WO2016006453A1 - セパレータロール及び非水系二次電池 - Google Patents

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大塚 淳弘
昇 谷川
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帝人株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a separator roll and a non-aqueous secondary battery.
  • a technique in which a functional layer is provided on the surface of a porous substrate such as a polyolefin microporous membrane to provide functions such as heat resistance and adhesion to electrodes (for example, patents) References 1 and 2).
  • a method for producing the functional layer a method for producing a functional layer by applying a coating liquid on a porous substrate to form a coating layer and removing the solvent in the coating layer by drying; A coating layer is formed by coating on a porous substrate to form a coating layer, dipping in a coagulating liquid to solidify the resin in the coating layer, and washing and drying to prepare a functional layer; (For example, Patent Documents 1 and 2).
  • a separator is generally manufactured as a roll wound around a core (for example, patent documents 3 and 4).
  • a battery element is produced by winding a separator together with an electrode with a winding device.
  • the deformation (for example, swelling) of the battery may occur and the appearance of the battery may be deteriorated.
  • factors involved in winding deviation and deformation of the battery element such as the specifications of the winding device and the type of electrode, and the involvement of the separator has not been sufficiently studied so far.
  • JP 2003-171495 A Japanese Patent No. 54315881 JP 2013-216868 A JP 2014-12391 A
  • Embodiments of the present invention are intended to provide a separator roll for supplying a separator for a nonaqueous electrolyte battery that is unlikely to cause winding deviation and deformation of a battery element, and a nonaqueous secondary battery with a high production yield. To do.
  • a porous base material and a coating layer formed by applying a coating liquid containing at least one of resin and inorganic particles on one or both surfaces of the porous base material are solidified.
  • a separator for a nonaqueous electrolyte battery comprising a porous layer is a separator roll wound around a core, and the shrinkage ratio in the machine direction of the separator for a nonaqueous electrolyte battery determined by the following method (1) Is a separator roll of 1.0% or less.
  • the separator roll is a primary roll wound directly around a core after manufacturing the non-aqueous electrolyte battery separator, or a secondary roll wound around the core from the primary roll.
  • the primary roll is a separator roll in which the separator for a non-aqueous electrolyte battery is wound around a core at a winding speed of 100% or more and 103% or less with respect to the feeding speed of the porous substrate.
  • the separator roll according to [1] or [2].
  • the separator roll is a primary roll wound directly around the core after manufacturing the non-aqueous electrolyte battery separator, or a secondary roll wound around the non-aqueous electrolyte battery separator from the primary roll.
  • the non-aqueous electrolyte battery separator obtained in the following method (2) has an expansion rate in the width direction of 0% or more and 0.6% or less.
  • Magnification ratio in width direction (%) (Length in width direction after being left-Length in width direction before being left) ⁇ Length in width direction before being left ⁇ 100 [6]
  • Method (3) A non-aqueous electrolyte battery separator is cut out from a separator roll to obtain a sample having a machine direction length of 190 mm.
  • the sample is heat-treated at 135 ° C. for 30 minutes in a no-tension state, the length in the machine direction before and after the heat treatment is measured, and the heat shrinkage rate in the machine direction is calculated by the following equation.
  • Machine direction thermal shrinkage (%) (machine direction length before heat treatment ⁇ machine direction length after heat treatment) ⁇ machine direction length before heat treatment ⁇ 100 [7]
  • the separator roll according to any one of [1] to [6], wherein the non-aqueous electrolyte battery separator obtained by the method (1) has a shrinkage in the machine direction of 0.5% or less. .
  • a separator roll for supplying a separator for a nonaqueous electrolyte battery that is unlikely to cause winding deviation and deformation of a battery element, and a nonaqueous secondary battery with a high manufacturing yield are provided.
  • a numerical range indicated using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
  • machine direction means the long direction in the long porous substrate and separator
  • width direction means the direction orthogonal to the “machine direction”.
  • machine direction is also referred to as “MD direction”
  • TD direction width direction
  • process is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. .
  • the separator roll of the present disclosure is a separator roll in which a separator for a non-aqueous electrolyte battery (hereinafter, also simply referred to as “separator”) manufactured continuously in the machine direction is wound around a winding core.
  • the separator is a separator including a porous substrate and a porous layer provided on one or both surfaces of the porous substrate, and the porous layer includes a resin and inorganic particles. It is a porous layer formed by solidifying a coating layer formed by coating a coating liquid containing at least one of the above.
  • the shrinkage ratio in the MD direction of the separator determined by the following method (1) is 1.0% or less.
  • Method (1) After removing five separators from the outer end of the separator roll, the separator is cut 200 mm from the end in the machine direction to obtain a sample. The sample is allowed to stand under no tension for 24 hours at 25 ° C., the length in the MD direction before and after the standing is measured, and the shrinkage in the MD direction is calculated by the following formula.
  • MD direction shrinkage (%) (length in MD direction before leaving -length in MD direction after being left) ⁇ length in MD direction before being left x100
  • the shrinkage rate in the MD direction of the separator measured by the method (1) is referred to as “MD direction shrinkage rate at 25 ° C.”.
  • the separator supplied from the separator roll according to the present disclosure is less likely to cause the winding deviation of the battery element when the battery element is manufactured. Moreover, the separator supplied from the separator roll of the present disclosure is unlikely to cause deformation of the battery element.
  • the separator having a porous layer provided on a porous substrate by a coating method contracts in the MD direction at room temperature, which is involved in the occurrence of unwinding and deformation of the battery element. I found out.
  • the porous substrate is stretched in the MD direction, and the produced separator is not exposed to high temperatures. It has the property of shrinking in the MD direction.
  • the shrinkage rate in the MD direction at 25 ° C. of the separator is 1.0% or less. Therefore, when the battery element is manufactured with the separator supplied from the separator roll of the present disclosure, And the occurrence of deformation is suppressed.
  • the shrinkage rate in the MD direction at 25 ° C. of the separator is more preferably 0.5% or less, and the lower the better.
  • the lower limit of the shrinkage in the MD direction at 25 ° C. is preferably 0.1% or more, and 0.15% or more. More preferred.
  • a separator having a porous layer provided by a coating method on a porous substrate also has a property of extending in the TD direction as it shrinks in the MD direction at room temperature.
  • the extension of the separator in the TD direction is preferable from the viewpoint of suppressing a short circuit of the battery.
  • the separator does not extend too much in the TD direction at room temperature. Therefore, in the separator roll of the present disclosure, the expansion ratio in the TD direction of the separator determined by the following method (2) is preferably 0% or more and 0.6% or less, and more than 0% and 0.6% or less. More preferably.
  • Method (2) After removing five separators from the outer end of the separator roll, the separator is cut 200 mm from the end in the machine direction to obtain a sample. The sample is allowed to stand under no tension at 25 ° C. for 24 hours, the length in the TD direction before and after the standing is measured, and the enlargement ratio in the TD direction is calculated by the following formula.
  • TD direction enlargement ratio (%) (length in TD direction after being left ⁇ length in TD direction before being left) ⁇ length in TD direction before being left ⁇ 100
  • the enlargement ratio in the TD direction of the separator measured by the method (2) is referred to as “25 degree C. TD direction enlargement ratio”.
  • the MD direction shrinkage (%) at 25 ° C. is determined in detail by the following method.
  • the enlargement ratio (%) in the TD direction at 25 ° C. is also obtained, and will be described together.
  • the separator After removing five separators from the outer end of the separator roll, the separator is cut 200 mm in the MD direction from the end, and the cut out separator having a length of 200 mm is used as a sample.
  • One end of the sample is held with a clip, and the sample is hung in a constant temperature bath at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50 ⁇ 10% so that the MD direction becomes the direction of gravity, and left in a no-tension state for 24 hours.
  • the length of the sample Before and after standing for 24 hours, the length of the sample is measured in the MD direction and the TD direction, and the shrinkage rate (%) in the MD direction and the enlargement rate (%) in the TD direction are calculated by the two equations.
  • the time from when the separator is started to be taken out from the outer end of the separator roll to when the sample is suspended in the thermostatic chamber is within 10 minutes.
  • the length after standing for 24 hours Care should be taken not to apply tension to the separator when preparing the sample from the separator roll. Details of the measurement method are as described in the examples.
  • the separator wound around the separator roll of the present disclosure preferably has a thermal shrinkage rate in the MD direction of 3% to 40% obtained by the following method (3).
  • Method (3) A separator is cut out from a separator roll to obtain a sample having a length of 190 mm in the MD direction. One end of the sample is held with a clip, and the sample is hung in an oven in which the internal temperature is maintained at 135 ° C. so that the MD direction becomes the direction of gravity, and heat treatment is performed for 30 minutes in a tensionless state. Before and after the heat treatment, the length of the sample is measured in the MD direction, and the thermal contraction rate (%) in the MD direction is calculated by the following formula. Details of the method (3) are as described in Examples.
  • MD shrinkage (%) (length in MD direction before heat treatment ⁇ length in MD direction after heat treatment) ⁇ length in MD direction before heat treatment ⁇ 100
  • the thermal shrinkage rate in the MD direction of the separator measured by the method (3) is referred to as “MD direction thermal shrinkage at 135 ° C.”.
  • the heat shrinkage rate in the MD direction at 135 ° C. of 3% or more is a reflection of the elasticity of the porous substrate.
  • the separator manufacturing steps particularly, the step of applying the coating liquid while applying tension to the porous substrate and the application of heat to remove the solvent or water
  • the porous base material and the composite film sheet having a porous layer on one or both sides of the porous base material
  • the MD direction thermal shrinkage at 135 ° C. is preferably 40% or less.
  • the lower limit of the MD direction heat shrinkage rate at 135 ° C. is preferably 3% or more, more preferably 5% or more, still more preferably 10% or more, and the upper limit of the 135 ° C. MD direction heat shrinkage rate is 40%. % Or less is preferable, 30% or less is more preferable, and 25% or less is still more preferable.
  • the porous substrate means a substrate having pores or voids therein.
  • a substrate include a microporous membrane; a porous sheet made of a fibrous material such as a nonwoven fabric and paper; a composite porous sheet in which one or more porous layers are laminated on a microporous membrane or a porous sheet.
  • the porous substrate is preferably a microporous membrane from the viewpoint of thinning the separator and strength.
  • a microporous membrane means a membrane that has a large number of micropores inside and has a structure in which these micropores are connected, allowing gas or liquid to pass from one surface to the other. To do.
  • the porous base material includes an organic material and / or an inorganic material having electrical insulation.
  • the porous substrate preferably contains a thermoplastic resin from the viewpoint of imparting a shutdown function to the porous substrate.
  • the shutdown function refers to a function of preventing thermal runaway of the battery by blocking the movement of ions by dissolving the material and closing the pores of the porous base material when the battery temperature increases.
  • thermoplastic resin contained in the porous substrate is a thermoplastic resin having a melting point of less than 200 ° C.
  • a porous substrate containing a thermoplastic resin having a melting point of less than 200 ° C. is easily stretched in the MD direction by tension as compared with a porous substrate not containing the resin. Therefore, conventionally, a separator manufactured using a porous substrate containing a thermoplastic resin having a melting point of less than 200 ° C. has been easily shrunk in the MD direction at room temperature.
  • polyolefin is preferable as the thermoplastic resin having a melting point of less than 200 ° C. contained in the porous substrate.
  • a microporous membrane containing polyolefin As the porous substrate, a microporous membrane containing polyolefin (referred to as “polyolefin microporous membrane”) is preferable.
  • polyolefin microporous membrane examples include polyolefin microporous membranes applied to conventional battery separators, and it is preferable to select one having sufficient mechanical properties and ion permeability.
  • the polyolefin microporous membrane preferably contains polyethylene from the viewpoint of expressing a shutdown function, and the polyethylene content is preferably 95% by mass or more.
  • the polyolefin microporous membrane is preferably a polyolefin microporous membrane containing polyethylene and polypropylene from the viewpoint of imparting heat resistance that does not easily break when exposed to high temperatures.
  • a polyolefin microporous membrane include a microporous membrane in which polyethylene and polypropylene are mixed in one layer.
  • the microporous membrane preferably contains 95% by mass or more of polyethylene and 5% by mass or less of polypropylene from the viewpoint of achieving both a shutdown function and heat resistance.
  • a polyolefin microporous membrane having a laminated structure of two or more layers, at least one layer containing polyethylene, and at least one layer containing polypropylene is also preferable.
  • the polyolefin contained in the polyolefin microporous membrane is preferably a polyolefin having a weight average molecular weight of 100,000 to 5,000,000.
  • weight average molecular weight 100,000 or more, sufficient mechanical properties can be secured.
