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JPH10106528A - Manufacture of separator - Google Patents

Manufacture of separator

Info

Publication number
JPH10106528A
JPH10106528A JP8254328A JP25432896A JPH10106528A JP H10106528 A JPH10106528 A JP H10106528A JP 8254328 A JP8254328 A JP 8254328A JP 25432896 A JP25432896 A JP 25432896A JP H10106528 A JPH10106528 A JP H10106528A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
separator
solution
film forming
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8254328A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeji Nakae
武次 中江
Masaya Adachi
眞哉 足立
Keijiro Takanishi
慶次郎 高西
Naoki Shimoyama
直樹 下山
Yoshio Matsuda
良夫 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP8254328A priority Critical patent/JPH10106528A/en
Publication of JPH10106528A publication Critical patent/JPH10106528A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a separator, which can obtain a battery having high capacity, high output characteristic, excellent cycle characteristic and safety at a low cost, by expanding film forming solution on a support, and thereafter, making the film forming solution contact the lean solvent of the film forming material. SOLUTION: A solution, which is obtained by dissolving a film forming material in the rich solvent, is expanded on a support, and thereafter, the rich solvent in the expanded film is replaced with the lean solvent by a contact with the lean solvent of the film forming material, and the film forming material is deposited so as to form the expanded film into the fine porous film. Width of selection of the material, which is limited in the conventional manufacture of separator, is thereby widened so as to lower the cost, and since a film at a relatively large porosity can be obtained, and ion resistance is reduced so as to reduce the lowering of capacity at the time of high output discharge.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セパレータの製造
方法に関するものであり、本発明によるセパレータを用
いることによって、イオン透過性向上による高出力放電
時の容量向上、さらには低コスト材料が選択できること
や製造工程の簡略化による電池の低コスト化を実現で
き、さらには安全性にも優れた電池が得られる。
The present invention relates to a method for manufacturing a separator. By using the separator according to the present invention, it is possible to improve the capacity at the time of high-power discharge by improving the ion permeability and to select a low-cost material. In addition, the cost of the battery can be reduced by simplifying the manufacturing process, and a battery excellent in safety can be obtained.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ビデオカメラやノート型パソコン
などのポータブル機器の普及に伴い、小型高容量の二次
電池に対する需要が高まっている。現在使用されている
二次電池のほとんどはアルカリ電解液を用いたニッケル
−カドミウム電池、またはニッケル−水素電池である
が、電池電圧が約1.2Vと低く、エネルギー密度の向
上は困難である。そのため、負極にリチウム金属を使用
するリチウム二次電池、およびリチウムイオン二次電池
等の非水電解液系二次電池が開発されている。これらの
電池には、正・負極の導通を防止するため正・負極間に
多孔質のセパレ−タが挿入されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of portable devices such as video cameras and notebook personal computers, demand for small and high capacity secondary batteries has been increasing. Most of the currently used secondary batteries are nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries using an alkaline electrolyte, but the battery voltage is as low as about 1.2 V, and it is difficult to improve the energy density. Therefore, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium secondary batteries using lithium metal for the negative electrode and lithium ion secondary batteries have been developed. In these batteries, a porous separator is inserted between the positive and negative electrodes to prevent conduction between the positive and negative electrodes.

【0003】具体的には、特開平8−195220に
は、多孔性リチウムイオン導電性ポリマー膜の製造方法
が開示されており、多孔質化の手段としてステンレスの
細針を用いて物理的に多数の孔を開けることが記載され
ているが、高イオン導電性を得るためには極めて多くの
孔が必要であり、膜強度とコストを考慮すると事実上実
施不可能な製造方法である。
[0003] Specifically, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 8-195220 discloses a method for producing a porous lithium ion conductive polymer membrane. It is described that a hole is formed. However, in order to obtain high ionic conductivity, an extremely large number of holes are required, and it is a practically impossible manufacturing method in consideration of film strength and cost.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の公知例など、従
来技術においては、セパレータの価格が高価、製造プロ
セスが複雑等の理由により、電池としての大幅なコスト
アップの主な要因となっている。また電池性能面におい
て、イオン透過性に対する抵抗による高出力放電時の容
量低下などの課題があった。さらに、釘刺し試験など破
壊試験時の安全性にも課題があった。
In the prior art such as the above-mentioned known example, the cost of the battery is largely increased due to the high price of the separator and the complicated manufacturing process. . Further, in terms of battery performance, there was a problem such as a decrease in capacity at the time of high-power discharge due to resistance to ion permeability. Furthermore, there was a problem in safety at the time of a destructive test such as a nail penetration test.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の構成を有するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the following arrangement to solve the above-mentioned problems.

【0006】「膜形成性溶液を支持体上に展開したの
ち、該溶液を膜形成性材料の貧溶媒と接触させることを
特徴とするセパレータの製造方法」。
"A method for producing a separator, comprising: spreading a film-forming solution on a support, and then contacting the solution with a poor solvent for the film-forming material."

