WO2019107521A1 - 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 - Google Patents

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separator
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恵美 佐藤
西川 聡
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Definitions

  • the present disclosure relates to a non-aqueous secondary battery separator and a non-aqueous secondary battery.
  • Non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are widely used as a power source for portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, digital cameras, camcorders and the like. Further, with the downsizing and weight reduction of portable electronic devices, the weight reduction of the exterior of the non-aqueous secondary battery has been achieved.
  • an aluminum can was developed as a substitute material for a stainless steel can, and in recent years, a pack made of an aluminum laminate film has been developed as a substitute material for a metal can.
  • the pack made of an aluminum laminate film is characterized by having a soft property. Therefore, in a battery (so-called soft pack battery) having the pack as an exterior material, a gap is formed between the electrode and the separator under the influence of an external impact or the expansion and contraction of the electrode accompanying charge and discharge. Cheap. As a result, the cycle life may be reduced.
  • a separator having an adhesive porous layer containing a polyvinylidene fluoride resin on a microporous polyolefin membrane is known as one of techniques for enhancing the adhesion between an electrode and a separator (for example, Japanese Patent No. 4127989). Gazette, WO 2014/021293, WO 2013/058371, WO 2014/021290, JP 2014-41818)). This separator adheres well to the electrode through the adhesive porous layer when it is stacked on the electrode in a state containing an electrolytic solution and then hot pressed (so-called wet heat press), thereby improving the cycle life of the soft pack battery. obtain.
  • non-aqueous secondary batteries with high energy density tend to be enlarged in area so that they can be applied to power storage or electric vehicle applications, and the above-mentioned electrodes and separators
  • adhesiveness is important in securing battery capacity, maintaining charge / discharge characteristics, and suppressing the occurrence of battery swelling and the like.
  • a negative electrode using a water-based binder has come into widespread use, and it is desired to further improve the adhesiveness of an adhesive porous layer containing a polyvinylidene fluoride resin to a negative electrode containing a water-based binder.
  • thermocompression bonding hereinafter also referred to as “wet heat press”
  • dry heat press thermocompression bonding
  • the polyvinylidene fluoride resin is heat-pressed in a state of being swollen in the electrolytic solution, so that the adhesiveness between the electrode and the separator is good, and good battery characteristics are easily obtained.
  • the electrolyte solution and the electrolyte may be decomposed to generate gas in the battery, which may cause the battery to swell. For example, in a jellyroll battery, this phenomenon is likely to occur. Therefore, it is desirable that the temperature and time at the time of wet heat press be wide acceptable conditions. If the conditions required for the wet heat press are relaxed, it is easy to stably manufacture a battery of good quality in various manufacturing processes.
  • the adhesiveness between the electrode and the separator is good by the dry heat press, the necessity of the wet heat press is eliminated, and the decomposition of the electrolyte solution and the electrolyte which is a problem in the wet heat press does not occur.
  • the temperature at the time of wet heat press can be lowered by performing dry heat press on the laminate in advance to bond the electrode and the separator. As a result, it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution and the electrolyte.
  • a dry heat press to bond the electrode and the separator before the laminate is accommodated in the exterior material, deformation of the laminate that may occur at the time of transportation when accommodated in the exterior material is also suppressed. .
  • the problem to be solved by one embodiment of the present invention is that the adhesive property with the electrode is excellent by either the wet heat press or the dry heat press, and the conditions of temperature and time required particularly in the wet heat press are relaxed.
  • Another object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery separator that is applicable to various manufacturing processes of batteries.
  • the problem to be solved by another embodiment of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery with high productivity.
  • a separator for a non-aqueous secondary battery comprising: a porous substrate; and an adhesive porous layer provided on one side or both sides of the porous substrate and containing the following resin A and resin B1: .
  • Resin A A copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as monomer components, and occupying the total molar amount of vinylidene fluoride monomer unit and hexafluoropropylene monomer unit Polyvinylidene fluoride resin having a molar ratio of hexafluoropropylene monomer units of more than 1.5 mol% and not more than 3.5 mol%
  • Resin B1 vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and the following as monomer components
  • a copolymer comprising a monomer represented by the formula (1), and a vinylidene fluoride monomer unit, a hexafluoropropylene monomer unit, and a monomer represented by the following formula (1)
  • Polyvinylidene fluoride resin in which the molar ratio of hexafluoropropylene monomer units in the total molar amount of units is more than 3.5
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group or a derivative thereof, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • X represents a single bond, an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms having a substituent.
  • Y represents a hydrogen atom, an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydroxy group.
  • the content ratio of the monomer represented by said Formula (1) in ⁇ 2> said resin B1 is 0.1 mol% or more with respect to the molar amount of the sum total of the monomer component contained in said resin B1. It is a separator for non-aqueous secondary batteries as described in ⁇ 1>.
  • a ⁇ 3> porous base material The adhesive porous layer provided in the single side
  • Resin A A copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as monomer components, and occupying the total molar amount of vinylidene fluoride monomer unit and hexafluoropropylene monomer unit Polyvinylidene fluoride resin having a molar ratio of hexafluoropropylene monomer units of more than 1.5 mol% and not more than 3.5 mol%
  • Resin B2 containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as monomer components It is a copolymer and the molar ratio of hexafluoropropylene monomer units in the total molar amount of vinylidene fluoride monomer units and hexafluoropropylene monomer units is more than 3.5 mol% and 15 mol% Polyvinylidene fluoride resin that is less than
  • the adhesive porous layer further contains an inorganic filler, and the average particle diameter of the inorganic filler is 0.1 ⁇ m to 0.7 ⁇ m according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>. It is a separator for non-aqueous secondary batteries.
  • ⁇ 7> The non-aqueous secondary battery separator according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the adhesive porous layer has a porosity of 40% to 70%.
  • ⁇ 8> The non-aqueous secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the resin A further contains a monomer represented by the following formula (1) as a monomer component: Separator.
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group or a derivative thereof, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • X represents a single bond, an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms having a substituent.
  • Y represents a hydrogen atom, an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydroxy group.
  • the separator for a non-aqueous secondary battery according to ⁇ 8> wherein a content ratio of the monomer represented by the formula (1) in the resin A is 0.1 mol% or more.
  • the resin A is a separator for a non-aqueous secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>, which has a weight average molecular weight of 700,000 to 3,000,000.
  • the resin B1 or the resin B2 is the separator for a non-aqueous secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 10>, which has a weight average molecular weight of 100,000 or more and less than 700,000.
  • the ratio (A: B1 or B2) of the content of the resin A and the resin B1 or the resin B2 in the adhesive porous layer is 15: 85 to 85: 15 on a mass basis. It is a separator for non-aqueous secondary batteries as described in any one of 1 to ⁇ 11>.
  • a molecular weight distribution (Mw / Mn) which is a ratio of a weight average molecular weight (Mw) to a number average molecular weight (Mn) in the whole of the resin A and the resin B1 or the resin B2 is 2.0 It is a separator for non-aqueous secondary batteries according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12>.
  • the wet heat press and the dry heat press both have excellent adhesion to the electrode, and in particular, the temperature and time conditions required for the wet heat press are alleviated, and the battery There is provided a separator for non-aqueous secondary batteries applicable to various manufacturing processes. According to another embodiment of the present invention, a high productivity non-aqueous secondary battery is provided.
  • non-aqueous secondary battery separator and the non-aqueous secondary battery of the present disclosure will be described in detail.
  • a numerical range indicated using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as the lower limit value and the upper limit value, respectively.
  • the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical value range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of the other stepwise description numerical value range in the numerical value range described stepwise in the present disclosure.
  • the upper limit value or the lower limit value described in a certain numerical range may be replaced with the value shown in the example.
  • the amount of each component in the composition is the total amount of the plurality of substances present in the composition unless a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition. means.
  • the term "process” is not limited to an independent process, and can be used as the term if the intended purpose of the process is achieved, even if it can not be clearly distinguished from other processes. included.
  • the "monomer component" in the resin A and the resins B1 and B2 is a copolymer component constituting a resin which is a copolymer, and means a structural unit when the monomer is copolymerized.
  • a vinylidene fluoride monomer component is also called “VDF”
  • a hexafluoropropylene monomer component is also called “HFP.”
  • heat press is also referred to as "heat press”.
  • the non-aqueous secondary battery separator (hereinafter, also simply referred to as “separator”) of the present disclosure comprises a porous substrate and an adhesive porous layer, and the first embodiment or the first embodiment described below You may have any structure (Hereinafter, these both may be called “the separator for non-aqueous secondary batteries of this indication.” Or “the separator of this indication.) Of 2 aspect.
  • “resin A” in the 1st aspect and the 2nd aspect is synonymous, and its preferable aspect is also the same.
  • the “resin B1” of the first aspect and the “resin B2” of the second aspect may be generally referred to as “resin B”.
  • the separator for a non-aqueous secondary battery according to the first aspect of the present disclosure comprises a porous substrate, and an adhesive porous layer provided on one side or both sides of the porous substrate and containing a resin A and a resin B1 described below. And have.
  • Resin A A hexafluoropropylene monomer which is a copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as monomer components, and accounts for the total molar amount of vinylidene fluoride monomer units and hexafluoropropylene monomer units
  • Polyvinylidene fluoride resin having a molar ratio of hexafluoropropylene monomer units in a total molar amount of at least 3.5% by mole and at most 15% by mole
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group or a derivative thereof, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • X represents a single bond, an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms having a substituent.
  • Y represents a hydrogen atom, an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydroxy group.
  • the separator for a non-aqueous secondary battery according to the second aspect of the present disclosure comprises a porous substrate, and an adhesive porous layer provided on one side or both sides of the porous substrate and containing a resin A and a resin B2 described below. And the total acid value of the resin A and the resin B2 is in the range of 3.0 mg KOH / g to 20 mg KOH / g.
  • Resin A A hexafluoropropylene monomer which is a copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as monomer components, and accounts for the total molar amount of vinylidene fluoride monomer units and hexafluoropropylene monomer units
  • resin B2 having a unit molar ratio of more than 1.5 mol% and not more than 3.5 mol%: A hexafluoropropylene monomer which is a copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as monomer components, and accounts for the total molar amount of vinylidene fluoride monomer units and hexafluoropropylene monomer units
  • Polyvinylidene fluoride resin having a unit molar ratio of more than 3.5 mol% and not more than 15 mol%
  • the separator for a non-aqueous secondary battery of the present disclosure includes the adhesive porous layer containing two specific polyvinylidene fluoride (PVDF) -based resins by either the wet heat press or the dry heat press.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the adhesion between the electrode and the electrode is excellent. Particularly in the case of wet heat pressing, the conditions of temperature and time required for bonding are relaxed, and electrodes are bonded even under a wide range of pressing conditions such as bonding in a low temperature range or long bonding, for example. And the adhesion between the two (hereinafter also referred to as "wet adhesion”) is excellent.
  • the condition necessary for adhesion to the electrode can be relaxed.
  • the separator of the present disclosure contains a resin having a different copolymerization component, the adhesiveness is improved, and in particular when wet heat pressing is performed, good adhesiveness to the electrode is easily obtained even under mild press conditions. This effectively improves the applicability of the separator of the present disclosure to various manufacturing processes.
  • the ratio of the copolymerization component other than vinylidene fluoride contained in the copolymer is equal to or less than a specific ratio.
  • the separator of the present disclosure contains a monomer represented by the formula (1) as a monomer component in the resin contained in the adhesive porous layer, or the acid of the resin contained in the adhesive porous layer
  • the constituent unit or acidic group derived from the copolymer, ie, the PVDF resin as a copolymer that is, the monomer represented by the formula (1) interacts with the electrode active material, and the adhesiveness is
  • the adhesion between the porous layer and the electrode (either wet heat press or dry heat press adhesion) is enhanced, and the pressing conditions required, in particular, in the case of wet heat pressing are extended.
  • the separator of this indication when manufactured by various manufacturing processes, it becomes easier to ensure the adhesiveness between an adhesive porous layer and an electrode.
  • the adhesion between the electrode and the electrode is improved by either the wet heat press or the dry heat press, and the ion permeability is exhibited even after the heat press.
  • wet heat press good adhesion can be maintained even at moderate temperatures and long-term conditions, and good adhesion can be exhibited in various manufacturing processes under a wide range of press conditions. As a result, battery characteristics such as long-term cycle characteristics can be effectively improved.
  • the separator of the present disclosure is not only for an electrode using a solvent-based binder (specifically, PVDF resin), but also for an electrode using an aqueous binder (specifically, a styrene-butadiene copolymer) It is excellent in wet adhesion to the electrode using a solvent-based binder (specifically, PVDF resin), but also for an electrode using an aqueous binder (specifically, a styrene-butadiene copolymer) It is excellent in wet adhesion to the
  • the non-aqueous secondary battery to which the separator of the present disclosure is applied is excellent in cell strength.
  • the separator of the present disclosure can be subjected to wet heat press treatment under a wide range of press conditions, can be heat pressed even under mild conditions, and is excellent in adhesion to electrodes after heat press, so post heat press and long-term cycle tests At times, a good porous structure can be maintained.
  • the non-aqueous secondary battery to which the separator of the present disclosure is applied is excellent in electrode characteristics such as cycle characteristics and load characteristics.
  • the separator of the present disclosure can suppress a phenomenon in which a gap is easily formed between the electrode and the separator, which is likely to be generated by expansion and contraction of the electrode accompanied by charge and discharge and external impact. Therefore, the separator of this indication is suitable for the soft pack battery which uses the pack made from an aluminum laminate film as an exterior material, and also contributes to the improvement of the battery performance at the time of producing a soft pack battery. Further, as described above, since adhesion is possible even under mild temperature and time conditions, aging process is performed even with pressure (external pressure) received from the outside when packed in the outer package material in cylindrical batteries and rectangular batteries. The adhesion between the separator and the electrode can be secured by
  • the acid value in the second embodiment will be described.
  • the acid value of the PVDF resin (Resin A and Resin B2) contained in the adhesive porous layer is in the range of 3.0 mg KOH / g to 20 mg KOH / g.
  • the fact that the acid value of the PVDF-based resin contained in the adhesive porous layer is in the range of 3.0 mg KOH / g to 20 mg KOH / g means that the PVDF-based resin contains a certain amount or more of acidic groups (preferably carboxyl groups)
  • the acid group preferably, a carboxyl group
  • the acid value of the PVDF-based resin is more preferably 5.0 mg KOH / g or more, and still more preferably 7.0 mg KOH / g or more.
  • the acid value of the PVDF resin is preferably high from the viewpoint of the adhesion of the adhesive porous layer to the electrode, but the acid value of the PVDF resin is 15 mg KOH from the viewpoint of the oxidation resistance of the separator and the electrode. / G or less is more preferable.
  • the acid value is a value obtained by potentiometric titration (JIS K1557-5: 2007) with respect to a PVDF-based resin. Specifically, the acid value is determined by extracting the PVDF resin contained in the adhesive porous layer and measuring the extracted PVDF resin by potentiometric titration (JIS K1557-5: 2007). .
  • the separator of the present disclosure includes an adhesive porous layer containing a resin A and a resin B1 or a resin B2 as a polyvinylidene fluoride resin (PVDF resin) on one side or both sides of a porous substrate. .
  • PVDF resin polyvinylidene fluoride resin
  • the adhesive porous layer in the present disclosure contains resin A and resin B (resin B1 or resin B2) which is a PVDF resin, preferably contains an inorganic filler, and as necessary, a resin other than PVDF resin And other ingredients such as organic fillers and additives may be included.
  • the adhesive porous layer has a large number of micropores inside, and these micropores are connected to each other, so that gas or liquid can pass from one side to the other side.
  • the adhesive porous layer is a layer which is provided as the outermost layer of the separator on one side or both sides of the porous substrate and which can be bonded to the electrode when the separator and the electrode are stacked and heat-pressed.
  • the adhesive porous layer be located on both sides of the porous substrate, rather than only on one side, from the viewpoint of excellent cycle characteristics (capacity retention) of the battery.
  • both sides of the separator adhere well to both electrodes via the adhesive porous layer.
  • the resin A is a copolymer containing a structural unit (VDF unit) derived from vinylidene fluoride and a structural unit (HFP unit) derived from hexafluoropropylene as a monomer component, and a single amount of vinylidene fluoride It is a polyvinylidene fluoride resin in which the molar ratio of hexafluoropropylene monomer units to the total molar amount of the body units and hexafluoropropylene monomer units is more than 1.5 mol% and not more than 3.5 mol%.
  • Resin A includes both copolymers having only VDF units and HFP units, and copolymers having VDF units, HFP units, and other monomer units which are other monomer components. included.
  • Resin A has HFP units in a ratio of more than 1.5 mol% and not more than 3.5 mol% with respect to the total of VDF units and HFP units.
  • the proportion of HFP units exceeds 1.5 mol%, the composition tends to be easily swollen with the electrolytic solution, which is advantageous for the adhesion between the adhesive porous layer and the electrode by wet heat pressing.
  • the proportion of the HFP unit can be suppressed to a small amount of 3.5 mol% or less, the resin A is difficult to dissolve in the electrolytic solution, and the adhesiveness by dry heat press is easily maintained even after pouring of the electrolytic solution.
  • the proportion of the HFP unit is preferably 1.8 mol% or more, and more preferably 2.0 mol% or more.