  • weight average molecular weight is 5 million or less, the shutdown characteristics are good and the film can be easily formed.
  • the polyolefin microporous membrane can be produced, for example, by the following method. That is, it is a method in which a molten polyolefin resin is extruded from a T-die to form a sheet, which is crystallized and then stretched, and then heat treated to form a microporous film. Alternatively, a polyolefin resin melted together with a plasticizer such as liquid paraffin is extruded from a T-die, cooled and formed into a sheet, and after stretching, the plasticizer is extracted and heat treated to form a microporous membrane. is there.
  • a plasticizer such as liquid paraffin
  • porous sheets made of fibrous materials include various resins (for example, polyesters such as polyethylene terephthalate; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; aromatic polyamides, polyimides, polyethersulfones, polysulfones, polyetherketones, and polyetherimides).
  • Non-woven fabrics and papers made of a fibrous material such as a heat resistant resin such as The heat-resistant resin refers to a resin having a melting point of 200 ° C. or higher, or a resin having no melting point and a decomposition temperature of 200 ° C. or higher.
  • the composite porous sheet examples include a sheet obtained by laminating a functional layer on a porous sheet made of a microporous film or a fibrous material. Such a composite porous sheet is preferable in that a further function can be added by the functional layer.
  • a functional layer for example, from the viewpoint of imparting heat resistance, a porous layer containing a heat resistant resin or a porous layer containing a heat resistant resin and an inorganic filler is preferable.
  • the heat resistant resin include one or more resins selected from aromatic polyamide, polyimide, polyethersulfone, polysulfone, polyetherketone, and polyetherimide.
  • the inorganic filler examples include metal oxides such as alumina and metal hydroxides such as magnesium hydroxide.
  • a method for producing a composite porous sheet a method of applying a functional layer to a microporous membrane or a porous sheet, a method of bonding a microporous membrane or a porous sheet and a functional layer with an adhesive, a microporous membrane or a porous layer And a method of thermocompression bonding of the functional sheet and the functional layer.
  • the thickness of the porous substrate is preferably 5 ⁇ m to 30 ⁇ m from the viewpoint of obtaining good mechanical properties and internal resistance.
  • the Gurley value (JIS P8117 (2009)) of the porous substrate is preferably 50 seconds / 100 cc to 800 seconds / 100 cc from the viewpoint of preventing short circuit of the battery and obtaining ion permeability.
  • the porosity of the porous substrate is preferably 20% to 60% from the viewpoint of obtaining an appropriate membrane resistance and shutdown function.
  • the puncture strength of the porous base material is preferably 300 g or more from the viewpoint of improving the production yield.
  • the porous layer has a structure in which a large number of micropores are formed in the inside and these micropores are connected to each other, and a gas or liquid can pass from one surface to the other surface. It is.
  • the porous layer is provided as the outermost layer of the separator on one side or both sides of the porous substrate.
  • the porous layer is preferably an adhesive porous layer that adheres to the electrode.
  • the adhesive porous layer is preferably present on both surfaces rather than only on one surface of the porous substrate from the viewpoint of excellent battery cycle characteristics. This is because when the adhesive porous layer is on both sides of the porous substrate, both sides of the separator are well adhered to both electrodes via the adhesive porous layer.
  • the porosity of the porous layer is preferably 30% to 80%, more preferably 50% to 80%, from the viewpoint of ion permeability and mechanical strength.
  • the coating amount of the porous layer from the viewpoint of adhesiveness and ion permeability of the electrode, 0.5g / m 2 ⁇ 3.0g / m 2 is preferred in one surface of the porous substrate.
  • the coating amount of the porous layer 1.0g / m 2 ⁇ 6.0g / m 2 is preferred as the sum of both sides.
  • the average thickness of the porous layer is preferably 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m on one side of the porous substrate from the viewpoint of ensuring adhesion with the electrode and high energy density.
  • the porous layer is a layer formed by solidifying a coating layer formed by coating a coating liquid containing at least one of a resin and inorganic particles on a porous substrate. Therefore, the porous layer contains at least one of resin and inorganic particles.
  • the resin and inorganic particles contained in the coating liquid and the porous layer will be described.
  • the resin contained in the porous layer is preferably one that is stable to the electrolytic solution, electrochemically stable, has a function of connecting inorganic particles, and can adhere to the electrode.
  • the porous layer may contain only one type of resin or two or more types of resin.
  • the resin contained in the porous layer is preferably an adhesive resin from the viewpoint of adhesiveness with the electrode. Since the separator and the electrode are in close contact with each other through the porous layer containing the adhesive resin, the battery element is less likely to be unwound and deformed.
  • the adhesive resin examples include polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer, styrene-butadiene copolymer, homopolymers or copolymers of vinyl nitrile such as acrylonitrile and methacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and the like.
  • polyether examples include polyvinylidene fluoride and a polyvinylidene fluoride copolymer (these are referred to as “polyvinylidene fluoride resins”) are particularly preferable.
  • polyvinylidene fluoride resin a homopolymer of vinylidene fluoride (that is, polyvinylidene fluoride); a copolymer of vinylidene fluoride and another copolymerizable monomer (polyvinylidene fluoride copolymer); a mixture thereof ;
  • the monomer copolymerizable with vinylidene fluoride include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene, trichloroethylene, vinyl fluoride, and the like, and one kind or two or more kinds can be used.
  • the polyvinylidene fluoride resin can be produced by emulsion polymerization or suspension polymerization.
  • the resin contained in the porous layer is preferably a heat-resistant resin (a resin having a melting point of 200 ° C. or higher, or a resin having no melting point and a decomposition temperature of 200 ° C. or higher) from the viewpoint of heat resistance.
  • the heat resistant resin include polyamide, wholly aromatic polyamide, polyimide, polyamideimide, polysulfone, polyketone, polyetherketone, polyethersulfone, polyetherimide, cellulose, and a mixture thereof.
  • wholly aromatic polyamides are preferable from the viewpoints of easy formation of a porous structure, binding properties with inorganic particles, oxidation resistance, and the like.
  • meta-type wholly aromatic polyamides are preferable and polymetaphenylene isophthalamide is particularly preferable from the viewpoint of easy formation of the porous layer.
  • the inorganic particles are preferably stable in the electrolytic solution and electrochemically stable.
  • An inorganic particle may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
  • the inorganic particles include metal hydroxides such as aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, chromium hydroxide, zirconium hydroxide, cerium hydroxide, nickel hydroxide, boron hydroxide; silica, alumina, zirconia And metal oxides such as magnesium oxide; carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate; sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate; clay minerals such as calcium silicate and talc; Among these, metal hydroxides and metal oxides are preferable from the viewpoint of imparting flame retardancy and neutralizing effect.
  • the inorganic particles may be surface-modified with a silane coupling agent or the like.
  • the particle shape of the inorganic particles is arbitrary, and may be spherical, elliptical, plate-like, rod-like, or indefinite. From the viewpoint of preventing a short circuit of the battery, plate-like particles and non-aggregated primary particles are preferable.
  • the inorganic particles preferably have a primary particle volume average particle size of 0.01 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, from the viewpoint of good adhesion to the electrode, ion permeability, slipperiness, and moldability of the porous layer. 10 ⁇ m is more preferable.
  • the porous layer preferably contains at least a resin from the viewpoint of adhesion to the electrode, and further preferably contains inorganic particles from the viewpoint of heat resistance.
  • the porous layer contains a resin and inorganic particles, the proportion of the inorganic particles in the total amount of the resin and the inorganic particles is, for example, 30% to 90% by volume.
  • the porous layer may contain an organic filler and other components.
  • the organic filler include cross-linked poly (meth) acrylic acid, cross-linked poly (meth) acrylic acid ester, cross-linked polysilicon, cross-linked polystyrene, cross-linked polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer cross-linked product, polyimide, and melamine resin.
  • particles made of a crosslinked polymer such as a phenol resin and a benzoguanamine-formaldehyde condensate; particles made of a heat-resistant resin such as polysulfone, polyacrylonitrile, aramid, polyacetal, and thermoplastic polyimide.
  • the Gurley value (JIS P8117 (2009)) of the separator is preferably 50 seconds / 100 cc to 800 seconds / 100 cc from the viewpoint of a good balance between mechanical strength and membrane resistance.
  • the value obtained by subtracting the Gurley value of the porous base material from the Gurley value of the separator provided with the porous layer on the porous base material is 300 seconds / 100 cc or less.
  • 150 seconds / 100 cc or less is more preferable, and 100 seconds / 100 cc or less is still more preferable.
  • the film thickness of the separator is preferably 5 ⁇ m to 40 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m to 35 ⁇ m, and even more preferably 10 ⁇ m to 20 ⁇ m, from the viewpoint of mechanical strength and energy density when used as a battery.
  • the separator roll of the present disclosure includes a primary roll that is directly wound around a core after manufacturing the separator, and a secondary roll that is wound around the core from the primary roll.
  • the secondary roll includes a roll obtained by winding the separator as it is from the primary roll, and a roll obtained by winding the separator fed from the primary roll while slitting the separator to a desired width.
  • the core of the primary roll and the core of the secondary roll may be the same or different. There is no restriction
  • Examples of the material of the core include resin, paper, and metal.
  • a core having grooves and / or slits on the outer peripheral surface can be mentioned.
  • a winding core having an elastic layer (for example, a rubber layer) for suppressing damage to the wound sheet on the outer peripheral surface can be mentioned.
  • the axial length of the winding core is not particularly limited as long as it is equal to or larger than the width of the sheet to be wound, but is preferably +0 cm to +50 cm with respect to the width of the wound sheet.
  • the outer diameter of the winding core is preferably 7 cm to 30 cm.
  • the separator is a separator in which a porous layer is provided on one side or both sides of a porous substrate.
  • the porous layer is a layer formed by solidifying a coating layer formed by coating a coating liquid on one or both surfaces of a porous substrate.
  • the coating liquid contains at least one of resin and inorganic particles.
  • a dry method in which the coating layer is solidified by drying to provide a porous layer
  • Production method wet coating method in which a coating layer is applied to a porous substrate to form a coating layer, and then the coating layer is brought into contact with a coagulation liquid to solidify the coating layer to provide a porous layer; It is done.
  • the porous layer is likely to be denser than the wet manufacturing method, and therefore the wet manufacturing method is preferable in that a good porous structure can be obtained.
  • the wet manufacturing method includes a coating liquid preparation process for preparing a coating liquid containing a resin, a coating process for coating the coating liquid on one or both sides of a porous substrate to form a coating layer, a coating layer A coagulation step of bringing the resin into contact with the coagulation liquid to coagulate the resin contained in the coating layer to obtain a composite membrane (a sheet having a porous layer on one or both sides of the porous substrate), a water washing step of washing the composite membrane with water, And a drying step of drying the composite membrane.
  • inorganic particles may be further dispersed.
  • the dry production method includes a coating liquid preparation step for preparing a coating liquid containing a resin, a coating step for coating the coating liquid on one or both sides of the porous substrate to form a coating layer, and a coating layer It is preferable to have a solidification step of removing the solvent contained in the coating layer and solidifying the resin contained in the coating layer to obtain a composite film (a sheet having a porous layer on one or both sides of the porous substrate).
  • a coating liquid preparation step for preparing a coating liquid containing a resin
  • a coating step for coating the coating liquid on one or both sides of the porous substrate to form a coating layer and a coating layer
  • a coating layer It is preferable to have a solidification step of removing the solvent contained in the coating layer and solidifying the resin contained in the coating layer to obtain a composite film (a sheet having a porous layer on one or both sides of the porous substrate).
  • inorganic particles may be further dispersed.
  • a coating liquid preparation process is a process of preparing the coating liquid containing resin.
  • the coating solution is prepared, for example, by dissolving a resin in a solvent and further dispersing inorganic particles as necessary.
  • a polar amide solvent such as N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, and dimethylformamide is preferably used as a solvent for dissolving the resin (hereinafter also referred to as “good solvent”) used for preparing the coating solution.
  • good solvent a solvent for dissolving the resin used for preparing the coating solution.
  • a phase separation agent that induces phase separation is preferably mixed in a good solvent.
  • the phase separation agent include water, methanol, ethanol, propyl alcohol, butyl alcohol, butanediol, ethylene glycol, propylene glycol, and tripropylene glycol.
  • the phase separation agent is preferably mixed with a good solvent in an amount within a range that can ensure a viscosity suitable for coating.
  • the solvent used for the preparation of the coating liquid is preferably a mixed solvent containing 60% by mass or more of a good solvent and 10% to 40% by mass of a phase separation agent from the viewpoint of forming a good porous structure.
