JP2012009150A - Nonaqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、厚みを小さくでき、かつ生産性が良好な非水二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery that can be reduced in thickness and has good productivity.
リチウム二次電池などの非水二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。 Non-aqueous secondary batteries such as lithium secondary batteries are widely used as power sources for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of their high energy density.
非水二次電池では、正極と負極との間に介在させるセパレータとして、例えば、ポリオレフィン製の微多孔膜が使用されているが、前記微多孔膜の表面に機能層を形成した積層型のセパレータを使用することで、非水二次電池の高性能化を図ることも検討されている。 In a non-aqueous secondary battery, as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, for example, a microporous membrane made of polyolefin is used. A laminated separator in which a functional layer is formed on the surface of the microporous membrane It is also being considered to improve the performance of non-aqueous secondary batteries by using the battery.
例えば、特許文献1には、シャットダウン機能を確保するための樹脂を主体として含む微多孔膜などで構成される第1セパレータ層と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む第2セパレータ層とを有する積層型のセパレータを用いて、非水二次電池などの電気化学素子を構成することが提案されている。特許文献1に記載のセパレータでは、第2セパレータ層が、セパレータ全体の熱収縮を抑制する機能層として作用するため、これを使用することにより、異常過熱した際にも熱暴走が生じ難い安全性に優れた非水二次電池とすることができる。 For example, Patent Document 1 discloses a first separator layer composed of a microporous film mainly including a resin for ensuring a shutdown function, and a second separator layer mainly including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. It has been proposed that an electrochemical element such as a non-aqueous secondary battery be configured using a laminated separator having In the separator described in Patent Document 1, since the second separator layer acts as a functional layer that suppresses thermal contraction of the entire separator, the use of this makes it difficult for thermal runaway to occur even when abnormal overheating occurs. The non-aqueous secondary battery can be made excellent.
また、特許文献2にも、耐熱性樹脂フィブリルにより構成される、耐熱性とイオン透過性の良好な機能層を、ポリオレフィン製微多孔膜の表面に形成したセパレータの提案がある。 Patent Document 2 also proposes a separator in which a functional layer composed of heat-resistant resin fibrils and having good heat resistance and ion permeability is formed on the surface of a polyolefin microporous film.
ところで、微多孔膜の表面に機能層を形成した積層型のセパレータでは、例えば長尺の微多孔膜を巻き取ったロールから、微多孔膜を引き出し、この微多孔膜の表面に、機能層の構成材料を含む組成物(塗料)を連続的に塗布して機能層を形成する製造方法が取られることがある。この際、微多孔膜には引き取り方向に応力がかかるため、製造後のセパレータにおいては、微多孔膜部分が残留応力によって縮む一方で、形成した機能層は、応力が残留していない場合には縮まないため、機能層を外側にして反りが生じることがある。非水二次電池では、正極と負極とセパレータとを重ね、渦巻き状に巻回した巻回電極体を使用することが多いが、前記のような反りの生じたセパレータを使用すると、巻回電極体の最内周側の端部において、電極と接していないセパレータが反り返り、外周側にカールして折れ重なるようになって巻回電極体の厚みが増加する虞があり、これにより巻回電極体の厚みが不均一となるため、電池の生産性が低下する。 By the way, in a laminated separator in which a functional layer is formed on the surface of the microporous film, the microporous film is pulled out from, for example, a roll wound with a long microporous film, and the functional layer is formed on the surface of the microporous film. A manufacturing method in which a composition (coating material) containing a constituent material is continuously applied to form a functional layer may be used. At this time, since the stress is applied to the microporous film in the take-off direction, in the manufactured separator, the microporous film portion is shrunk by the residual stress, while the formed functional layer has no stress remaining. Since it does not shrink, warping may occur with the functional layer on the outside. Non-aqueous secondary batteries often use a wound electrode body in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are overlapped and wound in a spiral shape. However, when a separator with a warp as described above is used, The separator that is not in contact with the electrode is warped at the end on the innermost peripheral side of the body, and the thickness of the wound electrode body may increase due to curling and folding on the outer peripheral side. Since the thickness of the body becomes non-uniform, the productivity of the battery decreases.
また、積層型のセパレータでは、基材となる微多孔膜などの表面に機能層を設けるために、セパレータ全体の厚みが大きくなりやすい。最近の非水二次電池では、使用機器の小型化に伴って、小型化、薄形化が要求されることも多く、積層型のセパレータを用いた電池においても、このような要請に応えることも求められる。 In the case of a laminated separator, since the functional layer is provided on the surface of a microporous film or the like serving as a base material, the thickness of the separator as a whole tends to increase. Recent non-aqueous secondary batteries are often required to be smaller and thinner with the downsizing of devices used, and even batteries using stacked separators meet these requirements. Is also required.
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、厚みを小さくでき、かつ生産性が良好な非水二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide a non-aqueous secondary battery which can make thickness small and has favorable productivity.
前記目的を達成し得た本発明の非水二次電池は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に介在させる2枚のセパレータを重ねて巻回し、横断面を扁平状にした巻回電極体を有する非水二次電池であって、前記セパレータは、多孔質層(A)および多孔質層(B)を有する多層構造であり、前記多孔質層(A)は、融点が80〜170℃の熱可塑性樹脂を主体とする層であり、前記多孔質層(B)は、多孔質層(B)の構成材料を溶剤に分散または溶解させて調製した組成物を、前記多孔質層(A)の片面に塗布する工程を経て形成した層であり、正極および負極のうち、少なくとも一方の電極の内端が、前記巻回電極体の内側の最初の屈曲開始部よりも内端側に位置する場合、前記2枚のセパレータのうちの少なくとも一方は、その多孔質層(A)側が、内端位置が前記巻回電極体のより内端側に位置する一方の電極と接しており、かつ、少なくとも、内端位置が前記巻回電極体のよりも内端側に位置する一方の電極と接する位置よりも前記巻回電極体の内端側には、多孔質層(B)を有しておらず、正極および負極の内端が、前記巻回電極体の内側の最初の屈曲開始部よりも外端側に位置する場合、前記2枚のセパレータのうちの少なくとも一方は、少なくとも、前記巻回電極体の内側の最初の屈曲開始部よりも内端側には、多孔質層(B)を有していないことを特徴とするものである。 The non-aqueous secondary battery according to the present invention that has achieved the above object has a positive electrode, a negative electrode, and two separators interposed between the positive electrode and the negative electrode, which are stacked and wound to have a flat cross section. A non-aqueous secondary battery having a wound electrode body, wherein the separator has a multilayer structure having a porous layer (A) and a porous layer (B), and the porous layer (A) has a melting point. It is a layer mainly composed of a thermoplastic resin at 80 to 170 ° C., and the porous layer (B) is a composition prepared by dispersing or dissolving the constituent material of the porous layer (B) in a solvent. It is a layer formed through a step of applying to one side of the porous layer (A), and the inner end of at least one of the positive electrode and the negative electrode is inside the first bending start portion inside the wound electrode body. When located on the end side, at least one of the two separators is The porous layer (A) side is in contact with one electrode whose inner end position is located closer to the inner end side of the wound electrode body, and at least the inner end position is inner than the wound electrode body. There is no porous layer (B) on the inner end side of the wound electrode body from the position in contact with one electrode located on the end side, and the inner ends of the positive electrode and the negative electrode are the wound electrode. When located on the outer end side of the first bend start portion inside the body, at least one of the two separators is at least the inner end than the first bend start portion inside the wound electrode body On the side, the porous layer (B) is not provided.
本発明の非水二次電池では、融点が80〜170℃の熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(A)と、構成材料を含む組成物を多孔質層(A)の表面に塗布する工程を経て形成される多孔質層(B)とを有する多層構造のセパレータを使用するが、かかるセパレータは、静置したときに、いずれか一方の面方向に反りが生じやすい。このようなセパレータは、前記の通り、厚みの均一な巻回電極体の形成が困難である。 In the nonaqueous secondary battery of the present invention, a porous layer (A) mainly composed of a thermoplastic resin having a melting point of 80 to 170 ° C. and a composition containing a constituent material are applied to the surface of the porous layer (A). A separator having a multilayer structure having a porous layer (B) formed through the process is used, but such a separator is likely to warp in one of the surface directions when left standing. As described above, it is difficult for such a separator to form a wound electrode body having a uniform thickness.
そこで、本発明では、巻回電極体の内端およびその近傍において、これら2枚のセパレータについて、巻回電極体の形成時に反りが生じる虞のある箇所に多孔質層(B)を形成しないようにして、巻回電極体の形成時におけるセパレータの反りを抑制し、非水二次電池の生産性の向上を可能としている。 Therefore, in the present invention, the porous layer (B) is not formed in the inner end of the spirally wound electrode body and in the vicinity thereof at the place where there is a possibility of warping during the formation of the spirally wound electrode body for these two separators. Thus, the separator warpage during the formation of the wound electrode body is suppressed, and the productivity of the non-aqueous secondary battery can be improved.
また、薄形化を目的として横断面を扁平状とした巻回電極体の内側において、セパレータに反りが生じることによって、巻回電極体の厚みが増大するが、前記の通り、本発明では、このような反りの発生を抑えることができるため、巻回電極体全体の厚みの増大を抑制できる。 In addition, in the inside of the wound electrode body having a flat cross section for the purpose of thinning, the thickness of the wound electrode body increases due to warpage of the separator, as described above, in the present invention, Since generation | occurrence | production of such a curvature can be suppressed, the increase in the thickness of the whole winding electrode body can be suppressed.
このように、本発明では、多孔質層(A)と多孔質層(B)とを有するセパレータを用いていても、扁平状の巻回電極体全体の厚みを小さくすることができ、これにより電池の厚みを小さくすることが可能である。 Thus, in the present invention, even when a separator having a porous layer (A) and a porous layer (B) is used, the thickness of the entire flat wound electrode body can be reduced. It is possible to reduce the thickness of the battery.
本発明によれば、厚みが小さく、かつ生産性の良好な非水二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery having a small thickness and good productivity.
図1に、本発明の非水二次電池に係る巻回電極体の横断面の一例を表す模式図を示す。なお、図1では、巻回電極体の構造の理解を容易にする目的で、正極および負極について、集電体と電極合剤層(正極合剤層および負極合剤層)とを区別して示しておらず、また、巻回周毎にある程度の隙間を持たせて示しているが、通常の電池においては、例えば図中上下方向に各構成要素が圧縮されて、構成要素間の隙間をできるだけ無くすように巻回電極体が構成される(後記の図2、図3および図4においても、同様である)。 In FIG. 1, the schematic diagram showing an example of the cross section of the winding electrode body which concerns on the nonaqueous secondary battery of this invention is shown. In FIG. 1, for the purpose of facilitating understanding of the structure of the wound electrode body, the current collector and the electrode mixture layer (the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer) are shown separately for the positive electrode and the negative electrode. In addition, in the normal battery, for example, each component is compressed in the vertical direction in the drawing so that the gap between the components is as small as possible. The wound electrode body is configured so as to be eliminated (the same applies to FIGS. 2, 3 and 4 described later).
