JPH08250101A - Separator for electrochemical reacting device, and electrochemical reacting device using the same - Google Patents

Separator for electrochemical reacting device, and electrochemical reacting device using the same

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JPH08250101A
JPH08250101A JP8339395A JP8339395A JPH08250101A JP H08250101 A JPH08250101 A JP H08250101A JP 8339395 A JP8339395 A JP 8339395A JP 8339395 A JP8339395 A JP 8339395A JP H08250101 A JPH08250101 A JP H08250101A
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porous body
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metal oxide
electrochemical reaction
reaction device
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Abstract

PURPOSE: To provide a separator excellent in chemical resistance, heat resistance and hydrophilic property, and free from wetting unevenness in which electrochemical reacting device characteristics (particularly, safety and reliability) can be improved, and an electrochemical reacting device using this separator. CONSTITUTION: This separator consists of a metal oxide composite polymer porous body in which at least the fine fiber.fine node or pore wall surface of a polymer porous body such as a fluorine resin porous body film is covered with a metal oxide consisting of the dried body of a metal oxide water- contained get formed by the gelating reaction of a hydrolytic metal-contained organic compound.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電池、コンデンサー等
の電気化学反応装置に用いられるセパレータ及びそれを
用いた電気化学反応装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separator used in an electrochemical reaction device such as a battery and a capacitor, and an electrochemical reaction device using the separator.

【0002】[0002]

【従来技術及びその問題点】この種の電気化学反応装置
においては、正極物質と負極物質との間に介在して電解
液を保持し両電極を隔離する等の目的のためセパレータ
が使用されている。
2. Description of the Related Art In this type of electrochemical reactor, a separator is used for the purpose of interposing a positive electrode material and a negative electrode material to hold an electrolytic solution and to separate the two electrodes. There is.

【0003】電気化学反応装置の一つである電池として
は、硫酸電解液系の鉛蓄電池、アルカリ水溶液電解液系
のアルカリ蓄電池のほか有機溶媒電解液系のリチウム電
池等があるが、これらの電池用セパレータとしては、従
来、ポリアミド繊維やポリオレフィン系繊維の織布・不
織布等の高分子多孔質体が、耐薬品性(耐アルカリ性、
耐酸化性等)などを考慮して適宜、選択使用されてい
る。また、コンデンサーについても各種のコンデンサー
が市場に出ているが、特に、電気二重層コンデンサーは
小型大容量という点で注目されており、そのセパレータ
にはポリオレフィン系の不織布やフィルム等多孔質セパ
レータが使用されている。
As a battery which is one of the electrochemical reaction devices, there are a sulfuric acid electrolyte type lead storage battery, an alkaline aqueous solution electrolyte type alkaline storage battery, an organic solvent electrolyte type lithium battery, and the like. As a separator for use in the past, polymeric porous materials such as woven and non-woven fabrics of polyamide fibers and polyolefin fibers have been used for chemical resistance (alkali resistance,
It is appropriately selected and used in consideration of (such as oxidation resistance). In addition, various capacitors are available on the market, but electric double-layer capacitors are attracting attention because of their small size and large capacity, and their separators are porous non-woven fabrics and films such as films. Has been done.

【0004】しかし、疎水性高分子多孔質体の場合は、
親水性に欠けるため、水性液体に対して適用することが
できない。そこで、このような疎水性高分子多孔質体に
親水性を付与するために、以下のような方法が提案され
ている。 (1)金属酸化物微粒子の懸濁液を多孔質体に含浸させ
た後、乾燥する方法(特開昭54−61081号公
報)。 (2)多孔質体に金属酸化物の前駆体溶液を含浸させ、
物理的・化学的手段により金属酸化物へと変換させる方
法(特開昭49−81281号、特開昭51−1373
号、特開昭52−127479号、特開昭53−129
261号各公報)。 (3)金属蒸着法により金属を多孔質体に複合化させる
方法。 ところが、これらの方法は、いずれも未だ満足し得るも
のではなく、以下のような問題を含む。(1)では金属
酸化物微粒子が多孔質体と強固に結合していないため容
易に脱落する。(2)では主に酸化ジルコニウム、酸化
チタンの前駆体溶液を用いて行われるが、この方法の場
合、その前駆体溶液の加水分解反応が急速に起こるた
め、多孔質体と強固に付着していない金属酸化物粒子が
多数生成し、容易に脱落する。また、多孔質体の空孔の
大部分が金属酸化物粒子によって充填されるため、空孔
率が低下し、セパレータ等として用いる場合、膜抵抗が
増大する。(3)では多孔質体の外表面部のみに金属酸
化物が付着し、多孔質体の細孔内表面には金属の未蒸着
部が多く存在するため、均一な親水性が得られない。
However, in the case of a hydrophobic polymer porous material,
Since it lacks hydrophilicity, it cannot be applied to aqueous liquids. Therefore, in order to impart hydrophilicity to such a hydrophobic polymer porous body, the following methods have been proposed. (1) A method in which a porous body is impregnated with a suspension of metal oxide fine particles and then dried (JP-A-54-61081). (2) The porous body is impregnated with a precursor solution of a metal oxide,
A method of converting into a metal oxide by physical or chemical means (JP-A-49-81281 and JP-A-51-1373).
JP-A-52-127479 and JP-A-53-129.
No. 261). (3) A method of compounding a metal into a porous body by a metal vapor deposition method. However, none of these methods is still satisfactory and includes the following problems. In (1), since the metal oxide fine particles are not firmly bonded to the porous body, they easily fall off. In (2), a zirconium oxide or titanium oxide precursor solution is mainly used. In this method, however, since the hydrolysis reaction of the precursor solution occurs rapidly, the precursor solution firmly adheres to the porous body. Many metal oxide particles are not produced and easily fall off. Moreover, since most of the pores of the porous body are filled with the metal oxide particles, the porosity decreases, and when used as a separator or the like, the membrane resistance increases. In the case of (3), the metal oxide adheres only to the outer surface of the porous body, and a large amount of undeposited metal exists on the inner surfaces of the pores of the porous body, so that uniform hydrophilicity cannot be obtained.

【0005】更に、近年、上記の電気化学反応装置にお
いても、高性能化がますます進められている。そして、
その高性能化に伴い、電気化学反応装置用セパレータに
は以下のような特性を持つことが要求されている。 (1)高電流密度で充放電を行った場合に電池、電気化学
反応装置本体の温度上昇に耐え得ること。 (2)高温雰囲気(環境)下での使用の機器への搭載が可
能であること。 (3)ハンダ耐熱(耐フロー、耐リフロー)特性を有して
いること。
Further, in recent years, the electrochemical reactors described above have been further improved in performance. And
With the increase in performance, the separator for electrochemical reaction device is required to have the following characteristics. (1) It must be able to withstand the temperature rise of the battery and the main body of the electrochemical reaction device when charged and discharged at high current density. (2) It must be possible to mount it on equipment used in a high temperature atmosphere (environment). (3) Solder heat resistance (flow resistance, reflow resistance) characteristics.

【0006】このような要求に応えるべく、電気化学反
応装置用セパレータとして、耐熱性材料であるフッ素樹
脂多孔質体を用いるケースが増えてきている。ところ
が、フッ素樹脂多孔質体は耐薬品性、耐熱性には優れる
ものの、撥水性であるためセパレータとしての重要な要
件を欠いている。即ち、電気化学反応装置用セパレータ
は、電解液(水溶液、有機溶媒等)中に存在するイオン
がセパレータの多孔質中ないし繊維間を通り抜けて、セ
パレータにより隔離された一方の場所からもう一方の場
所へ移動可能なものでなくてはならない。そのために
は、セパレータが親水性を有し、セパレータ内部が電解
液で濡れた状態となることが必要となる。しかし、多孔
質フッ素樹脂材料は撥水性であるため、この要件を満た
していない。
In order to meet such demands, there are increasing cases in which a fluororesin porous material which is a heat resistant material is used as a separator for an electrochemical reaction device. However, although the fluororesin porous material is excellent in chemical resistance and heat resistance, it lacks important requirements as a separator because it is water repellent. That is, in a separator for an electrochemical reaction device, ions present in an electrolytic solution (aqueous solution, organic solvent, etc.) pass through the separator's porosity or between fibers and are separated from one location by the separator to the other location. Must be movable. For that purpose, it is necessary that the separator be hydrophilic and the inside of the separator be wet with the electrolytic solution. However, since the porous fluororesin material is water repellent, it does not meet this requirement.