  • the coating liquid preferably contains a resin at a concentration of 3% by mass to 10% by mass with respect to the total mass of the coating liquid from the viewpoint of forming a good porous structure.
  • the coating process is a process of forming a coating layer by coating a coating liquid containing a resin on one surface or both surfaces of a porous substrate.
  • means for applying the coating liquid to the porous substrate include a Mayer bar, a die coater, a reverse roll coater, and a gravure coater.
  • the coagulation step is a step of obtaining a composite film by bringing the coating layer into contact with a coagulating liquid and coagulating the resin contained in the coating layer.
  • a method of bringing the coating layer into contact with the coagulation liquid it is preferable to immerse the porous substrate having the coating layer in the coagulation liquid.
  • the coating layer passes through a tank (coagulation tank) containing the coagulation liquid. It is preferable to make it.
  • the coagulation liquid generally contains a good solvent and a phase separation agent used for preparing the coating liquid, and water. It is preferable in production that the mixing ratio of the good solvent and the phase separation agent is matched to the mixing ratio of the mixed solvent used for preparing the coating liquid.
  • the content of water in the coagulation liquid is preferably 40% by mass to 80% by mass from the viewpoint of formation of a porous structure and productivity.
  • the temperature of the coagulation liquid is, for example, 20 ° C. to 50 ° C.
  • the solidification step is a step of removing the solvent contained in the coating layer by drying to solidify the resin contained in the coating layer to obtain a composite film.
  • the method for removing the solvent from the composite membrane is not limited, and examples thereof include a method in which the composite membrane is brought into contact with a heating member; a method in which the composite membrane is conveyed into a chamber in which temperature and humidity are adjusted; .
  • the water washing step is a step of washing the composite membrane with water for the purpose of removing the solvent (the solvent contained in the coating solution and the solvent contained in the coagulation solution) contained in the composite membrane in the wet manufacturing method.
  • the water washing step is preferably performed by transporting the composite membrane through a tank (water washing tank) containing water.
  • the temperature of water for washing is, for example, 20 ° C. to 50 ° C.
  • a drying process is a process performed in order to remove water from the composite film after a water washing process after a water washing process.
  • the drying method is not limited, and examples thereof include a method in which the composite film is brought into contact with the heat generating member; a method in which the composite film is conveyed into a chamber in which temperature and humidity are adjusted; a method in which hot air is applied to the composite film; When heat is applied to the composite membrane, the temperature is, for example, 50 ° C. to 80 ° C.
  • the primary roll is manufactured by directly winding the separator manufactured by sequentially performing each of the above steps around a winding core.
  • the secondary roll is manufactured by further winding the separator from the primary roll.
  • the winding speed of the separator is, for example, 10 m / min to 100 m / min, and 40 m / min to 100 m / min is more preferable in consideration of productivity.
  • the winding speed of the separator is, for example, 10 m / min to 200 m / min, and 50 m / min to 200 m / min is more preferable in consideration of productivity.
  • a porous substrate having a small internal stress is used for manufacturing the separator. Therefore, in the present disclosure, a porous substrate that is firmly heat-set is preferable.
  • (C) At the time of passing through the coagulation tank and the washing tank, since the conveyance resistance with respect to the conveyed product is large, the porous substrate is easily stretched, and as a result, wrinkles may be generated in the separator. In order to suppress this, the temperature of the coagulating liquid and the water in the washing tank is lowered as much as possible.
  • the temperature of the coagulating liquid and the water in the washing tank is preferably 40 ° C. or less, more preferably 35 ° C. or less, and further preferably about 25 ° C.
  • the shrinkage rate in the MD direction at 25 ° C. can be controlled to 1.0% or less by the following (h) to (k).
  • the primary roll is subjected to a heat treatment (annealing) that is left in a thermal environment.
  • the annealing temperature (temperature of the thermal environment) is preferably 40 ° C. to 110 ° C., more preferably 50 ° C. to 90 ° C.
  • the treatment time (the standing time in the thermal environment) is preferably as long as possible, for example, 12 hours or more.
  • the secondary roll is subjected to a heat treatment (annealing) that is left in a thermal environment.
  • heat treatment may cause sagging at both ends in the width direction of the separator, attention should be paid to the temperature and treatment time of the heat treatment.
  • the temperature is preferably 40 ° C to 70 ° C, more preferably 40 ° C to 60 ° C.
  • the processing time is, for example, 1 to 48 hours.
  • the following embodiment is given as a preferable example.
  • One embodiment of a separator roll manufacturing method is a manufacturing method in which a porous layer is provided on one or both surfaces of a porous substrate by a wet manufacturing method, and the temperature of the coagulation liquid is 40 ° C. or lower (preferably 35 ° C. or lower, more preferably Is about 25 ° C.).
  • the separator is wound at a winding speed of 103% or less (preferably 100% to 103%, more preferably 100% to 102%) with respect to the feed speed of the porous substrate. Winding on a core. According to this embodiment, it is easy to produce a primary roll with less wrinkles and a good winding shape, and the shrinkage rate after being processed into a secondary roll can be easily kept low.
  • One embodiment of a method for manufacturing a separator roll includes leaving a roll wound directly on a core after manufacturing the separator in an atmosphere of 40 ° C. to 110 ° C. for 12 hours or longer (for example, 24 hours). According to this embodiment, blockage of the porous structure of the porous substrate and the coating layer can be suppressed.
  • the coating layer is a coating layer containing an adhesive resin, it is possible to suppress blocking phenomenon (a phenomenon in which separators that overlap each other in the separator roll adhere to each other) and blockage of the porous structure of the coating layer.
  • the roll is more preferable that the roll is left in an atmosphere at 50 ° C. to 80 ° C. for 12 hours or longer (for example, 24 hours).
  • the porous layer provided in the separator is a porous layer provided on one or both sides of the porous substrate by a wet manufacturing method, and has a temperature of 40 ° C. or lower (preferably 35 ° C. or lower, more A porous layer obtained by solidifying the resin in the coating layer by contact with a coagulating liquid (preferably about 25 ° C.).
  • One embodiment of the separator roll is a primary roll wound directly around the core after manufacturing the separator, or a secondary roll wound around the core from the primary roll, the primary roll having a total draw ratio of 103 % Or less (preferably 100% to 103%, more preferably 100% to 102%).
  • blockage of the porous structure of the porous substrate and the coating layer can be suppressed.
  • the coating layer is a coating layer containing an adhesive resin, blocking phenomenon and blockage of the porous structure of the coating layer can be suppressed.
  • One embodiment of the separator roll is a primary roll wound directly around a core after manufacturing the separator, or a secondary roll wound around the core from the primary roll, and the primary roll is 40 ° C. to 110 ° C. It is a roll that has been allowed to stand for 12 hours or more (for example, 24 hours) in an atmosphere of ° C (preferably 50 ° C to 80 ° C).
  • blockage of the porous structure of the porous substrate and the coating layer can be suppressed.
  • the coating layer is a coating layer containing an adhesive resin, blocking phenomenon and blockage of the porous structure of the coating layer can be suppressed.
  • One embodiment of the primary roll is a roll obtained by winding a separator having a width of 200 mm to 2000 mm, for example, by at least 100 m and at most 3000 m.
  • One embodiment of the secondary roll is a roll obtained by winding a separator having a width of 15 mm to 500 mm, for example, at least 100 m or more and at most 2500 m or less.
  • the diameter of the separator roll is, for example, 15 cm to 30 cm.
  • the separator roll of the present disclosure can be used for manufacturing a primary battery and a secondary battery.
  • an embodiment in which the separator wound around the separator roll of the present disclosure is applied to a secondary battery will be described.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure is a non-aqueous secondary battery that obtains an electromotive force by doping and dedoping lithium, and includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator supplied from the separator roll of the present disclosure.
  • the non-aqueous secondary battery has a structure in which a battery element in which a structure body in which a negative electrode and a positive electrode face each other via a separator is impregnated with an electrolytic solution is enclosed in an exterior material.
  • Doping means occlusion, loading, adsorption, or insertion, and means a phenomenon in which lithium ions enter an active material of an electrode such as a positive electrode.
  • the nonaqueous secondary battery of the present disclosure is suitable for a nonaqueous electrolyte secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure is less likely to cause winding slip when manufacturing a battery element by being manufactured using the separator supplied from the separator roll of the present disclosure.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure includes the separator supplied from the separator roll of the present disclosure, so that the battery element is not easily deformed. Therefore, the non-aqueous secondary battery of the present disclosure has a high production yield of the battery.
  • examples of the embodiment of the positive electrode include a structure in which an active material layer including a positive electrode active material and a binder resin is formed on a current collector.
  • the active material layer may further contain a conductive additive.
  • the positive electrode active material include lithium-containing transition metal oxides. Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 1/2 Ni 1/2 O 2 , LiCo 1/3 Mn 1/3 Ni 1 / 3 O 2, LiMn 2 O 4 , LiFePO 4, LiCo 1/2 Ni 1/2 O 2, LiAl 1/4 Ni 3/4 O 2 and the like.
  • the binder resin include polyvinylidene fluoride resin.
  • the conductive aid include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, and graphite powder.
  • the current collector include aluminum foil, titanium foil, and stainless steel foil having a thickness of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • examples of the embodiment of the negative electrode include a structure in which an active material layer including a negative electrode active material and a binder resin is formed on a current collector.
  • the active material layer may further contain a conductive additive.
  • the negative electrode active material include materials that can occlude lithium electrochemically, and specific examples include carbon materials; alloys of silicon, tin, aluminum, and the like with lithium.
  • the binder resin include polyvinylidene fluoride resin and styrene-butadiene rubber.
  • the conductive aid include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, and graphite powder.
  • Examples of the current collector include copper foil, nickel foil, and stainless steel foil having a thickness of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m. Instead of the above negative electrode, a metal lithium foil may be used as the negative electrode.
  • the electrolytic solution is, for example, a solution in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent.
  • the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4, and the like.
  • non-aqueous solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and difluoroethylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and fluorine-substituted products thereof; ⁇ -butyrolactone , Cyclic esters such as ⁇ -valerolactone, and the like. These may be used alone or in combination.
  • an electrolytic solution in which a cyclic carbonate and a chain carbonate are mixed at a mass ratio (cyclic carbonate: chain carbonate) 20:80 to 40:60 and a lithium salt is dissolved in an amount of 0.5 M to 1.5 M is preferable.
  • Examples of the exterior material of the non-aqueous secondary battery according to the present disclosure include a metal can and an aluminum laminate film pack.
  • the shape of the nonaqueous secondary battery of the present disclosure may be any of a square shape, a flat shape, a cylindrical shape, a coin shape, and the like.
  • the separator in the present disclosure is suitable for any of these shapes.
  • the manufacturing method of the non-aqueous secondary battery of the present disclosure is not particularly limited.
  • the battery element of the non-aqueous secondary battery of the present disclosure is manufactured by, for example, a method in which a positive electrode, a separator, a negative electrode, and a separator are stacked in this order and wound in the length direction.
  • An example of an embodiment of the non-aqueous secondary battery of the present disclosure includes a battery using a separator having a porous layer containing an adhesive resin.
  • the separator and the electrode are in close contact with each other through the porous layer containing the adhesive resin, the battery element is less likely to be unwound and deformed. As a result, the battery is manufactured. Yield is higher.
  • the separator roll and the non-aqueous secondary battery according to the present disclosure will be described more specifically with reference to examples.
  • the separator roll and the non-aqueous secondary battery of the present disclosure are not limited to the following examples.
  • the measuring method of the film thickness and the Gurley value in this example is as follows.
  • the film thickness ( ⁇ m) of the porous substrate and the composite film was obtained by measuring 20 arbitrary points within 10 cm ⁇ 30 cm with a contact-type thickness meter (LITEMATIC manufactured by Mitutoyo Corporation) and averaging them. . Measurement was performed under the condition of a load of 7 g using a cylindrical measuring terminal having a diameter of 5 mm.
  • Gurley value The Gurley value (second / 100 cc) of the porous substrate was measured using a Gurley type densometer (G-B2C manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) according to JIS P8117 (2009).
  • a porous substrate polyethylene microporous membrane, SK company TN0901, film thickness 9 ⁇ m, Gurley value 150 seconds / 100 cc
  • a composite membrane having a porous layer on both sides of a polyethylene microporous membrane was obtained.
  • the composite membrane is washed with water and dried, wound up to 500 m on a core (made of paper, inner diameter 15 cm, outer diameter 18 cm), and subjected to heat treatment that is left in an atmosphere at 75 ° C. for 24 hours. Obtained.
  • the total draw ratio during the production of the primary roll was 102.0%.
