JP5966522B2 - Porous film and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質フィルム及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a porous film and a lithium ion secondary battery using the same.
近年の携帯機器の発展は目覚ましく、その原動力として高エネルギー電池によるところが大きい。特に、リチウムイオン二次電池は、次世代電池の主力として期待されている。このようなリチウムイオン二次電池の開発では、より高性能化を図るため、正極、負極、及び電解液等の構成要素の改良が進められている。特に、負極表面での電解質の分解による特性の劣化を抑制するため、種々の改良が進められている。 The development of portable devices in recent years has been remarkable, and high energy batteries are the main driving force. In particular, lithium ion secondary batteries are expected as the mainstay of next-generation batteries. In the development of such a lithium ion secondary battery, improvement of components such as a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution is being promoted in order to achieve higher performance. In particular, various improvements have been made in order to suppress deterioration of characteristics due to decomposition of the electrolyte on the negative electrode surface.
例えば、特許文献1には、電解液溶媒としてエチレンカーボネート(EC)のような環状カーボネートを用いた電解液中に、添加剤として1,3−プロパンスルトンを含有させることにより、初期充電時のEC還元分解前に負極炭素材料表面にて1,3−プロパンスルトンを還元させ、炭素材料表面を不動態皮膜で被覆する技術が開示されている。ここで、不動態皮膜は、電解液中に添加された添加剤の分解に起因して、負極表面を被覆するように形成される膜であって、リチウムイオンの透過性が良好で、負極おける電解液の分解反応を抑制する作用を有する膜である。これにより、電解液の分解やこれに伴う負極の劣化を抑制しようとしている。 For example, Patent Document 1 discloses that EC in initial charging is obtained by adding 1,3-propane sultone as an additive in an electrolytic solution using a cyclic carbonate such as ethylene carbonate (EC) as an electrolytic solution solvent. A technique is disclosed in which 1,3-propane sultone is reduced on the surface of the negative electrode carbon material before reductive decomposition, and the surface of the carbon material is coated with a passive film. Here, the passive film is a film formed so as to cover the surface of the negative electrode due to the decomposition of the additive added in the electrolytic solution, and has good lithium ion permeability and can be used in the negative electrode. It is a film | membrane which has the effect | action which suppresses decomposition reaction of electrolyte solution. Thereby, it is going to suppress degradation of electrolyte solution and deterioration of the negative electrode accompanying this.
また、例えば特許文献2や特許文献3には、電解液溶媒として低温特性を向上させるために好適なプロピレンカーボネート(PC)に、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)を含有させることにより、初期充電時のPC還元分解前に負極炭素材料表面にてVCを還元分解させ、炭素材料表面を不動態皮膜で被覆する技術が開示されている。これにより、電解液の分解やこれ伴う負極の劣化を抑制しようとしている。 Further, for example, in Patent Document 2 and Patent Document 3, by adding vinylene carbonate (VC) as an additive to propylene carbonate (PC), which is suitable for improving low temperature characteristics as an electrolyte solvent, during initial charging. Discloses a technique in which VC is reductively decomposed on the surface of the negative electrode carbon material before the PC reductive decomposition, and the surface of the carbon material is coated with a passive film. Thereby, it is going to suppress degradation of electrolyte solution and the accompanying deterioration of a negative electrode.
しかしながら、これら特許文献1〜3に開示の技術では、電解液に添加剤を加えることで炭素材料表面の不動態皮膜形成の観点からであり、添加剤が供給されない部分があれば、不動態皮膜が形成されない。特に大型電池はセルのサイズが大きい分、電解液の循環に時間がかかり、電解液の局所的な劣化の影響が顕著になりやすい。セル構造全体として、電解液中の添加剤の濃度分布については考慮されていないため、電解液起因の特性劣化に対する対策としてはまだ不十分である。 However, in the techniques disclosed in these Patent Documents 1 to 3, it is from the viewpoint of forming a passive film on the surface of the carbon material by adding an additive to the electrolytic solution. If there is a portion where the additive is not supplied, the passive film Is not formed. In particular, since a large battery has a large cell size, it takes time to circulate the electrolytic solution, and the influence of local deterioration of the electrolytic solution tends to be remarkable. Since the cell structure as a whole does not take into consideration the concentration distribution of the additive in the electrolytic solution, it is still insufficient as a countermeasure against the characteristic deterioration caused by the electrolytic solution.
本発明は、上記課題に鑑み、電解液の組成劣化を抑制する多孔質フィルムを提供することを目的とし、ついてはリチウムイオン二次電池のサイクル寿命の向上を図ろうとするものである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a porous film that suppresses deterioration of the composition of an electrolytic solution, and is intended to improve the cycle life of a lithium ion secondary battery.
上記目的を達成する為に後述する以下の発明に至った。 In order to achieve the above object, the inventors have reached the following invention described below.
本発明に係る多孔質フィルムは、多数の空孔を有し、前記多孔質フィルムの膜面上に前記空孔よりも大きな電解液拡散穴が存在することを特徴とする。この様な構造によれば、セパレータである多孔質フィルムと隣接する電極界面において電解液の拡散が良好なるため。このため電極表面で生じた劣化した電解液は拡散が容易となりリチウムイオン二次電池のサイクル寿命が向上可能になる。 The porous film according to the present invention has a large number of pores, and an electrolyte solution diffusion hole larger than the pores exists on the membrane surface of the porous film. According to such a structure, the diffusion of the electrolyte solution is good at the electrode interface adjacent to the porous film as the separator. For this reason, the deteriorated electrolyte produced on the electrode surface can be easily diffused, and the cycle life of the lithium ion secondary battery can be improved.
例えば、電解液中に添加剤が含有されているとき、電解液中の添加剤の供給が追いつかず、ひいては電解液の還元分解反応が進行してしまう可能性がある。この様な場合でも電極界面近傍のみならず、多孔質フィルムの内部に存在する電解液からも添加剤が十分に供給される必要があるため、より良好な循環を行うためには、前記電解液拡散穴がすり鉢状に形成されていることが好ましい。 For example, when an additive is contained in the electrolytic solution, the supply of the additive in the electrolytic solution cannot catch up, and as a result, the reductive decomposition reaction of the electrolytic solution may proceed. Even in such a case, the additive solution needs to be sufficiently supplied not only in the vicinity of the electrode interface but also from the electrolyte solution present in the porous film. It is preferable that the diffusion hole is formed in a mortar shape.
さらに、拡散される電解液の流路が広がることから、電解液拡散穴の開口形状は楕円状が好ましい。その開口から前記多孔質フィルムの内部に入り込んだ凹みを有するすり鉢形状を取ることが特に好ましい。 Furthermore, since the flow path of the electrolyte solution to be diffused is widened, the opening shape of the electrolyte solution diffusion hole is preferably elliptical. It is particularly preferable to take a mortar shape having a recess that has entered the porous film from the opening.
また、電解液の組成劣化は特に電極端子部付近で著しい。電極自身にも内部抵抗が存在するため、端子からの距離によって電解液の還元分解反応の状態は異なる。つまり、電極端子近傍での分解反応が活発である電極端子近傍への電解液拡散穴を配置すれば、効果的に電解液を拡散でき、より効率よく反応に必要な添加剤を供給できる。 Moreover, the composition deterioration of the electrolytic solution is particularly remarkable in the vicinity of the electrode terminal portion. Since the electrode itself also has an internal resistance, the state of the reductive decomposition reaction of the electrolytic solution varies depending on the distance from the terminal. That is, if an electrolyte solution diffusion hole is disposed near the electrode terminal where the decomposition reaction near the electrode terminal is active, the electrolyte solution can be effectively diffused, and additives necessary for the reaction can be supplied more efficiently.
したがって、正極と、負極と、電解質とを有し、前記正極と前記負極との間に前記多孔質フィルムを備えたリチウムイオン二次電池においては、前記正極又は前記負極の一端で電極端子と電気的に接続するその近傍で、電極端子と接続する一方の電極と対向する前記多孔質フィルムに前記電解液拡散穴が多数偏在していることが好ましい。 Therefore, in a lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and having the porous film between the positive electrode and the negative electrode, an electrode terminal and an electric terminal at one end of the positive electrode or the negative electrode. It is preferable that a large number of the electrolyte solution diffusion holes are unevenly distributed in the porous film facing one electrode connected to the electrode terminal in the vicinity thereof.
したがって、二次電池の構造として、電解液拡散穴部は負極側に対向していることが好ましい。 Therefore, as a structure of the secondary battery, the electrolyte solution diffusion hole is preferably opposed to the negative electrode side.
また、体積変化の大きい負極側に電解液拡散穴を配置して電解液と添加剤の拡散をよりスムーズにすることで、負極としての劣化を大幅に抑制することが可能となる。特に体積膨張が大きい負極側では電解液移動量が多くなれば、一時的に多孔質フィルム側の電解液の供給量が追いつかなくなる。電解液拡散穴が配置されれば、電解液の出入りが激しい負極の反応を均一化することもでき、二次電池の長期の連続使用においても急激な電解液の劣化や安全性の低下等の品質劣化を抑制することが可能となる。 In addition, by disposing the electrolyte solution diffusion hole on the negative electrode side where the volume change is large and smoothing the diffusion of the electrolyte solution and the additive, deterioration as the negative electrode can be significantly suppressed. In particular, if the amount of electrolyte movement increases on the negative electrode side where the volume expansion is large, the amount of electrolyte supplied on the porous film side cannot temporarily catch up. If the electrolyte solution diffusion hole is arranged, the reaction of the negative electrode where the electrolyte enters and exits can be made uniform, and even when the secondary battery is used continuously for a long time, the electrolyte solution suddenly deteriorates and the safety decreases. Quality deterioration can be suppressed.
