JP6574602B2 - Power storage device separator, power storage device, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電デバイス用セパレータ、蓄電デバイス、及びリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a power storage device separator, a power storage device, and a lithium ion secondary battery.
近年、リチウムイオン電池を中心とした非水電解液電池の開発が活発に行われている。通常、非水電解液電池には、微多孔膜(セパレータ)が正負極間に設けられている。このようなセパレータは、正負極間の直接的な接触を防ぎ、微多孔中に保持した電解液を通じイオンを透過させる機能を有する。 In recent years, development of nonaqueous electrolyte batteries centering on lithium ion batteries has been actively conducted. Usually, in a nonaqueous electrolyte battery, a microporous membrane (separator) is provided between positive and negative electrodes. Such a separator has a function of preventing direct contact between the positive and negative electrodes and allowing ions to permeate through the electrolytic solution held in the micropores.
非水電解液電池のサイクル特性や安全性を向上するために、セパレータの改良が検討されている。また、近年、ポータブル機器の小型化、薄型化により、リチウムイオン二次電池などの蓄電デバイスにも小型化、薄型化が求められている。一方で、長時間携帯することを可能にするために体積エネルギー密度を向上させることによる高容量化も図られている。 In order to improve the cycle characteristics and safety of the nonaqueous electrolyte battery, improvement of the separator has been studied. In recent years, as portable devices become smaller and thinner, power storage devices such as lithium ion secondary batteries are also required to be smaller and thinner. On the other hand, in order to be able to carry for a long time, the capacity is increased by improving the volume energy density.
従来、セパレータには、異常加熱した場合には速やかに電池反応が停止される特性(ヒューズ特性)、高温になっても形状を維持して正極物質と負極物質が直接反応する危険な事態を防止する性能(ショート特性)等の、安全性に関する性能が求められている。 Conventional separators have a characteristic that the battery reaction is quickly stopped if the separator is abnormally heated (fuse characteristics), preventing the dangerous situation where the cathode and anode materials react directly by maintaining the shape even at high temperatures. Performance related to safety such as performance (short characteristics) is required.
安全性の高い電池を製造することを目的として、特許文献1には、ポリオレフィン微多孔膜上に、無機粒子と樹脂製バインダを含む多孔層を備えるセパレータを形成する技術が記載されている。 For the purpose of producing a battery with high safety, Patent Document 1 describes a technique for forming a separator having a porous layer containing inorganic particles and a resin binder on a polyolefin microporous film.
また、このような安全性向上に加えて、充放電電流の均一化、及びリチウムデンドライト抑制の観点から、セパレータには電極との密着性の向上も求められている。 In addition to such safety improvements, separators are also required to improve adhesion to electrodes from the viewpoint of uniform charge / discharge current and suppression of lithium dendrite.
セパレータと電池電極との密接性を良くすることにより、充放電電流の不均一化が起こりにくくなり、また、リチウムデンドライトが析出しにくくなるため、結果として充放電サイクル寿命を長くすることが可能となる。 By improving the close contact between the separator and the battery electrode, non-uniform charge / discharge current is less likely to occur, and lithium dendrite is less likely to precipitate, resulting in longer charge / discharge cycle life. Become.
このような事情のもと、セパレータに接着性を持たせる試みとして、例えば、特許文献2では、アクリル系バインダを基材上に担持させる技術が提示されている。また、安全性を高める目的で、無機粒子と樹脂製バインダを含む多孔層を備えたポリオレフィン微多孔膜に対して、アクリル系バインダを担持させる技術も開示されている。 Under such circumstances, as an attempt to impart adhesiveness to the separator, for example, Patent Document 2 proposes a technique for supporting an acrylic binder on a base material. In addition, for the purpose of enhancing safety, a technique for supporting an acrylic binder on a polyolefin microporous film having a porous layer containing inorganic particles and a resin binder is also disclosed.
しかしながら、特許文献2に記載された無機粒子と樹脂製バインダを含む多孔層を備えたポリオレフィン微多孔膜は、無機粒子とポリオレフィン微多孔膜との密着性が十分ではなく、そのため、多孔層に対してポリマー層を積層させても電極との密着性が十分ではないという問題点がある。 However, the polyolefin microporous membrane provided with a porous layer containing inorganic particles and a resin binder described in Patent Document 2 does not have sufficient adhesion between the inorganic particles and the polyolefin microporous membrane. Even if the polymer layer is laminated, there is a problem that the adhesion to the electrode is not sufficient.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、無機粒子とポリオレフィン微多孔膜との密着性が高く、さらに電極に対して優れた密着性を有する蓄電デバイス用セパレータ、該セパレータを有する蓄電デバイス及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a high adhesion between inorganic particles and a polyolefin microporous membrane, and further has an excellent adhesion to an electrode, and an electricity storage device having the separator And it aims at providing a lithium ion secondary battery.
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、所定の膨潤度を有する共重合体バインダを用いることにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above problems can be solved by using a copolymer binder having a predetermined degree of swelling, and have completed the present invention. .
すなわち、本発明は下記のとおりである。
〔1〕
基材と、該基材の少なくとも片面に配された多孔層と、を備え、
前記多孔層が、無機粒子と共重合体バインダとを含み、
エチレンカーボネート2質量部及びジエチルカーボネート3質量部の混合溶媒に対する前記共重合体バインダの膨潤度が質量比で、1.5倍以下であり、
前記共重合体バインダが、シクロアルキル基含有単量体単位を含み、
該シクロアルキル基含有単量体単位の含有量が、前記共重合体バインダ100質量%に対して、15〜50質量%である、
蓄電デバイス用セパレータ。
〔2〕
前記共重合体バインダが、前記シクロアルキル基含有単量体単位と、炭素数6以上のアルキル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位と、を含み、
前記シクロアルキル基含有単量体単位及び前記(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の合計含有量が、前記共重合体バインダ100質量%に対して、80〜99.9質量%である、前項〔1〕に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
〔3〕
前記シクロアルキル基含有単量体単位が、シクロヘキシルアクリレート単位及び/又はシクロヘキシルメタクリレート単位を含む、前項〔1〕又は〔2〕に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
〔4〕
トルエンに対する前記共重合体バインダの膨潤度が質量比で、6倍以上である、前項〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
〔5〕
前記基材が、ポリオレフィン微多孔膜である、前項〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
〔6〕
前項〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータを備える、蓄電デバイス。
〔7〕
前項〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータを備える、リチウムイオン二次電池。
That is, the present invention is as follows.
[1]
A base material, and a porous layer disposed on at least one side of the base material,
The porous layer includes inorganic particles and a copolymer binder,
The copolymer swelling degree of the binder for the mixed solvent of 2 parts by weight of ethylene carbonate and diethyl carbonate 3 parts by weight in a weight ratio state, and are 1.5 times or less,
The copolymer binder includes a cycloalkyl group-containing monomer unit,
The content of the cycloalkyl group-containing monomer units is, with respect to the copolymer binder 100 wt%, Ru 15-50% by mass,
Electric storage device separator.
[2]
The copolymer binder includes the cycloalkyl group-containing monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 6 or more carbon atoms and a (meth) acryloyloxy group,
The total amount of the said cycloalkyl group containing monomer unit and the said (meth) acrylic acid ester monomer unit is 80-99.9 mass% with respect to 100 mass% of said copolymer binders, the preceding clause. [1] The separator for an electricity storage device according to [1] .
[3]
The separator for an electricity storage device according to [1] or [2] above, wherein the cycloalkyl group-containing monomer unit includes a cyclohexyl acrylate unit and / or a cyclohexyl methacrylate unit.
[4]
The separator for an electricity storage device according to any one of [1] to [3] , wherein a swelling ratio of the copolymer binder with respect to toluene is 6 times or more in terms of mass ratio .
[5]
The separator for an electricity storage device according to any one of [1] to [4] , wherein the substrate is a polyolefin microporous film.
[6]
An electricity storage device comprising the separator for an electricity storage device according to any one of [1] to [5] .
[7]
A lithium ion secondary battery comprising the electricity storage device separator according to any one of [1] to [5] .
本発明によれば、無機粒子とポリオレフィン微多孔膜との密着性が高く、さらに電極に対して優れた密着性を有する蓄電デバイス用セパレータ、該セパレータを有する蓄電デバイス及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。 According to the present invention, there are provided an electricity storage device separator having high adhesion between inorganic particles and a polyolefin microporous membrane and excellent adhesion to an electrode, an electricity storage device having the separator, and a lithium ion secondary battery. can do.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、本明細書における「(メタ)アクリル」とは「アクリル」及びそれに対応する「メタクリル」を意味し、「(メタ)アクリレート」とは「アクリレート」及びそれに対応する「メタクリレート」を意味し、「(メタ)アクリロイル」とは「アクリロイル」及びそれに対応する「メタクリロイル」を意味する。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter abbreviated as “this embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist. In the present specification, “(meth) acryl” means “acryl” and “methacryl” corresponding thereto, “(meth) acrylate” means “acrylate” and “methacrylate” corresponding thereto, “(Meth) acryloyl” means “acryloyl” and its corresponding “methacryloyl”.
〔蓄電デバイス用セパレータ〕
〔第1の実施形態〕
第1の実施形態の蓄電デバイス用セパレータ(以下、単に「セパレータ」ともいう。)は、基材と、該基材の少なくとも片面に配された多孔層と、を備え、前記多孔層が、無機粒子と共重合体バインダ(以下、単に「共重合体」ともいう。)とを含み、エチレンカーボネート2質量部及びジエチルカーボネート3質量部を含む混合溶媒に対する前記共重合体バインダの膨潤度が、1.5倍以下である。
[Separator for electricity storage devices]
[First Embodiment]
A power storage device separator (hereinafter also simply referred to as “separator”) according to a first embodiment includes a base material and a porous layer disposed on at least one surface of the base material, and the porous layer is inorganic. The swelling degree of the copolymer binder with respect to a mixed solvent containing particles and a copolymer binder (hereinafter, also simply referred to as “copolymer”) and containing 2 parts by mass of ethylene carbonate and 3 parts by mass of diethyl carbonate is 1 .5 times or less.
〔基材〕
基材としては、特に限定されないが、例えば、樹脂とその他の任意の添加剤とを含む多孔質膜が挙げられる。このような基材は、従来セパレータとして用いられていたものであってもよい。このなかでも、基材としては、電子伝導性を有さず、イオン伝導性及び有機溶媒耐性を有し、微細な孔を有する多孔質膜が好ましい。
〔Base material〕
Although it does not specifically limit as a base material, For example, the porous membrane containing resin and other arbitrary additives is mentioned. Such a base material may be one conventionally used as a separator. Among these, as the base material, a porous film that has no electron conductivity, has ion conductivity and organic solvent resistance, and has fine pores is preferable.
基材に主成分として含まれる樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルフォン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。このなかでも、ポリオレフィンが好ましい。「主成分として含まれる」とは、樹脂の含有量が、基材中の樹脂成分100質量%に対して、好ましくは50〜100質量%であり、より好ましくは60〜100質量%であり、さらに好ましくは70〜100質量%であることをいう。 The resin contained in the base material as a main component is not particularly limited. For example, polyolefin, polyethylene terephthalate, polycycloolefin, polyether sulfone, polyamide, polyimide, polyimide amide, polyaramid, polycycloolefin, nylon, polytetrafluoro Examples include ethylene. Among these, polyolefin is preferable. “Contained as a main component” means that the resin content is preferably 50 to 100% by mass, more preferably 60 to 100% by mass, with respect to 100% by mass of the resin component in the substrate. More preferably, it means 70 to 100% by mass.
基材に含まれ得る添加剤としては、特に限定されないが、例えば、主成分以外の樹脂;無機フィラー;フェノール系化合物、リン系化合物、イオウ系化合物等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤;光安定剤;帯電防止剤;防曇剤;着色顔料等が挙げられる。 Additives that can be included in the substrate are not particularly limited, but include, for example, resins other than the main components; inorganic fillers; antioxidants such as phenolic compounds, phosphorus compounds, and sulfur compounds; calcium stearate, zinc stearate Metal soaps such as; ultraviolet absorbers; light stabilizers; antistatic agents; antifogging agents;
これらの添加剤の総含有量は、基材100質量部に対して、好ましくは20質量部以下であり、より好ましくは10質量部以下であり、さらに好ましくは5質量部以下である。 The total content of these additives is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, and further preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base material.
また、基材の態様は、特に限定されないが、例えば、織布、不織布、紙、及び成形物(絶縁性物質粒子の集合体など)が挙げられる。 Moreover, although the aspect of a base material is not specifically limited, For example, a woven fabric, a nonwoven fabric, paper, and a molded object (Aggregate of insulating substance particles etc.) are mentioned.
(基材の物性)
基材の膜厚は、好ましくは0.5〜40μmであり、より好ましくは1〜30μmであり、さらに好ましくは1〜20μmである。基材の膜厚が上記範囲内であることにより、セパレータの透過性がより向上する傾向にある。
(Physical properties of the substrate)
The film thickness of the substrate is preferably 0.5 to 40 μm, more preferably 1 to 30 μm, and still more preferably 1 to 20 μm. When the film thickness of the substrate is within the above range, the permeability of the separator tends to be further improved.
基材の気孔率は、好ましくは20〜90%であり、より好ましくは30〜90%であり、さらに好ましくは30〜80%である。基材の気孔率が上記範囲内であることにより、セパレータの透過性と突き刺し強さのバランスがより向上する傾向にある。 The porosity of the substrate is preferably 20 to 90%, more preferably 30 to 90%, and still more preferably 30 to 80%. When the porosity of the substrate is within the above range, the balance between the permeability of the separator and the piercing strength tends to be further improved.
基材の透気度は、好ましくは10〜1000s/100ccであり、より好ましくは50〜500s/100ccである。基材の透気度が上記範囲内であることにより、充放電特性がより向上する傾向にある。 The air permeability of the substrate is preferably 10 to 1000 s / 100 cc, more preferably 50 to 500 s / 100 cc. When the air permeability of the substrate is within the above range, the charge / discharge characteristics tend to be further improved.
基材の突刺強度は、好ましくは200〜2000g/20μmであり、より好ましくは200〜1000g/20μmである。基材の突刺強度が上記範囲内であることにより、セパレータの耐破膜性がより向上する傾向にある。
The puncture strength of the substrate is preferably 200 to 2000 g / 20 μm, more preferably 200 to 1000 g / 20 μm. When the puncture strength of the base material is within the above range, the tear resistance of the separator tends to be further improved.
なお、上述した各種パラメータについては、後述する実施例における測定法に準じて測定することができる。 In addition, about the various parameters mentioned above, it can measure according to the measuring method in the Example mentioned later.
(ポリオレフィン微多孔膜)
基材としては、ポリオレフィンを主成分とする微多孔膜からなる基材(以下、「ポリオレフィン微多孔膜」ともいう。)が好ましい。ポリオレフィン微多孔膜を用いることにより、セパレータの膜厚をより薄くして、電池等の蓄電デバイス内の活物質比率を高めて体積当たりの容量を増大させることが出来る。以下、ポリオレフィン微多孔膜について説明する。
(Polyolefin microporous membrane)
As the base material, a base material composed of a microporous film containing polyolefin as a main component (hereinafter also referred to as “polyolefin microporous film”) is preferable. By using the polyolefin microporous film, the separator can be made thinner, and the active material ratio in an electricity storage device such as a battery can be increased to increase the capacity per volume. Hereinafter, the polyolefin microporous membrane will be described.
ポリオレフィンの含有量は、ポリオレフィン微多孔膜中の樹脂成分100質量%に対して、好ましくは50〜100質量%であり、より好ましくは60〜100質量%であり、さらに好ましくは70〜100質量%である。ポリオレフィンの含有量が上記範囲内であることにより、シャットダウン性がより向上する傾向にある。 The content of the polyolefin is preferably 50 to 100% by mass, more preferably 60 to 100% by mass, and further preferably 70 to 100% by mass with respect to 100% by mass of the resin component in the polyolefin microporous membrane. It is. When the content of the polyolefin is within the above range, the shutdown property tends to be further improved.
ポリオレフィンとしては、特に限定されず、通常の押出、射出、インフレーション、及びブロー成形等に使用するポリオレフィンを用いることができる。このようなポリオレフィンを構成するモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、塩化ビニル、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、及び1−オクテン等が挙げられる。ポリオレフィンは、これらモノマーの単独重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、及び多段重合体等であってもよい。また、ポリオレフィンの立体規則性としては、特に限定されないが、例えば、アイソタクティックポリマー、シンジオタクティックポリマー、アタクティックポリマーが挙げられる。ポリオレフィンは、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 The polyolefin is not particularly limited, and polyolefins used for ordinary extrusion, injection, inflation, blow molding and the like can be used. Although it does not specifically limit as a monomer which comprises such polyolefin, For example, vinyl chloride, ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1- pentene, 1-hexene, 1-octene, etc. are mentioned. The polyolefin may be a homopolymer of these monomers, a random copolymer, a block copolymer, a multistage polymer, or the like. In addition, the stereoregularity of the polyolefin is not particularly limited, and examples thereof include isotactic polymers, syndiotactic polymers, and atactic polymers. Polyolefin may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
このようなモノマーから得られるポリオレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン、エチレン−プロピレンランダム共重合体、ポリブテン、エチレンプロピレンラバー等が挙げられる。このなかでも、融点の低さと、強度の観点から、高密度ポリエチレンが好ましい。 The polyolefin obtained from such a monomer is not particularly limited. For example, low density polyethylene, linear low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, isotactic polypropylene, atactic polypropylene, An ethylene-propylene random copolymer, polybutene, ethylene propylene rubber, etc. are mentioned. Among these, high-density polyethylene is preferable from the viewpoint of low melting point and strength.
ポリオレフィンの粘度平均分子量は、好ましくは30,000〜12,000,000であり、より好ましくは50,000〜2,000,000であり、さらに好ましくは100,000〜1,000,000である。ポリオレフィンの粘度平均分子量が30,000以上であることにより、溶融成形の際のメルトテンションが大きくなり成形性が良好になると共に、重合体どうしの絡み合いにより強度がより向上する傾向にある。一方、ポリオレフィンの粘度平均分子量が12,000,000以下であることにより、均一に溶融混練をすることがより容易となり、シートの成形性、特に厚み安定性がより向上する傾向にある。さらに、粘度平均分子量が1,000,000以下であることにより、シャットダウン性がより向上する傾向にある。なお、ポリオレフィンの粘度平均分子量は、比較的粘度平均分子量の低いポリオレフィンと、比較的粘度平均分子量の高いポリオレフィンとを混合することなどにより調整することができる。 The viscosity average molecular weight of the polyolefin is preferably 30,000 to 12,000,000, more preferably 50,000 to 2,000,000, and even more preferably 100,000 to 1,000,000. . When the viscosity average molecular weight of the polyolefin is 30,000 or more, the melt tension at the time of melt molding is increased, the moldability is improved, and the strength tends to be further improved by the entanglement of the polymers. On the other hand, when the viscosity average molecular weight of the polyolefin is 12,000,000 or less, uniform melt kneading becomes easier, and the formability of the sheet, particularly the thickness stability, tends to be further improved. Furthermore, when the viscosity average molecular weight is 1,000,000 or less, the shutdown property tends to be further improved. The viscosity average molecular weight of the polyolefin can be adjusted by mixing a polyolefin having a relatively low viscosity average molecular weight and a polyolefin having a relatively high viscosity average molecular weight.