  • the separator fed from the primary roll was slit into a width of 100 mm, while being wound around 400 m around a core (synthetic resin, inner diameter 7.6 cm, outer diameter 20 cm), A secondary roll with a roll of 100 mm ⁇ 400 m was obtained.
  • Example 2 A primary roll and a secondary roll were obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment conditions applied to the primary roll were changed to 50 ° C. and 24 hours.
  • Example 3 The primary roll and the secondary roll were the same as in Example 1 except that the heat treatment conditions applied to the primary roll were changed to 50 ° C. and 24 hours, and the total draw ratio during the production of the primary roll was changed to 103.0%. Got a roll.
  • ⁇ -alumina SA-1 manufactured by Iwatani Chemical Industry Co., Ltd., average particle diameter 0.8 ⁇ m
  • PMIA mass ratio 50:50
  • the coating liquid is dispersed.
  • a primary roll and a secondary roll were obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating solution was used.
  • Example 5 A primary roll and a secondary roll were obtained in the same manner as in Example 4 except that the total stretch ratio during the production of the primary roll was changed to 103.0%.
  • Example 6 An aramid fiber nonwoven fabric having a film thickness of 30 ⁇ m was prepared according to the method for producing an aramid fiber nonwoven fabric disclosed in JP2013-139552A. A primary roll and a secondary roll were obtained in the same manner as in Example 4 except that this was used as a porous substrate and the total stretch ratio was changed to 100.2%.
  • a liquid was prepared.
  • a primary roll and a secondary roll were obtained in the same manner as in Example 1 except that the porous substrate and the coating solution were used and the total stretching ratio was changed to 100.2%.
  • Example 1 A primary roll and a secondary roll were obtained in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment conditions applied to the primary roll were changed to 35 ° C. and 24 hours.
  • the separator was taken out from the outer end of the primary roll or the secondary roll for 5 turns and cut.
  • the separator was cut from the cut end by a length of 200 mm and used as a test piece (MD direction: 200 mm ⁇ TD direction: 100 mm).
  • test piece On one side of the test piece, positions A 1 , A 2 , B 1 , B 2 , C 1 , C 2 , C 3 , D 1 , D 2 and D 3 shown in FIG. 1 were marked.
  • One end of the test piece was held with a clip, and the test piece was hung in a constant temperature bath at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50 ⁇ 10% so that the MD direction would be the direction of gravity, and left in a no-tension state for 24 hours.
  • the length of the test piece in the TD direction is set to 100 mm, but the length in the TD direction is not limited to this in obtaining the MD direction shrinkage at 25 ° C. and the TD direction expansion rate at 25 ° C.
  • the time from when the separator is started to be taken out from the outer end of the primary roll or secondary roll to when the test piece is suspended in the thermostatic chamber is within 10 minutes.
  • the length was measured after being left for 24 hours.
  • the length of the test piece, the position of the mark such as A 1 and the length between A 1 B 1 and the like are measured using a glass scale made by Oyama Optical Co., Ltd., and the scale is enlarged to 0.00 mm with a 50 times magnifier. I read it.
  • Thermal shrinkage of the separator at 135 ° C. A separator was cut out from the primary roll or the secondary roll into a MD direction of 190 mm ⁇ TD direction of 60 mm, and this was used as a test piece. Two points (referred to as point A and point B) of 20 mm and 170 mm from one end in the MD direction were marked on a line that bisects the TD direction. A clip was held between the end closest to point A and point A, the test piece was hung in an oven at 135 ° C. so that the MD direction was the direction of gravity, and heat treatment was performed for 30 minutes in a no-tension state. The length between AB before and after heat treatment was measured, and the thermal shrinkage rate (%) was calculated by the following formula.
  • MD shrinkage rate (%) (length between AB before heat treatment ⁇ length between AB after heat treatment) ⁇ length between AB before heat treatment ⁇ 100
  • the length of the test piece in the TD direction was set to 60 mm, but the length in the TD direction is not limited to this in obtaining the 135 ° C. heat shrinkage rate.
  • a separator was supplied from the secondary roll, the positive electrode, the separator, the negative electrode, and the separator were stacked in this order, and wound in the length direction using a winding device, to produce a battery element.
  • a tension of 300 g was applied to each of the positive electrode and the negative electrode, and a tension of 100 g was applied to the separator.
  • the winding deviation (mm) of the two separators was measured.
  • the winding deviation of the separator was 0.2 mm or more, it was determined that “winding deviation occurred”, and when it was less than 0.2 mm, “no winding deviation occurred”.
  • the negative electrode and positive electrode used in this test were prepared as follows.
  • This negative electrode slurry was applied to both sides of a 10 ⁇ m thick copper foil as a negative electrode current collector, dried and pressed to obtain a negative electrode having a negative electrode active material layer.
  • a battery element was produced in the same process as described above in an atmosphere having a temperature of 25 ⁇ 3 ° C. and a relative humidity of 50 ⁇ 10%.
  • the maximum diameter (mm) of the battery element was measured before and after standing for 1 hour, and the swelling rate (%) was calculated by the following formula.
  • a larger expansion ratio means that the battery element has expanded, which means that the appearance of the battery element is poor.

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Abstract

 多孔質基材と、前記多孔質基材の片面又は両面に、樹脂及び無機粒子の少なくともいずれかを含有する塗工液を塗工して形成された塗工層が固化してなる多孔質層と、を備えたセパレータが、巻芯に巻かれたセパレータロールであって、下記の方法で求めた前記セパレータの機械方向の収縮率が1.0%以下である、セパレータロール。 方法:セパレータロールの外端からセパレータを5周分取り除いた後、その端部からセパレータを機械方向に200mm切り取り、試料とする。該試料を25℃下に24時間、無張力状態で放置し、放置前後の機械方向の長さを測定し、機械方向の収縮率を算出する。

Description

セパレータロール及び非水系二次電池
 本発明は、セパレータロール及び非水系二次電池に関する。
 非水電解質電池用セパレータに関し、ポリオレフィン微多孔膜等の多孔質基材の表面に機能層を設け、耐熱性や電極との接着性等の機能を付与する技術が知られている(例えば、特許文献1及び2)。上記機能層の作製方法として、塗工液を多孔質基材に塗工して塗工層を形成し、乾燥により塗工層中の溶媒を除去し機能層を作製する方法;塗工液を多孔質基材に塗工して塗工層を形成し、凝固液に浸漬して塗工層中の樹脂を固化させ、水洗と乾燥を経て機能層を作製する方法;等の塗工法が知られている(例えば、特許文献1及び2)。そして、セパレータは一般的に、巻芯に巻かれたロールとして製造される(例えば、特許文献3及び4)。
 ところで、角型電池やポリマー電池のような平型の電池を製造する際、巻回装置で電極とともにセパレータを巻き回して電池素子を作製するところ、電池素子の巻きずれが発生したり、電池素子の変形(例えば膨れ)が起こって電池の外観不良が発生したりすることがあった。電池素子の巻きずれや変形に関与する因子としては、巻回装置の仕様や電極の種類など数多くあり、セパレータの関与についてはこれまで十分に検討されてこなかった。
