JP5973052B1 - Electrochemical element separator, electrochemical element, automobile, electronic equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】遮蔽性を高めてショート不良を防止するのみではなく、電気化学素子の高電圧化にも耐えうる、信頼性の高い電気化学素子用セパレータを提供する。【解決手段】一対の電極間に介在し、電解質を含有した有機系電解液を保持可能な電気化学素子用セパレータを、熱可塑性合成繊維と、平均繊維長0.2〜2.0mmの叩解された再生セルロース繊維とからなり、セパレータの断面を厚さ方向に二等分した二つの部分が、熱可塑性合成繊維の本数が少ない部分(A部)と、熱可塑性合成繊維の本数が多い部分(B部)であり、A部の熱可塑性合成繊維の本数をB部の熱可塑性合成繊維の本数で除した値が0.85以下である構成とする。【選択図】図1The present invention provides a highly reliable separator for an electrochemical element that can not only prevent a short-circuit failure by increasing shielding but also withstand the high voltage of the electrochemical element. A separator for an electrochemical element interposed between a pair of electrodes and capable of holding an organic electrolyte containing an electrolyte is beaten with a thermoplastic synthetic fiber and an average fiber length of 0.2 to 2.0 mm. The two parts obtained by dividing the cross section of the separator into two equal parts in the thickness direction are a part with a small number of thermoplastic synthetic fibers (part A) and a part with a large number of thermoplastic synthetic fibers ( B part), and the value obtained by dividing the number of thermoplastic synthetic fibers in part A by the number of thermoplastic synthetic fibers in part B is 0.85 or less. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、電気化学素子用セパレータ及び該セパレータを用いた電気化学素子に関するものである。そして、本発明は、例えばアルミ電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウム一次電池、リチウムイオン二次電池等の電気化学素子用セパレータ及び電気化学素子に適用して好適なものである。そして、これら電気化学素子は、自動車や各種の電子機器に適用して好適なものである。 The present invention relates to a separator for an electrochemical element and an electrochemical element using the separator. The present invention is suitable for application to separators and electrochemical elements for electrochemical elements such as aluminum electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, lithium primary batteries, and lithium ion secondary batteries. These electrochemical elements are suitable for application to automobiles and various electronic devices.
電気化学素子としては、コンデンサやキャパシタ、電池などが挙げられる。これら電気化学素子は、近年、自動車関連機器や風力発電・太陽光発電などの再生可能エネルギー関連機器、スマートメータなどの通信機器といった、多くの分野に採用されており、今後も用途拡大は続くと予想されている。 Examples of the electrochemical element include a capacitor, a capacitor, and a battery. These electrochemical elements have been used in many fields in recent years, such as automobile-related equipment, renewable energy-related equipment such as wind power generation and solar power generation, and communication equipment such as smart meters. Expected.
例えば自動車の場合、エネルギー回生にリチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタが用いられたり、燃料噴霧や変速機、電子スロットル、アンチロックブレーキシステム等の電子制御ユニット(ECU)に、アルミニウム電解コンデンサや電気二重層キャパシタが用いられたりしている。近年注目されている、電気自動車やハイブリッド自動車では、電源等としてリチウムイオン二次電池が、エネルギー回生等に電気二重層キャパシタが、モーター制御や電池制御、HEVシステム制御、外部交流電源からの直流変換などのECUにアルミニウム電解コンデンサが用いられている。
このように、各種電気化学素子は、内燃機関を有するかどうかに関わらず、走行・制動・旋回といった、自動車の最重要部分に搭載されている。
こういった電気化学素子では、ショート不良が直ちに人命に関わるため、高い信頼性が求められる。つまり、車体の振動に耐え、寒冷地域や高温地域での長時間の使用であってもショート不良が発生せず、また、性能の劣化も少ないことが求められる。
For example, in the case of an automobile, a lithium ion secondary battery or an electric double layer capacitor is used for energy regeneration, an aluminum electrolytic capacitor or an electronic control unit (ECU) such as a fuel spray, a transmission, an electronic throttle, or an antilock brake system is used. An electric double layer capacitor is used. In electric vehicles and hybrid vehicles that have been attracting attention in recent years, lithium-ion secondary batteries are used as power sources, electric double layer capacitors are used for energy regeneration, motor control, battery control, HEV system control, and DC conversion from external AC power sources. Aluminum electrolytic capacitors are used in ECUs such as these.
As described above, various electrochemical elements are mounted on the most important parts of automobiles such as running, braking, and turning, regardless of whether or not they have an internal combustion engine.
In such electrochemical devices, high reliability is required because short-circuit defects are immediately related to human life. That is, it is required to withstand vibrations of the vehicle body, so that short-circuit failure does not occur even when used for a long time in a cold region or a high temperature region, and the deterioration in performance is small.
また、電子機器に用いられる回路基板では、実装される電気化学素子への薄型化や小型化といった要望が大きい。また、携帯機器の電源に用いられる電気化学素子では、一度の充電で長時間使用できることも求められる。
このため、チップやCPUへの電力供給や交流電流の平滑化を目的として、基板上に実装されるアルミニウム電解コンデンサなどの電気化学素子には、低背、小型であることが求められる。また、携帯機器の電源として用いられることの多いリチウムイオン二次電池には、小型かつ薄型でありながらも、長時間使用できるように高容量化も求められるし、繰り返しの充放電であっても性能の劣化の少ないことも求められる。
In addition, there is a great demand for circuit boards used in electronic devices, such as thinning and miniaturization of mounted electrochemical elements. Moreover, the electrochemical element used for the power supply of a portable device is also required to be usable for a long time by one charge.
For this reason, an electrochemical element such as an aluminum electrolytic capacitor mounted on a substrate is required to have a low profile and a small size for the purpose of supplying power to a chip or CPU and smoothing an alternating current. In addition, lithium ion secondary batteries that are often used as power sources for portable devices are required to have a high capacity so that they can be used for a long time while being small and thin. There is also a need for less performance degradation.
こういった用途の拡大や、使用される機器の高性能化に伴い、電気化学素子には、これまで以上に、過酷な使用環境であっても長期使用に耐えうる信頼性や、充放電特性や出力特性といった性能の向上が求められている。 With the expansion of these applications and the higher performance of equipment used, electrochemical elements have higher reliability and charge / discharge characteristics that can withstand long-term use than ever before. There is a need for improved performance such as output characteristics.
電気化学素子における、セパレータの主な役割は、一対の電極の隔離と電解液の保持である。一対の電極を隔離するために、セパレータには低抵抗、且つ高い遮蔽性を有する事が求められる。電気化学素子の用途拡大に伴い、セパレータにも、これらの性能の向上が一層求められている。 In the electrochemical device, the main role of the separator is to isolate the pair of electrodes and hold the electrolyte solution. In order to isolate a pair of electrodes, the separator is required to have low resistance and high shielding properties. As the use of electrochemical devices expands, separators are further required to improve these performances.
また、セパレータの素材には、電気絶縁性が必要とされ、また様々な種類の電解液の保持のために、親液性(親電解液性)が求められている。
上述の性能を満たす素材として、セルロースがある。セルロース繊維にせん断力を加えて処理(叩解)することで、繊維は微細化され、この微細化された繊維から不織布を形成することで、非常に緻密なシートが得られる。
微細化されたセルロース繊維は、合成繊維などと比較して繊維長が短小であり、シートの間隙を埋めやすく、セパレータの遮蔽性を向上させる。このため、遮蔽性に優れるセルロース繊維からなるセパレータが広く採用され、電気化学素子のショート不良低減に寄与している。
In addition, the separator material is required to have electrical insulation, and is required to have lyophilic properties (lyophilic properties) in order to retain various types of electrolytes.
As a material satisfying the above-described performance, there is cellulose. By applying a shearing force to the cellulose fiber (beating), the fiber is refined, and a nonwoven fabric is formed from the refined fiber, thereby obtaining a very dense sheet.
The refined cellulose fiber has a fiber length shorter than that of a synthetic fiber or the like, easily fills the gap between sheets, and improves the shielding performance of the separator. For this reason, the separator which consists of a cellulose fiber excellent in shielding property is employ | adopted widely, and has contributed to the short defect reduction of an electrochemical element.
近年では、上述の遮蔽性に加え、過酷な使用環境での信頼性への注目が高まっている。
電気化学素子は、使用時に分極する。そして、正極となる電極近傍に集まったアニオンと電解液中の水とが反応する、或いは電解液が分解することにより、正極近傍の電解液が強い酸性を示す。近年要望されるような過酷な使用環境下では、この酸によってセパレータの分解が生じ、電気化学素子のショートに至る場合があることがわかってきた。
In recent years, in addition to the above-described shielding properties, attention is focused on reliability in harsh usage environments.
Electrochemical elements are polarized during use. Then, the anion collected in the vicinity of the electrode serving as the positive electrode reacts with water in the electrolytic solution, or the electrolytic solution decomposes, whereby the electrolytic solution in the vicinity of the positive electrode exhibits strong acidity. It has been found that, under severe use environments as recently requested, this acid may cause the separator to decompose, resulting in a short circuit of the electrochemical device.
このように、電気化学素子用セパレータには、遮蔽性を高めてショート不良を防止するのみでなく、高温、高電圧のような過酷な使用環境であっても長期に渡り安定な、信頼性の高いセパレータが求められている。
更に、電気化学素子用セパレータには、電気化学素子の小型化や高容量化、大電流化といった要望も根強く、これら性能の向上のため、セパレータへの薄型化、低抵抗化の要求も大きい。
As described above, the separator for an electrochemical element not only enhances the shielding property to prevent short circuit defects, but also has a long-term stability and reliability even in harsh usage environments such as high temperatures and high voltages. A high separator is required.
Furthermore, there are strong demands for electrochemical element separators such as miniaturization, high capacity, and large current of electrochemical elements, and in order to improve these performances, there is a great demand for thinning the separator and reducing resistance.
電気化学素子用セパレータにおいて、遮蔽性等の特性の向上を図る目的で種々の構成が提案されている(例えば、特許文献1〜3を参照。)。 In the separator for electrochemical devices, various configurations have been proposed for the purpose of improving characteristics such as shielding properties (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
特許文献1において、濾水度と繊維長をコントロールした溶剤紡糸セルロース繊維と、合成繊維とからなるセパレータが提案されている。
特許文献1のセパレータは、叩解された溶剤紡糸セルロース繊維と合成繊維とが均質に絡み合ったセパレータであり、セパレータ強度に優れる。
Patent Document 1 proposes a separator composed of solvent-spun cellulose fibers with controlled freeness and fiber length, and synthetic fibers.
The separator of Patent Document 1 is a separator in which a beaten solvent-spun cellulose fiber and a synthetic fiber are intertwined uniformly, and is excellent in separator strength.
しかしながら、特許文献1のセパレータにおいて、強度を維持するためには、溶剤紡糸セルロース繊維が、合成繊維と絡み合うことができる程度の長さを有する必要があり、溶剤紡糸セルロース繊維の微細化(短繊維化)の程度が低い。そのため、セパレータの遮蔽性が高いとはいえず、セパレータとして使用した際に、ショート不良が発生する恐れがある。
仮に、この特許文献1のセパレータの遮蔽性を向上させるため、溶剤紡糸セルロース繊維の叩解をさらに行うと、溶剤紡糸セルロース繊維と合成繊維との絡みがなくなることに加え、合成繊維が溶剤紡糸セルロース繊維同士の水素結合を阻害することにより、セパレータ強度が著しく低下することとなる。
However, in the separator of Patent Document 1, in order to maintain strength, it is necessary that the solvent-spun cellulose fiber has a length that can be entangled with the synthetic fiber. ) Is low. Therefore, it cannot be said that the shielding property of the separator is high, and when used as a separator, a short circuit may occur.
If the solvent-spun cellulose fiber is further beaten in order to improve the shielding performance of the separator of Patent Document 1, the solvent-spun cellulose fiber is not entangled with the solvent-spun cellulose fiber. By inhibiting the hydrogen bond between each other, the separator strength is significantly reduced.
特許文献2において、セパレータの緻密性を向上させ、且つ抵抗を低減するために、叩解した溶剤紡糸再生セルロース繊維を使用する方法が提案されている。叩解可能な溶剤紡糸再生セルロース繊維は、叩解処理を施すことによって、1μm未満の微細なフィブリルが得られる。このため、叩解された溶剤紡糸再生セルロースで構成されたセパレータは、緻密性が高い微多孔質状のシートとなり、特許文献1のセパレータ等と比較すると、遮蔽性に優れた良好なセパレータとなる。 Patent Document 2 proposes a method of using beaten solvent-spun recycled cellulose fibers in order to improve the density of the separator and reduce the resistance. By beating the solvent-spun recycled cellulose fiber that can be beaten, fine fibrils of less than 1 μm can be obtained. For this reason, the separator composed of the beaten solvent-spun recycled cellulose is a highly porous microporous sheet, which is a good separator with excellent shielding properties as compared with the separator of Patent Document 1.
しかしながら、近年の電気化学素子の用途拡大、性能向上に伴い、セパレータにも更なる高性能化が求められる場合が出てきた。具体的には、電気化学素子使用時の正極近傍の酸性環境にも耐えることである。
電気化学素子の電解液には、フッ素を含有する電解質が広く使用されている。この電解質は、電気化学素子系内に水があると分解し、フッ酸を生じる。極材やセパレータは事前に乾燥(予備乾燥)した後に使用されているが、完全な排除は困難であるため、系内に水分が持ち込まれる場合がある。
近年の電気化学素子の高電圧化への取組みの結果、電気化学素子が高電圧で使用されると、通常の電圧と比べより強く分極し、正極近傍の酸性度も高まり、セルロースを分解する事が判明してきた。
このため、高電圧であっても長期に渡る使用に耐えうる物理的・化学的な安定性といったような、信頼性の向上が要求されてきている。
However, with the recent expansion of applications and performance improvements of electrochemical devices, there have been cases where separators are required to have higher performance. Specifically, it is resistant to an acidic environment in the vicinity of the positive electrode when the electrochemical element is used.
Electrolytes containing fluorine are widely used as electrolytes for electrochemical devices. This electrolyte is decomposed when water is present in the electrochemical device system to generate hydrofluoric acid. The pole material and the separator are used after being dried (preliminary drying) in advance, but since it is difficult to completely eliminate them, moisture may be brought into the system.
As a result of efforts to increase the voltage of electrochemical devices in recent years, when an electrochemical device is used at a high voltage, it is polarized more strongly than normal voltage, the acidity near the positive electrode is also increased, and cellulose is decomposed. Has been found.
For this reason, there is a demand for improvement in reliability such as physical and chemical stability that can withstand long-term use even at high voltages.
特許文献3において、セルロースを含有する層(セパレータ層)と、合成樹脂からなりセルロースの分解を抑止する層(抑止層)とからなるセパレータが提案されている。
特許文献3においては、正極側に抑止層を配置することにより、電気化学素子の長寿命化を図っている。
Patent Document 3 proposes a separator composed of a layer containing cellulose (separator layer) and a layer made of a synthetic resin and inhibiting the decomposition of cellulose (suppression layer).
In patent document 3, the lifetime of an electrochemical element is extended by arrange | positioning the suppression layer in the positive electrode side.
しかしながら、セパレータ層と抑止層との二層を重ね合わせたり、張り合わせたりすることにより、セパレータ全体としての厚さが厚くなってしまい、抵抗値が増大するし、層間剥離による不具合を生じるおそれもある。
また、セパレータ層を形成した後に抑止層を塗布形成する場合は、セパレータ層に抑止層が染み込んでしまい二層構造が保てず、酸による分解を充分に抑制できないといった不具合を生じるおそれがある。
そして、抑止層を形成した後にセルロース繊維の分散液を塗布乾燥してセパレータ層を形成することも、現実的には困難である。セルロースには水酸基が存在し、水素結合を生じる。一方、特許文献3に開示された抑止層を形成する樹脂は、セルロースと水素結合を形成して強固に結着するものではない。このため、抑止層表面にセルロース繊維の分散液を塗布乾燥しても、容易に剥離してしまう。
However, when the two layers of the separator layer and the suppression layer are overlapped or laminated, the thickness of the separator as a whole increases, the resistance value increases, and there is a possibility of causing problems due to delamination. .
