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JP2018147769A - Separator for electrochemical element and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

Separator for electrochemical element and nonaqueous electrolyte battery Download PDF

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JP2018147769A JP2017042552A JP2017042552A JP2018147769A JP 2018147769 A JP2018147769 A JP 2018147769A JP 2017042552 A JP2017042552 A JP 2017042552A JP 2017042552 A JP2017042552 A JP 2017042552A JP 2018147769 A JP2018147769 A JP 2018147769A
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electrochemical element
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松本 修明
Nobuaki Matsumoto
修明 松本
仁志 小野寺
Hitoshi Onodera
仁志 小野寺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: separator which is superior in safety when abnormally heated and in reliability against an internal short circuit and a short circuit owing to dendrite, and which enables the construction of an electrochemical element arranged so that the worsening of characteristics in high-temperature storage can be suppressed; and a nonaqueous electrolyte battery having the separator.SOLUTION: A separator for an electrochemical element according to the present invention comprises at least a porous layer including inorganic particles, a cellulose fiber and a binder resin. With the porous layer, when the total volume of the inorganic particles and the cellulose fiber is 100 vol.%, the content of the inorganic particles is 70-95 vol.%. In the porous layer, the content of the binder resin is 0.1-4 mass%. A nonaqueous electrolyte battery according to the invention comprises the separator for an electrochemical element of the invention.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高温時の安全性および信頼性に優れ、かつ高温貯蔵時の性能低下を抑制できる電気化学素子を構成するためのセパレータと、前記セパレータを有する非水電解質電池に関するものである。   The present invention relates to a separator for constituting an electrochemical element that is excellent in safety and reliability at high temperatures and can suppress performance degradation during high-temperature storage, and a nonaqueous electrolyte battery having the separator.

リチウム二次電池に代表される非水電解質を用いた非水電解質電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。そして、携帯機器の高性能化に伴って非水電解質電池の高容量化が更に進む傾向にあり、それと同時に安全性の確保が重要となっている。   A non-aqueous electrolyte battery using a non-aqueous electrolyte typified by a lithium secondary battery is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density. As the performance of portable devices increases, non-aqueous electrolyte batteries tend to have higher capacities, and at the same time, ensuring safety is important.

従来から一般的に用いられているリチウム二次電池は、LiCoOに代表される層状構造のリチウムコバルト複合酸化物を正極活物質に用い、グラファイト、非晶質黒鉛などの炭素材量を負極活物質に用い、LiPFなどのリチウム塩をエチレンカーボネート、ジエチルカーボネートなどの炭酸エステル類に溶解した非水電解液を電解液に用い、ポリオレフィンの微多孔膜をセパレータに用いた構成が一般的であった。また、近年、熱安定性を高めて安全性を確保したり、より高い電位で作動させてエネルギー密度を高めたりするために、LiMnに代表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物や、LiMnNiCoで代表される層状化合物などが、リチウム二次電池の正極活物質として用いられるようになってきた。 Conventionally, lithium secondary batteries that are generally used use a lithium-cobalt composite oxide having a layered structure typified by LiCoO 2 as a positive electrode active material, and use an amount of carbon material such as graphite or amorphous graphite as a negative electrode active material. In general, a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt such as LiPF 6 is dissolved in a carbonate ester such as ethylene carbonate or diethyl carbonate is used as an electrolyte, and a polyolefin microporous membrane is used as a separator. It was. In recent years, in order to increase the thermal stability to ensure safety, or to increase the energy density by operating at a higher potential, spinel type lithium manganese composite oxide typified by LiMn 2 O 4 , like layered compound represented by LiMn q Ni r Co S O 2 has been used as the positive electrode active material of a lithium secondary battery.

しかしながら、これらMnを含有する複合酸化物を正極に用いた場合、特に高温状態で正極からMnイオンが溶出して正極の容量低下を招いたり、更には溶出したMnが負極に析出して負極の劣化を招いたり、非水電解質と反応してガス発生を起こしたりして、充放電に関わる以外の副反応が起こることが知られている。   However, when these composite oxides containing Mn are used for the positive electrode, the Mn ions are eluted from the positive electrode particularly at a high temperature, leading to a decrease in the capacity of the positive electrode. It is known that side reactions other than those related to charge / discharge occur due to deterioration or reaction with a non-aqueous electrolyte to generate gas.

これらの問題を解決するために、特許文献1、特許文献2などに示されているような、置換元素を用いて活物質の安定化を図り、Mnなどの金属溶出を抑制する試みがなされているが、前記のような副反応を完全に抑制することはできていない。   In order to solve these problems, attempts have been made to stabilize the active material using a substitution element and suppress metal elution such as Mn, as shown in Patent Document 1, Patent Document 2, and the like. However, the side reaction as described above cannot be completely suppressed.

