JP5657856B2 - Porous membrane, 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、信頼性に優れた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 an inexpensive separator excellent in dimensional stability at high temperature, and a safe lithium secondary battery excellent in reliability using the separator.
非水電解質電池の一種であるリチウム二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。携帯機器の高性能化に伴ってリチウム二次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。 A lithium secondary battery, which is a type of nonaqueous electrolyte battery, is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density. As the performance of portable devices increases, the capacity of lithium secondary batteries tends to increase further, and it is important to ensure safety.
現行のリチウム二次電池では、正極と負極の間に介在させるセパレータとして、例えば厚みが20〜30μm程度のポリオレフィン系の微多孔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 current lithium secondary batteries, a polyolefin-based microporous film having a thickness of about 20 to 30 μm is used as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode. 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、これを前記延伸によって確保している。しかし、このような延伸フィルムでは結晶化度が増大しており、シャットダウン温度も、電池の熱暴走温度に近い温度にまで高まっているため、電池の安全性確保のためのマージンが十分とは言い難い。 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 secured by the stretching. However, with such a stretched film, the degree of crystallinity has increased, and the shutdown temperature has increased to a temperature close to the thermal runaway temperature of the battery. Therefore, it can be said that the margin for ensuring the safety of the battery is sufficient. hard.
また、前記延伸によってフィルムにはひずみが生じており、これが高温に曝されると、残留応力によって収縮が起こるという問題がある。収縮温度は、融点、すなわちシャットダウン温度と非常に近いところに存在する。このため、ポリオレフィン系の微多孔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。 In addition, the film is distorted by the stretching, and there is a problem that when it is exposed to a high temperature, shrinkage occurs due to residual stress. The shrinkage temperature is very close to the melting point, ie the shutdown temperature. For this reason, when a polyolefin-based microporous film separator is used, if the battery temperature reaches the shutdown temperature in the case of abnormal charging, the current must be immediately reduced to prevent the battery temperature from rising. This is because if the pores are not sufficiently closed and the current cannot be reduced immediately, the battery temperature easily rises to the contraction temperature of the separator, and there is a risk of ignition due to an internal short circuit.
このようなセパレータの熱収縮による短絡を防止し、電池の信頼性を高める技術として、例えば、耐熱性の良好な多孔質基体と、フィラー粒子と、シャットダウン機能を確保するための樹脂成分とを有するセパレータにより電気化学素子を構成することが提案されている(特許文献1)。 As a technique for preventing such a short circuit due to thermal contraction of the separator and improving the reliability of the battery, for example, it has a porous substrate with good heat resistance, filler particles, and a resin component for ensuring a shutdown function It has been proposed to configure an electrochemical element with a separator (Patent Document 1).
特許文献1に開示の技術によれば、異常過熱した際にも熱暴走が生じ難い安全性に優れた電池を提供することができる。 According to the technique disclosed in Patent Document 1, it is possible to provide a battery with excellent safety in which thermal runaway hardly occurs even when abnormal overheating occurs.
ところで、最近では、リチウム二次電池が適用される機器の小型化・薄形化が進んでおり、これを受けてリチウム二次電池にも、より一層の小型化・薄形化の要請がある。薄形のリチウム二次電池としては、例えば、シート状の正極とシート状の負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回構造の電極群とし、更にこれを扁平状に押しつぶした後に、薄い角形の外装缶やラミネートフィルム外装体などに収容して構成したものが用いられる。 By the way, recently, the downsizing and thinning of the devices to which the lithium secondary battery is applied are progressing, and in response to this, there is a demand for further downsizing and thinning of the lithium secondary battery. . As a thin lithium secondary battery, for example, a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode are overlapped via a separator and wound into a spiral shape to form a wound electrode group. After being crushed into pieces, a thin prismatic outer can or a laminate film outer package is used.
よって、リチウム二次電池をより一層の薄形化を達成しつつ高容量化を図るべく電極群をより密に外装体内に充填するには、巻回構造の電極群における最内周の湾曲部の径を小さくせざるを得ないが、かかる湾曲部においてはセパレータにひび割れなどが生じ易い。こうしたひび割れがセパレータに生じた場合には、例えば、リチウムデンドライト析出により微小な短絡が生じて、電池特性が損なわれることがある。 Therefore, in order to more closely fill the outer package with the electrode group in order to increase the capacity while achieving further thinning of the lithium secondary battery, the innermost curved portion of the wound electrode group However, it is easy to cause a crack in the separator in such a curved portion. When such a crack occurs in the separator, for example, a minute short circuit may occur due to lithium dendrite precipitation, and battery characteristics may be impaired.
特許文献1に開示のセパレータは、従来から用いられている薄形のリチウム二次電池に適用されるような扁平状の巻回構造の電極群としても、湾曲部におけるひび割れなどが比較的生じ難く、電池特性をある程度高く維持し得るものである。しかし、今後のリチウム二次電池には、一層の小型化・薄形化と同時に、より一層の特性向上が求められると予想されるため、特許文献1に開示のセパレータを上回る特性を有し、喩え扁平状の巻回構造の電極群に適用しても、リチウムデンドライトに起因する微小な短絡を高いレベルで抑制して、より信頼性の高いリチウム二次電池を構成し得るセパレータの開発が求められる。 The separator disclosed in Patent Document 1 is relatively less likely to cause cracks or the like in a curved portion even as a flat wound electrode group applied to a thin lithium secondary battery conventionally used. The battery characteristics can be kept high to some extent. However, since future lithium secondary batteries are expected to require further improvement in characteristics at the same time as further miniaturization and thinning, they have characteristics superior to the separator disclosed in Patent Document 1, Even if applied to an electrode group with a flat winding structure, it is necessary to develop a separator that can constitute a more reliable lithium secondary battery by suppressing the micro short circuit caused by lithium dendrite at a high level. It is done.
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた信頼性を有するリチウム二次電池を構成し得るセパレータ、該セパレータを構成し得る多孔質膜、および前記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 the object thereof is a separator that can constitute a lithium secondary battery having excellent reliability, a porous film that can constitute the separator, and lithium having the separator. It is to provide a secondary battery.
前記目的を達成し得た本発明の多孔質膜は、少なくとも、有機電解液に対して安定な絶縁性微粒子とバインダとで構成され、前記バインダとして、少なくとも、引張強度が10MPa以上であり、かつ引張弾性率が100MPa以上のバインダ(A)か、または破断伸びが300%以上のバインダ(B)を有することを特徴とするものである。 The porous membrane of the present invention that can achieve the above object is composed of at least insulating fine particles that are stable with respect to the organic electrolyte and a binder, and the tensile strength is at least 10 MPa as the binder, and It has a binder (A) having a tensile modulus of 100 MPa or more or a binder (B) having a breaking elongation of 300% or more.
また、本発明の電池用セパレータは、本発明の多孔質膜を有することを特徴とするものである。 The battery separator of the present invention is characterized by having the porous film of the present invention.
更に、本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、有機電解液およびセパレータを備えており、前記セパレータとして、本発明の電池用セパレータを有することを特徴とするものである。 Furthermore, the lithium secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an organic electrolyte, and a separator, and has the battery separator of the present invention as the separator.
なお、本発明でいうバインダ(A)の引張強度および引張弾性率、並びにバインダ(B)の破断伸びは、JIS K 7113に記載される方法によって測定されたものであり、具体的には、オリエンテック社製「テンシロン UCT−30T型」などを用い、バインダ(A)またはバインダ(B)の2号形試験片(厚み1〜3mm)について、引張速度5mm/minで引張試験を行い、試験片が破断したときの引張強さおよび引張弾性率[バインダ(A)]、並びに破断伸び[バインダ(B)]である。 The tensile strength and tensile modulus of the binder (A) and the elongation at break of the binder (B) as measured in the present invention were measured by the method described in JIS K 7113. Specifically, the orientation Using a “Tensilon UCT-30T type” manufactured by Ku-ku, etc., a No. 2 type test piece (thickness 1 to 3 mm) of binder (A) or binder (B) is subjected to a tensile test at a tensile speed of 5 mm / min. Is the tensile strength and tensile elastic modulus [binder (A)], and the elongation at break [binder (B)].
本発明によれば、優れた信頼性を有するリチウム二次電池、該リチウム二次電池を構成可能な電池用セパレータ、および該電池用セパレータを構成可能な多孔質膜を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lithium secondary battery which has the outstanding reliability, the battery separator which can comprise this lithium secondary battery, and the porous film | membrane which can comprise this battery separator can be provided.
本発明の多孔質膜は、電池用セパレータに好適に使用されるものであり、有機電解液(以下、「電解液」という場合がある)に対して安定な絶縁性微粒子とバインダとで構成されており、前記バインダが、引張強度10MPa以上であり、かつ引張弾性率100MPa以上のバインダ(A)か、または破断伸び300%以上のバインダ(B)である。 The porous membrane of the present invention is suitably used for a battery separator, and is composed of insulating fine particles and a binder that are stable with respect to an organic electrolyte (hereinafter sometimes referred to as “electrolyte”). The binder is a binder (A) having a tensile strength of 10 MPa or more and a tensile elastic modulus of 100 MPa or more, or a binder (B) having a breaking elongation of 300% or more.
本発明の多孔質膜を用いて得られる本発明のセパレータは、例えば、本発明の多孔質膜のみで構成されていたり、前記多孔質膜と樹脂製の微多孔性フィルムとで構成され、前記多孔質膜と前記微多孔性フィルムとが一体化して構成されていたりする。また、本発明のセパレータでは、前記多孔質膜が電極(正極または負極)と一体化していてもよい。本発明のセパレータでは、多孔質膜中のバインダによって、多孔質膜中の構成成分同士[絶縁性微粒子同士や、好ましく使用される繊維状物(詳しくは後述する)同士、絶縁性微粒子と繊維状物など]などが接着されており、また、多孔質膜と電極とが一体化している場合には、絶縁性微粒子と電極とが接着されている。 The separator of the present invention obtained using the porous film of the present invention is composed of, for example, only the porous film of the present invention, or composed of the porous film and a resin microporous film, A porous membrane and the microporous film may be integrated. In the separator of the present invention, the porous film may be integrated with an electrode (positive electrode or negative electrode). In the separator of the present invention, the constituents in the porous film [insulating fine particles, preferably used fibrous materials (details will be described later), the insulating fine particles and the fibrous material, depending on the binder in the porous film. In the case where the porous film and the electrode are integrated, the insulating fine particles and the electrode are bonded.
ここで、例えば、セパレータを用いて構成した巻回構造の電極群(特に扁平状にした電極群)を使用した電池では、電極群の巻回径の小さな湾曲部において、絶縁性微粒子同士の剥離や、繊維状物と絶縁性微粒子との剥離、繊維状物同士の剥離が生じ易い。このような剥離部が生じることで、セパレータにおけるリチウムイオンの透過性が不均一となり、微小なリチウムデンドライトが析出してセパレータを貫通し、微弱な短絡が生じて電池の信頼性が損なわれたり、充放電サイクル特性が低下したりすることがある。 Here, for example, in a battery using a wound electrode group (particularly a flat electrode group) configured using a separator, the insulating fine particles are separated from each other at a curved portion having a small winding diameter. In addition, separation between the fibrous material and the insulating fine particles and separation between the fibrous materials are likely to occur. Due to the occurrence of such a peeled portion, the lithium ion permeability in the separator becomes uneven, a minute lithium dendrite precipitates and penetrates the separator, a weak short circuit occurs, and the reliability of the battery is impaired, The charge / discharge cycle characteristics may deteriorate.