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明は、各種電池などのセパレ
ータとして利用可能であり、一次電池、二次電池など、
どのような電池に利用されるかは特に限定されるもので
はない。すなわち、従来、乾電池にはセパレータとして
セルロース紙や不織布などが用いられており、これらに
置き換えることも可能である。また、ニッケル−カドミ
ウム電池、ニッケル−水素電池、リチウム電池リチウム
イオン電池などにはポリ塩化ビニルやポリオレフィン系
(ポリプロピレン、ポリエチレンなど)合成樹脂の微多
孔膜などが用いられているが、これらに置き換えること
も可能である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention can be used as a separator for various batteries and the like.
What kind of battery is used is not particularly limited. That is, conventionally, cellulose paper, nonwoven fabric, or the like has been used as a separator in a dry battery, and these can be replaced with these. In addition, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, a lithium battery, a lithium-ion battery, and the like use a microporous film of polyvinyl chloride or a polyolefin-based (polypropylene, polyethylene, etc.) synthetic resin. Is also possible.

【0008】電池形態も、角型、円筒型、カード型、コ
イン型など、特に制限はない。
The form of the battery is not particularly limited, such as a square type, a cylindrical type, a card type, and a coin type.

【0009】以下、便宜上、ポリオレフィン系合成樹脂
の微多孔膜をセパレータに用いている円筒型リチウムイ
オン二次電池を例に取り挙げ、詳述する。
Hereinafter, for convenience, a cylindrical lithium ion secondary battery using a microporous polyolefin-based synthetic resin film as a separator will be described in detail by way of example.

【0010】本発明においては、膜形成性溶液を支持体
上に展開したのち、該溶液を膜形成性材料の貧溶媒と接
触させることによって、該展開膜中の良溶媒と貧溶媒が
置換し、膜形成性材料を析出させることによって該展開
膜を微多孔化することで、上述の従来のセパレータの製
造方法で制限されていた材料の選択の幅を広げることが
できた(低コスト化)。すなわち、膜形成性材料、良溶
媒、貧溶媒、展開条件(温度、時間、濃度など)、良溶
媒と貧溶媒の接触条件(温度、時間、濃度など)を適宜
選択することによって、容易に作製することができる。
In the present invention, after the film-forming solution is spread on the support, the solution is brought into contact with the poor solvent of the film-forming material, whereby the good solvent and the poor solvent in the developed film are replaced. By making the spread film microporous by depositing a film-forming material, it was possible to widen the range of material selection limited by the above-described conventional method for producing a separator (cost reduction). . That is, it can be easily prepared by appropriately selecting a film-forming material, a good solvent, a poor solvent, development conditions (temperature, time, concentration, etc.), and contact conditions (temperature, time, concentration, etc.) between a good solvent and a poor solvent. can do.

【0011】本発明によるセパレータは、従来のセパレ
ータと同様に、独立膜として製造し、電極巻き込み時に
正・負極間に挿入して用いることができる。また、比較
的開孔率の大きな膜を得ることができるので、イオン抵
抗が小さくなり、高出力放電時の容量低下を低減でき
る。また、本発明によるセパレータは、従来のセパレー
タのように多孔質化に延伸工程を必要としないメリット
がある。
[0011] The separator according to the present invention can be manufactured as an independent film and inserted between the positive electrode and the negative electrode when the electrode is wound, like the conventional separator. Further, since a film having a relatively large porosity can be obtained, the ionic resistance is reduced, and a decrease in capacity during high-power discharge can be reduced. Further, the separator according to the present invention has an advantage that a stretching step is not required for making the separator porous unlike the conventional separator.

【0012】本発明のセパレータを用いた電極とする場
合、電極活物質は、特に限定されるものではないが、特
に負極活物質として用いる場合は、炭素体が好適に用い
られることが多い。該炭素体としては、特に限定される
ものではなく、一般に有機物を焼成したものや黒鉛など
が用いられる。炭素体の形態としては、粉末状または繊
維状の炭素体を粉末化したものが好ましく用いられる。
粉末状の炭素としては、天然黒鉛、人造黒鉛、フリュー
ドコークスなどのコークス、メソカーボンマイクロビー
ズ、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアル
コール、リグニン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリ
イミド、フェノール樹脂、フルフリルアルコール樹脂、
またはこれらの共重合体などの樹脂焼成体、石炭もしく
は石油などのピッチ、セルロースの焼成体などが挙げら
れる。繊維状の炭素体としては、PANまたはその共重
合体から得られるPAN系炭素繊維、石炭もしくは石油
などのピッチから得られるピッチ系炭素繊維、セルロー
スから得られるセルロース系炭素繊維、低分子量有機物
の気体から得られる気相成長炭素繊維などが挙げられる
が、その他に、上述のポリビニルアルコール、リグニ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、フェノ
ール樹脂、フルフリルアルコール樹脂などを焼成して得
られる炭素繊維でも構わない。
In the case where the electrode using the separator of the present invention is used, the electrode active material is not particularly limited, but particularly when it is used as the negative electrode active material, a carbon body is often suitably used. The carbon body is not particularly limited, and is generally obtained by firing an organic substance, graphite, or the like. As the form of the carbon body, a powdered or fibrous carbon body is preferably used.
Powdered carbon includes natural graphite, artificial graphite, coke such as fluid coke, mesocarbon microbeads, polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol, lignin, polyvinyl chloride, polyamide, polyimide, phenolic resin, and furfuryl alcohol resin. ,
Alternatively, fired resin such as a copolymer thereof, pitch such as coal or petroleum, fired cellulose, and the like may be used. Examples of the fibrous carbon body include a PAN-based carbon fiber obtained from PAN or a copolymer thereof, a pitch-based carbon fiber obtained from a pitch such as coal or petroleum, a cellulosic carbon fiber obtained from cellulose, and a gas of a low molecular weight organic substance. Examples thereof include vapor-grown carbon fibers obtained from, and in addition, carbon fibers obtained by firing the above-mentioned polyvinyl alcohol, lignin, polyvinyl chloride, polyamide, polyimide, phenol resin, and furfuryl alcohol resin. Absent.