Further, when the suppression layer is applied and formed after the separator layer is formed, there is a possibility that the suppression layer soaks into the separator layer, the two-layer structure cannot be maintained, and the degradation due to the acid cannot be sufficiently suppressed.
In addition, it is actually difficult to form a separator layer by coating and drying a dispersion of cellulose fibers after forming the suppression layer. Cellulose has hydroxyl groups and forms hydrogen bonds. On the other hand, the resin forming the deterrent layer disclosed in Patent Document 3 does not form a hydrogen bond with cellulose and bind firmly. For this reason, even if the dispersion liquid of the cellulose fiber is applied and dried on the surface of the suppression layer, it is easily peeled off.
以上は不織布からなるセパレータについて記載したが、電気化学素子用セパレータとして、合成樹脂製微多孔膜が採用されているものもある。一般的には、ポリオレフィン系樹脂からなるフィルムで、微細な孔を有している。
このようなポリオレフィン系樹脂のフィルムは、不織布からなるセパレータと比べ、電解液の保持力が低いため、電気化学素子の長寿命化が困難である場合や、セパレータの抵抗値が大きいため、電気化学素子の抵抗値も増大する場合が殆どである。また、ポリオレフィン系樹脂がセルロースなどと比べ耐熱性が低いため、高温での予備乾燥が行えず、電気化学素子の生産性を向上させにくい。
Although the above is described about the separator which consists of a nonwoven fabric, as a separator for electrochemical elements, there exists a thing by which the synthetic resin microporous film is employ | adopted. Generally, it is a film made of polyolefin resin and has fine pores.
Such polyolefin resin films have a lower electrolyte holding capacity than separators made of non-woven fabric, so it is difficult to extend the lifetime of electrochemical devices, and the separator has a large resistance value. In most cases, the resistance value of the element also increases. In addition, since polyolefin resins have lower heat resistance than cellulose or the like, preliminary drying at high temperatures cannot be performed, and it is difficult to improve the productivity of electrochemical devices.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電気化学素子用セパレータの遮蔽性を高めてショート不良を防止するのみではなく、電気化学素子の高電圧化にも耐えうる、信頼性の高いセパレータ及びセパレータを備えた電気化学素子を提供することを目的としたものである。また、本発明は、信頼性の高い電気化学素子を備えた、自動車や電子機器を提供することを目的としたものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and not only enhances the shielding property of the separator for electrochemical elements to prevent short circuit defects, but also can withstand the high voltage of the electrochemical elements and has a high reliability. It aims at providing the electrochemical element provided with the high separator and the separator. It is another object of the present invention to provide an automobile or an electronic device provided with a highly reliable electrochemical element.
上述した問題点を解決し、上述した目的を達成する手段として、本発明は、以下の構成を備える。
即ち、本発明の電気化学素子用セパレータは、一対の電極間に介在して電極間を隔離し、電解質を含有した電解液を保持可能な電気化学素子用セパレータであって、該セパレータが、熱可塑性合成繊維と、平均繊維長0.2〜2.0mmの叩解された再生セルロース繊維とからなり、熱可塑性合成繊維がポリエステル系繊維であり、熱可塑性合成繊維を10〜50質量%含有し、叩解された再生セルロース繊維を50〜90質量%含有し、該セパレータの厚さが10〜70μmであり、該セパレータの密度が0.25〜0.90g/cm 3 であり、該セパレータの断面を厚さ方向に二等分した二つの部分が、熱可塑性合成繊維の本数が少ない部分(A部)と、熱可塑性合成繊維の本数が多い部分(B部)であり、A部とB部は、1層で一体に形成されており、A部の熱可塑性合成繊維の本数をB部の熱可塑性合成繊維の本数で除した値が0.85以下であることを特徴とする。
As means for solving the above-described problems and achieving the above-described object, the present invention has the following configuration.
That is, the separator for an electrochemical element according to the present invention is a separator for an electrochemical element that is interposed between a pair of electrodes to separate the electrodes and can hold an electrolytic solution containing an electrolyte. It consists of a plastic synthetic fiber and a regenerated cellulose fiber beaten with an average fiber length of 0.2 to 2.0 mm, the thermoplastic synthetic fiber is a polyester fiber, and contains 10 to 50% by mass of the thermoplastic synthetic fiber, 50 to 90% by mass of regenerated cellulose fiber beaten, the thickness of the separator is 10 to 70 μm, the density of the separator is 0.25 to 0.90 g / cm 3 , and the cross section of the separator is The two parts divided in two in the thickness direction are a part with a small number of thermoplastic synthetic fibers (part A) and a part with a large number of thermoplastic synthetic fibers (part B). A part and B part are One layer in one It is formed, and wherein the value obtained by dividing the number of thermoplastic synthetic fibers A portion in number of thermoplastic synthetic fibers B portion is 0.85 or less.
本発明の電気化学素子は、上述した本発明の電気化学素子用セパレータが用いられている構成である。
本発明の電気化学素子としては、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオン一次電池、リチウムイオン二次電池が好ましい。そして、これら電気化学素子において、セパレータの熱可塑性合成繊維の本数が多い部分(B部)が、正極側に配置されていることがより好ましい。
The electrochemical element of the present invention has a configuration in which the above-described separator for an electrochemical element of the present invention is used.
As an electrochemical element of this invention, an aluminum electrolytic capacitor, an electrical double layer capacitor, a lithium ion primary battery, and a lithium ion secondary battery are preferable. And in these electrochemical elements, it is more preferable that the part (B part) with many thermoplastic synthetic fibers of a separator is arrange | positioned at the positive electrode side.
本発明の自動車は、本発明の電気化学素子を搭載した構成である。
本発明の自動車としては、例えば、電池を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車、エネルギー回生用に電気二重層キャパシタを搭載した各種自動車、電子スロットル、アンチロックブレーキシステム等の電子制御ユニット(ECU)にアルミニウム電解コンデンサや電気二重層キャパシタを搭載した各種自動車が挙げられる。
The automobile of the present invention has a configuration in which the electrochemical element of the present invention is mounted.
Examples of the automobile of the present invention include an electric vehicle or a hybrid vehicle equipped with a battery, various vehicles equipped with an electric double layer capacitor for energy regeneration, an electronic control unit (ECU) such as an electronic throttle, an anti-lock brake system, etc. Various automobiles equipped with electrolytic capacitors and electric double layer capacitors can be listed.
本発明の電子機器は、本発明の電気化学素子を搭載した構成である。
本発明の電子機器としては、電源として電池を搭載した各種電子機器や、コンデンサまたはキャパシタを搭載した各種電子機器が挙げられる。
The electronic device of the present invention has a configuration in which the electrochemical device of the present invention is mounted.
Examples of the electronic device of the present invention include various electronic devices equipped with a battery as a power source, and various electronic devices equipped with a capacitor or a capacitor.
本発明の電気化学素子用セパレータによれば、遮蔽性・機械強度・化学的な安定性の高い、ショート不良低減に効果的なセパレータを提供できる。
そして、本発明の電気化学素子は、本発明の電気化学素子用セパレータを用いることにより、ショート不良率が低減し、電気化学素子の高電圧化も図れる。
さらに、本発明の電気化学素子を用いた自動車の安全性の向上や、本発明の電気化学素子を用いた電子機器の小型化、長寿命化が図れる。
According to the separator for an electrochemical element of the present invention, it is possible to provide a separator that has high shielding properties, mechanical strength, and chemical stability and is effective in reducing short-circuit defects.
The electrochemical element of the present invention uses the electrochemical element separator of the present invention, thereby reducing the short-circuit defect rate and increasing the voltage of the electrochemical element.
Furthermore, the safety of an automobile using the electrochemical device of the present invention can be improved, and the electronic equipment using the electrochemical device of the present invention can be reduced in size and extended in life.
本発明の電気化学素子用セパレータは、一対の電極間に介在して電極間を隔離し、電解質を含有した電解液を保持可能な電気化学素子用セパレータであって、該セパレータが、熱可塑性合成繊維と、平均繊維長0.2〜2.0mmの叩解された再生セルロース繊維とからなり、該セパレータの断面を厚さ方向に二等分した二つの部分が、熱可塑性合成繊維の本数が少ない部分(A部)と、熱可塑性合成繊維の本数が多い部分(B部)であり、A部の熱可塑性合成繊維の本数をB部の熱可塑性合成繊維の本数で除した値が0.85以下であることを特徴とする。
すなわち、本発明の電気化学素子用セパレータは、二層構造を有しており、熱可塑性合成繊維の本数が少ない部分(A部)と熱可塑性合成繊維の本数が多い部分(B部)とが存在する。このA部の熱可塑性合成繊維の本数を、B部の熱可塑性合成繊維の本数で除した値(A/B値)が0.85以下のとき、A部とB部とは、本発明の二層構造となっている。
The separator for an electrochemical element of the present invention is a separator for an electrochemical element that is interposed between a pair of electrodes to separate the electrodes and can hold an electrolyte solution containing an electrolyte. 2 parts consisting of fibers and regenerated cellulose fibers beaten with an average fiber length of 0.2 to 2.0 mm, and the two parts obtained by dividing the cross section of the separator into two in the thickness direction have a small number of thermoplastic synthetic fibers The part (part A) and the part (part B) having a large number of thermoplastic synthetic fibers, the value obtained by dividing the number of thermoplastic synthetic fibers in part A by the number of thermoplastic synthetic fibers in part B is 0.85. It is characterized by the following.
That is, the separator for an electrochemical element of the present invention has a two-layer structure, and has a portion with a small number of thermoplastic synthetic fibers (A portion) and a portion with a large number of thermoplastic synthetic fibers (B portion). Exists. When the value (A / B value) obtained by dividing the number of thermoplastic synthetic fibers of part A by the number of thermoplastic synthetic fibers of part B (A / B value) is 0.85 or less, the parts A and B are It has a two-layer structure.
また、本発明の電気化学素子は、セパレータとして上記構成を有する本発明の電気化学素子用セパレータを用い、一対の電極間にセパレータを介在させたものである。
すなわち、本発明の電気化学素子は、本発明の電気化学素子用セパレータに電解液を含浸保持させ、両極を該セパレータで隔離することによって構成する。
Moreover, the electrochemical element of this invention uses the separator for electrochemical elements of this invention which has the said structure as a separator, and interposed the separator between a pair of electrodes.
That is, the electrochemical element of the present invention is constituted by impregnating and holding an electrolytic solution in the electrochemical element separator of the present invention, and separating both electrodes by the separator.
本発明の自動車は、上述した本発明の電気化学素子を搭載した構成である。そして、本発明の自動車は、エンジン自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車のいずれにも適用することができる。
本発明の自動車としては、例えば、電池を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車、エネルギー回生用に電気二重層キャパシタを搭載した各種自動車、電子スロットル、アンチロックブレーキシステム等の電子制御ユニット(ECU)にアルミニウム電解コンデンサや電気二重層キャパシタを搭載した各種自動車が挙げられる。
The automobile of the present invention is configured to mount the above-described electrochemical element of the present invention. The vehicle of the present invention can be applied to any of engine vehicles, electric vehicles, and hybrid vehicles.
Examples of the automobile of the present invention include an electric vehicle or a hybrid vehicle equipped with a battery, various vehicles equipped with an electric double layer capacitor for energy regeneration, an electronic control unit (ECU) such as an electronic throttle, an anti-lock brake system, etc. Various automobiles equipped with electrolytic capacitors and electric double layer capacitors can be listed.
本発明の電子機器は、上述した本発明の電気化学素子を搭載した構成である。
本発明の電子機器としては、電源として電池を搭載した各種電子機器や、コンデンサまたはキャパシタを搭載した各種電子機器が挙げられる。
The electronic device of the present invention has a configuration in which the above-described electrochemical element of the present invention is mounted.
Examples of the electronic device of the present invention include various electronic devices equipped with a battery as a power source, and various electronic devices equipped with a capacitor or a capacitor.
本発明のセパレータに使用可能な熱可塑性合成繊維としては、様々な熱可塑性合成樹脂の中でも、耐酸性・耐熱性、抄紙適性の観点から、ポリエチレンテレフタレートといったポリエステル系繊維や、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィン系繊維、ポリアクリロニトリルといったアクリル系繊維が好ましい。
そして、詳細を後述する、セルロースとの比重差を利用して層状に形成する製造方法が簡便であるため、熱可塑性合成樹脂としては、セルロースよりも比重の小さなものが好ましい。具体的には、比重1.45以下が好ましい。
As thermoplastic synthetic fibers usable in the separator of the present invention, among various thermoplastic synthetic resins, polyester fibers such as polyethylene terephthalate, and polyolefin fibers such as polyethylene and polypropylene, from the viewpoint of acid resistance / heat resistance and papermaking suitability. Acrylic fibers such as fibers and polyacrylonitrile are preferred.
And since the manufacturing method which forms in a layer form using the specific gravity difference with a cellulose mentioned later for details is simple, as a thermoplastic synthetic resin, a thing with smaller specific gravity than a cellulose is preferable. Specifically, a specific gravity of 1.45 or less is preferable.
本発明のセパレータに使用可能な再生セルロース繊維としては、例えばリヨセルを代表とする溶剤紡糸レーヨンやポリノジックレーヨンなどが挙げられる。しかし、これらの例に限定されるものではなく、叩解可能な再生セルロース繊維であれば、いずれであってもよい。 Examples of the regenerated cellulose fiber that can be used in the separator of the present invention include solvent-spun rayon represented by lyocell and polynosic rayon. However, it is not limited to these examples, and any regenerated cellulose fiber that can be beaten may be used.
本発明の電気化学素子としては、例えば、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池、リチウム一次電池を、挙げることができる。これらの電気化学素子に、本発明の電気化学素子用セパレータを用いて、本発明の電気化学素子を構成することができる。 Examples of the electrochemical device of the present invention include an aluminum electrolytic capacitor, an electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor, a lithium ion secondary battery, and a lithium primary battery. The electrochemical element of this invention can be comprised using the separator for electrochemical elements of this invention for these electrochemical elements.
本発明の電気化学素子に使用する電解液としては、後述する実施例に取り上げる溶媒と電解質との組み合わせに限定されるものではなく、通常使用される電解液であれば、いずれでも良い。
また、本発明の電気化学素子の電極の材料についても、後述する実施例に取り上げる組み合わせに限定されるものではなく、通常使用される電気化学素子用電極材であれば、いずれでも良い。
The electrolytic solution used in the electrochemical device of the present invention is not limited to the combination of the solvent and the electrolyte taken up in the examples described later, and any electrolytic solution that is usually used may be used.
Also, the material for the electrode of the electrochemical element of the present invention is not limited to the combination described in the examples described later, and any material may be used as long as it is a commonly used electrode material for an electrochemical element.
本発明の電気化学素子用セパレータにおいて、A部は、叩解された再生セルロース繊維が多い非常に緻密な層を形成している。これにより、特許文献1に開示されたような、セルロース繊維と合成繊維とが均質な混在状態であるセパレータと比べ、遮蔽性を向上させることができる。
従って、本発明の電気化学素子用セパレータを使用した電気化学素子は、ショート不良率が低減する。
In the separator for electrochemical devices of the present invention, the part A forms a very dense layer with many regenerated cellulose fibers beaten. Thereby, compared with the separator which was disclosed by patent document 1 and a cellulose fiber and a synthetic fiber are a homogeneous mixed state, shielding property can be improved.
Therefore, the electrochemical device using the separator for electrochemical devices of the present invention has a reduced short-circuit defect rate.
