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WO2013015228A1 - 積層多孔質フィルム及び非水電解液二次電池 - Google Patents

積層多孔質フィルム及び非水電解液二次電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2013015228A1
WO2013015228A1 PCT/JP2012/068533 JP2012068533W WO2013015228A1 WO 2013015228 A1 WO2013015228 A1 WO 2013015228A1 JP 2012068533 W JP2012068533 W JP 2012068533W WO 2013015228 A1 WO2013015228 A1 WO 2013015228A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
porous film
layer
laminated porous
filler
weight
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/068533
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信田 浩志
博彦 長谷川
泰雄 篠原
Original Assignee
住友化学株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友化学株式会社 filed Critical 住友化学株式会社
Publication of WO2013015228A1 publication Critical patent/WO2013015228A1/ja

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    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
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    • H01M50/417Polyolefins
    • HELECTRICITY
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    • HELECTRICITY
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    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
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    • H01M50/491Porosity
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a laminated porous film, and more particularly to a laminated porous film suitable as a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • Non-aqueous electrolyte secondary batteries are widely used as batteries for personal computers, mobile phones, portable information terminals and the like because of their high energy density.
  • Non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by these lithium secondary batteries are high in energy density, and large when an internal short circuit or an external short circuit occurs due to damage to the battery or equipment using the battery. Current may flow and generate heat. Therefore, non-aqueous electrolyte secondary batteries are required to prevent heat generation beyond a certain level and ensure high safety.
  • a method of providing a shutdown function for preventing further heat generation by blocking the passage of ions between positive and negative electrodes by a separator in the event of abnormal heat generation is common.
  • a method for providing the separator with a shutdown function a method using a porous film made of a material that can be melted during abnormal heat generation as the separator can be used.
  • the porous film melts and becomes non-porous during abnormal heat generation, so that the passage of ions can be blocked and further heat generation can be suppressed.
  • a separator having a shutdown function for example, a porous film made of polyolefin (hereinafter sometimes referred to as “porous polyolefin film”) is used.
  • the separator made of the porous polyolefin film suppresses further heat generation by blocking (shutdown) the passage of ions by melting and non-porous at about 80 to 180 ° C.
  • a separator made of a porous polyolefin film may cause a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode due to shrinkage or film breakage.
  • a separator made of a porous polyolefin film has insufficient shape stability and may not be able to suppress abnormal heat generation due to a short circuit.
  • a heat-resistant layer containing a filler and a water-soluble polymer, and a polyolefin porous film hereinafter referred to as “a base material”.
  • the laminated porous film is used as a separator to improve the load characteristics, cycle performance, and safety. It has been reported that a water electrolyte secondary battery can be provided.
  • the laminated porous film is formed by applying a coating slurry containing a water-soluble polymer as a binder resin, a filler, and a medium to the substrate porous film, and then removing the medium to remove the water-soluble polymer and the filler. It can obtain by laminating
  • Patent Document 2 proposes a method for forming a heat-resistant layer of an aromatic polymer having high heat resistance.
  • the heat-resistant layer has an effect of improving shape stability at high temperatures.
  • the heat resistant layer is provided on the substrate porous film, the ion permeability of the separator is often deteriorated, and the load characteristics of the obtained non-aqueous electrolyte secondary battery are insufficient.
  • the objective of this invention is providing the laminated porous film which can be used suitably as a separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries which further improved shape stability and ion permeability at high temperature.
  • the present invention provides the following. ⁇ 1> A laminated porous film in which a heat-resistant layer containing a binder resin and a filler and a substrate porous film mainly composed of polyolefin are laminated, A laminated porous film in which 70% by weight or more of the binder resin is made of a polymer having an alicyclic hydrocarbon group, and the weight ratio of the filler is 20 or more when the total weight of the binder resin is 1.
  • the polymer having an alicyclic hydrocarbon group is one or more polymers selected from the group consisting of carboxyalkyl cellulose, alkyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, and starch.
  • Any laminated porous film is one or more polymers selected from the group consisting of carboxyalkyl cellulose, alkyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, and starch.
  • ⁇ 5> The laminated porous film according to ⁇ 4>, wherein the polymer having an alicyclic hydrocarbon group is carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, or both.
  • ⁇ 6> The laminated porous film according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the filler is an inorganic filler.
  • ⁇ 7> The laminated porous film according to ⁇ 6>, wherein the inorganic filler is made of alumina.
  • a nonaqueous electrolyte secondary battery including the laminated porous film according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7> as a separator.
  • the present invention is a laminated porous film in which a heat-resistant layer containing a binder resin and a filler and a substrate porous film mainly composed of polyolefin are laminated, wherein 70% by weight or more of the binder resin is alicyclic carbonized.
  • the present invention relates to a laminated porous film comprising a polymer having a hydrogen group and having a filler weight ratio of 20 or more when the total weight of the binder resin is 1.
  • the substrate porous film (hereinafter sometimes referred to as “A layer”) has a structure having pores connected to the inside thereof, and allows gas or liquid to pass from one surface to the other surface.
  • the heat-resistant layer (hereinafter sometimes referred to as “B layer”) has heat resistance at a temperature at which the base porous film becomes non-porous, and imparts a shape maintaining function to the laminated porous film.
  • the B layer can be produced by applying a coating slurry containing a binder resin, a filler, and a medium (solvent, dispersion medium) to the A layer and removing the medium.
  • the form in which the B layer is laminated on one side of the A layer having the form in which the B layer is laminated on one side or both sides of the A layer is preferable in that the lamination process can be simplified.
  • the form in which the B layer is laminated on the layer is preferable in terms of handling because the resulting laminated porous film is less likely to curl.
  • the thickness of the entire laminated porous film (A layer + B layer) is usually 5 to 80 ⁇ m, preferably 5 to 50 ⁇ m, particularly preferably in consideration of the balance of film strength and the capacity of the obtained secondary battery. Is 6 to 35 ⁇ m.
  • the porosity of the entire laminated porous film is usually 30 to 85% by volume, preferably 35 to 80% by volume.
  • the air permeability of the laminated porous film is preferably 50 to 500 seconds / 100 cc in terms of Gurley value, and more preferably 50 to 300 seconds / 100 cc.
  • the air permeability is in such a range, when a non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured using a laminated porous film as a separator, sufficient ion permeability is exhibited and high load characteristics can be obtained as a battery.
  • the heating shape maintenance rate of the laminated porous film at a high temperature at which shutdown occurs the smaller value in the MD direction or the TD direction is preferably 95% or more, and more preferably 97% or more.
  • the MD direction refers to the long direction during sheet forming
  • the TD direction refers to the width direction during sheet forming.
  • the short circuit prevention function of the laminated porous film in the temperature exceeding shutdown temperature can be improved more.
  • the temperature at which shutdown occurs is a temperature of 80 to 180 ° C., usually about 130 to 150 ° C.
  • the laminated porous film may contain a porous film other than the base porous film and the heat-resistant layer, for example, an adhesive film, a protective film, and the like as long as the object of the present invention is not significantly impaired.
  • physical properties and manufacturing methods of the substrate porous film (A layer), the heat-resistant layer (B layer), and the laminated porous film will be described in detail.
  • the layer A has a structure having pores connected to the inside thereof, and is capable of transmitting gas and liquid from one surface to the other surface, and is a porous film mainly composed of polyolefin. It becomes a base material.
  • a layer has polyolefin as a main component, even if it uses a laminated porous film as a separator of a nonaqueous electrolyte secondary battery, it does not dissolve in electrolyte solution.
  • the ratio of the polyolefin component in the A layer is required to be 50% by volume or more of the entire A layer, preferably 90% by volume or more, and more preferably 95% by volume or more.
  • the polyolefin component of layer A preferably contains a high molecular weight component having a weight average molecular weight of 5 ⁇ 10 5 to 15 ⁇ 10 6 .
  • a polyolefin component having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more is contained as the polyolefin component of the A layer, the strength of the entire laminated porous film including the A layer and further the A layer is preferably increased.
  • the polyolefin include homopolymers or copolymers obtained by polymerizing olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene.
  • polyethylene obtained by homopolymerizing ethylene is preferable, and high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more is more preferable.
  • Polypropylene obtained by homopolymerizing propylene is also preferable as the polyolefin.
  • the air permeability of the A layer is usually in the range of 30 to 500 seconds / 100 cc as a Gurley value, and preferably in the range of 50 to 300 seconds / 100 cc. When the A layer has an air permeability in the above range, sufficient ion permeability can be obtained when used as a separator.
  • the porosity of the A layer is preferably 20 to 80% by volume, and more preferably 30 to 75% by volume from the viewpoint of increasing the amount of electrolyte retained and obtaining a shutdown function.