【0007】そこで、フッ素樹脂多孔質体に親水性を付
与して電気化学反応装置用セパレータとする提案が、特
公昭55−24459号公報、特開平4−286863
号公報等においてなされている。即ち、特公昭55−2
4459号公報には、フッ素樹脂多孔質体の気孔に通気
性を大きく損なわない程度に無機親水化材を充填し、無
機親水化材の流失、脱落がなく、長期にわたり安定した
親水性を具備した電気化学反応装置用セパレータを得る
技術が開示されている。しかしながら、この構成のセパ
レータは、その製造工程が煩雑であったり、基材に対す
る無機親水化材の付着強度が不十分で、長期の使用に耐
えない等の問題があった。
Therefore, a proposal for imparting hydrophilicity to a fluororesin porous material to form a separator for an electrochemical reaction device is disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 55-24459 and Japanese Patent Laid-Open No. 2868863.
It is made in the official gazette etc. That is, Japanese Examined Japanese Patent Publication 55-2
Japanese Patent No. 4459 discloses that the pores of the fluororesin porous material are filled with an inorganic hydrophilizing material to such an extent that the air permeability is not significantly impaired, and the inorganic hydrophilizing material is not washed away or dropped, and has stable hydrophilicity for a long period of time. A technique for obtaining a separator for an electrochemical reactor is disclosed. However, the separator having this structure has problems that the manufacturing process is complicated and that the adhesion strength of the inorganic hydrophilizing material to the substrate is insufficient, so that it cannot withstand long-term use.

【0008】一方、特開平4−286863号公報に
は、フッ素樹脂多孔質体に対しプラズマ表面処理を施す
ことにより親水性を付与した電気化学反応装置用セパレ
ータを得る技術が開示されている。しかしながら、この
構成のセパレータは、プラズマ表面処理を行うため装置
が大がかりな上、表面処理の段階で機械的強度(引張強
度、圧縮強度)の低下が生じたり、濡れムラが生じて均
一な親水化処理をしたものが得られにくく、その結果、
反応有効面積が減少してしまい、電気化学反応装置の内
部抵抗が大きくなるという不具合を招いていしまう。
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-286863 discloses a technique for obtaining a separator for an electrochemical reaction device, which is made hydrophilic by subjecting a fluororesin porous body to plasma surface treatment. However, the separator with this configuration requires a large-scale device because it performs plasma surface treatment, and mechanical strength (tensile strength, compression strength) decreases at the stage of surface treatment, and uneven wetting occurs, resulting in uniform hydrophilicity. It is difficult to obtain processed products, and as a result,
The reaction effective area is reduced, which causes a problem that the internal resistance of the electrochemical reaction device is increased.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、フッ素樹脂
多孔質体等の高分子多孔質体に親水性を付与して電気化
学反応装置用セパレータとする従来の技術に見られる前
記問題を解決し、耐薬品性、耐熱性及び親水性に優れ、
濡れムラがなく、電気化学反応装置特性の向上(特に安
全性や信頼性の向上)を図ることができるセパレータを
提供することをその目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems found in the prior art in which a polymer porous body such as a fluororesin porous body is made hydrophilic and used as a separator for an electrochemical reaction device. Has excellent chemical resistance, heat resistance and hydrophilicity,
It is an object of the present invention to provide a separator capable of improving the characteristics of an electrochemical reaction device (in particular, improving safety and reliability) without uneven wetting.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記問題
を解決するために、従来から多くの研究がなされている
フッ素樹脂多孔質体等の親水化技術の電気化学反応装置
用セパレータへの適応について鋭意研究を重ねた結果、
連続細孔を有する高分子多孔質体の少なくともその微細
繊維・微小結節あるいは孔壁の面を、加水分解性金属含
有有機化合物のゲル化反応によって形成された金属酸化
物含水ゲルの乾燥体よりなる金属酸化物によって被覆し
た金属酸化物複合化高分子多孔質体を電気化学反応装置
用セパレータとすることにより、濡れ性に優れ、また高
電流密度での充放電、高温環境、ハンダフロー・リフロ
ーに耐え得るセパレータが得られることを見出し、本発
明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have developed a separator for an electrochemical reaction device of a hydrophilization technique such as fluororesin porous material, which has been extensively studied in the past. As a result of repeated studies on the adaptation of
Consisting of a dried body of a metal oxide hydrogel formed by a gelation reaction of a hydrolyzable metal-containing organic compound on at least the surface of fine fibers, fine nodules or pore walls of a polymer porous body having continuous pores By using a metal oxide composite polymer porous body coated with a metal oxide as a separator for an electrochemical reaction device, it has excellent wettability and is also suitable for charging / discharging at high current density, high temperature environment, and solder flow / reflow. They have found that a separator that can withstand is obtained, and completed the present invention.

【0011】即ち、本発明によれば、第一に連続細孔を
有する高分子多孔質体の少なくともその微細繊維・微小
結節あるいは孔壁の面を、加水分解性金属含有有機化合
物のゲル化反応によって形成された金属酸化物含水ゲル
の乾燥体よりなる金属酸化物によって被覆した金属酸化
物複合化高分子多孔質体からなることを特徴とする電気
化学反応装置用セパレータが提供される。
That is, according to the present invention, firstly, at least the surface of the fine fibers / fine nodules or pore walls of the polymer porous body having continuous pores is subjected to the gelation reaction of the hydrolyzable metal-containing organic compound. There is provided a separator for an electrochemical reaction device, comprising a metal oxide composite polymer porous body coated with a metal oxide, which is a dried body of the metal oxide hydrogel formed by the above.

【0012】また、第二に、上記第一のセパレータにお
いて、前記金属酸化物含水ゲルがシリカゲルである電気
化学反応装置用セパレータが提供され、更に第三に、上
記第一のセパレータにおいて、前記金属酸化物複合化高
分子多孔質体が、加水分解性金属含有有機化合物を水と
反応させて形成したゲル化生成物を高分子多孔質体に含
浸させる工程と該高分子多孔質体に含浸させた溶液状ゲ
ル化生成物に水を反応させて固体状ゲル化生成物に変換
させる工程と、このようにして高分子多孔質体内に形成
された固体状ゲル化生成物を加熱乾燥させる工程からな
る方法によって製造されたものである電気化学反応装置
用セパレータが提供される。
Secondly, in the first separator, there is provided a separator for an electrochemical reaction device, wherein the metal oxide hydrogel is silica gel, and third, in the first separator, the metal The oxide composite polymer porous body comprises a step of impregnating the polymer porous body with a gelled product formed by reacting a hydrolyzable metal-containing organic compound with water, and impregnating the polymer porous body. From the step of reacting the solution-like gelled product with water to convert it into a solid gelled product, and the step of heating and drying the solid gelled product thus formed in the polymer porous body. There is provided a separator for an electrochemical reactor manufactured by the method.