図1に示す巻回電極体10は、正極20、負極30および2枚のセパレータ40、50を重ねて巻回し、横断面を扁平状にしたものである。なお、21は正極20と電池の外部端子とを接続するための正極タブであり、31は負極30と電池の外部端子とを接続するための負極タブである。
A
2枚のセパレータ40、50は、融点が80〜170℃の熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(A)41、51と、構成材料を含む組成物を多孔質層(A)の表面に塗布する工程を経て形成される多孔質層(B)42、52とを有する多層構造であり、静置したときに、いずれか一方の面方向に反りが生じ得る[通常は、多孔質層(B)形成面を外側にして反りが生じる]ものである。
The two
図1に示す巻回電極体10では、一方の電極(負極30)の内端(30a)が、巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11よりも内端(内側の端部。以下同じ。)側に位置しており、2枚のセパレータ40、50のうちの一方(セパレータ40)は、その多孔質層(A)(41)側が、内端(30a)位置が巻回電極体10のより内側に位置する一方の電極(負極30)と接しており、かつ、少なくとも、前記一方の電極(負極30)と接する位置よりも巻回電極体10の内端側には、多孔質層(B)(42)が形成されていない。
In the spirally
図1に示す巻回電極体10においては、例えばセパレータ40に係る多孔質層(A)の片側全面に多孔質層(B)が形成されていると、セパレータ40が負極30と接している箇所においては、セパレータ40の反りが生じ難い一方で、負極30の内端30aよりも内端側においては、例えば多孔質層(B)の形成面を外側にして反りが生じやすい。
In the
セパレータのうち、多孔質層(B)が形成されておらず多孔質層(A)のみが存在している部分は、セパレータの製造後において、多孔質層(A)が収縮しても反りが生じない。よって、巻回電極体の内端側におけるセパレータに反りが生じやすい箇所において、多孔質層(B)が存在しないように前記2枚のセパレータを配置することで、これらのセパレータの反りを抑えて、巻回電極体の形成を容易にするとともに、セパレータの反りによる巻回電極体の厚み(図1中の縦方向の長さ。巻回電極体の厚みについて、以下同じ。)の増大を抑制することができる。 Of the separator, the part where the porous layer (B) is not formed and only the porous layer (A) exists is warped even after the porous layer (A) contracts after the separator is manufactured. Does not occur. Therefore, by arranging the two separators so that the porous layer (B) does not exist at a location where the separator on the inner end side of the wound electrode body is likely to warp, the warpage of these separators can be suppressed. In addition to facilitating the formation of the wound electrode body, an increase in the thickness of the wound electrode body (the length in the vertical direction in FIG. 1; the same applies to the thickness of the wound electrode body) due to the warpage of the separator is suppressed. can do.
すなわち、図1に示す巻回電極体10では、セパレータ40のうち、少なくとも、負極30と接している位置よりも巻回電極体10の内端側を、多孔質層(B)42を形成せずに多孔質層(A)41だけで構成するようにして、セパレータ40の反りを抑えて、巻回電極体の形成を容易にするとともに、セパレータ40の反りによる巻回電極体の厚みの増大の抑制を可能としている。
That is, in the spirally
図2には、本発明の非水二次電池に係る巻回電極体の横断面の他の例を表す模式図を示している。図2に示す巻回電極体10では、正極20の内端20aおよび負極30の内端30aが、巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11よりも外端(外側の端部。以下同じ。)側に位置している。この場合、例えばセパレータ40は、巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11よりも外端側では反りが生じ難い一方で、最初の屈曲開始部11よりも内端側では、例えば多孔質層(B)の形成面を外側にして反りが生じやすい。
In FIG. 2, the schematic diagram showing the other example of the cross section of the wound electrode body which concerns on the nonaqueous secondary battery of this invention is shown. In the
よって、図2に示す巻回電極体10では、セパレータ40のうち、少なくとも、巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11より内端側を、多孔質層(B)42を形成せずに多孔質層(A)41だけで構成するようにして、セパレータ40の反りを抑えて、巻回電極体の形成を容易にするとともに、セパレータ40の反りによる巻回電極体の厚みの増大の抑制を可能としている。
Therefore, in the spirally
また、図3には、本発明の非水二次電池に係る巻回電極体の横断面の他の例を表す模式図を示している。図3に示す巻回電極体10では、図1に示す巻回電極体と同様に、負極30の内端30aが巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11よりも内端側に位置している。また、正極20は、2枚のセパレータ40、50間に介在するように配置されており、その内端20aが巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11よりも外端側に位置している。
Moreover, in FIG. 3, the schematic diagram showing the other example of the cross section of the winding electrode body which concerns on the nonaqueous secondary battery of this invention is shown. In the spirally
そして、図3に示す巻回電極体10では、セパレータ40は、図1に示す巻回電極体10と同様に、負極30と多孔質層(A)41側で接しており、かつ、少なくとも、負極30と接する位置よりも巻回電極体10の内端側には、多孔質層(B)42を有していないことに加えて、セパレータ50が、少なくとも、巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11より内端側に、多孔質層(B)42を有していない。図3に示す巻回電極体10の場合には、セパレータ40の反りを抑制することに加えて、セパレータ50の反りも良好に抑制し得るため、巻回電極体の形成を更に容易にすることができ、かつ、巻回電極体の厚みの増大を更に抑制することができる。
In the spirally
更に、図4には、本発明の非水二次電池に係る巻回電極体の横断面の他の例を表す模式図を示している。図4に示す巻回電極体10は、図2に示す巻回電極体と同様に、正極20の内端20aおよび負極の内端30aが、巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11よりも外端側に位置している。
Furthermore, in FIG. 4, the schematic diagram showing the other example of the cross section of the winding electrode body which concerns on the nonaqueous secondary battery of this invention is shown. 4, the
そして、2枚のセパレータ40、50が、少なくとも、巻回電極体10の内側の最初の屈曲開始部11より内端側には、多孔質層(B)42を有していない。図4に示す巻回電極体10の場合も、セパレータ40の反りを抑制することに加えて、セパレータ50の反りも良好に抑制し得るため、巻回電極体の形成を更に容易にすることができ、かつ、巻回電極体の厚みの増大を更に抑制することができる。
The two
また、図1および図2に示す巻回電極体10では、より外側に位置する電極である正極20のタブ21が、正極20の最外周における、2枚のセパレータのうちの一方(セパレータ40)が巻回電極体10の内側で多孔質層(B)42を有していない箇所に相当する位置に設けられている。
Further, in the spirally
薄形化を目的として横断面を扁平状とした巻回電極体においては、各電極を電池の外部端子と接続するためのタブの厚みも、巻回電極体の厚み増大の要因となり得る。そこで、本発明の電池に係る巻回電極体においては、より外側に位置する電極のタブを、該電極の最外周における、前記2枚のセパレータのうちの少なくとも一方が、巻回電極体の内側で多孔質層(B)を有していない箇所に相当する位置に設けることが好ましい。巻回電極体の内側で多孔質層(B)を有していない箇所では、多孔質層(B)が存在しない分だけ巻回電極体の厚みが小さくなるため、かかる箇所に相当する位置に電極のタブを配置することで、タブによる巻回電極体の厚みの増大をより抑えることができる。 In a wound electrode body having a flat cross section for the purpose of thinning, the thickness of a tab for connecting each electrode to an external terminal of the battery can also be a factor in increasing the thickness of the wound electrode body. Therefore, in the wound electrode body according to the battery of the present invention, the tab of the electrode located on the outer side, and at least one of the two separators on the outermost periphery of the electrode is on the inner side of the wound electrode body. And is preferably provided at a position corresponding to a portion not having the porous layer (B). At the location where the porous layer (B) is not provided inside the spirally wound electrode body, the thickness of the spirally wound electrode body is reduced by the absence of the porous layer (B). By arranging the tab of the electrode, an increase in the thickness of the wound electrode body due to the tab can be further suppressed.
なお、図3および図4に示す巻回電極体10では、より外側に位置する電極である正極20のタブ21を、正極20の最外周における、2枚のセパレータ40、50の両方が巻回電極体10の内側で多孔質層(B)を有していない箇所に相当する位置に設けており、この場合には、タブによる巻回電極体の厚みの増大を更に抑えることができることから、より好ましい。
3 and 4, the
本発明に係るセパレータにおける多孔質層(A)は、本発明の電池において、正極と負極の短絡を防止しつつ、イオンを透過するセパレータ本来の機能を有する層である。また、多孔質層(A)は、融点が80℃以上170℃以下、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、80℃以上(好ましくは100℃以上)170℃以下の熱可塑性樹脂を主体としており、このような多孔質層(A)を有するセパレータとすることで、本発明の電池が高温となった場合に、前記熱可塑性樹脂が溶融してセパレータの孔を塞ぐ、所謂シャットダウン機能を確保することができる。 In the battery of the present invention, the porous layer (A) in the separator according to the present invention is a layer having an original function of transmitting a separator while preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. The porous layer (A) has a melting point of 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower, that is, a melting temperature measured by using a differential scanning calorimeter (DSC) according to JIS K 7121. (Preferably 100 ° C. or more) The main component is a thermoplastic resin having a temperature of 170 ° C. or less. By using the separator having such a porous layer (A), the heat of the battery of the present invention becomes high. A so-called shutdown function can be secured in which the plastic resin melts and closes the pores of the separator.
多孔質層(A)を構成する熱可塑性樹脂は、融点が80℃以上170℃以下で、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後で詳述する電池の有する非水電解液や、多孔質層(B)形成用の組成物に使用する媒体に安定な熱可塑性樹脂であれば特に制限は無いが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィンなどが好ましい。 The thermoplastic resin constituting the porous layer (A) has a melting point of 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower, has an electrical insulating property, is electrochemically stable, and has a battery that will be described in detail later. There is no particular limitation as long as it is a stable thermoplastic resin for the medium used in the aqueous electrolyte and the composition for forming the porous layer (B), but polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene-propylene copolymer Polyolefins such as coalescence are preferred.
多孔質層(A)には、例えば、公知の非水二次電池などでセパレータに使用されている前記例示の熱可塑性樹脂で構成された微多孔膜、すなわち、溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより作製されたイオン透過性の微多孔膜を用いることができる。 For the porous layer (A), for example, a microporous film composed of the above-mentioned exemplified thermoplastic resin used as a separator in a known non-aqueous secondary battery or the like, that is, a solvent extraction method, a dry or wet stretching An ion-permeable microporous membrane produced by a method or the like can be used.
多孔質層(A)を構成する微多孔膜の好適な具体例としては、例えば、PEを主成分とする単層の微多孔膜や、PEとPPとを2〜5層積層した積層微多孔膜などが挙げられる。 As a suitable specific example of the microporous film constituting the porous layer (A), for example, a single-layer microporous film mainly composed of PE, or a laminated microporous film in which 2 to 5 layers of PE and PP are laminated. Examples include membranes.
また、多孔質層(A)には、シャットダウン機能を損なわない範囲で、その強度などを向上するためにフィラーなどを含有させることもできる。多孔質層(A)に使用可能なフィラーとしては、例えば、多孔質層(B)に使用可能な耐熱性微粒子として後に例示する各種微粒子が挙げられる。 Further, the porous layer (A) may contain a filler or the like in order to improve the strength and the like within a range not impairing the shutdown function. Examples of the filler that can be used in the porous layer (A) include various fine particles exemplified later as heat-resistant fine particles that can be used in the porous layer (B).