  • the pore size of the A layer is preferably 3 ⁇ m or less from the viewpoint that sufficient ion permeability can be obtained when the laminated porous film is used as a battery separator, and entry of particles of the positive electrode and the negative electrode can be prevented. 1 ⁇ m or less is more preferable.
  • the film thickness of the A layer is appropriately determined in consideration of the number of laminated porous films.
  • the thickness of the A layer is usually in consideration of the shutdown characteristics and capacity balance of the obtained secondary battery.
  • the thickness is 4 to 50 ⁇ m, preferably 5 to 30 ⁇ m.
  • the basis weight of the A layer the strength, film thickness, handling property and weight of the laminated porous film, and further, the weight energy density and volume energy density of the battery when used as a battery separator can be increased. Usually, 4 to 20 g / m 2 , and 5 to 12 g / m 2 is preferable.
  • the method for producing the A layer is not particularly limited.
  • a plasticizer is added to a thermoplastic resin to form a film, and then the plasticizer is used in an appropriate solvent.
  • a film made of a thermoplastic resin produced by a known method is used, and a structurally weak amorphous portion of the film is selectively stretched.
  • a method of forming micropores For example, when the A layer is formed from a polyolefin resin containing ultrahigh molecular weight polyethylene and a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, it can be produced by the following method from the viewpoint of production cost. preferable.
  • the step of molding a sheet using the polyolefin resin composition (3) The step of removing the inorganic filler from the sheet obtained in the step (2) (4) The step (3) Step of stretching the sheet to obtain the A layer
  • the A layer may be a commercial product, and preferably has the above-mentioned characteristics.
  • the B layer is a heat resistant layer containing a binder resin and a filler.
  • the binder resin contained in the B layer is made of a polymer having 70% by weight or more having an alicyclic hydrocarbon group. Since the polymer having an alicyclic hydrocarbon group has high adhesiveness with the A layer containing polyolefin as a main component, when the B layer is laminated on the A layer, the B layer is difficult to peel off from the A layer. . Furthermore, since the polymer having an alicyclic hydrocarbon group has a melting point or decomposition temperature of 200 ° C. or higher and high heat resistance, it dissolves or decomposes even at a temperature of about 100 to 180 ° C.
  • the layer B may contain a binder resin other than the polymer having the alicyclic hydrocarbon group, but as described above, 70% by weight or more of the binder resin component in the layer B is alicyclic hydrocarbon.
  • the resin must have a group. If it is less than 70% by weight, the shape stability at high temperature becomes insufficient.
  • the proportion of the polymer having an alicyclic hydrocarbon group in the binder resin component is preferably 90% by weight or more, and more preferably 100% by weight.
  • a resin having a glucopyranose skeleton is preferable.
  • the polymer is preferably a polymer having a hydrophilic functional group.
  • the hydrophilic functional group is particularly preferably at least one functional group selected from the group consisting of an ionic functional group, an alkyleneoxy group, an alkoxy group and a hydroxyl group.
  • the ionic functional group include a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphonic acid group, an ammonium group, and a group composed of a salt thereof.
  • the polymers one or more polymers selected from the group consisting of carboxyalkyl cellulose, alkyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, and starch are preferable.
  • the carboxyalkyl cellulose, alkyl cellulose, and hydroxyalkyl cellulose those having an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms are preferable.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • HEC hydroxyethyl cellulose
  • CMC carboxyethyl cellulose
  • methyl cellulose ethyl cellulose
  • Cyanethyl cellulose oxyethyl cellulose and the like
  • CMC is particularly preferable.
  • These polymers having an alicyclic hydrocarbon group may be used alone or in combination of two or more.
  • the filler an inorganic or organic filler can be used.
  • organic filler examples include styrene, vinyl ketone, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, and methyl acrylate, or a copolymer of two or more kinds; polytetrafluoroethylene, 4 fluorine Fluorine resins such as fluorinated ethylene-6-propylene-propylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride; melamine resin; urea resin; polyethylene; polypropylene; filler made of organic matter such as polymethacrylate
  • inorganic fillers include calcium carbonate, talc, clay, kaolin, silica, hydrotalcite, diatomaceous earth, magnesium carbonate, barium carbonate, calcium sulfate, magnesium sulfate, barium sulfate, Aluminum oxide, magnesium hydroxide
  • these fillers can be used individually or in mixture of 2 or more types.
  • the filler is preferably an inorganic filler, more preferably an inorganic oxide filler, and particularly preferably an alumina filler.
  • Alumina has many crystal forms such as ⁇ -alumina, ⁇ -alumina, ⁇ -alumina, and ⁇ -alumina, and any of them can be suitably used. Of these, ⁇ -alumina is most preferred because it has particularly high thermal and chemical stability.
  • the shape of the inorganic filler depends on the production method of the target inorganic substance and the dispersion conditions when preparing the coating slurry, and the shape of a sphere, oval, short shape, saddle shape, etc., or an indefinite shape that does not have a specific shape There are various types, but any of them can be used.
  • the average particle size of the filler is preferably 3 ⁇ m or less, and more preferably 1 ⁇ m or less. Examples of the shape of the filler include a spherical shape and a bowl shape.
  • the average particle size of the filler is determined by arbitrarily extracting 25 particles each with a scanning electron microscope (SEM) and measuring the particle size (diameter) of each particle.
  • a method of calculating an average particle diameter by measuring a BET specific surface area and approximating a sphere if the shape of the filler is other than spherical, the length in the direction showing the maximum length in the filler is taken as the particle diameter.
  • the specific surface area of the filler is preferably 2 m 2 / g or more and 200 m 2 / g or less.
  • the weight ratio of the filler in order to obtain the desired heat resistance and shape stability, is required to be 20 or more, and 25 or more. It is preferable. When this weight ratio is less than 20, the B layer is blocked by the binder resin, and the ion permeability becomes insufficient. If the weight ratio of the filler becomes too large, the binder resin may be relatively short and the shape of the B layer may not be maintained. Therefore, the filler weight ratio is usually 80 or less and 50 or less. preferable.
  • the thickness of the B layer is usually 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the thickness of the entire laminated porous film including the A layer becomes too thick, and the battery capacity may be reduced when used as a separator.
  • layer B is too thin, when abnormal heat generation of the battery occurs, it cannot resist the heat shrinkage of layer A mainly composed of polyolefin, and the separator (laminated porous film) may shrink.
  • the thickness of the B layer is the total thickness of both sides.
  • the layer B is a porous layer, and the pore diameter is preferably 3 ⁇ m or less, more preferably 1 ⁇ m or less, as the diameter of the sphere when the hole is approximated to a sphere.
  • the porosity of the B layer is preferably 55% to 90%. By this range, it is possible to obtain a laminated porous film excellent in balance of ion permeability and shape stability at high temperature.
  • the production method of the laminated porous film is not particularly limited as long as the above-mentioned laminated porous film can be obtained, but a coating slurry containing a filler, a binder resin and a medium (solvent, dispersion medium) is directly applied on the A layer. The method of removing the working medium is preferable because it is simple.
  • the coating slurry can be obtained, for example, by adding a filler to a solution obtained by dissolving or swelling a resin in a medium, or an emulsion of the resin, and mixing until uniform.
  • the mixing method is not particularly limited, and conventionally known dispersers such as a three-one motor, a homogenizer, a media type disperser, and a pressure disperser can be used.
  • the medium in the coating slurry is not limited, but organic solvents such as water, ethanol, isopropanol, 1-propanol, t-butyl alcohol, acetone, ethyl methyl ketone, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, Alternatively, a mixed solvent of water and an organic solvent is used.
  • organic solvents such as water, ethanol, isopropanol, 1-propanol, t-butyl alcohol, acetone, ethyl methyl ketone, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, Alternatively, a mixed solvent of water and an organic solvent is used.
  • the binder resin and filler contained in the coating slurry are the same as described above.
  • a surfactant, a pH adjuster, a dispersant, a plasticizer, and the like can be added to the coating slurry as long
  • the concentration of the binder resin in the coating slurry is preferably 0.3% by weight or more and 2.0% by weight or less, more preferably 0.40% by weight or more and 1.5% by weight with respect to the weight of (resin + medium). % Or less.
  • the binder resin may be used by appropriately selecting the molecular weight or the like so as to have a viscosity suitable for coating.
  • the filler concentration in the coating slurry is preferably 6 to 50% by weight, more preferably 10 to 40% by weight.
  • the method of applying the coating slurry to the A layer is not particularly limited as long as it is a method that enables uniform wet coating, and a conventionally known method can be employed.
  • a capillary coating method, a spin coating method, a slit coating method, a spray coating method, a dip coating method, a roll coating method, a screen printing method, a flexographic printing method, a bar coater method, a gravure coater method, a die coater method, etc. are adopted. be able to.
