JPWO2019021810A1 - Separation membrane for non-aqueous electrolyte battery and non-aqueous electrolyte battery using the same - Google Patents

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有紀 太田
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Abstract

本発明の一局面は、分子内にカルボン酸塩基を有する高分子化合物を含むことを特徴とする、非水電解質電池用分離膜及びそれを用いた非水電解質電池に関する。One aspect of the present invention relates to a separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery and a non-aqueous electrolyte battery using the same, which comprises a polymer compound having a carboxylate group in the molecule.

Description

本発明は、非水電解質電池用分離膜及びそれを用いた非水電解質電池に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery and a non-aqueous electrolyte battery using the same.

近年、携帯電話、ノート型パソコン、パッド型情報端末機器などの携帯端末の普及が著しい。これら携帯端末の電源に用いられている二次電池には、リチウムイオン二次電池が多用されている。携帯端末は、より快適な携帯性が求められるため、小型化、薄型化、軽量化、高性能化が急速に進み、様々な場で利用されるようになった。この動向は現在も続いており、携帯端末に使用される電池にも、小型化、薄型化、軽量化、高性能化がさらに要求されている。   2. Description of the Related Art In recent years, mobile terminals such as mobile phones, laptop computers, and pad type information terminal devices have been remarkably spread. A lithium ion secondary battery is often used as a secondary battery used as a power source of these portable terminals. Since mobile terminals are required to have more comfortable portability, they have been used in various fields rapidly as they have become smaller, thinner, lighter, and have higher performance. This trend continues even now, and batteries used for mobile terminals are required to be smaller, thinner, lighter, and have higher performance.

さらに、電気自動車、ハイブリット自動車、電気自動車等の大型機器にも、非水電解質電池を利用する動きが広がっている。そのため、高容量化、大電流での充放電特性といった性能が求められているが、非水電解質電池であるため、水系電池と比較して、発煙、発火、破裂等の危険性が高いことが知られており、安全性の向上が要求されている。   Furthermore, the movement of using non-aqueous electrolyte batteries is spreading to large-sized equipment such as electric vehicles, hybrid vehicles, and electric vehicles. Therefore, performance such as high capacity and charging/discharging characteristics at large current is required, but since it is a non-aqueous electrolyte battery, it may have a higher risk of smoking, ignition, bursting, etc. compared to water-based batteries. It is known and requires improved safety.

リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池は、正極と負極とを分離膜(セパレータ)を介して設置し、LiPF、LiBF LiTFSI(リチウム(ビストリフルオロメチルスルホニルイミド))、LiFSI(リチウム(ビスフルオロスルホニルイミド))のようなリチウム塩をエチレンカーボネート等の有機液体に溶解させた電解液と共に容器内に収納した構造を有する。In a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium ion secondary battery, a positive electrode and a negative electrode are installed via a separation membrane (separator), and LiPF 6 , LiBF 4 LiTFSI (lithium (bistrifluoromethylsulfonylimide)), LiFSI (lithium ( It has a structure in which a lithium salt such as bisfluorosulfonylimide)) is stored in a container together with an electrolytic solution in which an organic liquid such as ethylene carbonate is dissolved.

そのため外熱による温度上昇、過充電、内部短絡、外部短絡等によって発煙等の危険性が高まる。これらは、外部保護回路によってある程度防ぐことが可能である。また、セパレータのシャットダウン機能によっても電池の温度上昇を抑制することが可能である。   Therefore, the risk of smoking increases due to temperature rise due to external heat, overcharge, internal short circuit, external short circuit, and the like. These can be prevented to some extent by an external protection circuit. Further, the shutdown function of the separator can also suppress the temperature rise of the battery.

これまで、通常、非水電解質電池分離膜としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂の多孔質フィルムが使用されていることが多かった。この多孔質フィルムは、電池内部の温度が120℃付近になると、溶融し、孔が閉塞して電流やイオンの流れを遮断することによって、安全性を保持する役割(シャットダウン機能)を担っている。しかし、外熱によって温度が上昇した場合や温度上昇によって電池内部で化学反応が起きた場合には、シャットダウン機能が働いても電池温度は更に上昇し、電池温度が150℃以上にまで達することがある。そのような場合、多孔質フィルムが収縮して内部短絡が起こり、発火等が起きることがあった。   Up to now, for example, a porous film of polyolefin resin has often been used as the non-aqueous electrolyte battery separation membrane. This porous film has a role of maintaining safety (shutdown function) by melting when the temperature inside the battery reaches around 120° C., closing the pores and blocking the flow of current and ions. .. However, if the temperature rises due to external heat or if a chemical reaction occurs inside the battery due to the temperature rise, the battery temperature may rise further even if the shutdown function works, and the battery temperature may reach 150°C or higher. is there. In such a case, the porous film may shrink, causing an internal short circuit, which may cause ignition or the like.

このような問題に対し、ポリオレフィン系樹脂の多孔質フィルム上に、無機フィラーを高充填させたコート層を設けることで、異常発熱を起こし、シャットダウン温度を超え、温度が上昇し続けた際においても、両極の短絡を防ぐことができることが報告されている(例えば、特許文献1)。   For such a problem, by providing a coating layer that is highly filled with an inorganic filler on a porous film of a polyolefin resin, abnormal heat generation occurs, exceeding the shutdown temperature, even when the temperature continues to rise It has been reported that a short circuit between both electrodes can be prevented (for example, Patent Document 1).

しかしながら、多孔質膜に粒子やバインダー物質を積層した場合、電気素子の内部抵抗を増加させ、出力特性の低下や、充放電サイクルが進むにつれて容量が急激に低下し、サイクル寿命が短くなってしまうという問題があった。さらに積層することで、生産コストの上昇や、生産性の低下が生じる。   However, when particles or a binder material are laminated on the porous film, the internal resistance of the electric element is increased, the output characteristics are deteriorated, or the capacity is rapidly reduced as the charge/discharge cycle progresses, which shortens the cycle life. There was a problem. Further stacking causes an increase in production cost and a decrease in productivity.

また、その他にも、安全性の観点から、高分子中に電解質が均一固溶した形態をとった高分子固体電解質が提案されているが(例えば、特許文献2)、該高分子固体電解質はイオン電導度が液状添加電解質に比較して低く、改善は進んでいるものの、実用上問題がある。   In addition, from the viewpoint of safety, a polymer solid electrolyte in which an electrolyte is uniformly solid-dissolved in a polymer has been proposed (for example, Patent Document 2), but the polymer solid electrolyte is Although the ionic conductivity is lower than that of the liquid-added electrolyte and the improvement is progressing, there is a problem in practical use.

このように、これまで安全性が高く、セパレータによる内部抵抗の上昇を抑制して電池容量などの電池特性の向上、特に低抵抗化を図り、且つ生産性の高い分離膜を作製することは困難であった。   As described above, it is difficult to produce a separation membrane which has high safety, suppresses an increase in internal resistance due to a separator, improves battery characteristics such as battery capacity, particularly lowers resistance, and has high productivity. Met.

本発明は上記課題事情に鑑みてなされたものであり、耐熱性が高く且つ抵抗が低い、生産性に優れた非水電解質電池用分離膜及びそれを用いた電気素子(非水電解質電池)を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a high heat resistance and a low resistance, and a separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery excellent in productivity and an electric element (non-aqueous electrolyte battery) using the same. The purpose is to provide.

特開2007−280911号公報JP, 2007-280911, A 特許4888366号公報Japanese Patent No. 4888366

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、下記構成の分離膜を使用することで、上記目的を達することを見出し、この知見に基づいて更に検討を重ねることによって本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above-mentioned object can be achieved by using a separation membrane having the following structure, and the present invention is further studied based on this finding. completed.

すなわち、本発明の一局面に係る電池用分離膜は、分子内にカルボン酸塩基を有する高分子化合物を含むことを特徴とする。   That is, the battery separation membrane according to one aspect of the present invention is characterized by containing a polymer compound having a carboxylate group in the molecule.

本発明によれば、安全で且つ抵抗が低い非水電解質電池用分離膜及びそれを用いた電気素子(非水電解質電池)を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a safe and low-resistance separator for a non-aqueous electrolyte battery and an electric element (non-aqueous electrolyte battery) using the same.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

本実施形態において非水電解質電池用分離膜(以下、単に分離膜とも称す)とは、非水電解質電池における正極と負極を隔離し、かつ電解液を通液もしくは保持して正極と負極との間でイオンを通す、イオン輸送性を有する膜のことをいう。   In the present embodiment, the separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery (hereinafter, also simply referred to as a separation membrane) means that the positive electrode and the negative electrode in the non-aqueous electrolyte battery are separated from each other, and the electrolyte is passed or retained to separate the positive electrode and the negative electrode. Means a film having an ion transport property that allows ions to pass between them.

(高分子化合物)
本実施形態の分離膜は、分子内にカルボン酸塩基を有する高分子化合物を分離膜中全体に含む、すなわち分子内にカルボン酸塩基を有する高分子化合物から構成されることを特徴とする。該高分子化合物は、分子内にカルボン酸塩基を有することによってイオン輸送性を発揮する。
(Polymer compound)
The separation membrane of the present embodiment is characterized in that a polymer compound having a carboxylate group in the molecule is contained in the entire separation membrane, that is, it is composed of a polymer compound having a carboxylate group in the molecule. The polymer compound exhibits an ion transporting property by having a carboxylate group in the molecule.