多孔質層(A)は、融点が80℃以上170℃以下の熱可塑性樹脂を主体とするが、ここでいう「主体とする」とは、融点が80℃以上170℃以下の熱可塑性樹脂を、多孔質層(A)の構成成分の全体積中、50体積%以上含むことを意味している。また、多孔質層(A)における融点が80℃以上170℃以下の熱可塑性樹脂の含有量は、シャットダウンの効果をより得やすくするために、例えば、下記のようであることが好ましい。セパレータの全構成成分中における融点が80℃以上170℃以下の可塑性樹脂の体積は、10体積%以上であることが好ましく、20体積%以上であることがより好ましい。また、融点が80℃以上170℃以下の熱可塑性樹脂の体積が、多孔質層(A)の全構成成分中、70体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましい(融点が80℃以上170℃以下の熱可塑性樹脂が100体積%であってもよい。)。更に、後記の方法により求められる多孔質層(B)の空孔率が20〜60%であり、かつ融点が80℃以上170℃以下の熱可塑性樹脂の体積が、多孔質層(B)の空孔体積の50%以上であることが好ましい。 The porous layer (A) is mainly composed of a thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. The term “mainly used” as used herein refers to a thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. In the total volume of the constituent components of the porous layer (A), it means that 50% by volume or more is contained. Further, the content of the thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower in the porous layer (A) is preferably as follows, for example, in order to make it easier to obtain the shutdown effect. The volume of the plastic resin having a melting point of 80 ° C. or more and 170 ° C. or less in all constituent components of the separator is preferably 10% by volume or more, and more preferably 20% by volume or more. Further, the volume of the thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower is preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more in all the constituent components of the porous layer (A). (The thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or higher and 170 ° C. or lower may be 100% by volume). Furthermore, the porosity of the porous layer (B) obtained by the method described later is 20 to 60%, and the volume of the thermoplastic resin having a melting point of 80 ° C. or more and 170 ° C. or less is that of the porous layer (B). It is preferably 50% or more of the pore volume.
多孔質層(A)の厚み[セパレータが多孔質層(A)を複数有している場合には、それらの合計厚み。多孔質層(A)の厚みに関して、以下同じ。]は、シャットダウン機能をより良好に確保する観点から、10μm以上であることが好ましく、12μm以上であることがより好ましい。ただし、多孔質層(A)が厚すぎると、電池の負荷特性やエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることなどから、30μm以下であることが好ましく、25μm以下であることがより好ましい。 Thickness of porous layer (A) [when the separator has a plurality of porous layers (A), the total thickness thereof. The same applies to the thickness of the porous layer (A). ] Is preferably 10 μm or more and more preferably 12 μm or more from the viewpoint of ensuring a better shutdown function. However, if the porous layer (A) is too thick, the load characteristics and energy density of the battery may be reduced, and therefore, the thickness is preferably 30 μm or less, and more preferably 25 μm or less.
セパレータに係る多孔質層(B)は、セパレータに特定の機能を付与するための機能層であり、多孔質層(B)の構成材料を、溶剤に分散または溶解させて調製した組成物(塗料)を、多孔質層(A)の表面に塗布する工程を経て形成される(セパレータの製造方法の詳細については、後述する)。 The porous layer (B) according to the separator is a functional layer for imparting a specific function to the separator, and is a composition (coating material) prepared by dispersing or dissolving the constituent material of the porous layer (B) in a solvent. ) Is applied to the surface of the porous layer (A) (details of the separator manufacturing method will be described later).
なお、多孔質層(B)に関しては、前記の工程を経て形成されるものであれば、その機能や構成については、特に制限はないが、は、多孔質層(A)よりも耐熱性が高い層であることが好ましく、これにより、例えば、セパレータ全体の耐熱性を、多孔質層(A)を構成する微多孔膜などのみを用いたセパレータに比べて高めることができる。 As for the porous layer (B), as long as it is formed through the above steps, its function and configuration are not particularly limited, but is more heat resistant than the porous layer (A). A high layer is preferable, and, for example, the heat resistance of the entire separator can be increased as compared with a separator using only a microporous film constituting the porous layer (A).
多孔質層(A)および多孔質層(B)の「耐熱性」は、軟化などの変形が見られる温度によって判断する。すなわち、多孔質層(A)よりも耐熱性が高い多孔質層(B)を有するセパレータの場合、多孔質層(B)の耐熱温度(軟化などの変形が生じない温度。後述する「耐熱温度が150℃以上のフィラーに係る「耐熱温度」についても、同じ。」が、多孔質層(A)の耐熱温度よりも高い必要がある。なお、多孔質層(B)の耐熱温度は、150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましい。 The “heat resistance” of the porous layer (A) and the porous layer (B) is determined by the temperature at which deformation such as softening is observed. That is, in the case of a separator having a porous layer (B) having higher heat resistance than the porous layer (A), the heat resistance temperature of the porous layer (B) (a temperature at which deformation such as softening does not occur. The same applies to the “heat-resistant temperature” relating to the filler having a temperature of 150 ° C. or higher. ”Must be higher than the heat-resistant temperature of the porous layer (A). It is preferable that the temperature is higher than or equal to ° C, and more preferably higher than or equal to 180 ° C.
多孔質層(B)としては、例えば、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む層が好ましい。このような多孔質層(B)は、耐熱温度が150℃以上のフィラーによって、電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を確保することができる。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層(A)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(B)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することができる。また、耐熱温度が150℃以上のフィラーを含有する多孔質層(B)が、セパレータの骨格として作用するため、多孔質層(A)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮を抑制することができる。 As the porous layer (B), for example, a layer mainly containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferable. Such a porous layer (B) can ensure a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the battery is increased by a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. it can. That is, when the battery becomes high temperature, even if the porous layer (A) shrinks, the porous layer (B) which does not easily shrink can directly generate positive and negative electrodes that can be generated when the separator is thermally contracted. It is possible to prevent a short circuit due to the contact. Moreover, since the porous layer (B) containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more acts as a skeleton of the separator, it can suppress the thermal contraction of the porous layer (A), that is, the thermal contraction of the entire separator. it can.
多孔質層(B)に使用する耐熱温度が150℃以上のフィラーとしては、電池の有する非水電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであれば、有機粒子でも無機粒子でもよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、安定性(特に耐酸化性)などの点から無機微粒子がより好ましく用いられる。 The filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher used for the porous layer (B) is stable to the non-aqueous electrolyte of the battery, and is electrochemically stable to be hardly oxidized or reduced in the battery operating voltage range. Any organic particles or inorganic particles may be used as long as they are fine, but fine particles are preferable from the viewpoint of dispersion and the like, and inorganic fine particles are more preferably used from the viewpoint of stability (particularly oxidation resistance).
無機粒子の構成材料の具体例としては、例えば、酸化鉄、Al2O3(アルミナ)、SiO2(シリカ)、TiO2、BaTiO3、ZrO2などの無機酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶;モンモリロナイトなどの粘土;などが挙げられる。ここで、前記無機酸化物は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などであってもよい。また、金属、SnO2、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の無機酸化物など)で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。無機粒子としては、多孔質層(B)の耐酸化性をより高める観点から、前記の無機酸化物の粒子(微粒子)が好ましく、中でも、アルミナ、シリカおよびベーマイトなどがより好ましい。 Specific examples of the constituent material of the inorganic particles include inorganic oxides such as iron oxide, Al 2 O 3 (alumina), SiO 2 (silica), TiO 2 , BaTiO 3 , ZrO 2 ; aluminum nitride, silicon nitride, etc. Inorganic nitrides of the above; poorly soluble ionic crystals such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; covalent bonds such as silicon and diamond; clays such as montmorillonite; Here, the inorganic oxide may be boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica, or other mineral resource-derived substances or artificial products thereof. In addition, the surface of a conductive material exemplified by metal, SnO 2 , conductive oxide such as tin-indium oxide (ITO), carbonaceous material such as carbon black, graphite, etc., is a material having electrical insulation ( For example, the particle | grains which gave the electrical insulation property by coat | covering with the said inorganic oxide etc. may be sufficient. As the inorganic particles, from the viewpoint of further improving the oxidation resistance of the porous layer (B), the above-mentioned inorganic oxide particles (fine particles) are preferable, and among these, alumina, silica, boehmite, and the like are more preferable.
また、有機粒子(有機粉末)としては、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子粒子や、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル(PAN)、アラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子粒子などが例示できる。また、これらの有機粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(前記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。 Organic particles (organic powder) include crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, crosslinked styrene-divinylbenzene copolymer, polyimide, melamine resin, phenol resin, benzoguanamine-formaldehyde condensate, etc. Examples thereof include various crosslinked polymer particles and heat-resistant polymer particles such as polysulfone, polyacrylonitrile (PAN), aramid, polyacetal, and thermoplastic polyimide. The organic resin (polymer) constituting these organic particles is a mixture, modified body, derivative, or copolymer (random copolymer, alternating copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the materials exemplified above. Polymer) or a crosslinked product (in the case of the above-mentioned heat-resistant polymer).
耐熱温度が150℃以上のフィラーは、前記例示のもののうち1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 As the filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, only one kind of those exemplified above may be used, or two or more kinds may be used in combination.
耐熱温度が150℃以上のフィラーの形態としては、例えば、球状に近い形状を有していてもよく、板状の形状を有していてもよいが、多孔質層(B)に含まれる前記フィラーの少なくとも一部が板状粒子であることが好ましい。前記フィラーの全てが板状粒子でもよい。多孔質層(B)が板状粒子を含有することで、板状粒子同士の衝突によって多孔質膜(A)が収縮する力を抑制することが可能となる。また、板状粒子を用いることでセパレータにおける正極負極間の経路、すなわち所謂曲路率が大きくなる。そのため、デンドライトが生成した場合でも、該デンドライトが負極から正極に到達し難くなり、デンドライトショートに対する信頼性を高めることができる。 As a form of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or more, for example, the filler may have a shape close to a sphere, or may have a plate shape, but the porous layer (B) includes the above-mentioned It is preferable that at least a part of the filler is plate-like particles. All of the fillers may be plate-like particles. When the porous layer (B) contains the plate-like particles, it is possible to suppress the force that the porous film (A) contracts due to the collision between the plate-like particles. Further, the use of plate-like particles increases the path between the positive electrode and the negative electrode in the separator, that is, the so-called curvature. Therefore, even when dendrite is generated, it becomes difficult for the dendrite to reach the positive electrode from the negative electrode, and the reliability against a dendrite short can be improved.