【0013】これらの中で、炭素体が用いられる電極お
よび電池の特性に応じて、その特性を満たす炭素体が適
宜選択される。上記炭素体の中で、アルカリ金属塩を含
む非水電解液を用いた二次電池の負極に使用する場合に
は、PAN系炭素体、ピッチ系炭素体、気相成長炭素体
が好ましい。特に、アルカリ金属イオン、特にリチウム
イオンのドーピングが良好であるという点で、PAN系
炭素体が好ましく用いられる。粉末状炭素体の粒径は、
好ましくは0.1〜100 μmが用いられ、さらに好まし
くは1〜50μmである。炭素繊維の直径は、それぞれの
形態を採り易いように決められるべきであるが、好まし
くは1 〜1000μmが用いられ、さらに好ましくは1 〜20
μmであり、特に好ましくは3〜15μm である。ま
た、異なった粒径の炭素繊維を数種類用いることも好ま
しいものである。炭素繊維の繊維長は、平均長さが1m
m以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましく
は8〜30μmが用いられる。また、下限としては繊維
直径に対する繊維長さの比率(アスペクト比)が1以上
が好ましい。1mm以上にすると、スラリー化してシー
ト状の電極を形成する場合に塗工性が悪くなり、また電
極とした場合には正負極間の短絡が発生しやすくなると
いう欠点がある。アスペクト比が1以下になると粉末化
の際に、繊維方向に開裂して活性な炭素面が露出するた
め、サイクル特性が悪くなる。繊維の平均長は、例え
ば、SEM等の顕微鏡観察によって、20個以上の炭素
体の繊維方向の長さを測定することにより、求められ
る。炭素繊維を1mm以下に切断または粉砕するには、
種々の微粉砕機を使用することができる。また、炭素体
以外にも、例えば特開平7―235293に示されるよ
うな金属酸化物やポリアセンなどの化合物、金属リチウ
ムおよびその合金なども負極活物質として用いられる。
[0013] Among them, a carbon body satisfying the characteristics is appropriately selected according to the characteristics of the electrode and the battery in which the carbon body is used. In the case where the carbon material is used for a negative electrode of a secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing an alkali metal salt, a PAN-based carbon material, a pitch-based carbon material, and a vapor-grown carbon material are preferable. In particular, a PAN-based carbon body is preferably used in that the doping of an alkali metal ion, particularly, a lithium ion is good. The particle size of the powdered carbon body is
Preferably 0.1 to 100 μm is used, and more preferably 1 to 50 μm. The diameter of the carbon fiber should be determined so as to easily adopt each form, but preferably 1 to 1000 μm is used, more preferably 1 to 20 μm.
μm, particularly preferably 3 to 15 μm. It is also preferable to use several types of carbon fibers having different particle sizes. The average length of carbon fiber is 1m
m or less, more preferably 50 μm or less, and still more preferably 8 to 30 μm. Further, as a lower limit, a ratio of a fiber length to a fiber diameter (aspect ratio) is preferably 1 or more. When the thickness is 1 mm or more, there is a drawback that the coating property is deteriorated when a slurry is formed to form a sheet-like electrode, and when the electrode is used, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode easily occurs. When the aspect ratio is 1 or less, during powdering, the active carbon surface is exposed by cleavage in the fiber direction, so that the cycle characteristics deteriorate. The average length of the fiber is determined by measuring the length of at least 20 carbon bodies in the fiber direction by microscopic observation such as SEM. To cut or crush carbon fiber to 1mm or less,
Various mills can be used. In addition to the carbon body, for example, compounds such as metal oxides and polyacenes, metal lithium and alloys thereof as shown in JP-A-7-235293 can be used as the negative electrode active material.

【0014】負極には、集電効果を高めるために銅、ス
テンレスなどの金属を集電体として用いることが可能で
ある。この金属集電体としては、箔状、繊維状、メッシ
ュ状などとくに限定されるものではないが、例えば、箔
状の金属集電体を用いる場合、金属箔上にスラリを塗布
することによってシート状電極が作製される。シート状
電極には集電効果をさらに高めるため、導電剤として、
アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボ
ンブラックを添加することが好ましい。さらに、導電性
向上を目的として炭素粉末、金属粉末などの導電性粉末
を添加しても良い。
For the negative electrode, a metal such as copper or stainless steel can be used as a current collector in order to enhance the current collecting effect. The metal current collector is not particularly limited to a foil shape, a fiber shape, a mesh shape, and the like.For example, when a metal foil current collector is used, a sheet is formed by applying a slurry on the metal foil. A shaped electrode is produced. In order to further enhance the current collection effect on the sheet electrode, as a conductive agent,
It is preferable to add carbon black such as acetylene black and Ketjen black. Further, conductive powder such as carbon powder and metal powder may be added for the purpose of improving conductivity.

