JP5611505B2 - Battery separator and lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、安価で高温時の寸法安定性に優れたセパレータ、およびこれを用いてなり、高温環境下においても安全なリチウム二次電池に関するものである。   The present invention relates to a separator that is inexpensive and excellent in dimensional stability at high temperatures, and a lithium secondary battery that uses the separator and is safe even in a high temperature environment.

非水電池の一種であるリチウムイオン電池は、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。携帯機器の高性能化に伴ってリチウムイオン電池の高容量化が更に進む傾向にあり、安全性の確保が重要となっている。   Lithium ion batteries, which are a type of non-aqueous battery, are widely used as power sources for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of their high energy density. As the performance of portable devices increases, the capacity of lithium ion batteries tends to increase further, and ensuring safety is important.

現行のリチウムイオン電池では、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多孔質性フィルムが使用されている。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。   In the current lithium ion battery, as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, for example, a polyolefin-based porous 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.

ところで、こうしたセパレータとしては、例えば、多孔化と強度向上のために一軸延伸あるい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、これを上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。   By the way, as such a separator, for example, a uniaxially stretched film or a biaxially stretched film is used for increasing the porosity and improving the 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 ensured by the above 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、上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多孔質性フィルム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、内部短絡による発火の危険性があるからである。   Further, the film is distorted by the stretching, and there is a problem that when this is exposed to 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 a polyolefin-based porous film separator is used, if the battery temperature reaches the shutdown temperature in the case of abnormal charging or the like, 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 battery temperature easily rises to the contraction temperature of the separator, and there is a risk of ignition due to an internal short circuit.

このような熱収縮による短絡を防ぐために、耐熱性の樹脂を用いた微多孔膜や不織布をセパレータとして用いる方法が提案されている。例えば特許文献1には、全芳香族ポリアミドの微多孔膜を用いたセパレータが、特許文献2にはポリイミド多孔膜を用いたセパレータが開示されている。また、特許文献3には、ポリアミド不織布を用いたセパレータ、特許文献4にはアラミド繊維を用いた不織布を基材としたセパレータ、特許文献5にはポロプロピレン(PP)不織布を用いたセパレータ、特許文献6にはポリエステル不織布を用いたセパレータに関する技術が開示されている。   In order to prevent such a short circuit due to heat shrinkage, a method using a microporous film or a nonwoven fabric using a heat-resistant resin as a separator has been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a separator using a wholly aromatic polyamide microporous film, and Patent Document 2 discloses a separator using a polyimide porous film. Patent Document 3 discloses a separator using a polyamide nonwoven fabric, Patent Document 4 discloses a separator based on a nonwoven fabric using aramid fibers, Patent Document 5 discloses a separator using a polypropylene (PP) nonwoven fabric, Patent Document 6 discloses a technique related to a separator using a polyester nonwoven fabric.

しかし、ポリアミドやポリイミドといった耐熱性の樹脂を用いた微多孔膜は高温での寸法安定性に優れ、薄型化が可能であるが高コストである。また、ポリアミドやアラミド繊維といった耐熱性の繊維を用いた不織布も、寸法安定性に優れるが、高コストである。他方、PP繊維やポリエステル繊維を用いた不織布は安価であり、高温での寸法安定性に優れているが、不織布のままでは孔径が大きすぎるために、例えば30μm以下の厚みでは、正極と負極の接触による短絡や、リチウムデンドライトの析出による短絡を十分に防止できない。   However, a microporous film using a heat-resistant resin such as polyamide or polyimide is excellent in dimensional stability at high temperatures and can be thinned, but is expensive. Nonwoven fabrics using heat-resistant fibers such as polyamide and aramid fibers are also excellent in dimensional stability but are expensive. On the other hand, nonwoven fabrics using PP fibers or polyester fibers are inexpensive and excellent in dimensional stability at high temperatures. However, since the pore diameter is too large if the nonwoven fabrics remain as they are, for example, at a thickness of 30 μm or less, the positive electrode and the negative electrode Short circuit due to contact and short circuit due to deposition of lithium dendrite cannot be sufficiently prevented.

また、安価な材料で構成される不織布に種々の加工を施して、これをセパレータに用いる技術も提案されている。例えば、特許文献7には、PP不織布にポリエチレン(PE)の微粒子を塗布して用いる方法が、特許文献8には、ポリエステル不織布にワックスを被覆させて用いる方法が、特許文献9には、ポリエステル不織布とPP不織布の間にPE微多孔膜を接面させて用いる方法が、そして、特許文献10には、PP不織布に無機微粒子や有機微粒子を混合させて用いる方法が、それぞれ開示されている。   There has also been proposed a technique in which a nonwoven fabric made of an inexpensive material is subjected to various processes and used as a separator. For example, Patent Document 7 discloses a method in which polyethylene (PE) fine particles are applied to a PP nonwoven fabric, Patent Document 8 discloses a method in which a polyester nonwoven fabric is coated with wax, and Patent Document 9 discloses a polyester. A method of using a PE microporous film in contact with a non-woven fabric and a PP non-woven fabric is disclosed, and Patent Document 10 discloses a method of using a mixture of inorganic fine particles and organic fine particles in a PP non-woven fabric.

しかしながら、無機微粒子を不織布に混合する技術では、不織布の空隙内に無機微粒子を均一且つ緻密に充填しなければ、リチウムデンドライト発生による短絡を完全に防止することはできないが、不織布のような不均一性の大きな基材に無機微粒子を均一に充填することは困難である。また、PEなどの有機微粒子を用いた場合には、無機微粒子を用いた場合と同様の問題が生じ得る他、PEなどが軟らかいために、特にエネルギー密度を高める観点からセパレータを薄くすると、硬い正極材料と負極材料の間の絶縁を十分に保つことができずに短絡が発生することがある。   However, in the technique of mixing inorganic fine particles into a nonwoven fabric, short-circuiting due to lithium dendrite generation cannot be completely prevented unless inorganic fine particles are uniformly and densely filled in the voids of the nonwoven fabric. It is difficult to uniformly fill inorganic fine particles on a substrate having high properties. In addition, when organic fine particles such as PE are used, the same problems as in the case of using inorganic fine particles may occur, and since PE and the like are soft, if the separator is thinned from the viewpoint of particularly increasing the energy density, a hard positive electrode Insulation between the material and the negative electrode material may not be sufficiently maintained, and a short circuit may occur.

電極上に無機微粒子などの電気化学的に安定な微粒子を塗布することでセパレータを構成する技術も提案されている(特許文献11、12)。   There has also been proposed a technique for forming a separator by applying electrochemically stable fine particles such as inorganic fine particles on electrodes (Patent Documents 11 and 12).

しかしながら、電池のエネルギー密度を上げるためにセパレータの厚みを薄くしようとすると、正極と負極の間の絶縁性を十分に保つことができないために、短絡が生じ易くなる。   However, if an attempt is made to reduce the thickness of the separator in order to increase the energy density of the battery, the insulation between the positive electrode and the negative electrode cannot be sufficiently maintained, so that a short circuit is likely to occur.

また、不織布を用いた構造ではないが、特許文献13には、セパレータの耐短絡性を向上させるために、薄片状の粒子を混合したセパレータに関する技術が示されている。   Moreover, although it is not the structure using a nonwoven fabric, in patent document 13, in order to improve the short circuit resistance of a separator, the technique regarding the separator which mixed the flaky particle | grains is shown.

しかし、特許文献13の技術では、主に通常のポリオレフィン系のセパレータに薄片状の粒子を混合するもので、短絡防止効果は見られるものの、セパレータが収縮するという問題までは解消されていない。   However, the technique of Patent Document 13 mainly mixes flaky particles in a normal polyolefin-based separator, and although the short-circuit prevention effect is seen, the problem that the separator contracts has not been solved.

これらの他、樹脂微粒子を電池用セパレータに使用する技術としては、上述の特許文献7や特許文献10以外にも、特許文献14〜16などに提案のものがある。   In addition to these, as techniques for using resin fine particles in battery separators, there are proposals in Patent Documents 14 to 16 and the like in addition to Patent Document 7 and Patent Document 10 described above.

このうち、特許文献14に開示のセパレータは、ポリオレフィン系の微粒子と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの電解液を保持する微粒子との混合物により構成されており、シャットダウン特性は示すものの、これらの微粒子は柔軟性に富むものであるために、耐短絡性が弱く、電池の信頼性を十分に確保し得るものではない。   Among them, the separator disclosed in Patent Document 14 is composed of a mixture of polyolefin-based fine particles and fine particles holding an electrolyte such as polyvinylidene fluoride (PVDF), and exhibits a shutdown characteristic, but these fine particles Is rich in flexibility, and therefore, short circuit resistance is weak and the battery reliability cannot be sufficiently ensured.

また、特許文献15では、ポリオレフィンやアクリル樹脂などのポリマービーズ(微粒子)を膜状に成形してなるセパレータを開示しているが、このセパレータでも、特許文献14に開示のセパレータと同様に耐短絡性を十分に確保し得ない。   Further, Patent Document 15 discloses a separator formed by forming polymer beads (fine particles) such as polyolefin and acrylic resin into a film shape, but this separator is also short circuit resistant in the same manner as the separator disclosed in Patent Document 14. It is not possible to secure sufficient sex.

更に、特許文献16に開示のセパレータも、柔軟性の高いPDVFなどのフッ素系樹脂による多孔質膜とアクリル系の樹脂微粒子で構成されており、これもやはり特許文献14や特許文献15に開示のセパレータと同様に耐短絡性が十分であるとはいえない。   Furthermore, the separator disclosed in Patent Document 16 is also composed of a porous film made of a fluorine-based resin such as highly flexible PDVF and acrylic resin fine particles, which are also disclosed in Patent Document 14 and Patent Document 15. Like the separator, it cannot be said that the short-circuit resistance is sufficient.

特開平5−335005号公報JP-A-5-335005 特開2000−306568号公報JP 2000-306568 A 特開平9−259856号公報JP-A-9-259856 特開平11−40130号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-40130 特開2001−291503号公報JP 2001-291503 A 特開2003−123728号公報JP 2003-123728 A 特開昭60−136161号公報JP-A-60-136161 特開昭62−283553号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-283553 特開平1−258358号公報JP-A-1-258358 特開2003−22843号公報JP 2003-22843 A 国際公開97/8763号パンフレットInternational Publication No. 97/8863 Pamphlet 特開2000−149906号公報JP 2000-149906 A 特開2004−288586号公報JP 2004-288586 A 特開平11−214041号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-214041 特開2000−340204号公報JP 2000-340204 A 特開2004−241135号公報JP 2004-241135 A

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギー密度の低下を可及的に抑制し、電池の信頼性を確保しつつ、異常加熱した際の安全性に優れた電池を構成し得るセパレータ、および該セパレータを有するリチウム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 its purpose is to suppress a decrease in energy density as much as possible, and to ensure the reliability of the battery, while being excellent in safety when abnormally heated. And a lithium secondary battery having the separator.

上記目的を達成し得た本発明の電池用セパレータは、耐熱性微粒子(A)の表面の少なくとも一部が、ポリエチレン、エチレン由来の構造単位が85モル%以上の共重合ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリオレフィン誘導体、ポリオレフィンワックス、石油ワックスおよびカルナバワックスより選択される少なくとも1種の熱溶融性樹脂、または、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂および架橋フッ素樹脂より選択される少なくとも1種の膨潤性樹脂で被覆されてなる複合微粒子と、バインダとを含有し、前記複合微粒子を前記バインダで結着して形成された多孔質膜であることを特徴とするものである。

The battery separator of the present invention that has achieved the above object is a copolymer polyolefin, polypropylene, or polyolefin derivative in which at least a part of the surface of the heat-resistant fine particles (A) is polyethylene, and the structural unit derived from ethylene is 85 mol% or more. , Coated with at least one heat-meltable resin selected from polyolefin wax, petroleum wax and carnauba wax, or at least one swellable resin selected from cross-linked polystyrene, cross-linked acrylic resin and cross-linked fluororesin. It is a porous film containing composite fine particles and a binder, and formed by binding the composite fine particles with the binder.

上記複合微粒子(B)を構成する耐熱性微粒子(A)は、板状粒子であることが好ましい。また、上記複合微粒子(B)を構成する樹脂[耐熱性微粒子(A)の表面の少なくとも一部を被覆している樹脂]としては、例えば、80〜130℃で溶融する樹脂[熱溶融性樹脂(C)]や、少なくとも、非水電解液中で膨潤でき、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する樹脂[膨潤性樹脂(D)]が挙げられる。   The heat-resistant fine particles (A) constituting the composite fine particles (B) are preferably plate-like particles. Examples of the resin constituting the composite fine particles (B) [resin covering at least part of the surface of the heat-resistant fine particles (A)] include, for example, a resin that melts at 80 to 130 ° C. (C)] and at least a resin [swellable resin (D)] that can swell in a non-aqueous electrolyte and whose degree of swelling increases with an increase in temperature.

また、少なくとも、リチウムを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極、リチウムを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極、および上記本発明の電池用セパレータを有することを特徴とするリチウム二次電池も、本発明に包含される。   Also, a lithium secondary battery comprising at least a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing lithium, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing lithium, and the battery separator of the present invention is also provided. Are encompassed by the present invention.

本発明によれば、エネルギー密度の低下を可及的に抑制し、電池の信頼性を確保しつつ、異常加熱した際の安全性に優れたリチウム二次電池と、該リチウム二次電池を構成し得る電池用セパレータを提供することができる。   According to the present invention, a lithium secondary battery excellent in safety when abnormally heated while suppressing a decrease in energy density as much as possible and ensuring the reliability of the battery, and the lithium secondary battery are configured. A battery separator can be provided.

本発明の電池用セパレータ(以下、「セパレータ」と略す場合がある)は、上記の通り、耐熱性微粒子(A)の表面の少なくとも一部が樹脂で被覆されてなる複合微粒子(B)を含有している。   The battery separator of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “separator”) contains composite fine particles (B) in which at least a part of the surface of the heat-resistant fine particles (A) is coated with a resin as described above. doing.