該高分子化合物として具体的には、ビニルアルコール、ビニルアセタール、及びビニルエステルからなる群より選択された少なくとも1種を含む共重合体を有する高分子化合物であることが好ましい。ここで、ビニルアルコール、ビニルアセタール、及びビニルエステルからなる群より選択された少なくとも1種を含む共重合体とは、ビニルアルコール単量体、ビニルアセタール単量体及びビニルエステル単量体から選択された少なくとも1種を付加重合した場合の単量体由来構造を有する共重合体を意味する。   Specifically, the polymer compound is preferably a polymer compound having a copolymer containing at least one selected from the group consisting of vinyl alcohol, vinyl acetal, and vinyl ester. Here, the copolymer containing at least one selected from the group consisting of vinyl alcohol, vinyl acetal, and vinyl ester is selected from vinyl alcohol monomer, vinyl acetal monomer, and vinyl ester monomer. Further, it means a copolymer having a structure derived from a monomer when at least one kind is addition-polymerized.

本実施形態において、前記高分子化合物にビニルアルコールを含む共重合体を使用する場合、当該ビニルアルコールを含む共重合体のけん化度は、特に限定されるものでなく、通常50%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは95%以上である。けん化度が低い場合、分離膜中に含まれるアルカリ金属により、加水分解され、安定性が定まらないことがあり好ましくない。   In the present embodiment, when a vinyl alcohol-containing copolymer is used as the polymer compound, the saponification degree of the vinyl alcohol-containing copolymer is not particularly limited and is usually 50% or more, more preferably Is 80% or more, more preferably 95% or more. When the degree of saponification is low, it may be hydrolyzed by the alkali metal contained in the separation membrane and the stability may not be determined, which is not preferable.

また、本実施形態において使用できるビニルエステルの例としては、市場入手性や製造時の不純物処理効率が良い点から、代表的には酢酸ビニルが用いられる。この他、例えばギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、バレリン酸ビニル、イソバレリン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、バーサチック酸ビニルなどの脂肪族ビニルエステル;安息香酸ビニルなどの芳香族ビニルエステルなどが挙げられる。   In addition, as an example of the vinyl ester that can be used in the present embodiment, vinyl acetate is typically used because of its market availability and high impurity treatment efficiency during production. Other than these, for example, vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl valerate, vinyl isovalerate, vinyl pivalate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl versatate, etc. Aliphatic vinyl ester; aromatic vinyl ester such as vinyl benzoate and the like.

本実施形態のビニルアセタールの例としては、ビニルホルマール、ビニルブチラール、およびビニルグリオキシル酸などが挙げられるが、安価にかつ簡便に製造できるビニルグリオキシル酸が好ましい。   Examples of the vinyl acetal of the present embodiment include vinyl formal, vinyl butyral, vinyl glyoxylic acid and the like, but vinyl glyoxylic acid which can be produced inexpensively and easily is preferable.

本実施形態の共重合体の共重合形態は特に限定されず、ランダム共重合、交互共重合、ブロック共重合、グラフト共重合等が挙げられる。   The copolymerization form of the copolymer of the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include random copolymerization, alternating copolymerization, block copolymerization, graft copolymerization and the like.

本実施形態の共重合体を製造する方法もまた、特に制限されることはなく、アニオン重合、カチオン重合、ラジカル重合など、いずれの重合開始方法でも良く、重合体の製造方法としても、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、分散重合、またはエマルジョン重合など、いずれの方法であってもよい。   The method for producing the copolymer of the present embodiment is also not particularly limited, and may be any polymerization initiation method such as anionic polymerization, cationic polymerization, and radical polymerization, and also as a method for producing a polymer, solution polymerization. Any method such as bulk polymerization, suspension polymerization, dispersion polymerization, or emulsion polymerization may be used.

本実施形態の高分子化合物は、上述したようなビニルアルコール、ビニルアセタール、及び/又はビニルエステルと、その他の化合物との共重合体であってもよい。その場合、その相手方の化合物としては、本発明の効果を妨げない限り特に限定はされないが、エチレン、1−ヘキセン、1−ドデケンなどのアルキル基などを含むα−オレフィン、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(3−アクリルアミドプロピル)トリメチルアンモニウムクロリド、6−アクリルアミドヘキサン酸などのアクリルアミド、N−ビニル−ε−カプロラクタム、1−ビニル−2−ピロリドンなどの環状化合物、2−メチル−3−ブテン−2−オール、3−ヒドロキシ−3−メチル−1−ブテンなどのアルコールを含むα−オレフィン、トリメトキシビニルシランなどのシランを含むα−オレフィン等が挙げられる。   The polymer compound of the present embodiment may be a copolymer of the above-mentioned vinyl alcohol, vinyl acetal, and/or vinyl ester and another compound. In that case, the compound of the other party is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, but α-olefins containing an alkyl group such as ethylene, 1-hexene, 1-dodecene, 2-acrylamido-2- Methylpropanesulfonic acid, (3-acrylamidopropyl)trimethylammonium chloride, acrylamide such as 6-acrylamidohexanoic acid, N-vinyl-ε-caprolactam, cyclic compounds such as 1-vinyl-2-pyrrolidone, 2-methyl-3- Examples include α-olefins containing alcohols such as buten-2-ol and 3-hydroxy-3-methyl-1-butene, and α-olefins containing silanes such as trimethoxyvinylsilane.

本実施形態の共重合体の平均分子量は、数平均分子量が5,000〜250,000であることが好ましい。共重合体の数平均分子量が5,000未満の場合、非水電解質電池用分離膜の機械的強度が低下するおそれがある。数平均分子量が10,000以上であることがより好ましく、15,000以上であることがさらに好ましい。一方、共重合体の数平均分子量が250,000を超える場合、塗工水溶液中で該共重合体がポリマー凝集を引き起こしたり、塗工水溶液の粘度安定性を低下する場合があり、非水電解質電池用分離膜の均質性、生産性が不十分になるおそれがある。数平均分子量が200,000以下であることがより好ましく、150,000以下であることがさらに好ましい。なお、本発明における共重合体の数平均分子量は、標準物質としてポリエチレンオキシド及びポリエチレングリコールを用い、カラムとして水系カラムを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定した値を意味する。   The number average molecular weight of the copolymer of the present embodiment is preferably 5,000 to 250,000. When the number average molecular weight of the copolymer is less than 5,000, the mechanical strength of the separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery may decrease. The number average molecular weight is more preferably 10,000 or more, further preferably 15,000 or more. On the other hand, when the number average molecular weight of the copolymer exceeds 250,000, the copolymer may cause polymer coagulation in the coating aqueous solution, or the viscosity stability of the coating aqueous solution may be deteriorated. The homogeneity and productivity of the battery separation membrane may be insufficient. The number average molecular weight is more preferably 200,000 or less, still more preferably 150,000 or less. The number average molecular weight of the copolymer in the present invention means a value measured by gel permeation chromatography (GPC) method using polyethylene oxide and polyethylene glycol as standard substances and an aqueous column as a column.

本実施形態の分離膜に含まれる高分子化合物は、分子内にカルボン酸塩基を含むことを特徴とする。   The polymer compound contained in the separation membrane of the present embodiment is characterized by containing a carboxylate group in the molecule.

本実施形態のカルボン酸塩基を有する高分子化合物において、分離膜の物性が大きく変化する融点が180℃以上であることが望ましい。本実施形態の分離膜は、シャットダウン機能は持たないものの、分離膜自身に耐熱性があるため、セル内温180℃以上でも形状や物性が変化せず、短絡することなく安全性が高く、耐熱性付与のコート剤が必要ないため生産性の向上が図ることができる。より好ましくは、融点が200℃以上のカルボン酸塩基を有する高分子化合物を用いることが望ましい。該融点の上限について特に限定はないが、分離膜の柔軟性・強度、高分子化合物を作製する生産性の観点から、300℃以下であることが好ましい。   In the polymer compound having a carboxylate group of the present embodiment, it is desirable that the melting point at which the physical properties of the separation membrane greatly change is 180° C. or higher. Although the separation membrane of the present embodiment does not have a shutdown function, since the separation membrane itself has heat resistance, the shape and physical properties do not change even at a cell internal temperature of 180° C. or higher, safety is high without short circuit, and heat resistance is high. Since a coating agent for imparting properties is not required, productivity can be improved. More preferably, it is desirable to use a polymer compound having a carboxylic acid group having a melting point of 200° C. or higher. The upper limit of the melting point is not particularly limited, but it is preferably 300° C. or lower from the viewpoints of flexibility and strength of the separation membrane and productivity for producing a polymer compound.

本実施形態において、前記融点は、例えば、カルボン酸塩基を有する高分子化合物に含有される共重合体の分子量、結晶化度、けん化度、中和度を調整することによって、前記範囲に調整することが可能であるが、前記融点の調整方法はそれに限定はされない。   In the present embodiment, the melting point is adjusted within the above range by adjusting, for example, the molecular weight, crystallinity, saponification degree, and neutralization degree of the copolymer contained in the polymer compound having a carboxylate group. However, the method for adjusting the melting point is not limited thereto.

本実施形態において、前記融点の測定方法は、特に限定はされないが、例えば、後述の実施例に記載の方法等によって、測定することができる。   In the present embodiment, the method for measuring the melting point is not particularly limited, but it can be measured by, for example, the method described in Examples below.