  • the ratio of HFP unit 3.0 mol% or less is preferable.
  • Examples of the monomer that forms another monomer unit include halogen-containing monomers such as tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinyl fluoride and trichloroethylene; for the purpose of adjusting the acid value Copolymerized monomers having a carboxyl group (for example, (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid ester, maleic acid, maleic anhydride, maleic acid ester, and fluorine-substituted compounds thereof) and the like .
  • the resin unit may contain monomer units derived from one or more of these monomers.
  • VDF units and HFP units are preferably main monomer units. Specifically, the total of VDF units and HFP units is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, and still more preferably 100 mol%, with respect to the total of halogen-containing monomer units. It is. As a monomer unit which resin A has, it is preferable that it is only a halogen-containing monomer unit (preferably only a VDF unit and a HFP unit) other than the monomer contained for the purpose of adjustment of an acid value. .
  • the resin A preferably contains, as a monomer component, a monomer represented by the following formula (1). Not only the resin B described later, but also the resin A contains a monomer represented by the formula (1), which is suitable for further improving the adhesion to the electrode. Resin A can have a monomer unit derived from the monomer represented by Formula (1) by copolymerizing the monomer represented by Formula (1).
  • R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group or a derivative thereof, or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • X represents a single bond, an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkylene group of 1 to 5 carbon atoms having a substituent.
  • Y represents a hydrogen atom, an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms, or an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydroxy group.
  • halogen atom in R ⁇ 1 >, R ⁇ 2 > and R ⁇ 3 > a fluorine atom, a chlorine atom, an iodine atom etc. are mentioned, for example.
  • alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in R 1 , R 2 and R 3 include a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, a butyl group and the like, and an alkyl group having a carbon number of 1 to 4 is preferable.
  • alkylene group of 1 to 5 carbon atoms in X include a methylene group, an ethylene group and the like.
  • Examples of the “C1-C5 alkylene group having a substituent” as X include 2-methylethylene, 2-ethylpropylene and the like.
  • Examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms in Y include a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, a butyl group and the like, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable.
  • Examples of “an alkyl group of 1 to 5 carbon atoms containing at least one hydroxy group” in Y include 2-hydroxyethyl, 2-hydroxypropyl and the like, and a carbon number of 1 to 3 carbon atoms containing at least one hydroxy group Alkyl groups are preferred.
  • R 1 , R 2 and R 3 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • X is a single bond
  • Y is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or at least More preferably, it is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms containing one hydroxy group.
  • a monomer represented by Formula (1) For example, the monoester monomer of an acryl-type monomer, unsaturated dibasic acid, unsaturated dibasic acid, etc. are mentioned.
  • acrylic monomers include methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, methacryl Examples thereof include 2-hydroxyethyl acid, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, acrylic acid, methacrylic acid and the like.
  • acrylic acid and methacrylic acid are preferable.
  • unsaturated dibasic acids include unsaturated dicarboxylic acids, and specific examples include (anhydride) maleic acid, citraconic acid, itaconic acid and the like.
  • unsaturated dibasic acid monoester monomers include maleic acid monomethyl ester, maleic acid monoethyl ester, citraconic acid monomethyl ester, citraconic acid monoethyl ester, itaconic acid monomethyl ester, itaconic acid monoethyl ester, etc. .
  • monoester monomers of unsaturated dibasic acid are particularly preferably maleic acid monomethyl ester and citraconic acid monomethyl ester.
  • X when X represents an alkylene group having a substituent, it may have a substituent containing a hetero atom.
  • the monomer having a substituent containing oxygen as a hetero atom include carboxyethyl acrylate, acryloyloxyethyl succinic acid and the like.
  • the content ratio of the monomer represented by Formula (1) in resin A is 0.1 mol% or more.
  • the resin A has an acidic group or an ester group in the molecule, the affinity to the electrode material is further improved, and the resin A forming the adhesive porous layer interacts with the electrode active material.
  • the adhesiveness adheresiveness by wet heat press or dry heat press
  • the content ratio of the monomer represented by Formula (1) in resin A 0.2 mol% or more is more preferable, 0.5 mol% or more is still more preferable, 1.0 mol% or more is especially preferable.
  • 10 mol% or less is more preferable, 5.0 mol% or less is still more preferable, and 3.0 mol% or less is especially preferable as the upper limit of the content ratio of the monomer represented by Formula (1) in the resin A .
  • the acid value of the resin A is preferably 5 mg KOH / g to 20 mg KOH / g, and more preferably 10 mg KOH / g to 15 mg KOH / g.
  • the acid value can be controlled, for example, by introducing a carboxy group.
  • the introduction and introduction amount of the carboxy group to the resin A is a monomer having a carboxy group as represented by the above formula (1) as a copolymerization component (for example, (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid ester (Maleic acid, maleic anhydride, maleic acid ester, and fluorine-substituted compounds thereof) and controlling the polymerization ratio by adjustment.
  • the method of measuring the acid value is as described above.
  • the resin A preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 700,000 or more and 3,000,000 or less.
  • Mw is preferably 700,000 or more.
  • molding is easy in Mw being 3,000,000 or less, and it is preferable also from the point of availability.
  • Mw 900,000 or more is more preferable from the reason similar to the above, and 1 million or more is still more preferable.
  • Mw / Mn molecular weight distribution
  • Mw weight average molecular weight
  • Mn number average molecular weight
  • the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of the resin A are values measured by gel permeation chromatography (GPC). Specifically, for measurement, a GPC apparatus “GPC-900” manufactured by JASCO Corporation is used, two TSKgel SUPER AWM-H manufactured by Tosoh Corporation are used for the column, and dimethylformamide is used as the solvent. Measurement conditions are a temperature of 40 ° C., a flow rate of 0.6 mL / min, and a molecular weight in terms of polystyrene is determined.
  • the resin B1 in the first aspect is a copolymer containing vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and a monomer represented by the following formula (1) as a monomer component, and vinylidene fluoride alone
  • the molar ratio of hexafluoropropylene monomer units to the total molar amount of the monomer units, hexafluoropropylene monomer units, and the monomer units represented by the above formula (1) is 3.5 mol% It is a polyvinylidene fluoride resin of more than 15 mol%.
  • the first aspect comprises a resin B1.
  • the resin B contains a resin B1 having a monomer unit represented by the formula (1) regardless of the presence or absence of the acidic group in the resin A and / or the monomer unit represented by the formula (1) Is preferred.
  • the total of VDF units and HFP units, which are halogen-containing monomer units, is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more with respect to the total of halogen-containing monomer units.
  • a monomer unit which resin B1 has it is preferable that it is only a halogen-containing monomer unit (preferably only a VDF unit and a HFP unit) other than the monomer contained for the purpose of adjustment of an acid value. .
  • the resin B1 has HFP units in a ratio of more than 3.5 mol% and 15 mol% or less based on the total of the VDF units, the HFP units, and the monomer units represented by the formula (1).
  • the proportion of HFP units is in a relatively large range of more than 3.5 mol%, the mobility of the polymer chain upon heating is high and it becomes easy to flow, so the adhesive porous layer is adhered by the electrode by dry heat press It becomes easy to do. Furthermore, the adhesive porous layer easily adheres to the electrode by the wet heat press, since it is easily swollen with respect to the electrolytic solution.
  • the proportion of the HFP unit is more preferably 12 mol% or less, and more preferably 10 mol% or less.
  • the content ratio of the monomer represented by Formula (1) in resin B1 is 0.1 mol% or more with respect to the molar amount of the sum total of the monomer component contained in resin B1.
  • the resin B1 has an acidic group in the molecule, the affinity to the electrode material is further improved, and the resin B1 forming the adhesive porous layer interacts with the electrode active material. Therefore, the adhesion between the adhesive porous layer and the electrode (the adhesion by wet heat press or dry heat press) is enhanced, and the pressing conditions required particularly in the case of wet heat press are expanded.
  • a content ratio of the monomer represented by Formula (1) in resin B1 As a content ratio of the monomer represented by Formula (1) in resin B1, 0.2 mol% or more is more preferable, 0.5 mol% or more is still more preferable, 1.0 mol% or more is especially preferable. Moreover, 10 mol% or less is more preferable, 5.0 mol% or less is still more preferable, and 3.0 mol% or less is especially preferable as the upper limit of the content ratio of the monomer represented by Formula (1) in resin B1. .
  • the acid value of the resin B1 is preferably 5 mg KOH / g to 20 mg KOH / g, and more preferably 10 mg KOH / g to 15 mg KOH / g.
  • the method of measuring the acid value is as described above.
  • the resin B1 preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more and less than 700,000.
  • Mw weight average molecular weight
  • the adhesive porous layer needs to be soft and in close contact with the electrode. Therefore, when the weight average molecular weight of the resin B1 is 100,000 or more, the weight average molecular weight is not too small, and the dissolution in the electrolytic solution is suppressed.
  • the weight average molecular weight is less than 700,000, the adhesive porous layer is soft and the adhesion to the electrode is excellent.
  • the weight average molecular weight is more preferably 450,000 to 600,000.
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn), which is the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) of the resin B1, is 2.0 to 5.0 for the same reason as in the resin A. Is preferred, and 3.0 to 4.5 is more preferred.
  • the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of the resin B1 are values measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • the specific method is the same as that of the resin A described above.
  • the resin B2 in the second aspect is a copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as monomer components, and the total of vinylidene fluoride monomer units and hexafluoropropylene monomer units. It is a polyvinylidene fluoride resin in which the molar ratio of hexafluoropropylene monomer units in the molar amount is more than 3.5 mol% and 15 mol% or less. In the resin B2, both copolymers having only VDF units and HFP units, and copolymers having VDF units, HFP units, and other monomer units which are other monomer components are included. included.
  • the resin B2 has HFP units in a ratio of more than 3.5 mol% and 15 mol% or less based on the total of VDF units and HFP units. If the proportion of HFP units exceeds 3.5 mol%, the polymer tends to swell with the electrolyte, and adhesiveness can be ensured even by wet heat pressing under lower temperature conditions or lower pressure conditions. On the other hand, by setting the proportion of HFP units to 15 mol% or less, the solubility in the electrolytic solution can be suppressed, so that the adhesiveness can be maintained even in a wet heat press under high temperature conditions or high pressure conditions. .
  • the proportion of the HFP unit is preferably 4.0 mol% or more, more preferably 5.0 mol% or more. Moreover, 12 mol% or less is preferable and, as for the ratio of HFP unit, 10 mol% or less is more preferable.
  • the second aspect includes a resin B2.
  • the PVDF-based resin has an acid value as a whole, that is, when the resin other than resin A or resin A has an acid value, it is represented by the formula (1) as resin B A resin B2 having no monomeric unit can be used.
  • the above-described resin B1 may be used as the resin B2.
  • the total of VDF units and HFP units, which are halogen-containing monomer units, is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more with respect to the total of halogen-containing monomer units.
  • a monomer unit which resin B2 has it is preferable that it is only a halogen-containing monomer unit (preferably only a VDF unit and a HFP unit) other than the monomer contained for the purpose of adjustment of an acid value. .
  • the acid value of the resin B2 is preferably 1 mg KOH / g to 20 mg KOH / g, and more preferably 2 mg KOH / g to 15 mg KOH / g.
  • the acid value can be controlled, for example, by introducing a carboxy group.
  • the method of measuring the acid value is as described above.
  • the resin B2 preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 or more and less than 700,000.
  • Mw weight average molecular weight
  • the adhesive porous layer needs to be soft and in close contact with the electrode. Therefore, when the weight average molecular weight of the resin B2 is 100,000 or more, the weight average molecular weight is not too small, and the dissolution in the electrolytic solution is suppressed.
  • the weight average molecular weight is less than 700,000, the adhesive porous layer is soft and the adhesion to the electrode is excellent.
  • the weight average molecular weight is more preferably 450,000 to 600,000.
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn), which is the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) of the resin B2, is 2.0 to 5.0 for the same reason as in the resin A. Is preferred, and 2.5 to 4.0 is more preferred.
  • the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of the resin B2 are values measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • the specific method is the same as that of the resin A described above.
  • Mw / Mn molecular weight distribution
  • Mw weight average molecular weight
  • Mn number average molecular weight of whole resin B (namely, resin B1 or resin B2)
  • Mw / Mn a ratio of the weight average molecular weight (Mw) with respect to the number average molecular weight (Mn) of whole resin B (namely, resin B1 or resin B2)
  • 2.0-5. 0 is preferable, and 3.0 to 4.5 is more preferable.
  • Mw / Mn is 2.0 or more
  • wet heat press it is advantageous in extending the conditions of temperature and time required for adhesion.
  • each of Resin A and Resin B may be contained alone, or two or more of Resin A and Resin B may be contained.
  • the total amount of resin A and resin B (that is, resin B1 or resin B2 or resin B1 and resin B2) in the adhesive porous layer is preferably 0.6 g / m 2 to 4.0 g / m 2 .
  • the total amount of the resin A and the resin B in the adhesive porous layer is 0.6 g / m 2 or more, better adhesion can be given to the electrode.
  • the total amount of the resin A and the resin B in the adhesive porous layer is more preferably 1 g / m 2 to 3.5 g / m 2 , and more preferably 1.3 g / m 2 to 3.5 g / m 2 .
  • the ratio of the content of resin A to resin B (resin B1 or resin B2 or resin B1 and resin B2) in the adhesive porous layer (resin A: resin B) is 15: 85 to 85: 15 on a mass basis Is preferred.
  • the adhesive porous layer has a certain degree of flexibility, and mechanical properties that can withstand heat press can be obtained.
  • the content ratio of the resin A and the resin B is more preferably 50: 50 to 85: 15 and still more preferably 60: 40 to 85: 15 for the same reason as described above.
  • the uniformity allows the applicable pressing temperature range to be narrow and the pressing temperature to be different. And, there is a feature that it does not express adhesion at all.
  • the molecular weight distribution (Mw / Mn) which is the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) in the entire resin A and the resin B1 or resin B2, is a range exceeding 2.0 Is preferred.
  • Mw / Mn 3.0 or more is more preferable.
  • 5.0 or less is preferable and, as for the upper limit of Mw / Mn, 4.5 or less is more preferable.
  • the weight average molecular weight (Mw) and the number average molecular weight (Mn) of the resin A and the resin B1 or the resin B2 as a whole are values measured by gel permeation chromatography (GPC). Specifically, for measurement, a GPC apparatus “GPC-900” manufactured by JASCO Corporation is used, two TSKgel SUPER AWM-H manufactured by Tosoh Corporation are used for the column, and dimethylformamide is used as the solvent. Measurement conditions are a temperature of 40 ° C., a flow rate of 0.6 mL / min, and a molecular weight in terms of polystyrene is determined.
  • Resin A and resin B are obtained by emulsion polymerization or suspension polymerization of vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and a desired monomer.
  • the adhesive porous layer preferably further contains an inorganic filler.
  • an inorganic filler By including the inorganic filler, the slipperiness and heat resistance of the separator can be improved.
  • an inorganic filler that is stable to the electrolytic solution and is electrochemically stable is preferable.
  • the inorganic filler include magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, chromium hydroxide, zirconium hydroxide, cerium hydroxide, nickel hydroxide, metal hydroxides such as boron hydroxide; magnesium oxide, alumina (Al 2 O 3 ), boehmite (alumina monohydrate), titania, silica, zirconia, metal oxides such as barium titanate; carbonates such as magnesium carbonate, calcium carbonate; magnesium sulfate, calcium sulfate, barium sulfate, etc.
  • An inorganic filler may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
  • the inorganic filler may be surface-modified by a silane coupling agent or the like.
  • the inorganic filler is preferably an inorganic filler that is stable to the electrolytic solution and is electrochemically stable, and among these, a magnesium based filler is particularly preferable.
  • a magnesium-based filler is preferable from the viewpoint of gas generation suppression.
  • the magnesium based filler magnesium hydroxide, magnesium oxide, magnesium sulfate and the like are suitable.
  • the average particle size of the inorganic filler is preferably 0.1 ⁇ m to 0.7 ⁇ m.
  • the average particle size of the inorganic filler is more preferably 0.3 ⁇ m to 0.7 ⁇ m, and particularly preferably 0.3 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the average particle size is a value measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus, and is measured using, for example, a Mastersizer 2000 manufactured by Sysmex Corporation. Specifically, the central particle diameter (D50) in the volume particle size distribution of a dispersion obtained by mixing and dispersing an inorganic filler, water (dispersion medium) and a nonionic surfactant (Triton X-100; dispersant) As the average particle size.
  • the particle size distribution of the inorganic filler is preferably 0.1 ⁇ m ⁇ d90 ⁇ d10 ⁇ 3 ⁇ m.
  • d10 represents the particle diameter ( ⁇ m) at 10% by weight in cumulative weight total calculated from the small particle side
  • d90 is the particle at 90% by weight in cumulative total weight It represents the diameter ( ⁇ m).
  • the particle size distribution is a value measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus, and is measured using, for example, a Mastersizer 2000 manufactured by Sysmex Corporation. The measurement can be performed using a dispersion in which water is used as a dispersion medium, and water, an inorganic filler, and a nonionic surfactant (Triton X-100; dispersant) are mixed and dispersed.
  • Triton X-100 Triton X-100
  • an inorganic filler There is no restriction
  • similar to a sphere may be sufficient and plate shape and fibrous shape may be sufficient.
