JP7132823B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
非水電解液二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いのでパーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などに用いる電池として広く使用され、また最近では車載用の電池として開発が進められている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries, especially lithium-ion secondary batteries, have high energy density and are widely used in personal computers, mobile phones, personal digital assistants, etc. Recently, they are also being developed as batteries for vehicles. It is
非水電解液二次電池として、例えば、特許文献1に記載されたような板状の無機フィラーを含有し、空孔率が60~90%である多孔質層を多孔質基材の少なくとも一面に積層させた非水系二次電池用セパレータを備える非水電解液二次電池が知られている。 As a non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, a porous layer containing a plate-like inorganic filler as described in Patent Document 1 and having a porosity of 60 to 90% is formed on at least one surface of a porous substrate. A non-aqueous electrolyte secondary battery is known that includes a separator for a non-aqueous secondary battery that is laminated on the substrate.
しかしながら、上述のような従来技術に係る多孔質層を備えた非水電解液二次電池は、充放電サイクルを経た後の充電回復容量の観点からは改善の余地があった。 However, the non-aqueous electrolyte secondary battery having the porous layer according to the prior art as described above has room for improvement from the viewpoint of the charge recovery capacity after the charge-discharge cycle.
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、多数回の充放電サイクルを経た後であっても、優れた充電回復容量を示すことができる非水電解液二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can exhibit excellent charge recovery capacity even after many charge-discharge cycles. It is to provide a battery.
本発明の態様1に係る非水電解液二次電池は、無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層と、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、前記多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)
I(hkl) / I(abc)・・・(2)
また、本発明の態様2に係る非水電解液二次電池は、前記態様1において、前記多孔質層が、ポリオレフィン、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂および水溶性ポリマーからなる群より1種以上選択される樹脂を含む。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to aspect 1 of the present invention complies with the porous layer containing an inorganic filler and a resin, and the MIT tester method specified in JIS P 8115 (1994), with a load of 1 N and bending. A positive electrode plate that was bent 130 times or more until the electrode active material layer peeled off in a folding endurance test conducted at an angle of 45°, and a positive electrode plate that was bent 1650 times until the electrode active material layer peeled off in the folding endurance test. and a negative electrode plate that is at least 10 times, the aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer is in the range of 1.4 to 4.0, and the wide-angle X-ray of the porous layer Peak intensities of arbitrary diffraction planes (hkl) and (abc) orthogonal to each other measured by the diffraction method: I (hkl) and I (abc) satisfy the following formula (1) and are calculated by the following formula (2) The range of the maximum value of the peak intensity ratio is in the range of 1.5-300.
I (hkl) > I (abc) (1)
I (hkl) / I (abc) (2)
Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to aspect 2 of the present invention, in aspect 1, the porous layer comprises polyolefin, (meth)acrylate resin, fluorine-containing resin, polyamide resin, polyester resin and It contains one or more resins selected from the group consisting of water-soluble polymers.
また、本発明の態様3に係る非水電解液二次電池は、前記態様2において、前記ポリアミド系樹脂がアラミド樹脂である。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to aspect 3 of the present invention, in aspect 2, the polyamide-based resin is an aramid resin.
また、本発明の態様4に係る非水電解液二次電池は、前記態様1~3のいずれかにおいて、前記多孔質層が、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に積層されている。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to Aspect 4 of the present invention, in any one of Aspects 1 to 3, the porous layer is laminated on one side or both sides of the polyolefin porous film.
また、本発明の態様5に係る非水電解液二次電池は、前記態様1~4のいずれかにおいて、前記正極板が、遷移金属酸化物を含み、前記負極板が、黒鉛を含む。 Further, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to aspect 5 of the present invention, in any one of aspects 1 to 4, the positive electrode plate contains a transition metal oxide, and the negative electrode plate contains graphite.
本発明の一態様によれば、多数回の充放電サイクルを経た後であっても優れた充電回復容量を示すことができる非水電解液二次電池を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can exhibit excellent charge recovery capacity even after many charge-discharge cycles.
本発明の一実施形態に関して以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。 An embodiment of the invention will be described below, but the invention is not limited thereto. The present invention is not limited to the configurations described below, and can be modified in various ways within the scope of the claims, by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. The resulting embodiment is also included in the technical scope of the present invention. In this specification, unless otherwise specified, "A to B" representing a numerical range means "A or more and B or less".
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層と、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、前記多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である、非水電解液二次電池である。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention complies with a porous layer containing an inorganic filler and a resin, and the MIT tester method specified in JIS P 8115 (1994), a load of 1 N, In a folding endurance test performed at a folding angle of 45°, a positive electrode plate that was bent 130 times or more until the electrode active material layer peeled off, and a positive electrode plate that was bent the number of times until the electrode active material layer peeled off in the folding endurance test and a negative electrode plate that is 1650 times or more, the aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer is in the range of 1.4 to 4.0, and the porous layer has a wide angle X Peak intensities of arbitrary diffraction planes (hkl) and (abc) orthogonal to each other measured by the line diffraction method: I (hkl) and I (abc) satisfy the following formula (1) and are calculated by the following formula (2) The non-aqueous electrolyte secondary battery has a maximum peak intensity ratio range of 1.5 to 300.
I(hkl) > I(abc)・・・(1)
I(hkl) / I(abc)・・・(2)
また、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、後述するポリオレフィン多孔質フィルムをさらに備え得る。
I (hkl) > I (abc) (1)
I (hkl) / I (abc) (2)
Moreover, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention may further include a polyolefin porous film, which will be described later.
<正極板>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池における正極板は、後述するように、耐折試験において測定される折り曲げ回数が特定の範囲であれば、その他の構成については特に限定されない。例えば、正極活物質層として、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極合剤を正極集電体上に担持したシート状の正極板が用いられる。なお、正極板は、正極集電体の両面上に正極合剤を担持してもよく、正極集電体の片面上に正極合剤を担持してもよい。
<Positive plate>
Other configurations of the positive electrode plate in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention are not particularly limited as long as the number of times of bending measured in the folding endurance test is within a specific range, as described later. . For example, as the positive electrode active material layer, a sheet-like positive electrode plate in which a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder is supported on a positive electrode current collector is used. The positive electrode plate may carry the positive electrode mixture on both sides of the positive electrode current collector, or may carry the positive electrode mixture on one side of the positive electrode current collector.
前記正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料が挙げられる。当該材料としては、遷移金属酸化物が好ましい。遷移金属酸化物として、具体的には、例えば、V、Mn、Fe、CoおよびNi等の遷移金属を少なくとも1種類含んでいるリチウム複合酸化物が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include materials capable of doping and dedoping lithium ions. A transition metal oxide is preferable as the material. Specific examples of transition metal oxides include lithium composite oxides containing at least one type of transition metal such as V, Mn, Fe, Co and Ni.
前記導電剤としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体等の炭素質材料等が挙げられる。前記導電剤は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as graphite (natural graphite, artificial graphite), cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, and baked organic polymer compounds. Only one type of the conductive agent may be used, or two or more types may be used in combination.
前記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレンの共重合体、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレン、およびポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、アクリル樹脂、ならびにスチレンブタジエンゴムが挙げられる。なお、結着剤は、増粘剤としての機能も有している。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymers, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers, and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymers. , ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, thermoplastic polyimide, polyethylene, and thermoplastic such as polypropylene Resins, acrylics, and styrene-butadiene rubbers can be mentioned. In addition, the binder also has a function as a thickener.
前記正極集電体としては、例えば、Al、Ni、ステンレス等の導電体が挙げられる。中でも、薄膜に加工し易く、安価であることから、Alがより好ましい。 Examples of the positive electrode current collector include conductors such as Al, Ni, and stainless steel. Among them, Al is more preferable because it is easy to process into a thin film and is inexpensive.
<負極板>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池における負極板は、後述するように、耐折試験において測定される折り曲げ回数が特定の範囲であれば、その他の構成については特に限定されない。例えば、負極活物質層として、負極活物質を含む負極合剤を負極集電体上に担持したシート状の負極が用いられる。シート状の負極板には、好ましくは、前記導電剤および前記結着剤が含まれる。なお、負極板は、負極集電体の両面上に負極合剤を担持してもよく、負極集電体の片面上に負極合剤を担持してもよい。
<Negative plate>
Other configurations of the negative electrode plate in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention are not particularly limited as long as the number of times of bending measured in the folding endurance test is within a specific range, as described later. . For example, a sheet-like negative electrode in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is supported on a negative electrode current collector is used as the negative electrode active material layer. The sheet-like negative electrode plate preferably contains the conductive agent and the binder. The negative electrode plate may carry the negative electrode mixture on both sides of the negative electrode current collector, or may carry the negative electrode mixture on one side of the negative electrode current collector.
前記負極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料、リチウム金属またはリチウム合金等が挙げられる。当該材料としては、例えば、炭素質材料等が挙げられる。炭素質材料としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、コークス類、カーボンブラック、および熱分解炭素類等が挙げられる。導電剤、結着剤としては、前記正極活物質層に含まれ得る導電剤、結着剤として記載したものを使用することができる。 Examples of the negative electrode active material include materials capable of doping/dedoping lithium ions, lithium metal, lithium alloys, and the like. Examples of such materials include carbonaceous materials. Examples of carbonaceous materials include graphite (natural graphite, artificial graphite), cokes, carbon black, and pyrolytic carbons. As the conductive agent and the binder, those described as the conductive agent and the binder that can be contained in the positive electrode active material layer can be used.
前記負極集電体としては、例えば、Cu、Ni、ステンレス等が挙げられ、特にリチウムイオン二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、かつ薄膜に加工し易いことから、Cuがより好ましい。 Examples of the negative electrode current collector include Cu, Ni, stainless steel, and the like. Cu is more preferable especially in a lithium ion secondary battery because it is difficult to form an alloy with lithium and is easy to process into a thin film.
<折り曲げ回数>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池が備える正極板および負極板は、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠して実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が特定の範囲である。前記耐折試験は、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施される。非水電解液二次電池では、充放電サイクルの過程で、電極活物質の膨張および収縮が起こり得る。前記耐折試験により測定された、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が多いほど、電極活物質層内部に含まれる成分(活物質、導電剤およびバインダー)同士の密着性、および、電極活物質層と集電体との密着性が維持されやすいことを表す。それゆえ、前記折り曲げ回数が多いほど、充放電サイクルの過程での非水電解液二次電池の劣化が抑制される。
<Number of times of bending>
The positive electrode plate and the negative electrode plate included in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention are the electrodes in a folding endurance test conducted in accordance with the MIT tester method specified in JIS P 8115 (1994). The number of times of bending until the active material layer is peeled off is within a specific range. The folding endurance test is performed with a load of 1N and a bending angle of 45°. In a non-aqueous electrolyte secondary battery, expansion and contraction of the electrode active material may occur during the process of charge-discharge cycles. The greater the number of times the electrode active material layer is bent until the electrode active material layer is peeled off, as measured by the folding endurance test, the more the adhesiveness between the components (active material, conductive agent, and binder) contained in the electrode active material layer and the electrode activity. It indicates that the adhesion between the material layer and the current collector is easily maintained. Therefore, deterioration of the non-aqueous electrolyte secondary battery in the course of charge-discharge cycles is suppressed as the number of times of bending is increased.
前記耐折試験において、正極板は、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上であり、150回以上であることがより好ましい。また、前記耐折試験において、負極板は、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上であり、1800回以上であることが好ましく、2000回以上であることがより好ましい。 In the folding endurance test, the positive electrode plate is bent 130 times or more, more preferably 150 times or more, until the electrode active material layer is peeled off. In the folding endurance test, the number of times of bending the negative electrode plate until the electrode active material layer peels off is 1650 times or more, preferably 1800 times or more, and more preferably 2000 times or more.
図1は、MIT試験機法に用いられるMIT試験機の概略を示す模式図である。x軸は水平方向を表し、y軸は鉛直方向を表す。MIT試験機法の概要を以下に説明する。試験片の長手方向の一端をばね荷重クランプで挟み、もう一端を折り曲げクランプで挟んで固定する。ばね荷重クランプは錘とつながっている。前記耐折試験では、この錘による荷重が1Nである。これにより試験片は、長手方向にテンションがかかった状態となる。この状態において、試験片の長手方向は鉛直方向と平行である。そして、折り曲げクランプを回転させることにより、試験片を折り曲げる。前記耐折試験では、この際の折り曲げ角度が45°である。すなわち、試験片は左右に45°に折り曲げられる。また、試験片を折り曲げる速度は、175往復/分である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an MIT testing machine used in the MIT testing machine method. The x-axis represents the horizontal direction and the y-axis represents the vertical direction. An overview of the MIT tester method is provided below. One longitudinal end of the specimen is clamped with a spring-loaded clamp and the other end is clamped with a folding clamp. A spring-loaded clamp is connected to the weight. In the folding endurance test, the load applied by this weight is 1N. As a result, the test piece is placed under tension in the longitudinal direction. In this state, the longitudinal direction of the test piece is parallel to the vertical direction. The specimen is then bent by rotating the bending clamp. In the folding endurance test, the folding angle at this time was 45°. That is, the test piece is bent left and right at 45°. Also, the speed at which the test piece is bent is 175 reciprocations/minute.
<正極板および負極板の製造方法>
シート状の正極板の製造方法としては、例えば、正極活物質、導電剤および結着剤を正極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて正極活物質、導電剤および結着剤をペースト状にした後、当該ペーストを正極集電体に塗工し、次いで、湿潤状態で、または乾燥した後に加圧することにより、正極集電体に固着する方法等が挙げられる。
<Method for producing positive electrode plate and negative electrode plate>
Examples of the method for producing a sheet-like positive electrode plate include a method of pressure-molding a positive electrode active material, a conductive agent and a binder on a positive electrode current collector; Examples include a method in which a binder is made into a paste, then the paste is applied to a positive electrode current collector, and then pressed in a wet state or after drying to adhere to the positive electrode current collector.
シート状の負極板の製造方法としては、例えば、負極活物質を負極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて負極活物質をペースト状にした後、当該ペーストを負極集電体に塗工し、次いで、湿潤状態で、または乾燥した後に加圧することにより、負極集電体に固着する方法等が挙げられる。前記ペーストには、好ましくは前記導電剤および前記結着剤が含まれる。 Examples of methods for producing a sheet-like negative electrode plate include a method of pressure-molding a negative electrode active material on a negative electrode current collector; Examples include a method of coating the current collector and then applying pressure in a wet state or after drying to adhere to the negative electrode current collector. The paste preferably contains the conductive agent and the binder.