板状の前記フィラーとしては、各種市販品が挙げられ、例えば、旭硝子エスアイテック社製「サンラブリー(商品名)」(SiO2)、石原産業社製「NST−B1(商品名)」の粉砕品(TiO2)、堺化学工業社製の板状硫酸バリウム「Hシリーズ(商品名)」、「HLシリーズ(商品名)」、林化成社製「ミクロンホワイト(商品名)」(タルク)、林化成社製「ベンゲル(商品名)」(ベントナイト)、河合石灰社製「BMM(商品名)」や「BMT(商品名)」(ベーマイト)、河合石灰社製「セラシュールBMT−B(商品名)」[アルミナ(Al2O3)]、キンセイマテック社製「セラフ(商品名)」(アルミナ)、斐川鉱業社製「斐川マイカ Z−20(商品名)」(セリサイト)などが入手可能である。この他、SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2については、特開2003−206475号公報に開示の方法により作製することができる。 Examples of the plate-like filler include various commercially available products, such as “Sun Lovely (trade name)” (SiO 2 ) manufactured by Asahi Glass S-Tech, and “NST-B1 (trade name)” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. (TiO 2 ), Sakai Chemical Industry's plate-like barium sulfate “H series (trade name)”, “HL series (trade name)”, Hayashi Kasei Co., Ltd. “micron white (trade name)” (talc), “Bengel (trade name)” (bentonite) manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd. “BMM (trade name)” or “BMT (trade name)” (boehmite) manufactured by Kawai Lime Co., Ltd. Name) ”[Alumina (Al 2 O 3 )],“ Seraph (trade name) ”(alumina) manufactured by Kinsei Matech Co., Ltd.,“ Yodogawa Mica Z-20 (trade name) ”(sericite), etc. Is possible. In addition, SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and CeO 2 can be produced by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206475.
前記フィラーが板状粒子の場合の形態としては、アスペクト比(板状粒子中の最大長さと板状粒子の厚みとの比)が、好ましくは5以上、より好ましくは10以上であって、好ましくは100以下、より好ましくは50以下である。本明細書でいう板状粒子におけるアスペクト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求められる値である。 As a form in the case where the filler is a plate-like particle, the aspect ratio (ratio between the maximum length in the plate-like particle and the thickness of the plate-like particle) is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, Is 100 or less, more preferably 50 or less. The aspect ratio of the plate-like particles referred to in the present specification is a value determined by image analysis of an image taken with a scanning electron microscope (SEM).
また、板状の前記フィラーは、薄いと衝撃によって割れやすいという問題があることから、その平均厚みが、0.02μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましい。ただし、板状の前記フィラーの厚みが大きすぎると、セパレータが厚くなって、放電容量が低下したり、電池の作製時に多孔質層(B)が割れやすくなることから、その平均厚みは、0.7μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。 Further, since the plate-like filler has a problem of being easily cracked by impact when it is thin, the average thickness is preferably 0.02 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more. However, if the thickness of the plate-like filler is too large, the separator becomes thick and the discharge capacity is reduced, or the porous layer (B) is easily cracked during the production of the battery, so the average thickness is 0. 0.7 μm or less is preferable, and 0.5 μm or less is more preferable.
板状の前記フィラーの平均厚みは、セパレータの断面をSEMにより観察し、フィラー100個の厚みの平均値(数平均値)として求められる。 The average thickness of the plate-like filler is obtained as an average value (number average value) of 100 fillers by observing the cross section of the separator with an SEM.
また、多孔質層(B)に含まれる前記フィラーの少なくとも一部が、一次粒子が凝集した二次粒子構造を有する微粒子であることが好ましい。前記フィラーの全部が、前記二次粒子構造を有する微粒子であってもよい。多孔質層(B)が前記二次粒子構造のフィラーを含有することで、前述した板状粒子を用いた場合と同様の熱収縮抑制効果や、デンドライトショートの抑制効果を得ることができる。前記二次粒子構造のフィラーの例としては、大明化学社製「ベーマイト C06(商品名)」、「ベーマイト C20(商品名)」(ベーマイト)、米庄石灰工業社製「ED−1(商品名)」(CaCO3)、J.M.Huber社製「Zeolex 94HP(商品名)」(クレイ)などが挙げられる。 Moreover, it is preferable that at least a part of the filler contained in the porous layer (B) is a fine particle having a secondary particle structure in which primary particles are aggregated. All of the filler may be fine particles having the secondary particle structure. When the porous layer (B) contains the filler having the secondary particle structure, it is possible to obtain the same heat shrinkage suppression effect and the dendrite short suppression effect as in the case of using the plate-like particles described above. Examples of the filler having the secondary particle structure include “Boehmite C06 (trade name)”, “Boehmite C20 (trade name)” (boehmite) manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., “ED-1 (trade name) manufactured by Yonesho Lime Industry Co., Ltd. ) ”(CaCO 3 ), J. et al. M.M. Examples include “Zeolex 94HP (trade name)” (clay) manufactured by Huber.
多孔質層(B)に係る前記フィラーの平均粒径は、例えば、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは5μm以下である。なお、本明細書でいう平均粒径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、フィラーを溶解しない媒体に、これら微粒子を分散させて測定した数平均粒子径である。 The average particle diameter of the filler relating to the porous layer (B) is, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 15 μm or less, more preferably 5 μm or less. In addition, the average particle diameter as used in this specification is the number measured by dispersing these fine particles in a medium in which the filler is not dissolved using, for example, a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA). Average particle size.
多孔質層(B)において、耐熱温度が150℃以上のフィラーの量は、前記フィラーを主体とする場合、多孔質層(B)の構成成分の全体積中[多孔質層(B)の各構成成分の含有量について、以下同じ。]、50体積%以上であり、70体積%以上であることが好ましく、80体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることが更に好ましい。多孔質層(B)中のフィラーを前記のように高含有量とすることで、電池が高温となった際の正極と負極との直接の接触による短絡の発生をより良好に抑制することができ、また、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制することができる。 In the porous layer (B), the amount of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is the total amount of the constituent components of the porous layer (B) when the filler is mainly used. The same applies to the content of the constituent components. ], 50% by volume or more, preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, and still more preferably 90% by volume or more. By making the filler in the porous layer (B) high as described above, it is possible to better suppress the occurrence of a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode when the battery becomes high temperature. Moreover, the thermal contraction of the whole separator can be suppressed favorably.
また、多孔質層(B)には、耐熱温度が150℃以上のフィラー同士を結着したり、必要に応じて多孔質層(A)と多孔質層(B)とを結着したりするために有機バインダを含有させることが好ましく、このような観点から、多孔質層(B)における耐熱温度が150℃以上のフィラー量の好適上限値は、例えば、多孔質層(B)の構成成分の全体積中、99.5体積%である。なお、多孔質層(B)における耐熱温度が150℃以上のフィラーの量を70体積%未満とすると、例えば、多孔質層(B)中の有機バインダ量を多くする必要が生じるが、その場合には多孔質層(B)の空孔が有機バインダによって埋められやすく、セパレータとしての機能が低下する虞があり、また、開孔剤などを用いて多孔質化した場合には、前記フィラー同士の間隔が大きくなりすぎて、熱収縮を抑制する効果が低下する虞がある。 Moreover, the porous layer (B) binds fillers having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, or binds the porous layer (A) and the porous layer (B) as necessary. Therefore, it is preferable to contain an organic binder. From such a viewpoint, the suitable upper limit of the filler amount having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (B) is, for example, a constituent component of the porous layer (B). Is 99.5% by volume. If the amount of the filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher in the porous layer (B) is less than 70% by volume, for example, it is necessary to increase the amount of the organic binder in the porous layer (B). The pores of the porous layer (B) are easily filled with an organic binder, and the function as a separator may be reduced. When the porous layer is made porous with a pore-opening agent, the fillers There is a possibility that the effect of suppressing the heat shrinkage may be reduced due to the excessively large interval.
耐熱温度が150℃以上のフィラーとして板状粒子を用いる場合、多孔質層(B)中での板状粒子の存在形態は、平板面がセパレータの面に対して略平行であることが好ましく、より具体的には、セパレータの表面近傍における板状粒子について、その平板面とセパレータ面との平均角度が30°以下であることが好ましい[最も好ましくは、当該平均角度が0°、すなわち、セパレータの表面近傍における板状の平板面が、セパレータの面に対して平行である]。ここでいう「表面近傍」とは、セパレータの表面から全体厚みに対しておよそ10%の範囲を指す。板状粒子の存在形態が前記のような状態となるように板状粒子の配向性を高めることで、前記の多孔質層(B)の熱収縮抑制作用をより強く発揮させることが可能になり、また、電極表面に析出するリチウムデンドライトや電極表面の活物質の突起により生じ得る内部短絡をより効果的に防ぐことができる。なお、多孔質層(B)中における板状粒子の存在形態は、セパレータの断面をSEMで観察することにより把握することができる。 When plate-like particles are used as the filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the plate-like particles in the porous layer (B) preferably have a flat plate surface substantially parallel to the separator surface, More specifically, the plate-like particles in the vicinity of the surface of the separator preferably have an average angle between the flat plate surface and the separator surface of 30 ° or less [most preferably, the average angle is 0 °, ie, the separator The plate-like flat surface in the vicinity of the surface is parallel to the separator surface]. Here, “near the surface” refers to a range of about 10% from the surface of the separator to the entire thickness. By increasing the orientation of the plate-like particles so that the form of the plate-like particles is in the state as described above, it becomes possible to more strongly exert the heat shrinkage suppressing action of the porous layer (B). In addition, internal short-circuiting that may be caused by lithium dendrite deposited on the electrode surface or protrusions of the active material on the electrode surface can be more effectively prevented. In addition, the presence form of the plate-like particles in the porous layer (B) can be grasped by observing the cross section of the separator with an SEM.
また、耐熱温度が150℃以上のフィラーとして板状粒子を用いる場合、多孔質層(B)中において、それらの板状面で積層(平板を形成する広い面で厚み方向に積層されていれば、上下のフィラーの水平位置が互いにずれていてもよい)しており、かつ、フィラーの積層数が5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましい。セパレータに係る多孔質層(B)において、板状の前記フィラーがこのように存在していることで、セパレータの強度(例えば、後述する測定方法により測定される貫通強度)を高めることができる。ただし、板状の前記フィラーの多孔質層(B)中における積層数が多すぎると、多孔質層(B)の厚み、ひいてはセパレータの厚みの増大を引き起こし、電池のエネルギー密度低下を引き起こす虞がある。そのため、多孔質層(B)における板状の前記フィラーの積層数は、50以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましい。なお、多孔質層(B)中における板状の前記フィラーの積層数は、後記の実施例で採用した方法により測定できる。 Further, when plate-like particles are used as a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, in the porous layer (B), they are laminated on those plate-like surfaces (if they are laminated in the thickness direction on a wide surface forming a flat plate). The horizontal positions of the upper and lower fillers may be deviated from each other), and the number of stacked fillers is preferably 5 or more, and more preferably 10 or more. The presence of the plate-like filler in the porous layer (B) related to the separator can increase the strength of the separator (for example, penetration strength measured by a measurement method described later). However, if the number of laminated layers of the plate-like filler in the porous layer (B) is too large, the thickness of the porous layer (B) and thus the thickness of the separator may be increased, and the energy density of the battery may be decreased. is there. Therefore, the number of laminated plate-like fillers in the porous layer (B) is preferably 50 or less, and more preferably 20 or less. In addition, the number of laminated plate-like fillers in the porous layer (B) can be measured by the method employed in the examples described later.
