JP5451426B2 - Battery separator and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents

Battery separator and lithium ion secondary battery using the same Download PDF

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Description

本発明は、耐熱性に優れる電池用のセパレータに関するものであり、さらにはそれをセパレータとして用いることで、特に負荷特性やサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a battery separator excellent in heat resistance, and further relates to a lithium ion secondary battery excellent in load characteristics and cycle characteristics by using it as a separator.

電気化学素子の1種であるリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。また、環境問題への配慮から、繰り返し充電できる二次電池の重要性が増大しており、携帯機器以外にも、自動車、電動工具、電動車椅子や、家庭用、業務用の電力貯蔵システムへの適用が検討されている。   A lithium ion secondary battery, which is one type of electrochemical element, is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density. In addition, due to consideration of environmental issues, the importance of rechargeable secondary batteries is increasing, and in addition to portable devices, there is a need for automobiles, electric tools, electric wheelchairs, and household and commercial power storage systems. Application is under consideration.

前記のように電池に要求される特性は多岐に渡っており、用途別に様々な対応が必要とされている。例えば、使用時間を長くするための高エネルギー密度化や、大電流での使用時の高エネルギー密度化および充電時間の短縮化(すなわち高負荷機器への適応のために入出力特性の更なる向上)が要求されている。更に、繰り返しの充放電サイクルに耐えうる特性も要求されている。これら過酷な使用条件に耐えうる電池の安全性を確保するために、電極、セパレータ、電解液などの各種部材に関して種々検討がされている。   As described above, there are a wide variety of characteristics required for batteries, and various measures are required depending on applications. For example, higher energy density for longer usage time, higher energy density when using at high current, and shorter charging time (ie, further improvement of input / output characteristics for adapting to high load equipment) ) Is required. Furthermore, characteristics that can withstand repeated charge / discharge cycles are also required. In order to ensure the safety of a battery that can withstand these severe use conditions, various studies have been made on various members such as electrodes, separators, and electrolytic solutions.

ところで、現行のリチウム二次電池では正極と負極の間に介在させるセパレータとして、例えば厚みが20〜30μm程度のポリオレフィン系の微多孔膜が使用されている。また、セパレータの素材としては、電池の熱暴走温度以下でセパレータの構成樹脂を溶融させて空孔を閉塞させ、これにより電池の内部抵抗を上昇させて短絡の際などに電池の安全性を向上させる所謂シャットダウン効果を確保するため、融点の低いポリエチレンが適用されることがある。   By the way, in the current lithium secondary battery, as a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, for example, a polyolefin microporous film having a thickness of about 20 to 30 μm is used. In addition, as separator material, the constituent resin of the separator is melted below the thermal runaway temperature of the battery to close the pores, thereby increasing the internal resistance of the battery and improving the safety of the battery in the event of a short circuit. In order to ensure the so-called shutdown effect, polyethylene having a low melting point may be applied.

こうしたセパレータには、例えば、多孔化と強度向上のために一軸延伸または二軸延伸したフィルムが用いられている。このようなセパレータは、単独で存在する膜として供給されるため、作業性などの点で一定の強度が要求され、これを前記延伸によって確保している。しかし、このような延伸フィルムでは結晶化度が増大しており、シャットダウン温度も、電池の熱暴走温度に近い温度にまで高まっているため、電池の安全性確保のためのマージンが十分とは言い難い。   For such a separator, for example, a uniaxially stretched film or a biaxially stretched film is used to increase the porosity and strength. Since such a separator is supplied as a single film, a certain strength is required in terms of workability and the like, and this is secured by the stretching. However, with such a stretched film, the degree of crystallinity has increased, and the shutdown temperature has increased to a temperature close to the thermal runaway temperature of the battery. Therefore, it can be said that the margin for ensuring the safety of the battery is sufficient. hard.

また、前記延伸によってフィルムにはひずみが生じており、これが高温に曝されると、残留応力によって収縮が起こるという問題がある。収縮温度は、融点、すなわちシャットダウン温度と非常に近いところに存在する。このため、ポリオレフィン系の微多孔膜セパレータを使用するときには、充電異常時などに電池の温度がシャットダウン温度に達すると、電流を直ちに減少させて電池の温度上昇を防止しなければならない。空孔が十分に閉塞せず電流を直ちに減少できなかった場合には、電池の温度は容易にセパレータの収縮温度にまで上昇するため、内部短絡の危険性があるからである。   In addition, the film is distorted by the stretching, and there is a problem that when it is exposed to a high temperature, shrinkage occurs due to residual stress. The shrinkage temperature is very close to the melting point, ie the shutdown temperature. For this reason, when using a polyolefin-based microporous membrane separator, if the battery temperature reaches the shutdown temperature in the event of abnormal charging, the current must be immediately reduced to prevent the battery temperature from rising. This is because if the pores are not sufficiently closed and the current cannot be reduced immediately, the temperature of the battery easily rises to the shrinkage temperature of the separator, and there is a risk of an internal short circuit.

このようなセパレータの熱収縮による短絡を防止し、電池の信頼性を高める技術として、例えば、シャットダウン機能を確保するための樹脂を主体として含む第1セパレータ層と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む第2セパレータ層とを有する多孔質のセパレータを用いて電気化学素子を構成することが提案されている(特許文献1)。   As a technique for preventing such a short circuit due to thermal contraction of the separator and improving the reliability of the battery, for example, a first separator layer mainly including a resin for ensuring a shutdown function, and a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more It has been proposed to form an electrochemical element by using a porous separator having a second separator layer containing mainly as a main component (Patent Document 1).

国際公開第2007/66768号公報International Publication No. 2007/66768

しかし、特許文献1に記載のセパレータでは、耐熱性フィラーの効果で耐熱収縮性を確保しているものの、負荷特性やサイクル特性など、電池の諸特性を付与するものでは必ずしもなかった。   However, in the separator described in Patent Document 1, although heat shrinkage is ensured by the effect of the heat resistant filler, it does not necessarily provide battery characteristics such as load characteristics and cycle characteristics.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐熱性に優れた電池用セパレータを提供するとともに、負荷特性やサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a battery separator excellent in heat resistance and a lithium ion secondary battery excellent in load characteristics and cycle characteristics. is there.

前記目的を達成し得た本発明の電池用セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)の少なくとも片方の面に、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)を有したセパレータにおいて、前記多孔質層(II)に含まれるフィラーが、耐酸化性のフィラーAと、炭素質材料からなるフィラーBとから構成されることを特徴とするものであり、さらに本発明のリチウムイオン二次電池は、前記電池用セパレータを用いていることを特徴とする。   The battery separator of the present invention capable of achieving the above object is mainly composed of a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more on at least one surface of the porous layer (I) comprising a microporous film mainly composed of a thermoplastic resin. In the separator having the porous layer (II) included, the filler contained in the porous layer (II) is composed of an oxidation-resistant filler A and a filler B made of a carbonaceous material. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention is characterized by using the battery separator.

従来公知の耐熱層(本発明で言う多孔質層(II)に相当)はほぼ絶縁体であったが、本発明のように、耐酸化性フィラーAとして、従来の金属酸化物や金属水酸化物などを主体とした無機フィラーを用い、さらに炭素質材料など導電性のフィラーBを加えて多孔質層(II)を構成することで、多孔質層(II)は導電性を示すことになる。この導電層を正極や負極に対面させることで、本発明のセパレータを用いた電池の負荷特性やサイクル特性が改善されることを見出した。
可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)に、多孔質層(II)を形成するスラリーを塗布する場合、特にスラリーが溶媒に水を使用している場合には、濡れ性を確保するためにコロナ放電などの親水化処理を施すことが多い。コロナ放電を施すと静電気が帯電しやすく、多くは除電により除去されうる。しかし、その程度は塗布環境に依存することが多く、例えば湿度が高い(空気中の水蒸気量が多い)場合は、比較的除電されやすい傾向にあるが、低湿度雰囲気では除電されづらいため、セパレータに静電気が帯電した状態となるときがある。
The conventionally known heat-resistant layer (corresponding to the porous layer (II) referred to in the present invention) was almost an insulator, but as in the present invention, the conventional metal oxide or metal hydroxide was used as the oxidation resistant filler A. The porous layer (II) exhibits conductivity by using an inorganic filler mainly composed of a material and further adding a conductive filler B such as a carbonaceous material to form the porous layer (II). . It has been found that the load characteristics and cycle characteristics of a battery using the separator of the present invention are improved by making this conductive layer face the positive electrode and the negative electrode.
When applying the slurry for forming the porous layer (II) to the porous layer (I) composed of a microporous film mainly composed of a plastic resin, especially when the slurry uses water as a solvent, In many cases, hydrophilic treatment such as corona discharge is performed to ensure the property. When corona discharge is performed, static electricity is easily charged, and many can be removed by static elimination. However, the degree often depends on the coating environment. For example, when the humidity is high (the amount of water vapor in the air is large), it tends to be relatively easy to remove electricity, but it is difficult to remove electricity in a low humidity atmosphere. Sometimes static electricity is charged.

帯電状態で電極とともに捲回して捲回体電極を作製すると、耐電圧不良品が多発することがあり、結果として不良品が増して生産歩留まりが低下することがあった。しかし、本発明のように、多孔質層(II)に導電性を付与することで、セパレータ表面の導電性が確保され、帯電した静電気が容易に自然放電するので、耐電圧不良品を大幅に制限させることができることを見出した。   When a wound body electrode is produced by winding together with the electrode in a charged state, defective withstand voltages may occur frequently, resulting in an increase in defective products and a decrease in production yield. However, as in the present invention, by imparting conductivity to the porous layer (II), the conductivity of the separator surface is ensured, and the charged static electricity is easily discharged spontaneously. I found out that it can be restricted.

なお、後記の多孔質基体を除き、本明細書でいう「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。   Except for the porous substrate described later, “heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” in this specification means that deformation such as softening is not observed at least at 150 ° C.

また、本明細書でいう多孔質層(I)における「熱可塑性樹脂を主体とする」とは、多孔質層(I)内の固形分比率で、熱可塑性樹脂が50体積%以上であることを意味している。更に、本明細書でいう多孔質層(II)における「耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む」とは、層内の固形分比率(ただし、後記の多孔質基体を有する場合においては、多孔質基体を除いた固形分比率)で、耐熱温度が150℃以上のフィラーが50体積%以上であることを意味している。   In the present specification, the term “mainly comprising a thermoplastic resin” in the porous layer (I) means a solid content ratio in the porous layer (I), and the thermoplastic resin is 50% by volume or more. Means. Furthermore, in the porous layer (II) in the present specification, “mainly containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher” means the solid content ratio in the layer (however, in the case of having a porous substrate described later) The solid content ratio excluding the porous substrate) means that the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is 50% by volume or higher.

本明細書でいう多孔質層(II)は、フィラーAとフィラーBが含まれていればその構成に制限はなく、例えばフィラーAおよびフィラーBが混在した1層の状態で多孔質層(II)を構成してもよいし、フィラーAおよびフィラーBがそれぞれ独立した、すなわちフィラーA層とフィラーB層の2層を積層して多孔質層(II)を構成してもよい。あるいは、フィラーAおよびフィラーBが混在した1層に、フィラーAまたは(および)フィラーB層を積層して多孔質層(II)を構成してもよい。   The porous layer (II) referred to in the present specification is not limited as long as the filler A and the filler B are contained. For example, the porous layer (II) is in a single layer state in which the filler A and the filler B are mixed. ), Or the filler A and the filler B may be independent, that is, the porous layer (II) may be formed by laminating two layers of the filler A layer and the filler B layer. Alternatively, the porous layer (II) may be formed by laminating the filler A or (and) the filler B layer in one layer in which the filler A and the filler B are mixed.

本発明によれば、耐熱性に優れた電池用セパレータを提供するとともに、負荷特性やサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while providing the battery separator excellent in heat resistance, the lithium ion secondary battery excellent in load characteristics and cycling characteristics can be provided.

本発明のリチウムイオン二次電池の一例を模式的に示す図で、(a)はその平面図、(b)はその部分縦断面図である。It is a figure which shows typically an example of the lithium ion secondary battery of this invention, (a) is the top view, (b) is the fragmentary longitudinal cross-sectional view. 図1に示すリチウムイオン二次電池の斜視図である。It is a perspective view of the lithium ion secondary battery shown in FIG.

本発明の電池用セパレータは、熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)の少なくとも片方の面に、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)を有し、前記多孔質層(II)に含まれるフィラーが、耐酸化性のフィラーAと、炭素質材料からなるフィラーBとから構成されるものである。   The battery separator of the present invention comprises a porous layer (II) mainly comprising a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher on at least one surface of a porous layer (I) comprising a microporous film mainly comprising a thermoplastic resin. And the filler contained in the porous layer (II) is composed of an oxidation-resistant filler A and a filler B made of a carbonaceous material.

セパレータに係る多孔質層(I)は、主にシャットダウン機能を確保するためのものである。本発明の電池の温度が多孔質層(I)の主体となる成分である熱可塑性樹脂[以下、樹脂(A)と称する]の融点以上に達したときには、多孔質層(I)に係る樹脂(A)が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。   The porous layer (I) related to the separator is mainly for ensuring a shutdown function. When the temperature of the battery of the present invention exceeds the melting point of the thermoplastic resin [hereinafter referred to as resin (A)], which is the main component of the porous layer (I), the resin related to the porous layer (I) (A) melts and closes the pores of the separator, thereby causing a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction.