また、多孔質膜と微多孔性フィルムにより構成されるセパレータにおいては、例えば樹脂製の微多孔性フィルムが屈曲性の大きな複雑な孔形状をしている場合には、デンドライトを防止する働きを有しているために、デンドライトによる内部短絡の発生の虞は少ない。しかし、絶縁性微粒子を有する多孔質膜において、前記のような絶縁性微粒子同士の剥離が生じた場合には、喩え微多孔性フィルムも有するセパレータであっても、やはりデンドライト析出が起こり得るため、電池特性の低下や、過熱時の電池の安全性低下を招く虞があり、また、耐熱性の絶縁性微粒子を用いることによる耐熱性向上作用が十分に発揮されない虞もある。 In the case of a separator composed of a porous film and a microporous film, for example, when the resin microporous film has a complicated pore shape with a large flexibility, it has a function of preventing dendrite. Therefore, there is little risk of internal short circuit due to dendrite. However, in the porous film having insulating fine particles, when the separation of the insulating fine particles as described above occurs, even if the separator also has a microporous film, because dendrite precipitation can occur, There is a possibility that the battery characteristics are deteriorated, the safety of the battery is deteriorated during overheating, and the heat resistance improving action by using the heat-resistant insulating fine particles may not be sufficiently exhibited.
しかし、セパレータ(多孔質膜)の有するバインダが、前記の特性を有するバインダ(A)またはバインダ(B)である場合には、巻回構造の電極群における巻回径の小さな湾曲部においても、前記のような多孔質膜の構成成分間の剥離が抑制できるため、リチウムデンドライト析出やデンドライトによる微小な短絡の発生を抑えることができ、また、多孔質膜と微多孔性フィルムにより構成されるセパレータなどでは、耐熱性の絶縁性微粒子を用いることによる耐熱性向上作用が十分に発揮されるようになる。 However, when the binder of the separator (porous membrane) is the binder (A) or binder (B) having the above characteristics, even in a curved portion with a small winding diameter in the electrode group having a winding structure, Separation between the components of the porous film as described above can be suppressed, so that lithium dendrite precipitation and the occurrence of minute short circuits due to dendrite can be suppressed, and a separator composed of a porous film and a microporous film In such cases, the effect of improving the heat resistance by using the heat-resistant insulating fine particles is sufficiently exhibited.
バインダ(A)は、引張強度10MPa以上であり、かつ引張弾性率100MPa以上といった特性を有しており、非常に剛直であるため、巻回構造の電極群における巻回径の小さな湾曲部で曲げ応力がかかった場合にもバインダの変形が生じ難く、これにより多孔質膜の構成成分間の剥離などが抑制されるものと推測される。なお、バインダ(A)の引張強度は、50MPa以下であることが好ましい。そして、バインダ(A)の引張弾性率は、1000MPa以下であることが好ましい。 The binder (A) has characteristics such as a tensile strength of 10 MPa or more and a tensile elastic modulus of 100 MPa or more, and is very rigid. Therefore, the binder (A) is bent at a curved portion with a small winding diameter in an electrode group having a winding structure. Even when stress is applied, deformation of the binder hardly occurs, and it is presumed that this suppresses separation between constituent components of the porous film. In addition, it is preferable that the tensile strength of a binder (A) is 50 Mpa or less. And it is preferable that the tensile elasticity modulus of a binder (A) is 1000 Mpa or less.
バインダ(A)としては、前記の引張強度と引張弾性率とを満足するものであり、セパレータの構成成分同士を良好に接着でき、更に電気化学的に安定で、かつ有機電解液に対して安定であれば特に制限はないが、引張強度や引張弾性率が高いことに加えて、繊維状物や絶縁性微粒子との接着性が良好となることから、例えば、分子内にカルボキシル基を有するオレフィン系重合体を含有するバインダなどが好ましく、分子内にアミノ基を有するオレフィン系重合体も含有するバインダがより好ましい。この場合、バインダ(A)に係るオレフィン系重合体におけるカルボキシル基とアミノ基とは、それぞれ別の分子に含有された状態であってもよく、同一の分子内に含有された状態であってもよい。好ましくは、カルボキシル基とアミノ基とが別々の分子に含有された状態、すなわち、バインダ(A)が、分子内にカルボキシル基を有するオレフィン系重合体と、分子内にアミノ基を有するオレフィン系重合体との混合物である状態である。 The binder (A) satisfies the above-mentioned tensile strength and tensile elastic modulus, can satisfactorily bond the constituent components of the separator, is electrochemically stable, and is stable with respect to the organic electrolyte. If there is no particular limitation, in addition to high tensile strength and tensile modulus, adhesion to fibrous materials and insulating fine particles will be good, for example, olefin having a carboxyl group in the molecule A binder containing a polymer is preferred, and a binder containing an olefin polymer having an amino group in the molecule is more preferred. In this case, the carboxyl group and the amino group in the olefin polymer according to the binder (A) may be contained in different molecules, or may be contained in the same molecule. Good. Preferably, the state in which the carboxyl group and the amino group are contained in different molecules, that is, the binder (A) is an olefin polymer having a carboxyl group in the molecule and an olefin polymer having an amino group in the molecule. It is in a state of being a mixture with coalescence.
バインダ(A)に係るオレフィン系重合体(分子内にカルボキシル基を有するオレフィン系重合体および分子内にアミノ基を有するオレフィン系重合体)の分子量としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定される数平均分子量(ポリスチレン換算値)で、好ましくは1000以上、より好ましくは4000以上であって、好ましくは10000以下、より好ましくは7000以下、更に好ましくは5000以下である。 The molecular weight of the olefin polymer (the olefin polymer having a carboxyl group in the molecule and the olefin polymer having an amino group in the molecule) according to the binder (A) is measured using gel permeation chromatography. The number average molecular weight (polystyrene conversion value) is preferably 1000 or more, more preferably 4000 or more, preferably 10,000 or less, more preferably 7000 or less, and still more preferably 5000 or less.
バインダ(B)は、破断伸びが300%以上であり、巻回構造の電極群における巻回径の小さな湾曲部で曲げ応力がかかった場合にも、その折り曲げに良好に追従できるだけの柔軟性を有していることから、多孔質膜の構成成分間の剥離などが抑制される。バインダ(B)の破断伸びは3000%以下であることが好ましい。 The binder (B) has an elongation at break of 300% or more, and is flexible enough to follow the bending even when a bending stress is applied to a curved portion having a small winding diameter in the electrode group having a winding structure. Since it has, peeling between the structural components of a porous membrane is suppressed. The breaking elongation of the binder (B) is preferably 3000% or less.
バインダ(B)としては、前記の破断伸びを満足するものであり、セパレータの構成成分同士を良好に接着でき、更に電気化学的に安定で、かつ有機電解液に対して安定であれば特に制限はない。具体的には、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、(メタ)アクリレート重合体[「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートとメタクリレートとを含む意味である。以下、同じ。]、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、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)、ポリウレタンなどの樹脂が挙げられ、また、これらの樹脂の一部に、有機電解液への溶解を防止するために架橋構造を導入したものも用いることができる。これらのバインダ(B)は1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The binder (B) satisfies the above elongation at break, and is particularly limited as long as it can adhere the constituent components of the separator well, is electrochemically stable, and is stable with respect to the organic electrolyte. There is no. Specifically, for example, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, vinyl acetate-derived structural unit is 20 to 35 mol%), (meth) acrylate polymer ["(meth) acrylate" is acrylate And methacrylate. same as below. ], Fluorinated rubber, styrene butadiene rubber (SBR), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyurethane, and the like, and some of these resins are organic. What introduced the crosslinked structure in order to prevent melt | dissolution to electrolyte solution can also be used. These binders (B) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
これらの中でも、架橋構造を有する(メタ)アクリレート共重合体がより好ましく、また、架橋構造を有し、かつガラス転移温度(Tg)が−20℃以下の(メタ)アクリレート共重合体が更に好ましい。前記のTgを有するものの具体例としては、側鎖エステル基の末端が、炭素数2以上10以下のアルキル基であるものが好ましく、より具体的には、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、n−ヘキシル基を主体とする前記共重合体がより好ましい。側鎖エステル基の末端アルキル基の炭素数が少なすぎると、バインダ(B)のTgがより高くなって柔軟性が低下してしまう。また、側鎖エステル基の末端アルキル基の炭素数が多すぎると、側鎖同士が結晶化して、バインダ(B)の柔軟性が却って低下してしまう。 Among these, a (meth) acrylate copolymer having a crosslinked structure is more preferable, and a (meth) acrylate copolymer having a crosslinked structure and having a glass transition temperature (Tg) of −20 ° C. or lower is further preferable. . Specific examples of those having Tg are preferably those in which the terminal of the side chain ester group is an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms, and more specifically, an n-propyl group, an iso-propyl group, The copolymer mainly composed of n-butyl group, sec-butyl group and n-hexyl group is more preferable. If the number of carbon atoms in the terminal alkyl group of the side chain ester group is too small, the Tg of the binder (B) becomes higher and the flexibility is lowered. Moreover, when there are too many carbon atoms of the terminal alkyl group of a side chain ester group, side chains will crystallize and the softness | flexibility of a binder (B) will fall on the contrary.
また、架橋構造を有する(メタ)アクリレート共重合体における架橋構造は、自己架橋型の(メタ)アクリレート共重合体が自己架橋して形成されたものであることが好ましい。詳しくは後述するが、本発明の多孔質膜は、多孔質膜の構成成分を溶媒(分散媒)に分散または溶解させた組成物を基材などに塗布し、乾燥により溶媒を除去する工程を経て得られるが、自己架橋型の(メタ)アクリレート共重合体を前記組成物に含有させて多孔質膜を形成すれば、乾燥の段階で前記共重合体が自己架橋して架橋構造を形成する。そのため、バインダ(B)による絶縁性微粒子同士や絶縁性微粒子と他の構成成分(繊維状物、微多孔性フィルムなど)との密着性を高めつつ、良好な耐電解液性を確保し、更に多孔質膜形成用組成物の安定性を高めることができる。 Moreover, it is preferable that the crosslinked structure in the (meth) acrylate copolymer having a crosslinked structure is formed by self-crosslinking of a self-crosslinking type (meth) acrylate copolymer. As will be described in detail later, the porous membrane of the present invention comprises a step of applying a composition in which constituents of the porous membrane are dispersed or dissolved in a solvent (dispersion medium) to a substrate and the like, and removing the solvent by drying. If a porous film is formed by adding a self-crosslinking type (meth) acrylate copolymer to the composition, the copolymer self-crosslinks at the drying stage to form a crosslinked structure. . Therefore, while ensuring the adhesion between the insulating fine particles by the binder (B) and the insulating fine particles and other constituent components (fibrous matter, microporous film, etc.), ensuring good electrolytic solution resistance, The stability of the composition for forming a porous film can be increased.
すなわち、バインダ(B)に架橋構造を有しないものを用いた場合には、耐電解液性に劣ることがあり、元々架橋構造を有するものを用いた場合には、特にエマルジョンなどの分散性の多孔質層形成用組成物を用いて多孔質層を形成する場合に、前記組成物の乾燥時にバインダ(B)粒子の形状が保持された状態で乾燥する場合があり、絶縁性微粒子や繊維状物、微多孔性フィルムなどの被接着物とバインダ(B)との接触面積が減少して、未着性が低下する虞がある。また、バインダ(B)として、主材(樹脂)に架橋剤を添加して架橋構造を形成する、いわゆる二液性のものを使用した場合には、耐電解液性や被接着物との密着性は良好となるものの、多孔質層形成用組成物の安定性が低下し、その使用可能時間が短くなる虞がある。 That is, when a binder (B) having no cross-linked structure is used, the electrolytic solution resistance may be inferior. When a binder (B) having a cross-linked structure is originally used, dispersibility such as an emulsion is particularly good. When forming a porous layer using a composition for forming a porous layer, the composition may be dried in a state in which the shape of the binder (B) particles is maintained when the composition is dried. There is a possibility that the contact area between the object to be bonded such as an object or a microporous film and the binder (B) is reduced, and the unattached property is lowered. In addition, when using a so-called two-component binder (B) in which a crosslinking agent is added to the main material (resin) to form a crosslinked structure, the electrolytic solution resistance and adhesion to the adherend are used. However, the stability of the composition for forming a porous layer is lowered, and there is a possibility that the usable time is shortened.