多孔質層(B)には、セパレータの形状安定性の確保や、多孔質層(B)と多孔質層(A)との一体化などのために、有機バインダを含有させることが好ましい。有機バインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA、酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。有機バインダは、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The porous layer (B) preferably contains an organic binder in order to ensure the shape stability of the separator and to integrate the porous layer (B) and the porous layer (A). Examples of organic binders include ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA, those having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-acrylic acid copolymers such as ethylene-ethyl acrylate copolymers, and fluorine-based binders. Rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cross-linked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin, etc. In particular, a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is preferably used. As the organic binder, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.
前記例示の有機バインダの中でも、EVA、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高いバインダが好ましい。このような柔軟性の高い有機バインダの具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ(EVA)」、日本ユニカー社のEVA、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体)」、日本ユニカー社のEEA、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム)」、JSR社の「TRD−2001(SBR)」、日本ゼオン社の「BM−400B(SBR)」などがある。 Among the organic binders exemplified above, highly flexible binders such as EVA, ethylene-acrylic acid copolymer, fluorine-based rubber, and SBR are preferable. Specific examples of such highly flexible organic binders include Mitsui DuPont Polychemical's “Evaflex Series (EVA)”, Nihon Unicar's EVA, Mitsui DuPont Polychemical's “Evaflex-EAA Series (Ethylene). -Acrylic acid copolymer) ", Nippon Unicar EEA, Daikin Industries" DAI-EL Latex Series (Fluororubber) ", JSR" TRD-2001 (SBR) ", Nippon Zeon" BM-400B " (SBR) ".
なお、前記の有機バインダを多孔質層(B)に使用する場合には、後述する多孔質層(B)形成用の組成物の溶剤に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で用いればよい。 In addition, when using the said organic binder for a porous layer (B), if it uses in the form of the emulsion dissolved or disperse | distributed to the solvent of the composition for porous layer (B) formation mentioned later. Good.
また、多孔質層(B)としては、多孔質層(A)よりも耐熱性が高ければよく、前記の耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体とする多孔質層以外にも、各種の機能を有する層が挙げられる。このような多孔質層(B)としては、例えば、前記フィラーとともに繊維状物などが混在する層などが挙げられる。ここで、繊維状物としては、耐熱温度が150℃以上であって、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に下記に詳述する非水電解液や、セパレータ製造の際に使用する溶剤に安定であれば、特に材質に制限はない。なお、本明細書でいう「繊維状物」とは、アスペクト比[長尺方向の長さ/長尺方向に直交する方向の幅(直径)]が4以上のものを意味しており、アスペクト比は10以上であることが好ましい。 Moreover, as the porous layer (B), it is sufficient that the heat resistance is higher than that of the porous layer (A). In addition to the porous layer mainly composed of the filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or more, various functions are possible. The layer which has is mentioned. Examples of such a porous layer (B) include a layer in which fibrous materials are mixed together with the filler. Here, the fibrous material has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, has an electrical insulating property, is electrochemically stable, and is used for manufacturing a non-aqueous electrolyte solution and a separator as described in detail below. The material is not particularly limited as long as the solvent used at the time is stable. The “fibrous material” in the present specification means an aspect ratio [length in the longitudinal direction / width in the direction perpendicular to the longitudinal direction (diameter)] of 4 or more. The ratio is preferably 10 or more.
繊維状物の具体的な構成材料としては、例えば、セルロースおよびその変成体[カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)など]、ポリオレフィン[ポリプロピレン(PP)、プロピレンの共重合体など]、ポリエステル[ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)など]、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂;ガラス、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの無機酸化物;などを挙げることができ、これらの構成材料を2種以上併用して繊維状物を構成してもよい。また、繊維状物は、必要に応じて、公知の各種添加剤(例えば、樹脂である場合には酸化防止剤など)を含有していても構わない。 Specific examples of the constituent material of the fibrous material include, for example, cellulose and modified products thereof [carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylcellulose (HPC), etc.], polyolefin [polypropylene (PP), propylene copolymer, etc.], Polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), etc.], polyacrylonitrile (PAN), polyaramid, polyamideimide, polyimide, and other resins; glass, alumina, zirconia, silica, and other inorganic materials An oxide; etc. can be mentioned, and two or more of these constituent materials may be used in combination to form a fibrous material. The fibrous material may contain various known additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as necessary.
本発明に係るセパレータの厚みは、正極と負極とをより確実に隔離する観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。他方、セパレータの厚みが大きすぎると、電池のエネルギー密度が低下してしまうことがあるため、その厚みは、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the separator according to the present invention is preferably 6 μm or more, and more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of more reliably separating the positive electrode and the negative electrode. On the other hand, if the separator is too thick, the energy density of the battery may be lowered. Therefore, the thickness is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less.
また、セパレータを構成する多孔質層(A)の厚みをa(μm)、多孔質層(B)の厚みをb(μm)としたとき、aとbとの比率a/bは、10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましく、また、1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。本発明に係るセパレータでは、例えば、多孔質層(B)が、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む層である場合、多孔質層(A)の厚み比率を大きくし多孔質層(B)を薄くしても、良好なシャットダウン機能を確保しつつ、セパレータの熱収縮による短絡の発生を高度に抑制することができる。なお、セパレータにおいて、多孔質層(A)が複数存在する場合には、厚みaはその総厚みであり、多孔質層(B)が複数存在する場合には、厚みbはその総厚みである。 Further, when the thickness of the porous layer (A) constituting the separator is a (μm) and the thickness of the porous layer (B) is b (μm), the ratio a / b between a and b is 10 or less. Preferably, it is 5 or less, more preferably 1 or more, and more preferably 2 or more. In the separator according to the present invention, for example, when the porous layer (B) is a layer mainly containing a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the thickness ratio of the porous layer (A) is increased and the porous layer ( Even if B) is made thin, it is possible to highly suppress the occurrence of a short circuit due to thermal contraction of the separator while ensuring a good shutdown function. In the separator, when there are a plurality of porous layers (A), the thickness a is the total thickness, and when there are a plurality of porous layers (B), the thickness b is the total thickness. .
なお、具体的な値で表現すると、多孔質層(A)の厚み[セパレータが多孔質層(A)を複数有する場合には、その総厚み]は、5μm以上であることが好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。そして、多孔質層(B)の厚み[セパレータが多孔質層(B)を複数有する場合には、その総厚み]は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることが更に好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、6μm以下であることがより好ましい。多孔質層(A)が薄すぎると、シャットダウン機能が弱くなる虞があり、厚すぎると、電池のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、熱収縮しようとする力が大きくなり、セパレータ全体の熱収縮を抑える作用が小さくなる虞がある。また、多孔質層(B)が薄すぎると、多孔質層(B)の形成により確保され得る効果が小さくなる虞があり、厚すぎると、セパレータ全体の厚みの増大を引き起こしてしまう。 In terms of specific values, the thickness of the porous layer (A) [when the separator has a plurality of porous layers (A), the total thickness] is preferably 5 μm or more, It is preferable that it is 30 micrometers or less. The thickness of the porous layer (B) [when the separator has a plurality of porous layers (B), the total thickness] is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and 4 μm. More preferably, it is 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 6 μm or less. If the porous layer (A) is too thin, the shutdown function may be weakened. If the porous layer is too thick, the energy density of the battery may be lowered. There exists a possibility that the effect | action which suppresses the thermal contraction of the whole separator may become small. Moreover, if the porous layer (B) is too thin, the effect that can be ensured by the formation of the porous layer (B) may be reduced. If it is too thick, the thickness of the entire separator is increased.
セパレータ全体の空孔率としては、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の更なる抑制の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。
P ={1−(m/t)/(Σai・ρi)}×100 (1)
ここで、前記式中、ai:全体の質量を1としたときの成分iの比率、ρi:成分iの密度(g/cm3)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm2)、t:セパレータの厚み(cm)である。
The porosity of the separator as a whole is preferably 30% or more in a dried state in order to secure the amount of electrolyte solution retained and to improve ion permeability. On the other hand, from the viewpoint of securing separator strength and further suppressing internal short-circuiting, the porosity of the separator is preferably 70% or less in a dry state. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum of each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following equation (1).
P = {1- (m / t) / (Σa i · ρ i )} × 100 (1)
Here, in the above formula, a i : ratio of component i when the total mass is 1, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of the separator (g / cm 2 ), t: thickness of separator (cm).
また、前記(1)式において、mを多孔質層(A)の単位面積あたりの質量(g/cm2)とし、tを多孔質層(A)の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(A)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(A)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 In the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (A), and t is the thickness (cm) of the porous layer (A). The porosity: P (%) of the porous layer (A) can also be obtained using the equation (1). It is preferable that the porosity of the porous layer (A) calculated | required by this method is 30 to 70%.
更に、前記(1)式において、mを多孔質層(B)の単位面積あたりの質量(g/cm2)とし、tを多孔質層(B)の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて多孔質層(B)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる多孔質層(B)の空孔率は、20〜60%であることが好ましい。 Furthermore, in the formula (1), m is the mass per unit area (g / cm 2 ) of the porous layer (B), and t is the thickness (cm) of the porous layer (B), The porosity: P (%) of the porous layer (B) can also be obtained using the equation (1). It is preferable that the porosity of the porous layer (B) calculated | required by this method is 20 to 60%.
また、本発明に係るセパレータは、JIS P 8117に準拠した方法で測定され、0.879g/mm2の圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、10〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。前記の構成を採用することで、このような透気度を有するセパレータとすることができる。 The separator according to the present invention is measured by a method according to JIS P 8117, and has a Gurley value of 10 to 300 sec indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2. It is desirable that If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. By employ | adopting the said structure, it can be set as the separator which has such air permeability.
さらに、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する場合がある。例えば、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(B)を形成することで、前記の突き刺し強度を有するセパレータとすることができる。 Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the piercing of the separator when lithium dendrite crystals are generated. For example, the separator having the piercing strength can be obtained by forming the porous layer (B) mainly including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher.
前記の構成を有するセパレータを有する本発明の電池のシャットダウン特性は、例えば、電池の内部抵抗の温度変化により求めることができる。具体的には、電池を恒温槽中に設置し、温度を室温から毎分1℃の割合で上昇させ、電池の内部抵抗が上昇する温度を求めることで測定することが可能である。この場合、150℃における電池の内部抵抗は、室温の5倍以上であることが好ましく、10倍以上であることがより好ましく、前記構成のセパレータを使用することで、このような特性を確保することができる。 The shutdown characteristic of the battery of the present invention having the separator having the above-described configuration can be obtained, for example, by the temperature change of the internal resistance of the battery. Specifically, the measurement can be performed by installing the battery in a thermostatic chamber, increasing the temperature from room temperature at a rate of 1 ° C. per minute, and determining the temperature at which the internal resistance of the battery increases. In this case, the internal resistance of the battery at 150 ° C. is preferably 5 times or more of room temperature, more preferably 10 times or more, and such a characteristic is ensured by using the separator having the above-described configuration. be able to.
