JP2017107848A - Nonaqueous electrolyte secondary battery separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔質膜からなる非水電解液二次電池用セパレータ、および、多孔質膜の上に多孔質層が積層してなる非水電解液二次電池用積層セパレータに関する。 The present invention relates to a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a porous membrane, and a laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a porous layer laminated on the porous membrane.
非水電解液二次電池、特にリチウム二次電池は、エネルギー密度が高いのでパーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などに用いる電池として広く使用され、また最近では車載用の電池として開発が進められている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries, especially lithium secondary batteries, are widely used as batteries for personal computers, mobile phones, personal digital assistants, etc. due to their high energy density, and recently developed as in-vehicle batteries. ing.
リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池におけるセパレータとして、ポリオレフィンを主成分とする微多孔フィルムが用いられている。 As a separator in a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery, a microporous film containing polyolefin as a main component is used.
非水電解液二次電池では、充放電に伴って電極が膨張および収縮を繰り返すために、電極とセパレータの間で応力が発生し、電極活物質が脱落するなどして内部抵抗が増大し、サイクル特性が低下する問題がある。そこで、セパレータの表面にポリフッ化ビニリデンなどの接着性物質をコーティングすることでセパレータと電極の密着性を高める手法が提案されている(特許文献1、2)。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery, since the electrode repeatedly expands and contracts with charge and discharge, stress is generated between the electrode and the separator, and the internal resistance increases due to the electrode active material dropping off, There is a problem that the cycle characteristics deteriorate. In view of this, there has been proposed a technique for improving the adhesion between the separator and the electrode by coating the surface of the separator with an adhesive substance such as polyvinylidene fluoride (Patent Documents 1 and 2).
非水電解液二次電池においては、充放電時に電極の膨張および収縮が起こり、それに起因して、セパレータの電極に対する対向面表層の厚み方向の変形や、セパレータ電極界面に水平方向の力が生じることによって、上述の従来のセパレータを組み込んだ非水電解液二次電池においては、上記の厚み方向の変形および水平方向の力により、電極間距離の面方向の均一性が低下し、結果として、当該非水電解液二次電池の充放電サイクル後におけるレート特性が低下することがあった。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery, the electrode expands and contracts during charge and discharge, resulting in deformation in the thickness direction of the surface layer facing the separator electrode and horizontal force at the separator electrode interface. Thus, in the non-aqueous electrolyte secondary battery incorporating the above-described conventional separator, due to the deformation in the thickness direction and the force in the horizontal direction, the uniformity in the surface direction of the distance between the electrodes is reduced. The rate characteristics after the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte secondary battery sometimes deteriorated.
発明者らは、スクラッチ試験により測定された、TDにおける臨界荷重までの距離(T)と、MDにおける臨界荷重までの距離(M)との割合が一定の範囲である多孔質膜を使用した非水電解液二次電池用セパレータが、充放電サイクル後のレート特性維持率に優れていることを見出し、本発明に想到した。 The inventors have used a porous membrane in which the ratio of the distance to the critical load in TD (T) and the distance to the critical load in MD (M) measured by the scratch test is in a certain range. The separator for water electrolyte secondary batteries was found to be excellent in rate characteristic retention after charge / discharge cycles, and the present invention was conceived.
本発明は、以下に示す非水電解液二次電池用セパレータ、非水電解液二次電池用積層セパレータ、非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池を含み得る。 The present invention may include the following non-aqueous electrolyte secondary battery separator, non-aqueous electrolyte secondary battery laminated separator, non-aqueous electrolyte secondary battery member, and non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明の非水電解液二次電池用セパレータは、ポリオレフィン系樹脂を主成分とする多孔質膜からなる非水電解液二次電池用セパレータであって、
多孔質膜の単位面積当たりの目付に対する突き刺し強度が、26.0gf/g/m2以上であり、かつ、
下記式(1)で表される値が、0.00以上、0.54以下の範囲にあることを特徴とする。
|1−T/M| …(1)
(式(1)中、Tは、TDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表し、Mは、MDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表す。)
本発明の非水電解液二次電池用セパレータにおいて、下記式(2)で表される値が、0.00以上、0.54以下の範囲にあることが好ましい。
1−T/M …(2)
(式(2)中、Tは、TDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表し、Mは、MDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表す。)
本発明の非水電解液二次電池用積層セパレータは、本発明の非水電解液二次電池用セパレータの少なくとも一方の面に、多孔質層が積層していることを特徴とする。
The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery composed of a porous film mainly composed of a polyolefin resin,
The puncture strength with respect to the basis weight per unit area of the porous membrane is 26.0 gf / g / m 2 or more, and
The value represented by the following formula (1) is in the range of 0.00 to 0.54.
| 1-T / M | (1)
(In Formula (1), T represents a distance to a critical load in a scratch test under a constant load of 0.1 N in TD, and M is a scratch test in a scratch test under a constant load of 0.1 N in MD. Represents the distance to the critical load.)
In the separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the value represented by the following formula (2) is preferably in the range of 0.00 or more and 0.54 or less.
1-T / M (2)
(In Formula (2), T represents a distance to a critical load in a scratch test under a constant load of 0.1 N in TD, and M is a scratch test in a scratch test under a constant load of 0.1 N in MD. Represents the distance to the critical load.)
The laminated separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention is characterized in that a porous layer is laminated on at least one surface of the separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention.
本発明の非水電解液二次電池用積層セパレータにおいて、前記多孔質層が、耐熱性樹脂を含むことが好ましく、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含むことがより好ましい。また、前記多孔質層が、絶縁性微粒子を含むことが好ましい。 In the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the porous layer preferably contains a heat-resistant resin, and more preferably contains a polyvinylidene fluoride resin. The porous layer preferably contains insulating fine particles.
本発明の非水電解液二次電池用部材は、正極、本発明の非水電解液二次電池用セパレータ、または本発明の非水電解液二次電池用積層セパレータ、および負極がこの順で配置されていることを特徴とする。 The member for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, or a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, and a negative electrode in this order. It is arranged.
本発明の非水電解液二次電池は、本発明の非水電解液二次電池用セパレータ、または本発明の非水電解液二次電池用積層セパレータを含むことを特徴とする。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention or the multilayer separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
本発明の非水電解液二次電池用セパレータ、または非水電解液二次電池用積層セパレータは、当該セパレータを組み込んだ非水電解液二次電池の充放電サイクル後におけるレート特性維持率を向上させることができ、当該非水電解液二次電池は、放電出力特性に優れている。 The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery or the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention improves the rate characteristic maintenance rate after the charge / discharge cycle of the non-aqueous electrolyte secondary battery incorporating the separator. The non-aqueous electrolyte secondary battery is excellent in discharge output characteristics.
以下、本発明の一実施の形態について、詳細に説明する。尚、本出願において、「A〜B」とは、「A以上、B以下」であることを示す。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. In the present application, “A to B” means “A or more and B or less”.
[実施形態1:非水電解液二次電池用セパレータ、実施形態2:非水電解液二次電池用積層セパレータ]
本発明の実施形態1に係る非水電解液二次電池用セパレータは、ポリオレフィン系樹脂を主成分とする多孔質膜からなる非水電解液二次電池用セパレータであって、多孔質膜の単位面積当たりの目付に対する突き刺し強度が、26.0gf/g/m2以上であり、かつ、下記式(1)で表される値が、0.00以上、0.54以下の範囲にあることを特徴とする。
|1−T/M| …(1)
(式(1)中、Tは、TD(Transverse Direction)における0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表し、Mは、MD(Machine Direction)における0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表す。)
本発明の実施形態2に係る非水電解液二次電池用積層セパレータは、本発明の実施形態1に係る非水電解液二次電池用セパレータ(多孔質膜)の少なくとも一方の面に、多孔質層が積層していることを特徴とする。
[Embodiment 1: Separator for non-aqueous electrolyte secondary battery, Embodiment 2: Laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary battery]
A separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 1 of the present invention is a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a porous film mainly composed of a polyolefin-based resin, and is a unit of a porous film. The piercing strength with respect to the basis weight per area is 26.0 gf / g / m 2 or more, and the value represented by the following formula (1) is in the range of 0.00 or more and 0.54 or less. Features.
| 1-T / M | (1)
(In Formula (1), T represents the distance to the critical load in a scratch test under a constant load of 0.1 N in TD (Transverse Direction), and M is 0.1 N in MD (Machine Direction). (This represents the distance to the critical load in the scratch test under a constant load.)
The laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 2 of the present invention is porous on at least one surface of the separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery (porous membrane) according to Embodiment 1 of the present invention. It is characterized in that the quality layers are laminated.
<多孔質膜>
本発明における多孔質膜は、非水電解液二次電池用セパレータ、または後述する非水電解液二次電池用積層セパレータの基材となり得、ポリオレフィンを主成分とし、その内部に連結した細孔を多数有しており、一方の面から他方の面に気体や液体を通過させることが可能となっている。
<Porous membrane>
The porous membrane in the present invention can be a base material for a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery or a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which will be described later. It is possible to pass gas or liquid from one surface to the other surface.
「ポリオレフィン系樹脂を主成分とする」とは、多孔質膜に占めるポリオレフィン系樹脂の割合が、多孔質膜全体の50体積%以上、好ましくは90体積%以上であり、より好ましくは95体積%以上であることを意味する。また、上記ポリオレフィン系樹脂には、重量平均分子量が5×105〜15×106の高分子量成分が含まれていることがより好ましい。特に、ポリオレフィンに重量平均分子量が100万以上の高分子量成分が含まれていると、当該多孔質膜である非水電解液二次電池用セパレータ、および当該多孔質膜を含む積層体である非水電解液二次電池用積層セパレータの強度が向上するのでより好ましい。 “The main component is a polyolefin-based resin” means that the proportion of the polyolefin-based resin in the porous membrane is 50% by volume or more, preferably 90% by volume or more, more preferably 95% by volume of the entire porous membrane. That means that. The polyolefin resin preferably contains a high molecular weight component having a weight average molecular weight of 5 × 10 5 to 15 × 10 6 . In particular, when the polyolefin contains a high molecular weight component having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more, the separator is a nonaqueous electrolyte secondary battery separator that is the porous membrane, and the laminate that includes the porous membrane. Since the intensity | strength of the laminated separator for water electrolyte secondary batteries improves, it is more preferable.
多孔質膜の主成分であるポリオレフィン系樹脂は、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂である、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等の単量体を(共)重合してなる単独重合体(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン)または共重合体(例えば、エチレン−プロピレン共重合体)が挙げられる。このうち、過大電流が流れることをより低温で阻止(シャットダウン)することができるため、ポリエチレンがより好ましい。当該ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレン(エチレン−α−オレフィン共重合体)、重量平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレン等が挙げられ、このうち、重量平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレンがさらに好ましい。 The polyolefin-based resin that is the main component of the porous membrane is not particularly limited. For example, a monomer such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, which is a thermoplastic resin. Homopolymers (for example, polyethylene, polypropylene, polybutene) or copolymers (for example, ethylene-propylene copolymers) obtained by (co) polymerizing the above. Of these, polyethylene is more preferable because it can prevent (shut down) an excessive current from flowing at a lower temperature. Examples of the polyethylene include low density polyethylene, high density polyethylene, linear polyethylene (ethylene-α-olefin copolymer), ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more, and of these, weight average molecular weight. Is more preferably an ultrahigh molecular weight polyethylene having 1 million or more.
多孔質膜の膜厚は、前記多孔質膜が単独で非水電解液二次電池用セパレータとなる場合、4μm〜40μmであることが好ましく、5μm〜30μmであることがより好ましく、6〜15μmであることがさらに好ましい。また、多孔質膜を非水電解液二次電池用積層セパレータの基材として用い、多孔質膜の片面または両面に多孔質層を積層して非水電解液二次電池用積層セパレータ(積層体)を形成する場合においては、多孔質膜の膜厚は、当該積層体の膜厚を考慮して適宜決定すればよいものの、4〜40μmであることが好ましく、5〜30μmであることがより好ましい。 The thickness of the porous membrane is preferably 4 μm to 40 μm, more preferably 5 μm to 30 μm, and more preferably 6 to 15 μm, when the porous membrane alone becomes a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery. More preferably. Further, a porous membrane is used as a base material for a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a porous layer is laminated on one side or both sides of the porous membrane to obtain a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery (laminated body). ), The thickness of the porous film may be appropriately determined in consideration of the thickness of the laminate, but is preferably 4 to 40 μm, more preferably 5 to 30 μm. preferable.
多孔質膜の膜厚が上述の範囲よりも小さい場合、当該多孔質膜を用いた、非水電解液二次電池セパレータおよび非水電解液二次電池用積層セパレータを備える非水電解液二次電池において、電池の破損等による内部短絡を充分に防止することができない。また、多孔質膜における電解液の保持量が低下する。一方、多孔質膜の膜厚が上述の範囲よりも大きい場合には、当該多孔質膜を用いた、非水電解液二次電池セパレータおよび非水電解液二次電池用積層セパレータ全域におけるリチウムイオンの透過抵抗が増加する。従って、当該セパレータを備える非水電解液二次電池において、充放電サイクルを繰り返すと正極が劣化し、レート特性やサイクル特性が低下する。また、正極および負極間の距離が増加するので非水電解液二次電池用が大型化する。 When the thickness of the porous membrane is smaller than the above range, the non-aqueous electrolyte secondary battery including the non-aqueous electrolyte secondary battery separator and the non-aqueous electrolyte secondary battery laminated separator using the porous membrane. In a battery, an internal short circuit due to damage to the battery cannot be sufficiently prevented. In addition, the amount of electrolytic solution retained in the porous membrane is reduced. On the other hand, when the film thickness of the porous membrane is larger than the above range, lithium ions in the entire area of the nonaqueous electrolyte secondary battery separator and the nonaqueous electrolyte secondary battery laminated separator using the porous membrane are used. The transmission resistance increases. Therefore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery including the separator, when the charge / discharge cycle is repeated, the positive electrode deteriorates, and the rate characteristics and cycle characteristics deteriorate. Further, since the distance between the positive electrode and the negative electrode is increased, the size of the non-aqueous electrolyte secondary battery is increased.
多孔質膜の単位面積当たりの目付は、当該多孔質膜を備える、非水電解液二次電池セパレータまたは非水電解液二次電池用積層セパレータの強度、膜厚、重量、およびハンドリング性を考慮して適宜決定すればよい。具体的には、上記非水電解液二次電池用セパレータまたは上記非水電解液二次電池用積層セパレータを備える当該電池の重量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高くすることができるように、通常、4〜20g/m2であることが好ましく、4〜12g/m2であることがより好ましく、5〜10g/m2であることがさらに好ましい。 The basis weight per unit area of the porous membrane takes into account the strength, film thickness, weight, and handling properties of the nonaqueous electrolyte secondary battery separator or the nonaqueous electrolyte secondary battery multilayer separator provided with the porous membrane. And may be determined as appropriate. Specifically, in order to increase the weight energy density and volume energy density of the battery including the separator for non-aqueous electrolyte secondary battery or the laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary battery, is preferably 4~20g / m 2, more preferably from 4~12g / m 2, further preferably 5 to 10 g / m 2.
