JP5086132B2 - 非水電解質電池セパレータ及びその製造方法並びにそれを用いた非水電解質二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、劣化が少なく、且つ、安全性が向上した非水電解質電池セパレータとその製造方法、並びに、それを用いた非水電解質二次電池に関するものである。

非水電解質電池、特に、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であり、携帯電話・ノートパソコンといった携帯用電子機器の主電源として広範に普及している。このリチウムイオン二次電池は、更なる高エネルギー密度化が求められているが、安全性の確保が技術的な課題となっている。リチウムイオン二次電池の安全性確保においてセパレータの役割は重要であり、シャットダウン機能を有するという観点から、現状ではポリオレフィン、特にポリエチレン微多孔膜が用いられている。ここで、シャットダウン機能とは、電池の温度が上昇したときに、微多孔膜の孔が閉塞し電流を遮断する機能のことを言い、電池の熱暴走を食い止める働きがある。

一方、リチウムイオン二次電池は、年々高エネルギー密度化がなされており、安全性確保のためシャットダウン機能に加えて耐熱性も要求されてきている。しかしながら、シャットダウン機能は、ポリエチレンの溶融による孔の閉塞をその作動原理としているので耐熱性と相反するものである。このため、シャットダウン機能が作動した後、さらに電池がシャットダウン機能が作動する温度以上に曝され続けることで、セパレータの溶融（いわゆるメルトダウン）が進行してしまう場合がある。このメルトダウンの結果、電池内部で短絡が生じ、これに伴って大きな熱が発生してしまい、電池は発煙・発火・爆発といった危険に曝されることになる。このため、セパレータにはシャットダウン機能に加えて、シャットダウン機能が作動する温度近傍でメルトダウンが生じない程度の十分な耐熱性が要求される。

この点において、従来、耐熱性とシャットダウン機能を両立させるために、ポリオレフィン微多孔膜の片面又は両面（表面と裏面）に耐熱性多孔質層を被覆させたり、耐熱性繊維からなる不織布を積層させるという技術が提案されている。例えば、ポリエチレン微多孔膜の片面又は両面に、湿式塗工法により芳香族アラミド等の耐熱性高分子からなる耐熱性多孔質層を積層した非水電解質電池セパレータが知られている（特許文献１〜４参照）。

このような非水電解質電池セパレータは、ポリエチレンの融点近傍（１４０℃程度）でシャットダウン機能が作動すると共に、耐熱性多孔質層が十分な耐熱性を示すことにより２００℃以上においてもメルトダウンが発生しないため、優れた耐熱性およびシャットダウン機能を発揮する。

特開２００２−３５５９３８号公報 特開２００５−２０９５７０号公報 特開２００５−２８５３８５号公報 特開２０００−０３０６８６号公報

ところで、非水電解質電池において、セパレータとして、芳香族ポリアミドからなる耐熱性多孔質層を有するものを用いた場合には、芳香族ポリアミドの末端ＣＯＯＸ基（Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属）の濃度を低くするほどセパレータの劣化が少なく、その結果、セパレータの強度が保持されるという特徴がある。本発明は、特許文献１〜４等では着目されたことのない、かかる知見を更に展開・発展させることによってなされたものである。