また、セパレータに係る多孔質層(II)は、電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、耐熱温度が150℃以上のフィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層(I)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(II)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することができる。また、後述するように多孔質層(I)と多孔質層(II)が一体化した構成の場合には、この耐熱性の多孔質層(II)が、セパレータの骨格として作用し、多孔質層(I)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮を抑制する。   Further, the porous layer (II) according to the separator has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the battery rises, and the heat resistant temperature is 150 ° C. or higher. Its function is secured by the filler. That is, when the battery becomes hot, even if the porous layer (I) shrinks, the porous layer (II) that does not easily shrink can cause the positive and negative electrodes directly when the separator is thermally contracted. It is possible to prevent a short circuit due to the contact. In the case where the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated as will be described later, the heat-resistant porous layer (II) acts as a skeleton of the separator, and is porous. The thermal contraction of the layer (I), that is, the thermal contraction of the entire separator is suppressed.

セパレータの多孔質層(I)に係る樹脂(A)は、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後で詳述する電池の有する非水電解液(以下、「電解液」と省略する場合がある)や、セパレータ製造の際に使用する溶媒(詳しくは後述する)に安定な熱可塑性樹脂であれば特に制限は無いが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィン;ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステルなどのポリエステル;などが好ましい。   The resin (A) relating to the porous layer (I) of the separator has an electrical insulation property, is electrochemically stable, and further includes a non-aqueous electrolyte (hereinafter referred to as “electrolysis”) of the battery described in detail later. There is no particular limitation as long as it is a thermoplastic resin that is stable to the solvent used in the production of the separator (details will be described later), but polyethylene (PE), polypropylene (PP), Polyolefins such as ethylene-propylene copolymers; polyesters such as polyethylene terephthalate and copolymerized polyesters; and the like are preferable.

なお、セパレータは、80℃以上150℃以下(より好ましくは100℃以上)において、その孔が閉塞する性質(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましい。そのため、多孔質膜(I)は、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、80℃以上150℃(更に好ましくは100℃以上)の熱可塑性樹脂を、その構成成分とするものがより好ましく、PEを主成分とする単層の微多孔膜であるか、PEとPPとを2〜5層積層した積層微多孔膜などであることが好ましい。   In addition, it is preferable that a separator has the property (namely, shutdown function) which the hole obstruct | occludes in 80 degreeC or more and 150 degrees C or less (more preferably 100 degreeC or more). Therefore, the porous membrane (I) has a melting point, that is, a melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with the provisions of JIS K 7121 of 80 ° C. or higher and 150 ° C. (more preferably 100 ° C. More preferably, it is a single layer microporous film having PE as a main component, or a laminated microporous film in which 2 to 5 layers of PE and PP are laminated. And the like.

PEのように融点が80℃以上150℃以下の熱可塑性樹脂と、PPなどのように、融点が150℃を超える熱可塑性樹脂とを併用して多孔質層(I)を構成する場合、例えば、PEと、PPなどのPEよりも高融点の樹脂とを混合して構成された微多孔膜を多孔質層(I)としたり、PE層と、PP層などのPEよりも高融点の樹脂で構成された層とを積層して構成された積層微多孔膜を多孔質層(I)としたりする場合には、多孔質層(I)を構成する樹脂(A)中、融点が80℃以上150℃以下の樹脂(例えばPE)が、30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。   When the porous layer (I) is constituted by using a thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or more and 150 ° C. or less like PE and a thermoplastic resin having a melting point exceeding 150 ° C. like PP, for example, A microporous film formed by mixing PE and a resin having a higher melting point than PE such as PP is used as the porous layer (I), or a resin having a higher melting point than PE such as the PE layer and the PP layer. When the laminated microporous membrane constituted by laminating the layers constituted by the above is used as the porous layer (I), the melting point of the resin (A) constituting the porous layer (I) is 80 ° C. The resin (for example, PE) having a temperature of 150 ° C. or less is preferably 30% by mass or more, and more preferably 50% by mass or more.

前記のような微多孔膜としては、例えば、従来公知のリチウムイオン二次電池などで使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された微多孔膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより作製されたイオン透過性の微多孔膜を用いることができる。   As the microporous membrane as described above, for example, a microporous membrane composed of the above-mentioned exemplified thermoplastic resin used in a conventionally known lithium ion secondary battery or the like, that is, a solvent extraction method, dry or wet stretching An ion-permeable microporous membrane produced by a method or the like can be used.

また、多孔質層(I)には、セパレータにシャットダウン機能を付与する作用を損なわない範囲で、その強度などを向上するためにフィラーなどを含有させることもできる。多孔質層(I)に使用可能なフィラーとしては、例えば、後述する多孔質層(II)に使用可能なフィラーと同じものが挙げられる。   Further, the porous layer (I) may contain a filler or the like in order to improve the strength and the like within a range that does not impair the action of imparting the shutdown function to the separator. Examples of the filler that can be used for the porous layer (I) include the same fillers that can be used for the porous layer (II) described later.

フィラーの粒径は、平均粒子径で、例えば、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは10μm以下、より好ましくは1μm以下である。なお、本明細書でいうフィラーの平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、フィラーを溶解しない媒体に、これら微粒子を分散させて測定した平均粒子径D50%である[後述する多孔質層(II)に係るフィラーについても同じである。]。   The particle diameter of the filler is an average particle diameter, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less. The average particle diameter of the filler referred to in the present specification is measured by, for example, using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA), dispersing these fine particles in a medium in which the filler is not dissolved. The same applies to the filler according to the porous layer (II) described later. ].

前記のような構成の多孔質層(I)を備えることで、セパレータにシャットダウン機能を付与することが容易となり、電池の内部温度上昇時における安全性確保を容易に達成することが可能となる。   By providing the porous layer (I) having the above-described configuration, it becomes easy to provide a shutdown function to the separator, and it is possible to easily ensure safety when the internal temperature of the battery rises.

多孔質層(I)における樹脂(A)の含有量は、シャットダウンの効果をより得やすくするために、例えば、下記のようであることが好ましい。多孔質層(I)の全構成成分中において主体となる樹脂(A)の体積は、50体積%以上であり、70体積%以上であることがより好ましく、100体積%であってもよい。更に、後記の方法により求められる多孔質層(II)の空孔率が20〜60%であり、かつ樹脂(A)の体積が、多孔質層(II)の空孔体積の50%以上であることが好ましい。   The content of the resin (A) in the porous layer (I) is preferably as follows, for example, in order to more easily obtain the shutdown effect. The volume of the resin (A) as a main component in all the constituent components of the porous layer (I) is 50% by volume or more, more preferably 70% by volume or more, and may be 100% by volume. Furthermore, the porosity of the porous layer (II) obtained by the method described later is 20 to 60%, and the volume of the resin (A) is 50% or more of the pore volume of the porous layer (II). Preferably there is.

多孔質層(II)に係るフィラーAは、耐熱温度が150℃以上で、リチウムイオン二次電池の有する電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであれば、有機粒子でも無機粒子でもよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、安定性(特に耐酸化性)などの点から無機微粒子がより好ましく用いられる。   The filler A related to the porous layer (II) has an heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, is stable with respect to the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery, and is electrochemically resistant to redox in the battery operating voltage range. Organic particles or inorganic particles may be used as long as they are stable. However, fine particles are preferable from the viewpoint of dispersion and the like, and inorganic fine particles are more preferably used from the viewpoint of stability (particularly oxidation resistance).

前記フィラーAは板状であることが好ましい。多孔質層(II)が板状フィラーを含有することで、例え合剤層の表面が粗い電極と組み合わせても、電池の生産性の低下をより良好に抑制できる他、多孔質層(II)が多孔質層(I)と一体化した場合においても、板状フィラー同士の衝突によって多孔質膜(I)が収縮する力を、より良好に抑制することが可能となる。また、板状フィラーを用いることでセパレータにおける正極負極間の経路、すなわち所謂曲路率が大きくなる。そのため、デンドライトが生成した場合でも、該デンドライトが負極から正極に到達し難くなり、デンドライトショートに対する信頼性を高めることができる。   The filler A is preferably plate-shaped. The porous layer (II) contains a plate-like filler, so that even if the surface of the mixture layer is combined with an electrode having a rough surface, the decrease in battery productivity can be better suppressed, and the porous layer (II) Even when it is integrated with the porous layer (I), the force that the porous membrane (I) contracts due to the collision between the plate-like fillers can be more effectively suppressed. Further, the use of the plate-like filler increases the path between the positive electrode and the negative electrode in the separator, that is, the so-called curvature. Therefore, even when dendrite is generated, it becomes difficult for the dendrite to reach the positive electrode from the negative electrode, and the reliability against a dendrite short can be improved.

前記の板状フィラーとしては、各種市販品が挙げられ、例えば、旭硝子エスアイテック社製「サンラブリー(商品名)」(SiO)、石原産業社製「NST−B1(商品名)」の粉砕品(TiO)、堺化学工業社製の板状硫酸バリウム「Hシリーズ(商品名)」、「HLシリーズ(商品名)」、林化成社製「ミクロンホワイト(商品名)」(タルク)、林化成社製「ベンゲル(商品名)」(ベントナイト)、河合石灰社製「BMM(商品名)」や「BMT(商品名)」(ベーマイト)、河合石灰社製「セラシュールBMT−B(商品名)」[アルミナ(Al)]、キンセイマテック社製「セラフ(商品名)」(アルミナ)、斐川鉱業社製「斐川マイカ Z−20(商品名)」(セリサイト)などが入手可能である。この他、SiO、Al、ZrO、CeOについては、特開2003−206475号公報に開示の方法により作製することができる。これらの中でも、ベーマイト、アルミナ、シリカ(SiO)が好ましい。 Examples of the plate-like filler include various commercially available products, such as “Sun Lovely (trade name)” (SiO 2 ) manufactured by Asahi Glass S-Tech Co., Ltd. and “NST-B1 (trade name)” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. (TiO 2 ), Sakai Chemical Industry's plate-like barium sulfate “H series (trade name)”, “HL series (trade name)”, Hayashi Kasei Co., Ltd. “micron white (trade name)” (talc), “Bengel (trade name)” (bentonite) manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd. “BMM (trade name)” or “BMT (trade name)” (boehmite) manufactured by Kawai Lime Co., Ltd. Name) ”[Alumina (Al 2 O 3 )],“ Seraph (trade name) ”(alumina) manufactured by Kinsei Matech Co., Ltd.,“ Yodogawa Mica Z-20 (trade name) ”(sericite), etc. Is possible. In addition, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and CeO 2 can be produced by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206475. Among these, boehmite, alumina, and silica (SiO 2 ) are preferable.

板状の前記フィラーの形態としては、アスペクト比(板状フィラー中の最大長さと板状フィラーの厚みとの比)が、好ましくは5以上、より好ましくは10以上であって、好ましくは100以下、より好ましくは50以下である。板状フィラーにおけるアスペクト比は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求めることができる。   As the form of the plate-like filler, the aspect ratio (ratio between the maximum length in the plate-like filler and the thickness of the plate-like filler) is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and preferably 100 or less. More preferably, it is 50 or less. The aspect ratio of the plate-like filler can be obtained by, for example, image analysis of an image taken with a scanning electron microscope (SEM).

また、板状の前記フィラーは、板厚が薄いと衝撃によって割れやすいという問題があることから、その平均厚みが、0.02μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましい。ただし、板状の前記フィラーの厚みが大きすぎると、セパレータの厚みが厚くなって、放電容量が低下したり、電気化学素子の作製時に多孔質層(II)が割れやすくなることから、その平均厚みは、0.7μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。   In addition, since the plate-like filler has a problem of being easily cracked by impact when the plate thickness is thin, the average thickness is preferably 0.02 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more. . However, if the thickness of the plate-like filler is too large, the thickness of the separator is increased, the discharge capacity is reduced, and the porous layer (II) is liable to break during the production of the electrochemical element. The thickness is preferably 0.7 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less.

板状の前記フィラーの平均厚みは、セパレータの断面をSEMにより観察し、フィラー100個の厚みの平均値(数平均値)として求めることができる。   The average thickness of the plate-like filler can be determined as an average value (number average value) of the thickness of 100 fillers by observing the cross section of the separator with an SEM.

フィラーAは、前記の板状フィラーと共に、板状以外の形状のフィラー(例えば、球状や略球状などのフィラー)を含有していてもよい。板状以外の形状のフィラーも、板状フィラーと同様に耐熱温度が150℃以上であることが好ましく、例えば、このような耐熱温度を有する無機粒子または有機粒子が挙げられる。   The filler A may contain a filler having a shape other than the plate shape (for example, a filler such as a sphere or a substantially sphere) together with the plate-like filler. The filler having a shape other than the plate shape preferably has a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher as in the case of the plate filler, and examples thereof include inorganic particles or organic particles having such heat resistant temperature.

無機粒子の構成材料の具体例としては、例えば、酸化鉄、Al(アルミナ)、SiO(シリカ)、TiO、BaTiO、ZrOなどの無機酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶;モンモリロナイトなどの粘土;などが挙げられる。ここで、前記無機酸化物は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などであってもよい。また、金属、SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の無機酸化物など)で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。中でも前記の無機酸化物の粒子(微粒子)が好ましく、中でも、アルミナ、シリカおよびベーマイトが特に好ましく用いられる。 Specific examples of the constituent material of the inorganic particles include inorganic oxides such as iron oxide, Al 2 O 3 (alumina), SiO 2 (silica), TiO 2 , BaTiO 3 , ZrO 2 ; aluminum nitride, silicon nitride, etc. Inorganic nitrides of the above; poorly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; covalent bonds such as silicon and diamond; clays such as montmorillonite; Here, the inorganic oxide may be boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica, or other mineral resource-derived substances or artificial products thereof. In addition, the surface of a conductive material exemplified by metal, SnO 2 , conductive oxide such as tin-indium oxide (ITO), carbonaceous material such as carbon black, graphite, etc., is a material having electrical insulation ( For example, the particle | grains which gave the electrical insulation property by coat | covering with the said inorganic oxide etc. may be sufficient. Among them, the inorganic oxide particles (fine particles) are preferable, and alumina, silica and boehmite are particularly preferable.