特開2003-171495号公報 特許第5431581号公報 特開2013-216868号公報 特開2014-12391号公報
 本発明の実施形態は、上記状況のもとになされた。
 本発明の実施形態は、電池素子の巻きずれ及び変形を起しにくい非水電解質電池用セパレータを供給するためのセパレータロール、並びに、製造歩留りの高い非水系二次電池を提供することを目的とする。
 前記課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
[1] 多孔質基材と、前記多孔質基材の片面又は両面に、樹脂及び無機粒子の少なくともいずれかを含有する塗工液を塗工して形成された塗工層が固化してなる多孔質層と、を備えた非水電解質電池用セパレータが、巻芯に巻かれたセパレータロールであって、下記の方法(1)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの機械方向の収縮率が1.0%以下である、セパレータロール。
 方法(1):セパレータロールの外端から非水電解質電池用セパレータを5周分取り除いた後、その端部から非水電解質電池用セパレータを機械方向に200mm切り取り、試料とする。該試料を25℃下に24時間、無張力状態で放置し、該放置前後の機械方向の長さを測定し、下記の式によって機械方向の収縮率を算出する。
 機械方向の収縮率(%)=(放置前の機械方向の長さ-放置後の機械方向の長さ)÷放置前の機械方向の長さ×100
[2] 前記多孔質基材が、融点200℃未満の熱可塑性樹脂を含有する、[1]に記載のセパレータロール。
[3] 前記セパレータロールは、前記非水電解質電池用セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取った一次ロール、又は、前記一次ロールから前記非水電解質電池用セパレータを巻芯に巻き取った二次ロールであって、前記一次ロールは、前記多孔質基材の送り出し速度に対し速度比100%以上103%以下の巻き取り速度で前記非水電解質電池用セパレータを巻芯に巻き取ったセパレータロールである、[1]又は[2]に記載のセパレータロール。
[4] 前記セパレータロールは、前記非水電解質電池用セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取った一次ロール、又は、前記一次ロールから前記非水電解質電池用セパレータを巻芯に巻き取った二次ロールであって、前記一次ロールは、40℃以上110℃以下の雰囲気に12時間以上放置することを施されたセパレータロールである、[1]~[3]のいずれか1項に記載のセパレータロール。
[5] 下記の方法(2)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの幅方向の拡大率が0%以上0.6%以下である、[1]~[4]のいずれか1項に記載のセパレータロール。
 方法(2):セパレータロールの外端から非水電解質電池用セパレータを5周分取り除いた後、その端部から非水電解質電池用セパレータを機械方向に200mm切り取り、試料とする。該試料を25℃下に24時間、無張力状態で放置し、該放置前後の幅方向の長さを測定し、下記の式によって幅方向の拡大率を算出する。
 幅方向の拡大率(%)=(放置後の幅方向の長さ-放置前の幅方向の長さ)÷放置前の幅方向の長さ×100
[6] 下記の方法(3)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの機械方向の熱収縮率が3%以上40%以下である、[1]~[5]のいずれか1項に記載のセパレータロール。
 方法(3):セパレータロールから非水電解質電池用セパレータを切り出し、機械方向の長さ190mmの試料を得る。該試料を135℃下に30分間、無張力状態で放置する熱処理を行い、該熱処理前後の機械方向の長さを測定し、下記の式によって機械方向の熱収縮率を算出する。
 機械方向の熱収縮率(%)=(熱処理前の機械方向の長さ-熱処理後の機械方向の長さ)÷熱処理前の機械方向の長さ×100
[7] 前記方法(1)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの機械方向の収縮率が0.5%以下である、[1]~[6]のいずれか1項に記載のセパレータロール。
[8] 前記塗工液が接着性樹脂を含有する、[1]~[7]のいずれか1項に記載のセパレータロール。
[9] 正極と、負極と、[1]~[8]のいずれか1項に記載のセパレータロールから供給され、前記正極及び前記負極の間に配置された非水電解質電池用セパレータと、を備え、リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得る非水系二次電池。
 本発明の実施形態によれば、電池素子の巻きずれ及び変形を起しにくい非水電解質電池用セパレータを供給するためのセパレータロール、並びに、製造歩留りの高い非水系二次電池が提供される。
実施例で行った測定方法を説明するための概略図である。
 以下に、本発明の実施形態について説明する。なお、これらの説明及び実施例は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
 本明細書において「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
 本明細書において、「機械方向」とは、長尺の多孔質基材及びセパレータにおいて長尺方向を意味し、「幅方向」とは、「機械方向」に直交する方向を意味する。本明細書において、「機械方向」を「MD方向」とも称し、「幅方向」を「TD方向」とも称する。
 本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
<セパレータロール>
 本開示のセパレータロールは、機械方向に連続的に製造された非水電解質電池用セパレータ(以下、単に「セパレータ」とも言う。)が、巻芯に巻かれたセパレータロールである。本開示のセパレータロールにおいてセパレータは、多孔質基材と、該多孔質基材の片面又は両面に設けられた多孔質層と、を備えたセパレータであり、前記多孔質層は、樹脂及び無機粒子の少なくともいずれかを含有する塗工液を塗工して形成された塗工層が固化してなる多孔質層である。
 本開示のセパレータロールは、下記の方法(1)で求めたセパレータのMD方向の収縮率が1.0%以下である。
方法(1):セパレータロールの外端からセパレータを5周分取り除いた後、その端部からセパレータを機械方向に200mm切り取り、試料とする。該試料を25℃下に24時間、無張力状態で放置し、該放置前後のMD方向の長さを測定し、下記の式によってMD方向の収縮率を算出する。
MD方向の収縮率(%)=(放置前のMD方向の長さ-放置後のMD方向の長さ)÷放置前のMD方向の長さ×100
 本開示において、方法(1)によって測定される、セパレータのMD方向の収縮率を「25℃下MD方向収縮率」と言う。
 本開示のセパレータロールから供給されるセパレータは、電池素子の製造の際に電池素子の巻きずれを起しにくい。また、本開示のセパレータロールから供給されるセパレータは、電池素子の変形を起しにくい。
 本発明者が検討したところ、多孔質基材上に塗工法で設けられた多孔質層を有するセパレータが室温下でMD方向に収縮することが、電池素子の巻きずれや変形の発生に関与していることが分かった。多孔質基材上に塗工法で多孔質層を設ける場合、塗工液を多孔質基材の表面に均一に塗工するために多孔質基材に張力をかける必要がある。そして、皺を発生させずに多孔質基材を搬送するには、多孔質基材にある程度強い張力をかける必要がある。塗工液を多孔質基材上に塗工する際に多孔質基材に強い張力をかける結果、多孔質基材がMD方向に伸ばされてしまい、作製されたセパレータは、高温に曝さずともMD方向に収縮する性質を有することになる。
 本開示のセパレータロールにおいては、セパレータの25℃下MD方向収縮率が1.0%以下であるので、本開示のセパレータロールから供給されるセパレータで電池素子を作製した場合、電池素子の巻きずれ及び変形の発生が抑制される。本開示のセパレータロールにおいて、セパレータの25℃下MD方向収縮率は、上記の観点で、より好ましくは0.5%以下であり、低いほど好ましい。一方、セパレータの柔軟性がある程度あった方が電池素子を良好に製造できるという観点では、25℃下MD方向収縮率の下限値としては、0.1%以上が好ましく、0.15%以上がより好ましい。
 従来、多孔質基材を固定して熱を加え多孔質基材の残留応力を除去する技術や、多孔質層の無機フィラーの含有量を増やすことによって高温下(例えば150℃付近)でのセパレータの収縮を抑制する技術は知られているが、いずれも、室温で発生するセパレータの収縮を抑制する技術ではない。これまで、室温で発生するセパレータの収縮を抑制する技術は知られていない。本発明者が検討したところ、セパレータの25℃下MD方向収縮率は、セパレータの製造工程における工夫によって制御し得ることが分かった。詳細は後述する。
 多孔質基材上に塗工法で設けられた多孔質層を有するセパレータはまた、室温下においてMD方向に収縮するに伴いTD方向には伸びる性質を有する。セパレータのTD方向の伸張は、電池の短絡を抑える観点で好ましい。ただし、TD方向の伸張はMD方向の収縮とトレードオフの関係であるから、セパレータは室温下においてTD方向に伸びすぎないことが好ましい。したがって、本開示のセパレータロールにおいては、下記の方法(2)で求めたセパレータのTD方向の拡大率が0%以上0.6%以下であることが好ましく、0%超0.6%以下であることがより好ましい。
方法(2):セパレータロールの外端からセパレータを5周分取り除いた後、その端部からセパレータを機械方向に200mm切り取り、試料とする。該試料を25℃下に24時間、無張力状態で放置し、該放置前後のTD方向の長さを測定し、下記の式によってTD方向の拡大率を算出する。
TD方向の拡大率(%)=(放置後のTD方向の長さ-放置前のTD方向の長さ)÷放置前のTD方向の長さ×100
 本開示において、方法(2)によって測定される、セパレータのTD方向の拡大率を「25℃下TD方向拡大率」と言う。
 本開示において、25℃下MD方向収縮率(%)は、詳細には下記の方法で求める。同時に25℃下TD方向拡大率(%)も求められるので、併せて説明する。
 セパレータロールの外端からセパレータを5周分取り除いた後、その端部からセパレータをMD方向に200mm切り取り、切り出された長さ200mmのセパレータを試料とする。試料の一端をクリップで把持し、温度25℃、相対湿度50±10%の恒温槽の中にMD方向が重力方向となるように試料をつるし、無張力状態で24時間放置する。24時間放置の前と後に、MD方向及びTD方向について試料の長さを測定し、前記2つの式によって、MD方向の収縮率(%)とTD方向の拡大率(%)を算出する。測定の際、セパレータロールの外端からセパレータを出しはじめてから試料を恒温槽につるすまで(つまり、24時間放置を開始するまで)の時間は10分間以内とし、恒温槽から試料を出した後はただちに24時間放置後の長さ測定を行う。セパレータロールから試料を調製する際、セパレータに張力をかけないように留意する。測定方法の詳細は、実施例に記載するとおりである。
 さらに、本開示のセパレータロールに巻かれているセパレータは、下記の方法(3)で求めたMD方向の熱収縮率が3%~40%であることが好ましい。
方法(3):セパレータロールからセパレータを切り出し、MD方向の長さ190mmの試料を得る。試料の一端をクリップで把持し、庫内温度を135℃に保ったオーブンの中に、MD方向が重力方向となるように試料をつるし、無張力状態で30分間放置する熱処理を行う。該熱処理の前と後に、MD方向について試料の長さを測定し、以下の式によって、MD方向の熱収縮率(%)を算出する。方法(3)の詳細は、実施例に記載するとおりである。
MD方向の熱収縮率(%)=(熱処理前のMD方向の長さ-熱処理後のMD方向の長さ)÷熱処理前のMD方向の長さ×100
 本開示において、方法(3)によって測定される、セパレータのMD方向の熱収縮率を「135℃下MD方向熱収縮率」と言う。
 135℃下MD方向熱収縮率が3%以上ということは、多孔質基材が伸縮性を有することの反映である。多孔質基材が伸縮性を有すると、セパレータ製造の諸工程(特に、多孔質基材に張力をかけながら塗工液を塗工する工程、及び、熱を付与して溶媒又は水を除去する乾燥工程)において多孔質基材および複合膜(多孔質基材の片面又は両面に多孔質層を有するシート)が柔軟に伸縮するので、セパレータのロールに皺や筋が生じにくく、結果、電池素子および電池の外観不良を引き起こしにくい。一方、電池の安全性に関するセパレータの熱的寸法安定性の観点で、135℃下MD方向熱収縮率は40%以下が好ましい。
 上記の観点で、135℃下MD方向熱収縮率の下限は、3%以上が好ましく、5%以上がより好ましく、10%以上が更に好ましく、135℃下MD方向熱収縮率の上限は、40%以下が好ましく、30%以下がより好ましく、25%以下が更に好ましい。
 以下、本開示のセパレータロールに巻かれているセパレータが有する多孔質基材及び多孔質層の詳細を説明する。
[多孔質基材]
 本開示において多孔質基材とは、内部に空孔ないし空隙を有する基材を意味する。このような基材としては、微多孔膜;繊維状物からなる、不織布、紙等の多孔性シート;微多孔膜又は多孔性シートに多孔性の層を1層以上積層させた複合多孔質シート;などが挙げられる。多孔質基材としては、セパレータの薄膜化及び強度の観点で、微多孔膜が好ましい。微多孔膜とは、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能となった膜を意味する。
 多孔質基材には、電気絶縁性を有する、有機材料及び/又は無機材料が含まれる。
 多孔質基材は、多孔質基材にシャットダウン機能を付与する観点から、熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。シャットダウン機能とは、電池温度が高まった場合に、材料が溶解して多孔質基材の孔を閉塞することによりイオンの移動を遮断し、電池の熱暴走を防止する機能をいう。
 多孔質基材に含まれる熱可塑性樹脂の一例は、融点200℃未満の熱可塑性樹脂である。融点200℃未満の熱可塑性樹脂を含む多孔質基材は、該樹脂を含まない多孔質基材に比べて、張力によってMD方向に引き伸ばされやすい。したがって従来、融点200℃未満の熱可塑性樹脂を含む多孔質基材を用いて作製されたセパレータは、室温下においてMD方向に収縮しやすかった。本開示の技術によれば、融点200℃未満の熱可塑性樹脂を含む多孔質基材を用いた場合でも、電池素子の巻きずれ及び変形を起しにくいセパレータ及びセパレータロールを提供できる。
 本開示において、多孔質基材に含まれる融点200℃未満の熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィンが好ましい。
 多孔質基材としては、ポリオレフィンを含む微多孔膜(「ポリオレフィン微多孔膜」という。)が好ましい。ポリオレフィン微多孔膜としては、従来の電池セパレータに適用されているポリオレフィン微多孔膜が挙げられ、この中から十分な力学特性とイオン透過性を有するものを選択することが好ましい。