上記複合微粒子(B)における耐熱性微粒子(A)により、セパレータを薄くしても正極と負極を良好に隔離できるため、電池のエネルギー密度の低下を可及的に抑制しつつ短絡の発生を防止することができ、また、リチウムデンドライトの発生に起因する微短絡の発生を抑えて、電池の信頼性を確保することができる。   Because the heat-resistant fine particles (A) in the composite fine particles (B) can separate the positive electrode and the negative electrode well even if the separator is thinned, the occurrence of a short circuit is prevented while suppressing the decrease in battery energy density as much as possible. In addition, it is possible to suppress the occurrence of a fine short circuit due to the generation of lithium dendrite and to ensure the reliability of the battery.

更に、セパレータを、上記複合微粒子(B)を用いて構成することで、複合微粒子(B)に係る耐熱性微粒子(A)の存在により、熱収縮の発生を抑えることができ、更に、複合微粒子(B)を構成する樹脂により、電池内部が高温となった場合にシャットダウンを発現させることができる。このため、本発明のセパレータを有する電池では、異常加熱した際にも、セパレータの熱収縮による正極と負極との接触が生じ難く、更に、シャットダウンによりセパレータ内でのイオン伝導が遮断されるため、安全性に優れたものとなる。   Furthermore, by forming the separator using the composite fine particles (B), it is possible to suppress the occurrence of heat shrinkage due to the presence of the heat-resistant fine particles (A) related to the composite fine particles (B). With the resin constituting (B), shutdown can be expressed when the temperature inside the battery becomes high. For this reason, in the battery having the separator of the present invention, even when abnormally heated, contact between the positive electrode and the negative electrode due to thermal contraction of the separator is difficult to occur, and further, ion conduction in the separator is shut off by shutdown, Excellent safety.

複合微粒子(B)を構成する耐熱性微粒子(A)は、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後述する非水電解液(以下、単に「電解液」という場合がある)や、セパレータ製造の際に使用する液状組成物に用いる溶媒に安定であり、高温状態で電解液に溶解しないものであれば、特に制限はない。本明細書でいう「高温状態」とは、具体的には150℃以上の温度であり、このような温度の電解液中で変形および化学的組成変化の起こらない安定な粒子であればよい。また、本明細書でいう「電気化学的に安定な」とは、電池の充放電の際に化学変化が生じないことを意味している。   The heat-resistant fine particles (A) constituting the composite fine particles (B) have electrical insulating properties, are electrochemically stable, and are further referred to as a non-aqueous electrolyte (hereinafter simply referred to as “electrolyte”). There is no particular limitation as long as it is stable to the solvent used in the liquid composition used in the production of the separator and does not dissolve in the electrolytic solution at a high temperature. The “high temperature state” as used in the present specification is specifically a temperature of 150 ° C. or higher, and may be any stable particle that does not undergo deformation and chemical composition change in the electrolyte at such a temperature. Further, “electrochemically stable” as used in the present specification means that no chemical change occurs during charging / discharging of the battery.

このような耐熱性微粒子(A)の具体例としては、以下の無機微粒子や有機微粒子が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。無機微粒子(無機粉末)としては、例えば、酸化鉄、SiO、Al、TiO、BaTiO、ZrOなどの酸化物微粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子;タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子;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、セリサイト、ベントナイトなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物;などが挙げられる。また、金属微粒子;SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物微粒子;カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子;などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、上記の電気絶縁性の無機微粒子を構成する材料や、後記の有機微粒子を構成する材料など)で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。 Specific examples of such heat-resistant fine particles (A) include the following inorganic fine particles and organic fine particles, which may be used alone or in combination of two or more. Examples of the inorganic fine particles (inorganic powder) include oxide fine particles such as iron oxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 2 , and ZrO; nitride fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride; calcium fluoride, Slightly soluble ionic crystal particles such as barium fluoride and barium sulfate; Covalent crystal particles such as silicon and diamond; Clay particles such as talc and montmorillonite; Boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite And mineral resource-derived substances such as bentonite or artificial products thereof. Further, the surface of conductive fine particles such as metal fine particles; oxide fine particles such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO); carbon fine particles such as carbon black and graphite; It may be fine particles that have been made electrically insulating by surface treatment with the above-mentioned materials that constitute the electrically insulating inorganic fine particles or the materials that constitute the organic fine particles described later.

また、有機微粒子(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、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、ポリウレタン、エポキシ樹脂、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微粒子[ただし、後記の膨潤性樹脂(D)に該当するものを除く]、セルロースおよびその誘導体、PVDF、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)およびその誘導体、ポリテトラフルオロエチレンなどの有機樹脂で構成される微粒子が例示できる。また、これらの有機微粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、上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)であってもよい。   Organic fine particles (organic powder) include crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer crosslinked product, polyimide, polyurethane, epoxy resin, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde. Various crosslinked polymer fine particles such as condensates (except those corresponding to the swelling resin (D) described later), cellulose and its derivatives, PVDF, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP) And fine particles composed of organic resins such as polytetrafluoroethylene and derivatives thereof. The organic resin (polymer) constituting these organic fine particles is a mixture, modified body, derivative, or copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. Polymer).

また、耐熱性微粒子(A)は、上記例示の各種無機微粒子および有機微粒子を構成する材料(無機材料および有機樹脂)を2種以上含有する粒子であってもよい。   Further, the heat-resistant fine particles (A) may be particles containing two or more materials (inorganic materials and organic resins) constituting the various inorganic fine particles and organic fine particles exemplified above.

耐熱性微粒子(A)の平均粒径は、0.001μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、15μm以下、より好ましくは1μm以下であることが望ましい。なお、上記の耐熱性微粒子(A)の平均粒径は、レーザー散乱粒度分布計(HORIBA社製「LA−920」)を用い、耐熱性微粒子(A)が膨潤しない媒体(例えば水)に分散させて測定した数平均粒子径である。   The average particle diameter of the heat-resistant fine particles (A) is 0.001 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and is preferably 15 μm or less, more preferably 1 μm or less. The average particle size of the heat-resistant fine particles (A) is dispersed in a medium (for example, water) in which the heat-resistant fine particles (A) are not swollen using a laser scattering particle size distribution meter (“LA-920” manufactured by HORIBA). And the number average particle diameter measured.

耐熱性微粒子(A)の形状としては、例えば、所謂球状に近い形状であってもよく、板状や針状であってもよい。より好ましくは、板状の粒子である。複合微粒子(B)を構成する耐熱性微粒子(A)が板状である場合には、セパレータ中において、複合微粒子(B)[すなわち、それを構成する板状の耐熱性微粒子(A)]を、その平板面がセパレータの面に略平行となるように配向させることで、短絡の発生をより良好に抑制できる。これは、複合微粒子(B)を上記のように配向させることで、複合微粒子(B)同士が平板面の一部で重なるように配置されるため、セパレータの片面から他面に向かう空隙(貫通孔)が、直線ではなく曲折した形で形成されると考えられ、これにより、リチウムデンドライトがセパレータを貫通することを防止できることから、短絡の発生がより良好に抑制されるものと推定される。   The shape of the heat-resistant fine particles (A) may be, for example, a so-called spherical shape, or may be a plate shape or a needle shape. More preferably, it is a plate-like particle. When the heat-resistant fine particles (A) constituting the composite fine particles (B) are plate-like, the composite fine particles (B) [that is, the plate-like heat-resistant fine particles (A) constituting them] in the separator. By causing the flat plate surface to be oriented so as to be substantially parallel to the surface of the separator, the occurrence of a short circuit can be suppressed more favorably. This is because the composite fine particles (B) are oriented as described above so that the composite fine particles (B) overlap with each other on a part of the flat plate surface. It is considered that the hole) is formed in a bent shape instead of a straight line, and thus it is possible to prevent the lithium dendrite from penetrating the separator.

板状の耐熱性微粒子(A)を用いた複合微粒子(B)を上記のように配向させることによる効果を得るためには、セパレータ中での複合微粒子(B)の存在形態は、上記の通り、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複合微粒子(B)について、その平板面とセパレータ面との平均角度が30度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度、すなわち、セパレータの表面近傍における複合微粒子(B)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10%の範囲を指す。   In order to obtain the effect of orienting the composite fine particles (B) using the plate-like heat-resistant fine particles (A) as described above, the form of the composite fine particles (B) in the separator is as described above. The flat plate surface is preferably substantially parallel to the separator surface. More specifically, the composite fine particles (B) in the vicinity of the separator surface have an average angle of 30 degrees or less between the flat plate surface and the separator surface. [Most preferably, the average angle is 0 degree, that is, the flat plate surface of the composite fine particles (B) in the vicinity of the surface of the separator is parallel to the surface of the separator]. Here, “near the surface” refers to a range of 10% from the surface of the separator to the entire thickness.

耐熱性微粒子(A)が板状の粒子である場合の形態としては、例えば、アスペクト比(板状粒子中の最大長さと板状粒子の厚みの比)が、5以上、より好ましくは10以上であって、100以下、より好ましくは50以下であることが望ましい。また、粒子の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値は、0.3以上、より好ましくは0.5以上であって、3以下、より好ましくは2以下であることが望ましい。板状の耐熱性微粒子(A)が、上記のようなアスペクト比や平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値を有する場合には、上記の短絡防止作用がより有効に発揮される。   As a form in the case where the heat-resistant fine particles (A) are plate-like particles, for example, the aspect ratio (the ratio of the maximum length in the plate-like particles to the thickness of the plate-like particles) is 5 or more, more preferably 10 or more. Thus, it is desirable that it is 100 or less, more preferably 50 or less. The average value of the ratio of the long axis direction length to the short axis direction length of the flat plate surface of the grain is 0.3 or more, more preferably 0.5 or more, and 3 or less, more preferably 2 or less. It is desirable. When the plate-like heat-resistant fine particles (A) have the above-mentioned aspect ratio or the average value of the ratio of the major axis direction length to the minor axis direction of the flat plate surface, the above-described short-circuit prevention action is more effective. To be demonstrated.

なお、耐熱性微粒子(A)が板状である場合における上記の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値は、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。更に耐熱性微粒子(A)が板状である場合における上記のアスペクト比も、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。   The average value of the ratio of the long axis direction length to the short axis direction length of the flat plate surface when the heat-resistant fine particles (A) are plate-like is, for example, an image taken with a scanning electron microscope (SEM). Can be obtained by image analysis. Furthermore, the above aspect ratio in the case where the heat-resistant fine particles (A) are plate-like can also be obtained by image analysis of an image taken by SEM.

板状の耐熱性微粒子(A)のより具体的な例としては、各種市販品が挙げられ、例えば、洞海化学工業社製「サンラブリー」(SiO)、石原産業社製「NST−B1」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」、「HLシリーズ」、林化成社製「ミクロンホワイト」(タルク)、林化成社製「ベンゲル」(ベントナイト)、河合石灰社製「BMM」や「BMT」(ベーマイト)、河合石灰社製「セラシュールBMT−B」[アルミナ(Al)]、キンセイマテック社製「セラフ」(アルミナ)、斐川鉱業社製「斐川マイカ Z−20」(セリサイト)、コープケミカル社製「ミクロマイカ」や「ソシマフ」(マイカ)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。 More specific examples of the plate-like heat-resistant fine particles (A) include various commercially available products. For example, “Sun Lovely” (SiO 2 ) manufactured by Dokai Chemical Industries, Ltd. “NST-B1” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. ”Crushed product (TiO 2 ), Sakai Chemical Industry's plate-like barium sulfate“ H series ”,“ HL series ”, Hayashi Kasei's“ micron white ”(talc), Hayashi Kasei's“ bengel ”(bentonite) ), “BMM” and “BMT” (boehmite) manufactured by Kawai Lime Co., Ltd., “Cerasure BMT-B” [alumina (Al 2 O 3 )] manufactured by Kawai Lime Co., “Seraph” (alumina) manufactured by Kinsei Matec Co., Ltd., Yodogawa Minebea's “Yodogawa Mica Z-20” (sericite), Co-op Chemical's “Micro Mica” and “Soshimafu” (Mica) are available. In addition, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO, and CeO 2 can be produced by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206475.

上記の中でも、AlOOHまたはAl・HOで示される化合物を主成分(例えば80質量%以上)とする板状の粒子を用いるのが好的であり、ベーマイトを用いるのが特に好ましい。 Among the above, a good practice to use a plate-like particles of a compound represented by AlOOH or Al 2 O 3 · H 2 O as a main component (for example more than 80 wt%), particularly preferably used boehmite .

耐熱性微粒子(A)と複合化して複合微粒子(B)を構成するための樹脂は、80〜130℃で溶融する熱溶融性樹脂(C)であるか、または、少なくとも、非水電解液中で膨潤でき、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する膨潤性樹脂(D)であることが好ましい。また、複合微粒子(B)は、熱溶融性樹脂(C)と膨潤性樹脂(D)の両者を混合して用いて構成したり、これら両樹脂の複合体を用いて構成することも可能である。上記の熱溶融性樹脂(C)や膨潤性樹脂(D)を用いて構成した複合微粒子(B)をセパレータに使用することによって、電池内が高温になった際に、セパレータ内でのイオン伝導を遮断する所謂シャットダウン機能を付与することができる。   The resin for compositing with the heat-resistant fine particles (A) to form the composite fine particles (B) is a heat-meltable resin (C) that melts at 80 to 130 ° C., or at least in a non-aqueous electrolyte. The swellable resin (D) that can be swollen at a temperature and whose degree of swelling increases with an increase in temperature is preferred. Further, the composite fine particles (B) can be constituted by mixing both the hot-melt resin (C) and the swellable resin (D), or can be constituted by using a composite of these two resins. is there. By using composite fine particles (B) composed of the above hot-melt resin (C) or swellable resin (D) in the separator, when the temperature inside the battery becomes high, ion conduction in the separator A so-called shutdown function can be added to shut off.