また、有機粒子(有機粉末)としては、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子粒子や、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子粒子などが例示できる。また、これらの有機粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(前記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。   Organic particles (organic powder) include crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, crosslinked styrene-divinylbenzene copolymer, polyimide, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde condensate, etc. Examples thereof include various crosslinked polymer particles and heat-resistant polymer particles such as polysulfone, polyacrylonitrile, aramid, polyacetal, and thermoplastic polyimide. The organic resin (polymer) constituting these organic particles is a mixture, modified body, derivative, or copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. Polymer) or a crosslinked product (in the case of the above-mentioned heat-resistant polymer).

また、フィラーAは、前記の板状フィラーと共に、一次粒子が凝集した二次粒子構造を有する微粒子を含有していてもよい。前記二次粒子構造のフィラーも、前記の板状前記フィラーと同様の熱収縮抑制作用や、デンドライトショートの抑制作用を有している。前記二次粒子構造のフィラーの例としては、大明化学社製「ベーマイト C06(商品名)」、「ベーマイト C20(商品名)」(ベーマイト)、米庄石灰工業社製「ED−1(商品名)」(CaCO)、J.M.Huber社製「Zeolex 94HP(商品名)」(クレイ)などが挙げられる。 The filler A may contain fine particles having a secondary particle structure in which primary particles are aggregated together with the plate-like filler. The filler having the secondary particle structure also has the same heat shrinkage suppressing action as that of the plate-like filler and the action of suppressing dendrite shorts. Examples of the filler having the secondary particle structure include “Boehmite C06 (trade name)”, “Boehmite C20 (trade name)” (boehmite) manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., “ED-1 (trade name) manufactured by Yonesho Lime Industry Co., Ltd. ) ”(CaCO 3 ), J. et al. M.M. Examples include “Zeolex 94HP (trade name)” (clay) manufactured by Huber.

なお、フィラーAが、前記の板状フィラーと共に、板状以外の形状のフィラーも含有する場合には、前記の板状フィラーの使用による前記の効果をより良好に確保する観点から、多孔質層(II)が含有するフィラーAの全量中、前記の板状フィラーが、80体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。   In addition, when the filler A contains a filler having a shape other than the plate shape together with the plate-like filler, the porous layer is used from the viewpoint of better ensuring the above-described effect due to the use of the plate-like filler. The total amount of filler A contained in (II) is preferably 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more.

多孔質層(II)に係る耐熱温度が150℃以上のフィラーAの平均粒子径(板状フィラーおよび他形状フィラーの平均粒子径。以下同じ。)は、小さすぎるとイオンの透過性が低下することから、好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上である。また、大きすぎると電気特性が劣化しやすくなることから、耐熱温度が150℃以上のフィラーの平均粒子径は、好ましくは5μm以下、より好ましくは2μm以下である。   If the average particle diameter of filler A having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher related to the porous layer (II) (average particle diameter of plate-like filler and other-shaped filler. The same shall apply hereinafter) is too small, ion permeability decreases. Therefore, it is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more. Moreover, since an electrical characteristic will deteriorate easily when too large, the average particle diameter of the filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more becomes like this. Preferably it is 5 micrometers or less, More preferably, it is 2 micrometers or less.

多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーAの量[板状フィラーと共に板状以外の形状のフィラーを用いている場合には、それらの合計量。多孔質層(II)における耐熱温度が150℃以上のフィラーの量について、以下同じ。]は、多孔質層(II)の構成成分の全体積中[ただし、後記の多孔質基体を使用する場合には、多孔質基体を除く構成成分の全体積中。多孔質層(II)の各構成成分の含有量について、以下同じ。]、50体積%以上であり、70体積%以上であることがより好ましい。多孔質層(II)中のフィラーAを前記のように高含有量とすることで、電池が高温となった際の正極と負極との直接の接触による短絡の発生をより良好に抑制することができ、また、特に多孔質層(I)と多孔質層(II)とを一体化した構成のセパレータの場合には、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができる。   The amount of filler A having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (II) [when fillers having a shape other than the plate shape are used together with the plate-like filler, the total amount thereof. The same applies hereinafter for the amount of filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (II). ] In the total volume of the constituent components of the porous layer (II) [However, in the case of using the porous substrate described later, in the total volume of the constituent components excluding the porous substrate. The same applies to the content of each component of the porous layer (II). ], 50% by volume or more, and more preferably 70% by volume or more. By making the filler A in the porous layer (II) high as described above, the occurrence of a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode when the battery becomes high temperature is better suppressed. In particular, in the case of a separator having a configuration in which the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated, the thermal contraction of the entire separator can be satisfactorily suppressed.

また、前記の板状フィラーの多孔質層(II)中での板状粒子の存在形態は、平板面がセパレータの面に対して略平行であることが好ましく、より具体的には、セパレータの表面近傍における前記の板状フィラーについて、その平板面とセパレータ面との平均角度が30°以下であることが好ましい[最も好ましくは、当該平均角度が0°、すなわち、セパレータの表面近傍における板状の平板面が、セパレータの面に対して平行である]。ここでいう「表面近傍」とは、セパレータの表面から全体厚みに対しておよそ10%の範囲を指す。板状フィラーの存在形態が前記のような状態となるように板状フィラーの配向性を高めることで、前記の多孔質層(II)の熱収縮抑制作用をより強く発揮させることが可能になり、また、電極表面に析出するリチウムデンドライトや電極表面の活物質の突起により生じ得る内部短絡をより効果的に防ぐことができる。なお、多孔質層(II)中における前記の板状フィラーの存在形態は、セパレータの断面をSEMにより観察することにより把握することができる。   Further, the presence form of the plate-like particles in the porous layer (II) of the plate-like filler is preferably such that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the separator. The plate-like filler in the vicinity of the surface preferably has an average angle between the flat plate surface and the separator surface of 30 ° or less [most preferably, the average angle is 0 °, that is, a plate shape in the vicinity of the separator surface. The flat plate surface is parallel to the separator surface]. Here, “near the surface” refers to a range of about 10% from the surface of the separator to the entire thickness. By increasing the orientation of the plate-like filler so that the form of the plate-like filler is in the state as described above, it becomes possible to more strongly exert the heat shrinkage suppressing action of the porous layer (II). In addition, internal short-circuiting that may be caused by lithium dendrite deposited on the electrode surface or protrusions of the active material on the electrode surface can be more effectively prevented. In addition, the presence form of the said plate-like filler in porous layer (II) can be grasped | ascertained by observing the cross section of a separator by SEM.

さらに本発明のセパレータにおける多孔質層(II)には、前記フィラーAの他に、炭素質材料からなるフィラーBを含有することを特徴としている。前述した通り、導電性の高い炭素質材料を含有させることで、多孔質層(II)にも導電性を付与し、その多孔質層(II)を正極または負極に対面させて電池とすることで、従来の高い耐熱性を保持しつつ、負荷特性や、サイクル特性などの電池の諸特性を改善することができる。   Furthermore, the porous layer (II) in the separator of the present invention is characterized by containing a filler B made of a carbonaceous material in addition to the filler A. As described above, by adding a highly conductive carbonaceous material, the porous layer (II) is also provided with conductivity, and the porous layer (II) faces the positive electrode or the negative electrode to form a battery. Thus, various characteristics of the battery such as load characteristics and cycle characteristics can be improved while maintaining the conventional high heat resistance.

諸特性を改善する理由は明らかではないが、導電性の多孔質層(II)を電極に対面させることで、正極や負極の活物質の結晶格子内へリチウムイオンが迅速に出入りができるからと推察される。   The reason for improving the various characteristics is not clear, but the lithium ion can quickly enter and exit the crystal lattice of the active material of the positive electrode or negative electrode by facing the conductive porous layer (II) to the electrode. Inferred.

フィラーBとして用いる炭素質材料は、より高い導電性を確保するため、また高分散で多孔質層(II)内に存在させるなどの目的で、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、等の各種カーボンブラックが特に好ましい。
The carbonaceous material used as the filler B is thermal black, acetylene black, channel black, gas furnace black, for the purpose of ensuring higher conductivity and for the purpose of being highly dispersed and present in the porous layer (II). Various carbon blacks such as oil furnace black are particularly preferable.

フィラーBの粒径は、小さすぎると分散性が悪くなるし、大きすぎると多孔質層(II)を形成するのに支障をきたすことがあるので、好ましくは一次粒子径で10〜100nmが好ましく、特に30〜60nmであることが好ましい。比表面積(BET法による)は、通常500m/g以下が好ましく、特に多孔質層(II)への吸水性を抑制するために100m/g以下であることが好ましい。 If the particle size of the filler B is too small, the dispersibility is deteriorated. If the particle size is too large, it may hinder the formation of the porous layer (II). Therefore, the primary particle size is preferably 10 to 100 nm. In particular, 30 to 60 nm is preferable. The specific surface area (by the BET method) is usually preferably 500 m 2 / g or less, and particularly preferably 100 m 2 / g or less in order to suppress water absorption into the porous layer (II).

本発明の多孔質層(II)は、フィラーAおよびフィラーBを含有していればその構成に制限はなく、例えばフィラーAおよびフィラーBが混在した1層の状態で多孔質層(II)を構成してもよいし、フィラーAおよびフィラーBがそれぞれ独立した、すなわちフィラーA層とフィラーB層の2層を積層して多孔質層(II)を構成してもよい。あるいは、フィラーAおよびフィラーBが混在した1層に、フィラーAまたは(および)フィラーB層を積層して多孔質層(II)を構成してもよい。   As long as the porous layer (II) of the present invention contains the filler A and the filler B, the structure is not limited. For example, the porous layer (II) is formed in a single layer in which the filler A and the filler B are mixed. Alternatively, the filler A and the filler B may be independent, that is, the porous layer (II) may be configured by laminating two layers of the filler A layer and the filler B layer. Alternatively, the porous layer (II) may be formed by laminating the filler A or (and) the filler B layer in one layer in which the filler A and the filler B are mixed.

多孔質層(II)を、フィラーAおよびフィラーBが混在した1層の状態で形成する場合、多孔質層(II)におけるフィラーBの量は、多孔質層(II)の構成成分の全体積中、5体積%以上であり、10体積%以上であることがより好ましく、20体積%以下であることが好ましい。多孔質層(II)中のフィラーBを5体積%以上とすることで、多孔質層(II)に必要以上の導電性を付与することができ、20体積%以下とすることで多孔質層(II)の単位面積あたりの質量を十分に確保することができ、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができる。   When the porous layer (II) is formed in a single layer state in which the filler A and the filler B are mixed, the amount of the filler B in the porous layer (II) is the total volume of the constituent components of the porous layer (II). Among them, it is 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, and preferably 20% by volume or less. By setting the filler B in the porous layer (II) to 5% by volume or more, the porous layer (II) can be provided with more conductivity than necessary, and by setting it to 20% by volume or less, the porous layer The mass per unit area of (II) can be sufficiently secured, and the thermal shrinkage of the entire separator can be satisfactorily suppressed.

多孔質層(II)には、セパレータの形状安定性の確保や、多孔質層(II)と多孔質層(I)との一体化などのために、有機バインダを含有させることが好ましい。有機バインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。有機バインダは、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The porous layer (II) preferably contains an organic binder in order to ensure the shape stability of the separator and to integrate the porous layer (II) and the porous layer (I). Examples of organic binders include ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA, those having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylic acid copolymers such as ethylene-ethyl acrylate copolymers, and fluorine-based binders. Rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cross-linked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin, etc. In particular, a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably used. As the organic binder, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

前記例示の有機バインダの中でも、EVA、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高いバインダが好ましい。このような柔軟性の高い有機バインダの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ(EVA)」、日本ユニカー社のEVA、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体)」、日本ユニカー社のEEA、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム)」、JSR社の「TRD−2001(SBR)」、日本ゼオン社の「BM−400B(SBR)」などがある。   Among the organic binders exemplified above, highly flexible binders such as EVA, ethylene-acrylic acid copolymer, fluorine-based rubber, and SBR are preferable. Specific examples of such highly flexible organic binders include “Evaflex Series (EVA)” from Mitsui DuPont Polychemical, EVA from Nihon Unicar, and “Evaflex-EEA Series (Ethylene) from Mitsui DuPont Polychemical. -Acrylic acid copolymer) ", Nippon Unicar EEA, Daikin Industries" DAI-EL Latex Series (Fluororubber) ", JSR" TRD-2001 (SBR) ", Nippon Zeon" BM-400B " (SBR) ".

なお、前記の有機バインダを多孔質層(II)に使用する場合には、後述する多孔質層(II)形成用の組成物の溶媒に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。   When the organic binder is used for the porous layer (II), it can be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in the solvent for the composition for forming the porous layer (II) described later. Good.

また、セパレータの形状安定性や柔軟性を確保するために、多孔質層(II)において、繊維状物などを前記フィラーと混在させてもよい。繊維状物としては、耐熱温度が150℃以上であって、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に下記に詳述する電解液や、セパレータ製造の際に使用する溶媒に安定であれば、特に材質に制限はない。なお、本明細書でいう「繊維状物」とは、アスペクト比[長尺方向の長さ/長尺方向に直交する方向の幅(直径)]が4以上のものを意味しており、アスペクト比は10以上であることが好ましい。   In order to ensure the shape stability and flexibility of the separator, a fibrous material or the like may be mixed with the filler in the porous layer (II). The fibrous material has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, has an electrical insulation property, is electrochemically stable, and further uses an electrolyte solution described in detail below and a solvent used in manufacturing a separator. If it is stable, the material is not particularly limited. The “fibrous material” in the present specification means an aspect ratio [length in the longitudinal direction / width in the direction perpendicular to the longitudinal direction (diameter)] of 4 or more. The ratio is preferably 10 or more.