 ポリオレフィン微多孔膜は、シャットダウン機能を発現する観点から、ポリエチレンを含むことが好ましく、ポリエチレンの含有量としては95質量%以上が好ましい。
 ポリオレフィン微多孔膜は、高温に曝されたときに容易に破膜しない程度の耐熱性を付与するという観点では、ポリエチレンとポリプロピレンとを含むポリオレフィン微多孔膜が好ましい。このようなポリオレフィン微多孔膜としては、ポリエチレンとポリプロピレンが1つの層において混在している微多孔膜が挙げられる。該微多孔膜においては、シャットダウン機能と耐熱性の両立という観点から、95質量%以上のポリエチレンと5質量%以下のポリプロピレンとを含むことが好ましい。また、シャットダウン機能と耐熱性の両立という観点では、ポリオレフィン微多孔膜が2層以上の積層構造を備え、少なくとも1層はポリエチレンを含み、少なくとも1層はポリプロピレンを含む、ポリオレフィン微多孔膜も好ましい。
 ポリオレフィン微多孔膜に含まれるポリオレフィンとしては、重量平均分子量が10万~500万のポリオレフィンが好ましい。重量平均分子量が10万以上であると、十分な力学特性を確保できる。一方、重量平均分子量が500万以下であると、シャットダウン特性が良好であるし、膜の成形がしやすい。
 ポリオレフィン微多孔膜は、例えば以下の方法で製造可能である。すなわち、溶融したポリオレフィン樹脂をT-ダイから押し出してシート化し、これを結晶化処理した後延伸し、その後、熱処理をして微多孔膜とする方法である。または、流動パラフィンなどの可塑剤と一緒に溶融したポリオレフィン樹脂をT-ダイから押し出し、これを冷却してシート化し、延伸した後、可塑剤を抽出し熱処理をして微多孔膜とする方法である。
 繊維状物からなる多孔性シートとしては、各種の樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタラート等のポリエステル;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド等の耐熱性樹脂)の繊維状物からなる不織布、紙などが挙げられる。耐熱性樹脂とは、融点が200℃以上の樹脂、又は、融点を有さず分解温度が200℃以上の樹脂を言う。
 複合多孔質シートとしては、微多孔膜又は繊維状物からなる多孔性シートに、機能層を積層したシートが挙げられる。このような複合多孔質シートは、機能層によってさらなる機能付加が可能となる点で好ましい。機能層としては、例えば耐熱性を付与するという観点では、耐熱性樹脂を含む多孔性の層や、耐熱性樹脂及び無機フィラーを含む多孔性の層が好ましい。耐熱性樹脂としては、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトン及びポリエーテルイミドから選ばれる1種又は2種以上の樹脂が挙げられる。無機フィラーとしては、アルミナ等の金属酸化物、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物などが挙げられる。複合多孔質シートの製造方法としては、微多孔膜又は多孔性シートに機能層を塗工する方法、微多孔膜又は多孔性シートと機能層とを接着剤で接合する方法、微多孔膜又は多孔性シートと機能層とを熱圧着する方法などが挙げられる。
 多孔質基材の厚さは、良好な力学特性と内部抵抗を得る観点から、5μm~30μmが好ましい。
 多孔質基材のガーレ値(JIS P8117(2009))は、電池の短絡防止とイオン透過性を得る観点から、50秒/100cc~800秒/100ccが好ましい。
 多孔質基材の空孔率は、適切な膜抵抗やシャットダウン機能を得る観点から、20%~60%が好ましい。
 多孔質基材の突刺強度は、製造歩留まりを向上させる観点から、300g以上が好ましい。
[多孔質層]
 本開示において多孔質層は、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能となった層である。本開示において多孔質層は、多孔質基材の片面又は両面にセパレータの最外層として設けられる。
 多孔質層は、電極と接着する接着性多孔質層であることが好ましい。接着性多孔質層は、多孔質基材の片面のみにあるよりも両面にある方が、電池のサイクル特性が優れる観点から好ましい。接着性多孔質層が多孔質基材の両面にあると、セパレータの両面が接着性多孔質層を介して両電極とよく接着するからである。
 多孔質層の空孔率は、イオン透過性と力学的強度の観点から、30%~80%が好ましく、50%~80%がより好ましい。
 多孔質層の塗工量は、電極との接着性及びイオン透過性の観点から、多孔質基材の片面において0.5g/m~3.0g/mが好ましい。多孔質層が多孔質基材の両面に設けられている場合、多孔質層の塗工量は、両面の合計として1.0g/m~6.0g/mが好ましい。
 多孔質層の平均厚は、電極との接着性と高エネルギー密度を確保する観点から、多孔質基材の片面において0.5μm~5μmが好ましい。
 多孔質層は、樹脂及び無機粒子の少なくともいずれかを含有する塗工液を多孔質基材上に塗工して形成された塗工層が、固化してなる層である。したがって、多孔質層は、樹脂及び無機粒子の少なくともいずれかを含有する。以下、塗工液及び多孔質層に含有される樹脂及び無機粒子の詳細を説明する。
[樹脂]
 多孔質層に含まれる樹脂は、電解液に安定であり、電気化学的に安定であり、無機粒子を連結する機能を有し、電極と接着し得るものが好ましい。多孔質層は、樹脂を1種のみ含んでもよく、樹脂を2種以上含んでもよい。
 多孔質層に含まれる樹脂は、電極との接着性の観点で、接着性樹脂が好ましい。接着性樹脂を含有する多孔質層を介してセパレータと電極とが密着するので、電池素子の巻きずれ及び変形はより発生しにくくなる。
 接着性樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、アクリロニトリルやメタクリロニトリル等のビニルニトリルの単独重合体又は共重合体、ポリエチレンオキサイドやポリプロピレンオキサイド等のポリエーテルが挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニリデン共重合体(これらを「ポリフッ化ビニリデン系樹脂」と称する。)が特に好ましい。
 ポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体(即ちポリフッ化ビニリデン);フッ化ビニリデンと他の共重合可能なモノマーとの共重合体(ポリフッ化ビニリデン共重合体);これらの混合物;が挙げられる。
 フッ化ビニリデンと共重合可能なモノマーとしては、例えば、テトラフロロエチレン、ヘキサフロロプロピレン、トリフロロエチレン、トリクロロエチレン、フッ化ビニル等が挙げられ、1種又は2種以上を用いることができる。
 ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、乳化重合または懸濁重合により製造できる。
 多孔質層に含まれる樹脂は、耐熱性の観点で、耐熱性樹脂(融点が200℃以上の樹脂、又は、融点を有さず分解温度が200℃以上の樹脂)が好ましい。耐熱性樹脂としては、例えば、ポリアミド、全芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、セルロース、及びこれらの混合物が挙げられる。中でも、多孔構造の形成のしやすさ、無機粒子との結着性、耐酸化性などの観点で、全芳香族ポリアミドが好ましい。全芳香族ポリアミドの中でも、多孔質層の成形が容易という観点で、メタ型全芳香族ポリアミドが好ましく、特にポリメタフェニレンイソフタルアミドが好適である。
[無機粒子]
 無機粒子は、電解液に安定であり、且つ、電気化学的に安定なものが好ましい。無機粒子は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してよい。
 無機粒子としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化クロム、水酸化ジルコニウム、水酸化セリウム、水酸化ニッケル、水酸化ホウ素等の金属水酸化物;シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化マグネシウム等の金属酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩;ケイ酸カルシウム、タルク等の粘土鉱物;などが挙げられる。中でも、難燃性付与や除電効果の観点で、金属水酸化物及び金属酸化物が好ましい。無機粒子は、シランカップリング剤等により表面修飾されたものでもよい。
 無機粒子の粒子形状は任意であり、球形、楕円形、板状、棒状、不定形のいずれでもよい。電池の短絡防止の観点からは、板状の粒子や、凝集していない一次粒子であることが好ましい。無機粒子は一次粒子の体積平均粒径が、電極との良好な接着性、イオン透過性、すべり性、及び多孔質層の成形性の観点で、0.01μm~10μmが好ましく、0.1μm~10μmがより好ましい。
 多孔質層は、電極との接着性の観点で少なくとも樹脂を含有することが好ましく、耐熱性の観点でさらに無機粒子を含有することが好ましい。多孔質層が樹脂及び無機粒子を含有する場合、樹脂と無機粒子の合計量に占める無機粒子の割合は、例えば30体積%~90体積%である。
 多孔質層は、有機フィラーやその他の成分を含有していてもよい。有機フィラーとしては、例えば、架橋ポリ(メタ)アクリル酸、架橋ポリ(メタ)アクリル酸エステル、架橋ポリシリコーン、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン-ホルムアルデヒド縮合物等の架橋高分子からなる粒子;ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミド等の耐熱性樹脂からなる粒子;などが挙げられる。
[セパレータの諸物性]
 本開示においてセパレータのガーレ値(JIS P8117(2009))は、機械強度と膜抵抗のバランスがよい点で、50秒/100cc~800秒/100ccが好ましい。
 本開示においてセパレータは、イオン透過性の観点から、多孔質基材上に多孔質層を設けたセパレータのガーレ値から、多孔質基材のガーレ値を減算した値が、300秒/100cc以下が好ましく、150秒/100cc以下がより好ましく、100秒/100cc以下が更に好ましい。
 本開示においてセパレータの膜厚は、機械強度および電池としたときのエネルギー密度の観点から、5μm~40μmが好ましく、5μm~35μmがより好ましく、10μm~20μmが更に好ましい。
[セパレータロールの製造方法]
 本開示のセパレータロールには、セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取った一次ロール、及び、一次ロールからセパレータを巻芯に巻き取った二次ロールが含まれる。二次ロールには、一次ロールからセパレータをそのまま巻き取ったロール、及び、一次ロールから送り出されたセパレータを所望の幅にスリットしながら巻き取ったロールが含まれる。
 一次ロールの巻芯と、二次ロールの巻芯とは、同じでもよく異なっていてもよい。両巻芯としては、特に制限はなく、長尺のシートを巻く公知の巻芯が挙げられる。
 巻芯の材質としては、樹脂、紙、金属などが挙げられる。巻芯の一実施形態として、外周面に、溝及び/又はスリットを有する巻芯が挙げられる。巻芯の一実施形態として、外周面に、巻き取られるシートの損傷を抑制するための弾性層(例えばゴム層)を有する巻芯が挙げられる。
 巻芯の軸方向の長さは、巻き取られるシートの幅以上であれば特に制限されないが、巻き取られるシートの幅に対して+0cm~+50cmの長さであることが好ましい。巻芯の外径は、7cm~30cmが好ましい。
 本開示において、セパレータは、多孔質基材の片面又は両面に多孔質層を設けたセパレータである。多孔質層は、多孔質基材の片面又は両面に塗工液を塗工して形成された塗工層が固化してなる層である。塗工液は、樹脂及び無機粒子の少なくともいずれかを含有する。
 多孔質基材上に多孔質層を設ける方法としては、塗工液を多孔質基材に塗工して塗工層を形成した後、乾燥により塗工層を固化させ多孔質層を設ける乾式製法;塗工液を多孔質基材に塗工して塗工層を形成した後、塗工層を凝固液に接触させて塗工層を固化させ多孔質層を設ける湿式製法;等が挙げられる。乾式製法は湿式製法に比べて多孔質層が緻密になりやすいので、良好な多孔構造を得られる点で湿式製法の方が好ましい。
 湿式製法は、樹脂を含有する塗工液を調製する塗工液調製工程、塗工液を多孔質基材の片面又は両面に塗工して塗工層を形成する塗工工程、塗工層を凝固液に接触させて塗工層に含まれる樹脂を凝固させて複合膜(多孔質基材の片面又は両面に多孔質層を有するシート)を得る凝固工程、複合膜を水洗する水洗工程、及び、複合膜を乾燥する乾燥工程、を有することが好ましい。塗工液には、さらに無機粒子を分散させてもよい。
 乾式製法は、樹脂を含有する塗工液を調製する塗工液調製工程、塗工液を多孔質基材の片面又は両面に塗工して塗工層を形成する塗工工程、塗工層に含まれる溶媒を除去して塗工層に含まれる樹脂を凝固させて複合膜(多孔質基材の片面又は両面に多孔質層を有するシート)を得る凝固工程、を有することが好ましい。塗工液には、さらに無機粒子を分散させてもよい。
 湿式製法および乾式製法の各工程の詳細は、以下のとおりである。
-塗工液調製工程-
 塗工液調製工程は、樹脂を含有する塗工液を調製する工程である。塗工液は、例えば、樹脂を溶媒に溶かし、必要に応じてさらに無機粒子を分散させて調製する。
 塗工液の調製に用いる、樹脂を溶解する溶媒(以下、「良溶媒」とも称する。)としては、N-メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド等の極性アミド溶媒が好適に用いられる。
 良好な多孔構造を有する多孔質層を形成する観点で、相分離を誘発させる相分離剤を良溶媒に混合することが好ましい。相分離剤としては、水、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ブタンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリプロピレングリコール等が挙げられる。相分離剤は、塗工に適切な粘度が確保できる範囲の量で良溶媒と混合することが好ましい。
 塗工液の調製に用いる溶媒としては、良好な多孔構造を形成する観点から、良溶媒を60質量%以上、相分離剤を10質量%~40質量%含む混合溶媒が好ましい。
 塗工液は、良好な多孔構造を形成する観点から、樹脂を塗工液の全質量に対して3質量%~10質量%の濃度で含むことが好ましい。
-塗工工程-
 塗工工程は、多孔質基材の片面又は両面に、樹脂を含有する塗工液を塗工して塗工層を形成する工程である。多孔質基材への塗工液の塗工手段としては、マイヤーバー、ダイコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター等が挙げられる。多孔質層を多孔質基材の両面に形成する場合、塗工液を両面同時に基材へ塗工することが生産性の観点から好ましい。
-凝固工程-
 湿式製法の場合、凝固工程は、塗工層を凝固液に接触させて塗工層に含まれる樹脂を凝固させ複合膜を得る工程である。塗工層を凝固液に接触させる方法としては、塗工層を有する多孔質基材を、凝固液に浸漬させることが好ましく、具体的には、凝固液が入った槽(凝固槽)を通過させることが好ましい。