また、リチウム二次電池のセパレータに関していえば、正極と負極の間に、例えば厚みが20〜30μm程度のポリオレフィン系の多孔性フィルムが使用されている。また、セパレータの素材としては、電池の熱暴走温度以下でセパレータの構成樹脂を溶融させて空孔を閉塞させ、これにより電池の内部抵抗を上昇させて短絡の際などに電池の安全性を向上させる所謂シャットダウン効果を確保するため、融点の低いポリエチレン(PE)が適用されることがある。   Regarding the separator of the lithium secondary battery, a polyolefin-based porous film having a thickness of, for example, about 20 to 30 μm is used between the positive electrode and the negative electrode. In addition, as separator material, the constituent resin of the separator is melted below the thermal runaway temperature of the battery to close the pores, thereby increasing the internal resistance of the battery and improving the safety of the battery in the event of a short circuit. In order to ensure the so-called shutdown effect, polyethylene (PE) having a low melting point may be applied.

ところで、このような微多孔フィルム系のセパレータを用いた場合,高温時に正極から溶出したMnなどの金属イオンが析出することによって負極表面近傍で目詰まりが発生し、電池特性が大幅に低下する可能性が高い。更に、こうしたセパレータとしては、例えば、多孔化と強度向上のために一軸延伸あるいは二軸延伸したフィルムが用いられている。このようなセパレータは、上記延伸によってフィルムにはひずみが生じており、これが高温に曝されると、残留応力によって収縮が起こるという問題がある。収縮によりセパレータが小さくなると、正極、負極が直接接触して短絡部分が生じ、その部分が大きくなった場合には短絡電流によって電池の内部温度が上昇し電池が危険になる可能性がある。   By the way, when such a microporous film separator is used, metal ions such as Mn eluted from the positive electrode at high temperatures may be deposited, resulting in clogging in the vicinity of the negative electrode surface, which may greatly reduce battery characteristics. High nature. Furthermore, as such a separator, for example, a uniaxially stretched film or a biaxially stretched film is used to increase the porosity and improve the strength. Such a separator has a problem that the film is distorted by the above stretching, and shrinkage occurs due to residual stress when the film is exposed to a high temperature. When the separator becomes smaller due to the shrinkage, the positive electrode and the negative electrode are in direct contact with each other to form a short-circuit portion. When the portion becomes large, the short-circuit current increases the internal temperature of the battery, which may make the battery dangerous.

このような熱収縮による短絡を防ぐために、耐熱性の樹脂を用いた微多孔膜や不織布をセパレータとして用いる方法が提案されている。例えば特許文献3には、全芳香族ポリアミドの微多孔膜を用いたセパレータが、特許文献4にはポリイミド多孔膜を用いたセパレータが開示されている。また、特許文献5にはセルロースを原材料とした紙(不織布)を用いたセパレータに関する技術が開示されている。   In order to prevent such a short circuit due to heat shrinkage, a method using a microporous film or a nonwoven fabric using a heat-resistant resin as a separator has been proposed. For example, Patent Document 3 discloses a separator using a wholly aromatic polyamide microporous film, and Patent Document 4 discloses a separator using a polyimide porous film. Patent Document 5 discloses a technique related to a separator using paper (nonwoven fabric) made of cellulose as a raw material.

更に、セルロースには金属イオンを還元して固着する性質があることから、セルロースを素材とするセパレータを電池に使用することで、正極から溶出した金属イオンをセパレータでトラップできる可能性もある。   Furthermore, since cellulose has a property of reducing and fixing metal ions, it is possible that metal ions eluted from the positive electrode can be trapped by the separator by using a separator made of cellulose for the battery.

しかしながら、前記のような耐熱性の樹脂や耐熱性の繊維を用いたセパレータは、高温での寸法安定性に優れる一方で、全芳香族ポリアミドやポリイミドといった高耐熱の樹脂は高価であり、コストの点で不利である。また、セルロースを原材料とした紙や不織布は非常に安価であるが、微多孔フィルムに比べて孔径の均一性に劣り、また最大孔径も大きいため、デンドライトによる短絡を十分に防ぐことが困難である。   However, separators using heat-resistant resins and heat-resistant fibers as described above are excellent in dimensional stability at high temperatures, whereas high-heat-resistant resins such as wholly aromatic polyamides and polyimides are expensive and costly. It is disadvantageous in terms. Paper and non-woven fabrics made from cellulose are very inexpensive, but they are inferior in the uniformity of the pore size compared to microporous films, and the maximum pore size is large, so it is difficult to prevent short circuit due to dendrites. .

特開2000−30709号公報JP 2000-30709 A 特開平11−339803号公報JP 11-339803 A 特開平5−335005号公報JP-A-5-335005 特開2000−306568号公報JP 2000-306568 A 特開平8−306352号公報JP-A-8-306352

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常過熱した際の安全性と、内部短絡およびデンドライトによる短絡に対する信頼性に優れ、かつ高温貯蔵時の特性低下を抑制できる電気化学素子を構成し得るセパレータと、前記セパレータを有する非水電解質電池とを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is excellent in safety when abnormally overheating, reliability against internal short circuit and short circuit due to dendrite, and can suppress deterioration of characteristics during high temperature storage. It is providing the separator which can comprise an electrochemical element, and the nonaqueous electrolyte battery which has the said separator.

