obtained. If necessary, additives such as antioxidants, ultraviolet absorbers, dyes, nucleating agents, pigments and antistatic agents may be added to the kneaded product as long as the object of the present invention is not impaired.

混練および冷却は公知の方法で行うことができる。たとえば、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いてバッチ式で上述の高分子と流動パラフィンを混練し、次に冷却された金属板で混練物を挟み込み、シートにする。あるいは、Tダイなどを取り付けた押出機などを用いて混練物を押出し、次いで冷却されたロールに接触させることにより、シートを形成してもよい。   Kneading and cooling can be performed by a known method. For example, the above-mentioned polymer and liquid paraffin are kneaded batch-wise using a Banbury mixer, a kneader, etc., and then the kneaded product is sandwiched between cooled metal plates to form a sheet. Or you may form a sheet | seat by extruding a kneaded material using the extruder etc. which attached T dies etc., and then making it contact with the cooled roll.

脱溶媒処理に先立ち、延伸処理を行ってもよい。延伸処理の方法に特に制限はなく、通常のテンダー法、ロール法、インフレーション法、または、これらの方法を組み合わせてもよい。さらに一軸延伸および二軸延伸のいずれの方式を用いてもよい。二軸延伸を行う場合、縦横同時延伸および逐次延伸のいずれであってもよい。ただし、均一性および強度の観点からは、同時二軸延伸によって延伸処理を行うことが好ましい。延伸処理の温度は100℃〜140℃であることが好ましい。   Prior to the solvent removal treatment, a stretching treatment may be performed. There is no restriction | limiting in particular in the method of an extending | stretching process, You may combine a normal tender method, a roll method, an inflation method, or these methods. Furthermore, any method of uniaxial stretching and biaxial stretching may be used. When biaxial stretching is performed, any of longitudinal and lateral simultaneous stretching and sequential stretching may be used. However, from the viewpoint of uniformity and strength, it is preferable to perform stretching by simultaneous biaxial stretching. It is preferable that the temperature of an extending | stretching process is 100 to 140 degreeC.

脱溶媒処理は混練物のシートから流動パラフィンを除去し、多孔質構造を形成させる工程であり、たとえば、シートを溶剤で洗浄することによって、流動パラフィンを除去することができる。溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、デカンなどの炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素などの塩化炭化水素、三フッ化エタンなどのフッ化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル類、メタノール、エタノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類など、易揮発性溶剤が挙げられる。これらの溶剤は単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。溶剤を用いた洗浄方法に特に制限はなく、たとえば、延伸処理を行ったシートを溶剤中に浸漬し、流動パラフィンをシートから抽出する方法などが挙げられる。   The solvent removal treatment is a step of removing liquid paraffin from the kneaded sheet to form a porous structure. For example, the liquid paraffin can be removed by washing the sheet with a solvent. Solvents include hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane and decane, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride, fluorinated hydrocarbons such as ethane trifluorofluoride, ethers such as diethyl ether and dioxane, methanol, Examples of the volatile solvent include alcohols such as ethanol and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. These solvents may be used alone or in combination of two or more. There is no restriction | limiting in particular in the washing | cleaning method using a solvent, For example, the method of immersing the sheet | seat which performed the extending process in a solvent, and extracting a liquid paraffin from a sheet | seat etc. is mentioned.

シートの熱処理に特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。1回の熱処理を行う一段式熱処理法でもよく、昇温しながら熱処理する昇温式熱処理法でもよい。熱処理温度は、シートの組成にも依存するが、110℃〜140℃であることが好ましい。熱処理時間は0.5時間〜2時間程度である。   There is no restriction | limiting in particular in the heat processing of a sheet | seat, A well-known method can be used. A one-stage heat treatment method in which heat treatment is performed once may be used, or a temperature raising heat treatment method in which heat treatment is performed while raising the temperature may be used. The heat treatment temperature depends on the composition of the sheet, but is preferably 110 ° C to 140 ° C. The heat treatment time is about 0.5 to 2 hours.

シートの熱処理は酸素存在下で行うことが好ましい。酸素存在下で熱処理を行うことによって、ポリオレフィン樹脂組成物を化学架橋することができる。化学架橋の反応機構は複雑であり、架橋される理由は必ずしも明確ではないが、ポリノルボルネンの炭素−炭素二重結合部位(C=C)に酸素が作用してラジカルを生成し、そのラジカル部位が他の分子の炭素原子と直接結合するか、または、官能基を介して結合し、超高分子量ポリエチレン、ポリノルボルネンおよびグラフトポリエチレンが架橋構造を形成するものと考えられる。   The heat treatment of the sheet is preferably performed in the presence of oxygen. By performing the heat treatment in the presence of oxygen, the polyolefin resin composition can be chemically crosslinked. The reaction mechanism of chemical cross-linking is complicated, and the reason for cross-linking is not necessarily clear, but oxygen acts on the carbon-carbon double bond site (C = C) of polynorbornene to generate a radical, and the radical site Are bonded directly to carbon atoms of other molecules or bonded through functional groups, and ultrahigh molecular weight polyethylene, polynorbornene and grafted polyethylene are considered to form a crosslinked structure.

炭素−炭素二重結合の量、すなわち、ポリノルボルネンの配合量および熱処理温度を調整することによって、架橋反応の密度や速度が変化し、ポリオレフィン樹脂組成物のゲル分率を調整することができる。生成したポリオレフィン組成物のゲル分率は、上述した方法によって測定することができる。 セパレータ13は、上述のポリオレフィン樹脂組成物を含み、全体として、大きなイオン透過度および所定の機械的強度を有する絶縁性の微多孔膜である。セパレータ13の孔径は、電極シートより脱離した活物質、結着剤、導電剤が透過しない範囲であることが好ましく、たとえば、0.01〜1μmであることが好ましい。セパレータ13の厚さは、5〜300μmである。また、空孔率は、電子やイオンの透過性と素材や膜の突き刺し強度に応じて決定されるが、一般的には20〜90%であることが好ましい。上述した範囲の孔を有している限り、セパレータ13は、バルク材料からなる微多孔膜シートであってもよいし、不織布であってもよい。   By adjusting the amount of carbon-carbon double bonds, that is, the blending amount of polynorbornene and the heat treatment temperature, the density and speed of the crosslinking reaction can be changed, and the gel fraction of the polyolefin resin composition can be adjusted. The gel fraction of the produced polyolefin composition can be measured by the method described above. The separator 13 is an insulating microporous film that includes the above-described polyolefin resin composition and has a large ion permeability and a predetermined mechanical strength as a whole. The pore diameter of the separator 13 is preferably in a range in which the active material, the binder, and the conductive agent detached from the electrode sheet do not permeate, and is preferably 0.01 to 1 μm, for example. The thickness of the separator 13 is 5 to 300 μm. Further, the porosity is determined according to the permeability of electrons and ions and the piercing strength of the material and the film, but is generally preferably 20 to 90%. As long as it has the hole of the range mentioned above, the separator 13 may be a microporous film sheet made of a bulk material or a non-woven fabric.

また、セパレータ13は、リチウムイオン二次電池の安全性の観点から、100℃以上140℃以下で孔を閉塞し、抵抗をあげる機能(シャットダウン機能)を持つことが好ましい。100℃より低い温度で孔が閉塞すると、真夏の車中等の高温環境下での使用時に電池機能を損失する可能性があり、一方で140℃より高い温度での孔の閉塞では、電池の短絡等に伴う自己発熱を十分に抑制できない可能性がある。上述のポリオレフィン樹脂組成物はポリエチレンを主成分とするため、従来のポリエチレンセパレータと同様の温度範囲において孔が閉塞し、シャットダウン機能が発現する。   In addition, from the viewpoint of safety of the lithium ion secondary battery, the separator 13 preferably has a function of closing the hole at 100 ° C. or higher and 140 ° C. or lower and increasing the resistance (shutdown function). If the hole is blocked at a temperature lower than 100 ° C, the battery function may be lost when used in a high temperature environment such as in a midsummer car. On the other hand, if the hole is blocked at a temperature higher than 140 ° C, the battery may be short-circuited. There is a possibility that self-heating caused by the above cannot be sufficiently suppressed. Since the above-mentioned polyolefin resin composition contains polyethylene as a main component, the pores are blocked in the same temperature range as that of a conventional polyethylene separator, and a shutdown function is exhibited.