ここで、加圧を行う時間、圧力、または加圧方法等を調整することにより、上述の折り曲げ回数を制御することができる。加圧を行う時間は、1~3600秒が好ましく、より好ましくは1~300秒である。加圧は、正極板または負極板を拘束することによって行われてもよい。本明細書では、拘束による圧力を拘束圧とも称する。拘束圧は、0.01~10MPaが好ましく、より好ましくは0.01~5MPaである。また、有機溶媒を用いて正極板または負極板を湿潤させた状態で加圧してもよい。これによって、電極活物質層内部に含まれる成分同士の密着性、および、電極活物質層と集電体との密着性が向上し得る。有機溶媒としては、例えば、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、アミド類、カーバメート類および含硫黄化合物、ならびにこれらの有機溶媒にフッ素基が導入されてなる含フッ素有機溶媒等が挙げられる。 Here, the number of times of bending can be controlled by adjusting the time, pressure, or method of applying pressure. The time for pressurization is preferably 1 to 3600 seconds, more preferably 1 to 300 seconds. Pressurization may be performed by constraining the positive or negative plates. Constraint pressure is also referred to herein as confinement pressure. The confining pressure is preferably 0.01-10 MPa, more preferably 0.01-5 MPa. Alternatively, pressure may be applied in a state in which the positive electrode plate or the negative electrode plate is moistened with an organic solvent. This can improve the adhesion between the components contained in the electrode active material layer and the adhesion between the electrode active material layer and the current collector. Examples of organic solvents include carbonates, ethers, esters, nitriles, amides, carbamates, sulfur-containing compounds, and fluorine-containing organic solvents obtained by introducing a fluorine group into these organic solvents. .
<多孔質層>
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層であって、当該多孔質層の表面(以下、「多孔質層表面」と称する場合がある)の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である。
<Porous layer>
The porous layer in one embodiment of the present invention is a porous layer containing an inorganic filler and a resin, and the inorganic filler on the surface of the porous layer (hereinafter sometimes referred to as "porous layer surface") The aspect ratio of the projected image of is in the range of 1.4 to 4.0, and the porous layer is measured by a wide-angle X-ray diffraction method. Peak intensity: I (hkl) and I (abc) satisfy the following formula (1), and the maximum value range of the peak intensity ratio calculated by the following formula (2) is in the range of 1.5-300.
I(hkl) > I(abc)・・・(1)
I(hkl) / I(abc)・・・(2)
本発明の一実施形態において、多孔質層は、非水電解液二次電池を構成する部材として、ポリオレフィン多孔質フィルムと、前記正極板および前記負極板の少なくともいずれかとの間に配置され得る。また、前記多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に形成され得る。或いは、前記多孔質層は、正極板および負極板の少なくともいずれか一方の活物質層上に形成され得る。或いは、前記多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムと、正極板および負極板の少なくともいずれか一方との間に、これらと接するように配置されてもよい。ポリオレフィン多孔質フィルムと正極板および負極板の少なくともいずれか一方との間に配置される多孔質層は1層でもよく2層以上であってもよい。多孔質層は、樹脂を含む絶縁性の多孔質層であることが好ましい。
I (hkl) > I (abc) (1)
I (hkl) / I (abc) (2)
In one embodiment of the present invention, the porous layer can be arranged between a polyolefin porous film and at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate as a member constituting a non-aqueous electrolyte secondary battery. Also, the porous layer may be formed on one side or both sides of the polyolefin porous film. Alternatively, the porous layer may be formed on the active material layer of at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate. Alternatively, the porous layer may be arranged between and in contact with the polyolefin porous film and at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate. The porous layer disposed between the polyolefin porous film and at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate may be one layer or two layers or more. The porous layer is preferably an insulating porous layer containing a resin.
ポリオレフィン多孔質フィルムの片面に多孔質層が積層される場合には、当該多孔質層は、好ましくは、ポリオレフィン多孔質フィルムの面のうち、正極板と対向する面に積層される。より好ましくは、当該多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムの面のうち、正極板と接する面に積層される。 When the porous layer is laminated on one side of the polyolefin porous film, the porous layer is preferably laminated on the surface of the polyolefin porous film facing the positive electrode plate. More preferably, the porous layer is laminated on the surface of the polyolefin porous film that is in contact with the positive electrode plate.
前記「多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比」および前記「式(2)で算出されるピーク強度比の最大値」は、共に、多孔質層における無機フィラーの配向性を表す指標である。ここで、前記配向性が高い場合と、前記配向性が低い場合の、多孔質層における無機フィラーの態様の模式図を図1に示す。図1の左図が、無機フィラーを含む多孔質層における、フィラーの配向性が大きく異方性が高い場合の当該多孔質層の構造を表す模式図であり、図1の右図が、無機フィラーの配向性が小さく異方性が低い場合の当該多孔質層の構造を表す模式図である。 Both the "aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer" and the "maximum value of the peak intensity ratio calculated by formula (2)" both indicate the orientation of the inorganic filler in the porous layer. It is an index that represents FIG. 1 shows schematic diagrams of aspects of the inorganic filler in the porous layer when the orientation is high and when the orientation is low. The left diagram of FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a porous layer containing an inorganic filler when the orientation of the filler is large and the anisotropy is high, and the right diagram of FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of the porous layer when the orientation of the filler is small and the anisotropy is low.
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーと、樹脂とを含む。多孔質層は、内部に多数の細孔を有し、これら細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体或いは液体が通過可能となった層である。また、本発明の一実施形態における多孔質層が後述する非水電解液二次電池用積層セパレータを構成する部材として使用される場合、前記多孔質層は、当該非水電解液二次電池用積層セパレータの最外層として、電極と接する層となり得る。 A porous layer in one embodiment of the present invention contains an inorganic filler and a resin. The porous layer has a large number of pores inside and has a structure in which these pores are connected, and is a layer that allows gas or liquid to pass from one surface to the other surface. Further, when the porous layer in one embodiment of the present invention is used as a member constituting a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery described later, the porous layer is for the non-aqueous electrolyte secondary battery As the outermost layer of the laminated separator, it can be a layer in contact with the electrode.
本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる樹脂は、電池の電解液に不溶であり、また、その電池の使用範囲において電気化学的に安定であることが好ましい。前記樹脂としては、具体的には、例えば、ポリオレフィン;(メタ)アクリレート系樹脂;含フッ素樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリイミド系樹脂;ポリエステル系樹脂;ゴム類;融点またはガラス転移温度が180℃以上の樹脂;水溶性ポリマー;ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。 The resin contained in the porous layer in one embodiment of the present invention is preferably insoluble in the electrolyte of the battery and electrochemically stable within the range of use of the battery. Specific examples of the resin include polyolefins; (meth)acrylate resins; fluorine-containing resins; polyamide resins; polyimide resins; polyester resins; rubbers; resin; water-soluble polymer; polycarbonate, polyacetal, polyetheretherketone, and the like.
上述の樹脂のうち、ポリオレフィン、ポリエステル系樹脂、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂および水溶性ポリマーが好ましい。 Among the above resins, polyolefins, polyester resins, (meth)acrylate resins, fluorine-containing resins, polyamide resins and water-soluble polymers are preferred.
ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、及びエチレン-プロピレン共重合体等が好ましい。 Preferred polyolefins include polyethylene, polypropylene, polybutene, and ethylene-propylene copolymers.
ポリアミド系樹脂としては、芳香族ポリアミドおよび全芳香族ポリアミドなどのアラミド樹脂が好ましい。 As polyamide-based resins, aramid resins such as aromatic polyamides and wholly aromatic polyamides are preferred.
アラミド樹脂としては、具体的には、例えば、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(メタベンズアミド)、ポリ(4,4’-ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2-クロロパラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体、メタフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体等が挙げられる。このうち、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)がより好ましい。 Specific examples of aramid resins include poly(paraphenylene terephthalamide), poly(metaphenylene isophthalamide), poly(parabenzamide), poly(methabenzamide), poly(4,4'-benzanilide terephthalate amide), poly(paraphenylene-4,4′-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly(metaphenylene-4,4′-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly(paraphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), Poly(metaphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), poly(2-chloroparaphenylene terephthalamide), paraphenylene terephthalamide/2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer, metaphenylene terephthalamide/2 , 6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer. Among these, poly(paraphenylene terephthalamide) is more preferable.
ポリエステル系樹脂としては、ポリアリレートなどの芳香族ポリエステルおよび液晶ポリエステルが好ましい。 Aromatic polyesters such as polyarylates and liquid crystalline polyesters are preferable as the polyester-based resin.
含フッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリクロロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-フッ化ビニル共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、およびエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体等、並びに、前記含フッ素樹脂の中でもガラス転移温度が23℃以下である含フッ素ゴムを挙げることができる。 Examples of fluorine-containing resins include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer. coalescence, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trichlorethylene copolymer, vinylidene fluoride-vinyl fluoride copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoro Propylene-tetrafluoroethylene copolymers, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, and the like, and fluorine-containing rubbers having a glass transition temperature of 23° C. or lower among the fluorine-containing resins can be mentioned.
ゴム類としては、スチレン-ブタジエン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリ酢酸ビニル等を挙げることができる。 Rubbers include styrene-butadiene copolymer and its hydride, methacrylic acid ester copolymer, acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester copolymer, ethylene propylene rubber, polyvinyl acetate, etc. can be mentioned.
融点又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂としては、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド等を挙げることができる。 Examples of resins having a melting point or glass transition temperature of 180° C. or higher include polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, and polyetheramide.
水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸等を挙げることができる。 Examples of water-soluble polymers include polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, cellulose ether, sodium alginate, polyacrylic acid, polyacrylamide, and polymethacrylic acid.
なお、本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる樹脂は、1種類でもよく、2種類以上の樹脂の混合物でもよい。 The resin contained in the porous layer in one embodiment of the present invention may be of one type or a mixture of two or more types of resin.
前記樹脂の中でも、多孔質層が正極に対向して配置される場合には、電池作動時の酸化劣化による、非水電解液二次電池のレート特性や抵抗特性等の各種性能を維持し易いため、含フッ素樹脂が好ましい。 Among the above resins, when the porous layer is arranged facing the positive electrode, it is easy to maintain various performances such as rate characteristics and resistance characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery due to oxidation deterioration during battery operation. Therefore, fluorine-containing resins are preferred.
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーを含む。その含有量の下限値は、前記フィラーと、本発明の一実施形態における多孔質層を構成する樹脂との総重量に対して、50重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることがより好ましく、90重量%以上であることがさらに好ましい。一方、本発明の一実施形態における多孔質層における、無機フィラーの含有量の上限値は、99重量%以下であることが好ましく、98重量%以下であることがより好ましい。前記フィラーの含有量が、50重量%以上であることが耐熱性の観点から好ましく、前記フィラーの含有量が、99重量%以下であることがフィラー間の密着性の観点から好ましい。無機フィラーを含有することで、前記多孔質層を含むセパレータの滑り性や耐熱性を向上し得る。無機フィラーとしては、非水電解液に安定であり、かつ、電気化学的に安定なフィラーであれば特に限定されない。電池の安全性を確保する観点からは、耐熱温度が150℃以上のフィラーが好ましい。 The porous layer in one embodiment of the invention contains an inorganic filler. The lower limit of the content is preferably 50% by weight or more, and 70% by weight or more, based on the total weight of the filler and the resin constituting the porous layer in one embodiment of the present invention. is more preferable, and 90% by weight or more is even more preferable. On the other hand, the upper limit of the inorganic filler content in the porous layer in one embodiment of the present invention is preferably 99% by weight or less, more preferably 98% by weight or less. The content of the filler is preferably 50% by weight or more from the viewpoint of heat resistance, and the content of the filler is preferably 99% by weight or less from the viewpoint of adhesion between fillers. Containing the inorganic filler can improve the lubricity and heat resistance of the separator including the porous layer. The inorganic filler is not particularly limited as long as it is stable in a non-aqueous electrolyte and electrochemically stable. From the viewpoint of ensuring battery safety, a filler having a heat resistance temperature of 150° C. or higher is preferable.
前記無機フィラーは、特に限定されないが、通常、絶縁性フィラーである。前記無機フィラーは、好ましくは、アルミニウム元素、亜鉛元素、カルシウム元素、ジルコニウム元素、ケイ素元素、マグネシウム元素、バリウム元素、およびホウ素元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機物であり、好ましくはアルミニウム元素を含む無機物である。また、無機フィラーは、好ましくは前記元素の酸化物を含む。 Although the inorganic filler is not particularly limited, it is usually an insulating filler. The inorganic filler is preferably an inorganic substance containing at least one element selected from the group consisting of an aluminum element, a zinc element, a calcium element, a zirconium element, a silicon element, a magnesium element, a barium element, and a boron element. is an inorganic substance containing aluminum element. Inorganic fillers also preferably contain oxides of the aforementioned elements.
具体的には、無機フィラーとして、チタン酸化物、アルミナ(Al2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ジルコニア(ZrO2)、シリカ、マグネシア、酸化バリウム、酸化ホウ素、マイカ、ワラストナイト、アタパルジャイト、ベーマイト(アルミナ1水和物)などを挙げることができる。前記無機フィラーとしては、1種類のフィラーを単独で使用してもよく、2種類以上のフィラーを組み合わせて使用してもよい。 Specifically, inorganic fillers include titanium oxide, alumina (Al 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), calcium oxide (CaO), zirconia oxide (ZrO 2 ), silica, magnesia, barium oxide, boron oxide, Examples include mica, wollastonite, attapulgite, and boehmite (alumina monohydrate). As the inorganic filler, one type of filler may be used alone, or two or more types of filler may be used in combination.
本発明の一実施形態における多孔質層における無機フィラーは、アルミナおよび板状フィラーを含むことが好ましい。前記板状フィラーとしては、前記元素の酸化物のうち、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、マイカおよびベーマイトからなる群より選ばれる1以上のフィラーを挙げることができる。 The inorganic filler in the porous layer in one embodiment of the present invention preferably contains alumina and plate-like filler. Examples of the plate-like filler include one or more fillers selected from the group consisting of zinc oxide (ZnO), mica, and boehmite among the oxides of the elements.