【0015】本発明によるセパレータを用いた電池にお
いて、正極に使用される正極活物質としては、人造ある
いは天然の黒鉛粉末、フッ化カーボン、金属酸化物など
の無機化合物、有機高分子化合物などが用いられる。こ
の場合、金属酸化物などの無機化合物を正極として用い
る場合は、カチオンのドープと脱ドープを利用して充放
電反応が生じる。有機高分子化合物を用いた際には、ア
ニオンのドープと脱ドープにより充放電反応が生じる。
このように、物質により様々な充放電反応様式を採るも
のであり、これらは必要とされる電池の正極特性に応じ
て適宜選択されるものである。具体的には、アルカリ金
属を含む遷移金属酸化物や遷移金属カルコゲンなどの無
機化合物、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ
フェニレンビニレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポ
リチオフェンなどの共役系高分子、ジスルフィド結合を
有する高分子など、通常の二次電池において用いられる
正極活物質を挙げることができる。これらの中で、リチ
ウム塩を含む非水電解液を用いた二次電池の場合には、
コバルト、マンガン、ニッケル、モリブデン、バナジウ
ム、クロム、鉄、銅、チタンなどの遷移金属酸化物や遷
移金属カルコゲンが好ましく用いられる。特に、Lix
CoO2 (0<x≦1.0)、LixNiO2 (0<x
≦1.0)、またはこれらの金属元素の一部をアルカリ
土類金属元素および/または遷移金属元素で置換したリ
チウム複合酸化物や、LixMnO2(0<x≦1.
0)、Lix Mn2 4 (0<x≦1.3)などが好ま
しく用いられる。
In the battery using the separator according to the present invention, as the positive electrode active material used for the positive electrode, artificial or natural graphite powder, inorganic compounds such as carbon fluoride, metal oxides, and organic polymer compounds are used. Can be In this case, when an inorganic compound such as a metal oxide is used as the positive electrode, a charge / discharge reaction occurs using doping and undoping of the cation. When an organic polymer compound is used, a charge / discharge reaction occurs due to doping and undoping of an anion.
As described above, various charge / discharge reaction modes are adopted depending on the substance, and these are appropriately selected according to the required positive electrode characteristics of the battery. Specifically, inorganic compounds such as transition metal oxides and transition metal chalcogens containing alkali metals, conjugated polymers such as polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylenevinylene, polyaniline, polypyrrole, and polythiophene, polymers having disulfide bonds, and the like And positive electrode active materials used in ordinary secondary batteries. Among these, in the case of a secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt,
Transition metal oxides such as cobalt, manganese, nickel, molybdenum, vanadium, chromium, iron, copper, and titanium, and transition metal chalcogens are preferably used. In particular, Lix
CoO 2 (0 <x ≦ 1.0), LixNiO 2 (0 <x
≦ 1.0) or a lithium composite oxide in which part of these metal elements is replaced with an alkaline earth metal element and / or a transition metal element, or LixMnO 2 (0 <x ≦ 1.
0), Li x Mn 2 O 4 (0 <x ≦ 1.3) and the like are preferably used.

【0016】正極には、負極同様に集電効果を高めるた
めにアルミニウム、ニッケル、ステンレス、チタンなど
の金属を集電体として用いることが可能である。また、
負極同様に導電剤として、アセチレンブラック、ケッチ
ェンブラックなどのカーボンブラックを添加する。さら
に、導電性向上を目的として炭素粉末、金属粉末などの
導電性粉末を添加しても良い。
Similar to the negative electrode, a metal such as aluminum, nickel, stainless steel, or titanium can be used as the current collector for the positive electrode in order to enhance the current collecting effect. Also,
Like the negative electrode, carbon black such as acetylene black and Ketjen black is added as a conductive agent. Further, conductive powder such as carbon powder and metal powder may be added for the purpose of improving conductivity.

【0017】これら正・負極の製造方法は特に限定され
ないが、上述の集電体上に、結着材、活物質、導電剤を
有機溶剤あるいは水等で、混練しペーストにしたものを
塗布、乾燥し、プレス加工してシート状に成形する。ペ
ースト化に用いる溶剤および固形分濃度は特に限定され
ないが、使用する樹脂、塗布方法、乾燥条件などを考慮
し、適宜定められるものである。また、ペースト中に
は、塗布性向上のための界面活性剤、消泡剤、分散剤、
紫外線吸収剤、保存安定性を向上するための安定剤な
ど、各種添加剤を加えることができる。
The method for producing the positive and negative electrodes is not particularly limited, but a paste obtained by kneading a binder, an active material, and a conductive agent with an organic solvent or water on the above-mentioned current collector is applied. It is dried, pressed and formed into a sheet. The solvent and the solid content concentration used for the pasting are not particularly limited, but are appropriately determined in consideration of the resin used, the coating method, the drying conditions, and the like. Also, in the paste, a surfactant for improving applicability, an antifoaming agent, a dispersant,
Various additives such as an ultraviolet absorber and a stabilizer for improving storage stability can be added.