  • the thickness of the B layer can be controlled by adjusting the thickness of the coating film, the concentration of the resin in the coating slurry, and the ratio of the filler to the resin.
  • a resin film, a metal belt, a drum, or the like can be used as the support.
  • the medium is generally removed by drying.
  • the laminated porous film can be suitably used as a separator for batteries, particularly non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium secondary batteries.
  • Nonaqueous electrolytic solution for example, a nonaqueous electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent can be used.
  • Lithium salts include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 lower.
  • LiAlCl 4 One or a mixture of two or more of aliphatic lithium carboxylic acid salts, LiAlCl 4 and the like can be mentioned.
  • the lithium salt at least one selected from the group consisting of LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 among these. Those containing a kind of fluorine-containing lithium salt are preferred.
  • non-aqueous electrolyte examples include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 1,2-di (methoxycarbonyloxy) Carbonates such as ethane; ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran Esters such as methyl formate, methyl acetate and Y-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; sulfur-containing
  • those containing carbonates are preferred, and cyclic carbonates and acyclic carbonates, or mixtures of cyclic carbonates and ethers are more preferred.
  • ethylene carbonate and dimethyl have a wide operating temperature range and are hardly decomposable even when a graphite material such as natural graphite or artificial graphite is used as the negative electrode active material.
  • a mixture comprising carbonate and ethyl methyl carbonate is preferred.
  • the positive electrode sheet is a sheet in which a mixture containing a positive electrode active material, a conductive material and a binder is usually carried on a current collector, and specifically, can be doped and dedoped with lithium ions as the positive electrode active material.
  • the material may be included, a carbonaceous material may be included as the conductive material, and a thermoplastic resin or the like may be included as the binder.
  • Examples of materials that can be doped and dedoped with lithium ions include lithium composite oxides containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, and Ni.
  • lithium composite oxides having an ⁇ -NaFeO 2 type structure such as lithium nickelate and lithium cobaltate
  • lithium composite oxides having a spinel type structure such as lithium manganese spinel
  • the lithium composite oxide may contain various metal elements, particularly at least selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, Mg, Al, Ga, In, and Sn.
  • the metal element is included so that the at least one metal element is 0.1 to 20 mol% with respect to the sum of the number of moles of one metal element and the number of moles of Ni in lithium nickelate. It is preferable to use composite lithium nickelate because the cycle performance in use at a high capacity is improved.
  • binder polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • examples include ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymers, thermoplastic resins such as thermoplastic polyimide, polyethylene, and polypropylene.
  • the conductive agent include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, and carbon black.
  • each may be used alone, for example, artificial graphite and carbon black may be mixed and used.
  • the negative electrode sheet for example, a sheet in which a material that can be doped and dedoped with lithium ions is supported on a negative electrode current collector, lithium metal, or a lithium alloy can be used.
  • Materials that can be doped and dedoped with lithium ions include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fiber, and fired organic polymer, lithium at a lower potential than the positive electrode. Examples include oxides and sulfides that can be doped and dedoped with ions.
  • Material is preferred.
  • the negative electrode current collector Cu, Ni, stainless steel, or the like can be used. In particular, in a lithium secondary battery, Cu is preferable because it is difficult to form an alloy with lithium and it can be easily processed into a thin film.
  • the negative electrode current collector may be loaded with a mixture containing the negative electrode active material by pressure molding, or pasted using a solvent or the like, coated onto the current collector, pressed, and then pressed. A method is mentioned.
  • the shape of the battery is not particularly limited, and may be any of a paper type, a coin type, a cylindrical type, a square type, a laminate type, and the like.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery is manufactured using a laminated porous film as a separator, the separator has a high load characteristic, and even when the battery generates heat, the separator exhibits a shutdown function. Contact is avoided, and a safer non-aqueous electrolyte secondary battery is obtained.
  • the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
  • the physical properties and the like of laminated porous films were measured by the following methods (1) to (5).
  • Thickness measurement (unit: ⁇ m): The thickness of the film was measured with a high-precision digital length measuring machine manufactured by Mitutoyo Corporation.
  • Weight per unit (unit: g / m 2 ): The film was cut into a 10 cm long side and its weight W (g) was measured.
  • the basis weight was calculated by the following formula.
  • the basis weight of the B layer was calculated by subtracting the basis weight of the base porous film (A layer) from the basis weight of the laminated porous film.
  • Weight per unit area (g / m 2 ) W / (0.1 ⁇ 0.1) (3) Porosity: The film was cut into a 10 cm long square, and weight: W (g) and thickness: D (cm) were measured. The weight of the material in the sample was calculated, the weight of each material: Wi (g) was divided by the true specific gravity, the volume of each material was calculated, and the porosity (volume%) was obtained from the following equation. The basis weight of each material was calculated from the amount and ratio used for film formation.
  • Porosity (volume%) 100 ⁇ [ ⁇ (W1 / true specific gravity 1) + (W2 / true specific gravity 2) + ⁇ + (Wn / true specific gravity n) ⁇ / (100 ⁇ D)] ⁇ 100 (4)
  • Air permeability Based on JIS P8117, the measurement was performed with a digital timer type Gurley type densometer manufactured by Toyo Seiki Seisakusho. (5) Heated shape maintenance rate: The film was cut into 8 cm ⁇ 8 cm, and a film in which a 6 cm ⁇ 6 cm square was written was sandwiched between papers and placed in an oven heated to 150 ° C.
  • CMC Carboxymethylcellulose
  • HEC Cellogen 3H Hydroxyethylcellulose
  • PVdF Polyvinylidene fluoride
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • Acrylic emulsion Showa Denko Co., Ltd.
  • AKP-G008 average particle size: 0.024 ⁇ m, specific surface area: 70 m 2 / g, particle shape: substantially spherical Filler (a2): Sumitomo Chemical Co., Ltd. AKP-G07, average Particle size: 0.024 ⁇ m, specific surface area: 70 m 2 / g, particle shape: substantially spherical filler (a3): Sumiko Random AA-03 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., average particle size: 0.42 ⁇ m, specific surface area: 4.8 m 2 / g, particle shape: substantially spherical filler (a4): AKP-3000 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., average particle size: 0.54 ⁇ m, specific surface area: 4.3 m 2 / g, particle shape: vertical type
  • Example 1 (1) Production of coating slurry The coating slurry of Example 1 was prepared by the following procedure.
  • 500 parts by weight of filler (a1) and 3000 parts by weight of filler (a3) are added to and mixed with 100 parts by weight of CMC solution, and the mixture is mixed under high pressure dispersion conditions (60 MPa) using a gorin homogenizer.
  • the coating slurry of Example 1 was produced by performing the process once. Table 1 shows the composition of the coating slurry of Example 1.
  • the polyolefin resin composition was rolled with a pair of rolls having a surface temperature of 150 ° C. to produce a sheet. This sheet is immersed in an aqueous hydrochloric acid solution (hydrochloric acid 4 mol / L, nonionic surfactant 0.5% by weight) to remove calcium carbonate, and subsequently stretched 6 times at 105 ° C. to have the following physical properties. A substrate porous film was obtained.
  • hydrochloric acid solution hydrochloric acid 4 mol / L, nonionic surfactant 0.5% by weight
  • Example 2 (1) Production of coating slurry The coating slurry of Example 2 was prepared in the same manner as the coating slurry preparation method of Example 1 except that the resin, filler, and solvent shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. Got. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurry of Example 2.
  • a laminated porous film was prepared. Table 2 shows the solid weight ratio and physical properties of the obtained laminated porous film.
  • Examples 3 and 4 (1) Production of coating slurry The coatings of Examples 3 and 4 were prepared in the same manner as in the coating slurry production method of Example 1, except that the resins, fillers and solvents shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. A working slurry was obtained. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurries of Examples 3 and 4. (2) Preparation of substrate porous film A substrate porous film (A layer) was produced by the method according to Example 1 (2).
  • Example 5 (1) Production of coating slurry Coating slurry of Example 5 in the same manner as in Example 1 except that the resin, filler and solvent shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. Got.
  • Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurry of Example 5.
  • (2) Preparation of substrate porous film A substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Example 1 (2).
  • (3) Production and Evaluation of Laminated Porous Film The same operation as in Example 1 was carried out except that the coating slurry of Example 5 was used, and the B layer was laminated on one surface of the A layer shown in Table 2. . Subsequently, the laminated porous film of Example 5 which laminated
  • Table 2 shows the solid weight ratio and physical properties of the obtained laminated porous film. In addition, the thickness of B layer is the total thickness of B layer provided in both surfaces.