【0013】また、第四に、上記第一のセパレータにお
いて、前記高分子多孔質体が、フッ素樹脂多孔質体及び
ポリオレフィン樹脂多孔質体から選ばれる少なくとも1
種である電気化学反応装置用セパレータが提供され、更
に第五に、上記第四のセパレータにおいて、前記フッ素
樹脂多孔質体が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂多孔
質体である電気化学反応装置用セパレータが提供され、
更に第六に、上記第一〜第五のいずれか一つのセパレー
タを用いたことを特徴とする電気化学反応装置が提供さ
れる。
Fourthly, in the first separator, the polymer porous body is at least one selected from a fluororesin porous body and a polyolefin resin porous body.
Provided is a separator for electrochemical reaction device is a seed, further fifth, in the fourth separator, the fluororesin porous body, the separator for electrochemical reaction device is a polytetrafluoroethylene resin porous body. Provided,
Further, sixthly, there is provided an electrochemical reaction device using any one of the first to fifth separators.

【0014】以下、本発明を詳しく説明する。前述した
ように、本発明の電気化学反応装置用セパレータは、連
続細孔を有する高分子多孔質体の少なくともその微細繊
維・微小結節あるいは孔壁の面を、加水分解性金属含有
有機化合物のゲル化反応によって形成された金属酸化物
含水ゲルの乾燥体よりなる金属酸化物によって被覆した
金属酸化物複合化高分子多孔質体からなることを特徴と
する。即ち、本発明のセパレータは、基材として高分子
多孔質体を用い、該多孔質体に金属酸化物前駆体を複合
化したものからなる。
The present invention will be described in detail below. As described above, the separator for an electrochemical reaction device of the present invention is a gel of a hydrolyzable metal-containing organic compound, at least the surface of fine fibers / fine nodules or pore walls of a polymer porous body having continuous pores. It is characterized by comprising a metal oxide composite polymer porous body coated with a metal oxide which is a dried body of a hydrogel of a metal oxide formed by a chemical reaction. That is, the separator of the present invention comprises a polymer porous body as a substrate, and a composite of the metal oxide precursor and the porous body.

【0015】本発明において基材として用いる高分子多
孔質体は、従来公知の各種の高分子から形成されたもの
であることができる。この場合の高分子としては、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、エチレン/プロピレン共重
合体等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン等のスチ
レン系樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニ
ル、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリイミ
ド、ポリカーボネート、フッ素樹脂、シリコーンゴム等
を挙げることができる。特に、耐熱性、耐薬品性等の点
で、フッ素樹脂の使用が好ましい。好ましいフッ素樹脂
は、ポリテトラフルオロエチレンであるが、その他、テ
トラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重
合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等も使
用し得る。本発明の一実施例として基材に用いられるフ
ッ素樹脂多孔質体は、連続した微細孔を有するものであ
ればよく、その微細孔を形成させる手段も特に限定され
ず、各種のものが用いられる。中でも、多孔質ポリテト
ラフルオロエチレン、特に延伸された多孔質ポリテトラ
フルオロエチレンの使用が好ましい。
The polymer porous material used as the substrate in the present invention may be formed of various conventionally known polymers. In this case, the polymer includes polyethylene, polypropylene, polyolefin resin such as ethylene / propylene copolymer, styrene resin such as polystyrene, polyester, polyamide, polyvinyl chloride, polysulfone, polyacrylonitrile, polyimide, polycarbonate, fluorine. Resin, silicone rubber, etc. can be mentioned. In particular, it is preferable to use a fluororesin in terms of heat resistance, chemical resistance and the like. The preferred fluororesin is polytetrafluoroethylene, but tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, etc. may also be used. The fluororesin porous body used as the substrate as one embodiment of the present invention may be any one having continuous fine pores, and the means for forming the fine pores is not particularly limited, and various kinds can be used. . Among them, it is preferable to use porous polytetrafluoroethylene, particularly stretched porous polytetrafluoroethylene.

【0016】以下の本発明の一実施例による説明では、
基材として用いる高分子多孔質体としてフッ素樹脂多孔
質体を用いる。本発明で基材として好ましく用いられる
フッ素樹脂多孔質体は、その厚さは1〜1000μm、
最大孔径は0.01〜10μm、空孔率は5〜95%で
ある。上記物性は、極めて一般的といえる物性であり、
物性値の大小にかかわらず使用することが可能であるた
め、ほとんどすべてのフッ素樹脂多孔質体を基材として
好ましく用いることができる。このような基材について
は、特公昭56−45773号公報、特公昭56−17
216号公報、米国特許第4187390号明細書等に
詳述されている。
In the following description according to one embodiment of the present invention,
A fluororesin porous body is used as the polymer porous body used as the base material. The fluororesin porous material preferably used as the substrate in the present invention has a thickness of 1 to 1000 μm,
The maximum pore size is 0.01 to 10 μm, and the porosity is 5 to 95%. The above physical properties are extremely general physical properties,
Since it can be used regardless of the size of physical properties, almost all fluororesin porous materials can be preferably used as the substrate. Regarding such a substrate, Japanese Patent Publication No. 56-45773 and Japanese Patent Publication No. 56-17
No. 216, U.S. Pat. No. 4,187,390, and the like.

【0017】本発明によるセパレータは、上記のフッ素
樹脂多孔質体に金属酸化物前駆体を複合化したものであ
るが、本発明で用いる金属酸化物前駆体は、加水分解性
の金属含有有機金属化合物であればどのようなものでも
良く、このようなものには、金属アルコキシドや、金属
錯体が包含される。金属としては、リチウム、ベリリウ
ム、ホウ素、炭素、マグネシウム、アルミニウム、珪
素、リン、イオウ、カリウム、カルシウム、セシウム、
チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバル
ト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、砒
素、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウ
ム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、
ロジウム、パラジウム、カドミウム、インジウム、錫、
アンチモン、Te、Cs、バリウム、La、Ce、P
r、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、H
o、Er、Tm、Yb、Lu、Th、Pa、U、Pu、
ハフニウム、タンタル、タングステン、白金、水銀、
鉛、ビスマス等が包含される。金属アルコキシドの具体
例としては、例えば、テトラメトキシチタン、テトラエ
トキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブ
トキシチタン、ジルコニウムイソプロピレート、ジルコ
ニウムブチレート、テトラメトキシシラン、テトラエト
キシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラター
シャリーブトキシシラン等が挙げられる。金属錯体の具
体例としては、チタンテトラアセチルアセトネート、ジ
ルコニウムアセチルアセトネートなどの金属アセチルア
セトネートなどが挙げられる。本発明においては、特に
テトラエトキシシランのごときシリコーン系アルコキシ
ドが好適に使用される。
The separator according to the present invention is a composite of the above-mentioned fluororesin porous material and a metal oxide precursor. The metal oxide precursor used in the present invention is a hydrolyzable metal-containing organic metal. Any compound may be used, and such compounds include metal alkoxides and metal complexes. Examples of metals include lithium, beryllium, boron, carbon, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, cesium,
Titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, arsenic, selenium, rubidium, strontium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium,
Rhodium, palladium, cadmium, indium, tin,
Antimony, Te, Cs, Barium, La, Ce, P
r, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, Th, Pa, U, Pu,
Hafnium, tantalum, tungsten, platinum, mercury,
Lead, bismuth, etc. are included. Specific examples of the metal alkoxide include, for example, tetramethoxy titanium, tetraethoxy titanium, tetraisopropoxy titanium, tetrabutoxy titanium, zirconium isopropylate, zirconium butyrate, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetratertiary titanium. Libutoxysilane and the like can be mentioned. Specific examples of the metal complex include metal acetylacetonates such as titanium tetraacetylacetonate and zirconium acetylacetonate. In the present invention, a silicone alkoxide such as tetraethoxysilane is preferably used.