  • plate-like particles or non-aggregated primary particles are preferable as the inorganic filler from the viewpoint of suppressing a short circuit of a battery.
  • the inorganic filler in the adhesive porous layer may be contained singly or in combination of two or more.
  • the content of the inorganic filler contained in the adhesive porous layer is preferably 40% by volume to 85% by volume of the total solid content of the adhesive porous layer.
  • the content of the filler is 40% by volume or more, further improvement of the heat resistance and the cell strength of the separator and the safety of the battery can be expected.
  • the content of the filler is 85% by volume or less, the formability and the shape of the adhesive porous layer are maintained, which contributes to the improvement of the cell strength.
  • the content of the filler is more preferably 45% by volume or more, still more preferably 50% by volume or more, and still more preferably 80% by volume or less of the total solid content of the adhesive porous layer. More preferably, it is at most volume%.
  • the separator of the present disclosure may contain other components other than the above-mentioned PVDF resin and inorganic filler. Other components may be used alone or in combination of two or more.
  • the adhesive porous layer in the present disclosure may contain polyvinylidene fluoride resins other than PVDF resins, and resins other than polyvinylidene fluoride resins.
  • polyvinylidene fluoride resins other than PVDF resins for example, homopolymers of vinylidene fluoride (ie, polyvinylidene fluoride); vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, fluoride And copolymers with at least one selected from vinyl, trichloroethylene and the like.
  • resins other than polyvinylidene fluoride resin fluorine rubber, acrylic resin, styrene-butadiene copolymer, homopolymer or copolymer of vinyl nitrile compound (acrylonitrile, methacrylonitrile, etc.), carboxymethyl cellulose And hydroxyalkyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, polyether (polyethylene oxide, polypropylene oxide, etc.) and the like.
  • the separator of the present disclosure may include an organic filler in addition to the inorganic filler.
  • the organic filler include crosslinked acrylic resins such as crosslinked poly (methyl methacrylate) and crosslinked polystyrene, and crosslinked poly (methyl methacrylate) is preferable.
  • the adhesive porous layer in the present invention may contain an additive such as a dispersing agent such as a surfactant, a wetting agent, an antifoaming agent, or a pH adjuster.
  • a dispersing agent is added to the coating liquid for forming an adhesive porous layer in order to improve dispersibility, coating property, and storage stability.
  • the wetting agent, the antifoaming agent, and the pH adjusting agent are added to the coating liquid for forming the adhesive porous layer, for example, for the purpose of improving the compatibility with the porous substrate, and the air biting to the coating liquid It is added for the purpose of suppressing, or for the purpose of pH adjustment.
  • the adhesive porous layer preferably has a porosity of 40% to 70%.
  • the porosity is 40% or more, it is advantageous for securing ion permeability.
  • the porosity is 70% or less, it is advantageous to secure the mechanical properties that can withstand the heat press while obtaining the adhesiveness with the electrode.
  • the average pore diameter of the adhesive porous layer is preferably 10 nm to 200 nm, and more preferably 20 nm to 100 nm.
  • the average pore diameter is 10 nm or more (preferably 20 nm or more)
  • the adhesive porous layer is impregnated with the electrolytic solution, clogging of the pores does not easily occur even if the resin contained in the adhesive porous layer swells.
  • the average pore diameter is 200 nm or less (preferably 100 nm or less)
  • the nonuniformity of the pores is suppressed on the surface of the adhesive porous layer, the adhesion points are uniformly dispersed, and the adhesion to the electrode is excellent.
  • the average pore diameter is 200 nm or less (preferably 100 nm or less)
  • the uniformity of ion migration is high, and the battery is excellent in cycle characteristics and load characteristics.
  • the thickness of the separator of the present disclosure is preferably 5 ⁇ m to 35 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m to 30 ⁇ m, still more preferably 5 ⁇ m to 25 ⁇ m, and still more preferably 5 ⁇ m to 20 ⁇ m from the viewpoint of balance of mechanical strength, energy density of the battery and output characteristics. More preferable.
  • the porosity of the separator of the present disclosure is preferably 30% to 60% in terms of mechanical strength, adhesion to electrodes, and ion permeability.
  • the Gurley value (JIS P8117: 2009) of the separator of the present disclosure is preferably 50 seconds / 100 ml to 800 seconds / 100 ml, and 50 seconds / 100 ml to 450 seconds / 100 ml from the viewpoint of a good balance between mechanical strength and membrane resistance. More preferable.
  • the separator of the present disclosure is a value obtained by subtracting the Gurley value of the porous substrate from the Gurley value of the separator (the state in which the adhesive porous layer is formed on the porous substrate)
  • the difference in value is preferably 300 seconds / 100 ml or less, more preferably 150 seconds / 100 ml or less, and still more preferably 100 seconds / 100 ml or less.
  • the Gurley value difference is 300 seconds / 100 ml or less, the adhesive porous layer does not become too dense, and the ion permeability is well maintained, and excellent battery characteristics can be obtained.
  • the Gurley value difference is preferably 0 seconds / 100 ml or more, and from the viewpoint of enhancing the adhesion between the adhesive porous layer and the porous substrate, 10 seconds / 100 ml or more.
  • the film resistance of the separator of the present disclosure in view of the load characteristics of the battery, preferably 1ohm ⁇ cm 2 ⁇ 10ohm ⁇ cm 2.
  • the film resistance is a resistance value when the separator is impregnated with the electrolytic solution, and is measured by an alternating current method.
  • the value of the membrane resistance varies depending on the type and temperature of the electrolyte, and the above values are obtained by using a mixed solvent of 1 mol / L LiBF 4 -propylene carbonate: ethylene carbonate (mass ratio 1: 1) as the electrolyte at a temperature of 20 ° C. It is the value measured by.
  • the puncture strength of the separator of the present disclosure is preferably 160 gf (1.6 N) to 1000 gf (9.8 N), and more preferably 200 gf (2.0 N) to 600 gf (5.9 N).
  • the method of measuring the puncture strength of the separator is the same as the method of measuring the puncture strength of the porous substrate.
  • the thermal contraction rate at 120 ° C. of the separator of the present disclosure is 12% or less in both the machine direction (MD) and the transverse direction (TD) from the viewpoint of balance between shape stability and shutdown characteristics. preferable.
  • the curvature of the separator of the present disclosure is preferably 1.2 to 2.8 from the viewpoint of ion permeability.
  • the water content (mass basis) contained in the separator of the present disclosure is preferably 1000 ppm or less. As the water content of the separator is smaller, the reaction between the electrolytic solution and water can be suppressed when the battery is configured, gas generation in the battery can be suppressed, and the cycle characteristics of the battery can be improved. From this viewpoint, the amount of water contained in the separator of the present disclosure is more preferably 800 ppm or less, still more preferably 500 ppm or less.
  • a porous substrate means a substrate having pores or voids inside.
  • a microporous membrane As such a substrate, a microporous membrane; a porous sheet of a fibrous material, such as a nonwoven fabric or a paper; a composite porous in which one or more layers of other porous layers are laminated on the microporous membrane or the porous sheet Sheet; and the like.
  • the microporous membrane means a membrane having a large number of micropores inside and connected to these micropores, and allowing gas or liquid to pass from one side to the other side.
  • the porous substrate includes an organic material and / or an inorganic material having electrical insulation.
  • the porous substrate preferably contains a thermoplastic resin from the viewpoint of providing the porous substrate with a shutdown function.
  • the shutdown function is a function of blocking the movement of ions by blocking the pores of the porous substrate by melting the material when the battery temperature rises, thereby preventing thermal runaway of the battery.
  • thermoplastic resin thermoplastic resins having a melting point of less than 200 ° C. are preferable.
  • thermoplastic resin include polyesters such as polyethylene terephthalate; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; and the like. Among them, polyolefins are preferable.
  • a microporous membrane containing polyolefin As the porous substrate, a microporous membrane containing polyolefin (referred to as "polyolefin microporous membrane”) is preferable.
  • the microporous polyolefin membrane include polyolefin microporous membranes applied to conventional separators for non-aqueous secondary batteries, and it is possible to select one having sufficient mechanical properties and ion permeability from among these. preferable.
  • the microporous polyolefin membrane preferably contains polyethylene from the viewpoint of exhibiting a shutdown function, and the content of the polyethylene is preferably 95% by mass or more of the mass of the entire microporous polyolefin membrane.
  • the polyolefin microporous membrane is preferably a polyolefin microporous membrane containing polyethylene and polypropylene from the viewpoint of imparting heat resistance to such an extent that the membrane does not easily rupture when exposed to high temperatures.
  • a microporous polyolefin membrane a microporous membrane in which polyethylene and polypropylene are mixed in one layer can be mentioned.
  • the microporous film 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.
  • the microporous polyolefin membrane has a laminated structure of two or more layers, at least one layer contains polyethylene, and at least one layer contains polypropylene. preferable.
  • the polyolefin contained in the microporous polyolefin membrane is preferably a polyolefin having a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 to 5,000,000.
  • Mw weight average molecular weight
  • the Mw of the polyolefin is at least 100,000, sufficient mechanical properties can be ensured.
  • the Mw of the polyolefin is 5,000,000 or less, the shutdown characteristics are good and the membrane can be easily formed.
  • the microporous polyolefin membrane can be produced, for example, by the following method. That is, this is a method of extruding a molten polyolefin resin from a T-die to form a sheet, crystallizing it, stretching it, and further heat treating it to form a microporous membrane.
  • a polyolefin resin melted together with a plasticizer such as liquid paraffin is extruded from a T-die, cooled, sheeted, and drawn, and then the plasticizer is extracted and heat-treated to form a microporous membrane. is there.
  • porous sheets made of fibrous materials include polyesters such as polyethylene terephthalate; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; heat resistant resins such as aromatic polyamide, polyimide, polyether sulfone, polysulfone, polyether ketone, and polyether imide; Nonwoven fabric, paper, etc. which consist of a fibrous material of this.
  • the heat-resistant resin refers to a polymer having a melting point of 200 ° C. or more, or a polymer having a melting point and a decomposition temperature of 200 ° C. or more.
  • the melting point is a value measured using a differential scanning calorimeter (DSC; Q-200, manufactured by TA Instruments).
  • the functional layer is preferably a porous layer containing a heat resistant resin, or a porous layer containing a heat resistant resin and an inorganic filler, from the viewpoint of imparting heat resistance.
  • the heat resistant resin may, for example, be an aromatic polyamide, a polyimide, a polyether sulfone, a polysulfone, a polyether ketone or a polyether imide.
  • the inorganic filler include metal oxides such as alumina, and metal hydroxides such as magnesium hydroxide.
  • a method of providing a functional layer on the microporous membrane or porous sheet a method of applying the functional layer to the microporous membrane or porous sheet, a method of bonding the microporous membrane or porous sheet and the functional layer with an adhesive And a method of thermocompression bonding the microporous membrane or the porous sheet and the functional layer.
  • the porous substrate may be subjected to various surface treatments within the range that does not impair the properties of the porous substrate in order to improve the wettability with the coating liquid for forming the adhesive porous layer.
  • surface treatment corona treatment, plasma treatment, flame treatment, ultraviolet irradiation treatment and the like can be mentioned.
  • the thickness of the porous substrate is preferably 3 ⁇ m to 25 ⁇ m, more preferably 5 ⁇ m to 25 ⁇ m, and still more preferably 5 ⁇ m to 20 ⁇ m from the viewpoint of obtaining good mechanical properties and internal resistance.
  • the porosity of the porous substrate is preferably 20% to 60% from the viewpoint of obtaining an appropriate membrane resistance and a shutdown function.
  • the Gurley value (JIS P8117: 2009) of the porous substrate is preferably 50 seconds / 100 ml to 800 seconds / 100 ml, and 50 seconds / 100 ml to 400 seconds / second from the viewpoint of preventing short circuit of the battery and obtaining sufficient ion permeability. 100 ml is more preferred.
  • the piercing strength of the porous substrate is preferably 200 g or more, and more preferably 300 g or more, from the viewpoint of improving the production yield.
  • the puncture strength of the porous substrate is measured by performing a puncture test under the conditions of a curvature radius of 0.5 mm at the tip of the needle and a puncture speed of 2 mm / sec using a KATE-TECH KES-G5 handy compression tester. Indicates the load (g).
  • the average pore size of the porous substrate is preferably 20 nm to 100 nm.
  • the average pore diameter of the porous substrate is 20 nm or more, ions are easily moved, and good battery performance can be easily obtained.
  • the average pore diameter of the porous substrate is more preferably 30 nm or more, and still more preferably 40 nm or more.
  • the average pore diameter of the porous substrate is 100 nm or less, the peel strength between the porous substrate and the adhesive porous layer can be improved, and a good shutdown function can also be exhibited.
  • the average pore diameter of the porous substrate is more preferably 90 nm or less, and still more preferably 80 nm or less.
  • the average pore diameter of the porous substrate is a value measured using a palm porometer, and can be measured using, for example, a palm porometer (CFP-1500-A manufactured by PMI) in accordance with ASTM E1294-89. .
  • a coating solution containing a PVDF-based resin is coated on a porous substrate to form a coated layer, and then the PVDF-based resin contained in the coated layer is solidified. It is manufactured by the method of forming an adhesive porous layer on a porous substrate. Specifically, the adhesive porous layer can be formed, for example, by the following wet coating method.
  • a coating liquid preparation step of preparing a coating liquid by dissolving or dispersing a PVDF-based resin in a solvent (ii) coating the coating liquid on a porous substrate and coating A coating step of forming a layer, (iii) bringing the coating layer into contact with a coagulating liquid to solidify the PVDF resin while inducing phase separation, and a composite comprising an adhesive porous layer on a porous substrate
  • a film forming method in which a coagulation step of obtaining a membrane, (iv) a water washing step of washing the composite membrane, and a drying step of (v) removing water from the composite membrane are sequentially performed.
  • a solvent for dissolving or dispersing a PVDF-based resin used for preparation of a coating liquid
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMAc dimethylacetamide
  • dimethylformamide Polar amide solvents such as dimethylformamide are preferably used.
  • phase separation agent that induces phase separation into a good solvent.
  • phase separation agents include water, methanol, ethanol, propyl alcohol, butyl alcohol, butanediol, ethylene glycol, propylene glycol, tripropylene glycol (TPG) and the like.
  • TPG tripropylene glycol
  • the phase separation agent is preferably mixed with a good solvent within the range where an appropriate viscosity for coating can be secured.
  • a solvent used for preparation of a coating liquid from the viewpoint of forming an adhesive porous layer having a good porous structure, a mixture containing 60% by mass or more of a good solvent and 5% by mass to 40% by mass of a phase separator Solvents are preferred.
  • the concentration of the PVDF-based resin in the coating solution is preferably 3% by mass to 10% by mass of the total mass of the coating solution, from the viewpoint of forming an adhesive porous layer having a good porous structure.
  • the filler or other component may be dissolved or dispersed in the coating liquid.
  • the coating liquid may contain a dispersant such as a surfactant, a wetting agent, an antifoaming agent, a pH adjuster, and the like. These additives may remain in the adhesive porous layer as long as they are electrochemically stable in the use range of the non-aqueous secondary battery and do not inhibit the reaction in the battery.
  • a dispersant such as a surfactant, a wetting agent, an antifoaming agent, a pH adjuster, and the like.
  • the coagulating liquid is generally composed of water and a good solvent and a phase separating agent used for preparation of the coating liquid. It is preferable on production that the mixing ratio of the good solvent and the phase separating agent is adjusted to the mixing ratio of the mixed solvent used for the preparation of the coating liquid.
  • the water content of the coagulating solution is preferably 40% by mass to 90% by mass from the viewpoint of formation of a porous structure and productivity.
  • the coating of the coating liquid on the porous substrate may be carried out using a conventional coating method using a Mayer bar, a die coater, a reverse roll coater, a gravure coater or the like.
  • a coating liquid to both sides simultaneously to a substrate.
  • the adhesive porous layer may be produced by a dry coating method as well as the wet coating method described above.
  • a dry coating method is a method of obtaining an adhesive porous layer by applying a coating solution containing a PVDF resin and a solvent to a porous substrate and drying the coating layer to volatilize and remove the solvent. It is.
  • the dry coating method tends to make the coating layer denser as compared to the wet coating method, and the wet coating method is preferable in that a good porous structure can be obtained.
  • the separator of the present disclosure can also be produced by a method in which the adhesive porous layer is produced as a separate sheet, and this adhesive porous layer is stacked on a porous substrate and composited by thermocompression bonding or an adhesive.
  • a method of producing the adhesive porous layer as an independent sheet there is a method of forming the adhesive porous layer on the release sheet by applying the wet coating method or the dry coating method described above.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure includes a positive electrode, a negative electrode, and the above-described non-aqueous secondary battery separator of the present disclosure disposed between the positive electrode and the negative electrode, and is doped with lithium.
  • An electromotive force is obtained by dedoping. Doping means occluding, supporting, adsorbing, or inserting, and means a phenomenon in which lithium ions enter an active material of an electrode such as a positive electrode.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure has, for example, a structure in which a battery element in which a negative electrode and a positive electrode face each other via a separator is enclosed in an exterior material together with an electrolytic solution.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure is particularly suitable for a lithium ion secondary battery.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure can be efficiently manufactured by using the separator of the present disclosure which is excellent in adhesion to the electrode.