本実施形態において、高分子化合物中にはカルボン酸塩基を形成するカルボン酸が含有される。該カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの不飽和モノカルボン酸;フマール酸、イタコン酸、マレイン酸などの不飽和ジカルボン酸;グリオキシル酸などが挙げられ、これらに由来する単量体単位として高分子化合物中にカルボン酸が存在する。この中でも特に、入手性、重合成、生成物の安定性という観点から、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、グリオキシル酸が好ましい。これらのカルボン酸(単量体)は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   In the present embodiment, the polymer compound contains a carboxylic acid forming a carboxylic acid group. Examples of the carboxylic acid include unsaturated monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid and crotonic acid; unsaturated dicarboxylic acids such as fumaric acid, itaconic acid and maleic acid; and glyoxylic acid. A carboxylic acid is present in the polymer compound as a monomer unit. Among these, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and glyoxylic acid are particularly preferable from the viewpoints of availability, polysynthesis, and stability of the product. These carboxylic acids (monomers) may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の高分子化合物において、前記共重合体とカルボン酸との含有割合(共重合体を構成する全ての単量体単位に対するカルボン酸の量(カルボン酸塩基とカルボン酸の合計量))は、モル比で100/1〜1/100の範囲内にあるのが望ましい。より好ましくは、50/100以下であり、さらに好ましくは80/100以下である。また、より好ましくは100/3以上であり、さらに好ましくは100/8以上である。水に溶解する高分子量体としての親水性、水溶性、金属やイオンへの親和性という利点が得られるからである。カルボン酸の量が少なすぎるとイオン移送性が低下し、多すぎると、分離膜としての柔軟性が低下し、割れやすくなるだけでなく、熱・電気安定性が低下する。   In the polymer compound of the present embodiment, the content ratio of the copolymer and the carboxylic acid (the amount of the carboxylic acid with respect to all the monomer units constituting the copolymer (the total amount of the carboxylic acid group and the carboxylic acid)) Is preferably in the range of 100/1 to 1/100 in terms of molar ratio. It is more preferably 50/100 or less, still more preferably 80/100 or less. Further, it is more preferably 100/3 or more, and further preferably 100/8 or more. This is because the advantages of hydrophilicity, water solubility, and affinity for metals and ions as a high molecular weight polymer that dissolves in water can be obtained. If the amount of the carboxylic acid is too small, the ion transport property will be reduced, and if it is too large, the flexibility as a separation membrane will be lowered, and it will be easily broken, and the thermal and electrical stability will be lowered.

本実施形態の高分子化合物において、カルボン酸は、カルボン酸から生成するカルボニル酸の活性水素が、塩基性物質と反応し、塩を形成して中和物となっている。本実施形態で使用する中和塩においては、分離膜のイオン輸送性の観点から前記塩基性物質として、一価もしくは二価の金属を含む塩基性物質および/またはアンモニアを使用することが好ましい。   In the polymer compound of the present embodiment, carboxylic acid is a neutralized product by reacting active hydrogen of carbonyl acid generated from carboxylic acid with a basic substance to form a salt. In the neutralized salt used in the present embodiment, it is preferable to use a basic substance containing a monovalent or divalent metal and/or ammonia as the basic substance from the viewpoint of the ion transport property of the separation membrane.

本実施形態において使用可能な塩基性物質としては、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ金属の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどのアルカリ金属の炭酸塩;酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウムなどのアルカリ金属の酢酸塩;リン酸三ナトリウムなどのアルカリ金属のリン酸塩等が挙げられる。これらの中でもアンモニア、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。特に、リチウムイオン二次電池用のバインダーとしては、アンモニア、水酸化リチウム、炭酸カルシウムの使用が好ましい。一価もしくは二価の金属を含む塩基性物質および/またはアンモニアは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また電池性能に悪影響を及ぼさない範囲内であれば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物などを含有する塩基性物質を併用して、中和物を調製してもよい。   Examples of the basic substance that can be used in the present embodiment include ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, and other alkali metal hydroxides; sodium carbonate, potassium carbonate. Alkali metal carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate; alkali metal acetates such as sodium acetate, potassium acetate and calcium acetate; and alkali metal phosphates such as trisodium phosphate. Among these, ammonia, lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable. In particular, ammonia, lithium hydroxide, and calcium carbonate are preferably used as the binder for the lithium ion secondary battery. The basic substance containing a monovalent or divalent metal and/or ammonia may be used alone or in combination of two or more kinds. In addition, if it is within the range that does not adversely affect the battery performance, a basic substance containing a hydroxide of an alkali metal or an alkaline earth metal such as sodium hydroxide or calcium hydroxide is used in combination to obtain a neutralized product. You may prepare.

中和度としては特に限定されるものではないが、分離膜のイオン輸送性を考慮して、通常、カルボン酸1モルに対し、0.1〜1モルの範囲にあることが好ましく、より好ましくは、0.3〜1モルの範囲で、中和されたものを用いることが好ましい。このような中和度であれば、イオン輸送性に優れ、抵抗が低く抑えられるため、電池の低温特性向上の寄与が期待される。また、分離膜の柔軟性も維持できる。すなわち、上述の高分子化合物(共重合体)を構成する全ての単量体単位に対するカルボン酸塩基の量はモル比で100/0.1〜1/100であることが好ましい。またより好ましくは5/100以下であり、さらに好ましくは8/100以下である。またより好ましくは100/0.3以上であり、さらに好ましくは100/0.5以上である。   The degree of neutralization is not particularly limited, but in consideration of the ion transportability of the separation membrane, it is usually preferably in the range of 0.1 to 1 mol, and more preferably 1 mol per mol of the carboxylic acid. Is preferably in the range of 0.3 to 1 mol and is neutralized. With such a degree of neutralization, the ion transportability is excellent and the resistance can be suppressed to a low level, so that it is expected to contribute to the improvement of the low temperature characteristics of the battery. In addition, the flexibility of the separation membrane can be maintained. That is, it is preferable that the amount of the carboxylate group is 100/0.1 to 1/100 in terms of molar ratio with respect to all the monomer units constituting the above-mentioned polymer compound (copolymer). It is more preferably 5/100 or less, still more preferably 8/100 or less. Further, it is more preferably 100/0.3 or more, and further preferably 100/0.5 or more.

本実施形態において、カルボン酸塩の中和度は、塩基による適定、赤外線スペクトル、NMRスペクトルなどの方法を用いることができるが、簡便且つ正確に中和度を測定するには、塩基による滴定を行うことが好ましい。具体的な滴定の方法としては、特に限定されるものではないが、イオン交換水等の不純物の少ない水に溶解して、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基性物質により、中和を行うことによって実施できる。中和点の指示薬としては、特に限定するものではないが、塩基によりpH指示するフェノールフタレインなどの指示薬を使用することが出来る。   In the present embodiment, the neutralization degree of the carboxylic acid salt can be determined by a method such as titration with a base, infrared spectrum, or NMR spectrum. To measure the degree of neutralization easily and accurately, titration with a base is performed. Is preferably performed. The specific titration method is not particularly limited, but dissolved in water containing few impurities such as ion-exchanged water, lithium hydroxide, sodium hydroxide, with a basic substance such as potassium hydroxide, It can be carried out by performing neutralization. The indicator of the neutralization point is not particularly limited, but an indicator such as phenolphthalein which indicates the pH with a base can be used.

本実施形態の高分子化合物におけるカルボン酸塩基の導入は、例えば、カルボン酸を含むビニルアルコール、ビニルアセタール、及びビニルエステル群から選択された少なくとも1種を含む共重合体と、上述したような塩基性物質(一価もしくは二価の金属を含む塩基性物質および/またはアンモニア)とを反応させることによって行うことができる。この反応は常法に従って実施できるが、水の存在下に前記反応を実施し、中和物を水溶液として得る方法が簡便であり、好ましい。   The carboxylic acid group is introduced into the polymer compound of the present embodiment by, for example, a copolymer containing at least one selected from the group consisting of vinyl alcohol containing carboxylic acid, vinyl acetal, and vinyl ester, and the above-mentioned base. It can be carried out by reacting with a basic substance (a basic substance containing a monovalent or divalent metal and/or ammonia). This reaction can be carried out according to a conventional method, but a method of carrying out the reaction in the presence of water to obtain a neutralized product as an aqueous solution is convenient and preferable.

また、本実施形態の高分子化合物において、カルボン酸変性量は、1〜35mol%程度であることが好ましく、5〜20mol%程度であることがより好ましい。このようなカルボン酸変性量の範囲であれば、イオン輸送性に優れ、抵抗が低く抑えられるため、電池の低温特性向上の寄与が期待される。また、分離膜の柔軟性も維持できる。なお、カルボン酸変性量は塩基による適定、赤外線スペクトル、NMRスペクトルなどの方法を用いることによって測定することができる。   Further, in the polymer compound of the present embodiment, the carboxylic acid modification amount is preferably about 1 to 35 mol%, more preferably about 5 to 20 mol%. When the amount of carboxylic acid modification is within such a range, the ion transportability is excellent and the resistance can be suppressed to a low level. In addition, the flexibility of the separation membrane can be maintained. The amount of carboxylic acid modification can be measured by using methods such as titration with a base, infrared spectrum, and NMR spectrum.

(非水電解質電池用分離膜)
本実施形態の非水電解質電池用分離膜は、上述したような高分子化合物を主成分とする(高分子化合物から構成される)膜であり、本発明の効果を妨げない限り、その他の成分や添加剤等を多少含んでいてもよいが、前記高分子化合物からなる膜であることが好ましい。本実施形態の非水電解質電池用分離膜は、非水電解質電池用分離膜を構成する成分全体に対して上述したような高分子化合物を、好ましくは70質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは85質量%以上含有する。なお、上記添加剤としては、本発明の効果を大きく阻害しない範囲で(例えば5質量%以下)、必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、アンチブロッキング剤などの各種添加剤を添加することができる。
(Separation membrane for non-aqueous electrolyte battery)
The separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment is a membrane containing a polymer compound as a main component (comprising a polymer compound) as described above, and other components unless impairing the effects of the present invention. Although it may contain some or other additives, it is preferably a film made of the above-mentioned polymer compound. The separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment, the polymer compound as described above is preferably 70 mass% or more, more preferably 75 mass% with respect to the entire components constituting the separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery. Above, more preferably 85 mass% or more is contained. As the above-mentioned additives, various additives such as antioxidants, ultraviolet absorbers, lubricants, anti-blocking agents, etc. may be added, if necessary, within a range that does not significantly impair the effects of the present invention (for example, 5% by mass or less). can do.