1つの態様として、ポリオレフィン微多孔膜は、ポリプロピレンと、該ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂と、を含むことが好ましい。このようなポリオレフィン微多孔膜を用いることにより、耐熱性がより向上する傾向にある。 As one aspect, the polyolefin microporous membrane preferably contains polypropylene and a polyolefin resin other than the polypropylene. By using such a polyolefin microporous membrane, the heat resistance tends to be further improved.
ここで、ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エチレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のオレフィン炭化水素の単独重合体又は共重合体が挙げられる。このなかでも、シャットダウン性向上の観点からは、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等のポリエチレンが好ましい。また、強度向上の観点からは、JIS K 7112に準拠して測定された密度が0.93g/cm3以上であるポリエチレンが好ましい。 Here, the polyolefin resin other than polypropylene is not particularly limited. For example, homopolymers or copolymers of olefin hydrocarbons such as ethylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, and 1-octene are used. A polymer is mentioned. Among these, polyethylene such as low density polyethylene, linear low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, and ultrahigh molecular weight polyethylene is preferable from the viewpoint of improving shutdown performance. From the viewpoint of improving the strength, polyethylene having a density measured in accordance with JIS K 7112 of 0.93 g / cm 3 or more is preferable.
ポリプロピレンの含有量は、ポリオレフィン微多孔膜中のポリオレフィン100質量%に対して、好ましくは1〜35質量%であり、より好ましくは3〜20質量%であり、さらに好ましくは4〜10質量%である。ポリプロピレンの含有量が上記範囲内であることにより、耐熱性とシャットダウン性がより向上する傾向にある。 The content of polypropylene is preferably 1 to 35% by mass, more preferably 3 to 20% by mass, and further preferably 4 to 10% by mass with respect to 100% by mass of polyolefin in the polyolefin microporous membrane. is there. When the content of polypropylene is within the above range, the heat resistance and the shutdown property tend to be further improved.
〔基材の製造方法〕
基材の製造方法としては、特に限定されず、公知の製造方法を採用することができる。例えば、樹脂組成物と可塑剤とを溶融混練してシート状に成形後、場合により延伸した後、可塑剤を抽出することにより多孔化させる方法;樹脂組成物を溶融混練して高ドロー比で押出した後、熱処理と延伸によって樹脂結晶界面を剥離させることにより多孔化させる方法;樹脂組成物と無機充填材とを溶融混練してシート上に成形後、延伸によって樹脂組成物と無機充填材との界面を剥離させることにより多孔化させる方法;樹脂組成物を溶解後、樹脂に対する貧溶媒に浸漬させ樹脂を凝固させると同時に溶剤を除去することにより多孔化させる方法等が挙げられる。
[Production method of substrate]
It does not specifically limit as a manufacturing method of a base material, A well-known manufacturing method is employable. For example, a method in which a resin composition and a plasticizer are melt-kneaded and formed into a sheet, and optionally stretched, and then made porous by extracting the plasticizer; the resin composition is melt-kneaded and a high draw ratio Method of making porous by exfoliating resin crystal interface by heat treatment and stretching after extrusion; resin composition and inorganic filler are melt-kneaded and molded on a sheet; then, resin composition and inorganic filler are stretched And a method of making the substrate porous by removing the solvent at the same time as solidifying the resin by immersing it in a poor solvent for the resin after dissolving the resin composition.
(ポリオレフィン微多孔膜の製造方法)
以下、基材の製造方法の一例として、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤とを溶融混練して溶融混練物を得る溶融混練工程と、溶融混練物を成形してシート状成形体を得る成形工程と、シート状成形体から可塑剤を抽出して、多孔膜を得る抽出工程と、を有するポリオレフィン微多孔膜を製造する方法について説明する。
(Manufacturing method of polyolefin microporous membrane)
Hereinafter, as an example of a method for producing a substrate, a melt-kneading step for obtaining a melt-kneaded product by melt-kneading a polyolefin resin composition and a plasticizer, and a molding step for obtaining a sheet-like molded body by molding the melt-kneaded product, A method for producing a polyolefin microporous membrane having an extraction step of extracting a plasticizer from a sheet-like molded body to obtain a porous membrane will be described.
(溶融混練工程)
溶融混練工程は、ポリオレフィンと可塑剤とを溶融混練する工程である。溶融混練方法としては、特に限定されないが、例えば、押出機、ニーダー、ラボプラストミル、混練ロール、バンバリーミキサー等の樹脂混練装置を用いる方法が挙げられる。
(Melting and kneading process)
The melt-kneading step is a step of melt-kneading polyolefin and a plasticizer. Although it does not specifically limit as a melt-kneading method, For example, the method of using resin kneading apparatuses, such as an extruder, a kneader, a lab plast mill, a kneading roll, a Banbury mixer, is mentioned.
具体的には、ポリオレフィン及び必要によりその他の添加剤を樹脂混練装置に投入し、樹脂成分を加熱溶融させながら任意の比率で可塑剤を導入して混練する方法が挙げられる。この際、ポリオレフィン、その他の添加剤、及び可塑剤を樹脂混練装置に投入する前に、予めヘンシェルミキサー等を用い所定の割合で事前混練しておくことが好ましい。より好ましくは、事前混練において可塑剤の一部のみを投入し、残りの可塑剤を樹脂混練装置サイドフィードしながら混練することである。このようにすることにより、可塑剤の分散性を高めることができ、後の工程においてシート状成形体を延伸する際に、破膜を抑制し、高倍率で延伸することができる傾向にある。 Specifically, there may be mentioned a method in which polyolefin and other additives as required are introduced into a resin kneading apparatus, and a plasticizer is introduced and kneaded in an arbitrary ratio while the resin component is heated and melted. At this time, it is preferable that the polyolefin, other additives, and the plasticizer are pre-kneaded at a predetermined ratio in advance using a Henschel mixer or the like before being added to the resin kneading apparatus. More preferably, only a part of the plasticizer is added in the pre-kneading, and the remaining plasticizer is kneaded while side-feeding the resin kneading apparatus. By doing in this way, the dispersibility of a plasticizer can be improved, and when extending | stretching a sheet-like molded object in a next process, it exists in the tendency which can suppress a film breakage and can extend | stretch at high magnification.
可塑剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィンの融点以上において均一溶液を形成しうる不揮発性溶媒が挙げられる。このような不揮発性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス等の炭化水素類;フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコール、ステアリルアルコール等の高級アルコール等が挙げられる。このなかでも、ポリオレフィンとの相溶性が高い流動パラフィンが好ましい。このような可塑剤を用いることにより、後工程において得られるシート状成形体を延伸しても樹脂と可塑剤の界面剥離が起こりにくく、均一な基材が得られる傾向にある。 Although it does not specifically limit as a plasticizer, For example, the non-volatile solvent which can form a uniform solution above melting | fusing point of polyolefin is mentioned. Examples of such non-volatile solvents include, but are not limited to, hydrocarbons such as liquid paraffin and paraffin wax; esters such as dioctyl phthalate and dibutyl phthalate; higher alcohols such as oleyl alcohol and stearyl alcohol. Can be mentioned. Among these, liquid paraffin having high compatibility with polyolefin is preferable. By using such a plasticizer, even if a sheet-like molded product obtained in a subsequent step is stretched, the interface between the resin and the plasticizer hardly occurs, and a uniform base material tends to be obtained.
可塑剤の含有量は、特に限定されないが、例えば、溶融混練物100質量%に対して、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。可塑剤の含有量が80質量%以下であることにより、溶融成形時のメルトテンションが不足しにくく成形性がより向上する傾向にある。一方、可塑剤の含有量が30質量%以上であることにより、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤の混合物を高倍率で延伸してもポリオレフィン鎖の切断が起こりにくくなり、均一かつ微細な孔構造が形成でき、得られる基材の強度がより向上する傾向にある。 Although content of a plasticizer is not specifically limited, For example, with respect to 100 mass% of melt-kneaded materials, Preferably it is 30-80 mass%, More preferably, it is 40-70 mass%. When the content of the plasticizer is 80% by mass or less, the melt tension at the time of melt molding is hardly insufficient and the moldability tends to be further improved. On the other hand, when the content of the plasticizer is 30% by mass or more, even when the mixture of the polyolefin resin composition and the plasticizer is stretched at a high magnification, the polyolefin chain is hardly broken, and a uniform and fine pore structure is obtained. The strength of the base material that can be formed tends to be further improved.
(成形工程)
成形工程は、溶融混練物を成形してシート状成形体を得る工程である。成形方法としては、例えば、溶融混練物を、Tダイ等を介してシート状に押出し、熱伝導体に接触させて樹脂成分の結晶化温度より充分に低い温度まで冷却して固化する方法が挙げられる。
(Molding process)
The forming step is a step of forming a melt-kneaded product to obtain a sheet-like formed body. Examples of the molding method include a method in which the melt-kneaded material is extruded into a sheet shape via a T-die or the like, brought into contact with a heat conductor, cooled to a temperature sufficiently lower than the crystallization temperature of the resin component, and solidified. It is done.
Tダイよりシート状に押出す際のダイリップ間隔は、好ましくは400〜3000μmであり、より好ましくは500〜2500μmである。ダイリップ間隔が400μm以上であることにより、メヤニ等が低減され、スジや欠点など膜品位への影響が少なく、その後の延伸工程に於いて膜破断などを防ぐことができる傾向にある。一方、ダイリップ間隔が3000μm以下であることにより、冷却速度が速く冷却ムラを防げると共に、シートの厚み安定性を維持できる傾向にある。 The die lip interval when extruding into a sheet form from a T die is preferably 400 to 3000 μm, more preferably 500 to 2500 μm. When the die lip interval is 400 μm or more, there is a tendency that the meander and the like are reduced, and there is little influence on the film quality such as streaks and defects, and film breakage and the like can be prevented in the subsequent stretching process. On the other hand, when the die lip interval is 3000 μm or less, the cooling rate is high and uneven cooling can be prevented and the thickness stability of the sheet tends to be maintained.
冷却固化に用いられる熱伝導体としては、金属、水、空気、あるいは可塑剤自身等が使用できる。このなかでも、熱伝導の効率が高いため金属製のロールが好ましい。金属製のロールに接触させる際に、ロール間で挟み込むと、熱伝導の効率がさらに高まると共に、シートが配向して膜強度が増し、シートの表面平滑性も向上するためより好ましい。 As the heat conductor used for cooling and solidification, metal, water, air, the plasticizer itself, or the like can be used. Among these, a metal roll is preferable because of its high heat conduction efficiency. When contacting the metal roll, it is more preferable to sandwich the roll between the rolls, since the efficiency of heat conduction is further increased, the sheet is oriented to increase the film strength, and the surface smoothness of the sheet is also improved.
(延伸工程)
基材の製造方法においては、必要に応じて、シート状成形体を延伸する延伸工程を有してもよい。延伸方法としては、特に限定されないが、例えば、一軸延伸、同時二軸延伸、逐次二軸延、多段延伸、多数回延伸が挙げられる。このなかでも、得られる基材の強度等の観点から二軸延伸が好ましい。シート状成形体を二軸方向に高倍率延伸すると、分子が面方向に配向し、最終的に得られる基材が裂けにくくなり、高い突刺強度を有する傾向にある。また、突刺強度の向上、延伸の均一性、シャットダウン性の観点からは、同時二軸延伸が好ましい。なお、ここで、「同時二軸延伸」とは、MD方向(微多孔膜の機械方向)の延伸とTD方向(微多孔膜のMDを90°の角度で横切る方向)の延伸が同時に施される延伸方法をいう。なお、各方向の延伸倍率は同じであっても異なってもよい。また、「逐次二軸延伸」とは、MD方向、又はTD方向の延伸が独立して施される延伸方法をいう。逐次二軸延伸において、MD方向又はTD方向に延伸がなされているとき、他方向は非拘束状態又は定長に固定されている状態とする。
(Stretching process)
In the manufacturing method of a base material, you may have a extending | stretching process of extending | stretching a sheet-like molded object as needed. The stretching method is not particularly limited, and examples thereof include uniaxial stretching, simultaneous biaxial stretching, sequential biaxial stretching, multi-stage stretching, and multiple stretching. Among these, biaxial stretching is preferable from the viewpoint of the strength of the obtained base material. When the sheet-like molded body is stretched at a high magnification in the biaxial direction, the molecules are oriented in the plane direction, and the finally obtained base material is not easily torn and tends to have high puncture strength. In addition, simultaneous biaxial stretching is preferable from the viewpoints of improvement of puncture strength, uniformity of stretching, and shutdown property. Here, “simultaneous biaxial stretching” means that stretching in the MD direction (machine direction of the microporous film) and stretching in the TD direction (direction crossing the MD of the microporous film at an angle of 90 °) are performed simultaneously. Refers to a stretching method. In addition, the draw ratio of each direction may be the same or different. “Sequential biaxial stretching” refers to a stretching method in which stretching in the MD direction or TD direction is independently performed. In sequential biaxial stretching, when stretching is performed in the MD direction or the TD direction, the other direction is set to an unconstrained state or a fixed state.
延伸面倍率は、好ましくは20〜100倍であり、より好ましくは25〜50倍である。延伸面倍率が20倍以上であることにより、得られる基材の強度がより向上する傾向にある。一方、総面積倍率が100倍以下であることにより、延伸工程における膜破断が抑制され、生産性がより向上する傾向にある。 The stretched plane magnification is preferably 20 to 100 times, more preferably 25 to 50 times. When the stretched surface magnification is 20 times or more, the strength of the obtained base material tends to be further improved. On the other hand, when the total area magnification is 100 times or less, film breakage in the stretching process is suppressed, and productivity tends to be further improved.
また、MD方向の延伸倍率は、好ましくは4〜10倍であり、より好ましくは5〜8倍である。一方、TD方向の延伸倍率は、好ましくは4〜10倍であり、より好ましくは5〜8倍である。MD方向及びTD方向の延伸倍率が上記範囲内であることにより、基材の強度がより向上し、膜破断が抑制され、生産性がより向上する傾向にある。 Moreover, the draw ratio of MD direction becomes like this. Preferably it is 4-10 times, More preferably, it is 5-8 times. On the other hand, the draw ratio in the TD direction is preferably 4 to 10 times, more preferably 5 to 8 times. When the draw ratios in the MD direction and the TD direction are within the above ranges, the strength of the base material is further improved, film breakage is suppressed, and productivity tends to be further improved.
また、延伸工程においては、シート状成形体を圧延してもよい。圧延方法としては、特に限定されないが、例えば、ダブルベルトプレス機等を使用したプレス法が挙げられる。圧延することにより、基材表層部分の樹脂配向が増大する傾向にある。 In the stretching step, the sheet-like molded body may be rolled. Although it does not specifically limit as a rolling method, For example, the press method using a double belt press etc. is mentioned. By rolling, the resin orientation of the substrate surface layer portion tends to increase.
圧延面倍率は、好ましくは1〜3倍であり、より好ましくは1〜2倍である。圧延倍率が1倍より大きいことにより、樹脂の面方向の配向が増加し、基材の強度がより増加する傾向にある。一方、圧延倍率が3倍以下であることにより、表層部分と中心内部の樹脂の配向差が小さく、膜の厚さ方向により均一な多孔構造を形成できる傾向にある。 The rolling surface magnification is preferably 1 to 3 times, more preferably 1 to 2 times. When the rolling ratio is larger than 1, the orientation in the surface direction of the resin increases, and the strength of the base material tends to increase. On the other hand, when the rolling ratio is 3 times or less, the orientation difference between the surface layer portion and the resin inside the center is small, and a uniform porous structure tends to be formed in the thickness direction of the film.
(抽出工程)
抽出工程が、シート状成形体から可塑剤を抽出し、多孔膜を得る工程である。可塑剤の抽出方法としては、例えば、抽出溶剤にシート状成形体を浸漬して可塑剤を抽出し、充分に乾燥させる方法が挙げられる。可塑剤を抽出はバッチ式、連続式のいずれであってもよい。多孔膜の収縮を抑えるために、浸漬、乾燥の一連の工程中にシート状成形体の端部を拘束することが好ましい。また、多孔膜中の可塑剤残存量は1質量%未満にすることが好ましい。
(Extraction process)
An extraction process is a process of extracting a plasticizer from a sheet-like molded object, and obtaining a porous film. As a method for extracting the plasticizer, for example, a method of extracting the plasticizer by immersing the sheet-shaped molded body in an extraction solvent and sufficiently drying it can be mentioned. The extraction of the plasticizer may be either batch type or continuous type. In order to suppress the shrinkage of the porous film, it is preferable to constrain the end of the sheet-like molded body during a series of steps of immersion and drying. Further, the residual amount of plasticizer in the porous film is preferably less than 1% by mass.
抽出溶剤としては、ポリオレフィン樹脂に対して貧溶媒で、かつ可塑剤に対して良溶媒であり、沸点がポリオレフィン樹脂の融点より低いものを用いることが好ましい。このような抽出溶剤としては、特に限定されないが、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類;塩化メチレン、1,1,1−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン等の非塩素系ハロゲン化溶剤;エタノール、イソプロパノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。なお、これらの抽出溶剤は、蒸留等の操作により回収して再利用してよい。 As the extraction solvent, it is preferable to use a solvent that is a poor solvent for the polyolefin resin and a good solvent for the plasticizer and has a boiling point lower than the melting point of the polyolefin resin. Such an extraction solvent is not particularly limited, and examples thereof include hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and 1,1,1-trichloroethane; hydrofluoroether and hydrofluorocarbon. Non-chlorinated halogenated solvents such as ethanol; alcohols such as ethanol and isopropanol; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. These extraction solvents may be recovered and reused by an operation such as distillation.
(その他の工程)
多孔膜の収縮を抑制するために、延伸工程後、又は、多孔膜形成後に熱固定や熱緩和等の熱処理を行うこともできる。また、多孔膜に、界面活性剤等による親水化処理、電離性放射線等による架橋処理等の後処理を行ってもよい。
(Other processes)
In order to suppress the shrinkage of the porous film, a heat treatment such as heat fixation or heat relaxation can be performed after the stretching process or after the formation of the porous film. Further, the porous film may be subjected to a post-treatment such as a hydrophilic treatment with a surfactant or the like, or a crosslinking treatment with ionizing radiation or the like.
〔多孔層〕
多孔層は、基材の少なくとも片面に配された層であり、無機粒子と共重合体バインダとを含む。
(Porous layer)
The porous layer is a layer disposed on at least one surface of the substrate, and includes inorganic particles and a copolymer binder.
多孔層の厚さは、好ましくは1〜50μmであり、より好ましくは1.5〜20μmであり、さらに好ましくは2〜10μmであり、特に好ましくは3〜10μmであり、最も好ましくは3〜7μmである。多孔層の厚さが1μm以上であることにより、耐熱性がより向上する傾向にある。また、多孔層の厚さが50μm以下であることにより、得られる電池の容量、イオン透過性がより向上する傾向にある。 The thickness of the porous layer is preferably 1 to 50 μm, more preferably 1.5 to 20 μm, further preferably 2 to 10 μm, particularly preferably 3 to 10 μm, and most preferably 3 to 7 μm. It is. When the thickness of the porous layer is 1 μm or more, the heat resistance tends to be further improved. Moreover, when the thickness of the porous layer is 50 μm or less, the capacity and ion permeability of the obtained battery tend to be further improved.