  • Examples 6 to 9 (1) Production of coating slurry The coatings of Examples 6 to 9 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the resins, fillers and solvents shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. A working slurry was obtained. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurries of Examples 6-9. (2) Preparation of substrate porous film A substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Example 1 (2). (3) Production and evaluation of laminated porous film The same operation as in Example 5 was performed except that the coating slurry of Examples 6 to 9 was used, and the B layer was applied on the A layer shown in Table 2, The laminated porous films of Examples 6 to 9 were produced.
  • Comparative Example 1 (1) Production of coating slurry The coating slurry of Comparative Example 1 was prepared by the following procedure. First, NMP was added to a PVDF solution (solid content 5%) so that the PVDF concentration was 1.2% by weight (vs. [PVDF + NMP]) and stirred to obtain a PVDF solution. Next, 470 parts by weight of filler (a1) and 2830 parts by weight of filler (a3) are added to 100 parts by weight of PVDF solution, mixed, and mixed under high pressure dispersion conditions (60 MPa) using a gorin homogenizer.
  • NMP was added to a PVDF solution (solid content 5%) so that the PVDF concentration was 1.2% by weight (vs. [PVDF + NMP]) and stirred to obtain a PVDF solution.
  • 470 parts by weight of filler (a1) and 2830 parts by weight of filler (a3) are added to 100 parts by weight of PVDF solution, mixed, and mixed under high pressure dispersion conditions (60 MPa) using a
  • the coating slurry of Comparative Example 1 was prepared by performing the treatment once.
  • Table 1 shows the composition of the coating slurry of Comparative Example 1.
  • (2) Preparation of Substrate Porous Film A substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Examples 3 and 4 (2).
  • (3) Manufacture and Evaluation of Laminated Porous Film The above coating slurry was applied on the obtained substrate porous film (A layer) using a gravure coater and dried. Next, the film was washed with water and dried to obtain a laminated porous film of Comparative Example 1 in which the B layer was laminated on one side of the A layer.
  • Table 2 shows the solid content weight ratio and physical properties of the laminated porous film obtained by the above evaluation method.
  • Comparative Example 2 (1) Manufacture of coating slurry Coating slurry of Comparative Example 2 in the same manner as the method of preparing the coating slurry of Comparative Example 1 except that the resin, filler, and solvent shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. Got. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurry of Comparative Example 2. (2) Preparation of Substrate Porous Film A substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Examples 3 and 4 (2). (3) Production and Evaluation of Laminated Porous Film The same operation as in Example 1 was performed except that the coating slurry of Comparative Example 2 was used, and the B layer was coated on the A layer shown in Table 2, and a comparative example 2 laminated porous films were produced.
  • Table 2 shows the solid weight ratio and physical properties of the obtained laminated porous film.
  • Comparative Example 3 (1) Production of coating slurry The coating slurry of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as the coating slurry preparation method of Comparative Example 1 except that the resin, filler, and solvent shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. Got. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurry of Comparative Example 3. (2) Preparation of substrate porous film A substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Example 1 (2).
  • a substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Example 1 (2).
  • (3) Production and Evaluation of Laminated Porous Film The same operation as in Comparative Example 1 was performed except that the coating slurry of Comparative Examples 5 and 6 was used, and the B layer was formed on one surface of the A layer shown in Table 2. Laminated. Subsequently, the laminated porous film of Comparative Examples 5 and 6 in which the B layer was laminated on both surfaces of the A layer was obtained by similarly laminating the B layer on the other surface of the A layer. Table 2 shows the solid weight ratio and physical properties of the obtained laminated porous film. In addition, the thickness of B layer is the total thickness of B layer provided in both surfaces.
  • Comparative Example 7 (1) Manufacture of coating slurry Coating slurry of Comparative Example 7 in the same manner as the method of preparing the coating slurry of Comparative Example 4 except that the resin, filler and solvent shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. Got. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurry of Comparative Example 7. (2) Preparation of substrate porous film A substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Example 1 (2). (3) Production and Evaluation of Laminated Porous Film The same operation as in Comparative Example 4 was performed except that the coating slurry of Comparative Example 7 was used, and the B layer was laminated on one surface of the A layer shown in Table 2. .
  • Comparative Example 8 (1) Production of Coating Slurry Coating slurry of Comparative Example 8 in the same manner as the coating slurry preparation method of Comparative Example 4 except that the resin, filler and solvent shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. Got. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurry of Comparative Example 8.
  • a substrate porous film (A layer) was produced in the same manner as in Examples 3 and 4 (2).