繊維状物の具体的な構成材料としては、例えば、セルロースおよびその変成体[カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)など]、ポリオレフィン[ポリプロピレン(PP)、プロピレンの共重合体など]、ポリエステル[ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)など]、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂;ガラス、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの無機酸化物;などを挙げることができ、これらの構成材料を2種以上併用して繊維状物を構成してもよい。また、繊維状物は、必要に応じて、公知の各種添加剤(例えば、樹脂である場合には酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Specific examples of the constituent material of the fibrous material include, for example, cellulose and modified products thereof [carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylcellulose (HPC), etc.], polyolefin [polypropylene (PP), propylene copolymer, etc.], Polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), etc.], polyacrylonitrile (PAN), polyaramid, polyamideimide, polyimide, and other resins; glass, alumina, zirconia, silica, and other inorganic materials An oxide; etc. can be mentioned, and two or more of these constituent materials may be used in combination to form a fibrous material. The fibrous material may contain various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary.

また、本発明に係るセパレータは、特に多孔質層(I)と多孔質層(II)を一体化せずに多孔質層(II)を独立膜として用いた場合において、その取り扱い性を高めるなどために、多孔質層(II)に多孔質基体を用いることができる。多孔質基体は、前記の繊維状物が織布、不織布(紙を含む)などのシート状物を形成してなる耐熱温度が150℃以上のものであり、市販の不織布などを基体として用いることができる。この態様のセパレータでは、多孔質基体の空隙内に耐熱温度が150℃以上の前記フィラーを含有させることが好ましいが、多孔質基体と前記フィラーとを結着させるために、前記の有機バインダを用いることもできる。   In addition, the separator according to the present invention improves the handleability particularly when the porous layer (II) is used as an independent film without integrating the porous layer (I) and the porous layer (II). Therefore, a porous substrate can be used for the porous layer (II). The porous substrate has a heat resistant temperature of 150 ° C. or more formed by forming a sheet-like material such as a woven fabric or a nonwoven fabric (including paper), and a commercially available nonwoven fabric or the like is used as the substrate. Can do. In the separator of this aspect, the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably contained in the voids of the porous substrate, but the organic binder is used to bind the porous substrate and the filler. You can also

なお、多孔質基体の「耐熱性」は、軟化などによる実質的な寸法変化が生じないことを意味し、対象物の長さの変化、すなわち、多孔質基体においては、室温での長さに対する収縮の割合(収縮率)が5%以下を維持することのできる上限温度(耐熱温度)が、セパレータのシャットダウン温度よりも十分に高いか否かで耐熱性を評価する。シャットダウン後の電気化学素子の安全性を高めるために、多孔質基体は、シャットダウン温度よりも20℃以上高い耐熱温度を有することが望ましく、より具体的には、多孔質基体の耐熱温度は、150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましい。   The “heat resistance” of the porous substrate means that a substantial dimensional change due to softening or the like does not occur, and the change in the length of the object, that is, the porous substrate with respect to the length at room temperature. The heat resistance is evaluated based on whether or not the upper limit temperature (heat resistance temperature) at which the shrinkage ratio (shrinkage ratio) can be maintained at 5% or less is sufficiently higher than the shutdown temperature of the separator. In order to increase the safety of the electrochemical device after shutdown, the porous substrate preferably has a heat resistant temperature that is 20 ° C. or more higher than the shutdown temperature. More specifically, the heat resistant temperature of the porous substrate is 150 ° C. It is preferable that the temperature is higher than or equal to ° C, and more preferably higher than or equal to 180 ° C.

本発明に係るセパレータにおいては、多孔質層(II)の厚み[セパレータが多孔質層(II)を複数有する場合は、その総厚み]は、多孔質層(II)による前記の各作用をより有効に発揮させる観点から、3μm以上であることが好ましい。ただし、多孔質層(II)が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こすなどの虞があることから、多孔質層(II)の厚みは、10μm以下であることが好ましい。   In the separator according to the present invention, the thickness of the porous layer (II) [when the separator has a plurality of porous layers (II), the total thickness] From the viewpoint of exhibiting effectively, it is preferably 3 μm or more. However, if the porous layer (II) is too thick, the energy density of the battery may be lowered. Therefore, the thickness of the porous layer (II) is preferably 10 μm or less.

また、多孔質層(I)の厚み[セパレータが多孔質層(I)を複数有する場合は、その総厚み。以下同じ。]は、多孔質層(I)の使用による前記作用(特にシャットダウン作用)をより有効に発揮させる観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。ただし、多孔質層(I)が厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、多孔質層(I)が熱収縮しようとする力が大きくなり、例えば、多孔質層(I)と多孔質層(II)が一体化した構成では、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が小さくなる虞がある。そのため、多孔質層(I)の厚みは、25μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがより好ましい。   Further, the thickness of the porous layer (I) [when the separator has a plurality of porous layers (I), the total thickness thereof. same as below. ] Is preferably 6 μm or more, and more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of more effectively exerting the above-described action (particularly shutdown action) by using the porous layer (I). However, if the porous layer (I) is too thick, there is a possibility that the energy density of the battery may be lowered. In addition, the force that the porous layer (I) tends to shrink by heat increases. In the configuration in which the layer (I) and the porous layer (II) are integrated, the action of suppressing the thermal contraction of the entire separator may be reduced. Therefore, the thickness of the porous layer (I) is preferably 25 μm or less, and more preferably 20 μm or less.

また、セパレータを構成する多孔質層(I)の厚みをA(μm)、多孔質層(II)の厚みをB(μm)としたとき、AとBとの比率A/Bは、10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましく、また、1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。本発明に係るセパレータでは、多孔質層(I)の厚み比率を大きくし多孔質層(II)を薄くしても、良好なシャットダウン機能を確保しつつ、セパレータの熱収縮による短絡の発生を高度に抑制することができる。なお、セパレータにおいて、多孔質層(I)が複数存在する場合には、厚みAはその総厚みであり、多孔質層(II)が複数存在する場合には、厚みBはその総厚みである。   When the thickness of the porous layer (I) constituting the separator is A (μm) and the thickness of the porous layer (II) is B (μm), the ratio A / B between A and B is 10 or less. Preferably, it is 5 or less, more preferably 1 or more, and more preferably 2 or more. In the separator according to the present invention, even when the thickness ratio of the porous layer (I) is increased and the porous layer (II) is thinned, the occurrence of a short circuit due to the thermal contraction of the separator is ensured while ensuring a good shutdown function. Can be suppressed. In the separator, when there are a plurality of porous layers (I), the thickness A is the total thickness, and when there are a plurality of porous layers (II), the thickness B is the total thickness. .

セパレータ全体の空孔率としては、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。   The porosity of the separator as a whole is preferably 30% or more in a dried state in order to secure the amount of electrolyte solution retained and to improve ion permeability. On the other hand, from the viewpoint of securing separator strength and preventing internal short circuit, the separator porosity is preferably 70% or less in a dry state. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum of each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following equation (1).

P = 100−(Σa/ρ)×(m/t) (1)
ここで、前記式中、a:質量%で表した成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)である。
P = 100− (Σa i / ρ i ) × (m / t) (1)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i expressed by mass%, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of separator (g / cm 2 ), t: The thickness (cm) of the separator.

また、前記(1)式において、mを多孔質層(I)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(I)の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(I)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(I)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 In the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (I), and t is the thickness (cm) of the porous layer (I). The porosity: P (%) of the porous layer (I) can also be obtained using the equation (1). The porosity of the porous layer (I) determined by this method is preferably 30 to 70%.

更に、前記(1)式において、mを多孔質層(II)の単位面積あたりの質量(g/cm)とし、tを多孔質層(II)の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(II)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(II)の空孔率は、20〜60%であることが好ましい。 Furthermore, in the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (II), and t is the thickness (cm) of the porous layer (II), The porosity: P (%) of the porous layer (II) can also be obtained using the formula (1). The porosity of the porous layer (II) obtained by this method is preferably 20 to 60%.

また、本発明に係るセパレータは、JIS P 8117に準拠した方法で測定され、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。前記の構成を採用することにより、前記の透気度を有するセパレータとすることができる。 The separator according to the present invention is measured by a method according to JIS P 8117, and has a Gurley value of 10 to 300 sec indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2. It is desirable that If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. By employ | adopting the said structure, it can be set as the separator which has the said air permeability.

更に、本発明に係るセパレータは、下記の方法により求められる貫通強度が、3.0N以上であることが好ましい。このような貫通強度を有するセパレータであれば、前記のように表面の粗い電極と組み合わせて電池を構成することによる生産性の低下を、より良好に抑えることができる。なお、前記の構成を採用することにより、前記の貫通強度を有するセパレータとすることができる。   Furthermore, the separator according to the present invention preferably has a penetration strength required by the following method of 3.0 N or more. If it is a separator which has such penetration strength, the fall of productivity by comprising a battery in combination with an electrode with a rough surface as mentioned above can be suppressed more favorably. In addition, it can be set as the separator which has the said penetration strength by employ | adopting the said structure.

セパレータの前記貫通強度は、以下の方法により求める。直径2インチの穴があいた板上にセパレータを、しわやたわみのないように固定し、先端の直径が1.0mmの半円球状の金属ピンを、120mm/minの速度でセパレータに降下させて、セパレータに穴が開くときの力を5回測定する。そして、前記5回の測定値のうち最大値と最小値とを除く3回の測定について平均値を求め、これをセパレータの貫通強度とする。   The penetration strength of the separator is determined by the following method. The separator is fixed on a plate having a hole with a diameter of 2 inches so as not to be wrinkled or bent, and a semicircular metal pin having a tip diameter of 1.0 mm is lowered to the separator at a speed of 120 mm / min. Measure the force when the separator is perforated 5 times. And an average value is calculated | required about the measurement of 3 times except the maximum value and the minimum value among the said 5 times of measured values, and this is made into the penetration strength of a separator.

セパレータの平均孔径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.05μm以上であって、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。また、多孔質層(I)の平均孔径は、0.01〜0.5μmであることが好ましく、多孔質層(II)の平均孔径は、0.05〜1μmであることが好ましい。   The average pore size of the separator is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. The average pore size of the porous layer (I) is preferably 0.01 to 0.5 μm, and the average pore size of the porous layer (II) is preferably 0.05 to 1 μm.

前記の構成を有するセパレータを有する本発明の電池のシャットダウン特性は、例えば、電池の内部抵抗の温度変化により求めることができる。具体的には、電池を恒温槽中に設置し、温度を室温から毎分1℃の割合で上昇させ、電池の内部抵抗が上昇する温度を求めることで測定することが可能である。この場合、150℃における電池の内部抵抗は、室温の5倍以上であることが好ましく、10倍以上であることがより好ましく、前記構成のセパレータを使用することで、このような特性を確保することができる。   The shutdown characteristic of the battery of the present invention having the separator having the above-described configuration can be obtained, for example, by the temperature change of the internal resistance of the battery. Specifically, the measurement can be performed by installing the battery in a thermostatic chamber, increasing the temperature from room temperature at a rate of 1 ° C. per minute, and determining the temperature at which the internal resistance of the battery increases. In this case, the internal resistance of the battery at 150 ° C. is preferably 5 times or more of room temperature, more preferably 10 times or more, and such a characteristic is ensured by using the separator having the above-described configuration. be able to.

また、本発明に係るセパレータは、150℃での熱収縮率を5%以下とすることが好ましい。このような特性のセパレータであれば、電池内部が150℃程度になっても、セパレータの収縮が殆ど生じないため、正負極の接触による短絡をより確実に防止することができ、高温での電池の安全性をより高めることができる。前記の構成を採用することで、前記のような熱収縮率を有するセパレータとすることができる。   The separator according to the present invention preferably has a heat shrinkage rate at 150 ° C. of 5% or less. If the separator has such characteristics, even when the inside of the battery reaches about 150 ° C., the separator hardly contracts, so that a short circuit due to contact between the positive and negative electrodes can be prevented more reliably, and the battery at high temperature The safety of the can be further increased. By employ | adopting the said structure, it can be set as the separator which has the above thermal contraction rates.

ここでいう熱収縮率は、多孔質層(I)と多孔質層(II)が一体化している場合は、その一体化したセパレータ全体の収縮率を指し、多孔質層(I)と多孔質層(II)が独立している場合には、それぞれの収縮率の小さい方の値を指す。また、後述するように、多孔質層(I)および/または多孔質層(II)は、電極と一体化する構成とすることもできるが、その場合は、電極と一体化した状態で測定した熱収縮率を指す。   When the porous layer (I) and the porous layer (II) are integrated, the heat shrinkage here refers to the shrinkage rate of the integrated separator as a whole, and the porous layer (I) and the porous layer (I) When the layer (II) is independent, the value of the smaller shrinkage rate is indicated. As will be described later, the porous layer (I) and / or the porous layer (II) can be integrated with the electrode. In that case, the measurement was performed in an integrated state with the electrode. Refers to heat shrinkage.