前記目的を達成し得た本発明の電気化学素子用セパレータは、無機粒子と、セルロース繊維と、バインダ樹脂とを含む多孔質層を少なくとも有しており、前記多孔質層における前記無機粒子と前記セルロース繊維との合計を100体積%としたとき、前記無機粒子の含有割合が、70〜95体積%であり、前記多孔質層における前記バインダ樹脂の含有割合が0.1〜4質量%であることを特徴とするものである。   The separator for an electrochemical element of the present invention that has achieved the above object has at least a porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin, and the inorganic particles in the porous layer and the When the total amount of cellulose fibers is 100% by volume, the content ratio of the inorganic particles is 70 to 95% by volume, and the content ratio of the binder resin in the porous layer is 0.1 to 4% by mass. It is characterized by this.

また、本発明の非水電解質電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解質を備えており、前記セパレータとして、本発明の電気化学素子用セパレータを有していることを特徴とするものである。   The nonaqueous electrolyte battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte, and has the separator for an electrochemical element of the present invention as the separator. .

本発明によれば、内部短絡やデンドライトによる短絡に対する信頼性に優れ、また、短絡や過充電などにより電池の温度が異常に上昇したときの安全性にも優れ、かつ高温貯蔵時の特性低下を抑制できる電気化学素子を構成し得るセパレータと、前記セパレータを有する非水電解質電池とを提供することができる。   According to the present invention, it is excellent in reliability against internal short circuit and short circuit caused by dendrite, is excellent in safety when the temperature of the battery rises abnormally due to short circuit or overcharge, etc., and deteriorates characteristics during high temperature storage. The separator which can comprise the electrochemical element which can be suppressed, and the nonaqueous electrolyte battery which has the said separator can be provided.

本発明の非水電解質電池の一例を模式的に表す平面図である。It is a top view which represents typically an example of the nonaqueous electrolyte battery of this invention. 図1のI−I線断面図である。It is the II sectional view taken on the line of FIG.

本発明の電気化学素子用セパレータ(以下、単に「セパレータ」という)を構成する多孔質層は、無機粒子と、セルロース繊維と、バインダ樹脂とを含んでいる。   The porous layer constituting the separator for electrochemical devices of the present invention (hereinafter simply referred to as “separator”) includes inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin.

前記多孔質層に係るセルロース繊維は、セパレータ自体の強度を高める機能を有しているが、更に、非水電解質電池の正極が含有する正極活物質から溶出する金属イオンをトラップする機能を有している。   The cellulose fiber according to the porous layer has a function of increasing the strength of the separator itself, but further has a function of trapping metal ions eluted from the positive electrode active material contained in the positive electrode of the nonaqueous electrolyte battery. ing.

充電状態の非水電解質電池を高温環境下で貯蔵すると、正極活物質から金属イオンが溶出し、これがセパレータの負極近傍で目詰まりを生じさせて、電池の特性低下を引き起こすが、本発明のセパレータであれば、セルロース繊維の前記機能によって、高温貯蔵時のセパレータの目詰まりを抑制できる。よって、本発明のセパレータを使用した非水電解質電池(本発明の非水電解質電池)などの電気化学素子においては、高温貯蔵時の特性低下が良好に抑制される。   When a nonaqueous electrolyte battery in a charged state is stored in a high temperature environment, metal ions are eluted from the positive electrode active material, which causes clogging in the vicinity of the negative electrode of the separator and causes deterioration of the characteristics of the battery. If so, clogging of the separator during high-temperature storage can be suppressed by the function of the cellulose fiber. Therefore, in an electrochemical element such as a non-aqueous electrolyte battery using the separator of the present invention (non-aqueous electrolyte battery of the present invention), deterioration in characteristics during high-temperature storage is satisfactorily suppressed.

また、前記多孔質層に係る無機粒子は、セパレータを緻密な多孔質構造にして、電池の内部短絡やリチウムデンドライトによる短絡の発生を抑制する機能を有している。よって、本発明のセパレータを使用した非水電解質電池(本発明の非水電解質電池)などの電気化学素子においては、内部短絡やデンドライトによる短絡に対する信頼性が向上する。   In addition, the inorganic particles related to the porous layer have a function of suppressing the occurrence of internal short circuit of the battery and short circuit due to lithium dendrite by making the separator have a dense porous structure. Therefore, in an electrochemical element such as a non-aqueous electrolyte battery using the separator of the present invention (non-aqueous electrolyte battery of the present invention), the reliability against an internal short circuit or a short circuit caused by a dendrite is improved.

更に、無機粒子とセルロース繊維とで多孔質層を構成することで、セパレータの耐熱性を高め、電池内が高温となった際のセパレータ全体の収縮を抑制することができ、正極と負極との接触による短絡を抑制することが可能となる。よって、本発明のセパレータを使用した非水電解質電池(本発明の非水電解質電池)などの電気化学素子においては、高温下での安全性も良好となる。   Furthermore, by forming a porous layer with inorganic particles and cellulose fibers, the heat resistance of the separator can be increased, and the shrinkage of the entire separator when the temperature inside the battery becomes high can be suppressed. It is possible to suppress a short circuit due to contact. Therefore, in an electrochemical element such as a non-aqueous electrolyte battery using the separator of the present invention (non-aqueous electrolyte battery of the present invention), safety at high temperatures is improved.