【0018】本発明によるセパレータの材料としては、
セパレータとして一般的に用いられるものならば、とく
に限定されることなく使用できる。具体的なセパレータ
材料としては、熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン
(PP)、ポリエチレン(PE)、エチレンビニレンア
セテート(EVA)、N-置換マレイミド樹脂、ポリ4−
メチルペンテン- 1、などのポリオレフィン系、ポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)、ポリスチレン、ポ
リビニルカルバゾール、ポリフッ化ビニリデン(PVD
F)、PVDFと六フッ化プロピレンの共重合体、ポリ
塩化ビニル(PVC)、などのハロゲン含有系、リグニ
ン、カルボキシセルロース(CMC)などのセルロース
類、ポリビニルアルコール(PVA)などの水溶性高分
子系、ポリイミド、ポリアミドなどのアミド、イミド
系、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリアクリル酸
エステルおよびその共重合体などのアクリル系、ポリカ
プロラクタム、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチ
レブチレンテレフタレートなどのエステル系、その他ポ
リスルフォン、ポリエステルスルホン、ポリカーボネー
ト、ポリアリレート、変性ポリフェニレンオキシド、ポ
リエーテルエーテルケトン、シリコン樹脂、ポリアセタ
ールなどが用いられる。また、熱硬化性樹脂としては、
フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。さら
に、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物、2種類以上
の熱可塑性樹脂、および2種類以上の熱硬化性樹脂など
も用いられる。セパレータの膜厚は、電池の内部抵抗を
下げるために200μm以下であることが好ましく、さ
らに好ましくは50μm以下、特に好ましくは25μm
以下である。
The material of the separator according to the present invention includes:
As long as it is generally used as a separator, it can be used without any particular limitation. Specific separator materials include thermoplastic resins such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), ethylene vinylene acetate (EVA), N-substituted maleimide resin, and poly 4-
Polyolefins such as methylpentene-1, polytetrafluoroethylene (PTFE), polystyrene, polyvinylcarbazole, polyvinylidene fluoride (PVD
F), copolymers of PVDF and propylene hexafluoride, halogen-containing systems such as polyvinyl chloride (PVC), celluloses such as lignin and carboxycellulose (CMC), and water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol (PVA) Amides such as polyimides, polyimides and polyamides, imides, acryls such as polyacrylonitrile (PAN), polyacrylates and their copolymers, esters such as polycaprolactam, polyethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate, and other poly Sulfone, polyester sulfone, polycarbonate, polyarylate, modified polyphenylene oxide, polyetheretherketone, silicone resin, polyacetal, and the like are used. In addition, as a thermosetting resin,
Phenoxy resin, epoxy resin and the like are used. Further, a mixture of a thermoplastic resin and a thermosetting resin, two or more kinds of thermoplastic resins, two or more kinds of thermosetting resins, and the like are also used. The thickness of the separator is preferably 200 μm or less, more preferably 50 μm or less, particularly preferably 25 μm to reduce the internal resistance of the battery.
It is as follows.

【0019】本発明においては、膜形成性材料を良溶媒
に溶解させた溶液を支持体上に展開し、該膜形成性材料
の貧溶媒と接触させることによって、該展開膜中の良溶
媒と貧溶媒が置換し、膜形成性材料を析出させることに
よって該展開膜を微多孔化する。かかるセパレータを製
造する方法について、以下に具体例を挙げて詳述する。
In the present invention, a solution obtained by dissolving a film-forming material in a good solvent is spread on a support, and is brought into contact with a poor solvent of the film-forming material, whereby the good solvent in the spread film is removed. The developing solvent is replaced with the poor solvent to precipitate the film-forming material, thereby making the spread film microporous. A method for manufacturing such a separator will be described in detail below with reference to specific examples.