(無機粒子)
無機粒子としては、200℃以上の融点をもち、電気絶縁性が高く、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定であるものが好ましい。このような無機粒子としては、特に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄などの酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス;ガラス繊維などが挙げられる。無機粒子は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。このなかでも、アルミナ、水酸化酸化アルミニウムなどの酸化アルミニウム化合物;カオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライトなどのイオン交換能を持たないケイ酸アルミニウム化合物;炭酸カルシウムが好ましい。このような無機粒子を用いることにより、電気化学的安定性、セパレータの耐熱性がより向上する傾向にある。
(Inorganic particles)
As the inorganic particles, those having a melting point of 200 ° C. or higher, high electrical insulating properties, and electrochemically stable within the use range of the lithium ion secondary battery are preferable. Such inorganic particles are not particularly limited. For example, oxide ceramics such as alumina, silica, titania, zirconia, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, iron oxide; silicon nitride, titanium nitride, boron nitride, etc. Nitride-based ceramics: silicon carbide, calcium carbonate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, aluminum hydroxide oxide, potassium titanate, talc, kaolinite, dickite, nacrite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite , Ceramics such as mica, amicite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate, diatomaceous earth, and silica sand; and glass fiber. An inorganic particle may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. Among these, aluminum oxide compounds such as alumina and aluminum hydroxide oxide; aluminum silicate compounds having no ion exchange ability such as kaolinite, dickite, nacrite, halloysite, and pyrophyllite; calcium carbonate is preferable. By using such inorganic particles, the electrochemical stability and the heat resistance of the separator tend to be further improved.
イオン交換能を持たないケイ酸アルミニウム化合物としては、カオリン鉱物で主に構成されているカオリンが、安価で入手も容易なため、より好ましい。カオリンには湿式カオリン及びこれを焼成処理した焼成カオリンがあるが、焼成カオリンは焼成処理の際に結晶水が放出されるのに加え、不純物が除去されるので、電気化学的安定性の点で特に好ましい。 As the aluminum silicate compound having no ion exchange ability, kaolin mainly composed of kaolin mineral is more preferable because it is inexpensive and easily available. Kaolin includes wet kaolin and calcined kaolin, which is calcined. However, calcined kaolin releases crystal water during the calcining process and removes impurities. Particularly preferred.
炭酸カルシウムとしては、柱状、針状又は紡錘状の軽質炭酸カルシウムが特に好ましい。 As the calcium carbonate, columnar, needle-shaped or spindle-shaped light calcium carbonate is particularly preferable.
無機粒子の平均粒径は、好ましくは0.1〜4.0μmであり、より好ましくは0.2〜3.5μmであり、さらに好ましくは0.4〜3.0μmである。無機粒子の平均粒径が上記範囲内であることにより、多孔層の厚さが薄い場合(例えば、7μm以下)であっても、高温での熱収縮をより抑制できる傾向にある。 The average particle diameter of the inorganic particles is preferably 0.1 to 4.0 μm, more preferably 0.2 to 3.5 μm, and still more preferably 0.4 to 3.0 μm. When the average particle diameter of the inorganic particles is within the above range, even when the porous layer is thin (for example, 7 μm or less), thermal shrinkage at a high temperature tends to be further suppressed.
0.2〜1.4μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは2体積%以上であり、より好ましくは3体積%以上であり、さらに好ましくは5体積%以上である。また、0.2〜1.4μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは90体積%以下であり、より好ましくは80体積%以下である。 The content of the inorganic particles having a particle size of 0.2 to 1.4 μm is preferably 2% by volume or more, more preferably 3% by volume or more, further preferably 100% by volume of the total inorganic particles. Is 5% by volume or more. Further, the content of inorganic particles having a particle size of 0.2 to 1.4 μm is preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less with respect to 100% by volume of all inorganic particles.
0.2〜1.0μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは1体積%以上であり、より好ましくは2体積%以上である。また、0.2〜1.0μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは80体積%以下であり、より好ましくは70体積%以下である。 The content of the inorganic particles having a particle size of 0.2 to 1.0 μm is preferably 1% by volume or more, more preferably 2% by volume or more with respect to 100% by volume of all inorganic particles. Further, the content of inorganic particles having a particle size of 0.2 to 1.0 μm is preferably 80% by volume or less, more preferably 70% by volume or less with respect to 100% by volume of all inorganic particles.
0.5〜2.0μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは8体積%以上であり、より好ましくは10体積以上である。また、0.5〜2.0μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは60体積%以下であり、より好ましくは50体積%以下である。 The content of inorganic particles having a particle size of 0.5 to 2.0 μm is preferably 8% by volume or more, more preferably 10% or more by volume with respect to 100% by volume of all inorganic particles. The content of the inorganic particles having a particle size of 0.5 to 2.0 μm is preferably 60% by volume or less, more preferably 50% by volume or less with respect to 100% by volume of all inorganic particles.
0.6〜1.4μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは1体積%以上であり、より好ましくは3体積%以上である。また、0.6〜1.4μmの粒径を有する無機粒子の含有量は、全無機粒子100体積%に対して、好ましくは40体積%以下であり、より好ましくは30体積%以下である。 The content of the inorganic particles having a particle size of 0.6 to 1.4 μm is preferably 1% by volume or more, more preferably 3% by volume or more with respect to 100% by volume of all inorganic particles. The content of inorganic particles having a particle size of 0.6 to 1.4 μm is preferably 40% by volume or less, more preferably 30% by volume or less with respect to 100% by volume of all inorganic particles.
無機粒子が上記粒径分布を有することにより、多孔層の厚さが薄い場合(例えば、7μm以下)であっても、高温での熱収縮をより抑制できる傾向にある。 When the inorganic particles have the above particle size distribution, even when the porous layer is thin (for example, 7 μm or less), thermal shrinkage at high temperatures tends to be further suppressed.
なお、無機粒子の平均粒径及び粒径分布を調整する方法としては、特に限定されないが、例えば、ボールミル・ビーズミル・ジェットミル等を用いて無機粒子を粉砕し、粒径を小さくする方法等が挙げられる。 The method for adjusting the average particle size and particle size distribution of the inorganic particles is not particularly limited. For example, a method of pulverizing the inorganic particles using a ball mill, bead mill, jet mill or the like to reduce the particle size, etc. Can be mentioned.
無機粒子の含有量は、多孔層100質量%に対して、好ましくは50質量%以上100質量%未満であり、より好ましくは70〜99.99質量%であり、さらに好ましくは80〜99.9質量%であり、特に好ましくは90〜99質量%である。無機粒子の含有量が上記範囲内であることにより、無機粒子の結着性、セパレータの透過性及び耐熱性等がより向上する傾向にある。 The content of the inorganic particles is preferably 50% by mass or more and less than 100% by mass with respect to 100% by mass of the porous layer, more preferably 70 to 99.99% by mass, and further preferably 80 to 99.9%. It is mass%, Most preferably, it is 90-99 mass%. When the content of the inorganic particles is within the above range, the binding properties of the inorganic particles, the permeability of the separator, the heat resistance, and the like tend to be further improved.
(共重合体バインダ)
エチレンカーボネート2質量部及びジエチルカーボネート3質量部を含む混合溶媒に対する共重合体バインダの膨潤度は、1.5倍以下であり、好ましくは0.5倍以上かつ1.5倍以下である。共重合体バインダの膨潤度が1.5倍以下であることにより、基材と無機粒子との密着性、および電極とのクッション性がより向上する。エチレンカーボネート2質量部及びジエチルカーボネート3質量部を含む混合溶媒に対する膨潤度は、共重合体を構成する単量体成分を調整することにより、調整することができる。また、膨潤度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
(Copolymer binder)
The swelling degree of the copolymer binder with respect to the mixed solvent containing 2 parts by mass of ethylene carbonate and 3 parts by mass of diethyl carbonate is 1.5 times or less, preferably 0.5 times or more and 1.5 times or less. When the swelling degree of the copolymer binder is 1.5 times or less, the adhesion between the base material and the inorganic particles and the cushioning property with the electrode are further improved. The degree of swelling with respect to the mixed solvent containing 2 parts by mass of ethylene carbonate and 3 parts by mass of diethyl carbonate can be adjusted by adjusting the monomer components constituting the copolymer. The degree of swelling can be measured by the method described in the examples.
また、トルエンに対する共重合体バインダの膨潤度は、好ましくは6倍以上であり、より好ましくは8倍以上であり、さらに好ましくは10倍以上である。共重合体バインダの膨潤度が6倍以上であることにより、電極とのクッション性がより向上する傾向にある。トルエンに対する膨潤度は、単量体成分を調整することにより、調整することができる。なかでも、架橋性単量体の種類と使用量を調整することがトルエンに対する膨潤度に対する寄与が大きい。また、膨潤度は、実施例に記載の方法により測定することができる。 Moreover, the swelling degree of the copolymer binder with respect to toluene becomes like this. Preferably it is 6 times or more, More preferably, it is 8 times or more, More preferably, it is 10 times or more. When the swelling degree of the copolymer binder is 6 times or more, the cushioning property with the electrode tends to be further improved. The degree of swelling with respect to toluene can be adjusted by adjusting the monomer component. Among these, adjusting the kind and amount of the crosslinkable monomer greatly contributes to the degree of swelling with respect to toluene. The degree of swelling can be measured by the method described in the examples.
共重合体バインダのガラス転移温度(以下、「Tg」とも表記する。)は、好ましくは−50℃以上であり、より好ましくは−40〜10℃である。共重合体バインダのガラス転移温度が上記範囲内であることにより、セパレータの耐熱性がより向上する傾向にある。ここで、ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)で得られるDSC曲線から決定される。具体的には、DSC曲線における低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の変曲点における接線との交点により決定される。また、「ガラス転移」はDSCにおいて試験片であるポリマーの状態変化に伴う熱量変化が吸熱側に生じたものを指す。このような熱量変化はDSC曲線において階段状変化の形状として観測される。「階段状変化」とは、DSC曲線において、曲線がそれまでの低温側のベースラインから離れ新たな高温側のベースラインに移行するまでの部分を示す。なお、階段状変化とピークとが組み合わされたものも階段状変化に含まれることとする。さらに、「変曲点」とは、階段状変化部分のDSC曲線のこう配が最大になるような点を示す。また、階段状変化部分において、上側を発熱側とした場合に、上に凸の曲線が下に凸の曲線に変わる点と表現することもできる。「ピーク」とは、DSC曲線において、曲線が低温側のベースラインから離れてから再度同じベースラインに戻るまでの部分を示す。「ベースライン」とは、試験片に転移及び反応を生じない温度領域のDSC曲線のことを示す。共重合体バインダのガラス転移温度は、実施例に記載の方法により測定することができる。 The glass transition temperature (hereinafter also referred to as “Tg”) of the copolymer binder is preferably −50 ° C. or higher, more preferably −40 to 10 ° C. When the glass transition temperature of the copolymer binder is within the above range, the heat resistance of the separator tends to be further improved. Here, the glass transition temperature is determined from a DSC curve obtained by differential scanning calorimetry (DSC). Specifically, it is determined by the intersection of a straight line obtained by extending the base line on the low temperature side in the DSC curve to the high temperature side and the tangent at the inflection point of the stepped change portion of the glass transition. “Glass transition” refers to a change in calorific value associated with a change in the state of the polymer that is a test piece in DSC on the endothermic side. Such a change in heat quantity is observed as a step-like change shape in the DSC curve. The “step change” refers to a portion of the DSC curve until the curve moves away from the previous low-temperature base line to a new high-temperature base line. Note that a combination of a step change and a peak is also included in the step change. Further, the “inflection point” indicates a point at which the gradient of the DSC curve of the step-like change portion is maximized. Further, in the step-like change portion, when the upper side is the heat generation side, it can also be expressed as a point where the upward convex curve changes to the downward convex curve. “Peak” indicates a portion of the DSC curve from when the curve leaves the low-temperature side baseline until it returns to the same baseline again. “Baseline” refers to a DSC curve in a temperature region where no transition or reaction occurs in the test piece. The glass transition temperature of the copolymer binder can be measured by the method described in the examples.
共重合体粒子の平均粒径は、好ましくは70〜300nmであり、より好ましくは100〜300nmである。共重合体粒子の平均粒径が70nm以上であることにより、耐熱性がより向上する傾向にある。また、共重合体粒子の平均粒径が300nm以下であることにより、多孔層からの無機粒子の脱落をより抑制することができ、多孔層強度がより向上する傾向にある。共重合体粒子の平均粒径は、実施例に記載の方法により測定することができる。 The average particle size of the copolymer particles is preferably 70 to 300 nm, more preferably 100 to 300 nm. When the average particle size of the copolymer particles is 70 nm or more, the heat resistance tends to be further improved. Further, when the average particle diameter of the copolymer particles is 300 nm or less, the falling off of the inorganic particles from the porous layer can be further suppressed, and the strength of the porous layer tends to be further improved. The average particle diameter of the copolymer particles can be measured by the method described in the examples.
(単量体単位)
以下、共重合体バインダが有する単量体単位について説明する。なお、「単量体」とは、分子内にエチレン性不飽和結合等の重合性不飽和結合を1つ以上有する化合物を意味する。また、「単量体単位」とは、共重合体バインダ中の、単量体に由来する構成単位をいう。
(Monomer unit)
Hereinafter, the monomer unit contained in the copolymer binder will be described. The “monomer” means a compound having one or more polymerizable unsaturated bonds such as ethylenically unsaturated bonds in the molecule. The “monomer unit” refers to a structural unit derived from a monomer in a copolymer binder.
(シクロアルキル基含有単量体単位(A))
共重合体バインダは、シクロアルキル基含有単量体単位(A)を含むことが好ましい。シクロアルキル基含有単量体単位(A)を有する共重合体バインダを用いることにより、無機粒子と基材との密着性がより向上する傾向にある。
(Cycloalkyl group-containing monomer unit (A))
The copolymer binder preferably includes a cycloalkyl group-containing monomer unit (A). By using a copolymer binder having a cycloalkyl group-containing monomer unit (A), the adhesion between the inorganic particles and the substrate tends to be further improved.
シクロアルキル基含有単量体単位(A)としては、特に限定されないが、シクロアルキル基を有し、かつエチレン性不飽和結合を1つ有するものが挙げられる。このようなシクロアルキル基含有単量体単位(A)としては、特に限定されないが、例えば、シクロヘキシルアクリレート単位、シクロヘキシルメタクリレート単位、イソボルニルアクリレート単位、イソボルニルメタクリレート単位、アダマンチルアクリレート単位、アダマンチルメタクリレート単位などの、シクロアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位が挙げられる。このなかでも、シクロアルキル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位が好ましく、シクロヘキシルアクリレート単位、シクロヘキシルメタクリレート単位がより好ましい。このようなシクロアルキル基含有単量体単位(A)を用いることにより、本発明による課題をより有効かつ確実に解決できる傾向にある。また、共重合体バインダ調製時の重合安定性がより向上する傾向にある。シクロアルキル基含有単量体単位(A)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as a cycloalkyl group containing monomer unit (A), What has a cycloalkyl group and has one ethylenically unsaturated bond is mentioned. Such a cycloalkyl group-containing monomer unit (A) is not particularly limited, and examples thereof include a cyclohexyl acrylate unit, a cyclohexyl methacrylate unit, an isobornyl acrylate unit, an isobornyl methacrylate unit, an adamantyl acrylate unit, and an adamantyl methacrylate. Examples thereof include (meth) acrylic acid ester monomer units having a cycloalkyl group such as units. Among these, a (meth) acrylic acid ester monomer unit having a cycloalkyl group and a (meth) acryloyloxy group is preferable, and a cyclohexyl acrylate unit and a cyclohexyl methacrylate unit are more preferable. By using such a cycloalkyl group-containing monomer unit (A), the problem according to the present invention tends to be more effectively and reliably solved. Moreover, it exists in the tendency for the polymerization stability at the time of copolymer binder preparation to improve more. A cycloalkyl group containing monomer unit (A) may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
シクロアルキル基の脂環を構成する炭素原子の数は、好ましくは4〜8であり、より好ましくは6〜7であり、さらに好ましくは6である。また、シクロアルキル基は置換基を有していても有していなくてもよい。置換基としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、ターシャリーブチル基が挙げられる。 The number of carbon atoms constituting the alicyclic ring of the cycloalkyl group is preferably 4-8, more preferably 6-7, and even more preferably 6. Further, the cycloalkyl group may or may not have a substituent. Although it does not specifically limit as a substituent, For example, a methyl group and a tertiary butyl group are mentioned.
シクロアルキル基含有単量体単位(A)の含有量は、共重合体バインダ100質量%に対して、好ましくは15質量%以上であり、より好ましくは20質量%以上であり、さらに好ましくは30質量%以上である。また、シクロアルキル基含有単量体単位(A)の含有量は、共重合体バインダ100質量%に対して、好ましくは50質量%以下である。シクロアルキル基含有単量体単位(A)の含有量が15質量%以上であることにより、共重合体の電解液に対する膨潤度が低下する傾向にある。一方、シクロアルキル基含有単量体単位(A)の含有量が50質量%以下であることにより、共重合体調製時の重合安定性が向上する傾向にある。 The content of the cycloalkyl group-containing monomer unit (A) is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 30% with respect to 100% by mass of the copolymer binder. It is at least mass%. The content of the cycloalkyl group-containing monomer unit (A) is preferably 50% by mass or less with respect to 100% by mass of the copolymer binder. When the content of the cycloalkyl group-containing monomer unit (A) is 15% by mass or more, the degree of swelling of the copolymer with respect to the electrolytic solution tends to decrease. On the other hand, when the content of the cycloalkyl group-containing monomer unit (A) is 50% by mass or less, the polymerization stability at the time of preparing the copolymer tends to be improved.
なお、共重合体がシクロアルキル基含有単量体単位(A)を有することは、熱分解ガスクロマトグラフィーによって確認できる。より具体的には、シクロアルキル基含有単量体のホモポリマーを熱分解ガスクロマトグラフィーによって測定し、予め、その熱分解物の保持時間を決定する。次いで、共重合体を熱分解ガスクロマトグラフィーによって同様の条件にて測定し、同じ保持時間に熱分解物のピークを有する場合、同共重合体単量体単位としてシクロアルキル基含有単量体を有していると推定できる。また、シクロアルキル基含有単量体のホモポリマーを内部標準とすることで、共重合体単量体単位中のシクロアルキル基含有単量体の割合を求めることも可能である。 The fact that the copolymer has a cycloalkyl group-containing monomer unit (A) can be confirmed by pyrolysis gas chromatography. More specifically, a homopolymer of a cycloalkyl group-containing monomer is measured by pyrolysis gas chromatography, and the retention time of the pyrolyzate is determined in advance. Next, when the copolymer is measured under the same conditions by pyrolysis gas chromatography and has a peak of pyrolysis product at the same retention time, a cycloalkyl group-containing monomer is used as the copolymer monomer unit. It can be estimated that it has. It is also possible to determine the ratio of the cycloalkyl group-containing monomer in the copolymer monomer unit by using a homopolymer of the cycloalkyl group-containing monomer as an internal standard.