また、本実施形態の分離膜は、非水電荷質電池においてイオンを通す孔を有する多孔質膜である。その平均孔径は、通常0.01〜5μm、好ましくは0.02〜3μm、さらに好ましくは0.05〜1μmである。孔径が小さすぎると電解液の通液性が悪く、イオンの輸送がしにくくなり、抵抗が高くなる。一方、大きすぎると電極同士が接触しやすくなり、短絡の原因となる。なお、平均孔径は実施例に記載の方法で測定できる。本実施形態においては、平均孔径は多孔質膜の広口面のいずれかの面が上記範囲であることが好ましく、いずれの広口面も上記範囲を満たすことがより好ましい。   Further, the separation membrane of the present embodiment is a porous membrane having pores through which ions pass in a non-aqueous charge battery. The average pore diameter is usually 0.01 to 5 μm, preferably 0.02 to 3 μm, and more preferably 0.05 to 1 μm. If the pore size is too small, the electrolyte permeability is poor, making it difficult for ions to be transported and increasing the resistance. On the other hand, if it is too large, the electrodes are likely to come into contact with each other, causing a short circuit. The average pore size can be measured by the method described in the examples. In the present embodiment, the average pore size is preferably in the above range on either side of the wide-mouthed surface of the porous membrane, and more preferably on either side of the wide-mouthed surface.

さらに本実施形態の分離膜は、空隙率が、通常10〜90重量%、好ましくは20〜80重量%、特に好ましくは30〜70重量%である。空隙率が低すぎると、電解液の通液性が悪く、イオンの輸送がしにくくなり、抵抗が高くなる。一方、空隙率が高すぎると、膜自身の強度が低下し、割れが生じやすくなり短絡の原因となる。なお、空隙率は実施例に記載の方法で測定できる。   Further, the separation membrane of the present embodiment has a porosity of usually 10 to 90% by weight, preferably 20 to 80% by weight, particularly preferably 30 to 70% by weight. When the porosity is too low, the liquid permeability of the electrolytic solution is poor, it becomes difficult to transport ions, and the resistance increases. On the other hand, if the porosity is too high, the strength of the film itself is lowered and cracks are likely to occur, which causes a short circuit. The porosity can be measured by the method described in the examples.

膜厚については、特に制限はないが、通常、1〜100μmであり、好ましくは3〜80μm、さらに好ましくは5〜50μmである。厚すぎると、電解液の通液性が悪く、イオンの輸送がしにくくなり、抵抗が高くなる。一方、薄すぎると膜自身の強度が低下し、割れが生じやすくなり短絡の原因となる。   The film thickness is not particularly limited, but is usually 1 to 100 μm, preferably 3 to 80 μm, and more preferably 5 to 50 μm. If it is too thick, the electrolyte permeability will be poor, making it difficult for ions to be transported and increasing the resistance. On the other hand, if it is too thin, the strength of the film itself is reduced, and cracks are likely to occur, which causes a short circuit.

(分離膜の製法)
本実施形態において、カルボン酸塩基を有する高分子化合物を含む分離膜を製造する方法は、製膜できるのであれば特に製法を限定するものではないが、例えば、下記(1)〜(5)のような工程によって製造することができる。
(1)カルボン酸塩基を有する高分子化合物の水溶液を、無機粉体、有機物、及び/又は添加剤などと共に混合する工程。
(2)前記(1)工程で得た水溶液を基材に塗布しシ−ト状の膜を作る工程。
(3)前記(2)工程で得たシ−ト状の膜から無機粉体や有機物を抽出除去する工程。
(4)前記(3)工程で得た膜を必要に応じて圧延、乾燥する工程。
(5)前記(4)工程で得た膜を基材から剥離する工程。
(Production method of separation membrane)
In the present embodiment, the method for producing the separation membrane containing the polymer compound having a carboxylate group is not particularly limited as long as the membrane can be formed, but for example, the following (1) to (5) It can be manufactured by such a process.
(1) A step of mixing an aqueous solution of a polymer compound having a carboxylate group with an inorganic powder, an organic material, and/or an additive.
(2) A step of forming a sheet-like film by applying the aqueous solution obtained in the step (1) to a substrate.
(3) A step of extracting and removing inorganic powder or organic matter from the sheet-like film obtained in the step (2).
(4) A step of rolling and drying the film obtained in the step (3), if necessary.
(5) A step of peeling the film obtained in the step (4) from the base material.

上記(1)工程においては、まず、本実施形態の高分子籠物を含む水溶液(例えば、10重量%水溶液)を準備する。そして、カルボン酸塩基を有する高分子化合物に対する、無機粉体、有機物、添加剤などの含有量は、好ましくは10〜90重量%、さらに好ましくは20〜80重量%、特に好ましくは30〜70重量%である。少なすぎると、イオン輸送性が低下するために抵抗が高くなり、多すぎると膜自身の強度が低下し、割れが生じやすくなり分離膜として機能しない可能性がある。   In the above step (1), first, an aqueous solution (for example, a 10 wt% aqueous solution) containing the polymer basket of the present embodiment is prepared. The content of the inorganic powder, the organic substance, the additive and the like with respect to the polymer compound having a carboxylate group is preferably 10 to 90% by weight, more preferably 20 to 80% by weight, particularly preferably 30 to 70% by weight. %. If the amount is too small, the ion transportability is lowered, resulting in a high resistance. If the amount is too large, the strength of the membrane itself is lowered, and cracking is likely to occur, which may not function as a separation membrane.

本実施形態の高分子化合物を含む分離膜の製造に使用される無機粉体としては、無機微粉体であることが好ましく、具体的には、シリカ、マイカ、タルク、酸化チタン、酸化アルミニウム、セラミック、硫酸バリウム、合成ゼオライトなどが挙げられ、これらは、1種単独でも2種以上併用して用いても良い。無機粉体の大きさは、分離膜における孔の平均孔径が上述した範囲となるような粒径を有するものであればよい。   The inorganic powder used for producing the separation membrane containing the polymer compound of the present embodiment is preferably an inorganic fine powder, and specifically, silica, mica, talc, titanium oxide, aluminum oxide, ceramics. , Barium sulfate, synthetic zeolite and the like, and these may be used alone or in combination of two or more. The size of the inorganic powder may be any as long as it has a particle diameter such that the average pore diameter of the pores in the separation membrane falls within the range described above.

また、本実施形態の高分子化合物を含む分離膜の製造に使用される有機物としては、水に可溶で、かつ、アルコ−ル類、ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭化水素等の有機溶剤にも可溶なものであれば特に制限なく使用できるが、価格、入手性の観点から、ポリエチレングリコールが好ましい。   Further, as the organic substance used in the production of the separation membrane containing the polymer compound of the present embodiment, water-soluble and in organic solvents such as alcohols, halogenated hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, etc. As long as it is soluble, polyethylene glycol can be used without particular limitation, but polyethylene glycol is preferable from the viewpoint of price and availability.

なお、本実施形態の高分子化合物を有する共重合体、無機微粉体や有機物の他に、本発明の効果を大きく阻害しない範囲で、上述したような添加剤も一緒に添加することができる。   In addition to the copolymer having the polymer compound of the present embodiment, the inorganic fine powder and the organic substance, the above-mentioned additives can be added together within a range that does not significantly impair the effects of the present invention.

塗工に用いる基材は、特に制限なく、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PVC(ポリ塩化ビニル)、PE(ポリエチレン)などが挙げられる。また剥離性を向上させるために離型剤などを用いても良い。   The base material used for coating is not particularly limited, and examples thereof include PET (polyethylene terephthalate), PTFE (polytetrafluoroethylene), PVC (polyvinyl chloride), PE (polyethylene) and the like. A release agent or the like may be used to improve the peeling property.

(2)工程では、上述の(1)工程で得られた水溶液を用いて、例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、浸漬法、ハケ塗り法などの方法でシ−ト状の膜を成型する。塗工量としては、得られる分離膜の膜厚が上述したような範囲となる量が挙げられる。   In the step (2), for example, a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, a dipping method, a brush coating is performed using the aqueous solution obtained in the above step (1). A sheet-like film is formed by a method such as a method. The coating amount may be such that the thickness of the obtained separation film is within the above range.

(3)工程では、上述の(2)工程で得られたシ−ト状の膜から、上述の(1)工程で添加した有機物あるいは無機粉体を抽出除去する。具体的には、該有機物あるいは無機粉体が溶解し、本実施形態の高分子化合物が溶解しない溶剤を用いて抽出除去する方法が挙げられる。かかる溶剤としては、無機粉体や有機物の種類によって適宜選択することができ、例えば、アルコ−ル類、ハロゲン化炭化水素、脂肪族炭化水素等が挙げられる。   In the step (3), the organic substance or inorganic powder added in the step (1) is extracted and removed from the sheet-like film obtained in the step (2). Specifically, a method of extracting and removing with a solvent in which the organic substance or the inorganic powder is dissolved and in which the polymer compound of the present embodiment is not dissolved may be mentioned. Such a solvent can be appropriately selected depending on the type of inorganic powder or organic substance, and examples thereof include alcohols, halogenated hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons and the like.