  • (3) Production and Evaluation of Laminated Porous Film The same operation as in Comparative Example 4 was performed except that the coating slurry of Comparative Example 8 was used, and the B layer was laminated on one surface of the A layer shown in Table 2. .
  • the laminated porous film of Comparative Example 8 in which the B layer was laminated on both surfaces of the A layer was obtained by similarly laminating the B layer on the other surface of the A layer.
  • Table 2 shows the solid weight ratio and physical properties of the obtained laminated porous film.
  • the thickness of B layer is the total thickness of B layer provided in both surfaces.
  • Comparative Example 9 (1) Production of coating slurry Coating slurry of Comparative Example 9 in the same manner as in Example 1 except that the resin, filler and solvent shown in Table 1 were used in the proportions shown in Table 1. Got. Table 1 shows the concentration of each component in the coating slurry of Comparative Example 9. (2) Preparation of substrate porous film A substrate porous film (A layer) was produced by the method according to Example 1 (2).
  • a laminated porous film suitable as a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a heat-resistant layer having a high shape maintaining property during heating and having excellent ion permeability is provided.
  • the nonaqueous electrolyte secondary battery using the laminated porous film as a separator prevents the separator from directly contacting the positive electrode and the negative electrode even when the battery generates heat, and has a high output and high capacity nonaqueous electrolyte. Since it becomes a secondary battery, this invention is very useful industrially.

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Abstract

本発明は、積層多孔質フィルムおよび非水電解液二次電池を提供する。前記積層多孔質フィルムは、バインダー樹脂及びフィラーを含む耐熱層とポリオレフィンを主成分とする基材多孔質フィルムとが積層された積層多孔質フィルムであって、前記バインダー樹脂の70重量%以上が脂環式炭化水素基を有する重合体からなり、かつ、前記バインダー樹脂全重量を1としたときの前記フィラーの重量割合が20以上である。前記非水電解液二次電池は、前記積層多孔質フィルムをセパレータとして含む。

Description

積層多孔質フィルム及び非水電解液二次電池
 本発明は、積層多孔質フィルムに関し、更に詳しくは非水電解液二次電池用セパレータとして好適な積層多孔質フィルムに関する。
 非水電解液二次電池、特にリチウム二次電池は、エネルギー密度が高いのでパーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などに用いる電池として広く使用されている。
 これらのリチウム二次電池に代表される非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、電池の破損あるいは電池を用いている機器の破損により内部短絡または外部短絡が生じた場合には、大電流が流れて発熱することがある。そのため、非水電解液二次電池には一定以上の発熱を防止し、高い安全性を確保することが求められている。
 安全性の確保手段として、異常発熱の際に、セパレータにより、正−負極間のイオンの通過を遮断して、さらなる発熱を防止するシャットダウン機能を持たせる方法が一般的である。シャットダウン機能をセパレータに持たせる方法としては、異常発熱時に溶融できる材質からなる多孔質フィルムをセパレータとして用いる方法が挙げられる。該セパレータを用いた電池は、異常発熱時に多孔質フィルムが溶融および無孔化することにより、イオンの通過を遮断し、さらなる発熱を抑制することができる。
 シャットダウン機能を有するセパレータとしては例えば、ポリオレフィン製の多孔質フィルム(以下、「多孔質ポリオレフィンフィルム」と称す場合がある。)が用いられる。該多孔質ポリオレフィンフィルムからなるセパレータは、電池の異常発熱時には、約80~180℃で溶融および無孔化することでイオンの通過を遮断(シャットダウン)することにより、さらなる発熱を抑制する。しかしながら、場合によっては、多孔質ポリオレフィンフィルムからなるセパレータは、収縮や破膜等により、正極と負極が直接接触して、短絡を起こすおそれがある。多孔質ポリオレフィンフィルムからなるセパレータは、形状安定性が不十分であり、短絡による異常発熱を抑制できない場合がある。
 特許文献1では、高温での形状安定性に優れた非水電解液二次電池用セパレータとして、フィラーと水溶性ポリマーを含む耐熱層と、基材としてのポリオレフィン製の多孔質フィルム(以下、「基材多孔質フィルム」と称す場合がある。)とが積層された積層多孔質フィルムが提案され、該積層多孔質フィルムをセパレータとして用いることにより、負荷特性、サイクル性、安全性により優れた非水電解液二次電池を与えることができることが報告されている。
 該積層多孔質フィルムは、バインダー樹脂としての水溶性ポリマーとフィラーと媒体とを含む塗工スラリーを基材多孔質フィルムに塗工した後、媒体を除去することにより、水溶性ポリマーとフィラーとを含む耐熱層を基材多孔質フィルム上に積層することにより得ることができる。
 しかしながら、さらに高容量かつ高安全性の非水電解液二次電池が求められているため、積層多孔質フィルムのイオン透過性及び形状安定性をさらに高める必要があり、未だ改善の余地がある。
 他方、特許文献2では、耐熱性の高い芳香族系高分子の耐熱層を形成させる方法が提案されている。前記耐熱層は、高温での形状安定性を向上させる効果を有する。しかしながら、基材多孔質フィルム上に該耐熱層を設けると、セパレータのイオン透過性が悪くなることが多く、得られる非水電解液二次電池の負荷特性が不十分となってしまう。
特開2004−227972号公報 特開2008−300362号公報
 本発明の目的は、高温での形状安定性およびイオン透過性をさらに高めた、非水電解液二次電池用セパレータとして好適に用いることのできる、積層多孔質フィルムを提供することである。
 本発明は、下記を提供する。
 <1> バインダー樹脂及びフィラーを含む耐熱層とポリオレフィンを主成分とする基材多孔質フィルムとが積層された積層多孔質フィルムであって、
 前記バインダー樹脂の70重量%以上が脂環式炭化水素基を有する重合体からなり、かつ、前記バインダー樹脂全重量を1としたときの前記フィラーの重量割合が20以上である積層多孔質フィルム。
 <2> 前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、グルコピラノース骨格を有する重合体である<1>の積層多孔質フィルム。
 <3> 前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、親水性官能基を有する<1>または<2>の積層多孔質フィルム。
 <4> 前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、カルボキシアルキルセルロース、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース及び澱粉からなる群から選ばれる1種以上の重合体である<1>から<3>のいずれかの積層多孔質フィルム。
 <5> 前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、カルボキシメチルセルロース、またはヒドロキシエチルセルロース、または両方である<4>の積層多孔質フィルム。
 <6> 前記フィラーが、無機フィラーである<1>から<5>のいずれかの積層多孔質フィルム。
 <7> 前記無機フィラーがアルミナからなる<6>の積層多孔質フィルム。
 <8> <1>から<7>のいずれかの積層多孔質フィルムをセパレータとして含む非水電解液二次電池。
<積層多孔質フィルム>
 本発明は、バインダー樹脂及びフィラーを含む耐熱層とポリオレフィンを主成分とする基材多孔質フィルムとが積層された積層多孔質フィルムであって、前記バインダー樹脂の70重量%以上が脂環式炭化水素基を有する重合体からなり、かつ、前記バインダー樹脂全重量を1としたときの前記フィラーの重量割合が20以上である積層多孔質フィルムに関する。
 基材多孔質フィルム(以下、「A層」と称す場合がある)は、その内部に連結した細孔を有する構造を持ち、一方の面から他方の面に気体や液体が透過可能である。A層は、高温になると溶融して無孔化する性質があるため、積層多孔質フィルムをセパレータとして使用したときには、電池の異常発熱時に、A層は溶融して無孔化することにより、積層多孔質フィルムにシャットダウンの機能を付与する。
 耐熱層(以下、「B層」と称す場合がある)は、基材多孔質フィルムが無孔化する温度における耐熱性を有しており、積層多孔質フィルムに形状維持性の機能を付与する。B層はバインダー樹脂とフィラーと媒体(溶媒、分散媒)を含む塗工スラリーをA層に塗工し、媒体を除去して製造することができる。
 積層多孔質フィルムは、A層の片面又は両面にB層が積層された形態を有するA層の片面にB層が積層された形態は、積層工程が簡略化できる点で好ましく、A層の両面にB層が積層された形態は、得られる積層多孔質フィルムがカールしにくくなり、ハンドリングの点で好ましい。
 積層多孔質フィルム全体(A層+B層)の厚みは、フィルム強度および得られる二次電池の容量のバランスを考慮して、通常、5~80μmであり、好ましくは5~50μmであり、特に好ましくは6~35μmである。
 積層多孔質フィルム全体の空隙率は、通常、30~85体積%であり、好ましくは35~80体積%である。
 積層多孔質フィルムの透気度は、ガーレ値で50~500秒/100ccが好ましく、50~300秒/100ccがより好ましい。
 このような範囲の透気度であると、積層多孔質フィルムをセパレータとして用いて非水電解液二次電池を製造した場合、十分なイオン透過性を示し、電池として高い負荷特性が得られる。
 シャットダウンが生じる高温における、積層多孔質フィルムの加熱形状維持率としてはMD方向又はTD方向のうちの小さい方の値が、好ましくは95%以上であり、より好ましくは97%以上である。ここで、MD方向とは、シート成形時の長尺方向、TD方向とはシート成形時の幅方向のことをいう。上記範囲により、シャットダウン温度を超える温度における積層多孔質フィルムの短絡防止機能をより高めることができる。なお、シャットダウンが生じる温度は80~180℃の温度であり、通常は130~150℃程度である。
 積層多孔質フィルムには、基材多孔質フィルムと耐熱層以外の多孔膜、例えば、接着膜、保護膜等が本発明の目的を著しく損なわない範囲で含まれていてもよい。
 以下、基材多孔質フィルム(A層)、耐熱層(B層)、並びに積層多孔質フィルムについての物性、製造方法について詳細に説明する。