ところが、無機粒子とセルロース繊維とバインダ樹脂とで多孔質層を形成する場合、これらの組成バランス次第では、セパレータのイオン透過性が低下して、十分な特性の電気化学素子を構成できないことが、本発明者らの検討により明らかとなった。そこで、本発明のセパレータでは、これらの構成材料の含有割合を最適化することで、セパレータのイオン透過性を高め、良好な特性の電気化学素子を構成可能としている。   However, when forming a porous layer with inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin, depending on their composition balance, the ion permeability of the separator is reduced, and it is not possible to constitute an electrochemical device with sufficient characteristics. It became clear by examination of the present inventors. Therefore, in the separator of the present invention, by optimizing the content ratios of these constituent materials, the ion permeability of the separator can be increased, and an electrochemical device having good characteristics can be configured.

前記多孔質層に係るセルロース繊維には、セルロースで構成された繊維の他に、セルロースの誘導体で構成された繊維も含まれる。セルロース繊維を構成するセルロース類の具体例としては、天然のセルロース、レーヨンなどの合成セルロースなどのセルロース;ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース誘導体;が挙げられる。   The cellulose fibers related to the porous layer include fibers composed of cellulose derivatives in addition to fibers composed of cellulose. Specific examples of cellulose constituting the cellulose fiber include cellulose such as natural cellulose and synthetic cellulose such as rayon; and cellulose derivatives such as hydroxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, and hydroxypropylcellulose.

セルロース繊維の平均繊維径は、セルロース繊維の表面積を大きくして、正極活物質から溶出する金属イオンをトラップする機能をより高める観点から、0.05μm以下であることが好ましく、0.03μm以下であることがより好ましい。ただし、セルロース繊維が細すぎると、セパレータの製造や、セルロース繊維自体の製造・取扱いが困難となる虞がある。よって、セルロース繊維の平均繊維径は、0.005μm以上であることが好ましく、0.01μm以上であることがより好ましい。   The average fiber diameter of the cellulose fibers is preferably 0.05 μm or less from the viewpoint of increasing the surface area of the cellulose fibers and further enhancing the function of trapping metal ions eluted from the positive electrode active material, and is 0.03 μm or less. More preferably. However, if the cellulose fiber is too thin, it may be difficult to manufacture the separator and to manufacture and handle the cellulose fiber itself. Therefore, the average fiber diameter of the cellulose fibers is preferably 0.005 μm or more, and more preferably 0.01 μm or more.

また、セルロース繊維の平均繊維長は、0.1〜5.0μmであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the average fiber length of a cellulose fiber is 0.1-5.0 micrometers.

本明細書でいうセルロース繊維の平均繊維径および平均繊維長は、繊維の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を撮影し、撮影した写真上において任意の位置に線を引き、線と交差する全ての繊維径および繊維長(それぞれn=20以上)をカウントして、それらの平均値(数平均)を算出することにより求められる値である。   The average fiber diameter and the average fiber length of the cellulose fiber referred to in this specification are obtained by taking a scanning electron microscope (SEM) photograph of the fiber, drawing a line at an arbitrary position on the photograph, and crossing the line. It is a value obtained by counting the fiber diameter and the fiber length (each n = 20 or more) and calculating the average value (number average) thereof.

前記多孔質層に係る無機粒子の構成材料の具体例としては、電気化学的に安定で、かつ電気絶縁性であればいずれでもよいが、例えば、酸化鉄(Fe;FeO、Feなど)、SiO(シリカ)、Al(アルミナ)、TiO、BaTiO、ZrOなどの無機酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶;モンモリロナイトなどの粘土;などが挙げられる。ここで、上記無機酸化物は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などであってもよい。また、金属、SnO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の無機酸化物など)で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。前記の無機粒子の中でも、アルミナ、シリカ、カオリン、硫酸バリウム、ベーマイトのいずれかで構成された粒子が好ましい。 Examples Specific examples of the constituent material of the inorganic particles according to the porous layer is electrochemically stable, and may be any as long as electrical insulation, for example, iron oxide (Fe x O y; FeO, Fe 2 O 3 etc.), SiO 2 (silica), Al 2 O 3 (alumina), TiO 2 , BaTiO 2 , ZrO 2 and other inorganic oxides; aluminum nitride, silicon nitride and other inorganic nitrides; calcium fluoride, fluoride Examples include slightly soluble ionic crystals such as barium, barium sulfate, and calcium carbonate; covalent bonds such as silicon and diamond; and clays such as montmorillonite. Here, the inorganic oxide may be a mineral resource-derived substance such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, mica, or an artificial product thereof. In addition, the surface of a conductive material exemplified by metal, SnO 2 , conductive oxide such as tin-indium oxide (ITO), carbonaceous material such as carbon black, graphite, etc., is a material having electrical insulation ( For example, the particle | grains which gave the electrical insulation property by coat | covering with the said inorganic oxide etc. may be sufficient. Among the inorganic particles, particles composed of any of alumina, silica, kaolin, barium sulfate, and boehmite are preferable.

無機粒子には、前記の構成材料で構成された粒子のうちの1種のみを用いてもよく、2種以上の粒子を使用してもよい。   As the inorganic particles, only one kind of particles composed of the above-described constituent materials may be used, or two or more kinds of particles may be used.