本発明の電気化学素子用セパレータにおいて、B部は、A部と比較して熱可塑性合成繊維が多い。このため、層内で、熱可塑性合成繊維同士による交絡が多数存在し、セパレータの製造工程における加熱や圧縮により、交絡点が溶着・圧着する。従って、均質な混在状態である合成繊維とセルロース繊維との絡まりによって強度を向上させる、特許文献1に開示されたようなセパレータと比べ、セパレータの機械強度が大幅に向上する。 In the separator for electrochemical devices of the present invention, the B part has more thermoplastic synthetic fibers than the A part. For this reason, many entanglement by thermoplastic synthetic fibers exists in a layer, and an entanglement point welds and crimps | bonds by the heating and compression in the manufacturing process of a separator. Therefore, the mechanical strength of the separator is greatly improved as compared with the separator disclosed in Patent Document 1 in which the strength is improved by entanglement between the synthetic fibers and the cellulose fibers in a homogeneous mixed state.
以上の効果が同時に得られるため、従来用いられるよりも少ない合成繊維含有率であっても、充分に強度が向上する。そして、合成繊維含有率を減じることは、再生セルロース繊維の含有率を高めることであり、これにより、更なる遮蔽性の向上も可能となる。 Since the above effects can be obtained at the same time, the strength is sufficiently improved even if the synthetic fiber content is lower than that conventionally used. And reducing the synthetic fiber content rate is to increase the content rate of the regenerated cellulose fiber, thereby further improving the shielding property.
また、A部とB部は、比率の多寡はあるが、再生セルロース繊維と熱可塑性合成繊維とを両方含有している。そして、再生セルロース繊維と熱可塑性合成繊維が互いに絡み合い、熱可塑性合成繊維同士の溶着・圧着も発生しているため、各層間での剥離の恐れも無い。 In addition, the A part and the B part contain both regenerated cellulose fibers and thermoplastic synthetic fibers, although there are various ratios. And since the regenerated cellulose fiber and the thermoplastic synthetic fiber are entangled with each other, and the thermoplastic synthetic fiber is welded and crimped, there is no fear of peeling between the respective layers.
A/B値が0.85以下のとき、本発明の二層構造のセパレータとなり、セパレータの遮蔽性と機械強度とを向上させられる。そして、A/B値が0.75以下のとき、より強く二層に分かれているといえ、より好ましい。A/B値が0.6以下のとき、更に強く二層に分かれており、更に好ましい。
A/B値が0.85を超過すると、本発明の効果が得られない。
When the A / B value is 0.85 or less, the separator of the present invention has a two-layer structure, and the shielding properties and mechanical strength of the separator can be improved. And when A / B value is 0.75 or less, it can be said that it is more strongly divided into two layers, and is more preferable. When the A / B value is 0.6 or less, it is more preferably divided into two layers, which is more preferable.
When the A / B value exceeds 0.85, the effect of the present invention cannot be obtained.
再生セルロース繊維についても、A部の再生セルロース繊維の幹部分の本数が多く、B部の再生セルロース繊維の幹部分の本数が少ない、二層構造となっていることが好ましい。
そして、B部の再生セルロース繊維の幹部分の本数を、A部の再生セルロース繊維の幹部分の本数で除した値(B/A値)が0.85以下のとき、つまり、熱可塑性合成繊維の偏りと逆の偏りを有するとき、叩解された再生セルロース繊維の特徴である緻密性が最大限発揮される。
The regenerated cellulose fiber also preferably has a two-layer structure in which the number of trunk portions of the regenerated cellulose fibers in part A is large and the number of trunk portions of the regenerated cellulose fibers in part B is small.
And when the value (B / A value) obtained by dividing the number of trunk parts of the regenerated cellulose fiber of part B by the number of trunk parts of the regenerated cellulose fiber of part A is 0.85 or less, that is, thermoplastic synthetic fiber When it has a bias opposite to that of the above, the denseness, which is a feature of the regenerated cellulose fiber beaten, is exhibited to the maximum.
また、本発明の電気化学素子用セパレータにおいて、セパレータのB部を電気化学素子の正極側に配置することにより、電気化学素子の使用時にその正極近傍で発生する酸性条件にも耐えることが可能となる。このため、近年市場ニーズが高まっている、各種電気化学素子の高電圧化にも寄与する。
なお、電気化学素子のうち、キャパシタやコンデンサは、動作原理において2つの電極の正極・負極の区別がないが、実際の製品では正極・負極の区別がなされている。本発明の電気化学素子用セパレータを、キャパシタやコンデンサに適用する場合には、セパレータのB部を、キャパシタやコンデンサの製品の正極側に配置することが好ましい。
Moreover, in the separator for an electrochemical element of the present invention, by placing the B part of the separator on the positive electrode side of the electrochemical element, it is possible to withstand the acidic conditions generated near the positive electrode when the electrochemical element is used. Become. For this reason, it contributes also to the high voltage of various electrochemical elements in which market needs are increasing in recent years.
Of the electrochemical elements, capacitors and capacitors have no distinction between the positive electrode and the negative electrode of the two electrodes in the operation principle, but the actual product distinguishes between the positive electrode and the negative electrode. When the electrochemical device separator of the present invention is applied to a capacitor or a capacitor, it is preferable to dispose the portion B of the separator on the positive electrode side of the capacitor or capacitor product.
ところで、一般的に、再生セルロース繊維からなるセパレータを電解液に浸漬すると、繊維間に電解液が浸透することにより、乾燥時と比較して強度が低下する。
これに対して、本発明のセパレータは、このような強度低下は起こらない。このため、本発明のセパレータを用いた電気化学素子の耐振動性の向上にも寄与する。
By the way, in general, when a separator made of regenerated cellulose fibers is immersed in an electrolytic solution, the electrolytic solution penetrates between the fibers, so that the strength is reduced as compared with that during drying.
On the other hand, the strength of the separator of the present invention does not decrease. For this reason, it contributes also to the improvement of the vibration resistance of the electrochemical element using the separator of this invention.
更に、本発明のセパレータは遮蔽性に優れるため、通常用いられるよりも厚さが薄い、或いは密度が低いセパレータであっても、充分な遮蔽性を有する。このため、本発明のセパレータを用いれば、電気化学素子のショート不良低減や長期信頼性を向上する。更に、低抵抗化や小型化も可能となる。 Furthermore, since the separator of this invention is excellent in shielding property, even if it is a separator whose thickness is thinner than a normal use, or a density is low, it has sufficient shielding property. For this reason, if the separator of this invention is used, the short defect reduction of an electrochemical element and long-term reliability will be improved. Further, the resistance and size can be reduced.
上述した本発明のセパレータを備えて構成されることから、本発明の電気化学素子は、自動車や各種電子機器で要求される、小型かつ高容量、高出力で、長期に渡り使用できるという要求を、同時に満たすことができる。
そして、本発明の電気化学素子を用いた自動車の安全性、信頼性の向上や、本発明の電気化学素子を用いた電子機器の、小型化、長寿命化、信頼性の向上に寄与する。
Since it is configured to include the separator of the present invention described above, the electrochemical element of the present invention is required for automobiles and various electronic devices, and has a demand that it can be used for a long time with a small size, a high capacity, and a high output. Can be met at the same time.
And it contributes to improving the safety and reliability of automobiles using the electrochemical device of the present invention, and reducing the size, extending the life and improving the reliability of electronic equipment using the electrochemical device of the present invention.
本発明の電気化学素子用セパレータの二層構造は、例えば、以下の方法により実現することができる。
高度に叩解された再生セルロース繊維と、熱可塑性合成繊維とを混合して、水中に分散し、抄紙法により網面から濾水することでシートを形成する。即ち、湿式不織布とする。
The two-layer structure of the separator for electrochemical devices of the present invention can be realized, for example, by the following method.
Highly beaten regenerated cellulose fibers and thermoplastic synthetic fibers are mixed, dispersed in water, and filtered from the mesh surface by a papermaking method to form a sheet. That is, it is set as a wet nonwoven fabric.
セルロース繊維の比重は、約1.5である。一方、樹脂種により様々であるが、合成繊維の比重は1.5よりも小さい。
このため、これらを混合して緩慢な濾水にて抄紙することにより、セルロース繊維がシート下部に、合成繊維がシート上部に堆積した、複層構造のシートが得られる。以下に示す本発明の実施の形態例は、この比重差を利用し、シートを層状に形成したものである。
ただし、本発明においては、再生セルロース繊維と合成樹脂繊維とからなる複層構造のセパレータであればいずれでもよく、本発明の実施の形態例に示す、特定の抄紙法によるセパレータに限定されるものではない。
The specific gravity of the cellulose fiber is about 1.5. On the other hand, the specific gravity of the synthetic fiber is smaller than 1.5 although it varies depending on the resin type.
For this reason, by mixing these and making paper with slow filtered water, a sheet having a multilayer structure in which cellulose fibers are deposited at the bottom of the sheet and synthetic fibers are deposited at the top of the sheet is obtained. In the following embodiment of the present invention, the sheet is formed into a layer using this specific gravity difference.
However, in the present invention, any separator may be used as long as it has a multilayer structure composed of regenerated cellulose fibers and synthetic resin fibers, and is limited to a separator by a specific papermaking method shown in the embodiment of the present invention. is not.
具体的には、例えば以下の方法により、本発明のセパレータが得られる。
まず、再生セルロース繊維として、叩解された再生セルロース繊維を使用する。再生セルロース繊維を叩解することで、繊維から樹状に枝分かれした微細なフィブリルが得られる。更に叩解を行うと、この枝分かれが増えるだけでなく、同時にフィブリルの脱落も生じる。
Specifically, for example, the separator of the present invention is obtained by the following method.
First, the regenerated cellulose fiber beaten is used as a regenerated cellulose fiber. By beating the regenerated cellulose fiber, fine fibrils branched from the fiber in a dendritic form are obtained. Further beating will not only increase this branching, but also cause fibrils to fall off.
抄紙工程では、叩解された再生セルロース繊維と熱可塑性合成繊維とを混合して、これらを多量の水に分散させて分散液を得た後に、この分散液をワイヤ(抄紙網)にて濾過することにより、シートを形成する。この分散液がワイヤ上に供給されると、まず、濾水抵抗が大きく比重の高い太い径の繊維(繊維の幹部分)がワイヤ上に堆積する。そして、繊維の幹部分の堆積層の上に、微細なフィブリルが徐々に堆積することになる。
抄紙機に一般的に用いられるワイヤと比べて、最初に堆積する叩解された再生セルロース繊維の幹部分により形成された層の方が、目が細かいため、幹部分の堆積層の上に堆積するフィブリルは、非常に微細であっても、ワイヤからの脱落(すり抜け)を防ぐことができる。
In the papermaking process, the regenerated cellulose fibers and thermoplastic synthetic fibers that have been beaten are mixed and dispersed in a large amount of water to obtain a dispersion, which is then filtered through a wire (papermaking net). Thus, a sheet is formed. When this dispersion liquid is supplied onto the wire, first, fibers with a large diameter (fiber trunk portion) having high drainage resistance and high specific gravity are deposited on the wire. Then, fine fibrils are gradually deposited on the deposited layer of the trunk portion of the fiber.
Compared to the wire generally used in paper machines, the layer formed by the trunk portion of the regenerated regenerated cellulose fiber deposited first is finer and therefore deposits on the trunk layer deposition layer. Even if the fibril is very fine, it can be prevented from falling off (slipping out) from the wire.
合成繊維を叩解された再生セルロース繊維と同時にワイヤに供給した場合でも、セルロースと合成繊維との比重差により、まず再生セルロース繊維の幹部分がワイヤ上に堆積することは同様である。
合成繊維は、水素結合を生じないため、叩解された再生セルロースからなる不織布の密度を低下させ、緻密性を損なう場合があるが、本発明のセパレータにおいては、幹部分から脱落したフィブリルがその間隙を安定するように埋めるため、緻密性が低下することも無い。
つまり、再生セルロース繊維の叩解の程度は、幹部分とフィブリルとが共存する程度のバランスが必要である。
Even when the synthetic fiber is fed to the wire at the same time as the regenerated cellulose fiber beaten, the trunk portion of the regenerated cellulose fiber is first deposited on the wire due to the difference in specific gravity between the cellulose and the synthetic fiber.
Synthetic fibers do not generate hydrogen bonds, so the density of the beaten regenerated cellulose nonwoven fabric may be reduced and the denseness may be impaired. In the separator of the present invention, the fibrils that have fallen from the trunk portion leave gaps between them. Since it is buried so as to be stable, the denseness is not lowered.
That is, the degree of beating of the regenerated cellulose fiber needs to be balanced so that the trunk portion and the fibril coexist.
二層構造としたシート(湿式不織布)を、加熱・圧縮することにより、A部の熱可塑性合成繊維同士が溶着・圧着し、セパレータの強度を大きく向上させられる。
一般的に、再生セルロースからなるセパレータは、電解液に浸漬されると、繊維間に電解液が浸透することにより乾燥時と比較して強度が低下するが、合成繊維同士を溶着・圧着させた本発明のセパレータは、電解液浸漬による強度低下も起こらない。このため、本発明のセパレータを電気化学素子に適用した際の耐振動性も向上する。
By heating and compressing the sheet (wet nonwoven fabric) having a two-layer structure, the thermoplastic synthetic fibers of part A are welded and pressed together, and the strength of the separator can be greatly improved.
In general, when a separator made of regenerated cellulose is immersed in an electrolyte solution, the electrolyte solution penetrates between the fibers and the strength is reduced as compared with the time of drying, but the synthetic fibers are welded and pressed together. The separator of the present invention does not cause a decrease in strength due to the immersion of the electrolytic solution. For this reason, the vibration resistance when the separator of the present invention is applied to an electrochemical element is also improved.
湿式不織布を形成する手法としては、従来から選択されているいずれの手段であっても、特に制限なく採用できる。
一般的には、長網抄紙機や円網抄紙機、短網抄紙機などが広く用いられている。
中でも、抄紙ワイヤへの原料スラリー供給からシート形成までの濾水時間が比較的長く取れ濾水方向が垂直方向である短網抄紙機や長網抄紙機は、本発明の構成を得る上で好適である。
As a method for forming a wet nonwoven fabric, any means conventionally selected can be employed without any particular limitation.
In general, a long net paper machine, a circular net paper machine, a short net paper machine, and the like are widely used.
Among them, the short net paper machine and the long net paper machine in which the drainage time from the supply of the raw material slurry to the papermaking wire to the sheet formation is relatively long and the drainage direction is vertical is suitable for obtaining the configuration of the present invention. It is.
本発明のセパレータの抄紙工程では、必要に応じて、通常抄紙工程で使用されている添加剤、例えば分散剤や消泡剤、紙力増強剤などを使用してもよい。また、必要に応じて、ポリアクリルアミドなどを用いた紙力増強剤の塗工を行ってもよい。 In the paper making process of the separator of the present invention, additives that are usually used in the paper making process, for example, a dispersant, an antifoaming agent, a paper strength enhancer, and the like may be used as necessary. Moreover, you may perform the coating of the paper strength enhancer using polyacrylamide etc. as needed.
本発明では、叩解された再生セルロース繊維の平均繊維長は、JISP8226−2による繊維長を用いる。
叩解可能な繊維を叩解していくと、平均繊維長が徐々に短くなる。この平均繊維長が0.2〜2.0mmの範囲にあるとき、前述したA/B値やB/A値を好ましい値にできる。
平均繊維長が2.0mmを超過すると、フィブリルの発生が不十分であり、遮蔽性の向上に寄与できないし、微細化しきれていない長繊維が熱可塑性合成繊維を絡め取って同時にワイヤ上に堆積しやすく、A/B値、B/A値が小さくなりにくい。
平均繊維長が0.2mm未満では、繊維が微細になりすぎ、幹部分が少なくなりすぎるため、ワイヤからの脱落が増加し、A/B値、B/A値が小さくなりにくい。
平均繊維長が0.4〜1.0mmのとき、A/B値を0.75以下としやすいため、より好ましく、平均繊維長が0.5〜1.0mmのとき、A/B値を0.6以下としやすいため、更に好ましい。
In this invention, the fiber length by JISP8226-2 is used for the average fiber length of the regenerated cellulose fiber beaten.