従って本発明の課題は、ポリオレフィンに代表される熱可塑性樹脂からなる微多孔膜の片面又は両面に、湿式塗工法にて、芳香族ポリアミドからなる耐熱性多孔質層を形成して非水電解質電池セパレータを得るに際し、芳香族ポリアミドの末端基に着目し、それを規制することによって、長期間に亘ってセパレータの劣化が少なく強度が維持された非水電解質電池用のセパレータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用する。
（１） 主として熱可塑性樹脂にて形成されシャットダウン機能を有する微多孔膜と、主として芳香族ポリアミドにて形成され前記微多孔膜の片面又は両面に積層された耐熱性多孔質層とを備えた非水電解質電池セパレータであって、前記芳香族ポリアミドの末端基濃度比が、［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＜１（Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）であることを特徴とする非水電解質電池セパレータ。
（２） 前記Ｘが、ナトリウムであることを特徴とする上記（１）記載の非水電解質電池セパレータ。
（３） 前記芳香族ポリアミドが、ポリメタフェニレンイソフタルアミドであることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の非水電解質電池セパレータ。
（４） 前記ポリメタフェニレンイソフタルアミドが、イソフタル酸クロライドとメタフェニレンジアミンを、生成ポリアミドに対し良溶媒でない有機溶媒中で反応せしめて溶液若しくは分散液を作り、これを酸受容剤の水溶液と接触させ反応を完結せしめて製造されたものである
ことを特徴とする上記（３）に記載の非水電解質電池セパレータ。
（５） 前記耐熱性多孔質層が、重量分率で５０重量％以上９５重量％以下の無機フィラーを含むことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の非水電解質電池セパレータ。
（６） 前記無機フィラーが、主として金属水酸化物からなることを特徴とする上記（５）記載の非水電解質電池セパレータ。
（７） 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィンを主体とする熱可塑性樹脂であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の非水電解質電池セパレータ。
（８） 前記非水電解質電池セパレータが、リチウムイオン二次電池用セパレータであることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の非水電解質電池セパレータ。
（９） 主として熱可塑性樹脂にて形成されシャットダウン機能を有する微多孔膜と、主としてメタ型芳香族ポリアミドにて形成され前記微多孔膜の片面又は両面に積層された耐熱性多孔質層とを備えた上記（１）に記載の非水電解質電池セパレータの製造方法であって、（i）メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドとメタ型芳香族ジアミンを、生成するポリアミドに対し良溶媒でない有機溶媒中で反応せしめて溶液若しくは分散液を作り、これを酸受容剤の水溶液と接触させ反応を完結せしめて、末端基濃度比が［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＜１（Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）であるメタ型芳香族ポリアミドを製造する工程と、（ii）得られたメタ型芳香族ポリアミドの水溶性有機溶剤溶液を、前記微多孔膜の片面又は両面に塗工する工程と、（iii）塗工された前記微多孔膜を、水又は水と前記有機溶剤の混合液からなる凝固液中に浸漬して、メタ型芳香族ポリアミドを凝固させる工程と、（iv）この凝固工程後の前記微多孔膜を水洗し乾燥する工程と、を実施することを特徴とする非水電解質電池セパレータの製造方法。
（１０） 主として熱可塑性樹脂にて形成されシャットダウン機能を有する微多孔膜と、主として芳香族ポリアミドにて形成され前記微多孔膜の片面又は両面に積層された耐熱性多孔質層とを備えた上記（１）に記載の非水電解質電池セパレータの製造方法であって、（i）芳香族ジカルボン酸ハライドと芳香族ジアミンを、生成するポリアミドに対し良溶媒である有機溶媒中で反応せしめて、末端基濃度比が［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＜１（Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）である芳香族ポリアミドを製造する工程と、（ii）得られた芳香族ポリアミドの水溶性有機溶剤溶液を、前記微多孔膜の片面又は両面に塗工する工程と、（iii）塗工された前記微多孔膜を水又は水と前記有機溶剤の混合液からなる凝固液中に浸漬して芳香族ポリアミドを凝固させる工程と、（iv）この凝固工程後の前記微多孔膜を水洗し乾燥する工程と、を実施することを特徴とする非水電解質電池セパレータの製造方法。
（１１） リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得る非水電解質二次電池であって、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の非水電解質電池セパレータを用いたことを特徴とする非水電解質二次電池。

本発明の非水電解質電池セパレータにおいては、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂にて形成された微多孔膜の、片面又は両面に積層される耐熱性多孔質層を形成するための、芳香族ポリアミドとして、末端カルボキシル基濃度が末端アミノ基濃度よりも低いもの用いることを特徴とする。末端カルボキシル基（その塩を含む）を低くすることによって、セパレータの劣化を抑えることができ、特に、末端アミノ基濃度よりも低くすることによってその効果が顕著となる。例えば、充放電を１００サイクル繰り返した後でも、セパレータはなお良好な強度を維持している。

［非水電解質電池セパレータ］
本発明は、主として熱可塑性樹脂にて形成されシャットダウン機能を有する微多孔膜と、主として芳香族ポリアミドにて形成され前記微多孔膜の片面又は両面に積層された耐熱性多孔質層とを備えた非水電解質電池セパレータであって、前記芳香族ポリアミドの末端基濃度比が、［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＜１であることを特徴とするものである。Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を表し、アルカリ金属、中でもナトリウムの場合が好ましい。前記比の値が１に等しいかより大きい場合には、セパレータの劣化が起こり易くなるので不適当である。

芳香族ポリアミドの末端基濃度の比である［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］は、ポリマー末端カルボキシル基の単位重量当たりのモル濃度（ｍｏｌ／ｇ）と、アミノ基の単位重量当たりのモル濃度（ｍｏｌ／ｇ）との比として表される。測定法については後述する。