電池ケース4内に充填される非水電解液は、溶媒と、その溶媒に溶解するリチウム塩とによって構成される。非水溶媒としては、たとえば、エチレンカーボネ−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類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの非環状カーボネート類などを用いることができる。これらの一種または二種以上を混合して使用する。なかでも環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合系を主成分とすることが好ましい。   The non-aqueous electrolyte filled in the battery case 4 is composed of a solvent and a lithium salt dissolved in the solvent. Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, and non-cyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dipropyl carbonate. be able to. One of these or a mixture of two or more are used. In particular, it is preferable to use a mixed system of cyclic carbonate and acyclic carbonate as a main component.

これらの溶媒に溶解するリチウム塩としては、たとえばLiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO22、LiN(CF3SO22などを用いることができる。これらのリチウム塩を使用する電解液等に単独または二種以上を組み合わせて使用することができる。特にLiPF6を含ませることがより好ましい。 Examples of the lithium salt dissolved in these solvents include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2, and the like. Can be used. These electrolytes using lithium salts can be used alone or in combination of two or more. In particular, it is more preferable to include LiPF 6 .

また、非水電解液は有機高分子に担持させ、ゲル電解質として用いることもできる。非水電解液を担持させる有機高分子としては、たとえば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレートやこれらの誘導体などを用いることができる。   Further, the nonaqueous electrolytic solution can be supported on an organic polymer and used as a gel electrolyte. Examples of the organic polymer that supports the non-aqueous electrolyte include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polyacrylate, polymethacrylate, and derivatives thereof.

電池ケース4としては、AlやFe等の金属性の電池缶や金属箔の両面に樹脂フィルムをラミネートしたラミネートフィルムを袋状にしたものを用いることができる。市場における電池の更なる薄型化や軽量化の要望に応えるためには、ラミネートフィルム製の電池ケースを用いることが好ましい。また、電池ケース4に規定される電池の形状は、特に制限はなく、円筒形、扁平形および角形のいずれでもよい。   As the battery case 4, a metal battery can such as Al or Fe or a laminate film obtained by laminating a resin film on both surfaces of a metal foil in a bag shape can be used. In order to meet demands for further thinning and weight reduction of batteries in the market, it is preferable to use a battery case made of a laminate film. The shape of the battery defined in the battery case 4 is not particularly limited, and may be any of a cylindrical shape, a flat shape, and a square shape.

このように構成されるリチウムイオン二次電池によれば、セパレータの主成分であるポリエチレンは化学架橋され三次元構造を有し、炭素鎖における炭素−炭素単結合の回転や、炭素−炭素結合角度の変化が規制されている。このため、ポリエチレンの炭素−炭素単結合が、酸化状態における炭素−炭素二重結合へ変換するのが抑制される。これにより、ポリエチレンの酸化が防止される。   According to the lithium ion secondary battery configured as described above, the polyethylene as the main component of the separator is chemically cross-linked and has a three-dimensional structure, rotation of carbon-carbon single bonds in the carbon chain, and carbon-carbon bond angle. Changes are regulated. For this reason, it is suppressed that the carbon-carbon single bond of polyethylene converts into the carbon-carbon double bond in an oxidation state. Thereby, the oxidation of polyethylene is prevented.

したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池によれば、一般的なポリエチレンの酸化が起きる4.2Vを超える電圧で電池の充電を行った場合でも、セパレータの酸化が防止され、ガス発生が抑制される。一方、セパレータの主成分はポリエチレンであるため、従来と同様の温度範囲において、シャットダウン機能を発現し、高い安全性を確保することができる。したがって、本実施形態によれば、優れた信頼性と安全性を両立する高電圧充電可能なリチウムイオン二次電池が実現する。   Therefore, according to the lithium ion secondary battery of the present embodiment, even when the battery is charged at a voltage exceeding 4.2 V at which general polyethylene is oxidized, the separator is prevented from being oxidized and gas generation is suppressed. Is done. On the other hand, since the main component of the separator is polyethylene, a shutdown function is exhibited and high safety can be ensured in the same temperature range as in the past. Therefore, according to this embodiment, a high voltage rechargeable lithium ion secondary battery that achieves both excellent reliability and safety is realized.

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below. However, the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
本発明のリチウムイオン二次電池で用いるセパレータおよび従来のセパレータを作成し、耐酸化性を評価した。
<Example 1>
A separator used in the lithium ion secondary battery of the present invention and a conventional separator were prepared and evaluated for oxidation resistance.

1.セパレータの作製
本発明によるリチウムイオン二次電池に用いる実施例のセパレータA〜Cおよび比較例のセパレータD〜Iを以下のようにして作製した。
1. Production of Separator The separators A to C of Examples and the separators D to I of Comparative Examples used for the lithium ion secondary battery according to the present invention were produced as follows.

《実施例》
(セパレータA)重量平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン(融点:137℃)76重量%、重量平均分子量が25万の無水マレイン酸グラフトポリエチレン(日本ポリエチレン製、ADTEX ER403A)16重量%、ポリノルボルネン(日本ゼオン(株)製、ノーソレックスNB 重量平均分子量200万以上)8重量%からなる樹脂組成物15重量部と、流動パラフィン85重量部とをスラリー状に均一に混合し、160℃の温度で二軸押出機にて溶解混練し、厚さ4mmのシートに押出成形した。シート成形体を一定のテンション下で引取り、いったん10℃の冷却水にて冷却されたロールによって冷却成形した後、120℃のベルトプレス機にてプレスし、厚さ1mmの樹脂シートを作製した。樹脂シートを123℃の温度、速度10mm/secで同時に縦横4.0倍×4.0倍に二軸延伸することによって、延伸フィルムを作製し、ヘプタンを用いて延伸フィルムから流動パラフィンを除去した。その後、延伸フィルムを122℃の恒温オーブンに入れ、気流を当てながら2時間保持し、架橋反応をおこさせることにより、セパレータAを作製した。作製したセパレータAの膜厚は17.5μmであり、空孔率は41%であり、ゲル分率は42%であった。
"Example"
(Separator A) Ultra-high molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight of 1 million (melting point: 137 ° C.) 76% by weight, maleic anhydride graft polyethylene with a weight average molecular weight of 250,000 (manufactured by Nippon Polyethylene, ADDEX ER403A) 16% by weight, poly 15 parts by weight of a resin composition comprising 8% by weight of norbornene (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., Nosorex NB weight average molecular weight of 2 million or more) and 85 parts by weight of liquid paraffin are uniformly mixed in a slurry state, It melt-kneaded with the twin-screw extruder at temperature, and extrusion-molded into a 4 mm-thick sheet. The sheet compact was taken out under a certain tension, cooled once with a roll cooled with 10 ° C. cooling water, and then pressed with a 120 ° C. belt press to produce a 1 mm thick resin sheet. . A stretched film was prepared by simultaneously biaxially stretching the resin sheet at a temperature of 123 ° C. at a speed of 10 mm / sec at a length and width of 4.0 × 4.0 times, and liquid paraffin was removed from the stretched film using heptane. . Thereafter, the stretched film was placed in a constant temperature oven at 122 ° C., held for 2 hours while applying an air current, and subjected to a crosslinking reaction, thereby producing a separator A. The thickness of the produced separator A was 17.5 μm, the porosity was 41%, and the gel fraction was 42%.