自己架橋型の(メタ)アクリレート共重合体を得るには、従来公知の方法、例えば、自己架橋性を付与し得る単量体を用いて、常法に従って(メタ)アクリレート共重合体を合成すればよい。自己架橋性を付与し得る単量体としては、例えば、自己架橋性の官能基を有する不飽和単量体;水酸基やカルボキシル基などの官能基を有する単量体[(メタ)アクリレート類を含む]と、水酸基やカルボキシル基などと反応する官能基を有する官能性単量体との組み合わせ;などが挙げられる。 In order to obtain a self-crosslinking type (meth) acrylate copolymer, a (meth) acrylate copolymer is synthesized by a conventionally known method, for example, using a monomer capable of imparting self-crosslinking properties according to a conventional method. That's fine. Examples of the monomer capable of imparting self-crosslinkability include, for example, an unsaturated monomer having a self-crosslinkable functional group; a monomer having a functional group such as a hydroxyl group or a carboxyl group [including (meth) acrylates And a functional monomer having a functional group that reacts with a hydroxyl group or a carboxyl group.
自己架橋性の官能基を有する不飽和単量体としては、例えば、N−メチロールメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−ブチロールメタクリルアミド、N−ブチロールアクリルアミドなどのメチロール基含有単量体;アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基含有単量体;メトキシメチル(メタ)アクリレート、エトキシメチル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレートなどのアルコキシアルキル基含有単量体;2−アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート、3−アセトアセトキシプロピル(メタ)アクリレート、4−アセトアセトキシブチル(メタ)アクリレートなどのアセトアセトキシアルキル(メタ)アクリレート誘導体;ビニルトリメトキシシラン、ビニルメトキシジメチルシラン、ビニルトリクロロシラン、アリルトリクロロシランなどの加水分解シリル基を有するビニル単量体;2−(1−アジリジニル)エチル(メタ)アクリレートなどのアジリジニル基含有単量体;などが挙げられる。 Examples of unsaturated monomers having a self-crosslinkable functional group include methylol group-containing monomers such as N-methylol methacrylamide, N-methylol acrylamide, N-butyrol methacrylamide, and N-butyrol acrylamide; Epoxy group-containing monomers such as allyl glycidyl ether and glycidyl (meth) acrylate; alkoxyalkyl groups such as methoxymethyl (meth) acrylate, ethoxymethyl (meth) acrylate, methoxyethyl (meth) acrylate, and butoxyethyl (meth) acrylate Containing monomer; acetoacetoxyalkyl (meth) acrylate such as 2-acetoacetoxyethyl (meth) acrylate, 3-acetoacetoxypropyl (meth) acrylate, 4-acetoacetoxybutyl (meth) acrylate Conductor; vinyl monomer having hydrolyzed silyl group such as vinyltrimethoxysilane, vinylmethoxydimethylsilane, vinyltrichlorosilane, allyltrichlorosilane; aziridinyl group-containing single monomer such as 2- (1-aziridinyl) ethyl (meth) acrylate And the like.
水酸基やカルボキシル基などの官能基を有する単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、β−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、β−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、β−ヒドロキシエチルビニルエーテルなどが挙げられる。水酸基やカルボキシル基などと反応する官能基を有する官能性単量体としては、例えば、N−メチロールアクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミドなどのN−メチロール基含有単量体;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどのアミノ基含有単量体;グリシジル(メタ)アクリレートなどのエポキシ基含有単量体;などが挙げられる。 Examples of the monomer having a functional group such as a hydroxyl group or a carboxyl group include (meth) acrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, β-hydroxyethyl (meth) acrylate, β -Hydroxypropyl (meth) acrylate, (beta) -hydroxyethyl vinyl ether, etc. are mentioned. Examples of the functional monomer having a functional group that reacts with a hydroxyl group or a carboxyl group include N-methylol group-containing monomers such as N-methylolacrylamide and N-butoxymethylacrylamide; dimethylaminoethyl (meth) acrylate And amino group-containing monomers such as dimethylaminopropylacrylamide; epoxy group-containing monomers such as glycidyl (meth) acrylate;
また、バインダ(A)の前記具体例以外にも、公知の樹脂にカルボキシル基などの接着性を向上させる官能基を導入したり、アクリル酸エステルやメタクリル酸エステルなどを混合したり、ガラス転移温度(Tg)を高めたりするなどして、引張強度や引張弾性率を向上させたものをバインダ(A)に用いることができる。そして、バインダ(B)の前記具体例以外にも、公知の樹脂にアミン化合物やポリアクリル酸樹脂などを混合して柔軟性を高めたり、Tgを下げたり、公知の可塑剤(フタル酸エステル類など)の柔軟性付与添加剤を配合したりするなどして、破断伸びを向上させたものをバインダ(B)に用いることができる。また、カルボキシル基を導入することで、バインダ(A)やバインダ(B)の接着性を高めることもできる。なお、樹脂のTgを高めるには、架橋構造を導入してその架橋密度を高めたり、剛直な分子構造(アリール基など)を導入したりするなどの公知の各種方法が採用でき、樹脂のTgを下げるには、架橋密度の低い架橋構造を導入したり、長鎖の側鎖を導入したりするなどの公知の各種方法が採用できる。 In addition to the specific examples of the binder (A), a functional group that improves adhesion such as a carboxyl group is introduced into a known resin, an acrylic ester or a methacrylic ester is mixed, a glass transition temperature. What improved the tensile strength and the tensile elasticity modulus by raising (Tg) etc. can be used for a binder (A). In addition to the specific examples of the binder (B), a known resin may be mixed with an amine compound or a polyacrylic acid resin to increase flexibility, reduce Tg, or use a known plasticizer (phthalate ester). Etc.), and those having improved elongation at break can be used for the binder (B). Moreover, the adhesiveness of a binder (A) or a binder (B) can also be improved by introduce | transducing a carboxyl group. In order to increase the Tg of the resin, various known methods such as introducing a cross-linked structure to increase its cross-link density or introducing a rigid molecular structure (such as an aryl group) can be employed. In order to lower the value, various known methods such as introducing a crosslinked structure having a low crosslinking density or introducing a long side chain can be employed.
本発明の多孔質膜では、バインダ(A)とバインダ(B)とを適宜併用してもよいし、部分的に偏在させてもよい。 In the porous film of the present invention, the binder (A) and the binder (B) may be used together as appropriate, or may be partially unevenly distributed.
絶縁性微粒子は、本発明の多孔質膜において、その主体となったり、後述する繊維状物同士の間に形成される空隙を埋めるなどして、リチウムデンドライトに起因する短絡の発生を抑制する作用を有している。絶縁性微粒子としては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後述する電解液や、多孔質膜形成用組成物(溶媒を含む組成物)に用いる溶媒に安定であり、高温状態で安定な耐熱性の高いものであれば、特に制限はない。 Insulating fine particles act as a main component in the porous film of the present invention or fill gaps formed between fibrous materials to be described later, thereby suppressing the occurrence of short circuits caused by lithium dendrite. have. The insulating fine particles have electrical insulating properties, are electrochemically stable, and are stable to an electrolyte solution described later and a solvent used for a porous film forming composition (a composition containing a solvent). As long as it is stable at high temperature and has high heat resistance, there is no particular limitation.
なお、本明細書でいう「有機電解液に対して安定な絶縁性微粒子」とは、有機電解液(リチウム二次電池の電解液として使用される有機電解液)中で変形および化学的組成変化の起こらない絶縁性微粒子を意味している。また、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。更に、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 term “insulating fine particles that are stable with respect to an organic electrolyte” as used herein refers to deformation and chemical composition change in an organic electrolyte (an organic electrolyte used as an electrolyte for a lithium secondary battery). Insulating fine particles that do not occur. In addition, the “high temperature state” in the present specification is specifically a temperature of 150 ° C. or higher, and is a stable particle that does not undergo deformation and chemical composition change in an electrolyte solution at such a temperature. Good. Further, “electrochemically stable” as used in the present specification means that no chemical change occurs during charging / discharging of the battery.
このような絶縁性微粒子の具体例としては、例えば、酸化鉄、SiO2、Al2O3、TiO2、BaTiO2、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;SnO2、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、前記の電気絶縁性の絶縁性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。絶縁性微粒子には、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。 Specific examples of such insulating fine particles include, for example, 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; Slightly soluble ionic crystal particles such as calcium fluoride, 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, bentonite and other mineral resource-derived substances or their artificial products; 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 constituting the electrically insulating fine particles. These insulating fine particles may be used alone or in combination of two or more.
絶縁性微粒子の形態としては、球状、粒子状、板状などいずれの形態であっても良いが、板状であることが好ましい。板状粒子としては、各種市販品が挙げられ、例えば、旭硝子エスアイテック社製「サンラブリー」(SiO2)、石原産業社製「NST−B1」の粉砕品(TiO2)、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(Al2O3)]、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)などが入手可能である。この他、SiO2、Al2O3、ZrO、CeO2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。 The form of the insulating fine particles may be any form such as a spherical shape, a particle shape, or a plate shape, but a plate shape is preferable. Examples of the plate-like particles include various commercially available products, such as “Sun Lovely” (SiO 2 ) manufactured by Asahi Glass S-Tech, pulverized product (TiO 2 ) of “NST-B1” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., Sakai Chemical Industry Co., Ltd. Plate-like barium sulfate “H series”, “HL series”, Hayashi Kasei “micron white” (talc), Hayashi Kasei “bengel” (bentonite), Kawai lime “BMM” and “BMT” (Boehmite), “Cerasure BMT-B” [Alumina (Al 2 O 3 )] manufactured by Kawai Lime Co., Ltd., “Seraph” (alumina) manufactured by Kinsei Matec Co., Ltd. ) Etc. 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.
絶縁性微粒子が板状である場合には、多孔質膜中において、絶縁性微粒子を、その平板面が多孔質膜の面にほぼ平行となるように配向させることが好ましく、このような多孔質膜を有するセパレータを使用することで、電池の短絡の発生をより良好に抑制できる。これは、絶縁性微粒子を前記のように配向させることで、絶縁性微粒子同士が平板面の一部で重なるように配置されるため、多孔質膜、すなわち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(すなわち、曲路率が大きくなる)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測される。 When the insulating fine particles are plate-like, it is preferable to orient the insulating fine particles in the porous film so that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the porous film. By using a separator having a film, the occurrence of a short circuit of the battery can be suppressed more favorably. This is because the insulating fine particles are oriented as described above so that the insulating fine particles are arranged so as to overlap each other on a part of the flat plate surface. It is considered that the through-hole) is formed in a bent shape instead of a straight line (that is, the curvature is increased), and this can prevent the lithium dendrite from penetrating the separator. It is presumed to be well suppressed.
絶縁性微粒子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以上であることが望ましい(1、すなわち、長軸方向長さと短軸方向長さとが同じであってもよい)。板状の絶縁性微粒子が、前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、前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 insulating fine particles are plate-like particles, for example, the aspect ratio (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. , 100 or less, more preferably 50 or less. Further, the average value of the ratio of the major axis direction length to the minor axis direction length of the flat plate surface of the grains is preferably 0.3 or more, more preferably 0.5 or more (ie, the major axis length). And the length in the minor axis direction may be the same). When the plate-like insulating fine particles have an aspect ratio as described above or an average value of the ratio of the long axis direction length to the short axis direction of the flat plate surface, the above-mentioned short circuit prevention effect is more effectively exhibited. The
なお、絶縁性微粒子が板状である場合における前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。更に絶縁性微粒子が板状である場合における前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 insulating fine particles are plate-like is, for example, image analysis of an image taken with a scanning electron microscope (SEM). Can be obtained. Further, the aspect ratio in the case where the insulating fine particles are plate-like can also be obtained by image analysis of an image taken by SEM.
また、絶縁性微粒子は、前記例示の各種絶縁性微粒子を構成する材料を2種以上含有する粒子であってもよい。 The insulating fine particles may be particles containing two or more materials constituting the various insulating fine particles exemplified above.
