JP5767222B2 - リチウムイオン二次電池用セパレータ及びそれを用いてなるリチウムイオン二次電池 - Google Patents
リチウムイオン二次電池用セパレータ及びそれを用いてなるリチウムイオン二次電池 Download PDFInfo
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Description
(2)溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重平均繊維長が0.20〜2.00mmである(1)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(3)溶剤紡糸セルロース繊維が、その長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、0.00〜1.00mmの間に最大頻度ピークを有し、1.00mm以上の長さ加重繊維長を有する繊維の割合が10%以上である(1)又は(2)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(4)溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、1.00〜2.00mmの間における0.05mm毎の長さ加重繊維長を有する繊維の割合の傾きが−3.0以上−0.5以下である(3)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(5)溶剤紡糸セルロース繊維が、その長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、0.00〜1.00mmの間に最大頻度ピークを有し、1.00mm以上の長さ加重繊維長を有する繊維の割合が50%以上である(1)又は(2)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(6)溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、最大頻度ピーク以外に1.50〜3.50mmの間にピークを有する(5)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(7)溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重平均繊維長が0.50〜1.25mmであり、平均カール度が25以下である(1)又は(2)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(8)さらに、多孔質シートが、ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度0.1%にした以外はJIS P8121に準拠して測定した変法濾水度0〜400mlのフィブリル化天然セルロース繊維を20質量%以下含有してなる(1)〜(7)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(9)さらに、多孔質シートが、カルボキシメチルセルロースを含有してなる(1)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(10)多孔質シートが、合成繊維の少なくとも1種として、熱融着成分及び非熱融着成分からなる芯鞘型熱融着繊維を含有してなる(1)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(11)芯鞘型熱融着繊維の芯部がポリエチレンテレフタレートであり、鞘部がポリエステル共重合体である(10)に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(12)多孔質シートが熱処理されてなる(10)又は(11)記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(13)多孔質シートの平均ポア径が0.10μm以上、かつ、最大ポア径が6.0μm以下である(1)〜(12)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(14)多孔質シートにおいて、JIS B7502に規定された方法により測定した値(5N荷重時の外側マイクロメーターにより測定されたシートの厚み)が6〜50μmである(1)〜(12)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(15)多孔質シートの坪量が5〜40g/m2である(1)〜(12)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(16)合成繊維の平均繊維径が0.1〜20μmである(1)〜(15)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(17)多孔質シートが多層構造からなり、少なくとも二層以上が変法濾水度0〜250mlの溶剤紡糸セルロース繊維を必須成分として含有した層である(1)に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
(18)(1)〜(17)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータを用いてなるリチウムイオン二次電池。
<繊維A1>
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、変法濾水度0mlの溶剤紡糸セルロース繊維を繊維A1とした。
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、変法濾水度120mlの溶剤紡糸セルロース繊維を繊維A2とした。
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、変法濾水度250mlの溶剤紡糸セルロース繊維を繊維A3とした。
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、変法濾水度260mlの溶剤紡糸セルロース繊維を繊維A4とした。
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、変法濾水度350mlの溶剤紡糸セルロース繊維を繊維A5とした。
平均繊維径3μm、繊維長3mmのポリエチレンテレフタレート繊維を合成繊維B1とした。