<基材多孔質フィルム(A層)>
 A層は、その内部に連結した細孔を有する構造を持ち、一方の面から他方の面に気体や液体が透過可能であり、ポリオレフィンを主成分とする多孔質フィルムであり、積層多孔質フィルムの基材となる。
 なお、A層は、ポリオレフィンを主成分として有するため、積層多孔質フィルムを非水電解液二次電池のセパレータとして用いても、電解液に溶解しない。
 A層におけるポリオレフィン成分の割合は、A層全体の50体積%以上であることを必須とし、90体積%以上であることが好ましく、95体積%以上であることがより好ましい。
 A層のポリオレフィン成分には、重量平均分子量が5×10~15×10の高分子量成分が含まれていることが好ましい。特にA層のポリオレフィン成分として重量平均分子量100万以上のポリオレフィン成分が含まれると、A層、さらにはA層を含む積層多孔質フィルム全体の強度が高くなるため好ましい。
 ポリオレフィンとしては、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、1−ヘキセンなどのオレフィンを重合した単独重合体又は共重合体が挙げられる。これらの中でもエチレンを単独重合したポリエチレンが好ましく、重量平均分子量100万以上の高分子量ポリエチレンがより好ましい。また、プロピレンを単独重合したポリプロピレンもポリオレフィンとして好ましい。
 A層の透気度は、通常、ガーレ値で30~500秒/100ccの範囲であり、好ましくは、50~300秒/100ccの範囲である。
 A層が、上記範囲の透気度を有すると、セパレータとして用いた際に、十分なイオン透過性を得ることができる。
 A層の空隙率は、電解液の保持量を高めると共に、シャットダウン機能を得ることができる点で、20~80体積%が好ましく、30~75体積%がより好ましい。
 A層の孔径は、積層多孔質フィルムを電池のセパレータとした際に、十分なイオン透過性が得られ、また、正極や負極の粒子の入り込みを防止することができる点で、3μm以下が好ましく、1μm以下がより好ましい。
 A層の膜厚は、積層多孔質フィルムの積層数を勘案して適宜決定される。特にA層を基材として用い、A層の片面あるいは両面にB層を形成する場合においては、A層の膜厚は、得られる二次電池のシャットダウン特性および容量のバランスを考慮して、通常4~50μmであり、好ましくは5~30μmである。
 A層の目付としては、積層多孔質フィルムの強度、膜厚、ハンドリング性及び重量、さらには、電池のセパレータとして用いた場合の電池の重量エネルギー密度や体積エネルギー密度を高くすることができる点で、通常、4~20g/mであり、5~12g/mが好ましい。
 A層の製造方法は特に限定されるものではなく、例えば特開平7−29563号公報に記載されたように、熱可塑性樹脂に可塑剤を加えてフィルム成形した後、該可塑剤を適当な溶媒で除去する方法や、特開平7−304110号公報に記載されたように、公知の方法により製造した熱可塑性樹脂からなるフィルムを用い、該フィルムの構造的に弱い非晶部分を選択的に延伸して微細孔を形成する方法が挙げられる。
 例えば、A層が、超高分子量ポリエチレン及び重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィンを含むポリオレフィン樹脂から形成される場合には、製造コストの観点から、以下に示すような方法により製造することが好ましい。
(1)超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィン5~200重量部と、炭酸カルシウム等の無機充填剤100~400重量部とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程
(2)前記ポリオレフィン樹脂組成物を用いてシートを成形する工程
(3)工程(2)で得られたシート中から無機充填剤を除去する工程
(4)工程(3)で得られたシートを延伸してA層を得る工程
 なお、A層は、市販品であってもよく、上記の特性を有することが好ましい。
<耐熱層(B層)>
 B層は、バインダー樹脂及びフィラーを含む耐熱層である。B層に含まれるバインダー樹脂は、その70重量%以上が脂環式炭化水素基を有する重合体からなる。脂環式炭化水素基を有する重合体は、ポリオレフィンを主成分とするA層との接着性が高いため、A層上にB層を積層した場合に、B層がA層から剥離しづらくなる。さらに、脂環式炭化水素基を有する重合体は、融点あるいは分解温度が200℃以上であり、耐熱性が高いため、A層がシャットダウンする100~180℃程度の温度においても、溶解や分解することはない。
 B層は、上記脂環式炭化水素基を有する重合体以外のバインダー樹脂を含んでいてもよいが、上述のようにB層中のバインダー樹脂成分のうち70重量%以上が脂環式炭化水素基を有する樹脂である必要がある。70重量%未満であると、高温での形状安定性が不十分となる。
 バインダー樹脂成分における脂環式炭化水素基を有する重合体の割合は90重量%以上であることが好ましく、100重量%であることがさらに好ましい。
 脂環式炭化水素基を有する重合体の中でも、グルコピラノース骨格を有する樹脂が好ましい。
 該重合体はさらに親水性官能基を有する重合体であることが好ましい。親水性官能基としては特にイオン性官能基、アルキレンオキシ基、アルコキシ基及びヒドロキシル基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基であることが好ましい。なお、イオン性官能基とは、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基及び、アンモニウム基及びその塩からなる基等が挙げられる。
 該重合体の中でも、カルボキシアルキルセルロース、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース及び澱粉からなる群から選ばれる1種以上の重合体であることが好ましい。
 上記カルボキシアルキルセルロース、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロースとして、炭素数1~2のアルキル基を有するものが好ましく、具体的には、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、カルボキシエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、シアンエチルセルロース、オキシエチルセルロース等が挙げられ、より好ましくは化学的な安定性に優れたCMC、HECあるいは両方であり、特にCMCが好ましい。
 これらの脂環式炭化水素基を有する重合体は、単独でも2種類以上を混合使用して用いてもよい。
 フィラーとしては、無機または有機のフィラーを用いることができる。有機フィラーとして具体的には、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル等の単独あるいは2種類以上の共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素系樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;ポリメタクリレート等の有機物からなるフィラーが挙げられ、無機フィラーとして具体的には炭酸カルシウム、タルク、クレー、カオリン、シリカ、ハイドロタルサイト、珪藻土、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、アルミナ、マイカ、ゼオライト、ガラス等の無機物からなるフィラーが挙げられる。なお、これらのフィラーは、単独あるいは2種以上を混合して用いることができる。
 フィラーとしては、これらの中でも耐熱性および化学的安定性の観点から、無機フィラーが好ましく、無機酸化物フィラーがより好ましく、アルミナフィラーが特に好ましい。
 アルミナには、α−アルミナ、β−アルミナ、γ−アルミナ、θ−アルミナ等の多くの結晶形が存在するが、いずれも好適に使用することができる。この中でも、α−アルミナが熱的・化学的安定性が特に高いため、最も好ましい。
 無機フィラーの形状は、対象となる無機物の製造方法や塗工スラリー作製の際の分散条件によって、球形、長円形、短形、瓢箪形等の形状や、特定の形状を有さない不定形など、様々なものが存在するがいずれも用いることができる。
 フィラーの平均粒径は、3μm以下が好ましく、1μm以下がより好ましい。フィラーの形状としては、球状、瓢箪状が挙げられる。なお、フィラーの平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)にて、25個ずつ粒子を任意に抽出して、それぞれにつき粒径(直径)を測定して、25個の粒径の平均値として算出する方法や、BET比表面積を測定し、球状近似することで平均粒径を算出する方法がある。なお、SEMによる平均粒径算出時は、フィラーの形状が球状以外の場合は、フィラーにおける最大長を示す方向の長さをその粒径とする。なお、B層には粒径や比表面積が異なる2種以上のフィラーを同時に含ませてもよい。
 フィラーの比表面積は、2m/g以上200m/g以下であることが好ましい。
 B層において、目的とする耐熱性と形状安定性を得るためには、バインダー樹脂全重量を1としたときの前記フィラーの重量割合が、20以上であることが必要であり、25以上であることが好ましい。
 この重量割合が、20未満であると、バインダー樹脂によりB層が閉塞されて、イオン透過性が不十分となる。
 前記前記フィラーの重量割合が大きくなりすぎると、相対的にバインダー樹脂が不足してB層の形状が維持できなくなるおそれがあるため、フィラーの重量割合は、通常、80以下であり、50以下が好ましい。
 B層の厚みは、通常0.1μm以上20μm以下であり、好ましくは1μm以上15μm以下の範囲である。B層が厚すぎると、A層も含めた積層多孔質フィルム全体の厚みが厚くなりすぎて、セパレータとして用いた際に電池の電気容量が小さくなるおそれがある。一方、B層が薄すぎると、該電池の異常発熱が生じたときにポリオレフィンを主成分とするA層の熱収縮に抗しきれず、セパレータ(積層多孔質フィルム)が収縮するおそれがある。
 なお、B層がA層の両面に形成される場合には、B層の厚みは両面の合計厚みとする。
 B層は、多孔質層であるが、その孔径は、孔を球形に近似したときの球の直径として3μm以下が好ましく、1μm以下がさらに好ましい。これらの範囲により、炭素粉の脱落による短絡をより防ぐことができる。B層の空隙率は55%~90%が好ましい。この範囲により、イオン透過性および高温での形状安定性のバランスにより優れた積層多孔質フィルムを得ることができる。
<積層多孔質フィルムの製造方法>
 積層多孔質フィルムの製造方法は、上述の積層多孔質フィルムが得ることができれば特に限定されないが、フィラー、バインダー樹脂および媒体(溶媒、分散媒)を含む塗工スラリーをA層の上に直接塗工し媒体を除去する方法が簡便であるため好ましい。
 また、A層の両面にB層を積層する場合においては、片面にB層を形成させた後に他面にB層を積層する逐次積層方法や、A層の両面に同時にB層を形成させる同時積層方法が挙げられる。
 塗工スラリーは、例えば、媒体中に樹脂を溶解や膨潤させた液、または樹脂の乳化液にさらにフィラーを添加して均一になるまで混合することによって得ることができる。
 混合の方法としては特に制限はなく、例えば、スリーワンモーター、ホモジナイザー、メディア型分散機、圧力式分散機など従来公知の分散機を使用することができる。
 塗工スラリーにおける媒体は限定されないが、水やエタノール、イソプロパノール、1−プロパノール、t−ブチルアルコール、アセトン、エチルメチルケトン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド等の有機溶媒、若しくは水と有機溶媒の混合溶媒等が用いられる。
 塗工スラリーに含まれる、バインダー樹脂、フィラーは、上述と同じである。
 本発明の目的を損なわない範囲で塗工スラリーに界面活性剤、pH調整剤、分散剤、可塑剤等を添加することができる。
 塗工スラリー中のバインダー樹脂の濃度は、(樹脂+媒体)の重量に対して、0.3重量%以上2.0重量%以下が好ましく、より好ましくは0.40重量%以上1.5重量%以下である。また、バインダー樹脂は塗工に適した粘度となるよう分子量等を適宜選択して用いればよい。
 上記塗工スラリー中のフィラー濃度は、6~50重量%が好ましく、より好ましくは10~40重量%である。
 塗工スラリーをA層に塗工する方法は、均一にウェットコーティングできる方法であれば特に制限はなく、従来公知の方法を採用することができる。例えば、キャピラリーコート法、スピンコート法、スリット代コート法、スプレーコート法、ディップコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、バーコーター法、グラビアコーター法、ダイコーター法などを採用することができる。B層の厚さは塗工膜の厚み、樹脂の塗工スラリー中の濃度、フィラーの樹脂に対する比を調節することによって制御することができる。なお、支持体としては、樹脂製のフィルム、金属製のベルト、ドラム等を用いることができる。