絶縁性微粒子の平均粒径は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは5μm以下である。なお、本明細書でいう絶縁性微粒子の平均粒径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、絶縁性微粒子を溶解したり、絶縁性微粒子が膨潤したりしない媒体に、絶縁性微粒子を分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる。 The average particle size of the insulating fine particles is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 15 μm or less, more preferably 5 μm or less. In addition, the average particle diameter of the insulating fine particles referred to in this specification is obtained by, for example, using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA) to dissolve the insulating fine particles, It can be defined as the number average particle diameter measured by dispersing insulating fine particles in a medium that does not swell.
また、本発明の多孔質膜は、前記のような耐熱性の高い絶縁性微粒子を用いた場合、その作用によって、高温時における熱収縮を抑制して寸法安定性を高めることができる。また、このような耐熱性の高い絶縁性微粒子を含有する本発明の多孔質膜が電極(正極または負極)と一体化している場合には、高温時におけるセパレータ全体の寸法安定性を更に高めることができる。更に、耐熱性の高い絶縁性微粒子を含有する本発明の多孔質膜と微多孔性フィルムとからセパレータを構成した場合にも、喩え微多孔性フィルムが高温時の寸法安定性に劣るものであっても、絶縁性微粒子の作用によって高温時の寸法安定性の良好な多孔質膜と一体化しているために、微多孔性フィルムの熱収縮が抑制され、高温時におけるセパレータ全体の寸法安定性が向上する。そのため、本発明の多孔質膜を用いた本発明のセパレータでは、例えば従来のPE製微多孔性フィルムのみで構成されるセパレータで生じていた熱収縮に起因する短絡の発生が防止できることから、電池内が異常過熱した際の信頼性・安全性をより高めることができる。 Moreover, the porous film of this invention can suppress the thermal contraction at the time of high temperature, and can improve dimensional stability by the effect | action, when the insulating fine particles with high heat resistance as mentioned above are used. In addition, when the porous membrane of the present invention containing such highly heat-resistant insulating fine particles is integrated with an electrode (positive electrode or negative electrode), the dimensional stability of the entire separator at a high temperature is further improved. Can do. Furthermore, when the separator is composed of the porous film of the present invention containing insulating fine particles having high heat resistance and the microporous film, the microporous film is inferior in dimensional stability at high temperatures. However, since it is integrated with a porous membrane with good dimensional stability at high temperatures by the action of insulating fine particles, thermal shrinkage of the microporous film is suppressed, and the overall dimensional stability of the separator at high temperatures is reduced. improves. Therefore, in the separator of the present invention using the porous membrane of the present invention, for example, it is possible to prevent the occurrence of a short circuit due to thermal shrinkage that has occurred in a separator composed only of a conventional PE microporous film. The reliability and safety when the inside is abnormally overheated can be further improved.
このように、本発明によれば高温時におけるセパレータの熱収縮に起因する短絡の防止を、例えばセパレータを厚くする以外の構成で達成できるため、本発明のセパレータでは、その厚みを比較的薄くすることが可能であり、これを用いた電池のエネルギー密度の低下を可及的に抑制することもできる。 As described above, according to the present invention, prevention of a short circuit due to thermal contraction of the separator at a high temperature can be achieved by, for example, a configuration other than increasing the thickness of the separator. Therefore, in the separator of the present invention, the thickness is made relatively thin. It is possible to reduce the energy density of a battery using the same as much as possible.
多孔質膜は、耐熱温度が150℃以上の繊維状物を含有していてもよい。例えば、多孔質膜のみでセパレータを構成し、かつ多孔質膜を電極と一体化しない場合には、多孔質膜を補強し、その取り扱い性を高めたりする観点から、前記繊維状物を含有させることが好ましく、この繊維状物がセパレータの主体をなしていることがより好ましい。また、多孔質膜と樹脂製の微多孔性フィルムとでセパレータを構成する場合や、多孔質膜を電極と一体化させる場合においても、その補強のために耐熱温度が150℃以上の繊維状物を含有させることができる。 The porous membrane may contain a fibrous material having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. For example, in the case where the separator is constituted only by the porous membrane and the porous membrane is not integrated with the electrode, the fibrous material is contained from the viewpoint of reinforcing the porous membrane and enhancing its handleability. It is preferable that the fibrous material is the main component of the separator. In addition, when a separator is composed of a porous membrane and a resin microporous film, or when the porous membrane is integrated with an electrode, a fibrous material having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is used for reinforcement. Can be contained.
特に、140℃以下の温度で溶融して、多孔質膜(セパレータ)の空孔を塞ぎ、セパレータ中のイオンの移動を遮断する機能(所謂シャットダウン機能)を付与できる材料を多孔質膜に含有させた場合(詳しくは後述する)、耐熱温度が150℃以上の繊維状物も多孔質膜に含有させておくことで、電池内での発熱などによってシャットダウンが起こった後、更に20℃以上セパレータの温度が上昇しても、その形状をより安定に保ち得るようにできる。他方、シャットダウン機能を付与していない場合でも、耐熱温度が150℃以上の繊維状物も用いた多孔質膜を使用して構成したセパレータでは、150℃の温度においても、その変形を実質的になくすことができる。 In particular, the porous membrane contains a material that can be melted at a temperature of 140 ° C. or less to block the pores of the porous membrane (separator) and provide a function of blocking the movement of ions in the separator (so-called shutdown function). In this case (details will be described later), a fibrous material having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is also contained in the porous membrane, so that a shutdown occurs due to heat generation in the battery, and then the separator is further 20 ° C. or higher. Even if the temperature rises, the shape can be kept more stable. On the other hand, even when the shutdown function is not provided, the separator configured using the porous film using the fibrous material having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher substantially does not deform even at a temperature of 150 ° C. Can be eliminated.
本明細書でいう「150℃以上の耐熱温度」とは、150℃において実質的に変形しないこと、より具体的には、150℃に加熱された繊維状物や絶縁性微粒子を目視観察した際に熱収縮が確認できないことをいう。 As used herein, “heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher” means that there is substantially no deformation at 150 ° C., more specifically, when a fibrous material or insulating fine particles heated to 150 ° C. are visually observed. This means that heat shrinkage cannot be confirmed.
繊維状物は、150℃以上の耐熱温度を有し、かつ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、絶縁性微粒子などを含有する多孔質膜形成用組成物に用いる溶媒に安定であれば、特に制限はない。なお、本明細書でいう「繊維状物」とは、アスペクト比[長尺方向の長さ/長尺方向に直交する方向の幅(直径)]が4以上のものを意味している。繊維状物のアスペクト比は、10以上であることが好ましい。 The fibrous material has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, is electrically insulating, is electrochemically stable, and further contains an electrolyte solution, insulating fine particles, and the like described in detail below. There is no particular limitation as long as the solvent used in the composition for forming a film is stable. 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 is preferably 10 or more.
繊維状物の具体的な構成材料としては、例えば、セルロース、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)、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、繊維状物は、構成成分として、前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 include, for example, cellulose, modified cellulose (such as carboxymethyl cellulose), polypropylene (PP), polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT). And the like], resins such as polyacrylonitrile (PAN), aramid, polyamideimide, and polyimide; inorganic materials (inorganic oxides) such as glass, alumina, and silica; and the like. The fibrous material may contain one kind of these constituent materials, or may contain two or more kinds. In addition to the above-described constituent materials, the fibrous material may contain various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary. Absent.
なお、繊維状物には、絶縁性微粒子との接着性を高めるために、コロナ処理や界面活性剤処理などの表面処理を施してもよい。 The fibrous material may be subjected to a surface treatment such as a corona treatment or a surfactant treatment in order to improve the adhesion with the insulating fine particles.
繊維状物の直径は、多孔質膜の厚み以下であればよいが、例えば、0.01〜5μmであることが好ましい。径が大きすぎると、繊維状物同士の絡み合いが不足して、これらで構成されるシート状物の強度、延いては多孔質膜の強度が小さくなって取扱いが困難となることがある。また、径が小さすぎると、多孔質膜の空孔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 should just be below the thickness of a porous membrane, it is preferable that it is 0.01-5 micrometers, for example. If the diameter is too large, the entanglement between the fibrous materials may be insufficient, and the strength of the sheet-like material constituted by these, and consequently the strength of the porous film may be reduced, making it difficult to handle. On the other hand, if the diameter is too small, the pores of the porous membrane become too small, and the ion permeability tends to decrease, which may reduce the load characteristics of the battery.
多孔質膜(シート状物)中での繊維状物の存在状態は、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 fibrous material in the porous membrane (sheet-like material) is, for example, preferably that the angle of the long axis (axis in the long direction) with respect to the separator surface is 30 ° or less on average, 20 ° The following is more preferable.
多孔質膜中における絶縁性微粒子の含有量は、絶縁性微粒子を使用することによる作用をより有効に発揮させる観点から、多孔質膜の構成成分の全体積中、10体積%以上であることが好ましく、30体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることが更に好ましい。 The content of the insulating fine particles in the porous film may be 10% by volume or more in the total volume of the constituent components of the porous film from the viewpoint of more effectively exerting the action by using the insulating fine particles. Preferably, it is 30% by volume or more, more preferably 40% by volume or more.
なお、前記の繊維状物を含有しない多孔質膜であって、後記の熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子を含有させて、シャットダウン機能も持たせる場合には、絶縁性微粒子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。他方、シャットダウン機能を有しない多孔質膜とする場合には、絶縁性微粒子の体積比率は、更に高い比率でもよく、例えば95体積%以下であれば問題ない。 In the case where the porous film does not contain the fibrous material and includes the heat-meltable fine particles and the swellable fine particles described later and has a shutdown function, the upper limit of the volume ratio of the insulating fine particles is For example, it is preferably 80% by volume. On the other hand, when a porous film having no shutdown function is used, the volume ratio of the insulating fine particles may be a higher ratio.
他方、前記の繊維状物を含有する多孔質膜であって、後記の熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子を含有させて、シャットダウン機能も持たせる場合には、絶縁性微粒子の体積比率の上限は、例えば70体積%であることが好ましい。なお、シャットダウン機能を有しない多孔質膜とする場合には、絶縁性微粒子の体積比率は、更に高い比率でもよく、例えば80体積%以下であれば問題ない。 On the other hand, in the case of the porous film containing the fibrous material described above and containing the heat-meltable fine particles and the swellable fine particles described later and also having a shutdown function, the upper limit of the volume ratio of the insulating fine particles is For example, it is preferable that it is 70 volume%. In the case of a porous film having no shutdown function, the volume ratio of the insulating fine particles may be a higher ratio, for example, no problem as long as it is 80% by volume or less.
また、多孔質膜が前記の繊維状物を含有する場合における多孔質膜中の繊維状物の含有量は、繊維状物の使用による作用をより有効に発揮させる観点から、多孔質膜の構成成分の全体積中、10体積%以上であることが好ましく、30体積%以上であることがより好ましい。他方、前記の繊維状物を含有する多孔質膜において、繊維状物の含有量が多すぎると、他の成分(絶縁性微粒子など)の含有量が少なくなって、これら他の成分による作用が低下することがあるため、繊維状物の含有量は、多孔質膜の構成成分の全体積中、90体積%以下であることが好ましく、70体積%以下であることがより好ましい。 In addition, the content of the fibrous material in the porous membrane when the porous membrane contains the fibrous material is the configuration of the porous membrane from the viewpoint of more effectively exerting the action due to the use of the fibrous material. The total volume of the components is preferably 10% by volume or more, and more preferably 30% by volume or more. On the other hand, in the porous membrane containing the fibrous material, if the content of the fibrous material is too large, the content of other components (insulating fine particles, etc.) decreases, and the action of these other components is exerted. Since the content may decrease, the content of the fibrous material is preferably 90% by volume or less, and more preferably 70% by volume or less, in the total volume of the constituent components of the porous membrane.