前記無機フィラーの体積平均粒子径は、良好な接着性と滑り性の確保、および積層体の成形性の観点から、0.01μm~10μmの範囲であることが好ましい。その下限値としては0.05μm以上がより好ましく、0.1μm以上がさらに好ましい。その上限値としては5μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。 The volume average particle size of the inorganic filler is preferably in the range of 0.01 μm to 10 μm from the viewpoint of ensuring good adhesiveness and lubricity and moldability of the laminate. The lower limit thereof is more preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more. The upper limit thereof is more preferably 5 μm or less, more preferably 1 μm or less.
前記無機フィラーの形状は、任意であり、特に限定されない。前記無機フィラーの形状は、粒子状であり得、例えば、球形状;楕円形状;板状;棒状;不定形状;繊維状;ピーナッツ状および/またはテトラポット状のように球状や柱状の単一粒子が熱融着した形状;の何れでもよい。電池の短絡防止の観点から、前記無機フィラーは、板状の粒子、および/または、凝集していない一次粒子であることが好ましく、イオン透過の観点からは、多孔質中の粒子が最密充填され難く、粒子間に空隙が形成され易い、瘤、へこみ、くびれ、隆起もしくは膨らみを有する、樹枝状、珊瑚状、もしくは房(ふさ)状などの不定形状;繊維状;ピーナッツ状および/またはテトラポット状のように単一粒子が熱融着した形状;が好ましく、特に、ピーナッツ状および/またはテトラポット状のように球状や柱状の単一粒子が熱融着した形状が、さらに好ましい。 The shape of the inorganic filler is arbitrary and not particularly limited. The shape of the inorganic filler can be particulate, for example, spherical, elliptical, plate-like, rod-like, amorphous, fibrous, spherical or columnar single particles such as peanut-like and/or tetrapod-like. is heat-sealed; From the viewpoint of battery short circuit prevention, the inorganic filler is preferably plate-like particles and/or non-agglomerated primary particles, and from the viewpoint of ion permeation, the particles in the porous irregular shapes such as dendritic, coral-like, or tuft-like, having knobs, dents, constrictions, protuberances, or tufts; fibrous; peanut-like and/or tetra A pot-like shape in which single particles are thermally fused is preferred, and a shape in which spherical or columnar single particles are thermally fused, such as a peanut shape and/or a tetrapod shape, is particularly preferred.
フィラーは、多孔質層の表面に微細な凹凸を形成することで滑り性を向上させ得るものであるが、フィラーが板状の粒子および/または凝集していない一次粒子である場合には、フィラーによって多孔質層の表面に形成される凹凸がより微細になり、多孔質層と電極との接着性がより良好となる。 The filler can improve slipperiness by forming fine irregularities on the surface of the porous layer. As a result, the irregularities formed on the surface of the porous layer become finer, and the adhesiveness between the porous layer and the electrode becomes better.
本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる、無機フィラーを構成する前記元素の酸化物の酸素原子質量百分率は、10%~50%であることが好ましく、20%~50%であることがより好ましい。本発明において、「酸素原子質量百分率」とは、前記元素の酸化物全体の総質量に対する、当該酸化物中の酸素原子の質量の比を百分率で表したものを意味する。例えば、酸化亜鉛の場合、亜鉛の原子量:65.4、酸素の原子量:16.0より酸化亜鉛(ZnO)の分子量が65.4+16.0=81.4であることから、酸化亜鉛中の酸素原子質量百分率は16.0/81.4×100=20(%)である。 The oxygen atomic mass percentage of the oxide of the element constituting the inorganic filler contained in the porous layer in one embodiment of the present invention is preferably 10% to 50%, and is 20% to 50%. is more preferred. In the present invention, "oxygen atom mass percentage" means the ratio of the mass of oxygen atoms in the oxide to the total mass of the oxide of the element, expressed as a percentage. For example, in the case of zinc oxide, since the atomic weight of zinc is 65.4 and the atomic weight of oxygen is 16.0, the molecular weight of zinc oxide (ZnO) is 65.4 + 16.0 = 81.4. The atomic mass percentage is 16.0/81.4×100=20(%).
前記元素の酸化物の酸素原子質量百分率が上述の範囲であることは、後述する多孔質層の製造方法にて使用する塗工液中の溶媒または分散媒と、前記無機フィラーとの親和性を好適に保ち、前記無機フィラー間を適切な距離に保つことにより、塗工液の分散性を良好にすることができ、その結果、「多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比」および「多孔質層の配向度」を適切な規定範囲に制御することができる面において好ましい。 The fact that the oxygen atomic mass percentage of the oxide of the element is within the above-mentioned range means that the affinity between the inorganic filler and the solvent or dispersion medium in the coating liquid used in the method for producing the porous layer described later is improved. By keeping it suitable and keeping the distance between the inorganic fillers at an appropriate distance, the dispersibility of the coating liquid can be improved. ” and “the degree of orientation of the porous layer” can be controlled within an appropriately defined range.
本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる、無機フィラー自体のアスペクト比は、無機フィラーを平面上に配置した状態で、配置面の鉛直上方から観察したSEM像において、厚み方向に重なりあわない粒子100個の、短軸の長さと長軸の長さとの比の平均値として表される。なお、本明細書において、長軸の長さを長軸径、短軸の長さを短軸径とも称する。前記無機フィラー自体のアスペクト比は、1~10であることが好ましく、1.1~8であることがより好ましく、1.2~5であることがさらに好ましい。無機フィラー自体のアスペクト比が上述の範囲であることによって、後述する方法にて本発明の一実施形態における多孔質層を形成した際に、得られる多孔質層において、当該フィラーの配向性や、多孔質層表面におけるフィラーの分布の均一性を好ましい範囲に制御することができる。 The aspect ratio of the inorganic filler itself contained in the porous layer in one embodiment of the present invention is a state in which the inorganic filler is arranged on a plane, and an SEM image observed from vertically above the arrangement surface overlaps in the thickness direction. It is expressed as the average value of the ratio of the minor axis length to the major axis length of 100 particles without particles. In this specification, the length of the major axis is also referred to as the major axis diameter, and the length of the minor axis is also referred to as the minor axis diameter. The aspect ratio of the inorganic filler itself is preferably 1-10, more preferably 1.1-8, even more preferably 1.2-5. When the aspect ratio of the inorganic filler itself is within the above range, the orientation of the filler and the The uniformity of filler distribution on the surface of the porous layer can be controlled within a preferred range.
本発明の一実施形態における多孔質層は、上述の無機フィラーおよび樹脂以外のその他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分としては、例えば、界面活性剤やワックス、バインダー樹脂などを挙げることができる。また、前記その他の成分の含有量は、多孔質層全体の重量に対して、0重量%~50重量%であることが好ましい。 The porous layer in one embodiment of the present invention may contain components other than the inorganic filler and resin described above. Examples of the other components include surfactants, waxes, and binder resins. Also, the content of the other components is preferably 0% by weight to 50% by weight with respect to the weight of the entire porous layer.
本発明の一実施形態における多孔質層の平均膜厚は、電極との接着性および高エネルギー密度を確保する観点から、多孔質層一層当たり、0.5μm~10μmの範囲であることが好ましく、1μm~5μmの範囲であることがより好ましい。 In one embodiment of the present invention, the average film thickness of the porous layer is preferably in the range of 0.5 μm to 10 μm per one porous layer from the viewpoint of ensuring adhesion to the electrode and high energy density. More preferably, it is in the range of 1 μm to 5 μm.
多孔質層の単位面積当たりの目付は、多孔質層の強度、膜厚、重量およびハンドリング性を考慮して適宜決定することができる。多孔質層の単位面積当たりの目付は、多孔質層一層当たり、0.5~20g/m2であることが好ましく、0.5~10g/m2であることがより好ましい。 The basis weight per unit area of the porous layer can be appropriately determined in consideration of the strength, film thickness, weight and handleability of the porous layer. The basis weight per unit area of the porous layer is preferably 0.5 to 20 g/m 2 and more preferably 0.5 to 10 g/m 2 per one porous layer.
多孔質層の単位面積当たりの目付をこれらの数値範囲とすることにより、非水電解液二次電池の重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を高くすることができる。多孔質層の目付が前記範囲を超える場合には、非水電解液二次電池が重くなる傾向がある。 By setting the basis weight per unit area of the porous layer within these numerical ranges, the weight energy density and volume energy density of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be increased. If the basis weight of the porous layer exceeds the above range, the non-aqueous electrolyte secondary battery tends to be heavy.
多孔質層の空隙率は、充分なイオン透過性を得ることができるように、20~90体積%であることが好ましく、30~80体積%であることがより好ましい。また、多孔質層が有する細孔の孔径は、1.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。細孔の孔径をこれらのサイズとすることにより、非水電解液二次電池は、充分なイオン透過性を得ることができる。 The porosity of the porous layer is preferably 20 to 90% by volume, more preferably 30 to 80% by volume, so as to obtain sufficient ion permeability. Moreover, the pore size of the pores of the porous layer is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. By setting the pore diameters of the pores to these sizes, the non-aqueous electrolyte secondary battery can obtain sufficient ion permeability.
<多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比>
本発明の一実施形態における多孔質層は、当該多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、1.5~2.3の範囲であることが好ましい。ここで、前記アスペクト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、多孔質層の真上、すなわち鉛直上方から、その表面の電子顕微鏡写真であるSEM画像を撮影し、その写真から無機フィラーの投影像を作成し、当該無機フィラーの投影像の長軸の長さ/短軸の長さの比率を算出することによって求められる値である。すなわち、前記アスペクト比とは、多孔質層の表面における無機フィラーを、多孔質層の真上方向から観測した場合に観測される当該無機フィラーの形状を示す。
<Aspect Ratio of Projected Image of Inorganic Filler on Porous Layer Surface>
In one embodiment of the porous layer of the present invention, the aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer is in the range of 1.4 to 4.0, and 1.5 to 2.3. A range is preferred. Here, using a scanning electron microscope (SEM), an SEM image, which is an electron micrograph of the surface of the porous layer, is taken from directly above the porous layer, that is, from the vertical direction. It is a value obtained by creating a projected image of the filler and calculating the ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis of the projected image of the inorganic filler. That is, the aspect ratio indicates the shape of the inorganic filler observed when the inorganic filler on the surface of the porous layer is observed from directly above the porous layer.
上述の多孔質層表面のSEM画像から作成される無機フィラーの投影像の模式図を図3に示す。 FIG. 3 shows a schematic diagram of a projected image of the inorganic filler created from the SEM image of the surface of the porous layer described above.
前記アスペクト比の具体的な測定法としては、例えば、以下の(1)~(4)に示す工程からなる方法が挙げられる。なお、多孔質層の「表面」とは、多孔質層の真上からSEMによって観察可能な多孔質層の面をいう。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体において、当該積層体の多孔質側の真上から日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用いて加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、SEM画像を得る工程。
(2)工程(1)にて得られたSEM画像上にOHPフィルムを載せ、当該SEM画像に写っている無機フィラーの粒子の輪郭に沿って敷き写した投影像を作成し、該投影像をデジタルスチルカメラにより撮影する工程。
(3)工程(2)にて得られた写真のデータをコンピュータに取り込み、アメリカ国立衛生研究所(NIH:National Institues of Health)が発行する画像解析のフリーソフトIMAGEJを用いて、前記フィラー粒子100個の各々のアスペクト比を算出する工程。なお、ここで前記フィラー粒子を1粒子ずつ楕円形に近似させ、長軸径と短軸径を算出し、長軸径を短軸径で除した値をアスペクト比とする。
(4)工程(3)にて得られたそれぞれの粒子の投影像のアスペクト比の平均値を算出し、その値を多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比とする工程。
A specific method for measuring the aspect ratio includes, for example, a method comprising the following steps (1) to (4). In addition, the "surface" of the porous layer refers to the surface of the porous layer that can be observed by SEM from directly above the porous layer.
(1) In a laminate obtained by laminating a porous layer on a substrate, SEM at an acceleration voltage of 5 kV using a field emission scanning electron microscope JSM-7600F manufactured by JEOL from directly above the porous side of the laminate. A step of performing surface observation (backscattered electron image) and obtaining an SEM image.
(2) An OHP film is placed on the SEM image obtained in step (1), and a projection image is created by spreading along the contours of the inorganic filler particles shown in the SEM image. The process of photographing with a digital still camera.
(3) The photographic data obtained in the step (2) is loaded into a computer, and the filler particles 100 are analyzed using image analysis free software IMAGEJ published by the National Institutes of Health (NIH). Calculating the aspect ratio of each piece. Here, each filler particle is approximated to an elliptical shape, the major axis diameter and the minor axis diameter are calculated, and the value obtained by dividing the major axis diameter by the minor axis diameter is defined as the aspect ratio.
(4) A step of calculating the average value of the aspect ratios of the projected images of the respective particles obtained in step (3), and using that value as the aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer.
前記多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比は、多孔質層、特にその表面における無機フィラーの分布の均一性を示す指標である。前記アスペクト比が1に近いということは、多孔質層表面の構成材の形状ならびに分布が均一であり、密に充填されやすい。一方、前記アスペクト比が大きいことは、多孔質層の表面構造における構成成分の配置が不均一になり、結果として、多孔質層表面開口部の形状並びに分布の均一性が低下することを示す。 The aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer is an index showing the uniformity of distribution of the inorganic filler on the surface of the porous layer, particularly on the surface. The fact that the aspect ratio is close to 1 means that the shape and distribution of the constituent materials on the surface of the porous layer are uniform, and they are likely to be densely packed. On the other hand, when the aspect ratio is large, the arrangement of constituent components in the surface structure of the porous layer becomes non-uniform, and as a result, the uniformity of the shape and distribution of the openings on the surface of the porous layer deteriorates.
前記アスペクト比が4.0より大きい場合には、多孔質層、特にその表面開口部の形状並びに分布の均一性が、過度に低下するため、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、電池作動時の多孔質層の電解液受入能力が低下する箇所が生じる。その結果、当該非水電解液二次電池のレート特性が低下すると考えられる。一方、前記アスペクト比が1.4未満である場合には、多孔質層、特にその表面の無機フィラーの分布が、過度に均一化された構造となり、結果として多孔質層の表面開口部面積が小さくなるため、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、電池作動時の多孔質層の電解液受入能力が低下する。その結果、当該非水電解液二次電池の電池レート特性が低下すると考えられる。 If the aspect ratio is greater than 4.0, the uniformity of the shape and distribution of the porous layer, particularly the openings on the surface thereof, is excessively reduced. In the battery, there are places where the ability of the porous layer to accept the electrolyte is lowered during battery operation. As a result, it is considered that the rate characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are degraded. On the other hand, when the aspect ratio is less than 1.4, the porous layer, particularly the distribution of the inorganic filler on the surface thereof, becomes an excessively uniform structure, resulting in a surface opening area of the porous layer. As a result, in a non-aqueous electrolyte secondary battery incorporating the porous layer, the ability of the porous layer to accept the electrolyte during operation of the battery is reduced. As a result, it is considered that the battery rate characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are degraded.