平均繊維径5μm、繊維長3mmのアクリル繊維を合成繊維B2とした。
平均繊維径4μm、繊維長3mmのポリプロピレン繊維を合成繊維B3とした。
平均繊維径10μm、繊維長5mmの芯部がポリエチレンテレフタレート(融点253℃)、鞘部がポリエチレンテレフタレート−イソフタレート共重合体(軟化点75℃)のポリエステル系芯鞘型熱融着繊維を合成繊維B4とした。
平均繊維径20μm、繊維長5mmのポリエチレンテレフタレート繊維を合成繊維B5とした。
平均繊維径22μm、繊維長5mmのポリエチレンテレフタレート繊維を合成繊維B6とした。
平均繊維径0.1μm、繊維長2mmのポリエチレンテレフタレート繊維を合成繊維B7とした。
平均繊維径0.08μm、繊維長2mmのポリエチレンテレフタレート繊維を合成繊維B8とした。
高圧ホモジナイザーを用いてリンターを処理し、変法濾水度0mlのフィブリル化天然セルロース繊維C1を作製した。
高圧ホモジナイザーを用いてリンターを処理し、変法濾水度270mlのフィブリル化天然セルロース繊維C2を作製した。
高圧ホモジナイザーを用いてリンターを処理し、変法濾水度400mlのフィブリル化天然セルロース繊維C3を作製した。
高圧ホモジナイザーを用いてリンターを処理し、変法濾水度500mlのフィブリル化天然セルロース繊維C4を作製した。
リファイナーを用いて平均繊維径10μm、繊維長3mmのパラ系全芳香族ポリアミドを処理し、変法濾水度500mlのフィブリル化パラ系全芳香族ポリアミド繊維を繊維D1とした。
平均繊維径7μmの麻繊維を繊維E1とした。
「PET」:ポリエチレンテレフタレート繊維
「AA」:アクリル繊維
「PP」:ポリプロピレン繊維
「PET/PEs−C」:ポリエステル系芯鞘型熱融着繊維
「PA」:フィブリル化パラ系全芳香族ポリアミド繊維
<セパレータ>
表1に示した原料と含有量に従って、抄紙用スラリーを調製し、円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、実施例1〜24及び比較例1〜9のセパレータを作製した。厚みは室温でカレンダー処理して調整した。また、多孔性ポリエチレンフィルム(厚み22μm、空孔率40%)を比較例10のセパレータとした。
[負極1の作製]
天然黒鉛97質量%、ポリフッ化ビニリデン3質量%を混合し、これをN−メチル−2−ピロリドンに分散させたスラリーを調製し、厚み15μmの銅箔の両面に塗布して圧延した後、150℃で2時間真空乾燥して、厚み100μmのリチウムイオン二次電池用負極を作製し、これを負極1とした。
LiMn2O4を95質量%、アセチレンブラック2質量%、ポリフッ化ビニリデン3質量%を混合し、これをN−メチル−2−ピロリドンに分散させたスラリーを調製し、厚み20μmのアルミニウム箔の両面に塗布して圧延した後、150℃で2時間真空乾燥して、厚み100μmのリチウムイオン二次電池用正極を作製し、これを正極1とした。
負極1と正極1とを、それぞれ実施例1〜24及び比較例1〜7、9のセパレータが電極間に介するように巻回し、アルミニウム合金製の円筒型容器に収納して、リード体の溶接を行った。次いで、円筒型容器ごと150℃で10時間真空乾燥した。これを真空中で室温まで放冷した後、電解液を注入して密栓し、実施例1〜24及び比較例1〜7、9のリチウムイオン二次電池Aを作製した。電解液には、エチレンカーボネート30質量%、ジエチルカーボネート70質量%からなる混合溶媒に、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させたものを用いた。
[負極2の作製]
メソカーボンマイクロビーズ81質量%、アセチレンブラック14質量%、ポリテトラフルオロエチレン5質量%を混合し、これをN−メチル−2−ピロリドンに分散させたスラリーを調製し、厚み15μmの銅箔の両面に塗布して圧延した後、150℃で2時間真空乾燥して、厚み100μmのリチウムイオン二次電池用負極を作製し、これを負極2とした。
LiMn2O4を95質量%、アセチレンブラック2質量%、ポリテトラフルオロエチレン3質量%を混合し、これをN−メチル−2−ピロリドンに分散させたスラリーを調製し、厚み20μmのアルミニウム箔の両面に塗布して圧延した後、150℃で2時間真空乾燥して、厚み100μmのリチウムイオン二次電池用正極を作製し、これを正極2とした。
実施例1〜24及び比較例1〜7、9のセパレータ、正極2、負極2の順に張り合わせ、リード線を外部に引き出し、電池本体部を作製した。次に、電池本体部を140℃で10時間真空乾燥し、これを真空中で室温まで放冷した後、アルミニウムのラミネートフィルム中に挿入し、1M−LiPF6/EC+DEC(3:7vol%)からなる電解液を適当量注液、真空含浸後、余剰の電解液を除去密閉してリチウムイオン二次電池Bを作製した(電池容量=30mAh相当)。
JIS P8124に準拠して坪量を測定した。
JIS B7502に規定された方法、つまり、5N荷重時の外側マイクロメーターにより、厚みを測定した。
作製したセパレータについて、PMI社製、商品名:パームポロメーターCFP−1500Aを用いて、JIS K3832、ASTM F316−86、ASTM E1294−89に準じて測定を行い、各基材の最大ポア径、平均ポア径を測定した。
温度20℃、湿度55%の条件で2日放置したセパレータの試料質量を測定した後、105℃で4時間乾燥する。次いで、デシケータ中で放冷した後、質量を測定することで乾燥減量を求め、次式によりセパレータ含水分率を算出した。
セパレータ含水分率(%)=(乾燥減量(g)/試料質量(g))×100
先端に曲率1.6の丸みをつけた直径1mmの金属針を卓上型材料試験機(株式会社オリエンテック製、商品名:STA−1150)に装着し、試料面に対して直角に1mm/sの一定速度で貫通するまで降ろした。このときの最大荷重(g)を計測し、これをセパレータ強度とした。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池A各100個を1Cで30分間充電した後、交流1kHzで内部抵抗を測定し、各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池A各100個を用い、充放電電圧範囲2.8〜4.2V、充放電電流1Cで、定電流充放電を500サイクル繰り返した際の内部短絡不良率を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池B各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて、定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量の各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池B各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量を次の基準で評価した。