本発明のセパレータにおける上記のシャットダウン機能は、例えば、モデルセルの温度による抵抗上昇により評価することが可能である。すなわち、正極、負極、セパレータ、および電解液を備えたモデルセルを作製し、このモデルセルを高温槽中に保持し、5℃/分の速度で昇温しながらモデルセルの内部抵抗値を測定し、測定された内部抵抗値が、加熱前(室温で測定した抵抗値)の5倍以上となる温度を測定することで、この温度をセパレータの有するシャットダウン温度として評価することができる。本発明のセパレータでは、このようにして評価されるシャットダウン温度を、80〜130℃とすることができ、通常の電池の使用環境下では十分なイオン伝導性を確保して、電池の放電特性を良好なものとしつつ、電池内温度が上昇した場合には、比較的早い段階でシャットダウンが生じるため、電池の安全性を確保することができる。   The shutdown function in the separator of the present invention can be evaluated by, for example, an increase in resistance due to the temperature of the model cell. That is, a model cell including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolytic solution is prepared, and the model cell is held in a high-temperature bath, and the internal resistance value of the model cell is measured while the temperature is increased at a rate of 5 ° C./min. Then, by measuring the temperature at which the measured internal resistance value is 5 times or more that before heating (resistance value measured at room temperature), this temperature can be evaluated as the shutdown temperature of the separator. In the separator of the present invention, the shutdown temperature evaluated in this way can be set to 80 to 130 ° C., and sufficient ion conductivity is ensured under normal battery use environments, so that the discharge characteristics of the battery can be improved. When the temperature inside the battery rises while being good, the shutdown occurs at a relatively early stage, so that the safety of the battery can be ensured.

複合微粒子(B)を構成し得る上記の熱溶融性樹脂(C)としては、融点が80〜130℃のもの、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80〜130℃の樹脂が好ましい。このような熱溶融性樹脂(C)を用いて得られる複合微粒子(B)を使用したセパレータであれば、電池内において、セパレータが80〜130℃(またはそれ以上の温度)に曝されたときに、熱溶融性樹脂(C)が溶融してセパレータの空隙が閉塞されるため、上記のシャットダウン効果がより確実に確保できる。よって、この場合、上記の内部抵抗上昇により評価される本発明のセパレータにおけるシャットダウン温度(内部抵抗値が加熱前の5倍以上となる温度)は、熱溶融性樹脂(C)の融点以上130℃以下となる。   As said heat-meltable resin (C) which can comprise composite microparticles | fine-particles (B), the melting | fusing point is 80-130 degreeC, ie, according to the prescription | regulation of JISK7121, A differential scanning calorimeter (DSC) is used. A resin having a melting temperature of 80 to 130 ° C. measured is preferable. In the case of a separator using composite fine particles (B) obtained using such a heat-meltable resin (C), when the separator is exposed to 80 to 130 ° C. (or higher temperature) in the battery. Further, since the hot-melt resin (C) is melted and the gaps in the separator are closed, the above-described shutdown effect can be ensured more reliably. Therefore, in this case, the shutdown temperature (the temperature at which the internal resistance value becomes 5 times or more before heating) in the separator of the present invention evaluated by the above increase in internal resistance is 130 ° C. above the melting point of the heat-meltable resin (C). It becomes as follows.

熱溶融性樹脂(C)の具体例としては、ポリエチレン(PE)、エチレン由来の構造単位が85モル%以上の共重合ポリオレフィン、ポリプロピレン(PP)、ポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレンなど)、ポリオレフィンワックス、石油ワックス、カルナバワックスなどが挙げられる。上記共重合ポリオレフィンとしては、エチレン−ビニルモノマー共重合体、より具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−メチルアクリレート共重合体、またはエチレン−エチルアクリレート共重合体が例示できる。また、ポリシクロオレフィンなどを用いることもできる。熱溶融性樹脂(C)には、例示の各樹脂を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用しても構わない。これらの中でも、PE、ポリオレフィンワックス、またはエチレン由来の構造単位が85モル%以上のEVAが好適である。また、熱溶融性樹脂(C)には、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していても構わない。   Specific examples of the heat-meltable resin (C) include polyethylene (PE), copolymerized polyolefin having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more, polypropylene (PP), polyolefin derivative (chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, etc.) Polyolefin wax, petroleum wax, carnauba wax and the like. Examples of the copolymer polyolefin include an ethylene-vinyl monomer copolymer, more specifically, an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), an ethylene-methyl acrylate copolymer, or an ethylene-ethyl acrylate copolymer. it can. Moreover, polycycloolefin etc. can also be used. For the heat-meltable resin (C), each of the exemplified resins may be used alone or in combination of two or more. Among these, PE, polyolefin wax, or EVA having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more is preferable. Moreover, the heat-meltable resin (C) may contain various known additives (for example, antioxidants) added to the resin as necessary.

複合微粒子(B)を構成し得る膨潤性樹脂(D)は、非水電解液中で膨潤でき、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する樹脂である。膨潤性樹脂(D)は、これを用いた複合微粒子(B)を有するセパレータを備えた電池が高温に曝されると、膨潤性樹脂(D)における温度上昇に伴って膨潤度が増大する性質(以下、「熱膨潤性」という場合がある)により、膨潤性樹脂(D)が電池内の電解液を吸収して膨潤する。この際、セパレータの空隙内部に存在する電解液量が不足するいわゆる「液枯れ」状態となり、また、膨潤した粒子がセパレータ内部の空隙を塞ぐことにもなるので、高温時には、電池内でのリチウムイオンの伝導性が著しく減少するため、急激な放電反応を抑制することができる。   The swellable resin (D) that can constitute the composite fine particles (B) is a resin that can swell in a non-aqueous electrolyte and increases the degree of swelling as the temperature rises. The swelling resin (D) has a property that the degree of swelling increases with an increase in temperature in the swelling resin (D) when a battery including a separator having the composite fine particles (B) using the swelling resin (D) is exposed to a high temperature. (Hereinafter, sometimes referred to as “thermal swellability”), the swellable resin (D) absorbs the electrolyte in the battery and swells. At this time, the amount of electrolyte present inside the separator gap becomes so-called “liquid withering” state, and the swollen particles also block the gap inside the separator. Since the ion conductivity is remarkably reduced, a rapid discharge reaction can be suppressed.

膨潤性樹脂(D)としては、上記の熱膨潤性を示す温度が、75〜125℃のものが好ましい。熱膨潤性を示す温度が高すぎると、電池内の活物質の熱暴走反応を十分に抑制できず、電池の安全性向上効果が十分に確保できないことがある。また、熱膨潤性を示す温度が低すぎると、通常の使用温度域における電池内でのリチウムイオンの伝導性が低くなりすぎて、機器の使用に支障をきたす場合が生じることがある。すなわち、本発明のセパレータでは、電池内のリチウムイオンの伝導性が著しく減少する温度(いわゆるシャットダウン温度)を、上記の通り、およそ80〜130℃の範囲とすることが望ましく、このため、膨潤性樹脂(D)が温度上昇により熱膨潤性を示し始める温度は、75〜125℃の範囲にあることが好ましい。   The swellable resin (D) is preferably one having a temperature of 75 to 125 ° C. showing the above-mentioned heat swellability. If the temperature exhibiting thermal swellability is too high, the thermal runaway reaction of the active material in the battery may not be sufficiently suppressed, and the battery safety improvement effect may not be sufficiently ensured. Moreover, when the temperature which shows heat swelling property is too low, the conductivity of the lithium ion in the battery in a normal use temperature range will become low too much, and it may cause trouble in use of an apparatus. That is, in the separator of the present invention, the temperature at which the lithium ion conductivity in the battery is remarkably reduced (so-called shutdown temperature) is desirably in the range of about 80 to 130 ° C. as described above. The temperature at which the resin (D) starts to exhibit thermal swellability due to temperature rise is preferably in the range of 75 to 125 ° C.

また、膨潤性樹脂(D)としては、120℃において測定される、下記式で定義される膨潤度Bが、1.0以上であるものが好ましい。   Moreover, as swelling resin (D), the thing whose swelling degree B defined by a following formula measured at 120 degreeC is 1.0 or more is preferable.

B = (V/V)−1 (1)
[上記式(1)中、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後における樹脂の体積(cm)、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後に非水電解液を120℃まで昇温させ、更に120℃で1時間経過後における樹脂の体積(cm)を意味する。]
上記のような膨潤度を有する膨潤性樹脂(D)は、熱膨潤性を示し始める上記温度(75〜125℃のいずれかの温度)を超えた環境下において、その膨潤度が大きく増大する。そのため、このような性質の膨潤性樹脂(D)を含有する複合微粒子(B)を有するセパレータを用いた電池では、内部温度が特定の温度(例えば、上記の75〜125℃)を超えた時点で、膨潤性樹脂(D)が電池内の電解液を更に吸収して大きく膨張することにより、リチウムイオンの伝導性を著しく低下させるため、より確実に電池の安全性を確保することが可能となる。なお、上記式(1)で定義される膨潤性樹脂(D)の膨潤度は、大きくなりすぎると電池の変形を発生させることもあり、10以下であるのが望ましい。
B = (V 1 / V 0 ) -1 (1)
[In the above formula (1), V 0 is the volume of the resin (cm 3 ) 24 hours after being introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C., and V 1 is introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C. 24 hours later, the temperature of the nonaqueous electrolyte is raised to 120 ° C., and the volume (cm 3 ) of the resin after 1 hour at 120 ° C. is meant. ]
The swellable resin (D) having the above degree of swelling greatly increases its degree of swelling in an environment exceeding the above temperature (any temperature of 75 to 125 ° C.) that starts to show thermal swellability. Therefore, in the battery using the separator having the composite fine particles (B) containing the swellable resin (D) having such properties, when the internal temperature exceeds a specific temperature (for example, 75 to 125 ° C.). Thus, the swelling resin (D) further absorbs the electrolyte solution in the battery and expands greatly, so that the lithium ion conductivity is remarkably reduced, so that the safety of the battery can be ensured more reliably. Become. The swelling degree of the swellable resin (D) defined by the above formula (1) may cause battery deformation if it becomes too large, and is desirably 10 or less.

上記式(1)で定義される膨潤性樹脂(D)の具体的な測定は、以下の方法により行うことができる。予め電解液中に常温で24時間浸漬したときの膨潤度、および120℃における上記式(1)で定義される膨潤度が分かっているバインダ樹脂の溶液またはエマルジョンに、膨潤性樹脂(D)を混合してスラリーを調製し、これをポリエチレンテレフタレート(PET)シートやガラス板などの基材上にキャストしてフィルムを作製し、その質量を測定する。次にこのフィルムを常温(25℃)の電解液中に24時間浸漬して質量を測定し、更に電解液を120℃に加熱昇温させ、該温度で1時間後における質量を測定し、下記式(2)〜(8)によって膨潤度Bを算出する[なお、下記式(2)〜(8)は、常温から120℃までの昇温による電解液以外の成分の体積増加は無視できるものとしている]。   Specific measurement of the swellable resin (D) defined by the above formula (1) can be performed by the following method. A swellable resin (D) is added to a binder resin solution or emulsion in which the degree of swelling when immersed in an electrolytic solution at room temperature for 24 hours in advance and the degree of swelling defined by the above formula (1) at 120 ° C. is known. A slurry is prepared by mixing, and this is cast on a base material such as a polyethylene terephthalate (PET) sheet or glass plate to produce a film, and its mass is measured. Next, the film was immersed in an electrolytic solution at room temperature (25 ° C.) for 24 hours, and the mass was measured. Further, the electrolytic solution was heated to 120 ° C., and the mass after 1 hour was measured at the temperature. The degree of swelling B is calculated by the formulas (2) to (8). [In the following formulas (2) to (8), the volume increase of components other than the electrolyte due to the temperature rise from room temperature to 120 ° C. can be ignored. It is said].

= M×W/P (2)
= (M−M)/P (3)
= M/P−M/P (4)
= M×(1−W)/P (5)
= V+V−V×(B+1) (6)
= V×(B+1) (7)
B = 〔{V+V−V×(B+1)}/V〕−1 (8)
ここで、上記式(2)〜(8)中、
:電解液に浸漬する前の膨潤性樹脂(D)の体積(cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後の膨潤性樹脂(D)の体積(cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm)、
:電解液中に常温に24時間浸漬した時点から、電解液を120℃まで昇温させ、更に前記温度で1時間経過するまでの間に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm)、
:電解液に浸漬する前のバインダ樹脂の体積(cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダ樹脂の体積(cm)、
:電解液に浸漬する前のフィルムの質量(g)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後のフィルムの質量(g)、
:電解液中に常温で24時間浸漬した後、電解液を120℃まで昇温させ、更に前記温度で1時間経過した後におけるフィルムの質量(g)、
W:電解液に浸漬する前のフィルム中の膨潤性樹脂(D)の質量比率、
:電解液に浸漬する前の膨潤性樹脂(D)の比重(g/cm)、
:常温における電解液の比重(g/cm)、
:120℃での電解液の比重(g/cm)、
:電解液に浸漬する前のバインダ樹脂の比重(g/cm)、
:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダ樹脂の膨潤度、
:上記(1)式で定義される昇温時のバインダ樹脂の膨潤度
である。
V i = M i × W / P A (2)
V B = (M 0 −M i ) / P B (3)
V C = M 1 / P c -M 0 / P B (4)
V V = M i × (1−W) / P V (5)
V 0 = V i + V B −V V × (B B +1) (6)
V D = V V × (B B +1) (7)
B = [{V 0 + V C −V D × (B C +1)} / V 0 ] −1 (8)
Here, in the above formulas (2) to (8),
V i : Volume (cm 3 ) of the swellable resin (D) before being immersed in the electrolytic solution,
V 0 : volume (cm 3 ) of the swellable resin (D) after being immersed in the electrolyte at room temperature for 24 hours,
V B : volume of the electrolyte solution (cm 3 ) absorbed in the film after being immersed in the electrolyte solution at room temperature for 24 hours,
V c : The volume of the electrolytic solution absorbed by the film (cm) during the period from when the electrolytic solution was immersed in the electrolytic solution at room temperature for 24 hours until the electrolytic solution was heated to 120 ° C. and further passed for 1 hour at the temperature. 3 ),
V V : volume (cm 3 ) of the binder resin before being immersed in the electrolytic solution,
V D : volume of the binder resin (cm 3 ) after being immersed in the electrolytic solution at room temperature for 24 hours,
M i : mass (g) of the film before being immersed in the electrolytic solution,
M 0 : mass (g) of the film after being immersed in the electrolytic solution at room temperature for 24 hours,
M l : After immersing in the electrolyte solution at room temperature for 24 hours, the electrolyte solution was heated to 120 ° C., and the mass (g) of the film after 1 hour at the above temperature,
W: Mass ratio of the swellable resin (D) in the film before being immersed in the electrolytic solution,
P A : specific gravity (g / cm 3 ) of the swellable resin (D) before being immersed in the electrolytic solution,
P B : Specific gravity of electrolyte at room temperature (g / cm 3 ),
P C: electrolyte specific gravity at 120 ℃ (g / cm 3) ,
P V : Specific gravity (g / cm 3 ) of the binder resin before being immersed in the electrolytic solution,
B B : degree of swelling of the binder resin after being immersed in the electrolyte at room temperature for 24 hours,
B C : Swelling degree of the binder resin at the time of temperature rise defined by the above formula (1).