<多孔質層の配向度>
本発明の一実施形態における多孔質層は、広角X線回折法により測定した、当該多孔質層における互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、かつ、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲であり、1.5~250の範囲であることがより好ましい。
<Orientation degree of porous layer>
The porous layer in one embodiment of the present invention has peak intensities of arbitrary diffraction planes (hkl) and (abc) orthogonal to each other in the porous layer measured by wide-angle X-ray diffraction: I (hkl) and I (abc) satisfies the following formula (1), and the range of the maximum value of the peak intensity ratio calculated by the following formula (2) is in the range of 1.5 to 300, and in the range of 1.5 to 250 is more preferable.
I(hkl) > I(abc)・・・(1)、
I(hkl) / I(abc)・・・(2)
以下、本明細書において、前記式(2)で算出されるピーク強度比の最大値を、「多孔質層の配向度」とも称する。
I (hkl) > I (abc) (1),
I (hkl) / I (abc) (2)
Hereinafter, in this specification, the maximum value of the peak intensity ratio calculated by the formula (2) is also referred to as "orientation degree of the porous layer".
前記ピーク強度I(hkl)およびI(abc)、並びに、ピーク強度比I(hkl) / I(abc)を測定する方法は、特に限定されないが、例えば、以下の(1)~(3)に示す工程からなる方法を挙げることができる。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体(積層多孔質フィルム)を2cm角に切り取り、測定用サンプルを作製する工程。
(2)工程(1)にて得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層側を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ-θスキャン法)でX線プロファイルを測定する工程。なお、前記X線プロファイルを測定する装置および測定条件は、特に限定されないが、例えば、装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定する方法が挙げられる。
(3)工程(2)にて得られるX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、お互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度 I(hkl)およびI(abc)が前記式(1)を満たす場合に、前記式(2)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値、すなわち多孔質層の配向度を算出する工程。
The method for measuring the peak intensities I (hkl) and I (abc) and the peak intensity ratio I (hkl) / I (abc) is not particularly limited, but for example, the following (1) to (3) A method consisting of the steps shown can be mentioned.
(1) A step of cutting a laminate (laminated porous film) obtained by laminating a porous layer on a substrate into a 2 cm square to prepare a sample for measurement.
(2) The measurement sample obtained in step (1) is mounted on an Al holder with the porous layer side of the sample as the measurement surface, and an X-ray profile is obtained by a wide-angle X-ray diffraction method (2θ-θ scanning method). the step of measuring The apparatus and measurement conditions for measuring the X-ray profile are not particularly limited. A method of measuring with an output of 50 KV-200 mA and a scan speed of 2°/min can be used.
(3) Based on the X-ray profile obtained in step (2), the peak intensity I (hkl) of arbitrary diffraction planes (hkl) and (abc) orthogonal to each other in the wide-angle X-ray diffraction measurement of the porous layer When I (abc) satisfies the above formula (1), the peak intensity ratio calculated by the above formula (2) is calculated, and the maximum value of the peak intensity ratio, that is, the degree of orientation of the porous layer is calculated. process.
なお、多孔質層の配向度の算出において、互いに直交する回折面を用いることにより、基材面に対して水平方向の向きと、法線方向の向きとの両方が決定されることが重要である。 In calculating the degree of orientation of the porous layer, it is important to determine both the horizontal direction and the normal direction with respect to the substrate surface by using mutually orthogonal diffraction planes. be.
前記式(2)にて示されるピーク強度比の最大値は、多孔質層内部の配向度を示す指標である。前記式(2)にて示されるピーク強度比が小さいことは、多孔質層の内部構造における配向度が低いことを示し、前記式(2)にて示されるピーク強度比が大きいことは、多孔質層の内部構造における配向度が高いことを示す。 The maximum value of the peak intensity ratio represented by the formula (2) is an index indicating the degree of orientation inside the porous layer. A small peak intensity ratio represented by the above formula (2) indicates that the degree of orientation in the internal structure of the porous layer is low, and a large peak intensity ratio represented by the above formula (2) indicates that the porous This indicates a high degree of orientation in the internal structure of the layer.
前記式(2)にて示されるピーク強度比の最大値が300より大きい場合には、多孔質層内部構造の異方性が過度に高い構造となり、多孔質層内部のイオン透過流路長が長くなる。その結果、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、多孔質層のイオン透過抵抗が増加し、当該非水電解液二次電池の電池レート特性が低下すると考えられる。 When the maximum value of the peak intensity ratio represented by the formula (2) is greater than 300, the anisotropy of the internal structure of the porous layer becomes excessively high, and the ion permeation channel length inside the porous layer becomes become longer. As a result, in the non-aqueous electrolyte secondary battery incorporating the porous layer, the ion permeation resistance of the porous layer increases, and the battery rate characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are considered to deteriorate.
一方、前記式(2)にて示されるピーク強度比の最大値が1.5未満である場合には、1.5以上のピーク強度比を有する多孔質層を用いたケースに比べて、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、電極から供給されるイオンを高速で透過させる為、電極からのイオン供給が律速となり(つまり、電極表面でイオンが枯渇する)、電池作動電流値条件である限界電流が小さくなる。そのため、結果として、当該非水電解液二次電池の電池レート特性が低下すると考えられる。 On the other hand, when the maximum value of the peak intensity ratio represented by the formula (2) is less than 1.5, compared to the case of using a porous layer having a peak intensity ratio of 1.5 or more, the above In a non-aqueous electrolyte secondary battery incorporating a porous layer, since ions supplied from the electrode are allowed to permeate at high speed, the supply of ions from the electrode becomes rate-determining (that is, ions are depleted on the electrode surface), and the battery operates. The limit current, which is the current value condition, becomes smaller. As a result, it is considered that the battery rate characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery are degraded.
<多孔質層の製造方法>
本発明の一実施形態における多孔質層の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、基材上に、以下に示す工程(1)~(3)の何れかの1つの工程を用いて、前記無機フィラーと、前記樹脂とを含む多孔質層を形成する方法を挙げることができる。以下に示す工程(2)および工程(3)では、前記樹脂を析出させた後にさらに乾燥させ、溶媒を除去することによって、製造され得る。工程(1)~(3)における塗工液は、前記無機フィラーが分散しており、かつ、前記樹脂が溶解している状態であってもよい。なお、前記溶媒は、樹脂を溶解させる溶媒であるとともに、樹脂または無機フィラーを分散させる分散媒であるとも言える。
<Method for producing porous layer>
The method for producing the porous layer in one embodiment of the present invention is not particularly limited. A method of forming a porous layer containing the inorganic filler and the resin can be mentioned. In steps (2) and (3) shown below, the resin can be produced by further drying after precipitating the resin to remove the solvent. The coating liquid in steps (1) to (3) may be in a state in which the inorganic filler is dispersed and the resin is dissolved. The solvent can be said to be a solvent for dissolving the resin and also a dispersion medium for dispersing the resin or the inorganic filler.
(1)前記無機フィラーおよび前記樹脂を含む塗工液を、基材上に塗工し、前記塗工液中の溶媒を乾燥除去することによって多孔質層を形成させる工程。 (1) A step of forming a porous layer by applying a coating liquid containing the inorganic filler and the resin onto a substrate and removing the solvent in the coating liquid by drying.
(2)前記無機フィラーおよび前記樹脂を含む塗工液を、前記基材の表面に塗工した後、その基材を前記樹脂に対して貧溶媒である、析出溶媒に浸漬することによって、前記樹脂を析出させ、多孔質層を形成する工程。 (2) After coating the surface of the base material with a coating liquid containing the inorganic filler and the resin, the base material is immersed in a deposition solvent that is a poor solvent for the resin. A step of depositing a resin to form a porous layer.
(3)前記無機フィラーおよび前記樹脂を含む塗工液を、前記基材の表面に塗工した後、低沸点有機酸を用いて、前記塗工液の液性を酸性にすることによって、前記樹脂を析出させ、多孔質層を形成する工程。 (3) After coating the coating liquid containing the inorganic filler and the resin on the surface of the substrate, using a low boiling point organic acid to acidify the coating liquid, thereby A step of depositing a resin to form a porous layer.
前記基材には、後述するポリオレフィン多孔質フィルムの他に、その他のフィルム、正極および負極などを用いることができる。 As the substrate, in addition to the polyolefin porous film described later, other films, positive electrodes, negative electrodes, and the like can be used.
前記溶媒は基材に悪影響を及ぼさず、前記樹脂を均一かつ安定に溶解し、前記無機フィラーを均一かつ安定に分散させる溶媒であることが好ましい。前記溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、アセトンおよび水等が挙げられる。 The solvent is preferably a solvent that does not adversely affect the substrate, uniformly and stably dissolves the resin, and uniformly and stably disperses the inorganic filler. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethylformamide, acetone and water.
前記析出溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコールまたはt-ブチルアルコールを用いることが好ましい。 As the precipitation solvent, for example, isopropyl alcohol or t-butyl alcohol is preferably used.
前記工程(3)において、低沸点有機酸としては、例えば、パラトルエンスルホン酸、酢酸等を使用することができる。 In the step (3), for example, p-toluenesulfonic acid, acetic acid, etc. can be used as the low-boiling organic acid.
また、本発明の一実施形態における多孔質層の配向性、すなわち、「多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比」および「多孔質層の配向度」を制御する方法として、以下に示すように、多孔質層の製造に使用する、前記無機フィラーおよび前記樹脂を含む塗工液の固形分濃度、並びに、前記塗工液を基材上に塗工する際の塗工せん断速度を調節することを挙げることができる。 In addition, as a method for controlling the orientation of the porous layer in one embodiment of the present invention, that is, the "aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer" and the "degree of orientation of the porous layer", the following are described. As shown, the solid content concentration of the coating liquid containing the inorganic filler and the resin used for producing the porous layer, and the coating shear rate when the coating liquid is applied onto the substrate are adjustment can be mentioned.
前記塗工液の好適な固形分濃度は、フィラーの種類などによって変化し得るが、一般には、20重量%より大きく40重量%以下であることが好ましい。前記固形分濃度が上述の範囲であることは、前記塗工液の粘度を適切に保ち、その結果、「多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比」および「多孔質層の配向度」を上述の好適な範囲に制御することができるため好ましい。 A suitable solid content concentration of the coating liquid may vary depending on the type of filler and the like, but generally it is preferably more than 20% by weight and 40% by weight or less. When the solid content concentration is in the above range, the viscosity of the coating liquid is appropriately maintained, and as a result, the "aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer" and the "degree of orientation of the porous layer ” can be controlled within the preferred range described above.
前記塗工液を基材上に塗工する際の塗工せん断速度は、フィラーの種類などによって変化し得るが、一般には、2(1/s)以上であることが好ましく、4(1/s)~50(1/s)であることがより好ましい。 The coating shear rate at which the coating liquid is applied onto the substrate may vary depending on the type of filler, but is generally preferably 2 (1/s) or more, and 4 (1/s). s) to 50 (1/s) is more preferable.
ここで、例えば、前記無機フィラーとして、ピーナッツ状および/またはテトラポット状のように球状や柱状の単一粒子が熱融着した形状、球形状、楕円形状、板状、棒状、または、不定形状の形状を有する無機フィラーを用いた場合、前記塗工せん断速度を大きくすると、高せん断力が無機フィラーにかかるため、異方性が高くなる傾向がある。一方、前記塗工せん断速度を小さくするとせん断力が無機フィラーにかからないため、等方的に配向する傾向がある。 Here, for example, the inorganic filler may have a peanut-shaped and/or tetrapod-shaped spherical or columnar single particle thermally fused together, a spherical shape, an elliptical shape, a plate shape, a rod shape, or an irregular shape. When the inorganic filler having the shape of is used, increasing the coating shear rate tends to increase the anisotropy because a high shearing force is applied to the inorganic filler. On the other hand, when the coating shear rate is reduced, the inorganic filler tends to be oriented isotropically because the shear force is not applied to the inorganic filler.
一方、前記無機フィラーが繊維径の長いワラストナイトのような長繊維径無機フィラーである場合には、前記塗工せん断速度を大きくすると、長繊維どうしが絡みあう、あるいはドクターブレードの刃に長繊維がひっかかるためばらばらの配向になり、異方性が低くなる傾向がある。一方、前記塗工せん断速度を小さくすると、長繊維が互いおよびドクターブレードの刃にひっかからないので、配向しやすくなり、異方性は高くなる傾向がある。 On the other hand, when the inorganic filler is a long fiber diameter inorganic filler such as wollastonite having a long fiber diameter, if the coating shear rate is increased, the long fibers will entangle with each other or the blade of the doctor blade will become long. Since the fibers are caught, the orientation tends to be random and the anisotropy tends to be low. On the other hand, when the coating shear rate is decreased, the long fibers are not caught by each other and by the edge of the doctor blade, so that they are easily oriented and the anisotropy tends to be high.
<ポリオレフィン多孔質フィルム>
本発明の一実施形態における非水電解液二次電池は、ポリオレフィン多孔質フィルムを備えていてもよい。以下では、ポリオレフィン多孔質フィルムを単に「多孔質フィルム」と称することがある。前記多孔質フィルムは、ポリオレフィン系樹脂を主成分とし、その内部に連結した細孔を多数有しており、一方の面から他方の面に気体および液体を通過させることが可能となっている。前記多孔質フィルムは、単独で非水電解液二次電池用セパレータとなり得る。また、上述の多孔質層が積層された非水電解液二次電池用積層セパレータの基材ともなり得る。
<Polyolefin porous film>
A non-aqueous electrolyte secondary battery in one embodiment of the present invention may include a polyolefin porous film. Hereinafter, the polyolefin porous film may be simply referred to as "porous film". The porous film has a polyolefin resin as a main component and has a large number of interconnected pores therein, allowing gas and liquid to pass from one surface to the other surface. The porous film alone can serve as a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery. It can also be used as a base material of a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the above porous layer is laminated.