○:放電容量の差が、平均値に対して1.0%を超えて2.5%以下である。
△:放電容量の差が、平均値に対して2.5%を超えて5.0%以下である。
×:放電容量の差が、平均値に対して5.0%を超えている。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池B各20個を用い、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、1Cの条件で定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、100サイクル後での容量維持率(100サイクル後/1サイクル容量)の平均値を算出した。
<溶剤紡糸セルロース繊維>
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、表4及び表5の物性を持つ溶剤紡糸セルロース繊維を作製した。
上記の方法で作製した溶剤紡糸セルロース繊維について
(1)1.00mm以上の長さ加重繊維長を有する繊維の割合:「1.00mm以上の繊維割合」
(2)長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおける最大頻度ピークの長さ加重繊維長:「最大頻度ピークの繊維長」
(3)長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、1.00〜2.00mmの間における0.05mm毎の長さ加重繊維長を有する繊維の割合の傾き:「割合の傾き」
(4)長さ加重平均繊維長:「平均繊維長」
(5)ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度0.1質量%にした以外はJIS P8121に準拠して測定した濾水度:「変法濾水度」
として、表4に示す。
(1)1.00mm以上の長さ加重繊維長を有する繊維の割合:「1.00mm以上の繊維割合」
(2)長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおける最大頻度ピークの長さ加重繊維長:「最大頻度ピークの繊維長」
(3)最大頻度ピーク以外のピークの長さ加重繊維長:「第2ピークの繊維長」
(4)長さ加重平均繊維長:「平均繊維長」
(5)ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度0.1質量%にした以外はJIS P8121に準拠して測定した濾水度:「変法濾水度」
として、表5に示す。
高圧ホモジナイザーを用いてリンターを処理し、変法濾水度0ml、270ml、400ml、500mlのフィブリル化天然セルロース繊維を作製した。
表6及び表7に示した原料と含有量に従って、抄紙用スラリーを調製し、円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、実施例及び比較例のセパレータを作製した。厚みは、室温でカレンダー処理して調整した。
「PET」:ポリエチレンテレフタレート
「AA」:アクリル繊維
「PP」:ポリプロピレン繊維
「NY」:ナイロン66繊維
「PET−B1」:未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維(融点130℃)
負極1と正極1とを、それぞれ実施例及び比較例のセパレータが電極間に介するように巻回し、アルミニウム合金製の円筒型容器に収納して、リード体の溶接を行った。次いで、円筒型容器ごと110℃で15時間真空乾燥した。これを真空中で室温まで放冷した後、電解液を注入して密栓し、実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池Cを作製した。電解液には、エチレンカーボネート30質量%、ジエチルカーボネート70質量%からなる混合溶媒に、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させたものを用いた。
実施例及び比較例のセパレータ、正極2、負極2の順に張り合わせ、リード線を外部に引き出し、電池本体部を作製した。次に、電池本体部を110℃で15時間真空乾燥し、これを真空中で室温まで放冷した後、アルミニウムのラミネートフィルム中に挿入し、1M−LiPF6/EC+DEC(3:7vol%)からなる電解液を適当量注液、真空含浸後、余剰の電解液を除去密閉してリチウムイオン二次電池Dを作製した(電池容量=30mAh相当)。
10cm角に裁断した実施例及び比較例のセパレータをプロピレンカーボネートに1分間浸漬した後、垂直に吊るして15分間保持した。
として保液率を算出し、次の基準で評価した。
○:保液率が、150%以上200%未満である。
△:保液率が、50%以上150%未満である。
×:保液率が、50%未満である。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池C各100個用い、充放電電圧範囲2.8〜4.2V、充放電電流1Cで、定電流充放電を100サイクル繰り返した際の内部短絡不良率を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池D各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)し、5Cで定電流放電試験(2.8Vカット)を行った。放電容量の平均値を算出した。また、放電容量のバラつきを算出し、次の基準で評価した。
◎:放電容量の差が、平均値に対して1.0%以下である。
○:放電容量の差が、平均値に対して1.0%を超えて2.5%以下である。
△:放電容量の差が、平均値に対して2.5%を超えて5.0%以下である。
×:放電容量の差が、平均値に対して5.0%を超えている。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池C各10個を用い、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、1Cの条件で定電流放電試験(2.8Vカット)を行った。100サイクル後での容量維持率(100サイクル後/1サイクル容量)の平均値を算出した。