(4)工程では、上述の(3)工程で得られた、抽出除去後のシ−ト状の膜に、必要に応じて圧延や溶剤・溶媒の乾燥除去などを行ってもよい。溶媒(水)の乾燥方法は特に制限されず、例えば温風、熱風、低湿風による通気乾燥;真空乾燥;赤外線、遠赤外線、電子線などの照射線乾燥などが挙げられる。乾燥条件は、応力集中によって膜に亀裂が入ったりしない程度の速度範囲となる中で、できるだけ早く溶媒が除去できるように調整するとよい。更に、表面の平滑性を上げるために、乾燥後の膜を圧延してもよい。圧延方法としては、金型プレスやロールプレスなどの方法が挙げられる。   In the step (4), the sheet-like film after extraction and removal obtained in the above step (3) may be subjected to rolling or drying/removal of solvent/solvent, if necessary. The method for drying the solvent (water) is not particularly limited, and examples thereof include aeration drying with warm air, hot air, and low humidity air; vacuum drying; irradiation with infrared rays, far infrared rays, electron beams, and the like. The drying condition may be adjusted so that the solvent can be removed as quickly as possible within a speed range where the film is not cracked due to stress concentration. Further, the dried film may be rolled in order to improve the smoothness of the surface. Examples of the rolling method include methods such as die pressing and roll pressing.

(5)工程では、基材から膜を剥離する。この(5)工程および前記(4)工程はどちらの工程を先にしてもかまわない。   In the step (5), the film is peeled off from the base material. Either step (5) or step (4) may be performed first.

(非水電解質電池)
本実施形態の非水電解質電池は、上述した分離膜を含むことを特徴とする。
(Non-aqueous electrolyte battery)
The non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment is characterized by including the above-mentioned separation membrane.

非水電解質電池としては、例えば、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、リチウム硫黄電池、全固体電池等が挙げられる。   Examples of the non-aqueous electrolyte battery include a lithium-ion battery, a sodium-ion battery, a lithium-sulfur battery, and an all-solid-state battery.

非水電解質電池には、上述した分離膜以外に、通常、負極と、正極と、電解液が含まれる。   The non-aqueous electrolyte battery usually contains a negative electrode, a positive electrode, and an electrolytic solution in addition to the above-mentioned separation membrane.

負極としては、リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池に通常使用される負極が特に制限なく使用される。例えば、負極活物質としては、黒鉛、ハードカーボン、Si系酸化物などが使用される。また、負極活物質を、上記に示す導電助剤と、SBR、NBR、アクリルゴム、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルコールなどのバインダーとを、水や上記の常圧における沸点が100℃以上300℃以下の溶媒などに混合して調製した負極用スラリーを、例えば、銅箔等の負極集電体に塗布して溶媒を乾燥させて負極とすることができる。   As the negative electrode, a negative electrode usually used for non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries is used without particular limitation. For example, graphite, hard carbon, Si-based oxide, or the like is used as the negative electrode active material. In addition, the negative electrode active material, a conductive auxiliary agent shown above, and a binder such as SBR, NBR, acrylic rubber, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride, polyvinyl call, etc., a boiling point of 100 at a normal pressure and water. The negative electrode slurry prepared by mixing with a solvent or the like at a temperature of not lower than 300° C. and not higher than 300° C. can be applied to a negative electrode current collector such as a copper foil and the solvent can be dried to form a negative electrode.

正極は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池に通常使用される正極が特に制限なく使用される。例えば、正極活物質としては、TiS、TiS、非晶質MoS、Cu、非晶質VO−P、MoO、V、V13などの遷移金属酸化物やLiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMnなどのリチウム含有複合金属酸化物などが使用される。また、正極活物質を、上記に示す導電助剤と、SBR、NBR、アクリルゴム、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルコールなどのバインダーとを、水や上記の常圧における沸点が100℃以上300℃以下の溶媒などに混合して調製した正極用スラリーを、例えば、アルミニウム等の正極集電体に塗布して溶媒を乾燥させて正極とすることができる。As the positive electrode, a positive electrode normally used for non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries is used without particular limitation. For example, as the positive electrode active material, TiS 2, TiS 3, amorphous MoS 3, Cu 2 V 2 O 3, amorphous V 2 O-P 2 O 5 , MoO 3, V 2 O 5, V 6 O A transition metal oxide such as 13 and a lithium-containing composite metal oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 are used. In addition, the positive electrode active material, a conductive auxiliary agent shown above, and a binder such as SBR, NBR, acrylic rubber, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride, polyvinyl call, etc., a boiling point of 100 at water or the above atmospheric pressure. The positive electrode slurry prepared by mixing with a solvent having a temperature of not lower than 300° C. and not higher than 300° C. can be applied to a positive electrode current collector such as aluminum and the solvent can be dried to obtain a positive electrode.

また、本実施形態の非水電解質電池には、電解質を溶媒に溶解させた電解液を使用することができる。電解液は、通常のリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池に用いられるものであれば、液状でもゲル状でもよく、負極活物質、正極活物質の種類に応じて電池としての機能を発揮するものを適宜選択すればよい。具体的な電解質としては、例えば、従来より公知のリチウム塩がいずれも使用でき、LiClO、LiBF、LiPF、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、LiB10Cl10、LiAlCl、LiCl、LiBr、LiB(C、CFSOLi、CHSOLi、LiCFSO、LiCSO、Li(CFSON、低級脂肪族カルボン酸リチウムなどが挙げられる。Further, for the non-aqueous electrolyte battery of this embodiment, an electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte in a solvent can be used. The electrolytic solution may be liquid or gel as long as it is used for a non-aqueous electrolyte battery such as an ordinary lithium ion secondary battery, and exhibits a function as a battery depending on the types of the negative electrode active material and the positive electrode active material. What to do may be appropriately selected. Specific electrolytes, for example, also known lithium salt is any conventionally available, LiClO 4, LiBF 6, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiB 10 Cl 10 , LiAlCl 4, LiCl, LiBr, LiB (C 2 H 5) 4, CF 3 SO 3 Li, CH 3 SO 3 Li, LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3, Li (CF 3 SO 2) 2 N , Lower aliphatic lithium carboxylate, and the like.

このような電解質を溶解させる溶媒(電解液溶媒)は特に限定されるものではない。具体例としてはプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート類;γ−ブチルラクトンなどのラクトン類;トリメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、2−エトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;1,3−ジオキソラン、4―メチル−1,3―ジオキソランなどのオキソラン類;アセトニトリルやニトロメタンなどの含窒素化合物類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの有機酸エステル類;リン酸トリエチル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルなどの無機酸エステル類;ジグライム類;トリグライム類;スルホラン類;3−メチル−2−オキサゾリジノンなどのオキサゾリジノン類;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、ナフタスルトンなどのスルトン類などが挙げられ、これらは単独もしくは二種以上混合して使用できる。ゲル状の電解液を用いるときは、ゲル化剤としてニトリル系重合体、アクリル系重合体、フッ素系重合体、アルキレンオキサイド系重合体などを加えることができる。   The solvent (electrolytic solution solvent) that dissolves such an electrolyte is not particularly limited. Specific examples include carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate; lactones such as γ-butyl lactone; trimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, 2-ethoxyethane. , Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; oxolanes such as 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane; nitrogen-containing compounds such as acetonitrile and nitromethane; formic acid Organic acid esters such as methyl, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate and ethyl propionate; inorganic acid esters such as triethyl phosphate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate; diglymes; triglymes; sulfolanes; Examples thereof include oxazolidinones such as 3-methyl-2-oxazolidinone; sultones such as 1,3-propanesultone, 1,4-butanesultone, and naphthalsultone. These can be used alone or in combination of two or more. When a gel electrolyte is used, a nitrile polymer, an acrylic polymer, a fluorine polymer, an alkylene oxide polymer or the like can be added as a gelling agent.

特に、負極や正極に用いるバインダーとして、本実施形態の分離膜と同種の材料である、ビニルアルコール、ビニルアセタール及び/又はビニルエステルを含む共重合体を有する高分子化合物を用いることで、前記分離膜との電極位置ずれや、活物質脱落防止による、生産性向上が期待されることから、バインダーとして分離膜と同種の材料用いると、さらに好ましい。   In particular, by using a polymer compound having a copolymer containing vinyl alcohol, vinyl acetal and/or vinyl ester, which is the same material as the separation membrane of the present embodiment, as a binder used for the negative electrode or the positive electrode, the separation can be performed. It is more preferable to use the same kind of material as the binder as the binder, because productivity improvement is expected by preventing electrode displacement from the membrane and preventing the active material from falling off.

本実施形態の非水電解質電池を製造する方法としては、特に限定はないが、例えば、次の製造方法が例示される。すなわち、負極と正極とを、当該分発明の離膜を介して重ね合わせ、電池形状に応じて巻く、折るなどして、電池容器に入れ、電解液を注入して封口する。電池の形状は、公知のコイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角型、扁平型など何れであってもよい。   The method for manufacturing the non-aqueous electrolyte battery of the present embodiment is not particularly limited, but the following manufacturing method is exemplified. That is, the negative electrode and the positive electrode are overlapped with each other via the separating film of the invention, and are wound or folded according to the shape of the battery, put into a battery container, and the electrolytic solution is injected and sealed. The shape of the battery may be any of known coin type, button type, sheet type, cylindrical type, square type, flat type and the like.

本実施形態の非水電解質電池は、耐熱性(安全性)と電池特性の向上を両立させた電池であり、様々な用途に有用である。例えば、小型化、薄型化、軽量化、高性能化の要求される携帯端末に使用される電池としても非常に有用である。   The nonaqueous electrolyte battery of the present embodiment is a battery that has both improved heat resistance (safety) and improved battery characteristics, and is useful for various applications. For example, it is very useful as a battery used for a mobile terminal that requires miniaturization, thinning, weight reduction, and high performance.

本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。   The present specification discloses various aspects of the techniques as described above, and the main techniques thereof are summarized below.

すなわち、本発明の一局面に係る電池用分離膜は、分子内にカルボン酸塩基を有する高分子化合物を含むことを特徴とする。   That is, the battery separation membrane according to one aspect of the present invention is characterized by containing a polymer compound having a carboxylate group in the molecule.

このような構成により、イオン輸送性をもつ非水電解質電池用分離膜を提供し、電池特性の向上を図ることができると考えられる。   It is considered that such a structure can provide a separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery having an ion transport property and can improve the battery characteristics.