  • the non-aqueous secondary battery of the present disclosure is excellent in cell strength by providing the separator of the present disclosure which is excellent in adhesion to the electrode.
  • embodiments of the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, and the package material included in the non-aqueous secondary battery of the present disclosure will be described.
  • the positive electrode may have a structure in which an active material layer containing a positive electrode active material and a binder resin is formed on a current collector.
  • the active material layer may further contain a conductive aid.
  • the positive electrode active material includes, for example, lithium-containing transition metal oxides and the like, 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.
  • a binder resin polyvinylidene fluoride resin etc. are mentioned, for example.
  • the conductive aid include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, and graphite powder.
  • the current collector include aluminum foil, titanium foil, stainless steel foil and the like having a thickness of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the adhesive porous layer is excellent in oxidation resistance
  • the adhesive porous layer is excellent in oxidation resistance
  • the negative electrode may have a structure in which an active material layer containing a negative electrode active material and a binder resin is formed on a current collector.
  • the active material layer may further contain a conductive aid.
  • the negative electrode active material include materials capable of electrochemically storing lithium, and specific examples thereof include a carbon material; an alloy of silicon, tin, aluminum or the like and lithium, and the like.
  • the binder resin include polyvinylidene fluoride resins and styrene-butadiene copolymers.
  • the conductive aid include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, and graphite powder.
  • the current collector include copper foil, nickel foil, stainless steel foil and the like having a thickness of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m. Moreover, it may replace with said negative electrode and may use metal lithium foil as a negative electrode.
  • the electrode preferably contains a large amount of binder resin in the active material layer.
  • the active material layer preferably contains a large amount of active material, and the amount of binder resin is preferably relatively small. Since the separator of the present disclosure is excellent in adhesion to the electrode, the amount of binder resin in the active material layer can be reduced to increase the amount of active material, thereby increasing the energy density of the battery.
  • a separator of the present disclosure not only to a negative electrode using a solvent-based binder (specifically, polyvinylidene fluoride resin), but also an aqueous binder (specifically, styrene-butadiene copolymer) can be obtained. It is excellent in adhesion also to the used negative electrode.
  • a solvent-based binder specifically, polyvinylidene fluoride resin
  • an aqueous binder specifically, styrene-butadiene copolymer
  • the electrolytic solution is a solution in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent.
  • lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and the like.
  • the non-aqueous solvent for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, vinylene carbonate, etc .; linear carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and their fluorine-substituted products; And-cyclic esters such as butyrolactone and ⁇ -valerolactone; and the like, and these may be used alone or in combination.
  • a cyclic carbonate and a linear carbonate were mixed at a mass ratio (cyclic carbonate: linear carbonate) of 20:80 to 40:60, and a lithium salt was dissolved at 0.5 mol / L to 1.5 mol / L. Is preferred.
  • a metal can As an exterior material, a metal can, a pack made of an aluminum laminate film, etc. may be mentioned.
  • the shape of the battery may be square, cylindrical, coin or the like, but the separator of the present disclosure is suitable for any shape.
  • the manufacturing method of the non-aqueous secondary battery of this indication implements the following processes in order.
  • (ii) The laminate is accommodated in the exterior material, and the exterior After the electrolyte is injected into the inside of the material, the packaging material is sealed, and the battery element is manufactured
  • (iii) The battery element is subjected to heat pressing at an appropriate temperature to obtain the positive electrode and / or the positive electrode.
  • the separator may be disposed between the positive electrode and the negative electrode by stacking at least one layer of the positive electrode, the separator and the negative electrode in this order (so-called stack method).
  • the negative electrode and the separator may be stacked in this order and wound around in the length direction.
  • heat press dry heat press
  • the electrode and the separator are adhered prior to storage of the laminate in the packaging material, deformation of the laminate that occurs at the time of transportation for storage in the packaging material is suppressed.
  • the laminate is further subjected to wet heat pressing in the step (iii), so that the adhesion between the electrode and the separator is stronger
  • the wet heat press may be performed under mild conditions that restore the adhesion between the electrode and the separator somewhat weakened by the impregnation of the electrolyte, that is, the temperature of the wet heat press can be set to a relatively low temperature. Gas generation due to decomposition of the electrolyte and electrolyte in the battery at times is suppressed.
  • the press pressure is preferably 0.2 MPa to 9 MPa, and the temperature is preferably 20 ° C. to 100 ° C.
  • the laminate is accommodated inside the exterior material without performing the above-described dry heat press, and after the electrolytic solution is injected into the interior of the exterior material, the exterior material is sealed. It may be stopped and only the battery element may be manufactured.
  • the wet heat press is performed on the battery element produced in the step (ii).
  • the laminate is hot-pressed in a state where the PVDF-based resin contained in the adhesive porous layer of the separator is swollen in the electrolytic solution, and the electrode and the separator adhere well, and the non-aqueous secondary battery is excellent in cell strength and battery characteristics. Is obtained.
  • a press pressure is preferably 0.2 MPa to 2 MPa, and a temperature is preferably 60 ° C. or more and less than 90 ° C.
  • the ratio of the copolymerization component of the polyvinylidene fluoride resin was determined from the ratio of the peak intensity derived from each copolymerization component by measuring the NMR (nuclear magnetic resonance) spectrum. Specifically, 10 mg of polyvinylidene fluoride resin was dissolved in 0.6 mL of heavy dimethyl sulfoxide at 100 ° C., 19 F-NMR spectrum was measured at 100 ° C., and 1 H-NMR spectrum was measured at room temperature.
  • the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) of the polyvinylidene fluoride resin were measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • GPC gel permeation chromatography
  • a GPC apparatus “GPC-900” manufactured by JASCO Corporation was used, two TSKgel SUPER AWM-H manufactured by Tosoh Corporation were used as a column, and dimethylformamide was used as a solvent.
  • the measurement was performed under the conditions of a temperature of 40 ° C. and a flow rate of 0.6 mL / min to determine a polystyrene-equivalent molecular weight.
  • the acid value of polyvinylidene fluoride resin is determined by using potentiometric titrator AT-500N (made by Kyoto Denshi Kogyo Co., Ltd.) and composite glass electrode (made by Kyoto Denshi Kogyo Co., Ltd.) based on JIS K 1557-5: 2007 (potentiometric titration method) Measured.
  • the specific measurement procedure is as follows.
  • the separator was cut out to 10 cm ⁇ 10 cm, the mass was measured, and the measured value was divided by the area to determine the basis weight of the separator.
  • the porous base material used for preparation of a separator was cut out to 10 cm x 10 cm, the mass was measured, and the weight per unit area of the porous base material was determined by dividing the measured value by the area.
  • the coating weight of the adhesive porous layer is obtained by subtracting the weight per area of the porous substrate from the weight per area of the separator (in the case of having the adhesive porous layer on both sides of the porous substrate, the total coating of the two layers) The amount of work) was calculated.
  • the thickness of the porous substrate and the separator was measured using a contact-type thickness meter (manufactured by Mitutoyo, LITEMATIC) at a cylindrical measurement terminal having a diameter of 5 mm. During the measurement, a load of 7 g was adjusted to be applied, and arbitrary 20 points within 10 cm ⁇ 10 cm were measured to calculate the average value. The thickness of the adhesive porous layer was determined by subtracting the thickness of the porous substrate from the thickness of the separator.
  • the porosity of the porous substrate and the separator was determined according to the following calculation method.
  • the constituent materials are a, b, c, ..., n
  • the mass of each constituent material is Wa, Wb, Wc, ..., Wn (g / cm 2 )
  • the true density of each constituent material is da, db, , and dn (g / cm 3 )
  • the porosity ⁇ (%) can be obtained from the following equation.
  • ⁇ 1- (Wa / da + Wb / db + Wc / dc + ... + Wn / dn) / t ⁇ ⁇ 100
  • Gurley value [unit: seconds / 100 ml] of the porous substrate and the separator was measured with a Gurley-type densometer (G-B2C, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) according to JIS P8117: 2009.
  • the inorganic filler was dispersed in water containing Triton X-100, which is a nonionic surfactant, and the particle size distribution was measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (Mastersizer 2000 manufactured by Sysmex Corporation).
  • the particle diameter (D50) at which the cumulative 50% is accumulated from the small diameter side is defined as the volume average particle diameter ( ⁇ m) of the inorganic filler.
  • the positive electrode and the negative electrode (70 mm in length, 30 mm in width) were stacked and laminated so as to sandwich the separator, and lead tabs were welded to obtain a battery element.
  • This battery element is housed in a pack made of an aluminum laminate film, impregnated with an electrolytic solution, and then subjected to a heat press (wet heat press) under the following conditions to seal the exterior and to test secondary battery (test battery Thickness: 1.1 mm) was produced.
  • a heat press wet heat press
  • test secondary battery produced as described above was subjected to a three-point bending test in accordance with ISO-178 to evaluate the battery strength (cell strength). Press conditions 1: Pressure 1 MPa, temperature 60 to 90 ° C., time 2 minutes Press conditions 2: pressure 1 MPa, temperature 70 ° C., time 10 minutes to 2 hours
  • a negative electrode 70 mm in length, 15 mm in width
  • a separator 74 mm in length, 18 mm in width
  • a release paper 70 mm in length, 15 mm in width
  • the uncoated surface of the negative electrode of the measurement sample was fixed to a metal plate with a double-sided tape, and the metal plate was fixed to the lower chuck of Tensilon (manufactured by A & D, STB-1225S). At this time, the metal plate was fixed to TENSILON so that the length direction of the measurement sample was the direction of gravity.
  • the separator was peeled off the negative electrode by about 2 cm from the lower end, and the end was fixed to the upper chuck so that the tensile angle (the angle of the separator with respect to the measurement sample) was 180 °.
  • the separator was pulled at a tensile speed of 20 mm / min, and the load at the time of peeling of the separator from the negative electrode was measured. Loads from 10 mm to 40 mm at the start of measurement were taken at 0.4 mm intervals, and the average was taken as the adhesive strength to the electrode in the dry heat press.
  • the obtained battery element was housed in a pack made of an aluminum laminate film, impregnated with an electrolytic solution, and sealed using a vacuum sealer.
  • an electrolytic solution 1 mol / L LiPF 6 -ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate (mass ratio 3: 7) was used.
  • the pack made of an aluminum laminate film containing the battery element and the electrolytic solution was subjected to heat press (wet heat press) with a heat press to prepare 60 secondary batteries for test.
  • the conditions of the wet heat press are as follows. Condition 1: Load 1 MPa, press temperature 90 ° C., press time 2 minutes
  • Condition 2 load 1 MPa, press temperature 60 ° C., press time 2 minutes
  • Condition 3 load 1 MPa, press temperature 70 ° C., press time 1 hour
  • the resin A had a melting point of 152 ° C., a weight average molecular weight (Mw) of 1,100,000, and Mw / Mn of 2.8. The melting point was measured using a differential scanning calorimeter (DSC; Q-200, manufactured by TA Instruments).
  • DSC differential scanning calorimeter
  • resin B polyvinylidene fluoride (PVDF) resin
  • VDF vinylidene fluoride
  • HFP hexafluoropropylene
  • AA acrylic acid
  • Resin B had a melting point of 150 ° C., a weight average molecular weight (Mw) of 500,000, and Mw / Mn of 3.4.
  • fusing point was measured by the method similar to the said resin A.
  • Mg (OH) 2 trade name of Kamijima Chemical Industry Co., Ltd. trade name: Magshids HS-6M, average particle diameter (D50): 0. 5 ⁇ m
  • PE polyethylene
  • coagulation liquid water: dimethylacetamide: tripropylene
  • Example 2 In Example 1, except that the type and content of PVDF resin, filler, etc., and the thickness, physical properties, etc. were changed as shown in Table 1, the both sides of the microporous polyethylene membrane were the same as in Example 1. A separator having an adhesive porous layer formed thereon was produced. In Example 11, a polypropylene (PP) microporous film (thickness 25 ⁇ m, porosity 50%, Gurley value 200 sec / 100 ml) was used as the porous substrate.
  • PP polypropylene
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • Example 1 Comparative Examples 1 to 4
  • Example 1 except that the type and content of PVDF resin, filler, etc., and the thickness, physical properties, etc. were changed as shown in Table 1, the both sides of the microporous polyethylene membrane were the same as in Example 1.
  • a separator having an adhesive porous layer formed thereon was produced.
  • the separators of the examples were superior to the comparative examples in adhesion to the electrodes by either the wet heat press or the dry heat press.
  • wet heat press good adhesion is obtained even if temperature conditions and time conditions are changed, the conditions required for adhesion by wet heat press are relaxed, and it can be applied to various battery manufacturing processes. It is understood that And the battery of the pack form made from the aluminum laminated film of the Example showed the characteristic which was small and the change of a shape was small and stable when changing the conditions (temperature and time) of wet heat press, and performing a cycle test.