(単量体単位(B))
上記共重合体バインダは、必要に応じて、シクロアルキル基含有単量体単位(A)以外のその他の単量体単位(B)を有していてもよい。単量体単位(B)としては、特に限定されないが、例えば、カルボキシル基含有単量体単位(b1)、アミド基含有単量体単位(b2)、ヒドロキシル基含有単量体単位(b3)、架橋性単量体単位(b4)、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位(b5)、シアノ基含有単量体単位(b6)、芳香族基含有単量体単位(b7)、その他のエチレン性不飽和単量体単位が挙げられる。単量体単位(B)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。また、単量体単位(B)は、上記各単量体のうち2種以上に同時に属するものであってもよい。すなわち、単量体単位(B)は、カルボキシル基、アミド基、ヒドロキシル基、シアノ基及び芳香族基からなる群より選ばれる2種以上の基を有するエチレン性不飽和単量体単位であってもよく、カルボキシル基、アミド基、ヒドロキシル基、シアノ基及び芳香族基からなる群より選ばれる2種以上の基をエチレン性不飽和結合と共に有する架橋性単量体単位であってもよい。
(Monomer unit (B))
The said copolymer binder may have other monomer units (B) other than a cycloalkyl group containing monomer unit (A) as needed. Although it does not specifically limit as a monomer unit (B), For example, a carboxyl group-containing monomer unit (b1), an amide group-containing monomer unit (b2), a hydroxyl group-containing monomer unit (b3), Crosslinkable monomer unit (b4), (meth) acrylate monomer unit (b5), cyano group-containing monomer unit (b6), aromatic group-containing monomer unit (b7), other ethylene Unsaturated unsaturated monomer units. A monomer unit (B) may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. Moreover, the monomer unit (B) may belong to two or more of the above monomers at the same time. That is, the monomer unit (B) is an ethylenically unsaturated monomer unit having two or more groups selected from the group consisting of a carboxyl group, an amide group, a hydroxyl group, a cyano group, and an aromatic group. Alternatively, it may be a crosslinkable monomer unit having two or more groups selected from the group consisting of a carboxyl group, an amide group, a hydroxyl group, a cyano group and an aromatic group together with an ethylenically unsaturated bond.
なお、単量体(B)の総含有量は、共重合体バインダ100質量%に対して、好ましくは50質量%以上である。また、単量体(B)の総含有量は、共重合体バインダ100質量%に対して、好ましくは85質量%以下であり、より好ましくは80質量%以下であり、さらに好ましくは70質量%以下である。 In addition, the total content of the monomer (B) is preferably 50% by mass or more with respect to 100% by mass of the copolymer binder. Further, the total content of the monomer (B) is preferably 85% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, and further preferably 70% by mass with respect to 100% by mass of the copolymer binder. It is as follows.
(カルボキシル基含有単量体単位(b1))
共重合体バインダがカルボキシル基含有単量体単位(b1)を含むことにより、セパレータの耐熱性がより向上する傾向にある。カルボキシル基含有単量体単位(b1)を構成し得るモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸のハーフエステル、マレイン酸のハーフエステル、及びフマール酸のハーフエステルなどのモノカルボン酸単量体;イタコン酸、フマール酸及びマレイン酸などのジカルボン酸単量体が挙げられる。このなかでも、セパレータの耐熱性向上の観点から、アクリル酸、メタクリル酸及びイタコン酸が好ましく、アクリル酸及びメタクリル酸がより好ましい。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Carboxyl group-containing monomer unit (b1))
When the copolymer binder contains the carboxyl group-containing monomer unit (b1), the heat resistance of the separator tends to be further improved. The monomer that can constitute the carboxyl group-containing monomer unit (b1) is not particularly limited, and examples thereof include acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid half ester, maleic acid half ester, and fumaric acid half ester. And monocarboxylic acid monomers such as itaconic acid, fumaric acid and maleic acid. Of these, acrylic acid, methacrylic acid and itaconic acid are preferred, and acrylic acid and methacrylic acid are more preferred from the viewpoint of improving the heat resistance of the separator. These may be used alone or in combination of two or more.
カルボキシル基含有単量体単位(b1)の含有量は、共重合体100質量%に対して、好ましくは0.1〜5質量%であり、より好ましくは1〜5質量%である。カルボキシル基含有単量体単位(b1)の含有量が0.1質量%以上であることにより、セパレータの耐熱性がより向上する傾向にある。またカルボキシル基含有単量体単位(b1)の含有量が5質量%以下であることにより、共重合体バインダを調製する際の重合安定性がより向上する傾向にある。 The content of the carboxyl group-containing monomer unit (b1) is preferably 0.1 to 5% by mass and more preferably 1 to 5% by mass with respect to 100% by mass of the copolymer. When the content of the carboxyl group-containing monomer unit (b1) is 0.1% by mass or more, the heat resistance of the separator tends to be further improved. Moreover, it exists in the tendency which the polymerization stability at the time of preparing a copolymer binder improves more because content of a carboxyl group-containing monomer unit (b1) is 5 mass% or less.
(アミド基含有単量体単位(b2))
共重合体バインダがアミド基含有単量体単位(b2)を含むことにより、セパレータの耐熱性がより向上する傾向にある。アミド基含有単量体単位(b2)を構成し得るモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−メチレンビスアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、マレイン酸アミド及びマレイミドが挙げられる。このなかでも、セパレータの耐熱性向上の観点から、アクリルアミド及びメタクリルアミドが好ましい。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Amide group-containing monomer unit (b2))
When the copolymer binder contains the amide group-containing monomer unit (b2), the heat resistance of the separator tends to be further improved. The monomer that can constitute the amide group-containing monomer unit (b2) is not particularly limited, and examples thereof include acrylamide, methacrylamide, N, N-methylenebisacrylamide, diacetone acrylamide, diacetone methacrylamide, and maleic acid amide. And maleimide. Among these, acrylamide and methacrylamide are preferable from the viewpoint of improving the heat resistance of the separator. These may be used alone or in combination of two or more.
アミド基含有単量体単位(b2)の含有量は、共重合体100質量%に対して、好ましくは0.1〜5質量%である。アミド基含有単量体単位(b2)の含有量が0.1質量%以上であることにより、電極(電極活物質)との耐熱性が更に向上する傾向にある。また、アミド基含有単量体単位(b2)の含有量が5質量%以下であることにより、共重合体バインダを調製する際の重合安定性がより向上する傾向にある。 The content of the amide group-containing monomer unit (b2) is preferably 0.1 to 5% by mass with respect to 100% by mass of the copolymer. When the content of the amide group-containing monomer unit (b2) is 0.1% by mass or more, the heat resistance with the electrode (electrode active material) tends to be further improved. Moreover, when content of an amide group containing monomer unit (b2) is 5 mass% or less, it exists in the tendency which the polymerization stability at the time of preparing a copolymer binder improves more.
(ヒドロキシル基含有単量体単位(b3))
共重合体バインダがヒドロキシル基含有単量体単位(b3)を含むことにより、共重合体バインダを調製する際の重合安定性がより向上する傾向にある。ヒドロキシル基含有単量体単位(b3)を構成し得るモノマーとしては、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート及びポリエチレングリコールメタクリレートなどのヒドロキシル基を有する(メタ)アクリレートが挙げられる。このなかでも、共重合体の重合安定性向上の観点から、ヒドロキシエチルアクリレート及びヒドロキシエチルメタクリレートが好ましい。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Hydroxyl group-containing monomer unit (b3))
When the copolymer binder contains the hydroxyl group-containing monomer unit (b3), the polymerization stability when preparing the copolymer binder tends to be further improved. Examples of the monomer that can constitute the hydroxyl group-containing monomer unit (b3) include hydroxyl groups such as hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, polyethylene glycol acrylate, and polyethylene glycol methacrylate ( And (meth) acrylate. Of these, hydroxyethyl acrylate and hydroxyethyl methacrylate are preferred from the viewpoint of improving the polymerization stability of the copolymer. These may be used alone or in combination of two or more.
ヒドロキシル基含有単量体単位(b3)の含有量は、共重合体100質量%に対して、好ましくは0.1〜10質量%であり、より好ましくは1〜10質量%であり、さらに好ましくは1〜7質量%である。ヒドロキシル基含有単量体単位(b3)の含有量が上記範囲内であることにより、共重合体を調製する際の重合安定性がより向上する傾向にある。 The content of the hydroxyl group-containing monomer unit (b3) is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, further preferably 100% by mass of the copolymer. Is 1-7 mass%. When the content of the hydroxyl group-containing monomer unit (b3) is within the above range, the polymerization stability when preparing the copolymer tends to be further improved.
(架橋性単量体単位(b4))
電解液に対する不溶分を適度な量にする観点から、架橋性単量体(b4)を含んでもよい。架橋性単量体単位(b4)を構成し得るモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、ラジカル重合性の二重結合を2個以上有している単量体、重合中又は重合後に自己架橋構造を与える官能基を有する単量体が挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Crosslinkable monomer unit (b4))
From the viewpoint of making the insoluble content in the electrolytic solution an appropriate amount, the crosslinkable monomer (b4) may be included. The monomer that can form the crosslinkable monomer unit (b4) is not particularly limited. For example, a monomer having two or more radical polymerizable double bonds, self-crosslinking during or after polymerization Examples thereof include monomers having a functional group that gives a structure. These may be used alone or in combination of two or more.
ラジカル重合性の二重結合を2個以上有している単量体としては、特に限定されないが、例えば、ジビニルベンゼン等の多官能芳香族化合物;2官能(メタ)アクリレート、3官能(メタ)アクリレート、4官能(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレートが挙げられる。なかでも、少量でもより良好な耐電解液性を発現できる観点から、多官能(メタ)アクリレートが好ましい。 Although it does not specifically limit as a monomer which has two or more radically polymerizable double bonds, For example, polyfunctional aromatic compounds, such as divinylbenzene; Bifunctional (meth) acrylate, Trifunctional (meth) Polyfunctional (meth) acrylates such as acrylate and tetrafunctional (meth) acrylate are exemplified. Among these, polyfunctional (meth) acrylates are preferable from the viewpoint of better electrolytic solution resistance even in a small amount.
多官能(メタ)アクリレートとしては、特に限定されないが、例えば、ポリオキシエチレンジアクリレート、ポリオキシエチレンジメタクリレート、ポリオキシプロピレンジアクリレート、ポリオキシプロピレンジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ブタンジオールジアクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、及びペンタエリスリトールテトラメタクリレートが挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as polyfunctional (meth) acrylate, For example, polyoxyethylene diacrylate, polyoxyethylene dimethacrylate, polyoxypropylene diacrylate, polyoxypropylene dimethacrylate, neopentyl glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, for example Examples include methacrylate, butanediol diacrylate, butanediol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, and pentaerythritol tetramethacrylate. These may be used alone or in combination of two or more.
重合中又は重合後に自己架橋構造を与える官能基を有する単量体としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ基含有単量体、メチロール基含有単量体、アルコキシメチル基含有単量体、及び加水分解性シリル基含有単量体が挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 The monomer having a functional group that gives a self-crosslinking structure during or after polymerization is not particularly limited. For example, an epoxy group-containing monomer, a methylol group-containing monomer, an alkoxymethyl group-containing monomer, and Examples thereof include hydrolyzable silyl group-containing monomers. These may be used alone or in combination of two or more.
エポキシ基含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジルアクリレート、及びメチルグリシジルメタクリレートが挙げられる。このなかでも、好ましくはグリシジルメタクリレートである。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 The epoxy group-containing monomer is not particularly limited, and examples thereof include glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, allyl glycidyl ether, methyl glycidyl acrylate, and methyl glycidyl methacrylate. Of these, glycidyl methacrylate is preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
メチロール基含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、ジメチロールアクリルアミド、及びジメチロールメタクリルアミドが挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as a methylol group containing monomer, For example, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, dimethylol acrylamide, and dimethylol methacrylamide are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
アルコキシメチル基含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、及びN−ブトキシメチルメタクリルアミドが挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as an alkoxymethyl group containing monomer, For example, N-methoxymethyl acrylamide, N-methoxymethyl methacrylamide, N-butoxymethyl acrylamide, and N-butoxymethyl methacrylamide are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
加水分解性シリル基含有単量体としては、特に限定されないが、例えば、ビニルシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、及びγ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランが挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as a hydrolysable silyl group containing monomer, For example, vinylsilane, (gamma) -acryloxypropyltrimethoxysilane, (gamma) -acryloxypropyltriethoxysilane, (gamma) -methacryloxypropyl trimethoxysilane, and (gamma) -Methacryloxypropyltriethoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more.
架橋性単量体(b4)の中でも、多官能(メタ)アクリレートが架橋度のばらつきが少ない点で特に好ましい。 Among the crosslinkable monomers (b4), polyfunctional (meth) acrylates are particularly preferable in that there is little variation in the degree of crosslinking.
架橋性単量体単位(b4)の含有量は、共重合体100質量%に対して、好ましくは0.0〜5質量%であり、より好ましくは0.0〜2.0質量%であり、さらに好ましくは0.0〜1.0質量%であり、より特に好ましくは0.0〜0.5質量%である。架橋性単量体(b4)の含有量が0.5質量%以下であることにより共重合体のトルエンに対する膨潤度が高くなる傾向にあり、同時にセパレータと電極との密着性が向上する傾向にある。 The content of the crosslinkable monomer unit (b4) is preferably 0.0 to 5% by mass, more preferably 0.0 to 2.0% by mass with respect to 100% by mass of the copolymer. More preferably, it is 0.0-1.0 mass%, More preferably, it is 0.0-0.5 mass%. When the content of the crosslinkable monomer (b4) is 0.5% by mass or less, the degree of swelling of the copolymer with respect to toluene tends to increase, and at the same time, the adhesion between the separator and the electrode tends to improve. is there.
((メタ)アクリル酸エステル単量体(b5))
また、共重合体バインダが(メタ)アクリル酸エステル単量体(b5)を含むことにより、耐酸化性がより向上する傾向にある。(メタ)アクリル酸エステル単量体(b5)は上記単量体(b1)〜(b4)とは異なる単量体である。
((Meth) acrylic acid ester monomer (b5))
Moreover, it exists in the tendency for oxidation resistance to improve more because a copolymer binder contains a (meth) acrylic acid ester monomer (b5). The (meth) acrylic acid ester monomer (b5) is a monomer different from the monomers (b1) to (b4).
(メタ)アクリル酸エステル単量体(b5)としては、特に限定されないが、例えば、エチレン性不飽和結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステルが挙げられ、より具体的には、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレートなどのアルキル基を有する(メタ)アクリレート(より好ましくはアルキル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する(メタ)アクリレート);ベンジルアクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレートなどの芳香環を有する(メタ)アクリレート(より好ましくは芳香環と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する(メタ)アクリレート)が挙げられる。これらの中では、電極(電極活物質)との密着性向上の観点から、炭素数6以上のアルキル基と(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する(メタ)アクリル酸エステル単量体単位(b5)が好ましい。より具体的には、2−エチルヘキシルアクリレートが好ましい。これら(メタ)アクリル酸エステル単量体(b5)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Although it does not specifically limit as (meth) acrylic acid ester monomer (b5), For example, (meth) acrylic acid ester which has one ethylenically unsaturated bond is mentioned, More specifically, methyl acrylate, Ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, butyl acrylate, isobutyl acrylate, t-butyl acrylate, n-hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl acrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate , Alkyl such as t-butyl methacrylate, n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl methacrylate (Meth) acrylate having a ring (more preferably (meth) acrylate having an alkyl group and a (meth) acryloyloxy group); (meth) acrylate having an aromatic ring such as benzyl acrylate, phenyl acrylate, benzyl methacrylate, and phenyl methacrylate ( More preferred is (meth) acrylate having an aromatic ring and a (meth) acryloyloxy group. Among these, from the viewpoint of improving adhesion to the electrode (electrode active material), a (meth) acrylate monomer unit (b5) having an alkyl group having 6 or more carbon atoms and a (meth) acryloyloxy group. Is preferred. More specifically, 2-ethylhexyl acrylate is preferable. These (meth) acrylic acid ester monomers (b5) may be used alone or in combination of two or more.
(メタ)アクリル酸エステル単量体(b5)の含有量は、共重合体100質量%に対して、好ましくは50〜99.9質量%であり、より好ましくは70〜99.9質量%であり、さらに好ましくは80〜99.9質量%である。(メタ)アクリル酸エステル単量体(b5)の含有量が99.9質量%以下であることにより、セパレータの耐熱性が向上する傾向にある。 The content of the (meth) acrylic acid ester monomer (b5) is preferably 50 to 99.9% by mass and more preferably 70 to 99.9% by mass with respect to 100% by mass of the copolymer. More preferably, it is 80-99.9 mass%. When the content of the (meth) acrylic acid ester monomer (b5) is 99.9% by mass or less, the heat resistance of the separator tends to be improved.
シクロアルキル基含有単量体単位(A)及び(メタ)アクリル酸エステル単量体(b51)の合計含有量は、共重合体100質量%に対して、好ましくは80〜99.9質量%であり、より好ましくは85〜99.9質量%である。シクロアルキル基含有単量体単位(A)及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位(b5)の合計含有量が上記範囲内であることにより、セパレータが非水系電解液二次電池に用いられる場合、共重合体バインダの耐酸化性がより向上する傾向にある。 The total content of the cycloalkyl group-containing monomer unit (A) and the (meth) acrylate monomer (b51) is preferably 80 to 99.9% by mass with respect to 100% by mass of the copolymer. Yes, more preferably 85-99.9% by mass. When the total content of the cycloalkyl group-containing monomer unit (A) and the (meth) acrylate monomer unit (b5) is within the above range, the separator is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery. In this case, the oxidation resistance of the copolymer binder tends to be further improved.
(シアノ基含有単量体単位(b6))
共重合体バインダがシアノ基含有単量体単位(b6)を有することにより、共重合体の耐酸化性がより向上する傾向にある。シアノ基含有単量体単位(b6)としては、特に限定されないが、例えば、アクリロニトリル、及びメタクリロニトリルが挙げられる。シアノ基含有単量体単位(b6)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Cyano group-containing monomer unit (b6))
When the copolymer binder has the cyano group-containing monomer unit (b6), the oxidation resistance of the copolymer tends to be further improved. Although it does not specifically limit as a cyano group containing monomer unit (b6), For example, an acrylonitrile and a methacrylonitrile are mentioned. The cyano group-containing monomer unit (b6) may be used alone or in combination of two or more.
(芳香族基含有単量体単位(b7))
共重合体バインダが芳香族基含有単量体単位(b7)を有することにより、共重合体の耐電解液性がより向上する傾向にある。芳香族基含有単量体単位(b7)としては、特に限定されないが、例えば、スチレン、ビニルトルエン及びα−メチルスチレンが挙げられる。このなかでも、スチレンが好ましい。芳香族基含有単量体単位(b7)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Aromatic group-containing monomer unit (b7))
When the copolymer binder has the aromatic group-containing monomer unit (b7), the electrolytic solution resistance of the copolymer tends to be further improved. The aromatic group-containing monomer unit (b7) is not particularly limited, and examples thereof include styrene, vinyl toluene, and α-methylstyrene. Of these, styrene is preferable. The aromatic group-containing monomer unit (b7) may be used alone or in combination of two or more.