更に、多孔質膜におけるバインダ(A)またはバインダ(B)の含有量は、これらのバインダによる作用を良好に発揮させる観点から、多孔質膜の構成成分の全体積中、0.5体積%以上であることが好ましく、2体積%以上であることがより好ましい。他方、バインダ(A)またはバインダ(B)の含有量が多すぎると、他の成分(絶縁性微粒子など)の含有量が少なくなって、これら他の成分による作用が低下することがあるため、多孔質膜におけるバインダ(A)またはバインダ(B)の含有量は、多孔質膜の構成成分の全体積中、15体積%以下であることが好ましく、10体積%以下であることがより好ましい。 Furthermore, the content of the binder (A) or the binder (B) in the porous film is 0.5% by volume or more in the total volume of the constituent components of the porous film from the viewpoint of satisfactorily exerting the action of these binders. Preferably, it is more preferably 2% by volume or more. On the other hand, if the content of the binder (A) or the binder (B) is too large, the content of other components (insulating fine particles, etc.) decreases, and the action of these other components may decrease. The content of the binder (A) or binder (B) in the porous film is preferably 15% by volume or less, more preferably 10% by volume or less, in the total volume of the constituent components of the porous film.
本発明の多孔質膜を有する本発明のセパレータには、シャットダウン機能を付与することができる。シャットダウン機能を有するセパレータとするには、例えば、前記多孔質膜に、80〜140℃で溶融する熱溶融性微粒子や、電解液中で膨潤し、かつ温度の上昇により膨潤度が増大する膨潤性微粒子を含有させる方法;前記多孔質膜と、80〜140℃で溶融する熱可塑性樹脂製の微多孔性フィルムとでセパレータを構成する方法;が挙げられる。なお、多孔質膜には、熱溶融性微粒子と膨潤性微粒子の両者を添加してもよく、これらの複合体を添加しても構わない。 The separator of the present invention having the porous membrane of the present invention can be given a shutdown function. In order to obtain a separator having a shutdown function, for example, a heat-fusible fine particle that melts at 80 to 140 ° C. or a swelling property that swells in an electrolyte and increases in degree of swelling as the temperature rises. A method of containing fine particles; a method of forming a separator with the porous film and a microporous film made of a thermoplastic resin that melts at 80 to 140 ° C. It should be noted that both the hot-melt fine particles and the swellable fine particles may be added to the porous film, or a composite of these may be added.
セパレータにおける前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。 The shutdown function in the separator 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.
80〜140℃で溶融する熱溶融性微粒子、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80〜140℃のものを含有する多孔質膜を用いて構成されたセパレータでは、セパレータが80〜140℃(またはそれ以上の温度)に曝されたときに、熱溶融性微粒子が溶融してセパレータの空孔が閉塞されるため、リチウムイオンの移動が阻害され、高温時における急激な放電反応が抑制される。よって、この場合、前記の内部抵抗上昇により評価されるセパレータのシャットダウン温度は、熱溶融性微粒子の融点以上140℃以下となる。熱溶融性微粒子の融点(前記融解温度)は、130℃以下であることがより好ましい。 Hot-melting fine particles that melt at 80 to 140 ° C., that is, a porous material having a melting temperature of 80 to 140 ° C. measured using a differential scanning calorimeter (DSC) according to JIS K 7121 In a separator constituted by using a membrane, when the separator is exposed to 80 to 140 ° C. (or higher temperature), the hot-melt fine particles melt and the pores of the separator are closed. Is inhibited, and a rapid discharge reaction at a high temperature is suppressed. Therefore, in this case, the shutdown temperature of the separator evaluated by the increase in internal resistance is not less than the melting point of the heat-fusible fine particles and not more than 140 ° C. The melting point of the heat-meltable fine particles (the melting temperature) is more preferably 130 ° C. or lower.
熱溶融性微粒子の構成材料の具体例としては、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、または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。前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。熱溶融性微粒子は、これらの構成材料の1種のみを有していてもよく、2種以上を有していても構わない。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、熱溶融性微粒子は、構成成分として、前記の構成材料の他に、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 constituent material of the heat-meltable fine particles include polyethylene (PE), copolymerized polyolefin, polypropylene, or polyolefin derivative (chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, etc.) having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more, polyolefin Examples thereof include 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. The heat-meltable fine particles may have only one kind of these constituent materials, or may have two or more kinds. Among these, PE, polyolefin wax, or EVA having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more is preferable. Further, the heat-meltable fine particles may contain various known additives (for example, antioxidants) added to the resin as necessary, in addition to the above-described constituent materials. Absent.
熱溶融性微粒子の粒径としては、絶縁性微粒子と同じ測定法で測定される数平均粒子径で、例えば、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以下であることが推奨される。 The particle diameter of the heat-meltable fine particles is, for example, 0.001 μm or more, more preferably 0.1 μm or more and 15 μm or less, more preferably a number average particle diameter measured by the same measurement method as that for the insulating fine particles. Is recommended to be 1 μm or less.
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微粒子を有する多孔質膜を用いて構成したセパレータでは、電池内で高温に曝されたときに、膨潤性微粒子の膨潤によって電解液を吸収して大きく膨張する(以下、膨潤性微粒子における温度の上昇に伴って膨潤度が増大する機能を「熱膨潤性」という)ことにより、セパレータ内のLiイオンの伝導性を著しく低下させるため、電池の内部抵抗が上昇し、前記のシャットダウン機能を確実に確保することが可能となる。膨潤性微粒子としては、前記の熱膨潤性を示す温度が、75〜125℃であるものが好ましい。 In a separator configured using a porous membrane having swellable fine particles that can swell in the electrolyte and increase in degree of swelling as the temperature rises, the swellable fine particles swell when exposed to high temperatures in the battery. It absorbs the electrolyte and expands greatly (hereinafter, the function of increasing the degree of swelling with increasing temperature in the swellable fine particles is called “thermal swelling”), thereby significantly reducing the conductivity of Li ions in the separator. Therefore, the internal resistance of the battery is increased, and the shutdown function can be reliably ensured. As the swellable fine particles, those having a temperature of 75 to 125 ° C. exhibiting the above heat swellability are preferable.
このような熱膨潤性を有する膨潤性微粒子としては、例えば、架橋ポリスチレン(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)]などが好適であり、架橋PMMAが特に好ましい。 Examples of such swellable fine particles having thermal swellability include crosslinked polystyrene (PS), crosslinked acrylic resin [for example, crosslinked polymethyl methacrylate (PMMA)], and crosslinked fluororesin [for example, crosslinked polyvinylidene fluoride (PVDF). ] Is preferred, and cross-linked PMMA is particularly preferred.
膨潤性微粒子の粒径は、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、微粒子を膨潤しない媒体(例えば水)に分散させて測定した数平均粒子径で、0.1〜20μmであることが好ましい。 The particle size of the swellable fine particles is a number average particle size measured by dispersing the fine particles in a non-swelling medium (for example, water) using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA). It is preferable that it is 1-20 micrometers.
膨潤性微粒子の市販品としては、例えば、ガンツ化成社製の架橋PMMA「ガンツパール(製品名)」、東洋インキ社製の架橋PMMA「RSP1079(製品名)」などが入手可能である。 Examples of commercially available swellable fine particles include cross-linked PMMA “Gantz Pearl (product name)” manufactured by Gantz Kasei Co., Ltd. and cross-linked PMMA “RSP1079 (product name)” manufactured by Toyo Ink Co., Ltd. are available.
なお、熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子を多孔質膜に含有させることでセパレータにシャットダウン機能を持たせる場合、良好なシャットダウン機能を確保する点からは、多孔質膜中における熱溶融性微粒子および/または膨潤性微粒子の含有量は、多孔質膜の構成成分の全体積中、5〜70体積%であることが好ましい。これらの微粒子の含有量が少なすぎると、これらを含有させることによるシャットダウン効果が小さくなることがあり、多すぎると、多孔質膜中における絶縁性微粒子や繊維状物の含有量が減ることになるため、これらによって確保される効果が小さくなることがある。 In addition, when the separator has a shutdown function by containing the heat-meltable fine particles and the swellable fine particles in the porous film, the heat-meltable fine particles in the porous film and / or Alternatively, the content of the swellable fine particles is preferably 5 to 70% by volume in the total volume of the constituent components of the porous membrane. If the content of these fine particles is too small, the shutdown effect due to the inclusion of these may be reduced, and if too large, the content of insulating fine particles and fibrous materials in the porous film will decrease. Therefore, the effect secured by these may be reduced.
多孔質膜と共に樹脂製の微多孔性フィルムを用い、多孔質膜と微多孔性フィルムとを一体化してセパレータを構成し、微多孔フィルムによりセパレータにシャットダウン機能を付与する場合、微多孔性フィルムを構成する樹脂には、前記熱溶融性微粒子を構成する樹脂と同様の樹脂(熱可塑性樹脂)を使用することができる。なお、微多孔性フィルムのシャットダウン温度は80℃〜140℃の範囲に設定することが望ましく、従ってこれを構成する熱可塑性樹脂にも、融点が80〜140℃のものを用いることが望ましい。 When using a microporous film made of a resin together with a porous membrane, the separator is formed by integrating the porous membrane and the microporous film, and when the shutdown function is given to the separator by the microporous film, As the constituent resin, the same resin (thermoplastic resin) as the resin constituting the thermomeltable fine particles can be used. The shutdown temperature of the microporous film is desirably set in the range of 80 ° C. to 140 ° C. Therefore, it is desirable to use a thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. to 140 ° C.
他方、セパレータの耐熱性を重視して、シャットダウン機能を付与しない場合には、耐熱性の微多孔性フィルムを用いることもできる。このような微多孔性フィルムの具体的な構成材料としては、耐熱温度が150℃以上で、電池に用いる電解液に対して安定であり、更に電池内部での酸化還元反応に対して安定である樹脂であればいずれでもよい。より具体的には、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリウレタン、PAN、ポリエステル(PET、PBT、PENなど)などの耐熱性樹脂が挙げられる。 On the other hand, when the heat resistance of the separator is emphasized and the shutdown function is not given, a heat resistant microporous film can be used. As a specific constituent material of such a microporous film, the heat-resistant temperature is 150 ° C. or more, it is stable with respect to the electrolyte used in the battery, and further stable with respect to the oxidation-reduction reaction inside the battery. Any resin may be used. More specifically, heat-resistant resins such as polyimide, polyamideimide, aramid, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyurethane, PAN, polyester (PET, PBT, PEN, etc.) can be mentioned.
微多孔性フィルムには、前記の熱可塑性樹脂により構成されるもの、前記の耐熱性樹脂により構成されるもののいずれにおいても、従来公知の方法によって製造されたものを用いることができる。例えば、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸(1軸または2軸延伸)法などにより作製されたイオン透過性の多孔質フィルムを用いることができる。また、薬剤や超臨界CO2等を用いた発泡法により微多孔化したフィルムを用いることもできる。 As the microporous film, any of those made of the above-mentioned thermoplastic resin and those made of the above-mentioned heat-resistant resin can be produced by a conventionally known method. For example, an ion-permeable porous film produced by a solvent extraction method, a dry or wet stretching (uniaxial or biaxial stretching) method, or the like can be used. In addition, a film microporous by a foaming method using a drug, supercritical CO 2 or the like can be used.
本発明のセパレータのより具体的な態様としては、例えば、下記(a)、(b)、(c)および(d)の態様が挙げられる。 More specific embodiments of the separator of the present invention include, for example, the following embodiments (a), (b), (c) and (d).
(a)の態様に係るセパレータは、繊維状物が多数集合して、これらのみによりシート状物を形成しているもの、例えば、織布、不織布(紙を含む)といった形態のものを用い、このシート状物中に絶縁性微粒子や必要に応じてその他の微粒子を含有させ、バインダによりシート状物に係る繊維状物や絶縁性微粒子などを結着することで構成した多孔質膜により構成したものである。 The separator according to the embodiment of (a) uses a material in which a large number of fibrous materials are gathered to form a sheet-like material, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric (including paper), Insulating fine particles and other fine particles as needed are contained in this sheet-like material, and are constituted by a porous film constituted by binding fibrous materials or insulating fine particles related to the sheet-like material with a binder. Is.