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Abstract

本発明の一実施形態は、多孔質基材と、樹脂A及び樹脂B1を含む接着性多孔質層と、を備えた非水系二次電池用セパレータを提供する。樹脂A:フッ化ビニリデン(VDF)及びヘキサフルオロプロピレン(HFP)を含む共重合体であり、VDF単量体単位及びHFP単量体単位の合計のモル量に占めるHFP単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下である;樹脂B1:VDF、HFP及び式(1)の単量体を含む共重合体であり、VDF単量体単位、HFP単量体単位、及び式(1)で表される単量体単位の合計のモル量に占めるHFP単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下である(R1~R3:H、ハロゲン原子、カルボキシル基等、C1~5のアルキル基;X:単結合、C1~5のアルキレン基等;Y:H、C1~5のアルキル基等)。

Description

非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池
 本開示は、非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池に関する。
 リチウムイオン二次電池に代表される非水系二次電池は、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、カムコーダ等の携帯型電子機器の電源として広く用いられている。
 また、携帯型電子機器の小型化及び軽量化に伴い、非水系二次電池の外装の軽量化が図られるに至っている。外装材としては、ステンレス製の缶の代替材料としてアルミ製の缶が開発され、近年では、金属製の缶の代替材料としてアルミラミネートフィルム製のパックが開発されている。
 アルミラミネートフィルム製のパックは、軟らかい性質を有するという特性がある。そのため、パックを外装材とする電池(いわゆるソフトパック電池)は、外部からの衝撃の影響、又は充放電に伴う電極の膨張及び収縮の影響を受けて電極とセパレータとの間に隙間が形成されやすい。結果、サイクル寿命が低下することがある。
 上記のような状況に鑑み、近年、電極とセパレータとの接着性を高める技術が提案されている。電極とセパレータとの接着性を高める技術の一つとして、ポリオレフィン微多孔膜上にポリフッ化ビニリデン系樹脂を含有する接着性多孔質層を備えたセパレータが知られている(例えば、特許第4127989号公報、国際公開第2014/021293号、国際公開第2013/058371号、国際公開第2014/021290号、特開2014-41818号公報参照)。このセパレータは、電解液を含んだ状態で電極に重ねて熱プレス(いわゆるウェットヒートプレス)すると、接着性多孔質層を介して電極に良好に接着するので、ソフトパック電池のサイクル寿命を向上させ得る。
 しかしながら、エネルギー密度が高い非水系二次電池は、近年、電力貯蔵又は電動車両の用途への適用が可能なように電池の大面積化が図られる傾向にあり、上記のような電極とセパレータとの間の接着性の更なる向上が求められている。即ち、ソフトパック電池を大面積化した場合、電池及びセパレータ間の接着性は低下しやすい傾向にある。そのため、接着性は、電池容量の確保、充放電特性の保持、電池の膨れ等の発生を抑制する点で重要となる。
 また、非水系二次電池では、更なる高容量化及び高エネルギー密度化の要求がある。
 かかる観点から、水系バインダを使用した負極が普及するに至っており、水系バインダを含有する負極に対する、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む接着性多孔質層の接着性の更なる向上が望まれている。
 ところで、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む接着性多孔質層を有するセパレータを用いた電池の製造法には、電極及びセパレータの積層体を外装材に収容し、積層体が電解液に濡れた状態で加熱圧着(以下、「ウェットヒートプレス」ともいう。)する方法と、電極及びセパレータの積層体を外装材に収容し、電解液を含浸せずに加熱圧着(以下、「ドライヒートプレス」ともいう。)する方法と、がある。
 ウェットヒートプレスする場合、ポリフッ化ビニリデン系樹脂が電解液に膨潤した状態で加熱圧着されるため、電極とセパレータとの間の接着性が良く、良好な電池特性が得られやすい。しかし、ウェットヒートプレス時の温度によっては、電解液及び電解質が分解して電池内にガスが発生して電池が膨れることがある。例えばジェリーロール電池等では、この現象が生じやすい。そのため、ウェットヒートプレス時における温度及び時間は、許容される条件が広いことが望ましい。ウェットヒートプレスに必要とされる条件が緩和されれば、様々な製造プロセスにおいて品質の良好な電池を安定的に製造しやすい。
 一方、ドライヒートプレスによって電極とセパレータとの間の接着性が良好であれば、ウェットヒートプレスによる必要性がなくなり、ウェットヒートプレスによる場合の課題である電解液及び電解質の分解も発生しない。また、ウェットヒートプレスによる場合も、あらかじめ積層体にドライヒートプレスを施して電極とセパレータとを接着しておくことで、ウェットヒートプレス時の温度を低温化することが可能になる。結果、電解液及び電解質の分解を抑制することが可能になる。更には、積層体を外装材に収容する前にドライヒートプレスを施して電極とセパレータとを接着しておくことで、外装材に収容する際の搬送時に起こり得る積層体の変形も抑制される。
 以上のように、電極とセパレータとを接着する際、ウェットヒートプレス及びドライヒートプレスのいずれによっても良好な接着性を確保できれば、電池を大面積化した場合にも高効率で安定的な電池製造が期待される。本開示は、このような状況に鑑みなされたものである。
 本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、ウェットヒートプレス及びドライヒートプレスのいずれによっても電極との接着性に優れ、かつ、特にウェットヒートプレス時に要求される温度及び時間の条件が緩和され、電池の様々な製造プロセスに適用可能な非水系二次電池用セパレータを提供することにある。
 本発明の他の一実施形態が解決しようとする課題は、生産性の高い非水系二次電池を提供することにある。
 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設けられ、下記の樹脂A及び樹脂B1を含む接着性多孔質層と、を備えた非水系二次電池用セパレータである。
 (1)樹脂A:単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
 (2)樹脂B1:単量体成分としてフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及び下記式(1)で表される単量体を含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位、ヘキサフルオロプロピレン単量体単位、及び下記式(1)で表される単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

 
 式(1)において、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基もしくはその誘導体、又は炭素数1~5のアルキル基を表す。Xは、単結合、炭素数1~5のアルキレン基、又は置換基を有する炭素数1~5のアルキレン基を表す。Yは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基、又は少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~5のアルキル基を表す。
 <2> 前記樹脂B1における前記式(1)で表される単量体の含有比率が、前記樹脂B1に含まれる単量体成分の合計のモル量に対し、0.1モル%以上である<1>に記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <3> 多孔質基材と、前記多孔質基材の片面又は両面に設けられ、下記の樹脂A及び樹脂B2を含む接着性多孔質層と、を備え、前記樹脂A及び前記樹脂B2の全体の酸価が3.0mgKOH/g~20mgKOH/gである、非水系二次電池用セパレータである。
 (1)樹脂A:単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
 (2)樹脂B2:単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
 <4> 前記接着性多孔質層は、更に、無機フィラーを含み、前記無機フィラーの平均粒子径が0.1μm~0.7μmである<1>~<3>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <5> 前記無機フィラーがマグネシウム系フィラーである<4>に記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <6> 前記接着性多孔質層における、前記樹脂Aと前記樹脂B1又は前記樹脂B2との合計量が、0.6g/m~4.0g/mである<1>~<5>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <7> 前記接着性多孔質層は、空孔率が40%~70%である<1>~<6>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <8> 前記樹脂Aは、単量体成分として、更に、下記式(1)で表される単量体を含む<1>~<7>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004

 
 式(1)において、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基もしくはその誘導体、又は炭素数1~5のアルキル基を表す。Xは、単結合、炭素数1~5のアルキレン基、又は置換基を有する炭素数1~5のアルキレン基を表す。Yは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基、又は少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~5のアルキル基を表す。
 <9> 前記樹脂Aにおける前記式(1)で表される単量体の含有比率が、0.1モル%以上である<8>に記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <10> 前記樹脂Aは、重量平均分子量が70万以上300万以下である<1>~<9>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <11> 前記樹脂B1又は前記樹脂B2は、重量平均分子量が10万以上70万未満である<1>~<10>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <12> 前記接着性多孔質層における、前記樹脂Aと前記樹脂B1又は前記樹脂B2との含有量の比(A:B1又はB2)が、質量基準で15:85~85:15である<1~<11>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <13> 前記樹脂Aと前記樹脂B1又は前記樹脂B2との全体での、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分布(Mw/Mn)が、2.0を超える<1>~<12>のいずれか1つに記載の非水系二次電池用セパレータである。
 <14> 正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された<1>~<13>のいずれか1つに記載の非水系二次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である。
 本発明の一実施形態によれば、ウェットヒートプレス及びドライヒートプレスのいずれによっても電極との接着性に優れ、かつ、特にウェットヒートプレス時に要求される温度及び時間の条件が緩和され、電池の様々な製造プロセスに適用可能な非水系二次電池用セパレータが提供される。
 本発明の他の一実施形態によれば、生産性の高い非水系二次電池が提供される。
 以下、本開示の非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池について詳細に説明する。
 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下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
 本明細書において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
 本明細書において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
 本明細書において、樹脂A並びに樹脂B1及びB2における「単量体成分」とは、共重合体である樹脂を構成する共重合成分であり、単量体が共重合した際の構成単位を意味する。
 また、本明細書において、フッ化ビニリデン単量体成分を「VDF」ともいい、ヘキサフルオロプロピレン単量体成分を「HFP」ともいう。更に、「加熱圧着」することを「熱プレス」ともいう。
<非水系二次電池用セパレータ>
 本開示の非水系二次電池用セパレータ(以下、単に「セパレータ」ともいう。)は、多孔質基材と接着性多孔質層とを備えたものであり、以下に示す第1の態様又は第2の態様のいずれの構成(以下、これら双方を含めて「本開示の非水系二次電池用セパレータ」又は「本開示のセパレータ」ということがある。)を有してもよい。
 なお、第1の態様及び第2の態様における「樹脂A」は同義であり、好ましい態様も同様である。また、本明細書において、第1の態様の「樹脂B1」及び第2の態様の「樹脂B2」を総じて「樹脂B」と称することがある。
 本開示の第1の態様の非水系二次電池用セパレータは、多孔質基材と、多孔質基材の片面又は両面に設けられ、以下に示す樹脂A及び樹脂B1を含む接着性多孔質層と、を備えている。
(1)樹脂A:
 単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
(2)樹脂B1:
 単量体成分としてフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及び下記式(1)で表される単量体を含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

 
 式(1)において、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基もしくはその誘導体、又は炭素数1~5のアルキル基を表す。Xは、単結合、炭素数1~5のアルキレン基、又は置換基を有する炭素数1~5のアルキレン基を表す。Yは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基、又は少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~5のアルキル基を表す。
 本開示の第2の態様の非水系二次電池用セパレータは、多孔質基材と、多孔質基材の片面又は両面に設けられ、以下に示す樹脂A及び樹脂B2を含む接着性多孔質層と、を備えており、樹脂A及び樹脂B2の全体の酸価を3.0mgKOH/g~20mgKOH/gの範囲としたものである。
(1)樹脂A:
 単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
(2)樹脂B2:
 単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
 本開示の非水系二次電池用セパレータは、特定の2種のポリフッ化ビニリデン(PVDF)系樹脂を含む接着性多孔質層を備えることによって、ウェットヒートプレス及びドライヒートプレスのいずれの方法によっても、電極との間の接着性に優れたものとなる。特にウェットヒートプレスによる場合において、接着に要求される温度及び時間の条件が緩和され、例えば低温域での接着又は例えば長時間接着による場合などの広範なプレス条件で接着させた場合にも、電極との間の接着性(以下、「ウェット接着性」ともいう。)に優れたものとなる。
 本開示のセパレータが効果を奏する理由は以下のように推測される。即ち、
 PVDF系樹脂は、一般に結晶性が高いことから、電極への接着力が弱い。一方、近年では、水系バインダを使用した負極が普及するに至っている。そのため、電極に対する充分な接着性を確保するには、樹脂の結晶性を下げることが考えられる。
 この点に関係して、PVDF系樹脂において、フッ化ビニリデン以外のヘキサフルオロプロピレン(HFP)等の共重合成分の割合が比較的少ない場合(3.5モル%以下の場合)は、電解液への膨潤性が不足する傾向にあるため、ウェットヒートプレスによる接着は保てても、ドライヒートプレスによる接着性を高めることは困難な傾向にある。逆に、PVDF系樹脂の結晶性は、HFP等の共重合成分の割合が多くなるにつれて崩れるため、加熱時の流動性が高くなり、電解液への膨潤性も高くなる。したがって、フッ化ビニリデンと重合する共重合成分を特定の比率(3.5モル%)を超す範囲で有する共重合体を選択することで、電極との接着に必要な条件を緩和することができる。本開示のセパレータは、共重合成分の異なる樹脂が含まれるので、接着性が向上すると共に、特にウェットヒートプレスによる場合に緩やかなプレス条件でも良好な電極との接着性が得られ易い。これにより、本開示のセパレータは、様々な製造プロセスへの適用性が効果的に改善される。
 なお、PVDF系樹脂の結晶性が低くなり過ぎると、電解液への膨潤性が高くなり過ぎて、ドライヒートプレスによって電極とセパレータとを接着しても、電解液を含浸すると接着が減弱しやすく、しかも細孔を塞ぎやすい。結果、接着性が不充分となるばかりか、イオン移動を阻害し、特に長期サイクル特性及び負荷特性が低下する傾向がある。そのため、共重合体に含まれるフッ化ビニリデン以外の共重合成分の割合は、特定の比率以下であることが重要である。
 また、本開示のセパレータは、接着性多孔質層に含まれる樹脂に単量体成分として式(1)で表される単量体を含むか、あるいは接着性多孔質層に含まれる樹脂の酸価が特定の範囲にあることにより、共重合体であるPVDF系樹脂、即ち式(1)で表される単量体に由来の構成単位又は酸性基が電極活物質と相互作用し、接着性多孔質層と電極との間の接着性(ウェットヒートプレス又はドライヒートプレスのいずれの接着性)が高められ、かつ、特にウェットヒートプレスによる場合に必要とされるプレス条件が拡がる。これにより、本開示のセパレータでは、様々な製造プロセスで製造される場合において、接着性多孔質層と電極との間の接着性をより確保しやすくなる。
 電極とセパレータとの間の接着性の向上には、セパレータの電極材料に対する親和性を高めることが重要である。本開示のセパレータでは、ウェットヒートプレス及びドライヒートプレスのいずれによっても、電極との間の接着性が良好になり、ヒートプレス後も良好なイオン透過性を発揮する。特にウェットヒートプレスによる場合は、緩やかな温度及び長時間となる条件でも良好な接着性を保持することができ、広範なプレス条件下で様々な製造プロセスにおいて良好な接着性を発現する。
 結果として、長期サイクル特性等の電池特性を効果的に向上させることができる。
 また、本開示のセパレータは、溶剤系バインダ(具体的にはPVDF系樹脂)を用いた電極に対してのみならず、水系バインダ(具体的にはスチレン-ブタジエン共重合体)を用いた電極に対してもウェット接着性に優れる。
 本開示のセパレータは、電極に対する接着性に優れるので、本開示のセパレータを適用した非水系二次電池は、セル強度に優れる。また、本開示のセパレータは、広いプレス条件でウェットヒートプレス処置が可能であり、緩やかな条件でも熱プレスでき、熱プレス後の電極との接着性にも優れるため、熱プレス後及び長期サイクル試験時において良好な多孔質構造を維持することができる。結果、本開示のセパレータを適用した非水系二次電池は、サイクル特性及び負荷特性といった電極特性に優れる。
 また、ウェットヒートプレス時に広範なプレス条件から適切な温度を選択することが可能であるので、電解液及び電解質の種類に応じた最適なプレス条件を選択することができる。したがって、電解液及び電解質の分解に起因するガス発生が抑制され、電池のガス膨れの問題も生じ難い。
 更に、本開示のセパレータは、充放電に伴う電極の膨張及び収縮並びに外部からの衝撃によって生じやすい、電極とセパレータとの間に隙間が形成される現象を抑制することができる。したがって、本開示のセパレータは、アルミラミネートフィルム製のパックを外装材とするソフトパック電池に好適であり、ソフトパック電池を作製した際の電池性能の向上にも寄与する。
 また、既述のように、緩やかな温度及び時間の条件でも接着が可能なため、円筒型電池及び角型電池において、外装材に詰め込まれた際に外部より受ける圧力(外圧)でも、エージング工程を経ることにより、セパレータと電極との間の接着を確保することが可能である。
 まず、第2の態様における酸価について説明する。
 第2の態様において、接着性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂(樹脂A及び樹脂B2)の酸価は、3.0mgKOH/g~20mgKOH/gの範囲である。
 接着性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂の酸価が3.0mgKOH/g~20mgKOH/gの範囲にあることは、PVDF系樹脂に酸性基(好ましくはカルボキシル基)がある程度以上含まれていることを意味し、酸性基(好ましくはカルボキシル基)が電極活物質と相互作用して接着性多孔質層と電極との接着性を高めると考えられる。つまり、ドライヒートプレス後に電解液を含浸してもセパレータと電極との接着が維持されやすく、また、電解液の含浸後にさらにウェットヒートプレスを行いセパレータと電極との接着を回復することができると考えられる。かかる観点から、PVDF系樹脂の酸価は、5.0mgKOH/g以上がより好ましく、7.0mgKOH/g以上が更に好ましい。また、PVDF系樹脂の酸価は、電極に対する接着性多孔質層の接着性の観点からは高い方が好ましいが、PVDF系樹脂の酸価は、セパレータ及び電極の耐酸化性の観点から、15mgKOH/g以下がより好ましい。
 酸価は、PVDF系樹脂に対して電位差滴定法(JIS K1557-5:2007)により求められる値である。具体的には、酸価は、接着性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂を抽出し、抽出したPVDF系樹脂に対し、電位差滴定法(JIS K1557-5:2007)により測定を行って求められる。
 次に、本開示のセパレータの材料、組成、物性等に関し、以下に詳述する。