 媒体の除去は、乾燥による方法が一般的である。該媒体に溶解し、しかも用いた樹脂を溶かさない別の溶媒を準備し、塗工後で乾燥前の膜を該溶媒中に浸漬して該媒体を該溶媒に置換して樹脂を析出させ、媒体を除去し、溶媒を乾燥により除去することもできる。なお、塗工スラリーをA層の上に塗工した場合、媒体または溶媒の乾燥温度は、A層の透気度を低下させない温度が好ましい。
<非水電解液二次電池>
 積層多孔質フィルムは、電池、特にリチウム二次電池などの非水電解液二次電池のセパレータとして好適に使用することができる。
 リチウム二次電池などの非水電解液二次電池の非水電解液二次電池用セパレータ以外の構成要素について以下に説明するが、セパレータの使用方法はこれらに限定されるものではない。
 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させた非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiBF、LiCFSO、LiN(SOCF、LiC(SOCF、Li10Cl10低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlClなどのうち1種または2種以上の混合物が挙げられる。リチウム塩として、これらの中でもLiPF、LiAsF、LiSbF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、およびLiC(CFSOからなる群から選ばれる少なくとも1種のフッ素含有リチウム塩を含むものが好ましい。
 非水電解液としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、Y−ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物または前記の物質にフッ素基を導入したものを用いることができるが、これらの2種以上を混合して用いてもよい。
 これらの中でもカーボネート類を含むものが好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネート、または環状カーボネートとエーテル類の混合物がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートの混合物としては、作動温度範囲が広く、かつ負極の活物質として天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料を用いた場合でも難分解性であるという点で、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合物が好ましい。
 正極シートは、通常、正極活物質、導電材および結着剤を含む合剤を集電体上に担持したシートであり、具体的には、該正極活物質としてリチウムイオンでドープかつ脱ドープできる材料を含み、導電材として炭素質材料を含み、結着剤として熱可塑性樹脂などを含むことができる。該リチウムイオンでドープかつ脱ドープできる材料としては、V、Mn、Fe、Co、Niなどの遷移金属を少なくとも1種含むリチウム複合酸化物が挙げられる。中でも好ましくは、平均放電電位が高いという点で、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウムなどのα−NaFeO型構造を有するリチウム複合酸化物、リチウムマンガンスピネルなどのスピネル型構造を有するリチウム複合酸化物が挙げられる。
 該リチウム複合酸化物は、種々の金属元素を含んでもよく、特にTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Ag、Mg、Al、Ga、InおよびSnからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属元素のモル数とニッケル酸リチウム中のNiのモル数との和に対して、前記の少なくとも1種の金属元素が0.1~20モル%であるように該金属元素を含む複合ニッケル酸リチウムを用いると、高容量での使用におけるサイクル性が向上するので好ましい。
 該結着剤としては、ポリビニリデンフロライド、ビニリデンフロライドの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフロ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、ビニリデンフロライド−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、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
 該導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラックなどの炭素質材料が挙げられる。導電材として、それぞれ単独で用いてもよいし、例えば人造黒鉛とカーボンブラックとを混合して用いてもよい。
 負極シートとしては、例えばリチウムイオンでドープかつ脱ドープできる材料を負極集電体に担持したシート、リチウム金属またはリチウム合金などを用いることができる。リチウムイオンでドープかつ脱ドープできる材料としては、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、有機高分子焼成体などの炭素質材料、正極よりも低い電位でリチウムイオンでドープかつ脱ドープできる酸化物、硫化物等のカルコゲン化合物が挙げられる。炭素質材料として、電位平坦性が高く、平均放電電位が低いため、正極と組み合わせたときに大きなエネルギー密度が得られるという点で、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料を主成分とする炭素質材料が好ましい。
 負極集電体としては、Cu、Ni、ステンレスなどを用いることができるが、特にリチウム二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、かつ薄膜に加工しやすいという点でCuが好ましい。該負極集電体に負極活物質を含む合剤を担持させる方法としては、加圧成型する方法、または溶媒などを用いてペースト化し集電体上に塗工乾燥後プレスするなどして圧着する方法が挙げられる。
 電池の形状は、特に限定されるものではなく、ペーパー型、コイン型、円筒型、角型、ラミネート型などのいずれであってもよい。
 積層多孔質フィルムをセパレータとして用いて非水電解液二次電池を製造すると、高い負荷特性を有し、かつ電池が発熱した場合でもセパレータはシャットダウン機能を発揮し、セパレータの収縮による正極と負極の接触が避けられ、より安全性の高い非水電解液二次電池が得られる。
 以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において積層多孔質フィルムの物性等は以下の方法(1)~(5)で測定した。
(1)厚み測定(単位:μm):
 フィルムの厚みは、株式会社ミツトヨ製の高精度デジタル測長機で測定した。
(2)目付(単位:g/m):
 フィルムを一辺の長さ10cmの正方形に切り、その重量W(g)を測定した。目付は、次の式により算出した。B層の目付は、積層多孔質フィルムの目付から基材多孔質フィルム(A層)の目付を差し引いて算出した。
目付(g/m)=W/(0.1×0.1)
(3)空隙率:
 フィルムを一辺の長さ10cmの正方形に切り取り、重量:W(g)と厚み:D(cm)を測定した。サンプル中の材質の重量を計算で割り出し、それぞれの材質の重量:Wi(g)を真比重で割り、それぞれの材質の体積を算出して、次式より空隙率(体積%)を求めた。各材料の目付は製膜に使用した量、比率より算出した。
 空隙率(体積%)=100−[{(W1/真比重1)+(W2/真比重2)+・・+(Wn/真比重n)}/(100×D)]×100
(4)透気度:
 JIS P8117 に準拠して、株式会社東洋精機製作所製のデジタルタイマー式ガーレ式デンソメータで測定した。
(5)加熱形状維持率:
 フィルムを8cm×8cmに切り出し、その中に6cm×6cmの四角を書き入れたフィルムを紙に挟んで、150℃に加熱したオーブンに入れた。1時間後、オーブンからフィルムを取り出し、書き入れた四角の辺の寸法を測定し、加熱形状維持率を計算した。計算方法は以下の通りである。
 MD方向の加熱前の書き入れ線長さ:L1
 TD方向の加熱前の書き入れ線長さ:L2
 MD方向の加熱後の書き入れ線長さ:L3
 MD方向の加熱後の書き入れ線長さ:L4
 MD加熱形状維持率(%)=(L3/L1)×100
 TD加熱形状維持率(%)=(L4/L2)×100
(6)耐熱層の形成に使用した原材料
 耐熱層(B層)の形成に使用した原材料は次の通りである。
<バインダー樹脂>
 カルボキシメチルセルロース(CMC):第一工業製薬株式会社 セロゲン3H
 ヒドロキシエチルセルロース(HEC):住友精化株式会社 CF−X
 ポリフッ化ビニリデン(PVdF)溶液:株式会社クレハ #7305(溶媒:N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMP)、固形分:5%)
 アクリルエマルジョン:昭和電工株式会社 ポリゾールAP−4735(分散媒:水、固形分:50%)
<フィラー>
 フィラー(a1):住友化学株式会社製AKP−G008、平均粒径:0.024μm、比表面積:70m/g、粒子形状:略球状
 フィラー(a2):住友化学株式会社製AKP−G07、平均粒径:0.024μm、比表面積:70m/g、粒子形状:略球状
 フィラー(a3):住友化学株式会社製スミコランダムAA−03、平均粒径:0.42μm、比表面積:4.8m/g、粒子形状:略球状
 フィラー(a4):住友化学株式会社製AKP−3000、平均粒径:0.54μm、比表面積:4.3m/g、粒子形状:瓢箪型
実施例1
(1)塗工スラリーの製造
 実施例1の塗工スラリーを以下の手順で作製した。まず、水−エタノール混合溶媒(水:エタノール=2:1(重量比))にCMCを溶解させて、CMC濃度0.6重量%(対[CMC+溶媒])のCMC溶液を得た。次いで、CMC100重量部のCMC溶液に対して、フィラー(a1)を500重量部、フィラー(a3)を3000重量部添加し、混合して、ゴーリンホモジナイザーを用いた高圧分散条件(60MPa)にて3回処理することで実施例1の塗工スラリーを作製した。表1に実施例1の塗工スラリーの組成を示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 超高分子量ポリエチレン粉末(340M、三井化学株式会社製)を70重量%、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞株式会社製)30重量%、この超高分子量ポリエチレンとポリエチレンワックスの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%、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%、ステアリン酸ナトリウム1.3重量%を加え、さらに全体積に対して38体積%となるように平均粒径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、これら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してポリオレフィン樹脂組成物とした。該ポリオレフィン樹脂組成物を表面温度が150℃の一対のロールにて圧延しシートを作製した。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%)に浸漬させることで炭酸カルシウムを除去し、続いて105℃で6倍に延伸して下記の物性を有する基材多孔質フィルムを得た。
<基材多孔質フィルムの物性>
 膜厚:15.5μm
 目付:7g/m
 空隙率:51体積%
 透気度:110秒/100cc
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 基材多孔質フィルムA1(A層)の一方の面にグラビアコーターを用いて上記塗工スラリーを塗工し、乾燥し、A層の片面にB層が積層した実施例1の積層多孔質フィルムを得た。表2に上記評価方法により得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を示す。
実施例2
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は実施例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして実施例2の塗工スラリーを得た。実施例2の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 実施例2の塗工スラリーを使用した以外は実施例1と同様な操作で、表2に示すA層上にB層を塗工し、実施例2の積層多孔質フィルムを作製した。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。