(b)の態様に係るセパレータは、絶縁性微粒子と繊維状物(更には、必要に応じてその他の微粒子)とが均一に分散し、これらがバインダにより結着されて形成されたシート(多孔質膜)により構成したものである。 The separator according to the embodiment (b) is a sheet (porous) in which insulating fine particles and fibrous materials (and other fine particles if necessary) are uniformly dispersed and these are bound by a binder. Material).
(c)の態様に係るセパレータは、絶縁性微粒子がバインダにより結着されて形成されたシート(多孔質膜)で構成され、このシートが正極および負極の少なくとも一方と一体化しているものである。 The separator according to the embodiment (c) is composed of a sheet (porous film) formed by binding insulating fine particles with a binder, and this sheet is integrated with at least one of the positive electrode and the negative electrode. .
(d)の態様に係るセパレータは、絶縁性微粒子がバインダにより結着されて形成されたシート(多孔質膜)と、樹脂製の微多孔性フィルムとが一体化されて構成されたものである。 The separator according to the embodiment (d) is formed by integrating a sheet (porous film) formed by binding insulating fine particles with a binder and a resin microporous film. .
また、(a)の態様と(b)の態様を合わせた態様、すなわち、繊維状物で構成される独立したシート状物中に、絶縁性微粒子と繊維状物(更には、必要に応じてその他の微粒子)とが分散し、バインダにより結着されている形態を有していてもよい。更に、(a)または(b)の態様と(c)の態様とを合わせた態様、すなわち、(a)または(b)の態様のセパレータに係る多孔質膜が正極および負極の少なくとも一方と一体化された形態でもよい。 Moreover, in the aspect which combined the aspect of (a) and the aspect of (b), ie, the independent sheet-like thing comprised with a fibrous material, insulating fine particles and a fibrous material (further, as needed) Other fine particles) may be dispersed and bound by a binder. Furthermore, the aspect which combined the aspect of (a) or (b), and the aspect of (c), ie, the porous film which concerns on the separator of the aspect of (a) or (b) is integrated with at least one of a positive electrode and a negative electrode It may be a simplified form.
また、(a)または(b)の態様と(d)の態様とを合わせた態様、すなわち、樹脂製の微多孔性フィルムと一体化する多孔質膜が、(a)または(b)の態様のセパレータに係る多孔質膜であってもよい。更に、(a)または(b)の態様と、(c)の態様と、(d)の態様とを合わせた態様、すなわち、樹脂製の微多孔性フィルムと一体化する多孔質膜が、(a)または(b)の態様のセパレータに係る多孔質膜であり、この多孔質膜が正極および負極の少なくとも一方と一体化された形態であってもよい。 Further, the aspect in which the aspect of (a) or (b) and the aspect of (d) are combined, that is, the porous film integrated with the resin-made microporous film is the aspect of (a) or (b). A porous film according to the separator may be used. Furthermore, the aspect which combined the aspect of (a) or (b), the aspect of (c), and the aspect of (d), ie, the porous membrane integrated with the resin-made microporous film, ( A porous film according to the separator of the aspect of a) or (b), and the porous film may be integrated with at least one of the positive electrode and the negative electrode.
なお、前記多孔質膜と前記微多孔性フィルムとを有し、これらが一体化した構成のセパレータにおいては、多孔質膜と微多孔性フィルムとは、それぞれ1枚ずつである必要はなく、複数枚でセパレータを構成していてもよい。例えば、多孔質膜の両面に微多孔性フィルムを配置した構成としたり、微多孔性フィルムの両面に多孔質膜を配置した構成としてもよい。ただし、多孔質膜と微多孔性フィルムとの合計枚数を増やしすぎると、セパレータの厚みを増やして電池の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので好ましくなく、セパレータ中の多孔質膜と微多孔性フィルムとの合計枚数は5枚以下であることが好ましい。 In the separator having the porous membrane and the microporous film and integrated with each other, the porous membrane and the microporous film do not need to be one each, You may comprise the separator with the sheet | seat. For example, it is good also as a structure which has arrange | positioned the microporous film on both surfaces of the porous film, or the structure which has arrange | positioned the porous film on both surfaces of the microporous film. However, if the total number of the porous film and the microporous film is excessively increased, the thickness of the separator is increased, which may increase the internal resistance of the battery and decrease the energy density. The total number of the membrane and the microporous film is preferably 5 or less.
電池の短絡防止効果をより高め、セパレータの強度を確保して、その取り扱い性を良好とする観点から、セパレータの厚みは、例えば、3μm以上とすることが好ましく、5μm以上とすることがより好ましい。他方、電池のエネルギー密度をより高める観点からは、セパレータの厚みは、50μm以下とすることが好ましく、30μm以下とすることがより好ましい。多孔質膜のみでセパレータを構成する場合には、多孔質膜の厚みが、前記のセパレータの好適厚みを満足するようにすればよい。 The thickness of the separator is preferably 3 μm or more, and more preferably 5 μm or more, from the viewpoint of further enhancing the effect of preventing short-circuiting of the battery, ensuring the strength of the separator, and improving its handleability. . On the other hand, from the viewpoint of further increasing the energy density of the battery, the thickness of the separator is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. In the case where the separator is constituted only by the porous membrane, the thickness of the porous membrane may be set so as to satisfy the preferable thickness of the separator.
他方、前記多孔質膜と前記微多孔性フィルムとを有するセパレータの場合には、多孔質膜の厚みをX(μm)、微多孔性フィルムの厚みをY(μm)としたとき、XとYとの比率Y/Xを1〜10としつつ、セパレータ全体の厚みが前記好適値を満足するようにすることが好ましい。Y/Xが大きすぎると、多孔質膜が薄くなりすぎて、例えば、微多孔性フィルムの高温時での寸法安定性が劣る場合に、その熱収縮を抑制する効果が小さくなる虞がある。また、Y/Xが小さすぎると、多孔質膜が厚くなりすぎて、セパレータ全体の厚みを増大させ、負荷特性などの電池特性の低下を引き起こす虞がある。なお、セパレータが、多孔質膜を複数枚有する場合には、厚みXはその総厚みであり、微多孔性フィルムを複数枚有する場合には、厚みYはその総厚みである。 On the other hand, in the case of a separator having the porous film and the microporous film, when the thickness of the porous film is X (μm) and the thickness of the microporous film is Y (μm), X and Y It is preferable that the thickness of the entire separator satisfies the above-mentioned preferred value while the ratio Y / X is 1 to 10. When Y / X is too large, the porous film becomes too thin, and for example, when the dimensional stability of the microporous film at high temperatures is poor, the effect of suppressing the thermal shrinkage may be reduced. On the other hand, if Y / X is too small, the porous membrane becomes too thick, increasing the thickness of the entire separator, and possibly causing deterioration of battery characteristics such as load characteristics. When the separator has a plurality of porous films, the thickness X is the total thickness, and when the separator has a plurality of microporous films, the thickness Y is the total thickness.
具体的な値で表現すると、微多孔性フィルムの厚み(セパレータが微多孔性フィルムを複数枚有する場合には、その総厚み)は、5μm以上であることが好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。そして、多孔質膜の厚み(セパレータが多孔質膜を複数枚有する場合には、その総厚み)は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることが更に好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、6μm以下であることがより好ましい。 In terms of specific values, the thickness of the microporous film (when the separator has a plurality of microporous films, the total thickness) is preferably 5 μm or more, and 30 μm or less. Is preferred. The thickness of the porous film (when the separator has a plurality of porous films, the total thickness) is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and more preferably 4 μm or more. More preferably, it is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 6 μm or less.
また、セパレータの空孔率は、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。
P = Σaiρi /(m/t) (1)
ここで、前記式中、ai:質量%で表した成分iの比率、ρi:成分iの密度(g/cm3)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm2)、t:セパレータの厚み(cm)、である。
In addition, the porosity of the separator is preferably 20% or more, and preferably 30% or more in a dried state in order to ensure the amount of electrolyte retained and improve ion permeability. More preferred. On the other hand, from the viewpoint of ensuring the strength of the separator and preventing internal short circuit, the porosity of the separator is preferably 70% or less, more preferably 60% or less, in a dry state. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum of each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following equation (1).
P = Σa i ρ i / (m / t) (1)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i expressed by mass%, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of separator (g / cm 2 ), t: thickness of separator (cm).
なお、前記多孔質膜と前記微多孔性フィルムとを有するセパレータの場合には、前記(1)式において、mを多孔質膜の単位面積あたりの質量(g/cm2)とし、tを多孔質膜の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて多孔質膜の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質膜の空孔率は、20%以上(より好ましくは30%以上)、70%以下(より好ましくは60%以下)であることが好ましい。 In the case of a separator having the porous film and the microporous film, in the formula (1), m is the mass per unit area of the porous film (g / cm 2 ), and t is porous. By setting the thickness (cm) of the porous film, the porosity: P (%) of the porous film can also be obtained using the equation (1). The porosity of the porous membrane obtained by this method is preferably 20% or more (more preferably 30% or more) and 70% or less (more preferably 60% or less).
また、前記(1)式において、mを微多孔性フィルムの単位面積あたりの質量(g/cm2)とし、tを微多孔性フィルムの厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて微多孔性フィルムの空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる微多孔性フィルムの空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 Further, in the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the microporous film, and t is the thickness (cm) of the microporous film. Can also be used to determine the porosity of the microporous film: P (%). It is preferable that the porosity of the microporous film calculated | required by this method is 30 to 70%.
更に、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、セパレータの突き敗れによる短絡が発生する虞がある。 Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too low, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated.
また、セパレータの透気度は、JIS P 8117に準拠した方法で測定され、0.879g/mm2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10〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、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。 The air permeability of the separator is measured by a method according to JIS P 8117, and is 10 to 300 sec as a Gurley value indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2. It is desirable to be. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, and if it is too low, the strength of the separator may be reduced.
前記の突き刺し強度や透気度は、これまでに説明した構成のセパレータとすることで確保できる。 The piercing strength and air permeability can be ensured by using the separator having the configuration described so far.
本発明のセパレータの製造方法としては、例えば、下記の(I)、(II)の方法が採用できる。(I)の方法は、150℃で実質的に変形しないイオン透過性のシート状物に、絶縁性微粒子および有機バインダを含む多孔質膜形成用組成物(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 a method for producing the separator of the present invention, for example, the following methods (I) and (II) can be employed. In the method (I), after applying or impregnating a composition for forming a porous film (slurry or the like) containing insulating fine particles and an organic binder on an ion-permeable sheet-like material that does not substantially deform at 150 ° C. The manufacturing method is to dry at a predetermined temperature.
すなわち、(I)の方法でいう「シート状物」には、繊維状物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、前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種で構成される織布や、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不織布などの不織布などが例示できる。 That is, the “sheet-like material” referred to in the method (I) corresponds to a sheet-like material composed of fibrous materials (various woven fabrics, nonwoven fabrics, etc.). Specifically, a woven fabric composed of at least one kind of fibrous material containing the above-mentioned exemplified materials as constituent components, a porous sheet such as a nonwoven fabric having a structure in which these fibrous materials are entangled with each other, and the like. It is done. 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.) and PAN non-woven fabric can be exemplified.
前記の多孔質膜形成用組成物は、絶縁性微粒子およびバインダ、更には必要に応じて、熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子などを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む、以下同じ)に分散させたものである(バインダについては溶媒に溶解していてもよい)。多孔質膜形成用組成物に用いられる溶媒は、絶縁性微粒子や熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子を均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素;テトラヒドロフランなどのフラン類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類;など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良い。また、バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、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 composition for forming a porous film contains insulating fine particles and a binder, and further contains heat-meltable fine particles, swellable fine particles, etc., if necessary, in a solvent (including a dispersion medium, the same applies hereinafter). (The binder may be dissolved in a solvent). The solvent used in the composition for forming a porous film may be any solvent that can uniformly disperse insulating fine particles, heat-meltable fine particles, and swellable fine particles, and can uniformly dissolve or disperse the organic binder. Organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as toluene, furans such as tetrahydrofuran; ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; 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 is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, an alcohol (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) is added as appropriate to the interface. The tension can also be controlled.