無機粒子の形状としては、例えば、球状に近い形状であってもよく、板状であってもよいが、短絡の防止機能をより高める観点からは、板状の粒子であることが好ましい。板状粒子の代表的なものとしては、板状のアルミナや板状のベーマイトなどが挙げられる。また、無機粒子には、1次粒子を用いてもよく、1次粒子が凝集した2次粒子を用いてもよい。   The shape of the inorganic particles may be, for example, a shape close to a sphere or may be a plate shape, but from the viewpoint of further improving the short-circuit preventing function, a plate-like particle is preferable. Typical examples of the plate-like particles include plate-like alumina and plate-like boehmite. In addition, primary particles may be used as the inorganic particles, or secondary particles in which the primary particles are aggregated may be used.

無機粒子の粒径は、平均粒子径で、例えば、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、15μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。   The particle diameter of the inorganic particles is an average particle diameter, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and preferably 15 μm or less, and 5 μm or less. Is more preferable.

本明細書でいう無機粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、これらを溶解しない媒体に分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる(後記の実施例に記載の平均粒子径は、この方法で測定した値である)。   The average particle diameter of the inorganic particles referred to in the present specification is, for example, a number average particle diameter measured by dispersing them in a medium that does not dissolve them using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA). (The average particle diameter described in the examples below is a value measured by this method).

前記多孔質層に係るバインダ樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA,酢酸ビニル由来の構造単位が20〜35モル%のもの)、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、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)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられるが、特に、150℃以上の耐熱温度を有する耐熱性のバインダが好ましく用いられる。バインダ樹脂は、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Examples of the binder resin related to the porous layer include ethylene-acrylic acid such as ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA, having a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%), ethylene-ethyl acrylate copolymer, and the like. Copolymer, fluorinated rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), cross-linked acrylic resin, polyurethane An epoxy resin can be used, and a heat-resistant binder having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher is particularly preferably used. As the binder resin, those exemplified above may be used singly or in combination of two or more.

前記例示のバインダ樹脂の中でも、EVA、エチレン−アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高いものが好ましい。このような柔軟性の高いバインダ樹脂の具体例としては、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックスシリーズ(EVA)」、日本ユニカー社のEVA、三井デュポンポリケミカル社の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体)」、日本ユニカー社のEEA、ダイキン工業社の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム)」、JSR社の「TRD−2001(SBR)」、日本ゼオン社の「EM−400B(SBR)」などがある。   Among the binder resins exemplified above, those having high flexibility such as EVA, ethylene-acrylic acid copolymer, fluorine rubber, and SBR are preferable. Specific examples of such highly flexible binder resins include “Evaflex Series (EVA)” by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., EVA by Nihon Unicar Co., Ltd. -Acrylic acid copolymer) ", Nippon Unicar's EEA, Daikin Industries'" Daiel Latex Series (Fluororubber) ", JSR's" TRD-2001 (SBR) ", Nippon Zeon's" EM-400B " (SBR) ".

前記多孔質層において、無機粒子とセルロース繊維との合計を100体積%としたときの無機粒子の割合は、セパレータのイオン透過性を良好にして、セパレータが使用される非水電解質電池などの電気化学素子の特性を高める観点から、70体積%以上であり、80体積%以上である場合には、透気度を低い値に調整しやすくなる。すなわち、無機粒子とセルロース繊維との合計を100体積%としたときのセルロース繊維の割合は、30体積%以下であり、透気度を調整する観点からは、20体積%以下であることが好ましい。   In the porous layer, the ratio of the inorganic particles when the total of the inorganic particles and the cellulose fibers is 100% by volume improves the ion permeability of the separator so that the separator can be used in an electrical device such as a non-aqueous electrolyte battery. From the viewpoint of enhancing the characteristics of the chemical element, it is 70% by volume or more. That is, the ratio of the cellulose fiber when the total of the inorganic particles and the cellulose fiber is 100% by volume is 30% by volume or less, and from the viewpoint of adjusting the air permeability, it is preferably 20% by volume or less. .

また、セルロース繊維の使用による前記の作用(セパレータへの強度付与)を良好に確保する観点からは、無機粒子とセルロース繊維との合計を100体積%としたときの無機粒子の割合は、95体積%以下であり、90体積%以下であることが好ましい。すなわち、無機粒子とセルロース繊維との合計を100体積%としたときのセルロース繊維の割合は、5体積%以上であり、10体積%以上であることが好ましい。   Further, from the viewpoint of favorably securing the above-described action (giving strength to the separator) by using cellulose fibers, the ratio of the inorganic particles when the total of the inorganic particles and the cellulose fibers is 100% by volume is 95 volumes. % Or less, and preferably 90% by volume or less. That is, the ratio of the cellulose fiber when the total of the inorganic particles and the cellulose fiber is 100% by volume is 5% by volume or more, and preferably 10% by volume or more.

また、セルロース繊維の使用による、正極活物質から溶出する金属イオンをトラップする作用を良好に確保する観点からも、同様に、無機粒子とセルロース繊維との合計を100体積%としたときのセルロース繊維の割合を、5体積%以上とすればよい。   In addition, from the viewpoint of favorably securing the action of trapping metal ions eluted from the positive electrode active material due to the use of cellulose fibers, similarly, the cellulose fibers when the total of the inorganic particles and the cellulose fibers is 100% by volume. The ratio may be 5% by volume or more.