(共重合体バインダの製造方法)
共重合体バインダは、例えば、通常の乳化重合法によって得られる。乳化重合の方法に関しては特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば、水性媒体中で上述の単量体、界面活性剤、ラジカル重合開始剤、及び必要に応じて用いられる他の添加剤成分を基本組成成分とする分散系において、上記各単量体を含む単量体組成物を重合することにより共重合体が得られる。重合に際しては、供給する単量体組成物の組成を全重合過程で一定にする方法や、重合過程で逐次又は連続的に変化させることによって、生成する樹脂分散体の粒子の形態的な組成変化を与える方法等、必要に応じて様々な方法が利用できる。共重合体を乳化重合により得る場合、例えば、水と、その水中に分散した粒子状の共重合体とを含む水分散体(ラテックス)の形態であってもよい。
(Method for producing copolymer binder)
The copolymer binder is obtained, for example, by a usual emulsion polymerization method. There is no restriction | limiting in particular regarding the method of emulsion polymerization, A conventionally well-known method can be used. For example, in a dispersion system containing the above-mentioned monomer, surfactant, radical polymerization initiator, and other additive components used as necessary in an aqueous medium as a basic composition component, each of the above monomers is included. A copolymer is obtained by polymerizing the monomer composition. In the polymerization, the composition of the monomer composition to be supplied is made constant throughout the entire polymerization process, or the morphological composition change of the particles of the resin dispersion to be produced is changed sequentially or continuously in the polymerization process. Various methods can be used as necessary, such as a method of giving When the copolymer is obtained by emulsion polymerization, for example, it may be in the form of an aqueous dispersion (latex) containing water and a particulate copolymer dispersed in the water.
界面活性剤は、一分子中に少なくとも1つ以上の親水基と1つ以上の親油基とを有する化合物である。界面活性剤としては、例えば、非反応性のアルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルフォン酸塩、ナフタレンスルフォン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等のアニオン性界面活性剤、及び、非反応性のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。これらの他に、親水基と親油基とを有する界面活性剤の化学構造式の中にエチレン性二重結合を導入した、いわゆる反応性界面活性剤を用いてもよい。 The surfactant is a compound having at least one or more hydrophilic groups and one or more lipophilic groups in one molecule. Examples of the surfactant include non-reactive alkyl sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate, alkyl benzene sulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, alkyl sulfosuccinate, alkyl diphenyl ether disulfonate, naphthalene sulfone. Anionic interfaces such as acid formalin condensate, polyoxyethylene polycyclic phenyl ether sulfate, polyoxyethylene distyrenated phenyl ether sulfate, fatty acid salt, alkyl phosphate, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate Activators and non-reactive polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyethylene polycyclic phenyl ethers, polyoxyethylene disty Phenyl ether, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, glycerin fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene alkylamine, alkylalkanolamide, polyoxyethylene alkylphenyl ether, etc. Nonionic surfactants. In addition to these, a so-called reactive surfactant in which an ethylenic double bond is introduced into the chemical structural formula of a surfactant having a hydrophilic group and a lipophilic group may be used.
反応性界面活性剤の中のアニオン性界面活性剤としては、例えば、スルホン酸基、スルホネート基又は硫酸エステル基及びこれらの塩を有するエチレン性不飽和単量体が挙げられ、スルホン酸基、又はそのアンモニウム塩若しくはアルカリ金属塩である基(アンモニウムスルホネート基、又はアルカリ金属スルホネート基)を有する化合物であることが好ましい。具体的には、例えば、アルキルアリルスルホコハク酸塩(例えば、三洋化成株式会社製エレミノール(商標)JS−20、花王株式会社製ラテムル(商標。以下同様。)S−120、S−180A、S−180が挙げられる。)、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル硫酸エステル塩(例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロン(商標。以下同様。)HS−10が挙げられる。)、α−〔1−〔(アリルオキシ)メチル〕−2−(ノニルフェノキシ)エチル〕−ω−ポリオキシエチレン硫酸エステル塩(例えば、株式会社ADEKA製アデカリアソープ(商標。以下同様。)SE−10Nが挙げられる。)、アンモニウム=α−スルホナト−ω−1−(アリルオキシメチル)アルキルオキシポリオキシエチレン(例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロンKH−10が挙げられる。)、スチレンスルホン酸塩(例えば、東ソー有機化学株式会社製スピノマー(商標)NaSSが挙げられる。)、α−〔2−〔(アリルオキシ)−1−(アルキルオキシメチル)エチル〕−ω−ポリオキシエチレン硫酸エステル塩(例えば、株式会社ADEKA製アデカリアソープSR−10が挙げられる。)、ポリオキシエチレンポリオキシブチレン(3−メチル−3−ブテニル)エーテルの硫酸エステル塩(例えば、花王株式会社製ラテムルPD−104が挙げられる。)が挙げられる。 Examples of the anionic surfactant in the reactive surfactant include an ethylenically unsaturated monomer having a sulfonic acid group, a sulfonate group or a sulfate ester group and a salt thereof, and a sulfonic acid group, or A compound having a group (ammonium sulfonate group or alkali metal sulfonate group) which is an ammonium salt or an alkali metal salt thereof is preferable. Specifically, for example, alkylallylsulfosuccinate (for example, Eleminol (trademark) JS-20 manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., Latemuru (trademark; manufactured by Kao Corporation), S-120, S-180A, S- 180), polyoxyethylene alkylpropenyl phenyl ether sulfate ester salt (for example, Aqualon (trademark; the same shall apply hereinafter) HS-10 manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), α- [1- [ (Allyloxy) methyl] -2- (nonylphenoxy) ethyl] -ω-polyoxyethylene sulfate ester salt (for example, ADEKA Corporation soap (trademark; the same shall apply hereinafter) SE-10N manufactured by ADEKA Corporation), ammonium. = Α-sulfonato-ω-1- (allyloxymethyl) alkyloxypolyoxyethylene (eg, Aquaron KH-10 manufactured by Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), styrene sulfonate (for example, Spinomer (trademark) NaSS manufactured by Tosoh Organic Chemical Co., Ltd.), α- [2-[(allyloxy)- 1- (alkyloxymethyl) ethyl] -ω-polyoxyethylene sulfate ester salt (for example, Adeka Soap SR-10 manufactured by ADEKA Corporation), polyoxyethylene polyoxybutylene (3-methyl-3- Butenyl) ether sulfate (for example, LATEMUL PD-104 manufactured by Kao Corporation) may be mentioned.
また、反応性界面活性剤の中のノニオン性界面活性剤としては、例えば、α−〔1−〔(アリルオキシ)メチル〕−2−(ノニルフェノキシ)エチル〕−ω−ヒドロキシポリオキシエチレン(例えば、株式会社ADEKA製アデカリアソープNE−20、NE−30、NE−40が挙げられる。)、ポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル(例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロンRN−10、RN−20、RN−30、RN−50が挙げられる。)、α−〔2−〔(アリルオキシ)−1−(アルキルオキシメチル)エチル〕−ω−ヒドロキシポリオキシエチレン(例えば、株式会社ADEKA製アデカリアソープER−10が挙げられる。)、ポリオキシエチレンポリオキシブチレン(3−メチル−3−ブテニル)エーテル(例えば、花王株式会社製ラテムルPD−420が挙げられる。)が挙げられる。 Examples of the nonionic surfactant in the reactive surfactant include α- [1-[(allyloxy) methyl] -2- (nonylphenoxy) ethyl] -ω-hydroxypolyoxyethylene (for example, Adeka Soap NE-20, NE-30, NE-40 manufactured by ADEKA Co., Ltd.), polyoxyethylene alkylpropenyl phenyl ether (for example, Aqualon RN-10, RN-20, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) RN-30 and RN-50), α- [2-[(allyloxy) -1- (alkyloxymethyl) ethyl] -ω-hydroxypolyoxyethylene (for example, Adeka Soap ER manufactured by ADEKA Corporation) -10)), polyoxyethylene polyoxybutylene (3-methyl-3-butenyl) A Le (for example, Kao Corp. LATEMUL PD-420.) And the like.
上記各種界面活性剤の中でも、反応性界面活性剤が好ましく、より好ましくはアニオン性の反応性界面活性剤であり、さらに好ましくはスルホン酸基を有する反応性界面活性剤である。界面活性剤は、単量体組成物100質量部に対して0.1〜5質量部用いることが好ましい。界面活性剤は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 Among the above-mentioned various surfactants, reactive surfactants are preferable, anionic reactive surfactants are more preferable, and reactive surfactants having a sulfonic acid group are more preferable. The surfactant is preferably used in an amount of 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer composition. Surfactant may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
ラジカル重合開始剤としては、熱又は還元性物質によりラジカル分解して単量体の付加重合を開始させるものであり、無機系開始剤及び有機系開始剤のいずれも用いることができる。ラジカル重合開始剤としては、水溶性又は油溶性の重合開始剤を用いることができる。水溶性の重合開始剤としては、例えば、ペルオキソ二硫酸塩、過酸化物、水溶性のアゾビス化合物、過酸化物−還元剤のレドックス系が挙げられる。ペルオキソ二硫酸塩としては、例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム(KPS)、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(NPS)、及びペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)が挙げられ、過酸化物としては、例えば、過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t―ブチルパーオキシマレイン酸、コハク酸パーオキシド、及び過酸化ベンゾイルが挙げられ、水溶性のアゾビス化合物としては、例えば、2,2−アゾビス(N−ヒドロキシエチルイソブチルアミド)、2、2−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩化水素、4,4−アゾビス(4−シアノペンタン酸)が挙げられ、過酸化物−還元剤のレドックス系としては、例えば、上記過酸化物にナトリウムスルホオキシレートホルムアルデヒド、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム、L−アスコルビン酸、及びその塩、第一銅塩、並びに第一鉄塩等の還元剤の1種又は2種以上を組み合わせたものが挙げられる。 The radical polymerization initiator is one that initiates addition polymerization of monomers by radical decomposition with heat or a reducing substance, and any of inorganic initiators and organic initiators can be used. As the radical polymerization initiator, a water-soluble or oil-soluble polymerization initiator can be used. Examples of the water-soluble polymerization initiator include peroxodisulfates, peroxides, water-soluble azobis compounds, and peroxide-reducing agent redox systems. Examples of the peroxodisulfate include potassium peroxodisulfate (KPS), sodium peroxodisulfate (NPS), and ammonium peroxodisulfate (APS). Examples of the peroxide include hydrogen peroxide, t- Examples thereof include butyl hydroperoxide, t-butyl peroxymaleic acid, succinic acid peroxide, and benzoyl peroxide. Examples of water-soluble azobis compounds include 2,2-azobis (N-hydroxyethylisobutyramide), 2 And 2-azobis (2-amidinopropane) dichloride and 4,4-azobis (4-cyanopentanoic acid). Examples of the redox system of the peroxide-reducing agent include sodium peroxide and sodium peroxide. Sulfooxylate formaldehyde, sodium bisulfite, sodium thiosulfate Um, sodium hydroxymethanesulfinic acid, L- ascorbic acid, and its salts, cuprous salts, and include those that combine one or more reducing agents such as ferrous salts.
ラジカル重合開始剤は、単量体組成物100質量部に対して、好ましくは0.05〜2質量部用いることができる。ラジカル重合開始剤は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 The radical polymerization initiator is preferably used in an amount of 0.05 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer composition. A radical polymerization initiator may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
なお、シクロアルキル基含有単量体単位(A)を構成し得る単量体と、その他の単量体単位(B)を構成し得る単量体と、を含む単量体組成物を乳化重合し、重合体粒子が溶媒(水)中に分散した分散体を形成する場合、得られた分散体の固形分としては、30質量%〜70質量%であることが好ましい。 In addition, emulsion polymerization of a monomer composition containing a monomer that can constitute the cycloalkyl group-containing monomer unit (A) and a monomer that can constitute the other monomer unit (B) And when forming the dispersion which polymer particles disperse | distributed in the solvent (water), it is preferable that it is 30 mass%-70 mass% as solid content of the obtained dispersion.
また、分散体は、長期の分散安定性を保つため、そのpHを5〜12の範囲に調整されることが好ましい。pHの調整には、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びジメチルアミノエタノール等のアミン類を用いることが好ましく、アンモニア(水)又は水酸化ナトリウムによりpHを調整することがより好ましい。 The dispersion is preferably adjusted to have a pH in the range of 5 to 12 in order to maintain long-term dispersion stability. For pH adjustment, amines such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and dimethylaminoethanol are preferably used, and pH is more preferably adjusted with ammonia (water) or sodium hydroxide.
第1の実施形態における水分散体は、上記特定の単量体を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体を、水中に分散した粒子(共重合体粒子)として含む。水分散体には、水及び共重合体以外に、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の溶媒や、分散剤、滑剤、増粘剤、殺菌剤等が含まれていてもよい。 The aqueous dispersion in the first embodiment includes a copolymer obtained by copolymerizing a monomer composition containing the specific monomer as particles (copolymer particles) dispersed in water. In addition to water and the copolymer, the aqueous dispersion may contain a solvent such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, a dispersant, a lubricant, a thickener, a bactericide, and the like.
〔多孔層の形成方法〕
多孔層の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、基材の少なくとも片面に、無機粒子と共重合体バインダとを含む塗布液を塗布して多孔層を形成する方法が挙げられる。
[Method for forming porous layer]
The method for forming the porous layer is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a porous layer is formed by applying a coating liquid containing inorganic particles and a copolymer binder on at least one surface of a substrate.
塗布液の溶媒としては、無機粒子、及び共重合体バインダを均一かつ安定に分散又は溶解できるものが好ましく、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、水、エタノール、トルエン、熱キシレン、塩化メチレン、ヘキサン等が挙げられる。 As the solvent for the coating solution, those capable of uniformly or stably dispersing or dissolving the inorganic particles and the copolymer binder are preferable. For example, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, water , Ethanol, toluene, hot xylene, methylene chloride, hexane and the like.
塗布液には、分散安定化や塗工性の向上のために、界面活性剤等の分散剤;増粘剤;湿潤剤;消泡剤;酸、アルカリを含むPH調製剤等の各種添加剤を加えてもよい。これらの添加剤は、溶媒除去の際に除去できるものが好ましいが、リチウムイオン二次電池の使用範囲において電気化学的に安定で、電池反応を阻害せず、かつ200℃程度まで安定ならば多孔層内に残存してもよい。 Various additives such as surfactants, thickeners, wetting agents, antifoaming agents, PH preparations containing acids and alkalis are added to the coating solution in order to stabilize dispersion and improve coating properties. May be added. These additives are preferably those that can be removed when the solvent is removed, but are porous if they are electrochemically stable in the range of use of the lithium ion secondary battery, do not inhibit the battery reaction, and are stable up to about 200 ° C. It may remain in the layer.
無機粒子と重合体粒子とを、塗布液の溶媒に溶解又は分散させる方法については、塗布工程に必要な塗布液の溶解又は分散特性を実現できる方法であれば特に限定はない。例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散、ディスパーザー、ホモジナイザー、高速衝撃ミル、超音波分散、撹拌羽根等による機械撹拌等が挙げられる。 The method for dissolving or dispersing the inorganic particles and the polymer particles in the solvent of the coating solution is not particularly limited as long as it can achieve the dissolution or dispersion characteristics of the coating solution necessary for the coating step. Examples thereof include a ball mill, a bead mill, a planetary ball mill, a vibrating ball mill, a sand mill, a colloid mill, an attritor, a roll mill, a high-speed impeller dispersion, a disperser, a homogenizer, a high-speed impact mill, ultrasonic dispersion, and mechanical stirring using a stirring blade.
塗布液を基材に塗布する方法については、必要とする層厚や塗布面積を実現できる方法であれば特に限定はない。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、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 solution to the substrate is not particularly limited as long as it can achieve the required layer thickness and coating area. For example, gravure coater method, small diameter gravure coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, dip coater method, knife coater method, air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, squeeze coater method, cast Examples include a coater method, a die coater method, a screen printing method, and a spray coating method.
さらに、塗布に先立ち、基材表面に表面処理をすると、塗布液を塗布し易くなると共に、塗布後の無機粒子含有多孔層と基材表面との接着性が向上するため好ましい。表面処理の方法は、基材の多孔質構造を著しく損なわない方法であれば特に限定はなく、例えば、コロナ放電処理法、機械的粗面化法、溶剤処理法、酸処理法、紫外線酸化法等が挙げられる。 Furthermore, it is preferable to perform a surface treatment on the surface of the substrate prior to coating because the coating liquid can be easily applied and the adhesion between the inorganic particle-containing porous layer after coating and the substrate surface is improved. The surface treatment method is not particularly limited as long as it does not significantly impair the porous structure of the substrate. For example, corona discharge treatment method, mechanical surface roughening method, solvent treatment method, acid treatment method, ultraviolet oxidation method Etc.
塗布後に塗布膜から溶媒を除去する方法については、基材に悪影響を及ぼさない方法であれば特に限定はない。例えば、基材を固定しながらその融点以下の温度にて乾燥する方法、低温で減圧乾燥する方法、共重合体バインダに対する貧溶媒に浸漬して共重合体バインダを凝固させると同時に溶媒を抽出する方法等が挙げられる。 The method for removing the solvent from the coating film after coating is not particularly limited as long as it does not adversely affect the substrate. For example, a method of drying at a temperature below its melting point while fixing the substrate, a method of drying under reduced pressure at a low temperature, dipping in a poor solvent for the copolymer binder to solidify the copolymer binder and extracting the solvent at the same time Methods and the like.
次に、本実施の形態の蓄電デバイス用セパレータをリチウムイオン電池に使用する場合について述べる。 Next, the case where the electricity storage device separator of the present embodiment is used for a lithium ion battery will be described.
正極、負極、非水電解液に限定はなく、公知のものを用いることができる。
正極材料としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、スピネル型LiMnO4、オリビン型LiFePO4等のリチウム含有複合酸化物等が、負極材料としては、例えば、黒鉛質、難黒鉛化炭素質、易黒鉛化炭素質、複合炭素体等の炭素材料;シリコン、スズ、金属リチウム、各種合金材料等が挙げられる。
There is no limitation in a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, A well-known thing can be used.
Examples of the positive electrode material include lithium-containing composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , spinel type LiMnO 4 , and olivine type LiFePO 4 , and examples of the negative electrode material include graphite, non-graphitizable carbonaceous, and easy graphite. Carbonaceous materials such as carbonaceous carbonaceous and composite carbon bodies; silicon, tin, metallic lithium, various alloy materials, and the like.
また、非水電解液としては、電解質を有機溶媒に溶解した電解液を用いることができ、有機溶媒としては、例えば、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等が、電解質としては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6等のリチウム塩が挙げられる。 As the non-aqueous electrolyte, an electrolyte in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Examples thereof include lithium salts such as LiClO 4 , LiBF 4 , and LiPF 6 .
〔セパレータの物性〕
セパレータの透気度は、好ましくは10秒/100cc以上650秒/100cc以下であり、より好ましくは20秒/100cc以上500秒/100cc以下であり、さらに好ましくは30秒/100cc以上450秒/100cc以下であり、特に好ましくは50秒/100cc以上400秒/100cc以下である。セパレータの透気度が10秒/100cc以上であることにより電池用セパレータとして使用した際の自己放電がより低下する傾向にある。また、セパレータの透気度が650秒/100cc以下であることにより充放電特性がより向上する傾向にある。
[Physical properties of separator]
The air permeability of the separator is preferably 10 seconds / 100 cc or more and 650 seconds / 100 cc or less, more preferably 20 seconds / 100 cc or more and 500 seconds / 100 cc or less, and further preferably 30 seconds / 100 cc or more and 450 seconds / 100 cc. Or less, and particularly preferably 50 seconds / 100 cc or more and 400 seconds / 100 cc or less. When the separator has an air permeability of 10 seconds / 100 cc or more, self-discharge when used as a battery separator tends to be further reduced. Moreover, when the air permeability of the separator is 650 seconds / 100 cc or less, the charge / discharge characteristics tend to be further improved.