前記の多孔質膜形成用組成物では、絶縁性微粒子、バインダ、熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子などを含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが好ましい。 In the composition for forming a porous film, the solid content including insulating fine particles, binder, hot-melt fine particles, swellable fine particles and the like is preferably set to 10 to 80% by mass, for example.
前記シート状物が、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、絶縁性微粒子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、絶縁性微粒子以外の微粒子(熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子など)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より好ましい。このような構造とすることで、絶縁性微粒子以外の微粒子を用いることによる作用(熱溶融性微粒子や膨潤性微粒子であればシャットダウン機能)がより有効に発揮されるようになる。シート状物の空隙内に絶縁性微粒子や熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子などを存在させるには、例えば、前記の多孔質膜形成用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、余分な多孔質膜形成用組成物を除去し、その後乾燥するなどの工程を経ればよい。 When the sheet-like material is composed of a fibrous material such as paper, PP nonwoven fabric, polyester nonwoven fabric or the like, and the opening diameter of the gap is relatively large (for example, the opening diameter of the gap). This is likely to cause a short circuit of the battery. Therefore, in this case, it is preferable to have a structure in which some or all of the insulating fine particles are present in the voids of the sheet-like material. Further, it is more preferable that a part or all of fine particles (such as heat-meltable fine particles and swellable fine particles) other than the insulating fine particles exist in the voids of the sheet-like material. By adopting such a structure, the effect of using fine particles other than insulating fine particles (shutdown function in the case of hot-melt fine particles or swellable fine particles) is more effectively exhibited. In order to make insulating fine particles, heat-meltable fine particles, swellable fine particles, etc. exist in the voids of the sheet-like material, for example, after impregnating the porous film-forming composition into the sheet-like material, a certain gap The excess porous film-forming composition may be removed and then dried.
本発明のセパレータの(II)の製造方法は、前記の多孔質膜形成用組成物に、必要に応じて更に繊維状物を含有させ、これをフィルムや金属箔などの基材上、電極(正極または負極)上、または微多孔性フィルム上に塗布し、所定の温度で乾燥して多孔質膜を形成する方法である。なお、前記の基材上に多孔質膜を形成した場合には、必要に応じて該基材から多孔質膜を剥離する。 In the separator (II) production method of the present invention, the above-mentioned composition for forming a porous film further contains a fibrous material as necessary, and this is applied to a substrate such as a film or a metal foil on an electrode ( It is a method of forming a porous film by coating on a positive electrode or a negative electrode) or on a microporous film and drying at a predetermined temperature. In addition, when a porous film is formed on the base material, the porous film is peeled from the base material as necessary.
(II)の方法で使用する多孔質膜形成用組成物は、必要に応じて繊維状物を含有させる点を除き、(I)の方法で用いる多孔質膜形成用組成物と同じである。また、(II)の方法で得られるセパレータにおいても、繊維状物を含有させる場合は繊維状物で形成されるシート状物の空隙内に、絶縁性微粒子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 composition for forming a porous film used in the method (II) is the same as the composition for forming a porous film used in the method (I) except that a fibrous material is contained as necessary. Further, in the separator obtained by the method (II), when the fibrous material is contained, a structure in which part or all of the insulating fine particles are present in the voids of the sheet material formed of the fibrous material and It is desirable to do.
また、セパレータ(多孔質膜)中において、絶縁性微粒子として板状粒子を用いた場合、その配向性を高めるには、前記多孔質膜形成用成物を含浸させたシート状物において、該組成物にシェアをかければよい。例えば、(I)の製造方法においては、絶縁性微粒子などをシート状物の空隙内に存在させる方法として上述した多孔質膜形成用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方法により、多孔質膜形成用組成物にシェアをかけることが可能であり、絶縁性微粒子の配向性を高めることができる。 In the case where plate-like particles are used as insulating fine particles in the separator (porous film), in order to increase the orientation, the composition in the sheet-like material impregnated with the porous film-forming composition is used. You just need to share things. For example, in the production method (I), after impregnating the porous film-forming composition described above as a method for causing insulating fine particles or the like to exist in the voids of the sheet-like material, a certain gap is formed. By passing the composition, it is possible to share the composition for forming a porous film, and the orientation of the insulating fine particles can be improved.
また、セパレータ中において、板状の絶縁性微粒子の配向性をより高めるには、前記のシェアをかける方法以外にも、高固形分濃度(例えば50〜80質量%)の多孔質膜形成用組成物を使用する方法;絶縁性微粒子を溶媒に、ディスパー、アジター、ホモジナイザー、ボールミル、アトライター、ジェットミルなどの各種混合・攪拌装置、分散装置などを用いて分散させ、得られた分散体にバインダ(更に、必要に応じて繊維状物、熱溶融性微粒子、膨潤性微粒子など)を添加・混合して調製した多孔質膜形成用組成物を使用する方法;表面に油脂類、界面活性剤、シランカップリング剤などの分散性剤を作用させて、表面を改質した絶縁性微粒子を用いて調製した多孔質膜形成用組成物を使用する方法;形状、径またはアスペクト比の異なる絶縁性微粒子を併用して調製した多孔質膜形成用組成物を使用する方法;多孔質膜形成用組成物をシート状物に塗布・含浸させたり、基材上に塗布したりした後の乾燥条件を制御する方法;セパレータを加圧や加熱加圧プレスする方法;多孔質膜形成用組成物をシート状物に塗布・含浸させたり、基材上に塗布したりした後、乾燥前に磁場をかける方法;などが採用でき、これらの方法をそれぞれ単独で実施してもよく、2種以上の方法を組み合わせて実施してもよい。 In addition, in order to further enhance the orientation of the plate-like insulating fine particles in the separator, a composition for forming a porous film having a high solid content concentration (for example, 50 to 80% by mass) other than the above-described method of applying a share. Dispersing insulating fine particles in a solvent using various mixing / stirring devices such as dispersers, agitators, homogenizers, ball mills, attritors, jet mills, dispersing devices, etc., and binding to the resulting dispersion (Furthermore, a method of using a composition for forming a porous film prepared by adding and mixing fibrous materials, heat-meltable fine particles, swellable fine particles, etc., if necessary; oils and fats on the surface, surfactants, A method of using a porous film-forming composition prepared using insulating fine particles whose surface has been modified by the action of a dispersing agent such as a silane coupling agent; different shape, diameter or aspect ratio Using a composition for forming a porous film prepared by using in combination with insulating fine particles; after applying or impregnating a composition for forming a porous film on a sheet or coating on a substrate A method for controlling drying conditions; a method for pressurizing or heating and pressing a separator; a composition for forming a porous film is applied and impregnated on a sheet or coated on a substrate, and then dried. The method of applying a magnetic field; etc. can be employed, and these methods can be carried out independently or in combination of two or more methods.
本発明の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、その他の構成、構造については、従来公知の構成、構造が採用できる。 The lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited as long as it has the separator of the present invention, and conventionally known configurations and structures can be adopted for other configurations and structures.
リチウム二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。 Examples of the form of the lithium secondary battery include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.
正極としては、従来公知のリチウム二次電池に用いられている正極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、Li1+xMO2(−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;LiMn2O4などのリチウムマンガン酸化物;LiMn2O4のMnの一部を他元素で置換したLiMnxM(1−x)O2;オリビン型LiMPO4(M:Co、Ni、Mn、Fe);LiMn0.5Ni0.5O2;Li(1+a)MnxNiyCo(1−x−y)O2(−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(すなわち、正極合剤層)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 lithium secondary battery, that is, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. 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 manganese such as LiMn 2 O 4 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. The positive electrode mixture is formed from a current collector as a core material (ie, Such as those finished electrode mixture layer) may 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よい。 The lead portion on the positive electrode side is normally provided by leaving the exposed portion of the current collector without forming the positive electrode mixture layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of producing the positive electrode. However, the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.
負極としては、従来公知のリチウム二次電池に用いられている負極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si,Sn、Ge,Bi,Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどの結着剤などを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたものや、前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に形成したものなどの負極剤層を有するものが用いられる。 The negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventionally known lithium secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and their alloys, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. A negative electrode mixture obtained by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials, and a molded body (negative electrode mixture layer) using a current collector as a core material And those having a negative electrode agent layer such as those made of the above-mentioned various alloys and lithium metal foils 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、負極合剤層を含む)を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、この負極側のリード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体に銅製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。 As with the lead portion on the negative electrode side, the negative electrode layer (including a layer having a negative electrode active material and a negative electrode mixture layer) is usually formed on a part of the current collector during the preparation of the negative electrode. Without leaving the exposed portion of the current collector, it is provided as a lead portion. However, the lead portion on the negative electrode side is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting a copper foil or the like to the current collector later.
電極は、前記の正極と前記の負極とを、本発明のセパレータを介して積層した積層構造の電極群や、更にこれを巻回した巻回構造の電極群の形態で用いることができる。 The electrode can be used in the form of an electrode group having a laminated structure in which the positive electrode and the negative electrode are laminated via the separator of the present invention, or a wound structure electrode group in which the electrode is wound.
電解液(有機電解液)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、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6 、LiSbF6 などの無機リチウム塩;LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≧2)、LiN(RfOSO2)2〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 As the electrolytic solution (organic electrolytic solution), as described above, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and 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、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトン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 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.
また、前記の有機溶媒の代わりに、エチル−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、へプチル−トリメチルアンモニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、ピリジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、グアジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミドといった常温溶融塩を用いることもできる。 Also, instead of the organic solvent, melting at room temperature such as ethyl-methylimidazolium trifluoromethylsulfonium imide, heptyl-trimethylammonium trifluoromethylsulfonium imide, pyridinium trifluoromethylsulfonium imide, guanidinium trifluoromethylsulfonium imide A salt can also be used.
更に、前記の電解液を含有してゲル化するような高分子材料を添加して、電解液をゲル状にして電池に用いてもよい。電解液をゲル状とするための高分子材料としては、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)、PAN、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、主鎖または側鎖にエチレンオキシド鎖を有する架橋ポリマー、架橋したポリ(メタ)アクリル酸エステルなど、公知のゲル状電解質形成可能なホストポリマーが挙げられる。 Furthermore, a polymer material that contains the electrolytic solution and gels may be added, and the electrolytic solution may be gelled and used for the battery. Polymer materials for making the electrolyte into a gel include PVDF, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), PAN, polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer, main Examples of the host polymer capable of forming a known gel electrolyte such as a cross-linked polymer having an ethylene oxide chain in a chain or a side chain, and a cross-linked poly (meth) acrylic ester.
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い。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
なお、後記の各実施例・比較例で使用したバインダの引張強度、引張弾性率および破断伸びは、エマルジョンの形態のバインダをJIS K 7113に規定の2号形試験片作製用のダンベル型に入れ、25℃で170時間乾燥した後、50℃で12時間、80℃で2時間、120℃で15時間の各乾燥を段階的に行って溶媒を除去して、厚み1〜3mmの試験片とし、これを、オリエンテック社製「テンシロン UCT−5T型」を用いて、引張速度5mm/minの条件で測定して求めた値である。 The tensile strength, tensile modulus, and elongation at break of the binders used in each of the examples and comparative examples described below are as follows. The binder in the form of an emulsion is placed in a dumbbell type for preparing No. 2 type test pieces defined in JIS K 7113. After drying at 25 ° C. for 170 hours, the solvent is removed stepwise by drying at 50 ° C. for 12 hours, 80 ° C. for 2 hours, and 120 ° C. for 15 hours to obtain a test piece having a thickness of 1 to 3 mm. This is a value obtained by measurement under the condition of a tensile speed of 5 mm / min using “Tensilon UCT-5T type” manufactured by Orientec.