本発明によれば、多孔質フィルムに電解液拡散穴を有することにより、電極表面で生じる電解液の組成劣化を抑制することができ、これを用いたリチウムイオン二次電池はサイクル寿命を向上するとができる。 According to the present invention, by having the electrolyte solution diffusion hole in the porous film, it is possible to suppress the deterioration of the composition of the electrolyte solution generated on the electrode surface, and the lithium ion secondary battery using this improves the cycle life. Can do.
以下、本発明の多孔質フィルム1について、好適な実施形態を詳細に説明する。図1は、本実施形態に用いられる多孔質フィルムの模式的な断面図である。この図に示すように、本実施形態の多孔質フィルム1はその主面上に電解液拡散穴2を有している。たとえば多孔質フィルム1は、ポリエチレンを主体とした平均空孔サイズ0.05μm〜0.3μm、空孔率が20〜70%であって、多孔質フィルム1の主面上には、そのフィルム内部に存在する空孔よりもサイズの大きい電解液拡散穴2を有するのが好ましい。なお、図1においては多孔質フィルム1内部にある多数の空孔は図示していない。電解液拡散穴2が、周辺の空孔内部に滞留した劣化した電解液と劣化のない電解液とを置換容易にするため、電解液の劣化を防止でき、電池の長寿命化をはかることができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the porous film 1 of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a porous film used in this embodiment. As shown in this figure, the porous film 1 of this embodiment has an electrolyte solution diffusion hole 2 on its main surface. For example, the porous film 1 has an average pore size of 0.05 μm to 0.3 μm mainly composed of polyethylene and a porosity of 20 to 70%, and on the main surface of the porous film 1, It is preferable to have the electrolyte solution diffusion hole 2 having a larger size than the pores existing in. In FIG. 1, a large number of pores in the porous film 1 are not shown. The electrolyte diffusion hole 2 makes it easy to replace the deteriorated electrolyte staying in the surrounding holes and the electrolyte without deterioration, so that the deterioration of the electrolyte can be prevented and the battery life can be extended. it can.
本実施形態で用いる多孔質フィルム1のための素材は、上述した材料に特に限定されるわけではないが、熱可塑性樹が好ましく用いることができる。更に重量平均分子量が3×105以上の超高分子量ポリオレフィン樹脂か、又はこの超高分子量ポリオレフィン樹脂を少なくとも15重量%と重量平均分子量が5×105未満のポリオレフィン樹脂とからなる超高分子量ポリオレフィン樹脂組成物が好ましい。 Although the raw material for the porous film 1 used in the present embodiment is not particularly limited to the above-described materials, thermoplastic trees can be preferably used. Further, an ultrahigh molecular weight polyolefin resin having a weight average molecular weight of 3 × 10 5 or more, or an ultrahigh molecular weight polyolefin comprising at least 15% by weight of this ultrahigh molecular weight polyolefin resin and a polyolefin resin having a weight average molecular weight of less than 5 × 10 5 A resin composition is preferred.
本明細書において、簡単のため、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂とこれを含む組成物を超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と総称することとする。 In the present specification, for the sake of simplicity, the above ultrahigh molecular weight polyolefin resin and a composition containing the same are collectively referred to as an ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition).
本実施形態において、超高分子量ポリオレフィン樹脂は、重量平均分子量が3×105〜20×106の範囲にあり、好ましくは、1×106〜15×106の範囲にある。このような超高分子量ポリオレフィン樹脂としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等の単独重合体、共重合体又はこれらの混合物を挙げることができる。しかし、なかでも、本実施形態においては、超高分子量ポリエチレン樹脂が好ましく用いられる。 In this embodiment, the ultrahigh molecular weight polyolefin resin has a weight average molecular weight in the range of 3 × 10 5 to 20 × 10 6 , preferably in the range of 1 × 10 6 to 15 × 10 6 . Examples of such ultrahigh molecular weight polyolefin resins include homopolymers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene, copolymers, and mixtures thereof. . However, among these, ultra high molecular weight polyethylene resin is preferably used in the present embodiment.
上記超高分子量ポリオレフィン樹脂組成物は、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂と共に、それ以外のポリオレフィン樹脂を含んでいてもよい。この超高分子量ポリオレフィン樹脂以外のポリオレフィン樹脂は、重量平均分子量が1×104 以上、5×105 未満の範囲にあり、好ましくは、1×104〜3×105 の範囲にある。このようなポリオレフィン樹脂としても、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等の単独重合体、共重合体又はこれらの混合物を挙げることができる。しかし、なかでも、本実施形態においては、高密度ポリエチレン樹脂が好ましく用いられる。 The ultra high molecular weight polyolefin resin composition may contain other polyolefin resins together with the ultra high molecular weight polyolefin resin. The polyolefin resin other than the ultrahigh molecular weight polyolefin resin has a weight average molecular weight of 1 × 10 4 or more and less than 5 × 10 5 , and preferably 1 × 10 4 to 3 × 10 5 . Examples of such a polyolefin resin include homopolymers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene, copolymers, and mixtures thereof. However, among these, high-density polyethylene resin is preferably used in the present embodiment.
本実施形態において、超高分子量ポリオレフィン樹脂組成物を用いるとき、この組成物は、超高分子量ポリオレフィン樹脂を少なくとも15重量%含むことが必要である。 In this embodiment, when an ultrahigh molecular weight polyolefin resin composition is used, the composition needs to contain at least 15% by weight of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin.
本実施形態による多孔質フィルムの製造には、先ず、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)5〜30重量%、好ましくは、8〜20重量%と、凝固点が−10℃以下である溶媒95〜70重量%、好ましくは、92〜80重量%と、拡散穴形成材5〜30重量%、好ましくは、8〜15重量%を均一なスラリー状に混合し、これを加熱攪拌して、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)を上記溶媒中に溶解させ、得られた溶液状混合物を115〜185℃の範囲の温度で混練りして、混練り物を調製する。 In the production of the porous film according to the present embodiment, first, the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) is 5 to 30% by weight, preferably 8 to 20% by weight, and the solvent 95 having a freezing point of −10 ° C. or lower. ~ 70 wt%, preferably 92-80 wt% and diffusion hole forming material 5-30 wt%, preferably 8-15 wt% are mixed in a uniform slurry, heated and stirred, An ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) is dissolved in the solvent, and the resulting solution mixture is kneaded at a temperature in the range of 115 to 185 ° C. to prepare a kneaded product.
上記溶媒としては、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)をよく溶解すると共に、凝固点が−10℃以下のものであれば、特に、限定されるものではないが、特に、本実施形態においては、凝固点が−10℃から−45℃の範囲のものが好ましく用いられる。そのような溶媒の好ましい具体例として、例えば、デカン、デカリン、流動パラフィン等の脂肪族又は環式炭化水素や、凝固点がこれらに対応する鉱油留分を挙げることができる。しかし、なかでも、流動パラフィンのような不揮発性溶媒が好ましく、特に、凝固点が−15℃以下であり、40℃における動粘度が65cSt以下の不揮発性溶媒が好ましく用いられる。 The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) well and has a freezing point of −10 ° C. or lower. Those having a freezing point in the range of -10 ° C to -45 ° C are preferably used. Preferable specific examples of such a solvent include, for example, aliphatic or cyclic hydrocarbons such as decane, decalin, and liquid paraffin, and mineral oil fractions corresponding to these freezing points. However, among these, a non-volatile solvent such as liquid paraffin is preferable, and in particular, a non-volatile solvent having a freezing point of −15 ° C. or lower and a kinematic viscosity at 40 ° C. of 65 cSt or lower is preferably used.
上記、空孔膜よりもサイズの大きな拡散穴形成を促進させる材料としては、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と非相溶なオリゴマーであり、後述する洗浄溶媒に可溶であれば特に、限定されるものではないが、特に、本実施形態においては、重量平均分子量が1000以下のポリアクリロニトリルやポリアクリロニトリルの共重合体も用いることができる。ポリアクリロニトリルの共重合体の共重合モノマーとしては、例えば、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、イタコン酸、水素化メチルアクリレート、水素化エチルアクリレート、アクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニリデン、塩化ビニリデン等を用いることができる。さらに、アクリロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ビニル樹脂、アクリロニトリルメチルアクリレート樹脂、アクリロニトリルアクリレート樹脂等を用いることができる。混合のエントロピーを考えると、重量平均分子量が低いものほど選択的に膜表面に集まり、電解液拡散穴が形成され易い。 The material that promotes the formation of diffusion holes larger in size than the pore film is an oligomer that is incompatible with the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) and is particularly soluble if it is soluble in a cleaning solvent described later. Although not limited, in particular, in the present embodiment, polyacrylonitrile having a weight average molecular weight of 1000 or less or a copolymer of polyacrylonitrile can also be used. Examples of copolymer monomers for polyacrylonitrile copolymers include vinyl acetate, methyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, itaconic acid, hydrogenated methyl acrylate, hydrogenated ethyl acrylate, acrylamide, and chloride. Vinyl, vinylidene fluoride, vinylidene chloride, or the like can be used. Further, acrylonitrile butadiene rubber, acrylonitrile butadiene styrene resin, acrylonitrile chlorinated polyethylene propylene diene styrene resin, acrylonitrile vinyl chloride resin, acrylonitrile methyl acrylate resin, acrylonitrile acrylate resin and the like can be used. Considering the entropy of mixing, the lower the weight average molecular weight, the more selectively gathers on the membrane surface, and the electrolyte solution diffusion holes are more likely to be formed.