(セパレータB)重量平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン(融点:137℃)75重量%、重量平均分子量が25万の無水マレイン酸グラフトポリエチレン(日本ポリエチレン製、ADTEX ER403A)15重量%、ポリノルボルネン(日本ゼオン(株)製、ノーソレックスNB 重量平均分子量200万以上)10重量%からなる樹脂組成物を用いたこと以外はセパレータAと同様の条件でセパレータBを作製した。作製したセパレータBの膜厚は16.5μmであり、空孔率は37%であり、ゲル分率は53%であった。   (Separator B) 75% by weight of ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1 million (melting point: 137 ° C.), 15% by weight of maleic anhydride grafted polyethylene having a weight average molecular weight of 250,000 (manufactured by Nippon Polyethylene, ADDEX ER403A), poly Separator B was produced under the same conditions as separator A, except that a resin composition comprising 10% by weight of norbornene (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., Northolex NB weight average molecular weight of 2 million or more) was used. The produced separator B had a film thickness of 16.5 μm, a porosity of 37%, and a gel fraction of 53%.

(セパレータC)重量平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン(融点:137℃)71量%、重量平均分子量が25万の無水マレイン酸グラフトポリエチレン(日本ポリエチレン製、ADTEX ER403A)14重量%、ポリノルボルネン(日本ゼオン(株)製、ノーソレックスNB 重量平均分子量200万以上)15重量%からなる樹脂組成物を用い、流動パラフィンを除去した延伸フィルムを124℃の恒温オーブン中で2時間保持したこと以外はセパレータAと同様の条件でセパレータCを作製した。作製したセパレータCの膜厚は14.5μmであり、空孔率は30%であり、ゲル分率は57%であった。   (Separator C) Ultrahigh molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight of 1,000,000 (melting point: 137 ° C.) 71% by weight, maleic anhydride grafted polyethylene with a weight average molecular weight of 250,000 (manufactured by Nippon Polyethylene, ADDEX ER403A) 14% by weight, poly Using a resin composition comprising 15% by weight of norbornene (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., Nosolex NB weight average molecular weight of 2 million or more), the stretched film from which liquid paraffin has been removed was held in a constant temperature oven at 124 ° C. for 2 hours. A separator C was produced under the same conditions as for the separator A except for the above. The produced separator C had a film thickness of 14.5 μm, a porosity of 30%, and a gel fraction of 57%.

《比較例》
(セパレータD)重量平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン(融点:137℃)83量%、重量平均分子量が25万の無水マレイン酸グラフトポリエチレン(日本ポリエチレン製、ADTEX ER403A)17重量%からなる樹脂組成物を用い、流動パラフィンを除去した延伸フィルムを120℃の恒温オーブン中で2時間保持したこと以外はセパレータAと同様の条件でセパレータDを作製した。作製したセパレータDの膜厚は21μmであり、空孔率は52%であり、ゲル分率は0%であった。
《Comparative example》
(Separator D) Ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 (melting point: 137 ° C.) 83% by weight, maleic anhydride graft polyethylene having a weight average molecular weight of 250,000 (manufactured by Nippon Polyethylene, ADDEX ER403A) 17% by weight Separator D was produced under the same conditions as separator A except that the stretched film from which liquid paraffin was removed was held in a constant temperature oven at 120 ° C. for 2 hours using the resin composition. The thickness of the produced separator D was 21 μm, the porosity was 52%, and the gel fraction was 0%.

(セパレータE)重量平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン(融点:137℃)81量%、重量平均分子量が25万の無水マレイン酸グラフトポリエチレン(日本ポリエチレン製、ADTEX ER403A)16重量%、ポリノルボルネン(日本ゼオン(株)製、ノーソレックスNB 重量平均分子量200万以上)3重量%からなる樹脂組成物を用い、流動パラフィンを除去した延伸フィルムを120℃の恒温オーブン中で2時間保持したこと以外はセパレータAと同様の条件でセパレータEを作製した。作製したセパレータEの膜厚は20μmであり、空孔率は51%であり、ゲル分率は15%であった。   (Separator E) Ultra high molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight of 1,000,000 (melting point: 137 ° C.) 81% by weight, maleic anhydride grafted polyethylene with a weight average molecular weight of 250,000 (manufactured by Nippon Polyethylene, ADDEX ER403A) 16% by weight, poly Using a resin composition comprising 3% by weight of norbornene (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., Northolex NB weight average molecular weight of 2 million or more), the stretched film from which liquid paraffin has been removed was held in a constant temperature oven at 120 ° C. for 2 hours. A separator E was produced under the same conditions as the separator A except for the above. The manufactured separator E had a film thickness of 20 μm, a porosity of 51%, and a gel fraction of 15%.

(セパレータF)重量平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン(融点:137℃)78量%、重量平均分子量が25万の無水マレイン酸グラフトポリエチレン(日本ポリエチレン製、ADTEX ER403A)15重量%、ポリノルボルネン(日本ゼオン(株)製、ノーソレックスNB 重量平均分子量200万以上)7重量%からなる樹脂組成物を用い、樹脂シートを125℃の温度、速度10mm/secで同時に縦横4.5倍×4.5倍に二軸延伸することによって、延伸フィルムを作製し、流動パラフィンを除去した延伸フィルムを120℃の恒温オーブン中で2時間保持したこと以外はセパレータAと同様の条件でセパレータFを作製した。作製したセパレータFの膜厚は15μmであり、空孔率は54%であり、ゲル分率は27%であった。   (Separator F) Ultrahigh molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight of 1 million (melting point: 137 ° C.) 78% by weight, maleic anhydride grafted polyethylene with a weight average molecular weight of 250,000 (manufactured by Nippon Polyethylene, ADDEX ER403A) 15% by weight, poly Using a resin composition comprising 7% by weight of norbornene (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., Nosorex NB weight average molecular weight of 2 million or more), the resin sheet is simultaneously at a temperature of 125 ° C. and a speed of 10 mm / sec. The separator F was prepared under the same conditions as the separator A except that a stretched film was prepared by biaxially stretching 4.5 times and the stretched film from which liquid paraffin had been removed was kept in a constant temperature oven at 120 ° C. for 2 hours. Produced. The manufactured separator F had a film thickness of 15 μm, a porosity of 54%, and a gel fraction of 27%.

(セパレータG)流動パラフィンを除去した延伸フィルムを126℃の恒温オーブン中で2時間保持したこと以外はセパレータEと同様の条件でセパレータGを作製した。作製したセパレータGの膜厚は17.5μmであり、空孔率は41%であり、ゲル分率は30%であった。   (Separator G) A separator G was produced under the same conditions as the separator E, except that the stretched film from which the liquid paraffin had been removed was held in a constant temperature oven at 126 ° C. for 2 hours. The produced separator G had a film thickness of 17.5 μm, a porosity of 41%, and a gel fraction of 30%.

(セパレータH)流動パラフィンを除去した延伸フィルムを128℃の恒温オーブン中で2時間保持したこと以外はセパレータFと同様の条件でセパレータHを作製した。作製したセパレータGの膜厚は10.5μmであり、空孔率は35%であり、ゲル分率は34%であった。   (Separator H) A separator H was produced under the same conditions as the separator F except that the stretched film from which liquid paraffin had been removed was held in a constant temperature oven at 128 ° C. for 2 hours. The thickness of the produced separator G was 10.5 μm, the porosity was 35%, and the gel fraction was 34%.

(セパレータI)重量平均分子量が100万の超高分子量ポリエチレン(融点:137℃)67量%、重量平均分子量が25万の無水マレイン酸グラフトポリエチレン(日本ポリエチレン製、ADTEX ER403A)13重量%、ポリノルボルネン(日本ゼオン(株)製、ノーソレックスNB 重量平均分子量200万以上)20重量%からなる樹脂組成物を用い、流動パラフィンを除去した延伸フィルムを126℃の恒温オーブン中で8時間保持したこと以外はセパレータAと同様の条件でセパレータIを作製した。作製したセパレータIの膜厚は13μmであり、空孔率は22%であり、ゲル分率は63%であった。セパレータIは、硬く、空孔率も小さすぎる。このため、セパレータIはリチウムイオン二次電池用のセパレータとしては不適であった。   (Separator I) Ultra high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1 million (melting point: 137 ° C.) 67% by weight, maleic anhydride grafted polyethylene having a weight average molecular weight of 250,000 (manufactured by Nippon Polyethylene, ADDEX ER403A) 13% by weight, poly Using a resin composition comprising 20% by weight of norbornene (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., Northolex NB weight average molecular weight of 2 million or more), the stretched film from which liquid paraffin has been removed was held in a constant temperature oven at 126 ° C. for 8 hours. A separator I was produced under the same conditions as for the separator A except for the above. The produced separator I had a film thickness of 13 μm, a porosity of 22%, and a gel fraction of 63%. The separator I is hard and the porosity is too small. For this reason, the separator I was unsuitable as a separator for lithium ion secondary batteries.