前記ポリオレフィン多孔質フィルムの少なくとも一方の面上に、前記多孔質層が積層されてなる積層体を、本明細書において、「非水電解液二次電池用積層セパレータ」または「積層セパレータ」とも称する。また、本発明の一実施形態における非水電解液二次電池用セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムの他に、接着層、耐熱層、保護層等のその他の層をさらに備えていてもよい。 A laminate obtained by laminating the porous layer on at least one surface of the polyolefin porous film is also referred to herein as a "laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery" or a "laminated separator". . Moreover, the separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries in one embodiment of the present invention may further include other layers such as an adhesive layer, a heat-resistant layer, and a protective layer in addition to the polyolefin porous film.
多孔質フィルムに占めるポリオレフィンの割合は、多孔質フィルム全体の50体積%以上であり、90体積%以上であることがより好ましく、95体積%以上であることがさらに好ましい。また、前記ポリオレフィンには、重量平均分子量が5×105~15×106の高分子量成分が含まれていることがより好ましい。特に、ポリオレフィンに重量平均分子量が100万以上の高分子量成分が含まれていると、非水電解液二次電池用セパレータの強度が向上するのでより好ましい。 The proportion of polyolefin in the porous film is 50% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, and even more preferably 95% by volume or more, of the entire porous film. Further, the polyolefin more preferably contains a high molecular weight component having a weight average molecular weight of 5×10 5 to 15×10 6 . In particular, when the polyolefin contains a high molecular weight component having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more, the strength of the separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries is improved, which is more preferable.
熱可塑性樹脂である前記ポリオレフィンとしては、具体的には、例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテンおよび1-ヘキセン等の単量体を重合してなる、単独重合体または共重合体が挙げられる。前記単独重合体としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンを挙げることができる。また、前記共重合体としては、例えばエチレン-プロピレン共重合体を挙げることができる。 Specific examples of the polyolefin, which is a thermoplastic resin, include homopolymers obtained by polymerizing monomers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene and 1-hexene. Or a copolymer is mentioned. Examples of the homopolymer include polyethylene, polypropylene, and polybutene. Further, examples of the copolymer include an ethylene-propylene copolymer.
このうち、過大電流が流れることをより低温で阻止することができるため、ポリエチレンがより好ましい。なお、この過大電流が流れることを阻止することをシャットダウンともいう。前記ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレン(エチレン-α-オレフィン共重合体)、重量平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレン等が挙げられる。このうち、重量平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレンがさらに好ましい。 Among these, polyethylene is more preferable because it can prevent the flow of excessive current at a lower temperature. It should be noted that blocking the flow of this excessive current is also called shutdown. Examples of the polyethylene include low-density polyethylene, high-density polyethylene, linear polyethylene (ethylene-α-olefin copolymer), and ultra-high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more. Among them, ultra-high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more is more preferable.
多孔質フィルムの膜厚は、4~40μmであることが好ましく、5~30μmであることがより好ましく、6~15μmであることがさらに好ましい。 The thickness of the porous film is preferably 4 to 40 μm, more preferably 5 to 30 μm, even more preferably 6 to 15 μm.
多孔質フィルムの単位面積当たりの目付は、強度、膜厚、重量およびハンドリング性を考慮して適宜決定することができる。ただし、非水電解液二次電池の重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を高くすることができるように、前記目付は、4~20g/m2であることが好ましく、4~12g/m2であることがより好ましく、5~10g/m2であることがさらに好ましい。 The basis weight per unit area of the porous film can be appropriately determined in consideration of strength, film thickness, weight and handleability. However, the basis weight is preferably 4 to 20 g/m 2 and more preferably 4 to 12 g/m 2 so that the weight energy density and volume energy density of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be increased. more preferably 5 to 10 g/m 2 .
多孔質フィルムの透気度は、ガーレ値で30~500sec/100mLであることが好ましく、50~300sec/100mLであることがより好ましい。多孔質フィルムが前記透気度を有することにより、充分なイオン透過性を得ることができる。多孔質フィルムに上述の多孔質層を積層させた非水電解液二次電池用積層セパレータの透気度は、ガーレ値で30~1000sec/100mLであることが好ましく、50~800sec/100mLであることがより好ましい。非水電解液二次電池用積層セパレータは、前記透気度を有することにより、非水電解液二次電池において、充分なイオン透過性を得ることができる。 The air permeability of the porous film is preferably 30 to 500 sec/100 mL, more preferably 50 to 300 sec/100 mL in Gurley value. Sufficient ion permeability can be obtained by the porous film having the air permeability. The air permeability of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the above porous layer is laminated on a porous film is preferably 30 to 1000 sec/100 mL, more preferably 50 to 800 sec/100 mL in Gurley value. is more preferable. The laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery can obtain sufficient ion permeability in a non-aqueous electrolyte secondary battery by having the above air permeability.
多孔質フィルムの空隙率は、電解液の保持量を高めると共に、過大電流が流れることをより低温で確実に阻止する機能を得ることができるように、20~80体積%であることが好ましく、30~75体積%であることがより好ましい。また、多孔質フィルムが有する細孔の孔径は、充分なイオン透過性を得ることができ、かつ、正極および負極への粒子の入り込みを防止することができるように、0.3μm以下であることが好ましく、0.14μm以下であることがより好ましい。 The porosity of the porous film is preferably 20 to 80% by volume so as to increase the retention amount of the electrolytic solution and to obtain the function of reliably preventing the flow of excessive current at a lower temperature. It is more preferably 30 to 75% by volume. In addition, the pore diameter of the pores of the porous film is 0.3 μm or less so that sufficient ion permeability can be obtained and particles can be prevented from entering the positive electrode and the negative electrode. is preferable, and 0.14 μm or less is more preferable.
<ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法>
前記ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法は特に限定されるものではない。例えば、ポリオレフィン系樹脂と、無機充填剤および可塑剤等の孔形成剤と、任意で酸化防止剤等を混練した後に押し出すことにより、シート状のポリオレフィン樹脂組成物を作製する。適当な溶媒にて当該孔形成剤を当該シート状のポリオレフィン樹脂組成物から除去した後、当該孔形成剤が除去されたポリオレフィン樹脂組成物を延伸することにより、ポリオレフィン多孔質フィルムを製造することができる。
<Method for producing polyolefin porous film>
The method for producing the polyolefin porous film is not particularly limited. For example, a sheet-like polyolefin resin composition is produced by kneading a polyolefin resin, a pore-forming agent such as an inorganic filler and a plasticizer, and optionally an antioxidant or the like and then extruding the mixture. A polyolefin porous film can be produced by removing the pore-forming agent from the sheet-shaped polyolefin resin composition with an appropriate solvent and then stretching the polyolefin resin composition from which the pore-forming agent has been removed. can.
前記無機充填剤としては、特に限定されるものではなく、無機フィラー、具体的には炭酸カルシウム等が挙げられる。前記可塑剤としては、特に限定されるものではなく、流動パラフィン等の低分子量の炭化水素が挙げられる。 The inorganic filler is not particularly limited, and includes inorganic fillers, specifically calcium carbonate and the like. The plasticizer is not particularly limited, and examples thereof include low-molecular-weight hydrocarbons such as liquid paraffin.
具体的には、以下に示すような工程を含む方法を挙げることができる。
(A)超高分子量ポリエチレンと、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリエチレンと、炭酸カルシウムまたは可塑剤等の孔形成剤と、酸化防止剤とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程、
(B)得られたポリオレフィン樹脂組成物を一対の圧延ローラで圧延し、速度比を変えた巻き取りローラで引っ張りながら段階的に冷却し、シートを成形する工程、
(C)得られたシートの中から適当な溶媒にて孔形成剤を除去する工程、
(D)孔形成剤が除去されたシートを適当な延伸倍率にて延伸する工程。
Specifically, a method including the steps shown below can be mentioned.
(A) a step of kneading an ultra-high molecular weight polyethylene, a low molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 10,000 or less, a pore forming agent such as calcium carbonate or a plasticizer, and an antioxidant to obtain a polyolefin resin composition;
(B) A step of rolling the obtained polyolefin resin composition with a pair of rolling rollers, cooling it step by step while pulling it with winding rollers with different speed ratios, and forming a sheet;
(C) removing the pore-forming agent from the obtained sheet with a suitable solvent;
(D) A step of stretching the sheet from which the pore-forming agent has been removed at an appropriate stretching ratio.
[非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法]
本発明の一実施形態における非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法としては、例えば、上述の「多孔質層の製造方法」において、前記塗工液を塗布する基材として、前記ポリオレフィン多孔質フィルムを使用する方法を挙げることができる。
[Method for manufacturing laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary battery]
As a method for producing a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery in one embodiment of the present invention, for example, in the above-described "method for producing a porous layer", the polyolefin is used as the base material to which the coating liquid is applied. A method using a porous film can be mentioned.
<非水電解液>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池に含まれ得る非水電解液は、一般に非水電解液二次電池に使用される非水電解液であれば特に限定されない。前記非水電解液としては、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩およびLiAlCl4等が挙げられる。前記リチウム塩は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte that can be contained in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it is a non-aqueous electrolyte generally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries. As the non-aqueous electrolyte, for example, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent can be used. Examples of lithium salts include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 , lower aliphatic carboxylic acid lithium salts and LiAlCl4 . Only one type of the lithium salt may be used, or two or more types may be used in combination.
非水電解液を構成する有機溶媒としては、例えば、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、アミド類、カーバメート類および含硫黄化合物、ならびにこれらの有機溶媒にフッ素基が導入されてなる含フッ素有機溶媒等が挙げられる。前記有機溶媒は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Organic solvents constituting the non-aqueous electrolyte include, for example, carbonates, ethers, esters, nitriles, amides, carbamates, sulfur-containing compounds, and fluorine groups introduced into these organic solvents. Fluorinated organic solvents and the like are included. Only one type of the organic solvent may be used, or two or more types may be used in combination.
<非水電解液二次電池の製造方法>
本発明の一実施形態に係る非水二次電池の製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができる。例えば、正極板、ポリオレフィン多孔質フィルムおよび負極板をこの順で配置することにより非水電解液二次電池用部材を形成する。ここで、多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムと正極板および負極板の少なくとも一方との間に存在し得る。次いで、非水電解液二次電池の筐体となる容器に当該非水電解液二次電池用部材を入れる。当該容器内を前記非水電解液で満たした後、減圧しつつ密閉する。これにより、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池を製造することができる。
<Method for manufacturing non-aqueous electrolyte secondary battery>
As a method for manufacturing the non-aqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention, a conventionally known manufacturing method can be adopted. For example, a non-aqueous electrolyte secondary battery member is formed by arranging a positive electrode plate, a polyolefin porous film and a negative electrode plate in this order. Here, the porous layer may exist between the polyolefin porous film and at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate. Next, the non-aqueous electrolyte secondary battery member is placed in a container that serves as a housing for the non-aqueous electrolyte secondary battery. After filling the inside of the container with the non-aqueous electrolyte, the container is sealed while reducing the pressure. Thereby, a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention can be manufactured.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[測定方法]
実施例および比較例にて製造された多孔質層、ポリオレフィン多孔質フィルムの物性等、並びに、非水電解液二次電池の100サイクルの充放電後の充電回復容量を、以下の方法を用いて測定した。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[Measuring method]
The physical properties of the porous layers and polyolefin porous films produced in Examples and Comparative Examples, and the charge recovery capacity after 100 cycles of charging and discharging of non-aqueous electrolyte secondary batteries were measured using the following methods. It was measured.
(1)膜厚(単位:μm)
ポリオレフィン多孔質フィルムおよび多孔質層の膜厚は、株式会社ミツトヨ製の高精度デジタル測長機(VL-50)を用いて測定した。多孔質層の膜厚は、各々の積層体において多孔質層が形成されている部分の膜厚から、多孔質層が形成されていない部分の膜厚を引いた値とした。
(1) Film thickness (unit: μm)
The polyolefin porous film and the film thickness of the porous layer were measured using a high-precision digital length measuring machine (VL-50) manufactured by Mitutoyo Corporation. The thickness of the porous layer was obtained by subtracting the thickness of the portion where the porous layer was not formed from the thickness of the portion where the porous layer was formed in each laminate.
(2)多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比の測定
実施例および比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層とからなる積層体の多孔質層側から、日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用い、加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、電子顕微鏡写真(SEM画像)を得た。
(2) Measurement of the aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer Using a field-emission scanning electron microscope JSM-7600F manufactured by Manufacture Co., Ltd., SEM surface observation (backscattered electron image) was performed at an acceleration voltage of 5 kV to obtain an electron micrograph (SEM image).
得られたSEM画像上にOHPフィルムを載せ、無機フィラーの粒子の輪郭に沿って敷き写した投影像を作成し、該投影像をデジタルスチルカメラにより撮影した。得られた写真のデータをコンピュータに取り込み、アメリカ国立衛生研究所(NIH:National Institues of Health)が発行する画像解析のフリーソフトIMAGEJを用いて、粒子100個の各々のアスペクト比を算出し、その平均を多孔質層における多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比(以下、「表面フィラーアスペクト比」とも称する)とした。ここで無機フィラー1粒子ずつを楕円形に近似させ、長軸径と短軸径を算出し、長軸径を短軸径で除した値を無機フィラー1個当たりのアスペクト比とした。 An OHP film was placed on the obtained SEM image, and a projection image was created by spreading along the contours of the particles of the inorganic filler, and the projection image was photographed with a digital still camera. The data of the obtained photograph was loaded into a computer, and the aspect ratio of each of 100 particles was calculated using the image analysis free software IMAGEJ published by the National Institutes of Health (NIH). The average was taken as the aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer in the porous layer (hereinafter also referred to as "surface filler aspect ratio"). Here, each inorganic filler particle was approximated to an elliptical shape, the major axis diameter and the minor axis diameter were calculated, and the value obtained by dividing the major axis diameter by the minor axis diameter was defined as the aspect ratio per inorganic filler particle.
(3)ピーク強度比の最大値の測定
実施例および比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層とからなる積層体を2cm角に切り取り、測定用サンプルを得た。得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ-θスキャン法)でX線プロファイルを測定した。装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定した。
(3) Measurement of Maximum Value of Peak Intensity Ratio A 2 cm-square piece was cut from the laminate comprising the polyolefin porous film and the porous layer produced in Examples and Comparative Examples to obtain a sample for measurement. The obtained measurement sample was attached to an Al holder using the porous layer of the sample as a measurement surface, and the X-ray profile was measured by a wide-angle X-ray diffraction method (2θ-θ scanning method). RU-200R (rotating anticathode type) manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. was used as the apparatus, CuKα rays were used as the X-ray source, the output was 50 KV-200 mA, and the scan rate was 2°/min.