また、膨潤性樹脂(D)は、下記式(9)で定義される常温(25℃)における膨潤度Bが、0以上1以下であることが好ましい。 Moreover, swelling resin (D) is the swelling degree B R at room temperature (25 ° C.) which is defined by the following equation (9) is preferably 0 or more and 1 or less.

= (V/V)−1 (9)
上記式(9)中、VおよびVは、上記式(2)〜(8)について説明したものと同じである。
B R = (V 0 / V i ) -1 (9)
In the above formula (9), V 0 and V i are the same as those described for the above formulas (2) to (8).

すなわち、膨潤性樹脂(D)は、常温においては、電解液を吸収しない(B=0)ものであっても、若干の電解液を吸収するものであってもよく、電池の通常使用温度範囲(例えば、70℃以下)では、温度によらず電解液の吸収量があまり変化せず、従って膨潤度もあまり変化しないが、温度の上昇によって電解液の吸収量が大きくなり、膨潤度が増大するものであればよい。 That is, the swellable resin (D) may be one that does not absorb the electrolyte solution (B R = 0) at room temperature or one that absorbs some electrolyte solution. In the range (for example, 70 ° C. or less), the absorption amount of the electrolytic solution does not change so much regardless of the temperature, and thus the degree of swelling does not change so much. It only needs to increase.

膨潤性樹脂(D)としては、好ましくは上記膨潤度BやBを満足しており、また、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後述する電解液や、セパレータ製造の際に使用する複合微粒子(B)を含有する液状組成物に用いる溶媒に安定であり、高温状態で電解液に溶解しないものであれば、特に制限はない。 The swelling resin (D), and preferably has satisfied the swelling degree B or B R, also has an electrically insulating, electrochemically stable, further described below electrolyte, separator There is no particular limitation as long as it is stable to the solvent used in the liquid composition containing the composite fine particles (B) used during production and does not dissolve in the electrolytic solution at a high temperature.

なお、従来公知のリチウム二次電池では、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が非水電解液として用いられている(リチウム塩や有機溶媒の種類、リチウム塩濃度などの詳細は後述する)。よって、膨潤性樹脂(D)としては、リチウム塩の有機溶媒溶液中で、75〜125℃のいずれかの温度に達した時に上記の熱膨潤性を示し始め、好ましくは該溶液中において膨潤度Bが上記の値を満足するように膨潤し得るものが推奨される。   In the known lithium secondary battery, for example, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used as a non-aqueous electrolyte (details of the lithium salt, the type of the organic solvent, the lithium salt concentration, etc. will be described later). ). Therefore, as the swellable resin (D), in the organic solvent solution of the lithium salt, when it reaches any temperature of 75 to 125 ° C., it begins to show the above thermal swellability, and preferably the degree of swelling in the solution Those that can swell so that B satisfies the above values are recommended.

また、本発明においては、樹脂単体では、電解液などの有機溶剤に溶解するような性質のものでも、後述する化学的手法により耐熱性微粒子(A)と化学結合により複合化された結果、有機溶剤に対して安定になる樹脂も膨潤性樹脂(D)として用いることが可能である。このような場合の膨潤性樹脂(D)の膨潤度の測定は、複合化した粒子を用いて、上記と同様の方法により求めることが可能である。   Further, in the present invention, even if the resin itself has a property of being dissolved in an organic solvent such as an electrolytic solution, it is organic as a result of being combined with the heat-resistant fine particles (A) by chemical bonding by a chemical method described later. Resins that are stable to solvents can also be used as the swellable resin (D). The swelling degree of the swellable resin (D) in such a case can be determined by the same method as described above using the composite particles.

膨潤性樹脂(D)の具体例としては、ポリスチレン(PS)、アクリル樹脂、ポリアルキレンオキシド、フッ素樹脂、スチレンブタジエンゴム(SBR)などやこれらの誘導体およびその架橋体;尿素樹脂;ポリウレタン;などが挙げられる。   Specific examples of the swellable resin (D) include polystyrene (PS), acrylic resin, polyalkylene oxide, fluororesin, styrene butadiene rubber (SBR), and derivatives and cross-linked products thereof; urea resin; polyurethane; Can be mentioned.

複合微粒子(B)の作製には、上記例示の膨潤性樹脂(D)を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用しても構わない。また、膨潤性樹脂(D)は、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していても構わない。   For the production of the composite fine particles (B), the swellable resin (D) exemplified above may be used alone or in combination of two or more. Further, the swellable resin (D) may contain various known additives (for example, antioxidants) added to the resin as necessary.

例えば、膨潤性樹脂(D)が上記例示の樹脂架橋体の場合、一旦温度上昇により膨張しても温度を下げることにより再び収縮するというように、温度変化に伴う体積変化に可逆性があり、また、これらの樹脂架橋体は、電解液を含まない所謂乾燥状態においては、熱膨張する温度よりも更に高い温度まで安定である。そのため、膨潤性樹脂(D)として上記の樹脂架橋体を用いて得られる複合微粒子(B)を有するセパレータでは、セパレータの乾燥や電池作製時の電極群の乾燥といった加熱プロセスを通しても、膨潤性樹脂(D)の熱膨潤性が損なわれることはないため、こうした加熱プロセスでの取り扱いが容易となる。さらに、上記可逆性を有することにより、一旦、温度上昇によりシャットダウン機能が働いた場合であっても、電池内の温度低下により安全性が確保された場合は、再度セパレータとして機能させることも可能である。   For example, in the case where the swellable resin (D) is a crosslinked resin exemplified above, the volume change accompanying the temperature change is reversible, such that even if it expands due to a temperature rise, it shrinks again by lowering the temperature, Moreover, these resin crosslinked bodies are stable up to a temperature higher than the temperature of thermal expansion in a so-called dry state containing no electrolytic solution. Therefore, in the separator having the composite fine particles (B) obtained by using the above-mentioned crosslinked resin as the swellable resin (D), the swellable resin can be obtained through a heating process such as drying of the separator or drying of the electrode group during battery production. Since the thermal swellability of (D) is not impaired, handling in such a heating process becomes easy. Furthermore, by having the above reversibility, even if the shutdown function is activated once due to the temperature rise, it can be made to function as a separator again when safety is ensured by the temperature drop in the battery. is there.

膨潤性樹脂(D)としては、上記例示の各種樹脂の中でも、架橋PS、架橋アクリル樹脂[例えば、架橋ポリメチルメタクリレート(PMMA)]、架橋フッ素樹脂[例えば、架橋ポリフッ化ビニリデン(PVDF)]が好ましく、架橋PMMAが特に好ましい。   Examples of the swellable resin (D) include cross-linked PS, cross-linked acrylic resin [for example, cross-linked polymethyl methacrylate (PMMA)], and cross-linked fluororesin [for example, cross-linked polyvinylidene fluoride (PVDF)] among the various resins exemplified above. Preferably cross-linked PMMA is particularly preferred.

これらの膨潤性樹脂(D)が温度上昇により膨潤するメカニズムについては、詳細は明らかでないが、例えば架橋PMMAでは、粒子の主体をなすPMMAのガラス転移点(Tg)が100℃付近にあるため、PMMAのTg付近で架橋PMMA粒子が柔軟になって、より多くの電解液を吸収して膨潤するといったメカニズムが考えられる。従って、膨潤性樹脂(D)のTgは、およそ75〜125℃の範囲にあるものが望ましいと考えられる。   Although the details of the mechanism by which these swellable resins (D) swell due to temperature rise are not clear, for example, in crosslinked PMMA, the glass transition point (Tg) of PMMA, which is the main component of the particles, is around 100 ° C., It is conceivable that the cross-linked PMMA particles become flexible near the Tg of PMMA, and absorb and swell more electrolytic solution. Therefore, it is considered desirable that the Tg of the swellable resin (D) is in the range of about 75 to 125 ° C.

複合微粒子(B)の構造としては、耐熱性微粒子(A)の表面の少なくとも一部[例えば、耐熱性微粒子(A)の表面の全面積中、50〜100面積%]が樹脂で被覆されていればよく、特に制限はない。例えば、耐熱性微粒子(A)をコアとし樹脂をシェルとするコアシェル構造、耐熱性微粒子(A)からなる島が樹脂の海中に包含されてなる海島構造、耐熱性微粒子(A)の表面の一部が樹脂で被覆された部分被覆構造など、いずれの構造をとることも可能である。こうした構造の中でも、耐熱性微粒子(A)の形態をできる限り保持した構造(形態)とすることが好ましく、特に耐熱性微粒子(A)が板状の粒子である場合には、これを用いることによる特性をより引き出して、上述の、平板面をセパレータ面に略平行に配向させることによる短絡防止効果を確保するためには、複合微粒子(B)も板状の形態を保持していることが推奨される。   As the structure of the composite fine particles (B), at least a part of the surface of the heat-resistant fine particles (A) [for example, 50 to 100 area% in the total area of the surface of the heat-resistant fine particles (A)] is coated with a resin. There is no particular limitation. For example, a core-shell structure in which the heat-resistant fine particles (A) are the core and the resin is the shell, a sea-island structure in which islands made of the heat-resistant fine particles (A) are included in the sea of the resin, and one surface of the heat-resistant fine particles (A). Any structure such as a partially covered structure in which a portion is coated with a resin can be employed. Among these structures, it is preferable to have a structure (form) that retains the form of the heat-resistant fine particles (A) as much as possible. In particular, when the heat-resistant fine particles (A) are plate-like particles, this is used. In order to further draw out the characteristics due to the above and to ensure the above-described short-circuit prevention effect by orienting the flat plate surface substantially parallel to the separator surface, the composite fine particles (B) also have a plate-like form. Recommended.

なお、複合微粒子(B)における耐熱性微粒子(A)の比率は、体積比率で、例えば、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、また、90%以下であることが好ましい。   The ratio of the heat-resistant fine particles (A) in the composite fine particles (B) is a volume ratio, for example, preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and 90% or less. It is preferable.

また、複合微粒子(B)は、耐熱性微粒子(A)と同様の方法で測定される平均粒径が、例えば、0.002μm以上、より好ましくは0.2μm以上であって、15μm以下、より好ましくは3μm以下であることが望ましい。   The composite fine particles (B) have an average particle size measured by the same method as that for the heat-resistant fine particles (A), for example, 0.002 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, and 15 μm or less. Preferably it is 3 μm or less.

複合微粒子(B)の作製方法[耐熱性微粒子(A)と樹脂の複合化方法]としては、例えば、物理的に耐熱性微粒子(A)と樹脂とを複合化する従来公知の手法や、化学結合により耐熱性微粒子(A)と樹脂とを複合化する化学的手法などを用いることができる。   As a method for producing the composite fine particles (B) [a method of combining the heat-resistant fine particles (A) and the resin], for example, a conventionally known method of physically combining the heat-resistant fine particles (A) and the resin, A chemical method for combining the heat-resistant fine particles (A) and the resin by bonding can be used.

物理的手法としては、耐熱性微粒子(A)と樹脂の粉体とをメカニカルアロイングにより複合化する方法;耐熱性微粒子(A)を分散媒に分散させたスラリーと、樹脂を分散媒に分散させたスラリーや溶媒に溶解させた溶液とを用いたスプレードライにより、耐熱性微粒子(A)の表面を樹脂で被覆などする方法;耐熱性微粒子(A)を樹脂溶液中に浸漬、分散させ、乾燥させて耐熱性微粒子(A)を樹脂でコーティングする方法;などが挙げられる。また、化学的手法としては、耐熱性微粒子(A)の表面に樹脂分子をグラフト重合させ、これにより耐熱性微粒子(A)の表面を樹脂でコーティングする方法などが挙げられる。   As a physical method, a method in which heat-resistant fine particles (A) and resin powder are combined by mechanical alloying; a slurry in which heat-resistant fine particles (A) are dispersed in a dispersion medium, and a resin is dispersed in the dispersion medium. A method of coating the surface of the heat-resistant fine particles (A) with a resin by spray drying using the slurry and the solution dissolved in the solvent; dipping and dispersing the heat-resistant fine particles (A) in the resin solution; And a method of coating the heat-resistant fine particles (A) with a resin after drying. Moreover, as a chemical method, the method of carrying out the graft polymerization of the resin molecule on the surface of heat-resistant fine particle (A), and coating the surface of heat-resistant fine particle (A) with resin by this etc. is mentioned.

上記の各種手法の中でも、メカニカルアロイング法やスプレードライ法が好適である。メカニカルアロイングに用いる装置としては、例えば、遊星ボールミル、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)、ハイブリタイザー(奈良機械製作所製)などの市販の装置が使用可能である。   Among the various methods described above, the mechanical alloying method and the spray drying method are preferable. Commercially available devices such as a planetary ball mill, mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron), and a hybridizer (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.) can be used as the device used for mechanical alloying.

本発明のセパレータでは、上記の複合微粒子(B)を用いることにより、セパレータを形成する際の粒子の充填性を向上することができ、シャットダウン機能を付与しつつ、より均一なセパレータとすることが可能である。   In the separator of the present invention, by using the composite fine particles (B), it is possible to improve the particle filling property when forming the separator, and to provide a more uniform separator while providing a shutdown function. Is possible.

本発明のセパレータは、独立膜の形としてもよいし、電極(正極および/または負極)と一体化した構造としてもよい。独立膜の形式とする場合には、必要な強度を確保するために、繊維状物(E)を補強材として用いることが好ましい。   The separator of the present invention may be in the form of an independent film or may have a structure integrated with electrodes (positive electrode and / or negative electrode). In the case of the form of an independent membrane, it is preferable to use the fibrous material (E) as a reinforcing material in order to ensure necessary strength.

繊維状物(E)は、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複合微粒子(B)を含有する液状組成物に用いる溶媒に安定であれば、特に制限はないが、150℃で実質的に変形しない特性を有するものが好ましい。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いる。繊維状物(E)のアスペクト比は、10以上であることが好ましい。   The fibrous material (E) is electrically insulative, electrochemically stable, and further contains an electrolyte solution described in detail below and a liquid containing composite fine particles (B) used in the production of the separator. As long as the solvent used in the composition is stable, there is no particular limitation, but those having characteristics that do not substantially deform at 150 ° C. are preferable. The “fibrous material” in the present specification means that having an aspect ratio [length in the longitudinal direction / width (diameter) in a direction perpendicular to the longitudinal direction] of 4 or more. The aspect ratio of the fibrous material (E) is preferably 10 or more.