 凝固液は、塗工液の調製に用いた良溶媒及び相分離剤と、水とを含むことが一般的である。良溶媒と相分離剤の混合比は、塗工液の調製に用いた混合溶媒の混合比に合わせるのが生産上好ましい。凝固液中の水の含有量は40質量%~80質量%であることが、多孔構造の形成および生産性の観点から好ましい。凝固液の温度は、例えば20℃~50℃である。
 乾式製法の場合、凝固工程は、乾燥により塗工層に含まれる溶媒を除去して塗工層に含まれる樹脂を凝固させ複合膜を得る工程である。乾式製法において、複合膜から溶媒を除去する方法は、限定はなく、例えば、複合膜を発熱部材に接触させる方法;温度及び湿度を調整したチャンバー内に複合膜を搬送する方法;などが挙げられる。
-水洗工程-
 水洗工程は、湿式製法において、複合膜に含まれている溶媒(塗工液に含まれる溶媒、及び、凝固液に含まれる溶媒)を除去する目的で、複合膜を水洗する工程である。水洗工程は、具体的には、水が入った槽(水洗槽)の中を、複合膜を搬送することによって行うことが好ましい。水洗用の水の温度は、例えば20℃~50℃である。
-乾燥工程-
 乾燥工程は、水洗工程の後、水洗後の複合膜から水を除去する目的で行われる工程である。乾燥方法は、制限されず、例えば、複合膜を発熱部材に接触させる方法;温度及び湿度を調整したチャンバー内に複合膜を搬送する方法;複合膜に熱風をあてる方法;などが挙げられる。複合膜に熱を付与する場合、その温度は、例えば50℃~80℃である。
 一次ロールは、上記の各工程を順次行って製造されたセパレータを直接巻芯に巻き取ることで製造される。二次ロールは、一次ロールからセパレータをさらに巻き取ることで製造される。一次ロールを製造する際において、セパレータの巻き取り速度は、例えば10m/min~100m/minであり、生産性を考慮すると40m/min~100m/minがより好ましい。一方、二次ロールを製造する際において、セパレータの巻き取り速度は、例えば10m/min~200m/minであり、生産性を考慮すると50m/min~200m/minがより好ましい。
 湿式製法又は乾式製法の各工程において、25℃下MD方向収縮率を1.0%以下に制御しつつ、皺の少ない外観の良好なセパレータを製造する観点で、以下の(a)~(g)を適用することが好ましい。
(a)セパレータの製造に、内部応力の小さい多孔質基材を使用する。したがって、本開示においては、熱固定をしっかり実施された多孔質基材が好ましい。
(b)多孔質基材に塗工液を塗工する際の延伸比(塗工開始点の搬送速度に対する、塗工終了点の搬送速度の比)をできる限り下げる。
(c)凝固槽及び水洗槽の通過時は、搬送物に対する搬送抵抗が大きいので、多孔質基材が伸ばされやすく、結果、セパレータに皺が発生することがある。これを抑制するため、凝固液及び水洗槽の水の温度をできる限り下げる。凝固液及び水洗槽の水の温度は、40℃以下が好ましく、35℃以下がより好ましく、25℃程度が更に好ましい。
(d)乾燥工程において複合膜に熱を付与する場合、熱収縮による複合膜の寸法変化を抑制するため、ロール部材等に複合膜を接触させる弛緩工程をさらに設ける。
(e)各工程の延伸比(工程開始点の搬送速度に対する、該工程終了点の搬送速度の比)の低下と搬送物における皺の発生とはトレードオフの関係であるので、各工程の延伸比を単に下げると多孔質基材及びセパレータに皺が入りやすい。搬送上の工夫として、搬送ロールをすべて駆動ロールにする;搬送ロール間の距離を短くする;皺を伸ばすエクスパンダーやピンチロールを設置する;等を施す。多孔質基材に塗工液を塗工する際に多孔質基材に最も張力がかかるので、特に、塗工の直前にピンチロールを設置する。
(f)多孔質基材の送り出し速度に対するセパレータの巻き取り速度の速度比(%)(セパレータの巻き取り速度÷多孔質基材の送り出し速度×100)(本開示において「トータル延伸比」と言う。)をできる限り下げる。トータル延伸比は、103%以下が好ましく、102%以下がより好ましく、ただし100%以上が好ましい。
(g)セパレータを巻芯に巻き取る際にセパレータにかける張力をできる限り下げる。ただし、この張力を下げ過ぎるとセパレータに皺が入るので、(e)と同様の搬送上の工夫を採用することが望ましい。
 さらに、セパレータを巻芯に巻き取った後、以下の(h)~(k)によって、25℃下MD方向収縮率を1.0%以下に制御し得る。
(h)一次ロールに対して、熱環境に放置する熱処理(アニール)を施す。アニール温度(熱環境の温度)は、40℃~110℃が好ましく、より好ましくは50℃~90℃である。ただし、アニール温度が90℃を超えると、多孔質基材に含まれる樹脂が部分的に溶融したり、セパレータどうしが接着するブロッキング現象が発生したりすることに留意する。処理時間(熱環境下の放置時間)は長い程好ましく、例えば12時間以上である。
(i)一次ロールから送り出されたセパレータをスリットしながら巻芯に巻き取って二次ロールを製造する場合、一次ロールからセパレータを送り出す際にセパレータにかける張力、及び、セパレータを巻芯に巻き取る際にセパレータにかける張力をできる限り下げる。ただし、スリット端の外観が良好なセパレータを得るためには、両張力はある程度かける必要がある。
(j)二次ロールを製造する場合、セパレータに皺を生じさせることなく巻芯に巻き取るために、巻き取り直前においてセパレータにロール部材(つまり、コンタクトロール)で接圧をかけることが好ましく、その場合、ロール部材の接圧をできる限り下げる。
(k)二次ロールに対して、熱環境に放置する熱処理(アニール)を施す。ただし、熱処理は、セパレータの幅方向両端のたるみを引き起こすことがあるので、熱処理の温度および処理時間に留意する。温度は40℃~70℃が好ましく、より好ましくは40℃~60℃である。処理時間は例えば1時間~48時間である。
 本開示のセパレータロールを製造する製造方法として、下記の実施形態が好ましい例として挙げられる。
 セパレータロールの製造方法の一実施形態は、多孔質基材の片面又は両面に湿式製法で多孔質層を設ける製造方法であり、凝固液の温度が40℃以下(好ましくは35℃以下、より好ましくは25℃程度)である。
 セパレータロールの製造方法の一実施形態は、多孔質基材の送り出し速度に対し速度比103%以下(好ましくは100%~103%、より好ましくは100%~102%)の巻き取り速度でセパレータを巻芯に巻き取ること、を含む。この実施形態によれば、皺が少なく巻き姿の良い一次ロールを作製しやすく、2次ロールに加工した後の収縮率も低く抑えやすい。
 セパレータロールの製造方法の一実施形態は、セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取ったロールを40℃~110℃の雰囲気に12時間以上(例えば24時間)放置すること、を含む。この実施形態によれば、多孔性基材及び塗工層の多孔構造の閉塞を抑制することができる。特に、塗工層が接着性樹脂を含む塗工層の場合、ブロッキング現象(セパレータロールにおいて互いに重なり合うセパレータ同士が接着してしまう現象)、及び塗工層の多孔構造の閉塞を抑制できる。セパレータロールの製造方法の一実施形態は、前記ロールを、50℃~80℃の雰囲気に12時間以上(例えば24時間)放置することがより好ましい。
 本開示のセパレータロールとして、下記の実施形態が好ましい例として挙げられる。
 セパレータロールの一実施形態において、セパレータが備える多孔質層は、多孔質基材の片面又は両面に湿式製法で設けられた多孔質層であって、温度40℃以下(好ましくは35℃以下、より好ましくは25℃程度)の凝固液に接触することによって塗工層中の樹脂が固化してなる多孔質層である。
 セパレータロールの一実施形態は、セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取った一次ロール、又は、一次ロールからセパレータを巻芯に巻き取った二次ロールであって、一次ロールは、トータル延伸比103%以下(好ましくは100%~103%、より好ましくは100%~102%)でセパレータを巻芯に巻き取ったロールである。この実施形態によれば、多孔性基材及び塗工層の多孔構造の閉塞を抑制することができる。特に、塗工層が接着性樹脂を含む塗工層の場合、ブロッキング現象及び塗工層の多孔構造の閉塞を抑制できる。
 セパレータロールの一実施形態は、セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取った一次ロール、又は、一次ロールからセパレータを巻芯に巻き取った二次ロールであって、一次ロールは、40℃~110℃(好ましくは50℃~80℃)の雰囲気に12時間以上(例えば24時間)放置することを施されたロールである。この実施形態によれば、多孔性基材及び塗工層の多孔構造の閉塞を抑制することができる。特に、塗工層が接着性樹脂を含む塗工層の場合、ブロッキング現象及び塗工層の多孔構造の閉塞を抑制できる。
 一次ロールの一実施形態は、例えば幅200mm~2000mmのセパレータを、少なくとも100m以上、多くとも3000m以下、巻き取ったロールである。
 二次ロールの一実施形態は、例えば幅15mm~500mmのセパレータを、少なくとも100m以上、多くとも2500m以下、巻き取ったロールである。
 セパレータロールの一実施形態において、セパレータロールの直径は、例えば15cm~30cmである。
 本開示のセパレータロールは、一次電池および二次電池の製造に用いることができる。以下に、本開示のセパレータロールに巻かれているセパレータを二次電池に適用した実施形態例を説明する。
<非水系二次電池>
 本開示の非水系二次電池は、リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得る非水系二次電池であって、正極と、負極と、本開示のセパレータロールから供給されたセパレータとを備える。非水系二次電池は、負極と正極とがセパレータを介して対向した構造体に電解液が含浸された電池要素が、外装材内に封入された構造を有する。ドープとは、吸蔵、担持、吸着、又は挿入を意味し、正極等の電極の活物質にリチウムイオンが入る現象を意味する。
 本開示の非水系二次電池は、非水電解質二次電池、特にリチウムイオン二次電池に好適である。
 本開示の非水系二次電池は、本開示のセパレータロールから供給されるセパレータを用いて製造されることにより、電池素子の製造の際に巻きずれを起しにくい。また、本開示の非水系二次電池は、本開示のセパレータロールから供給されたセパレータを備えることにより、電池素子が変形を起しにくい。したがって、本開示の非水系二次電池は、電池の製造歩留りが高い。
 本開示の非水系二次電池において、正極の実施態様例としては、正極活物質及びバインダー樹脂を含む活物質層が集電体上に成形された構造が挙げられる。活物質層は、さらに導電助剤を含んでもよい。正極活物質としては、例えばリチウム含有遷移金属酸化物等が挙げられ、具体的にはLiCoO、LiNiO、LiMn1/2Ni1/2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3、LiMn、LiFePO、LiCo1/2Ni1/2、LiAl1/4Ni3/4等が挙げられる。バインダー樹脂としては、例えばポリフッ化ビニリデン系樹脂などが挙げられる。導電助剤としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛粉末などの炭素材料が挙げられる。集電体としては、例えば厚さ5μm~20μmの、アルミ箔、チタン箔、ステンレス箔等が挙げられる。
 本開示の非水系二次電池において、負極の実施態様例としては、負極活物質及びバインダー樹脂を含む活物質層が集電体上に成形された構造が挙げられる。活物質層は、さらに導電助剤を含んでもよい。負極活物質としては、リチウムを電気化学的に吸蔵し得る材料が挙げられ、具体的には例えば、炭素材料;ケイ素、スズ、アルミニウム等とリチウムとの合金;などが挙げられる。バインダー樹脂としては、例えばポリフッ化ビニリデン系樹脂、スチレン-ブタジエンゴムなどが挙げられる。導電助剤としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛粉末などの炭素材料が挙げられる。集電体としては、例えば厚さ5μm~20μmの、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等が挙げられる。上記の負極に代えて、金属リチウム箔を負極として用いてもよい。
 本開示の非水系二次電池において電解液は、例えば、リチウム塩を非水系溶媒に溶解した溶液である。リチウム塩としては、例えばLiPF、LiBF、LiClO等が挙げられる。非水系溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フロロエチレンカーボネート、ジフロロエチレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びそのフッ素置換体等の鎖状カーボネート;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等の環状エステル;などが挙げられ、これらは単独で用いても混合して用いてもよい。電解液としては、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを質量比(環状カーボネート:鎖状カーボネート)20:80~40:60で混合し、リチウム塩を0.5M~1.5M溶解した電解液が好ましい。
 本開示の非水系二次電池の外装材としては、金属缶、アルミラミネートフィルム製パック等が挙げられる。本開示の非水系二次電池の形状は、角型、平型、円筒型、コイン型等のいずれでもよい。本開示におけるセパレータは、これらのいずれの形状にも好適である。
 本開示の非水系二次電池の製造方法は、特に制限されるものではない。本開示の非水系二次電池の電池素子は、例えば、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に重ね、長さ方向に巻き回す方式で製造される。
 本開示の非水系二次電池の実施形態例として、接着性樹脂を含有する多孔質層を有するセパレータを用いた電池が挙げられる。この非水系二次電池においては、接着性樹脂を含有する多孔質層を介してセパレータと電極とが密着するので、電池素子の巻きずれ及び変形がより発生しにくくなり、その結果、電池の製造歩留りがより高くなる。
 以下に実施例を挙げて、本開示のセパレータロール及び非水系二次電池をさらに具体的に説明する。ただし、本開示のセパレータロール及び非水系二次電池は、以下の実施例に限定されるものではない。本例における膜厚およびガーレ値の測定方法は、以下のとおりである。
[膜厚]
 多孔質基材および複合膜の膜厚(μm)は、接触式の厚み計(ミツトヨ社製LITEMATIC)にて、10cm×30cm内の任意の20点を測定し、これを平均することで求めた。直径5mmの円柱状の測定端子を用い、荷重7gの条件で測定を行った。
[ガーレ値]
 多孔質基材のガーレ値(秒/100cc)は、JIS P8117(2009)に従い、ガーレ式デンソメータ(東洋精機社製G-B2C)を用いて測定した。
<実施例1>