多孔質膜の単位面積当たりの目付に対する突き刺し強度は、26.0gf/g/m2以上が好ましく、30.0gf/g/m2以上がより好ましい。突き刺し強度が小さすぎる場合、すなわち26.0gf/g/m2未満である場合には、電池組立プロセスの正負極とセパレータとの積層捲回操作や、捲回群の圧締操作、または電池に外部から圧力がかけられた場合等において、正負極活物質粒子によってセパレータが突き破られ、正負極が短絡するおそれがある。 Piercing strength for a basis weight per unit area of the porous film is preferably 26.0gf / g / m 2 or more, 30.0gf / g / m 2 or more is more preferable. When the piercing strength is too small, that is, less than 26.0 gf / g / m 2 , the stacking and winding operation of the positive and negative electrodes and the separator in the battery assembly process, the pressing operation of the winding group, or the battery When pressure is applied from the outside, the separator may be pierced by the positive and negative electrode active material particles, and the positive and negative electrodes may be short-circuited.
多孔質膜の透気度は、ガーレ値で30〜500sec/100mLであることが好ましく、50〜300sec/100mLであることがより好ましい。多孔質膜が上記透気度を有することにより、当該多孔質膜を備える、非水電解液二次電池セパレータまたは非水電解液二次電池用積層セパレータが、充分なイオン透過性を得ることができる。 The air permeability of the porous membrane is preferably a Gurley value of 30 to 500 sec / 100 mL, and more preferably 50 to 300 sec / 100 mL. When the porous membrane has the above air permeability, the non-aqueous electrolyte secondary battery separator or the laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries provided with the porous membrane can obtain sufficient ion permeability. it can.
多孔質膜の空隙率は、電解液の保持量を高めると共に、過大電流が流れることをより低温で確実に阻止(シャットダウン)する機能を得ることができるように、20〜80体積%であることが好ましく、30〜75体積%であることがより好ましい。 The porosity of the porous membrane is 20 to 80% by volume so as to increase the amount of electrolyte retained and to obtain a function of reliably blocking (shutdown) the flow of excessive current at a lower temperature. Is preferable, and it is more preferable that it is 30 to 75 volume%.
多孔質膜の空隙率が20体積%を下回ると、当該多孔質膜の抵抗が増加する。また、多孔質膜の空隙率が80体積%を上回ると、当該多孔質膜の機械的強度が低下する。 When the porosity of the porous film is less than 20% by volume, the resistance of the porous film increases. Moreover, when the porosity of a porous membrane exceeds 80 volume%, the mechanical strength of the said porous membrane will fall.
また、多孔質膜が有する細孔の孔径は、当該多孔質膜を備える、非水電解液二次電池セパレータまたは非水電解液二次電池用積層セパレータが、充分なイオン透過性を得ることができ、かつ、正極や負極への粒子の入り込みを防止することができるように、0.3μm以下であることが好ましく、0.14μm以下であることがより好ましい。 In addition, the pore diameter of the porous membrane is such that the nonaqueous electrolyte secondary battery separator or the nonaqueous electrolyte secondary battery laminated separator provided with the porous membrane can obtain sufficient ion permeability. It is preferably 0.3 μm or less, more preferably 0.14 μm or less so that particles can be prevented from entering the positive electrode and the negative electrode.
本発明の多孔質膜は、以下の式(1)で表される値が、0.00以上、0.54以下の範囲にあり、0.00以上、0.50以下であることが好ましく、0.00以上、0.45以下であることがより好ましい。
|1−T/M| …(1)
(式(1)中、Tは、TD方向における0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表し、Mは、MD方向における0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表す。)
また、本発明の多孔質膜は、以下の式(2)で表される値が、0.00以上、0.54以下の範囲にあることが好ましく、0.00以上、0.50以下であることがより好ましく、0.00以上、0.45以下であることがさらに好ましい。
1−T/M …(2)
(式(2)中、Tは、TDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表し、Mは、MDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表す。)
上記式(1)、式(2)にて表される値は、スクラッチ試験における臨界荷重までの距離の異方性を示す値であり、その値がゼロに近いほど、上記臨界荷重までの距離が等方性であることを示す。
The porous membrane of the present invention has a value represented by the following formula (1) in the range of 0.00 or more and 0.54 or less, preferably 0.00 or more and 0.50 or less, More preferably, it is 0.00 or more and 0.45 or less.
| 1-T / M | (1)
(In Formula (1), T represents a distance to a critical load in a scratch test under a constant load of 0.1 N in the TD direction, and M is a scratch under a constant load of 0.1 N in the MD direction. (Indicates the distance to the critical load in the test.)
In the porous membrane of the present invention, the value represented by the following formula (2) is preferably in the range of 0.00 or more and 0.54 or less, and is 0.00 or more and 0.50 or less. More preferably, it is 0.00 or more and 0.45 or less.
1-T / M (2)
(In Formula (2), T represents a distance to a critical load in a scratch test under a constant load of 0.1 N in TD, and M is a scratch test in a scratch test under a constant load of 0.1 N in MD. Represents the distance to the critical load.)
The values represented by the above formulas (1) and (2) are values indicating the anisotropy of the distance to the critical load in the scratch test. The closer the value is to zero, the greater the distance to the critical load. Is isotropic.
本発明における「スクラッチ試験」とは、図1に示すように、圧子に一定の荷重をかけ、測定対象の多孔質膜の表層を厚み方向に圧縮変形(=圧子を押し込んだ状態)させた状態で水平方向に多孔質膜を移動させたときの、ある圧子移動距離における発生応力を測定する試験であり、具体的には、以下に示す方法にて実施される:
(1)測定対象の多孔質膜を20mm×60mmに裁断した後、当該裁断した多孔質膜と、30mm×70mmのガラス製プレパラートとを、当該プレパラート上の全面に目付1.5g/m2程度に少量で薄く塗布した、水で5倍希釈したアラビックヤマト水性液状糊(ヤマト株式会社製)を用いて貼合し、25℃の温度下にて一昼夜乾燥させることにより、試験用サンプルを作製する。なお、上記貼合のときは、多孔質膜とガラス製プレパラートとの間に気泡が入らない様に注意する。
(2)工程(1)にて作製された試験用サンプルを、マイクロスクラッチ試験装置(CSEM Instruments社製)に設置する。当該試験装置におけるダイヤモンド圧子(頂角120°、先端半径0.2mmの円錐状)を、当該試験用サンプル上に、0.1Nの大きさの垂直荷重をかけたままの状態にて、当該試験装置におけるテーブルを、多孔質膜のTDに向けて、5mm/minの速さにて、10mmの距離を移動させ、その間の、上記ダイヤモンド圧子と当該試験用サンプルとの間に発生する応力(摩擦力)を測定する。
(3)工程(2)にて測定された応力の変位と、上記テーブルの移動距離との関係を示す曲線グラフを作成し、当該曲線グラフから、図2に示すように、TDにおける、臨界荷重値および、臨界荷重に至るまでの距離を算出する。
(4)上記テーブルの移動方向をMDに変更して、上述の工程(1)〜(3)を繰り返して行い、MDにおける、臨界荷重値および、臨界荷重に至るまでの距離を算出する。
As shown in FIG. 1, the “scratch test” in the present invention is a state in which a constant load is applied to the indenter and the surface layer of the porous membrane to be measured is compressed and deformed (= indented state) in the thickness direction. Is a test for measuring the stress generated at a certain indenter moving distance when the porous membrane is moved in the horizontal direction. Specifically, the test is carried out by the following method:
(1) After cutting the porous film to be measured into 20 mm × 60 mm, the cut porous film and the glass preparation of 30 mm × 70 mm are covered on the entire surface of the preparation with a basis weight of about 1.5 g / m 2. A test sample is prepared by laminating thinly and thinly using an Arabic Yamato aqueous liquid paste (manufactured by Yamato Co., Ltd.) diluted 5 times with water, and drying overnight at a temperature of 25 ° C. . In addition, at the time of the said bonding, care is taken so that a bubble may not enter between a porous membrane and glass preparations.
(2) The test sample prepared in step (1) is placed in a micro scratch test apparatus (manufactured by CSEM Instruments). The diamond indenter (conical shape with an apex angle of 120 ° and a tip radius of 0.2 mm) in the test apparatus is subjected to the test in a state where a vertical load of 0.1 N is applied on the test sample. The table in the apparatus is moved by a distance of 10 mm at a speed of 5 mm / min toward the TD of the porous membrane, during which stress (friction) generated between the diamond indenter and the test sample is generated. Force).
(3) A curve graph showing the relationship between the displacement of the stress measured in the step (2) and the movement distance of the table is created, and from the curve graph, as shown in FIG. Calculate the value and the distance to reach the critical load.
(4) The moving direction of the table is changed to MD, and the above steps (1) to (3) are repeated to calculate the critical load value and the distance to the critical load in MD.
なお、上記スクラッチ試験における、上述した条件以外の測定条件等に関しては、JIS R 3255に記載の方法と同様の条件にて実施される。 In addition, about the measurement conditions other than the above-mentioned conditions in the said scratch test, it implements on the conditions similar to the method as described in JISR3255.
上記スクラッチ試験は、測定対象の多孔質膜をセパレータまたはセパレータの部材として組み込んだ非水電解液二次電池において、電池充放電時の電極合材層が膨張(充電時:負極が膨張、放電時:正極が膨張)することによる、セパレータ(多孔質膜)の膨張する電極に対向する面側の表層およびその反対側のセパレータ(多孔質膜)の表層と、上記表層に対向する電極との界面密着性への影響機構を、モデル化して測定・算出する試験である。 In the above scratch test, in the nonaqueous electrolyte secondary battery in which the porous membrane to be measured is incorporated as a separator or a member of the separator, the electrode mixture layer is expanded during charging / discharging of the battery (when charging: the negative electrode is expanded and discharged) : The interface between the surface layer of the separator (porous membrane) facing the expanding electrode and the surface of the separator (porous membrane) on the opposite side of the separator (porous membrane) and the electrode facing the surface layer due to the positive electrode expanding) This is a test that models and measures the influence mechanism on adhesion.
ここで、充放電時の電極合材層の膨張および収縮に起因して、セパレータ(多孔質膜)の膨張する電極に対向する面側の表層は、接触する膨張した活物質粒子により厚み方向に変形(圧縮変形)すると共に、当該合材層の水平方向への膨張により、セパレータ(多孔質膜)を厚み方向に変形させた粒子を介したせん断応力(セパレータ電極界面に水平方向の力)が生じ、さらに、このせん断応力が、セパ内部の樹脂を介して、膨張した電極と反対の面のセパレータ/電極界面に伝達される。 Here, due to the expansion and contraction of the electrode mixture layer during charging and discharging, the surface layer on the surface side facing the expanding electrode of the separator (porous membrane) is expanded in the thickness direction by the expanded active material particles in contact with the surface layer. In addition to deformation (compression deformation), due to expansion of the composite material layer in the horizontal direction, shear stress (horizontal force on the separator electrode interface) is caused by particles deformed in the thickness direction of the separator (porous membrane). Furthermore, this shear stress is transmitted to the separator / electrode interface on the surface opposite to the expanded electrode via the resin inside the separator.
従って、上記スクラッチ試験にて算出される臨界荷重値までの距離は、(a)多孔質膜(セパレータ)表層の塑性変形容易性の指標、(b)測定面と反対の面へのせん断応力の伝達性の指標となる。上記臨界荷重値までの距離が長いことは、測定対象の多孔質膜において、(a’)表層部が塑性変形し難く、(b’)測定面と反対の面へのせん断応力の伝達性が低い(応力が伝わり難い)ことを示す。 Therefore, the distance to the critical load value calculated in the scratch test is (a) an index of the plastic deformation ease of the porous membrane (separator) surface layer, and (b) the shear stress on the surface opposite to the measurement surface. It becomes an indicator of transmissibility. The long distance to the critical load value means that (a ′) the surface layer portion is difficult to be plastically deformed in the porous film to be measured, and (b ′) the shear stress is transmitted to the surface opposite to the measurement surface. Low (stress is difficult to transmit).
以上のことから、多孔質膜における式(1)の値が、0.54を超えることは、上記臨界荷重値までの距離において、TDとMDとの間に大きな異方性が存在することを示す。これら大きな異方性を有する多孔質膜を、セパレータまたはセパレータの部材として含む非水電解液二次電池においては、充放電に伴うセパレータ(多孔質膜)表層の塑性変形、並びに、膨張した電極との対向面と反対側の面への表面応力の伝達性の、TDとMDとの大きさの差に起因したセパレータと電極間界面におけるシワおよび隙間が、特定の方向に優先的に発生し、結果として電極間距離の面方向の均一性が低下することにより、当該非水電解液二次電池の放電サイクル後におけるレート特性維持率が低下する。 From the above, the value of the formula (1) in the porous membrane exceeding 0.54 indicates that there is a large anisotropy between TD and MD at the distance to the critical load value. Show. In a non-aqueous electrolyte secondary battery including such a porous film having large anisotropy as a separator or a member of the separator, plastic deformation of the separator (porous film) surface layer accompanying charge / discharge, and an expanded electrode The wrinkles and gaps at the interface between the separator and the electrode due to the difference in size between TD and MD in the transmission of surface stress to the opposite surface and the opposite surface of the surface are preferentially generated in a specific direction, As a result, the uniformity of the inter-electrode distance in the surface direction is reduced, so that the rate characteristic maintenance rate after the discharge cycle of the non-aqueous electrolyte secondary battery is lowered.
続いて、多孔質膜をセパレータまたはセパレータの部材として用いる、電極とセパレータとからなる積層体の一態様である、積層体が捲回した態様の非水電解液二次電池を考える。当該捲回した態様の非水電解液二次電池内においては、セパレータに対して、MD方向に張力がかかった状態にて、上記積層体が捲回しているため、多孔質膜のMDの平滑性が向上する一方で、TDに対しては内向きに内部応力が発生している。従って、積層体が捲回した態様の非水電解液二次電池においては、実際の作動時のMDの臨界荷重までの距離は、上記スクラッチ試験にて算出したMDの臨界荷重までの距離よりも大きくなっており、TD方向の臨界荷重までの距離は、上記スクラッチ試験にて算出したTDの臨界荷重までの距離よりも小さくなっている。従って、TDとMDの臨界荷重までの距離が近い、すなわち等方性の高い場合も、具体的には式(2)の値が−0.54以上、0.00未満の多孔質膜を、積層体が捲回した態様の非水電解液二次電池の、セパレータまたはセパレータの部材として用いる場合、MD方向の臨界荷重までの距離が増加し、TD方向の臨界荷重までの距離が低下するため、実際には、TDへのセパレータ(多孔質膜)表層の塑性変形、並びに、MDへの膨張した電極との対向面と反対側の面への表面応力の伝達性の差に起因したセパレータと電極間界面におけるシワおよび隙間が、TDに優先的に発生し、電極間距離の面方向の均一性が低下する。一方、積層体が捲回した態様の非水電解液二次電池においても、異方性が大きい、具体的には、式(1)の値が0.54を超える場合には、上述の理由と同様の理由から、臨界荷重までの距離が大きな方向への、セパレータ(多孔質膜)表層の塑性変形、並びに、膨張した電極との対向面と反対側の面への表面応力の伝達性の、TDとMDとの差に起因したセパレータと電極間界面におけるシワおよび隙間の発生が、臨界荷重までの距離が大きな方向に増加する。その結果、当該非水電解液二次電池の放電サイクル後におけるレート特性維持率が低下する。それゆえに、積層体が捲回した態様の非水電解液二次電池といった形態の非水電解液二次電池にも好適に使用できるという観点において、式(2)の値は、0.00以上、0.54以下であることが好ましい。 Next, consider a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the porous body is used as a separator or a member of the separator, which is an aspect of a laminated body composed of an electrode and a separator, in which the laminated body is wound. In the wound non-aqueous electrolyte secondary battery, the laminate is wound in a state where tension is applied to the separator in the MD direction. On the other hand, the internal stress is generated inward with respect to TD. Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the laminate is wound, the distance to the MD critical load during actual operation is larger than the distance to the MD critical load calculated in the scratch test. The distance to the critical load in the TD direction is larger than the distance to the critical load of TD calculated in the scratch test. Therefore, even when the distance to the critical load of TD and MD is short, that is, when the isotropic property is high, specifically, a porous film having a value of formula (2) of −0.54 or more and less than 0.00 When used as a separator or separator member of a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the laminate is wound, the distance to the critical load in the MD direction increases and the distance to the critical load in the TD direction decreases. Actually, the separator caused by the plastic deformation of the separator (porous membrane) surface layer to the TD and the difference in the transferability of the surface stress to the surface opposite to the surface facing the expanded electrode to the MD Wrinkles and gaps at the interelectrode interface occur preferentially in the TD, and the uniformity in the surface direction of the interelectrode distance decreases. On the other hand, even in the nonaqueous electrolyte secondary battery in which the laminate is wound, the anisotropy is large. Specifically, when the value of the formula (1) exceeds 0.54, the above reason For the same reason, the plastic deformation of the separator (porous membrane) surface in the direction where the distance to the critical load is large, and the transfer of surface stress to the surface opposite to the surface facing the expanded electrode The occurrence of wrinkles and gaps at the interface between the separator and the electrode due to the difference between TD and MD increases the distance to the critical load in a large direction. As a result, the rate characteristic maintenance rate after the discharge cycle of the nonaqueous electrolyte secondary battery is lowered. Therefore, the value of the formula (2) is 0.00 or more from the viewpoint that it can be suitably used for a non-aqueous electrolyte secondary battery in a form such as a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the laminate is wound. 0.54 or less is preferable.