超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と上記溶媒と拡散穴形成材の溶液状混合物において、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)が30重量%を越えるときは、特に、超高分子量ポリオレフィン樹脂の溶媒に対する溶解性が不十分であって、混練り時に超高分子量ポリオレフィン樹脂が延び切り状態近くに解されず、ポリマー鎖の十分な絡み合いを得ることが困難である。更に、後述するように、混練り物を冷却しながら、シートに成形して、樹脂を結晶化させた後、延伸処理して、延伸フィルムとする際に、延伸倍率が比較的低いとき、空孔を有する特性を備えた多孔質フィルムを得ることが困難であり、他方、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)が5重量%を下回るときは、得られる多孔質フィルムが強度に劣る。 In the solution-like mixture of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition), the solvent and the diffusion hole forming material, when the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) exceeds 30% by weight, It is difficult to obtain sufficient entanglement of polymer chains because the solubility in the solvent is insufficient, and the ultrahigh molecular weight polyolefin resin is not stretched during kneading and is not unwound. Furthermore, as will be described later, when the kneaded product is cooled, it is molded into a sheet, the resin is crystallized, and then stretched to obtain a stretched film. On the other hand, when the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) is less than 5% by weight, the resulting porous film is inferior in strength.
本実施形態においては、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)を溶媒に溶解させてなる溶液を混練りするに際して、185℃を越える温度で混練りするときは、溶液の粘度が低すぎて、混練り物に十分なせん断力を作用させることができず、他方、混練温度が115℃よりも低いときは、上記混合物を効果的に混練することができず、かくして、上記混合物の混練りにおいて、上述したような超高分子量ポリオレフィン樹脂のポリマー鎖の十分な絡み合いを得ることが困難である。 In this embodiment, when kneading a solution obtained by dissolving the above ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) in a solvent, when kneading at a temperature exceeding 185 ° C., the viscosity of the solution is too low, A sufficient shearing force cannot be applied to the kneaded product, and on the other hand, when the kneading temperature is lower than 115 ° C., the mixture cannot be effectively kneaded, and thus in the kneading of the mixture, It is difficult to obtain sufficient entanglement of the polymer chains of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin as described above.
本実施形態においては、このような超高分子量ポリオレフィン樹脂のポリマー鎖の十分な絡み合いを得るために、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と溶媒と拡散穴形成材との溶液状混合物に高いせん断力を作用させつつ、混練りすることが好ましい。混練り時に、十分なせん断力を作用させることができないときは、超高分子量ポリオレフィン樹脂のポリマー鎖の十分な絡み合いを得ることができず、また拡散穴形成材が分散されずに適切なサイズの電解液拡散穴ができないことがある。従って、本実施形態によれば、超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と溶媒との溶液状混合物の混練りには、通常、混合物に強いせん断力を与えることができるニーダや二軸押出機等が好ましく用いられる。 In this embodiment, in order to obtain sufficient entanglement of the polymer chains of such an ultrahigh molecular weight polyolefin resin, the solution mixture of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition), the solvent and the diffusion hole forming material is high. It is preferable to knead while applying a shearing force. When sufficient shearing force cannot be applied at the time of kneading, sufficient entanglement of the polymer chains of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin cannot be obtained, and the diffusion hole forming material is not dispersed and has an appropriate size. There may be no electrolyte diffusion hole. Therefore, according to this embodiment, for kneading a solution-like mixture of an ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) and a solvent, a kneader or a twin screw extruder that can give a strong shearing force to the mixture is usually used. Is preferably used.
次いで、本実施形態によれば、このようにして得られた超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と溶媒と拡散穴形成材との溶液状の混練り物を用いた溶媒の凝固点以下の温度、好ましくは、−10℃から−45℃の範囲の温度、好ましくは、−15℃〜−40℃の範囲の温度に冷却しながら、ゲル状シートに成形して、超高分子量ポリオレフィン樹脂(と高密度ポリエチレン樹脂)を結晶化させる。ゲル状シートの厚みは、通常、0.1〜5.0mmの範囲が適当である。 Next, according to this embodiment, the temperature below the freezing point of the solvent using the ultra-high-molecular-weight polyolefin resin (composition) thus obtained, the solvent-like kneaded material of the solvent and the diffusion hole forming material, preferably Is formed into a gel-like sheet while being cooled to a temperature in the range of −10 ° C. to −45 ° C., preferably in the range of −15 ° C. to −40 ° C. Polyethylene resin) is crystallized. The range of 0.1 to 5.0 mm is usually appropriate for the thickness of the gel sheet.
このように、超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と溶媒との溶液状の混練り物を用いた溶媒の凝固点以下の温度に冷却するには、特に、限定されるものではないが、例えば、予め2枚の金属板をドライアイスにて冷却しておき、これら金属板の間に上記混練り物を挟み、混練り物を加圧して、シートに成形すればよい。 Thus, the cooling to a temperature below the freezing point of the solvent using a solution-like kneaded product of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition) and the solvent is not particularly limited. Two metal plates may be cooled with dry ice, the kneaded material is sandwiched between these metal plates, and the kneaded material may be pressed to be formed into a sheet.
本実施形態によれば、混練り物を冷却しながら、シートに成形する際、得られるシートの表面層のみならず、シートの中心部まで、樹脂を微細に結晶化させるために、混練り物を急冷することが好ましく、従って、その冷却速度は平均で50℃/分以上が好ましい。溶液状態、即ち、混練り物からシートへの成形時の冷却速度が遅いときは、混練りによって、引き伸ばされ、絡み合っているフィブリルが毛毬状に戻って、太い繊維を形成するので、細く、且つ、均一なフィブリルからなる多孔質膜構造が形成されにくく、大きな貫通孔を有する多孔質膜構造が部分的に形成されてしまう。 According to this embodiment, when the kneaded material is cooled and molded into a sheet, the kneaded material is rapidly cooled in order to finely crystallize the resin not only to the surface layer of the obtained sheet but also to the center of the sheet. Therefore, the cooling rate is preferably 50 ° C./min or more on average. In the solution state, that is, when the cooling rate at the time of molding from the kneaded product to the sheet is slow, the fibrils that are stretched and entangled return to the shape of the hair by forming kneading, forming a thick fiber. Therefore, it is difficult to form a porous membrane structure composed of uniform fibrils, and a porous membrane structure having large through holes is partially formed.
また、この冷却速度は電解液拡散穴の大きさとも密接に関係している。シートを冷却とともに電解液拡散穴部分に相当するポリアクリロニトリルドメインのサイズは成長を始める。したがって、電解液拡散穴のサイズを制御するには適正な冷却速度を選択する必要があり、上記空孔部分の結晶化させる速度とのバランスが必要となる。 The cooling rate is also closely related to the size of the electrolyte diffusion hole. As the sheet cools, the size of the polyacrylonitrile domain corresponding to the electrolyte diffusion hole portion begins to grow. Therefore, in order to control the size of the electrolyte diffusion hole, it is necessary to select an appropriate cooling rate, and it is necessary to balance with the rate at which the pore portion is crystallized.
即ち、一般に、結晶性高分子量樹脂を結晶化させると、ラメラ結晶が生成し、このラメラ結晶の厚みは、結晶化温度に大きく依存し、融点と結晶化温度との差が大きいほど、ラメラ結晶の厚みは小さくなる。本実施形態によれば、超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)と溶媒と拡散穴形成材との混練り物を115〜185℃の高い温度から、用いた溶媒の凝固点以下の温度、即ち、−10℃以下の温度に冷却しながら、好ましくは、急冷しながら、ゲル状シートに成形するので、ラメラ結晶の厚みは非常に小さく、従って、ゲル状シートを延伸して、延伸フィルムを得る際に、ラメラ結晶が微結晶に分割される結果、繊維径が小さく、且つ、均一であるフィブリルからなり、膜厚に対する貫通経路の比率である曲路率が非常に大きく、かつ表面に空孔径よりも大きなサイズの電解液拡散穴が存在する、ミクロフィブリル構造を有する多孔質フィルムを得ることができるとみられる。 That is, in general, when a crystalline high molecular weight resin is crystallized, a lamellar crystal is formed, and the thickness of the lamellar crystal greatly depends on the crystallization temperature, and as the difference between the melting point and the crystallization temperature increases, the lamellar crystal The thickness of becomes smaller. According to this embodiment, the kneaded product of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition), the solvent and the diffusion hole forming material is heated to a temperature not higher than 115 to 185 ° C. and below the freezing point of the solvent used, ie −10. Since it is formed into a gel-like sheet while cooling to a temperature of ℃ or less, preferably while rapidly cooling, the thickness of the lamellar crystal is very small. Therefore, when the gel-like sheet is stretched to obtain a stretched film, As a result of the lamella crystal being divided into microcrystals, the fiber diameter is small and uniform fibrils, the curvature, which is the ratio of the penetration path to the film thickness, is very large, and the surface is larger than the pore diameter. It seems that a porous film having a microfibril structure in which electrolyte solution diffusion holes of a size exist can be obtained.