 ポリフッ化ビニリデン系樹脂(PVDF系樹脂)として、クレハ社製のKFポリマー#9300とARKEMA社製のKYNAR2801とを質量比50:50で混合した樹脂を、溶媒(ジメチルアセトアミド:トリプロピレングリコール=質量比70:30)に溶解し、PVDF系樹脂の濃度が5質量%の塗工液を作製した。該塗工液を、多孔質基材(ポリエチレン微多孔膜、SK社製TN0901、膜厚9μm、ガーレ値150秒/100cc)の両面に等量塗工し、多孔質基材の両面に塗工層を形成した。塗工層形成後の多孔質基材を、凝固液(水:ジメチルアセトアミド:トリプロピレングリコール=質量比62.5:30:7.5、温度35℃)に浸漬して塗工層を固化させ、ポリエチレン微多孔膜の両面に多孔質層を備えた複合膜を得た。続いて、複合膜を水洗し乾燥して、巻芯(紙製、内径15cm、外径18cm)に500m巻き取り、このロールに75℃の雰囲気に24時間放置する熱処理を施して、一次ロールを得た。一次ロール製造の際のトータル延伸比を102.0%とした。
 次いで、一次ロールを室温に放置して冷却した後、一次ロールから送り出されたセパレータを100mm幅にスリットしながら、巻芯(合成樹脂製、内径7.6cm、外径20cm)に400m巻き取り、100mm×400m巻きの二次ロールを得た。
<実施例2>
 一次ロールに施す熱処理の条件を50℃且つ24時間に変更した以外は、実施例1と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<実施例3>
 一次ロールに施す熱処理の条件を50℃且つ24時間に変更し、一次ロール製造の際のトータル延伸比を103.0%に変更した以外は、実施例1と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<実施例4>
 ポリメタフェニレンイソフタルアミド(PMIA)(帝人テクノプロダクツ社製コーネックス)を溶媒(ジメチルアセトアミド:トリプロピレングリコール=質量比70:30)に溶解し、PMIA濃度が5質量%の溶液を作製した。この溶液に、無機粒子としてα-アルミナ(岩谷化学工業社製SA-1、平均粒子径0.8μm)をα-アルミナ:PMIA=質量比50:50となるように分散させ、塗工液を作製した。該塗工液を用いた以外は、実施例1と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<実施例5>
 一次ロール製造の際のトータル延伸比を103.0%に変更した以外は、実施例4と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<実施例6>
 特開2013-139652号公報に開示されているアラミド繊維不織布の製造方法に準じて、膜厚30μmのアラミド繊維不織布を作製した。これを多孔質基材として用い、トータル延伸比を100.2%に変更した以外は、実施例4と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<実施例7>
 多孔質基材として、膜厚30μmのポリエチレンテレフタラート(PET)繊維不織布を用いた。ポリフッ化ビニリデン系樹脂(PVDF系樹脂)として、クレハ社製のKFポリマー#9300とARKEMA社製のKYNAR2801とを質量比50:50で混合した樹脂を用いた。このPVDF系樹脂を溶媒(ジメチルアセトアミド:トリプロピレングリコール=質量比70:30)に溶解し、樹脂濃度が5質量%の溶液を作製した。この溶液に、無機粒子としてα-アルミナ(岩谷化学工業社製SA-1、平均粒子径0.8μm)をα-アルミナ:PVDF系樹脂=質量比50:50となるように分散させ、塗工液を作製した。該多孔質基材と該塗工液を用い、トータル延伸比を100.2%に変更した以外は、実施例1と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<比較例1>
 一次ロールに施す熱処理の条件を35℃且つ24時間に変更した以外は、実施例1と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<比較例2>
 塗工層を固化させるための凝固液の温度を50℃に変更し、トータル延伸比を103.5%に変更し、一次ロールに熱処理を施さなかった以外は、実施例1と同様にして、一次ロール及び二次ロールを得た。
<評価>
 実施例1~7及び比較例1~2について、セパレータロールの評価を下記のとおりに行った。結果を表1に示す。
[一次ロールの外観]
 一次ロールを目視で観察し、皺の有無を判定した。観察の際、ライトを当てると皺が見えやすいので、ライトを当てて観察した。
-評価基準-
 A:皺が認められない。
 B:皺があるが、実用に差支えない程度。
 C:皺が多量にある。
[セパレータの25℃下MD方向収縮率および25℃下TD方向拡大率]
 一次ロール又は二次ロールの最表層を取り除く目的で、一次ロール又は二次ロールの外端からセパレータを5周分出して切除した。この切除端からセパレータを長さ200mm切り取り、これを試験片(MD方向200mm×TD方向100mm)とした。
 試験片の片面に、図1に示す位置A、A、B、B、C、C、C、D、D及びDに印を付けた。試験片の一端をクリップで把持し、温度25℃、相対湿度50±10%の恒温槽の中に、MD方向が重力方向となるように試験片をつるし、無張力状態で24時間放置した。
 24時間放置の前と後に、A間、A間、C間、C間及びC間の長さを測定し、以下の式によって、MD方向の収縮率(%)とTD方向の拡大率(%)を算出した。
 25℃下MD方向収縮率(%)={[(放置前のA間の長さ-放置後のA間の長さ)÷放置前のA間の長さ]+[(放置前のA間の長さ-放置後のA間の長さ)÷放置前のA間の長さ]}÷2×100
 即ち、A間の収縮率とA間の収縮率の平均を、25℃下MD方向収縮率とした。
 25℃下TD方向拡大率(%)={[(放置後のC間の長さ-放置前のC間の長さ)÷放置前のC間の長さ]+[(放置後のC間の長さ-放置前のC間の長さ)÷放置前のC間の長さ]+[(放置後のC間の長さ-放置前のC間の長さ)÷放置前のC間の長さ]}÷3×100
 即ち、C間の拡大率とC間の拡大率とC間の拡大率の平均を、25℃下TD方向拡大率とした。
 本例では試験片のTD方向長さを100mmとしたが、25℃下MD方向収縮率および25℃下TD方向拡大率を求める上では、TD方向長さはこれに限定されるものでない。
 本例では、一次ロール又は二次ロールの外端からセパレータを出しはじめてから試験片を恒温槽につるすまで(つまり、24時間放置を開始するまで)の時間を10分間以内とし、恒温槽から試験片を出した後ただちに24時間放置後の長さ測定を行った。試験片の長さ、A等の印の位置、及び、A間等の長さは、大山光学製ガラススケールを用いて測定し、50倍の拡大鏡で目盛を0.00mmまで読み取った。
[135℃におけるセパレータの熱収縮率]
 一次ロール又は二次ロールから、セパレータをMD方向190mm×TD方向60mmに切り出し、これを試験片とした。TD方向を2等分する線上で、且つ、MD方向の一方の端から20mm及び170mmの2点(点A及び点Bと言う。)に印をつけた。点Aから最も近い端と点Aとの間をクリップで把持し、135℃のオーブンの中にMD方向が重力方向となるように試験片をつるし、無張力状態で30分間熱処理を行った。熱処理前後のAB間の長さを測定し、以下の式によって、熱収縮率(%)を算出した。
 MD方向の熱収縮率(%)=(熱処理前のAB間の長さ-熱処理後のAB間の長さ)÷熱処理前のAB間の長さ×100
 本例では試験片のTD方向長さを60mmとしたが、135℃熱収縮率を求める上では、TD方向長さはこれに限定されるものでない。
[電池素子の巻きずれ]
 二次ロールからセパレータを供給し、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に重ね、巻回装置を用いて長さ方向に巻き回し、電池素子を作製した。巻き回す際、正極、負極にはそれぞれ300gの張力をかけ、セパレータには100gの張力をかけた。電池素子の作製後、2枚のセパレータの巻きずれ(mm)を測定した。セパレータの巻きずれが0.2mm以上の場合は「巻きずれの発生有り」、0.2mm未満の場合は「巻きずれの発生なし」と判定した。本試験に使用する負極および正極は、以下のようにして作製した。
-負極の作製-
 負極活物質である人造黒鉛300質量部、バインダーであるスチレン-ブタジエン共重合体の変性体を40質量%含む水溶性分散液7.5質量部、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース3質量部、及び適量の水を双腕式混合機にて攪拌し、負極用スラリーを作製した。この負極用スラリーを負極集電体である厚さ10μmの銅箔に両面塗布し、乾燥後プレスして、負極活物質層を有する負極を得た。
-正極の作製-
 正極活物質であるコバルト酸リチウム粉末89.5質量部、導電助剤であるアセチレンブラック4.5質量部、及びバインダーであるポリフッ化ビニリデン6質量部を、ポリフッ化ビニリデンの濃度が6質量%となるようにN-メチル-2-ピロリドンに溶解し、双腕式混合機にて攪拌し、正極用スラリーを作製した。この正極用スラリーを正極集電体である厚さ20μmのアルミ箔に両面塗布し、乾燥後プレスして、正極活物質層を有する正極を得た。
[電池素子の外観]
 温度25±3℃、相対湿度50±10%の雰囲気で、上記と同じ工程で電池素子を作製し、同じ雰囲気に電池素子を1時間放置した。1時間放置の前後に電池素子の最大径(mm)を測定し、以下の式によって膨れ率(%)を算出した。膨れ率が大きいほど、電池素子が膨れたことを意味し、電池素子の外観不良を意味する。
 膨れ率(%)=(放置後の最大径-放置前の最大径)÷放置前の最大径×100
-評価基準-
 A:膨れ率が5%未満である。
 B:膨れ率が5%以上10%未満である。
 C:膨れ率が10%以上である。
[電池素子の合格率]
 温度25±3℃、相対湿度50±10%の雰囲気で、上記と同じ工程で電池素子を20個作製し、それぞれに熱プレス(圧力1MPa、温度95℃)を実施した。熱プレス後の各電池素子を分解し、電極及びセパレータを観察し、電極に亀裂がなく且つセパレータに皺や折れが観察されない場合を合格品と判断し、20個の合格率(合格品の個数÷20×100)を算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 2014年7月11日に出願された日本国出願番号第2014-143662号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (9)

  1.  多孔質基材と、
     前記多孔質基材の片面又は両面に、樹脂及び無機粒子の少なくともいずれかを含有する塗工液を塗工して形成された塗工層が固化してなる多孔質層と、
     を備えた非水電解質電池用セパレータが、巻芯に巻かれたセパレータロールであって、
     下記の方法(1)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの機械方向の収縮率が1.0%以下である、セパレータロール。
     方法(1):セパレータロールの外端から非水電解質電池用セパレータを5周分取り除いた後、その端部から非水電解質電池用セパレータを機械方向に200mm切り取り、試料とする。該試料を25℃下に24時間、無張力状態で放置し、該放置前後の機械方向の長さを測定し、下記の式によって機械方向の収縮率を算出する。
     機械方向の収縮率(%)=(放置前の機械方向の長さ-放置後の機械方向の長さ)÷放置前の機械方向の長さ×100
  2.  前記多孔質基材が、融点200℃未満の熱可塑性樹脂を含有する、請求項1に記載のセパレータロール。
  3.  前記セパレータロールは、前記非水電解質電池用セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取った一次ロール、又は、前記一次ロールから前記非水電解質電池用セパレータを巻芯に巻き取った二次ロールであって、
     前記一次ロールは、前記多孔質基材の送り出し速度に対し速度比100%以上103%以下の巻き取り速度で前記非水電解質電池用セパレータを巻芯に巻き取ったセパレータロールである、
     請求項1又は請求項2に記載のセパレータロール。
  4.  前記セパレータロールは、前記非水電解質電池用セパレータを製造後に直接巻芯に巻き取った一次ロール、又は、前記一次ロールから前記非水電解質電池用セパレータを巻芯に巻き取った二次ロールであって、
     前記一次ロールは、40℃以上110℃以下の雰囲気に12時間以上放置することを施されたセパレータロールである、
     請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のセパレータロール。
  5.  下記の方法(2)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの幅方向の拡大率が0%以上0.6%以下である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のセパレータロール。
     方法(2):セパレータロールの外端から非水電解質電池用セパレータを5周分取り除いた後、その端部から非水電解質電池用セパレータを機械方向に200mm切り取り、試料とする。該試料を25℃下に24時間、無張力状態で放置し、該放置前後の幅方向の長さを測定し、下記の式によって幅方向の拡大率を算出する。
     幅方向の拡大率(%)=(放置後の幅方向の長さ-放置前の幅方向の長さ)÷放置前の幅方向の長さ×100
  6.  下記の方法(3)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの機械方向の熱収縮率が3%以上40%以下である、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のセパレータロール。
     方法(3):セパレータロールから非水電解質電池用セパレータを切り出し、機械方向の長さ190mmの試料を得る。該試料を135℃下に30分間、無張力状態で放置する熱処理を行い、該熱処理前後の機械方向の長さを測定し、下記の式によって機械方向の熱収縮率を算出する。
     機械方向の熱収縮率(%)=(熱処理前の機械方向の長さ-熱処理後の機械方向の長さ)÷熱処理前の機械方向の長さ×100
  7.  前記方法(1)で求めた前記非水電解質電池用セパレータの機械方向の収縮率が0.5%以下である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のセパレータロール。
  8.  前記塗工液が接着性樹脂を含有する、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のセパレータロール。
  9.  正極と、
     負極と、
     請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のセパレータロールから供給され、前記正極及び前記負極の間に配置された非水電解質電池用セパレータと、
     を備え、リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得る非水系二次電池。
PCT/JP2015/068234 2014-07-11 2015-06-24 セパレータロール及び非水系二次電池 WO2016006453A1 (ja)

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