なお、TD方向、MD方向における臨界荷重までの距離は、以下に示す多孔質膜の構造因子に強く影響を受けると考えられる。
(i)多孔質膜におけるMDへの樹脂の配向状態
(ii)多孔質膜におけるTDへの樹脂の配向状態
(iii)多孔質膜の厚み方向におけるMD方向、TD方向に配向した樹脂の接触状態
従って、式(1)および式(2)の値を制御する方法としては、後述する多孔質膜の製造方法における、以下の製造条件を調節することにより、上記(i)〜(iii)の構造因子を制御する方法が挙げられる。
(1)圧延ロールの周速[m/min]
(2)延伸温度/延伸倍率の比[℃/%]
具体的には、圧延ロールの周速、延伸の延伸温度、ならびに延伸倍率が、多孔質膜の製造上支障のない範囲において、以下の式(3)の関係を満たすように、圧延ロールの周速と延伸の延伸温度/延伸倍率の比とを調節することで、結果として、式(1)および式(2)の値を0.00以上、0.54以下の範囲に制御することができる。
Y≧−2.3×X+22.2 …(3)
(式(3)中、Xは、圧延ロールの周速を表し、Yは、TDの延伸の延伸温度/延伸倍率の比を表す。)
一方、上述の式(3)の関係から逸脱する範囲に設定した場合、前記多孔質膜のMDもしくはTDどちらか一方への樹脂の配向、および/または、MDもしくはTDの、どちらか一方へ配向した樹脂の、多孔質膜の厚み方向における連結性が促進され、式(1)で表される多孔質膜の異方性が大きくなり、式(1)の値を0.00以上、0.54以下の範囲に制御することができない。例えば、圧延ロールの周速を2.5m/min、延伸温度/延伸倍率の比を16.5℃/%未満に調節した場合、多孔質膜のTDへの樹脂配向および、その厚み方向の連結性が増加することで、TDにおける臨界荷重までの距離が小さくなり、結果として式(1)で表される異方性が0.54以上となる。
In addition, it is thought that the distance to the critical load in the TD direction and the MD direction is strongly influenced by the following structure factor of the porous film.
(I) Orientation state of resin to MD in porous membrane (ii) Orientation state of resin to TD in porous membrane (iii) Contact state of resin oriented in MD direction and TD direction in thickness direction of porous membrane Therefore, as a method for controlling the values of the formulas (1) and (2), the structures of the above (i) to (iii) are adjusted by adjusting the following production conditions in the porous membrane production method described later. A method for controlling the factor is mentioned.
(1) Rolling roll peripheral speed [m / min]
(2) Ratio of stretching temperature / stretching ratio [° C./%]
Specifically, in the range where the peripheral speed of the rolling roll, the stretching temperature for stretching, and the stretching ratio do not hinder the production of the porous membrane, the circumferential speed of the rolling roll is satisfied so as to satisfy the relationship of the following formula (3). By adjusting the speed and the ratio of stretching temperature / stretching ratio, the values of the formulas (1) and (2) can be controlled in the range of 0.00 to 0.54 as a result. .
Y ≧ −2.3 × X + 22.2 (3)
(In formula (3), X represents the peripheral speed of the rolling roll, and Y represents the ratio of the stretching temperature / stretching ratio of TD stretching.)
On the other hand, when set in a range that deviates from the relationship of the above formula (3), the orientation of the resin to the MD or TD of the porous film and / or the orientation to either MD or TD The connectivity of the obtained resin in the thickness direction of the porous membrane is promoted, the anisotropy of the porous membrane represented by the formula (1) is increased, and the value of the formula (1) is set to 0.00 or more and 0.00. It cannot be controlled within the range of 54 or less. For example, when the peripheral speed of the rolling roll is adjusted to 2.5 m / min and the ratio of stretching temperature / stretching ratio is adjusted to less than 16.5 ° C./%, the resin orientation to the TD of the porous film and the connection in the thickness direction thereof By increasing the property, the distance to the critical load in TD is reduced, and as a result, the anisotropy represented by the formula (1) is 0.54 or more.
加えて、延伸温度が、90℃以上、120℃以下であることが好ましく、100℃以上、110℃以下であることがより好ましい。さらに加えて、延伸倍率が、600%以上、800%以下であることが好ましく、620%以上、700%以下であることがより好ましい。 In addition, the stretching temperature is preferably 90 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, and more preferably 100 ° C. or higher and 110 ° C. or lower. In addition, the draw ratio is preferably 600% or more and 800% or less, and more preferably 620% or more and 700% or less.
また、多孔質膜上に多孔質層を形成し、非水電解液二次電池用積層セパレータを作製する場合には、上記多孔質層を形成する前に、つまり、後述する塗工液を塗工する前に、親水化処理を施しておくことがより好ましい。多孔質膜に親水化処理を施しておくことにより、塗工液の塗工性がより向上し、それゆえ、より均一な多孔質層を形成することができる。この親水化処理は、塗工液に含まれる溶媒(分散媒)に占める水の割合が高い場合に有効である。上記親水化処理としては、具体的には、例えば、酸やアルカリ等による薬剤処理、コロナ処理、プラズマ処理等の公知の処理が挙げられる。上記親水化処理のうち、比較的短時間で多孔質膜を親水化することができる上に、親水化が多孔質膜の表面近傍のみに限られ、多孔質膜の内部を変質しないことから、コロナ処理がより好ましい。 In addition, when a porous layer is formed on a porous membrane to produce a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, before forming the porous layer, that is, a coating solution described later is applied. It is more preferable to perform a hydrophilic treatment before the work. By applying a hydrophilic treatment to the porous film, the coating property of the coating liquid is further improved, and therefore a more uniform porous layer can be formed. This hydrophilization treatment is effective when the proportion of water in the solvent (dispersion medium) contained in the coating liquid is high. Specific examples of the hydrophilic treatment include known treatments such as chemical treatment with acid or alkali, corona treatment, plasma treatment and the like. Among the above hydrophilization treatments, the porous membrane can be hydrophilized in a relatively short time, and the hydrophilization is limited only to the vicinity of the surface of the porous membrane, so that the inside of the porous membrane does not change, Corona treatment is more preferred.
<多孔質膜の製造方法>
多孔質膜の製造方法は特に限定されるものではなく、例えば、ポリオレフィン等の樹脂に可塑剤を加えてフィルム(膜状)に成形した後、可塑剤を適当な溶媒で除去する方法が挙げられる。
<Method for producing porous membrane>
The method for producing the porous membrane is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a plasticizer is added to a resin such as polyolefin to form a film (film-like), and then the plasticizer is removed with an appropriate solvent. .
具体的には、例えば、超高分子量ポリエチレンと、重量平均分子量が1万以下の低分子量ポリオレフィンとを含むポリオレフィン樹脂を用いて多孔質膜を製造する場合には、製造コストの観点から、以下に示す方法によって当該多孔質膜を製造することが好ましい。
(1)超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量が1万以下の低分子量ポリオレフィン5〜200重量部と、炭酸カルシウムまたは可塑剤等の孔形成剤100〜400重量部とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程、
(2)上記ポリオレフィン樹脂組成物を圧延することにより、圧延シートを成形する工程、
次いで、
(3)工程(2)で得られた圧延シートから孔形成剤を除去する工程、
(4)工程(3)で孔形成剤を除去したシートを延伸する工程、
(5)工程(4)にて延伸されたシートに対して、100℃以上、150℃以下の熱固定温度にて熱固定を行い、多孔質膜を得る工程。
或いは、
(3’)工程(2)で得られた圧延シートを延伸する工程、
(4’)工程(3’)にて延伸されたシートから孔形成剤を除去する工程、
(5’)工程(4’)にて得られたシートに対して、100℃以上、150℃以下の熱固定温度にて熱固定を行い、多孔質膜を得る工程。
Specifically, for example, when manufacturing a porous membrane using a polyolefin resin containing ultrahigh molecular weight polyethylene and a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, from the viewpoint of manufacturing cost, It is preferable to produce the porous membrane by the method shown.
(1) Kneading 100 parts by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene, 5 to 200 parts by weight of a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, and 100 to 400 parts by weight of a pore forming agent such as calcium carbonate or a plasticizer. Obtaining a polyolefin resin composition;
(2) forming a rolled sheet by rolling the polyolefin resin composition;
Then
(3) A step of removing the hole forming agent from the rolled sheet obtained in step (2),
(4) A step of stretching the sheet from which the hole forming agent has been removed in step (3),
(5) A step of heat-fixing the sheet stretched in step (4) at a heat setting temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower to obtain a porous film.
Or
(3 ′) a step of stretching the rolled sheet obtained in step (2),
(4 ′) a step of removing the hole forming agent from the sheet stretched in the step (3 ′),
(5 ′) A step of heat-fixing the sheet obtained in step (4 ′) at a heat setting temperature of 100 ° C. or higher and 150 ° C. or lower to obtain a porous film.
ここで、上記工程(2)における圧延処理に用いる圧延ロールの周速、および/または、上記工程(4)、工程(3’)における延伸の延伸温度/延伸倍率の比を調節することにより、式(1)、式(2)を充足する多孔質膜を製造することができる。 Here, by adjusting the peripheral speed of the rolling roll used for the rolling treatment in the step (2) and / or the ratio of the stretching temperature / stretching ratio of the stretching in the step (4) and the step (3 ′), A porous membrane satisfying the formulas (1) and (2) can be produced.
具体的には、以下の式(3)の関係を満たすように、圧延ロールの周速と延伸の延伸温度/延伸倍率の比とを調節することが好ましい。
Y≧−2.3×X+22.2 …(3)
(式(3)中、Xは、圧延ロールの周速を表し、Yは、TDの延伸の延伸温度/延伸倍率の比を表す。)
さらに、熱固定後の延伸フィルムを冷却後、再度、延伸・熱固定操作を繰り返し行うことによっても、式(1)、式(2)を充足する多孔質膜を製造することができる。具体的には、MD方向、TD方向に、さらに追加延伸を行う方法が挙げられ、当該追加延伸の方向としてはMD方向が好ましい。
Specifically, it is preferable to adjust the peripheral speed of the rolling roll and the ratio of stretching temperature / stretching ratio so as to satisfy the relationship of the following formula (3).
Y ≧ −2.3 × X + 22.2 (3)
(In formula (3), X represents the peripheral speed of the rolling roll, and Y represents the ratio of the stretching temperature / stretching ratio of TD stretching.)
Furthermore, the porous film which satisfies Formula (1) and Formula (2) can be manufactured also by repeating extending | stretching and heat setting operation again after cooling the stretched film after heat setting. Specifically, a method of performing additional stretching in the MD direction and the TD direction is exemplified, and the MD direction is preferable as the direction of the additional stretching.
加えて、必要に応じて、多孔質膜の組成、熱固定温度等の他の条件を適宜組み合わせることにより、式(1)、式(2)を充足する多孔質膜を製造することもできる。 In addition, if necessary, a porous film satisfying the expressions (1) and (2) can be manufactured by appropriately combining other conditions such as the composition of the porous film and the heat setting temperature.
また、多孔質膜上に接着層や耐熱層、保護層等の公知の多孔質層を備えていてもよい。本明細書において、非水電解液二次電池用セパレータと、多孔質層とを備えるセパレータのことを非水電解液二次電池用積層セパレータ(以下、積層セパレータということがある)という。多孔質膜上に多孔質層を形成し、非水電解液二次電池用積層セパレータを作製する場合には、上記多孔質層を形成する前に、つまり、後述する塗工液を塗工する前に、上記多孔質膜に対して親水化処理を施しておくことがより好ましい。多孔質膜に親水化処理を施しておくことにより、塗工液の塗工性がより向上し、それゆえ、より均一な多孔質層を形成することができる。この親水化処理は、塗工液に含まれる溶媒(分散媒)に占める水の割合が高い場合に有効である。上記親水化処理としては、具体的には、例えば、酸やアルカリ等による薬剤処理、コロナ処理、プラズマ処理等の公知の処理が挙げられる。上記親水化処理のうち、比較的短時間で多孔質膜を親水化することができる上に、親水化が多孔質膜の表面近傍のみに限られ、多孔質膜の内部を変質しないことから、コロナ処理がより好ましい。 Moreover, you may provide well-known porous layers, such as an adhesion layer, a heat-resistant layer, and a protective layer, on a porous membrane. In this specification, a separator provided with a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a porous layer is referred to as a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter sometimes referred to as a laminated separator). When a porous layer is formed on the porous membrane to produce a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the coating liquid described later is applied before forming the porous layer. More preferably, the porous membrane is subjected to a hydrophilic treatment before. By applying a hydrophilic treatment to the porous film, the coating property of the coating liquid is further improved, and therefore a more uniform porous layer can be formed. This hydrophilization treatment is effective when the proportion of water in the solvent (dispersion medium) contained in the coating liquid is high. Specific examples of the hydrophilic treatment include known treatments such as chemical treatment with acid or alkali, corona treatment, plasma treatment and the like. Among the above hydrophilization treatments, the porous membrane can be hydrophilized in a relatively short time, and the hydrophilization is limited only to the vicinity of the surface of the porous membrane, so that the inside of the porous membrane does not change, Corona treatment is more preferred.