The average fiber length is gradually shortened as the beatable fibers are beaten. When the average fiber length is in the range of 0.2 to 2.0 mm, the aforementioned A / B value and B / A value can be set to preferable values.
If the average fiber length exceeds 2.0 mm, the generation of fibrils is insufficient, cannot contribute to the improvement of the shielding property, and the long fibers that are not miniaturized entangle the thermoplastic synthetic fibers and deposit on the wire at the same time. It is easy to do and it is hard to become small A / B value and B / A value.
If the average fiber length is less than 0.2 mm, the fiber becomes too fine and the trunk portion becomes too small, so that the dropout from the wire increases and the A / B value and B / A value are unlikely to decrease.
When the average fiber length is 0.4 to 1.0 mm, the A / B value is easily set to 0.75 or less, so it is more preferable. When the average fiber length is 0.5 to 1.0 mm, the A / B value is 0. .6 or less, which is more preferable.
そして、再生セルロース繊維の叩解度を管理することで、上述した範囲内の平均繊維長を達成できる。再生セルロース繊維の叩解の程度は、JISP8121−2による濾水度(CSF値)を用いる。叩解可能な繊維を叩解していくと、CSF値は徐々に低下し、下限に到達する。ここで、更に叩解を進めると、CSF値は上昇に転じる。
そして、本発明のA/B値、B/A値を達成するためには、このCSF値が重要である。本発明の再生セルロースの叩解の程度は、低下しているCSF値で100ml以下、上昇しているCSF値で700ml以下の範囲が好ましい。
低下しているCSF値が100mlより大きいと、平均繊維長を2mm以下にし難い。また、上昇しているCSF値がさらに増えて700mlを超えた場合は、平均繊維長を2mm以下にし難い。
And the average fiber length within the range mentioned above can be achieved by managing the beating degree of the regenerated cellulose fiber. The degree of beating of regenerated cellulose fiber is the freeness (CSF value) according to JISP8121-2. As the beatable fiber is beaten, the CSF value gradually decreases and reaches the lower limit. Here, when the beating is further advanced, the CSF value starts to increase.
And in order to achieve the A / B value and B / A value of the present invention, this CSF value is important. The degree of beating of the regenerated cellulose of the present invention is preferably in the range of 100 ml or less for the lowered CSF value and 700 ml or less for the raised CSF value.
If the lowered CSF value is larger than 100 ml, it is difficult to make the average fiber length 2 mm or less. Further, when the increasing CSF value further exceeds 700 ml, it is difficult to make the average fiber length 2 mm or less.
本発明のセパレータに使用する、再生セルロース繊維の叩解に用いる設備は、通常の抄紙原料の調成に使用されるものであればいずれでもよい。一般的にはビーター、コニカルリファイナー、ディスクリファイナー、高圧ホモジナイザーなどが挙げられる。 The equipment used for beating the regenerated cellulose fiber used in the separator of the present invention may be any equipment as long as it is used for preparing a normal papermaking raw material. In general, a beater, a conical refiner, a disc refiner, a high-pressure homogenizer, and the like can be given.
本発明のセパレータにおいて、熱可塑性合成繊維は、その繊維径が細いことが好ましい。
同じ比重で比べた場合、繊維径が細い合成繊維は、太い合成繊維と比べ、水中での沈降が遅い。このため、より層状にシート形成できる。また、繊維径が細い程、緻密なシートが形成できるため、セパレータの遮蔽性も向上する。
以上の理由から、合成繊維の繊維径は、0.5〜10μmが好ましい。
繊維径が0.5μm未満では、繊維を水中に均一に分散させることが難しく、好ましくない。
In the separator of the present invention, the thermoplastic synthetic fiber preferably has a small fiber diameter.
When compared with the same specific gravity, synthetic fibers with small fiber diameters are slower to settle in water than thick synthetic fibers. For this reason, a sheet can be formed in a more layered form. Moreover, since the denser sheet can be formed as the fiber diameter is thinner, the shielding property of the separator is also improved.
For the above reasons, the fiber diameter of the synthetic fiber is preferably 0.5 to 10 μm.
If the fiber diameter is less than 0.5 μm, it is difficult to uniformly disperse the fibers in water, which is not preferable.
なお、本発明のセパレータにおける二層構造は、二層が各々の繊維のみと言えるほどに分離している必要はなく、一方の表面から他方の表面にかけて、徐々に各々の繊維の構成割合が変化しているものであってもよい。 Note that the two-layer structure in the separator of the present invention does not need to be separated so that the two layers can be said to be only each fiber, and the composition ratio of each fiber gradually changes from one surface to the other surface. It may be what you are doing.
本発明のセパレータ全体に占める再生セルロース繊維の含有割合は、50〜90質量%が好ましく、合成繊維の含有割合は、10〜50質量%が好ましい。
再生セルロース繊維の含有量が90質量%を超過する時、即ち、合成繊維の含有量が10質量%未満の時は、強度の向上があまり望めない。
また、合成繊維の含有量が50質量%を超過する時、即ち、再生セルロース繊維の含有量が50質量%未満の時は、遮蔽性の向上があまり望めない。
The content of the regenerated cellulose fiber in the entire separator of the present invention is preferably 50 to 90% by mass, and the content of the synthetic fiber is preferably 10 to 50% by mass.
When the content of the regenerated cellulose fiber exceeds 90% by mass, that is, when the content of the synthetic fiber is less than 10% by mass, an improvement in strength cannot be expected.
Further, when the content of the synthetic fiber exceeds 50% by mass, that is, when the content of the regenerated cellulose fiber is less than 50% by mass, an improvement in shielding properties cannot be expected.
本発明のセパレータは、厚さが10〜70μmかつ密度が0.25〜0.90g/cm3であることが好ましい。所望する厚さ及び密度に制御するため、必要に応じてキャレンダ処理を行ってもよい。
厚さが10μmより薄い、或いは密度が0.25g/cm3より低いと、機械的強度が弱くなり、セパレータ製造工程や電気化学素子製造工程でセパレータが破断しやすくなるし、電気化学素子のショート不良の発生を抑制できなくなる。厚さが70μmより厚い、或いは密度が0.90g/cm3より高いと、抵抗値が増大する。
The separator of the present invention preferably has a thickness of 10 to 70 μm and a density of 0.25 to 0.90 g / cm 3 . In order to control to a desired thickness and density, a calendar process may be performed as necessary.
If the thickness is less than 10 μm or the density is lower than 0.25 g / cm 3 , the mechanical strength becomes weak, the separator is easily broken in the separator manufacturing process and the electrochemical element manufacturing process, and the electrochemical element is short-circuited. It becomes impossible to suppress the occurrence of defects. When the thickness is thicker than 70 μm or the density is higher than 0.90 g / cm 3 , the resistance value increases.
以下、本発明にかかる具体的な実施の形態を説明する。 Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described.
本発明の電気化学素子用セパレータの一実施の形態の概略断面図を、図1に示す。
図1に示す電気化学素子用セパレータ10は、シート状のセパレータの内部に、再生セルロース繊維と熱可塑性合成繊維を、含有している。そして、これらの繊維は、繊維径の大きい方から順に、再生セルロース繊維の幹部分11、熱可塑性合成繊維12、再生セルロース繊維のフィブリル13、の3つに大別できる。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of the separator for electrochemical devices of the present invention.
The
そして、図1では、電気化学素子用セパレータ10の断面を厚さ方向に二等分して、下半分のA部10Aと、上半分のB部10Bに分けて、境界線を点線で示している。
下半分のA部10Aは、熱可塑性合成繊維12が少なく、再生セルロース繊維の幹部分11が多くなっている。
上半分のB部10Bは、熱可塑性合成繊維12が多く、再生セルロース繊維の幹部分11が少なくなっている。
In FIG. 1, the cross section of the
The lower half A
In the upper half B portion 10B, the thermoplastic
そして、本実施の形態の電気化学セパレータ10は、A部10Aの熱可塑性合成繊維12の本数をB部10Bの熱可塑性合成繊維12の本数で除した値(A/B値)が0.85以下である構成とする。A/B値が0.75以下である構成がより好ましく、A/B値が0.6以下である構成が更に好ましい。
In the
また、好ましくは、B部10Bの再生セルロース繊維の幹部分11の本数をA部10Aの再生セルロース繊維の幹部分11の本数で除した値(B/A値)が0.85以下である構成とする。
Preferably, the value (B / A value) obtained by dividing the number of the regenerated cellulose
電気化学素子用セパレータ10の断面における、熱可塑性合成繊維12の本数と、再生セルロースの幹部分11の本数の算出方法について、図2を参照して説明する。
なお、図2において、電気化学素子用セパレータ10の断面における、再生セルロース繊維の幹部分11、熱可塑性合成繊維12、再生セルロース繊維のフィブリル13の配置は、図1と同一である。
A method for calculating the number of thermoplastic
In FIG. 2, the arrangement of the regenerated cellulose
図2において、中心の線に掛かっておらず、A部10Aのみ、或いは、B部10Bのみに存在する繊維は、それぞれ1本と数える。
一方、中心の線をまたいでいる繊維は、図2に示すように、本数を数える。
A部10Aに多く偏っている繊維は、A部0.75本、B部0.25本、と数える。
A部10A及びB部10Bに均一に含まれている繊維は、A部0.5本、B部0.5本、と数える。
B部10Bに多く偏っている繊維は、A部0.25本、B部0.75本、と数える。
このように数えて、電気化学素子用セパレータ10の断面のA部10AとB部10Bの各々の繊維の本数を算出する。
In FIG. 2, the fibers that are not on the central line and are present only in the
On the other hand, the number of fibers straddling the center line is counted as shown in FIG.
The fibers that are largely biased toward the
The fibers uniformly contained in the
The fibers which are largely biased toward the B part 10B are counted as 0.25 A part and 0.75 B part.
In this way, the number of fibers in each of the
図2の場合、熱可塑性合繊繊維12の本数は、A部10Aが7.75本でB部が16.25本であり、再生セルロース繊維の幹部分11の本数は、A部が7.5本でB部が3.5本である。従って、熱可塑性合成繊維12のA/B値は7.75/16.25=0.48であり、再生セルロース繊維の幹部分11のB/A値は3.5/7.5=0.47である。この場合、熱可塑性合成繊維12のA/B値及び再生セルロース繊維の幹部分11のB/A値が共に0.85以下であるので、本発明の電気化学素子用セパレータの効果が十分に得られる。
In the case of FIG. 2, the number of the thermoplastic
次に、本発明の自動車、すなわち、本発明の電気化学素子(本発明のセパレータを用いた電気化学素子)を、自動車に適用した場合の実施の形態を、いくつか説明する。 Next, several embodiments will be described in which the automobile of the present invention, that is, the electrochemical element of the present invention (an electrochemical element using the separator of the present invention) is applied to an automobile.
本発明の自動車の一実施の形態を示すブロック図を、図3に示す。
図3は、本発明を電気自動車に適用した場合である。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the automobile of the present invention.
FIG. 3 shows a case where the present invention is applied to an electric vehicle.
図3に示す自動車20は、電気自動車の動力源としてリチウムイオン二次電池21を備え、リチウムイオン二次電池21でモーター22を動かして走行する。また、車輪Wにブレーキ23が接続されている。さらに、リチウムイオン二次電池21を充電するための、充電器24と外部電源25を備えている。
リチウムイオン二次電池21には、電池制御ECU26が接続されており、電池制御ECU26によってリチウムイオン二次電池21を制御する。
モーター22には、モーター制御ECU27とEPS制御ECU28が接続されており、モーター制御ECU27によってモーター22を制御する。EPS制御ECU28は、EPS(電動パワーステアリング)の制御を行う。
リチウムイオン二次電池21及びモーター22とブレーキ23の間には、回生ブレーキ制御ECU29が設けられ、この回生ブレーキ制御ECU29によって、ブレーキ23の回生ブレーキ操作の制御を行う。
An
A
A
A regenerative
そして、本実施の形態では、リチウムイオン二次電池21に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、リチウムイオン二次電池を使用することができる。
また、本実施の形態では、電池制御ECU26、モーター制御ECU27、EPS制御ECU28、回生ブレーキ制御ECU29に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、コンデンサや電気二重層キャパシタを使用することができる。
And in this Embodiment, the lithium ion secondary battery provided with the separator for electrochemical elements of this invention can be used for the lithium ion
In the present embodiment, the
本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、リチウムイオン二次電池、コンデンサ、電気二重層キャパシタを使用することにより、セパレータが十分な遮蔽性、機械強度、化学的安定性を有するので、リチウムイオン二次電池、コンデンサ、電気二重層キャパシタにおいて、ショート不良を低減し、耐振動性や温度への耐性の向上、長期間使用後の特性の安定化を図ることができる。
これにより、高い安全性及び高い信頼性を有する自動車20を実現することができる。
Since the separator has sufficient shielding properties, mechanical strength, and chemical stability by using the lithium ion secondary battery, capacitor, and electric double layer capacitor provided with the separator for an electrochemical device of the present invention, lithium ion In secondary batteries, capacitors, and electric double layer capacitors, it is possible to reduce short-circuit defects, improve vibration resistance and temperature resistance, and stabilize characteristics after long-term use.
Thereby, the
本発明の自動車の他の実施の形態を示すブロック図を、図4に示す。
図4は、本発明を、回生システムを有するエンジン自動車に適用した場合である。
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the automobile of the present invention.
FIG. 4 shows a case where the present invention is applied to an engine vehicle having a regeneration system.
図4に示す自動車30は、動力源としてエンジン31を備え、エンジン31を含む動力系にアクセル32と変速機33を備えている。また、車輪Wにブレーキ35が接続され、ブレーキ35に回生ユニット34とABSユニット36が接続されている。ABSユニット36により、ABS(アンチロックブレーキシステム)機能を働かせることができる。さらに、車内の空調を行うためのエアコン37を備えている。
エンジン31には燃料噴霧ECU38が接続されており、燃料噴霧ECU38によって、エンジン31の燃料噴霧を制御する。エンジン31とアクセル32の間には電子スロットルECU39が設けられ、エンジン31と変速機33の間には変速機ECU40が設けられている。回生ユニット34には回生ブレーキ制御ECU41が接続されており、回生ブレーキ制御ECU41によって、回旋ユニット34の回生ブレーキ動作が制御される。ABSユニット36にはABS ECU42が接続されており、ABS ECU42によって、ABSユニット35の動作が制御される。
An
A
そして、本実施の形態では、燃料噴霧ECU38、電子スロットルECU39、変速機ECU40、回生ブレーキ制御ECU41、ABS ECU42に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、コンデンサや電気二重層キャパシタを使用することができる。
本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、コンデンサや電気二重層キャパシタを使用することにより、セパレータが十分な遮蔽性、機械強度、化学的安定性を有するので、コンデンサ、電気二重層キャパシタにおいて、ショート不良を低減し、耐振動性や温度への耐性の向上、長期間使用後の特性の安定化を図ることができる。
これにより、高い安全性及び高い信頼性を有する自動車30を実現することができる。
In this embodiment, the
By using a capacitor or an electric double layer capacitor provided with the separator for an electrochemical element of the present invention, the separator has sufficient shielding properties, mechanical strength, and chemical stability. Short circuit defects can be reduced, vibration resistance and temperature resistance can be improved, and characteristics after long-term use can be stabilized.
Thereby, the
本発明の自動車の他の実施の形態を示すブロック図を、図5に示す。
図5は、本発明を、ハイブリッド自動車に適用した場合である。
A block diagram showing another embodiment of the automobile of the present invention is shown in FIG.