2.モデルセルの作製
実施例のセパレータA〜Cおよび比較例のセパレータD〜Hを用いて、以下に示すモデルセルを作製し、セパレータの耐酸化性の評価をモデルセルを用いて行った。
2. Production of Model Cell Using the separators A to C of the examples and the separators D to H of the comparative examples, the following model cells were produced, and the oxidation resistance of the separators was evaluated using the model cells.

(a)正極の作製
厚さ100μmのプラチナ製(3N)シートを図4に示す寸法に打ち抜き、そのまま、図3に示すように、正極21として用いた。
(A) Production of Positive Electrode A platinum (3N) sheet having a thickness of 100 μm was punched into the dimensions shown in FIG. 4 and used as the positive electrode 21 as shown in FIG.

(b)負極の作製
図5に示すようにステンレス(SUS304)製メッシュ2を図5に示す寸法に打ち抜き図3に示す集電体22aとして用いた。1辺が22mmの長さを有する正方形状に切断した厚さ150μmの金属リチウム22bを圧着することにより負極22を得た。
(B) Production of Negative Electrode As shown in FIG. 5, a stainless steel (SUS304) mesh 2 was punched out to the dimensions shown in FIG. 5 and used as the current collector 22a shown in FIG. A negative electrode 22 was obtained by press-bonding 150 μm thick metal lithium 22b cut into a square shape with one side having a length of 22 mm.

(c)組立
正極21および負極22と、実施例のセパレータA〜Cおよび比較例のセパレータD〜Hをセパレータ23として用い、図6(a)および(b)に示すような耐酸化性評価用のモデルセルを組み立てた。まず、正極21と負極22とを、セパレータ23を介して積層し、電極群33を作製した。正極21および負極22には、それぞれアルミニウム製正極リード31およびニッケル製負極リード32を溶接した。電極群33を肉厚0.12mmの3方向が開口しているアルミラミネートフィルム製セルケース34の内部に収容し、PP製のテープでアルミラミネートフィルムの内面に固定した。正極リード31および負極リード32が出ている開口部を含む2つの開口部を熱溶着し、アルミラミネートフィルム製セルケース34を袋状にした。所定量の非水電解液を開口部から注入し、減圧、脱気後、減圧状態で開口部を熱溶着することにより、電池内部を密封した。なお、非水電解液には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比30:70の混合溶媒に、1.0mol/Lの濃度になるようにLiPF6を溶解したものを用いた。
(C) Assembly For positive electrode 21 and negative electrode 22, separators A to C of Examples and separators D to H of Comparative Examples as separators 23, for evaluation of oxidation resistance as shown in FIGS. The model cell was assembled. First, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 were laminated | stacked through the separator 23, and the electrode group 33 was produced. An aluminum positive electrode lead 31 and a nickel negative electrode lead 32 were welded to the positive electrode 21 and the negative electrode 22, respectively. The electrode group 33 was housed inside an aluminum laminated film cell case 34 having a wall thickness of 0.12 mm and opened in three directions, and was fixed to the inner surface of the aluminum laminated film with PP tape. Two openings including the opening from which the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 protrude are thermally welded, and the cell case 34 made of an aluminum laminate film is formed into a bag shape. A predetermined amount of non-aqueous electrolyte was injected from the opening, and after depressurization and deaeration, the opening was thermally welded under reduced pressure to seal the inside of the battery. As the non-aqueous electrolyte, a solution of LiPF 6 dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 30:70 so as to have a concentration of 1.0 mol / L was used.

セパレータA〜Hを用いて作製したモデルセルをそれぞれ評価セルA1〜H1とした。   The model cells produced using the separators A to H were designated as evaluation cells A1 to H1, respectively.

3.セパレータの耐酸化性評価
作製した評価セルA1〜H1を評価セル内の電極に均等に0.4MPaの圧力をかけた状態で、60℃の環境下、4.3Vの定電圧充電を100時間行った。定電圧充電時の電流値を計測し、充電開始から100時間までの電流値を積算した電気量を副反応電気量として定義し、セパレータの酸化程度を示す指標とした。
3. Evaluation of oxidation resistance of separator The prepared evaluation cells A1 to H1 were subjected to 4.3 V constant voltage charging for 100 hours in an environment of 60 ° C. with a pressure of 0.4 MPa applied uniformly to the electrodes in the evaluation cell. It was. The current value during constant voltage charging was measured, and the amount of electricity obtained by integrating the current values from the start of charging to 100 hours was defined as a side reaction amount of electricity, which was used as an index indicating the degree of oxidation of the separator.

この評価セルの持つ本来の電気容量は微少な電気二重層容量のみであり、充電開始後すぐに、所定の電気容量が蓄積される。このため100時間の充電中に消費される電気量はセパレータや電解液の酸化等のモデルセル内で起きる充電反応以外の電気化学的副反応電流である。表1に評価結果を示す。   The original electric capacity of this evaluation cell is only a small electric double layer capacity, and a predetermined electric capacity is accumulated immediately after the start of charging. For this reason, the amount of electricity consumed during charging for 100 hours is an electrochemical side reaction current other than the charging reaction that occurs in the model cell, such as the oxidation of the separator or electrolyte. Table 1 shows the evaluation results.

Figure 0005344970
Figure 0005344970

試験終了後のモデルセルを分解し、セパレータを取り出してジメチルカーボネートで洗浄乾燥後、セパレータのラマン分光分析を行った。530nmの入射レーザーに対するラマンシフトが1600cm-1付近に見られたセパレータには表1において○印を付し、観測されなかったセパレータには×印を付している。1600cm-1付近のラマンピークは、炭素−炭素二重結合に帰属される。 The model cell after the test was disassembled, the separator was taken out, washed with dimethyl carbonate and dried, and then subjected to Raman spectroscopic analysis of the separator. A separator in which a Raman shift with respect to an incident laser of 530 nm is observed near 1600 cm −1 is marked with a circle in Table 1, and a separator that was not observed is marked with a cross. The Raman peak near 1600 cm −1 is attributed to a carbon-carbon double bond.

また、表1の評価結果の副反応電気量をゲル分率に対してプロットしたものを図7に示す。   Moreover, what plotted the side reaction electric quantity of the evaluation result of Table 1 with respect to the gel fraction is shown in FIG.

5.評価結果
表1および図7に示されるように、ゲル分率が0%の比較例の評価セルD1に対してゲル分率が15〜34%である比較例の評価セルE1〜H1は、幾分副反応電気量の低下が見られる。このことから、ポリエチレンに三次元架橋を施すことによってポリエチレンの酸化が幾分抑制されることが分かる。しかし、これらの評価セルの充電試験後のセパレータD〜Hには、炭素−炭素二重結合に帰属されるラマンピークが観測されていることから、酸化による炭素−炭素二重結合は生成しており、ポリエチレンの酸化抑制効果が十分ではないことが分かる。
5. Evaluation Results As shown in Table 1 and FIG. 7, the evaluation cells E1 to H1 of the comparative example having a gel fraction of 15 to 34% with respect to the evaluation cell D1 of the comparative example having a gel fraction of 0% A decrease in the amount of electricity on the side reaction is observed. From this, it can be seen that the oxidation of polyethylene is somewhat suppressed by three-dimensionally crosslinking polyethylene. However, since the Raman peaks attributed to the carbon-carbon double bonds are observed in the separators D to H after the charge test of these evaluation cells, the carbon-carbon double bonds due to oxidation are generated. Thus, it can be seen that the oxidation inhibiting effect of polyethylene is not sufficient.