 本開示のセパレータは、多孔質基材の片面又は両面に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂(PVDF系樹脂)として、樹脂Aと、樹脂B1又は樹脂B2と、を含む接着性多孔質層を備えている。
[接着性多孔質層]
 本開示における接着性多孔質層は、PVDF系樹脂である樹脂A及び樹脂B(樹脂B1又は樹脂B2)を含み、好ましくは無機フィラーを含み、必要に応じて、更に、PVDF系樹脂以外の樹脂、有機フィラー、添加剤等の他の成分を含んでいてもよい。
 接着性多孔質層は、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ている。
 接着性多孔質層は、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、セパレータと電極とを重ねて熱プレスしたときに電極と接着し得る層である。
 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(容量維持率)に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。
(PVDF系樹脂)
-樹脂A-
 樹脂Aは、単量体成分として、フッ化ビニリデンに由来の構成単位(VDF単位)及びヘキサフルオロプロピレンに由来の構成単位(HFP単位)を含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下のポリフッ化ビニリデン系樹脂である。
 樹脂Aには、VDF単位及びHFP単位のみを有する共重合体、並びに、VDF単位とHFP単位とこれら以外の単量体成分である他の単量体単位とを有する共重合体のいずれもが含まれる。
 樹脂Aは、HFP単位を、VDF単位とHFP単位との合計に対して、1.5モル%超3.5モル%以下の割合で有する。HFP単位の割合が1.5モル%を超えると、電解液に対し膨潤しやすくなる傾向があるので、ウェットヒートプレスにより接着性多孔質層と電極との間の接着性に有利となる。一方、HFP単位の割合が3.5モル%以下の少量に抑えられるので、樹脂Aは電解液に溶解しにくく、電解液の注液後もドライヒートプレスによる接着性が維持されやすい。
 上記と同様の観点から、HFP単位の割合は、1.8モル%以上が好ましく、2.0モル%以上がより好ましい。また、HFP単位の割合は、3.0モル%以下が好ましい。
 他の単量体単位を形成する単量体としては、例えば、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、トリクロロエチレン等の含ハロゲン単量体;酸価を調整する目的で共重合させる、カルボキシル基を有する単量体(例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸エステル、及びこれらのフッ素置換体);などが挙げられる。
 これら単量体の1種又は2種以上に由来する単量体単位が、樹脂Aに含まれていてもよい。
 含ハロゲン単量体単位としては、VDF単位とHFP単位とが主たる単量体単位であることが好ましい。具体的には、VDF単位とHFP単位との合計は、含ハロゲン単量体単位の合計に対して、80モル%以上が好ましく、より好ましくは90モル%以上であり、更に好ましくは100モル%である。樹脂Aが有する単量体単位としては、酸価の調整を目的として含有されている単量体以外は、含ハロゲン単量体単位のみ(好ましくはVDF単位とHFP単位のみ)であることが好ましい。
 樹脂Aは、単量体成分として、下記式(1)で表される単量体を含むことが好ましい。後述の樹脂Bのみならず、樹脂Aも式(1)で表される単量体を含むことで、電極との接着性をより向上させるのに好適である。
 樹脂Aは、式(1)で表される単量体を共重合させることで、式(1)で表される単量体に由来する単量体単位を有することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

 
 式(1)において、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基もしくはその誘導体、又は炭素数1~5のアルキル基を表す。Xは、単結合、炭素数1~5のアルキレン基、又は置換基を有する炭素数1~5のアルキレン基を表す。Yは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基、又は少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~5のアルキル基を表す。
 R、R及びRにおけるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
 R、R及びRにおける炭素数1~5のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
 Xにおける炭素数1~5のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基等が挙げられる。
 Xにおける「置換基を有する炭素数1~5のアルキレン基」としては、例えば、2-メチルエチレン、2-エチルプロピレン等が挙げられる。
 Yにおける炭素数1~5のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
 Yにおける「少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~5のアルキル基」としては、例えば、2-ヒドロキシエチル、2-ヒドロキシプロピル等が挙げられ、少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~3のアルキル基が好ましい。
 上記の中でも、R、R及びRが水素原子又は炭素数1~4のアルキル基であり、Xが単結合であり、Yが水素原子、炭素数1~4のアルキル基、又は少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~3のアルキル基である場合がより好ましい。
 式(1)で表される単量体としては、特に制限はなく、例えば、アクリル系モノマー、不飽和二塩基酸、不飽和二塩基酸のモノエステルモノマー等が挙げられる。
 アクリル系モノマーの例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n-ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2-ヒドロキシプロピル、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。中でも、アクリル酸、メタクリル酸は好ましい。
 不飽和二塩基酸の例としては、不飽和ジカルボン酸が挙げられ、具体的には(無水)マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸等が挙げられる。
 不飽和二塩基酸のモノエステルモノマーの例としては、マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、シトラコン酸モノエチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、イタコン酸モノエチルエステル等が挙げられる。中でも、不飽和二塩基酸のモノエステルモノマーは、マレイン酸モノメチルエステル及びシトラコン酸モノメチルエステルが特に好ましい。
 また、Xが置換基を有するアルキレン基を表す場合、ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい。
 ヘテロ原子として酸素を含む置換基を有するモノマーの例として、カルボキシエチルアクリレート、アクリロイルオキシエチルコハク酸等が挙げられる。
 樹脂Aにおける式(1)で表される単量体の含有比率は、0.1モル%以上であることが好ましい。これにより、樹脂Aは、分子中に酸性基又はエステル基を有することになり、電極材料に対する親和性がより向上し、接着性多孔質層を形成する樹脂Aが電極活物質と相互作用する。結果、接着性多孔質層と電極との間の接着性(ウェットヒートプレス又はドライヒートプレスによる接着性)が高められ、しかも特にウェットヒートプレスによる場合に必要とされるプレス条件が拡がる。
 樹脂Aにおける式(1)で表される単量体の含有比率としては、0.2モル%以上がより好ましく、0.5モル%以上が更に好ましく、1.0モル%以上が特に好ましい。また、樹脂Aにおける式(1)で表される単量体の含有比率の上限は、10モル%以下がより好ましく、5.0モル%以下が更に好ましく、3.0モル%以下が特に好ましい。
 樹脂Aが酸性基を有する場合、樹脂Aの酸価としては、5mgKOH/g~20mgKOH/gが好ましく、10mgKOH/g~15mgKOH/gがより好ましい。
 酸価は、例えばカルボキシ基を導入することにより制御できる。樹脂Aへのカルボキシ基の導入及び導入量は、共重合成分として上記式(1)で表されるようなカルボキシ基を有する単量体(例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸エステル、及びこれらのフッ素置換体)を用い、重合比を調整することで制御できる。
 酸価の測定方法については、既述の通りである。
 樹脂Aは、重量平均分子量(Mw)が70万以上300万以下であることが好ましい。
 接着によって良好なセル強度を実現するためには、接着性多孔質層の力学物性も重要である。かかる観点から、Mwは、70万以上であることが好ましい。また、Mwが300万以下であると、成形が容易であり、入手性の点でも好ましい。
 Mwとしては、上記と同様の理由から、90万以上がより好ましく、100万以上が更に好ましい。
 また、樹脂Aの、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分布(Mw/Mn)としては、2.0~5.0が好ましく、3.0~4.5がより好ましい。Mw/Mnが2.0以上であると、ウェットヒートプレスによる場合において、接着に要求される温度及び時間の条件を拡げる点で有利である。また、Mw/Mnが5.0以下であると、成形後のセパレータの力学物性を制御する点で有利である。
 樹脂Aの重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
 具体的には、測定には、日本分光社製のGPC装置「GPC-900」を用い、カラムに東ソー社製のTSKgel SUPER AWM-Hを2本用い、溶媒にジメチルホルムアミドを使用する。測定条件は、温度40℃、流量0.6mL/分とし、ポリスチレン換算の分子量を求める。
-樹脂B-
(樹脂B1)
 第1の態様における樹脂B1は、単量体成分として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及び下記式(1)で表される単量体を含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位、ヘキサフルオロプロピレン単量体単位、及び上記の式(1)で表される単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下のポリフッ化ビニリデン系樹脂である。
 樹脂B1には、VDF単位、HFP単位及び式(1)で表される単量体単位のみを有する共重合体、並びに、VDF単位とHFP単位と式(1)で表される単量体単位とこれら以外の単量体成分である他の単量体単位とを有する共重合体のいずれもが含まれる。
 第1の態様は、樹脂B1を含む。樹脂Aにおける酸性基及び/又は式(1)で表される単量体単位の有無に関わらず、樹脂Bとして、式(1)で表される単量体単位を有する樹脂B1を含有することが好ましい。
 含ハロゲン単量体単位であるVDF単位とHFP単位との合計は、含ハロゲン単量体単位の合計に対して、80モル%以上が好ましく、より好ましくは90モル%以上である。樹脂B1が有する単量体単位としては、酸価の調整を目的として含有されている単量体以外は、含ハロゲン単量体単位のみ(好ましくはVDF単位とHFP単位のみ)であることが好ましい。
 樹脂B1は、HFP単位を、VDF単位とHFP単位と式(1)で表される単量体単位との合計に対して、3.5モル%超15モル%以下の割合で有する。HFP単位の割合が3.5モル%を超える比較的多い範囲であると、加熱した際のポリマー鎖の運動性が高く流動しやすくなるので、ドライヒートプレスにより接着性多孔質層が電極により接着しやすくなる。更には、電解液に対して膨潤しやすいので、ウェットヒートプレスによって接着性多孔質層が電極に対して接着しやすい。上記と同様の観点から、HFP単位の割合は、5.0モル%以上が好ましく、6.0モル%以上がより好ましい。
 また、HFP単位の割合が15モル%以下であると、電解液に対して溶解しにくい。かかる観点からは、HFP単位の割合は、12モル%以下がより好ましく、10モル%以下がより好ましい。
 樹脂B1における式(1)で表される単量体の含有比率が、樹脂B1に含まれる単量体成分の合計のモル量に対し、0.1モル%以上であることが好ましい。これにより、樹脂B1は、分子中に酸性基を有することになり、電極材料に対する親和性がより向上し、接着性多孔質層を形成する樹脂B1が電極活物質と相互作用する。したがって、接着性多孔質層と電極との間の接着性(ウェットヒートプレス又はドライヒートプレスによる接着性)が高められ、しかも特にウェットヒートプレスによる場合に必要とされるプレス条件が拡がる。
 樹脂B1における式(1)で表される単量体の含有比率としては、0.2モル%以上がより好ましく、0.5モル%以上が更に好ましく、1.0モル%以上が特に好ましい。また、樹脂B1における式(1)で表される単量体の含有比率の上限は、10モル%以下がより好ましく、5.0モル%以下が更に好ましく、3.0モル%以下が特に好ましい。
 樹脂B1が酸性基を有する場合、樹脂B1の酸価としては、5mgKOH/g~20mgKOH/gが好ましく、10mgKOH/g~15mgKOH/gが更に好ましい。
 酸価の測定方法については、既述の通りである。
 樹脂B1は、重量平均分子量(Mw)が10万以上70万未満であることが好ましい。
 ドライヒートプレスにおいて電極との接着性を得るには、接着性多孔質層が柔らかく、電極と密着する必要がある。そのため、樹脂B1の重量平均分子量が10万以上であると、重量平均分子量が小さ過ぎず、電解液への溶解が抑制される。また、重量平均分子量が70万未満であると、接着性多孔質層が柔らかく、電極との密着性に優れたものとなる。
 中でも、重量平均分子量は、45万~60万がより好ましい。
 また、樹脂B1の、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分布(Mw/Mn)としては、樹脂Aにおける場合と同様の理由から、2.0~5.0が好ましく、3.0~4.5がより好ましい。
 樹脂B1の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。具体的な方法については、既述の樹脂Aにおける場合と同様である。
(樹脂B2)
 第2の態様における樹脂B2は、単量体成分として、フッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下のポリフッ化ビニリデン系樹脂である。
 樹脂B2には、VDF単位及びHFP単位のみを有する共重合体、並びに、VDF単位とHFP単位とこれら以外の単量体成分である他の単量体単位とを有する共重合体のいずれもが含まれる。
 樹脂B2は、HFP単位を、VDF単位とHFP単位との合計に対して、3.5モル%超15モル%以下の割合で有している。HFP単位の割合が3.5モル%を超えると、電解液に対し膨潤しやすくなり、より低い温度条件もしくはより低い圧力条件でのウェットヒートプレスでも接着性を確保できる。一方、HFP単位の割合を15モル%以下とすることにより、電解液への溶解性を抑制できるため、高い温度条件もしくは高い圧力条件でのウェットヒートプレスでも接着性を維持することが可能となる。
 上記と同様の観点から、HFP単位の割合は、4.0モル%以上が好ましく、5.0モル%以上がより好ましい。また、HFP単位の割合は、12モル%以下が好ましく、10モル%以下がより好ましい。
 第2の態様は、樹脂B2を含む。PVDF系樹脂が全体として酸価を有している場合、即ち、樹脂A又は樹脂A以外の他の樹脂が酸価を有している場合には、樹脂Bとして、式(1)で表される単量体単位を有しない樹脂B2を用いることができる。もちろん樹脂B2として上述した樹脂B1を用いてもよい。
 含ハロゲン単量体単位であるVDF単位とHFP単位との合計は、含ハロゲン単量体単位の合計に対して、80モル%以上が好ましく、より好ましくは90モル%以上である。樹脂B2が有する単量体単位としては、酸価の調整を目的として含有されている単量体以外は、含ハロゲン単量体単位のみ(好ましくはVDF単位とHFP単位のみ)であることが好ましい。
 樹脂B2が酸性基を有する場合、樹脂B2の酸価は、1mgKOH/g~20mgKOH/gが好ましく、2mgKOH/g~15mgKOH/gがより好ましい。
 酸価は、例えばカルボキシ基を導入することにより制御できる。酸価の測定方法については、既述の通りである。
 樹脂B2は、重量平均分子量(Mw)が10万以上70万未満であることが好ましい。
 ドライヒートプレスにおいて電極との接着性を得るには、接着性多孔質層が柔らかく、電極と密着する必要がある。そのため、樹脂B2の重量平均分子量が10万以上であると、重量平均分子量が小さ過ぎず、電解液への溶解が抑制される。また、重量平均分子量が70万未満であると、接着性多孔質層が柔らかく、電極との密着性に優れたものとなる。
 中でも、重量平均分子量は、45万~60万がより好ましい。
 また、樹脂B2の、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分布(Mw/Mn)としては、樹脂Aにおける場合と同様の理由から、2.0~5.0が好ましく、2.5~4.0がより好ましい。
 樹脂B2の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。具体的な方法については、既述の樹脂Aにおける場合と同様である。
 また、樹脂B(即ち、樹脂B1又は樹脂B2)の全体の、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分布(Mw/Mn)としては、2.0~5.0が好ましく、3.0~4.5がより好ましい。Mw/Mnが2.0以上であると、ウェットヒートプレスによる場合において、接着に要求される温度及び時間の条件を拡げる点で有利である。また、Mw/Mnが5.0以下であると、成形後のセパレータの力学物性を制御する点で有利である。
 接着性多孔質層において、樹脂A及び樹脂Bは、それぞれ1種単独で含まれてもよいし、樹脂A及び樹脂Bの少なくとも一方は2種以上含まれていてもよい。
 接着性多孔質層における樹脂A及び樹脂B(即ち、樹脂B1もしくは樹脂B2又は樹脂B1及び樹脂B2)の合計量が、0.6g/m~4.0g/mであることが好ましい。
 接着性多孔質層における樹脂A及び樹脂Bの合計量が0.6g/m以上であると、電極に対してより良好な接着性を付与することができる。また、樹脂A及び樹脂Bの合計量が4.0g/m以下であると、セパレータの薄膜化に有利である。
 接着性多孔質層における樹脂A及び樹脂Bの合計量としては、1g/m~3.5g/mがより好ましく、1.3g/m~3.5g/mがより好ましい。
 接着性多孔質層における樹脂Aと樹脂B(樹脂B1もしくは樹脂B2又は樹脂B1及び樹脂B2)との含有量の比(樹脂A:樹脂B)が、質量基準で15:85~85:15であることが好ましい。樹脂Aと樹脂Bとの含有比率が上記範囲内であると、接着性多孔質層がある程度の柔軟性を有し、かつ、ヒートプレスに耐え得る力学特性が得られる。これにより、ドライヒートプレス及びウェットヒートプレスのいずれの場合にも、電極に対する接着性に優れたものとなる。
 樹脂Aと樹脂Bとの含有比率としては、上記と同様の理由から、50:50~85:15がより好ましく、60:40~85:15が更に好ましい。
 分子量分布が狭いポリマー、すなわち構造均一性が高いポリマーの場合、ある特定のプレス温度では電極とのウェット接着力を発現するものの、その均一性がゆえに適用できるプレス温度領域が狭く、プレス温度が異なると、まったく接着力を発現しないという特徴がある。
 かかる観点から、樹脂Aと樹脂B1又は樹脂B2との全体での、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分布(Mw/Mn)は、2.0を超える範囲であることが好ましい。
 Mw/Mnとしては、3.0以上がより好ましい。
 また、Mw/Mnの上限値は、5.0以下が好ましく、4.5以下がより好ましい。
 樹脂Aと樹脂B1又は樹脂B2との全体での、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
 具体的には、測定には、日本分光社製のGPC装置「GPC-900」を用い、カラムに東ソー社製のTSKgel SUPER AWM-Hを2本用い、溶媒にジメチルホルムアミドを使用する。測定条件は、温度40℃、流量0.6mL/分とし、ポリスチレン換算の分子量を求める。
 また、分子量分布が狭いポリマー、すなわち構造均一性が高いポリマーの場合、ある特定のプレス温度では電極とのウェット接着力を発現するものの、その均一性がゆえに適用できるプレス温度領域が狭く、プレス温度が異なると、まったく接着力を発現しないという特徴がある。
 樹脂A及び樹脂Bは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及び所望とする単量体を、乳化重合又は懸濁重合することにより得られる。
(無機フィラー)
 接着性多孔質層は、更に、無機フィラーを含むことが好ましい。無機フィラーを含むことにより、セパレータの滑り性や耐熱性を向上させることができる。
 無機フィラーとしては、電解液に対して安定であり、かつ、電気化学的に安定な無機フィラーが好ましい。無機フィラーの具体例としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、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;酸化マグネシウム、アルミナ(Al)、ベーマイト(アルミナ1水和物)、チタニア、シリカ、ジルコニア、チタン酸バリウム等の金属酸化物;炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の炭酸塩;硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩;フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等の金属フッ化物;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。
 無機フィラーは、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。無機フィラーは、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。
 上記のうち、無機フィラーとしては、電解液に対して安定であり、且つ、電気化学的に安定な無機フィラーが好ましく、中でも特にマグネシウム系フィラーが好ましい。マグネシウム系フィラーは、ガス発生抑制の観点から好ましい。