FIG. 5 shows a case where the present invention is applied to a hybrid vehicle.
図5に示す自動車50は、ハイブリッド自動車であるので、電気自動車である図3に示した自動車20と共通する構成と、エンジン自動車である図4に示した自動車30と共通する構成を、含んでいる。
Since the
図5に示す自動車50は、動力源として、エンジン51及びリチウムイオン二次電池52を有している。また、車輪Wに、ブレーキ53やモーター57が接続されている。さらに、リチウムイオン二次電池52を充電するための、充電器54と外部電源55を備えている。また、車輪Wの駆動用のモーター57とは別に、EPS(電動パワーステアリング)用のモーター56が設けられている。
エンジン51には、燃料噴霧ECU58及び電子スロットルECU59が接続されている。
リチウムイオン二次電池52には、電池制御ECU60が接続されており、電池制御ECU60によってリチウムイオン二次電池52を制御する。
図5の中央部には、HEVシステム制御ECU61が設けられており、このHEVシステム制御ECU61は、エンジン51とリチウムイオン二次電池52の切り替えなどを制御する。
ブレーキ53には、回生ブレーキ制御ECU62が接続されており、回生ブレーキ制御ECU62によって、ブレーキ53の回生ブレーキ動作が制御される。車輪Wに接続されたモーター57には、モーター制御ECU63が接続されており、モーター制御ECU63によってモーター57を制御する。EPS用のモーター56には、EPS制御ECU64が接続されており、EPS制御ECU64によってEPS(電動パワーステアリング)の制御を行う。
The
A
A
An HEV system control ECU 61 is provided at the center of FIG. 5, and the HEV system control ECU 61 controls switching between the
A regenerative
そして、本実施の形態では、リチウムイオン二次電池52に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、リチウムイオン二次電池を使用することができる。
また、本実施の形態では、燃料噴霧ECU58、電子スロットルECU59、電池制御ECU60、HEVシステム制御ECU61、回生ブレーキ制御ECU62、モーター制御ECU63、EPS制御ECU64に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、コンデンサや電気二重層キャパシタを使用することができる。
And in this Embodiment, the lithium ion secondary battery provided with the separator for electrochemical elements of this invention can be used for the lithium ion
In the present embodiment, the
本発明の電気化学素子用セパレータを備えたリチウムイオン二次電池、コンデンサ、電気二重層キャパシタを使用することにより、セパレータが十分な遮蔽性、機械強度、化学的安定性を有するので、リチウムイオン二次電池、コンデンサ、電気二重層キャパシタにおいて、ショート不良を低減し、耐振動性や温度への耐性の向上、長期間使用後の特性の安定化を図ることができる。
これにより、高い安全性及び高い信頼性を有する自動車50を実現することができる。
Since the separator has sufficient shielding properties, mechanical strength, and chemical stability by using the lithium ion secondary battery, capacitor, and electric double layer capacitor provided with the separator for an electrochemical element of the present invention, lithium ion secondary In secondary batteries, capacitors, and electric double layer capacitors, it is possible to reduce short-circuit defects, improve vibration resistance and temperature resistance, and stabilize characteristics after long-term use.
Thereby, the
なお、ハイブリッド自動車には、電池及びエンジンの担う役割や各部の接続関係が、図5に示した構成とは異なる、他の型も含まれる。このような他の型のハイブリッド自動車にも、本発明を適用して、本発明の電気化学素子を搭載することが可能である。 Note that the hybrid vehicle includes other types in which the role of the battery and the engine and the connection relationship between the units are different from the configuration illustrated in FIG. 5. The present invention can also be applied to such other types of hybrid vehicles to mount the electrochemical device of the present invention.
次に、本発明の電子機器、すなわち、本発明の電気化学素子(本発明のセパレータを用いた電気化学素子)を、電子機器に適用した場合の実施の形態を、いくつか説明する。 Next, some embodiments in the case where the electronic device of the present invention, that is, the electrochemical device of the present invention (an electrochemical device using the separator of the present invention) is applied to an electronic device will be described.
本発明の電子機器の一実施の形態を示すブロック図を、図6に示す。
図6は、本発明を、電気二重層キャパシタによる電源アシストを行う電子機器に適用した場合である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an embodiment of an electronic apparatus according to the invention.
FIG. 6 shows a case where the present invention is applied to an electronic device that performs power supply assist using an electric double layer capacitor.
図6に示す電子機器70は、電源71と、負荷(LED等)72と、電気二重層キャパシタ73を、備えている。
電気二重層キャパシタ73は、電源71からの電気を蓄積させることができ、そして、蓄積された電気を放電することにより電源71をアシストすることができる。
The electronic device 70 shown in FIG. 6 includes a power source 71, a load (such as an LED) 72, and an electric
The electric
そして、本実施の形態では、電気二重層キャパシタ73に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、電気二重層キャパシタを使用することができる。
本発明の本発明の電気化学素子用セパレータを備えた電気二重層キャパシタを使用することにより、セパレータが十分な遮蔽性、機械強度、化学的安定性を有するので、電気二重層キャパシタにおいて、ショート不良を低減し、耐振動性、耐電圧性、温度への耐性の向上、薄型化による低抵抗化や小型化、長期間使用後の特性の安定化を図ることができる。
これにより、小型であり、高い信頼性を有する電子機器70を実現することができる。
And in this Embodiment, the electric double layer capacitor provided with the separator for electrochemical elements of this invention can be used for the electric
By using the electric double layer capacitor provided with the separator for electrochemical elements of the present invention, the separator has sufficient shielding properties, mechanical strength, and chemical stability. The vibration resistance, the voltage resistance, and the resistance to temperature can be improved, the resistance can be reduced and the size can be reduced by reducing the thickness, and the characteristics after long-term use can be stabilized.
Thereby, the electronic device 70 which is small and has high reliability can be realized.
本発明の電子機器の他の実施の形態を示すブロック図を、図7に示す。
図7は、本発明を、電気二重層キャパシタによる主電源のバックアップを行う電子機器に適用した場合である。
FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the electronic device of the present invention.
FIG. 7 shows a case where the present invention is applied to an electronic device that performs backup of a main power source using an electric double layer capacitor.
図7に示す電子機器80は、主電源としてのリチウムイオン二次電池等81と、負荷82と、バックアップ用電源としての電気二重層キャパシタ83を、備えている。
電気二重層キャパシタ83は、リチウムイオン二次電池等81の主電源と負荷82の間に接続されている。そして、図7に×で示すように、主電源が使用できなくなった場合には、電気二重層キャパシタ83によって、主電源のバックアップを行う。
An electronic device 80 shown in FIG. 7 includes a lithium ion
The electric
そして、本実施の形態では、リチウムイオン二次電池等81に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、リチウムイオン二次電池等を使用することができる。
また、本実施の形態では、電気二重層キャパシタ73に、本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、電気二重層キャパシタを使用することができる。
And in this Embodiment, the lithium ion secondary battery etc. which were equipped with the separator for electrochemical elements of this invention can be used for the lithium ion secondary battery etc. 81. FIG.
Moreover, in this Embodiment, the electrical double layer capacitor provided with the separator for electrochemical elements of this invention can be used for the electrical
本発明の電気化学素子用セパレータを備えた、リチウムイオン二次電池等や電気二重層キャパシタを使用することにより、セパレータが十分な遮蔽性、機械強度、化学的安定性を有するので、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタにおいて、ショート不良を低減し、耐振動性、耐電圧性、温度への耐性の向上、薄型化による低抵抗化や小型化、長期間使用後の特性の安定化を図ることができる。
これにより、小型であり、高い信頼性を有する電子機器80を実現することができる。
By using a lithium ion secondary battery or the like or an electric double layer capacitor equipped with the separator for an electrochemical device of the present invention, the separator has sufficient shielding properties, mechanical strength, and chemical stability. Reduces short-circuit defects in secondary batteries and electric double layer capacitors, improves vibration resistance, voltage resistance and temperature resistance, lowers resistance and downsizing by reducing thickness, and stabilizes characteristics after long-term use Can be planned.
Thereby, the electronic device 80 which is small and has high reliability can be realized.
以下、本発明にかかる電気化学素子用セパレータ及び、電気化学素子用セパレータを備えた電気化学素子の具体的な各種実施例、比較例、従来例について、詳細に説明する。
以下に示す例では、電気化学素子として、リチウムイオン二次電池(円筒型とコイン型)、電気二重層キャパシタを作製した。
なお、以下に説明する本発明の各実施例のアルカリ電池用セパレータは、長網抄紙機あるいは長網円網抄紙機、短網抄紙機等を用い抄紙法にて不織布を得た。即ち、湿式不織布でセパレータを構成した。
Hereinafter, specific various examples, comparative examples, and conventional examples of the electrochemical element separator and the electrochemical element provided with the electrochemical element separator according to the present invention will be described in detail.
In the example shown below, a lithium ion secondary battery (cylindrical type and coin type) and an electric double layer capacitor were produced as electrochemical elements.
In addition, the separator for alkaline batteries of each Example of the present invention described below was obtained by a papermaking method using a long web paper machine, a long web paper machine, a short paper machine, or the like. That is, the separator was composed of a wet nonwoven fabric.
〔セパレータ特性の測定方法〕
本実施の形態の電気化学素子用セパレータの特性の具体的な測定は、以下の条件及び方法で行った。
[Method for measuring separator properties]
The specific measurement of the characteristics of the electrochemical device separator of the present embodiment was performed under the following conditions and method.
〔平均繊維長〕
「JIS P8226−2 パルプ−光学的自動分析法による繊維長測定方法−第2部:非変更法(ISO16065−2)」に従って、Fiber Tester Code912(Lorentzen & Wettre社製)を用いて、長さ加重平均繊維長を測定し、平均繊維長とした。
[Average fiber length]
Length-weighted using Fiber Tester Code 912 (manufactured by Lorentzen & Wettre) according to “JIS P8226-2 Pulp-Fiber length measurement method by optical automatic analysis method-Part 2: Non-change method (ISO16065-2)” The average fiber length was measured and taken as the average fiber length.
〔CSF値〕
「JIS P8121−2 パルプ−ろ水度試験法−第2部:カナダ標準ろ水度法」に従って、CSF値を測定した。
[CSF value]
The CSF value was measured in accordance with “JIS P8121-2 Pulp-Freeness Test Method—Part 2: Canadian Standard Freeness Method”.
〔厚さ〕
「JIS C 2300−2 『電気用セルロース紙-第2部:試験方法』 5.1 厚さ」に規定された、「5.1.1 測定器及び測定方法 a外側マイクロメータを用いる場合」のマイクロメータを用いて、「5.1.3 紙を折り重ねて厚さを測る場合」の10枚に折り重ねる方法でセパレータの厚さを測定した。
〔thickness〕
“5.1.1 Measuring instrument and measuring method a When using an external micrometer” as defined in “JIS C 2300-2“ Cellulose paper for electrical use-Part 2: Test method ”5.1 Thickness” Using a micrometer, the thickness of the separator was measured by the method of folding it into 10 sheets as described in “5.1.3 When measuring the thickness by folding paper”.
〔密度〕
「JIS C 2300−2 『電気用セルロース紙-第2部:試験方法』 7.0A 密度」のB法に規定された方法で、絶乾状態のセパレータの密度を測定した。
〔density〕
The density of the absolutely dried separator was measured by the method defined in Method B of “JIS C 2300-2“ Electric Cellulose Paper—Part 2: Test Method ”7.0 A Density”.
〔引張強さ〕
「JIS C 2300−2 『電気用セルロース紙-第2部:試験方法』 8.引張強さ及び伸び」に規定された方法で、セパレータの縦方向の引張強さを測定した。
〔Tensile strength〕
The tensile strength in the longitudinal direction of the separator was measured by the method specified in “JIS C 2300-2“ Cellulose paper for electrical use—Part 2: Test method ”8. Tensile strength and elongation”.
〔断面構造〕
鋭利な刃物を用いて、セパレータを横方向(CD方向)に切断し、走査型電子顕微鏡(型番JSM−5600LV(JEOL社製))を用いて、拡大倍率1000倍(撮影面積100μm×130μm)にて断面を撮影した。
撮影したセパレータを、厚さ方向に二等分して得られる各部分における。合成繊維の本数を計数した。
なお、二等分した中心の線をまたぐ繊維については、図2で説明したと同様にして、数えた。すなわち、合成繊維の断面がA部に多く偏っている場合は、A部に0.75本、B部に0.25本とし、合成繊維の断面がB部に多く偏っている場合は、A部に0.25本、B部に0.75本とし、合成繊維の断面がA部とB部とで均一な場合は、A部に0.5本、B部に0.5本とした。
そして、A部の合成繊維の本数を、B部の合成繊維の本数で除して、合成繊維の比率(A/B値)とした。
再生セルロース繊維の幹部分についても、合成繊維の本数と同様にして計数、算出し、B部の再生セルロース繊維の幹部分の本数を、A部の再生セルロース繊維の幹部分の本数で除し、再生セルロース繊維の幹部分の比率(B/A値)とした。
なお、撮影及び計数は、各例につき任意の10箇所で行い、計数した平均値を用いて各比率を計算した。
[Cross-section structure]
Using a sharp blade, cut the separator in the transverse direction (CD direction), and using a scanning electron microscope (model number JSM-5600LV (manufactured by JEOL)) with a magnification of 1000 times (imaging area 100 μm × 130 μm) A cross section was taken.
In each part obtained by dividing the photographed separator into two equal parts in the thickness direction. The number of synthetic fibers was counted.
The fibers straddling the bisected central line were counted in the same manner as described with reference to FIG. That is, when the cross section of the synthetic fiber is largely biased to the A part, the A part is 0.75 and the B part is 0.25, and when the synthetic fiber cross section is largely biased to the B part, 0.25 in the part, 0.75 in the B part, and when the cross section of the synthetic fiber is uniform between the A part and the B part, 0.5 in the A part and 0.5 in the B part. .
The number of synthetic fibers in part A was divided by the number of synthetic fibers in part B to obtain a synthetic fiber ratio (A / B value).
Also for the trunk portion of the regenerated cellulose fiber, the number is calculated in the same manner as the number of synthetic fibers, the number of the trunk portion of the regenerated cellulose fiber of the B part is divided by the number of the trunk part of the regenerated cellulose fiber of the A part, The ratio (B / A value) of the trunk part of the regenerated cellulose fiber was used.
In addition, imaging | photography and count were performed in arbitrary 10 places for each example, and each ratio was calculated using the counted average value.
〔セパレータを使用したリチウムイオン二次電池の製作〕
以下、本実施の形態例のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池の製作方法を説明する。具体的には、リチウムイオン二次電池として、円筒形リチウムイオン二次電池及びコイン型リチウム二次電池の2種類を作製した。
[Production of lithium ion secondary batteries using separators]
Hereinafter, a method for manufacturing a lithium ion secondary battery using the separator of this embodiment will be described. Specifically, two types of lithium ion secondary batteries were produced: a cylindrical lithium ion secondary battery and a coin-type lithium secondary battery.
円筒型リチウムイオン二次電池は、以下のように作製した。
正極材として、リチウムイオン二次電池用のコバルト酸リチウム電極を用い、負極材としてグラファイト電極を用い、セパレータと共に捲回し、リチウムイオン二次電池素子を得た。その素子を有底円筒状のケース内に収納し、プロピレンカーボネート溶媒に、電解質としてリチウムテトラフルオロボレートを溶解した電解液を注入し、プレス機で封止して、リチウムイオン二次電池を作製した。
The cylindrical lithium ion secondary battery was produced as follows.
A lithium cobalt oxide electrode for a lithium ion secondary battery was used as the positive electrode material, a graphite electrode was used as the negative electrode material, and wound with a separator to obtain a lithium ion secondary battery element. The element was housed in a bottomed cylindrical case, an electrolyte solution in which lithium tetrafluoroborate was dissolved as an electrolyte was injected into a propylene carbonate solvent, and sealed with a press to produce a lithium ion secondary battery. .