また、本発明の電池に係るセパレータは、多孔質層(B)が形成された箇所における150℃での熱収縮率を、5%以下とすることが好ましい。このような特性のセパレータであれば、電池内部が150℃程度になっても、セパレータにおける正極と負極との間に介在している箇所での収縮が殆ど生じないため、正負極の接触による短絡をより確実に防止することができ、高温での電池の安全性をより高めることができる。例えば、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(B)を形成することで、前記のような熱収縮率を有するセパレータとすることができる。 Moreover, it is preferable that the separator which concerns on the battery of this invention sets the heat shrink rate in 150 degreeC in the location in which the porous layer (B) was formed to 5% or less. In the case of a separator having such characteristics, even when the inside of the battery reaches about 150 ° C., there is almost no shrinkage at the location where the separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. Can be prevented more reliably, and the safety of the battery at high temperatures can be further increased. For example, by forming a porous layer (B) mainly including a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher, a separator having the above heat shrinkage rate can be obtained.
なお、前記の「150℃の熱収縮率」とは、セパレータを恒温槽に入れ、温度を150℃まで上昇させて3時間放置した後に取り出して、恒温槽に入れる前のセパレータの寸法と比較することで求められる寸法の減少割合を百分率で表したものである。 The “150 ° C. heat shrinkage rate” refers to the size of the separator before putting the separator in a thermostat, raising the temperature to 150 ° C. and leaving it for 3 hours, and then putting it in the thermostat. The reduction ratio of the dimension calculated | required by this is expressed in percentage.
なお、これまで、セパレータの耐熱性を高めるための層としての多孔質層(B)について説明してきたが、前記構成の多孔質層(B)は、多孔質層(A)に比べて表面の滑り性が良好となるように構成することもできるため、このようなセパレータを使用した場合には、例えば、正負極および2枚のセパレータの積層体を巻回芯に巻き付けて巻回電極体を作製する際に、多孔質層(B)が巻回芯に接するように配置することで、巻回芯を容易に抜き取り得るようにすることができる。よって、この場合、巻回芯の抜き取り時に巻回電極体の巻乱れを防止することができ、巻回電極体の生産性、ひいては電池の生産性を高めることができる。また、前記のように多孔質層(B)の表面の滑り性が良好である場合には、セパレータや巻回電極体の作製工程において、セパレータを搬送するロールと多孔質層(B)との間の摩擦を低減し、セパレータの皺の発生などを抑えて、巻回電極体の生産性、ひいては電池の生産性を高める効果も期待できる。 Heretofore, the porous layer (B) as a layer for improving the heat resistance of the separator has been described. However, the porous layer (B) having the above structure has a surface area that is larger than that of the porous layer (A). Since such a separator can also be configured to have good sliding properties, when such a separator is used, for example, a laminated body of positive and negative electrodes and two separators is wound around a winding core to form a wound electrode body. When producing, by arranging the porous layer (B) in contact with the winding core, the winding core can be easily extracted. Therefore, in this case, the winding electrode body can be prevented from being disturbed when the winding core is pulled out, and the productivity of the winding electrode body and hence the productivity of the battery can be improved. Moreover, when the slipperiness of the surface of a porous layer (B) is favorable as mentioned above, in the preparation process of a separator or a winding electrode body, the roll which conveys a separator, and a porous layer (B) The effect of increasing the productivity of the wound electrode body and thus the productivity of the battery can be expected by reducing the friction between them and suppressing the occurrence of wrinkles of the separator.
このように、前記多孔質層(B)は、滑り性を高めるための機能層としても作用し得る。よって、多孔質層(B)にセパレータの耐熱性向上が要求されず、滑り性を高めるための機能層としての作用のみが求められる場合には、前記の多孔質層(B)の中でも、比較的耐熱性が低い構成としてもよい。 Thus, the porous layer (B) can also act as a functional layer for improving slipperiness. Therefore, when the improvement of the heat resistance of the separator is not required for the porous layer (B) and only the function as a functional layer for improving the slipperiness is required, among the porous layers (B), the comparison is made. It is good also as a structure with low static heat resistance.
また、多孔質層(B)は、前記の耐熱層や滑り性を高めるための機能層だけでなく、例えば、非水電解液の保持量を高めるための電解液保持層や、静電気抑制のための機能層としてもよい。例えば、静電気抑制のための機能層とする場合には、前記の耐熱層としての多孔質層(B)に、更に公知の界面活性剤を加えて構成することができる。 In addition, the porous layer (B) is not only a heat-resistant layer and a functional layer for improving slipperiness, but also, for example, an electrolyte solution holding layer for increasing the amount of non-aqueous electrolyte solution, It is good also as a functional layer. For example, when a functional layer for suppressing static electricity is used, a known surfactant can be further added to the porous layer (B) as the heat-resistant layer.
本発明の電池に係るセパレータは、多孔質層(B)を構成するための成分や溶剤を含む多孔質層(B)形成用組成物(ペースト、スラリー)を、多孔質層(A)を構成する微多孔膜などの表面に塗布し、乾燥する工程を経て製造される。このような方法でセパレータを製造する場合、通常、微多孔膜を引き取って応力をかけつつ、その表面に多孔質層(B)形成用組成物を塗布し、乾燥して多孔質層(B)を形成するため、セパレータ製造後に多孔質層(A)が縮む一方で多孔質層(B)は縮まないことから、セパレータを静置すると、いずれか一方の面方向に[主に多孔質層(B)の形成面を外側として]反りが生じる。 The separator according to the battery of the present invention comprises a porous layer (B) forming composition (paste, slurry) containing a component and a solvent for constituting the porous layer (B), and the porous layer (A). It is manufactured through a process of applying to a surface such as a microporous film and drying. In the case of producing a separator by such a method, the porous layer (B) forming composition is usually applied to the surface of the microporous film while applying stress to the microporous film, and dried to obtain the porous layer (B). Since the porous layer (A) shrinks after the production of the separator, the porous layer (B) does not shrink. Therefore, when the separator is allowed to stand, it is [mainly porous layer ( Warping occurs with the formation surface of B) as the outside.
例えば、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(B)を有するセパレータの場合、多孔質層(B)形成用組成物としては、前記フィラーの他に、必要に応じて有機バインダなどを含有し、これらを溶剤(溶剤および分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものが使用される。なお、有機バインダについては溶剤に溶解させることもできる。この場合、多孔質層(B)形成用組成物に用いられる溶剤は、前記フィラーなどを均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般的な有機溶剤が好適に用いられる。なお、これらの溶剤に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶剤としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。 For example, in the case of a separator having a porous layer (B) mainly containing a filler having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the porous layer (B) forming composition may be organic if necessary in addition to the filler. A binder or the like is used, and these are dispersed in a solvent (including a solvent and a dispersion medium; the same applies hereinafter). Note that the organic binder can be dissolved in a solvent. In this case, the solvent used in the composition for forming the porous layer (B) may be any solvent that can uniformly disperse the filler and the like, and can dissolve or disperse the organic binder uniformly. Common organic solvents such as aromatic hydrocarbons, furans such as tetrahydrofuran, and ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferably used. In addition, for the purpose of controlling the interfacial tension, alcohols (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents. In addition, when the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent. In this case, alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) are appropriately added. It is also possible to control the interfacial tension.
耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(B)を形成するための多孔質層(B)形成用組成物は、耐熱温度が150℃以上のフィラー、および有機バインダを含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが好ましい。 The composition for forming a porous layer (B) for forming a porous layer (B) mainly comprising a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is a solid containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher and an organic binder. The content is preferably 10 to 80% by mass, for example.
また、多孔質層(B)において、前記のように、板状の前記フィラーの配向性を高めるには、板状の前記フィラーを含有する多孔質層(B)形成用組成物を、多孔質層(A)を構成する微多孔膜に塗布し含浸させた後、前記組成物にシェアや磁場をかけるといった方法を用いればよい。例えば、前記のように、板状の前記フィラーを含有する多孔質層(B)形成用組成物を微多孔膜に塗布した後、一定のギャップを通すことで、前記組成物にシェアをかけることができる。 Moreover, in the porous layer (B), as described above, in order to increase the orientation of the plate-like filler, the porous layer (B) forming composition containing the plate-like filler is made porous. After applying and impregnating the microporous film constituting the layer (A), a method of applying shear or a magnetic field to the composition may be used. For example, as described above, the composition for forming the porous layer (B) containing the plate-like filler is applied to the microporous film, and then the composition is shared by passing through a certain gap. Can do.
また、前記フィラーや多孔質層(B)を構成するその他の成分の持つ作用をより有効に発揮させるために、これらの成分を偏在させて、セパレータの面と平行または略平行に、前記成分が層状に集まった形態としてもよい。 Further, in order to more effectively exhibit the action of the other components constituting the filler and the porous layer (B), these components are unevenly distributed so that the components are parallel or substantially parallel to the surface of the separator. It is good also as a form gathered in layers.
多孔質層(A)と多孔質層(B)とは、それぞれ1層ずつである必要はなく、複数の層がセパレータ中にあってもよい。ただし、層数を増やすことで、セパレータの厚みを増やして電池の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので、層数を多くしすぎるのは好ましくなく、セパレータ中の多孔質層(A)と多孔質層(B)との合計層数は5層以下であることが好ましい。 The porous layer (A) and the porous layer (B) do not have to be one each, and a plurality of layers may be present in the separator. However, increasing the number of layers may increase the thickness of the separator and increase the internal resistance of the battery or decrease the energy density. Therefore, it is not preferable to increase the number of layers, and the porous layer in the separator is not preferable. The total number of layers (A) and the porous layer (B) is preferably 5 or less.
なお、例えば、前記の耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(B)を有するセパレータのように、多孔質層(B)の態様によっては、長尺のセパレータを所望のサイズに成形する際に切断し難かったり、切断時に多孔質層(B)から小片(前記フィラーなど)の欠落が生じやすかったりする場合があるが、本発明に係るセパレータは、少なくとも一部に多孔質層(B)を形成しない箇所を設けるため、かかる箇所で切断することで、切断のし難さや小片の欠落を防止できる効果も期待できる。 For example, depending on the mode of the porous layer (B), a long separator having a desired size may be used, such as a separator having a porous layer (B) mainly containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. The separator according to the present invention is at least partially porous, although it may be difficult to cut at the time of molding into a small piece, or a small piece (such as the filler) may be easily lost from the porous layer (B) at the time of cutting. Since a portion where the layer (B) is not formed is provided, cutting at such a portion can also be expected to have an effect of preventing difficulty in cutting and missing of small pieces.
本発明の電池に係る正極には、従来から知られている非水二次電池に用いられている正極、例えば、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極を使用することができる。例えば、活物質として、Li1+xMO2(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mnなど)で表されるリチウム含有遷移金属酸化物;LiMn2O4などのリチウムマンガン酸化物;LiMn2O4のMnの一部を他元素で置換したLiMnxM(1−x)O2;オリビン型LiMPO4(M:Co、Ni、Mn、Fe);LiMn0.5Ni0.5O2;Li(1+a)MnxNiyCo(1−x−y)O2(−0.1<a<0.1、0<x<0.5、0<y<0.5);などを適用することが可能であり、これらの正極活物質に公知の導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの結着剤などを適宜添加した正極合剤を、集電体を芯材として成形体(すなわち、正極合剤層)に仕上げたものなどを用いることができる。 As the positive electrode according to the battery of the present invention, a positive electrode used in a conventionally known non-aqueous secondary battery, for example, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions can be used. For example, as an active material, lithium-containing transition metal oxide represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, etc.); lithium manganese such as LiMn 2 O 4 Oxide; LiMn x M (1-x) O 2 in which part of Mn of LiMn 2 O 4 is substituted with another element; olivine type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe); LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 ; Li (1 + a) Mn x Ni y Co (1-xy) O 2 (−0.1 <a <0.1, 0 <x <0.5, 0 <y <0. 5); can be applied, and a known conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is appropriately added to these positive electrode active materials. The positive electrode mixture is formed from a current collector as a core material (ie, Such as those finished electrode mixture layer) may be used.