繊維状物(E)の具体的な構成材料としては、例えば、セルロース、セルロース変成体(カルボキシメチルセルロースなど)、ポリプロピレン(PP)、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)、ポリビニルアルコール(PVA)、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、シリカなどの無機材料(無機酸化物);などが挙げられる。繊維状物(E)は、これらの構成材料の1種を含有していてもよく、2種以上を含有していても構わない。また、繊維状物(E)は、構成成分として、上記の構成材料の他に、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 constituent materials of the fibrous material (E) include, for example, cellulose, modified cellulose (such as carboxymethyl cellulose), polypropylene (PP), polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene. Terephthalate (PBT), etc.], polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), polyaramid, polyamideimide, polyimide and other resins; glass, alumina, silica and other inorganic materials (inorganic oxides); and the like. The fibrous material (E) may contain one of these constituent materials, or may contain two or more. In addition to the above-described constituent materials, the fibrous material (E) contains various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary. It doesn't matter.

繊維状物(E)の直径は、セパレータの厚み以下であれば良いが、例えば、0.01〜5μmであることが好ましい。径が大きすぎると、例えば、繊維状物(E)でシート状物を構成し、これをセパレータに用いる場合などでは、繊維状物同士の絡み合いが不足して、上記シート状物の強度、延いてはセパレータの強度が小さくなって取り扱いが困難となることがある。また、径が小さすぎると、セパレータの空隙が小さくなりすぎて、イオン透過性が低下する傾向にあり、電池の負荷特性を低下させてしまうことがある。   Although the diameter of a fibrous material (E) should just be below the thickness of a separator, it is preferable that it is 0.01-5 micrometers, for example. When the diameter is too large, for example, when the fibrous material (E) is used to form a sheet-like material and used as a separator, the entanglement between the fibrous materials is insufficient, and the strength and elongation of the sheet-like material are reduced. In this case, the strength of the separator may be reduced, making it difficult to handle. On the other hand, if the diameter is too small, the gap of the separator becomes too small, and the ion permeability tends to be lowered, and the load characteristics of the battery may be lowered.

セパレータ(シート状物)中での繊維状物(E)の存在状態は、例えば、長軸(長尺方向の軸)の、セパレータ面に対する角度が平均で30°以下であることが好ましく、20°以下であることがより好ましい。   The state of the presence of the fibrous material (E) in the separator (sheet-like material) is, for example, preferably that the angle of the long axis (axis in the longitudinal direction) with respect to the separator surface is 30 ° or less on average, 20 More preferably, it is not more than 0 °.

これら繊維状物(E)を用いる場合には、繊維状物(E)が多数が集合して、これらのみにより、シート状物を形成している形式のもの、例えば織布、不織布、紙といった形態のものを用い、このシート中に複合微粒子(B)を含有させた構成のセパレータとしてもよいし、繊維状物(E)と複合微粒子(B)とが均一に分散された形で含有されている構成のセパレータとしてもよい。また、上記した両者の構成を合わせた構成とすることもできる。なお、上記各構成のセパレータにおいても、独立膜のみならず、電極と一体化した形態とすることができる。   When these fibrous materials (E) are used, a large number of the fibrous materials (E) are aggregated to form a sheet-like material by these alone, such as woven fabric, nonwoven fabric, paper, etc. A separator having a configuration in which the composite fine particles (B) are contained in the sheet may be used, or the fibrous material (E) and the composite fine particles (B) are contained in a uniformly dispersed form. The separator may be configured as described above. Moreover, it can also be set as the structure which united both above-mentioned structures. Note that the separators having the above-described configurations can be integrated with electrodes as well as independent films.

本発明のセパレータは、上記の複合微粒子(B)および繊維状物(E)以外に、耐熱性微粒子(A)や、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)を、複合微粒子(B)以外の形態で含有していてもよい。熱溶融性樹脂(C)や膨潤性樹脂(D)は、電解液を保持し、イオン伝導性を確保しつつ、短絡を防止して、シャットダウン機能を有するというセパレータ本来の機能を妨げない限り、どのような形態であっても構わない。具体的には、微粒子の形や、複合微粒子(B)間に固まり状で存在していてもよいし、扁平状、繊維状、多孔質膜状といった形態でも構わない。いずれの場合も、複合微粒子(A)は、セパレータの構成成分の全体積中、30体積%以上、より好ましくは40体積%以上であることが望ましい。なお、複合微粒子(B)の体積比率の上限は、例えば80体積%であることが好ましい。上記範囲を逸脱すると、セパレータとして、短絡を防止しつつシャットダウン特性を付与するという構成とすることが困難となる。   In addition to the composite fine particles (B) and the fibrous material (E), the separator of the present invention comprises heat-resistant fine particles (A), a heat-meltable resin (C), and a swellable resin (D). It may be contained in a form other than B). As long as the hot-melt resin (C) and the swellable resin (D) hold the electrolytic solution and ensure ionic conductivity, prevent short circuit and prevent the original function of the separator having a shutdown function, Any form may be used. Specifically, it may be present in the form of fine particles or in a solid form between the composite fine particles (B), or in the form of a flat shape, a fiber shape, or a porous film shape. In any case, it is desirable that the composite fine particles (A) are 30% by volume or more, more preferably 40% by volume or more, in the total volume of the constituent components of the separator. The upper limit of the volume ratio of the composite fine particles (B) is preferably 80% by volume, for example. If it deviates from the said range, it will become difficult to set it as the structure which provides a shutdown characteristic, preventing a short circuit as a separator.

また、複合微粒子(B)同士や、上記の、繊維状物(E)、耐熱性微粒子(A)、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)を、それら同士または相互に結着する目的で、セパレータはバインダ(F)を含有していてもよい。バインダ(F)としては、電気化学的に安定且つ電解液に対して安定で、更に複合微粒子(B)や繊維状物(E)、耐熱性微粒子(A)、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)などを良好に接着できるものであればよいが、例えば、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−アクリレート共重合体、各種ゴムおよびその誘導体[スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)など]、セルロース誘導体[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、ヒドロキシプロピルセルロースなど]、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリウレタン、エポキシ樹脂、PVDF、PVDF−HFP共重合体などが挙げられ、これらを単独で使用することもでき、2種以上を併用することもできる。なお、これらバインダ(F)を使用する場合には、後記するセパレータ形成用の液状組成物の溶媒に溶解するか、または分散させたエマルジョンの形態で用いることができる。   Also, the composite fine particles (B) or the above-mentioned fibrous material (E), heat-resistant fine particles (A), heat-meltable resin (C), and swellable resin (D) are bound to each other or to each other. For this purpose, the separator may contain a binder (F). As the binder (F), it is electrochemically stable and stable with respect to the electrolytic solution, and further, composite fine particles (B), fibrous materials (E), heat-resistant fine particles (A), heat-meltable resin (C), Any swellable resin (D) or the like may be used as long as it can adhere well. For example, ethylene (e.g., EVA having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-ethyl acrylate copolymer or the like Acrylate copolymers, various rubbers and derivatives thereof [styrene-butadiene rubber (SBR), fluorine rubber, urethane rubber, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), etc.], cellulose derivatives [carboxymethylcellulose (CMC), hydroxyethylcellulose, hydroxypropyl Cellulose etc.], polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB) Polyvinylpyrrolidone (PVP), polyurethane, epoxy resins, PVDF, include such PVDF-HFP copolymer, it is also possible to use them alone or may be used in combination of two or more. When these binders (F) are used, they can be used in the form of an emulsion dissolved or dispersed in a solvent of a liquid composition for forming a separator described later.

本発明のセパレータは、例えば、上述のように、繊維状物(E)で構成されたシート状物中に、複合微粒子(B)[更に、必要に応じて、耐熱性微粒子(A)、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)など]が含有された構造の多孔質膜の形態とすることができる。この場合、繊維状物(E)で構成されたシート状物は、例えば、従来公知のポリオレフィン製の多孔質性フィルムからなるセパレータのような熱収縮が生じ難く、熱に対する寸法安定性が良好であるため、電池の異常加熱の際にもセパレータの熱収縮による短絡が良好に防止できる。   For example, as described above, the separator of the present invention contains composite fine particles (B) in the sheet-like material composed of the fibrous material (E) [further, if necessary, heat-resistant fine particles (A), heat A meltable resin (C), a swellable resin (D) and the like] can be used. In this case, the sheet-like material composed of the fibrous material (E) hardly undergoes thermal shrinkage, such as a separator made of a conventionally known polyolefin porous film, and has good dimensional stability against heat. Therefore, even when the battery is abnormally heated, a short circuit due to thermal contraction of the separator can be prevented well.

また、本発明のセパレータは、上記のような形態の他にも、例えば、多数の複合微粒子(B)同士が、バインダ(F)により結着されてなる多孔質膜の形態とすることもできる。この場合にも、耐熱性微粒子(A)、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)、繊維状物(E)などが複合微粒子(B)と共にバインダ(F)で結着されていてもよい。こうした形態のセパレータでは、セパレータ内部にひずみが残らないような製法[複合微粒子(B)などを含有する液状組成物を、基材などに塗布し乾燥する工程を有する製法]により製造されるため、上記の、繊維状物(E)で構成されたシート状物を含む形態のセパレータと同様に、熱に対する寸法安定性が良好であることから、電池の異常加熱の際にもセパレータの熱収縮による短絡が良好に防止できる。   Moreover, the separator of this invention can also be made into the form of the porous film | membrane in which many composite microparticles | fine-particles (B) are bind | concluded with a binder (F) other than the above forms, for example. . Also in this case, the heat-resistant fine particles (A), the heat-meltable resin (C), the swellable resin (D), the fibrous material (E) and the like are bound together with the composite fine particles (B) by the binder (F). May be. In the separator of such a form, because it is produced by a production method [a production method having a step of applying a liquid composition containing composite fine particles (B), etc. to a substrate and drying it] such that no strain remains in the separator, Since the dimensional stability against heat is good as in the case of the separator including the sheet-like material composed of the fibrous material (E), the separator is also thermally contracted even during abnormal heating of the battery. Short circuit can be prevented well.

上記の各形態を有する本発明のセパレータでは、例えば、150℃での熱収縮率を5%未満とすることができ、例えば、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が防止できることから、高温での電池の安全性を高めることができる。なお、セパレータにおける「150℃の熱収縮率」とは、セパレータを恒温槽に入れ、温度を150℃まで上昇させて30分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。   In the separator of the present invention having each of the above forms, for example, the thermal shrinkage rate at 150 ° C. can be less than 5%. For example, even when the inside of the battery reaches about 150 ° C., the separator shrinks almost. Therefore, a short circuit due to contact between the positive and negative electrodes can be prevented, and the safety of the battery at high temperatures can be improved. The “150 ° C. heat shrinkage rate” of the separator refers to the size of the separator before putting the separator in a thermostatic bath, raising the temperature to 150 ° C. and leaving it for 30 minutes, and then putting it in the thermostatic bath. The reduction ratio of the dimension calculated | required by this is expressed in percentage.

セパレータの厚みは3μm以上、より好ましくは5μm以上であって、50μm以下、より好ましくは30μm以下であることが望ましい。セパレータが薄すぎると、短絡防止効果が小さくなることがあり、また、セパレータの強度が不十分で取り扱いが困難になることがある。他方、セパレータが厚すぎると、電池としたときのエネルギー密度が小さくなる傾向にある。   The thickness of the separator is 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less. If the separator is too thin, the short-circuit preventing effect may be reduced, and the separator may have insufficient strength and may be difficult to handle. On the other hand, if the separator is too thick, the energy density of the battery tends to be small.

また、セパレータの空隙率としては、乾燥した状態で20%以上、より好ましくは30%以上であって、70%以下、より好ましくは60%以下であることが望ましい。セパレータの空隙率が小さすぎると、イオン透過性(イオン伝導性)が小さくなることがあり、また、空隙率が大きすぎると、セパレータの強度が不足することがある。なお、セパレータの空隙率: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、次式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。   Further, the porosity of the separator is desirably 20% or more, more preferably 30% or more, and 70% or less, more preferably 60% or less in a dry state. If the porosity of the separator is too small, the ion permeability (ion conductivity) may be reduced, and if the porosity is too large, the strength of the separator may be insufficient. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by calculating 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 formula.

P = Σaρ/(m/t)
ここで、上記式中、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 = Σa i ρ i / (m / t)
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: thickness of separator (cm).

また、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値で示されるセパレータの透気度は、10〜300secであることが好ましい。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。また、独立膜の場合、セパレータの強度としては、直径が1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する虞がある。 Further, the air permeability of the separator, which is carried out by a method according to JIS P 8117 and indicated by the Gurley value indicated by the number of seconds in which 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2 , is 10 to 10. It is preferable that it is 300 sec. 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. In the case of an independent membrane, the strength of the separator is preferably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too low, a short circuit may occur due to the breakthrough of the separator when lithium dendrite crystals are generated.

本発明のセパレータの製造方法としては、例えば、下記(I)、(II)および(III)の方法が採用できる。(I)の方法は、イオン透過性のシート状物に、複合微粒子(B)を
含む液状組成物(スラリーなど)を塗布または含浸させた後、所定の温度で乾燥する製造方法である。
As the method for producing the separator of the present invention, for example, the following methods (I), (II) and (III) can be employed. The method (I) is a production method in which a liquid composition (slurry or the like) containing composite fine particles (B) is applied or impregnated on an ion-permeable sheet-like material and then dried at a predetermined temperature.

(I)の方法でいう「シート状物」には、繊維状物(E)で構成されたシート状物(各
種、織布、不織布など)が該当する。具体的には、上記例示の各材料を構成成分に含む繊維状物の少なくとも1種で構成され、これら繊維状物同士が絡み合った構造を有する不織布などの多孔質シートなどが挙げられる。より具体的には、紙、PP不織布、ポリエステル不織布(PET不織布、PEN不織布、PBT不織布など)、PAN不織布、PVA不織布などの不織布などが例示できる。
The “sheet-like material” in the method (I) corresponds to a sheet-like material (various, woven fabric, non-woven fabric, etc.) composed of the fibrous material (E). Specifically, a porous sheet such as a non-woven fabric having a structure in which at least one of the above-exemplified materials is included as a constituent component and the fibrous materials are entangled with each other can be used. More specifically, non-woven fabrics such as paper, PP non-woven fabric, polyester non-woven fabric (PET non-woven fabric, PEN non-woven fabric, PBT non-woven fabric, etc.), PAN non-woven fabric, and PVA non-woven fabric can be exemplified.