コイン型リチウムイオン二次電池は、以下のように作製した。
正極材として、リチウムイオン二次電池用のコバルト酸リチウム電極を用い、負極材としてグラファイト電極を用い、セパレータを介在させて積層した。次に、ジエチレンカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒に、電解質としてリチウムヘキサフルオロホスファートを溶解した電解液を含浸させ、かしめ封口して、リチウムイオン二次電池を作製した。
The coin-type lithium ion secondary battery was produced as follows.
A lithium cobalt oxide electrode for a lithium ion secondary battery was used as the positive electrode material, a graphite electrode was used as the negative electrode material, and the separators were interposed. Next, a mixed solvent of diethylene carbonate and ethylene carbonate was impregnated with an electrolytic solution in which lithium hexafluorophosphate was dissolved as an electrolyte, and caulked and sealed to produce a lithium ion secondary battery.
〔セパレータを使用した電気二重層キャパシタの製作〕
以下、本実施の形態例のセパレータを用いた電気二重層キャパシタの製作方法を説明する。
活性炭電極と本発明のセパレータとを交互に折り重ね、電気二重層キャパシタ素子を得た。その素子をアルミニウムケースに収納し、アセトニトリルにトリエチルメチルアンモニウムヘキサフルオロホスファートを溶解した電解液を注入し、真空含浸を行った後に密封して、電気二重層キャパシタを作製した。
[Production of electric double layer capacitor using separator]
Hereinafter, a method for manufacturing an electric double layer capacitor using the separator of this embodiment will be described.
The activated carbon electrode and the separator of the present invention were alternately folded to obtain an electric double layer capacitor element. The device was housed in an aluminum case, and an electrolytic solution in which triethylmethylammonium hexafluorophosphate was dissolved in acetonitrile was injected. After vacuum impregnation, the device was sealed to produce an electric double layer capacitor.
なお、各電気化学素子は、各例につき1000個作製し、以下の特性評価に用いた。 In addition, 1000 each electrochemical element was produced for each example, and was used for the following characteristic evaluation.
〔電気化学素子の特性評価方法〕
本実施の形態の電気化学素子の特性評価は、以下の条件及び方法で行った。
[Characteristic evaluation method of electrochemical device]
The characteristics evaluation of the electrochemical device of the present embodiment was performed under the following conditions and method.
〔ショート不良率〕
電気化学素子のショート不良率は、定格電圧まで充電電圧が上がらなかった場合をショート不良とみなし、これらのショート不良となった電気化学素子の個数を、静電容量測定に供した電気化学素子数で除して、百分率をもってショート不良率とした。
[Short defect rate]
The short-circuit defect rate of electrochemical elements is considered as short-circuit defects when the charging voltage does not increase to the rated voltage, and the number of electrochemical elements that have been short-circuited is the number of electrochemical elements subjected to capacitance measurement. The percentage of short-circuit defects was taken as a percentage.
〔内部抵抗〕
リチウムイオン二次電池の内部抵抗は、「JIS C 8715−1 『産業用リチウム二次電池の単電池及び電池システム−第一部:性能要求事項』」に規定された、「8.6.3交流内部抵抗」に従い測定した。
電気二重層キャパシタの内部抵抗は、「JIS C 5160−1 『電子機器用固定電気二重層コンデンサ』」に規定された、「4.6内部抵抗」の交流(a.c.)抵抗法により測定した。
[Internal resistance]
The internal resistance of the lithium ion secondary battery is defined in “8.6.3“ Industrial Lithium Secondary Battery Cell and Battery System—Part 1: Performance Requirements ”defined in“ 8.6.3 ”. Measured according to “AC internal resistance”.
The internal resistance of the electric double layer capacitor is measured by the alternating current (ac) resistance method of “4.6 Internal Resistance” defined in “JIS C 5160-1“ Fixed Electric Double Layer Capacitor for Electronic Equipment ””. did.
〔放電容量〕
リチウムイオン二次電池の放電容量は、「JIS C 8715−1 『産業用リチウム二次電池の単電池及び電池システム−第一部:性能要求事項』」に規定された、「8.4.1放電性能試験」に従い測定した。
[Discharge capacity]
The discharge capacity of the lithium ion secondary battery is specified in “JIS C 8715-1“ Industrial Lithium Secondary Battery Single Cell and Battery System—Part 1: Performance Requirements ””. Measured according to “Discharge performance test”.
〔静電容量〕
電気二重層キャパシタの静電容量は、「JIS C 5160−1 『電子機器用固定電気二重層コンデンサ』」に規定された、「4.5静電容量」の定電流放電法により求めた。
[Capacitance]
The capacitance of the electric double layer capacitor was determined by a constant current discharge method of “4.5 capacitance” defined in “JIS C 5160-1“ Fixed Electric Double Layer Capacitor for Electronic Equipment ””.
〔電気化学素子の長期信頼性試験〕
以上の測定を終え合格した各例の電気化学素子を用いて、長期信頼性試験を実施した。
具体的には、以下の通り、長期信頼性試験を実施した。
70℃において定格電圧を500時間印加した後、容量変化率と内部抵抗変化率を測定した。容量変化率は以下の式1を用いて求め、内部抵抗変化率は以下の式2を用いて求めた。
容量変化率(%)=(Ca−Cb)/Ca×100・・・式1
(Ca:電圧印加前の容量、Cb:電圧印加後の容量)
内部抵抗変化率(%)=(Rb−Ra)/Ra×100・・・式2
(Ra:電圧印加前の内部抵抗、Rb:電圧印加後の内部抵抗)
また、長期信頼性試験中にショート不良が発生した電気化学素子数を計数し、長期信頼性試験に供した電気化学素子数で除して、百分率をもって長期信頼性試験でのショート不良率とした。
[Long-term reliability test of electrochemical devices]
A long-term reliability test was carried out using the electrochemical elements of each example that passed the above measurement.
Specifically, a long-term reliability test was conducted as follows.
After applying the rated voltage for 500 hours at 70 ° C., the capacity change rate and the internal resistance change rate were measured. The rate of change in capacity was determined using the following formula 1, and the rate of change in internal resistance was determined using formula 2 below.
Capacity change rate (%) = (Ca−Cb) / Ca × 100 Formula 1
(Ca: capacity before voltage application, Cb: capacity after voltage application)
Internal resistance change rate (%) = (Rb−Ra) / Ra × 100 Expression 2
(Ra: internal resistance before voltage application, Rb: internal resistance after voltage application)
In addition, the number of electrochemical elements in which short-circuit defects occurred during the long-term reliability test was counted, and divided by the number of electrochemical elements subjected to the long-term reliability test, and the percentage was used as the short-circuit defect rate in the long-term reliability test. .
以下、本発明に係る具体的な実施例と、比較例及び従来例について説明する。
なお、各例のCSF値は、特に記載が無い限り、低下している段階のCSF値を示す。
Hereinafter, specific examples according to the present invention, comparative examples, and conventional examples will be described.
In addition, the CSF value of each example shows the CSF value of the step which has fallen unless there is particular description.
〔実施例1〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.68mm、上昇しているCSF値25mlの溶剤紡糸レーヨン繊維(以下リヨセル繊維と表記する)を70質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径2μmのポリエチレンテレフタレート繊維(以下、PET繊維と表記する)を30質量%混合して長網抄紙し、厚さ10.0μm、密度0.27g/cm3、引張強さ15Nのセパレータを得た。このセパレータのリヨセル繊維の平均繊維長は0.68mmであった。また、このセパレータは、A/B値0.37、B/A値0.51であった。
このセパレータを用いて、実施例1のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 1]
As the regenerated cellulose fiber beaten, the average fiber length is 0.68 mm, the solvent-spun rayon fiber (hereinafter referred to as lyocell fiber) having an increasing CSF value of 25 ml is 70% by mass, and the thermoplastic synthetic fiber is the average fiber length. 30% by mass of polyethylene terephthalate fiber (hereinafter referred to as PET fiber) having a diameter of 3 mm and a fiber diameter of 2 μm is mixed to make a long web paper, a separator having a thickness of 10.0 μm, a density of 0.27 g / cm 3 , and a tensile strength of 15 N. Got. The average fiber length of the lyocell fiber of this separator was 0.68 mm. Further, this separator had an A / B value of 0.37 and a B / A value of 0.51.
Using this separator, a coin-type lithium ion secondary battery of Example 1 was produced.
〔実施例2〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.65mm、上昇しているCSF値25mlのポリノジックレーヨン繊維を70質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径2.5μmのPET繊維を30質量%混合して長網抄紙し、厚さ25.0μm、密度0.48g/cm3、引張強さ25Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.45、B/A値0.50であった。
このセパレータを用いて、実施例2のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
[Example 2]
As the regenerated cellulose fiber beaten, PET having an average fiber length of 0.65 mm, an increasing polynosic rayon fiber of 25 ml of CSF value of 70% by mass, and a thermoplastic synthetic fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 2.5 μm 30% by mass of the fiber was mixed to make a long web paper to obtain a separator having a thickness of 25.0 μm, a density of 0.48 g / cm 3 , and a tensile strength of 25N. This separator had an A / B value of 0.45 and a B / A value of 0.50.
Using this separator, a coin-type lithium ion secondary battery of Example 2 was produced.
〔実施例3〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.68mm、上昇しているCSF値25mlのリヨセル繊維を70質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径3.5μmのPET繊維を30質量%混合して短網抄紙し、シートを得た。このシートにキャレンダ加工を施し、厚さ70.0μm、密度0.86g/cm3、引張強さ55Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.51、B/A値0.56であった。
このセパレータを用いて、実施例3のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 3
As regenerated cellulose fiber beaten, PET fiber having an average fiber length of 0.68 mm and an increasing lyocell fiber of 25 ml of CSF value of 70% by mass, and a thermoplastic synthetic fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 3.5 μm 30% by mass was mixed to make a short mesh paper to obtain a sheet. This sheet was calendered to obtain a separator having a thickness of 70.0 μm, a density of 0.86 g / cm 3 , and a tensile strength of 55N. This separator had an A / B value of 0.51 and a B / A value of 0.56.
Using this separator, a coin-type lithium ion secondary battery of Example 3 was produced.
〔比較例1〕
実施例1と同じ原料を用いて長網抄紙し、厚さ8.0μm、密度0.23g/cm3、引張強さ10Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.50、B/A値0.54であった。
このセパレータを用いて、比較例1のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 1]
Using the same raw materials as in Example 1, paper was made into a long web to obtain a separator having a thickness of 8.0 μm, a density of 0.23 g / cm 3 , and a tensile strength of 10N. This separator had an A / B value of 0.50 and a B / A value of 0.54.
A coin-type lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was produced using this separator.
〔比較例2〕
実施例3と同じ原料を用いて短網抄紙し、キャレンダ加工を施して、厚さ75.0μm、密度0.93g/cm3、引張強さ60Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.52であった。
このセパレータを用いて、比較例2のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 2]
Using the same raw material as in Example 3, papermaking was performed and calendering was performed to obtain a separator having a thickness of 75.0 μm, a density of 0.93 g / cm 3 , and a tensile strength of 60N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.52.
A coin-type lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was produced using this separator.
〔従来例1〕
ポリエチレン製微多孔膜をセパレータとして用い、従来例1のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
このセパレータは、厚さ25.0μm、密度0.60g/cm3、引張強さ40Nであった。
[Conventional example 1]
A coin-type lithium ion secondary battery of Conventional Example 1 was produced using a polyethylene microporous membrane as a separator.
This separator had a thickness of 25.0 μm, a density of 0.60 g / cm 3 , and a tensile strength of 40N.
〔実施例4〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長1.91mm、CSF値100mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径2.5μmのPET繊維を20質量%混合して長網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ20Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.84、B/A値0.81であった。
このセパレータを用いて、実施例4の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 4
80% by mass of lyocell fiber having an average fiber length of 1.91 mm and a CSF value of 100 ml as the regenerated cellulose fiber beaten, and 20% by mass of PET fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 2.5 μm as the thermoplastic synthetic fiber. A long web paper was made by mixing and a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 and a tensile strength of 20 N was obtained. This separator had an A / B value of 0.84 and a B / A value of 0.81.
A cylindrical lithium ion secondary battery of Example 4 was produced using this separator.
〔実施例5〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を75質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径3.0μmのPET繊維を25質量%混合して長網抄紙し、シートを得た。このシートにキャレンダ加工を施し、厚さ20.0μm、密度0.70g/cm3、引張強さ45Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.73であった。
このセパレータを用いて、実施例5の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 5
As the regenerated cellulose fiber beaten, PET fiber with an average fiber length of 0.77 mm and rising lyocell fiber with 3 ml CSF value of 75% by mass, and as a thermoplastic synthetic fiber, an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 3.0 μm 25% by weight was mixed to make a long web paper to obtain a sheet. This sheet was calendered to obtain a separator having a thickness of 20.0 μm, a density of 0.70 g / cm 3 , and a tensile strength of 45N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.73.
A cylindrical lithium ion secondary battery of Example 5 was produced using this separator.
〔実施例6〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.89mm、CSF値0mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径5.0μmのポリエチレン繊維を20質量%混合して長網抄紙し、シートを得た。このシートにキャレンダ加工を施し、厚さ15.0μm、密度0.73g/cm3、引張強さ30Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.78であった。
このセパレータを用いて、実施例6の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 6
80% by mass of lyocell fiber having an average fiber length of 0.89 mm and a CSF value of 0 ml is used as the regenerated cellulose fiber beaten, and 20% by mass of polyethylene fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 5.0 μm is used as the thermoplastic synthetic fiber. The mixture was mixed to make a long web paper to obtain a sheet. This sheet was calendered to obtain a separator having a thickness of 15.0 μm, a density of 0.73 g / cm 3 , and a tensile strength of 30N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.78.
A cylindrical lithium ion secondary battery of Example 6 was produced using this separator.
〔実施例7〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.55mm、上昇しているCSF値50mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径2.0μmのポリプロピレン繊維を20質量%混合して長網抄紙し、シートを得た。このシートにキャレンダ加工を施し、厚さ20.0μm、密度0.68g/cm3、引張強さ45Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.74であった。
このセパレータを用いて、実施例7の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 7
The regenerated cellulose fiber beaten is an average fiber length of 0.55 mm, the rising lyocell fiber of 50 ml with a CSF value of 50 ml, and the thermoplastic synthetic fiber is a polypropylene fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 2.0 μm. Was mixed to make a long web paper to obtain a sheet. This sheet was calendered to obtain a separator having a thickness of 20.0 μm, a density of 0.68 g / cm 3 , and a tensile strength of 45N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.74.
Using this separator, a cylindrical lithium ion secondary battery of Example 7 was produced.
〔実施例8〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.49mm、上昇しているCSF値200mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長2.0mm、繊維径1.5μmのPET繊維を10質量%と、平均繊維長5.0mm、繊維径8μmのポリプロピレン繊維を10質量%とを混合して長網抄紙し、厚さ40.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ30Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.63、B/A値0.67であった。
このセパレータを用いて、実施例8の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 8
As the regenerated cellulose fiber beaten, the average fiber length is 0.49 mm, the rising CSF value of 200 ml of lyocell fiber is 80% by mass, and the thermoplastic synthetic fiber is an average fiber length of 2.0 mm and a fiber diameter of 1.5 μm. 10% by mass of PET fiber and 10% by mass of polypropylene fiber having an average fiber length of 5.0 mm and a fiber diameter of 8 μm were mixed to make a long web paper, thickness 40.0 μm, density 0.40 g / cm 3 , tensile A separator with a strength of 30 N was obtained. This separator had an A / B value of 0.63 and a B / A value of 0.67.
Using this separator, a cylindrical lithium ion secondary battery of Example 8 was produced.