平均繊維径10μm、繊維長4mmの未処理の溶剤紡糸セルロース繊維を表9記載の叩解濃度で分散した後、相川鉄工社製ダブルディスクリファイナーで処理時間を変えて、叩解処理を行った。各処理された溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重平均繊維長と平均カール度を表9に示す。
東邦特殊パルプ社製綿パルプを高圧ホモジナイザーで処理回数を変えて、表10記載の長さ加重平均繊維長のフィブリル化天然セルロース繊維を調成した。
表11に示した原料と含有量に従って、抄紙用スラリーを調製し、円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、実施例60〜88及び比較例19〜21のセパレータを作製した。厚みは室温でカレンダー処理して調整した。
「PET」:ポリエチレンテレフタレート繊維
「AA」:アクリル繊維
「PP」:ポリプロピレン繊維
「PET/PEs−C」:ポリエステル系芯鞘型熱融着繊維
負極1と正極1とを、それぞれ実施例60〜88及び比較例19〜21のセパレータが電極間に介するように巻回し、アルミニウム合金製の円筒型容器に収納して、リード体の溶接を行った。次いで、円筒型容器ごと150℃で10時間真空乾燥した。これを真空中で室温まで放冷した後、電解液を注入して密栓し、実施例60〜88及び比較例19〜21のリチウムイオン二次電池Eを作製した。電解液には、エチレンカーボネート30質量%、ジエチルカーボネート70質量%からなる混合溶媒に、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させたものを用いた。
実施例及び比較例のセパレータ、正極2、負極2の順に張り合わせ、リード線を外部に引き出し、電池本体部を作製した。次に、電池本体部を110℃で15時間真空乾燥し、これを真空中で室温まで放冷した後、アルミニウムのラミネートフィルム中に挿入し、1M−LiPF6/EC+DEC(3:7vol%)からなる電解液を適当量注液、真空含浸後、余剰の電解液を除去密閉してリチウムイオン二次電池Fを作製した(電池容量=30mAh相当)。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池E各100個を1Cで30分間充電した後、交流1kHzで内部抵抗を測定し、各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池E各100個を用い、充放電電圧範囲2.8〜4.2V、充放電電流1Cで、定電流充放電を500サイクル繰り返した際の内部短絡不良率を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電F各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて、定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量の各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池F各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量を次の基準で評価した。
○:放電容量の差が、平均値に対して1.0%を超えて2.5%以下である。
△:放電容量の差が、平均値に対して2.5%を超えて5.0%以下である。
×:放電容量の差が、平均値に対して5.0%を超えている。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池F各20個を用い、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、1Cの条件で定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、100サイクル後での容量維持率(100サイクル後/1サイクル容量)の平均値を算出した。
エーテル化度が0.5のカルボキシメチルセルロース(第一工業製薬社製、商品名:セロゲン(登録商標)PL−15)をCMC1とした。
エーテル化度が0.7のカルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業社製、商品名:1205)をCMC2とした。
カチオン澱粉系の紙力増強剤(星光PMC社製、商品名:DD4280)をCDSとした。
グァーガム紙力増強剤(メイホールケミカル社製、商品名:メイプロイド2066)をGGSとした。
「PET」:ポリエチレンテレフタレート繊維
表13に示した原料と配合量(全繊維量基準)に従って、抄紙用スラリーを調製し、円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、実施例89〜103及び比較例22〜23のセパレータを作製した。厚みは室温でカレンダー処理して調整した。
負極1と正極1とを、それぞれ実施例89〜103及び比較例22〜23のセパレータが電極間に介するように巻回し、アルミニウム合金製の円筒型容器に収納して、リード体の溶接を行った。次いで、円筒型容器ごと150℃で10時間真空乾燥した。これを真空中で室温まで放冷した後、電解液を注入して密栓し、実施例89〜103及び比較例22〜23のリチウムイオン二次電池Gを作製した。電解液には、エチレンカーボネート(EC)30質量%、ジエチルカーボネート(DEC)70質量%からなる混合溶媒に、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させたものを用いた。