【0018】本発明においては、前記金属酸化物前駆体
は、これをフッ素樹脂多孔質体と複合化させる前に、水
と接触させて、部分的にゲル化させ、溶液状のゲル化生
成物とする。このゲル化反応は、従来良く知られた反応
であり、加水分解・重縮合反応が包含される。金属酸化
物前駆体の部分ゲル化を行うには、金属酸化物前駆体を
水に添加し、撹拌混合すればよい。この場合、水中に
は、水混和性有機溶媒、例えば、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール等のアルコールを混合さ
せることができるし、さらに、必要に応じ、塩酸、硫
酸、硝酸、酢酸、フッ酸等の酸類や、水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、アンモニア等の塩基類を添加する
こともできる。また、金属酸化物前駆体の部分的ゲル化
反応は、金属酸化物前駆体の有機溶媒溶液に水を添加
し、撹拌混合することによっても行うことができる。こ
の場合の有機溶媒としては、金属酸化物を溶解し得るも
のであればどのようなものでも良く、アルコール類の
他、脂肪族系、及び芳香族系の炭化水素類も使用するこ
とができる。ゲル化反応は、一般的に0〜100℃、好
ましくは60〜80℃の温度で行われる。水の使用割合
は、金属酸化物前駆体1モルに対し、0.1〜100モ
ル、好ましくは1〜10モルの割合である。ゲル化反応
は密閉又は不活性ガス気流下で行うのが好ましいが、外
気中の水分によりゲル化反応を進行させることも可能で
ある。前記のようにして金属酸化物前駆体の溶液状の部
分ゲル化生成物が得られる。本明細書で言う金属酸化物
前駆体の部分ゲル化生成物とは、完全ゲル化物である流
動性のない固体状の金属酸化物含水ゲルに対応して使用
されるものである。
In the present invention, the metal oxide precursor is brought into contact with water to be partially gelled before being complexed with the fluororesin porous material, thereby forming a solution-like gelation product. And This gelling reaction is a well-known reaction and includes a hydrolysis / polycondensation reaction. In order to partially gel the metal oxide precursor, the metal oxide precursor may be added to water and mixed with stirring. In this case, water can be mixed with a water-miscible organic solvent, for example, an alcohol such as methanol, ethanol, propanol, butanol, and further, if necessary, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, hydrofluoric acid, etc. Acids and bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and ammonia can also be added. The partial gelation reaction of the metal oxide precursor can also be carried out by adding water to an organic solvent solution of the metal oxide precursor and stirring and mixing. In this case, any organic solvent may be used as long as it can dissolve the metal oxide, and aliphatic and aromatic hydrocarbons as well as alcohols can be used. The gelling reaction is generally performed at a temperature of 0 to 100 ° C, preferably 60 to 80 ° C. The ratio of water used is 0.1 to 100 mol, preferably 1 to 10 mol, based on 1 mol of the metal oxide precursor. The gelling reaction is preferably carried out in a closed manner or under an inert gas stream, but it is also possible to allow the gelling reaction to proceed by the moisture in the outside air. A solution-like partially gelled product of the metal oxide precursor is obtained as described above. The partial gelation product of the metal oxide precursor referred to in the present specification is used in correspondence with a non-flowable solid metal oxide hydrogel which is a completely gelled product.

【0019】金属酸化物前駆体の部分ゲル化生成物をフ
ッ素樹脂多孔質体に複合化させるには、その溶液状の部
分ゲル化生成物中へフッ素樹脂多孔質体を浸漬したり、
溶液状の部分ゲル化生成物をスプレー塗布やロール塗布
する方法等が採用され、部分ゲル化生成物をフッ素樹脂
多孔質体の表面及び内部の空隙に充填し得る方法であれ
ばどのようなものでも使用可能である。このようにして
金属酸化物前駆体の部分ゲル化生成物を複合化させたフ
ッ素樹脂多孔質体は、その金属酸化物前駆体のゲル化反
応を更に進行させ、完全ゲル化生成物である固体状の金
属酸化物含水ゲルを形成させるために、過剰の水分と接
触させる。この完全ゲル化のためには、金属酸化物前駆
体の部分ゲル化生成物を複合化させたフッ素樹脂多孔質
体を水中に浸漬する方法を使用するのが好ましいが、ス
プレー等により、噴霧水を吹きつける方法、水蒸気を吹
きつける方法等も使用することができる。この場合、使
用する水は、ゲル化反応を促進させるために、酸やアル
カリを含むことができる。このゲル化反応の終了後に
は、フッ素樹脂多孔質体の細孔内表面には金属酸化物含
水ゲルが被膜状に生成するが、これを300℃以下、好
ましくは200℃以下で乾燥させることにより、細孔内
表面に薄く均一に一体付着した金属酸化物層を形成させ
ることができる。この金属酸化物層の厚さは、0.01
〜0.2μm、好ましくは0.02〜0.1μmであ
り、しかもその金属酸化物は、前記のようにして形成さ
れた金属酸化物含水ゲルから形成されたものであること
から、連続した一体の被膜となり、フッ素樹脂多孔質体
からの剥離を生じにくい密着性のすぐれたものとなって
いる。本発明の一実施例の金属酸化物複合化フッ素樹脂
多孔質体は高い空孔容積を示し、元のフッ素樹脂多孔質
体の空孔容積の50%以上、好ましくは70%以上の空
孔を保持する。従って、膜抵抗の小さいセパレータを得
ることができる。
In order to composite the partially gelled product of the metal oxide precursor with the fluororesin porous body, the fluororesin porous body is dipped in the solution-like partially gelled product,
What kind of method can be used as long as it is a method of spraying or roll-coating the solution-like partially gelled product and filling the voids on the surface and inside of the fluororesin porous body with the partially gelled product? But it can be used. Thus, the fluororesin porous body in which the partially gelled product of the metal oxide precursor is composited is a solid gel which is a completely gelled product by further promoting the gelling reaction of the metal oxide precursor. Contact with excess water to form a hydrous metal oxide gel. For this complete gelation, it is preferable to use a method of immersing the fluororesin porous body in which the partially gelled product of the metal oxide precursor is composited, in water, but by spraying, etc. It is also possible to use a method of spraying, a method of spraying steam, and the like. In this case, the water used may contain an acid or an alkali in order to accelerate the gelling reaction. After the completion of this gelation reaction, a metal oxide hydrogel is formed in the form of a film on the inner surface of the pores of the fluororesin porous body, which is dried at 300 ° C or lower, preferably 200 ° C or lower. It is possible to form a thin and uniform metal oxide layer integrally attached to the inner surface of the pores. The thickness of this metal oxide layer is 0.01
To 0.2 μm, preferably 0.02 to 0.1 μm, and since the metal oxide is formed from the metal oxide hydrogel formed as described above, it is a continuous integral The film has excellent adhesion and is unlikely to peel from the fluororesin porous body. The metal oxide composite fluororesin porous material of one example of the present invention exhibits a high pore volume, and has 50% or more, preferably 70% or more of the pore volume of the original fluororesin porous material. Hold. Therefore, a separator having a small membrane resistance can be obtained.