〔実施例9〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.42mm、上昇しているCSF値300mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3.0mm、繊維径5μmのポリアクリロニトリル繊維20質量%と混合して長網抄紙し、厚さ50.0μm、密度0.32g/cm3、引張強さ32Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.74、B/A値0.74であった。
このセパレータを用いて、実施例9の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 9
As the regenerated cellulose fiber beaten, polyacrylonitrile having an average fiber length of 0.42 mm, rising lyocell fiber of 300 ml of CSF value of 80% by mass, and thermoplastic synthetic fiber having an average fiber length of 3.0 mm and a fiber diameter of 5 μm The paper was mixed with 20% by mass of the fiber and made into a long web paper to obtain a separator having a thickness of 50.0 μm, a density of 0.32 g / cm 3 , and a tensile strength of 32N. This separator had an A / B value of 0.74 and a B / A value of 0.74.
Using this separator, a cylindrical lithium ion secondary battery of Example 9 was produced.
〔実施例10〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.26mm、上昇しているCSF値700mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3.0mm、繊維径8μmのPET繊維20質量%と混合して長網抄紙し、厚さ60.0μm、密度0.50g/cm3、引張強さ40Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.79、B/A値0.83であった。
このセパレータを用いて、実施例10の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 10
As regenerated cellulose fibers beaten, PET fibers with an average fiber length of 0.26 mm and an increasing lyocell fiber with a CSF value of 700 ml of 80% by mass, and thermoplastic synthetic fibers with an average fiber length of 3.0 mm and a fiber diameter of 8 μm It was mixed with 20% by mass to make a long paper, and a separator having a thickness of 60.0 μm, a density of 0.50 g / cm 3 and a tensile strength of 40 N was obtained. This separator had an A / B value of 0.79 and a B / A value of 0.83.
A cylindrical lithium ion secondary battery of Example 10 was produced using this separator.
〔比較例3〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長2.12mm、CSF値150mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径2.5μmのPET繊維を20質量%混合して長網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ12Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.87、B/A値0.83であった。
このセパレータを用いて、比較例3の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 3]
80% by mass of lyocell fiber having an average fiber length of 2.12 mm and a CSF value of 150 ml as the regenerated cellulose fiber beaten, and 20% by mass of PET fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 2.5 μm as the thermoplastic synthetic fiber. A long web paper was made by mixing and a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 and a tensile strength of 12 N was obtained. This separator had an A / B value of 0.87 and a B / A value of 0.83.
A cylindrical lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was produced using this separator.
〔比較例4〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.18mm、上昇しているCSF値750mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径8.0μmのPET繊維を20質量%混合して長網抄紙し、厚さ60.0μm、密度0.50g/cm3、引張強さ30Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.87であった。
このセパレータを用いて、比較例4の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
[Comparative Example 4]
As the regenerated cellulose fiber beaten, PET fiber with an average fiber length of 0.18 mm and an increasing lyocell fiber with a CSF value of 750 ml is 80% by mass, and a thermoplastic synthetic fiber has an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 8.0 μm. Was mixed to obtain a separator having a thickness of 60.0 μm, a density of 0.50 g / cm 3 , and a tensile strength of 30 N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.87.
A cylindrical lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 was produced using this separator.
〔従来例2〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を75質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径10.0μmのPET繊維を25質量%混合して短網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ12Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.88、B/A値0.88であった。
このセパレータを用いて、従来例2の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
[Conventional example 2]
As the regenerated cellulose fiber beaten, PET fiber having an average fiber length of 0.77 mm, an increasing lyocell fiber of 3 ml of CSF value of 75% by mass, and a thermoplastic synthetic fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 10.0 μm Was mixed to obtain a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength of 12N. This separator had an A / B value of 0.88 and a B / A value of 0.88.
Using this separator, a cylindrical lithium ion secondary battery of Conventional Example 2 was produced.
〔実施例11〕
実施例7と同じセパレータを用いて、実施例11の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
Example 11
Using the same separator as in Example 7, a multilayer electric double layer capacitor of Example 11 was produced.
〔実施例12〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を90質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径8.0μmのPET繊維を10質量%混合して長網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ16Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.64であった。
このセパレータを用いて、実施例12の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
Example 12
As the regenerated cellulose fiber beaten, PET fiber having an average fiber length of 0.77 mm and an increasing lyocell fiber of 3 ml of CSF value of 90% by mass, and a thermoplastic synthetic fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 8.0 μm 10% by mass was mixed to make a long web paper to obtain a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength of 16N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.64.
Using this separator, a multilayer electric double layer capacitor of Example 12 was produced.
〔実施例13〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を75質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長1mm、繊維径0.6μmのPET繊維を25質量%混合して長網抄紙し、厚さ35.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ30Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.73であった。
このセパレータを用いて、実施例13の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
Example 13
As the regenerated cellulose fiber beaten, PET fiber with an average fiber length of 0.77 mm and rising lyocell fiber with 3 ml CSF value of 75% by mass, and as a thermoplastic synthetic fiber, an average fiber length of 1 mm and a fiber diameter of 0.6 μm Was mixed to make a long web paper to obtain a separator having a thickness of 35.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength of 30 N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.73.
Using this separator, a multilayer electric double layer capacitor of Example 13 was produced.
〔実施例14〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を60質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径10.0μmのPET繊維を40質量%混合して長網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ15Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.64であった。
このセパレータを用いて、実施例14の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
Example 14
As the regenerated cellulose fiber beaten, PET fiber having an average fiber length of 0.77 mm and an increasing lyocell fiber of 3 ml of CSF value of 60% by mass, and a thermoplastic synthetic fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 10.0 μm 40% by mass was mixed to make a long net paper to obtain a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength of 15N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.64.
Using this separator, a multilayer electric double layer capacitor of Example 14 was produced.
〔実施例15〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を50質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3mm、繊維径3.0μmのPET繊維を50質量%混合して長網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ40Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.67であった。
このセパレータを用いて、実施例15の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
Example 15
As the regenerated cellulose fiber beaten, an average fiber length of 0.77 mm, an increasing lyocell fiber with a CSF value of 3 ml is 50 mass%, and a thermoplastic synthetic fiber is an PET fiber having an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 3.0 μm. Was mixed to make a long web paper to obtain a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength of 40N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.67.
Using this separator, a multilayer electric double layer capacitor of Example 15 was produced.
〔参考例1〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を80質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長0.5mm、繊維径0.1μmのPET繊維を20質量%混合して長網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ45Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.59、B/A値0.61であった。
このセパレータを用いて、参考例1の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
[Reference Example 1]
As the regenerated cellulose fiber beaten, the average fiber length of 0.77 mm, the rising lyocell fiber with a CSF value of 3 ml is 80% by mass, and the thermoplastic synthetic fiber has an average fiber length of 0.5 mm and a fiber diameter of 0.1 μm. 20% by mass of PET fiber was mixed to make a long web paper to obtain a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength of 45N. This separator had an A / B value of 0.59 and a B / A value of 0.61.
Using this separator, a multilayer electric double layer capacitor of Reference Example 1 was produced.
〔比較例5〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.77mm、上昇しているCSF値3mlのリヨセル繊維を40質量%と、熱可塑性合成繊維として、平均繊維長3.0mm、繊維径2.5μmのPET繊維を60質量%混合して長網抄紙し、厚さ30.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ25Nのセパレータを得た。このセパレータは、A/B値0.58、B/A値0.64であった。
このセパレータを用いて、比較例5の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
[Comparative Example 5]
As the regenerated cellulose fiber beaten, the average fiber length is 0.77 mm, and the rising CSF value of 3 ml of lyocell fiber is 40% by mass. As the thermoplastic synthetic fiber, the average fiber length is 3.0 mm and the fiber diameter is 2.5 μm. 60% by mass of PET fiber was mixed to make a long web paper to obtain a separator having a thickness of 30.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength of 25N. This separator had an A / B value of 0.58 and a B / A value of 0.64.
Using this separator, a multilayer electric double layer capacitor of Comparative Example 5 was produced.
〔従来例3〕
従来例2と同じセパレータを用いて、従来例3の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
[Conventional example 3]
Using the same separator as that of Conventional Example 2, a multilayer electric double layer capacitor of Conventional Example 3 was produced.
〔従来例4〕
叩解された再生セルロース繊維として、平均繊維長0.72mm、上昇しているCSF値10mlのリヨセル繊維のみを用いて長網抄紙し、厚さ20.0μm、密度0.40g/cm3、引張強さ10Nのセパレータを得た。このセパレータは、B/A値0.65であった。
このセパレータを用いて、従来例4の積層型電気二重層キャパシタを作製した。
[Conventional Example 4]
As a regenerated cellulose fiber beaten, paper was made using only lyocell fibers having an average fiber length of 0.72 mm and an increasing CSF value of 10 ml, a thickness of 20.0 μm, a density of 0.40 g / cm 3 , and a tensile strength. A 10N separator was obtained. This separator had a B / A value of 0.65.
Using this separator, a multilayer electric double layer capacitor of Conventional Example 4 was produced.
以上記載の実施例1乃至実施例3、比較例1及び比較例2、従来例1の各セパレータ単体の評価結果、及びリチウムイオン二次電池の性能評価結果を、表1に示す。なお、これらは、定格電圧3.6V、定格容量30mAh、直径20mm、高さ3.2mmのコイン型リチウムイオン二次電池の例である。 Table 1 shows the evaluation results of the individual separators of Examples 1 to 3 described above, Comparative Examples 1 and 2, and Conventional Example 1, and the performance evaluation results of the lithium ion secondary battery. These are examples of a coin-type lithium ion secondary battery having a rated voltage of 3.6 V, a rated capacity of 30 mAh, a diameter of 20 mm, and a height of 3.2 mm.
また、実施例4乃至実施例10、比較例3及び比較例4、従来例2の各セパレータ単体の評価結果、及びリチウムイオン二次電池の性能評価結果を、表2に示す。なお、これらは、定格電圧3.7V、定格容量3000mAh、直径18mm、高さ65mmの円筒型リチウムイオン二次電池の例である。 Table 2 shows the evaluation results of the separators of Examples 4 to 10, Comparative Examples 3 and 4, and Conventional Example 2, and the performance evaluation results of the lithium ion secondary battery. These are examples of a cylindrical lithium ion secondary battery having a rated voltage of 3.7 V, a rated capacity of 3000 mAh, a diameter of 18 mm, and a height of 65 mm.
そして、実施例11乃至実施例15、参考例1、比較例5、従来例3及び従来例4の各セパレータ単体の評価結果、及び電気二重層キャパシタの性能評価結果を、表3に示す。なお、これらは、定格電圧2.5V、定格容量3000F、幅55mm、奥行き55mm、高さ155mmの積層型電気二重層キャパシタの例である。 Table 3 shows the evaluation results of the separators of Examples 11 to 15, Reference Example 1, Comparative Example 5, Conventional Example 3 and Conventional Example 4, and the performance evaluation results of the electric double layer capacitor. These are examples of a multilayer electric double layer capacitor having a rated voltage of 2.5 V, a rated capacity of 3000 F, a width of 55 mm, a depth of 55 mm, and a height of 155 mm.
表1〜表3において、「CSF値」は、各例における、叩解された再生セルロース繊維のCSF値を示している。
以下、各実施例、比較例、従来例について、評価結果を詳細に説明する。
In Tables 1 to 3, “CSF value” indicates the CSF value of the regenerated cellulose fiber beaten in each example.
Hereinafter, evaluation results will be described in detail for each of the examples, comparative examples, and conventional examples.
実施例1乃至実施例3のセパレータを用いて作製したリチウムイオン二次電池は、ショート不良が発生しておらず良好である。また、内部抵抗値及び長期信頼性試験後の内部抵抗変化率も従来例以下であり、充分に小さい。また、長期信頼性試験後の容量変化率も、初期から20%以内であり、問題ない。そして、長期信頼性試験後のショート不良率も発生しておらず良好である。
実施例1及び実施例3と、実施例2とは、使用した再生セルロース繊維が異なる。これらの例から、再生セルロース繊維の種類は、いずれであってもよいとわかる。
The lithium ion secondary batteries manufactured using the separators of Examples 1 to 3 are good because no short-circuit defect occurs. Also, the internal resistance value and the internal resistance change rate after the long-term reliability test are below the conventional example and are sufficiently small. Also, the capacity change rate after the long-term reliability test is within 20% from the initial stage, which is not a problem. And the short defect rate after a long-term reliability test does not generate | occur | produce, but it is favorable.
Example 1 and Example 3 and Example 2 differ in the used regenerated cellulose fiber. From these examples, it can be seen that any type of regenerated cellulose fiber may be used.
比較例1は、厚さと密度が異なる以外は、実施例1と同様にして作製したセパレータである。比較例1のリチウムイオン二次電池は、ショート不良率、長期信頼性試験後のショート不良率がともに1%以上であり、高い。このことから、セパレータの厚さは10μm以上、密度は0.25g/cm3以上が好ましいとわかる。
比較例2は、厚さと密度が異なる以外は、実施例2と同様にして作製したセパレータである。比較例2のリチウムイオン二次電池は、内部抵抗、内部抵抗変化率がともに実施例1乃至実施例3よりも高くなっている。このことから、セパレータの厚さは70μm以下、密度は0.90g/cm3以下が好ましいとわかる。
Comparative Example 1 is a separator produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness and density are different. The lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 has a high short-circuit defect rate and a short-circuit defect rate after a long-term reliability test of 1% or more. This shows that the thickness of the separator is preferably 10 μm or more and the density is preferably 0.25 g / cm 3 or more.
Comparative Example 2 is a separator produced in the same manner as Example 2 except that the thickness and density are different. In the lithium ion secondary battery of Comparative Example 2, both the internal resistance and the rate of change in internal resistance are higher than those in Examples 1 to 3. This indicates that the thickness of the separator is preferably 70 μm or less and the density is preferably 0.90 g / cm 3 or less.
実施例4乃至実施例10のセパレータを用いて作製したリチウムイオン二次電池は、ショート不良率、長期信頼性試験後のショート不良率がともに0.5%以下であり、充分に低い。また、内部抵抗値も70mΩ以下であり、充分に小さい。長期信頼性試験後の内部抵抗変化率は、すべて100%以下の増加率であり、問題ない。また、長期信頼性試験後の容量変化率も、初期から20%以内であり、問題ない。
実施例5乃至実施例7は、シート形成後に熱キャレンダ加工を施したセパレータである。実施例6は厚さ15μmであるが、厚さ40μmの実施例8と同じ引張強さを有し、実施例5及び実施例7は、厚さ20μmであるが、厚さ60μmの実施例10のセパレータよりも引張強さがさらに強い。このことから、抄紙機の乾燥工程での加熱・圧縮よりも更に圧力のかかるキャレンダ加工の方が、熱可塑性合成繊維同士の溶着・圧着が強く、セパレータ強度をより向上させるとわかる。
また、実施例7のセパレータは、ポリエチレン樹脂のみからなるフィルムである従来例1のセパレータよりも、引張強さが強い。これは、詳細は不明であるが、以下の理由が考えられる。
従来例1のセパレータはフィルムであるため、引っ張られた際に、伸びる。このため、フィルム内、フィルム表面に形成された細孔も伸びて変形し、裂ける。或いは、伸びることにより局所的に薄い部分が発生し、当該局所的に薄い部分は機械強度が低下し、そこを基点として破断される。一方実施例7のセパレータは、合成樹脂繊維同士が溶着・圧着し、その周囲を再生セルロースが埋めている。このため、引っ張られた際の伸びが小さい。これにより、引張強さが向上していると考えられる。
The lithium ion secondary batteries manufactured using the separators of Example 4 to Example 10 have a short defect rate and a short defect rate after a long-term reliability test of 0.5% or less, which are sufficiently low. Also, the internal resistance value is 70 mΩ or less, which is sufficiently small. The rate of change in internal resistance after the long-term reliability test is an increase rate of 100% or less, and there is no problem. Also, the capacity change rate after the long-term reliability test is within 20% from the initial stage, which is not a problem.