得られたX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、直交する任意の回折面(hkl)および(abc)のピーク強度 I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たす場合の、I(hkl)/I(abc)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値を算出した。
I(hkl)> I(abc)・・・(1)。
Based on the obtained X-ray profile, the peak intensities I (hkl) and I (abc) of arbitrary orthogonal diffraction planes (hkl) and (abc) in the wide-angle X-ray diffraction measurement of the porous layer are expressed by the following formula (1 ), the peak intensity ratio calculated by I (hkl) /I (abc) was calculated, and the maximum value of the peak intensity ratio was calculated.
I (hkl) >I (abc) (1).
(4)耐折試験
実施例および比較例において得られた正極板または負極板から、長さ105mm×幅15mmの試験片を切り出した。この試験片を用いてMIT試験機法に準じ、耐折試験を行った。
(4) Folding endurance test A test piece having a length of 105 mm and a width of 15 mm was cut out from each of the positive electrode plates or negative electrode plates obtained in Examples and Comparative Examples. Using this test piece, a folding endurance test was carried out according to the MIT tester method.
耐折試験はMIT型耐折試験機(安田精機製)を用い、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準じて、荷重:1N、折り曲げ部R:0.38mm、折り曲げ速度175往復/分とし、試験片の一端を固定し左右へ45度の角度に折り曲げることによって行った。 The folding endurance test uses an MIT type folding endurance tester (manufactured by Yasuda Seiki), according to the MIT tester method specified in JIS P 8115 (1994), load: 1 N, bending part R: 0.38 mm, bending speed It was carried out by fixing one end of the test piece and bending it to the left and right at an angle of 45 degrees at 175 reciprocations/minute.
これにより、正極板または負極板から電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数を測定した。ここでの折り曲げ回数は、前記MIT型耐折試験機のカウンターに表示される往復折り曲げ回数のことである。 Thereby, the number of times of bending until the electrode active material layer was peeled off from the positive electrode plate or the negative electrode plate was measured. The number of times of bending here means the number of times of reciprocating bending displayed on the counter of the MIT type folding endurance tester.
(5)100サイクルの充放電後の充電回復容量
(5-1)初期充放電
実施例および比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層とからなる積層体を備え、かつ、充放電サイクルを経ていない新たな非水電解液二次電池に対して、電圧範囲:2.7~4.1V、充電電流値:0.2CのCC-CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値:0.2CのCC放電を1サイクルとして、4サイクルの初期充放電を25℃にて行った。ここで、1Cとは、1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値である。また、CC-CV充電とは、設定した一定の電流で充電し、所定の電圧に到達後、電流を絞りながら、その電圧を維持する充電方法である。さらに、CC放電とは、設定した一定の電流で所定の電圧まで放電する方法である。これらの用語の意味は、本明細書において同様である。
(5) Charge recovery capacity after 100 cycles of charge and discharge (5-1) Initial charge and discharge CC-CV charging with voltage range: 2.7 to 4.1 V, charging current value: 0.2 C (final current condition 0.02 C) for a new non-aqueous electrolyte secondary battery that has not undergone a discharge cycle, Discharge current value: 4 cycles of initial charge/discharge were performed at 25°C, with CC discharge at 0.2C as one cycle. Here, 1C is the current value for discharging the rated capacity based on the discharge capacity of 1 hour rate in 1 hour. Further, CC-CV charging is a charging method in which charging is performed with a set constant current, and after reaching a predetermined voltage, the voltage is maintained while reducing the current. Furthermore, CC discharge is a method of discharging to a predetermined voltage with a set constant current. These terms have the same meaning in this specification.
(5-2)サイクル試験
初期充放電後の非水電解液二次電池を、電圧範囲:2.7~4.2V、充電電流値:1CのCC-CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値:10CのCC放電を1サイクルとして、100サイクルの充放電を55℃にて実施した。
(5-2) Cycle test The non-aqueous electrolyte secondary battery after the initial charge and discharge is CC-CV charged with a voltage range of 2.7 to 4.2 V and a charging current value of 1 C (final current condition 0.02 C). , discharge current value: 100 cycles of charge and discharge were performed at 55°C, with CC discharge at 10C being one cycle.
(5-3)100サイクルの充放電後の充電回復容量試験
100サイクルの充放電を行った非水電解液二次電池に対して、電圧範囲:2.7V~4.2V、充電電流値:1CのCC-CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値:0.2CのCC放電を1サイクルとして3サイクルの充放電を55℃にて実施した。その3サイクル目の充電容量を100サイクルの充放電後の充電回復容量とした。
(5-3) Charge Recovery Capacity Test after 100 Cycles of Charge and Discharge Voltage range: 2.7 V to 4.2 V, charge current value: Three cycles of CC-CV charging (final current condition: 0.02C) and discharge current value: 0.2C CC discharging were performed at 55°C. The charge capacity at the third cycle was defined as the charge recovery capacity after 100 cycles of charge and discharge.
前記充電回復容量試験は、充放電サイクル後に低いレート(0.2C)で放電を実施して電池内部の容量を空にした後に、より正確に充電容量を確認する試験方法であり、電池全体の充電性能の劣化度、特に電極の充電性能の劣化度を確認することができる。 The charge recovery capacity test is a test method for more accurately confirming the charge capacity after discharging at a low rate (0.2 C) after the charge-discharge cycle to empty the capacity inside the battery. It is possible to check the degree of deterioration of the charging performance, particularly the deterioration of the charging performance of the electrode.
[実施例1]
[多孔質基材(A層)の製造]
ポリオレフィンであるポリエチレンを用いて、ポリオレフィン多孔質フィルムである多孔質基材を作製した。
[Example 1]
[Production of porous substrate (A layer)]
A porous substrate, which is a polyolefin porous film, was produced using polyethylene, which is a polyolefin.
即ち、超高分子量ポリエチレン粉末(340M、三井化学株式会社製)70重量部と、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP-0115、日本精鑞株式会社製)30重量部とを混合して混合ポリエチレンを得た。 That is, 70 parts by weight of ultra-high molecular weight polyethylene powder (340M, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) and 30 parts by weight of polyethylene wax having a weight average molecular weight of 1000 (FNP-0115, manufactured by Nippon Seiro Co., Ltd.) are mixed to obtain a mixed polyethylene. got
得られた混合ポリエチレン100重量部に対して、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.1重量部、およびステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加え、さらに、全体積に占める割合が38体積%となるように、平均粒子径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム株式会社製)を加えた。この組成物を粉末のまま、ヘンシェルミキサーで混合した後、二軸混練機で溶融混練することにより、ポリエチレン樹脂組成物を得た。 To 100 parts by weight of the resulting mixed polyethylene, 0.4 parts by weight of an antioxidant (Irg1010, manufactured by Chiba Specialty Chemicals Co., Ltd.) and 0.4 parts by weight of an antioxidant (P168, manufactured by Chiba Specialty Chemicals Co., Ltd.) were added. 1 part by weight and 1.3 parts by weight of sodium stearate are added, and further calcium carbonate with an average particle size of 0.1 μm (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) is added so that the ratio of the total volume is 38% by volume. rice field. This composition as powder was mixed with a Henschel mixer and then melt-kneaded with a twin-screw kneader to obtain a polyethylene resin composition.
次いで、このポリエチレン樹脂組成物を、表面温度が150℃に設定された一対のロールにて圧延することにより、シートを作製した。このシートを塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤0.5重量%を配合)に浸漬させることで炭酸カルシウムを溶解して除去した。続いて、当該シートを105℃で6倍に延伸することにより、ポリエチレン製の多孔質基材(A層)を作製した。当該多孔質基材の空隙率は53%、目付は7g/m2、膜厚は16μmであった。 Next, a sheet was produced by rolling this polyethylene resin composition with a pair of rolls whose surface temperature was set to 150°C. This sheet was immersed in a hydrochloric acid aqueous solution (containing 4 mol/L of hydrochloric acid and 0.5% by weight of a nonionic surfactant) to dissolve and remove calcium carbonate. Subsequently, the sheet was stretched 6 times at 105° C. to produce a polyethylene porous substrate (A layer). The porous substrate had a porosity of 53%, a basis weight of 7 g/m 2 , and a film thickness of 16 μm.
[多孔質層(B層)の製造]
(塗工液の製造)
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が20%である六角板状酸化亜鉛(堺化学工
業株式会社製、商品名:XZ-100F)を用いた。当該無機フィラーを、無機フィラー1とする。本明細書において、無機フィラーの体積基準の粒度分布の算出は、島津製作所製 レーザー回折式粒度分布計SALD2200を使用してD10、D50、D90を測定することにより行った。ここで体積基準による積算分布が50%になる値の粒子径、10%になる値の粒子径、90%になる値の粒子径を、それぞれD50、D10、D90と呼ぶ。無機フィラー1のD10、D50、D90は、それぞれ0.2μm、0.4μm、2.1μmであった。
[Production of porous layer (B layer)]
(Manufacture of coating liquid)
As the inorganic filler, hexagonal tabular zinc oxide (trade name: XZ-100F, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) having an oxygen atomic mass percentage of 20% was used. Let the said inorganic filler be the inorganic filler 1. As shown in FIG. In this specification, the volume-based particle size distribution of the inorganic filler was calculated by measuring D10, D50, and D90 using a laser diffraction particle size distribution meter SALD2200 manufactured by Shimadzu Corporation. Here, the particle diameter at which the volume-based integrated distribution reaches 50%, 10%, and 90% are referred to as D50, D10, and D90, respectively. D10, D50 and D90 of inorganic filler 1 were 0.2 μm, 0.4 μm and 2.1 μm, respectively.
バインダー樹脂としては、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(アルケマ株式会社製;商品名「KYNAR2801」)を用いた。 A vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (manufactured by Arkema Co., Ltd.; trade name "KYNAR2801") was used as the binder resin.
本明細書において、無機フィラーの比表面積は、定容法を用いて、窒素による吸着脱離等温線を測定し、BET法によって算出した。無機フィラー1の単位面積当たりのBET比表面積は、7.3m2/gであった。 In this specification, the specific surface area of the inorganic filler was calculated by the BET method after measuring the adsorption-desorption isotherm with nitrogen using the constant volume method. The BET specific surface area per unit area of the inorganic filler 1 was 7.3 m 2 /g.
無機フィラー1、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体および溶媒(関東化学株式会社製 N-メチル-2-ピロリジノン)を、下記割合となるように混合した。すなわち、無機フィラー1(90重量部)に対してフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、無機フィラー1およびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる固形分の濃度が混合液において37重量%となるように溶媒を混合し、混合液を調製した。得られた混合液を薄膜旋回型高速ミキサー(プライミクス(株)製フィルミク(登録商標))で攪拌および混合して均一な塗工液を得た。当該塗工液を塗工液1とする。 Inorganic filler 1, a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer and a solvent (N-methyl-2-pyrrolidinone manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) were mixed in the following proportions. That is, 10 parts by weight of the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is mixed with the inorganic filler 1 (90 parts by weight), and the solid content of the inorganic filler 1 and the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is A mixed solution was prepared by mixing solvents so that the concentration in the mixed solution was 37% by weight. The resulting mixed solution was stirred and mixed with a thin-film rotating high-speed mixer (Filmiku (registered trademark) manufactured by Primix Co., Ltd.) to obtain a uniform coating solution. The coating liquid is referred to as coating liquid 1.
(多項質層、積層多孔質フィルムの製造)
塗工液1を、ドクターブレード法により、前記A層の片面に、塗工せん断速度3.9(1/s)にて塗工し、前記A層の片面に塗膜を形成した。その後、前記塗膜を、65℃にて20分間かけて乾燥することによって、前記A層の片面にB層を形成した。これにより、A層の片面にB層が積層された積層体1(積層セパレータ)を得た。B層の目付は7g/m2であり、厚みは4μmであった。
(Manufacturing of multi-layer and laminated porous film)
The coating liquid 1 was applied to one side of the A layer at a coating shear rate of 3.9 (1/s) by a doctor blade method to form a coating film on one side of the A layer. Thereafter, the coating film was dried at 65° C. for 20 minutes to form a B layer on one side of the A layer. As a result, a laminate 1 (laminated separator) in which the B layer was laminated on one side of the A layer was obtained. The B layer had a basis weight of 7 g/m 2 and a thickness of 4 μm.
〔非水電解液二次電池の作製〕
(正極板)
正極合剤として、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電剤/PVDF(重量比:92/5/3)を、正極集電体であるアルミニウム箔の片面に積層することにより、正極板を得た。当該正極板に対して、室温で30秒間、拘束圧(0.7MPa)をかけた。
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
(Positive plate)
As a positive electrode mixture, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 /conductive agent/PVDF (weight ratio: 92/5/3) is laminated on one side of an aluminum foil as a positive electrode current collector. Thus, a positive electrode plate was obtained. A confining pressure (0.7 MPa) was applied to the positive electrode plate at room temperature for 30 seconds.
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつ、その外周に、正極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、正極板1を得た。正極板1の正極活物質層の厚さは38μmであった。 The positive electrode plate is cut so that the size of the portion where the positive electrode active material layer is laminated is 45 mm × 30 mm, and the portion where the positive electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , a positive electrode plate 1 was obtained. The thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode plate 1 was 38 μm.
(負極板)
負極合剤として、体積基準の平均粒径(D50)が15μmである天然黒鉛/スチレン-1,3-ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1)を、負極集電体である銅箔の片面に積層することにより、負極板を得た。当該負極板に対して、室温で30秒間、拘束圧(0.7MPa)をかけた。
(negative plate)
As a negative electrode mixture, natural graphite/styrene-1,3-butadiene copolymer/sodium carboxymethylcellulose (weight ratio 98/1/1) having an average particle size (D50) based on volume of 15 μm was used as the negative electrode current collector. A negative electrode plate was obtained by laminating on one side of the copper foil. Confining pressure (0.7 MPa) was applied to the negative electrode plate at room temperature for 30 seconds.
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつ、その外周に、負極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、負極板1を得た。負極板1の負極活物質層の厚さは38μmであった。 The negative electrode plate is cut so that the size of the portion where the negative electrode active material layer is laminated is 50 mm × 35 mm, and the portion where the negative electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , a negative electrode plate 1 was obtained. The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode plate 1 was 38 μm.