【0020】また、本発明のセパレータは、他の材料、
例えばポリオレフィン系の多孔質フィルムと積層一体化
した構造とすることができる。ここで用いられるポリオ
レフィン多孔質体としては、ポリオレフィンと無機微粉
体(例えば炭酸カルウシム、硫酸バリウムなど)との混
合物からなる多孔質体も使用可能であるが、より好まし
くは、無機微粉体を含まないで延伸を行うことによって
得られるポリオレフィン多孔質体及びポリオレフィン溶
液層から溶媒を除去することによって得られるポリオレ
フィン多孔質体が用いられる。ポリオレフィンとして
は、従来公知の各種のものが使用されるが、より好まし
くは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高
分子ポリエチレンなどのポリエチレンやポリプロピレン
を単独または、混合して使用する。このポリオレフィン
多孔質体の最大孔径は、0.01〜15μm、好ましく
は0.05〜1μmである。最大孔径が上記範囲より小
さい場合は、電解液の多孔質体内部への浸透が物理的に
困難である。一方、最大孔径が上記範囲を超える場合
は、活物質や反応生成物の拡散防止が困難となる。ま
た、ポリオレフィン多孔質体の空孔率は、5〜95%、
好ましくは20〜80%である。空孔率が上記範囲より
小さい場合は、多孔質体内に保持可能な電解液量が不十
分なものとなる。一方、空孔率が上記範囲を超える場合
は、多孔質体の機械的強度が不十分なものとなる。
The separator of the present invention is made of other materials,
For example, it may have a structure in which a polyolefin-based porous film is laminated and integrated. As the polyolefin porous body used here, a porous body made of a mixture of polyolefin and an inorganic fine powder (for example, calcium carbonate, barium sulfate, etc.) can be used, but more preferably, the inorganic fine powder is not included. The polyolefin porous body obtained by stretching in (1) and the polyolefin porous body obtained by removing the solvent from the polyolefin solution layer are used. As the polyolefin, various conventionally known ones are used, but more preferably polyethylene or polypropylene such as low-density polyethylene, high-density polyethylene, or ultra-high-molecular polyethylene is used alone or in combination. The maximum pore diameter of this polyolefin porous body is 0.01 to 15 μm, preferably 0.05 to 1 μm. When the maximum pore size is smaller than the above range, it is physically difficult for the electrolytic solution to penetrate into the porous body. On the other hand, if the maximum pore size exceeds the above range, it becomes difficult to prevent the diffusion of the active material and the reaction product. Further, the porosity of the polyolefin porous body is 5 to 95%,
It is preferably 20 to 80%. When the porosity is smaller than the above range, the amount of electrolyte solution that can be retained in the porous body becomes insufficient. On the other hand, when the porosity exceeds the above range, the mechanical strength of the porous body becomes insufficient.

【0021】ここで、本発明の他の材料と積層一体化し
た構造とする電気化学反応装置用セパレータの製造方法
の一態様について説明する。まず、ポリオレフィンを良
溶媒に加熱溶解することにより、ポリオレフィン溶液を
調製する。この溶媒としては、ポリオレフィンを十分に
溶解するものであれば特に限定されず、例えば、キシレ
ン、デカリン、ノナン、デカン、ウンデカン等を用いる
ことができる。加熱溶解は、ポリオレフィンが溶媒中で
完全に溶解する温度で撹拌しながら行う。その温度は、
使用するポリオレフィン及び溶媒により異なるが、80
〜250℃の範囲が好ましい。また、溶液の濃度は、使
用するポリオレフィンにより異なるが、1〜30重量
%、好ましくは2〜15重量%である。溶液濃度が上記
範囲より小さい場合は、フッ素樹脂多孔質体表面上での
ポリオレフィン多孔質体の形成が不十分となり、ポリオ
レフィン多孔質体に亀裂が生じることがある。一方、溶
液濃度が上記範囲を超える場合は、均一な溶液の調製が
困難となるばかりでなく、ポリオレフィン多孔質フィル
ムの厚みを必要な薄さにできないことになる。
Here, an embodiment of a method for manufacturing a separator for an electrochemical reaction device having a structure in which the other materials of the present invention are laminated and integrated will be described. First, a polyolefin solution is prepared by heating and dissolving the polyolefin in a good solvent. The solvent is not particularly limited as long as it sufficiently dissolves the polyolefin, and for example, xylene, decalin, nonane, decane, undecane and the like can be used. The heating dissolution is performed with stirring at a temperature at which the polyolefin is completely dissolved in the solvent. The temperature is
Depending on the polyolefin and solvent used, 80
The range of ˜250 ° C. is preferred. The concentration of the solution varies depending on the polyolefin used, but is 1 to 30% by weight, preferably 2 to 15% by weight. When the solution concentration is lower than the above range, the formation of the polyolefin porous body on the surface of the fluororesin porous body becomes insufficient and cracks may occur in the polyolefin porous body. On the other hand, if the solution concentration exceeds the above range, not only it becomes difficult to prepare a uniform solution, but also the thickness of the polyolefin porous film cannot be made as thin as necessary.

【0022】次に、準備したポリオレフィン溶液を多孔
質フッ素樹脂基材の片面あるいは両面に接触させてポリ
オレフィン溶液層を形成する。ここでのフッ素樹脂多孔
質体基材とポリオレフィン溶液との接触方法としては、
(a)基材をポリオレフィン溶液中に浸漬する方法、
(b)基材表面上にポリオレフィン溶液をTダイ押出法
等により供給塗布する方法、(c)スプレー法・ロール
コーター・ナイフコーター等により溶液を基材表面に塗
布する方法、等が採用できる。
Next, the prepared polyolefin solution is brought into contact with one or both surfaces of the porous fluororesin substrate to form a polyolefin solution layer. As a method of contacting the fluororesin porous body substrate and the polyolefin solution here,
(A) a method of immersing the base material in a polyolefin solution,
(B) A method of supplying and coating the polyolefin solution on the surface of the substrate by a T-die extrusion method, (c) a method of coating the solution on the surface of the substrate by a spray method, a roll coater, a knife coater, or the like can be adopted.

【0023】次に、上記ポリオレフィン溶液層に対し脱
溶媒処理を行う。脱溶媒処理方法としては、ポリオレフ
ィン溶液層中の溶媒を乾燥除去する方法、ポリオレフィ
ン溶液層を表面に形成した多孔質フッ素樹脂基材を貧溶
媒に浸漬して溶媒を抽出除去したのち貧溶媒を乾燥除去
する方法、あるいはこれらの組み合わせによる方法等が
考えられる。ここで、ポリオレフィン溶液層中の溶媒を
乾燥除去する過程で、多孔質をより形成しやすくする方
法として、主溶媒に対し相溶性があり高沸点の不揮発性
溶媒を適当な割合で添加することが好ましい。この場
合、乾燥の過程で、まず低沸点の揮発性溶媒が除去され
るが、高沸点の不揮発性溶媒は除去速度が極めて遅い。
よって、溶解しているポリオレフィンは、ポリオレフィ
ン溶液層中で分散している高沸点の不揮発性溶媒内で凝
集し、多孔質体を形成しやすくなる。キシレンとDMS
Oの組み合わせは、その1例である。なお、溶媒の抽出
に用いる貧溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタ
ンなどの炭化水素;塩化メチレン、四塩化炭素などの塩
素化炭化水素;三フッ化エタンなどのフッ化炭化水素;
ジエチルエーテルジオキサンなどのエーテル類;その他
メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコー
ル類などが挙げられる。これらの溶媒は、ポリオレフィ
ンの溶解に用いた溶媒により適宜選択し、単独もしくは
混合して用いる。続く金属酸化物前駆体の複合化の方法
は、先に述べたとおりである。なお、本発明において
は、フッ素樹脂多孔質体に金属酸化物を複合化し、その
後、上記した方法で、ポリオレフィン多孔質体を積層し
てもよい。以上の方法により、本発明の一態様のセパレ
ータとなる。
Next, a solvent removal treatment is performed on the polyolefin solution layer. As the desolvation treatment method, a method of drying and removing the solvent in the polyolefin solution layer, a porous fluororesin substrate having a polyolefin solution layer formed on the surface is immersed in a poor solvent to extract and remove the solvent, and then the poor solvent is dried. A method of removing it, a method of combining these, or the like can be considered. Here, in the process of drying and removing the solvent in the polyolefin solution layer, as a method for facilitating the formation of the porous material, it is possible to add a nonvolatile solvent having a high boiling point and being compatible with the main solvent in an appropriate ratio. preferable. In this case, the low boiling point volatile solvent is first removed during the drying process, but the removal rate of the high boiling point non-volatile solvent is extremely slow.
Therefore, the dissolved polyolefin easily aggregates in the high-boiling-point non-volatile solvent dispersed in the polyolefin solution layer to easily form a porous body. Xylene and DMS
The combination of O is one example. The poor solvent used for extracting the solvent includes hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane; chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride; fluorinated hydrocarbons such as ethane trifluoride;
Ethers such as diethyl ether dioxane; other alcohols such as methanol, ethanol, propanol and the like. These solvents are appropriately selected depending on the solvent used for dissolving the polyolefin, and used alone or as a mixture. The subsequent method for compounding the metal oxide precursor is as described above. In the present invention, the metal oxide may be composited with the fluororesin porous body, and then the polyolefin porous body may be laminated by the method described above. By the above method, a separator of one embodiment of the present invention is obtained.