本発明の非水電解質電池セパレータの膜厚は３０μｍ以下が好ましく、さらに２０μｍ以下が好ましい。セパレータの膜厚が３０μｍを超えるとこれを適用した電池のエネルギー密度や出力特性が低下し好ましくない。非水電解質電池セパレータの物性としては、ガーレ値（ＪＩＳ・Ｐ８１１７）が１０〜１０００ｓｅｃ／１００ｃｃ、好ましくは１００〜４００ｓｅｃ／１００ｃｃである。ガーレ値が１０ｓｅｃ／１００ｃｃ未満である場合は、微多孔膜のガーレ値が低過ぎ、シャットダウン機能の低下が著しく、実用的でない。ガーレ値が１０００ｓｅｃ／１００ｃｃを超えると、イオン透過性が不十分となり、セパレータの膜抵抗が増加して電池の出力低下を招くという不具合が生じる。膜抵抗は０．５〜１０ｏｈｍ・ｃｍ^２、好ましくは１〜５ｏｈｍ・ｃｍ^２である。突き刺し強度は１０〜１０００ｇ、好ましくは２００〜６００ｇの範囲のものである。

本発明において用いられる熱可塑性樹脂としては、融点２００℃未満の熱可塑性樹脂が適当であり、好ましくはポリオレフィンであり、特に好ましいのは、ポリエチレンである。ポリエチレンとポリメタフェニレンイソフタルアミドは、なじみが良く良好な接着性を示すので、本発明においては、特に好ましい組合せである。本発明の微多孔膜に用いられるポリエチレンは、特に限定されるものではないが、高密度ポリエチレンや、高密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンの混合物が好適である。また、例えば、ポリエチレン以外に、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等の他のポリオレフィンを混合して用いても良い。微多孔膜とは、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能となった膜を意味する。なお、微多孔膜は、主として、即ち、約９０重量％以上が熱可塑性樹脂からなるものであれば良く、約１０重量％以下の、電池特性に影響を与えない他の成分を含んでいても良い。

ポリエチレン等の微多孔膜の膜厚は５μｍ以上１８μｍ以下であることが好ましい。該微多孔膜の膜厚が５μｍより薄いと引張強度や突刺強度といった機械物性が不十分となり、該微多孔膜の膜厚が１８μｍより厚いと適切なセパレータ厚みを実現することが困難となるため好ましくない。該微多孔膜の空孔率は２０〜６０％のものが好ましい。微多孔膜の空孔率が２０％未満となるとセパレータの膜抵抗が高くなり過ぎ、電池の出力を顕著に低下させるため好ましくない。また、６０％を超えると、シャットダウン特性の低下が顕著となり好ましくない。該微多孔膜のガーレ値（ＪＩＳ・Ｐ８１１７）は、１０ｓｅｃ／１００ｃｃ以上、５００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下が好ましい。微多孔膜のガーレ値が５００ｓｅｃ／１００ｃｃより高いと、イオン透過性が不十分となりセパレータの抵抗が高くなるという不具合が生じる。微多孔膜のガーレ値が１０ｓｅｃ／１００ｃｃより低いとシャットダウン機能の低下が著しく実用的でない。該微多孔膜の突刺強度は、１０ｇ以上が好適である。

本発明で用いられる芳香族ポリアミドとは、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸から得られるポリアミドを意味し、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリパラフェニレンイソフタルアミドが挙げられる。好ましいのはポリメタフェニレンイソフタルアミドであり、その製法は問わないが、界面重合法で得られたものが好ましい。界面重合法によると、芳香族ポリアミドの末端基をコントロールし易いので、前記末端基濃度の比のものが容易に得られる。

芳香族ポリアミドにて形成される耐熱性多孔質層とは、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能となった層を意味する。なお、耐熱性多孔質層は、主として、即ち、約９０重量％以上が耐熱性高分子からなるものであれば良く、約１０重量％以下の、電池特性に影響を与えない他の成分を含んでいても良い。

本発明において該耐熱性多孔質層は、該微多孔膜の少なくとも一方の面に形成すればよいが、ハンドリング性、耐久性および熱収縮の抑制効果の観点から、表裏両面に形成した方がより好ましい。そして、耐熱性多孔質層が該微多孔膜の両面に形成されている場合は該耐熱性多孔質層の厚みの合計が３μｍ以上１２μｍ以下であるか、または、該耐熱性多孔質層が該微多孔膜の片面にのみ形成されている場合は該耐熱性多孔質層の厚みが３μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましい。いずれの場合においても、該耐熱性多孔質層の厚みの合計が３μｍ未満となると、十分な耐熱性、特に熱収縮抑制効果が得られなくなる。一方、該耐熱性多孔質層の厚みの合計が１２μｍを超えると、適切なセパレータ厚みを実現することが困難となる。該耐熱性多孔質層の空孔率は６０〜９０％の範囲が好適である。該耐熱性多孔質層の空孔率が９０％を超えると耐熱性が不十分となる傾向にあり、６０％より低いとサイクル特性や保存特性、放電性が低下する傾向となり好ましくない。