正極の集電体としては、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。 As the current collector of the positive electrode, a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. Usually, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferably used.
正極側のタブは、通常、正極作製時に、集電体の一部に正極合剤層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこにアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けられる。なお、正極のタブの厚みは、30〜100μmであることが好ましい。 The tab on the positive electrode side usually leaves an exposed portion of the current collector without forming a positive electrode mixture layer on a part of the current collector when the positive electrode is manufactured, and an aluminum foil or the like is connected to it later. Provided by. In addition, it is preferable that the thickness of the tab of a positive electrode is 30-100 micrometers.
本発明の電池に係る負極には、従来から知られている非水二次電池に用いられている負極、例えば、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極を使用することができる。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどの結着剤などを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極合剤層)に仕上げたものや、前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独で用いたり、前記合金やリチウム金属の層を集電体に形成したものなどの負極剤層を有するものが用いられる。 As the negative electrode according to the battery of the present invention, a negative electrode used in a conventionally known non-aqueous secondary battery, for example, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions can be used. For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb and In and alloys thereof, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. A negative electrode mixture obtained by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials, and a molded body (negative electrode mixture layer) using a current collector as a core material And those having a negative electrode agent layer such as those obtained by using the above-mentioned various alloys and lithium metal foils alone or those obtained by forming the alloy or lithium metal layer on a current collector.
負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、また、下限は5μmであることが望ましい。 When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used as the current collector, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm.
負極側のリード部も、正極側のリード部と同様に、通常、負極作製時に、集電体の一部に負極剤層(負極活物質を有する層、負極合剤層を含む)を形成せずに集電体の露出部を残し、そこに銅製の箔などを後から接続することによって設けられる。なお、負極のタブの厚みは、30〜100μmであることが好ましい。 As with the lead portion on the negative electrode side, the negative electrode layer (including a layer having a negative electrode active material and a negative electrode mixture layer) is usually formed on a part of the current collector during the preparation of the negative electrode. Instead, the exposed portion of the current collector is left, and a copper foil or the like is connected thereto later. In addition, it is preferable that the thickness of the tab of a negative electrode is 30-100 micrometers.
電極は、前記の正極と前記の負極とを、前記セパレータ2枚を介して積層した後、更にこれを巻回し、かつ横断面が扁平状となるように成形した巻回電極体の形態で使用する。 The electrode is used in the form of a wound electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are laminated via the two separators, and further wound, and the cross section is shaped flat. To do.
巻回電極体においては、特に、前記の耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(B)を有するセパレータを使用する場合、セパレータの多孔質層(B)が正極に対向していることが好ましい。セパレータをこのように配置することで、特に過充電時におけるセパレータの酸化劣化を抑制することができる。 In the wound electrode body, in particular, when a separator having a porous layer (B) mainly containing a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is used, the separator porous layer (B) faces the positive electrode. It is preferable. By disposing the separator in this way, it is possible to suppress the oxidative deterioration of the separator particularly during overcharge.
また、巻回電極体においては、セパレータの多孔質層(A)が負極に対向していることが好ましい。この場合、詳細な理由は不明であるが、多孔質層(A)が少なくとも負極に面するようにセパレータを配置した場合には、正極側に配置した場合よりも、シャットダウンを生じた場合に、多孔質層(A)から溶融した熱可塑性樹脂のうち、電極合剤層に吸収される割合が少なくなり、溶融した熱可塑性樹脂がセパレータの孔を閉塞するのに、より有効に利用されるため、シャットダウンによる効果がより良好となる。 In the wound electrode body, the separator porous layer (A) is preferably opposed to the negative electrode. In this case, although the detailed reason is unknown, in the case where the separator is arranged so that the porous layer (A) faces at least the negative electrode, when the shutdown occurs rather than the case where it is arranged on the positive electrode side, The ratio of the thermoplastic resin melted from the porous layer (A) that is absorbed by the electrode mixture layer is reduced, and the melted thermoplastic resin is used more effectively to close the pores of the separator. The effect of shutdown is better.
更に、例えば非水二次電池が、温度上昇により電池の内圧が上昇した際に、電池内部のガスを外部に排出して電池の内圧を下げる機構を有する場合には、この機構が作動した際に、内部の非水電解液が揮発して、電極が直接空気に曝される状態となる虞がある。電池が充電状態にある場合に、前記のような状態となり、負極と空気(酸素や水分)が接触すると、負極に吸蔵されたLiイオンや負極表面に析出したリチウムと空気とが反応して発熱し、時には発火することもある。また、この発熱により電池の温度が上昇して正極活物質の熱暴走反応を引き起こし、その結果、電池が発火に至ることもある。 Furthermore, for example, when a non-aqueous secondary battery has a mechanism for lowering the internal pressure of the battery by discharging the gas inside the battery to the outside when the internal pressure of the battery increases due to temperature rise, In addition, the internal non-aqueous electrolyte may volatilize and the electrode may be directly exposed to air. When the battery is in a charged state, when the negative electrode and air (oxygen or moisture) come into contact, Li ions occluded in the negative electrode, lithium deposited on the negative electrode surface, and air react to generate heat. And sometimes it catches fire. Moreover, the temperature of the battery rises due to this heat generation, causing a thermal runaway reaction of the positive electrode active material, and as a result, the battery may ignite.
しかしながら、融点が80〜170℃の熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(A)が負極に面するように構成した巻回電極体を用いた電池の場合には、高温時には多孔質層(A)の主体である熱可塑性樹脂が溶融して負極表面を覆うことから、前記の電池内部のガスを外部に排出する機構の作動に伴う負極と空気との反応を抑制することができる。そのため、前記の電池内部のガスを外部に排出する機構が作動することによる発熱の虞をなくし、電池をより安全に保つことができる。また、多孔質層(B)が正極に面することにより、多孔質層(A)と正極との反応を防ぐことができる。 However, in the case of a battery using a wound electrode body configured such that the porous layer (A) mainly composed of a thermoplastic resin having a melting point of 80 to 170 ° C. faces the negative electrode, the porous layer ( Since the thermoplastic resin as the main component of A) melts and covers the negative electrode surface, the reaction between the negative electrode and air accompanying the operation of the mechanism for discharging the gas inside the battery to the outside can be suppressed. Therefore, there is no fear of heat generation due to the operation of the mechanism for discharging the gas inside the battery to the outside, and the battery can be kept safer. Moreover, reaction of a porous layer (A) and a positive electrode can be prevented because a porous layer (B) faces a positive electrode.
本発明の電池に係る非水電解液としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLi+イオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に制限はない。例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6 、LiSbF6 などの無機リチウム塩;LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≧2)、LiN(RfOSO2)2[ここでRfはフルオロアルキル基]などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 As the nonaqueous electrolytic solution according to the battery of the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group]; it can.
非水電解液に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなど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、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンといった環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルといったニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用しても構わない。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。また、これらの電解液に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、無水酸、硫黄化エステル、ビニルエチレンカーボネート(VEC)などの添加剤を適宜加えることもできる。 The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as ethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile; Sulfites such as ethylene glycol sulfite; and the like, and these may be used alone. , It may be used in combination of two or more thereof. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate. In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexyl benzene, biphenyl, fluorobenzene, t are used for the purpose of improving safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these electrolytes. -Additives such as butylbenzene, acid anhydride, sulfurated ester, vinyl ethylene carbonate (VEC) may be added as appropriate.
このリチウム塩の有機電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。 The concentration of the lithium salt in the organic electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.
また、前記の有機溶媒の代わりに、エチル−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、へプチル−トリメチルアンモニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、ピリジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、グアジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミドといった常温溶融塩を用いることもできる。 Also, instead of the organic solvent, melting at room temperature such as ethyl-methylimidazolium trifluoromethylsulfonium imide, heptyl-trimethylammonium trifluoromethylsulfonium imide, pyridinium trifluoromethylsulfonium imide, guanidinium trifluoromethylsulfonium imide A salt can also be used.
更に、前記の非水電解液を含有してゲル化するような高分子材料を添加して、非水電解液をゲル状にして電池に用いてもよい。有機電解液をゲル状とするための高分子材料としては、PVDF、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、主鎖または側鎖にエチレンオキシド鎖を有する架橋ポリマー、架橋したポリ(メタ)アクリル酸エステルなど、公知のゲル状電解質形成可能なホストポリマーが挙げられる。 Further, a polymer material that contains the non-aqueous electrolyte and gels may be added, and the non-aqueous electrolyte may be gelled and used for a battery. Polymeric materials for making the organic electrolyte into a gel include PVDF, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide Examples of the host polymer capable of forming a gel electrolyte such as a copolymer, a crosslinked polymer having an ethylene oxide chain in the main chain or a side chain, and a crosslinked poly (meth) acrylic ester.
本発明の電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。 Examples of the form of the battery of the present invention include a tubular shape (such as a rectangular tube shape) using a steel can, an aluminum can, or the like as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.
本発明の非水二次電池は、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源用途を始めとして、従来から知られている非水二次電池が使用されている各種用途に適用することができる。 The non-aqueous secondary battery of the present invention is applied to various uses in which conventionally known non-aqueous secondary batteries are used, including power supply applications for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers. Can do.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<セパレータの作製>
有機バインダであるSBRのエマルジョン(固形分比率40質量%):150gと、水:6000gとを容器に入れ、均一に分散するまで室温で攪拌した。この分散液に耐熱温度が150℃以上のフィラーであるベーマイト粉末(板状、平均粒径1μm、アスペクト比10):2000gを4回に分けて加え、ディスパーにより2800rpmで5時間攪拌して均一なスラリー[多孔質層(B)形成用スラリー、固形分比率25.3質量%]を調製した。PE製微多孔膜[多孔質層(A):厚み12μm、空孔率40%、細孔径0.033μm、PEの融点135℃]を引き取りつつ、その表面に、前記のスラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して、厚みが2.6μmの多孔質層(B)を形成することでセパレータを作製した。なお、PE製微多孔膜の一部には、多孔質層(B)を形成しない部分を設けた。
Example 1
<Preparation of separator>
An organic binder SBR emulsion (
得られたセパレータにおける多孔質層(B)は、単位面積あたりの質量が3.4g/m2であった。また、このセパレータの多孔質層(B)における板状ベーマイトの体積含有率は88体積%であり、多孔質層(B)の空孔率は55%であった。また、このセパレータの多孔質層(B)は、250℃において変形が認められなかったため、その耐熱温度は250℃以上といえる。また、このセパレータを静置し、多孔質層(B)の形成面側を外側として反りが生じることを確認した。 The porous layer (B) in the obtained separator had a mass per unit area of 3.4 g / m 2 . Further, the volume content of the plate boehmite in the porous layer (B) of this separator was 88% by volume, and the porosity of the porous layer (B) was 55%. Further, since the porous layer (B) of this separator was not deformed at 250 ° C., it can be said that the heat resistant temperature is 250 ° C. or higher. Moreover, this separator was left still and it confirmed that curvature generate | occur | produced by making the formation surface side of a porous layer (B) outside.