Examples 5 to 7 are separators subjected to heat calendering after sheet formation. Example 6 has a thickness of 15 μm but has the same tensile strength as Example 8 with a thickness of 40 μm, and Examples 5 and 7 have a thickness of 20 μm, but Example 10 with a thickness of 60 μm. Tensile strength is stronger than that of the separator. From this, it can be seen that the calendering, which is more pressure than the heating / compression in the paper machine drying process, is stronger in welding / bonding between the thermoplastic synthetic fibers and further improves the separator strength.
Further, the separator of Example 7 has a higher tensile strength than the separator of Conventional Example 1 which is a film made only of a polyethylene resin. Although the details are unknown, the following reasons can be considered.
Since the separator of Conventional Example 1 is a film, it stretches when pulled. For this reason, the pores formed in the film and on the film surface also stretch, deform and tear. Alternatively, a thin portion is locally generated by stretching, and the mechanical strength of the locally thin portion is reduced, and the portion is broken with the mechanical strength as a base point. On the other hand, in the separator of Example 7, synthetic resin fibers are welded and pressure-bonded, and the periphery thereof is filled with regenerated cellulose. For this reason, the elongation when pulled is small. Thereby, it is thought that the tensile strength is improving.
比較例3は、CSF値が低下している側の150mlであり、繊維長が2mmを超過しているため、A/B値が0.85を超過している。比較例3のセパレータのA/B値は従来例2との差が小さく、本発明の二層構造となっておらず、引張強さが弱い。
また比較例3は、実施例4と同様にして作製したセパレータであるが、比較例3のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池はショート不良率、長期信頼性試験後のショート不良率がともに1%以上と高くなった。これは、A/B値が0.85を超過しており、熱可塑性合成繊維同士の溶着・圧着が少ないためである。
比較例4は、CSF値が上昇している側の750mlであり、繊維長が0.2mm未満である。A/B値は0.85以下であるが、B/A値が0.85を超過している。このため、実施例4乃至実施例10のリチウムイオン二次電池と比較してショート不良率、長期信頼性試験後のショート不良率がともに高くなった。
以上から、セパレータのA/B値は0.85以下が好ましく、B/A値も0.85以下が更に好ましいとわかる。
そしてこれらを実現するためには、叩解された再生セルロース繊維の平均繊維長が0.2〜2.0mmが好ましく、CSF値は、低下しているCSF値100〜0ml、また、上昇しているCSF値700ml以下が好ましいとわかる。
Comparative Example 3 is 150 ml on the side where the CSF value is decreasing, and the fiber length exceeds 2 mm, so the A / B value exceeds 0.85. The separator of Comparative Example 3 has a small A / B value compared to Conventional Example 2, does not have the two-layer structure of the present invention, and has a low tensile strength.
Comparative Example 3 is a separator produced in the same manner as in Example 4. However, the lithium ion secondary battery using the separator of Comparative Example 3 has both a short-circuit defect rate and a short-circuit defect rate after a long-term reliability test of 1. It became high with more than%. This is because the A / B value exceeds 0.85, and there is little welding and pressure bonding between thermoplastic synthetic fibers.
Comparative Example 4 is 750 ml on the side where the CSF value is increasing, and the fiber length is less than 0.2 mm. The A / B value is 0.85 or less, but the B / A value exceeds 0.85. For this reason, compared with the lithium ion secondary battery of Example 4 thru | or Example 10, both the short-circuit defect rate and the short-circuit defect rate after a long-term reliability test became high.
From the above, it is understood that the A / B value of the separator is preferably 0.85 or less, and the B / A value is further preferably 0.85 or less.
And in order to implement | achieve these, the average fiber length of the regenerated cellulose fiber beaten is preferably 0.2 to 2.0 mm, and the CSF value is lowered to a CSF value of 100 to 0 ml, or increased. It can be seen that a CSF value of 700 ml or less is preferable.
また、実施例4及び実施例10は、A/B値が0.85以下かつ0.75を超過している。一方、実施例5乃至実施例9はA/B値が0.75以下である。このため、実施例5乃至実施例9のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池は、実施例4及び実施例10のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池よりもショート不良率が低い。このことから、A/B値は0.75以下がより好ましいとわかる。そして、A/B値0.75以下を実現するためには、叩解された再生セルロース繊維の平均繊維長が0.4〜1.0mmが好ましいとわかる。 In Examples 4 and 10, the A / B value is 0.85 or less and exceeds 0.75. On the other hand, in Examples 5 to 9, the A / B value is 0.75 or less. For this reason, the lithium ion secondary batteries using the separators of Examples 5 to 9 have a lower short-circuit defect rate than the lithium ion secondary batteries using the separators of Examples 4 and 10. From this, it is understood that the A / B value is more preferably 0.75 or less. And in order to implement | achieve A / B value 0.75 or less, it turns out that the average fiber length of the regenerated cellulose fiber beaten is 0.4-1.0 mm.
そして、実施例8及び実施例9は、A/B値が0.75以下かつ0.6を超過している。一方、実施例5乃至実施例7はA/B値が0.59である。このため、実施例5乃至実施例7のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池は、実施例8及び実施例9のセパレータを用いたリチウムイオン二次電池よりもショート不良率が低い。このことから、A/B値は0.6以下が更に好ましいとわかる。そしてA/B値0.6以下を実現するためには、叩解された再生セルロース繊維の平均繊維長が0.5〜1.0mmが好ましいとわかる。 In Example 8 and Example 9, the A / B value is 0.75 or less and exceeds 0.6. On the other hand, in Examples 5 to 7, the A / B value is 0.59. For this reason, the lithium ion secondary batteries using the separators of Examples 5 to 7 have a lower short-circuit defect rate than the lithium ion secondary batteries using the separators of Examples 8 and 9. From this, it is understood that the A / B value is more preferably 0.6 or less. And in order to implement | achieve A / B value 0.6 or less, it turns out that the average fiber length of the regenerated cellulose fiber beaten is 0.5-1.0 mm.
従来例2は、特許文献1に基づいて作製したセパレータである。均質な断面構造を持つため、ショート不良率がやや高く、また、長期信頼性試験後のショート不良率が高い事が分かる。 Conventional Example 2 is a separator manufactured based on Patent Document 1. It can be seen that because of the homogeneous cross-sectional structure, the short-circuit defect rate is slightly high and the short-circuit defect rate after a long-term reliability test is high.
実施例11乃至実施例15のセパレータを用いて作製した電気二重層キャパシタは、ショート不良率、長期信頼性試験後のショート不良率がともに0.5%以下であり、充分に低い。また、内部抵抗値も充分に低い。そして、長期信頼性試験後の内部抵抗変化率も従来例以下であり、充分に小さい。また、長期信頼性試験後の容量変化率も20%以内であり、問題ない。
実施例11は、実施例7と同じセパレータを使用しており、リチウムイオン二次電池で使用したセパレータを電気二重層キャパシタにも適用可能であることを示している。
実施例12は、再生セルロース繊維を90質量%含有したセパレータである。熱可塑性合成繊維の含有割合をこれより減じると、従来例と比べ、引張強さの改善ができないことが推察される。
実施例14は、熱可塑性合成繊維の繊維径が10μmである。熱可塑性合成繊維の繊維径をこれ以上大きくすると、熱可塑性合成繊維の含有割合を少なくし過ぎた場合と同様に、従来例と比べ、引張強さの改善ができないことが推察される。
実施例15は、再生セルロース繊維を50質量%含有したセパレータである。再生セルロース繊維の含有割合をこれより減じると、ショート不良率の低減ができないことが推察される。
The electric double layer capacitors produced using the separators of Example 11 to Example 15 have a short defect rate and a short defect rate after a long-term reliability test of 0.5% or less, which are sufficiently low. Also, the internal resistance value is sufficiently low. The rate of change in internal resistance after the long-term reliability test is also below the conventional example and is sufficiently small. Also, the capacity change rate after the long-term reliability test is within 20%, which is not a problem.
Example 11 uses the same separator as Example 7, and shows that the separator used in the lithium ion secondary battery can also be applied to the electric double layer capacitor.
Example 12 is a separator containing 90% by mass of regenerated cellulose fiber. If the content ratio of the thermoplastic synthetic fiber is reduced from this, it is presumed that the tensile strength cannot be improved as compared with the conventional example.
In Example 14, the fiber diameter of the thermoplastic synthetic fiber is 10 μm. If the fiber diameter of the thermoplastic synthetic fiber is further increased, it is presumed that the tensile strength cannot be improved as compared with the conventional example, as in the case where the content ratio of the thermoplastic synthetic fiber is too small.
Example 15 is a separator containing 50% by mass of regenerated cellulose fiber. If the content ratio of the regenerated cellulose fiber is reduced from this, it is presumed that the short-circuit defect rate cannot be reduced.
参考例1は、合成繊維として繊維径0.1μmの合成繊維を使用している。セパレータ性能、電気二重層キャパシタ性能ともに問題ないが、セパレータ製造工程(ワイヤに供給する前のストック段階)で合成繊維が浮き上がりやすく、セパレータの生産性が低下した。
比較例5は、再生セルロース繊維を40質量%含有したセパレータである。セパレータの遮蔽性が低く、電気二重層キャパシタのショート不良がわずかに増加した。比較例5と実施例15との比較から、再生セルロース繊維の含有割合は、50質量%以上が好ましいとわかる。
従来例3は、従来例2と同じセパレータを使用している。そのため、従来例2のリチウムイオン二次電池と同様に、従来例3の電気二重層キャパシタにおいても、ショート不良率がやや高く、長期信頼性試験後のショート不良率が高くなっている。
従来例4は、特許文献2に基づいて作製したセパレータである。再生セルロース繊維のみからなる非常に遮蔽性が高いシートであるため、ショート不良は発生していない。しかし、引張強さが低いため、電気二重層キャパシタ製造工程でのとり回しが困難であり、電気二重層キャパシタの生産性が低下した。また、再生セルロース繊維のみからなるため、長期信頼性試験後の各種性能の劣化が大きかった。
Reference Example 1 uses a synthetic fiber having a fiber diameter of 0.1 μm as a synthetic fiber. Both separator performance and electric double layer capacitor performance were satisfactory, but the synthetic fibers were easily lifted in the separator manufacturing process (stock stage before being supplied to the wire), and the productivity of the separator was reduced.
Comparative Example 5 is a separator containing 40% by mass of regenerated cellulose fiber. The shielding of the separator was low, and the short circuit failure of the electric double layer capacitor slightly increased. From the comparison between Comparative Example 5 and Example 15, it can be seen that the content ratio of the regenerated cellulose fiber is preferably 50% by mass or more.
Conventional Example 3 uses the same separator as Conventional Example 2. Therefore, similarly to the lithium ion secondary battery of Conventional Example 2, the electric double layer capacitor of Conventional Example 3 has a slightly high short-circuit defect rate and a high short-circuit defect rate after a long-term reliability test.
Conventional Example 4 is a separator manufactured based on Patent Document 2. Since the sheet is made of only regenerated cellulose fibers and has a very high shielding property, no short circuit has occurred. However, since the tensile strength is low, handling in the electric double layer capacitor manufacturing process is difficult, and the productivity of the electric double layer capacitor is reduced. Moreover, since it consists only of regenerated cellulose fiber, the deterioration of various performances after a long-term reliability test was large.
本実施の形態例のセパレータは、いずれの実施例においても良好な長期信頼性試験結果を示すため、本実施の形態例で示した以上の苛酷な環境、例えば、高電圧な電気化学素子や、高温環境下で作動する電気化学素子への適用なども充分に可能であると考えられる。 Since the separator of the present embodiment shows a good long-term reliability test result in any of the examples, a severe environment more than that shown in the present embodiment, for example, a high-voltage electrochemical element, It is considered that application to an electrochemical element operating in a high temperature environment is sufficiently possible.
以上、本実施の形態のセパレータをリチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタについて用いた例を説明した。
なお、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタの他の構成、製造方法の詳細についての説明は省略した。
In the above, the example which used the separator of this Embodiment about the lithium ion secondary battery and the electric double layer capacitor was demonstrated.
In addition, the description about the detail of the other structure of a lithium ion secondary battery and an electric double layer capacitor and a manufacturing method was abbreviate | omitted.
本発明の電気化学素子に係る、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタにおいて、電極材料及び電解液材料、その他の部材等については、特別に限定を必要とすることはなく、種々の材料を用いることができる。
また、本発明の電気化学素子用セパレータは、本実施の形態例で説明した以外の電気化学素子、例えばリチウムイオンキャパシタやアルミ電解コンデンサ、リチウムイオン一次電池といった電気化学素子に適用することも可能である。
In the lithium ion secondary battery and the electric double layer capacitor according to the electrochemical device of the present invention, electrode materials, electrolyte materials, other members, etc. are not particularly limited, and various materials can be used. Can be used.
The separator for electrochemical elements of the present invention can also be applied to electrochemical elements other than those described in this embodiment, for example, electrochemical elements such as lithium ion capacitors, aluminum electrolytic capacitors, and lithium ion primary batteries. is there.
10 電気化学素子用セパレータ、10A A部、10B B部、11 再生セルロース繊維の幹部分、12 熱可塑性合成繊維、13 再生セルロース繊維のフィブリル、20,30,50 自動車、21,52 リチウムイオン二次電池、22,56,57 モーター、23,35,53 ブレーキ、24,54 充電器、25,55 外部電源、26,60 電池制御ECU、27,63 モーター制御ECU、28,64 EPS制御ECU、29,41,62 回生ブレーキ制御ECU、31,51 エンジン、32 アクセル、33 変速機、34 回生ユニット、36 ABSユニット、37 エアコン、38,58 燃料噴霧ECU、39,59 電子スロットルECU、40 変速機ECU、42 ABS ECU、61 HEVシステム制御ECU、70,80 電子機器、71 電源、72 負荷(LED等)、73,83 電気二重層キャパシタ、81 リチウムイオン二次電池等、82 負荷
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該セパレータが、熱可塑性合成繊維と、平均繊維長0.2〜2.0mmの叩解された再生セルロース繊維とからなり、
前記熱可塑性合成繊維がポリエステル系繊維であり、前記熱可塑性合成繊維を10〜50質量%含有し、
前記叩解された再生セルロース繊維を50〜90質量%含有し、
該セパレータの厚さが10〜70μmであり、該セパレータの密度が0.25〜0.90g/cm 3 であり、
該セパレータの断面を厚さ方向に二等分した二つの部分が、前記熱可塑性合成繊維の本数が少ない部分(A部)と、前記熱可塑性合成繊維の本数が多い部分(B部)であり、
前記A部と前記B部は、1層で一体に形成されており、
前記A部の前記熱可塑性合成繊維の本数を、前記B部の前記熱可塑性合成繊維の本数で除した値が0.85以下である
ことを特徴とする電気化学素子用セパレータ。 A separator for an electrochemical element that is interposed between a pair of electrodes and can hold an organic electrolyte containing an electrolyte,
The separator is composed of a thermoplastic synthetic fiber and a regenerated cellulose fiber beaten with an average fiber length of 0.2 to 2.0 mm,
The thermoplastic synthetic fiber is a polyester fiber, containing 10 to 50% by mass of the thermoplastic synthetic fiber,
Containing 50 to 90 mass% of the regenerated cellulose fiber beaten,
The thickness of the separator is 10 to 70 μm, the density of the separator is 0.25 to 0.90 g / cm 3 ,
Two portions obtained by equally dividing the cross section of the separator in the thickness direction are a portion having a small number of the thermoplastic synthetic fibers (A portion) and a portion having a large number of the thermoplastic synthetic fibers (B portion). ,
The A part and the B part are integrally formed with one layer,
The value obtained by dividing the number of the thermoplastic synthetic fibers in the A part by the number of the thermoplastic synthetic fibers in the B part is 0.85 or less.
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