【0024】上記のような積層構造をとる本発明のセパ
レータは、メルトダウン特性と呼ばれる安全機構が必要
なリチウム電池などの電気化学反応装置用セパレータと
して有用である。フッ素樹脂多孔質体表面にポリオレフ
ィン多孔質体を形成した積層構造をとる本発明の一態様
のセパレータをリチウム電池に用いた場合、電池が外部
短絡などによる発熱を生じ、温度がポリオレフィンの融
点付近になると、ポリオレフィンの溶融により多孔質体
の開口部の目詰まりが起こり、電流がシャットダウンす
る。一方、フッ素樹脂多孔質体は、より高い耐熱性を有
しているため、ポリオレフィン多孔質体の溶融温度で
は、フッ素樹脂多孔質体の溶融はなく、開口部の目詰ま
りは起こらない。
The separator of the present invention having the above-mentioned laminated structure is useful as a separator for an electrochemical reaction device such as a lithium battery which requires a safety mechanism called meltdown property. When the separator of one embodiment of the present invention having a laminated structure in which a polyolefin porous body is formed on the surface of a fluororesin porous body is used for a lithium battery, the battery generates heat due to an external short circuit, and the temperature is near the melting point of the polyolefin. Then, melting of the polyolefin causes clogging of the opening of the porous body, and the current shuts down. On the other hand, since the fluororesin porous body has higher heat resistance, the fluororesin porous body is not melted at the melting temperature of the polyolefin porous body, and the openings are not clogged.

【0025】ポリオレフィン多孔質体の単体セパレータ
では、溶融が進行し収縮がひどくなった場合、正極と負
極の隔離ができなくなり、内部短絡により再び危険状態
にもどってしまうことになり、結果として、セパレータ
の機能を維持し続けることができない。一方、本発明の
如くポリオレフィン多孔質体に接してフッ素樹脂多孔質
体が存在する場合は、ポリオレフィンの融点付近で、ポ
リオレフィン多孔質体の目詰まりが生じるが、フッ素樹
脂多孔質体は、より高い耐熱性をもち200℃付近の長
時間使用にも十分に耐えることが可能で、フッ素樹脂多
孔質体が支持体として働くことでポリオレフィン多孔質
体の収縮の進行や亀裂の発生が抑えられる。結果とし
て、セパレータの機能を維持し続けることができる。
In the case of a single separator made of a polyolefin porous body, when the melting progresses and the shrinkage becomes severe, the positive electrode and the negative electrode cannot be separated from each other, and the internal short circuit causes the danger to return to a dangerous state again. Cannot continue to maintain its function. On the other hand, when the fluororesin porous body is present in contact with the polyolefin porous body as in the present invention, clogging of the polyolefin porous body occurs near the melting point of the polyolefin, but the fluororesin porous body is higher. It has heat resistance and can withstand long-term use at around 200 ° C., and the fluororesin porous material acts as a support, whereby the shrinkage of the polyolefin porous material and the occurrence of cracks can be suppressed. As a result, the function of the separator can be maintained.

【0026】本発明の一態様では、シャットダウン機能
はポリオレフィン多孔質体に依存し、収縮や亀裂の進行
防止によるシャットダウン機能の維持・継続はフッ素樹
脂多孔質体に依存し、両者の特長を生かすことにより、
安全性の高い電気化学反応装置用セパレータ及びこれを
用いた電気化学反応装置となる。
In one aspect of the present invention, the shutdown function depends on the polyolefin porous body, and the maintenance / continuation of the shutdown function by preventing the progress of shrinkage and cracks depends on the fluororesin porous body, and the advantages of both are utilized. Due to
A highly safe separator for an electrochemical reaction device and an electrochemical reaction device using the separator.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples.

【0028】実施例1 テトラエトキシシラン[信越シリコーン(株)製]10
0部、水52部、エタノール133部を、塩化カルシウ
ム管により外気からの水分供給を遮断した還流下におい
て、80℃、24時間反応せしめ、金属酸化物前駆体の
部分ゲル化溶液を調製した。この溶液を、多孔質ポリテ
トラフルオロエチレン膜[ジャパンゴアテックス(株)
製、厚さ100μm、孔径0.5μm、空孔率80%]
に含浸させた後、60℃の温水中に5時間浸漬し、ゲル
化を完結せしめた。これを150℃の恒温槽にて30分
間乾燥せしめ、多孔質体の内表面を含む露出表面がシリ
カゲルにより被覆された複合膜を得た。
Example 1 Tetraethoxysilane [manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.] 10
0 part, 52 parts of water, and 133 parts of ethanol were reacted at 80 ° C. for 24 hours under reflux in which the supply of water from the outside was blocked by a calcium chloride tube to prepare a partially gelled solution of the metal oxide precursor. A porous polytetrafluoroethylene membrane [Japan Gore-Tex Co., Ltd.]
Made, thickness 100 μm, pore diameter 0.5 μm, porosity 80%]
Then, it was immersed in warm water at 60 ° C. for 5 hours to complete gelation. This was dried in a constant temperature bath at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a composite film in which the exposed surface including the inner surface of the porous body was covered with silica gel.

【0029】次に、活性炭粉末(比表面積1500m2
/g)80%、カーボンブラック(比表面積950m2
/g)10%、PTFE10%を混練、延伸して、0.
55mm厚のシートとした。これを100℃、3時間以
上乾燥させたのち、直径6.5mmに打ち抜くことによ
り、分極性電極を2つ作製した。この2つの分極性電極
の間に、上記で作製した複合膜からなるセパレータを介
在させたものを、ステンレス鋼製キャップとステンレス
鋼製缶からからなる外装容器内面に、黒鉛系導電性接着
剤にて接着し、収納した。次に、0.6Mテトラフルオ
ロほう酸テトラエチルホスホニウム塩を炭酸プロピレン
に溶解した電解液を容器内に入れ、含浸させた後、ポリ
プロピレン(以下PPと記すことがある)パッキングを
介してキャップと缶をかしめて封口し、コンデンサセル
とした。
Next, activated carbon powder (specific surface area 1500 m 2
/ G) 80%, carbon black (specific surface area 950 m 2
/ G) 10% and PTFE 10% are kneaded and stretched to give a density of 0.
The sheet was 55 mm thick. This was dried at 100 ° C. for 3 hours or more, and then punched out to a diameter of 6.5 mm to prepare two polarizable electrodes. A separator made of the composite film prepared above was interposed between the two polarizable electrodes to form a graphite-based conductive adhesive on the inner surface of an outer container made of a stainless steel cap and a stainless steel can. Glued and stored. Next, an electrolytic solution obtained by dissolving 0.6 M tetraethylphosphonium tetrafluoroborate in propylene carbonate was placed in a container and impregnated therein, and then the cap and the can were closed via polypropylene (hereinafter sometimes referred to as PP) packing. It was tightly sealed and used as a capacitor cell.

【0030】このセル100個について以下の測定や試
験を行った。まず、容量と内部抵抗を測定した。容量
は、このセルを20℃にて2.8Vの電圧を印加後、
1.0Vまで、0.2mAにて定電流放電を行い、算出
した。また、セルの内部抵抗は、LCRメータを用いて
1kHz定電流交流法で測定した時の等価直流抵抗値を
用いた。続いて、これに、260℃、10秒の熱負荷を
かけるハンダ耐熱試験を行った後、同様の方法で再び容
量と内部抵抗を測定した。結果としては、容量の劣化し
たものや、内部抵抗の上昇したものは、全くみられなか
った。
The following measurements and tests were performed on 100 cells. First, the capacitance and internal resistance were measured. As for the capacity, after applying a voltage of 2.8 V to this cell at 20 ° C.,
It was calculated by performing constant current discharge at 0.2 mA up to 1.0 V. As the internal resistance of the cell, an equivalent DC resistance value measured by a 1 kHz constant current AC method using an LCR meter was used. Subsequently, a solder heat resistance test in which a heat load of 260 ° C. for 10 seconds was applied, and then the capacity and internal resistance were measured again by the same method. As a result, neither deterioration of capacity nor increase of internal resistance was observed.