上記シート状物の厚みとしては、例えば、20μm以下であることが好ましく、16μm以下であることがより好ましい。目付けとしては、15g/m以下であることが好ましく、10g/m以下であることが更に好ましい。また、厚みの下限としては5μmが好ましく、目付けの下限としては2g/mが好ましい。 As thickness of the said sheet-like material, it is preferable that it is 20 micrometers or less, for example, and it is more preferable that it is 16 micrometers or less. The basis weight is preferably 15 g / m 2 or less, more preferably 10 g / m 2 or less. Further, the lower limit of the thickness is preferably 5 μm, and the lower limit of the basis weight is preferably 2 g / m 2 .

上記シート状物に該当する不織布の製法としては、例えば、湿式、乾式、メルトブロー、スパンボンド、電荷溶融紡糸といった従来公知の手法を用いることができる。   As a method for producing a nonwoven fabric corresponding to the sheet-like material, conventionally known methods such as wet, dry, melt blow, spun bond, and charge melt spinning can be used.

本発明のセパレータを形成するための上記液状組成物は、複合微粒子(B)や、必要に応じて、耐熱性微粒子(A)、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)、バインダ(F)などを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む、以下同じ)に分散または溶解させたものである。液状組成物に用いられる溶媒は、複合微粒子(B)や耐熱性微粒子(A)などを均一に分散でき、また、バインダ(F)や熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)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;などの有機溶媒が好適である。なお、これらの溶媒に、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(F)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、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(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)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。   The liquid composition for forming the separator of the present invention comprises composite fine particles (B), heat-resistant fine particles (A), heat-meltable resins (C), swellable resins (D), binders as necessary. (F) and the like, which are dispersed or dissolved in a solvent (including a dispersion medium, the same applies hereinafter). The solvent used in the liquid composition can uniformly disperse the composite fine particles (B), the heat-resistant fine particles (A), and the like, and can also contain the binder (F), the hot-melt resin (C), and the swellable resin (D). Organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene; furans such as tetrahydrofuran; ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; are suitable as long as they can be dissolved or dispersed uniformly. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the binder (F) is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately used. In addition, the interfacial tension can be controlled.

上記液状組成物では、複合微粒子(B)、耐熱性微粒子(A)、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)、バインダ(F)を含む固形分含量を、例えば10〜40質量%とすることが好ましい。   In the liquid composition, the solid content including the composite fine particles (B), the heat-resistant fine particles (A), the hot-melt resin (C), the swellable resin (D), and the binder (F) is, for example, 10 to 40 mass. % Is preferable.

なお、熱溶融性樹脂(C)や膨潤性樹脂(D)が単独で接着性を有する場合には、これらがバインダ(F)を兼ねることもできる。   In addition, when a hot-melt resin (C) and a swellable resin (D) have adhesiveness independently, these can also serve as a binder (F).

上記粒子で構成されたシート状物が、紙、PP不織布、ポリエステル不織布などの不織布のように、繊維状物で構成されるものであって、特にその空隙の開口径が比較的大きい場合(例えば、空隙の開口径が5μm以上の場合)には、これが電池の短絡の要因となりやすい。よって、この場合には、複合微粒子(B)、更には耐熱性微粒子(A)の一部または全部がシート状物の空隙内に存在する構造とすることが好ましい。また、熱溶融性樹脂(C)や膨潤性樹脂(D)の一部または全部も、シート状物の空隙内に存在していてもよく、これらの樹脂(C)、(D)が微粒子の形態を有している場合には、このような構造をとることが特に好ましい。シート状物の空隙内に複合微粒子(B)などを存在させるには、例えば、上記した液状組成物をシート状物に含浸させた後、一定のギャップを通し、余分の液状組成物を除去した後、乾燥するなどの工程を用いればよい。なお、複合微粒子(B)に用いた耐熱性微粒子(A)が板状粒子の場合や、複合微粒子(B)と別に使用する耐熱性微粒子(A)が板状粒子の場合に、これら板状粒子の配向性を高めてその機能を有効に作用させるためには、上記液状組成物を含浸させた基体において、該液状組成物にシェアや磁場をかけるといった方法を用いればよい。例えば、上記のように、液状組成物をシート状物に含浸させた後、一定のギャップを通すことで、液状組成物にシェアをかけることができる。   When the sheet-like material composed of the particles is composed of a fibrous material such as paper, PP nonwoven fabric, and polyester nonwoven fabric, and the opening diameter of the gap is relatively large (for example, In the case where the opening diameter of the gap is 5 μm or more), this tends to cause a short circuit of the battery. Therefore, in this case, it is preferable to have a structure in which a part or all of the composite fine particles (B) and further the heat-resistant fine particles (A) exist in the voids of the sheet-like material. Further, part or all of the heat-meltable resin (C) and the swellable resin (D) may be present in the voids of the sheet-like material, and these resins (C) and (D) are fine particles. When it has a form, it is particularly preferable to take such a structure. In order to make the composite fine particles (B) etc. exist in the voids of the sheet-like material, for example, after impregnating the above-mentioned liquid composition into the sheet-like material, the excess liquid composition is removed through a certain gap. Then, a process such as drying may be used. When the heat-resistant fine particles (A) used for the composite fine particles (B) are plate-like particles, or when the heat-resistant fine particles (A) used separately from the composite fine particles (B) are plate-like particles, these plate-like particles are used. In order to enhance the orientation of the particles and to make the function work effectively, a method of applying shear or a magnetic field to the liquid composition in the substrate impregnated with the liquid composition may be used. For example, as described above, the liquid composition can be sheared by impregnating the liquid composition into a sheet and then passing through a certain gap.

本発明のセパレータの(II)の製造方法は、上記液状組成物に、更に繊維状物(E)を含有させ、これをフィルムや金属箔などの基材上に塗布し、所定の温度で乾燥した後に、該基材から剥離する方法である。なお、(II)の方法で使用する液状組成物は、繊維状物(E)を含有させることが必須である点を除き、(I)の方法で用いる液状組成物と同じ
であり、その繊維状物(E)を含めた固形分濃度は、例えば10〜40質量%とすることが好ましい。また、(II)の方法で得られるセパレータにおいても、繊維状物(E)で形成されるシート状物の空隙内に、複合微粒子(B)などの一部または全部が存在する構造とすることが望ましい。
The manufacturing method of (II) of the separator of the present invention is such that the liquid composition further contains a fibrous material (E), which is coated on a substrate such as a film or a metal foil, and dried at a predetermined temperature. And then peeling from the substrate. The liquid composition used in the method (II) is the same as the liquid composition used in the method (I) except that it is essential to contain the fibrous material (E). The solid content concentration including the state (E) is preferably 10 to 40% by mass, for example. The separator obtained by the method (II) also has a structure in which some or all of the composite fine particles (B) are present in the voids of the sheet-like material formed of the fibrous material (E). Is desirable.

本発明のセパレータの(III)の製造方法は、例えば、上記の複合微粒子(B)、耐熱
性微粒子(A)、熱溶融性樹脂(C)、膨潤性樹脂(D)の微粒子または繊維状物(E)などに、更に必要に応じてバインダー(F)を用いて、水または適当な溶媒に分散させたスラリー状などの液状組成物を調製し、ブレードコーター、ロールコーター、ダイコーター、スプレーコーターなどの従来公知の塗布装置を用いて、上記液状組成物を電極(正極または負極)上に塗布し、乾燥する方法である。これにより、電極と一体化した構造のセパレータを得ることができる。上記液状組成物には、例えば、(I)や(II)の製造方法
について説明した液状組成物と同じものが使用できる。
The method for producing (III) of the separator of the present invention includes, for example, the above-mentioned composite fine particles (B), heat-resistant fine particles (A), heat-meltable resin (C), swellable resin (D) fine particles or fibrous materials A liquid composition such as a slurry dispersed in water or a suitable solvent is prepared using a binder (F) as necessary in (E), etc., and a blade coater, roll coater, die coater, spray coater is prepared. In this method, the liquid composition is applied onto an electrode (positive electrode or negative electrode) using a conventionally known coating apparatus such as, and then dried. Thereby, the separator of the structure integrated with the electrode can be obtained. As the liquid composition, for example, the same liquid composition as described for the production method of (I) or (II) can be used.

なお、本発明のセパレータは、上記の構造に限定されるものではない。例えば、複合微粒子(B)は、個々に独立して存在していなくてもよく、互いに、または、繊維状物(E)に、一部が融着されていても構わない。   In addition, the separator of this invention is not limited to said structure. For example, the composite fine particles (B) do not have to be present independently of each other, and some of them may be fused to each other or to the fibrous material (E).

上記(I)〜(III)の方法によって作製されたセパレータは、乾燥後に熱処理を施し、内部に含有されている水分や溶媒(分散媒)といった揮発成分を除去することが好ましい。これらの揮発成分を除去することで、リチウム二次電池において、充放電を繰り返した際の電池特性の劣化を抑制できるため、長期信頼性に優れたリチウム二次電池を提供できるようになる。水分や溶媒の残留量としては、セパレータに対して100ppm以下であることが好ましい。   The separator produced by the methods (I) to (III) is preferably subjected to a heat treatment after drying to remove volatile components such as moisture and solvent (dispersion medium) contained therein. By removing these volatile components, it is possible to provide a lithium secondary battery with excellent long-term reliability because deterioration of battery characteristics when charging and discharging are repeated in the lithium secondary battery can be suppressed. The residual amount of moisture and solvent is preferably 100 ppm or less with respect to the separator.

上記熱処理の温度は、セパレータ中に熱溶融性樹脂(C)を含む場合には、セパレータのシャットダウン温度未満の温度とする。シャットダウン温度以上の温度で熱処理を施すと、セパレータの有する空孔が閉塞してしまうため、このようなセパレータを使用したリチウム二次電池は、その特性が劣るものとなる。セパレータ中に熱溶融性樹脂(C)を含まず、シャットダウン特性付与を膨潤性樹脂(D)により確保する態様のセパレータの場合は、前述したように、乾燥状態で熱処理を行ってもセパレータの特性に影響を与えないので、樹脂の熱分解温度未満の温度であれば熱処理温度に特に制限は無い。   The temperature of the heat treatment is set to a temperature lower than the shutdown temperature of the separator when the hot-melt resin (C) is included in the separator. When heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the shutdown temperature, the pores of the separator are blocked, so that the lithium secondary battery using such a separator is inferior in characteristics. In the case of a separator that does not contain a heat-meltable resin (C) in the separator and ensures the provision of shutdown characteristics with the swellable resin (D), as described above, the characteristics of the separator even if heat treatment is performed in a dry state. The heat treatment temperature is not particularly limited as long as the temperature is lower than the thermal decomposition temperature of the resin.

具体的な熱処理温度としては、例えば、70〜140℃、また、熱処理の時間としては、例えば、1時間以上、より好ましくは3時間以上であって、72時間以下、より好ましくは24時間以下とすることが望ましい。このような熱処理は、例えば、温風循環型の恒温槽中で行うことができる。また、必要に応じて真空乾燥機を用いて減圧乾燥を行なってもよい。   The specific heat treatment temperature is, for example, 70 to 140 ° C., and the heat treatment time is, for example, 1 hour or more, more preferably 3 hours or more, and 72 hours or less, more preferably 24 hours or less. It is desirable to do. Such heat treatment can be performed, for example, in a warm air circulation type thermostatic bath. Moreover, you may dry under reduced pressure using a vacuum dryer as needed.

本発明のセパレータは、一次電池、二次電池を問わず、広く非水電解質電池のセパレータとして使用できる。以下、本発明のセパレータの特に主要な用途である二次電池について説明する。   The separator of the present invention can be widely used as a separator for nonaqueous electrolyte batteries regardless of whether it is a primary battery or a secondary battery. Hereinafter, a secondary battery, which is the main application of the separator of the present invention, will be described.

本発明の電池(リチウム二次電池)は、本発明のセパレータを有していれば特に制限はなく、従来公知の構成、構造が採用できる。   The battery (lithium secondary battery) of the present invention is not particularly limited as long as it has the separator of the present invention, and a conventionally known configuration and structure can be adopted.

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 include a tubular shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

正極としては、従来公知の非水電解質電池(リチウム二次電池)に用いられている正極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、Li1+xMO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)などの結着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に仕上げたものなどを用いることができる。
The positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in a conventionally known nonaqueous electrolyte battery (lithium secondary battery). For example, as an active material, lithium-containing transition metal oxide represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, etc.); lithium such as LiMn 2 O 4 Manganese oxide; LiMn x M (1-x) O 2 in which 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, and a known conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is appropriately added to these positive electrode active materials. Finished positive electrode mixture into a molded body with the current collector as the core material Can be used.

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良い。   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.

負極としては、従来公知の非水電解質電池(リチウム二次電池)に用いられている負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si,Sn、Ge,Bi,Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどの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に仕上げたものが用いられる他、上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ものを用いても良い。   The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventionally known nonaqueous electrolyte battery (lithium secondary battery). For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and their alloys, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. A negative electrode mixture prepared by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials and using a current collector as a core material is used. In addition, the above-described various alloys and lithium metal foils may be used alone or 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良い。   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 negative electrode side lead portion 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.

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

非水電解液としては、上述したように、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に制限は無い。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbFなどの無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 As described above, a solution obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent is used as the nonaqueous electrolytic solution. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as 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 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]; it can.

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

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

本発明のリチウム二次電池は、従来公知のリチウム二次電池が用いられている各種用途と同じ用途に適用することができる。   The lithium secondary battery of the present invention can be applied to the same uses as various uses in which conventionally known lithium secondary batteries are used.

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く、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.