上記非水電解質電池用分離膜において、前記高分子化合物が、ビニルアルコール、ビニルアセタール、ビニルエステルからなる群より選択された少なくとも1種を含む共重合体を有することが好ましい。   In the separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery, it is preferable that the polymer compound has a copolymer containing at least one selected from the group consisting of vinyl alcohol, vinyl acetal, and vinyl ester.

また、上記非水電解質電池用分離膜において、前記非水電解質電池用分離膜が多孔質膜であることが好ましく、さらに、前記非水電解質電池用分離膜の空隙率が10%以上であることが好ましい。それにより、分離膜における電解液の通液性が良好となり、イオンの輸送がしやすくなり、抵抗を抑えることができると考えられる。   In the separation membrane for non-aqueous electrolyte battery, the separation membrane for non-aqueous electrolyte battery is preferably a porous membrane, and the porosity of the separation membrane for non-aqueous electrolyte battery is 10% or more. Is preferred. Therefore, it is considered that the liquid permeability of the electrolytic solution in the separation membrane is improved, the ions are easily transported, and the resistance can be suppressed.

本発明のさらに他の局面に係る非水電解質電池は、前記非水電解質電池用分離膜を含むことを特徴とする。このような構成により、安全で長寿命であり、電池特性に優れる非水電解質電池を提供することができる。   A non-aqueous electrolyte battery according to still another aspect of the present invention is characterized by including the separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery. With such a configuration, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte battery that is safe, has a long life, and has excellent battery characteristics.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
攪拌機、還流冷却管、アルゴン導入管、開始剤の添加口を備えた反応器に、酢酸ビニル640g、メタノール240.4g、アクリル酸0.88gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。これとは別に、コモノマーの逐次添加溶液(以降ディレー溶液と表記する)としてアクリル酸のメタノール溶液(濃度20重量%)を調製し、30分間アルゴンをバブリングした。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.15gを添加し重合を開始した。重合反応の進行中は、調製したディレー溶液を系内に滴下することで、重合溶液におけるモノマー組成(酢酸ビニルとアクリル酸のモル比率)が一定となるようにした。60℃で210分重合した後、冷却して重合を停止した。続いて、30℃、減圧下でメタノールを時々添加しながら未反応のモノマーの除去を行い、アクリル酸で変性されたポリ酢酸ビニルのメタノール溶液を得た。次に、当該ポリ酢酸ビニルのメタノール溶液にメタノールを追加して濃度を25重量%に調製したポリ酢酸ビニルのメタノール溶液400gに、20.4gの水酸化ナトリウムメタノール溶液(濃度18.0重量%)、メタノール79.6gを添加して、40℃でけん化を行った。水酸化ナトリウムメタノール溶液を添加後数分でゲル化物が生成したので、これを粉砕機にて粉砕し、40℃のまま60分間放置してけん化を進行させた。得られた粉砕ゲルをメタノールで繰り返し洗浄した後、40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を合成した。共重合の形態はランダム重合とした。得られた共重合体のカルボン酸変性量は5.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 1)
A reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, an argon inlet, and an initiator addition port was charged with 640 g of vinyl acetate, 240.4 g of methanol and 0.88 g of acrylic acid, and nitrogen was bubbled through the system for 30 minutes while bubbling nitrogen. Replaced. Separately from this, a methanol solution of acrylic acid (concentration 20% by weight) was prepared as a comonomer sequential addition solution (hereinafter referred to as a delay solution), and argon was bubbled for 30 minutes. The temperature of the reactor was started to rise, and when the internal temperature reached 60° C., 0.15 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile was added to start polymerization. While the polymerization reaction was in progress, the prepared delay solution was dropped into the system so that the monomer composition (molar ratio of vinyl acetate and acrylic acid) in the polymerization solution became constant. After polymerization was carried out at 60° C. for 210 minutes, it was cooled to stop the polymerization. Subsequently, unreacted monomers were removed while adding methanol occasionally at 30° C. under reduced pressure to obtain a methanol solution of polyvinyl acetate modified with acrylic acid. Then, 20.4 g of sodium hydroxide methanol solution (concentration 18.0% by weight) was added to 400 g of polyvinyl acetate methanol solution prepared by adding methanol to the polyvinyl acetate methanol solution to a concentration of 25% by weight. , 79.6 g of methanol were added and saponification was performed at 40°C. A gelled product was formed within a few minutes after the addition of the sodium hydroxide methanol solution, so this was ground with a grinder and left at 40° C. for 60 minutes to proceed with saponification. The obtained crushed gel was repeatedly washed with methanol, and then vacuum dried at 40° C. overnight to synthesize a target copolymer. The form of copolymerization was random polymerization. The carboxylic acid modification amount of the obtained copolymer was 5.0 mol %. Furthermore, 0.5 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer to prepare a neutralized salt of the copolymer.

<カルボン酸塩基を有する高分子化合物の融点の測定>
熱分析計(ヤマト科学社製)を用いて示差走査熱量測定を行った。測定温度範囲50℃〜1000℃、昇温速度10℃/分にて測定を行った結果、融点は220℃であった。結果を下記表1に示す。
<Measurement of melting point of polymer compound having carboxylate group>
Differential scanning calorimetry was performed using a thermal analyzer (Yamato Scientific Co., Ltd.). As a result of measurement at a measurement temperature range of 50°C to 1000°C and a heating rate of 10°C/min, the melting point was 220°C. The results are shown in Table 1 below.

<分離膜用塗工液の調製>
上記で得られたビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加し、80℃、2時間加熱撹拌した。その後、室温まで冷却し、ポリエチレングリコール(分子量600、和光純薬工業株式会社)を固形分として50重量%添加し、水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液(ビニルアルコールとエチレン性不飽和カルボン酸共重合体の中和塩の塗工液)を作製した。
<Preparation of coating liquid for separation membrane>
To 100 g of the 10 wt% aqueous solution of vinyl alcohol and acrylic acid copolymer obtained above, 0.5 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer, and the mixture was heated and stirred at 80° C. for 2 hours. Then, the mixture was cooled to room temperature, polyethylene glycol (molecular weight 600, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added as solid content of 50% by weight, and the separation solution was adjusted to 10% by weight as solid content concentration of the aqueous solution (with vinyl alcohol). A coating solution of a neutralized salt of an ethylenically unsaturated carboxylic acid copolymer) was prepared.

<分離膜の作製>
フッ素樹脂フィルム(株式会社エスコ製)を基材として、バーコーター(T101、松尾産業株式会社製)を用いて、その上に前記で作製した分離膜塗工溶液を塗布した。乾燥前に、イソプロパノール(IPA)に基材ごと浸漬させてポリエチレングリコールを抽出した。室温で乾燥した分離膜を基材から剥離し、その後、室温で真空乾燥したものを分離膜として用いた。得られた分離膜の厚みは31μmであった。
<Preparation of separation membrane>
Using the fluororesin film (manufactured by Esco Co., Ltd.) as a base material and using a bar coater (T101, manufactured by Matsuo Sangyo Co., Ltd.), the separation membrane coating solution prepared above was applied thereon. Before drying, the substrate was immersed in isopropanol (IPA) to extract polyethylene glycol. The separation membrane dried at room temperature was peeled from the substrate, and then vacuum dried at room temperature to be used as the separation membrane. The thickness of the obtained separation membrane was 31 μm.

得られた分離膜の空隙率と孔径を下記方法で求め、その結果を表1に示す。   The porosity and pore size of the obtained separation membrane were determined by the following methods, and the results are shown in Table 1.

<空隙率の算出>
多孔質膜の空隙率は、所定のサイズ(φ17mm)に打ち抜いた試料の厚みおよび質量を測定し、次式に従い算出した。
空隙率={1−(セパレータの理論体積/セパレータの見かけ体積)}×100
セパレータの理論体積=(セパレータの質量)/(理論的な密度)
セパレータの見かけ体積=(厚み)×(セパレータの面積)
ここで、理論的な密度とは通常、重合体の比重を意味する。
<Calculation of porosity>
The porosity of the porous film was calculated according to the following formula by measuring the thickness and mass of a sample punched to a predetermined size (φ17 mm).
Porosity={1-(theoretical volume of separator/apparent volume of separator)}×100
Theoretical volume of separator = (mass of separator) / (theoretical density)
Apparent volume of separator = (thickness) x (area of separator)
Here, the theoretical density usually means the specific gravity of the polymer.

<孔径>
走査型電子顕微鏡写真で観察される開口部100個の直径を平均して算出した。なお、観察する面は、多孔質膜作製の際に基材と接する面と反対側の広口面を観察した。
<Pore size>
It was calculated by averaging the diameters of 100 openings observed in the scanning electron micrograph. The surface to be observed was the wide-mouthed surface on the side opposite to the surface in contact with the substrate during the production of the porous film.