実施例3,4
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は実施例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして実施例3,4の塗工スラリーを得た。実施例3,4の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)に準じる方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
<基材多孔質フィルム>
 膜厚:17.0μm
 目付:8g/m
 空隙率:52体積%
 透気度:120秒/100cc
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 実施例3,4の塗工スラリーを使用した以外は実施例1と同様な操作で、表2に示すA層上にB層を塗工し、実施例3,4の積層多孔質フィルムを作製した。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。
実施例5
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は実施例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして実施例5の塗工スラリーを得た。実施例5の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 実施例5の塗工スラリーを使用した以外は実施例1と同様な操作を行い、表2に示すA層の一方の面上にB層を積層した。次いで、A層のもう一方の面に、同様にB層を積層することで、A層の両面にB層を積層した実施例5の積層多孔質フィルムを得た。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。なお、B層の厚みは、両面に設けられたB層の合計厚みである。
実施例6~9
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は実施例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして実施例6~9の塗工スラリーを得た。実施例6~9の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 実施例6~9の塗工スラリーを使用した以外は実施例5と同様な操作を行い、表2に示すA層上にB層を塗工し、実施例6~9の積層多孔質フィルムを作製した。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。なお、B層の厚みは、両面に設けられたB層の合計厚みである。
比較例1
(1)塗工スラリーの製造
 比較例1の塗工スラリーを以下の手順で作製した。
 まず、PVDF溶液(固形分5%)に、PVDF濃度1.2重量%(対[PVDF+NMP])となるようにNMPを添加し、撹拌し、PVDF溶液を得た。
 次いで、PVDF100重量部のPVDF溶液に対して、フィラー(a1)を470重量部、フィラー(a3)を2830重量部添加し、混合して、ゴーリンホモジナイザーを用いた高圧分散条件(60MPa)にて3回処理することで比較例1の塗工スラリーを作製した。表1に比較例1の塗工スラリーの組成を示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例3,4(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 得られた基材多孔質フィルム(A層)上にグラビアコーターを用いて上記塗工スラリーを塗工し、乾燥した。次いで、フィルムを水洗浄、乾燥し、A層の片面にB層が積層した比較例1の積層多孔質フィルムを得た。表2に上記評価方法により得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を示す。
比較例2
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は比較例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして比較例2の塗工スラリーを得た。比較例2の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例3,4(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 比較例2の塗工スラリーを使用した以外は実施例1と同様な操作を行い、表2に示すA層上にB層を塗工し、比較例2の積層多孔質フィルムを作製した。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。
比較例3
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は比較例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして比較例3の塗工スラリーを得た。比較例3の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 比較例3の塗工スラリーを使用した以外は実施例1と同様な操作を行い、表2に示すA層上にB層を塗工し、比較例3の積層多孔質フィルムを作製した。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。
比較例4
(1)塗工スラリーの製造
 比較例4の塗工スラリーを以下の手順で作製した。
 まず、水−エタノール混合溶媒(水:エタノール=2:1(重量比))に溶解させて、CMC濃度0.25重量%(対[CMC+溶媒])のCMC溶液を得た。
 次いで、CMC30重量部のCMC溶液に対して、フィラー(a1)を500重量部、フィラー(a3)を3000重量部添加し、混合して、ゴーリンホモジナイザーを用いた高圧分散条件(60MPa)にて3回処理した。その後、アクリルエマルジョンを100重量部添加し、撹拌式ホモジナイザーで分散することで比較例4の塗工スラリーを作製した。表1に比較例4の塗工スラリーの組成を示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例3,4(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 多孔質フィルムA2(A層)上にグラビアコーターを用いて上記塗工スラリーを塗工し、乾燥し比較例4の積層多孔質フィルムを得た。表2に上記評価方法により得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を示す。
比較例5,6
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は比較例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして比較例5,6の塗工スラリーを得た。比較例5,6の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 比較例5,6の塗工スラリーを使用した以外は比較例1と同様な操作を行い、表2に示すA層の一方の面上にB層を積層した。次いで、A層のもう一方の面に、同様にB層を積層することで、A層の両面にB層を積層した比較例5,6の積層多孔質フィルムを得た。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。なお、B層の厚みは、両面に設けられたB層の合計厚みである。
比較例7
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は比較例4の塗工スラリーの作製方法と同様にして比較例7の塗工スラリーを得た。比較例7の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 比較例7の塗工スラリーを使用した以外は比較例4と同様な操作を行い、表2に示すA層の一方の面上にB層を積層した。次いで、A層のもう一方の面に、同様にB層を積層することで、A層の両面にB層を積層した比較例7の積層多孔質フィルムを得た。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。なお、B層の厚みは、両面に設けられたB層の合計厚みである。
比較例8
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は比較例4の塗工スラリーの作製方法と同様にして比較例8の塗工スラリーを得た。比較例8の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例3,4(2)と同様の方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 比較例8の塗工スラリーを使用した以外は比較例4と同様な操作を行い、表2に示すA層の一方の面上にB層を積層した。次いで、A層のもう一方の面に、同様にB層を積層することで、A層の両面にB層を積層した比較例8の積層多孔質フィルムを得た。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。なお、B層の厚みは、両面に設けられたB層の合計厚みである。
比較例9
(1)塗工スラリーの製造
 表1に示す樹脂、フィラー、溶媒を、表1に示す割合で使用した以外は実施例1の塗工スラリーの作製方法と同様にして比較例9の塗工スラリーを得た。比較例9の塗工スラリー中の各成分の濃度を表1に示す。
(2)基材多孔質フィルムの調製
 上記実施例1(2)に準じる方法にて、基材多孔質フィルム(A層)を作製した。
<基材多孔質フィルム>
 膜厚:18.2μm
 目付:7.0g/m
 空隙率:59体積%
 透気度:89秒/100cc
(3)積層多孔質フィルムの製造及び評価
 比較例9の塗工スラリーを使用した以外は実施例5と同様な操作を行い、表2に示すA層上にB層を塗工し、比較例9の積層多孔質フィルムを作製した。得られた積層多孔質フィルムの固形分重量比、物性を表2に示す。なお、B層の厚みは、両面に設けられたB層の合計厚みである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 本発明によれば、加熱時の形状維持性の高い耐熱層を有し、イオン透過性に優れた非水電解液二次電池用セパレータとして好適な積層多孔質フィルムが提供することができる。本発明によれば、高温での寸法安定性にとりわけ優れ、かつイオン透過性にも優れた非水電解液二次電池用セパレータとして好適な積層多孔質フィルムが提供される。該積層多孔質フィルムをセパレータとして用いた非水電解液二次電池は、電池が発熱してもセパレータが正極と負極が直接接触することを防止し、かつ高出力・高容量の非水電解液二次電池となるので、本発明は工業的に極めて有用である。

Claims (8)

  1.  バインダー樹脂及びフィラーを含む耐熱層とポリオレフィンを主成分とする基材多孔質フィルムとが積層された積層多孔質フィルムであって、
     前記バインダー樹脂の70重量%以上が脂環式炭化水素基を有する重合体からなり、かつ、前記バインダー樹脂全重量を1としたときの前記フィラーの重量割合が20以上である積層多孔質フィルム。
  2.  前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、グルコピラノース骨格を有する重合体である請求項1記載の積層多孔質フィルム。
  3.  前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、親水性官能基を有する請求項1または2記載の積層多孔質フィルム。
  4.  前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、カルボキシアルキルセルロース、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース及び澱粉からなる群から選ばれる1種以上の重合体である請求項1から3のいずれかに記載の積層多孔質フィルム。
  5.  前記脂環式炭化水素基を有する重合体が、カルボキシメチルセルロース、またはヒドロキシエチルセルロース、または両方である請求項4記載の積層多孔質フィルム。
  6.  前記フィラーが、無機フィラーである請求項1から5のいずれかに記載の積層多孔質フィルム。
  7.  前記無機フィラーが、アルミナからなる請求項6記載の積層多孔質フィルム。
  8.  請求項1から7のいずれかに記載の積層多孔質フィルムをセパレータとして含む非水電解液二次電池。
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