本発明においては、前記耐熱性多孔質層に、重量分率５０〜９５重量％の範囲で、無機フィラーが含まれているのが好ましい。無機フィラーとは、無機微粒子であり、その種類は特に限定されるものではないが、好ましいのは、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニアなどの酸化物、炭酸塩、リン酸塩、水酸化物などである。特に、金属水酸化物が好ましい。金属水酸化物としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化クロム、水酸化ジルコニウム、水酸化ニッケル、水酸化ホウ素、若しくはこれらの２種以上の組合せが好適である。無機フィラーの平均粒子径は、０．１〜１μｍの範囲にあるものが好ましい。

無機フィラーの量が５０〜９５重量％の範囲であると、無機フィラーは耐熱性高分子と十分になじみ、分散性も良い。また、無機フィラーの作用で、耐熱性多孔質層を水中凝固により形成させる際に、耐熱性高分子の低分子量ポリマーが凝固液中に流出しにくくなるので、好適な孔形成が可能になる。そして、後述のガーレ値や膜抵抗が更に低くなるという効果も得られる。

また、無機フィラーは、本発明の非水電解質電池セパレータを難燃化する上で有効に機能する。例えば、無機フィラーとして金属水酸化物を用いた場合には、金属水酸化物を加熱すると脱水反応が起こり酸化物となり、水が放出される。更に、この脱水反応は大きな吸熱を伴う反応である。この脱水反応時に水を放出することと、この反応の吸熱により、難燃効果が得られる。また、水を放出するため可燃性である電解液を水で希釈し、セパレータだけでなく電解液にも効果があり、電池そのものを難燃化する上で有効である。

無機フィラーとしての金属水酸化物は、ハンドリング性の観点からも好ましい。また、金属水酸化物は、アルミナのような金属酸化物と比較して軟らかいため、従来のセパレータにあるような問題、即ち、セパレータに含まれる無機フィラーによって、製造時の各工程にて使用する部品が磨耗してしまうといった、ハンドリング性に関する問題が発生しにくいという点でも好ましい。

［非水電解質電池セパレータの製造方法］
本発明の非水電解質電池セパレータの製造方法は特に限定されないが、例えば、以下の（i）〜（iv）の工程を経て製造することが可能である。即ち、（i）末端基濃度が［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＜１である芳香族ポリアミドを製造し、この耐熱性高分子を水溶性有機溶剤に溶かし塗工液を製造する工程と、（ii）得られた塗工液を、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂からなる微多孔膜の片面又は両面に塗工する工程と、（iii）塗工された前記微多孔膜を、水又は水と前記有機溶剤の混合液からなる凝固液中に浸漬して耐熱性高分子を凝固させる工程と、その後、（iv）水洗し乾燥する工程、を実施することからなる製造方法である。

芳香族ジカルボン酸と芳香族ジアミンを、生成するポリアミドに対し良溶媒である有機溶媒中で反応せしめて芳香族ポリアミドを製造（溶液重合）した場合には、直接、前記工程（i）の塗工液を製造することができる。末端基濃度比は、香族ジカルボン酸と芳香族ジアミンの反応モル比等を変更したり、あるいは、末端封止剤を用いる方法等によって調整することができる。末端封止剤としては、アニリンなどの１級又は２級モノアミンや、無水酢酸、無水フタル酸などの有機酸の無水物、塩化アセチル、塩化ベンゾイルなどの酸クロライド、又はこれらを２種以上組み合わせたものを用いることができる。芳香族ジアミンのモル量を芳香族ジカルボン酸のそれより多くして反応させれば、一般的に、アミノ末端が多いポリマーが得られる。

芳香族ポリアミドの中でもポリメタフェニレンイソフタルアミドを用いる方法は特に好ましく、この場合には、前記工程（i）で、イソフタル酸クロライドとメタフェニレンジアミンを、生成するポリアミドに対し良溶媒でない有機溶媒、例えば、テトラハイドロフラン中で反応せしめて溶液若しくは分散液を作り、これを、炭酸ソーダ等の酸受容剤の水溶液と接触させ反応を完結せしめる、いわゆる界面重合法でポリメタフェニレンイソフタルアミドを製造するのが便利である。そして、得られたポリメタフェニレンイソフタルアミドの水溶性有機溶剤溶液を、前記微多孔膜の片面又は両面に塗工すれば良い。界面重合法によればポリメタフェニレンイソフタルアミドの末端基濃度比の調整が容易であるので好適である。