【0020】膜形成性材料を数重量%〜20重量%程度
溶解させる。次に、各種溶媒に対して安定な金属板やテ
フロン板などの支持体を上記原料溶液中に数秒〜10分
程度浸漬し、例えばディップ方式などで引き上げる。必
要ならば支持体に付着した余分の原料溶液を除去する。
または、ナイフコーターなどのコーティング装置を用い
て該支持体上に該膜形成性溶液を展開して展開膜を形成
する。以上の方法で支持体上に作製した展開膜を支持体
ごと、水、メタノール、エタノール、アセトン、ヘキサ
ンなどの貧溶媒(1種類でも2種類以上の混合溶液でも
構わない)に数分〜数10分浸漬して、支持体上の展開
膜中の良溶媒と貧溶媒とを置換させて、該展開膜を微多
孔化する。このあと、数10℃〜200℃程度の温度で
乾燥し、支持体から微多孔膜を離型させて独立膜を得
る。膜強度を上げるなど必要であるならば延伸加工やプ
レス加工することができる。なお、これらの加工によっ
て、セパレータ膜の微孔が若干変形することもあるが、
加工条件(圧力、温度など)を選択することによって、
セパレータ性能を損ねない膜が得られる。本製造方法
は、作製条件を適当に選択することによって、セパレー
タの膜厚や開孔率のコントロールが比較的容易であると
いう特徴がある。
The film-forming material is dissolved in an amount of about several to 20% by weight. Next, a support such as a metal plate or a Teflon plate that is stable to various solvents is dipped in the raw material solution for several seconds to 10 minutes, and pulled up by, for example, a dip method. If necessary, excess raw material solution adhering to the support is removed.
Alternatively, the film-forming solution is spread on the support using a coating apparatus such as a knife coater to form a spread film. The developed film prepared on the support by the above method is put together with the support in a poor solvent such as water, methanol, ethanol, acetone or hexane (one kind or a mixed solution of two or more kinds) for several minutes to several tens. By immersion for a minute, the good solvent and the poor solvent in the developed film on the support are replaced to make the developed film microporous. Thereafter, drying is performed at a temperature of about several tens to 200 ° C., and the microporous membrane is released from the support to obtain an independent membrane. Stretching or pressing can be performed if necessary, for example, to increase the film strength. In addition, the micropores of the separator membrane may be slightly deformed by these processes,
By selecting the processing conditions (pressure, temperature, etc.)
A film that does not impair the separator performance can be obtained. This manufacturing method is characterized in that it is relatively easy to control the thickness and porosity of the separator by appropriately selecting the manufacturing conditions.

【0021】本発明によるセパレータを用いた電池は、
イオン透過性向上による高出力放電時の容量向上が達成
できる。また、従来の高価なセパレータを使用せずに済
み、低コスト化を実現できる。さらに、本発明によるセ
パレータに、吸熱材、難燃材、酸化防止剤などを添加す
ることも、安全性試験(圧壊試験、釘刺し試験)時の安
全性向上の点で好ましい。吸熱材としては、限定される
ものではないが、好ましく融点が80〜200℃程度
で、電解液に溶解しないものが用いられ、例えば、ステ
アリン酸塩、パルミチン酸塩などが用いられる。又、難
燃材としても限定されるものではないが、融点200℃
以上程度で、電解液に溶解しないものが好ましく用いら
れ、例えば、ヘキサブロモベンゼンなどが用いられる。
又、酸化防止剤としては、酸化を押さえ、電解液に溶解
しない、例えば、ヒンダードアミンやヒンダードフェノ
ールなどの酸化防止剤を好ましく用いることができる。
A battery using the separator according to the present invention is:
An improvement in capacity during high-power discharge can be achieved by improving ion permeability. In addition, it is not necessary to use a conventional expensive separator, and the cost can be reduced. Further, it is also preferable to add a heat absorbing material, a flame retardant material, an antioxidant, and the like to the separator according to the present invention from the viewpoint of improving safety during a safety test (crush test, nail penetration test). The heat absorbing material is not limited, but preferably has a melting point of about 80 to 200 ° C. and does not dissolve in the electrolytic solution. For example, stearate, palmitate and the like are used. Although it is not limited as a flame retardant, the melting point is 200 ° C.
Those which do not dissolve in the electrolytic solution and have the above degree are preferably used, and for example, hexabromobenzene is used.
Further, as the antioxidant, an antioxidant which suppresses oxidation and does not dissolve in the electrolytic solution, for example, hindered amine or hindered phenol can be preferably used.

【0022】本発明のセパレータを用いた電池の電解液
としては、特に限定されることなく用いられ、例えば酸
あるいはアルカリ水溶液、または非水溶媒などが挙げら
れる。この中で、上述のアルカリ金属塩を含む非水電解
液からなる二次電池の電解液としては、プロピレンカー
ボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、γ
- ブチロラクトン(BL)、N- メチルピロリドン(N
MP)、アセトニトリル(AN)、N,N−ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルスルフォキシド、テトラヒドロフ
ラン(THF)、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、
スルホラン、オキサゾリドン、塩化チオニル、1,2−
ジメトキシエタン(DME)、ジメチルカーボネート
(DMC)、ジエチレンカーボネート(DEC)、ジメ
チルイミダゾリジノン等や、これらの誘導体や2種以上
の混合物などが好ましく用いられる。
The electrolyte for a battery using the separator of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include an acid or alkali aqueous solution and a non-aqueous solvent. Among these, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), and γ are used as electrolytes for a secondary battery composed of a non-aqueous electrolyte containing the above-described alkali metal salt.
-Butyrolactone (BL), N-methylpyrrolidone (N
MP), acetonitrile (AN), N, N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, tetrahydrofuran (THF), 1,3-dioxolan, methyl formate,
Sulfolane, oxazolidone, thionyl chloride, 1,2-
Dimethoxyethane (DME), dimethyl carbonate (DMC), diethylene carbonate (DEC), dimethylimidazolidinone, a derivative thereof, a mixture of two or more thereof, and the like are preferably used.