なお、前記の「150℃の熱収縮率」とは、セパレータまたは多孔質層(I)および多孔質層(II)(電極と一体化した場合には電極と一体化した状態で)を恒温槽に入れ、温度を150℃まで上昇させて3時間放置した後に取り出して、恒温槽に入れる前のセパレータまたは多孔質層(I)および多孔質層(II)の寸法と比較することで求められる寸法の減少割合を百分率で表したものである。   The “150 ° C. heat shrinkage rate” means that the separator or the porous layer (I) and the porous layer (II) (when integrated with the electrode, in an integrated state with the electrode) , The temperature is raised to 150 ° C. and left for 3 hours, then taken out, and the dimensions required by comparing with the dimensions of the separator or porous layer (I) and porous layer (II) before being put in the thermostatic bath The percentage of decrease is expressed as a percentage.

本発明のセパレータは、例えば、多孔質層(I)を基材とし、その表面に多孔質層(II)を形成するための組成物(スラリーなど)を塗布し、乾燥する工程を経て製造することができる。   The separator of the present invention is produced, for example, through a step of using a porous layer (I) as a base material, applying a composition (slurry or the like) for forming the porous layer (II) on the surface, and drying the composition. be able to.

多孔質層(II)形成用組成物は、フィラーAおよびBの他、必要に応じてバインダなどを含有し、これらを媒体に分散させたものである。なお、バインダについては媒体に溶解させることもできる。多孔質層(II)形成用組成物に用いられる媒体は、フィラーなどを均一に分散でき、また、バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの媒体に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を媒体としてもよく、この際にもアルコール類(メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The composition for forming a porous layer (II) contains, in addition to fillers A and B, a binder and the like as required, and these are dispersed in a medium. The binder can be dissolved in the medium. The medium used for the composition for forming the porous layer (II) may be any medium that can uniformly disperse the filler and the like, and can dissolve or disperse the binder uniformly. For example, an aromatic hydrocarbon such as toluene. Common organic solvents such as francs such as tetrahydrofuran, ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferably used. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohol (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these media. In addition, when the binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a medium. In this case, alcohols (methanol, ethanol, isopropanol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added to control the interfacial tension. You can also

前記例示のものの中でも、塗布および乾燥後の媒体回収の容易さや、環境上の問題を考慮すると、水を主成分とする媒体を用いることが好ましい。なお、「水を主成分とする」とは、媒体中の構成成分のうち、水が70質量%以上含有されていることを指す。水を主成分とする場合のその他の媒体としては、例えば、多孔質層(II)形成用組成物の界面張力制御のために添加される前記アルコール類などが挙げられる。環境保護の観点からは、水100質量%の媒体を用いることが特に好ましい。   Among the above-mentioned examples, it is preferable to use a medium containing water as a main component in consideration of ease of medium recovery after coating and drying and environmental problems. In addition, “having water as a main component” means that 70% by mass or more of water is contained among the components in the medium. Examples of the other medium containing water as a main component include the alcohols added for controlling the interfacial tension of the composition for forming the porous layer (II). From the viewpoint of environmental protection, it is particularly preferable to use a medium containing 100% by mass of water.

媒体に用いる水としては、井戸水、水道水などをイオン交換させたイオン交換水;これらを蒸留処理した精製水;が好ましく、前記のイオン交換水や精製水を、ガンマ線、エチレンオキサイトガスまたは紫外線などによって滅菌処理した水がより好ましく、前記の精製水に前記の滅菌処理した水が特に好ましい。後述するように、多孔質層(II)形成用組成物において、耐熱性微粒子の分散状態を安定化させるには、増粘剤を添加して、組成物の粘度を高めることが好ましい。しかし、多孔質層(II)形成用組成物を長期間貯蔵などすると、その間に組成物中のバクテリアなどによって増粘剤が分解する虞がある。調製直後に耐熱性微粒子が良好に分散している多孔質層(II)形成用組成物であっても、貯蔵期間中に増粘剤が分解してしまうと、耐熱性微粒子の沈降が生じる虞がある。しかしながら、多孔質層(II)形成用組成物の媒体に前記の滅菌処理した水を使用することで、例えば、より分解しやすい天然多糖類を増粘剤として使用した場合であっても、組成物の貯蔵期間中での増粘剤の分解を抑制して耐熱性微粒子の沈降を抑えることができるため、長期貯蔵性に優れた多孔質層(II)形成用組成物とすることができる。   The water used for the medium is preferably ion-exchanged water obtained by ion-exchange of well water, tap water, etc .; purified water obtained by subjecting these to distillation; the ion-exchanged water or purified water may be gamma rays, ethylene oxide gas or ultraviolet light. Water that has been sterilized by, for example, is more preferable, and the water that has been sterilized by the purified water is particularly preferable. As will be described later, in the composition for forming the porous layer (II), in order to stabilize the dispersion state of the heat-resistant fine particles, it is preferable to add a thickener to increase the viscosity of the composition. However, when the composition for forming the porous layer (II) is stored for a long period of time, the thickener may be decomposed by bacteria in the composition during the storage. Even if it is a composition for forming a porous layer (II) in which heat-resistant fine particles are well dispersed immediately after preparation, if the thickener is decomposed during storage, heat-resistant fine particles may be precipitated. There is. However, by using the sterilized water as the medium for forming the porous layer (II), for example, even when natural polysaccharides that are more easily decomposed are used as thickeners, the composition Since the decomposition of the thickener during the storage period of the product can be suppressed to prevent the precipitation of the heat-resistant fine particles, the composition for forming the porous layer (II) excellent in long-term storage can be obtained.

なお、媒体に使用する水に滅菌処理を施す場合、滅菌の度合いは、水中に含まれる真菌や生菌の数で判断すればよい。具体的には、日本薬局方の一般試験法に記載の無菌試験法により求められる真菌および生菌の個数が、水50mL中にそれぞれ50以下となるまで滅菌処理を施すことが好ましい。   In addition, when performing the sterilization process to the water used for a medium, what is necessary is just to judge the degree of sterilization by the number of fungi and a living microbe contained in water. Specifically, sterilization is preferably performed until the number of fungi and viable bacteria determined by the sterility test method described in the general test method of the Japanese Pharmacopoeia is 50 or less in 50 mL of water.

さらにスラリーの貯蔵安定性を確保するために、適宜防腐剤や殺菌剤を添加して増粘剤の分解を抑制してもよい。これらの例としては、安息香酸、パラヒドロキシ安息香酸エステル、エタノール、メタノール等のアルコール類、次亜塩素酸ナトリウム等の塩素類、過酸化水素、ホウ酸、酢酸等の酸類、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ類、窒素含有有機硫黄系化合物(例えばサンノプコ社製「ノプコサイド(商品名)シリーズ」などが挙げられる。   Furthermore, in order to ensure the storage stability of the slurry, an antiseptic and a bactericidal agent may be added as appropriate to suppress the decomposition of the thickener. Examples of these include benzoic acid, parahydroxybenzoic acid esters, alcohols such as ethanol and methanol, chlorines such as sodium hypochlorite, acids such as hydrogen peroxide, boric acid and acetic acid, sodium hydroxide, water Examples include alkalis such as potassium oxide and nitrogen-containing organic sulfur compounds (for example, “Nopcoside (trade name) series” manufactured by San Nopco).

また、スラリーが発泡しやすく、塗布性に影響する場合には、適宜消泡剤を用いることができる。消泡剤としては、ミネラルオイル系、シリコーン系、アクリル系、ポリエーテル系の各種消泡剤を用いることができる。消泡剤の具体的な例としては、日華化学社製「フォームレックス(商品名)」、日信化学社製「サーフィノール(商品名)シリーズ」、荏原エンジニアリング社製「アワゼロン(商品名)シリーズ」、サンノプコ社製「SNデフォーマー(商品名)シリーズ」などを用いることができる。
スラリーには、フィラー同士の凝集を防ぐ目的で適宜分散剤を使用することが可能である。分散剤の具体的な例としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系の各種界面活性剤、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩などの高分子系分散剤などを用いることができる。より具体的には、ADEKA社製「アデカトール(商品名)シリーズ」、「アデカノール(商品名)シリーズ」、サンノプコ社製「SNディスパーサント(商品名)シリーズ」、ライオン社製「ポリティ(商品名)シリーズ」、「アーミン(商品名)シリーズ」、「デュオミン(商品名)シリーズ」、花王社製「ホモゲノール(商品名)シリーズ」、「レオドール(商品名)シリーズ」、「アミート(商品名)シリーズ」、日油社製「ファルバック(商品名)シリーズ」、「セラミゾール(商品名)シリーズ」、「ポリスター(商品名)シリーズ」、味の素ファインテクノ社製「アジスパー(商品名)シリーズ」、東亞合成社製「アロン分散剤(商品名)シリーズ」などがある。
またスラリーに、界面張力を制御する目的で、適宜添加剤を加えることができる。添加剤としては、媒体が有機溶媒である場合には、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなど用いることができ。媒体が水の場合には、アルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、変性シリコーン系、疎水性シリカ系(例えばサンノプコ社製「SNウエット(商品名)シリーズ、SNデフォーマー(商品名)シリーズ」を用いて界面張力を制御することもできる。
Moreover, when a slurry is easy to foam and affects applicability | paintability, an antifoamer can be used suitably. As the antifoaming agent, various defoaming agents of mineral oil type, silicone type, acrylic type and polyether type can be used. Specific examples of antifoaming agents include “Formrex (trade name)” manufactured by Nikka Chemical Co., Ltd., “Surfinol (trade name) series” manufactured by Nissin Chemical Co., Ltd., and “Awazero” (trade name) manufactured by Sugawara Engineering Co., Ltd. "Series", "SN deformer (trade name) series" manufactured by San Nopco, etc. can be used.
In the slurry, a dispersant can be appropriately used for the purpose of preventing aggregation of fillers. Specific examples of the dispersant include various anionic, cationic, and nonionic surfactants, and polymer dispersants such as polyacrylic acid and polyacrylate. More specifically, ADEKA "Adekator (product name) series", "Adekanol (product name) series", Sannopco "SN Dispersant (product name) series", Lion Corporation "Politi (product name) "Series", "Armin (trade name) series", "Duomin (trade name) series", "Homogenol (trade name) series", "Leodoll (trade name) series", "Amate (trade name) series" , “Falback (trade name) series”, “Ceramisole (trade name) series”, “Polystar (trade name) series” manufactured by NOF Corporation, “Ajisper (trade name) series” manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd., Toagosei Co., Ltd. There are "Aron Dispersant (trade name) series" made by the company.
In addition, an additive can be appropriately added to the slurry for the purpose of controlling the interfacial tension. As the additive, when the medium is an organic solvent, alcohol (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate can be used. When the medium is water, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.), modified silicones, hydrophobic silicas (eg “SN wet (trade name) series, SN deformer (manufactured by San Nopco) Interfacial tension can also be controlled using a "trade name" series.

多孔質層(II)形成用組成物には、例えば耐熱性微粒子の分散状態を安定化させるために、増粘剤を添加することができる。増粘剤の具体例としては、例えば、ポリエチレングリコール、ウレタン変性ポリエーテル、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ビニルメチルエーテル−無水マレイン酸共重合体等の合成高分子(例えばサンノプコ社製「SNシックナー(商品名)シリーズ」);カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体;キサンタンガム、ウェランガム、ジェランガム、グアーガム、カラギーナンなどの天然多糖類;デキストリン;アルファー化でんぷんなどのでんぷん類;モンモリロナイト、ヘクトライトなどの粘土鉱物;ヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、ヒュームドチタニアなどの無機酸化物類;などが挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記の粘土鉱物や無機酸化物類の場合には、一次粒子の粒径が、耐熱性微粒子よりも小さいもの(例えば、数nm〜数十nm程度)を使用することが好ましく、また、一次粒子が多数繋がったストラクチャ構造を有するもの(ヒュームドシリカなど)が好ましい。   A thickener can be added to the composition for forming the porous layer (II), for example, in order to stabilize the dispersion state of the heat-resistant fine particles. Specific examples of the thickener include, for example, synthetic polymers such as polyethylene glycol, urethane-modified polyether, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, vinyl methyl ether-maleic anhydride copolymer (for example, “SN thickener (manufactured by San Nopco) Product name) Series ”); Cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose; Natural polysaccharides such as xanthan gum, welan gum, gellan gum, guar gum, carrageenan; Dextrin; Starches such as pregelatinized starch; Clay minerals such as; inorganic oxides such as fumed silica, fumed alumina, fumed titania; and the like. These may be used alone or in combination of two or more. In the case of the above clay minerals and inorganic oxides, it is preferable to use a primary particle having a particle size smaller than that of the heat-resistant fine particles (for example, about several nm to several tens of nm). Those having a structure structure in which a large number of are connected (such as fumed silica) are preferred.

前記例示の増粘剤のなかでも、多孔質層(II)形成用組成物に好適な媒体である水に対する溶解性が高く、少量で増粘効果が高い点で、天然多糖類がより好ましく、キサンタンガム、ウェランガム、ジェランガムが更に好ましく、キサンタンガムが特に好ましい。また、多孔質層(II)形成用組成物にチクソ性を付与する場合には、ヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、ヒュームドチタニアなどの無機酸化物類を添加することが好ましい。   Among the thickeners exemplified above, natural polysaccharides are more preferable in that they are highly soluble in water, which is a suitable medium for the composition for forming the porous layer (II), and have a high thickening effect in a small amount. Xanthan gum, welan gum, and gellan gum are more preferable, and xanthan gum is particularly preferable. Moreover, when providing thixotropy to the composition for forming the porous layer (II), it is preferable to add inorganic oxides such as fumed silica, fumed alumina, fumed titania and the like.

多孔質層(II)形成用組成物における増粘剤の含有量は、例えば、組成物中の固形分(媒体を除く構成成分。)の全体積中、0.1〜10体積%であることが好ましい。   The content of the thickener in the composition for forming the porous layer (II) is, for example, 0.1 to 10% by volume in the total volume of the solid content (components excluding the medium) in the composition. Is preferred.