一方、実施例の評価セルA1〜C1では、副反応電気量は、評価セルD1〜H1に比べて明らかに小さい。これは、セパレータの酸化反応が抑制されたためであると考えられる。試験後のセパレータA〜Cには、炭素−炭素二重結合に帰属されるラマンピークが観測されていないことから、炭素−炭素二重結合ほとんど生成しておらず、セパレータの酸化はほとんど生じていないことが分かる。   On the other hand, in the evaluation cells A1 to C1 of the examples, the side reaction electricity amount is clearly smaller than that of the evaluation cells D1 to H1. This is considered to be because the oxidation reaction of the separator was suppressed. In the separators A to C after the test, since no Raman peak attributed to the carbon-carbon double bond was observed, almost no carbon-carbon double bond was formed, and almost no oxidation of the separator occurred. I understand that there is no.

なお、表1および図7に示されるように、実施例の評価セルA1〜C1において、炭素−炭素二重結合は生成していないにもかかわらず、副反応電気量はゼロにはなっていない。これは、評価セルに含まれるセパレータ以外の物質が酸化していることによると考えられる。このようなセパレータ以外の物質とは、非水電解液を構成する溶媒や、非水電解液に含まれる不純物、評価セルに微量に含まれる水などが考えられる。   In addition, as shown in Table 1 and FIG. 7, in the evaluation cells A1 to C1 of the examples, the amount of side reaction is not zero even though the carbon-carbon double bond is not generated. . This is considered to be due to oxidation of substances other than the separator contained in the evaluation cell. Examples of the substance other than the separator include a solvent constituting the non-aqueous electrolyte, impurities contained in the non-aqueous electrolyte, and water contained in a minute amount in the evaluation cell.

また、図7から推察されるように、ゲル分率が42%以上であれば、セパレータの酸化は十分抑制され、ゲル分率が57%を超えても同様の傾向を示すものと考えられる。したがって、セパレータを構成するポリオレフィン樹脂組成物の延伸性を改善し、かつ高い耐酸化特性を備える物質を添加する場合には、超高分子量ポリエチレンを主成分とし、化学架橋による架橋構造を備えたポリオレフィン樹脂組成物のゲル分率は57%以上であってもよい。ただし、ゲル分率が63%であるポリオレフィン樹脂組成物から作製したセパレータIは、空孔率が小さく、また、塑性変形性に乏しいため、リチウム二次電池用のセパレータとしては適さなかった。したがって、主としてこのようなポリオレフィン樹脂組成物のみにより、セパレータを構成する場合には、ゲル分率を42〜57%に調整することによって、十分な耐酸化性を有し、かつリチウムイオン二次電池用のセパレータとして適した物性を有することが分かる。   Moreover, as guessed from FIG. 7, if the gel fraction is 42% or more, the oxidation of the separator is sufficiently suppressed, and it is considered that the same tendency is exhibited even if the gel fraction exceeds 57%. Therefore, when adding a substance having improved stretchability and a high oxidation resistance property to the polyolefin resin composition constituting the separator, a polyolefin having a high molecular weight polyethylene as a main component and having a crosslinked structure by chemical crosslinking The gel fraction of the resin composition may be 57% or more. However, the separator I produced from the polyolefin resin composition having a gel fraction of 63% was not suitable as a separator for a lithium secondary battery because of its low porosity and poor plastic deformability. Therefore, in the case where the separator is mainly composed of only such a polyolefin resin composition, the lithium ion secondary battery has sufficient oxidation resistance by adjusting the gel fraction to 42 to 57%. It can be seen that the material has physical properties suitable as a separator for use.

<実施例2>
本発明のリチウムイオン二次電池で用いるセパレータおよび従来のセパレータのシャットダウン特性を評価した。
<Example 2>
The shutdown characteristics of the separator used in the lithium ion secondary battery of the present invention and the conventional separator were evaluated.

1.セパレータの作製
実施例1で作製した実施例のセパレータA〜Cおよび比較例のセパレータDを用いた。
1. Production of Separator The separators A to C of the example produced in Example 1 and the separator D of the comparative example were used.

2.モデルセルの作製
実施例のセパレータA〜Cおよび比較例のセパレータJを用いて、以下に示すモデルセルを作製した。
2. Production of Model Cell Using the separators A to C of the examples and the separator J of the comparative example, the following model cells were produced.

実施例のセパレータA〜Cおよび比較例のセパレータJを用いて、以下に示す手順によりモデルセルを作製した。セパレータA〜C、Jを用いて作製したモデルセルをそれぞれ評価セルA2〜C2、J2とした。   Using the separators A to C of the examples and the separator J of the comparative example, a model cell was manufactured by the following procedure. The model cells prepared using the separators A to C and J were set as evaluation cells A2 to C2 and J2, respectively.

φ25mmの円筒状の試験室を有し、試験室が密閉可能なSUS製のセルを用い、下部電極および上部電極にそれぞれφ20mmおよびφ10mmの白金板(厚さ:1.0mm)を使用した。φ24mmに打ち抜いたセパレータA〜C、Jを電解液に浸漬し、上部電極と下部電極との間に挟み、セルにセットした。上部電極および下部電極はセルに設けられたバネにて一定の面圧がかかるようにした。電解液にはポリプロピレンカーボネートおよびジメトキシエタンを1:1の容量比で混合した溶媒に、ホウフッ化リチウムを1.0mol/Lの濃度となるように溶解したものを用いた。   A SUS cell having a cylindrical test chamber of φ25 mm and capable of sealing the test chamber was used, and platinum plates (thickness: 1.0 mm) of φ20 mm and φ10 mm were used for the lower electrode and the upper electrode, respectively. Separators A to C and J punched to φ24 mm were immersed in an electrolytic solution, sandwiched between an upper electrode and a lower electrode, and set in a cell. The upper electrode and the lower electrode were applied with a constant surface pressure by a spring provided in the cell. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving lithium borofluoride in a solvent in which polypropylene carbonate and dimethoxyethane were mixed at a volume ratio of 1: 1 to a concentration of 1.0 mol / L was used.

3.セパレータのシャットダウン特性評価
作製した評価セルA2〜C2、J2を用いてセパレータのシャットダウン特性を以下の方法により評価した。
3. Evaluation of shutdown characteristics of separator The shutdown characteristics of the separator were evaluated by the following methods using the produced evaluation cells A2 to C2 and J2.

評価セルA2〜C2、J2に熱電対温度計と交流抵抗計とを接続し、セパレータの温度および交流抵抗が測定できるようにした。180℃に加熱した恒温機内において評価セルA2〜C2、J2を保管し、温度および抵抗の経時変化を測定した。100℃〜150℃における平均昇温速度は10℃/分であった。また、160℃〜170℃における平均昇温速度は4℃/分であった。抵抗値が100Ω・cm2に達したときの温度をシャットダウン温度とした。 A thermocouple thermometer and an AC resistance meter were connected to the evaluation cells A2 to C2 and J2, so that the temperature and AC resistance of the separator could be measured. Evaluation cells A2 to C2 and J2 were stored in a thermostat heated to 180 ° C., and changes with time in temperature and resistance were measured. The average temperature increase rate at 100 ° C. to 150 ° C. was 10 ° C./min. Moreover, the average temperature increase rate in 160 to 170 degreeC was 4 degree-C / min. The temperature at which the resistance value reached 100 Ω · cm 2 was taken as the shutdown temperature.