また、多孔層を形成したことによるセパレータの透気度の増加率は、好ましくは0%以上200%以下であり、より好ましくは0%以上100%以下であり、さらに好ましくは0%以上50%以下であり、特に好ましくは0%以上30%以下である。セパレータの透気度の増加率が上記範囲内であることにより、透過性がより向上する傾向にある。ただし、基材の透気度が100秒/100cc未満の場合は、多孔層を形成した後のセパレータの透気度増加率は0%以上500%以下であれば好ましく用いることができる。 Further, the increase rate of the air permeability of the separator due to the formation of the porous layer is preferably 0% or more and 200% or less, more preferably 0% or more and 100% or less, and further preferably 0% or more and 50% or less. Or less, particularly preferably 0% or more and 30% or less. When the increase rate of the air permeability of the separator is within the above range, the permeability tends to be further improved. However, when the air permeability of the base material is less than 100 seconds / 100 cc, the increase in the air permeability of the separator after forming the porous layer can be preferably used if it is 0% or more and 500% or less.
セパレータの膜厚は、好ましくは2μm以上200μm以下であり、より好ましくは5μm以上100μm以下であり、さらに好ましくは7μm以上30μm以下である。セパレータの膜厚が2μm以上であることにより、機械強度がより向上する傾向にある。また、セパレータの膜厚が200μm以下であることにより、セパレータの占有体積が減るため、電池をより高容量化できる傾向にある。 The thickness of the separator is preferably 2 μm or more and 200 μm or less, more preferably 5 μm or more and 100 μm or less, and further preferably 7 μm or more and 30 μm or less. When the thickness of the separator is 2 μm or more, the mechanical strength tends to be further improved. Moreover, since the separator occupied volume is reduced when the film thickness of the separator is 200 μm or less, the battery tends to have a higher capacity.
セパレータの150℃におけるMD方向及びTD方向の熱収縮率は、好ましくは0%以上15%以下であり、より好ましくは0%以上10%以下であり、さらに好ましくは0%以上5%以下である。MD方向及びTD方向の熱収縮率が15%以下であることにより、電池の異常発熱時のセパレータの破膜が抑制され、短絡が起こりにくくなる傾向にある。 The thermal shrinkage rate in the MD direction and TD direction at 150 ° C. of the separator is preferably 0% or more and 15% or less, more preferably 0% or more and 10% or less, and further preferably 0% or more and 5% or less. . When the thermal contraction rate in the MD direction and the TD direction is 15% or less, the film breakage of the separator at the time of abnormal heat generation of the battery is suppressed, and a short circuit tends not to occur.
セパレータのシャットダウン温度は、好ましくは120℃以上160℃以下であり、より好ましくは120℃以上150℃以下である。シャットダウン温度が160℃以下であることにより、電池が発熱した場合等においても、電流遮断を速やかに促進し、安全性能がより向上する傾向にある。一方、シャットダウン温度が120℃以上であることにより、電池を100℃前後で使用した場合の安全性がより向上する傾向にある。 The shutdown temperature of the separator is preferably 120 ° C. or higher and 160 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. When the shutdown temperature is 160 ° C. or lower, even when the battery generates heat, current interruption is promptly promoted, and the safety performance tends to be further improved. On the other hand, when the shutdown temperature is 120 ° C. or higher, the safety when the battery is used at around 100 ° C. tends to be improved.
セパレータのショート温度は、好ましくは180℃以上1000℃以下であり、より好ましくは200℃以上1000℃以下である。ショート温度が180℃以上であることにより、電池に異常発熱が発生しても、すぐには短絡が起こらないため、その間に放熱することができ、安全性能がより向上する傾向にある。 The short-circuit temperature of the separator is preferably 180 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. When the short circuit temperature is 180 ° C. or higher, even if abnormal heat generation occurs in the battery, a short circuit does not occur immediately, so heat can be dissipated during that time, and safety performance tends to be further improved.
ショート温度は、基材中のポリプロピレンの含有量や、基材中のポリプロピレン以外のポリオレフィンの種類、多孔層中の無機粒子の種類、無機粒子含有層の厚さ等を調整することにより所望の値に制御することができる。 The short temperature is a desired value by adjusting the content of polypropylene in the substrate, the type of polyolefin other than polypropylene in the substrate, the type of inorganic particles in the porous layer, the thickness of the inorganic particle-containing layer, etc. Can be controlled.
なお、上述した各種パラメータについては、特に断りのない限り、後述する実施例における測定法に準じて測定される。 In addition, about the various parameters mentioned above, unless otherwise indicated, it measures according to the measuring method in the Example mentioned later.
〔第2の実施形態〕
第2の実施形態のセパレータは、第1の実施形態のセパレータの少なくとも片面に、さらにポリマー層を有し、該ポリマー層が、熱可塑性ポリマーを含むものである。ポリマー層を有することにより、熱プレス工程を経て、電極及びセパレータを接着させることができる。
[Second Embodiment]
The separator of the second embodiment further has a polymer layer on at least one surface of the separator of the first embodiment, and the polymer layer contains a thermoplastic polymer. By having a polymer layer, an electrode and a separator can be adhered through a hot press process.
〔ポリマー層〕
(熱可塑性ポリマー)
熱可塑性ポリマーとしては、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系共重合体、アクリル系共重合体が挙げられる。このなかでも、電極との密着性の観点から、アクリル系共重合体がより好ましい。
(Polymer layer)
(Thermoplastic polymer)
Although it does not specifically limit as a thermoplastic polymer, For example, fluorine-type copolymers, such as a polyvinylidene fluoride, and an acrylic copolymer are mentioned. Among these, an acrylic copolymer is more preferable from the viewpoint of adhesion to the electrode.
(第1の実施形態のセパレータに対するポリマー層の担持量)
第1の実施形態のセパレータに対するポリマー層の担持量は、固形分で、好ましくは0.05g/m2以上1.0g/m2以下であり、より好ましくは0.07g/m2以上0.80g/m2以下であり、さらに好ましくは0.1g/m2以上0.70g/m2以下である。ポリマー層の担持量が0.05g/m2以上1.0g/m2以下であることにより、ポリマー層と第1の実施形態のセパレータとの接着力がより向上し、第1の実施形態のセパレータの孔を熱可塑性ポリマーが閉塞することによるサイクル特性(透過性)の低下を一層抑制する傾向にある。
(Amount of polymer layer supported on the separator of the first embodiment)
Loading of the polymer layer to the separator of the first embodiment, the solid content, preferably at 0.05 g / m 2 or more 1.0 g / m 2 or less, more preferably 0.07 g / m 2 or more 0. 80 g / m 2 or less, more preferably 0.1 g / m 2 or more and 0.70 g / m 2 or less. By loading amount of the polymer layer is 0.05 g / m 2 or more 1.0 g / m 2 or less, the adhesion strength between the polymer layer and the separator of the first embodiment is further improved, in the first embodiment There is a tendency to further suppress a decrease in cycle characteristics (permeability) due to the plugging of the pores of the separator with the thermoplastic polymer.
第1の実施形態のセパレータに対するポリマー層の担持量は、例えば、塗布液の熱可塑性ポリマー又は共重合体濃度や熱可塑性ポリマー溶液の塗布量を変更することにより調整することができる。ただし、担持量の調整方法は上記に限定されない。 The amount of the polymer layer supported on the separator of the first embodiment can be adjusted, for example, by changing the concentration of the thermoplastic polymer or copolymer in the coating solution or the amount of coating of the thermoplastic polymer solution. However, the method for adjusting the carrying amount is not limited to the above.
(表面被覆率)
第1の実施形態のセパレータ表面に対するポリマー層の表面被覆率は、セパレータの一面当たりの表面積に対して、好ましくは70%以下であり、より好ましくは50%以下であり、さらに好ましくは45%以下であり、特に好ましくは40%以下である。また、第1の実施形態のセパレータ表面に対するポリマー層の表面被覆率は、セパレータの一面当たりの表面積に対して、好ましくは5%以上である。ポリマー層の表面被覆率が70%以下であることにより、熱可塑性ポリマーによるセパレータの孔の閉塞を更に抑制し、セパレータの透過性を一層向上する傾向にある。一方、ポリマー層の表面被覆率が5%以上であることにより、電極との接着性が一層向上する傾向にある。
(Surface coverage)
The surface coverage of the polymer layer with respect to the separator surface of the first embodiment is preferably 70% or less, more preferably 50% or less, and even more preferably 45% or less, with respect to the surface area per side of the separator. And particularly preferably 40% or less. In addition, the surface coverage of the polymer layer with respect to the separator surface of the first embodiment is preferably 5% or more with respect to the surface area per surface of the separator. When the surface coverage of the polymer layer is 70% or less, the pores of the separator due to the thermoplastic polymer are further suppressed, and the permeability of the separator tends to be further improved. On the other hand, when the surface coverage of the polymer layer is 5% or more, the adhesion with the electrode tends to be further improved.
ポリマー層の表面被覆率は、例えば、後述のセパレータの製造方法において、セパレータに塗布する塗布液中の熱可塑性ポリマー又は共重合体濃度、塗布液の塗布量、塗布方法及び塗布条件を変更することにより調整することができる。ただし、表面被覆率の調整方法は、それらに限定されない。また、本実施形態におけるポリマー層の表面被覆率は、下記実施例に記載の方法に準じて測定される。 The surface coverage of the polymer layer is, for example, changing the concentration of the thermoplastic polymer or copolymer in the coating liquid applied to the separator, the coating amount of the coating liquid, the coating method, and the coating conditions in the separator manufacturing method described later. Can be adjusted. However, the method for adjusting the surface coverage is not limited thereto. Moreover, the surface coverage of the polymer layer in this embodiment is measured according to the method as described in the following Example.
(ポリマー層の平均厚さ)
ポリマー層の平均厚さは、好ましくは2.0μm以下であり、より好ましくは1.0μm以下であり、さらに好ましくは0.5μm以下である。ポリマー層の平均厚さが2.0μm以下であることにより、ポリマー層による透過性低下を抑制できると共に、セパレータをロールとして保管した際のポリマー層同士又はポリマー層とセパレータとの貼り付きを効果的に抑制できる傾向にある。
(Average thickness of polymer layer)
The average thickness of the polymer layer is preferably 2.0 μm or less, more preferably 1.0 μm or less, and further preferably 0.5 μm or less. When the average thickness of the polymer layer is 2.0 μm or less, it is possible to suppress a decrease in permeability due to the polymer layer and to effectively adhere the polymer layers to each other or the polymer layer and the separator when the separator is stored as a roll. It tends to be suppressed.
ポリマー層の平均厚さは、例えば、セパレータに塗布する塗布液における熱可塑性ポリマー又は共重合体濃度や塗布液の塗布量、塗布方法及び塗布条件を変更することにより調整することができる。ただし、ポリマー層の平均厚さの調整方法は、それらに限定されない。 The average thickness of the polymer layer can be adjusted, for example, by changing the thermoplastic polymer or copolymer concentration in the coating liquid applied to the separator, the coating amount of the coating liquid, the coating method, and the coating conditions. However, the adjustment method of the average thickness of a polymer layer is not limited to them.
(第1の実施形態のセパレータ上のポリマー層の存在形態)
第1の実施形態のセパレータ上のポリマー層の存在形態(パターン)は、特に限定されず、例えば図1に黒塗りで示す平面形状を有していてもよい。すなわち、ポリマー層は、例えば、ドット状(例えば図1の(A))、格子目状(例えば図1の(B))、線状(例えば図1の(C))、縞状(例えば図1の(D))、亀甲模様状(例えば図1の(E))等のような平面形状で存在してもよい。
(Existence form of the polymer layer on the separator of the first embodiment)
The presence form (pattern) of the polymer layer on the separator according to the first embodiment is not particularly limited, and may have, for example, a planar shape shown in black in FIG. That is, the polymer layer has, for example, a dot shape (for example, FIG. 1A), a lattice shape (for example, FIG. 1B), a linear shape (for example, FIG. 1C), a stripe shape (for example, FIG. 1 (D)), a tortoiseshell pattern (for example, (E) in FIG. 1), and the like may exist.
これらの中では、透過性を確保する観点、及び電極との均一な接着性を一層向上させる観点から、ポリマー層がセパレータの少なくとも片面上にドット状に存在することが好ましい。「ドット状」とは、セパレータ上にポリマー層が島状に存在し、ポリマー層が存在しない部分が海状になっている海島構造の状態を示す。なお、ポリマー層が島状に独立して存在しても、その一部が連続的な面を形成していてもよいが、ポリマー層が殆どの部分で連続し、セパレータの大部分がポリマー層で覆われた状態である場合(海島構造の海がポリマー層であるような場合)は含まない。 In these, it is preferable that a polymer layer exists in the dot form on the at least single side | surface of a separator from a viewpoint of ensuring permeability | transmittance and a further improving uniform adhesiveness with an electrode. “Dot-like” indicates a state of a sea-island structure in which a polymer layer is present in an island shape on a separator and a portion where the polymer layer is not present is in a sea shape. Although the polymer layer may exist independently in an island shape, a part of the polymer layer may form a continuous surface, but the polymer layer is continuous in most parts, and most of the separator is the polymer layer. It is not included when it is covered with (when the sea of the sea-island structure is a polymer layer).
ポリマー層が島状に独立して存在する場合、島状のドットの間隔(隣り合う島状ドットの端部間の距離)は、5μm〜500μmであることが、電極への密着性とサイクル特性との両立の点から好ましい。また、ドットの平均長径(1つのドットの最も長い径;長径)は、好ましくは20μm以上1000μm以下であり、より好ましくは30μm以上800μm以下であり、さらに好ましくは50μm以上500μm以下である。当該ポリマー層のドットの平均長径が20μm以上1000μm以下であることにより、電極との接着性がより向上する傾向にある。 When the polymer layer exists independently in an island shape, the distance between the island dots (the distance between the ends of the adjacent island dots) is 5 μm to 500 μm. It is preferable from the point of coexistence. The average long diameter of the dots (the longest diameter of one dot; the long diameter) is preferably 20 μm or more and 1000 μm or less, more preferably 30 μm or more and 800 μm or less, and further preferably 50 μm or more and 500 μm or less. When the average major axis of the dots of the polymer layer is 20 μm or more and 1000 μm or less, the adhesion with the electrode tends to be further improved.
ポリマー層のドットの平均長径は、例えば、塗布液の共重合体又は熱可塑性ポリマー濃度、塗布液の塗布量、塗布方法、及び塗布条件を変更することにより調整することができる。ただし、ポリマー層のドットの平均長径を調整する方法は、それらに限定されない。 The average major axis of the dots of the polymer layer can be adjusted, for example, by changing the copolymer or thermoplastic polymer concentration of the coating liquid, the coating amount of the coating liquid, the coating method, and the coating conditions. However, the method of adjusting the average major axis of the dots of the polymer layer is not limited to them.
また、第2の実施形態のセパレータは、後述の方法で測定される電極との密着性が50%以上であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the separator of 2nd Embodiment is 50% or more of adhesiveness with the electrode measured by the below-mentioned method.
〔第2の実施形態のセパレータの製造方法〕
第2の実施形態のセパレータの製造方法は、特に限定されないが、例えば、第1の実施形態のセパレータの少なくとも片面に、熱可塑性ポリマーを含有する塗布液を塗布する塗布工程と、必要に応じて、塗布液の溶媒又は分散媒を除去する乾燥工程とを有する方法が挙げられる。
[Method for Producing Separator of Second Embodiment]
Although the manufacturing method of the separator of 2nd Embodiment is not specifically limited, For example, the application process which apply | coats the coating liquid containing a thermoplastic polymer to the at least single side | surface of the separator of 1st Embodiment, and as needed And a drying step of removing the solvent or dispersion medium of the coating solution.
(塗布工程)
塗布工程は、第1の実施形態のセパレータの少なくとも片面に、熱可塑性ポリマーを含む塗布液を塗布する工程である。塗布液は、熱可塑性ポリマーと、溶媒又は分散媒と、を含む。
(Coating process)
The coating step is a step of coating a coating liquid containing a thermoplastic polymer on at least one surface of the separator of the first embodiment. The coating liquid contains a thermoplastic polymer and a solvent or a dispersion medium.
塗布液に含まれる溶媒又は分散媒としては、特に限定されないが、水、が好ましい。塗布液をセパレータに塗布する際に、塗布液がセパレータの内部にまで入り込んでしまうと、共重合体を含む熱可塑性ポリマーが、セパレータの孔の表面及び内部を閉塞し透過性が低下しやすくなる。この点、塗布液の溶媒又は分散媒として水を用いる場合には、セパレータの内部に塗布液が入り込み難くなり、共重合体を含む熱可塑性ポリマーは主にセパレータの外表面上に存在しやすくなるため、透過性の低下をより効果的に抑制できるので好ましい。また、水と併用可能な溶媒又は分散媒としては、例えば、エタノール及びメタノールを挙げることができる。 Although it does not specifically limit as a solvent or a dispersion medium contained in a coating liquid, Water is preferable. When the coating liquid is applied to the separator when the coating liquid is applied to the separator, the thermoplastic polymer containing the copolymer closes the surface and the inside of the pores of the separator, and the permeability tends to decrease. . In this regard, when water is used as the solvent or dispersion medium of the coating solution, the coating solution is difficult to enter the separator, and the thermoplastic polymer including the copolymer is likely to be mainly present on the outer surface of the separator. Therefore, it is preferable because a decrease in permeability can be more effectively suppressed. Examples of the solvent or dispersion medium that can be used in combination with water include ethanol and methanol.
塗布液の塗布方法については、必要とする層厚や塗布面積を実現できる方法であれば特に限定はなく、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、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法が挙げられる。 The application method of the coating solution is not particularly limited as long as the required layer thickness and application area can be realized. For example, gravure coater method, small diameter gravure coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, kiss coater Method, dip coater method, knife coater method, air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, squeeze coater method, cast coater method, die coater method, screen printing method and spray coating method.
(表面処理工程)
塗布工程の前に、セパレータ表面に表面処理を施す表面処理工程を有してもよい。表面処理工程を有することにより、塗布液をより塗布しやすくなると共にセパレータと熱可塑性ポリマーとの接着性が向上する傾向にある。表面処理の方法は、セパレータの構造(例えばポリオレフィン微多孔膜の多孔質構造)を著しく損なわない方法であれば特に限定はなく、例えば、コロナ放電処理法、プラズマ処理法、機械的粗面化法、溶剤処理法、酸処理法、及び紫外線酸化法が挙げられる。
(Surface treatment process)
You may have the surface treatment process which performs surface treatment on the separator surface before an application | coating process. By having the surface treatment step, it becomes easier to apply the coating liquid and the adhesiveness between the separator and the thermoplastic polymer tends to be improved. The surface treatment method is not particularly limited as long as the structure of the separator (for example, the porous structure of the polyolefin microporous membrane) is not significantly impaired. For example, the corona discharge treatment method, the plasma treatment method, the mechanical surface roughening method. , Solvent treatment method, acid treatment method, and ultraviolet oxidation method.