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO2:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダであるPVDF:5質量部を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚み15μmのアルミニウム箔の両面に、塗布長が表面320mm、裏面250mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ340mm、幅43mmの正極を作製した。更にこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブ付けを行った。
<Preparation of positive electrode>
85 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of PVDF as a binder are uniformly mixed with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent. It mixed so that positive electrode mixture containing paste might be prepared. This paste is intermittently applied on both sides of a 15 μm thick aluminum foil serving as a current collector so that the coating length is 320 mm on the front surface and 250 mm on the back surface, dried, and then calendered to a total thickness of 150 μm. Thus, the thickness of the positive electrode material mixture layer was adjusted and cut so as to have a width of 43 mm to produce a positive electrode having a length of 340 mm and a width of 43 mm. Further, the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode was tabbed.
<負極の作製>
また、負極活物質である黒鉛:90質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚み10μmの集電体の両面に、塗布長が表面200mm、裏面260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して、長さ330mm、幅45mmの負極を作製した。更にこの負極の銅箔の露出部にタブ付けを行った。
<Production of negative electrode>
Also, a negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 90 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent. This negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied on both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil so that the coating length is 200 mm on the front surface and 260 mm on the back surface, dried, and then calendered to obtain a total thickness. The thickness of the negative electrode mixture layer was adjusted to 142 μm and cut to a width of 45 mm to produce a negative electrode having a length of 330 mm and a width of 45 mm. Further, a tab was attached to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode.
<巻回電極体の形成>
前記のセパレータ2枚と前記の正極と前記の負極とを用いて、図4に示す配置となるように重ねて巻回し、扁平状に押し潰して、図4に示す構造の巻回電極体を形成した。
<Formation of wound electrode body>
Using the two separators, the positive electrode, and the negative electrode, the winding electrode body having the structure shown in FIG. 4 is formed by overlapping and winding it so as to have the arrangement shown in FIG. Formed.
<電池の組み立て>
前記の巻回電極体を厚み6mm、高さ50mm、幅34mmでのアルミニウム製外装缶に入れ、非水電解液(エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを1:2の体積比で混合した溶媒に、LiPF6を1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入した後に封止を行って非水二次電池を作製した。
<Battery assembly>
The wound electrode body is put in an aluminum outer can having a thickness of 6 mm, a height of 50 mm, and a width of 34 mm, and a nonaqueous electrolyte (a solvent in which ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2 is mixed with LiPF. 6 ) was injected at a concentration of 1.2 mol / l, and then sealed to prepare a non-aqueous secondary battery.
実施例2
巻回電極体を図3に示す構造となるように巻回した以外は、実施例1と同様にして巻回電極体を形成し、この巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にして非水二次電池を作製した。
Example 2
A wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the wound electrode body was wound so as to have the structure shown in FIG. 3, and Example 1 except that this wound electrode body was used. A non-aqueous secondary battery was produced in the same manner.
実施例3
巻回電極体を図2に示す構造となるように巻回した以外は、実施例1と同様にして巻回電極体を形成し、この巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にして非水二次電池を作製した。
Example 3
A wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the wound electrode body was wound so as to have the structure shown in FIG. A non-aqueous secondary battery was produced in the same manner.
実施例4
巻回電極体を図1に示す構造となるように巻回した以外は、実施例1と同様にして巻回電極体を形成し、この巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にして非水二次電池を作製した。
Example 4
A wound electrode body was formed in the same manner as in Example 1 except that the wound electrode body was wound so as to have the structure shown in FIG. A non-aqueous secondary battery was produced in the same manner.
比較例1
実施例1でセパレータの作製に使用したPE製微多孔膜に、多孔質層(B)を全面に形成させたセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にして非水二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A non-aqueous secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator having the porous layer (B) formed on the entire surface was used as the PE microporous film used in the production of the separator in Example 1. did.
実施例1〜4および比較例1の非水二次電池各100個の製造時において、巻回電極体を外装缶に挿入する際の容易さ(挿入性)を評価した。評価は、全ての巻回電極体について、外装缶に挿入する際に引っ掛かりがなく挿入が容易であった場合を「◎」、外装缶に挿入する際に引っ掛かりの生じた巻回電極体の個数が1〜2個であった場合を「○」、外装缶に挿入する際に引っ掛かりの生じた巻回電極体の個数が3個以上であった場合を「△」とした。これらの結果を表1に示す。 In manufacturing 100 non-aqueous secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the ease (insertability) of inserting the wound electrode body into the outer can was evaluated. The evaluation is “◎” when all the wound electrode bodies were not easily caught when inserted into the outer can, and the number of the wound electrode bodies that were caught when inserted into the outer can. Was 1 or 2, and the case where the number of the wound electrode bodies that were caught when inserted into the outer can was 3 or more was designated as “Δ”. These results are shown in Table 1.
また、実施例1〜4および比較例1の非水二次電池各100個について、その最大厚み(厚み方向の最大長さ)を測定し、標準偏差値を求めた。これらの結果を表1に併記する。 The maximum thickness (maximum length in the thickness direction) of each of the nonaqueous secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was measured, and the standard deviation value was obtained. These results are also shown in Table 1.
更に、実施例1〜4および比較例1の非水二次電池について、常温(25℃)で、240mA(0.2C)の定電流で電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電を行い、続いて4.2Vまで240mA(0.2C)の定電流で充電後、総充電時間が8時間となるまで4.2Vで定電圧充電を行い、続いて240mA(0.2C)の定電流で電池電圧が3.0Vになるまで定電流放電を行って、放電容量を測定した。これらの結果を表1に併記する。なお、表1では、各電池の常温放電容量を、比較例1の電池の値を100とした場合の相対値で示す。 Further, the nonaqueous secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were discharged at a constant current at room temperature (25 ° C.) at a constant current of 240 mA (0.2 C) until the battery voltage reached 3.0 V. Then, after charging at a constant current of 240 mA (0.2 C) to 4.2 V, constant voltage charging at 4.2 V is performed until the total charging time is 8 hours, followed by a constant current of 240 mA (0.2 C). Then, constant current discharge was performed until the battery voltage became 3.0 V, and the discharge capacity was measured. These results are also shown in Table 1. In Table 1, the room temperature discharge capacity of each battery is shown as a relative value when the value of the battery of Comparative Example 1 is 100.
表1から明らかなように、実施例1〜4の電池では、外装缶への挿入時に引っ掛かりが生じた巻回電極体がなく、挿入性が良好である。このように挿入性が良好な巻回電極体を有する電池の場合、前記の通り、外装缶への挿入時に傷つきなどが発生し難く、電池の生産性が良好であるといえる。また、実施例1〜4の電池では、最大厚みの標準偏差値が小さく、ばらつき(すなわち、厚みが非常に大きい巻回電極体によって外装缶が変形した電池)が含まれていない。このような点からも、実施例1〜4の電池は、生産性が良好であるといえる。特に、2枚のセパレータの両者について、その反りを良好に抑制できるように構成した実施例1、2の電池では、巻回電極体の外装缶への挿入性がより良好で、最大厚みの標準偏差値もより小さいことから、より生産性が良好である。 As is clear from Table 1, in the batteries of Examples 1 to 4, there is no wound electrode body that is caught when inserted into the outer can, and the insertability is good. Thus, in the case of a battery having a wound electrode body with good insertability, as described above, it is difficult for damage to occur when inserted into an outer can, and it can be said that the productivity of the battery is good. Further, in the batteries of Examples 1 to 4, the standard deviation value of the maximum thickness is small and does not include variation (that is, a battery in which the outer can is deformed by a wound electrode body having a very large thickness). Also from such a point, it can be said that the batteries of Examples 1 to 4 have good productivity. In particular, in both of the two separators, in the batteries of Examples 1 and 2 configured so that the warpage can be satisfactorily suppressed, the insertability of the wound electrode body into the outer can is better, and the standard of the maximum thickness Since the deviation value is also smaller, the productivity is better.
更に、実施例1〜4の電池では、放電容量の低下も見られず、良好に充放電できることも確認できた。 Furthermore, in the batteries of Examples 1 to 4, no decrease in discharge capacity was observed, and it was confirmed that charging and discharging could be performed satisfactorily.
10 巻回電極体
20 正極
30 負極
40、50 セパレータ
41、51 多孔質層(A)
42、52 多孔質層(B)
10
42, 52 Porous layer (B)
Claims (6)
前記セパレータは、多孔質層(A)および多孔質層(B)を有する多層構造であり、
前記多孔質層(A)は、融点が80〜170℃の熱可塑性樹脂を主体とする層であり、
前記多孔質層(B)は、多孔質層(B)の構成材料を溶剤に分散または溶解させて調製した組成物を、前記多孔質層(A)の片面に塗布する工程を経て形成した層であり、
正極および負極のうち、少なくとも一方の電極の内端が、前記巻回電極体の内側の最初の屈曲開始部よりも内端側に位置する場合、前記2枚のセパレータのうちの少なくとも一方は、その多孔質層(A)側が、内端位置が前記巻回電極体のより内端側に位置する一方の電極と接しており、かつ、少なくとも、内端位置が前記巻回電極体のより内端側に位置する一方の電極と接する位置よりも前記巻回電極体の内端側には、多孔質層(B)を有しておらず、
正極および負極の内端が、前記巻回電極体の内側の最初の屈曲開始部よりも外端側に位置する場合、前記2枚のセパレータのうちの少なくとも一方は、少なくとも、前記巻回電極体の内側の最初の屈曲開始部よりも内端側には、多孔質層(B)を有していないことを特徴とする非水二次電池。 A non-aqueous secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a wound electrode body in which two separators interposed between the positive electrode and the negative electrode are overlapped and wound, and the cross section is flattened,
The separator is a multilayer structure having a porous layer (A) and a porous layer (B),
The porous layer (A) is a layer mainly composed of a thermoplastic resin having a melting point of 80 to 170 ° C.,
The porous layer (B) is a layer formed through a step of applying a composition prepared by dispersing or dissolving the constituent material of the porous layer (B) in a solvent to one side of the porous layer (A). And
When the inner end of at least one of the positive electrode and the negative electrode is located on the inner end side of the first bending start portion inside the wound electrode body, at least one of the two separators is The porous layer (A) side is in contact with one of the electrodes whose inner end position is located closer to the inner end side of the wound electrode body, and at least the inner end position is the inner side of the wound electrode body. There is no porous layer (B) on the inner end side of the wound electrode body from the position in contact with one electrode located on the end side,
When the inner ends of the positive electrode and the negative electrode are located on the outer end side with respect to the first bending start portion inside the wound electrode body, at least one of the two separators is at least the wound electrode body The non-aqueous secondary battery is characterized in that it does not have a porous layer (B) on the inner end side of the first bend start portion inside.
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