【0031】比較例1 実施例1において、セパレータとして厚さ100μmの
PP製不織布を用いた以外は、同様にしてコンデンサセ
ル100個を作製した。このセルを実施例1と同じ方法
によりハンダ耐熱試験を行い、試験前後の容量と内部抵
抗を測定した。結果としては、容量の劣化したものや、
内部抵抗の上昇したものが、5%みられた。この原因
は、解析の結果、セパレータであるPP不織布が、ハン
ダ耐熱試験時に熱劣化したためであることが確認され
た。
Comparative Example 1 100 capacitor cells were prepared in the same manner as in Example 1, except that a 100 μm-thick PP non-woven fabric was used as the separator. This cell was subjected to a solder heat resistance test by the same method as in Example 1, and the capacity and internal resistance before and after the test were measured. As a result, those with deteriorated capacity,
There was a 5% increase in internal resistance. As a result of the analysis, it was confirmed that the cause was that the PP non-woven fabric as the separator was thermally deteriorated during the solder heat resistance test.

【0032】比較例2 実施例1において、セパレータとしてプラズマ処理によ
る親水処理を施した多孔質ポリテトラフルオロエチレン
膜[ジャパンゴアテックス(株)製、厚さ100μm、
孔径0.5μm、空孔率80%]を用いた以外は、同様
にしてコンデンサセル100個を作製した。なお、プラ
ズマ処理は、アルゴンガスを使用し、750eVの処理
エネルギーで10分間行った。
Comparative Example 2 In Example 1, a porous polytetrafluoroethylene membrane which was subjected to hydrophilic treatment by plasma treatment as a separator [manufactured by Japan Gore-Tex Co., Ltd., thickness 100 μm,
100 capacitor cells were prepared in the same manner except that the pore diameter was 0.5 μm and the porosity was 80%. Note that the plasma treatment was performed using argon gas at a treatment energy of 750 eV for 10 minutes.

【0033】このセルを実施例1と同じ方法によりハン
ダ耐熱試験を行い、試験前後の容量と内部抵抗を測定し
た。結果としては、ハンダ耐熱試験前の容量不良や内部
抵抗不良が、4%みられた。ハンダ耐熱試験前に不良と
なった原因は、解析の結果、セパレータの親水処理不良
(濡れムラ)により、セパレータの保液量が低下した
り、有効に働くセパレータ面積が小さくなったためであ
ることが確認された。
This cell was subjected to a solder heat resistance test in the same manner as in Example 1 to measure the capacity and internal resistance before and after the test. As a result, 4% of defective capacity and defective internal resistance before the solder heat resistance test were observed. The cause of the failure before the solder heat resistance test is that, as a result of the analysis, due to poor hydrophilic treatment of the separator (unevenness of wetting), the liquid holding amount of the separator was decreased, or the effective separator area was decreased. confirmed.

【0034】以上の結果より、実施例1によるセパレー
タをコンデンサ用セパレータとして使用することで、高
温雰囲気下(ハンダ耐熱試験等)でのセパレータの熱劣
化やセパレータの濡れムラ等による容量不良や内部抵抗
不良のない信頼性の高いコンデンサを提供できることが
わかる。
From the above results, when the separator according to Example 1 is used as a separator for capacitors, the capacity deterioration and the internal resistance due to the thermal deterioration of the separator in a high temperature atmosphere (solder heat resistance test etc.) and the uneven wetting of the separator, etc. It can be seen that a reliable capacitor with no defects can be provided.

【0035】実施例2 液温110℃のキシレンとDMSOの9:1混合溶媒に
低密度ポリエチレンを溶解してなる2重量%のポリエチ
レン溶液中に、フッ素樹脂多孔質体である厚さ15μ
m、最大孔径0.25μm、空孔率60%のポリテトラ
フルオロエチレン多孔膜を、その片面のみ溶液と接触す
るようにコーティングを行い、その後、60℃の熱風で
5分間乾燥し、溶媒除去を行った。次に、この多孔質体
を、エタノール中に浸漬し、すべての溶媒を完全に抽出
した後、80℃の熱風で5分間乾燥して、フッ素樹脂多
孔質体表面に厚さ10μmのポリエチレン多孔質体を形
成した積層構造体を得た。続く親水処理として、テトラ
エトキシシラン[信越シリコーン(株)製]100部、
水71部、エタノール126部を、塩化カルシウム管に
より外気からの水分供給を遮断した還流下において、8
0℃、24時間反応せしめ、金属酸化物前駆体の部分ゲ
ル化溶液を調製した。この溶液を、上記の積層膜に含浸
させた後、60℃の温水中に5時間浸漬し、ゲル化を完
結せしめた。これを150℃の恒温槽にて30分間乾燥
せしめ、多孔質体の内表面を含む露出表面がシリカゲル
により被覆された複合膜を得た。
Example 2 A fluororesin porous material having a thickness of 15 μm was added to a 2% by weight polyethylene solution prepared by dissolving low density polyethylene in a 9: 1 mixed solvent of xylene and DMSO at a liquid temperature of 110 ° C.
m, maximum pore size 0.25 μm, porosity 60% polytetrafluoroethylene porous membrane was coated so that only one side was in contact with the solution, and then dried with hot air at 60 ° C. for 5 minutes to remove the solvent. went. Next, this porous body was immersed in ethanol to completely extract all the solvents, and then dried with hot air at 80 ° C. for 5 minutes to form a polyethylene porous film having a thickness of 10 μm on the surface of the fluororesin porous body. A laminated structure having a body was obtained. As subsequent hydrophilic treatment, 100 parts of tetraethoxysilane [produced by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.],
8 parts of 71 parts of water and 126 parts of ethanol were put under a reflux condition in which water supply from the outside air was blocked by a calcium chloride tube.
The reaction was carried out at 0 ° C for 24 hours to prepare a partially gelled solution of the metal oxide precursor. After impregnating the above-mentioned laminated film with this solution, it was immersed in warm water at 60 ° C. for 5 hours to complete gelation. This was dried in a constant temperature bath at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a composite film in which the exposed surface including the inner surface of the porous body was covered with silica gel.

【0036】ここで、正極活物質として二酸化マンガ
ン、負極活物質として金属リチウムを用い、セパレータ
として上記複合膜からなるセパレータを金属リチウムが
ポリエチレン多孔質体と接するように配置して渦巻状構
造の電極とし、LiClO40.5M/PC:DME=
1:1を電解液とする円筒形リチウム電池500個を作
製した。
Here, manganese dioxide is used as the positive electrode active material, metallic lithium is used as the negative electrode active material, and the separator made of the above composite film is arranged as the separator so that the metallic lithium is in contact with the polyethylene porous body and the spirally structured electrode is formed. And LiClO 4 0.5M / PC: DME =
500 cylindrical lithium batteries using 1: 1 as an electrolytic solution were prepared.