【0023】電解液に含まれる電解質としては、アルカ
リ金属、特にリチウムのハロゲン化物、過塩素酸塩、チ
オシアン塩、ホウフッ化塩、リンフッ化塩、砒素フッ化
塩、アルミニウムフッ化塩、トリフルオロメチル硫酸塩
などが好ましく用いられる。本発明のセパレータを用い
た二次電池の用途としては、軽量かつ高容量で高エネル
ギー密度の特徴を利用して、ビデオカメラ、パソコン、
ワープロ、ラジカセ、携帯電話、ハンディターミナル、
CDプレーヤー、MDプレーヤー、電気髭剃り、液晶テ
レビ、玩具などの携帯用小型電子機器、電気自動車等な
どの携帯用小型電子機器に広く利用可能である。
The electrolyte contained in the electrolyte may be an alkali metal, especially lithium halide, perchlorate, thiocyanate, borofluoride, phosphorus fluoride, arsenic fluoride, aluminum fluoride, trifluoromethyl. Sulfates and the like are preferably used. Applications of the secondary battery using the separator of the present invention include a video camera, a personal computer,
Word processor, boombox, mobile phone, handy terminal,
It is widely applicable to portable small electronic devices such as CD players, MD players, electric shavers, liquid crystal televisions, toys, and portable electronic devices such as electric vehicles.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の具体的実施態様を以下に実施例をも
って述べるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
EXAMPLES Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0025】実施例1 (1)膜形成性溶液の作製 PVDF(呉羽化学(株)製 KFポリマー#2300)に
NMPを加え、攪拌して完全に溶解したのち、真空脱泡
してPVDF15重量%含有NMP溶液を作製した。
Example 1 (1) Preparation of Film-Forming Solution NMP was added to PVDF (KF Polymer # 2300, manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.), and the mixture was completely dissolved by stirring. A containing NMP solution was prepared.

【0026】(2 )微多孔膜の作製 テフロン板を(1)で作製した溶液に浸漬したのち、デ
ィップ方式で引上げ、メタノール溶液に20分間浸し、
その後60℃で20分乾燥した。該展開膜をテフロン板
から離型し、幅58mm長さ550mmにスリットし、
厚み20μmのセパレータを得た。該セパレータの厚み
は、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。
(2) Preparation of microporous membrane A Teflon plate is immersed in the solution prepared in (1), then pulled up by a dipping method, immersed in a methanol solution for 20 minutes,
Thereafter, drying was performed at 60 ° C. for 20 minutes. The developed film was released from the Teflon plate, slit to a width of 58 mm and a length of 550 mm,
A separator having a thickness of 20 μm was obtained. The thickness of the separator was observed with a scanning electron microscope (SEM).

【0027】(3 )比抵抗の測定 PCとDMCとの等容量混合溶媒中、LiPF6 を1モ
ル/Lの割合で溶解した電解液を作製した。この電解液
中にニッケル製正・負極および該正・負極間に(2 )で
作製したセパレータを配置して、複素インピーダンス法
にてコール・コールプロットを測定し、比抵抗を求め表
1に示した。測定は、アルゴン雰囲気のグローブボック
ス中で25℃において行った。
(3) Measurement of Specific Resistance An electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 at a ratio of 1 mol / L in a mixed solvent of equal volumes of PC and DMC. In this electrolyte, the nickel positive and negative electrodes and the separator prepared in (2) were arranged between the positive and negative electrodes, and the Cole-Cole plot was measured by the complex impedance method to determine the specific resistance. Was. The measurement was performed at 25 ° C. in a glove box under an argon atmosphere.

【0028】(4 )熱分析 (2 )で作製したセパレータを熱分析計(SSC5200/DSC2
20C 、セイコー電子(株)製)を用いてDSC昇温曲線
を測定して、セパレータ溶融による吸熱開始温度を測定
し、表1に示した。なお、表には最も低い吸熱ピークの
温度を示した。測定は、アルミニウム製密閉形容器を用
いて乾燥窒素雰囲気中で、昇温速度5℃/分で行った。
(4) Thermal analysis The separator prepared in (2) was converted to a thermal analyzer (SSC5200 / DSC2
The DSC temperature rise curve was measured using 20C (manufactured by Seiko Electronics Co., Ltd.), and the endothermic onset temperature due to the melting of the separator was measured. In the table, the temperature of the lowest endothermic peak is shown. The measurement was performed in a dry nitrogen atmosphere at a temperature rising rate of 5 ° C./min using a sealed aluminum container.

【0029】実施例2 膜形成性材料としてPVDFの代わりにPSFを用いた
以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し、比
抵抗と吸熱開始温度を求め、表1に示した。
Example 2 A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that PSF was used instead of PVDF as the film-forming material, and the specific resistance and the endothermic onset temperature were determined.

【0030】実施例3 PVDFの25%をステアリン酸亜鉛(試薬特級:和光
純薬工業(株)製)に置き換えた以外は、実施例1と同
様にしてセパレータを作製し、比抵抗と吸熱開始温度を
求め、表1に示した。
Example 3 A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that 25% of PVDF was replaced with zinc stearate (reagent grade: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The temperatures were determined and are shown in Table 1.