4.評価結果
表2に示すように、実施例の評価セルA2〜C2におけるシャットダウン温度は、135℃または136℃であり、従来のポリエチレン製セパレータと同様の温度範囲においてシャットダウン機能を発現した。これに対し、比較例の評価セルJ2のシャットダウン温度は、165℃であった。これは、セパレータがポリプロピレンによって構成されており、樹脂の収縮温度が高いためと考えられる。
4). Evaluation results As shown in Table 2, the shutdown temperature in the evaluation cells A2 to C2 of the examples was 135 ° C or 136 ° C, and the shutdown function was exhibited in the same temperature range as that of the conventional polyethylene separator. On the other hand, the shutdown temperature of the evaluation cell J2 of the comparative example was 165 ° C. This is considered because the separator is made of polypropylene and the shrinkage temperature of the resin is high.

Figure 0005344970
Figure 0005344970

以上の結果から、超高分子量ポリエチレンを主成分とし、化学架橋によるゲル分率が42〜57%の架橋構造を備えたポリオレフィン樹脂組成物であっても、架橋構造を有しないポリエチレン製のセパレータと同様の温度範囲において、シャットダウン機能を発現する。よって、リチウムイオン二次電池用セパレータとして好ましい100℃以上140℃以下の温度において、孔を閉塞するというシャットダウン特性を有することが分かる。   From the above results, even with a polyolefin resin composition having a high molecular weight polyethylene as a main component and a crosslinked structure having a gel fraction of 42 to 57% by chemical crosslinking, a polyethylene separator having no crosslinked structure In the same temperature range, the shutdown function is exhibited. Therefore, it turns out that it has the shutdown characteristic which obstruct | occludes a hole in the temperature of 100 to 140 degreeC preferable as a separator for lithium ion secondary batteries.

<実施例3>
実施例1で作製した実施例のセパレータBおよび比較例のセパレータDを用いて図1に示すリチウムイオン二次電池を作製し信頼性評価を行った。
<Example 3>
The lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 was produced using the separator B of the example produced in Example 1 and the separator D of the comparative example, and the reliability was evaluated.

1.リチウムイオン二次電池の作製
(a)正極の作製
図2に示す正極11を以下のように作製した。
1. Production of Lithium Ion Secondary Battery (a) Production of Positive Electrode A positive electrode 11 shown in FIG. 2 was produced as follows.

正極活物質としてLiCoO2(平均粒径8μm、BET法による比表面積4.2m2/g)を用い、この活物質100重量部に、導電剤であるアセチレンブラックを3重量部、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを4重量部および適量のN−メチル−2−ピロリドンを加え、攪拌・混合して、スラリー状の正極合剤11bを得た。なお、ポリフッ化ビニリデンは、予めN−メチル−2−ピロリドンに溶解した状態で用いた。 LiCoO 2 (average particle size: 8 μm, specific surface area by BET method: 4.2 m 2 / g) is used as the positive electrode active material, and 3 parts by weight of acetylene black as a conductive agent is added to 100 parts by weight of this active material as a binder. 4 parts by weight of a certain polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone were added and stirred and mixed to obtain a slurry-like positive electrode mixture 11b. Polyvinylidene fluoride was used in a state of being previously dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone.

次に、厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体11aの両面に、スラリー状の正極合剤11bを塗布し、塗膜を乾燥し、ローラーで圧延した。得られた極板を所定寸法に裁断して正極11を得た。   Next, the slurry-like positive electrode mixture 11b was applied to both surfaces of a current collector 11a made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the coating film was dried and rolled with a roller. The obtained electrode plate was cut into a predetermined size to obtain the positive electrode 11.

正極活物質として用いたLiCoO2は以下の方法によって調製した。まず、硫酸コバルトを溶解させた金属塩水溶液を調製した。金属塩水溶液を攪拌しながら50℃に維持し、その水溶液中に、水酸化ナトリウムを30重量%含む水溶液を滴下し、中和することにより、水酸化コバルトの沈殿を生成させた。 LiCoO 2 used as the positive electrode active material was prepared by the following method. First, an aqueous metal salt solution in which cobalt sulfate was dissolved was prepared. The aqueous metal salt solution was maintained at 50 ° C. with stirring, and an aqueous solution containing 30% by weight of sodium hydroxide was dropped into the aqueous solution and neutralized to produce a precipitate of cobalt hydroxide.

この水酸化コバルトの沈殿を濾過し、水洗し、空気中で乾燥させ、次いで400℃で5時間焼成して、酸化コバルトを得た。得られた酸化コバルトは、粉末X線回折により、単一相であることを確認した。   The cobalt hydroxide precipitate was filtered, washed with water, dried in air, and then calcined at 400 ° C. for 5 hours to obtain cobalt oxide. The obtained cobalt oxide was confirmed to be a single phase by powder X-ray diffraction.

次に、得られた酸化コバルトと炭酸リチウムとをCoの原子数とLiの原子数の比が1:1になるように混合した。この混合物を950℃で10時間焼成した。この後、その焼成物を、粉砕してレーザー回折法で得られる累積50%粒径が8μmの粉末とすることにより、目的とするLiCoO2を得た。得られたLiCoO2は、粉末X線回折により単一相の六方晶構造であることを確認した。 Next, the obtained cobalt oxide and lithium carbonate were mixed so that the ratio of the number of Co atoms to the number of Li atoms was 1: 1. This mixture was calcined at 950 ° C. for 10 hours. Thereafter, the fired product was pulverized to obtain a powder having a cumulative 50% particle size of 8 μm obtained by a laser diffraction method, thereby obtaining the target LiCoO 2 . The obtained LiCoO 2 was confirmed to have a single-phase hexagonal crystal structure by powder X-ray diffraction.

(b)負極の作製
図2に示す負極12を以下のように作製した。
(B) Production of Negative Electrode A negative electrode 12 shown in FIG. 2 was produced as follows.

球状化した天然黒鉛を用い、この活物質100重量部に、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを6重量部および適量のN−メチル−2−ピロリドンを加え、攪拌・混合して、スラリー状の負極合剤12bを得た。なお、ポリフッ化ビニリデンは、予めN−メチル−2−ピロリドンに溶解した状態で用いた。   Using spherical natural graphite, 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone are added to 100 parts by weight of this active material, and the mixture is stirred and mixed. A negative electrode mixture 12b was obtained. Polyvinylidene fluoride was used in a state of being previously dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone.

次に、厚さ15μmの銅箔からなる集電体12aの両面に、前記スラリー状負極合剤12bを塗布し、塗膜を乾燥し、ローラーで圧延した。なお、負極合剤層中の活物質も充填密度は、1.5g/cm3であった。得られた極板を所定寸法に裁断して負極12を得た。 Next, the slurry-like negative electrode mixture 12b was applied to both surfaces of a current collector 12a made of a copper foil having a thickness of 15 μm, the coating film was dried, and rolled with a roller. The filling density of the active material in the negative electrode mixture layer was 1.5 g / cm 3 . The obtained electrode plate was cut into a predetermined size to obtain a negative electrode 12.

負極活物質として用いた球状化した天然黒鉛は以下の手順によって調製した。まず、粉末X線回折から求められるC軸方向の平均面間隔d(002)が3.354nmの鱗片状の天然黒鉛(D50:22.8μm、比重:2.23g/cm3)をハイブリダイゼーション・システム(奈良機械製作所製、NHS−0型)を用いて、メカノケミカル的手法により、球状化処理を行った。本装置は、高速回転するロータ、ステータおよび循環経路から成り、ロータの中心部より装置内に投入された粉末は主にロータおよび粉体同士の衝突による衝撃、圧縮、剪断力を受け、気流と共に循環される。この循環により、鱗片状黒鉛粒子は造粒され、目的とする球状化した天然黒鉛を得た。得られた球状化した天然黒鉛は走査型電子顕微鏡により、略球形状であることを確認した。 Spherical natural graphite used as the negative electrode active material was prepared by the following procedure. First, a scale-like natural graphite (D50: 22.8 μm, specific gravity: 2.23 g / cm 3 ) having an average interplanar spacing d (002) in the C-axis direction determined from powder X-ray diffraction of 3.354 nm is hybridized. A spheroidizing treatment was performed by a mechanochemical method using a system (NHS-0 type, manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.). This device consists of a rotor that rotates at high speed, a stator, and a circulation path. The powder charged into the device from the center of the rotor is mainly subjected to impact, compression, and shearing force caused by the collision between the rotor and the powder. Circulated. By this circulation, the scaly graphite particles were granulated to obtain the desired spheroidized natural graphite. The obtained spheroidized natural graphite was confirmed to be substantially spherical by a scanning electron microscope.