前記工程（i）において、芳香族ポリアミドに対し良溶媒である有機溶媒又は水溶性有機溶媒としては、特に限定されないが、具体的には極性溶媒（溶剤）が好ましく、例えばＮ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。また、これらの極性溶剤に全芳香族ポリアミドに対して貧溶剤となる溶剤も一部混合して用いることもできる。このような溶剤を適用することでミクロ相分離構造が誘発され、耐熱性多孔質層を形成する上で多孔化が容易となる。貧溶剤としては、アルコールの類が好適であり、特にグリコールのような多価アルコールが好適である。

耐熱性多孔質層として、重量分率で５０〜９５重量％の無機フィラーを含むものを作製する場合には、工程（i）において、全芳香族ポリアミドの溶液に無機フィラーを分散させ、塗工用スラリー（塗工液）を作製すれば良い。本発明においては、かかる塗工用スラリーも、工程（i）の塗工液の概念に含まれるものである。無機フィラーの分散性が良好でない場合は、無機フィラーをシランカップリング剤等で表面処理し、分散性を改善する手法も適用可能である。

工程（ii）では、微多孔膜の少なくとも一方の表面に芳香族ポリアミドの塗工液を塗工する。本発明においては、微多孔膜の両面に塗工するのが好ましい。塗工液の濃度は４〜９重量％、微多孔膜への塗工量は２〜３ｇ／ｍ^２程度が好ましい。塗工する方法は、ナイフコーター法、グラビアコーター法、スクリーン印刷法、マイヤーバー法、ダイコーター法、リバースロールコーター法、インクジェット法、スプレー法、ロールコーター法などが挙げられる。塗膜を均一に塗布するという観点において、特にリバースロールコーター法が好適である。より具体的には、例えば、ポリエチレン微多孔膜の両面に芳香族ポリアミドの塗工液を塗工する場合は、一対のマイヤーバーの間を通してポリエチレン微多孔膜の両面に過剰に塗工液を塗布し、これを一対のリバースロールコーターの間を通し、過剰な塗工液を掻き落すことで精密計量するという方法が挙げられる。

工程（iii）では、塗工された微多孔膜を、芳香族ポリアミドを凝固させることが可能な凝固液中に浸漬することで、芳香族ポリアミドを凝固させ、多孔質層を成形する。凝固の方法としては、凝固液をスプレーで吹き付ける方法や、凝固液の入った浴（凝固浴）中に浸漬する方法などが挙げられる。凝固液は、芳香族ポリアミドを凝固できるものであれば特に限定されないが、水又は塗工液に用いた有機溶媒に水を適当量混合させたものが好ましい。ここで、水の混合量は凝固液に対して４０〜８０重量％が好適である。水の量が４０重量％より少ないと芳香族ポリアミドを凝固するのに必要な時間が長くなったり、凝固が不十分になるという問題が生じる。また、８０重量％より多いと溶剤回収においてコスト高となったり、凝固液と接触する表面の凝固が速すぎ表面が十分に多孔化されないという問題が生じる。

工程（iv）は、工程（iii）に引き続き、得られたセパレータから水洗で凝固液を除去し、次いで乾燥する工程である。乾燥方法は特に限定されないが、乾燥温度は５０〜８０℃が適当であり、高い乾燥温度を適用する場合は、熱収縮による寸法変化が起こらないようにするためにロールに接触させるような方法を適用することが好ましい。

［非水電解質電池］
非水電解質電池セパレータが、前記のような熱可塑性樹脂を主として形成された微多孔膜と、その片面又は両面に積層された前記のような芳香族ポリアミドを主として形成された耐熱性多孔質層とからなるものである限り、本発明の非水電解質電池セパレータは、公知のいかなる構成の非水電解質電池にも適用することができ、安全性に優れた電池が得られる。適用される非水電解質電池は一次電池であっても二次電池であっても良く、その種類や構成は、何ら限定されるものではないが、本発明の非水電解質電池セパレータは、リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得る非水電解質二次電池に好適に応用することができる。中でも、リチウムイオン二次電池への適用が好ましい。

一般に非水電解質二次電池とは、負極と正極がセパレータを介して対向している電池要素に電解液が含浸され、これが外装に封入された構造となっているものをいう。負極は、負極活物質、導電助剤、バインダーからなる負極合剤が集電体（銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔等）上に成形された構造となっている。負極活物質としては、リチウムを電気化学的にドープすることが可能な材料、例えば、炭素材料、シリコン、アルミニウム、スズかが用いられる。正極は、正極活物質、導電助剤、バインダーからなる正極合剤が集電体上に成形された構造となっている。正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_０．５Ｎｉ_０．５Ｏ_２、ＬｉＣｏ_１／３Ｎｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４が用いられる。電解液は、リチウム塩、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４を非水系溶媒に溶解した構成である。非水系溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、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、γ−ブチロラクトン、ビニレンカーボネートなどが挙げられる。外装材は金属缶またはアルミラミネートパック等が挙げられる。電池の形状は角型、円筒型、コイン型などがあるが、本発明のセパレータはいずれの形状においても好適に適用することが可能である。