更に、前記多孔質層において、バインダ樹脂の含有割合は、セパレータのイオン透過性を良好にして、セパレータが使用される非水電解質電池などの電気化学素子の特性を高める観点から、4質量%以下であり、3質量%以下であることが好ましい。また、前記多孔質層において、無機粒子やセルロース繊維を良好に結着させる観点から、前記多孔質層におけるバインダ樹脂の含有割合は、0.1質量%以上であり、0.5質量%以上であることが好ましい。   Furthermore, in the porous layer, the content ratio of the binder resin is 4% by mass or less from the viewpoint of improving the characteristics of an electrochemical element such as a non-aqueous electrolyte battery in which the separator has good ion permeability and the separator is used. It is preferable that it is 3 mass% or less. In the porous layer, from the viewpoint of satisfactorily binding inorganic particles and cellulose fibers, the binder resin content in the porous layer is 0.1% by mass or more, and 0.5% by mass or more. Preferably there is.

前記多孔質層には、本発明の効果を損なわない範囲で、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂以外の成分(樹脂粒子やセルロース繊維以外の樹脂繊維など)を含有させてもよい。   The porous layer may contain components other than inorganic particles, cellulose fibers, and binder resins (resin particles, resin fibers other than cellulose fibers, etc.) as long as the effects of the present invention are not impaired.

また、セパレータは、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂を含む多孔質層のみからなる単層構造とすることができるが、必要に応じて、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂を含む多孔質層と、他の層とを有する多層構造(2層構造、3層構造など)とすることもできる。   Further, the separator can have a single layer structure composed only of a porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers and a binder resin, and if necessary, a porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers and a binder resin; A multi-layer structure (two-layer structure, three-layer structure, etc.) having other layers can also be used.

セパレータを多層構造とする場合、例えば、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂を含む多孔質層と別に、ポリオレフィン〔ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体など〕で構成された微多孔膜や不織布、またはポリオレフィン粒子の塗布膜などの多孔質膜からなる層を有するものとすることで、電池内が異常に高温となった際に、空孔を塞いで電気化学反応の進行を止めるシャットダウン機能を確保することができる。   When the separator has a multilayer structure, for example, it is made of polyolefin (polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene-propylene copolymer, etc.) separately from the porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin. By having a layer made of a porous film such as a microporous film, non-woven fabric, or polyolefin particle coating film, when the inside of the battery becomes abnormally hot, the pores are closed and the electrochemical reaction proceeds A shutdown function can be ensured.

なお、セパレータが多層構造の場合には、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂を含む多孔質層において、無機粒子とセルロース繊維との合計中の無機粒子の割合(セルロース繊維の割合)や、バインダ樹脂の含有割合が、前記の値を満たせばよい。   When the separator has a multilayer structure, in the porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers and binder resin, the ratio of inorganic particles in the total of inorganic particles and cellulose fibers (ratio of cellulose fibers), binder resin It is only necessary for the content ratio of to satisfy the above value.

セパレータ(前記の多層構造の場合を含む。特に断らない限り、以下同じ。)の厚みは、5〜30μmであることが好ましい。   The thickness of the separator (including the case of the multilayer structure described above, unless otherwise specified) is preferably 5 to 30 μm.

なお、セパレータが多層構造の場合、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂を含む多孔質層の厚みは、1μm以上であることが好ましく、他の層の厚みは、セパレータ全体の厚みが前記好適値を満たす範囲内で設定することが望ましい。   In the case where the separator has a multilayer structure, the thickness of the porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers and binder resin is preferably 1 μm or more. It is desirable to set within the range to satisfy.

セパレータは、JIS P 8117に規定のガーレー値で表される透気度が、1000sec/100ml以下であることが好ましく、500sec/100ml以下であることがより好ましい。このような透気度のセパレータであれば、イオン透過性が良好であるため、非水電解質電池などの電気化学素子の特性を良好にすることができる。ただし、セパレータの透気度は、小さすぎるとリチウムデンドライトによる微短絡の抑制効果が小さくなる虞があることから、50sec/100ml以上であることが好ましく、80sec/100ml以上であることがより好ましい。   The separator preferably has an air permeability represented by a Gurley value specified in JIS P 8117 of 1000 sec / 100 ml or less, and more preferably 500 sec / 100 ml or less. If the separator has such an air permeability, since the ion permeability is good, the characteristics of an electrochemical element such as a non-aqueous electrolyte battery can be improved. However, if the air permeability of the separator is too small, the effect of suppressing fine short-circuiting by lithium dendrite may be reduced. Therefore, it is preferably 50 sec / 100 ml or more, and more preferably 80 sec / 100 ml or more.

単層構造のセパレータの場合、これまで説明してきたセパレータの構成(無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂を含む多孔質層の構成)を採用することで、セパレータの透気度を前記好適値に調整することができる。他方、多層構造のセパレータの場合は、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂を含む多孔質層以外の層を、セパレータ全体の透気度が前記好適値を満たすような構成・構造とすることが好ましい。   In the case of a single-layer structure separator, the air permeability of the separator is adjusted to the above-mentioned preferred value by adopting the separator structure described so far (the structure of the porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin). can do. On the other hand, in the case of a separator having a multilayer structure, it is preferable that the layers other than the porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin have a configuration / structure such that the air permeability of the entire separator satisfies the above-described preferable value. .