【0031】比較例1 市販のポリエチレン製セパレータ(ヘキスト製セルガー
ド#2400、厚さ25μm)の比抵抗と吸熱開始温度
を実施例1と同様にして求め、表1に示した。
Comparative Example 1 The specific resistance and endothermic initiation temperature of a commercially available polyethylene separator (Celgard # 2400 made by Hoechst, thickness 25 μm) were determined in the same manner as in Example 1, and are shown in Table 1.

【表1】 実施例4 PVDFの10%をヘキサブロモベンゼン(試薬:和光
純薬工業(株)製)に置き換えた以外は、実施例1と同
様にしてセパレータを作製した。該セパレータは、17
0℃近傍で微孔が閉塞したのちも320℃まで保形性を
有していた。
[Table 1] Example 4 A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that 10% of PVDF was replaced with hexabromobenzene (reagent: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The separator is 17
Even after the pores were closed at around 0 ° C., it had shape retention up to 320 ° C.

【0032】実施例1および2と比較例1から、本発明
によるセパレータの比抵抗が小さく、高出力特性が優れ
ていることが予想される。また、実施例1および実施例
3からは、ステアリン酸亜鉛を添加することで、吸熱開
始温度が低下し、安全性が向上していることが判る。こ
の吸熱材を適宜選択してやることによって、比抵抗など
のセパレータ機能を低下させることなく、吸熱開始温度
を任意に設定することが可能である。
From Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, it is expected that the separator according to the present invention has a small specific resistance and excellent high output characteristics. From Examples 1 and 3, it can be seen that the addition of zinc stearate lowers the endothermic onset temperature and improves safety. By appropriately selecting the heat absorbing material, the heat absorption starting temperature can be arbitrarily set without lowering the separator function such as specific resistance.

【0033】また、実施例4からは、セパレータがシャ
ットダウンしたのちも、電池内温度が上昇しても320
℃までは正・負極が直接接触することを防ぐ機能を有し
ていることを示し、安全性が高いと考えられる。
Also, from Example 4, even after the separator shuts down, even if the temperature inside the battery rises,
Up to ° C, it has a function to prevent direct contact between the positive and negative electrodes, and is considered to be highly safe.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によるセパレータを用いることに
よって、高容量、高出力特性およびサイクル特性良好、
低コストかつ安全性の高い電池が提供できる。
By using the separator according to the present invention, high capacity, high output characteristics and good cycle characteristics can be obtained.
A low-cost and highly safe battery can be provided.

フロントページの続き (72)発明者 下山 直樹 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (72)発明者 松田 良夫 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ株 式会社滋賀事業場内Continued on the front page (72) Inventor Naoki Shimoyama 1-1-1, Sonoyama, Otsu-shi, Shiga Toray Industries, Inc. Shiga Plant (72) Inventor Yoshio Matsuda 1-1-1, Sonoyama, Otsu-shi, Shiga Toray, Inc. Company Shiga Office

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】膜形成性溶液を支持体上に展開したのち、
該溶液を膜形成性材料の貧溶媒と接触させることを特徴
とするセパレータの製造方法。
(1) developing a film-forming solution on a support,
A method for producing a separator, comprising contacting the solution with a poor solvent for a film-forming material.
【請求項2】該接触手段が該貧溶媒に浸漬させることで
ある請求項1記載のセパレータの製造方法。
2. The method for producing a separator according to claim 1, wherein said contact means is immersed in said poor solvent.
【請求項3】該溶液中に、吸熱材、難燃材および酸化防
止剤の中から選ばれた少なくとも一つを含むことを特徴
とする請求項1記載のセパレータの製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the solution contains at least one selected from a heat absorbing material, a flame retardant material and an antioxidant.
【請求項4】該吸熱材が、亜鉛および/またはマンガン
含有有機化合物であることを特徴とする請求項3記載の
セパレータの製造方法。
4. The method for producing a separator according to claim 3, wherein said heat absorbing material is an organic compound containing zinc and / or manganese.
【請求項5】該難燃剤が、臭素含有有機化合物であるこ
とを特徴とする請求項3記載のセパレータの製造方法。
5. The method according to claim 3, wherein the flame retardant is a bromine-containing organic compound.
【請求項6】該酸化防止剤が、ヒンダードアミン系有機
化合物であることを特徴とする請求項3記載のセパレー
タの製造方法。
6. The method according to claim 3, wherein said antioxidant is a hindered amine organic compound.
【請求項7】該膜形成性溶液が、熱可塑性樹脂溶液であ
ることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のセ
パレータの製造方法。
7. The method for producing a separator according to claim 1, wherein said film-forming solution is a thermoplastic resin solution.
【請求項8】該熱可塑性樹脂が、フッ素含有ポリマーお
よび/または硫黄含有ポリマーであることを特徴とする
請求項7記載のセパレータの製造方法。
8. The method according to claim 7, wherein the thermoplastic resin is a fluorine-containing polymer and / or a sulfur-containing polymer.
【請求項9】該膜形成性溶液が、熱硬化性樹脂溶液であ
ることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載のセパ
レータの製造方法。
9. The method according to claim 1, wherein the film-forming solution is a thermosetting resin solution.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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