<多孔質層>
本発明に係る多孔質層は、通常、樹脂を含んでなる樹脂層であり、微粒子を含んでいてもよい。本発明に係る多孔質層は、好ましくは、多孔質膜の片面または両面に積層される耐熱層または接着層である。多孔質層を構成する樹脂は、電池の電解液に不溶であり、また、その電池の使用範囲において電気化学的に安定であることが好ましい。多孔質膜の片面に多孔質層が積層される場合には、当該多孔質層は、好ましくは、非水電解液二次電池としたときの、多孔質膜における正極と対向する面に積層され、より好ましくは、正極と接する面に積層される。
<Porous layer>
The porous layer according to the present invention is usually a resin layer containing a resin and may contain fine particles. The porous layer according to the present invention is preferably a heat-resistant layer or an adhesive layer laminated on one side or both sides of the porous membrane. The resin constituting the porous layer is preferably insoluble in the battery electrolyte and electrochemically stable in the battery usage range. When a porous layer is laminated on one side of the porous membrane, the porous layer is preferably laminated on the surface of the porous membrane facing the positive electrode when a non-aqueous electrolyte secondary battery is used. More preferably, it is laminated on the surface in contact with the positive electrode.
当該樹脂としては、具体的には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン;フッ化ビニリデンの単独重合体(ポリフッ化ビニリデン)、フッ化ビニリデンの共重合体(例えば、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−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体)、テトラフルオロエチレンの共重合体(例えば、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)等の含フッ素樹脂;前記含フッ素樹脂の中でもガラス転移温度が23℃以下である含フッ素ゴム;芳香族ポリアミド;全芳香族ポリアミド(アラミド樹脂);スチレン−ブタジエン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリ酢酸ビニル等のゴム類;ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド、ポリエステル等の融点やガラス転移温度が180℃以上の樹脂;ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸等の水溶性ポリマー等が挙げられる。 Specific examples of the resin include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutene, and ethylene-propylene copolymer; homopolymers of vinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride) and copolymers of vinylidene fluoride (for example, Vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer), tetrafluoroethylene copolymer (for example, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer), etc. Fluororesin; Fluororesin having a glass transition temperature of 23 ° C. or less among the fluorinated resins; aromatic polyamide; wholly aromatic polyamide (aramid resin); styrene-butadiene copolymer and its hydride, methacrylate ester Polymer, acrylonitrile -Rubbers such as acrylic acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester copolymer, ethylene propylene rubber, polyvinyl acetate; polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, polyether Resins having a melting point or glass transition temperature of 180 ° C. or higher such as amide and polyester; water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, cellulose ether, sodium alginate, polyacrylic acid, polyacrylamide, and polymethacrylic acid.
また、本発明に係る多孔質層に含まれる樹脂としては、非水溶性ポリマーをも好適に用いることができる。言い換えると、本発明に係る多孔質層を製造する際に、非水溶性ポリマー(例えば、アクリレート系樹脂)を水系溶媒に分散させたエマルションやディスパージョンを使用して、前記樹脂として前記非水溶性ポリマーを含む、本発明に係る多孔質層を製造することも好ましい。 Moreover, a water-insoluble polymer can also be used suitably as resin contained in the porous layer which concerns on this invention. In other words, when the porous layer according to the present invention is produced, an emulsion or a dispersion in which a water-insoluble polymer (for example, acrylate resin) is dispersed in an aqueous solvent is used, and the water-insoluble as the resin. It is also preferred to produce a porous layer according to the invention comprising a polymer.
ここで、非水溶性ポリマーとは、水系溶媒には溶解せず、粒子となって水系溶媒に分散するポリマーである。非水溶性ポリマーの定義は明確ではないが、例えば、国際公開2013/031690号によれば、「ポリマーが非水溶性である」とは、25℃において、当該ポリマー0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が90重量%以上となることをいう、と定義されている。一方、「ポリマーが水溶性である」とは、25℃において、当該ポリマー0.5gを100gの水に溶解した際に、不溶分が0.5重量%未満となることをいう旨が定義されている。前記非水溶性ポリマーの粒子の形状は特に限定されるものではないが、球状であることが望ましい。 Here, the water-insoluble polymer is a polymer that does not dissolve in the aqueous solvent but becomes particles and is dispersed in the aqueous solvent. Although the definition of the water-insoluble polymer is not clear, for example, according to International Publication No. 2013/031690, “the polymer is water-insoluble” means that 0.5 g of the polymer is added to 100 g of water at 25 ° C. It is defined as that when dissolved, the insoluble content becomes 90% by weight or more. On the other hand, “the polymer is water-soluble” is defined to mean that when 0.5 g of the polymer is dissolved in 100 g of water at 25 ° C., the insoluble content is less than 0.5% by weight. ing. The shape of the water-insoluble polymer particles is not particularly limited, but is preferably spherical.
非水溶性ポリマーは、例えば、後述する単量体を含む単量体組成物を水系溶媒中で重合し、重合物の粒子とすることにより製造される。 The water-insoluble polymer is produced, for example, by polymerizing a monomer composition containing a monomer described later in an aqueous solvent to form polymer particles.
前記非水溶性ポリマーの単量体としては、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等が挙げられる。 Examples of the water-insoluble polymer monomer include styrene, vinyl ketone, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, and butyl acrylate.
また、前記重合物には、単量体の単独重合体の他にも、2種類以上の単量体の共重合体も含まれ得る。前記重合物としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンの共重合体(例えば、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−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体)、テトラフルオロエチレン共重合体(例えば、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)の含フッ素樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸ブチル;などが挙げられる。 In addition to the monomer homopolymer, the polymer may include a copolymer of two or more monomers. Examples of the polymer include polyvinylidene fluoride and vinylidene fluoride copolymers (for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer), tetrafluoroethylene. Fluorine-containing resin of a copolymer (for example, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer); melamine resin; urea resin; polyethylene; polypropylene; polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polybutyl acrylate;
水系溶媒は、水を主成分とし、前記非水溶性ポリマー粒子の分散が可能なものであれば格別限定されず、水と任意の割合で混合し得るメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、N−メチルピロリドンなどの有機溶媒を、任意の量、含んでも良く、また、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩などの分散剤等を添加しても良い。前記溶媒や界面活性剤等の添加剤を用いる場合には、単独又は2種以上を混合して用いることができ、有機溶媒の水に対する重量比率は0.1〜99重量%であり、好ましくは0.5〜80重量%であり、さらに好ましくは1〜50重量%である。 The aqueous solvent is not particularly limited as long as it contains water as a main component and can disperse the water-insoluble polymer particles. Methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetone, tetrahydrofuran, which can be mixed with water at an arbitrary ratio, An organic solvent such as acetonitrile and N-methylpyrrolidone may be contained in any amount, and a surfactant such as sodium dodecylbenzenesulfonate, a dispersant such as polyacrylic acid, sodium salt of carboxymethylcellulose, etc. may be added. May be. When an additive such as the solvent or surfactant is used, it can be used alone or in combination of two or more, and the weight ratio of the organic solvent to water is 0.1 to 99% by weight, preferably It is 0.5 to 80 weight%, More preferably, it is 1 to 50 weight%.
なお、本発明に係る多孔質層に含まれる樹脂は、1種類でもよく、2種類以上の樹脂の混合物でもよい。 In addition, the resin contained in the porous layer according to the present invention may be one type or a mixture of two or more types of resins.
また、上記芳香族ポリアミドとしては、具体的には、例えば、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(メタベンズアミド)、ポリ(4,4’−ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン−4,4’−ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン−4,4’−ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン−2,6−ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン−2,6−ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2−クロロパラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体、メタフェニレンテレフタルアミド/2,6−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体等が挙げられる。このうち、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)がより好ましい。
上記樹脂のうち、ポリオレフィン、含フッ素樹脂、芳香族ポリアミド、水溶性ポリマー、および、水系溶媒に分散された粒子状の非水溶性ポリマーがより好ましい。中でも、多孔質層が正極に対向して配置される場合には、電池作動時の酸性劣化による、非水電解液二次電池のレート特性や抵抗特性(液抵抗)等の各種性能を維持し易いため、含フッ素樹脂および含フッ素ゴムがさらに好ましく、フッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、トリクロロエチレン、およびフッ化ビニルからなる群から選ばれる少なくとも1つのモノマー等との共重合体(すなわちフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体など)、並びに、フッ化ビニリデンの単独重合体(すなわちポリフッ化ビニリデン)が特に好ましい。水溶性ポリマー、および、水系溶媒に分散された粒子状の非水溶性ポリマーは、多孔質層を形成するときの溶媒として水を用いることができるため、プロセスや環境負荷の面からより好ましい。前記水溶性ポリマーは、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウムがさらに好ましく、セルロースエーテルが特に好ましい。
Specific examples of the aromatic polyamide include poly (paraphenylene terephthalamide), poly (metaphenylene isophthalamide), poly (parabenzamide), poly (metabenzamide), and poly (4,4 ′). -Benzanilide terephthalamide), poly (paraphenylene-4,4'-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly (metaphenylene-4,4'-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly (paraphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid) Acid amide), poly (metaphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), poly (2-chloroparaphenylene terephthalamide), paraphenylene terephthalamide / 2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer, metaphenylene Terephthalamide / 2,6 Dichloro-para-phenylene terephthalamide copolymer and the like. Of these, poly (paraphenylene terephthalamide) is more preferable.
Among the above resins, polyolefin, fluorine-containing resin, aromatic polyamide, water-soluble polymer, and particulate water-insoluble polymer dispersed in an aqueous solvent are more preferable. In particular, when the porous layer is arranged facing the positive electrode, various performances such as rate characteristics and resistance characteristics (liquid resistance) of the non-aqueous electrolyte secondary battery are maintained due to acid degradation during battery operation. Fluorine-containing resins and fluorine-containing rubbers are more preferable because they are easy, and vinylidene fluoride and at least one monomer selected from the group consisting of hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, trichloroethylene, and vinyl fluoride, etc. A copolymer (that is, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, etc.) and a homopolymer of vinylidene fluoride (that is, polyvinylidene fluoride) are particularly preferable. The water-soluble polymer and the particulate water-insoluble polymer dispersed in an aqueous solvent are more preferable from the viewpoint of process and environmental load because water can be used as a solvent when forming the porous layer. The water-soluble polymer is more preferably cellulose ether or sodium alginate, particularly preferably cellulose ether.
セルロースエーテルとしては、具体的には、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、カルボキシエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、シアンエチルセルロース、オキシエチルセルロース等が挙げられ、長時間にわたる使用における劣化が少なく、化学的な安定性に優れているCMCおよびHECがより好ましく、CMCが特に好ましい。 Specific examples of the cellulose ether include carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), carboxyethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, cyanethyl cellulose, oxyethyl cellulose, etc. CMC and HEC which are excellent in chemical stability are more preferable, and CMC is particularly preferable.
また、前記水系溶媒に分散された粒子状の非水溶性ポリマーは、本発明の多孔質層に微粒子が含まれる場合の当該微粒子間(例えば、無機フィラー間)の接着性の観点から、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリレート系単量体の単独重合体もしくは、2種類以上の単量体の共重合体が好ましい。 Further, the particulate water-insoluble polymer dispersed in the aqueous solvent is methacrylic acid from the viewpoint of adhesiveness between the fine particles (for example, between inorganic fillers) when the porous layer of the present invention contains fine particles. Homopolymers of acrylate monomers such as methyl, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, and butyl acrylate, or copolymers of two or more types of monomers are preferred.
本明細書における微粒子とは、一般にフィラーと称される有機微粒子または無機微粒子のことである。従って、上記樹脂は、微粒子同士、並びに微粒子と多孔質膜とを結着させるバインダー樹脂としての機能を有することとなる。また、上記微粒子は、絶縁性微粒子が好ましい。 The fine particles in the present specification are organic fine particles or inorganic fine particles generally called a filler. Therefore, the resin has a function as a binder resin that binds the fine particles to each other and the fine particles and the porous film. The fine particles are preferably insulating fine particles.
本発明において多孔質層に含まれる有機微粒子としては、具体的には、例えば、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル等の単量体の単独重合体或いは2種類以上の共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸;等が挙げられる。これらの有機微粒子は、絶縁性微粒子である。 Specific examples of the organic fine particles contained in the porous layer in the present invention include monomers such as styrene, vinyl ketone, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, and methyl acrylate. Homopolymer or two or more types of copolymers; fluorinated resins such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride; melamine Resin; urea resin; polyethylene; polypropylene; polyacrylic acid, polymethacrylic acid; These organic fine particles are insulating fine particles.
本発明において多孔質層に含まれる無機微粒子としては、具体的には、例えば、炭酸カルシウム、タルク、クレー、カオリン、シリカ、ハイドロタルサイト、珪藻土、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、ベーマイト、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、窒化チタン、アルミナ(酸化アルミニウム)、窒化アルミニウム、マイカ、ゼオライト、ガラス等の無機物からなるフィラーが挙げられる。これらの無機微粒子は、絶縁性微粒子である。上記微粒子は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Specifically, the inorganic fine particles contained in the porous layer in the present invention include, for example, calcium carbonate, talc, clay, kaolin, silica, hydrotalcite, diatomaceous earth, magnesium carbonate, barium carbonate, calcium sulfate, magnesium sulfate, Examples include fillers made of inorganic substances such as barium sulfate, aluminum hydroxide, boehmite, magnesium hydroxide, calcium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, titanium nitride, alumina (aluminum oxide), aluminum nitride, mica, zeolite, and glass. These inorganic fine particles are insulating fine particles. Only one type of fine particles may be used, or two or more types may be used in combination.
上記微粒子のうち、無機物からなる微粒子が好適であり、シリカ、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、アルミナ、マイカ、ゼオライト、水酸化アルミニウム、ベーマイト等の無機酸化物からなる微粒子がより好ましく、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、水酸化アルミニウム、ベーマイトおよびアルミナからなる群から選択される少なくとも1種の微粒子がさらに好ましく、アルミナが特に好ましい。アルミナには、α−アルミナ、β−アルミナ、γ−アルミナ、θ−アルミナ等の多くの結晶形が存在するが、何れも好適に使用することができる。この中でも、熱的安定性および化学的安定性が特に高いため、α−アルミナが最も好ましい。 Among the above fine particles, fine particles made of an inorganic substance are suitable, and fine particles made of an inorganic oxide such as silica, calcium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, alumina, mica, zeolite, aluminum hydroxide, boehmite are more preferable, silica, At least one fine particle selected from the group consisting of magnesium oxide, titanium oxide, aluminum hydroxide, boehmite and alumina is more preferred, and alumina is particularly preferred. Alumina has many crystal forms such as α-alumina, β-alumina, γ-alumina, and θ-alumina, and any of them can be suitably used. Among these, α-alumina is most preferable because of its particularly high thermal stability and chemical stability.
微粒子の形状は、原料である有機物または無機物の製造方法や、多孔質層を形成するための塗工液を作製するときの微粒子の分散条件等によって変化し、球形、長円形、短形、瓢箪形等の形状、或いは特定の形状を有さない不定形等、何れの形状であってもよい。 The shape of the fine particles varies depending on the production method of the organic or inorganic material as a raw material, the dispersion conditions of the fine particles when producing a coating liquid for forming a porous layer, and the like, spherical, oval, short, The shape may be any shape such as a shape or an indefinite shape having no specific shape.
多孔質層が微粒子を含んでいる場合において、微粒子の含有量は、多孔質層の1〜99体積%であることが好ましく、5〜95体積%であることがより好ましい。微粒子の含有量を上記範囲とすることにより、微粒子同士の接触によって形成される空隙が、樹脂等によって閉塞されることが少なくなり、充分なイオン透過性を得ることができると共に、単位面積当たりの目付を適切な値にすることができる。 In the case where the porous layer contains fine particles, the content of the fine particles is preferably 1 to 99% by volume, more preferably 5 to 95% by volume of the porous layer. By setting the content of the fine particles in the above range, voids formed by the contact between the fine particles are less likely to be blocked by a resin or the like, and sufficient ion permeability can be obtained, and per unit area. The basis weight can be set to an appropriate value.