以下、実施例により本発明を詳述する。なお、本発明における各種の測定方法は、以下の通りである。

［末端基濃度の測定］
１重量の％ポリマーと０．０５％重量の塩化リチウムを含むＤＭＦ溶液を測定サンプルとして用い、島津クロマトパックＣ−Ｒ４ＡおよびＯＤＳ（OctaDecylSilyl）カラムを使用して、検出波長２８０ｎｍで測定した。評価するポリマーは、ポリマー製造後のポリマー、あるいは、セパレータに組み込まれた耐熱層から採取した。セパレータに組み込まれた耐熱層からｍ−アラミドの分子量分布を測定する方法としては、先ずセパレータ１ｇをサンプリングし、ＬｉＣｌを０．０１モル／Ｌ溶解させたＤＭＦ２０ｇを加えて、８０℃でｍ−アラミドだけを溶解させ測定サンプルとした。

［膜厚］
接触式の膜厚計（ミツトヨ社製）にて２０点測定し、これを平均することで求めた。ここで接触端子は底面が直径０．５ｃｍの円柱状のものを用い、接触端子に１．２ｋｇ／ｃｍ^２の荷重が印加されるような条件で測定した。

［突刺強度］
カトーテック社製ＫＥＳ−Ｇ５ハンディー圧縮試験器を用いて、針先端の曲率半径０．５ｍｍ、突刺速度２ｍｍ／ｓｅｃの条件で突刺試験を行い、最大突刺荷重を突刺強度とした。ここでサンプルはΦ１１．３ｍｍの穴があいた金枠（試料ホルダー）にシリコンゴム製のパッキンも一緒に挟み固定した。

［無機フィラーの平均粒子径］
レーザー回折式粒度分布測定装置（シスメックス社製、マスターサイザー２０００）を用いて測定を行った。分散媒としては水を用い、分散剤として非イオン性界面活性剤Ｔｒｉｔｏｎ・Ｘ−１００を微量用いた。体積粒度分布における中心粒子径（Ｄ５０）を平均粒子径とした。

［実施例１］
１）ポリメタフェニレンイソフタルアミドの製造
イソフタル酸クロライド１６０．５ｇをテトラヒドロフラン１１２０ｍｌに溶解し、撹拌しながら、メタフェニレンジアミン８６．４ｇをテトラヒドロフラン１１２０ｍｌに溶解した溶液を、細流として徐々に加えていくと白濁した乳白色の溶液が得られた。撹拌を約５分間継続した後、更に撹拌しながら炭酸ソーダ１６７．６ｇ、食塩３１７ｇを３４００ｍｌの水に溶かした水溶液を速やかに加え、５分間撹拌した。反応系は数秒後に粘度が増大後、再び低下し、白色の懸濁液が得られた。これを静置し、分離した透明な水溶液層を取り除き、ろ過によってポリメタフェニレンイソフタルアミドの白色重合体１８５．０ｇが得られた。ポリアミドの末端基濃度比は、［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＝０．８であった。

２）ポリエチレン多孔膜の製造
ポリエチレンパウダーとして、Ｔｉｃｏｎａ社製のＧＵＲ２１２６（重量平均分子量４１５万、融点１４１℃）とＧＵＲＸ１４３（重量平均分子量５６万、融点１３５℃）を用いた。ＧＵＲ２１２６とＧＵＲＸ１４３を、１：９（重量比）となるようにして、ポリエチレン濃度が３０重量％となるように流動パラフィン（松村石油研究所社製；スモイルP−３５０P；沸点４８０℃）とデカリンの混合溶媒中に溶解させ、ポリエチレン溶液を作製した。このポリエチレン溶液の組成は、ポリエチレン：流動パラフィン：デカリン＝３０：４５：２５（重量比）であった。

このポリエチレン溶液を１４８℃でダイから押し出し、水浴中で冷却してゲル状テープ（ベーステープ）を作製した。このベーステープを６０℃で８分、９５℃で１５分乾燥し、次いで、ベーステープを縦延伸、横延伸と逐次行う２軸延伸にて延伸した。ここで、縦延伸は５．５倍、延伸温度は９０℃、横延伸は延伸倍率１１．０倍、延伸温度は１０５℃とした。横延伸の後に１２５℃で熱固定を行った。次にこれを塩化メチレン浴に浸漬し、流動パラフィンとデカリンを抽出した。その後、５０℃で乾燥し、１２０℃でアニール処理しポリエチレン微多孔膜を得た。膜厚は１２μｍ、空孔率３７％、ガーレ値３０１ｓｅｃ／１００ｃｃ、膜抵抗２．６ｏｈｍ・ｃｍ^２、突刺し強度３７５ｇであった。