<電池用負極の作製>
電極用スラリー作製は、負極用活物質として人造黒鉛(FSN-1、中国杉杉製)96重量部に対して、バインダーとしてSBR系エマルジョン水溶液(TRD2001、JSR株式会社製、48.3重量%)を固形分として2重量部、増粘剤としてCMC−Na(カルボキシメチルセルロースナトリウム;セロゲンBSH−6、第一工業製薬製、10重量%)を固形分として1重量部、および導電助剤(導電付与剤)としてSuper−P(ティムカル株式会社製)を固形分として1重量部を専用容器に投入し、遊星攪拌器(ARE−250、株式会社シンキー製)を用いて混練し、電極塗工用スラリーを作製した。スラリー中の活物質とバインダーの組成比は固形分として、黒鉛粉末:導電助剤:SBR:CMC−Na=96:1:2:1(重量比)である。
<Preparation of negative electrode for battery>
The electrode slurry was prepared by using 96 parts by weight of artificial graphite (FSN-1, manufactured by Sugisugi, China) as the active material for the negative electrode, and an SBR emulsion aqueous solution (TRD 2001, manufactured by JSR Corporation, 48.3% by weight) as a binder. As a solid content, 2 parts by weight, CMC-Na (sodium carboxymethyl cellulose; serogen BSH-6, manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., 10% by weight) as a thickener, 1 part by weight as a solid content, and a conduction aid (conducting conductivity). 1 part by weight of Super-P (manufactured by Timcal Co., Ltd.) as a solid component into a special container as an agent) and kneaded using a planetary stirrer (ARE-250, manufactured by Shinky Co., Ltd.) to prepare a slurry for electrode coating. Was produced. The composition ratio of the active material and the binder in the slurry was graphite powder:conduction aid:SBR:CMC-Na=96:1:2:1 (weight ratio) as a solid content.

<電池用負極の作製>
得られたスラリーを、バーコーター(T101、松尾産業株式会社製)を用いて集電体の銅箔(CST8G、福田金属箔粉工業株式会社製)上に塗工し、室温(24.5℃)で一次乾燥後、ロールプレス(宝泉株式会社製)を用いて圧延処理を行なった。その後、電池用電極(φ14mm)として打ち抜き後、140℃で3時間減圧条件の二次乾燥によってコイン電池用電極を作製した。
<Preparation of negative electrode for battery>
The obtained slurry was applied onto a copper foil (CST8G, manufactured by Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.) as a current collector by using a bar coater (T101, manufactured by Matsuo Sangyo Co., Ltd.), and then at room temperature (24.5° C.). ) And then subjected to rolling treatment using a roll press (manufactured by Hosen Co., Ltd.). Then, after punching out as a battery electrode (φ14 mm), a coin battery electrode was produced by secondary drying under reduced pressure conditions at 140° C. for 3 hours.

<電池の作製>
上記で得られた電池用塗工電極をアルゴンガス雰囲気下のグローブボックス(株式会社美和製作所製)に移送した。正極には金属リチウム箔(厚さ0.2mm、φ16mm)を用いた。また、セパレーターとして上記で得られた分離膜を使用して、電解液は六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)のエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)にビニレンカーボネート(VC)を添加した混合溶媒系(1M−LiPF6、EC/EMC=3/7vol%、VC2重量%)を用いて注入し、コイン電池(2032タイプ)を作製した。
<Production of battery>
The battery coated electrode obtained above was transferred to a glove box (manufactured by Miwa Seisakusho) under an argon gas atmosphere. A metal lithium foil (thickness 0.2 mm, φ16 mm) was used for the positive electrode. Also, using the separation membrane obtained above as a separator, the electrolyte solution was obtained by adding vinylene carbonate (VC) to ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) of lithium hexafluorophosphate (LiPF6). A coin battery (2032 type) was prepared by injecting using a mixed solvent system (1M-LiPF6, EC/EMC=3/7 vol%, VC2 wt%).

<抵抗測定>
上記で作製したコイン電池を用いて、インピーダンス測定装置(ポテンショ/ガルバノスタット(SI1287、ソーラトロン社製)及び周波数応答アナライザ(FRA、ソーラトロン社製))にて交流インピーダンス測定を実施した。コイン電池を25℃及びー20℃の恒温槽に置き、周波数0.01−106Hz、電圧振幅10mVにて交流インピーダンス法により、試験電池のインピーダンススペクトルを測定した。測定されたインピーダンススペクトルを抵抗的成分軸(Z軸、実数軸)及び容量的成分軸(Z軸、虚数軸)で規定される複素平面(コールコールプロット)上に、円弧状部を含む線図で表したときの円弧状部の直径を分離膜との界面抵抗(Rin)、容量的成分軸(Z 軸、虚数軸)が0のときの抵抗的成分軸(Z軸、実数軸)の値を溶液抵抗(Rsol)として算出した。結果を表1に示す。
<Resistance measurement>
Using the coin battery produced above, AC impedance measurement was performed using an impedance measuring device (potentiometer/galvanostat (SI1287, Solartron) and frequency response analyzer (FRA, Solartron)). The coin battery was placed in a thermostat at 25° C. and −20° C., and the impedance spectrum of the test battery was measured by the AC impedance method at a frequency of 0.01 to 106 Hz and a voltage amplitude of 10 mV. A diagram that includes arc-shaped parts on the complex plane (Cole-Cole plot) defined by the resistive component axis (Z axis, real number axis) and capacitive component axis (Z axis, imaginary number axis). The diameter of the arcuate part when expressed as the value of the interface resistance (Rin) with the separation membrane and the resistance component axis (Z axis, real number axis) when the capacitive component axis (Z axis, imaginary axis) is 0 Was calculated as the solution resistance (Rsol). The results are shown in Table 1.

(実施例2)
攪拌機、還流冷却管、窒素導入管、開始剤の添加口を備えた反応器に、水370g、市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、M115)100gを仕込み、撹拌下95℃で加熱して該ポリビニルアルコールを溶解した後、室温まで冷却した。該水溶液に0.5規定(N)の硫酸を添加してpHを3.0にした。ここに、撹拌下アクリル酸9.9gを添加した後、該水溶液中に窒素をバブリングしながら70℃まで加温し、さらに70℃のまま30分窒素をバブリングして窒素置換した。窒素置換後、当該水溶液に過硫酸カリウム水溶液(濃度2.5重量%)80.7gを1.5時間かけて滴下した。全量添加後、75℃に昇温してさらに1時間撹拌した後、室温まで冷却した。当該フィルムを液体窒素で凍結した後、遠心粉砕機を用いて粉砕し、さらに40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を得た。共重合の形態はブロック重合とした。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は6.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 2)
A reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, a nitrogen introduction tube, and an initiator addition port was charged with 370 g of water and 100 g of commercially available polyvinyl alcohol (M115 manufactured by Kuraray Co., Ltd.) and heated at 95° C. with stirring. After dissolving the polyvinyl alcohol, it was cooled to room temperature. 0.5N (N) sulfuric acid was added to the aqueous solution to adjust the pH to 3.0. After adding 9.9 g of acrylic acid to the solution under stirring, the solution was heated to 70° C. while bubbling nitrogen into the aqueous solution, and nitrogen was replaced by bubbling nitrogen at 70° C. for 30 minutes. After purging with nitrogen, 80.7 g of an aqueous potassium persulfate solution (concentration 2.5% by weight) was added dropwise to the aqueous solution over 1.5 hours. After the whole amount was added, the temperature was raised to 75° C., the mixture was stirred for another hour, and then cooled to room temperature. The film was frozen in liquid nitrogen, crushed using a centrifugal crusher, and vacuum dried at 40° C. overnight to obtain a target copolymer. The form of copolymerization was block polymerization. The amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid modified in the obtained copolymer was 6.0 mol %. Furthermore, 0.5 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer to prepare a neutralized salt of the copolymer.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは30μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 30 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(実施例3)
市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、28−98s)100gに電子線(30kGy)を照射した。次に、攪拌機、還流冷却管、窒素導入管及び粒子の添加口を備えた反応器に、アクリル酸33.4g、メタノール466.6gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。ここに電子線を照射したポリビニルアルコールを100g添加し、撹拌して粒子が溶液中に分散した状態で300分間加熱還流してグラフト重合を行った。その後、ろ別して粒子を回収し、40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を得た。共重合の形態はグラフト重合とした。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は7.3モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加し、前記共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 3)
100 g of commercially available polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd., 28-98s) was irradiated with an electron beam (30 kGy). Next, 33.4 g of acrylic acid and 466.6 g of methanol were charged into a reactor equipped with a stirrer, a reflux condenser, a nitrogen inlet pipe, and a particle addition port, and the system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen. .. 100 g of polyvinyl alcohol irradiated with an electron beam was added thereto, and the mixture was stirred and heated and refluxed for 300 minutes while the particles were dispersed in the solution to carry out graft polymerization. Then, the particles were collected by filtration and vacuum dried at 40° C. overnight to obtain a target copolymer. The form of copolymerization was graft polymerization. The amount of ethylenically unsaturated carboxylic acid modification of the obtained copolymer was 7.3 mol %. Further, lithium hydroxide was added in an amount of 0.5 equivalent to the carboxylic acid unit in the polymer to prepare a neutralized salt of the copolymer.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは30μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 30 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(実施例4)
アクリル酸を20g、過硫酸カリウム水溶液(濃度2.5重量%)150g添加したこと以外は実施例2と同様にして、目的の共重合体を合成した。共重合の形態はブロック重合とした。得られた共重合体のカルボン酸変性量は12.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、前記共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 4)
A target copolymer was synthesized in the same manner as in Example 2 except that 20 g of acrylic acid and 150 g of an aqueous potassium persulfate solution (concentration 2.5% by weight) were added. The form of copolymerization was block polymerization. The carboxylic acid modification amount of the obtained copolymer was 12.0 mol %. Furthermore, 0.5 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer to prepare a neutralized salt of the copolymer.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは31μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 31 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(実施例5)
実施例4で作製したビニルアルコールとアクリル酸共重合体10重量%水溶液100gに水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量、水酸化ナトリウムを0.3当量添加したこと以外は、実施例4と同様の方法で中和塩の調製を行った。
(Example 5)
Except that 0.2 equivalent of lithium hydroxide and 0.3 equivalent of sodium hydroxide were added to 100 g of a 10% by weight aqueous solution of vinyl alcohol and acrylic acid copolymer prepared in Example 4 with respect to carboxylic acid units in the polymer. A neutralized salt was prepared in the same manner as in Example 4.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは29μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 29 μm. Further, the porosity and the pore size were determined by the same method as in Example 1, and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(実施例6)
水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し1.0当量添加したこと以外は実施例4と同様に方法にて、共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 6)
A neutralized salt of the copolymer was prepared in the same manner as in Example 4 except that 1.0 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは30μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 30 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(実施例7)
水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.2当量添加したこと以外は実施例4と同様に方法にて、共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 7)
A neutralized salt of the copolymer was prepared in the same manner as in Example 4 except that 0.2 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは30μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 30 μm. Further, the porosity and the pore size were determined by the same method as in Example 1, and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(実施例8)
市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、Elvanol 71−30)100gに電子線(30kGy)を照射した。次に、攪拌機、還流冷却管、窒素導入管及び粒子の添加口を備えた反応器に、メタクリル酸25g、メタノール475gを仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。ここに電子線を照射したポリビニルアルコールを100g添加し、撹拌して粒子が溶液中に分散した状態で300分間加熱還流してグラフト重合を行った。その後、ろ別して粒子を回収し、40℃で終夜真空乾燥することにより、目的の共重合体を得た。共重合の形態はグラフト重合とした。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は7.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 8)
100 g of commercially available polyvinyl alcohol (Kuraray Co., Ltd., Elvanol 71-30) was irradiated with an electron beam (30 kGy). Next, 25 g of methacrylic acid and 475 g of methanol were charged into a reactor equipped with a stirrer, a reflux cooling tube, a nitrogen introduction tube, and a particle addition port, and the system was purged with nitrogen for 30 minutes while bubbling nitrogen. 100 g of polyvinyl alcohol irradiated with an electron beam was added thereto, and the mixture was stirred and heated and refluxed for 300 minutes while the particles were dispersed in the solution to carry out graft polymerization. Then, the particles were collected by filtration and vacuum dried at 40° C. overnight to obtain a target copolymer. The form of copolymerization was graft polymerization. The amount of the ethylenically unsaturated carboxylic acid modified in the obtained copolymer was 7.0 mol %. Furthermore, 0.5 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer to prepare a neutralized salt of the copolymer.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは29μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 29 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(実施例9)
メタクリル酸を100g、メタノールを400g添加したこと以外は実施例5と同様にして、目的の共重合体を合成した。共重合の形態はグラフト重合とした。得られた共重合体のエチレン性不飽和カルボン酸変性量は34.0モル%であった。さらに、水酸化リチウムを重合体中のカルボン酸単位に対し0.5当量添加して、共重合体の中和塩の調製を行った。
(Example 9)
A target copolymer was synthesized in the same manner as in Example 5 except that 100 g of methacrylic acid and 400 g of methanol were added. The form of copolymerization was graft polymerization. The ethylenically unsaturated carboxylic acid modification amount of the obtained copolymer was 34.0 mol %. Furthermore, 0.5 equivalent of lithium hydroxide was added to the carboxylic acid unit in the polymer to prepare a neutralized salt of the copolymer.