実施例89〜103及び比較例22〜23のセパレータ、正極2、負極2の順に貼り合わせ、リード線を外部に引き出し、電池本体部を作製した。次に、電池本体部を140℃で10時間真空乾燥し、これを真空中で室温まで放冷した後、アルミニウムのラミネートフィルム中に挿入し、1M−LiPF6/EC+DEC(3:7vol%)からなる電解液を適当量注液、真空含浸後、余剰の電解液を除去密閉してリチウムイオン二次電池Hを作製した(電池容量=30mAh相当)。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池G各100個を1Cで30分間充電した後、交流1kHzで内部抵抗を測定し、各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池G各100個を用い、充放電電圧範囲2.8〜4.2V、充放電電流1Cで、定電流充放電を500サイクル繰り返した際の内部短絡不良率を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池H各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて、定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量の各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池H各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量を次の基準で評価した。
○:放電容量の差が、平均値に対して1.0%を超えて2.5%以下である。
△:放電容量の差が、平均値に対して2.5%を超えて5.0%以下である。
×:放電容量の差が、平均値に対して5.0%を超えている。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池H各20個を用い、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、1Cの条件で定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、100サイクル後での容量維持率(100サイクル後/1サイクル容量)の平均値を算出した。
繊度0.5dtex、繊維長5mmの、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点253℃)、鞘部がポリエチレンテレフタレート−イソフタレート共重合体(軟化点75℃)のポリエステル系芯鞘型熱融着繊維を熱融着繊維M1とした。
繊度1.1dtex、繊維長5mmの、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点253℃)、鞘部がポリエチレンテレフタレート−イソフタレート共重合体(軟化点75℃)のポリエステル系芯鞘型熱融着繊維を熱融着繊維M2とした。
繊度0.8dtex、繊維長5mmの、芯部がポリプロピレン(融点165℃)、鞘部が高密度ポリエチレン(融点135℃)のポリオレフィン系芯鞘型熱融着繊維を熱融着繊維M3とした。
繊度1.1dtex、繊維長5mmの、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点253℃)、鞘部がエチレン−ビニルアルコール共重合体(湿熱溶融温度100℃)のポリエステル/エチレン−ビニルアルコール系芯鞘型熱融着繊維を熱融着繊維M4とした。
繊度1.1detx、繊維長5mmの、未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維(融点130℃)を熱融着繊維M5とした。
繊度0.5dtex、繊維長5mmの未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維(熱圧溶融温度200℃)を熱融着繊維M6とした。
繊度0.8dtex、繊維長5mmのポリビニールアルコール繊維(湿熱溶融温度100℃)を熱融着繊維M7とした。
繊度2.2dtex、繊維長5mmの、ポリプロピレン(融点165℃)とエチレン−ビニルアルコール共重合体(湿熱溶融温度100℃)からなる分割型複合繊維(16分割)を熱融着繊維M8とした。
「PET」:ポリエチレンテレフタレート繊維
「AA」:アクリル繊維
「PP」:ポリプロピレン繊維
「PET/PEs−C」:ポリエステル系芯鞘型熱融着繊維
「PP/PE」:ポリオレフィン系芯鞘型熱融着繊維
「PET/EvOH」:ポリエステル/エチレン−ビニルアルコール系芯鞘型熱融着繊維
「PET−B1」:未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維(融点130℃)
「PET−B2」:未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維(熱圧溶融温度200℃)
「PVA」:ポリビニールアルコール繊維
「PP−EvOH」:ポリプロピレン/エチレン−ビニルアルコール系分割型熱融着繊維
「PA」:フィブリル化パラ系全芳香族ポリアミド繊維
実施例104〜119
抄造用スラリー1〜16を円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、140℃のシリンダードライヤーによって、熱融着繊維を熱接着させて不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、実施例104〜119のリチウムイオン二次電池用セパレータとした。
抄造用スラリー17、18を円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、140℃のシリンダードライヤーによって、熱融着繊維を熱接着させて不織布を作製した。次いで、200℃に加熱した直径1.2mの熱ロールに、速度20m/minで、不織布を接触させて熱処理した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、実施例120、121のリチウムイオン二次電池用セパレータとした。
抄造用スラリー19〜27を円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、140℃のシリンダードライヤーによって、熱融着繊維を熱接着させて不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、実施例122〜124、比較例24〜29のリチウムイオン二次電池用セパレータとした。
抄造用スラリー28を円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、140℃のシリンダードライヤーによって乾燥して不織布を作製した。次に、200℃に加熱した直径1.2mの熱ロールを用い、圧力2MPa、速度10m/minで加圧熱処理し、熱融着繊維を熱接着させて、実施例125のリチウムイオン二次電池用セパレータとした。
抄造用スラリー29〜31を円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、140℃のシリンダードライヤーによって乾燥して不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、実施例126、比較例30、31のリチウムイオン二次電池用セパレータとした。