微粒子は、粒子径や比表面積が互いに異なる2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The fine particles may be used in combination of two or more different particle diameters and specific surface areas.
多孔質層に含まれる微粒子の含有量は、多孔質層の1〜99体積%であることが好ましく、5〜95体積%であることがより好ましい。微粒子の含有量を上記範囲とすることにより、微粒子同士の接触によって形成される空隙が、樹脂等によって閉塞されることが少なくなり、充分なイオン透過性を得ることができると共に、単位面積当たりの目付を適切な値にすることができる。 The content of the fine particles contained in the porous layer is preferably 1 to 99% by volume, more preferably 5 to 95% by volume of the porous layer. By setting the content of the fine particles in the above range, voids formed by the contact between the fine particles are less likely to be blocked by a resin or the like, and sufficient ion permeability can be obtained, and per unit area. The basis weight can be set to an appropriate value.
本発明に係る多孔質層の膜厚は、非水電解液二次電池用積層セパレータである積層体の膜厚を考慮して適宜決定すればよいものの、多孔質膜を基材として用い、多孔質膜の片面または両面に多孔質層を積層して積層体を形成する場合においては、0.5〜15μm(片面当たり)であることが好ましく、2〜10μm(片面当たり)であることがより好ましい。 The film thickness of the porous layer according to the present invention may be appropriately determined in consideration of the film thickness of the laminate that is a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery. In the case of forming a laminate by laminating a porous layer on one side or both sides of a membrane, it is preferably 0.5 to 15 μm (per one side), more preferably 2 to 10 μm (per one side). preferable.
多孔質層の膜厚が1μm未満であると、積層体を非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いたときに、電池の破損等による内部短絡を充分に防止することができない。また、多孔質層における電解液の保持量が低下する。一方、多孔質層の膜厚が両面の合計で30μmを超えると、積層体を非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いたときに、当該セパレータ全域におけるリチウムイオンの透過抵抗が増加するので、サイクルを繰り返すと正極が劣化し、レート特性やサイクル特性が低下する。また、正極および負極間の距離が増加するので非水電解液二次電池が大型化する。 When the thickness of the porous layer is less than 1 μm, an internal short circuit due to battery breakage or the like cannot be sufficiently prevented when the laminate is used as a laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery. In addition, the amount of electrolytic solution retained in the porous layer decreases. On the other hand, if the total thickness of the porous layer exceeds 30 μm, when the laminate is used as a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the lithium ion permeation resistance increases across the separator. When the cycle is repeated, the positive electrode deteriorates, and the rate characteristics and cycle characteristics deteriorate. In addition, since the distance between the positive electrode and the negative electrode is increased, the nonaqueous electrolyte secondary battery is increased in size.
多孔質層の物性に関する下記説明においては、多孔質膜の両面に多孔質層が積層される場合には、非水電解液二次電池としたときの、多孔質膜における正極と対向する面に積層された多孔質層の物性を少なくとも指す。 In the following explanation regarding the physical properties of the porous layer, when the porous layer is laminated on both sides of the porous membrane, the surface of the porous membrane facing the positive electrode when a non-aqueous electrolyte secondary battery is formed is used. It refers to at least the physical properties of the laminated porous layer.
多孔質層の単位面積当たりの目付(片面当たり)は、積層体の強度、膜厚、重量、およびハンドリング性を考慮して適宜決定すればよいものの、積層体を非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いた場合の当該電池の重量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高くすることができるように、通常、1〜20g/m2であることが好ましく、4〜10g/m2であることがより好ましい。多孔質層の目付が上記範囲を超える場合には、積層体を非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いたときに、非水電解液二次電池が重くなる。 The basis weight per unit area (per side) of the porous layer may be appropriately determined in consideration of the strength, film thickness, weight, and handling properties of the laminate, but the laminate is used for a non-aqueous electrolyte secondary battery. to be able to increase the weight energy density and volume energy density of the battery in the case of using a laminated separator, usually, it is preferably from 1 to 20 g / m 2, a 4~10g / m 2 More preferred. When the basis weight of the porous layer exceeds the above range, the non-aqueous electrolyte secondary battery becomes heavy when the laminate is used as a laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
また、多孔質層の1平方メートル当たりに含まれる多孔質層構成成分の体積(片面当たり)は、0.5〜20cm3であることが好ましく、1〜10cm3であることがより好ましく、2〜7cm3であることがさらに好ましい。つまり、多孔質層の成分体積目付(片面当たり)は、0.5〜20cm3/m2であることが好ましく、1〜10cm3/m2であることがより好ましく、2〜7cm3/m2であることがさらに好ましい。多孔質層の成分体積目付が0.5cm3/m2を下回る場合には、積層体を非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いたときに、電池の破損等による内部短絡を充分に防止することができない。また、多孔質層の成分体積目付が20cm3/m2を上回る場合には、積層体を非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いたときに、当該セパレータ全域におけるリチウムイオンの透過抵抗が増加するので、サイクルを繰り返すと正極が劣化し、レート特性やサイクル特性が低下する。 The volume of the porous layer constituents contained per square meter porous layer (per one side) is preferably 0.5~20Cm 3, more preferably 1 to 10 cm 3,. 2 to More preferably, it is 7 cm 3 . That is, component volume of the porous layer having a basis weight (per one side) is preferably 0.5~20cm 3 / m 2, more preferably 1~10cm 3 / m 2, 2~7cm 3 / m 2 is more preferable. When the volume per unit volume of the porous layer is less than 0.5 cm 3 / m 2 , the internal short circuit due to battery damage or the like is sufficiently prevented when the laminate is used as a laminate separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery. It cannot be prevented. Moreover, when the volume per unit area of the porous layer exceeds 20 cm 3 / m 2 , when the laminate is used as a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the lithium ion permeation resistance in the entire separator is reduced. Therefore, when the cycle is repeated, the positive electrode deteriorates, and the rate characteristics and cycle characteristics deteriorate.
多孔質層の空隙率は、充分なイオン透過性を得ることができるように、20〜90体積%であることが好ましく、30〜80体積%であることがより好ましい。また、多孔質層が有する細孔の孔径は、上記多孔質層および上記多孔質層を含む非水電解液二次電池用積層セパレータが、充分なイオン透過性を得ることができるように、3μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましい。 The porosity of the porous layer is preferably 20 to 90% by volume, and more preferably 30 to 80% by volume so that sufficient ion permeability can be obtained. The pore diameter of the porous layer is 3 μm so that the porous layer and the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery including the porous layer can obtain sufficient ion permeability. Or less, more preferably 1 μm or less.
<積層体>
本発明の非水電解液二次電池用積層セパレータである積層体は、上述の多孔質膜の片面または両面に上述の多孔質層が積層している構成を備える。
<Laminated body>
The laminated body which is a laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries of the present invention has a configuration in which the above porous layer is laminated on one side or both sides of the above porous membrane.
本発明における積層体の膜厚は、5.5μm〜45μmであることが好ましく、6μm〜25μmであることがより好ましい。 The thickness of the laminate in the present invention is preferably 5.5 μm to 45 μm, and more preferably 6 μm to 25 μm.
本発明における積層体の透気度は、ガーレ値で30〜1000sec/100mLであることが好ましく、50〜800sec/100mLであることがより好ましい。積層体が上記透気度を有することにより、積層体を非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いたときに、充分なイオン透過性を得ることができる。透気度が上記範囲を超える場合には、積層体の空隙率が高いために積層構造が粗になっていることを意味し、結果として積層体の強度が低下して、特に高温での形状安定性が不充分になるおそれがある。一方、透気度が上記範囲未満の場合には、非水電解液二次電池用積層セパレータとして用いたときに、充分なイオン透過性を得ることができず、非水電解液二次電池の電池特性を低下させることがある。 The air permeability of the laminate in the present invention is preferably 30 to 1000 sec / 100 mL as a Gurley value, and more preferably 50 to 800 sec / 100 mL. When the laminate has the above air permeability, sufficient ion permeability can be obtained when the laminate is used as a laminate separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery. When the air permeability exceeds the above range, it means that the laminated structure is rough because the porosity of the laminated body is high, and as a result, the strength of the laminated body is reduced, and the shape at a high temperature is particularly high. Stability may be insufficient. On the other hand, if the air permeability is less than the above range, sufficient ion permeability cannot be obtained when used as a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and the non-aqueous electrolyte secondary battery Battery characteristics may be degraded.
尚、本発明における積層体は、上記多孔質膜および多孔質層の他に、必要に応じて、耐熱層や接着層、保護層等の公知の多孔質膜を、本発明の目的を損なわない範囲で含んでいてもよい。
<多孔質層、積層体の製造方法>
本発明における多孔質層および積層体の製造方法としては、例えば、後述する塗工液を上記多孔質膜の表面に塗布し、乾燥させることによって多孔質層を析出させる方法が挙げられる。
In addition to the above porous film and porous layer, the laminated body in the present invention does not impair the object of the present invention with a known porous film such as a heat-resistant layer, an adhesive layer, or a protective layer, if necessary. It may be included in the range.
<Method for producing porous layer and laminate>
As a manufacturing method of the porous layer and laminated body in this invention, the method of depositing a porous layer by apply | coating the coating liquid mentioned later to the surface of the said porous membrane, and drying is mentioned, for example.
本発明における多孔質層の製造方法に使用される塗工液は、通常、本発明における多孔質層に含まれる樹脂を溶媒に溶解させると共に、本発明における多孔質層に含まれる微粒子を分散させることにより調製され得る。 The coating liquid used in the method for producing a porous layer in the present invention usually dissolves the resin contained in the porous layer in the present invention in a solvent and disperses the fine particles contained in the porous layer in the present invention. Can be prepared.
上記溶媒(分散媒)は、多孔質膜に悪影響を及ぼさず、上記樹脂を均一かつ安定に溶解し、上記微粒子を均一かつ安定に分散させることができればよく、特に限定されるものではない。上記溶媒(分散媒)としては、具体的には、例えば、水;メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、t−ブチルアルコール等の低級アルコール;アセトン、トルエン、キシレン、ヘキサン、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等が挙げられる。上記溶媒(分散媒)は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The solvent (dispersion medium) is not particularly limited as long as it does not adversely affect the porous membrane, can dissolve the resin uniformly and stably, and can uniformly and stably disperse the fine particles. Specific examples of the solvent (dispersion medium) include water; lower alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, and t-butyl alcohol; acetone, toluene, xylene, hexane, N -Methylpyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide and the like. The solvent (dispersion medium) may be used alone or in combination of two or more.
塗工液は、所望の多孔質層を得るのに必要な樹脂固形分(樹脂濃度)や微粒子量等の条件を満足することができれば、どのような方法で形成されてもよい。塗工液の形成方法としては、具体的には、例えば、機械攪拌法、超音波分散法、高圧分散法、メディア分散法等が挙げられる。また、例えば、スリーワンモーター、ホモジナイザー、メディア型分散機、圧力式分散機等の従来公知の分散機を使用して微粒子を溶媒(分散媒)に分散させてもよい。さらに、樹脂を溶解若しくは膨潤させた液、或いは樹脂の乳化液を、所望の平均粒子径を有する微粒子を得るための湿式粉砕時に、湿式粉砕装置内に供給し、微粒子の湿式粉砕と同時に塗工液を調製することもできる。つまり、微粒子の湿式粉砕と塗工液の調製とを一つの工程で同時に行ってもよい。また、上記塗工液は、本発明の目的を損なわない範囲で、上記樹脂および微粒子以外の成分として、分散剤や可塑剤、界面活性剤、pH調整剤等の添加剤を含んでいてもよい。尚、添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない範囲であればよい。 The coating liquid may be formed by any method as long as the conditions such as the resin solid content (resin concentration) and the amount of fine particles necessary for obtaining a desired porous layer can be satisfied. Specific examples of the method for forming the coating liquid include a mechanical stirring method, an ultrasonic dispersion method, a high-pressure dispersion method, and a media dispersion method. Further, for example, fine particles may be dispersed in a solvent (dispersion medium) by using a conventionally known disperser such as a three-one motor, a homogenizer, a media type disperser, or a pressure disperser. Furthermore, a solution obtained by dissolving or swelling a resin or an emulsion of a resin is supplied into a wet pulverization apparatus at the time of wet pulverization to obtain fine particles having a desired average particle size, and is applied simultaneously with the wet pulverization of the fine particles A liquid can also be prepared. That is, the wet pulverization of the fine particles and the preparation of the coating liquid may be performed simultaneously in one step. In addition, the coating liquid may contain additives such as a dispersant, a plasticizer, a surfactant, and a pH adjuster as components other than the resin and fine particles as long as the object of the present invention is not impaired. . In addition, the addition amount of an additive should just be a range which does not impair the objective of this invention.
塗工液の多孔質膜への塗布方法、つまり、必要に応じて親水化処理が施された多孔質膜の表面への多孔質層の形成方法は、特に制限されるものではない。多孔質膜の両面に多孔質層を積層する場合においては、多孔質膜の一方の面に多孔質層を形成した後、他方の面に多孔質層を形成する逐次積層方法や、多孔質膜の両面に多孔質層を同時に形成する同時積層方法を行うことができる。多孔質層の形成方法、すなわち積層体の製造方法としては、例えば、塗工液を多孔質膜の表面に直接塗布した後、溶媒(分散媒)を除去する方法;塗工液を適当な支持体に塗布し、溶媒(分散媒)を除去して多孔質層を形成した後、この多孔質層と多孔質膜とを圧着させ、次いで支持体を剥がす方法;塗工液を適当な支持体に塗布した後、塗布面に多孔質膜を圧着させ、次いで支持体を剥がした後に溶媒(分散媒)を除去する方法;塗工液中に多孔質膜を浸漬し、ディップコーティングを行った後に溶媒(分散媒)を除去する方法;等が挙げられる。多孔質層の厚さは、塗工後の湿潤状態(ウェット)の塗工膜の厚さ、樹脂と微粒子との重量比、塗工液の固形分濃度(樹脂濃度と微粒子濃度との和)等を調節することによって制御することができる。尚、支持体としては、例えば、樹脂製のフィルム、金属製のベルト、ドラム等を用いることができる。 The method for applying the coating liquid to the porous film, that is, the method for forming the porous layer on the surface of the porous film that has been subjected to hydrophilic treatment as necessary is not particularly limited. In the case of laminating a porous layer on both sides of the porous membrane, a sequential laminating method in which a porous layer is formed on one surface of the porous membrane and then a porous layer is formed on the other surface, or a porous membrane A simultaneous lamination method in which a porous layer is simultaneously formed on both surfaces of the substrate can be performed. As a method for forming a porous layer, that is, a method for producing a laminate, for example, a method in which a coating liquid is directly applied to the surface of a porous film and then a solvent (dispersion medium) is removed; A method in which a porous layer is formed by removing the solvent (dispersion medium) after applying to the body, and then pressing the porous layer and the porous membrane and then peeling the support; A method of removing the solvent (dispersion medium) after peeling the support, and then immersing the porous membrane in the coating solution and performing dip coating And a method of removing the solvent (dispersion medium). The thickness of the porous layer is the thickness of the coating film in the wet state (wet) after coating, the weight ratio between the resin and fine particles, and the solid content concentration of the coating liquid (the sum of the resin concentration and fine particle concentration) It can be controlled by adjusting etc. In addition, as a support body, a resin film, a metal belt, a drum, etc. can be used, for example.