本実施形態に従って、混練り物を溶液状態から急冷しながら、ゲル状シートに成形して、樹脂を結晶化させても、このようなゲル状シートにおける樹脂の結晶構造は、用いた溶媒の凝固点以上の温度でこのゲル状シートを保存するときは、上記冷却速度が遅いときと同様、混練りによって、引き伸ばされ、絡み合っているフィブリルが毛毬状に戻って、太い繊維を形成して、微細で均一な多孔構造が形成され難く、大きな貫通孔が部分的に形成される。従って、超高分子量ポリオレフィン樹脂組成物と溶媒との混練り物を急冷しながら、ゲル状シートに成形し、かくして、結晶構造を有せしめたゲル状シートを直ちに延伸するか、又は保存するとすれば、得られたゲル状シートを溶媒の凝固点以下の温度に保存することが望ましい。 Even if the kneaded product is rapidly cooled from the solution state and formed into a gel-like sheet and the resin is crystallized according to the present embodiment, the crystal structure of the resin in such a gel-like sheet is higher than the freezing point of the solvent used. When this gel-like sheet is stored at the same temperature as in the case where the cooling rate is slow, the fibrils that are stretched and entangled by kneading return to a hair-like shape, form thick fibers, and are fine. It is difficult to form a uniform porous structure, and large through holes are partially formed. Accordingly, if the kneaded product of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin composition and the solvent is rapidly cooled, it is formed into a gel-like sheet, and thus the gel-like sheet having a crystal structure is immediately stretched or stored. It is desirable to store the obtained gel-like sheet at a temperature below the freezing point of the solvent.
このように、混練り物のシートへの成形時の冷却速度が遅い場合や、得られたシートを用いた溶媒の凝固点以上の温度で保存した場合には、上述したような現象を生じ、得られる多孔質フィルムは、空孔部分の構造の微細性と均一性に欠けるものとなって、比較的大きい空孔ができるので、強度、特に、突刺し強度において劣るようになる。 As described above, when the cooling rate at the time of forming the kneaded material into a sheet is slow or when the obtained sheet is stored at a temperature equal to or higher than the freezing point of the solvent, the above-described phenomenon occurs and is obtained. The porous film lacks the fineness and uniformity of the structure of the pore portion, and relatively large pores are formed, so that the strength, particularly the piercing strength, is inferior.
本実施形態によれば、次いで、上記超高分子量ポリオレフィン樹脂の融点をMとするとき、上記ゲル状シートを(M+5)℃から(M−30)℃の範囲の温度、好ましくは、M℃から(M−25)℃の範囲の温度にて、二軸延伸する。この二軸延伸は、逐次又は同時二軸延伸のいずれによってもよいが、好ましくは、同時二軸延伸する。本実施形態において、ゲル状シートの延伸倍率は、一方向に3〜32倍であり、面積延伸倍率は9〜1024倍の範囲が適当であり、好ましくは、一方向に3〜20倍であり、面積延伸倍率は9〜400倍の範囲である。 According to this embodiment, when the melting point of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin is M, the gel sheet is then at a temperature in the range of (M + 5) ° C. to (M−30) ° C., preferably from M ° C. (M-25) Biaxial stretching is performed at a temperature in the range of ° C. This biaxial stretching may be either sequential or simultaneous biaxial stretching, but preferably simultaneous biaxial stretching. In this embodiment, the stretch ratio of the gel sheet is 3 to 32 times in one direction, and the area stretch ratio is suitably in the range of 9 to 1024 times, preferably 3 to 20 times in one direction. The area stretch ratio is in the range of 9 to 400 times.
本実施形態において、同時二軸延伸は、TD方向(Transverse Direction)とMD方向(Machine Direction)に延伸され、このTD方向とMD方向の速度比を変えることにより、縦横比の異なる電解液拡散穴が形成される。膜表面に存在しているポリアクリロニトリルやポリアクリロニトリルの共重合体ドメインは分子量が低いため、その形状は膜歪に対して顕著に影響を受ける。したがって、延伸速度比での拡散穴径コントロールが可能となる。 In the present embodiment, simultaneous biaxial stretching is performed in the TD direction (Transverse Direction) and the MD direction (Machine Direction), and by changing the speed ratio between the TD direction and the MD direction, electrolyte diffusion holes having different aspect ratios. Is formed. Since polyacrylonitrile and polyacrylonitrile copolymer domains existing on the film surface have a low molecular weight, the shape thereof is significantly affected by the film strain. Accordingly, it is possible to control the diffusion hole diameter at the drawing speed ratio.
次いで、このように得られた二軸延伸フィルムを適宜の溶剤で洗浄して、フィルム中に残留する溶媒を除去して、多孔質フィルムとし、好ましくは、この後、このフィルムの熱収縮を防止するために、加熱して、ヒートセット(熱固定)する。上記脱溶媒処理に用いる溶剤としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類等の易揮発性のものが好ましく用いられる。これらの溶剤は、超高分子量ポリオレフィン樹脂(組成物)の溶液の調製に用いた溶媒に応じて適宜に選ばれる。シート中に残留する溶媒を除去するには、例えば、シートを溶剤に浸漬すればよい。 Next, the biaxially stretched film thus obtained is washed with an appropriate solvent to remove the solvent remaining in the film to form a porous film. Preferably, thereafter, heat shrinkage of the film is prevented. In order to do so, heat and heat set (heat setting). Examples of the solvent used for the desolvation treatment include volatile solvents such as hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride, and ethers such as diethyl ether and dioxane. Is preferably used. These solvents are appropriately selected depending on the solvent used for preparing the solution of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin (composition). In order to remove the solvent remaining in the sheet, for example, the sheet may be immersed in the solvent.
形成された拡散穴のサイズは空孔部の5倍以上が好ましく、より好ましくは10倍以上である。また、経験的には、膜厚方向へ孔径は好ましくは空孔部の5倍以上必要で、より好ましくは10倍以上あればより効果的に電解液を拡散する。 The size of the formed diffusion hole is preferably 5 times or more, more preferably 10 times or more of the hole portion. Empirically, the hole diameter in the film thickness direction is preferably 5 times or more that of the pores, and more preferably 10 times or more, so that the electrolyte can be more effectively diffused.
拡散される電解液の流路を考えると、電解液拡散穴の形状は角形より円状、あるいは楕円状の方が効果的である。楕円形とは、孔形状の長軸径/短軸径が例えば1.5以上が好ましい。拡散穴の形状としては面方向へは楕円状、深さ方向へはすり鉢状が好ましい。また、同じ面積であれば電解液拡散穴は円形のものが複数あるより、楕円形の方が効果的に電解液の循環が行われていた。これは電解液の面内方向の拡散が膜厚方向のそれと比較して早いためと考えられる。 Considering the flow path of the electrolyte solution to be diffused, the shape of the electrolyte solution diffusion hole is more effective when it is circular or elliptical than square. The elliptical shape preferably has a major axis diameter / short axis diameter of the hole shape of, for example, 1.5 or more. The shape of the diffusion hole is preferably an ellipse in the surface direction and a mortar shape in the depth direction. In addition, when the same area is used, the electrolyte solution circulation holes are more effectively circulated in the elliptical shape than the plurality of circular electrolyte solution diffusion holes. This is presumably because the in-plane diffusion of the electrolyte is faster than that in the film thickness direction.
また、膜面上に電解液拡散穴が存在しない多孔質フィルムにおいては、拡散穴を有する空孔層を積層して形成した多層フィルムとしても良い。その場合、前記電解液拡散層(電解液拡散穴を付与する機能層)の厚さが0.1〜1μmであることが望ましい。電解液拡散層の厚さが0.1μm以上であれば、その形成を技術的に容易に行い得る範囲となるし、電池の高容量化を妨げない程度の薄膜としておくことができる。 Further, in the case of a porous film having no electrolyte solution diffusion hole on the membrane surface, a multilayer film formed by laminating a hole layer having a diffusion hole may be used. In that case, it is desirable that the thickness of the electrolyte solution diffusion layer (functional layer providing the electrolyte solution diffusion hole) is 0.1 to 1 μm. If the thickness of the electrolytic solution diffusion layer is 0.1 μm or more, it can be easily formed technically, and can be formed as a thin film that does not hinder the high capacity of the battery.
前記電解液拡散層がポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、及びポリフェニレンスルフィドからなる樹脂系の材料群から選択される少なくとも1種で構成される多孔質層であることが好ましい。電解液拡散層が上記樹脂系の材料群から選択される少なくとも1種で構成される多孔質層であれば、電解液の浸透、拡散パスとして機能する空隙を形成しやすい。また、上記樹脂系は、機械的強度や熱安定性に優れるため、電池内で変質しにくい多孔質層を形成することができる。 The electrolyte solution diffusion layer is a porous material composed of at least one selected from the group of resin materials consisting of polyimide, polyetheretherketone, polyamide, polyamideimide, polyethersulfone, polyetherimide, polysulfone, and polyphenylene sulfide. It is preferable that it is a quality layer. If the electrolyte solution diffusion layer is a porous layer composed of at least one selected from the resin-based material group, it is easy to form voids functioning as electrolyte solution permeation and diffusion paths. Moreover, since the said resin system is excellent in mechanical strength and thermal stability, it can form the porous layer which cannot change easily within a battery.
前記電解液拡散層の形成には上記樹脂材料とこれら樹脂の可溶な溶剤とポリアクリロニトリルやポリアクリロニトリルの共重合体などの拡散穴形成材とを混合してスラリーを作製し、このスラリーを負極の表面に塗布することにより形成することができる。溶媒としては、例えば、極性アミド系溶媒、または極性尿素系溶媒が挙げられる。該極性アミド系溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。また該極性尿素系溶媒としては、N,N,N’,N’−テトラメチルウレア等が挙げられる。これらの中でも、化学的安定性の面で、N−メチル−2−ピロリドンが好ましい。 In the formation of the electrolyte diffusion layer, a slurry is prepared by mixing the resin material, a soluble solvent of these resins, and a diffusion hole forming material such as polyacrylonitrile or a copolymer of polyacrylonitrile. It can form by apply | coating to the surface of this. Examples of the solvent include a polar amide solvent or a polar urea solvent. Examples of the polar amide solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. Examples of the polar urea solvent include N, N, N ′, N′-tetramethylurea and the like. Among these, N-methyl-2-pyrrolidone is preferable in terms of chemical stability.