実施例1
<セパレータの作製>
絶縁性微粒子である板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)1000gと水1000gとのスラリーを卓上ボールミルにて6日間分散を行った後、バインダとして、カルボキシル基が付加した構造を有するオレフィン系重合体(数平均分子量5000)と、アミノ基が付加した構造を有するオレフィン系重合体(数平均分子量4000)との混合物のエマルジョン(固形分として、絶縁性微粒子100質量部に対して3質量部)を添加し、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(多孔質膜形成用組成物)を得た。なお、実施例1で使用したバインダは、引張強度21MPa、引張弾性率170MPa、破断伸び290%であり、バインダ(A)に該当する。
Example 1
<Preparation of separator>
An olefin having a structure in which a slurry of 1000 g of plate-like boehmite (average particle size 1 μm, aspect ratio 10), which is an insulating fine particle, and water 1000 g is dispersed for 6 days in a table-top ball mill, and a carboxyl group is added as a binder. Emulsion of a mixture of a polymer (number average molecular weight 5000) and an olefin polymer having a structure to which an amino group is added (number average molecular weight 4000) (as solid content, 3 mass per 100 mass parts of insulating fine particles) Part) and stirred and dispersed with a three-one motor for 1 hour to obtain a uniform slurry (a composition for forming a porous film). The binder used in Example 1 has a tensile strength of 21 MPa, a tensile elastic modulus of 170 MPa, and a breaking elongation of 290%, and corresponds to the binder (A).
前記のスラリー中に、厚みが15μmのPET製不織布を通し、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60℃15時間減圧乾燥して、厚みが20μmのセパレータを得た。 A non-woven fabric made of PET having a thickness of 15 μm is passed through the slurry, and after applying the slurry by pulling up, the slurry is passed through a gap having a predetermined interval, and then dried under reduced pressure at 60 ° C. for 15 hours to have a thickness of 20 μm. A separator was obtained.
実施例1のセパレータについて、絶縁性微粒子の比重を3g/cm3、バインダの比重を1g/cm3、PET製不織布に係るPETの比重を1.38g/cm3として算出した絶縁性微粒子の体積含有率は43.5%である。 For the separator of Example 1, the volume of the insulating fine particles calculated with the specific gravity of the insulating fine particles being 3 g / cm 3 , the specific gravity of the binder being 1 g / cm 3 , and the specific gravity of the PET relating to the PET nonwoven fabric being 1.38 g / cm 3 The content is 43.5%.
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO2:85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、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、活物質塗布長が表面320mm、裏面250mになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダ処理を行って、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340mm、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付けを行った。
<Preparation of positive electrode>
85 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of PVDF as a binder are uniformly mixed with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. It mixed so that positive electrode mixture containing paste might be prepared. This paste was intermittently applied to both sides of a 15 μm thick aluminum foil serving as a current collector so that the active material application length was 320 mm on the front surface and 250 m on the back surface, dried, and then subjected to a calendering treatment to obtain a total thickness. The thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted to 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 340 mm and a width of 43 mm. Further, the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode was tabbed.
<負極の作製>
負極活物質である黒鉛:90質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。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付けを行った。
<Production of negative electrode>
A negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 90 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent. This negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied on both sides of a 10 μm thick collector made of copper foil so that the active material application length is 320 mm on the front surface and 260 mm on the back surface, dried, and then calendered. 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 attached to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode.
<電池の組み立て>
前記のようにして得られた正極と負極とを、前記のセパレータを介して重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回構造の電極群とした。この電極群を押しつぶして扁平状にし、厚み4.2mm、幅34mmの角形状の電池ケース内に挿入し、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、LiPF6を1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入し、電池ケースの開口部を定法に従って封止し、リチウム二次電池を作製した。電池組み立て後の予備充電(化成時充電)では、電池の定格容量750mAhに対して20%にあたる電気量となるように、150mAで4.2Vまでの定電流充電と、その後4.2Vでの定電圧充電を、合計6時間行い、その後、150mAで3Vまで定電流放電を行った。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode obtained as described above were overlapped via the separator and wound in a spiral shape to obtain a wound electrode group. This electrode group is crushed into a flat shape, inserted into a rectangular battery case having a thickness of 4.2 mm and a width of 34 mm, and an electrolyte solution (in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2, A solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.2 mol / l) was injected, and the opening of the battery case was sealed in accordance with a standard method to produce a lithium secondary battery. In pre-charging (charging at the time of chemical conversion) after battery assembly, constant current charging up to 4.2 V at 150 mA and then constant voltage at 4.2 V are performed so that the amount of electricity is 20% of the rated capacity of 750 mAh. Voltage charging was performed for a total of 6 hours, and then a constant current discharge was performed up to 3 V at 150 mA.
実施例2
バインダを、引張強度1.4MPa、引張弾性率0.4MPa、破断伸び440%のアクリル酸基含有ポリアクリレート架橋体(架橋構造を有するアクリレート共重合体)に変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例2で用いたバインダは、自己架橋型のアクリレート共重合体を多孔質層形成用のスラリーに添加し、乾燥により架橋構造を有するアクリレート共重合体となったものであり、バインダ(B)に該当する。
Example 2
Example 1 except that the binder was changed to an acrylic acid group-containing polyacrylate crosslinked product (acrylate copolymer having a crosslinked structure) having a tensile strength of 1.4 MPa, a tensile elastic modulus of 0.4 MPa, and a breaking elongation of 440%. Thus, a separator was produced. The binder used in Example 2 was obtained by adding a self-crosslinking acrylate copolymer to a slurry for forming a porous layer and drying to obtain an acrylate copolymer having a crosslinked structure. Binder (B) It corresponds to.
前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。 A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
実施例3
負極活物質である黒鉛:90質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に塗布し、乾燥した後カレンダ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た。得られた負極の上に、実施例1で調製したものと同じスラリー(多孔質膜形成用組成物)をアプリケータにて塗布し、その後60℃15時間減圧乾燥して、セパレータ部の厚みが20μmの負極一体型セパレータを得た。
Example 3
A negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 90 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent. This negative electrode mixture-containing paste was applied to both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil, dried, and then calendered to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer so that the total thickness was 142 μm. . On the obtained negative electrode, the same slurry (the composition for forming a porous film) as that prepared in Example 1 was applied with an applicator, and then dried under reduced pressure at 60 ° C. for 15 hours. A 20 μm negative electrode integrated separator was obtained.
前記の負極一体型セパレータのセパレータ面と、実施例1と同様にして作製した正極とを重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回構造の電極群とし、これを扁平状に押しつぶした。この扁平状の巻回構造の電極群を用いた以外は実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。 The separator surface of the negative electrode integrated separator and the positive electrode produced in the same manner as in Example 1 were superposed and wound into a spiral shape to form a wound electrode group, which was crushed flat. A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this flat wound electrode group was used.
実施例4
実施例1で調製したものと同じスラリー(多孔質膜形成用組成物)をPE製微多孔フィルム(厚み16μm、空孔率40%)上にマイクログラビアコーターを用いて塗布し、厚みが20μmのセパレータを得た。
Example 4
The same slurry (composition for forming a porous film) as that prepared in Example 1 was applied onto a microporous film made of PE (thickness 16 μm, porosity 40%) using a micro gravure coater, and the thickness was 20 μm. A separator was obtained.
前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。 A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
比較例1
バインダを、引張強度4MPa、引張弾性率25MPa、破断伸び260%のSBRに変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
Comparative Example 1
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the binder was changed to SBR having a tensile strength of 4 MPa, a tensile elastic modulus of 25 MPa, and a breaking elongation of 260%.
前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。 A lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
実施例1〜4および比較例1のリチウム二次電池について、下記の放電容量割合測定を行った。その結果を、電池に使用したセパレータの引張特性と併せて表1に示す。 The lithium secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were subjected to the following discharge capacity ratio measurement. The results are shown in Table 1 together with the tensile properties of the separator used in the battery.
<放電容量割合>
実施例1〜4および比較例1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、得られた放電容量の充電容量に対する割合、すなわち放電容量割合(%)を求めた。なお放電容量割合はそれぞれ電池10個の平均値として求めた。
<Discharge capacity ratio>
About the batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, constant current charging at 0.2 C (up to 4.2 V) and charging by constant voltage charging at 4.2 V (total time of constant current charging and constant voltage charging 15 Thereafter, discharging was performed at 0.2 C up to 3.0 V, and the ratio of the obtained discharge capacity to the charge capacity, that is, the discharge capacity ratio (%) was determined. The discharge capacity ratio was determined as an average value of 10 batteries.
表1から分かるように、バインダ(A)にもバインダ(B)にも該当しない引張特性のバインダを用いて形成した多孔質膜からなるセパレータを備えた比較例1のリチウム二次電池は、放電容量割合が91.7%で良好な信頼性を有しており、十分な実用性を備えているものである。しかし、引張強度10MPa以上で、かつ引張弾性率100MPa以上のバインダ(A)を用いて形成した多孔質膜からなるか、または前記多孔質膜を有するセパレータを備えた実施例1、実施例3および実施例4のリチウム二次電池、並びに、破断伸びが300%以上のバインダ(B)を用いて形成した多孔質膜からなるセパレータを備えた実施例2のリチウム二次電池では、放電容量割合が99%を上回っており、比較例1の電池を上回る非常に良好な信頼性を有している。 As can be seen from Table 1, the lithium secondary battery of Comparative Example 1 including a separator made of a porous film formed using a binder having a tensile property that does not correspond to the binder (A) or the binder (B) is discharged. The capacity ratio is 91.7%, and it has good reliability and has sufficient practicality. However, Example 1, Example 3 comprising a porous film formed using a binder (A) having a tensile strength of 10 MPa or more and a tensile elastic modulus of 100 MPa or more, or provided with a separator having the porous film. In the lithium secondary battery of Example 4 and the lithium secondary battery of Example 2 including a separator made of a porous film formed using a binder (B) having a breaking elongation of 300% or more, the discharge capacity ratio is It exceeds 99% and has a very good reliability over the battery of Comparative Example 1.
すなわち、バインダ(A)を用いた多孔質膜からなるか、または前記多孔質膜を有するセパレータを備えた電池(実施例1、実施例3および実施例4)では、繊維状物と絶縁性微粒子との接着性、および絶縁性微粒子同士の接着性が向上して、巻回構造の電極群の最内周部におけるセパレータのひび割れや絶縁性微粒子の剥離が抑制されて、リチウムデンドライト析出による微小な短絡が高度に抑制されているため、放電容量割合が向上している。また、バインダ(B)を用いた多孔質膜からなるセパレータを備えた電池(実施例2)では、セパレータの柔軟性が向上して、巻回構造の電極群の最内周部におけるセパレータのひび割れや絶縁性微粒子の剥離が抑制されて、リチウムデンドライト析出による微小な短絡が高度に抑制されているため、放電容量割合が向上している。 That is, in a battery (Example 1, Example 3 and Example 4) comprising a porous film using a binder (A) or provided with a separator having the porous film, the fibrous material and the insulating fine particles And adhesion between insulating fine particles are improved, and cracking of the separator and peeling of the insulating fine particles at the innermost peripheral portion of the electrode group having a wound structure are suppressed, and minute densification due to lithium dendrite precipitation is suppressed. Since the short circuit is highly suppressed, the discharge capacity ratio is improved. Further, in the battery (Example 2) provided with the separator made of the porous film using the binder (B), the flexibility of the separator is improved, and the crack of the separator in the innermost peripheral portion of the electrode group having the wound structure is achieved. In addition, since the exfoliation of the insulating fine particles is suppressed and a minute short circuit due to lithium dendrite precipitation is highly suppressed, the discharge capacity ratio is improved.
Claims (14)
前記バインダとして、架橋構造を有する(メタ)アクリレート共重合体であり、破断伸びが300%以上のバインダ(B)を、0.5体積%以上、15体積%以下の割合で有することを特徴とする多孔質膜。 At least composed of insulating fine particles and binder that are stable with respect to the organic electrolyte,
As the binder, a (meth) acrylate copolymer having a crosslinked structure, the elongation at break of 300% or more of the binder (B), 0.5% by volume or more, and characterized in that it has a proportion of 15 vol% or less Porous membrane.
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