上記塗工液を多孔質膜または支持体に塗布する方法は、必要な目付や塗工面積を実現し得る方法であればよく、特に制限されるものではない。塗工液の塗布方法としては、従来公知の方法を採用することができ、具体的には、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクターブレードコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、バーコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法等が挙げられる。 The method for applying the coating liquid to the porous membrane or the support is not particularly limited as long as it is a method capable of realizing the necessary weight per unit area and coating area. As a coating method of the coating liquid, conventionally known methods can be employed. Specifically, for example, a gravure coater method, a small diameter gravure coater method, a reverse roll coater method, a transfer roll coater method, a kiss coater method, a dip coater method, Examples include a coater method, a knife coater method, an air doctor blade coater method, a blade coater method, a rod coater method, a squeeze coater method, a cast coater method, a bar coater method, a die coater method, a screen printing method, and a spray coating method.
溶媒(分散媒)の除去方法は、乾燥による方法が一般的である。乾燥方法としては、自然乾燥、送風乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥等が挙げられるが、溶媒(分散媒)を充分に除去することができるのであれば如何なる方法でもよい。また、塗工液に含まれる溶媒(分散媒)を他の溶媒に置換してから乾燥を行ってもよい。溶媒(分散媒)を他の溶媒に置換してから除去する方法としては、例えば、塗工液に含まれる溶媒(分散媒)に溶解し、かつ、塗工液に含まれる樹脂を溶解しない他の溶媒(以下、溶媒X)を使用し、塗工液が塗布されて塗膜が形成された多孔質膜または支持体を上記溶媒Xに浸漬し、多孔質膜上または支持体上の塗膜中の溶媒(分散媒)を溶媒Xで置換した後に、溶媒Xを蒸発させる方法が挙げられる。この方法は、塗工液から溶媒(分散媒)を効率よく除去することができる。尚、多孔質膜または支持体に形成された塗工液の塗膜から溶媒(分散媒)或いは溶媒Xを除去するときに加熱を行う場合には、多孔質膜の細孔が収縮して透気度が低下することを回避するために、多孔質膜の透気度が低下しない温度、具体的には、10〜120℃、より好ましくは20〜80℃で行うことが望ましい。 As a method for removing the solvent (dispersion medium), a drying method is generally used. Examples of the drying method include natural drying, air drying, heat drying, and drying under reduced pressure. Any method may be used as long as the solvent (dispersion medium) can be sufficiently removed. Further, the solvent (dispersion medium) contained in the coating liquid may be replaced with another solvent before drying. As a method for removing the solvent (dispersion medium) after replacing it with another solvent, for example, it is possible to dissolve in the solvent (dispersion medium) contained in the coating liquid and not dissolve the resin contained in the coating liquid. A porous film or support on which a coating liquid is applied and a coating film is formed by immersing the solvent X in the solvent X to form a coating film on the porous film or the support. A method of evaporating the solvent X after replacing the solvent (dispersion medium) therein with the solvent X can be mentioned. This method can efficiently remove the solvent (dispersion medium) from the coating solution. When heating is performed when the solvent (dispersion medium) or the solvent X is removed from the coating film of the coating liquid formed on the porous film or the support, the pores of the porous film contract and become transparent. In order to avoid a decrease in the air temperature, it is desirable to carry out at a temperature at which the air permeability of the porous membrane does not decrease, specifically 10 to 120 ° C., more preferably 20 to 80 ° C.
溶媒(分散媒)の除去方法としては、特に、塗工液を基材に塗布した後、当該塗工液を乾燥させることによって多孔質層を形成することが好ましい。上記構成によれば、多孔質層の空隙率の変動率がより小さく、また、皺の少ない多孔質層を実現することができる。 As a method for removing the solvent (dispersion medium), it is particularly preferable to form the porous layer by applying the coating liquid to the substrate and then drying the coating liquid. According to the above configuration, it is possible to realize a porous layer having a smaller variation rate of the porosity of the porous layer and less wrinkles.
上記乾燥には、通常の乾燥装置を用いることができる。 A normal drying apparatus can be used for the drying.
[実施形態3:非水電解液二次電池用部材、実施形態4:非水電解液二次電池]
本発明の実施形態3に係る非水電解液二次電池用部材は、正極、本発明の実施形態1に係る非水電解液二次電池用セパレータ、または本発明の実施形態2に係る非水電解液二次電池用積層セパレータ、および負極がこの順で配置されていることを特徴とする。また、本発明の実施形態4に係る非水電解液二次電池は、本発明の実施形態1に係る非水電解液二次電池用セパレータ、または本発明の実施形態2に係る非水電解液二次電池用積層セパレータを含むことを特徴とし、本発明の実施形態3に係る非水電解液二次電池用部材を含むことが好ましい。尚、本発明の実施形態4に係る非水電解液二次電池は、他に非水電解液を含む。
[Embodiment 3: Nonaqueous electrolyte secondary battery member, Embodiment 4: Nonaqueous electrolyte secondary battery]
A member for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 3 of the present invention is a positive electrode, a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 1 of the present invention, or a non-aqueous liquid according to Embodiment 2 of the present invention. The laminated separator for electrolyte secondary batteries and the negative electrode are arranged in this order. In addition, the nonaqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 4 of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery separator according to Embodiment 1 of the present invention, or the nonaqueous electrolyte solution according to Embodiment 2 of the present invention. It includes a laminated separator for a secondary battery, and preferably includes a nonaqueous electrolyte secondary battery member according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to Embodiment 4 of the present invention additionally includes a non-aqueous electrolyte.
[非水電解液]
本発明における非水電解液は、一般に非水電解液二次電池に使用される非水電解液であり、特に限定されないが、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4等が挙げられる。上記リチウム塩は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。上記リチウム塩のうち、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、およびLiC(CF3SO2)3からなる群から選択される少なくとも1種のフッ素含有リチウム塩がより好ましい。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte in the present invention is a non-aqueous electrolyte generally used for a non-aqueous electrolyte secondary battery and is not particularly limited. For example, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent is used. Can be used. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 , lower aliphatic carboxylic acid lithium salt, LiAlCl 4 and the like. The lithium salt may be used alone or in combination of two or more. Among the lithium salts, at least one selected from the group consisting of LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiC (CF 3 SO 2 ) 3. More preferred are fluorine-containing lithium salts.
本発明における非水電解液を構成する有機溶媒としては、具体的には、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタン等のカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリル等のニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドン等のカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトン等の含硫黄化合物;並びに、上記有機溶媒にフッ素基が導入されてなる含フッ素有機溶媒;等が挙げられる。上記有機溶媒は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。上記有機溶媒のうち、カーボネート類がより好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒、または、環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒としては、作動温度範囲が広く、かつ、負極活物質として天然黒鉛や人造黒鉛等の黒鉛材料を用いた場合においても難分解性を示すことから、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒がさらに好ましい。 Specific examples of the organic solvent constituting the non-aqueous electrolyte in the present invention include, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolane- Carbonates such as 2-one and 1,2-di (methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoro Ethers such as propyldifluoromethyl ether, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; esters such as methyl formate, methyl acetate and γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; N, N-dimethylformamide, N, Amides such as dimethylacetamide; carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide and 1,3-propane sultone; and a fluorine group introduced into the organic solvent. And the like. Only one kind of the organic solvent may be used, or two or more kinds may be used in combination. Among the organic solvents, carbonates are more preferable, and a mixed solvent of cyclic carbonate and acyclic carbonate, or a mixed solvent of cyclic carbonate and ethers is more preferable. As a mixed solvent of cyclic carbonate and non-cyclic carbonate, ethylene carbonate has a wide operating temperature range and is difficult to decompose even when a graphite material such as natural graphite or artificial graphite is used as the negative electrode active material. More preferred is a mixed solvent containing dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
[正極]
正極としては、通常、正極活物質、導電材および結着剤を含む正極合剤を正極集電体上に担持したシート状の正極を用いる。
[Positive electrode]
As the positive electrode, a sheet-like positive electrode in which a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is usually supported on a positive electrode current collector is used.
上記正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料が挙げられる。当該材料としては、具体的には、例えば、V、Mn、Fe、Co、Ni等の遷移金属を少なくとも1種類含んでいるリチウム複合酸化物が挙げられる。上記リチウム複合酸化物のうち、平均放電電位が高いことから、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム等のα−NaFeO2型構造を有するリチウム複合酸化物、リチウムマンガンスピネル等のスピネル型構造を有するリチウム複合酸化物がより好ましい。当該リチウム複合酸化物は、種々の金属元素を含んでいてもよく、複合ニッケル酸リチウムがさらに好ましい。 Examples of the positive electrode active material include materials that can be doped / undoped with lithium ions. Specific examples of the material include lithium composite oxides containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, and Ni. Among the lithium composite oxides, since the average discharge potential is high, lithium composite oxides having an α-NaFeO 2 type structure such as lithium nickelate and lithium cobaltate, and lithium composites having a spinel type structure such as lithium manganese spinel Oxides are more preferred. The lithium composite oxide may contain various metal elements, and composite lithium nickelate is more preferable.
さらに、Ti、Zr、Ce、Y、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Ag、Mg、Al、Ga、InおよびSnからなる群から選択される少なくとも1種の金属元素のモル数とニッケル酸リチウム中のNiのモル数との和に対して、上記少なくとも1種の金属元素の割合が0.1〜20モル%となるように当該金属元素を含む複合ニッケル酸リチウムを用いると、高容量での使用におけるサイクル特性に優れるのでさらにより好ましい。中でもAlまたはMnを含み、かつ、Ni比率が85%以上、さらに好ましくは90%以上である活物質が、当該活物質を含む正極を備える非水電解液二次電池の高容量での使用におけるサイクル特性に優れることから、特に好ましい。 Furthermore, the number of moles of at least one metal element selected from the group consisting of Ti, Zr, Ce, Y, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, Mg, Al, Ga, In, and Sn When using the composite lithium nickelate containing the metal element so that the ratio of the at least one metal element is 0.1 to 20 mol% with respect to the sum of the number of moles of Ni in the lithium nickelate, It is even more preferable since it is excellent in cycle characteristics in use at a high capacity. Among them, an active material containing Al or Mn and having a Ni ratio of 85% or more, more preferably 90% or more is used in a high capacity of a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode containing the active material. Since it is excellent in cycling characteristics, it is especially preferable.
上記導電材としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体等の炭素質材料等が挙げられる。上記導電材は、1種類のみを用いてもよく、例えば人造黒鉛とカーボンブラックとを混合して用いる等、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the conductive material include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, and fired organic polymer compounds. Only one type of the conductive material may be used. For example, two or more types may be used in combination, such as a mixture of artificial graphite and carbon black.
上記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、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の共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、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−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレン、およびポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、アクリル樹脂、並びに、スチレンブタジエンゴムが挙げられる。尚、結着剤は、増粘剤としての機能も有している。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer. , Ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, thermoplastic polyimide, polyethylene, polypropylene, etc. Examples thereof include resins, acrylic resins, and styrene butadiene rubber. The binder also has a function as a thickener.
正極合剤を得る方法としては、例えば、正極活物質、導電材および結着剤を正極集電体上で加圧して正極合剤を得る方法;適当な有機溶剤を用いて正極活物質、導電材および結着剤をペースト状にして正極合剤を得る方法;等が挙げられる。 As a method for obtaining the positive electrode mixture, for example, a method of obtaining a positive electrode mixture by pressurizing a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector; a positive electrode active material, a conductive material using an appropriate organic solvent And a method of obtaining a positive electrode mixture by pasting a material and a binder.
上記正極集電体としては、例えば、Al、Ni、ステンレス等の導電体が挙げられ、薄膜に加工し易く、安価であることから、Alがより好ましい。 Examples of the positive electrode current collector include conductors such as Al, Ni, and stainless steel, and Al is more preferable because it is easily processed into a thin film and is inexpensive.
シート状の正極の製造方法、即ち、正極集電体に正極合剤を担持させる方法としては、例えば、正極合剤となる正極活物質、導電材および結着剤を正極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて正極活物質、導電材および結着剤をペースト状にして正極合剤を得た後、当該正極合剤を正極集電体に塗工し、乾燥して得られたシート状の正極合剤を加圧して正極集電体に固着する方法;等が挙げられる。 As a method for producing a sheet-like positive electrode, that is, a method of loading a positive electrode mixture on a positive electrode current collector, for example, a positive electrode active material, a conductive material, and a binder as a positive electrode mixture are added on the positive electrode current collector. Method of pressure molding: After a positive electrode active material, a conductive material and a binder are pasted using an appropriate organic solvent to obtain a positive electrode mixture, the positive electrode mixture is applied to the positive electrode current collector and dried. And a method of pressurizing the obtained sheet-like positive electrode mixture and fixing it to the positive electrode current collector.
[負極]
負極としては、通常、負極活物質を含む負極合剤を負極集電体上に担持したシート状の負極を用いる。シート状の負極には、好ましくは上記導電材、および、上記結着剤が含まれる。
[Negative electrode]
As the negative electrode, a sheet-like negative electrode in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is usually supported on a negative electrode current collector is used. The sheet-like negative electrode preferably contains the conductive material and the binder.
上記負極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料、リチウム金属またはリチウム合金等が挙げられる。当該材料としては、具体的には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体等の炭素質材料;正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープ・脱ドープを行う酸化物、硫化物等のカルコゲン化合物;アルカリ金属と合金化するアルミニウム(Al)、鉛(Pb)、錫(Sn)、ビスマス(Bi)、シリコン(Si)などの金属、アルカリ金属を格子間に挿入可能な立方晶系の金属間化合物(AlSb、Mg2Si、NiSi2)、リチウム窒素化合物(Li3-xMxN(M:遷移金属))等が挙げられる。上記負極活物質のうち、電位平坦性が高く、また平均放電電位が低いために正極と組み合わせた場合に大きなエネルギー密度が得られることから、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料を主成分とする炭素質材料がより好ましい。また、黒鉛とシリコンの混合物であってもよく、その黒鉛を構成する炭素(C)に対するSiの比率が5%以上である負極活物質が好ましく、10%以上である負極活物質がより好ましい。 Examples of the negative electrode active material include materials that can be doped / undoped with lithium ions, lithium metal, and lithium alloys. Specific examples of the material include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, and fired organic polymer compounds; Lithium ion doping and dedoping oxides, chalcogen compounds such as sulfides; aluminum (Al), lead (Pb), tin (Sn), bismuth (Bi), silicon (Si), etc. alloyed with alkali metals Cubic intermetallic compounds (AlSb, Mg 2 Si, NiSi 2 ), lithium nitrogen compounds (Li 3 -x M x N (M: transition metal)), etc., which can insert an alkali metal between the lattices of Can be mentioned. Among the negative electrode active materials, the potential flatness is high, and since the average discharge potential is low, a large energy density can be obtained when combined with the positive electrode. Therefore, the main component is a graphite material such as natural graphite or artificial graphite. A carbonaceous material is more preferable. Moreover, the mixture of graphite and silicon may be sufficient, The negative electrode active material whose ratio of Si with respect to the carbon (C) which comprises the graphite is 5% or more is preferable, and the negative electrode active material which is 10% or more is more preferable.
負極合剤を得る方法としては、例えば、負極活物質を負極集電体上で加圧して負極合剤を得る方法;適当な有機溶剤を用いて負極活物質をペースト状にして負極合剤を得る方法;等が挙げられる。 As a method for obtaining the negative electrode mixture, for example, a method in which the negative electrode active material is pressurized on the negative electrode current collector to obtain the negative electrode mixture; the negative electrode active material is pasted into a paste using an appropriate organic solvent. And the like.