前記電解液拡散層の形成方法としては、例えばナイフ、ブレード、バー、グラビア、ダイ等の塗工方法があげられる。バー、ナイフ等の塗工が簡便であるが、工業的には、溶液が外気と接触しない構造のダイ塗工が好ましい。 Examples of the method for forming the electrolyte solution diffusion layer include coating methods such as knife, blade, bar, gravure, and die. Coating of bars, knives and the like is simple, but industrially, die coating having a structure in which the solution does not come into contact with outside air is preferable.
また前記電解液拡散層の機械的強度や熱安定性を向上させるため、無機粒子を混合してもよい。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。 In addition, inorganic particles may be mixed in order to improve the mechanical strength and thermal stability of the electrolyte solution diffusion layer. 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.
(リチウムイオン二次電池)
続いて、上述の多孔質フィルムを用いた二次電池に関して、特にリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
(Lithium ion secondary battery)
Subsequently, a secondary battery using the above-described porous film will be described by taking a lithium ion secondary battery as an example.
図3は、上述の多孔質フィルム18を用いたリチウムイオン二次電池100の一例の模式断面図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an example of the lithium ion secondary battery 100 using the porous film 18 described above.
リチウムイオン二次電池100は、主として、積層体30、積層体30を密閉した状態で収容するケース50、積層体30に接続された一対のリード60、62、及び、積層体30に含浸される電解液を備えている。 The lithium ion secondary battery 100 is mainly impregnated in the laminate 30, the case 50 that accommodates the laminate 30 in a sealed state, the pair of leads 60 and 62 connected to the laminate 30, and the laminate 30. It has an electrolyte.
積層体30は、一対の正極10、負極20が多孔質フィルム18を挟んで対向配置されたものである。正極10は、板状(膜状)の正極集電体12上に正極活物質層14が設けられたものである。負極20は、板状(膜状)の負極集電体22上に負極活物質層24が設けられたものである。正極活物質層14及び負極活物質層24が多孔質フィルム18の両側にそれぞれ接触している。正極集電体12及び負極集電体22の端部には、それぞれリード62、60が接続されており、リード60、62の端部はケース50の外部にまで延びている。 The laminated body 30 is configured such that a pair of the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are opposed to each other with the porous film 18 interposed therebetween. The positive electrode 10 is obtained by providing a positive electrode active material layer 14 on a plate-like (film-like) positive electrode current collector 12. The negative electrode 20 is obtained by providing a negative electrode active material layer 24 on a plate-like (film-like) negative electrode current collector 22. The positive electrode active material layer 14 and the negative electrode active material layer 24 are in contact with both sides of the porous film 18. Leads 62 and 60 are connected to the end portions of the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 22, respectively, and the end portions of the leads 60 and 62 extend to the outside of the case 50.
以下、正極10及び負極20を総称して、電極10、20といい、正極集電体12及び負極集電体22を総称して集電体12、22といい、正極活物質層14及び負極活物質層24を総称して活物質層14、24という。 Hereinafter, the positive electrode 10 and the negative electrode 20 are collectively referred to as electrodes 10 and 20, and the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 22 are collectively referred to as current collectors 12 and 22, and the positive electrode active material layer 14 and the negative electrode The active material layers 24 are collectively referred to as active material layers 14 and 24.
(正極)
まず正極から順に説明していく。
正極集電体12は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミ、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
(Positive electrode)
First, description will be made in order from the positive electrode.
The positive electrode current collector 12 may be a conductive plate material, and for example, a thin metal plate of aluminum, copper, or nickel foil can be used.
正極活物質層14は、本実施形態に係る活物質、結合剤、必要に応じた量の導電材を含むものである。
正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、層状マンガン酸リチウム(LiMnO2)又は複数の遷移金属を配合した複合酸化物であるLiMnxNiyCozO2(x、y及びzは、x+y+z=1、0≦y<1、0≦z<1、0≦x<1の式を満たす)などの層状化合物、これらの化合物において1種以上の遷移金属元素を置換したもの、マンガン酸リチウム(Li1+xMn2−xO4(ただし、xは0〜0.33の数を示す)、Li1+xMn2−x−yMyO4(ただし、MはNi、Co、Cr、Cu、Fe、Al、Mgからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属を含み、xは0〜0.33の数を示し、yは0〜1.0の数を示し、かつ、x及びyは、2−x−y>0の式を満たす)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2、LiMn2−xMxO2(ただし、MはCo、Ni、Fe、Cr、Zn、Taからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属を含み、xは、0.01〜0.1の数を示す)、Li2Mn3MO8(ただし、MはFe、Co、Ni、Cu、Znからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属を示す)、銅−リチウム酸化物(Li2CuO2)、鉄−リチウム酸化物(LiFe3O4)、LiFePO4、LiV3O8、V2O5、Cu2V2O7等のバナジウム酸化物、ジスルフィド化合物、Fe2(MoO4)3が挙げられる。
The positive electrode active material layer 14 includes an active material according to the present embodiment, a binder, and a conductive material in an amount as necessary.
As the positive electrode active material, for example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), layered lithium manganate (LiMnO 2 ), or LiMn x Ni y Co, which is a composite oxide containing a plurality of transition metals. Layered compounds such as z O 2 (x, y and z satisfy the formula x + y + z = 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ x <1), and one or more kinds of these compounds Substituted transition metal element, lithium manganate (Li 1 + x Mn 2−x O 4 (where x is a number from 0 to 0.33)), Li 1 + x Mn 2−xy M y O 4 (however, , M includes at least one metal selected from the group consisting of Ni, Co, Cr, Cu, Fe, Al, and Mg, x represents a number from 0 to 0.33, and y is from 0 to 1.0. Number and x and y satisfy the formula of 2-xy> 0), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , LiMn 2−x M x O 2 (where M is Co, Ni, Fe, Cr, Including at least one metal selected from the group consisting of Zn and Ta, x represents a number of 0.01 to 0.1, Li 2 Mn 3 MO 8 (where M is Fe, Co, Ni, At least one metal selected from the group consisting of Cu and Zn), copper-lithium oxide (Li 2 CuO 2 ), iron-lithium oxide (LiFe 3 O 4 ), LiFePO 4 , LiV 3 O 8 , Examples include vanadium oxides such as V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 , disulfide compounds, and Fe 2 (MoO 4 ) 3 .
(導電助剤)導電助剤としては、例えば、ニッケル、アルミ、銅、銀等の金属及び導電性炭素材料が挙げられる。上記導電性炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、カーボンナノファイバー等の炭素繊維が挙げられる。導電助剤としては、特にカーボンブラックが好ましい。なお、導電助剤は含有しなくてもよい。 (Conductive aid) Examples of the conductive aid include metals such as nickel, aluminum, copper, and silver, and conductive carbon materials. Examples of the conductive carbon material include carbon blacks such as acetylene black and ketjen black, and carbon fibers such as graphite and carbon nanofibers. As the conductive assistant, carbon black is particularly preferable. In addition, it is not necessary to contain a conductive support agent.
(結着剤)結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(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、フッ化ビニリデン−塩化3フッ化エチレン(CTFE)共重合体〔PVDF−CTFE)〕、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンフッ素ゴム、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンフッ素ゴム〔PVDF−TFE−HFP)〕、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルフッ素ゴム等のフッ素系高分子などが好ましい。フッ化ビニリデン系ポリマーとしては、フッ化ビニリデンが50重量%以上、特に70重量%以上であるものが好ましく、特に、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体、フッ化ビニリデンと塩化3フッ化エチレンとの共重合体〔PVDF−CTFE)〕が好ましい。 (Binder) As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene chloride (CTFE) copolymer [PVDF-CTFE)] Fluorine such as vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene fluororubber [PVDF-TFE-HFP)], vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether fluororubber, etc. Polymers such as those are preferred. As the vinylidene fluoride-based polymer, those in which vinylidene fluoride is 50% by weight or more, particularly 70% by weight or more are preferable, and in particular, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene (HFP), A copolymer of vinylidene fluoride and ethylene trifluoride [PVDF-CTFE]] is preferred.
(負極)
次に負極を説明する。
負極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミ、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
(Negative electrode)
Next, the negative electrode will be described.
The negative electrode current collector 22 may be a conductive plate material, and for example, a thin metal plate of aluminum, copper, or nickel foil can be used.
負極活物質としては、例えば、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、もしく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、また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。そして、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に仕上げることで、集電体表面に負極合剤層を形成することができる。 As the negative electrode active material, for example, lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers, can be occluded and released. One kind or a mixture of two or more kinds of carbon-based 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. Then, 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 is finished into a molded body using the current collector as a core material. A negative electrode mixture layer can be formed on the current collector surface.
(電解質)
電解質は、図示されていないが、積層体30の内部に含有させるものである。電解質としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、リチウム塩を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、充電時の耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。電解質溶液としては、リチウム塩を非水溶媒(有機溶媒)に溶解したものが好適に使用される。例えば、非水溶媒としては、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、プロピオン酸メチル、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、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールサルファイト、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの1種のみからなる有機溶媒、あるいはこれらの2種以上の混合溶媒が挙げられる。
(Electrolytes)
Although not shown, the electrolyte is contained in the laminate 30. The electrolyte is not particularly limited, and, for example, in the present embodiment, an electrolyte solution containing a lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, the electrolyte aqueous solution is preferably an electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution) using an organic solvent because the electrochemical decomposition voltage is low, and the withstand voltage during charging is limited to a low level. As the electrolyte solution, a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent) is preferably used. For example, as the non-aqueous solvent, methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propionate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, ethylene glycol sulfite, 1,2-dimethoxyethane, 1,3 -The organic solvent which consists only of 1 type, such as dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyl-tetrahydrofuran, diethyl ether, or these 2 or more types of mixed solvents is mentioned.
リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、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〕などから選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 Examples of the lithium salt, 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] and the like.
リチウム塩の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 electrolytic solution is preferably 0.5 to 1.5 mol / L, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / L.
更に、非水電解液には、電池のサイクル寿命や負荷特性の向上を目的として、ビニレンカーボネートなどの二重結合を有するエステルや、プロパンスルトンなどのイオウ含有有機化合物や、フルオロベンゼンなどのフッ素含有芳香族化合物などの添加剤を添加することが好ましい。 Furthermore, non-aqueous electrolytes contain esters with double bonds, such as vinylene carbonate, sulfur-containing organic compounds, such as propane sultone, and fluorine-containing compounds, such as fluorobenzene, for the purpose of improving battery cycle life and load characteristics. It is preferable to add an additive such as an aromatic compound.
なお、本実施形態において、電解質は液状以外にゲル化剤を添加することにより得られるゲル状電解質であってもよい。また、電解質溶液に代えて、固体電解質(固体高分子電解質又はイオン伝導性無機材料からなる電解質)が含有されていてもよい。 In the present embodiment, the electrolyte may be a gel electrolyte obtained by adding a gelling agent in addition to liquid. Further, instead of the electrolyte solution, a solid electrolyte (a solid polymer electrolyte or an electrolyte made of an ion conductive inorganic material) may be contained.
ケース50は、その内部に積層体30及び電解質溶液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。例えば、ケース50として、図3に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。 The case 50 seals the laminate 30 and the electrolyte solution therein. The case 50 is not particularly limited as long as it can suppress leakage of the electrolytic solution to the outside and entry of moisture and the like into the lithium ion secondary battery 100 from the outside. For example, as the case 50, as shown in FIG. 3, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a polymer film 54 from both sides can be used. For example, an aluminum foil can be used as the metal foil 52 and a film such as polypropylene can be used as the polymer film 54. For example, the material of the outer polymer film 54 is preferably a polymer having a high melting point such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide, and the material of the inner polymer film 54 is polyethylene (PE) or polypropylene (PP). preferable.
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。 The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum.
ケースの材料には、特に制限はなく、従来公知のリチウムイオン二次電池に採用されている筒形(角筒形や円筒形など)のスチール缶やアルミニウム缶などが挙げられる。また、樹脂フィルムに金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体に用いることもできる。 The material of the case is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical steel can (such as a rectangular tube or a cylinder) and an aluminum can that are used in a conventionally known lithium ion secondary battery. In addition, a laminate film obtained by vapor-depositing a metal on a resin film can be used for the exterior body.
以上、本実施形態の多孔質フィルム、その製造方法、多孔質フィルムを用いたリチウムイオン二次電池の一例を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の多孔質フィルム等は、用途等に応じて適宜設定することができる。 As mentioned above, although an example of the porous film of this embodiment, its manufacturing method, and the lithium ion secondary battery using the porous film was demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment. The porous film etc. of this invention can be suitably set according to a use etc.
例えば、本発明の多孔質フィルムは、リチウムイオン二次電池以外の電気化学素子にも用いることができる。電気化学素子としては、金属リチウム二次電池(カソードとして本発明の活物質を用い、アノードに金属リチウムを用いたもの)等のリチウムイオン二次電池以外の二次電池や、リチウムキャパシタ等の電気化学キャパシタ等が挙げられる。これらの電気化学素子は、自走式のマイクロマシン、ICカードなどの電源や、プリント基板上又はプリント基板内に配置される分散電源の用途に使用することが可能である。 For example, the porous film of the present invention can be used for electrochemical devices other than lithium ion secondary batteries. Electrochemical elements include secondary batteries other than lithium ion secondary batteries such as metal lithium secondary batteries (those using the active material of the present invention as the cathode and metal lithium as the anode), and electric batteries such as lithium capacitors. Examples include chemical capacitors. These electrochemical elements can be used for power sources such as self-propelled micromachines and IC cards, and distributed power sources arranged on or in a printed circuit board.
(実施例1)
重量平均分子量200万の超高分子量ポリエチレン樹脂(融点134℃)15重量%と流動パラフィン(凝固点−15℃、40℃における動粘度59cSt)83.5重量%とポリアクリロニトリル1.5重量%をスラリー状に均一に混合し、これを小型ニーダに仕込み、160℃の温度で約50分間、加熱し、溶解させ、混練りして、超高分子量ポリエチレン樹脂と溶媒との混練り物を得た。この後、この混練り物を−15℃まで急冷しながら、厚み0.5mmのシートに成形して、超高分子量ポリエチレン樹脂を結晶化させた。
Example 1
Slurry of ultra high molecular weight polyethylene resin having a weight average molecular weight of 2 million (melting point 134 ° C.) 15% by weight, liquid paraffin (kinematic viscosity -15 ° C., kinematic viscosity 59 cSt at 40 ° C.) 83.5% by weight and polyacrylonitrile 1.5% by weight The mixture was uniformly mixed into a small kneader, heated at a temperature of 160 ° C. for about 50 minutes, dissolved and kneaded to obtain a kneaded product of an ultrahigh molecular weight polyethylene resin and a solvent. Thereafter, the kneaded product was molded into a sheet having a thickness of 0.5 mm while rapidly cooling to −15 ° C. to crystallize the ultrahigh molecular weight polyethylene resin.
次いで、このシートを約115℃の温度で縦横4×4倍に同時二軸延伸した後、塩化メチレンに浸漬して脱溶媒した。このようにして得られた多孔質フィルムを更に120℃で10秒間ヒートセットして、厚み25μm、空孔率40%の多孔質フィルムを得た。 Next, the sheet was simultaneously biaxially stretched 4 × 4 times in length and width at a temperature of about 115 ° C. and then immersed in methylene chloride to remove the solvent. The porous film thus obtained was further heat set at 120 ° C. for 10 seconds to obtain a porous film having a thickness of 25 μm and a porosity of 40%.
(実施例2)
重量平均分子量200万の超高分子量ポリエチレン樹脂(融点134℃)15重量%と流動パラフィン(凝固点−15℃、40℃における動粘度59cst)83重量%とポリアクリロニトリル2重量%をスラリー状に均一に混合し、これを小型ニーダに仕込み、160℃の温度で約50分間、加熱し、溶解させ、混練りして、超高分子量ポリエチレン樹脂と溶媒との混練り物を得た。この後、この混練り物を−15℃まで急冷しながら、厚み0.5mmのシートに成形して、超高分子量ポリエチレン樹脂を結晶化させた。
(Example 2)
Uniform slurry of 15% by weight of ultra-high molecular weight polyethylene resin (melting point 134 ° C) with a weight average molecular weight of 2 million, 83% by weight of liquid paraffin (kinematic viscosity -15 ° C, kinematic viscosity 59 cst at 40 ° C) and 2% by weight of polyacrylonitrile. This was mixed, charged into a small kneader, heated at a temperature of 160 ° C. for about 50 minutes, dissolved and kneaded to obtain a kneaded product of an ultrahigh molecular weight polyethylene resin and a solvent. Thereafter, the kneaded product was molded into a sheet having a thickness of 0.5 mm while rapidly cooling to −15 ° C. to crystallize the ultrahigh molecular weight polyethylene resin.
次いで、このシートを約115℃の温度で縦横4×4倍に同時二軸延伸した後、塩化メチレンに浸漬して脱溶媒した。このようにして得られた多孔質フィルムを更に120℃で10秒間ヒートセットして、厚み25μm、空孔率40%の多孔質フィルムを得た。 Next, the sheet was simultaneously biaxially stretched 4 × 4 times in length and width at a temperature of about 115 ° C. and then immersed in methylene chloride to remove the solvent. The porous film thus obtained was further heat set at 120 ° C. for 10 seconds to obtain a porous film having a thickness of 25 μm and a porosity of 40%.
(実施例3)
重量平均分子量200万の超高分子量ポリエチレン樹脂(融点134℃)15重量%と流動パラフィン(凝固点−15℃、40℃における動粘度59cst)83.5重量%とポリアクリロニトリル1.5重量%をスラリー状に均一に混合し、これを小型ニーダに仕込み、160℃の温度で約50分間、加熱し、溶解させ、混練りして、超高分子量ポリエチレン樹脂と溶媒との混練り物を得た。この後、この混練り物を−15℃まで急冷しながら、厚み0.5mmのシートに成形して、超高分子量ポリエチレン樹脂を結晶化させた。
(Example 3)
Slurry of 15% by weight of ultra high molecular weight polyethylene resin (melting point 134 ° C.) with a weight average molecular weight of 2 million, 83.5% by weight of liquid paraffin (kinematic viscosity of 59 cst at a freezing point of −15 ° C. and 40 ° C.) and 1.5% by weight of polyacrylonitrile. The mixture was uniformly mixed into a small kneader, heated at a temperature of 160 ° C. for about 50 minutes, dissolved and kneaded to obtain a kneaded product of an ultrahigh molecular weight polyethylene resin and a solvent. Thereafter, the kneaded product was molded into a sheet having a thickness of 0.5 mm while rapidly cooling to −15 ° C. to crystallize the ultrahigh molecular weight polyethylene resin.