また、これまで説明してきた構成のセパレータであれば、150℃の環境下に30分間放置したときの熱収縮率を、10%以下にすることができる。   Further, in the case of the separator having the configuration described so far, the heat shrinkage rate when left in an environment of 150 ° C. for 30 minutes can be reduced to 10% or less.

また、セパレータの空孔率としては、電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、15%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、セパレータの厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。   Further, the porosity of the separator is preferably 15% or more, and preferably 20% or more in a dried state in order to secure the amount of electrolyte solution retained and to improve ion permeability. Is more preferable. On the other hand, from the viewpoint of ensuring the strength of the separator and preventing internal short circuit, the porosity of the separator is preferably 70% or less, more preferably 60% or less, in a dry state. The porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum of each component i from the thickness of the separator, the mass per area, and the density of the constituent components using the following equation (1).

P ={1−(m/t)/(Σa・ρ)}×100 (1) P = {1- (m / t) / (Σa i · ρ i )} × 100 (1)

ここで、前記式(1)中、a:全体の質量を1としたときの成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)、である。 Here, in the formula (1), a i : ratio of component i when the total mass is 1, ρ i : density of component i (g / cm 3 ), m: mass per unit area of the separator (G / cm 2 ), t: thickness of separator (cm).

更に、JIS K 3832に規定されるバブルポイント法により測定されるセパレータの最大孔径は、イオン透過性をより良好にする観点から0.01μm以上であることが好ましく、また、リチウムデンドライトによる内部短絡の発生をより良好に抑制する観点から1μm以下であることが好ましい。   Furthermore, the maximum pore diameter of the separator measured by the bubble point method specified in JIS K 3832 is preferably 0.01 μm or more from the viewpoint of improving ion permeability, and internal short-circuiting due to lithium dendrite. It is preferable that it is 1 micrometer or less from a viewpoint of suppressing generation | occurrence | production more favorably.

セパレータは、例えば、無機粒子、セルロース繊維およびバインダ樹脂などを、水などの媒体に分散させて調製したセパレータ形成用組成物(ただし、バインダ樹脂は媒体に溶解していてもよい)を、ポリエチレンテレフタレート(PET)板などの基材上に塗布し、乾燥した後剥離することで、製造することができる。また、多層構造のセパレータの場合、例えば、ポリオレフィン製の多孔質膜上に前記のセパレータ層形成用組成物を塗布し、乾燥することで製造してもよい。   For the separator, for example, a composition for forming a separator prepared by dispersing inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin in a medium such as water (however, the binder resin may be dissolved in the medium) and polyethylene terephthalate It can be manufactured by coating on a substrate such as a (PET) plate, drying and then peeling. Moreover, in the case of the separator of a multilayer structure, you may manufacture by apply | coating the said composition for separator layer formation on the porous membrane made from polyolefin, and drying, for example.

本発明のセパレータは、非水電解質電池(非水電解質一次電池および非水電解質二次電池)やスーパーキャパシタなどの、非水電解質を用いる電気化学素子のセパレータとして使用される。   The separator of the present invention is used as a separator for an electrochemical element using a non-aqueous electrolyte, such as a non-aqueous electrolyte battery (a non-aqueous electrolyte primary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery) or a super capacitor.

そして、本発明の非水電解質電池は、正極、負極、非水電解質および本発明のセパレータを備えたものである。   And the non-aqueous electrolyte battery of this invention is equipped with the positive electrode, the negative electrode, the non-aqueous electrolyte, and the separator of this invention.

非水電解質に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダを含有する正極合剤層を、集電体の片面または両面に形成したものを使用することができる。   As the positive electrode related to the nonaqueous electrolyte, for example, a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder formed on one side or both sides of a current collector can be used.

正極活物質は、特に限定されるものではないが、少なくともMnを含有するリチウム含有複合酸化物を使用することが好ましい。セパレータが含有するセルロース繊維は、特にMnイオンをトラップする機能に優れるため、Mnを含有するリチウム複合酸化物を正極活物質として用いた場合に、高温貯蔵時の特性低下の抑制効果が、より良好に奏されるようになる。また、Mnを含有するリチウム含有複合酸化物は、非水電解質電池の正極活物質に汎用されているLiCoOよりも、例えば高い電位での安定性に優れているため、これを正極活物質に使用することで、充電時の終止電位をより高めることで、電池の高容量化を図ることもできる。 The positive electrode active material is not particularly limited, but it is preferable to use a lithium-containing composite oxide containing at least Mn. Cellulose fibers contained in the separator are particularly excellent in the function of trapping Mn ions. Therefore, when lithium composite oxide containing Mn is used as the positive electrode active material, the effect of suppressing deterioration in properties during high-temperature storage is better. To be played. Further, since lithium-containing composite oxide containing Mn is superior in stability at a high potential, for example, to LiCoO 2 that is widely used as a positive electrode active material for nonaqueous electrolyte batteries, this is used as a positive electrode active material. By using the battery, it is possible to increase the capacity of the battery by further increasing the end potential during charging.