３）非水電解質電池セパレータの製造
前記で得られたポリメタフェニレンイソフタルアミドとポリエチレン多孔膜を用い、そして、これに無機フィラーを併用して、本発明の非水電解質電池セパレータを製造した。
具体的には、ポリメタフェニレンイソフタルアミドと平均粒子径０．８μｍの水酸化アルミニウム（昭和電工社製；Ｈ−４３Ｍ）からなる無機フィラーが、重量比で２５：７５となるように調整し、これらをポリメタフェニレンイソフタルアミド濃度が５．５重量％となるように、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）とトリプロピレングリコール（ＴＰＧ）が重量比５０：５０となっている混合溶媒に混合し、塗工用スラリーを得た。

一対のマイヤーバー（番手＃６）を、２０μｍのクリアランスで対峙させた。マイヤーバーに、上記塗工用スラリーを適量のせ、一対のマイヤーバー間にポリエチレン微多孔膜を通して、ポリエチレン微多孔膜の両面に塗工用スラリーを塗工した。そして、塗工されたものを、重量比で水：ＤＭＡｃ：ＴＰＧ＝５０：２５：２５で４０℃となっている凝固液中に浸漬した。次いで水洗・乾燥を行い、ポリエチレン微多孔膜の両面（表裏面）にポリメタフェニレンイソフタルアミドからなる耐熱性多孔質層を形成し、本発明の非水電解質電池セパレータを得た。得られた非水電解質電池セパレータの平均膜厚は２０μｍであった。

［実施例２］
１）正極
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂、日本化学工業社製）粉末８９．５重量部と、アセチレンブラック４．５重量部及びＰＶｄＦの乾燥重量が６重量部となるように、６重量％のＰＶｄＦのＮＭＰ溶液を用い、正極剤ペーストを作製した。得られたペーストを、厚さ２０μｍのアルミ箔上に塗布乾燥後プレスして、厚さ９７μｍの正極を得た。

２）負極
負極活物質としてメソフェーズカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ、大阪瓦斯化学社製）粉末８７重量部と、アセチレンブラック３重量部及びＰＶｄＦの乾燥重量が１０重量部となるように、６重量％のＰＶｄＦのＮＭＰ溶液を用い、負極剤ペーストを作製した。得られたペーストを、厚さ１８μｍの銅箔上に塗布乾燥後プレスして、厚さ９０μｍの負極を作製した。

３）ボタン電池の作製
実施例１で作製した複合多孔膜をセパレータとし、上記の正極及び負極を用いて容量が４．５ｍＡｈ程度のボタン電池（ＣＲ２０３２）を作製した。電解液には１Ｍ ＬｉＰＦ₆ ＥＣ／ＤＥＣ／ＭＥＣ（１／２／１重量比）を用いた。作製したボタン電池は問題なく充放電可能であった。このボタン電池の４．２Ｖ定電流・定電圧充電、２．７５Ｖ定電流放電を１００サイクル繰り返した後に、分解してセパレータの突刺し強度を測定したところ、４３０ｇであった。

［実施例３］
温度計、撹拌装置及び原料投入口を備えた反応容器に、水分率が１００ｐｐｍ以下のＮＭＰ７５３ｇを入れ、このＮＭＰ中にメタフェニレンジアミン８６．４ｇを溶解し、０℃に冷却した。この冷却したジアミン溶液にイソフタル酸クロライド１６０．５ｇを撹拌しながら徐々に添加し反応させた。この反応で溶液の温度は７０℃に上昇した。粘度変化が止まった後、水酸化カルシウム粉末を５８．４ｇ添加し、さらに４０分間撹拌して反応を終了させて重合溶液を取り出し、水中で再沈殿させポリメタフェニレンイソフタルアミドを１８４．０ｇ得た。ポリアミドの末端基濃度比は、［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＝０．８であった。

これを用いて実施例１の場合と同様にして、平均膜厚２０μｍの非水電解質電池セパレータを得た。そして、得られたセパレータを用いて実施例２の場合と同様にしてボタン電池を作製し、４．２Ｖ定電流・定電圧充電、２．７５Ｖ定電流放電を１００サイクル繰り返した後に、分解してセパレータの突刺し強度を測定したところ、４３０ｇであった。