<複合微粒子の製造>
製造例1
耐熱性微粒子(A)としてシリカ[電気化学工業社製「FS−3DC(商品名)」、平均粒径3μm]100gと、膨潤性樹脂(D)として架橋PMMA[ガンツ化成社製、平均粒径0.4μm、B=0.5、B=4]25gとを用い、遊星ボールミルを使用してこれらを10分間処理して、複合微粒子(B−1)を作製した。得られた複合微粒子(B−1)について、シリカの比重を2.2g/cm、架橋PMMAの比重を1.2g/cmとして算出したシリカの体積含有率は68.6%である。
<Manufacture of composite fine particles>
Production Example 1
Silica (“FS-3DC (trade name)” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., average particle size 3 μm) 100 g as heat-resistant fine particles (A), and cross-linked PMMA (manufactured by Ganz Kasei Co., average particle size) as swellable resin (D) 0.4 μm, B R = 0.5, B = 4] 25 g were used, and these were treated for 10 minutes using a planetary ball mill to produce composite fine particles (B-1). With respect to the obtained composite fine particles (B-1), the volume content of silica calculated with a specific gravity of silica of 2.2 g / cm 3 and a specific gravity of crosslinked PMMA of 1.2 g / cm 3 is 68.6%.

製造例2
耐熱性微粒子(A)として板状ベーマイト[河合石灰社製「BMM(商品名)」、平均粒径1μm、アスペクト比10]100gと、膨潤性樹脂(D)として架橋PMMA[ガンツ化成社製、平均粒径0.4μm、B=0.5、B=4]20gとを用い、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)を使用してこれらを5分間処理して、複合微粒子(B−2)を作製した。得られた複合微粒子(B−2)について、板状ベーマイトの比重を3.0g/cm、架橋PMMAの比重を1.2g/cmとして算出した板状ベーマイトの体積含有率は66.7%である。
Production Example 2
Plate-like boehmite [BMM (trade name) manufactured by Kawai Lime Co., Ltd., average particle size 1 μm, aspect ratio 10] 100 g as heat-resistant fine particles (A), and cross-linked PMMA (manufactured by Ganz Kasei Co., Ltd.) Using an average particle diameter of 0.4 μm, B R = 0.5, B = 4] 20 g, and using Mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron Corporation), these were treated for 5 minutes to obtain composite fine particles (B-2). Produced. With respect to the obtained composite fine particles (B-2), the volume content of the plate boehmite calculated with a specific gravity of the plate boehmite of 3.0 g / cm 3 and a specific gravity of the crosslinked PMMA of 1.2 g / cm 3 was 66.7. %.

製造例3
耐熱性微粒子(A)である板状アルミナ[キンセイマテック社製「セラフ02025(商品名)」、平均粒径2μm、アスペクト比25]100gを水200g中に分散してスラリーを作製した。上記スラリーと熱溶融性樹脂(C)であるPEを含有するエマルジョン[三井化学社製「ケミパールW−900(商品名)」、平均粒径0.6μm]60gとを、スプレードライヤーを用いて複合化して、複合微粒子(B−3)を作製した。得られた複合微粒子(B−3)について、板状アルミナの比重を4.0g/cm、PEの比重を1.0g/cmとして算出した板状アルミナの体積含有率は51.0%である。
Production Example 3
100 g of plate-like alumina [“Seraph 02025 (trade name)” manufactured by Kinsei Matec Co., Ltd., average particle diameter of 2 μm, aspect ratio of 25] as heat-resistant fine particles (A) was dispersed in 200 g of water to prepare a slurry. The above slurry and an emulsion containing PE as the heat-meltable resin (C) [60 Chemipearl W-900 (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, average particle size 0.6 μm] are combined using a spray dryer. To produce composite fine particles (B-3). About the obtained composite fine particles (B-3), the volume content of the plate-like alumina calculated by setting the specific gravity of plate-like alumina to 4.0 g / cm 3 and the specific gravity of PE to 1.0 g / cm 3 is 51.0%. It is.

製造例4
耐熱性微粒子(A)であるアルミナ(Al)微粒子[住友化学社製「スミコランダムAA1.5(商品名)」]100gを、シランカップリング剤(3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン)1gを溶解させた水100gに加え、室温にて1時間攪拌した後、ろ過、乾燥を行って、メタクリル基を表面に有するアルミナを作製した。上記作製したアルミナをトルエン中に分散させ、これに、不活性ガス気流下でメチルメタクリレートモノマー50gを滴下し、アゾイソブチロニトリル(AIBN)を重合開始剤として60℃で4h重合を行い、反応物をろ過、洗浄、乾燥し、アルミナ微粒子表面にPMMA鎖をグラフトした複合微粒子(B−4)を作製した。この複合微粒子(B−4)について、熱重量分析測定(TGA)によりアルミナとPMMAの重量比を測定したところ、アルミナ/PMMA=10/1であった。また、得られた複合微粒子(B−4)について、アルミナの比重を4.0g/cm、PMMAの比重を1.2g/cmとして算出したアルミナの体積含有率は75.0%である。
Production Example 4
100 g of alumina (Al 2 O 3 ) fine particles [“SUMIKORANDAN AA1.5 (trade name)” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.], which is a heat-resistant fine particle (A), are added to a silane coupling agent (3-methacryloxypropyltriethoxysilane). After adding 1 g to 100 g of water in which 1 g was dissolved and stirring at room temperature for 1 hour, filtration and drying were performed to prepare alumina having a methacryl group on the surface. Alumina prepared above is dispersed in toluene, 50 g of methyl methacrylate monomer is dropped into this under an inert gas stream, and polymerization is carried out at 60 ° C. for 4 hours using azoisobutyronitrile (AIBN) as a polymerization initiator. The product was filtered, washed, and dried to produce composite fine particles (B-4) in which PMMA chains were grafted on the surface of the alumina fine particles. With respect to the composite fine particles (B-4), the weight ratio of alumina to PMMA was measured by thermogravimetric analysis (TGA). As a result, alumina / PMMA = 10/1. Moreover, about the obtained composite microparticles | fine-particles (B-4), the volume content rate of the alumina calculated with the specific gravity of alumina being 4.0 g / cm 3 and the specific gravity of PMMA being 1.2 g / cm 3 is 75.0%. .

実施例1
複合微粒子(B)として上記製造例1で作製した複合微粒子(B−1)1000g、水800g、イソプロピルアルコール(IPA)200g、およびバインダ(F)としてPVB[積水化学社製「エスレックKX−5(商品名)」]375gを容器に入れ、スリーワンモーターで1時間攪拌して分散させて、均一なスラリーとした。このスラリー中に、厚みが15μmのPP製不織布(ニッポン高度紙社製)を通し、引き上げ塗布によりスラリーを塗布した後、乾燥して、厚みが20μmのセパレータを得た。
Example 1
1000 g of composite fine particles (B-1) prepared in Production Example 1 above as composite fine particles (B), 800 g of water, 200 g of isopropyl alcohol (IPA), and PVB [S-LEK KX-5 (Sekisui Chemical Co., Ltd.) as binder (F) 375 g of product name) ”] was put into a container and dispersed by stirring for 1 hour with a three-one motor to obtain a uniform slurry. A non-woven fabric made of PP having a thickness of 15 μm (manufactured by Nippon Kogyo Paper Co., Ltd.) was passed through this slurry, and the slurry was applied by pulling and then dried to obtain a separator having a thickness of 20 μm.

実施例1のセパレータについて、複合微粒子(B−1)の比重を1.89g/cm、バインダの比重を1.1g/cm、PP製不織布に係るPPの比重を0.9g/cmとして算出した複合微粒子(B−1)の体積含有率は28.5%である。 The separator of Example 1, the composite fine particles (B-1) a specific gravity of 1.89 g / cm 3, the specific gravity of the binder 1.1 g / cm 3, the specific gravity of PP according to the PP non-woven fabric 0.9 g / cm 3 The volume content of the composite fine particles (B-1) calculated as follows is 28.5%.

実施例2
複合微粒子(B)に、製造例2で作製した複合微粒子(B−2)を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
Example 2
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the composite fine particles (B-2) produced in Production Example 2 were used as the composite fine particles (B).

実施例2のセパレータについて、複合微粒子(B−2)の比重を2.4g/cm、バインダの比重を1.1g/cm、PP製不織布に係るPPの比重を0.9g/cmとして算出した複合微粒子(B−2)の体積含有率は27.7%である。 For the separator of Example 2, the specific gravity of the composite fine particles (B-2) is 2.4 g / cm 3 , the specific gravity of the binder is 1.1 g / cm 3 , and the specific gravity of PP according to the PP nonwoven fabric is 0.9 g / cm 3. As a result, the volume content of the composite fine particles (B-2) is 27.7%.

実施例3
複合微粒子(B)に、製造例3で作製した複合微粒子(B−3)を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
Example 3
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the composite fine particles (B-3) produced in Production Example 3 were used as the composite fine particles (B).

実施例3のセパレータについて、複合微粒子(B−3)の比重を3.53g/cm、バインダの比重を1.1g/cm、PP製不織布に係るPPの比重を0.9g/cmとして算出した複合微粒子(B−3)の体積含有率は28.1%である。 The separator of Example 3, the composite fine particles (B-3) a specific gravity of 3.53 g / cm 3, the specific gravity of the binder 1.1 g / cm 3, the specific gravity of PP according to the PP non-woven fabric 0.9 g / cm 3 As a result, the volume content of the composite fine particles (B-3) is 28.1%.

実施例4
複合微粒子(B)として製造例4で作製した複合微粒子(B−4)を用いた以外は、実施例1と同様に複合微粒子とバインダ(F)を含むスラリーを調製した。このスラリーに、更に熱溶融性樹脂(C)としてPEを含むエマルジョン[三井化学社製「ケミパール
W−700(商品名)」、平均粒径1μm]を300g加え、更に、板状シリカ含有ス
ラリー[洞海化学社製「サンラブリーLFS(商品名)」]を100g加えて均一に攪拌してスラリーを調製した。このスラリーを、PET製不織布[フロイデンベルグ社製、厚み15μm]にリバースロールコーターを用いて塗布し、乾燥して厚みが16μmのセパレータを得た。
Example 4
A slurry containing the composite fine particles and the binder (F) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composite fine particles (B-4) prepared in Production Example 4 were used as the composite fine particles (B). To this slurry, 300 g of an emulsion containing PE as a heat-meltable resin (C) [“Chemipearl W-700 (trade name)” manufactured by Mitsui Chemicals, average particle diameter of 1 μm] was added, and a slurry containing plate-like silica [ 100 g of “Sun Lovely LFS (trade name)” manufactured by Dokai Chemical Co., Ltd.] was added and stirred uniformly to prepare a slurry. This slurry was applied to a non-woven fabric made of PET [made by Freudenberg, thickness 15 μm] using a reverse roll coater and dried to obtain a separator having a thickness of 16 μm.

実施例4のセパレータについて、複合微粒子(B−4)の比重を3.3g/cm、バインダの比重を1.1g/cm、PEの比重を1.0g/cm、シリカの比重を2.2g/cm、PET製不織布に係るPETの比重を1.38g/cmとして算出した複合微粒子(B−4)の体積含有率は29.0%である。 For the separator of Example 4, the specific gravity of the composite fine particles (B-4) was 3.3 g / cm 3 , the specific gravity of the binder was 1.1 g / cm 3 , the specific gravity of PE was 1.0 g / cm 3 , and the specific gravity of silica was The volume content of the composite fine particles (B-4) calculated as 2.2 g / cm 3 and the specific gravity of PET according to the PET nonwoven fabric is 1.38 g / cm 3 is 29.0%.

比較例1
耐熱性微粒子(A)として、製造例4で用いたアルミナ(Al)微粒子1000g、水800g、IPA200g、およびバインダ(F)としてPVB[積水化学社製「エスレックKX−5(商品名)」]375gを容器に入れ、スリーワンモーターで1時間攪拌して分散させ、均一なスラリーとした。このスラリー中に、更に熱溶融性樹脂(C)としてPEを含むエマルジョン[三井化学社製「ケミパールW−700(商品名)」、平均粒径1μm]を800g加え、これに厚みが15μmのPP製不織布(ニッポン高度紙社製)を通し、引き上げ塗布によりスラリーを塗布した後、所定の間隔を有するギャップの間を通し、その後乾燥して、厚みが20μmのセパレータを得た。
Comparative Example 1
As heat-resistant fine particles (A), 1000 g of alumina (Al 2 O 3 ) fine particles used in Production Example 4, 800 g of water, 200 g of IPA, and PVB as a binder (F) [“SREC KX-5 (trade name) manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.” ] 375 g was put into a container and dispersed by stirring for 1 hour with a three-one motor to obtain a uniform slurry. To this slurry, 800 g of an emulsion containing PE as a heat-meltable resin (C) [“Chemical Pearl W-700 (trade name)” manufactured by Mitsui Chemicals, average particle size: 1 μm] was added, and PP having a thickness of 15 μm was added thereto. A non-woven fabric (manufactured by Nippon Kogyo Paper Co., Ltd.) was passed through, and the slurry was applied by pulling up, then passed through a gap having a predetermined interval, and then dried to obtain a separator having a thickness of 20 μm.

<セパレータの加熱特性>
実施例1〜4のセパレータを、150℃の恒温槽内に30分放置し、セパレータの収縮率を測定した。また、比較用のセパレータとして、比較例1のセパレータおよび20μmの厚みのPE製微多孔膜(比較例2)も150℃の恒温槽内に30分放置し、実施例1〜4のセパレータと同様の測定を行った。結果を表1に示す。
<Heating characteristics of separator>
The separators of Examples 1 to 4 were left in a constant temperature bath at 150 ° C. for 30 minutes, and the shrinkage rate of the separators was measured. Further, as a separator for comparison, the separator of Comparative Example 1 and a 20 μm-thick PE microporous membrane (Comparative Example 2) were also left in a thermostatic bath at 150 ° C. for 30 minutes, and were the same as the separators of Examples 1 to 4. Was measured. The results are shown in Table 1.

なお、収縮率の測定は次のようにして行った。4cm×4cmに切り出したセパレータ片を、クリップで固定した2枚のステンレス板で挟みこみ、150℃の恒温槽内に30分放置した後に取り出し、各セパレータ片の長さを測定し、試験前の長さと比較して長さの減少割合を収縮率とした。   The shrinkage rate was measured as follows. A separator piece cut out to 4 cm × 4 cm was sandwiched between two stainless plates fixed with clips, left in a thermostatic bath at 150 ° C. for 30 minutes, taken out, and the length of each separator piece was measured. The rate of decrease in length compared to the length was taken as the shrinkage rate.