(非水電解液二次電池の組み立て)
正極板1、負極板1および積層体1を使用して、以下に示す方法にて非水電解液二次電池を製造した。
(Assembly of non-aqueous electrolyte secondary battery)
Using the positive electrode plate 1, the negative electrode plate 1 and the laminate 1, a non-aqueous electrolyte secondary battery was manufactured by the method shown below.
まず、ラミネートパウチ内で、正極板1、積層体1および負極板1をこの順で積層(配置)することにより、非水電解液二次電池用部材1を得た。このとき、正極板1の正極活物質層における主面の全部が、負極板1の負極活物質層における主面の範囲に含まれるように、すなわち主面に重なるように、正極板1および負極板1を配置した。また、積層体1の多孔質層側の面を、正極板1の正極活物質層に対向させた。 First, the positive electrode plate 1, the laminate 1, and the negative electrode plate 1 were laminated (arranged) in this order in a laminate pouch to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery member 1. At this time, the positive electrode plate 1 and the negative electrode were arranged so that the entire main surface of the positive electrode active material layer of the positive electrode plate 1 was included in the range of the main surface of the negative electrode active material layer of the negative electrode plate 1, that is, overlapped with the main surface. Plate 1 was placed. In addition, the surface of the laminate 1 on the porous layer side was made to face the positive electrode active material layer of the positive electrode plate 1 .
続いて、非水電解液二次電池用部材1を、予め作製していた、アルミニウム層とヒートシール層とが積層されてなる袋に入れ、さらにこの袋に非水電解液を0.23mL入れた。前記非水電解液は、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートを体積比3:5:2で混合してなる混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lとなるように溶解することにより、調製した。そして、袋内を減圧しつつ、当該袋をヒートシールすることにより、非水電解液二次電池1を作製した。その後、非水電解液二次電池1の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。 Subsequently, the non-aqueous electrolyte secondary battery member 1 is placed in a prefabricated bag in which an aluminum layer and a heat seal layer are laminated, and 0.23 mL of the non-aqueous electrolyte is added to the bag. rice field. The non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate at a volume ratio of 3:5:2 so as to have a concentration of 1 mol/L. . Then, the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 was produced by heat-sealing the bag while decompressing the inside of the bag. After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 were measured. Table 1 shows the results.
[実施例2]
〔多孔質層、積層多孔質フィルムの作製〕
無機フィラーとして、球状アルミナ(住友化学株式会社製、商品名AA03)と、合成雲母(株式会社和光純薬製、商品名:非膨潤性合成雲母)との混合物を用いた。前記混合物は、球状アルミナ50重量部と合成雲母50重量部とを乳鉢で混合することによって調製した。前記混合物を無機フィラー2とする。無機フィラー2の酸素原子質量百分率は、45%であった。また、無機フィラー2のD10、D50、D90は、それぞれ0.5
μm、4.2μm、11.5μmであった。さらに、無機フィラー2の単位面積当たりのBET比表面積は、4.5m2/gであった。
[Example 2]
[Preparation of porous layer and laminated porous film]
As the inorganic filler, a mixture of spherical alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name AA03) and synthetic mica (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., trade name: non-swelling synthetic mica) was used. The mixture was prepared by mixing 50 parts by weight of spherical alumina and 50 parts by weight of synthetic mica in a mortar. Let the said mixture be the inorganic filler 2. The oxygen atomic mass percentage of inorganic filler 2 was 45%. In addition, D10, D50, and D90 of the inorganic filler 2 are each 0.5
μm, 4.2 μm and 11.5 μm. Furthermore, the BET specific surface area per unit area of inorganic filler 2 was 4.5 m 2 /g.
塗工液は、以下の通り調製した。すなわち、無機フィラー2(90重量部)に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体10重量部を混合すると共に、無機フィラー2およびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる固形分の濃度が、混合液において30重量%となるように溶媒を混合し、混合液を調製した。得られた混合液を、前記薄膜旋回型高速ミキサーで攪拌および混合して均一な塗工液を得た。当該塗工液を塗工液2とする。 A coating liquid was prepared as follows. That is, 10 parts by weight of the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is mixed with the inorganic filler 2 (90 parts by weight), and the solid content of the inorganic filler 2 and the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is A mixed solution was prepared by mixing solvents so that the concentration of was 30% by weight in the mixed solution. The resulting mixed solution was stirred and mixed with the thin-film rotating high-speed mixer to obtain a uniform coating solution. Let this coating liquid be coating liquid 2 .
多孔質層(B層)の作製に使用した無機フィラーを前記無機フィラー2に変更し、塗工液を前記塗工液2に変更し、塗工せん断速度を7.9(1/s)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体2を得た。 The inorganic filler used to prepare the porous layer (B layer) was changed to the inorganic filler 2, the coating liquid was changed to the coating liquid 2, and the coating shear rate was 7.9 (1 / s). A laminate 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except for the change.
〔非水電解液二次電池の作製〕
積層体1の代わりに、積層体2を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池2を得た。その後、非水電解液二次電池2の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
A non-aqueous electrolyte secondary battery 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate 2 was used instead of the laminate 1 . After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 2 were measured. Table 1 shows the results.
[実施例3]
〔多孔質層、積層多孔質フィルムの作製〕
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が42%であるワラストナイト(林化成株式会社製、商品名:ワラストナイト VM-8N)を用いた。前記ワラストナイトを無機フィラー3とする。無機フィラー3のD10、D50、D90は、それぞれ2.4μm、10.6μm、25.3μmであった。また、無機フィラー3の単位面積当たりのBET比表面積は、1.3m2/gであった。
[Example 3]
[Preparation of porous layer and laminated porous film]
Wollastonite (manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd., trade name: Wollastonite VM-8N) having an oxygen atomic mass percentage of 42% was used as the inorganic filler. The wollastonite is used as the inorganic filler 3 . D10, D50 and D90 of inorganic filler 3 were 2.4 μm, 10.6 μm and 25.3 μm, respectively. Also, the BET specific surface area per unit area of the inorganic filler 3 was 1.3 m 2 /g.
塗工液は、以下の通り調製した。すなわち、無機フィラー3(90重量部)に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体10重量部を混合すると共に、無機フィラー3およびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる固形分の濃度が、混合液において40重量%となるように溶媒を混合し、混合液を調製した。得られた混合液を、前記薄膜旋回型高速ミキサーで攪拌および混合して均一な塗工液を得た。当該塗工液を塗工液3とする。 A coating liquid was prepared as follows. That is, 10 parts by weight of the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is mixed with the inorganic filler 3 (90 parts by weight), and the solid content of the inorganic filler 3 and the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is A mixed solution was prepared by mixing solvents so that the concentration of was 40% by weight in the mixed solution. The resulting mixed solution was stirred and mixed with the thin-film rotating high-speed mixer to obtain a uniform coating solution. Let this coating liquid be coating liquid 3 .
多孔質層(B層)の作製に使用した無機フィラーを前記無機フィラー3に変更し、塗工液を前記塗工液3に変更し、塗工せん断速度を7.9(1/s)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体3を得た。 The inorganic filler used to prepare the porous layer (B layer) was changed to the inorganic filler 3, the coating liquid was changed to the coating liquid 3, and the coating shear rate was 7.9 (1 / s). A laminate 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except for the change.
〔非水電解液二次電池の作製〕
積層体1の代わりに、積層体3を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池3を得た。その後、非水電解液二次電池3の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
A non-aqueous electrolyte secondary battery 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate 3 was used instead of the laminate 1 . After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 3 were measured. Table 1 shows the results.
[実施例4]
〔多孔質層、積層多孔質フィルムの作製〕
無機フィラーとして、αアルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP3000)と、六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-1000F)との混合物を用いた。前記混合物は、αアルミナ99重量部と六角板状酸化亜鉛1重量部とを乳鉢で混合することによって調製した。前記混合物を無機フィラー4とする。無機フィラー4の酸素原子質量百分率は、47%であった。また、無機フィラー4のD10、D50、D90は、それぞれ0.4μm、0.8μm、2.2μmであった。さらに、無機フィラー4の単位面積当たりのBET比表面積は、4.5m2/gであった。
[Example 4]
[Preparation of porous layer and laminated porous film]
As the inorganic filler, a mixture of α-alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: AKP3000) and hexagonal plate-like zinc oxide (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., trade name: XZ-1000F) was used. The mixture was prepared by mixing 99 parts by weight of alpha alumina and 1 part by weight of hexagonal platelet zinc oxide in a mortar. Let the said mixture be the inorganic filler 4. As shown in FIG. The oxygen atomic mass percentage of inorganic filler 4 was 47%. D10, D50 and D90 of inorganic filler 4 were 0.4 μm, 0.8 μm and 2.2 μm, respectively. Furthermore, the BET specific surface area per unit area of the inorganic filler 4 was 4.5 m 2 /g.
塗工液は、以下の通り作製した。すなわち、無機フィラー4(90重量部)に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体10重量部を混合すると共に、無機フィラー4およびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる固形分の濃度が、混合液において40重量%となるように溶媒を混合し、混合液を調製した。得られた混合液を、前記薄膜旋回型高速ミキサーで攪拌および混合して均一な塗工液を得た。当該塗工液を塗工液4とする。 A coating liquid was prepared as follows. That is, 10 parts by weight of the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is mixed with the inorganic filler 4 (90 parts by weight), and the solid content of the inorganic filler 4 and the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is A mixed solution was prepared by mixing solvents so that the concentration of was 40% by weight in the mixed solution. The resulting mixed solution was stirred and mixed with the thin-film rotating high-speed mixer to obtain a uniform coating solution. This coating liquid is referred to as coating liquid 4 .
多孔質層(B層)の作製に使用した無機フィラーを前記無機フィラー4に変更し、塗工液を前記塗工液4に変更し、塗工せん断速度を39.4(1/s)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体4を得た。 The inorganic filler used to prepare the porous layer (B layer) was changed to the inorganic filler 4, the coating liquid was changed to the coating liquid 4, and the coating shear rate was 39.4 (1 / s). A laminate 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except for the change.
〔非水電解液二次電池の作製〕
(正極板)
正極合剤として、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電剤/PVDF(重量比:92/5/3)を、正極集電体であるアルミニウム箔の片面に積層することにより、正極板を得た。当該正極板をジエチルカーボネートによって湿潤させた状態で、当該正極板に対して、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
(Positive plate)
As a positive electrode mixture, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 /conductive agent/PVDF (weight ratio: 92/5/3) is laminated on one side of an aluminum foil as a positive electrode current collector. Thus, a positive electrode plate was obtained. While the positive electrode plate was wetted with diethyl carbonate, a confining pressure (0.7 MPa) was applied to the positive electrode plate at room temperature for 30 seconds.
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつ、その外周に、正極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、正極板2を得た。正極板2の正極活物質層の厚さは37μmであった。 The positive electrode plate is cut so that the size of the portion where the positive electrode active material layer is laminated is 45 mm × 30 mm, and the portion where the positive electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , a positive electrode plate 2 was obtained. The thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode plate 2 was 37 μm.
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに積層体4を使用し、正極板として前記正極板2を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池4を得た。その後、非水電解液二次電池4の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
(Assembly of non-aqueous electrolyte secondary battery)
A non-aqueous electrolyte secondary battery 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate 4 was used instead of the laminate 1 and the positive electrode plate 2 was used as the positive electrode plate. After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 4 were measured. Table 1 shows the results.
[実施例5]
〔非水電解液二次電池の作製〕
(正極板)
正極合剤として、LiCoO2/導電剤/PVDF(重量比:100/5/3)を、正極集電体であるアルミニウム箔の片面に積層することにより、正極板を得た。当該正極板をジエチルカーボネートによって湿潤させた状態で、当該正極板に対して、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
[Example 5]
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
(Positive plate)
A positive electrode plate was obtained by laminating LiCoO 2 /conductive agent/PVDF (weight ratio: 100/5/3) as a positive electrode mixture on one side of an aluminum foil as a positive electrode current collector. While the positive electrode plate was wetted with diethyl carbonate, a confining pressure (0.7 MPa) was applied to the positive electrode plate at room temperature for 30 seconds.
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつ、その外周に、正極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、正極板3を得た。正極活物質層の厚さは38μmであった。 The positive electrode plate is cut so that the size of the portion where the positive electrode active material layer is laminated is 45 mm × 30 mm, and the portion where the positive electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , a positive electrode plate 3 was obtained. The thickness of the positive electrode active material layer was 38 μm.
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに積層体4を使用し、正極板として前記正極板3を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池5を得た。その後、非水電解液二次電池5の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
(Assembly of non-aqueous electrolyte secondary battery)
A non-aqueous electrolyte secondary battery 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate 4 was used instead of the laminate 1 and the positive electrode plate 3 was used as the positive electrode plate. After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 5 were measured. Table 1 shows the results.
[実施例6]
〔非水電解液二次電池の作製〕
(負極板)
負極合剤として、天然黒鉛/スチレン-1,3-ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1)を、負極集電体である銅箔の片面に積層することにより、負極板を得た。当該負極板をジエチルカーボネートによって湿潤させた状態で、当該負極板に対して、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
[Example 6]
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
(negative plate)
As a negative electrode mixture, natural graphite/styrene-1,3-butadiene copolymer/sodium carboxymethylcellulose (weight ratio: 98/1/1) was laminated on one side of a copper foil as a negative electrode current collector. got a board While the negative electrode plate was wetted with diethyl carbonate, a confining pressure (0.7 MPa) was applied to the negative electrode plate at room temperature for 30 seconds.
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつ、その外周に、負極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、負極板2を得た。負極板2の負極活物質層の厚さは37μmであった。 The negative electrode plate is cut so that the size of the portion where the negative electrode active material layer is laminated is 50 mm × 35 mm, and the portion where the negative electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , a negative electrode plate 2 was obtained. The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode plate 2 was 37 μm.
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに積層体4を使用し、負極板として前記負極板2を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池6を得た。その後、非水電解液二次電池6の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
(Assembly of non-aqueous electrolyte secondary battery)
A non-aqueous electrolyte secondary battery 6 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate 4 was used instead of the laminate 1, and the negative electrode plate 2 was used as the negative electrode plate. After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 6 were measured. Table 1 shows the results.