次いで、このシートを約115℃の温度で縦4×横4.4倍に同時二軸延伸した後、塩化メチレンに浸漬して脱溶媒した。このようにして得られた多孔質フィルムを更に120℃で10秒間ヒートセットして、厚み25μm、空孔率40%の多孔質フィルムを得た。 Next, the sheet was simultaneously biaxially stretched at a temperature of about 115 ° C. in a length of 4 × 4.4 times, and then immersed in methylene chloride to remove the solvent. The porous film thus obtained was further heat set at 120 ° C. for 10 seconds to obtain a porous film having a thickness of 25 μm and a porosity of 40%.
(実施例4)
実施例1で得た多孔質フィルムにポリアミドイミド(PAI)多孔層をコーティングした。以下にその手順を示す。
Example 4
The porous film obtained in Example 1 was coated with a polyamideimide (PAI) porous layer. The procedure is shown below.
ポリアミドイミド溶液(日立化成製HPC−5000−30)50重量%、ポリエチレングリコール(第一工業製薬製PEG4000)15重量%、ポリアクリロニトリル5重量%、N−メチル−2−ピロリドン30重量%をハイブリッドミキサーで1h混合した。その後、実施例1で得た多孔質フィルム上に、4μmの耐熱樹脂溶液の層をブレードコーターを使用して形成した。すぐに水浴中で液の層を水洗(温度40℃)すると、ポリアミドイミド(PAI)樹脂が析出し、実施例1で得た多孔質フィルム上に黄白濁した膜状物が形成された。得られた耐熱層が形成された多孔質膜を5分間湯浴中に浸漬した後、イオン交換水に浸漬し洗浄した。イオン交換水を流しながら12時間以上水洗した後、水中より湿潤した膜状物を取り出し、エアーにより水をふき飛ばした。その後、全体を熱オーブンに入れ60℃で減圧しながら膜状物を乾燥し、ポリエチレン製多孔質フィルムと、その一方の面のみに形成された総厚み0.5μmのポリアミドイミド多孔質多孔質フィルムを得た。 Hybrid mixer containing 50% by weight of polyamideimide solution (HPC-5000-30 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), 15% by weight of polyethylene glycol (PEG 4000 manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku), 5% by weight of polyacrylonitrile, and 30% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone. For 1 h. Thereafter, a 4 μm heat-resistant resin solution layer was formed on the porous film obtained in Example 1 using a blade coater. When the liquid layer was immediately washed with water (temperature: 40 ° C.) in a water bath, polyamideimide (PAI) resin was precipitated, and a yellowish white film was formed on the porous film obtained in Example 1. The obtained porous film on which the heat-resistant layer was formed was immersed in a hot water bath for 5 minutes, and then immersed in ion-exchanged water and washed. After washing with ion exchanged water for 12 hours or more, the wet membrane was taken out of the water, and the water was blown off with air. Then, the whole was put into a heat oven and the membrane was dried while reducing the pressure at 60 ° C., and the polyethylene porous film and the polyamideimide porous film having a total thickness of 0.5 μm formed only on one surface thereof Got.
(実施例5)
ポリアミドイミド溶液(日立化成製HPC−5000−30)50重量%、ポリエチレングリコール(第一工業製薬製PEG4000)15重量%、ポリアクリロニトリル7.5重量%、N−メチル−2−ピロリドン27.5重量%をハイブリッドミキサーで1h混合した。その後、実施例1で得た多孔質フィルム上に、4μmの耐熱樹脂溶液の層をブレードコーターを使用して形成した。すぐに水浴中で液の層を水洗(温度40℃)すると、ポリアミドイミド樹脂が析出し、実施例1で得た多孔質フィルム上に黄白濁した膜状物が形成された。得られた耐熱層が形成された多孔質膜を5分間湯浴中に浸漬した後、イオン交換水に浸漬し洗浄した。イオン交換水を流しながら12時間以上水洗した後、水中より湿潤した膜状物を取り出し、エアーにより水をふき飛ばした。その後、全体を熱オーブンに入れ60℃で減圧しながら膜状物を乾燥し、ポリエチレン製多孔質フィルムと、その一方の面のみに形成された総厚み0.5μmのポリアミドイミド多孔質多孔質フィルムを得た。
(Example 5)
Polyamideimide solution (HPC-5000-30, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) 50% by weight, polyethylene glycol (PEG 4000, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku), polyacrylonitrile 7.5% by weight, N-methyl-2-pyrrolidone 27.5% by weight % Was mixed for 1 h with a hybrid mixer. Thereafter, a 4 μm heat-resistant resin solution layer was formed on the porous film obtained in Example 1 using a blade coater. When the liquid layer was immediately washed in a water bath (temperature: 40 ° C.), a polyamideimide resin was precipitated, and a yellowish white film was formed on the porous film obtained in Example 1. The obtained porous film on which the heat-resistant layer was formed was immersed in a hot water bath for 5 minutes, and then immersed in ion-exchanged water and washed. After washing with ion exchanged water for 12 hours or more, the wet membrane was taken out of the water, and the water was blown off with air. Then, the whole was put into a heat oven and the membrane was dried while reducing the pressure at 60 ° C., and the polyethylene porous film and the polyamideimide porous film having a total thickness of 0.5 μm formed only on one surface thereof Got.
(比較例1)
重量平均分子量200万の超高分子量ポリエチレン樹脂(融点134℃)15重量%と流動パラフィン(凝固点−15℃、40℃における動粘度59cst)85重量%とをスラリー状に均一に混合し、これを小型ニーダに仕込み、160℃の温度で約50分間、加熱し、溶解させ、混練りして、超高分子量ポリエチレン樹脂と溶媒との混練り物を得た。この後、この混練り物を−15℃まで急冷しながら、厚み0.5mmのシートに成形して、超高分子量ポリエチレン樹脂を結晶化させた。
(Comparative Example 1)
An ultra-high molecular weight polyethylene resin having a weight average molecular weight of 2 million (melting point: 134 ° C.) 15% by weight and liquid paraffin (solidifying point: −15 ° C., kinematic viscosity 59 cst at 40 ° C.) 85% by weight are uniformly mixed in a slurry state. The mixture was charged in a small kneader, heated at 160 ° C. for about 50 minutes, dissolved, and kneaded to obtain a kneaded product of an ultrahigh molecular weight polyethylene resin and a solvent. Thereafter, the kneaded product was molded into a sheet having a thickness of 0.5 mm while rapidly cooling to −15 ° C. to crystallize the ultrahigh molecular weight polyethylene resin.
次いで、このシートを約115℃の温度で縦横4×4倍に同時二軸延伸した後、塩化メチレンに浸漬して脱溶媒した。このようにして得られた多孔質フィルムを更に120℃で10秒間ヒートセットして、厚み25μm、空孔率40%の多孔質フィルムを得た。 Next, the sheet was simultaneously biaxially stretched 4 × 4 times in length and width at a temperature of about 115 ° C. and then immersed in methylene chloride to remove the solvent. The porous film thus obtained was further heat set at 120 ° C. for 10 seconds to obtain a porous film having a thickness of 25 μm and a porosity of 40%.
(比較例2)
ポリアミドイミド溶液(日立化成製HPC−5000−30)50重量%、N−メチル−2−ピロリドン250重量%をハイブリッドミキサーで1h混合した。その後、実施例1で得た多孔質フィルム上に、4μmの耐熱樹脂溶液の層をブレードコーターを使用して形成した。すぐに水浴中で液の層を水洗(温度40℃)すると、ポリアミドイミド樹脂が析出し、実施例1で得た多孔質フィルム上に黄白濁した膜状物が形成された。得られた耐熱層が形成された多孔質膜を5分間湯浴中に浸漬した後、イオン交換水に浸漬し洗浄した。イオン交換水を流しながら12時間以上水洗した後、水中より湿潤した膜状物を取り出し、エアーにより水をふき飛ばした。その後、全体を熱オーブンに入れ60℃で減圧しながら膜状物を乾燥し、ポリエチレン製多孔質フィルムと、その一方の面のみに形成された総厚み0.5μmのポリアミドイミド多孔質多孔質フィルムを得た。
(Comparative Example 2)
A polyamideimide solution (HPC-5000-30 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) 50% by weight and N-methyl-2-pyrrolidone 250% by weight were mixed with a hybrid mixer for 1 hour. Thereafter, a 4 μm heat-resistant resin solution layer was formed on the porous film obtained in Example 1 using a blade coater. When the liquid layer was immediately washed in a water bath (temperature: 40 ° C.), a polyamideimide resin was precipitated, and a yellowish white film was formed on the porous film obtained in Example 1. The obtained porous film on which the heat-resistant layer was formed was immersed in a hot water bath for 5 minutes, and then immersed in ion-exchanged water and washed. After washing with ion exchanged water for 12 hours or more, the wet membrane was taken out of the water, and the water was blown off with air. Then, the whole was put into a heat oven and the membrane was dried while reducing the pressure at 60 ° C., and the polyethylene porous film and the polyamideimide porous film having a total thickness of 0.5 μm formed only on one surface thereof Got.
(電池作製)
「正極」
正極活物質としてLiMn2O4、導電助剤としてカーボンブラック、結着剤として(PVDF−CTFE)を準備した。これらを、重量比で正極活物質:導電助剤:結着剤=90:5:5となるように混合した。得られた混合物とNMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶媒を、重量比で1:1.3となるように混合して、室温下で分散させカソード用スラリーを調製した。得られたカソード用スラリーをドクターブレード法により塗膜化して乾燥し、カソードを作製した。
(Battery production)
"Positive electrode"
LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, carbon black as a conductive auxiliary agent, and (PVDF-CTFE) as a binder were prepared. These were mixed so that the positive electrode active material: conducting aid: binder = 90: 5: 5 by weight ratio. The obtained mixture and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent were mixed at a weight ratio of 1: 1.3 and dispersed at room temperature to prepare a cathode slurry. The obtained cathode slurry was formed into a coating film by the doctor blade method and dried to prepare a cathode.