 マグネシウム系フィラーとしては、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム等が好適である。
 無機フィラーの平均粒子径は、0.1μm~0.7μmであることが好ましい。平均粒子径が0.1μm以上であると、セパレータの製造工程において多孔構造を形成しやすい。また、平均粒子径が0.7μm以下であると、接着性多孔質層の薄膜化に有利であるし、接着性多孔質層内において無機フィラーおよび樹脂の充填密度が上がると共に、上述した樹脂A,Bとの組み合わせにより電極との接着強度を高めることができる。
 無機フィラーの平均粒子径としては、0.3μm~0.7μmが更に好ましく、0.3μm~0.5μmが特に好ましい。
 平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定される値であり、例えばシスメックス社製のマスターサイザー2000を用いて測定される。具体的には、無機フィラーと水(分散媒)と非イオン性界面活性剤(Triton X-100;分散剤)とを混合し分散させた分散液の、体積粒度分布における中心粒子径(D50)を平均粒子径とする。
 また、無機フィラーの粒度分布は、0.1μm<d90-d10<3μmであることが好ましい。ここで、「d10」は、レーザー回折式における粒度分布において、小さな粒子側から起算した重量累計10質量%での粒子直径(μm)を表し、「d90」は、重量累計90質量%での粒子直径(μm)を表す。粒度分布は、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定される値であり、例えばシスメックス社製のマスターサイザー2000を用いて測定される。測定は、分散媒として水を用い、水と無機フィラーと非イオン性界面活性剤(Triton X-100;分散剤)とを混合して分散した分散液を用いて行える。
 無機フィラーの形状には制限はなく、球に近い形状でもよく、板状、繊維状の形状でもよい。中でも、無機フィラーは、電池の短絡抑制の観点から、板状の粒子、又は凝集していない一次粒子が好ましい。
 接着性多孔質層における無機フィラーは、1種単独で含まれてもよいし、2種以上を混合して含まれていてもよい。
 接着性多孔質層に含まれる無機フィラーの含有量は、接着性多孔質層の全固形分の40体積%~85体積%であることが好ましい。フィラーの含有量が40体積%以上であると、セパレータの耐熱性、セル強度の更なる向上及び電池の安全性確保が期待できる。一方、フィラーの含有量が85体積%以下であると、接着性多孔質層の成形性及び形が保たれ、セル強度の向上に寄与する。フィラーの含有量は、接着性多孔質層の全固形分の45体積%以上であることがより好ましく、50体積%以上であることが更に好ましく、80体積%以下であることがより好ましく、75体積%以下であることが更に好ましい。
(他の成分)
 本開示のセパレータは、上記のPVDF系樹脂及び無機フィラー以外の他の成分を含んでもよい。他の成分は、いずれも1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
[PVDF系樹脂以外の他の樹脂]
 本開示における接着性多孔質層は、PVDF系樹脂以外のポリフッ化ビニリデン系樹脂、及び、ポリフッ化ビニリデン系樹脂以外の他の樹脂を含有してもよい。
 PVDF系樹脂以外のポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、例えば、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、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、トリクロロエチレン等から選ばれる少なくとも1種との共重合体;が挙げられる。
 ポリフッ化ビニリデン系樹脂以外の他の樹脂としては、フッ素系ゴム、アクリル系樹脂、スチレン-ブタジエン共重合体、ビニルニトリル化合物(アクリロニトリル、メタクリロニトリル等)の単独重合体又は共重合体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル(ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等)などが挙げられる。
[有機フィラー]
 本開示のセパレータは、無機フィラーに加えて、有機フィラーを含んでもよい。
 有機フィラーとしては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル等の架橋アクリル樹脂、架橋ポリスチレンなどが挙げられ、架橋ポリメタクリル酸メチルが好ましい。
[添加剤]
 本発明における接着性多孔質層は、界面活性剤等の分散剤、湿潤剤、消泡剤、pH調整剤などの添加剤を含有していてもよい。分散剤は、接着性多孔質層を形成するための塗工液に、分散性、塗工性及び保存安定性を向上させる目的で添加される。湿潤剤、消泡剤、pH調整剤は、接着性多孔質層を形成するための塗工液に、例えば、多孔質基材との馴染みをよくする目的、塗工液へのエア噛み込みを抑制する目的、又はpH調整の目的で添加される。
 接着性多孔質層は、空孔率が40%~70%であることが好ましい。
 空孔率が40%以上であると、イオン透過性を確保するのに有利である。また、空孔率が70%以下であると、電極との接着性を得つつ、ヒートプレスに耐え得る力学特性を確保するのに有利である。
 接着性多孔質層の平均孔径は、10nm~200nmが好ましく、20nm~100nmがより好ましい。平均孔径が10nm以上(好ましくは20nm以上)であると、接着性多孔質層に電解液を含浸させたとき、接着性多孔質層に含まれる樹脂が膨潤しても孔の閉塞が起きにくい。一方、平均孔径が200nm以下(好ましくは100nm以下)であると、接着性多孔質層の表面において開孔の不均一性が抑えられ接着点が均等に散在し、電極に対する接着性により優れる。また、平均孔径が200nm以下(好ましくは100nm以下)であると、イオン移動の均一性が高く、電池のサイクル特性及び負荷特性により優れる。
 接着性多孔質層の平均孔径(nm)は、すべての孔が円柱状であると仮定し、以下の式によって算出する。
   d=4V/S
 式中、dは接着性多孔質層の平均孔径(直径)、Vは接着性多孔質層1m当たりの空孔体積、Sは接着性多孔質層1m当たりの空孔表面積を表す。
 接着性多孔質層1m当たりの空孔体積Vは、接着性多孔質層の空孔率から算出する。
 接着性多孔質層1m当たりの空孔表面積Sは、以下の方法で求める。
 まず、多孔質基材の比表面積(m/g)とセパレータの比表面積(m/g)とを、窒素ガス吸着法にBET式を適用することにより、窒素ガス吸着量から算出する。これらの比表面積(m/g)にそれぞれの目付(g/m)を乗算して、それぞれの1m当たりの空孔表面積を算出する。そして、多孔質基材1m当たりの空孔表面積をセパレータ1m当たりの空孔表面積から減算して、接着性多孔質層1m当たりの空孔表面積Sを算出する。
~非水系二次電池用セパレータの特性~
 本開示のセパレータの厚さは、機械的強度、電池のエネルギー密度及び出力特性のバランスの観点から、5μm~35μmが好ましく、5μm~30μmがより好ましく、5μm~25μmが更に好ましく、5μm~20μmが更に好ましい。
 本開示のセパレータの空孔率は、機械的強度、電極との接着性、及びイオン透過性の観点から、30%~60%が好ましい。
 本開示のセパレータのガーレ値(JIS P8117:2009)は、機械的強度と膜抵抗のバランスがよい観点から、50秒/100ml~800秒/100mlが好ましく、50秒/100ml~450秒/100mlがより好ましい。
 本開示のセパレータは、イオン透過性の観点から、セパレータ(多孔質基材上に接着性多孔質層を形成した状態)のガーレ値から多孔質基材のガーレ値を減算した値(以下「ガーレ値差」という。)が、300秒/100ml以下であることが好ましく、より好ましくは150秒/100ml以下、更に好ましくは100秒/100ml以下である。ガーレ値差が300秒/100ml以下であることで、接着性多孔質層が緻密になり過ぎずイオン透過性が良好に保たれ、優れた電池特性が得られる。一方、ガーレ値差は0秒/100ml以上が好ましく、接着性多孔質層と多孔質基材との接着力を高める観点からは、10秒/100ml以上が好ましい。
 本開示のセパレータの膜抵抗は、電池の負荷特性の観点から、1ohm・cm~10ohm・cmが好ましい。ここで膜抵抗とは、セパレータに電解液を含浸させたときの抵抗値であり、交流法にて測定される。膜抵抗の値は電解液の種類、温度によって異なるところ、上記の値は電解液として1mol/L LiBF-プロピレンカーボネート:エチレンカーボネート(質量比1:1)の混合溶媒を用い、温度20℃下にて測定した値である。
 本開示のセパレータの突刺強度は、160gf(1.6N)~1000gf(9.8N)が好ましく、200gf(2.0N)~600gf(5.9N)がより好ましい。セパレータの突刺強度の測定方法は、多孔質基材の突刺強度の測定方法と同様である。
 本開示のセパレータの120℃における熱収縮率は、形状安定性とシャットダウン特性のバランスの観点から、MD(machine direction)及びTD(Transverse Direction)のいずれの方向もともに、12%以下であることが好ましい。
 本開示のセパレータの曲路率は、イオン透過性の観点から、1.2~2.8が好ましい。
 本開示のセパレータに含まれる水分量(質量基準)は、1000ppm以下が好ましい。セパレータの水分量が少ないほど、電池を構成した場合に電解液と水との反応を抑えることができ、電池内でのガス発生を抑えることができ、電池のサイクル特性が向上する。この観点から、本開示のセパレータに含まれる水分量は、800ppm以下がより好ましく、500ppm以下が更に好ましい。
[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他の多孔性の層を1層以上積層した複合多孔質シート;などが挙げられる。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、熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。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。熱可塑性樹脂としては、融点200℃未満の熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレ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;などが挙げられ、中でも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有する微多孔膜(「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、例えば、従来の非水系二次電池用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、ポリエチレンを含有することが好ましく、ポリエチレンの含有量としては、ポリオレフィン微多孔膜全体の質量の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からは、ポリエチレンとポリプロピレンとを含有する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有することが好ましい。また、シャットダウン機能と耐熱性の両立という観点からは、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有し、少なくとも1層はポリプロピレンを含有する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(Mw)が10万~500万のポリオレフィンが好ましい。ポリオレフィンのMwが10万以上であると、十分な力学特性を確保できる。一方、ポリオレフィンのMw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、さらに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、ポリエチレンテレフタレ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;などの繊維状物からなる、不織布、紙等が挙げられる。ここで耐熱性樹脂とは、融点が200℃以上のポリマー、又は、融点を有さず分解温度が200℃以上のポリマーをいう。
 本明細書において、融点は、示差走査熱量計(DSC;Q-200、TAインスルメンツ社製)を用いて測定される値である。
 複合多孔質シートとしては、微多孔膜又は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観点から好ましい。機能層としては、耐熱性を付与するという観点から、耐熱性樹脂を含有する多孔性の層、又は、耐熱性樹脂及び無機フィラーを含有する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、ポリエーテルイミド等が挙げられる。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。微多孔膜又は多孔性シートに機能層を設ける方法としては、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等が挙げられる。
 多孔質基材には、接着性多孔質層を形成するための塗工液との濡れ性を向上させる目的で、多孔質基材の性質を損なわない範囲で、各種の表面処理を施してもよい。表面処理としては、コロナ処理、プラズマ処理、火炎処理、紫外線照射処理等が挙げられる。
[多孔質基材の特性]
 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、3μm~25μmが好ましく、5μm~25μmがより好ましく、5μm~20μmが更に好ましい。
 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。
 多孔質基材のガーレ値(JIS P8117:2009)は、電池の短絡防止や十分なイオン透過性を得る観点から、50秒/100ml~800秒/100mlが好ましく、50秒/100ml~400秒/100mlがより好ましい。
 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、200g以上が好ましく、300g以上がより好ましい。多孔質基材の突刺強度は、カトーテック社製KES-G5ハンディー圧縮試験器を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/secの条件で突刺試験を行って測定する最大突刺荷重(g)を指す。
 多孔質基材の平均孔径は、20nm~100nmが好ましい。多孔質基材の平均孔径が20nm以上であると、イオンが移動しやすく、良好な電池性能が得やすくなる。この観点からは、多孔質基材の平均孔径は、30nm以上がより好ましく、40nm以上が更に好ましい。一方、多孔質基材の平均孔径が100nm以下であると、多孔質基材と接着性多孔質層との間の剥離強度を向上でき、良好なシャットダウン機能も発現し得る。この観点からは、多孔質基材の平均孔径は、90nm以下がより好ましく、80nm以下が更に好ましい。多孔質基材の平均孔径は、パームポロメーターを用いて測定される値であり、例えば、ASTM E1294-89に準拠し、パームポロメーター(PMI社製CFP-1500-A)を用いて測定できる。
[非水系二次電池用セパレータの製造方法]
 本開示のセパレータは、例えば、PVDF系樹脂を含有する塗工液を多孔質基材上に塗工し塗工層を形成し、次いで塗工層に含まれるPVDF系樹脂を固化させることで、接着性多孔質層を多孔質基材上に形成する方法で製造される。具体的には、接着性多孔質層は、例えば、以下の湿式塗工法によって形成することができる。
 湿式塗工法は、(i)PVDF系樹脂を溶媒に溶解又は分散させて塗工液を調製する塗工液調製工程、(ii)塗工液を多孔質基材上に塗工して塗工層を形成する塗工工程、(iii)塗工層を凝固液に接触させて、相分離を誘発しつつPVDF系樹脂を固化させ、多孔質基材上に接着性多孔質層を備えた複合膜を得る凝固工程、(iv)複合膜を水洗する水洗工程、及び(v)複合膜から水を除去する乾燥工程、を順次行う製膜法である。本開示のセパレータに好適な湿式塗工法の詳細は、以下のとおりである。
 塗工液の調製に用いる、PVDF系樹脂を溶解又は分散する溶媒(以下、「良溶媒」ともいう。)としては、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、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接着性多孔質層を形成する観点からは、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(TPG)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、良好な多孔構造を有する接着性多孔質層を形成する観点から、良溶媒を60質量%以上、相分離剤を5質量%~40質量%含有する混合溶媒が好ましい。
 塗工液のPVDF系樹脂の濃度は、良好な多孔構造を有する接着性多孔質層を形成する観点から、塗工液の全質量の3質量%~10質量%であることが好ましい。
 接着性多孔質層にフィラーや他の成分を含有させる場合は、塗工液中にフィラーや他の成分を溶解又は分散させればよい。
 塗工液は、界面活性剤等の分散剤、湿潤剤、消泡剤、pH調整剤等を含有していてもよい。これらの添加剤は、非水系二次電池の使用範囲において電気化学的に安定で電池内反応を阻害しないものであれば、接着性多孔質層に残存するものであってもよい。
 凝固液は、塗工液の調製に用いた良溶媒及び相分離剤と、水とから構成されるのが一般的である。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。凝固液の水の含有量は40質量%~90質量%であることが、多孔構造の形成及び生産性の観点から好ましい。
 多孔質基材への塗工液の塗工は、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を用いた従来の塗工方式を適用してよい。接着性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。
 接着性多孔質層は、上述した湿式塗工法以外にも、乾式塗工法でも製造し得る。乾式塗工法とは、PVDF系樹脂及び溶媒を含有する塗工液を多孔質基材に塗工し、この塗工層を乾燥させて溶媒を揮発除去することにより、接着性多孔層を得る方法である。ただし、乾式塗工法は湿式塗工法と比べて塗工層が緻密になりやすいので、良好な多孔質構造を得られる点で湿式塗工法の方が好ましい。
 本開示のセパレータは、接着性多孔質層を独立したシートとして作製し、この接着性多孔質層を多孔質基材に重ねて、熱圧着や接着剤によって複合化する方法によっても製造し得る。接着性多孔質層を独立したシートとして作製する方法としては、上述した湿式塗工法又は乾式塗工法を適用して、剥離シート上に接着性多孔質層を形成する方法が挙げられる。
<非水系二次電池>
 本開示の非水系二次電池は、正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された既述した本開示の非水系二次電池用セパレータと、を備えており、リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得るものである。
 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、例えば、負極と正極とがセパレータを介して対向した電池素子が電解液と共に外装材内に封入された構造を有する。本開示の非水系二次電池は、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、電極への接着に優れる本開示のセパレータを用いることによって、効率よく製造できる。本開示の非水系二次電池は、電極との接着に優れる本開示のセパレータを備えることにより、セル強度に優れる。
 以下、本開示の非水系二次電池が備える正極、負極、電解液、及び外装材の形態例を説明する。
 正極は、正極活物質及びバインダ樹脂を含有する活物質層が集電体上に成形された構造としてよい。活物質層は、さらに導電助剤を含有してもよい。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、黒鉛粉末等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。
 本開示のセパレータの一実施形態によれば、接着性多孔質層が耐酸化性に優れるため、接着性多孔質層を非水系二次電池の正極側に配置することで、正極活物質として、4.2V以上の高電圧で作動可能なLiMn1/2Ni1/2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3等を適用しやすい。
 負極は、負極活物質及びバインダ樹脂を含有する活物質層が集電体上に成形された構造としてよい。活物質層は、さらに導電助剤を含有してもよい。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-ブタジエン共重合体などが挙げられる。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、黒鉛粉末等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。また、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。
 電極は、セパレータとの接着性の観点からは、活物質層にバインダ樹脂が多く含まれていることが好ましい。一方、電池のエネルギー密度を高める観点からは、活物質層に活物質が多く含まれていることが好ましく、相対的にバインダ樹脂量は少ないことが好ましい。本開示のセパレータは電極との接着に優れるので、活物質層のバインダ樹脂量を減らして活物質量を増やすことを可能にし、よって、電池のエネルギー密度を高めることができる。本開示のセパレータを適用することにより、溶剤系バインダ(具体的にはポリフッ化ビニリデン系樹脂)を用いた負極に対してのみならず、水系バインダ(具体的にはスチレン-ブタジエン共重合体)を用いた負極に対しても接着に優れる。
 電解液は、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、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、ビニ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0.5mol/L~1.5mol/L溶解したものが好適である。
 外装材としては、金属缶やアルミラミネートフィルム製パック等が挙げられる。電池の形状は角型、円筒型、コイン型等があるが、本開示のセパレータはいずれの形状にも好適である。