[実施例7]
〔非水電解液二次電池の作製〕
(負極板)
負極合剤として、人造球晶黒鉛/導電剤/PVDF(重量比85/15/7.5)を、負極集電体である銅箔の片面に積層することにより、負極板を得た。当該負極板をジエチルカーボネートによって湿潤させた状態で、当該負極板に対して、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
[Example 7]
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
(negative plate)
A negative electrode plate was obtained by laminating artificial spherulitic graphite/conductive agent/PVDF (weight ratio 85/15/7.5) as a negative electrode mixture on one side of a copper foil as a negative electrode current collector. While the negative electrode plate was wetted with diethyl carbonate, a confining pressure (0.7 MPa) was applied to the negative electrode plate at room temperature for 30 seconds.
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつ、その外周に、負極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、負極板3を得た。負極板3の負極活物質層の厚さは36μmであった。 The negative electrode plate is cut so that the size of the portion where the negative electrode active material layer is laminated is 50 mm × 35 mm, and the portion where the negative electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , a negative electrode plate 3 was obtained. The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode plate 3 was 36 μm.
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに積層体4を使用し、負極板として前記負極板3を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池7を得た。その後、非水電解液二次電池7の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
(Assembly of non-aqueous electrolyte secondary battery)
A non-aqueous electrolyte secondary battery 7 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate 4 was used instead of the laminate 1, and the negative electrode plate 3 was used as the negative electrode plate. After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 7 were measured. Table 1 shows the results.
[比較例1]
〔多孔質層、積層多孔質フィルムの作製〕
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が48%であるアタパルジャイト(林化成株式会社製、商品名:ATTAGEL#50)を用いた。前記アタパルジャイトを無機フィラー5とする。無機フィラー5のD10、D50、D90は、それぞれ0.4μm、2.0μm、3.3μmであった。また、無機フィラー5の単位面積当たりのBET比表面積は、235.0m2/gであった。
[Comparative Example 1]
[Preparation of porous layer and laminated porous film]
Attapulgite (manufactured by Hayashi Kasei Co., Ltd., trade name: ATTAGEL #50) having an oxygen atomic mass percentage of 48% was used as the inorganic filler. Let the attapulgite be the inorganic filler 5 . D10, D50 and D90 of inorganic filler 5 were 0.4 μm, 2.0 μm and 3.3 μm, respectively. In addition, the BET specific surface area per unit area of the inorganic filler 5 was 235.0 m 2 /g.
塗工液は、以下の通り作製した。すなわち、無機フィラー5(90重量部)に対してフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体10重量部を混合すると共に、無機フィラー5およびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる固形分の濃度が、混合液において17重量%となるように溶媒を混合し、混合液を調製した。得られた混合液を、前記薄膜旋回型高速ミキサーで攪拌および混合して均一な塗工液を得た。当該塗工液を塗工液5とする。 A coating liquid was prepared as follows. That is, 10 parts by weight of the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is mixed with the inorganic filler 5 (90 parts by weight), and the solid content of the inorganic filler 5 and the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is A mixed solution was prepared by mixing solvents so that the concentration in the mixed solution was 17% by weight. The resulting mixed solution was stirred and mixed with the thin-film rotating high-speed mixer to obtain a uniform coating solution. This coating liquid is referred to as coating liquid 5 .
多孔質層(B層)の作製に使用した無機フィラーを前記無機フィラー5に変更し、塗工液を前記塗工液5に変更し、塗工せん断速度を1.3(1/s)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体5を得た。 The inorganic filler used to prepare the porous layer (B layer) was changed to the inorganic filler 5, the coating liquid was changed to the coating liquid 5, and the coating shear rate was 1.3 (1 / s). A laminate 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except for the change.
〔非水電解液二次電池の作製〕
積層体1の代わりに、積層体5を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池8を得た。その後、非水電解液二次電池8の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
A non-aqueous electrolyte secondary battery 8 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the laminate 5 was used instead of the laminate 1 . After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 8 were measured. Table 1 shows the results.
[比較例2]
〔多孔質層、積層多孔質フィルムの作製〕
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率44%であるマイカ(和光純薬製、商品名:非膨潤性雲母)を用いた。前記マイカを無機フィラー6とする。無機フィラー6のD10、D50、D90は、それぞれ0.5μm、5.5μm、12.1μmであった。また、無機フィラー5の単位面積当たりのBET比表面積は、3.2m2/gであった。
[Comparative Example 2]
[Preparation of porous layer and laminated porous film]
As the inorganic filler, mica (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, trade name: non-swelling mica) having an oxygen atomic mass percentage of 44% was used. Let the mica be the inorganic filler 6 . D10, D50 and D90 of inorganic filler 6 were 0.5 μm, 5.5 μm and 12.1 μm, respectively. Also, the BET specific surface area per unit area of the inorganic filler 5 was 3.2 m 2 /g.
塗工液は、以下の通り作製した。すなわち、無機フィラー6(90重量部)に対してフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体10重量部を混合すると共に、無機フィラー6およびフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる固形分の濃度が、混合液において20重量%となるように溶媒を混合し、混合液を調製した。得られた混合液を、前記薄膜旋回型高速ミキサーで攪拌および混合して均一な塗工液を得た。当該塗工液を塗工液6とする。 A coating liquid was prepared as follows. That is, 10 parts by weight of the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is mixed with the inorganic filler 6 (90 parts by weight), and the solid content of the inorganic filler 6 and the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is A mixed solution was prepared by mixing solvents so that the concentration in the mixed solution was 20% by weight. The resulting mixed solution was stirred and mixed with the thin-film rotating high-speed mixer to obtain a uniform coating solution. This coating liquid is referred to as coating liquid 6 .
多孔質層(B層)の作製に使用した無機フィラーを前記無機フィラー6に変更し、塗工液を前記塗工液6に変更し、塗工せん断速度を0.4(1/s)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、積層体6を得た。 The inorganic filler used to prepare the porous layer (B layer) was changed to the inorganic filler 6, the coating liquid was changed to the coating liquid 6, and the coating shear rate was set to 0.4 (1 / s). A laminate 6 was obtained in the same manner as in Example 1, except for the change.
〔非水電解液二次電池の作製〕
積層体1の代わりに、積層体6を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池9を得た。その後、非水電解液二次電池9の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
A non-aqueous electrolyte secondary battery 9 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the laminate 6 was used instead of the laminate 1 . After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 9 were measured. Table 1 shows the results.
[比較例3]
〔非水電解液二次電池の作製〕
(正極板)
正極合剤として、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電剤/PVDF(重量比:92/5/3)を、正極集電体であるアルミニウム箔の片面に積層することにより、正極板を得た。
[Comparative Example 3]
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
(Positive plate)
As a positive electrode mixture, LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 /conductive agent/PVDF (weight ratio: 92/5/3) is laminated on one side of an aluminum foil as a positive electrode current collector. Thus, a positive electrode plate was obtained.
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつ、その外周に、正極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、正極板4とした。正極板4の正極活物質層の厚さは38μmであった。 The positive electrode plate is cut so that the size of the portion where the positive electrode active material layer is laminated is 45 mm × 30 mm, and the portion where the positive electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , and the positive electrode plate 4 . The thickness of the positive electrode active material layer of the positive electrode plate 4 was 38 μm.
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに積層体4を使用し、正極板として前記正極板4を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法にて非水電解液二次電池10を作製した。その後、非水電解液二次電池10の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
(Assembly of non-aqueous electrolyte secondary battery)
A non-aqueous electrolyte secondary battery 10 was produced in the same manner as in Example 1, except that the laminate 4 was used instead of the laminate 1 and the positive electrode plate 4 was used as the positive electrode plate. After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 10 were measured. Table 1 shows the results.
[比較例4]
〔非水電解液二次電池の作製〕
(負極板)
負極合剤として、天然黒鉛/スチレン-1,3-ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1)を、負極集電体である銅箔の片面に積層することにより、負極板を得た。
[Comparative Example 4]
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
(negative plate)
As a negative electrode mixture, natural graphite/styrene-1,3-butadiene copolymer/sodium carboxymethylcellulose (weight ratio: 98/1/1) was laminated on one side of a copper foil as a negative electrode current collector. got a board
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつ、その外周に、負極活物質層が積層されていない部分が幅13mmで残るように切り取ることにより、負極板4とした。負極板4の負極活物質層の厚さは38μmであった。 The negative electrode plate is cut so that the size of the portion where the negative electrode active material layer is laminated is 50 mm × 35 mm, and the portion where the negative electrode active material layer is not laminated remains at the outer periphery with a width of 13 mm. , was used as the negative electrode plate 4 . The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode plate 4 was 38 μm.
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに積層体4を使用し、正極板として前記正極板4を使用し、負極板として前記負極板4を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法にて非水電解液二次電池11を作製した。その後、非水電解液二次電池11の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
(Assembly of non-aqueous electrolyte secondary battery)
Non-aqueous electrolysis was performed in the same manner as in Example 1, except that the laminate 4 was used instead of the laminate 1, the positive electrode plate 4 was used as the positive electrode plate, and the negative electrode plate 4 was used as the negative electrode plate. A liquid secondary battery 11 was produced. After that, the battery characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery 11 were measured. Table 1 shows the results.
表1において、「フィラー」は無機フィラーの種類を、「アスペクト比」は、前述した表面フィラーアスペクト比を、「ピーク強度比の最大値」は、前記式(2)で算出されるピーク強度比の最大値を、「電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数」は、前記耐折試験に供した正極板または負極板から電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数を、「100サイクル後の充電回復容量」は、前記「100サイクルの充放電後の充電回復容量試験」に供した非水電解液二次電池の充電回復容量を、それぞれ示す。 In Table 1, "filler" is the type of inorganic filler, "aspect ratio" is the surface filler aspect ratio described above, and "maximum peak intensity ratio" is the peak intensity ratio calculated by the above formula (2). "The number of times of bending until the electrode active material layer peels off" is the number of times of bending until the electrode active material layer peels off from the positive electrode plate or the negative electrode plate subjected to the folding endurance test. "Recovery capacity" indicates the charge recovery capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery subjected to the "charge recovery capacity test after 100 cycles of charging and discharging".
また、実施例2および4~7、ならびに比較例3,4の「フィラー」欄には、二種類の化合物および数値が記載されている。当該数値は、化合物の重量部を表している。例えば、実施例2には、「Al2O3/マイカ 50/50」と記載されており、これは、Al2O3を50重量部、マイカを50重量部用いたことを表している。 In addition, two types of compounds and numerical values are described in the "Filler" column of Examples 2 and 4 to 7 and Comparative Examples 3 and 4. The numbers represent parts by weight of the compound. For example, Example 2 describes “Al 2 O 3 /mica 50/50”, which means that 50 parts by weight of Al 2 O 3 and 50 parts by weight of mica were used.
表1に示すように、実施例1~7の非水電解液二次電池は、100サイクルの充放電後の充電回復容量は、比較例1~4の非水電解液二次電池と比較して非常に優れていた。つまり、(i)「表面フィラーアスペクト比」の要件、(ii)広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度に関する要件、および(iii)正極板および負極板の、前記耐折試験において電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数の要件を充足する本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、100サイクルという多数回の充放電サイクルを経た後であっても、優れた充電回復容量を示すことが明らかとなった。 As shown in Table 1, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 7 have higher charge recovery capacities after 100 cycles of charging and discharging than the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Comparative Examples 1 to 4. was very good. (ii) any mutually orthogonal diffraction planes (hkl) measured by wide-angle X-ray diffraction, (abc) a requirement for peak intensity, and (iii) A non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, which satisfies the requirements for the number of times the positive electrode plate and the negative electrode plate are bent until the electrode active material layer peels off in the folding endurance test, was subjected to a large number of 100 cycles. It was found that excellent charge recovery capacity was exhibited even after charge-discharge cycles.
前記(i)および(ii)の要件を充足することによって、多孔質層は、均一かつ緻密な構造を取るため、多孔質層におけるイオン透過性が良好な状態に維持され、多孔質層においてイオンの分布が均一となる。また、前記(iii)の要件を充足することによって、充放電サイクルの過程において電極活物質が膨張および収縮した場合でも、電極活物質層内部に含まれる成分である活物質、導電剤およびバインダー同士の密着性、並びに、電極活物質層と集電体との密着性が良好に維持され、電極の劣化が抑制される。その結果、(i)~(iii)の要件を全て充足する本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、100サイクルを経過した後であっても、充電回復容量を良好に維持することができる。 By satisfying the above requirements (i) and (ii), the porous layer has a uniform and dense structure. distribution becomes uniform. Further, by satisfying the requirement (iii), even when the electrode active material expands and contracts during the process of charge-discharge cycles, the active material, the conductive agent, and the binder, which are components contained inside the electrode active material layer, are and the adhesion between the electrode active material layer and the current collector are maintained satisfactorily, and deterioration of the electrode is suppressed. As a result, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention, which satisfies all of the requirements (i) to (iii), has good charge recovery capacity even after 100 cycles. can be maintained.
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、多数回の充放電サイクルを経た後であっても優れた充電回復容量を示すことができるため、パーソナルコンピュータ、携帯電話および携帯情報端末などに用いる電池、並びに、車載用電池として好適に利用することができる。 Since the non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention can exhibit excellent charge recovery capacity even after many charge-discharge cycles, it is used in personal computers, mobile phones, and portable information devices. It can be suitably used as a battery for terminals and the like, as well as a vehicle battery.
Claims (5)
JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、
前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、
前記多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、
前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)、(abc)のピーク強度:I(hkl)およびI(abc)が下式(1)を満たし、
下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である、非水電解液二次電池。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)
I(hkl) / I(abc)・・・(2) a porous layer containing an inorganic filler and a resin;
In a folding endurance test conducted at a load of 1 N and a bending angle of 45° in accordance with the MIT tester method specified in JIS P 8115 (1994), the number of times of bending until the electrode active material layer peels off is 130 times or more. a positive electrode plate;
a negative electrode plate that is bent 1650 times or more until the electrode active material layer is peeled off in the folding endurance test;
The aspect ratio of the projected image of the inorganic filler on the surface of the porous layer is in the range of 1.4 to 4.0,
Peak intensities of arbitrary mutually orthogonal diffraction planes (hkl) and (abc) of the porous layer measured by wide-angle X-ray diffraction: I (hkl) and I (abc) satisfy the following formula (1): ,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the range of the maximum value of the peak intensity ratio calculated by the following formula (2) is in the range of 1.5 to 300.
I (hkl) > I (abc) (1)
I (hkl) / I (abc) (2)
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