多孔質層(II)形成用組成物は、前記のフィラーA、Bおよびバインダを含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが好ましい。   The composition for forming the porous layer (II) preferably has a solid content including the fillers A and B and the binder of, for example, 10 to 80% by mass.

多孔質層(II)形成用組成物の塗布に用いる塗工機としては、例えば、ダイコーター、グラビアコーター、リバースロールコーター、スクイズロールコーター、カーテンコーター、ブレードコーター、ナイフコーターなどの、従来から知られている各種塗工機が挙げられる。   Examples of the coating machine used for applying the composition for forming the porous layer (II) include conventionally known die coaters, gravure coaters, reverse roll coaters, squeeze roll coaters, curtain coaters, blade coaters and knife coaters. Various coating machines that are used are listed.

なお、多孔質層(II)中のフィラーが板状粒子の場合に、その配向性を高めるには、多孔質層(II)形成用組成物を多孔質層(I)の表面に塗布する際に、多孔質層(II)形成用組成物にシェアをかければよい。多孔質層(II)形成用組成物にシェアをかけるには、例えば、多孔質層(II)形成用組成物を多孔質層(I)の表面に塗布した後、一定のギャップを通して余分なスラリーを除去し、その後乾燥するなどの工程を経ればよい。   In addition, when the filler in the porous layer (II) is a plate-like particle, in order to increase the orientation, when the composition for forming the porous layer (II) is applied to the surface of the porous layer (I) In addition, a share should be given to the composition for forming the porous layer (II). In order to share the composition for forming the porous layer (II), for example, after applying the composition for forming the porous layer (II) to the surface of the porous layer (I), excess slurry is passed through a certain gap. May be removed and then dried.

また、多孔質層(II)中の板状フィラーの配向性をより高めるには、前記のシェアをかける方法以外にも、高固形分濃度(例えば50〜80質量%)の多孔質層(II)形成用組成物を使用する方法;板状の無機フィラーを、ディスパー、アジター、ホモジナイザー、ボールミル、アトライター、ジェットミルなどの各種混合・攪拌装置、分散装置などを用いて溶媒に分散させ、得られた分散体にバインダなどを添加・混合して調製した多孔質層(II)形成用組成物を使用する方法;表面に油脂類、界面活性剤、シランカップリング剤などの分散剤を作用させて、表面を改質した板状の無機フィラーを用いて調製した多孔質層(II)形成用組成物を使用する方法;形状、径またはアスペクト比の異なる板状の無機フィラーを併用して調製した多孔質層(II)形成用組成物を使用する方法;多孔質層(II)形成用組成物を多孔質層(I)に塗布した後の乾燥条件を制御する方法;セパレータを加圧や加熱加圧プレスする方法;多孔質層(II)形成用組成物を多孔質層(I)に塗布した後、乾燥前に磁場をかける方法;などが採用でき、これらの方法をそれぞれ単独で実施してもよく、2種以上の方法を組み合わせて実施してもよい。   Further, in order to further enhance the orientation of the plate-like filler in the porous layer (II), in addition to the above-described method of applying the share, the porous layer (II having a high solid content concentration (for example, 50 to 80 mass%) ) Method of using the forming composition; a plate-like inorganic filler is dispersed in a solvent using various mixing / stirring devices such as a disper, an agitator, a homogenizer, a ball mill, an attritor, a jet mill, a dispersing device, etc. A method of using a composition for forming a porous layer (II) prepared by adding and mixing a binder to the obtained dispersion; a dispersant such as fats and oils, a surfactant, and a silane coupling agent is allowed to act on the surface Using a porous layer (II) forming composition prepared using a plate-like inorganic filler whose surface has been modified; prepared using a plate-like inorganic filler having a different shape, diameter or aspect ratio Perforated Method of using the composition for forming the layer (II); Method of controlling the drying conditions after applying the composition for forming the porous layer (II) to the porous layer (I); A method of pressing; a method of applying a magnetic field before drying after applying the porous layer (II) forming composition to the porous layer (I); and the like. Alternatively, two or more methods may be combined.

本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のセパレータを有していればよく、その他の構成、構造については特に制限はなく、従来から知られているリチウムイオン二次電池で採用されている各種構成、構造を適用することができる。   The lithium ion secondary battery of the present invention only needs to have the separator of the present invention, and there are no particular restrictions on the other configuration and structure, and it is adopted in conventionally known lithium ion secondary batteries. Various configurations and structures can be applied.

本発明のリチウム二次電池に係る正極には、従来から知られているリチウム二次電池に用いられている正極、すなわち、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含有する正極を用いることができる。例えば、正極活物質には、Li1+xMOで(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mnなど)で表されるリチウム含有遷移金属酸化物;LiMnなどのリチウムマンガン酸化物;LiMnのMnの一部を他元素で置換したLiMn(1−x);オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe);LiMn0.5Ni0.5;Li(1+a)MnNiCo(1−x−y)(−0.1<a<0.1、0<x<0.5、0<y<0.5);などを適用することが可能であり、これらの正極活物質に公知の導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)や、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、SBR、フッ素ゴムなどの結着剤や、増粘剤などを適宜添加した正極合剤を、集電体を芯材として成形体(正極合剤層)に仕上げたものなどを用いることができる。 As the positive electrode according to the lithium secondary battery of the present invention, a positive electrode used in a conventionally known lithium secondary battery, that is, a positive electrode containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions is used. Can do. For example, for the positive electrode active material, lithium-containing transition metal oxide represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, etc.); LiMn 2 O 4, etc. LiMn x M (1-x) O 2 in which a part of Mn of LiMn 2 O 4 is substituted with another element; olivine-type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe); LiMn 0 .5 Ni 0.5 O 2 ; Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xy) O 2 (−0.1 <a <0.1, 0 <x <0.5, 0 <y <0.5); can be applied to these positive electrode active materials, and known conductive assistants (carbon materials such as carbon black), polyvinylidene fluoride (PVDF), SBR, fluororubber, etc. Positive electrode mixture with appropriate addition of binders and thickeners It can be used such as those finished molded body (positive electrode mixture layer) a current collector as a core material.

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

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

本発明のリチウム二次電池に係る負極には、従来から知られているリチウム二次電池に用いられている負極、すなわち、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する負極を用いることができる。例えば、負極活物質には、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。   As the negative electrode for the lithium secondary battery of the present invention, a negative electrode used in a conventionally known lithium secondary battery, that is, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions is used. Can do. For example, the anode active material can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers. One kind or a mixture of two or more kinds of carbon-based materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb and In and alloys thereof, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material.

負極活物質には、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値(I1360/I1580)が0.1以上0.5以下であり、002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を使用することがより好ましい。このような負極活物質を含有する負極を使用することで、低温でも優れた充電特性を維持し得るリチウム二次電池とすることができる。 The negative electrode active material, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum (I 1360 / I 1580) is 0.1 to 0.5, 002 It is more preferable to use graphite having a face spacing d 002 of 0.338 nm or less. By using a negative electrode containing such a negative electrode active material, a lithium secondary battery that can maintain excellent charging characteristics even at low temperatures can be obtained.

R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛としては、例えば、表面が低結晶性の炭素材で被覆された黒鉛が挙げられる。そのような黒鉛は、d002が0.338nm以下である天然黒鉛または人造黒鉛を球状に賦形したものを母材とし、その表面を有機化合物で被覆し、800〜1500℃で焼成した後、解砕し、篩を通して整粒することによって得ることができる。なお、前記母材を被覆する有機化合物としては、芳香族炭化水素;芳香族炭化水素を加熱加圧下で重縮合して得られるタールまたはピッチ類;芳香族炭化水素の混合物を主成分とするタール、ピッチまたはアスファルト類;などが挙げられる。前記母材を前記有機化合物で被覆するには、前記有機化合物に前記母材を含浸・混捏する方法が採用できる。また、プロパンやアセチレンなどの炭化水素ガスを熱分解により炭素化し、これをd002が0.338nm以下の黒鉛の表面に堆積させる気相法によっても、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を作製することができる。 Examples of the graphite whose R value and d 002 satisfy the above values include graphite whose surface is coated with a low crystalline carbon material. Such graphite is obtained by using natural graphite or artificial graphite having a d 002 of 0.338 nm or less in a spherical shape as a base material, coating the surface with an organic compound, and firing at 800 to 1500 ° C., It can be obtained by crushing and sizing through a sieve. The organic compound covering the base material includes aromatic hydrocarbons; tars or pitches obtained by polycondensation of aromatic hydrocarbons under heat and pressure; tars mainly composed of a mixture of aromatic hydrocarbons. , Pitch or asphalt; In order to coat the base material with the organic compound, a method of impregnating and kneading the base material into the organic compound can be employed. Also, the R value and d 002 satisfy the above values by a vapor phase method in which hydrocarbon gas such as propane or acetylene is carbonized by pyrolysis and deposited on the surface of graphite having d 002 of 0.338 nm or less. Graphite can be produced.

電池には、これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどの結着剤などを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げた負極が用いられる他、前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、若しくは集電体上に形成した負極を用いてもよい。   In the battery, a negative electrode mixture in which a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF is appropriately added to these negative electrode active materials, and a molded body (negative electrode) using the current collector as a core material In addition to the negative electrode finished in the mixture layer), the above-mentioned various alloys and lithium metal foils may be used alone or a negative electrode formed on a current collector.

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

負極側のリード部も、正極側のリード部と同様に、通常、負極作製時に、集電体の一部に負極剤層(負極活物質を有する層)を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、この負極側のリード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体に銅製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。   Similarly to the lead portion on the positive electrode side, the negative electrode lead portion is usually exposed to the current collector without forming a negative electrode agent layer (a layer having a negative electrode active material) on a part of the current collector during negative electrode fabrication. It is provided by leaving a part and using it as a lead part. However, the lead portion on the negative electrode side is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting a copper foil or the like to the current collector later.

非水電解液には、例えば、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた溶液が使用される。非水電解液に係る有機溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸メチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールサルファイト、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの1種のみからなる有機溶媒または2種以上の混合溶媒を使用することができる。また、リチウム塩には、例えば、LiClO、LiPF 、LiBF 、LiAsF 、LiSbF 、LiCFSO 、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などのうちの1種または2種以上を用いることができる。リチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。 For the non-aqueous electrolyte, for example, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. Examples of the organic solvent related to the non-aqueous electrolyte include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propionate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, ethylene glycol sulfite, 1,2-dimethoxy. An organic solvent composed of only one kind such as ethane, 1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, diethyl ether or a mixed solvent of two or more kinds can be used. Further, the lithium salt, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, LiN (CF 3 One or two of SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] The above can be used. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

また、非水電解液には、電池の安全性や充放電サイクル特性、高温貯蔵性といった特性を更に向上させる目的で、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、ビニレンカーボネート類、環状硫黄化合物(1,3−プロパンサルトン、1,4−ブタンスルトン、3−フェニル−1,3−プロパンサルトン、4−フェニル−1,4−ブタンスルトンなど)、ジフェニルジスルフィド、ビフェニル、ビニルエチレンカーボネート、フルオロベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。   In addition, non-aqueous electrolytes include acid anhydrides, sulfonic acid esters, dinitriles, vinylene carbonates, cyclic sulfur compounds (1, 2) for the purpose of further improving battery safety, charge / discharge cycle characteristics, and high-temperature storage characteristics. 3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 3-phenyl-1,3-propane sultone, 4-phenyl-1,4-butane sultone, etc.), diphenyl disulfide, biphenyl, vinyl ethylene carbonate, fluorobenzene, cyclohexyl benzene , Additives such as t-butylbenzene (including these derivatives) can also be added as appropriate.

電極は、前記の正極と前記の負極とを、本発明のセパレータを介して積層した積層電極体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。   The electrode can be used in the form of a laminated electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are laminated via the separator of the present invention, or a wound electrode body in which this is wound.

なお、積層電極体や巻回電極体を形成する際には、多孔質層(II)が正極に対面した時に、負荷特性やサイクル特性の改善効果が見られる。また、多孔質層(II)を正極と負極の両極に対面させるとより効果的である。   In forming a laminated electrode body or a wound electrode body, when the porous layer (II) faces the positive electrode, an effect of improving load characteristics and cycle characteristics is observed. Moreover, it is more effective when the porous layer (II) faces both the positive electrode and the negative electrode.

電池が過充電状態になったときに重合して被膜化することで電池反応を抑制する作用のあるシクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体を含有する非水電解液を用いた場合、これらは電池の通常の使用電位域においても僅かながら重合し、形成された重合物がセパレータの空孔に侵入して目詰まりを引き起こし、電池特性を低下させることがある。しかしながら、セパレータの多孔質層(II)が正極に対面している場合には、シクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体の重合物によるセパレータ空孔の目詰まりを抑制することもできる。   When non-aqueous electrolytes containing cyclohexylbenzene or its derivatives are used that suppress the battery reaction by polymerizing into a film when the battery is overcharged, these are the normal uses of the battery. Even in the electric potential region, it is slightly polymerized, and the formed polymer may enter the pores of the separator and cause clogging, which may deteriorate the battery characteristics. However, when the porous layer (II) of the separator faces the positive electrode, clogging of the separator holes due to the polymer of cyclohexylbenzene or its derivative can be suppressed.