【0037】まず、作製した電池の開路電圧と内部抵抗
を測定した。内部抵抗の値は、LCRメータを用いて1
kHz定電流交流法で測定した時の等価直流抵抗値を用
いた。続いて、安全性試験として、短絡時の抵抗が10
mΩとなる試験回路での外部短絡試験を行った。結果と
しては、電池のシャットダウン状態が維持されず破裂あ
るいは発火に至った(シャットダウン破壊)電池の割合
は0%であった。この結果については、フッ素樹脂多孔
質体が支持体として働くことでポリエチレン多孔質体の
収縮の進行や亀裂の発生が抑えられ、セパレータの機能
を維持し続けることができたためである。
First, the open circuit voltage and the internal resistance of the prepared battery were measured. The value of the internal resistance is 1 using the LCR meter.
The equivalent DC resistance value measured by the kHz constant current AC method was used. Then, as a safety test, the resistance at short circuit is 10
An external short circuit test was carried out in a test circuit with mΩ. As a result, the percentage of the batteries that did not maintain the shutdown state of the batteries and ruptured or ignited (shutdown breakdown) was 0%. This result is because the fluororesin porous material functions as a support, whereby the shrinkage of the polyethylene porous material and the occurrence of cracks are suppressed, and the function of the separator can be maintained.

【0038】比較例3 実施例2において、セパレータとして厚さ25μmのP
P多孔膜(セラニーズ社製)を用いた以外は、同様にし
て円筒形リチウム電池500個を作製した。まず、作製
した電池の開路電圧と内部抵抗を測定した。続いて、安
全性試験として、短絡時の抵抗が10mΩとなる試験回
路での外部短絡試験を行った。結果としては、開路電圧
と内部抵抗については問題がなかったものの、電池のシ
ャットダウン状態が維持されず破裂あるいは発火に至っ
た(シャットダウン破壊)電池の割合は0.6%であっ
た。この結果については、PP多孔膜単体のセパレータ
では、電池のシャットダウン(セパレータのメルトダウ
ン)時、セパレータの溶融が進行し収縮がひどくなり、
正極と負極の隔離ができなくなり、内部短絡により再び
危険状態にもどってしまったためである。
Comparative Example 3 In Example 2, as a separator, P having a thickness of 25 μm was used.
500 cylindrical lithium batteries were produced in the same manner except that the P porous membrane (manufactured by Celanese) was used. First, the open circuit voltage and the internal resistance of the manufactured battery were measured. Subsequently, as a safety test, an external short-circuit test was conducted in a test circuit in which the resistance during short circuit was 10 mΩ. As a result, although the open circuit voltage and the internal resistance were not a problem, the ratio of the batteries that did not maintain the shutdown state of the battery and ruptured or ignited (shutdown breakdown) was 0.6%. As for this result, in the case of the separator made of the PP porous film alone, when the battery is shut down (melt down of the separator), the melting of the separator progresses and the shrinkage becomes severe,
This is because it became impossible to separate the positive and negative electrodes and the internal short circuit returned to the dangerous state again.

【0039】比較例4 実施例2において、親水処理としてプラズマ処理を用い
た以外は、同様にして円筒形リチウム電池500個を作
製した。なお、プラズマ処理は、アルゴンガスを使用
し、750eVの処理エネルギーで10分間行った。ま
ず、作製した電池の開路電圧と内部抵抗を測定した。続
いて、安全性試験として、短絡時の抵抗が10mΩとな
る試験回路での外部短絡試験を行った。結果としては、
安全性試験については問題がなかったものの、電池の内
部抵抗が高く、実施例2の電池の1.2倍であった。こ
の結果については、解析の結果、セパレータの親水処理
不良(濡れムラ)により、セパレータの保液量が低下し
たり、有効に働くセパレータ面積が小さくなったためで
あることが確認された。
Comparative Example 4 500 cylindrical lithium batteries were produced in the same manner as in Example 2, except that plasma treatment was used as the hydrophilic treatment. Note that the plasma treatment was performed using argon gas at a treatment energy of 750 eV for 10 minutes. First, the open circuit voltage and the internal resistance of the manufactured battery were measured. Subsequently, as a safety test, an external short-circuit test was conducted in a test circuit in which the resistance during short circuit was 10 mΩ. As a result,
Although there was no problem in the safety test, the internal resistance of the battery was high and was 1.2 times that of the battery of Example 2. As a result of the analysis, it was confirmed that this result was due to a poor hydrophilic treatment (unevenness of wetting) of the separator, which resulted in a decrease in the amount of the liquid retained in the separator and a decrease in the area of the separator which worked effectively.

【0040】以上の結果より、実施例2によるセパレー
タを電池用セパレータとして使用することで、高温雰囲
気下でのセパレータの熱劣化やセパレータの濡れムラ等
による内部抵抗不良のない安全性と信頼性の高い電池を
提供できることがわかる。
From the above results, by using the separator according to Example 2 as a battery separator, it is possible to achieve safety and reliability without internal resistance failure due to thermal deterioration of the separator under high temperature atmosphere and uneven wetting of the separator. It can be seen that a high battery can be provided.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明によれば、前記構成としたので、
濡れ性に優れ、膜抵抗が小さく、また、高電流密度での
充放電、高温環境、ハンダフロー・リフローに耐え得る
安全性や信頼性の高いセパレータ及びこれを用いた電気
化学反応装置を提供することができる。
According to the present invention, because of the above-mentioned structure,
Provided is a separator having excellent wettability, small film resistance, high safety and reliability that can withstand charge / discharge at high current density, high temperature environment, solder flow / reflow, and an electrochemical reaction device using the separator. be able to.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続細孔を有する高分子多孔質体の少な
くともその微細繊維・微小結節あるいは孔壁の面を、加
水分解性金属含有有機化合物のゲル化反応によって形成
された金属酸化物含水ゲルの乾燥体よりなる金属酸化物
によって被覆した金属酸化物複合化高分子多孔質体から
なることを特徴とする電気化学反応装置用セパレータ。
1. A metal oxide hydrogel formed by a gelation reaction of a hydrolyzable metal-containing organic compound on at least the surface of fine fibers / micronodules or pore walls of a polymer porous body having continuous pores. A separator for an electrochemical reaction device, comprising a metal oxide-composite polymer porous body coated with a metal oxide composed of the dried body.
【請求項2】 前記金属酸化物含水ゲルがシリカゲルで
ある請求項1記載の電気化学反応装置用セパレータ。
2. The separator for an electrochemical reaction device according to claim 1, wherein the hydrous metal oxide gel is silica gel.
【請求項3】 前記金属酸化物複合化高分子多孔質体
が、加水分解性金属含有有機化合物を水と反応させて形
成したゲル化生成物を高分子多孔質体に含浸させる工程
と該高分子多孔質体に含浸させた溶液状ゲル化生成物に
水を反応させて固体状ゲル化生成物に変換させる工程
と、このようにして高分子多孔質体内に形成された固体
状ゲル化生成物を加熱乾燥させる工程からなる方法によ
って製造されたものである請求項1記載の電気化学反応
装置用セパレータ。
3. A step of impregnating the polymer porous body with a gelation product formed by reacting a hydrolyzable metal-containing organic compound with water, the metal oxide composite polymer porous body, A step of reacting a solution gelation product impregnated in a molecular porous body with water to convert it into a solid gelation product, and a solid gelation product thus formed in a polymer porous body The separator for an electrochemical reaction device according to claim 1, which is manufactured by a method including a step of heating and drying an object.
【請求項4】 前記高分子多孔質体が、フッ素樹脂多孔
質体及びポリオレフィン樹脂多孔質体から選ばれる少な
くとも1種である請求項1記載の電気化学反応装置用セ
パレータ。
4. The separator for an electrochemical reaction device according to claim 1, wherein the polymer porous body is at least one selected from a fluororesin porous body and a polyolefin resin porous body.
【請求項5】 前記フッ素樹脂多孔質体が、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂多孔質体である請求項4記載の電
気化学反応装置用セパレータ。
5. The separator for an electrochemical reaction device according to claim 4, wherein the fluororesin porous body is a polytetrafluoroethylene resin porous body.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載のセ
パレータを用いたことを特徴とする電気化学反応装置。
6. An electrochemical reaction device comprising the separator according to any one of claims 1 to 5.
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