上記負極集電体としては、例えば、Cu、Ni、ステンレス等が挙げられ、特にリチウムイオン二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、かつ薄膜に加工し易いことから、Cuがより好ましい。 Examples of the negative electrode current collector include Cu, Ni, stainless steel, and the like. In particular, in a lithium ion secondary battery, it is difficult to form an alloy with lithium, and Cu is more preferable because it is easy to process into a thin film.
シート状の負極の製造方法、即ち、負極集電体に負極合剤を担持させる方法としては、例えば、負極合剤となる負極活物質を負極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて負極活物質をペースト状にして負極合剤を得た後、当該負極合剤を負極集電体に塗工し、乾燥して得られたシート状の負極合剤を加圧して負極集電体に固着する方法;等が挙げられる。上記ペーストには、好ましくは上記導電材、および、上記結着剤が含まれる。 As a method for producing a sheet-like negative electrode, that is, a method of supporting the negative electrode mixture on the negative electrode current collector, for example, a method in which a negative electrode active material to be the negative electrode mixture is pressure-molded on the negative electrode current collector; After the negative electrode active material is made into a paste using an organic solvent to obtain a negative electrode mixture, the negative electrode mixture is applied to the negative electrode current collector and dried to press the sheet-like negative electrode mixture. And a method of fixing to the negative electrode current collector. The paste preferably contains the conductive material and the binder.
本発明の非水電解液二次電池用部材の製造方法としては、例えば、上記正極、上述の多孔質膜、または上述の積層体、および負極をこの順で配置する方法が挙げられる。また、本発明の非水電解液二次電池の製造方法としては、例えば、上記方法にて非水電解液二次電池用部材を形成した後、非水電解液二次電池の筐体となる容器に当該非水電解液二次電池用部材を入れ、次いで、当該容器内を非水電解液で満たした後、減圧しつつ密閉することにより、本発明に係る非水電解液二次電池を製造することができる。非水電解液二次電池の形状は、特に限定されるものではなく、薄板(ペーパー)型、円盤型、円筒型、直方体等の角柱型等のどのような形状であってもよい。尚、非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の製造方法を採用することができる。 As a manufacturing method of the member for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention, for example, a method of arranging the above-mentioned positive electrode, the above-mentioned porous membrane, or the above-mentioned layered product, and a negative electrode in this order is mentioned. Moreover, as a manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention, after forming the member for nonaqueous electrolyte secondary batteries by the said method, it becomes a housing | casing of a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is sealed by putting the non-aqueous electrolyte secondary battery member into a container, and then filling the container with the non-aqueous electrolyte and then sealing the container while reducing the pressure. Can be manufactured. The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery is not particularly limited, and may be any shape such as a thin plate (paper) type, a disc type, a cylindrical type, and a rectangular column type such as a rectangular parallelepiped. In addition, the manufacturing method of the member for nonaqueous electrolyte secondary batteries and a nonaqueous electrolyte secondary battery is not specifically limited, A conventionally well-known manufacturing method is employable.
本発明の非水電解液二次電池用部材および本発明の非水電解液二次電池は、多孔質膜の単位面積当たりの目付に対する突き刺し強度が、26.0gf/g/m2以上であり、かつ、上記式(1)を充足する多孔質膜をセパレータまたはセパレータの部材として含む。従って、充放電時に電極合材が膨張した場合において、電極間距離の面方向の均一性が保たれる。それゆえに、本発明の非水電解液二次電池用部材を備える非水電解液二次電池および本発明の非水電解液二次電池は、優れた放電出力特性を備え、充放電サイクル後におけるレート特性維持率がより向上する。 The member for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention have a puncture strength per unit area of the porous membrane of 26.0 gf / g / m 2 or more. And the porous membrane which satisfies the said Formula (1) is included as a separator or the member of a separator. Therefore, when the electrode mixture expands during charging and discharging, the uniformity of the inter-electrode distance in the surface direction is maintained. Therefore, the non-aqueous electrolyte secondary battery including the non-aqueous electrolyte secondary battery member of the present invention and the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention have excellent discharge output characteristics, and after the charge / discharge cycle. The rate characteristic maintenance rate is further improved.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention still in detail, the present invention is not limited to these examples.
[測定]
以下の実施例および比較例において、非水電解液二次電池用セパレータにおける、臨界荷重値、および臨界荷重までの距離のTD/MD比(T/M)、並びに、非水電解液二次電池のサイクル特性を、以下の方法にて測定した。
[Measurement]
In the following Examples and Comparative Examples, the critical load value, the TD / MD ratio (T / M) of the distance to the critical load, and the nonaqueous electrolyte secondary battery in the separator for the nonaqueous electrolyte secondary battery The cycle characteristics were measured by the following method.
(スクラッチ試験)
臨界荷重値、および臨界荷重までの距離のTD/MD比(T/M)を以下に示すスクラッチ試験にて測定した。以下に記載する以外の測定条件等は、JIS R 3255と同様の条件等にして、測定を行った。また、測定装置は、マイクロスクラッチ試験装置(CSEM Instruments社製)を使用した。
(1)実施例、比較例にて製造された多孔質膜を20mm×60mmに裁断した後、当該裁断した多孔質膜と、30mm×70mmのガラス製プレパラートとを、当該プレパラート上の全面に目付1.5g/m2程度に少量で薄く塗布した、水で5倍希釈したアラビックヤマト水性液状糊(ヤマト株式会社製)を用いて貼合し、25℃の温度下にて一昼夜乾燥させることにより、試験用サンプルを作製した。なお、上記貼合のときは、多孔質膜とガラス製プレパラートとの間に気泡が入らない様に注意した。
(2)工程(1)にて作製された試験用サンプルを、マイクロスクラッチ試験装置(CSEM Instruments社製)に設置した。当該試験装置におけるダイヤモンド圧子(頂角120°、先端半径0.2mmの円錐状)を、当該試験用サンプル上に、0.1Nの大きさの垂直荷重をかけたままの状態にて、当該試験装置におけるテーブルを、多孔質膜のTDに向けて、5mm/minの速さにて、10mmの距離を移動させ、その間の、上記ダイヤモンド圧子と当該試験用サンプルとの間に発生する応力(摩擦力)を測定した。
(3)工程(2)にて測定された応力の変位と、上記テーブルの移動距離との関係を示す曲線グラフを作成し、当該曲線グラフから、TDにおける、臨界荷重値および、臨界荷重に至るまでの距離を算出した。
(4)上記テーブルの移動方向をMDに変更して、上述の工程(1)〜(3)を繰り返して行い、MDにおける、臨界荷重値および、臨界荷重に至るまでの距離を算出した。
(Scratch test)
The critical load value and the TD / MD ratio (T / M) of the distance to the critical load were measured by the following scratch test. Measurement conditions other than those described below were measured under the same conditions as JIS R 3255. Moreover, the micro scratch test apparatus (made by CSEM Instruments) was used for the measuring apparatus.
(1) After the porous membranes manufactured in Examples and Comparative Examples are cut to 20 mm × 60 mm, the cut porous membrane and a glass preparation of 30 mm × 70 mm are applied to the entire surface of the preparation. By laminating using an Arabic Yamato aqueous liquid paste (manufactured by Yamato Co., Ltd.) diluted 5 times with water, thinly applied in a small amount of about 1.5 g / m 2, and dried overnight at a temperature of 25 ° C. A test sample was prepared. In addition, at the time of the said bonding, it was careful so that a bubble might not enter between a porous membrane and glass preparations.
(2) The test sample prepared in step (1) was placed in a micro scratch test apparatus (manufactured by CSEM Instruments). The diamond indenter (conical shape with an apex angle of 120 ° and a tip radius of 0.2 mm) in the test apparatus is subjected to the test in a state where a vertical load of 0.1 N is applied on the test sample. The table in the apparatus is moved by a distance of 10 mm at a speed of 5 mm / min toward the TD of the porous membrane, during which stress (friction) generated between the diamond indenter and the test sample is generated. Force) was measured.
(3) A curve graph showing the relationship between the displacement of the stress measured in the step (2) and the moving distance of the table is created, and the critical load value and critical load at TD are reached from the curve graph. The distance to was calculated.
(4) The moving direction of the table was changed to MD, and the above steps (1) to (3) were repeated to calculate the critical load value and the distance to reach the critical load in MD.
(サイクル試験)
実施例、比較例にて製造された、充放電サイクルを経ていない新たな非水電解液二次電池に対して、25℃で電圧範囲;4.1〜2.7V、電流値;0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下も同様)を1サイクルとして、4サイクルの初期充放電を行った。
(Cycle test)
With respect to a new non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured in Examples and Comparative Examples and not subjected to a charge / discharge cycle, voltage range at 25 ° C .; 4.1 to 2.7 V, current value: 0.2 C 4 cycles of initial charge / discharge were performed with 1 cycle as the current value for discharging the rated capacity with a 1 hour rate discharge capacity in 1 hour to 1C (the same applies hereinafter).
続いて、55℃にて、以下の式(4)に従い、初期電池特性維持率を算出した。
初期電池特性維持率(%)=(20C放電容量/0.2C放電容量)×100 …(4)
それに続いて、55℃にて、充電電流値;1C、放電電流値;10Cの定電流で充放電を行うことを1サイクルとして、100サイクルの充放電を行った。その後、以下の式(5)に従い、100サイクル後の電池特性維持率を算出した。
電池特性維持率(%)=(100サイクル目の20C放電容量/100サイクル目の0.2C放電容量)×100 …(5)
(突き刺し強度の測定)
ハンディー圧縮試験機(カトーテック株式会社製、型番;KES−G5)を用いて、多孔質フィルムを12mmΦのワッシャで固定し、ピンを200mm/minで突き刺したときの最大応力(gf)を該フィルムの突き刺し強度とした。ピンは、ピン径1mmΦ、先端0.5Rのものを使用した。
Subsequently, the initial battery characteristic retention rate was calculated at 55 ° C. according to the following formula (4).
Initial battery characteristic retention ratio (%) = (20C discharge capacity / 0.2C discharge capacity) × 100 (4)
Subsequently, at 55 ° C., charging / discharging was carried out for 100 cycles, with charging / discharging at a constant current of charging current value: 1 C, discharging current value: 10 C as one cycle. Then, the battery characteristic maintenance rate after 100 cycles was calculated according to the following formula (5).
Battery characteristic maintenance ratio (%) = (20C discharge capacity at 100th cycle / 0.2C discharge capacity at 100th cycle) × 100 (5)
(Puncture strength measurement)
Using a handy compression tester (manufactured by Kato Tech Co., Ltd., model number: KES-G5), the porous film was fixed with a 12 mmφ washer, and the maximum stress (gf) when the pin was pierced at 200 mm / min was measured. The piercing strength was determined. A pin with a pin diameter of 1 mmΦ and a tip of 0.5R was used.
[実施例1]
<非水電解液二次電池用セパレータの製造>
超高分子量ポリエチレン粉末(GUR4032、ティコナ社製)を72重量%、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞社製)29重量%の割合となるように両者を混合した後、この超高分子量ポリエチレンとポリエチレンワックスの合計を100重量部として、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.1重量部、ステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加え、更に全体積に占める割合が37体積%となるように平均孔径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)を加え、これらを粉末のままヘンシェルミキサーで混合し、混合物1を得た。その後、混合物1を、二軸混練機で溶融混練してポリオレフィン樹脂組成物1を得た。ポリオレフィン樹脂組成物1を、周速4.0m/minのロールにて圧延し、圧延シート1を作製した。続いて、圧延シート1を塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤0.5重量%)に浸漬させることにより、圧延シート1から炭酸カルシウムを除去し、続いて100℃にて7.0倍に延伸し(延伸温度/倍率比=14.3)、さらに123℃で熱固定を行い、多孔質膜1を得た。得られた多孔質膜1の単位面積当たりの目付は5.4g/m2であった。多孔質膜1を非水電解液二次電池用セパレータ1とした。
[Example 1]
<Manufacture of separator for non-aqueous electrolyte secondary battery>
Both were mixed so that the ultra high molecular weight polyethylene powder (GUR4032, manufactured by Ticona) was 72% by weight, and the weight average molecular weight 1000 polyethylene wax (FNP-0115, manufactured by Nippon Seiki Co., Ltd.) was 29% by weight. 100 parts by weight of the total of the ultra high molecular weight polyethylene and polyethylene wax, 0.4 parts by weight of antioxidant (Irg1010, manufactured by Ciba Specialty Chemicals), antioxidant (P168, manufactured by Ciba Specialty Chemicals) 0.1 parts by weight and 1.3 parts by weight of sodium stearate are added, and calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) having an average pore size of 0.1 μm is added so that the ratio to the total volume is 37% by volume. The powder 1 was mixed with a Henschel mixer to obtain a mixture 1. Thereafter, the mixture 1 was melt-kneaded with a biaxial kneader to obtain a polyolefin resin composition 1. The polyolefin resin composition 1 was rolled with a roll having a peripheral speed of 4.0 m / min to produce a rolled sheet 1. Subsequently, the rolled sheet 1 is immersed in an aqueous hydrochloric acid solution (hydrochloric acid 4 mol / L, nonionic surfactant 0.5% by weight) to remove calcium carbonate from the rolled sheet 1 and subsequently at 100 ° C. for 7 The film was stretched 0.0 times (stretching temperature / magnification ratio = 14.3), and heat-fixed at 123 ° C. to obtain a porous membrane 1. The basis weight per unit area of the obtained porous membrane 1 was 5.4 g / m 2 . The porous membrane 1 was used as a separator 1 for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
<非水電解液二次電池の作製>
(正極)
LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電材/PVDF(重量比92/5/3)をアルミニウム箔に塗布することにより製造された市販の正極を用いた。上記正極を、正極活物質層が形成された部分の大きさが40mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が形成されていない部分が残るように、アルミニウム箔を切り取って正極とした。正極活物質層の厚さは58μm、密度は2.50g/cm3であった。
<Production of non-aqueous electrolyte secondary battery>
(Positive electrode)
A commercially available positive electrode manufactured by applying LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 / conductive material / PVDF (weight ratio 92/5/3) to an aluminum foil was used. Cut the aluminum foil so that the size of the positive electrode active material layer formed on the positive electrode is 40 mm × 35 mm and the outer periphery of the positive electrode active material layer is 13 mm wide and no positive electrode active material layer is formed. A positive electrode was obtained. The positive electrode active material layer had a thickness of 58 μm and a density of 2.50 g / cm 3 .
(負極)
黒鉛/スチレン−1,3−ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1)を銅箔に塗布することにより製造された市販の負極を用いた。上記負極を、負極活物質層が形成された部分の大きさが50mm×40mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が形成されていない部分が残るように、銅箔を切り取って負極とした。負極活物質層の厚さは49μm、の密度は1.40g/cm3であった。
(Negative electrode)
A commercially available negative electrode produced by applying graphite / styrene-1,3-butadiene copolymer / sodium carboxymethylcellulose (weight ratio 98/1/1) to a copper foil was used. Cut off the copper foil from the negative electrode so that the size of the portion where the negative electrode active material layer was formed was 50 mm × 40 mm and the outer periphery had a portion with a width of 13 mm and no negative electrode active material layer formed. A negative electrode was obtained. The thickness of the negative electrode active material layer was 49 μm, and the density was 1.40 g / cm 3 .