負極1と正極1とを、それぞれ実施例104〜126及び比較例24〜31のセパレータが電極間に介するように巻回し、アルミニウム合金製の円筒型容器に収納して、リード体の溶接を行った。次いで、円筒型容器ごと110℃で24時間真空乾燥した。これを真空中で室温まで放冷した後、電解液を注入して密栓し、実施例102〜124及び比較例24〜31のリチウムイオン二次電池Iを作製した。電解液には、エチレンカーボネート30質量%、ジエチルカーボネート70質量%からなる混合溶媒に、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させたものを用いた。
実施例及び比較例のセパレータ、正極2、負極2の順に張り合わせ、リード線を外部に引き出し、電池本体部を作製した。次に、電池本体部を110℃で15時間真空乾燥し、これを真空中で室温まで放冷した後、アルミニウムのラミネートフィルム中に挿入し、1M−LiPF6/EC+DEC(3:7vol%)からなる電解液を適当量注液、真空含浸後、余剰の電解液を除去密閉してリチウムイオン二次電池Jを作製した(電池容量=30mAh相当)。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池I各100個を1Cで30分間充電した後、交流1kHzで内部抵抗を測定し、各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池I各100個を用い、充放電電圧範囲2.8〜4.2V、充放電電流1Cで、定電流充放電を500サイクル繰り返した際の内部短絡不良率を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池J各50を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて、定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量の各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池J各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量を次の基準で評価した。
○:放電容量の差が、平均値に対して1.0%を超えて2.5%以下である。
△:放電容量の差が、平均値に対して2.5%を超えて5.0%以下である。
×:放電容量の差が、平均値に対して5.0%を超えている。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池J20個を用い、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、1Cの条件で定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、100サイクル後での容量維持率(100サイクル後/1サイクル容量)の平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池J50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、0.2C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)したリチウムイオン二次電池について、60℃に設定した恒温槽内に30日間保存した後、リチウムイオン二次電池の電圧を測定し、保存前後の電圧維持率の平均値を算出した。電圧維持率を次の基準で評価した。
△:電圧維持率が、95%未満で90%以上である。
×:電圧維持率が、90%未満である。
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、変法濾水度125mlの溶剤紡糸セルロース繊維を繊維A18とした。
リファイナーを用いて、平均繊維径10μm、繊維長10mmの溶剤紡糸セルロース繊維を処理し、繊維径2.5μm、繊維長6mmの溶剤紡糸セルロース繊維を繊維A19とした。
繊維径2.5μm、繊維長6mmのポリエチレンテレフタレート繊維を合成繊維B9とした。
表18に示した原料と含有量に従って、抄紙用スラリーを調製し、円網抄紙機を用いて湿式抄紙し、実施例127〜132及び比較例32〜34のセパレータを作製した。厚みは室温でカレンダー処理して調整した。
負極1と正極1とを、それぞれ実施例及び比較例のセパレータが電極間に介するように巻回し、アルミニウム合金製の円筒型容器に収納して、リード体の溶接を行った。次いで、円筒型容器ごと110℃で15時間真空乾燥した。これを真空中で室温まで放冷した後、電解液を注入して密栓し、実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池Kを作製した。電解液には、エチレンカーボネート30質量%、ジエチルカーボネート70質量%からなる混合溶媒に、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させたものを用いた。
実施例127〜132及び比較例33〜34のセパレータ、正極2、負極2の順に、A層が負極側に、B層が正極側になるように貼り合わせ、リード線を外部に引き出し、電池本体部を作製した。次に、電池本体部を140℃で10時間真空乾燥し、これを真空中で室温まで放冷した後、アルミニウムのラミネートフィルム中に挿入し、1M−LiPF6/EC+DEC(3:7vol%)からなる電解液を適当量注液、真空含浸後、余剰の電解液を除去密閉してリチウムイオン二次電池Lを作製した(電池容量=30mAh相当)。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池K各100個を1Cで30分間充電した後、交流1kHzで内部抵抗を測定し、各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池K各100個を用い、充放電電圧範囲2.8〜4.2V、充放電電流1Cで、定電流充放電を500サイクル繰り返した際の内部短絡不良率を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池L各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて、定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量の各平均値を算出した。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池L各50個を用い、1Cで3サイクルエイジングを行った後、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、0.2C、0.5C、1C、3C、5Cと電流値を変えて定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、0.2Cと5C時の放電容量を次の基準で評価した。