本発明の電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Examples of the form of the battery of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明の電池用セパレータは耐熱性に優れ、また本発明のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池は、加熱時の安全性に優れるのみならず、負荷特性やサイクル特性など電池の重要特性に優れていることから、こうした特性を生かして、携帯電話などのモバイルデバイスや、パワーツール用の電源用途を始めとして、従来から知られているリチウムイオン二次電池と同様の用途に好ましく適用することができる。   The battery separator of the present invention is excellent in heat resistance, and the lithium ion secondary battery using the separator of the present invention is not only excellent in safety during heating, but also excellent in important battery characteristics such as load characteristics and cycle characteristics. Therefore, taking advantage of these characteristics, it can be preferably applied to mobile devices such as mobile phones and power tools for power tools, as well as to the same applications as hitherto known lithium ion secondary batteries. it can.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。
実施例1
<負極の作製>
平均粒子径D50%が18μm、d002が0.338nmで、R値が0.18であり、BET法による比表面積が3.2m/gである黒鉛Aと、平均粒子径D50%が16μm、d002が0.336nmで、R値が0.05の黒鉛Bとを、85:15の質量比で混合した混合物:98質量部、粘度が1500〜5000mPa・sの範囲に調整された1質量%の濃度のCMC水溶液:1.0質量部、およびSBR:1.0質量部を、比伝導度が2.0×10Ω/cm以上のイオン交換水を溶剤として混合して、水系の負極合剤含有ペーストを調製した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
Example 1
<Production of negative electrode>
The average particle diameter D50% is 18 [mu] m, d 002 is at 0.338 nm, a R value is 0.18, and the graphite A specific surface area by BET method is 3.2 m 2 / g, an average particle diameter D50% is 16μm , D 002 of 0.336 nm, R value of 0.05, and graphite B mixed at a mass ratio of 85:15: 98 parts by mass, viscosity adjusted to a range of 1500 to 5000 mPa · s CMC aqueous solution having a concentration of mass%: 1.0 part by mass and SBR: 1.0 part by mass using ion-exchanged water having a specific conductivity of 2.0 × 10 5 Ω / cm or more as a solvent, A negative electrode mixture-containing paste was prepared.

前記の負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整して負極を得た。この負極の負極合剤層表面の算術平均粗さRaを、共焦点レーザー顕微鏡を用いて測定した。また、前記負極を幅45mmになるように切断し、更に銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:70質量部およびLiNi0.8Co0.2:15質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、並びにバインダであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、正極を作製した。更にこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
<セパレータの作製>
二次凝集体ベーマイト5kgにイオン交換水5kgと分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで8時間解砕処理をし、カーボンブラック(BET法による比表面積が50m/g)0.5kg加えてさらに2時間分散処理して分散液を調製した。処理後の分散液を120℃で真空乾燥し、SEM観察をしたところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、レーザー散乱粒度分布計(HORIBA社製「LA−920」)を用い、屈折率1.65としてベーマイトの平均粒子径(D50%)を測定したところ、1.0μmであった。
The negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied to both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil, dried, and then calendered to give a total thickness of 142 μm. Was adjusted to obtain a negative electrode. The arithmetic average roughness Ra of the negative electrode mixture layer surface of this negative electrode was measured using a confocal laser microscope. The negative electrode was cut to a width of 45 mm, and a tab was welded to the exposed portion of the copper foil to form a lead portion.
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as a positive electrode active material: 70 parts by mass and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 : 15 parts by mass, acetylene black as a conductive auxiliary agent: 10 parts by mass, and PVDF as a binder: 5 parts by mass, NMP was mixed uniformly as a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing paste. This paste is intermittently applied to both sides of a 15 μm-thick aluminum foil serving as a current collector, dried, and then calendered to adjust the thickness of the positive electrode mixture layer so that the total thickness becomes 150 μm. Then, the positive electrode was fabricated by cutting to a width of 43 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.
<Preparation of separator>
Add 5 kg of ion-exchanged water and 0.5 kg of a dispersant (aqueous polycarboxylic acid ammonium salt, solid content concentration 40%) to 5 kg of secondary aggregate boehmite, and use a ball mill for 20 hours with an internal volume of 20 L and a rotation rate of 40 times / minute for 8 hours. Crushing was performed, 0.5 kg of carbon black (specific surface area by BET method was 50 m 2 / g) was added, and dispersion treatment was further performed for 2 hours. The treated dispersion was vacuum-dried at 120 ° C. and observed by SEM. As a result, the shape of boehmite was almost plate-like. Moreover, when the average particle diameter (D50%) of boehmite was measured as refractive index 1.65 using the laser scattering particle size distribution analyzer ("LA-920" by HORIBA), it was 1.0 micrometer.

前記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一なスラリー[多孔質層(II)形成用スラリーa、固形分比率50質量%]を調製した。   To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added and stirred with a three-one motor for 3 hours to form a uniform slurry. [Slurry a for forming porous layer (II), solid content ratio 50 mass%] was prepared.

リチウムイオン二次電池用PE製微多孔質セパレータ[多孔質層(I):厚み16μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃]の片面にコロナ放電処理(放電量40W・min/m)を施し、この処理面に多孔質層(II)形成用スラリーaをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成してセパレータを得た。 PE microporous separator for lithium ion secondary battery [Porous layer (I): thickness 16 μm, porosity 40%, average pore size 0.08 μm, PE melting point 135 ° C.] on one side corona discharge treatment (discharge amount) 40 W · min / m 2 ) was applied, and the slurry a for forming the porous layer (II) was applied to the treated surface with a microgravure coater and dried to form a porous layer (II) to obtain a separator.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)の厚さは4μmであり、単位面積あたりの質量が6.1g/mであった。また、前記の方法により測定したセパレータの貫通強度(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法でセパレータの貫通強度を測定した。)は3.9Nで、前記フィラーの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。
<電池の組み立て>
前記のようにして得た正極と負極とセパレータを多孔質層(II)が正極側に向くように介在させつつ重ね、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。得られた巻回電極体を押しつぶして扁平状にし、厚み6mm、高さ50mm、幅34mmでのアルミニウム製外装缶に入れ、電解液(エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比で1:2に混合した溶媒にLiPFを濃度1.2mol/lで溶解させ、更にビニレンカーボネートを3質量%添加したもの)を注入した後に封止を行って、図1に示す構造で、図2に示す外観のリチウムイオン二次電池を作製した。なお、この電池は、缶の上部に内圧が上昇した場合に圧力を下げるための開裂ベントを備えている。
The thickness of the porous layer (II) in the obtained separator was 4 μm, and the mass per unit area was 6.1 g / m 2 . Further, the penetration strength of the separator measured by the above-described method (the penetration strength of the separator was also measured by the same method in each of Examples and Comparative Examples described later) was 3.9 N, and the volume content of the filler was 88. The porosity of the porous layer (II) was 55%.
<Battery assembly>
The positive electrode, the negative electrode, and the separator obtained as described above were overlapped with the porous layer (II) facing the positive electrode, and wound in a spiral shape to produce a wound electrode body. The obtained wound electrode body is crushed into a flat shape, put into an aluminum outer can having a thickness of 6 mm, a height of 50 mm, and a width of 34 mm, and an electrolytic solution (ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2). In the solvent, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.2 mol / l and further 3% by weight of vinylene carbonate was added) and sealed, and the structure shown in FIG. 1 had the appearance shown in FIG. A lithium ion secondary battery was produced. This battery is provided with a cleavage vent for lowering the pressure when the internal pressure rises at the top of the can.

ここで図1および図2に示す電池について説明すると、図1の(a)は平面図、(b)はその部分断面図であって、図1(b)に示すように、正極1と負極2は前記のようにセパレータ3を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状の巻回電極体6として、角筒形の外装缶4に電解液と共に収容されている。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液などは図示していない。また、セパレータの各層も区別して示していない。   Here, the battery shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a partial cross-sectional view thereof. As shown in FIG. 2 is spirally wound through the separator 3 as described above, and then pressed so as to be flattened and accommodated in a rectangular tube-shaped outer can 4 together with the electrolyte as a flat wound electrode body 6 Has been. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, an electrolytic solution, and the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are not illustrated. Also, the separator layers are not shown separately.

外装缶6はアルミニウム合金製で電池の外装体を構成するものであり、この外装缶4は正極端子を兼ねている。そして、外装缶4の底部にはPEシートからなる絶縁体5が配置され、正極1、負極2およびセパレータ3からなる扁平状巻回電極体6からは、正極1および負極2のそれぞれ一端に接続された正極リード体7と負極リード体8が引き出されている。また、外装缶4の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用蓋板9にはPP製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The outer can 6 is made of an aluminum alloy and constitutes an outer casing of the battery. The outer can 4 also serves as a positive electrode terminal. And the insulator 5 which consists of PE sheets is arrange | positioned at the bottom part of the armored can 4, and it connects to each one end of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 from the flat wound electrode body 6 which consists of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3. The positive electrode lead body 7 and the negative electrode lead body 8 thus drawn are drawn out. A stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the outer can 4 through a PP insulating packing 10, and an insulator 12 is attached to the terminal 11. A stainless steel lead plate 13 is attached.

そして、この蓋板9は外装缶4の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶4の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図1の電池では、蓋板9に非水電解液注入口14が設けられており、この非水電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図1および図2の電池では、実際には、非水電解液注入口14は、非水電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、非水電解液注入口14として示している)。更に、蓋板9には、電池の温度が上昇した際に内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。   And this cover plate 9 is inserted in the opening part of the armored can 4, and the opening part of the armored can 4 is sealed by welding the junction part of both, and the inside of a battery is sealed. Further, in the battery of FIG. 1, a non-aqueous electrolyte inlet 14 is provided in the cover plate 9, and a sealing member is inserted into the non-aqueous electrolyte inlet 14, for example, laser welding or the like. (See FIG. 1 and FIG. 2, in practice, the non-aqueous electrolyte inlet 14 is actually sealed with the non-aqueous electrolyte inlet.) Although it is a member, for ease of explanation, it is shown as a non-aqueous electrolyte inlet 14). Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the temperature of the battery rises.

この実施例1の電池では、正極リード体7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶5と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード体8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード体8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、外装缶4の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery of this Example 1, the outer can 5 and the cover plate 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead body 7 to the lid plate 9, and the negative electrode lead body 8 is welded to the lead plate 13, The terminal 11 functions as a negative electrode terminal by conducting the negative electrode lead body 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the outer can 4, the sign may be reversed. There is also.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図1では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。また、図1においても、電極群の内周側の部分は断面にしていない。
実施例2
リチウムイオン二次電池用PE製微多孔質セパレータ[多孔質層(I):厚み12μm、空孔率45%、平均孔径0.06μm、PEの融点135℃]の両面にコロナ放電処理を施し、この両面に実施例1で用いた多孔質層(II)形成用スラリーaをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成してセパレータを得た。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown. Also in FIG. 1, the inner peripheral portion of the electrode group is not cross-sectional.
Example 2
PE microporous separator for a lithium ion secondary battery [Porous layer (I): thickness 12 μm, porosity 45%, average pore diameter 0.06 μm, PE melting point 135 ° C.] was subjected to corona discharge treatment, The slurry a for forming the porous layer (II) used in Example 1 was applied to both surfaces by a micro gravure coater and dried to form a porous layer (II) to obtain a separator.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)の厚さは両面とも4μmであり、単位面積あたりの質量が6.1g/mであった。また、前記の方法により測定したセパレータの貫通強度(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法でセパレータの貫通強度を測定した。)は3.9Nで、前記フィラーの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。
この両面に多孔質層(II)を形成したセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例3
二次凝集体ベーマイトに代えて二次凝集体アルミナを用いた以外は、多孔質層(II)形成用スラリーaと同様にして、多孔質層(II)形成用スラリーbを調製した。なお、多孔質層(II)形成用スラリーbの調製途中で形成したアルミナの分散液について、実施例1と同様にしてSEM観察を行ったところ、アルミナの形状は板状であった。また、前記アルミナの分散液について、実施例1と同様にして測定したアルミナの平均粒子径D50%は、1μmであった。以下、実施例1と同様に、多孔質層(II)形成用スラリーbをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成してセパレータを得た。
The thickness of the porous layer (II) in the obtained separator was 4 μm on both sides, and the mass per unit area was 6.1 g / m 2 . Further, the penetration strength of the separator measured by the above-described method (the penetration strength of the separator was also measured by the same method in each of Examples and Comparative Examples described later) was 3.9 N, and the volume content of the filler was 88. The porosity of the porous layer (II) was 55%.
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator having the porous layer (II) formed on both sides was used.
Example 3
A porous layer (II) forming slurry b was prepared in the same manner as the porous layer (II) forming slurry a except that secondary aggregate alumina was used instead of the secondary aggregate boehmite. In addition, when the SEM observation was performed similarly to Example 1 about the alumina dispersion liquid formed in the middle of preparation of the slurry b for porous layer (II) formation, the shape of the alumina was plate shape. Further, with respect to the alumina dispersion, the average particle diameter D50% of alumina measured in the same manner as in Example 1 was 1 μm. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the slurry b for forming the porous layer (II) was applied by a micro gravure coater and dried to form the porous layer (II) to obtain a separator.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)の厚さは4μmであり、単位面積あたりの質量が7.1g/mであった。また、前記の方法により測定したセパレータの貫通強度(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法でセパレータの貫通強度を測定した。)は3.9Nで、前記フィラーの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。以下、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例4
二次凝集体ベーマイトに代えて二次凝集体シリカを用いた以外は、多孔質層(II)形成用スラリーaと同様にして、多孔質層(II)形成用スラリーcを調製した。なお、多孔質層(II)形成用スラリーcの調製途中で形成したシリカの分散液について、実施例1と同様にしてSEM観察を行ったところ、シリカの形状は板状であった。また、前記シリカの分散液について、実施例1と同様にして測定したシリカの平均粒子径D50%は、1μmであった。以下、実施例1と同様に、多孔質層(II)形成用スラリーcをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成してセパレータを得た。
The thickness of the porous layer (II) in the obtained separator was 4 μm, and the mass per unit area was 7.1 g / m 2 . Further, the penetration strength of the separator measured by the above-described method (the penetration strength of the separator was also measured by the same method in each of Examples and Comparative Examples described later) was 3.9 N, and the volume content of the filler was 88. The porosity of the porous layer (II) was 55%. Thereafter, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.
Example 4
A porous layer (II) forming slurry c was prepared in the same manner as the porous layer (II) forming slurry a, except that secondary aggregate silica was used instead of the secondary aggregate boehmite. The silica dispersion formed during the preparation of the porous layer (II) slurry c was subjected to SEM observation in the same manner as in Example 1. As a result, the shape of the silica was plate-like. Further, with respect to the silica dispersion, the average particle diameter D50% of silica measured in the same manner as in Example 1 was 1 μm. Hereinafter, in the same manner as in Example 1, the slurry c for forming the porous layer (II) was applied by a micro gravure coater and dried to form the porous layer (II) to obtain a separator.