(非水電解液二次電池の作製)
ラミネートパウチ内で、上記正極、多孔質膜1(電解液二次電池用セパレータ1)、および負極をこの順で積層(配置)することにより、非水電解液二次電池用部材1を得た。このとき、正極の正極活物質層における主面の全部が、負極の負極活物質層における主面の範囲に含まれる(主面に重なる)ように、正極および負極を配置した。
(Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery)
By laminating (arranging) the positive electrode, the porous membrane 1 (electrolyte secondary battery separator 1), and the negative electrode in this order in a laminate pouch, a nonaqueous electrolyte secondary battery member 1 was obtained. . At this time, the positive electrode and the negative electrode were disposed so that the entire main surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode was included in the range of the main surface of the negative electrode active material layer of the negative electrode (overlaid on the main surface).
続いて、上記非水電解液二次電池用部材を、アルミニウム層とヒートシール層とが積層されてなる袋に入れ、さらにこの袋に非水電解液を0.25mL入れた。上記非水電解液は、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートを3:5:2(体積比)で混合してなる混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lとなるように溶解して調製した。そして、袋内を減圧しつつ、当該袋をヒートシールすることにより、非水電解液二次電池1を作製した。 Subsequently, the non-aqueous electrolyte secondary battery member was put in a bag in which an aluminum layer and a heat seal layer were laminated, and 0.25 mL of the non-aqueous electrolyte was put in this bag. The non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 at 1 mol / L in a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate at a ratio of 3: 5: 2 (volume ratio). . And the non-aqueous-electrolyte secondary battery 1 was produced by heat-sealing the said bag, decompressing the inside of a bag.
[実施例2]
超高分子量ポリエチレン粉末(GUR4032、ティコナ社製)の使用量を70重量%とし、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞社製)の使用量を30重量%とし、平均孔径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)の使用量を、全体積に占める割合が36体積%となるようにした以外は、実施例1と同様にして、ポリオレフィン樹脂組成物2を調製した。続いて、ポリオレフィン樹脂組成物2を、周速3.0m/minのロールにて圧延し、圧延シート2を作製した。その後、延伸温度を105℃とし、延伸倍率を6.2倍とし(延伸温度/倍率比=16.9)、120℃にて熱固定を行った以外は、実施例1と同様にして、圧延シート2に対して、炭酸カルシウムの除去、延伸および熱固定を行い、多孔質膜2を得た。得られた多孔質膜2の単位面積当たりの目付は6.9g/m2であった。多孔質膜2を非水電解液二次電池用セパレータ2とした。
[Example 2]
The amount of ultra high molecular weight polyethylene powder (GUR4032, manufactured by Ticona) is 70% by weight, the amount of polyethylene wax having a weight average molecular weight of 1000 (FNP-0115, manufactured by Nippon Seiki) is 30% by weight, and the average pore size A polyolefin resin composition 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of 0.1 μm calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) was such that the ratio to the total volume was 36% by volume. . Subsequently, the polyolefin resin composition 2 was rolled with a roll having a peripheral speed of 3.0 m / min to produce a rolled sheet 2. Thereafter, the stretching temperature was set to 105 ° C., the stretching ratio was set to 6.2 times (stretching temperature / magnification ratio = 16.9), and heat setting was performed at 120 ° C. The sheet 2 was subjected to calcium carbonate removal, stretching, and heat setting to obtain a porous membrane 2. The basis weight per unit area of the obtained porous membrane 2 was 6.9 g / m 2 . The porous membrane 2 was used as a separator 2 for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
多孔質膜1の代わりに多孔質膜2を使用した以外は、実施例1と同様の方法にて、非水電解液二次電池2を作製した。 A nonaqueous electrolyte secondary battery 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous membrane 2 was used instead of the porous membrane 1.
[実施例3]
実施例1で得た多孔質膜1を5cm×5cmに切り取った後、当該切りとった多孔質膜1を図3に示すように15cm×15cm枠のSUS製冶具にテープ固定し、恒温槽を設置した島津株式会社製小型卓上試験機(EZ−L)にて、85℃でMD方向の長さが1.5倍になるように追加延伸を行うことにより、多孔質膜3を得た。
[Example 3]
After the porous membrane 1 obtained in Example 1 was cut to 5 cm × 5 cm, the cut porous membrane 1 was taped to a 15 cm × 15 cm frame SUS jig as shown in FIG. The porous membrane 3 was obtained by performing additional stretching so that the length in the MD direction was 1.5 times at 85 ° C. with a small tabletop testing machine (EZ-L) manufactured by Shimadzu Corporation.
多孔質膜3を非水電解液二次電池用セパレータ3とした。 The porous membrane 3 was used as a separator 3 for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
多孔質膜1の代わりに多孔質膜3を使用した以外は、実施例1と同様の方法にて、非水電解液二次電池3を作製した。 A nonaqueous electrolyte secondary battery 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous membrane 3 was used instead of the porous membrane 1.
[実施例4]
実施例1で得た多孔質膜1を5cm×5cmに切り取った後、当該切りとった多孔質膜1を図3に示すように15cm×15cm枠のSUS製冶具にテープ固定し、恒温槽を設置した島津株式会社製小型卓上試験機(EZ−L)にて、85℃でMD方向の長さが1.2倍になるように追加延伸を行うことにより、多孔質膜4を得た。
[Example 4]
After the porous membrane 1 obtained in Example 1 was cut to 5 cm × 5 cm, the cut porous membrane 1 was taped to a 15 cm × 15 cm frame SUS jig as shown in FIG. The porous membrane 4 was obtained by performing additional stretching so that the length in the MD direction was 1.2 times at 85 ° C. with a small tabletop testing machine (EZ-L) manufactured by Shimadzu Corporation.
多孔質膜4を非水電解液二次電池用セパレータ4とした。 The porous membrane 4 was used as a separator 4 for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
多孔質膜1の代わりに多孔質膜4を使用した以外は、実施例1と同様の方法にて、非水電解液二次電池4を作製した。 A nonaqueous electrolyte secondary battery 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous membrane 4 was used instead of the porous membrane 1.
[比較例1]
超高分子量ポリエチレン粉末(GUR2024、ティコナ社製)を68重量%、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞社製)を32重量%の割合となるように両者を混合した後、この超高分子量ポリエチレンとポリエチレンワックスの合計を100重量部として、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.1重量部、ステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加え、さらに全体積に占める割合が38体積%となるように平均孔径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)を加え、これらを粉末のままヘンシェルミキサーで混合し、混合物5を得た。その後、混合物5を、二軸混練機で溶融混練してポリオレフィン樹脂組成物5を得た。続いて、ポリオレフィン樹脂組成物5を、周速2.5m/minのロールにて圧延し、圧延シート5を作製した。その後、圧延シート5を塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤0.5重量%)に浸漬させることで炭酸カルシウムを除去し、続いて、100℃にて6.2倍に延伸し(延伸温度/倍率比=16.1)、さらに126℃にて熱固定を行い、多孔質膜5を得た。得られた多孔質膜5の単位面積当たりの目付は6.4g/m2であった。多孔質膜5を非水電解液二次電池用セパレータ5とした。
[Comparative Example 1]
After mixing both in a ratio of 68% by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene powder (GUR2024, manufactured by Ticona) and 32% by weight of polyethylene wax having a weight average molecular weight of 1000 (FNP-0115, manufactured by Nippon Seiki) The total amount of the ultra high molecular weight polyethylene and polyethylene wax is 100 parts by weight, and the antioxidant (Irg1010, manufactured by Ciba Specialty Chemicals) is 0.4 part by weight, the antioxidant (P168, manufactured by Ciba Specialty Chemicals). ) 0.1 parts by weight, 1.3 parts by weight of sodium stearate, and calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) with an average pore size of 0.1 μm was added so that the proportion of the total volume was 38% by volume. Was mixed with a Henschel mixer in powder form to obtain a mixture 5. Thereafter, the mixture 5 was melt-kneaded with a biaxial kneader to obtain a polyolefin resin composition 5. Subsequently, the polyolefin resin composition 5 was rolled with a roll having a peripheral speed of 2.5 m / min to produce a rolled sheet 5. Then, the calcium carbonate is removed by immersing the rolled sheet 5 in a hydrochloric acid aqueous solution (hydrochloric acid 4 mol / L, nonionic surfactant 0.5% by weight), and subsequently stretched 6.2 times at 100 ° C. (Stretching temperature / magnification ratio = 16.1) and heat-fixed at 126 ° C. to obtain a porous membrane 5. The basis weight per unit area of the obtained porous membrane 5 was 6.4 g / m 2 . The porous membrane 5 was used as a separator 5 for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
多孔質膜1の代わりに多孔質膜5を使用した以外は、実施例1と同様の方法にて、非水電解液二次電池5を作製した。 A nonaqueous electrolyte secondary battery 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous membrane 5 was used instead of the porous membrane 1.
[実施例5]
比較例1で得た多孔質膜5を5cm×5cmに切り取った後、当該切りとった多孔質膜5を図3に示すように15cm×15cm枠のSUS製冶具にテープ固定し、恒温槽を設置した島津株式会社製小型卓上試験機(EZ−L)にて、85℃でMD方向の長さが1.5倍になるように追加延伸を行うことにより、多孔質膜6を得た。
[Example 5]
After the porous membrane 5 obtained in Comparative Example 1 was cut to 5 cm × 5 cm, the cut porous membrane 5 was fixed to a SUS jig having a 15 cm × 15 cm frame as shown in FIG. The porous membrane 6 was obtained by performing additional stretching so that the length in the MD direction was 1.5 times at 85 ° C. with a small bench tester (EZ-L) manufactured by Shimadzu Corporation.
多孔質膜6を非水電解液二次電池用セパレータ6とした。 The porous membrane 6 was used as a separator 6 for a nonaqueous electrolyte secondary battery.
多孔質膜1の代わりに多孔質膜6を使用した以外は、実施例1と同様の方法にて、非水電解液二次電池6を作製した。 A nonaqueous electrolyte secondary battery 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous membrane 6 was used instead of the porous membrane 1.
[比較例2]
市販のポリオレフィンセパレータ(単位面積当たりの目付:13.9g/m2)を多孔質膜7(非水電解液二次電池用セパレータ7)とした。
[Comparative Example 2]
A commercially available polyolefin separator (weight per unit area: 13.9 g / m 2 ) was used as the porous membrane 7 (separator 7 for non-aqueous electrolyte secondary battery).
多孔質膜1の代わりに多孔質膜7を使用した以外は、実施例1と同様の方法にて、非水電解液二次電池7を作製した。 A nonaqueous electrolyte secondary battery 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous membrane 7 was used instead of the porous membrane 1.
実施例1〜2、および比較例1における圧延ロールの周速、延伸温度、延伸倍率、および延伸温度/延伸倍率の割合を以下の表1に示す。 Table 1 below shows the peripheral speed of the rolling rolls, the stretching temperature, the stretching ratio, and the ratio of the stretching temperature / stretching ratio in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.
[測定結果]
実施例1〜5および比較例1、2にて得られた非水電解液二次電池用セパレータ1〜7を用いて、上述のスクラッチ試験を行い、TD、MDにおける「臨界荷重」、「臨界荷重までの距離」を測定した。その結果を表2に示す。
[Measurement result]
Using the non-aqueous electrolyte secondary battery separators 1 to 7 obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2, the above-described scratch test was performed, and “critical load” and “criticality” in TD and MD were performed. The “distance to load” was measured. The results are shown in Table 2.
また、実施例1〜5および比較例1、2にて得られた非水電解液二次電池1〜7のサイクル特性を上述の方法で測定した。その結果を表2に示す。 Moreover, the cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary batteries 1 to 7 obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were measured by the above-described method. The results are shown in Table 2.
[結論]
表2に示されるように、「1−T/M」の値が0.54を超える、すなわち「T/M」の値が0.46未満であり、スクラッチ試験における臨界荷重までの距離の異方性が大きい、比較例1、2にて製造された非水二次電池用セパレータ5、7を含む非水電解液二次電池5、7は、100サイクル後のレート特性(電池特性維持率)が、37%、18%と顕著に低いことが確認された。
[Conclusion]
As shown in Table 2, the value of “1-T / M” exceeds 0.54, that is, the value of “T / M” is less than 0.46, and the distance to the critical load in the scratch test is different. The non-aqueous electrolyte secondary batteries 5 and 7 including the non-aqueous secondary battery separators 5 and 7 manufactured in Comparative Examples 1 and 2 having a high degree of polarity have rate characteristics after 100 cycles (battery characteristics maintenance ratio). ) Was remarkably low at 37% and 18%.
これに対し、「1−T/M」の値が0.00〜0.54、すなわち「T/M」の値が0.45〜1.00であり、スクラッチ試験における臨界荷重までの距離の異方性が小さい、実施例1〜5にて製造された非水電解液二次電池用セパレータ1〜4、6を含む非水二次電池1〜4、6は、100サイクル後のレート特性(電池特性維持率)が45%以上であり、サイクル特性により優れることが確認された。 On the other hand, the value of “1-T / M” is 0.00 to 0.54, that is, the value of “T / M” is 0.45 to 1.00, and the distance to the critical load in the scratch test is The non-aqueous secondary batteries 1 to 4 and 6 including the separators 1 to 4 and 6 for the non-aqueous electrolyte secondary batteries manufactured in Examples 1 to 5 having small anisotropy are rate characteristics after 100 cycles. (Battery characteristics maintenance ratio) was 45% or more, and it was confirmed that the battery characteristics were superior.
本発明の非水電解液二次電池用セパレータ、非水電解液二次電池用積層セパレータは、放電出力特性、特にサイクル特性に優れる非水電解液二次電池の製造に好適に利用することができる。 The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery and the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be suitably used for the production of a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent discharge output characteristics, particularly cycle characteristics. it can.
1 ダイヤモンド圧子
2 基板(ガラス製プレパラート)
3 ポリオレフィン系樹脂を主成分とする多孔質膜
1 Diamond indenter 2 Substrate (Glass preparation)
3 Porous membrane mainly composed of polyolefin resin
Claims (8)
多孔質膜の単位面積当たりの目付に対する突き刺し強度が、26.0gf/g/m2以上であり、かつ、
下記式(1)で表される値が、0.00以上、0.54以下の範囲にあることを特徴とする、非水電解液二次電池用セパレータ。
|1−T/M| …(1)
(式(1)中、Tは、TDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表し、Mは、MDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表す。) A separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a porous film mainly composed of a polyolefin-based resin,
The puncture strength with respect to the basis weight per unit area of the porous membrane is 26.0 gf / g / m 2 or more, and
The value represented by following formula (1) exists in the range of 0.00 or more and 0.54 or less, The separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries characterized by the above-mentioned.
| 1-T / M | (1)
(In Formula (1), T represents a distance to a critical load in a scratch test under a constant load of 0.1 N in TD, and M is a scratch test in a scratch test under a constant load of 0.1 N in MD. Represents the distance to the critical load.)
1−T/M …(2)
(式(2)中、Tは、TDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表し、Mは、MDにおける0.1Nの一定荷重下でのスクラッチ試験における、臨界荷重までの距離を表す。) The value represented by following formula (2) exists in the range of 0.00 or more and 0.54 or less, The separator for non-aqueous-electrolyte secondary batteries of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
1-T / M (2)
(In Formula (2), T represents a distance to a critical load in a scratch test under a constant load of 0.1 N in TD, and M is a scratch test in a scratch test under a constant load of 0.1 N in MD. Represents the distance to the critical load.)
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