［比較例１］
メタフェニレンジアミン８４．９ｇをテトラヒドロフラン１１２０ｍｌに溶解した溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして、ポリメタフェニレンイソフタルアミドの白色重合体１８５．３ｇを得た。ポリアミドの末端基濃度比は、［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＝２．２であった。

これを用いて実施例1の場合と同様にして、平均膜厚は２０μｍの非水電解質電池セパレータを得た。そして、得られたセパレータを用いて実施例２の場合と同様にしてボタン電池を作製し、４．２Ｖ定電流・定電圧充電、２．７５Ｖ定電流放電を１００サイクル繰り返した後に、分解してセパレータの突刺し強度を測定したところ、３８０ｇであった。

Claims (10)

1. 主として熱可塑性樹脂にて形成されシャットダウン機能を有する微多孔膜と、主として芳香族ポリアミドにて形成され前記微多孔膜の片面又は両面に積層された耐熱性多孔質層とを備えた非水電解質電池セパレータであって、
   前記芳香族ポリアミドの末端基濃度比が、［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ_２］＜１（Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）である
   ことを特徴とする非水電解質電池セパレータ。
2. 前記芳香族ポリアミドが、ポリメタフェニレンイソフタルアミドである
   ことを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池セパレータ。
3. 前記ポリメタフェニレンイソフタルアミドが、イソフタル酸クロライドとメタフェニレンジアミンを、生成ポリアミドに対し良溶媒でない有機溶媒中で反応せしめて溶液若しくは分散液を作り、これを酸受容剤の水溶液と接触させ反応を完結せしめて製造されたものである
   ことを特徴とする請求項２に記載の非水電解質電池セパレータ。
4. 前記耐熱性多孔質層が、重量分率で５０重量％以上９５重量％以下の無機フィラーを含む
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の非水電解質電池セパレータ。
5. 前記無機フィラーが、主として金属水酸化物からなる
   ことを特徴とする請求項４記載の非水電解質電池セパレータ。
6. 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィンを主体とする熱可塑性樹脂である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の非水電解質電池セパレータ。
7. 前記非水電解質電池セパレータが、リチウムイオン二次電池用セパレータである
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の非水電解質電池セパレータ。
8. 主として熱可塑性樹脂にて形成されシャットダウン機能を有する微多孔膜と、主としてメタ型芳香族ポリアミドにて形成され前記微多孔膜の片面又は両面に積層された耐熱性多孔質層とを備えた請求項１に記載の非水電解質電池セパレータの製造方法であって、
   （i）メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドとメタ型芳香族ジアミンを、生成するポリアミドに対し良溶媒でない有機溶媒中で反応せしめて溶液若しくは分散液を作り、これを酸受容剤の水溶液と接触させ反応を完結せしめて、末端基濃度比が［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ _２ ］＜１（Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）であるメタ型芳香族ポリアミドを製造する工程と、
   （ii）得られたメタ型芳香族ポリアミドの水溶性有機溶剤溶液を、前記微多孔膜の片面又は両面に塗工する工程と、
   （iii）塗工された前記微多孔膜を、水又は水と前記有機溶剤の混合液からなる凝固液中に浸漬して、メタ型芳香族ポリアミドを凝固させる工程と、
   （iv）この凝固工程後の前記微多孔膜を水洗し乾燥する工程と、を実施する
   ことを特徴とする非水電解質電池セパレータの製造方法。
9. 主として熱可塑性樹脂にて形成されシャットダウン機能を有する微多孔膜と、主として芳香族ポリアミドにて形成され前記微多孔膜の片面又は両面に積層された耐熱性多孔質層とを備えた請求項１に記載の非水電解質電池セパレータの製造方法であって、
   （i）芳香族ジカルボン酸ハライドと芳香族ジアミンを、生成するポリアミドに対し良溶媒である有機溶媒中で反応せしめて、末端基濃度比が［ＣＯＯＸ］／［ＮＨ _２ ］＜１（Ｘは、水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を表す）である芳香族ポリアミドを製造する工程と、
   （ii）得られた芳香族ポリアミドの水溶性有機溶剤溶液を、前記微多孔膜の片面又は両面に塗工する工程と、
   （iii）塗工された前記微多孔膜を水又は水と前記有機溶剤の混合液からなる凝固液中に浸漬して芳香族ポリアミドを凝固させる工程と、
   （iv）この凝固工程後の前記微多孔膜を水洗し乾燥する工程と、を実施する
   ことを特徴とする非水電解質電池セパレータの製造方法。
10. リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得る非水電解質二次電池であって、
    請求項１〜７のいずれか１項記載の非水電解質電池セパレータを用いた
    ことを特徴とする非水電解質二次電池。