(乾燥工程)
乾燥工程は、塗布液の溶媒又は分散媒を除去する工程である。セパレータに塗布した塗布液から溶媒又は分散媒を除去する方法としては、セパレータに悪影響を及ぼさない方法であれば特に限定はない。例えば、セパレータとしてポリオレフィン微多孔膜を用いる場合、セパレータを固定しながらその融点以下の温度にて乾燥する方法、低温で減圧乾燥する方法、共重合体に対する貧溶媒に浸漬して共重合体を凝固させると同時に溶媒を抽出する方法が挙げられる。
(Drying process)
A drying process is a process of removing the solvent or dispersion medium of a coating liquid. The method for removing the solvent or dispersion medium from the coating liquid applied to the separator is not particularly limited as long as it does not adversely affect the separator. For example, when a polyolefin microporous membrane is used as a separator, a method of drying at a temperature below the melting point while fixing the separator, a method of drying under reduced pressure at a low temperature, or immersing in a poor solvent for the copolymer to solidify the copolymer And a method of extracting the solvent at the same time.
(用途)
第1の実施形態及び第2の実施形態のセパレータは、蓄電デバイス、リチウムイオン二次電池などのセパレータとして好適に用いることができる。本実施形態の蓄電デバイスは、第1の実施形態又は第2の実施形態のセパレータを備え、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、第1の実施形態又は第2の実施形態のセパレータを備える。
(Use)
The separator of 1st Embodiment and 2nd Embodiment can be used suitably as separators, such as an electrical storage device and a lithium ion secondary battery. The electricity storage device of this embodiment includes the separator of the first embodiment or the second embodiment, and the lithium ion secondary battery of this embodiment includes the separator of the first embodiment or the second embodiment. .
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明をするが、本発明は実施例に限定されるものではない。以下の合成例、製造例、実施例及び比較例において用いられた各種物性の測定方法や評価方法は、以下のとおりである。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to an Example. The measurement methods and evaluation methods for various physical properties used in the following synthesis examples, production examples, examples and comparative examples are as follows.
[測定方法]
(1)固形分
得られた共重合体の水分散体をアルミ皿上に約1g精秤し、このとき量り取った水分散体の質量を(a)gとした。それを、130℃の熱風乾燥機で1時間乾燥し、乾燥後の共重合体の乾燥質量を(b)gとした。下記式により固形分を算出した。
固形分=(b)/(a)×100 [%]
[Measuring method]
(1) Solid content About 1 g of the obtained aqueous dispersion of the copolymer was precisely weighed on an aluminum dish, and the mass of the aqueous dispersion weighed at this time was defined as (a) g. It was dried for 1 hour with a hot air dryer at 130 ° C., and the dry mass of the dried copolymer was (b) g. The solid content was calculated by the following formula.
Solid content = (b) / (a) × 100 [%]
(2)共重合体粒子の平均粒径
光散乱法による粒径測定装置(LEED&NORTHRUP社製、商品名「MICROTRAC UPA150」)を用い、50%粒径(nm)を測定し、平均粒径とした。
(2) Average particle diameter of copolymer particles Using a light-scattering particle diameter measuring apparatus (LEED & NORTH UP, trade name “MICROTRAC UPA150”), 50% particle diameter (nm) was measured and used as the average particle diameter. .
(3)基材(ポリオレフィン微多孔膜)の目付
10cm×10cm角の試料を基材から切り取り、株式会社島津製作所製の電子天秤AEL−200(商品名)を用いて質量を測定した。得られた質量を100倍することで1m2当たりの膜の目付(g/m2)を算出した。
(3) Weight of base material (polyolefin microporous film) A 10 cm × 10 cm square sample was cut from the base material, and mass was measured using an electronic balance AEL-200 (trade name) manufactured by Shimadzu Corporation. Is multiplied by the resulting mass 100 was calculated 1 m 2 per layer of basis weight (g / m 2) in.
(4)基材(ポリオレフィン微多孔膜)の膜厚
基材からMD10mm×TD10mmのサンプルを切り出し、格子状に9箇所(3点×3点)を選んで、膜厚をダイヤルゲージ(尾崎製作所製PEACOCKNo.25(登録商標))を用いて測定し、9箇所の測定値の平均値を基材の膜厚(μm)とした。
(4) Film thickness of base material (polyolefin microporous film) A sample of MD 10 mm × TD 10 mm was cut out from the base material, nine locations (3 points × 3 points) were selected in a lattice shape, and the film thickness was dial gauge (manufactured by Ozaki Mfg. Co., Ltd.) PEACOCK No. 25 (registered trademark)) was used, and the average value of the nine measured values was defined as the film thickness (μm) of the substrate.
(5)基材(ポリオレフィン微多孔膜)の気孔率
10cm×10cm角の試料を基材から切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を求め、膜密度を0.95(g/cm3)として下記式を用いて気孔率を計算した。
気孔率=(1−質量/体積/0.95)×100
(5) Porosity of substrate (polyolefin microporous membrane) A 10 cm x 10 cm square sample was cut from the substrate, its volume (cm 3 ) and mass (g) were determined, and the membrane density was 0.95 (g / cm 3 ) The porosity was calculated using the following formula.
Porosity = (1−mass / volume / 0.95) × 100
(6)基材(ポリオレフィン微多孔膜)の透気度
JIS P−8117に準拠し、東洋精器株式会社製のガーレー式透気度計、G−B2(商標)により測定した透気抵抗度を透気度とした。
(6) Air Permeability of Substrate (Polyolefin Microporous Membrane) Air permeation resistance measured by Gurley type air permeance meter, G-B2 (trademark) manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. according to JIS P-8117 Was the air permeability.
(7)基材(ポリオレフィン微多孔膜)の突刺強度
カトーテック製のハンディー圧縮試験器KES−G5(商標)を用いて、開口部の直径11.3mmの試料ホルダーで基材を固定した。次に固定された基材の中央部に対して、先端の曲率半径が0.5mmである針を用い、突刺速度2mm/secの条件で、25℃の雰囲気下にて突刺試験を行うことにより、最大突刺荷重として突刺強度(g)を得た。
(7) Puncture strength of base material (polyolefin microporous membrane) Using a handy compression tester KES-G5 (trademark) manufactured by Kato Tech, the base material was fixed with a sample holder having a diameter of 11.3 mm. Next, by performing a piercing test in a 25 ° C. atmosphere at a piercing speed of 2 mm / sec using a needle having a radius of curvature of 0.5 mm at the center of the fixed substrate. The puncture strength (g) was obtained as the maximum puncture load.
(8)基材(ポリオレフィン微多孔膜)の平均孔径
キャピラリー内部の流体は、流体の平均自由工程がキャピラリーの孔径より大きいときはクヌーセンの流れに、小さい時はポアズイユの流れに従うことが知られている。そこで、基材の透気度測定における空気の流れがクヌーセンの流れに、また、基材の透水度測定における水の流れがポアズイユの流れに従うと仮定した。
(8) The average pore size of the substrate (polyolefin microporous membrane) It is known that the fluid inside the capillary follows the Knudsen flow when the fluid mean free path is larger than the capillary pore size, and the Poiseuille flow when it is small. Yes. Therefore, it was assumed that the air flow in the air permeability measurement of the base material follows the Knudsen flow, and the water flow in the base material permeability measurement follows the Poiseuille flow.
平均孔径d(μm)は、空気の透過速度定数Rgas(m3/(m2・sec・Pa))、水の透過速度定数Rliq(m3/(m2・sec・Pa))、空気の分子速度ν(m/sec)、水の粘度η(Pa・sec)、標準圧力Ps(=101325Pa)、気孔率ε(%)、膜厚L(μm)から、下記式を用いて求めた。
d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3Ps)×106
The average pore diameter d (μm) is the air permeation rate constant R gas (m 3 / (m 2 · sec · Pa)), the water permeation rate constant R liq (m 3 / (m 2 · sec · Pa)), From the air molecular velocity ν (m / sec), water viscosity η (Pa · sec), standard pressure P s (= 101325 Pa), porosity ε (%), and film thickness L (μm), the following equation is used. Asked.
d = 2ν × (R liq / R gas ) × (16η / 3Ps) × 10 6
ここで、Rgasは透気度(秒)から下記式を用いて求めた。
Rgas=0.0001/(透気度×(6.424×10-4)×(0.01276×101325))
Here, R gas was calculated | required from the air permeability (second) using the following formula.
R gas = 0.0001 / (air permeability × (6.424 × 10 −4 ) × (0.01276 × 101325))
また、Rliqは透水度(cm3/(cm2・sec・Pa))から下記式を用いて求めた。
Rliq=透水度/100
R liq was determined from the water permeability (cm 3 / (cm 2 · sec · Pa)) using the following formula.
R liq = water permeability / 100
なお、透水度は次のようにして求めた。直径41mmのステンレス製の透液セルに、予めエタノールに浸しておいた基材をセットし、その基材のエタノールを水で洗浄した後、約50000Paの差圧で基材に水を透過させ、120秒間経過した際の透水量(cm3)より、単位時間・単位圧力・単位面積当たりの透水量を計算し、これを透水度とした。 The water permeability was determined as follows. A base material previously immersed in ethanol is set in a stainless steel liquid-permeable cell having a diameter of 41 mm, and after the ethanol of the base material is washed with water, water is permeated through the base material with a differential pressure of about 50000 Pa, From the water permeability (cm 3 ) when 120 seconds passed, the water permeability per unit time, unit pressure, and unit area was calculated and used as the water permeability.
また、νは気体定数R(=8.314)、絶対温度T(K)、円周率π、空気の平均分子量M(=2.896×10-2kg/mol)から下記式を用いて求めた。
ν=((8R×T)/(π×M))1/2
Ν is a gas constant R (= 8.314), an absolute temperature T (K), a circumference π, and an average molecular weight M of air (= 2.896 × 10 −2 kg / mol), using the following formula. Asked.
ν = ((8R × T) / (π × M)) 1/2
(9)共重合体のガラス転移温度
共重合体を含む水分散体(固形分=38〜42質量%、pH=9.0)を、アルミ皿に適量とり、130℃の熱風乾燥機で30分間乾燥した。乾燥後の乾燥皮膜約17mgを測定用アルミ容器に詰め、DSC測定装置(島津製作所社製、型番:DSC6220)にて窒素雰囲気下におけるDSC曲線及びDDSC曲線を得た。なお、測定条件は下記の通りとした。
(1段目昇温プログラム)
70℃で開始し、毎分15℃の速度で昇温した。110℃に到達後、その温度で5分間維持した。
(2段目降温プログラム)
110℃から毎分30℃の速度で降温した。−50℃に到達後、その温度で4分間維持した。
(3段目昇温プログラム)
−50℃から毎分15℃の速度で130℃まで昇温した。この3段目の昇温時にDSC及びDDSCのデータを取得した。
(9) Glass transition temperature of copolymer An appropriate amount of an aqueous dispersion (solid content = 38 to 42% by mass, pH = 9.0) containing a copolymer is placed in an aluminum dish and heated with a hot air dryer at 130 ° C. Dried for minutes. About 17 mg of the dried film after drying was packed in an aluminum container for measurement, and a DSC curve and a DDSC curve in a nitrogen atmosphere were obtained with a DSC measuring apparatus (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: DSC6220). The measurement conditions were as follows.
(First stage temperature rise program)
Starting at 70 ° C., the temperature was increased at a rate of 15 ° C. per minute. After reaching 110 ° C., the temperature was maintained for 5 minutes.
(Second stage temperature drop program)
The temperature was lowered from 110 ° C. at a rate of 30 ° C. per minute. After reaching −50 ° C., the temperature was maintained for 4 minutes.
(Third-stage temperature rising program)
The temperature was raised from -50 ° C to 130 ° C at a rate of 15 ° C per minute. DSC and DDSC data were acquired during the third stage of temperature increase.
得られたDSC曲線におけるベースラインを高温側に延長した直線と、変曲点における接線との交点をガラス転移温度(Tg)とした。 The intersection of the straight line obtained by extending the base line in the obtained DSC curve to the high temperature side and the tangent at the inflection point was defined as the glass transition temperature (Tg).
(10)共重合体の電解液に対する膨潤度
共重合体を含む水分散体を130℃のオーブン中に1時間静置して乾燥させた。乾燥させて得られた共重合体の膜を0.5gになるように切り取った。切り取ったサンプルを、エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=2:3(質量比)の混合溶媒10gと一緒に50mLのバイアル瓶に入れ、1日混合溶媒を浸透させた後、サンプルを取り出し、上記混合溶媒にて洗浄し、質量(Wa:g)を測定した。その後、サンプルを150℃のオーブン中に1時間静置してから、質量を測定し(Wb:g)、下記式より共重合体の電解液に対する膨潤度を算出した。
共重合体の電解液に対する膨潤度(倍)=(Wa−Wb)÷(Wb)
(10) Swelling degree of copolymer with respect to electrolyte solution The aqueous dispersion containing the copolymer was allowed to stand in an oven at 130 ° C. for 1 hour and dried. The copolymer film obtained by drying was cut to 0.5 g. The cut sample is put in a 50 mL vial together with 10 g of a mixed solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 2: 3 (mass ratio), and the mixed solvent is infiltrated for 1 day. And the mass (Wa: g) was measured. Thereafter, the sample was allowed to stand in an oven at 150 ° C. for 1 hour, the mass was measured (Wb: g), and the degree of swelling of the copolymer with respect to the electrolytic solution was calculated from the following formula.
Swelling degree of copolymer to electrolyte (times) = (Wa−Wb) ÷ (Wb)
(11)共重合体のトルエンに対する膨潤度
共重合体を含む水分散体を130℃のオーブン中に1時間静置して乾燥させた。乾燥させて得られた共重合体の膜を0.5gになるように切り取った。切り取ったサンプルを、トルエン30gと一緒に50mLのバイアル瓶に入れ、1日混合溶媒を浸透させた後、サンプルを取り出し、上記混合溶媒にて洗浄し、質量(Wa:g)を測定した。その後、サンプルを150℃のオーブン中に1時間静置してから、質量を測定し(Wb:g)、下記式より共重合体の電解液に対する膨潤度を算出した。
共重合体の電解液に対する膨潤度(倍)=(Wa−Wb)÷(Wb)
(11) Swelling degree of copolymer with respect to toluene The aqueous dispersion containing the copolymer was left to stand in an oven at 130 ° C. for 1 hour and dried. The copolymer film obtained by drying was cut to 0.5 g. The cut sample was put into a 50 mL vial together with 30 g of toluene, and the mixed solvent was infiltrated for one day. Then, the sample was taken out, washed with the mixed solvent, and the mass (Wa: g) was measured. Thereafter, the sample was allowed to stand in an oven at 150 ° C. for 1 hour, the mass was measured (Wb: g), and the degree of swelling of the copolymer with respect to the electrolytic solution was calculated from the following formula.
Swelling degree of copolymer to electrolyte (times) = (Wa−Wb) ÷ (Wb)
[評価方法]
(12)セパレータと電極との密着性
セパレータと電極との密着性は、以下の手順で評価した。
(正極の作製)
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)92.2質量%、導電材としてリン片状グラファイトとアセチレンブラックそれぞれ2.3質量%、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)3.2質量%を、N−メチルピロリドン(NMP)中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にダイコーターで塗布し、130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。この時、正極の活物質塗布量は250g/m2、活物質嵩密度は3.00g/cm3になるようにした。
[Evaluation method]
(12) Adhesiveness between separator and electrode The adhesiveness between the separator and the electrode was evaluated by the following procedure.
(Preparation of positive electrode)
92.2% by mass of lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 2.3% by mass of flake graphite and acetylene black as a conductive material, and 3.2% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder A slurry was prepared by dispersing in N-methylpyrrolidone (NMP). This slurry was applied to one side of a 20 μm thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector with a die coater, dried at 130 ° C. for 3 minutes, and then compression molded with a roll press. At this time, the active material coating amount of the positive electrode was 250 g / m 2 , and the active material bulk density was 3.00 g / cm 3 .
(負極の作製)
負極活物質として人造グラファイト96.9質量%、バインダとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩1.4質量%とスチレン−ブタジエンコポリマー水分散体1.7質量%を、精製水中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体となる厚さ12μmの銅箔の片面にダイコーターで塗布し、120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。この時、負極の活物質塗布量は106g/m2、活物質嵩密度は1.35g/cm3になるようにした。
(Preparation of negative electrode)
A slurry was prepared by dispersing 96.9% by mass of artificial graphite as a negative electrode active material, 1.4% by mass of an ammonium salt of carboxymethyl cellulose and 1.7% by mass of a styrene-butadiene copolymer aqueous dispersion as a binder in purified water. This slurry was applied to one side of a 12 μm thick copper foil serving as a negative electrode current collector with a die coater, dried at 120 ° C. for 3 minutes, and then compression molded with a roll press. At this time, the active material application amount of the negative electrode was set to 106 g / m 2 , and the active material bulk density was set to 1.35 g / cm 3 .
(電解液浸漬試験)
上記方法により得られたセパレータを幅20mm、長さ40mmに切断した。このセパレータをポリ容器に移し、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを2:3の比率(質量比)にて混合した電解液(富山薬品工業製)を、セパレータが十分浸る程度まで滴下し、電解液が揮発しないようカバーを取り付け、そのまま24時間振とうした。
24時間振とう後、カバーを取り外し、塗工層の状態を観察し、以下の評価基準にて、無機粒子と基材との密着性を評価した。
<評価基準>
◎:スパチュラで塗工層を少々なぞっても、塗工層が壊れない。
○:スパチュラで塗工層を少々なぞると、塗工層が壊れる。
×:スパチュラでなぞる前から、塗工層の破壊が見られる。
(Electrolytic solution immersion test)
The separator obtained by the above method was cut into a width of 20 mm and a length of 40 mm. This separator was transferred to a plastic container, and an electrolytic solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a ratio ( mass ratio ) of 2: 3 was dropped until the separator was sufficiently immersed. A cover was attached so as not to volatilize and shaken for 24 hours.
After shaking for 24 hours, the cover was removed, the state of the coating layer was observed, and the adhesion between the inorganic particles and the substrate was evaluated according to the following evaluation criteria.
<Evaluation criteria>
A: Even if the coating layer is traced with a spatula, the coating layer does not break.
○: Trace the coating layer with a spatula to break the coating layer.
X: Destruction of the coating layer is observed before tracing with a spatula.