得られたセパレータにおける多孔質層(II)の厚さは4μmであり、単位面積あたりの質量が4.0g/mであった。また、前記の方法により測定したセパレータの貫通強度(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法でセパレータの貫通強度を測定した。)は3.9Nで、前記フィラーの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。以下、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
実施例5
二次凝集体ベーマイト5kgにイオン交換水5kgと分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液を120℃で真空乾燥し、SEM観察をしたところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、レーザー散乱粒度分布計(HORIBA社製「LA−920」)を用い、屈折率1.65としてベーマイトの平均粒子径(D50%)を測定したところ、1.0μmであった。
この分散液を用いた以外は、多孔質層(II)形成用スラリーaと同様にして、多孔質層(II)形成用スラリーdを調製した。
実施例1で用いたものと同様のカーボンブラック1kgにイオン交換水1kgと分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40%)0.1kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで2時間解砕処理をして分散液を調製した。
前記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.1g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を2g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一なスラリー[多孔質層(II)形成用スラリーe、固形分比率50質量%]を調製した。
The thickness of the porous layer (II) in the obtained separator was 4 μm, and the mass per unit area was 4.0 g / m 2 . Further, the penetration strength of the separator measured by the above-described method (the penetration strength of the separator was also measured by the same method in each of Examples and Comparative Examples described later) was 3.9 N, and the volume content of the filler was 88. The porosity of the porous layer (II) was 55%. Thereafter, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.
Example 5
Add 5 kg of ion-exchanged water and 0.5 kg of a dispersant (aqueous polycarboxylic acid ammonium salt, solid content concentration 40%) to 5 kg of secondary aggregate boehmite, and use a ball mill for 20 hours with an internal volume of 20 L and a rotation speed of 40 times / minute for 10 hours. A dispersion was prepared by crushing treatment. The treated dispersion was vacuum-dried at 120 ° C. and observed by SEM. As a result, the shape of boehmite was almost plate-like. Moreover, when the average particle diameter (D50%) of boehmite was measured as refractive index 1.65 using the laser scattering particle size distribution analyzer ("LA-920" by HORIBA), it was 1.0 micrometer.
A porous layer (II) forming slurry d was prepared in the same manner as the porous layer (II) forming slurry a except that this dispersion was used.
1 kg of ion-exchanged water and 0.1 kg of a dispersant (aqueous polycarboxylic acid ammonium salt, solid content concentration 40%) are added to 1 kg of carbon black similar to that used in Example 1, and the internal volume is 20 L and the number of turns is 40 times. Dispersion was prepared by crushing for 2 hours with a ball mill per minute.
To 500 g of the above dispersion, 0.1 g of xanthan gum as a thickener and 2 g of resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added and stirred for 3 hours with a three-one motor to obtain a uniform slurry. [Porous layer (II) forming slurry e, solid content ratio 50 mass%] was prepared.

実施例2で用いたリチウムイオン二次電池用PE製微多孔質セパレータ[多孔質層(I):厚み12μm、空孔率45%、平均孔径0.06μm、PEの融点135℃]の片面にコロナ放電処理(放電量40W・min/m)を施し、この処理面に多孔質層(II)形成用スラリーdを、さらにその上にスラリーeをダイコーターによって重層塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成してセパレータを得た。 PE microporous separator for lithium ion secondary battery used in Example 2 [Porous layer (I): thickness 12 μm, porosity 45%, average pore diameter 0.06 μm, PE melting point 135 ° C.] A corona discharge treatment (discharge amount 40 W · min / m 2 ) is applied, a porous layer (II) forming slurry d is applied to the treated surface, and a slurry e is further applied thereon by a die coater, dried and porous. A separator was obtained by forming a quality layer (II).

得られたセパレータにおける多孔質層(II)の厚さは6μm(スラリーdを塗布したフィラーA層;4μm、スラリーeを塗布したフィラーB層;2μm)であり、単位面積あたりの質量が7.0g/mであった。また、前記の方法により測定したセパレータの貫通強度(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法でセパレータの貫通強度を測定した。)は3.9Nで、前記フィラーの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。以下、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
比較例1
実施例1で用いたものと同じPE製微多孔膜セパレータを、多孔質層(II)を形成せずにセパレータとして使用した以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
比較例2
実施例5で作製した多孔質層(II)形成用スラリーdを用いた以外はすべて実施例1と同様にして、多孔質層(II)形成用スラリーdを調製した。以下、実施例1と同様に、多孔質層(II)形成用スラリーdをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して多孔質層(II)を形成してセパレータを得た。
得られたセパレータにおける多孔質層(II)の厚さは4μmであり、単位面積あたりの質量が6.5g/mであった。また、前記の方法により測定したセパレータの貫通強度(後記の各実施例および比較例においても、同じ方法でセパレータの貫通強度を測定した。)は3.9Nで、前記フィラーの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(II)の空孔率は55%であった。以下、このセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
The thickness of the porous layer (II) in the obtained separator is 6 μm (filler A layer coated with slurry d; 4 μm, filler B layer coated with slurry e; 2 μm), and the mass per unit area is 7. It was 0 g / m 2 . Further, the penetration strength of the separator measured by the above-described method (the penetration strength of the separator was also measured by the same method in each of Examples and Comparative Examples described later) was 3.9 N, and the volume content of the filler was 88. The porosity of the porous layer (II) was 55%. Thereafter, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.
Comparative Example 1
A lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the same PE microporous membrane separator as used in Example 1 was used as the separator without forming the porous layer (II). .
Comparative Example 2
A porous layer (II) forming slurry d was prepared in the same manner as in Example 1 except that the porous layer (II) forming slurry d prepared in Example 5 was used. Thereafter, as in Example 1, the slurry d for forming the porous layer (II) was applied by a micro gravure coater and dried to form the porous layer (II) to obtain a separator.
The thickness of the porous layer (II) in the obtained separator was 4 μm, and the mass per unit area was 6.5 g / m 2 . Further, the penetration strength of the separator measured by the above-described method (the penetration strength of the separator was also measured by the same method in each of Examples and Comparative Examples described later) was 3.9 N, and the volume content of the filler was 88. The porosity of the porous layer (II) was 55%. Thereafter, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this separator was used.

実施例1〜4および比較例1〜2のリチウムイオン二次電池について、下記の負荷特性試験、サイクル試験、および加熱試験を行った。これらの結果を表1に示す。
<負荷特性試験>
作製したリチウムイオン二次電池について、常温(25℃)で、1C(1.5A)の定電流および4.2Vの定電圧における充電(充電時間は3時間規制)をし、その後0.2Cの定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電して、0.2Cでの放電容量を得た。次に、各電池を前記と同様の条件で充電し、その後、2Cの定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電して、2Cでの放電容量を得た。0.2Cでの放電容量に対する2Cでの放電容量の割合を百分率(%)で表して電池の負荷特性を評価した。
<サイクル試験>
作製したリチウムイオン二次電池について、常温(25℃)で、1Cの定電流および電圧4.2Vの定電圧による定電流−定電圧充電(総充電時間:2.5時間)を行った後、1Cで定電流放電(放電終止電圧:2.5V)を行った。これを1サイクルとして、前記条件で500サイクル充放電を繰り返し、容量保持率(=500サイクル目容量/1サイクル目容量×100%)として算出した。
<加熱試験>
実施例1〜4および比較例1〜2のリチウムイオン二次電池(それぞれ10個)について、1Cの電流値で電池電圧が4.25Vになるまで定電流充電を行い、次いで、4.25Vでの定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を行った。充電終了までの総充電時間は2.5時間とした。前記条件で充電した各電池を恒温槽に入れ、150℃まで毎分5℃の割合で昇温、その後引き続き150℃で3時間放置し、電池の表面温度を測定した。表1では、前記の電池表面温度が、160℃以上に上昇した電池の個数(過昇温度数)を記載した。
<耐電圧試験>
非水電解液注入前の実施例1〜5および比較例1〜2のリチウムイオン二次電池各50000個に対して、500V(AC60Hz)の電圧を印可し、7mA以上の電流が流れた電池を不良とし、その発生個数を調べた。
About the lithium ion secondary battery of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2, the following load characteristic test, the cycle test, and the heating test were done. These results are shown in Table 1.
<Load characteristic test>
The prepared lithium ion secondary battery was charged at a constant current of 1 C (1.5 A) and a constant voltage of 4.2 V at normal temperature (25 ° C.) (the charging time was regulated for 3 hours), and then 0.2 C The battery was discharged at a constant current until the battery voltage reached 2.75 V, and a discharge capacity at 0.2 C was obtained. Next, each battery was charged under the same conditions as described above, and then discharged at a constant current of 2C until the battery voltage reached 2.75V to obtain a discharge capacity at 2C. The ratio of the discharge capacity at 2C to the discharge capacity at 0.2C was expressed as a percentage (%) to evaluate the load characteristics of the battery.
<Cycle test>
About the produced lithium ion secondary battery, after performing constant current-constant voltage charge (total charge time: 2.5 hours) by the constant current of 1C and the constant voltage of 4.2V at normal temperature (25 degreeC), A constant current discharge (discharge end voltage: 2.5 V) was performed at 1C. With this as one cycle, 500 cycles of charge and discharge were repeated under the above conditions, and the capacity retention rate (= 500th cycle capacity / 1st cycle capacity × 100%) was calculated.
<Heating test>
About the lithium ion secondary battery (each 10 pieces) of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2, constant current charge was performed until the battery voltage became 4.25 V at a current value of 1 C, and then at 4.25 V The constant current-constant voltage charging was performed. The total charging time until the end of charging was 2.5 hours. Each battery charged under the above conditions was placed in a constant temperature bath, heated to 150 ° C. at a rate of 5 ° C. per minute, and then allowed to stand at 150 ° C. for 3 hours to measure the surface temperature of the battery. Table 1 lists the number of batteries (overheated temperature number) in which the battery surface temperature rose to 160 ° C. or higher.
<Withstand voltage test>
A battery in which a voltage of 500 V (AC 60 Hz) was applied to each of 50,000 lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 before injection of the non-aqueous electrolyte and a current of 7 mA or more flowed. The number of occurrences was examined.

Figure 0005451426
Figure 0005451426

負荷特性(2C/0.2C容量割合)はいずれも良好な値を示しているが、特に実施例1〜5の電池は割合が高く、より高い負荷特性を示した。また、サイクル特性は多孔質層(II)を設けていない比較例1の電池は比較的低かった。充放電サイクルを繰り返すことで、電解液中のシクロヘキシルベンゼンが重合し、セパレータの目詰まりをおこして容量劣化につながったと考えられる。加熱試験は、多孔質層(II)を設けた比較例1以外の電池はすべて良好であった。また、実施例1〜5の電池は、耐電圧試験において不良個数が発生せず、生産性の改善も確認された。   The load characteristics (2C / 0.2C capacity ratio) all showed good values, but the batteries of Examples 1 to 5 had a high ratio and exhibited higher load characteristics. Further, the cycle characteristics of the battery of Comparative Example 1 in which the porous layer (II) was not provided were relatively low. By repeating the charge / discharge cycle, it is considered that cyclohexylbenzene in the electrolytic solution was polymerized and the separator was clogged, leading to capacity deterioration. In the heating test, all the batteries other than Comparative Example 1 provided with the porous layer (II) were good. In addition, the batteries of Examples 1 to 5 did not generate defective pieces in the withstand voltage test, and it was confirmed that productivity was improved.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (2)

熱可塑性樹脂を主体とする微多孔膜からなる多孔質層(I)の少なくとも片方の面に、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)を有したセパレータにおいて、
前記多孔質層(II)に含まれるフィラーが、耐酸化性のフィラーAと、炭素質材料からなるフィラーBとから構成され、
前記フィラーAが、アルミナ、シリカおよびベーマイトよりなる群から選択される少なくとも1種の板状粒子を含み、
前記フィラーBは、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラックよりなる群から選択される少なくとも1種のカーボンブラックを含むことを特徴とする電池用セパレータ。
In a separator having a porous layer (II) mainly comprising a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher on at least one surface of the porous layer (I) composed of a microporous film mainly comprising a thermoplastic resin,
The filler contained in the porous layer (II) is composed of an oxidation-resistant filler A and a filler B made of a carbonaceous material,
The filler A contains at least one plate-like particle selected from the group consisting of alumina, silica and boehmite,
The filler B contains at least one carbon black selected from the group consisting of thermal black, acetylene black, channel black, gas furnace black, and oil furnace black .
正極、負極、有機電解液およびセパレータを有するリチウムイオン二次電池であって、
前記セパレータが、請求項1に記載の電池用セパレータであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, an organic electrolyte, and a separator,
The lithium ion secondary battery, wherein the separator is the battery separator according to claim 1.
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