(c)電池の組立
上述した手順によって得られた正極11および負極12を用いて、図1に示す構造を備えたリチウムイオン二次電池(厚さ5.2mm、幅34mm、高さ50mm、設計容量800mAh)を組み立てた。
(C) Battery assembly A lithium ion secondary battery (thickness 5.2 mm, width 34 mm, height 50 mm, design) having the structure shown in FIG. 1 using the positive electrode 11 and the negative electrode 12 obtained by the procedure described above. A capacity of 800 mAh) was assembled.

まず、帯状の正極11と負極12とを、セパレータ13を介して、渦巻き状に捲回して、極板群1を作製した。正極11および負極12には、それぞれアルミニウム製正極リード2およびニッケル製負極リード3を溶接した。極板群の上部にポリプロピレン樹脂製絶縁枠体(図示しない)を装着し、肉厚0.25mmのアルミニウム製電池ケース4の内部に収容した。正極リード2の他端は、アルミニウム製封口板8の内面にスポット溶接した。また、負極リード3の他端は、封口板8の中心部に、絶縁材5を介して取り付けられたニッケル製負極端子6の下部にスポット溶接した。   First, the strip-shaped positive electrode 11 and the negative electrode 12 were spirally wound through the separator 13 to produce the electrode plate group 1. An aluminum positive electrode lead 2 and a nickel negative electrode lead 3 were welded to the positive electrode 11 and the negative electrode 12, respectively. An insulating frame made of polypropylene resin (not shown) was mounted on the upper part of the electrode plate group, and housed inside an aluminum battery case 4 having a thickness of 0.25 mm. The other end of the positive electrode lead 2 was spot welded to the inner surface of the aluminum sealing plate 8. Further, the other end of the negative electrode lead 3 was spot welded to the lower part of the nickel negative electrode terminal 6 attached to the central portion of the sealing plate 8 via the insulating material 5.

次いで、電池ケース4の開口端部と封口板8の周縁部とをレーザー溶接した。そして、所定量の非水電解液を注入口から注入し、最後に注入口を、アルミニウム製の栓7で封じて、電池を完成させた。   Next, the open end of the battery case 4 and the peripheral edge of the sealing plate 8 were laser welded. Then, a predetermined amount of non-aqueous electrolyte was injected from the injection port, and finally the injection port was sealed with an aluminum plug 7 to complete the battery.

非水電解液には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比30:70の混合溶媒100重量部にビニレンカーボネート1重量部を加え、1.0mol/Lの濃度になるようにLiPF6を溶解したものを用いた。 In the non-aqueous electrolyte, 1 part by weight of vinylene carbonate is added to 100 parts by weight of a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 30:70, and LiPF 6 is dissolved to a concentration of 1.0 mol / L. What was done was used.

セパレータBを用いて作製した電池を電池B3、セパレータDを用いて作製した電池を電池D3とする。   A battery manufactured using the separator B is referred to as a battery B3, and a battery manufactured using the separator D is referred to as a battery D3.

(d)初期充放電
電池B3およびD3を25℃環境下にて、以下のような充放電サイクルを3回繰り返し、慣らし充放電を行った。充電は、電流値80mA、充電終止電圧4.2Vの定電流充電とした。放電は、電流値80mA、放電終止電圧3.0Vの定電流放電とした。この慣らし充放電において、2回目のサイクルにおける放電容量と3回目のサイクルにおける放電容量がほぼ一致することを確認し、完成電池とした。
(D) Initial charge / discharge Battery B3 and D3 were conditioned and discharged by repeating the following charge / discharge cycle three times in a 25 ° C. environment. Charging was carried out by constant current charging with a current value of 80 mA and an end-of-charge voltage of 4.2V. The discharge was a constant current discharge with a current value of 80 mA and a discharge end voltage of 3.0 V. In this break-in charging / discharging, it was confirmed that the discharge capacity in the second cycle and the discharge capacity in the third cycle were almost the same, and a completed battery was obtained.

2.リチウム二次電池の評価
初期充放電を行った電池B3とD3を充電し、充電終了後、電池の厚みを測定した。厚みは、電池の厚みが最大となる部分(電池の中央部)を測定し、初期厚みと定義した。充電は、25℃の環境下、4.2Vの定電圧充電(最大電流値:400mA)で行い、電流値が40mAまで減衰した時点で充電を終了した。
2. Evaluation of Lithium Secondary Battery Batteries B3 and D3 subjected to initial charge / discharge were charged, and the thickness of the battery was measured after the charge was completed. The thickness was defined as the initial thickness by measuring the portion where the thickness of the battery was maximum (the center of the battery). Charging was performed at a constant voltage of 4.2 V (maximum current value: 400 mA) in an environment of 25 ° C., and the charging was terminated when the current value was attenuated to 40 mA.

次に、45℃環境下にて、4.2〜5.0Vの定電圧充電(最大電流値:400mA)を1週間行った。定電圧充電が終了した後、25℃の環境下、80mAの電流値で3.0Vまで放電した後充電し、充電終了後、電池の厚みを測定した。厚みは、電池の厚みが最大となる部分(電池の中央部)を測定し、定電圧高温保存後の厚みと定義した。充電は、25℃の環境下、4.2Vの定電圧充電(最大電流値:400mA)で行い、電流値が40mAまで減衰した時点で充電を終了した。   Next, under a 45 ° C. environment, 4.2 to 5.0 V constant voltage charging (maximum current value: 400 mA) was performed for one week. After the constant voltage charging was completed, the battery was discharged after discharging to 3.0 V at a current value of 80 mA in an environment of 25 ° C., and after the charging was completed, the thickness of the battery was measured. The thickness was defined as the thickness after storage at a constant voltage and high temperature, by measuring the portion where the thickness of the battery was maximum (the central portion of the battery). Charging was performed at a constant voltage of 4.2 V (maximum current value: 400 mA) in an environment of 25 ° C., and the charging was terminated when the current value was attenuated to 40 mA.

定電圧高温保存時の信頼性を評価する指標として、膨れ量を求めた。結果を表3に示す。ここで膨れ量は、定電圧高温保存後の厚みから初期厚みを差し引いた値(つまり、膨れ量=定電圧高温保存後の厚み−初期厚み)と定義した。表3に結果を示す。また、図8は充電電圧と膨れ量との関係を示したグラフを示している。   The amount of swelling was determined as an index for evaluating the reliability during high-temperature storage at a constant voltage. The results are shown in Table 3. Here, the swollen amount was defined as a value obtained by subtracting the initial thickness from the thickness after constant voltage high temperature storage (that is, swollen amount = thickness after constant voltage high temperature storage−initial thickness). Table 3 shows the results. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the charging voltage and the amount of swelling.

Figure 0005344970
Figure 0005344970

3.評価結果
表3および図8から明らかなように、一般的な充電電圧である4.2Vよりも高い充電電圧で充電した場合、本発明の実施例の電池Bは、比較例の電池D3に比べて定電圧高温保存時の膨れを抑制することができるのが分かる。また、一般的な充電電圧4.2Vで充電した場合でも、効果は小さいものの比較例の電池D3よりも膨れ量は抑制されることが分かる。
3. Evaluation Results As is apparent from Table 3 and FIG. 8, when charged at a charging voltage higher than a general charging voltage of 4.2 V, the battery B of the example of the present invention is compared with the battery D3 of the comparative example. It can be seen that swelling during constant voltage high temperature storage can be suppressed. Moreover, even when charged with a general charging voltage of 4.2 V, although the effect is small, it can be seen that the swollen amount is suppressed as compared with the battery D3 of the comparative example.