(クッション性試験)
上記方法により得られた電極を幅20mm、長さ40mmに切断した。この電極上にエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを2:3の比率(質量比)にて混合した電解液(富山薬品工業製)を、電極活物質が浸る程度まで滴下し、この上に基材又はセパレータ(サイズ:幅30mm、長さ50mm)を、基材又はセパレータの片面全体を電極が覆うように重ねた。得られた積層体をアルミニウム製のジップ付き袋に入れ、プレス条件(80℃、10MPa、3分間)の条件で、熱プレスを行った。その後、積層体を袋から取り出し、基材又はセパレータを電極から剥がした。なお、クッション性試験において、電極は正極を用い、セパレータは基材に対して無機粒子が存在している側の面が電極と接するように積層体を作製した。
下記の評価基準にてクッション性を評価した。剥離強度は、島津製作所製のオートグラフAG−IS型(商標)を用いて、JIS K6854−2に準じて引張速度200mm/分で測定した。
<評価基準>
◎:2N/m以上の剥離強度を示した場合
○:1N/m以上2N/m未満の剥離強度を示した場合
△:0.1N/m以上1N/m未満の剥離強度を示した場合
×:0.1N/m未満の剥離強度を示した場合
(Cushion test)
The electrode obtained by the above method was cut into a width of 20 mm and a length of 40 mm. An electrolytic solution (manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed at a ratio ( mass ratio ) of 2: 3 is dropped onto this electrode until it is immersed in the electrode active material. A separator (size: width 30 mm, length 50 mm) was overlaid so that the electrode covered the entire surface of the substrate or the separator. The obtained laminate was put in an aluminum zip bag and hot pressed under the conditions of pressing conditions (80 ° C., 10 MPa, 3 minutes). Thereafter, the laminate was removed from the bag, and the substrate or separator was peeled off from the electrode. In the cushioning test, a positive electrode was used as the electrode, and a laminate was prepared so that the separator was in contact with the electrode on the side where the inorganic particles were present.
The cushioning properties were evaluated according to the following evaluation criteria. The peel strength was measured at a tensile speed of 200 mm / min according to JIS K6854-2 using an autograph AG-IS type (trademark) manufactured by Shimadzu Corporation.
<Evaluation criteria>
◎: When a peel strength of 2 N / m or more is shown. ○: When a peel strength of 1 N / m or more and less than 2 N / m is shown. △: When a peel strength of 0.1 N / m or more and less than 1 N / m is shown. : When the peel strength is less than 0.1 N / m
[合成例1]
(水分散体A1)
撹拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取りつけた反応容器に、イオン交換水70.4質量部と、乳化剤として「アクアロンKH1025」(登録商標、第一工業製薬株式会社製25%水溶液、表中「KH1025」と表記。以下同様。)0.5質量部と、「アデカリアソープSR1025」(登録商標、株式会社ADEKA製25%水溶液、表中「SR1025」と表記。以下同様。)0.5質量部とを投入した。次いで、反応容器内部の温度を80℃に昇温し、80℃の温度を保ったまま、過硫酸アンモニウムの2%水溶液(表中「APS(aq)と表記。以下同様。」)を7.5質量部添加した。過硫酸アンモニウム水溶液を添加終了した5分後に、乳化液を滴下槽から反応容器に150分かけて滴下した。
[Synthesis Example 1]
(Water dispersion A1)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, reflux condenser, dropping tank and thermometer, 70.4 parts by mass of ion-exchanged water and “AQUALON KH1025” (registered trademark, 25% aqueous solution manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) as an emulsifier In the table, indicated as “KH1025”. The same shall apply hereinafter.) 0.5 part by mass, “ADEKA rear soap SR1025” (registered trademark, 25% aqueous solution manufactured by ADEKA Corporation, indicated as “SR1025” in the table, and so on) 0 And 5 parts by mass were charged. Next, the temperature inside the reaction vessel was raised to 80 ° C., and while maintaining the temperature at 80 ° C., a 2% aqueous solution of ammonium persulfate (indicated as “APS (aq) in the table, the same shall apply hereinafter)” 7.5. Part by mass was added. Five minutes after the completion of the addition of the ammonium persulfate aqueous solution, the emulsion was dropped from the dropping tank into the reaction vessel over 150 minutes.
なお、乳化液は、シクロアルキル基含有単量体単位(A)を構成するモノマーとしてシクロヘキシルメタクリレート(表中、「CHMA」と表記。以下同様。)15質量部、カルボキシル基含有単量体単位(b1)を構成するモノマーとしてメタクリル酸(表中、「MAA」と表記。以下同様。)1質量部、アクリル酸(表中、「AA」と表記。以下同様。)1質量部、アミド基含有単量体単位(b2)を構成するモノマーとしてアクリルアミド(表中、「AM」と表記。以下同様。)0.1質量部、ヒドロキシル基含有単量体単位(b3)を構成するモノマーとして2−ヒドロキシエチルメタクリレート(表中、「2HEMA」と表記。以下同様。)5質量部、架橋性単量体単位(b4)を構成するモノマーとしてトリメチロールプロパントリアクリレート(A−TMPT、新中村化学工業株式会社製商品名、表中、「A−TMPT」と表記。以下同様。)1.0質量部、上記以外の(メタ)アクリル酸エステル単量体単位(b5)を構成するモノマーとしてメチルメタクリレート(表中、「MMA」と表記。以下同様。)4.9質量部、ブチルメタクリレート(表中、「BMA」と表記。以下同様。)1.0質量部、ブチルアクリレート(表中、「BA」と表記。以下同様。)1.0質量部、2−エチルヘキシルアクリレート(表中、「2EHA」と表記。以下同様。)70質量部、乳化剤として「アクアロンKH1025」(登録商標、第一工業製薬株式会社製25%水溶液)3質量部、「アデカリアソープSR1025」(登録商標、株式会社ADEKA製25%水溶液)3質量部、p−スチレンスルホン酸ナトリウム(表中、「NaSS」と表記。以下同様。)0.05質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液3.75質量部、及びイオン交換水52質量部の混合物をホモミキサーにより5分間混合させて調製した。 In the emulsion, 15 parts by mass of cyclohexyl methacrylate (shown as “CHMA” in the table, the same shall apply hereinafter) as a monomer constituting the cycloalkyl group-containing monomer unit (A), a carboxyl group-containing monomer unit ( As a monomer constituting b1), 1 part by mass of methacrylic acid (in the table, expressed as “MAA”, the same shall apply hereinafter), acrylic acid (in the table, indicated as “AA”, the same shall apply hereinafter), 1 part by mass, containing an amide group Acrylamide (denoted as “AM” in the table, the same shall apply hereinafter) as a monomer constituting the monomer unit (b2), 0.1 part by mass, and a monomer constituting the hydroxyl group-containing monomer unit (b3) as 2-monomer Hydroxyethyl methacrylate (in the table, expressed as “2HEMA”, the same applies hereinafter) 5 parts by mass, trimethylolpropane as a monomer constituting the crosslinkable monomer unit (b4) Reacrylate (A-TMPT, trade name manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., listed as “A-TMPT” in the table, the same shall apply hereinafter) 1.0 part by mass, (meth) acrylic acid ester monomers other than the above As a monomer constituting the unit (b5), methyl methacrylate (in the table, expressed as “MMA”, the same applies hereinafter) 4.9 parts by mass, butyl methacrylate (in the table, expressed as “BMA”, the same applies hereinafter) 1.0 1 part by mass, butyl acrylate (in the table, expressed as “BA”, the same applies hereinafter) 1.0 part by mass, 2-ethylhexyl acrylate (in the table, expressed as “2EHA”, the same applies hereinafter) 70 parts by mass, 3 parts by weight of Aqualon KH1025 "(registered trademark, 25% aqueous solution manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.)," Adekaria soap SR1025 "(registered trademark, 25% aqueous solution manufactured by ADEKA Corporation) Part by mass, sodium p-styrenesulfonate (expressed as “NaSS” in the table, the same shall apply hereinafter) 0.05 part by mass, 3.75 parts by mass of a 2% aqueous solution of ammonium persulfate, and 52 parts by mass of ion-exchanged water Was prepared by mixing for 5 minutes with a homomixer.
乳化液の滴下終了後、反応容器内部の温度を80℃に保ったまま90分間維持し、その後室温まで冷却した。得られたエマルジョンを、水酸化アンモニウム水溶液(25%水溶液)でpH=9.0に調整し、少量の水を加えて固形分40%の水分散体を得た(水分散体A1)。得られた水分散体A1中の共重合体について、上記方法により、Tg、平均粒径、及び電解液に対する膨潤度を測定した。得られた結果を表1に示す。 After completion of dropping of the emulsion, the temperature inside the reaction vessel was maintained at 80 ° C. for 90 minutes, and then cooled to room temperature. The obtained emulsion was adjusted to pH = 9.0 with an aqueous ammonium hydroxide solution (25% aqueous solution), and a small amount of water was added to obtain an aqueous dispersion having a solid content of 40% (aqueous dispersion A1). About the copolymer in obtained water dispersion A1, Tg, average particle diameter, and the swelling degree with respect to electrolyte solution were measured with the said method. The obtained results are shown in Table 1.
[合成例2〜26]
(水分散体A2〜A26)
原材料の種類及び配合比を表1〜表4に示すように変更した以外は、合成例1と同様にして、水分散体A2〜A26を得た。
[Synthesis Examples 2 to 26]
(Water dispersions A2 to A26)
Aqueous dispersions A2 to A26 were obtained in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the types and mixing ratios of the raw materials were changed as shown in Tables 1 to 4.
なお、表中、「IBXA」は、シクロアルキル基含有単量体(A)の1種であるイソボルニルアクリレートを意味し、「IA」は、カルボキシル基含有単量体(b1)の1種であるイタコン酸を意味し、「GMA」は、架橋性単量体(b4)の1種であるグリシジルメタクリレートを意味し、「MAPTMS」は、架橋性単量体(b4)の1種であるγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを意味する。さらに、表中「OTP」は、乳化剤の1種であるジアルキルスルホコハク酸ナトリウムの25%水溶液(登録商標、花王株式会社製ペレックスーOTP)を意味し、「STA」は、乳化剤の1種であるステアリン酸アンモニウムの25%水溶液を意味する。 In the table, “IBXA” means isobornyl acrylate which is one kind of cycloalkyl group-containing monomer (A), and “IA” is one kind of carboxyl group-containing monomer (b1). "GMA" means glycidyl methacrylate which is one kind of the crosslinkable monomer (b4), and "MAPTMS" is one kind of the crosslinkable monomer (b4). It means γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane. Further, in the table, “OTP” means a 25% aqueous solution of sodium dialkylsulfosuccinate (registered trademark, Perex-OTP manufactured by Kao Corporation), which is one kind of emulsifier, and “STA” is stearin, which is one kind of emulsifier. It means a 25% aqueous solution of ammonium acid.
得られた水分散体A2〜26中の共重合体について、上記方法により、Tg、粒子径、及び電解液に対する膨潤度を測定した。得られた結果を表1〜表4に示す。なお、表中、原材料の組成は質量基準である。 About the copolymer in obtained water dispersion A2-26, the swelling degree with respect to Tg, a particle diameter, and electrolyte solution was measured with the said method. The obtained results are shown in Tables 1 to 4. In the table, the composition of raw materials is based on mass.
[製造例1]
(基材B1の製造)
Mvが700,000であるホモポリマーの高密度ポリエチレンを45質量部と、Mvが300,000であるホモポリマーの高密度ポリエチレンを45質量部と、Mvが400,000であるホモポリマーのポリプロピレンとMvが150,000であるホモポリマーのポリプロピレンとの混合物(質量比=4:3)10質量部とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られたポリオレフィン混合物99質量部に酸化防止剤としてテトラキス−[メチレン−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンを1質量部添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、混合物を得た。得られた混合物を、窒素雰囲気下で二軸押出機へフィーダーにより供給した。また、流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-5m2/s)を押出機シリンダーにプランジャーポンプにより注入した。押し出される全混合物中に占める流動パラフィンの割合が65質量部となるように、すなわち、ポリマー濃度が35質量部となるように、フィーダー及びポンプの運転条件を調整した。
[Production Example 1]
(Manufacture of base material B1)
45 parts by mass of homopolymer high-density polyethylene having an Mv of 700,000, 45 parts by mass of homopolymer high-density polyethylene having an Mv of 300,000, and a homopolymer polypropylene having an Mv of 400,000 10 parts by mass of a homopolymer having a Mv of 150,000 with polypropylene (mass ratio = 4: 3) was dry blended using a tumbler blender. 1 part by mass of tetrakis- [methylene- (3 ′, 5′-di-t-butyl-4′-hydroxyphenyl) propionate] methane as an antioxidant was added to 99 parts by mass of the obtained polyolefin mixture, and again a tumbler blender. Was used for dry blending to obtain a mixture. The obtained mixture was supplied to the twin screw extruder by a feeder under a nitrogen atmosphere. Further, liquid paraffin (kinematic viscosity at 37.78 ° C .: 7.59 × 10 −5 m 2 / s) was injected into the extruder cylinder by a plunger pump. The operating conditions of the feeder and the pump were adjusted so that the ratio of liquid paraffin in the total mixture to be extruded was 65 parts by mass, that is, the polymer concentration was 35 parts by mass.
次いで、それらを二軸押出機内で230℃に加熱しながら溶融混練し、得られた溶融混練物を、T−ダイを経て表面温度80℃に制御された冷却ロール上に押し出し、その押出物を冷却ロールに接触させ成形(cast)して冷却固化することにより、シート状成形物を得た。このシートを同時二軸延伸機にて倍率7×6.4倍、温度112℃下で延伸した後、塩化メチレンに浸漬して、流動パラフィンを抽出除去後乾燥し、テンター延伸機にて温度130℃、横方向に2倍延伸した。その後、この延伸シートを幅方向に約10%緩和して熱処理を行い、表5に示す基材B1を得た。 Next, they are melt-kneaded while being heated to 230 ° C. in a twin-screw extruder, and the obtained melt-kneaded product is extruded through a T-die onto a cooling roll controlled at a surface temperature of 80 ° C. A sheet-like molded product was obtained by bringing into contact with a cooling roll and molding by cooling. The sheet was stretched by a simultaneous biaxial stretching machine at a magnification of 7 × 6.4 and a temperature of 112 ° C., then immersed in methylene chloride, extracted by removing liquid paraffin and dried, and then a temperature of 130 by a tenter stretching machine. The film was stretched 2 times in the transverse direction at ° C. Thereafter, the stretched sheet was relaxed by about 10% in the width direction and subjected to heat treatment to obtain a base material B1 shown in Table 5.
得られた基材B1について、上記方法により各種物性を測定した。また、得られた基材B1について、上記方法により密着性及びクッション性を評価した。得られた結果を表5に示す。 About the obtained base material B1, various physical properties were measured by the said method. Moreover, about the obtained base material B1, adhesiveness and cushioning property were evaluated by the said method. The results obtained are shown in Table 5.
〔実施例及び比較例〕
(セパレータS1)
水酸化酸化アルミニウム(平均粒径1.0μm)96.0質量部と、水分散体A1を4.0質量部と、ポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製 SNディスパーサント5468)1.0質量部とを100質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜B1の表面にマイクログラビアコーターを用いて塗布した。60℃にて乾燥して水を除去し、多孔層を2μmの厚さで形成して、セパレータS1を得た。
[Examples and Comparative Examples]
(Separator S1)
96.0 parts by mass of aluminum hydroxide oxide (average particle size: 1.0 μm), 4.0 parts by mass of aqueous dispersion A1, and 1.0 part by mass of aqueous ammonium polycarboxylate (SN Dispersant 5468 manufactured by San Nopco) Were uniformly dispersed in 100 parts by mass of water to prepare a coating solution, and coated on the surface of the polyolefin resin porous membrane B1 using a micro gravure coater. Water was removed by drying at 60 ° C., and a porous layer was formed with a thickness of 2 μm to obtain a separator S1.
(セパレータS2〜S26)
水分散体を表6に示すように変更した以外は、セパレータS1同様にセパレータS2〜S26を得た。
(Separators S2 to S26)
Separators S2 to S26 were obtained in the same manner as the separator S1, except that the aqueous dispersion was changed as shown in Table 6.
(セパレータT1)
セパレータS1の無機粒子が存在する面に対して、水分散体A4をマイクログラビアコーターで60℃にて塗布後、乾燥して水を除去し、セパレータT1を得た。なお、このセパレータにおいて、ポリマー層の表面被覆率は30%であり、ポリマー層の目付は1g/m2であった。
(Separator T1)
A water dispersion A4 was applied to the surface of the separator S1 on which inorganic particles were present with a micro gravure coater at 60 ° C., and then dried to remove water to obtain a separator T1. In this separator, the surface coverage of the polymer layer was 30%, and the basis weight of the polymer layer was 1 g / m 2 .
(セパレータT2〜T26)
セパレータS2〜S26に対しても、セパレータT1と同様に水分散体A4を塗布し、セパレータT2〜T26を得た。
(Separators T2 to T26)
Similarly to the separator T1, the aqueous dispersion A4 was applied to the separators S2 to S26 to obtain separators T2 to T26.
上記各セパレータの評価結果を表6に示す。 Table 6 shows the evaluation results of the separators.
(評価結果)
表に示すように、セパレータS1〜S24を使用して得られたセパレータT1〜T24は、セパレータS25、S26を使用して得られたセパレータT25、T26よりも、無機粒子と基材との高い密着性、さらには電極との高い密着性を示している。
(Evaluation results)
As shown in the table, the separators T1 to T24 obtained using the separators S1 to S24 have higher adhesion between the inorganic particles and the substrate than the separators T25 and T26 obtained using the separators S25 and S26. And high adhesion to the electrode.
本発明によれば、基材と無機粒子間の優れた密着性、さらには電極との密着性にも優れる蓄電デバイス用セパレータを提供できる。したがって、本発明は、非水系電解液二次電池等の電池やコンデンサー、キャパシタ等の蓄電デバイス用セパレータとして有用であり、これらの分野に産業上の利用可能性がある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the separator for electrical storage devices which is excellent also in the outstanding adhesiveness between a base material and an inorganic particle, and also the adhesiveness with an electrode can be provided. Therefore, the present invention is useful as a separator for an electricity storage device such as a battery such as a non-aqueous electrolyte secondary battery, a capacitor, and a capacitor, and has industrial applicability in these fields.
Claims (7)
前記多孔層が、無機粒子と共重合体バインダとを含み、
エチレンカーボネート2質量部及びジエチルカーボネート3質量部の混合溶媒に対する前記共重合体バインダの膨潤度が質量比で、1.5倍以下であり、
前記共重合体バインダが、シクロアルキル基含有単量体単位を含み、
該シクロアルキル基含有単量体単位の含有量が、前記共重合体バインダ100質量%に対して、15〜50質量%である、
蓄電デバイス用セパレータ。 A base material, and a porous layer disposed on at least one side of the base material,
The porous layer includes inorganic particles and a copolymer binder,
The copolymer swelling degree of the binder for the mixed solvent of 2 parts by weight of ethylene carbonate and diethyl carbonate 3 parts by weight in a weight ratio state, and are 1.5 times or less,
The copolymer binder includes a cycloalkyl group-containing monomer unit,
The content of the cycloalkyl group-containing monomer units is, with respect to the copolymer binder 100 wt%, Ru 15-50% by mass,
Electric storage device separator.
前記シクロアルキル基含有単量体単位及び前記(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の合計含有量が、前記共重合体バインダ100質量%に対して、80〜99.9質量%である、請求項1に記載の蓄電デバイス用セパレータ。 The copolymer binder includes the cycloalkyl group-containing monomer unit, a (meth) acrylic acid ester monomer unit having an alkyl group having 6 or more carbon atoms and a (meth) acryloyloxy group,
The total content of the cycloalkyl group-containing monomer unit and the (meth) acrylic acid ester monomer unit is 80 to 99.9% by mass with respect to 100% by mass of the copolymer binder. Item 10. The electricity storage device separator according to Item 1 .
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