「負極」
負極活物質として易黒鉛化炭素材料、導電助剤としてカーボンブラック、結着剤として(PVDF−CTFE)を準備した。これらを、重量比で負極活物質:導電助剤:結着剤=90:5:5となるように混合した。得られた混合物とNMP(N−メチル−2−ピロリドン)溶媒を、重量比で1:1となるように混合して、室温下で分散させアノード用スラリーを調製した。得られたアノード用スラリーをドクターブレード法により塗膜化して乾燥し、アノードを作製した。
"Negative electrode"
An easily graphitizable carbon material was prepared as a negative electrode active material, carbon black was prepared as a conductive additive, and (PVDF-CTFE) was prepared as a binder. These were mixed so that the negative electrode active material: conducting aid: binder = 90: 5: 5 by weight ratio. The obtained mixture and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) solvent were mixed at a weight ratio of 1: 1 and dispersed at room temperature to prepare an anode slurry. The obtained anode slurry was formed into a coating film by a doctor blade method and dried to prepare an anode.
「電解液」
EC(エチレンカーボネート)/DEC(ジエチルカーボネート)=30/70(重量比)である非水溶媒へLiPF6を1mol/cm3の濃度となるように溶解したものを電解液とした。
"Electrolyte"
An electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 in a non-aqueous solvent with EC (ethylene carbonate) / DEC (diethyl carbonate) = 30/70 (weight ratio) to a concentration of 1 mol / cm 3 .
「電池」
上記の正極(直径14mm)、負極(直径15mm)を、実施例で作製した多孔質フィルム(直径16mm)を介して積層し、電解液と共に容器に封入し、容量が4.2mAhのボタン電池(2032型)を得た。
"battery"
The above-mentioned positive electrode (diameter 14 mm) and negative electrode (diameter 15 mm) are laminated via the porous film (diameter 16 mm) produced in the example, sealed in a container together with the electrolyte, and a button battery having a capacity of 4.2 mAh ( 2032 type).
使用した材料、製膜した多孔質フィルムの特性及びそれを用いた二次電池の特性については、次のようにして評価した。 The materials used, the characteristics of the formed porous film, and the characteristics of the secondary battery using the same were evaluated as follows.
(重量平均分子量)
ゲル浸透クロマトグラフ(ウォーターズ社製、GPC−150C)を用い、溶媒にo−ジクロロベンゼンを、また、カラムとしてShodex−80M(昭和電工製)を用いて温度135℃で測定した。データ処理は、TRC社製データ処理システムを用いて行なった。分子量はポリスチレンを基準として算出した。
(Weight average molecular weight)
Using a gel permeation chromatograph (manufactured by Waters, GPC-150C), o-dichlorobenzene was used as a solvent, and Shodex-80M (manufactured by Showa Denko) was used as a column at a temperature of 135 ° C. Data processing was performed using a TRC data processing system. The molecular weight was calculated based on polystyrene.
(厚み)
1/10000mmシックネスゲージにより、及び多孔質フィルムの断面の1万倍走査電子顕微鏡写真から測定する。
(Thickness)
It is measured with a 1/10000 mm thickness gauge and from a 10,000 times scanning electron micrograph of the cross section of the porous film.
(空孔率)
水銀ポロシメーター(オートスキャン33、ユアサアイオニクス社製)を使用し、細孔容積(ml/g)を求め、樹脂組成物の密度を0.95(g/ml)とし、以下の式1に基づき算出した。
(式1)
空孔率(%)=(細孔容積)/(1/密度+細孔容積)×100
(Porosity)
Using a mercury porosimeter (Autoscan 33, manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.), the pore volume (ml / g) was determined, and the density of the resin composition was 0.95 (g / ml). Calculated.
(Formula 1)
Porosity (%) = (pore volume) / (1 / density + pore volume) × 100
(透気度)
JIS P8117に準拠する方法で測定する。
(Air permeability)
It is measured by a method according to JIS P8117.
(多孔質フィルムの表面観察:電解液拡散穴の形状観察)
適当な大きさに切り取った多孔質フィルムを導電性両面テープにより試料台に固定し、厚み10nm程度のオスミウムプラズマコーティングを施して検鏡用試料とした。次の超高分解能走査型電子顕微鏡装置(UHRSEM:日立製作所製超高分解能走査型電子顕微鏡S−900型)を用いて、加速電圧1.0kV、撮影速度40秒/フレームの条件下にて、所定倍率で多孔質フィルムの表面構造観察を行った。図4に、実施例1で得られた多孔質フィルムの主面を走査型電子顕微鏡にて撮影した写真(500倍)を示す。この写真をもとに画像解析により、電解液拡散穴の開口面積を算出した。なお、電解液拡散穴がすり鉢状等の形態か否かの判断は、多孔質フィルムの主面に垂直な断面を走査型電子顕微鏡にて確認すればわかる。
(Surface observation of porous film: shape observation of electrolyte diffusion hole)
A porous film cut to an appropriate size was fixed to a sample stage with a conductive double-sided tape, and an osmium plasma coating having a thickness of about 10 nm was applied to prepare a sample for speculum. Using the following ultra-high resolution scanning electron microscope apparatus (UHRSEM: Hitachi ultra-high resolution scanning electron microscope S-900), under the conditions of an acceleration voltage of 1.0 kV and an imaging speed of 40 seconds / frame, The surface structure of the porous film was observed at a predetermined magnification. In FIG. 4, the photograph (500 times) which image | photographed the main surface of the porous film obtained in Example 1 with the scanning electron microscope is shown. The opening area of the electrolyte diffusion hole was calculated by image analysis based on this photograph. Whether or not the electrolyte solution diffusion hole has a mortar shape or the like can be determined by checking a cross section perpendicular to the main surface of the porous film with a scanning electron microscope.
(放電試験とサイクル寿命)
リチウムイオン二次電池を、最高電圧4.2V、電流密度0.068mA/cm2、最終電流密度0.034mA/cm2の条件で、定電流定電圧充電を行った。その後、最終電圧2.75V、電流密度を0.068、0.341、1.361mA/cm2の条件でそれぞれ放電させたときの容量を、0.1C、0.5C、2.0C容量として求めた。容量は、実施例1の0.1Cの放電容量を100として相対値(単位:%)で記載した。また、放電レート0.1C、0.5C、2.0Cでの500サイクル充放電試験後の放電容量も測定しサイクル寿命の評価をした。2000サイクル終了後、セルを開封し、負極の状態を目視にて確認した。各条件及び結果を表1に示す。
(Discharge test and cycle life)
The lithium ion secondary battery was subjected to constant current and constant voltage charging under conditions of a maximum voltage of 4.2 V, a current density of 0.068 mA / cm 2 , and a final current density of 0.034 mA / cm 2 . Then, the capacity when discharged at the final voltage of 2.75 V and the current density of 0.068, 0.341, and 1.361 mA / cm 2 is 0.1 C, 0.5 C, and 2.0 C, respectively. Asked. The capacity is described as a relative value (unit:%) with the discharge capacity of 0.1 C of Example 1 as 100. Further, the discharge capacity after a 500 cycle charge / discharge test at discharge rates of 0.1 C, 0.5 C, and 2.0 C was also measured to evaluate the cycle life. After 2000 cycles, the cell was opened and the state of the negative electrode was visually confirmed. Table 1 shows the conditions and results.
なお、実施例の多孔質フィルムを走査型電子顕微鏡で観察したところ実施例のものはすべて、図4に示されるような状態で微細な空孔にその空孔径の10倍以上の孔径の電解液拡散穴が確認できた。一方、比較例は、電解液拡散穴はなかった。 In addition, when the porous film of an Example was observed with the scanning electron microscope, all the things of an Example were electrolyte solution of the hole diameter 10 times or more of the hole diameter to a fine hole in the state as shown in FIG. Diffusion holes were confirmed. On the other hand, the comparative example did not have an electrolyte solution diffusion hole.
表1の結果から、実施例は比較例に比して組成劣化が抑制されることに起因するサイクル寿命に優れたリチウムイオン二次電池であることがわかった。 From the results of Table 1, it was found that the example was a lithium ion secondary battery excellent in cycle life due to suppression of composition deterioration as compared with the comparative example.
Claims (5)
前記多孔質フィルムの膜面に対する前記電解液拡散穴の占有面積は5.1%以上12.2%以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用セパレータ。 A separator for a lithium ion secondary battery comprising a porous film made of an ultrahigh molecular weight polyolefin resin and having a large number of pores, and having an average pore diameter of 0.05 μm to 0.3 μm on the membrane surface of the porous film There are micropores and electrolyte diffusion holes larger than 10 times the average aperture diameter of the micropores,
The lithium ion secondary battery separator, wherein an area occupied by the electrolyte solution diffusion hole with respect to the membrane surface of the porous film is 5.1% or more and 12.2% or less.
前記正極及び前記負極は、その一端で電極端子と電気的に接続し、
前記正極又は前記負極の少なくとも一方の電極の前記電極端子の近傍において対向する前記リチウムイオン二次電池用セパレータに前記電解液拡散穴が多数偏在していることを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A separator for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode and the negative electrode are electrically connected to an electrode terminal at one end thereof,
A lithium ion secondary battery in which a large number of electrolyte solution diffusion holes are unevenly distributed in the lithium ion secondary battery separator facing each other in the vicinity of the electrode terminal of at least one of the positive electrode and the negative electrode.
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