また、以下の方法により、シャットダウン温度を求めた。4cm×4cmの大きさに切断された各セパレータ片を、端子付きの2枚のステンレス板で挟みこみ、アルミラミネートフィルムの袋に挿入し、非水電解液を注入した後、端子の先を袋の外に出した状態で袋を封止して試験用の試料とした。ここで、非水電解液としては、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1:2で混合した溶媒にLiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液を用いた。上記試料を恒温槽に入れ、HIOKI社製接点抵抗計[3560 ACミリオームハイテスタ(商品名)]により、上記端子に1kHzの交流を印加したときの抵抗値を測定しながら、室温から毎分1℃の割合で温度上昇させて加熱し、内部抵抗の温度変化を求めた。そして、抵抗値が室温での値の10倍以上となったときの温度を、そのセパレータのシャットダウン温度とした。 Moreover, the shutdown temperature was calculated | required with the following method. Each separator piece cut to a size of 4cm x 4cm is sandwiched between two stainless plates with terminals, inserted into a bag of aluminum laminate film, injected with non-aqueous electrolyte, and then the tip of the terminal is put into the bag The bag was sealed in a state where it was taken out of the bag to prepare a test sample. Here, as the non-aqueous electrolyte, a solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.2 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2 was used. The sample was placed in a thermostatic bath, and the resistance value when a 1 kHz alternating current was applied to the terminal with a contact resistance meter [3560 AC milliohm HiTester (trade name)] manufactured by HIOKI was measured from room temperature to 1 per minute. The temperature was raised at a rate of 0 ° C. and heated, and the temperature change of the internal resistance was determined. The temperature at which the resistance value was 10 times or more the value at room temperature was taken as the shutdown temperature of the separator.

Figure 0005611505
Figure 0005611505

表1から、以下のことが分かる。従来品に相当する比較例2のセパレータでは、熱収縮率が大きく、これを用いた電池では、内部温度が150℃に達するまでの間に、セパレータの収縮が生じて、正極と負極が接触することによる短絡の虞がある。これに対し、実施例1〜4のセパレータでは、熱収縮が殆ど見られず、目視レベルでは実質的に変形が生じていない。よって、これらを用いた電池では、内部温度が150℃に達しても、セパレータによって正極と負極との接触が十分に妨げられて、短絡の発生が防止され得る。   Table 1 shows the following. The separator of Comparative Example 2 corresponding to the conventional product has a large heat shrinkage rate. In the battery using this, the separator shrinks until the internal temperature reaches 150 ° C., and the positive electrode and the negative electrode are in contact with each other. There is a risk of short circuit. On the other hand, in the separators of Examples 1 to 4, almost no thermal shrinkage was observed, and substantially no deformation occurred at the visual level. Therefore, in the battery using these, even if the internal temperature reaches 150 ° C., the separator can sufficiently prevent the contact between the positive electrode and the negative electrode, thereby preventing the occurrence of a short circuit.

実施例5
<負極の作製>
負極活物質である黒鉛:95質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。こ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、活物質塗布長が表面320mm、裏面260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して、長さ330mm、幅45mmの負極を作製した。さらにこの負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
Example 5
<Production of negative electrode>
A negative electrode active material-containing paste is prepared by mixing 95 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent in a uniform manner. Prepared. This negative electrode mixture-containing paste was intermittently applied to both sides of a 10 μm thick current collector made of copper foil so that the active material application length was 320 mm on the front surface and 260 mm on the back surface, dried, and then subjected to calendar treatment. The thickness of the negative electrode mixture layer was adjusted so that the total thickness was 142 μm, and the negative electrode mixture layer was cut to have a width of 45 mm to produce a negative electrode having a length of 330 mm and a width of 45 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode to form a lead portion.

<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダである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、活物質塗布長が表面319〜320mm、裏面258〜260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ330mm、幅43mmの正極を作製した。さら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。
<Preparation of positive electrode>
The positive electrode active material LiCoO 2 : 85 parts by mass, the conductive auxiliary agent acetylene black: 10 parts by mass, and the binder PVDF: 5 parts by mass are mixed uniformly using NMP as a solvent. An agent-containing paste was prepared. This paste was intermittently applied on both sides of a 15 μm thick aluminum foil serving as a current collector so that the active material application length was 319 to 320 mm on the front surface and 258 to 260 mm on the back surface, dried, and then subjected to calendar treatment. The thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted so that the total thickness was 150 μm, and the positive electrode mixture layer was cut to a width of 43 mm to produce a positive electrode having a length of 330 mm and 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.

<電池の組み立て>
上記のようにして得られた正極と負極とを、実施例1のセパレータを介して渦巻状に巻回して巻回電極体とした。この巻回電極体を押しつぶして扁平状にし、大日本印刷製ラミネートフィルム外装材内に装填し、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1:2の体積比で混合した溶媒に、LiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入し、真空封止を行ってリチウム二次電池を作製した。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode obtained as described above were spirally wound through the separator of Example 1 to obtain a wound electrode body. The wound electrode body is crushed into a flat shape, loaded into a laminate film outer package made by Dai Nippon Printing Co., Ltd., and electrolyte solution (LiPF 6 is added to a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2). A solution dissolved at a concentration of 1.2 mol / l) was injected and vacuum sealed to produce a lithium secondary battery.

実施例6〜8、比較例3〜4
セパレータを、実施例2〜4または比較例1〜2のものに変更した他は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Examples 6-8, Comparative Examples 3-4
A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was changed to those in Examples 2 to 4 or Comparative Examples 1 and 2.

実施例9
実施例1で調製したものと同じスラリーを、実施例5で作製したものと同じ負極上に、ダイコーターを用いて、乾燥時の厚みが15μmになるように塗布し乾燥して、負極とセパレータの一体化物を得た。得られた負極とセパレータの一体化物のセパレータ側に、実施例5で作製したものと同じ正極を重ねて渦巻状に巻回して巻回電極体とした。この巻回電極体を用いた以外は、実施例5と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 9
The same slurry as prepared in Example 1 was applied on the same negative electrode as that prepared in Example 5 using a die coater so that the thickness when dried was 15 μm, and dried. An integrated product was obtained. The same positive electrode as that produced in Example 5 was layered on the separator side of the obtained integrated negative electrode and separator, and wound into a spiral shape to obtain a wound electrode body. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 5 except that this wound electrode body was used.

実施例10
実施例1で調製したものと同じスラリーを、実施例5で作製したものと同じ正極上に、ダイコーターを用いて、乾燥時の厚みが10μmになるように塗布し乾燥して、正極とセパレータの一体化物を得た。得られた正極とセパレータの一体化物のセパレータ側に、実施例5で作製したものと同じ負極を重ねて渦巻状に巻回して巻回電極体とした。この巻回電極体を用いた以外は、実施例5と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
Example 10
The same slurry as prepared in Example 1 was applied onto the same positive electrode as that prepared in Example 5 using a die coater so that the thickness when dried was 10 μm, and dried. An integrated product was obtained. On the separator side of the obtained positive electrode and separator integrated product, the same negative electrode as that produced in Example 5 was layered and wound into a spiral shape to obtain a wound electrode body. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 5 except that this wound electrode body was used.

実施例5〜10および比較例3〜4の非水電解質電池について、電気化学的評価(放電容量割合測定)および安全性評価を行った。結果を表2に示す。   The nonaqueous electrolyte batteries of Examples 5 to 10 and Comparative Examples 3 to 4 were subjected to electrochemical evaluation (discharge capacity ratio measurement) and safety evaluation. The results are shown in Table 2.

<放電容量割合>
実施例5〜10または比較例3〜4の電池について、0.2Cでの定電流充電(4.2Vまで)と4.2Vでの定電圧充電による充電(定電流充電と定電圧充電の合計時間15時間)の後、3.0Vまで、0.2Cで放電を行い、充放電効率(充電容量に対する放電容量の割合)を求めた。なお充放電効率はそれぞれ電池10個の平均値として求めた。
<Discharge capacity ratio>
About the batteries of Examples 5 to 10 or Comparative Examples 3 to 4, constant current charging at 0.2C (up to 4.2V) and charging by constant voltage charging at 4.2V (total of constant current charging and constant voltage charging) After 15 hours), the battery was discharged at 0.2 C up to 3.0 V, and charge / discharge efficiency (ratio of discharge capacity to charge capacity) was determined. In addition, charging / discharging efficiency was calculated | required as an average value of 10 batteries, respectively.

<安全性評価>
実施例5〜10または比較例3〜4の電池を、150℃の恒温槽中に1時間放置して、電池の温度が恒温槽内温度より30℃以上昇温する(異常昇温)までの時間を測定し、高温時における安全性を評価した。
<Safety evaluation>
The batteries of Examples 5 to 10 or Comparative Examples 3 to 4 are allowed to stand in a constant temperature bath at 150 ° C. for 1 hour until the temperature of the battery rises by 30 ° C. or more from the temperature in the constant temperature bath (abnormal temperature rise). Time was measured to evaluate safety at high temperatures.

Figure 0005611505
Figure 0005611505

表2から分かるように、実施例5〜10の電池では、内部短絡を生じにくく高い充放電効率が得られた。これに対し、比較例3の電池は内部短絡を生じたため、実施例の電池より充放電効率が低下した。また、実施例5〜10の電池では、高温で保持された際に異常昇温を生じにくく、従来公知の電池にあたる比較例4の電池よりも安全性が向上していることが分かった。   As can be seen from Table 2, in the batteries of Examples 5 to 10, it was difficult to cause an internal short circuit, and high charge / discharge efficiency was obtained. On the other hand, since the battery of Comparative Example 3 caused an internal short circuit, the charge / discharge efficiency was lower than that of the battery of Example. Moreover, in the batteries of Examples 5 to 10, it was found that abnormal temperature rise hardly occurred when held at a high temperature, and the safety was improved as compared with the battery of Comparative Example 4 which is a conventionally known battery.

Claims (11)

耐熱性微粒子の表面の少なくとも一部が、ポリエチレン、エチレン由来の構造単位が85モル%以上の共重合ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリオレフィン誘導体、ポリオレフィンワックス、石油ワックスおよびカルナバワックスより選択される少なくとも1種の熱溶融性樹脂で被覆されてなる複合微粒子と、前記熱溶融性樹脂とは異なるバインダとを含有し、
前記複合微粒子を前記バインダで結着して形成された多孔質膜であって、
前記複合微粒子における前記耐熱性微粒子の比率が、体積比率で50%以上であることを特徴とする電池用セパレータ。
At least a part of the surface of the heat-resistant fine particles is selected from polyethylene, a copolymerized polyolefin having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more, polypropylene, a polyolefin derivative, a polyolefin wax, a petroleum wax, and a carnauba wax. Containing composite fine particles coated with a meltable resin, and a binder different from the heat meltable resin ,
A porous film formed by binding the composite fine particles with the binder,
The battery separator, wherein a ratio of the heat-resistant fine particles in the composite fine particles is 50% or more by volume.
耐熱性微粒子が、無機微粒子である請求項1に記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to claim 1, wherein the heat-resistant fine particles are inorganic fine particles. 耐熱性微粒子の少なくとも一部がベーマイトである請求項2に記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to claim 2, wherein at least a part of the heat-resistant fine particles is boehmite. 150℃における熱収縮率が5%未満である請求項1〜3のいずれかに記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to any one of claims 1 to 3, which has a thermal shrinkage at 150 ° C of less than 5%. 更に繊維状物を含有する請求項1〜4のいずれかに記載の電池用セパレータ。   Furthermore, the separator for batteries in any one of Claims 1-4 containing a fibrous material. 複合微粒子の一部または全部が、繊維状物で構成されているシート状物の空隙内に存在している請求項5に記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to claim 5, wherein a part or all of the composite fine particles are present in a void of a sheet-like material composed of a fibrous material. 耐熱性微粒子の表面の少なくとも一部を被覆している樹脂が、80〜130℃で溶融する熱溶融性樹脂である請求項1〜6のいずれかに記載の電池用セパレータ。   The battery separator according to any one of claims 1 to 6, wherein the resin covering at least a part of the surface of the heat-resistant fine particles is a heat-meltable resin that melts at 80 to 130 ° C. 耐熱性微粒子の表面の少なくとも一部が、少なくとも、非水電解液中で膨潤でき、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する膨潤性樹脂で被覆されてなる複合微粒子と、前記膨潤性樹脂とは異なるバインダとを含有し、前記複合微粒子を前記バインダで結着して形成された多孔質膜であって、
前記膨潤性樹脂が、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂および架橋フッ素樹脂より選択される少なくとも1種であることを特徴とする電池用セパレータ。
Composite particles formed by coating at least a part of the surface of the heat-resistant fine particles with a swellable resin that can swell at least in a non-aqueous electrolyte and increase the degree of swelling as the temperature rises, and the swellable resin Containing a different binder, a porous film formed by binding the composite fine particles with the binder,
The battery separator is characterized in that the swellable resin is at least one selected from cross-linked polystyrene, cross-linked acrylic resin and cross-linked fluororesin.
前記膨潤性樹脂は、下記式で定義される膨潤度Bが1.0以上である請求項8に記載の電池用セパレータ。
B = (V/V)−1
[上記式中、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後における樹脂の体積(cm)、Vは、25℃の非水電解液に投入してから24時間後に非水電解液を120℃に昇温し、120℃で1時間経過後における樹脂の体積(cm)を意味する。]
The battery separator according to claim 8, wherein the swelling resin has a swelling degree B defined by the following formula of 1.0 or more.
B = (V 1 / V 0 ) -1
[In the above formula, V 0 is the volume of the resin (cm 3 ) 24 hours after being introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C., and V 1 is 24 after being introduced into the non-aqueous electrolyte at 25 ° C. The temperature of the non-aqueous electrolyte is raised to 120 ° C. after time, and the volume (cm 3 ) of the resin after 1 hour at 120 ° C. is meant. ]
少なくとも、リチウムを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極、リチウムを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極、および請求項1〜9のいずれかに記載の電池用セパレータを有することを特徴とするリチウム二次電池。   It has at least a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing lithium, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing lithium, and a battery separator according to any one of claims 1 to 9. Lithium secondary battery. 電池用セパレータが、正極および負極のうち、少なくとも一方と一体化している請求項10に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 10, wherein the battery separator is integrated with at least one of the positive electrode and the negative electrode.
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