○:放電容量の差が、平均値に対して1.0%を超えて2.5%以下である。
△:放電容量の差が、平均値に対して2.5%を超えて5.0%以下である。
×:放電容量の差が、平均値に対して5.0%を超えている。
実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池L20個を用い、1C、4.2Vで定電流定電圧充電(1/10Cカット)した後、1Cの条件で定電流放電試験(2.8Vカット)を行い、100サイクル後での容量維持率(100サイクル後/1サイクル容量)の平均値を算出した。
Claims (18)
- ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度0.1%にした以外はJIS P8121に準拠して測定した変法濾水度が0〜250mlの溶剤紡糸セルロース繊維を10〜90質量%、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂から選ばれる少なくとも1種からなる合成繊維を10〜90質量%含有する多孔質シートからなるリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重平均繊維長が0.20〜2.00mmである請求項1記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 溶剤紡糸セルロース繊維が、その長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、0.00〜1.00mmの間に最大頻度ピークを有し、1.00mm以上の長さ加重繊維長を有する繊維の割合が10%以上である請求項1又は2記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、1.00〜2.00mmの間における0.05mm毎の長さ加重繊維長を有する繊維の割合の傾きが−3.0以上−0.5以下である請求項3記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 溶剤紡糸セルロース繊維が、その長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、0.00〜1.00mmの間に最大頻度ピークを有し、1.00mm以上の長さ加重繊維長を有する繊維の割合が50%以上である請求項1又は2記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重繊維長分布ヒストグラムにおいて、最大頻度ピーク以外に1.50〜3.50mmの間にピークを有する請求項5記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 溶剤紡糸セルロース繊維の長さ加重平均繊維長が0.50〜1.25mmであり、平均カール度が25以下である請求項1又は2記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- さらに、多孔質シートが、ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度0.1%にした以外はJIS P8121に準拠して測定した変法濾水度0〜400mlのフィブリル化天然セルロース繊維を20質量%以下含有してなる請求項1〜7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- さらに、多孔質シートが、カルボキシメチルセルロースを含有してなる請求項1記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 多孔質シートが、合成繊維の少なくとも1種として、熱融着成分及び非熱融着成分からなる芯鞘型熱融着繊維を含有してなる請求項1記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 芯鞘型熱融着繊維の芯部がポリエチレンテレフタレートであり、鞘部がポリエステル共重合体である請求項10に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 多孔質シートが熱処理されてなる請求項10又は11記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 多孔質シートの平均ポア径が0.10μm以上、かつ、最大ポア径が6.0μm以下である請求項1〜12のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 多孔質シートにおいて、JIS B7502に規定された方法により測定した値(5N荷重時の外側マイクロメーターにより測定されたシートの厚み)が6〜50μmである請求項1〜12のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 多孔質シートの坪量が5〜40g/m2である請求項1〜12のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 合成繊維の平均繊維径が0.1〜20μmである請求項1〜15のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 多孔質シートが多層構造からなり、少なくとも二層以上が変法濾水度0〜250mlの溶剤紡糸セルロース繊維を必須成分として含有した層である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 請求項1〜17のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用セパレータを用いてなるリチウムイオン二次電池。
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