実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは29μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。   The melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 29 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(比較例1)
水酸化リチウムを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で共重合体を得た。共重合の形態はランダム重合とした。そして実施例1と同様の方法にて融点を測定した。また、実施例1と同様に前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは30μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。
(Comparative Example 1)
A copolymer was obtained in the same manner as in Example 1 except that lithium hydroxide was not added. The form of copolymerization was random polymerization. Then, the melting point was measured by the same method as in Example 1. Further, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of 10% by weight was prepared in the same manner as in Example 1, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 30 μm. Further, the porosity and the pore size were determined by the same method as in Example 1, and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(比較例2)
水酸化リチウムを添加しなかったこと以外は、実施例2と同様の方法で共重合体を得た。そして実施例1と同様の方法にて融点を測定した。その後、実施例1と同様に前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは30μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。
(Comparative example 2)
A copolymer was obtained in the same manner as in Example 2 except that lithium hydroxide was not added. Then, the melting point was measured by the same method as in Example 1. After that, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared in the same manner as in Example 1, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 30 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(比較例3)
水酸化リチウムを添加しなかったこと以外は、実施例3と同様の方法で共重合体を得た。共重合の形態はブロック重合とした。そして実施例1と同様の方法にて融点を測定した。その後、実施例1と同様に前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは29μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。結果を下記表1に示す。
(Comparative example 3)
A copolymer was obtained in the same manner as in Example 3 except that lithium hydroxide was not added. The form of copolymerization was block polymerization. Then, the melting point was measured by the same method as in Example 1. After that, a separation membrane coating solution having a solid content concentration of the aqueous solution of 10% by weight was prepared in the same manner as in Example 1, and a separation membrane and a battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 29 μm. Further, the porosity and the pore size were determined by the same method as in Example 1, and the resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.

(比較例4)
高分子化合物として市販のポリビニルアルコール(株式会社クラレ製、28−98s、けん化度:98、ブロック重合)を用いたこと以外は、実施例1と同様に前記水溶液の固形分濃度として10重量%とした分離膜塗工溶液を作製し、実施例1と同様に分離膜及び電池の作製を行った。得られた分離膜の厚みは30μmであった。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。また、実施例1と同様の方法でポリビニルアルコールの融点を測定した。結果を下記表1に示す。
(Comparative example 4)
As in Example 1, except that commercially available polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd., 28-98s, saponification degree: 98, block polymerization) was used as the polymer compound, the solid content concentration of the aqueous solution was 10% by weight. The separation membrane coating solution was prepared and the separation membrane and the battery were prepared in the same manner as in Example 1. The thickness of the obtained separation membrane was 30 μm. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. Further, the melting point of polyvinyl alcohol was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.

(比較例5)
分離膜として市販のポリプロフィレン系セパレータ(セルガード#2400、膜厚:25μm、ポリポア製)を用いたこと以外は実施例1と同様の方法によって電池の作製を行った。さらに、実施例1と同様の方法によって、空隙率及び孔径を求め、抵抗測定を行った。また、実施例1と同様の方法でセルガードの融点を測定した。結果を下記表1に示す。
(Comparative example 5)
A battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a commercially available polypropylene oxide separator (Celgard #2400, film thickness: 25 μm, manufactured by Polypore) was used as the separation membrane. Further, by the same method as in Example 1, the porosity and the pore size were obtained and the resistance was measured. Further, the melting point of Celgard was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2019021810
Figure 2019021810

(考察)
実施例1〜9では、分離膜を構成する高分子化合物がカルボン酸塩基を有することによって、低温でも低抵抗化が実現することが示された。一方で、カルボン酸を含有しているが、塩を含まないポリマー(比較例1〜3)及びカルボン酸自身を含まないポリマー(比較例4)では、常温でも低温でも抵抗が高いことが明らかになった。さらに汎用品の一つであるセパレータ(比較例5)と比較しても、当該発明の分離膜を使用した場合の方が、優れた抵抗特性を示すことが明らかになった。これは前記高分子化合物がカルボン酸塩基を含有することで、分離膜でイオン輸送がスムーズに行われたためだと想定される。さらに、比較例5に示す汎用セパレータよりも実施例に示す化合物の方が、耐熱性にも優れていることが示された。
(Discussion)
In Examples 1 to 9, it was demonstrated that the polymer compound forming the separation membrane has a carboxylate group, so that the resistance can be reduced even at a low temperature. On the other hand, it is clear that the polymers containing a carboxylic acid but not containing a salt (Comparative Examples 1 to 3) and the polymer containing a carboxylic acid itself (Comparative Example 4) have high resistance even at room temperature or at a low temperature. became. Furthermore, even when compared with a separator (Comparative Example 5) which is one of the general-purpose products, it was revealed that the case where the separation membrane of the present invention was used exhibited excellent resistance characteristics. It is presumed that this is because the polymer compound contained a carboxylate group, so that ion transport was smoothly performed in the separation membrane. Further, it was shown that the compounds shown in Examples were superior in heat resistance to the general-purpose separator shown in Comparative Example 5.

この出願は、2017年7月24日に出願された日本国特許出願特願2017−142571を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。   This application is based on Japanese Patent Application No. 2017-142571 filed on July 24, 2017, the content of which is included in the present application.

本発明を表現するために、前述において具体例等を参照しながら実施形態を通して本発明を適切かつ十分に説明したが、当業者であれば前述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易になし得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to represent the present invention, the present invention has been appropriately and sufficiently described through the embodiments with reference to the specific examples and the like, but those skilled in the art can easily modify and/or improve the embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless a modification or improvement carried out by a person skilled in the art is at a level that deviates from the scope of rights of the claims set forth in the claims, the modification or the improvement is covered by the scope of rights of the claim. Is understood to be included in.

本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池に関する技術分野において、広範な産業上の利用可能性を有する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has wide industrial applicability in the technical field of non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries.

Claims (5)

分子内にカルボン酸塩基を有する高分子化合物から構成される、非水電解質電池用分離膜。   A separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery, which is composed of a polymer compound having a carboxylate group in the molecule. 前記高分子化合物が、ビニルアルコール、ビニルアセタール、及びビニルエステルからなる群より選択される少なくとも1種を含む共重合体を有することを特徴とする、請求項1に記載の非水電解質電池用分離膜。   The separation for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the polymer compound has a copolymer containing at least one selected from the group consisting of vinyl alcohol, vinyl acetal, and vinyl ester. film. 前記非水電解質電池用分離膜が多孔質膜である、請求項1または2に記載の非水電解質電池用分離膜。   The separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, wherein the separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery is a porous membrane. 前記非水電解質電池用分離膜の空隙率が10%以上である、請求項3に記載の非水電解質電池用分離膜。   The separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 3, wherein the porosity of the separation membrane for the non-aqueous electrolyte battery is 10% or more. 請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解質電池用分離膜を含む、非水電解質電池。   A non-aqueous electrolyte battery comprising the separation membrane for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 1.
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