<非水系二次電池の製造方法>
 本開示の非水系二次電池の製造方法は、以下の工程を順に実施するものである。
(i)正極と負極との間に、上述した本開示の非水系二次電池用セパレータを配置して積層体を製造する工程
(ii)前記積層体を外装材の内部に収容し、当該外装材の内部に電解液を注入した後、外装材を封止して、電池素子を製造する工程
(iii)前記電池素子に対して適切な温度でヒートプレス処理を行って、前記正極及び/又は負極と前記非水系二次電池用セパレータとを接着させる工程
 上記(i)の工程においては、正極と負極との間にセパレータを配置する方式は、正極、セパレータ、負極をこの順に少なくとも1層ずつ積層する方式(所謂スタック方式)でもよく、正極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に重ね、長さ方向に捲き回す方式でもよい。
 上記(ii)の工程においては、積層体を外装材の内部に収容した後、電解液を注入する前にヒートプレス(ドライヒートプレス)を行ってもよい。この場合、積層体の外装材への収容に先立って電極とセパレータとが接着しているので、外装材に収容するための搬送時に起こる積層体の変形が抑制される。さらに、セパレータの接着性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂が電解液に膨潤した状態で、さらに積層体が上記(iii)の工程でウェットヒートプレスされるので、電極とセパレータの接着がより強固になり得る。この場合のウェットヒートプレスは、電解液の含浸によっていくらか減弱した電極-セパレータ間の接着を回復させる程度の穏やかな条件でよく、つまりウェットヒートプレスの温度を比較的低温に設定できるので、電池製造時における電池内での電解液及び電解質の分解に起因するガス発生が抑制される。ドライヒートプレスの条件としては、プレス圧は0.2MPa~9MPaが好ましく、温度は20℃~100℃が好ましい。もちろん、上記(ii)の工程においては、上述したドライヒートプレスを実施せずに、積層体を外装材の内部に収容し、当該外装材の内部に電解液を注入した後、外装材を封止して、電池素子を製造するだけでもよい。
 上記(iii)の工程においては、上記(ii)の工程で作製した電池素子に対してウェットヒートプレスを実施する。これにより、セパレータの接着性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂が電解液に膨潤した状態で積層体が熱プレスされ電極とセパレータがよく接着し、セル強度及び電池特性に優れる非水系二次電池が得られる。
 上記(iii)の工程において、ウェットヒートプレスの条件としては、プレス圧は0.2MPa~2MPaが好ましく、温度は60℃以上90℃未満が好ましい。
 以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
<測定及び評価の方法>
 実施例及び比較例に適用した測定及び評価の方法は、以下の通りである。
[ポリフッ化ビニリデン系樹脂の共重合成分の割合]
 ポリフッ化ビニリデン系樹脂の共重合成分の割合は、NMR(核磁気共鳴)スペクトルを測定し、各共重合成分に由来するピーク強度の比から求めた。具体的には、ポリフッ化ビニリデン系樹脂10mgを重ジメチルスルホキシド0.6mLに100℃にて溶解し、100℃で19F-NMRスペクトルを、室温でH-NMRスペクトルをそれぞれ測定した。
[ポリフッ化ビニリデン系樹脂の分子量]
 ポリフッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
 測定には、日本分光社製のGPC装置「GPC-900」を用い、カラムに東ソー社製のTSKgel SUPER AWM-Hを2本用い、溶媒にジメチルホルムアミドを使用した。測定は、温度40℃、流量0.6mL/分の条件で行い、ポリスチレン換算の分子量を求めた。
[ポリフッ化ビニリデン系樹脂の酸価]
 ポリフッ化ビニリデン系樹脂の酸価は、JIS K1557-5:2007(電位差滴定法)に基づき、電位差滴定装置AT-500N(京都電子工業社製)及び複合ガラス電極(京都電子工業社製)を使用して測定した。具体的な測定手順は以下の通りである。
(i)100mLの三角フラスコにポリフッ化ビニリデン系樹脂0.4gとアセトン80mLを入れ、湯浴にて加熱し、ポリフッ化ビニリデン系樹脂をアセトンに溶解させて試料を作製した。
(ii)上記試料を、電位差滴定装置を用いて滴定し、得られた滴定曲線の変曲点を終点(本試験での滴定液量)とした。滴定液としては0.02mol/L KOHエタノール溶液を用いた。
(iii)同様の方法で、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含まないサンプルで空試験も行い、下記の式により酸価を算出した。
 酸価(mgKOH/g)=(V1-V0)×N×56.1×f÷S
  V1:本試験での滴定液量(mL)
  V0:空試験での滴定液量(mL)
  N:滴定液の濃度(mol/L)
  f:滴定液のファクター=0.958
  S:ポリフッ化ビニリデン系樹脂の試料量(g)
[接着性多孔質層の塗工量]
 まず、セパレータを10cm×10cmに切り出して質量を測定し、測定値を面積で除することによりセパレータの目付を求めた。また、セパレータの作製に用いた多孔質基材を10cm×10cmに切り出して質量を測定し、測定値を面積で除することにより多孔質基材の目付を求めた。
 そして、セパレータの目付から多孔質基材の目付を減算することで、接着性多孔質層の塗工量(多孔質基材の両面に接着性多孔質層を有する場合は2層の合計の塗工量)を求めた。
[厚み]
 多孔質基材及びセパレータの厚みは、接触式の厚み計(ミツトヨ社製、LITEMATIC)を用い、直径5mmの円柱状の測定端子にて測定した。測定中は、7gの荷重が印加されるように調整し、10cm×10cm内の任意の20点を測定してその平均値を算出した。
 接着性多孔質層の厚みは、セパレータの厚みから多孔質基材の厚みを減算して求めた。
[空孔率] 
 多孔質基材及びセパレータの空孔率は、下記の算出方法に従って求めた。
 構成材料がa、b、c、…、nであり、各構成材料の質量がWa、Wb、Wc、…、Wn(g/cm)であり、各構成材料の真密度がda、db、dc、…、dn(g/cm)であり、膜厚をt(cm)としたとき、空孔率ε(%)は以下の式より求められる。
 ε={1-(Wa/da+Wb/db+Wc/dc+…+Wn/dn)/t}×100
[ガーレ値]
 多孔質基材及びセパレータのガーレ値[単位:秒/100ml]は、JIS P8117:2009に従い、ガーレ式デンソメータ(G-B2C、東洋精機社製)にて測定した。
[無機フィラーの平均粒径]
 無機フィラーを、非イオン性界面活性剤であるTriton X-100を含有する水に分散し、レーザー回折式粒度分布測定装置(シスメックス社製マスターサイザー2000)を用いて粒度分布を測定した。体積基準の粒度分布において、小径側から累積50%となる粒径(D50)を無機フィラーの体積平均粒径(μm)とした。
[ウェットヒートプレスでのセル強度]
 正極活物質であるコバルト酸リチウム粉末94g、導電助剤であるアセチレンブラック3g、及びバインダであるポリフッ化ビニリデン3gを、ポリフッ化ビニリデンの濃度が5質量%となるようにN-メチル-ピロリドンに溶解し、双腕式混合機にて攪拌し、正極用スラリーを調製した。この正極用スラリーを厚さ20μmのアルミ箔の片面に塗布し、乾燥後プレスして、正極活物質層を有する正極を得た。
 負極活物質である人造黒鉛300g、バインダであるスチレン-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7.5g、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース3g、及び適量の水を双腕式混合機にて攪拌して混合し、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。
 セパレータを挟むようにして上記の正極及び負極(長さ70mm、幅30mm)を重ねて積層し、リードタブを溶接して電池素子を得た。この電池素子をアルミラミネートフィルム製パック中に収容し、電解液を含浸させた後、下記の条件にて熱プレス(ウェットヒートプレス)を実施し、外装を封止して試験用二次電池(厚さ:1.1mm)を作製した。
 ここで、電解液として、1mol/L LiPF-エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート(質量比3:7)を用いた。
 上記のようにして作製した試験用二次電池に対し、ISO-178に準拠して3点曲げ試験を行い、電池強度(セル強度)を評価した。
  プレス条件1:圧力1MPa、温度60~90℃、時間2分間
  プレス条件2:圧力1MPa、温度70℃、時間10分~2時間
[ドライヒートプレスでの接着強度]
 上記の「セル強度」における場合と同様の方法により作製した負極(長さ70mm、幅15mm)と、セパレータ(長さ74mm、幅18mm)と、離型紙(長さ70mm、幅15mm)と、を重ねて積層体とし、アルミラミネートフィルム製パック中に積層体を収容して熱プレスを実施した。これにより、負極とセパレータとを接着させた。
 この際、熱プレスの条件は、温度90℃、圧力9MPa、時間10秒とした。その後、パックから積層体を取り出し、離型紙を剥離して測定サンプルとした。
 測定サンプルの負極の無塗工面を金属板に両面テープで固定し、金属板をテンシロン(エー・アンド・デイ製、STB-1225S)の下部チャックに固定した。この際、測定サンプルの長さ方向が重力方向になるように、金属板をテンシロンに固定した。セパレータを下部の端から2cm程度負極から剥がして、その端部を上部チャックに固定し、引張角度(測定サンプルに対するセパレータの角度)が180°になるようにした。引張速度20mm/minでセパレータを引っ張り、負極からセパレータが剥離する際の荷重を測定した。測定開始10mmから40mmまでの荷重を0.4mm間隔で採取し、その平均をドライヒートプレスでの電極との接着強度とした。
[電池のサイクル特性]
-正極の作製-
 正極活物質であるコバルト酸リチウム粉末91g、導電助剤であるアセチレンブラック3g、及びバインダであるポリフッ化ビニリデン3gを、ポリフッ化ビニリデンの濃度が5質量%となるようにN-メチル-ピロリドンに溶解し、双腕式混合機にて攪拌し、正極用スラリーを調製した。この正極用スラリーを厚さ20μmのアルミ箔の片面に塗布し、乾燥後プレスして、正極活物質層を有する正極(片面塗工)を得た。
-負極の作製-
 上記の「セル強度」における場合と同様の方法により負極(片面塗工)を作製した。
-電池製造の歩留まりの評価試験-
 セパレータ(幅108mm)を2枚用意して重ね、MD方向の一端をステンレス製の巻芯に巻きつけた。2枚のセパレータの間にリードタブを溶接した正極(幅106.5mm)を挟み、一方のセパレータ上にリードタブを溶接した負極(幅107mm)を配置した。このようにして作製された積層体を巻回し、巻回電極体を連続的に60個作製した。作製した巻回電極体を、熱プレス機により荷重1MPa、温度90℃、プレス時間30秒の条件で熱プレス(ドライヒートプレス)し、電池素子を得た。得られた電池素子をアルミラミネートフィルム製のパック中に収容し、電解液を含浸させて、真空シーラーを用いて封入した。電解液として、1mol/L LiPF-エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート(質量比3:7)を用いた。
 その後、電池素子及び電解液を収容したアルミラミネートフィルム製のパックに対し、熱プレス機により熱プレス(ウェットヒートプレス)を施し、試験用の二次電池60個を作製した。ウェットヒートプレスの条件は、以下の通りである。
  条件1:荷重1MPa、プレス温度90℃、プレス時間2分間
  条件2:荷重1MPa、プレス温度60℃、プレス時間2分間
  条件3:荷重1MPa、プレス温度70℃、プレス時間1時間
 試験用の二次電池60個について、100サイクルの充放電を行った。
 試験において、充電は0.5Cかつ4.2Vの定電流定電圧充電とし、放電は0.5Cかつ2.75Vカットオフの定電流放電とした。サイクル試験前後において、試験用の二次電池の厚みを測定し、厚みの変化が5%以下の場合を合格と判定した。一方、厚みの変化が5%を超える場合は不合格と判定した。そして、合格した試験用の二次電池の個数割合(%)を算出し、下記の基準にしたがって分類した。
 <基準>
A:合格した個数割合が100%である。
B:合格した個数割合が95%以上100%未満である。
C:合格した個数割合が90%以上95%未満である。
D:合格した個数割合が90%未満である。
(実施例1)
 樹脂A(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)系樹脂)として、フッ化ビニリデン(VDF)とヘキサフロロプロピレン(HFP)とアクリル酸(AA;式(1)で表される単量体)とを共重合(VDF/HFP/AA=96.5/2.4/1.1[モル%])した共重合体を用意した。なお、樹脂Aは、融点が152℃であり、重量平均分子量(Mw)が110万であり、Mw/Mnが2.8であった。
 なお、融点は、示差走査熱量計(DSC;Q-200、TAインスルメンツ社製)を用いて測定した。
 また、樹脂B(ポリフッ化ビニリデン(PVDF)系樹脂)として、フッ化ビニリデン(VDF)とヘキサフロロプロピレン(HFP)とアクリル酸(AA;式(1)で表される単量体)とを共重合(VDF/HFP/AA=94.6/5.2/0.2[モル%])した共重合体を用意した。なお、樹脂Bは、融点が150℃であり、重量平均分子量(Mw)が50万であり、Mw/Mnが3.4であった。
 なお、融点は、上記樹脂Aと同様の方法で測定した。
 上記のようにして製造した樹脂A及び樹脂Bを、70:30[質量比]の比率で濃度が5質量%となるようにジメチルアセトアミドとトリプロピレングリコールの混合溶媒(ジメチルアセトアミド:トリプロピレングリコール=80:20[質量比])に溶解し、更にフィラーとして、水酸化マグネシウム(Mg(OH),神島化学工業株式会社製の商品名:マグシーズHS-6M、平均粒子径(D50):0.5μm)を添加して均一に攪拌し、PVDF系樹脂とMg(OH)との質量比が50:50である接着性多孔質層形成用の塗工液を調製した。
 調製した塗工液をポリエチレン(PE)微多孔膜(膜厚9μm、空孔率36%、ガーレ値162秒/100ml)の両面に等量塗工し、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=62:30:8[質量比]、温度40℃)に浸漬して固化させた。
 次いで、ポリエチレン微多孔膜を水洗し、更に乾燥して、ポリエチレン微多孔膜の両面に接着性多孔質層が形成されたセパレータを作製した。
 なお、樹脂A及び樹脂Bを上記比率で混合してGPC測定を行ったところ、Mw/Mnは3.0であった。
 また、接着性多孔質層の塗工量は、ポリエチレン微多孔膜の両面に形成された接着性多孔質層の合計で2g/mであった。
(実施例2~12)
 実施例1において、PVDF系樹脂、フィラー等の種類及び含有量等、並びに厚み及び物性等を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜の両面に接着性多孔質層が形成されたセパレータを作製した。
 なお、実施例11では、多孔質基材として、ポリプロピレン(PP)微多孔膜(厚み25μm、空孔率50%、ガーレ値200秒/100ml)を用いた。また、実施例12では、ポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)/ポリプロピレン(PP)の3層構造を有するポリオレフィン微多孔膜(PP/PE/PP=4μm厚/4μm厚/4μm厚、空孔率44%、ガーレ値245秒/100ml)を用いた。
(比較例1~4)
 実施例1において、PVDF系樹脂、フィラー等の種類及び含有量等、並びに厚み及び物性等を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜の両面に接着性多孔質層が形成されたセパレータを作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 表1に示すように、実施例のセパレータでは、比較例に対して、ウェットヒートプレス及びドライヒートプレスのいずれによっても電極との接着性に優れていた。また、ウェットヒートプレス時には、温度条件及び時間条件を変化させても良好な接着性が得られており、ウェットヒートプレスによる接着に要求される条件が緩和され、電池の様々な製造プロセスに適用可能であることが分かる。
 そして、実施例のアルミラミネートフィルム製のパック形態の電池は、ウェットヒートプレスの条件(温度及び時間)を変化させてサイクル試験を行った場合にも形状の変化は小さく安定した特性を示した。
 2017年11月30日に出願された日本出願特願2017-231255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 (14)

  1.  多孔質基材と、
     前記多孔質基材の片面又は両面に設けられ、下記の樹脂A及び樹脂B1を含む接着性多孔質層と、
     を備えた非水系二次電池用セパレータ。
    (1)樹脂A:単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
    (2)樹脂B1:単量体成分としてフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及び下記式(1)で表される単量体を含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位、ヘキサフルオロプロピレン単量体単位、及び下記式(1)で表される単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

     
     式(1)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基もしくはその誘導体、又は炭素数1~5のアルキル基を表す。Xは、単結合、炭素数1~5のアルキレン基、又は置換基を有する炭素数1~5のアルキレン基を表す。Yは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基、又は少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~5のアルキル基を表す。
  2.  前記樹脂B1における前記式(1)で表される単量体の含有比率が、前記樹脂B1に含まれる単量体成分の合計のモル量に対し、0.1モル%以上である請求項1に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  3.  多孔質基材と、
     前記多孔質基材の片面又は両面に設けられ、下記の樹脂A及び樹脂B2を含む接着性多孔質層と、
     を備え、前記樹脂A及び前記樹脂B2の全体の酸価が3.0mgKOH/g~20mgKOH/gである、非水系二次電池用セパレータ。
    (1)樹脂A:単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が1.5モル%超3.5モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
    (2)樹脂B2:単量体成分としてフッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを含む共重合体であり、かつ、フッ化ビニリデン単量体単位及びヘキサフルオロプロピレン単量体単位の合計のモル量に占めるヘキサフルオロプロピレン単量体単位のモル比が3.5モル%超15モル%以下であるポリフッ化ビニリデン系樹脂
  4.  前記接着性多孔質層は、更に、無機フィラーを含み、前記無機フィラーの平均粒子径が0.1μm~0.7μmである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  5.  前記無機フィラーがマグネシウム系フィラーである請求項4に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  6.  前記接着性多孔質層における、前記樹脂Aと前記樹脂B1又は前記樹脂B2との合計量が、0.6g/m~4.0g/mである請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  7.  前記接着性多孔質層は、空孔率が40%~70%である請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  8.  前記樹脂Aは、単量体成分として、更に、下記式(1)で表される単量体を含む請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

     
     式(1)中、R、R、及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基もしくはその誘導体、又は炭素数1~5のアルキル基を表す。Xは、単結合、炭素数1~5のアルキレン基、又は置換基を有する炭素数1~5のアルキレン基を表す。Yは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基、又は少なくとも1つのヒドロキシ基を含む炭素数1~5のアルキル基を表す。
  9.  前記樹脂Aにおける前記式(1)で表される単量体の含有比率が、0.1モル%以上である請求項8に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  10.  前記樹脂Aは、重量平均分子量が70万以上300万以下である請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  11.  前記樹脂B1又は前記樹脂B2は、重量平均分子量が10万以上70万未満である請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  12.  前記接着性多孔質層における、前記樹脂Aと前記樹脂B1又は前記樹脂B2との含有量の比(A:B1又はB2)が、質量基準で15:85~85:15である請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  13.  前記樹脂Aと前記樹脂B1又は前記樹脂B2との全体での、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比である分子量分布(Mw/Mn)が、2.0を超える請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
  14.  正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された請求項1~請求項13のいずれか1項に記載の非水系二次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。
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