表3および図8から分かるように、実施例の電池Bにおいて、膨れ量はゼロとはなっていない。これは電池B3に含まれるセパレータ以外の物質が酸化していることによって生成するガスが影響しているものと考えられる。このようなセパレータ以外の物質とは、非水電解液を構成する溶媒や、非水電解液に含まれる不純物、電池に微量に含まれる水などが考えられる。   As can be seen from Table 3 and FIG. 8, in the battery B of the example, the amount of swelling is not zero. This is considered to be due to the influence of the gas generated by the oxidation of substances other than the separator contained in the battery B3. Examples of the substance other than the separator include a solvent constituting the non-aqueous electrolyte, impurities contained in the non-aqueous electrolyte, and water contained in a minute amount in the battery.

実施例1で説明したように、充電電圧が4.3Vの場合、炭素−炭素二重結合は生成していないことがラマンスペクトルによって確認できているため、少なくとも4.3V程度の充電電圧では、セパレータの酸化はほとんど生じない。図8において破線で示すように、実施例の電池Bにおいて、充電電圧が4.2Vから4.6Vの範囲では充電電圧と膨れ量とはよく比例している。このことから、充電電圧が4.2Vから4.6Vの範囲において、電池Bにおけるガスの発生は、電圧に比例しており、新たな反応などによるガスの発生の増加が見られないものと考えられる。このことは、この充電電圧範囲では、セパレータはほとんど酸化せず、セパレータ以外の物質が酸化していることによって生成するガスのみが膨れ量に寄与していると考えられる。つまり、表3および図8から、実施例の電池Bによれば、少なくとも充電電圧が4.2Vから4.6Vの範囲においてセパレータの酸化がほぼ完全に抑制されているのではないかと推察される。   As described in Example 1, when the charging voltage is 4.3 V, it has been confirmed by Raman spectrum that no carbon-carbon double bond is generated. Therefore, at a charging voltage of at least about 4.3 V, Little oxidation of the separator occurs. As shown by a broken line in FIG. 8, in the battery B of the example, the charging voltage and the swelling amount are well proportional in the range of the charging voltage from 4.2V to 4.6V. From this, it is considered that the generation of gas in the battery B is proportional to the voltage when the charging voltage is in the range of 4.2 V to 4.6 V, and there is no increase in the generation of gas due to a new reaction or the like. It is done. This is considered that the separator hardly oxidizes in this charging voltage range, and only the gas generated by the oxidation of substances other than the separator contributes to the amount of swelling. That is, from Table 3 and FIG. 8, it is inferred that according to the battery B of the example, the oxidation of the separator is almost completely suppressed at least in the range of the charging voltage from 4.2 V to 4.6 V. .

なお、実施例の電池B3の充電電圧を5.0Vとした場合および比較例の電池D3の充電電圧を4.8V以上とした場合に、原因は明らかではないが内部短絡が発生したため、評価を途中で中断した。そのため、保存後の電池膨れ量は、未測定である。しかし、比較例の電池D3の充電電圧4.6Vにおける膨れ量は、実施例の電池B3の4.8Vにおける膨れ量よりもはるかに多い。したがって、仮に、実施例の電池B3の4.8Vにおいて、セパレータがわずかに酸化し、ガスが発生することによって電池の膨れ生じるとしても、従来のポリエチレンのセパレータに比べて、はるかに酸化によるガスの発生が抑制されており、従来技術に比べて、顕著な効果があると言える。   When the charging voltage of the battery B3 of the example was set to 5.0V and when the charging voltage of the battery D3 of the comparative example was set to 4.8V or more, the cause was not clear, but an internal short circuit occurred. Interrupted on the way. Therefore, the amount of battery swelling after storage has not been measured. However, the swelling amount at the charging voltage of 4.6 V of the battery D3 of the comparative example is much larger than the swelling amount at 4.8 V of the battery B3 of the example. Therefore, even if the separator is slightly oxidized at the 4.8V of the battery B3 of the example and the battery is swollen due to the generation of gas, the gas generated by oxidation is far greater than that of the conventional polyethylene separator. Generation | occurrence | production is suppressed and it can be said that there exists a remarkable effect compared with a prior art.

以上の結果から、本発明の効果を有効に発現するための好ましい充電電圧は4.2V以上4.8V以下であり、さらに好ましい範囲は、4.3V以上4.8V以下であることが分かる。   From the above results, it can be seen that a preferable charging voltage for effectively expressing the effects of the present invention is 4.2 V or more and 4.8 V or less, and a more preferable range is 4.3 V or more and 4.8 V or less.

本発明により、高温高電圧充電した場合でもガスの発生を抑制することが可能となるため、本発明は、高い信頼性と安全性、エネルギー密度を両立するリチウムイオン二次電池に好適に用いられる。たとえば、信頼性が必要とされる携帯型電子機器用の電源として用いることができる。また、本発明は、電気自動車や電力貯蔵用に用いられる大型電池等にも広く適応が可能である。   The present invention makes it possible to suppress the generation of gas even when charged at high temperature and high voltage. Therefore, the present invention is suitably used for a lithium ion secondary battery that achieves both high reliability, safety, and energy density. . For example, it can be used as a power source for portable electronic devices that require reliability. Further, the present invention can be widely applied to electric vehicles, large batteries used for power storage, and the like.

1 電極群
2 正極リード
3 負極リード
4 電池ケース
5 絶縁材
6 負極端子
7 封栓
8 封口板
11 正極
11a 正極集電体
11b 正極合剤
12 負極
12a 負極集電体
12b 負極合剤
13 セパレータ
21 正極
22 負極
22a ステンレス製メッシュ
22b 金属リチウム
23 セパレータ
31 正極リード
32 負極リード
33 電極群
34 セルケース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode group 2 Positive electrode lead 3 Negative electrode lead 4 Battery case 5 Insulation material 6 Negative electrode terminal 7 Sealing 8 Sealing plate 11 Positive electrode 11a Positive electrode collector 11b Positive electrode mixture 12 Negative electrode 12a Negative electrode collector 12b Negative electrode mixture 13 Separator 21 Positive electrode 22 Negative electrode 22a Stainless steel mesh 22b Metallic lithium 23 Separator 31 Positive electrode lead 32 Negative electrode lead 33 Electrode group 34 Cell case

Claims (5)

リチウムを可逆的に吸蔵放出が可能な正極および負極と、
前記正極および負極の間に配置されたセパレータと、
前記正極、負極およびセパレータを収納した電池ケースと、
前記電池ケース内に充填された非水電解液と、
を備え、
前記セパレータは、重量平均分子量が50万以上の超高分子量ポリエチレンを主成分とし、前記超高分子量ポリエチレン、10重量%以上のポリノルボルネンおよびグラフトポリエチレンを化学架橋(放射線架橋を除く)したポリオレフィン樹脂組成物を含み、前記ポリオレフィン樹脂組成物のゲル分率は53%以上57%以下である、リチウムイオン二次電池。
A positive electrode and a negative electrode capable of reversibly inserting and extracting lithium; and
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode;
A battery case containing the positive electrode, negative electrode and separator;
A non-aqueous electrolyte filled in the battery case;
With
The separator is a polyolefin resin composition comprising, as a main component, ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 500,000 or more, and chemically crosslinking (excluding radiation crosslinking) the ultrahigh molecular weight polyethylene, 10% by weight or more of polynorbornene and graft polyethylene. And a gel fraction of the polyolefin resin composition is 53 % or more and 57% or less.
前記グラフトポリエチレンは無水マレイン酸グラフトポリエチレンである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the graft polyethylene is maleic anhydride graft polyethylene. 最大充電電圧が4.3V以上4.8V以下である充電器で充電される請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium ion secondary battery is charged by a charger having a maximum charging voltage of 4.3 V or more and 4.8 V or less. 前記化学架橋が放射線を照射せずに熱処理によって架橋構造を形成する請求項1から3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the chemical crosslinking forms a crosslinked structure by heat treatment without irradiating radiation. 前記ポリノルボルネンは15重量%以下である請求項1から4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the polynorbornene is 15% by weight or less.
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