少なくともMnを含むリチウム含有複合酸化物の具体例としては、例えば、下記一般式(2)で表されるスピネル型リチウムマンガン複合酸化物や、下記一般式(3)で表される層状化合物などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Specific examples of the lithium-containing composite oxide containing at least Mn include, for example, a spinel type lithium manganese composite oxide represented by the following general formula (2) and a layered compound represented by the following general formula (3). These may be used alone or in combination of two or more.

LiM Mn2−x (2) LiM 1 x Mn 2-x O 4 (2)

前記一般式(2)中、Mは、Li、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Sn、Sb、In、Nb、Mo、W、Y、RuおよびRhよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.01≦x≦0.5である。 In the general formula (2), M 1 is Li, B, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Al, Sn, Sb, In, Nb, Mo, At least one element selected from the group consisting of W, Y, Ru, and Rh, and 0.01 ≦ x ≦ 0.5.

LiMn(1−b−c)Ni 2−d (3) Li a Mn (1-b-c) Ni b M 2 c O 2-d Fe (3)

前記一般式(3)中、Mは、Co、Mg、Al、B、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Zr、Mo、Sn、Ca、SrおよびWよりなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、0.8≦a≦1.2、0<b<0.5、0≦c≦0.5、d+e<1、−0.1≦d≦0.2、0≦e≦0.1である。 In the general formula (3), M 2 is selected from the group consisting of Co, Mg, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Zr, Mo, Sn, Ca, Sr and W. At least one element, 0.8 ≦ a ≦ 1.2, 0 <b <0.5, 0 ≦ c ≦ 0.5, d + e <1, −0.1 ≦ d ≦ 0.2, 0 <= E <= 0.1.

また、正極活物質には、LiCo1−f (Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、0≦f≦0.5)で表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNi1−g (Mは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素を表し、0≦g≦0.5)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiM 1−hPO(Mは、Fe、MnおよびCoから選ばれる少なくとも1種の元素で、Nは、Al、Mg、Ti、Zr、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Nb、Mo、Sn、SbおよびBaから選ばれる少なくとも1種の元素であり、0≦h≦0.5)で表されるオリビン型複合酸化物などを1種単独で、または2種以上を共に用いることもでき、また、前記スピネル型リチウムマンガン複合酸化物や前記層状化合物と併用することもできる。 Further, the positive electrode active material includes LiCo 1-f M 3 f O 2 (M 3 is Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Lithium cobalt composite oxide represented by at least one element selected from Ba and represented by 0 ≦ f ≦ 0.5), LiNi 1-g M 4 g O 2 (M 4 is Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb, and at least one element selected from Ba, and lithium nickel composite oxidation represented by 0 ≦ g ≦ 0.5) LiM 5 1-h N h PO 4 (M 5 is at least one element selected from Fe, Mn and Co, where N is Al, Mg, Ti, Zr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Nb, Mo, Sn, Sb and Ba Olivine-type complex oxide represented by 0 ≦ h ≦ 0.5) may be used singly or in combination of two or more, and the spinel It can also be used in combination with the type lithium manganese composite oxide or the layered compound.

ただし、少なくともMnを含むリチウム含有複合酸化物を用いる場合には、正極においては、前記複合酸化物の使用による効果をより良好に確保する観点からは、正極活物質全量中における、少なくともMnを含むリチウム含有複合酸化物(好ましくは前記スピネル型リチウムマンガン複合酸化物および/または前記層状化合物)の割合を、20質量%以上とすることが好ましく、30質量%以上とすることがより好ましく、100質量%としてもよい。   However, in the case where a lithium-containing composite oxide containing at least Mn is used, in the positive electrode, from the viewpoint of better ensuring the effect of the use of the composite oxide, at least Mn is included in the total amount of the positive electrode active material. The proportion of the lithium-containing composite oxide (preferably the spinel type lithium manganese composite oxide and / or the layered compound) is preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, and 100% by mass. % May be used.

正極のバインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などフッ素樹脂などが使用される。また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素材料などが使用される。   As the positive electrode binder, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used. Moreover, as a conductive support agent of a positive electrode, carbon materials, such as carbon black, etc. are used, for example.

正極合剤層は、例えば、前記の正極活物質、導電助剤およびバインダをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶媒に溶解または分散させて正極合剤含有組成物を調製し、これを正極集電体の片面または両面に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施すことにより形成することができる。なお、正極に係る正極合剤層は、前記の方法以外の方法により形成してもよい。   The positive electrode mixture layer is prepared by, for example, preparing a positive electrode mixture-containing composition by dissolving or dispersing the positive electrode active material, the conductive additive and the binder in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). Can be applied to one or both sides of the positive electrode current collector, dried, and subjected to a press treatment as necessary. In addition, you may form the positive mix layer concerning a positive electrode by methods other than the said method.

また、正極の集電体としては、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。   Further, as the positive electrode current collector, a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but usually an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferably used.

正極側のリード部は、通常、正極作製時に、集電体の一部に正極合剤層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体にアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。   The lead portion on the positive electrode side is normally provided by leaving the exposed portion of the current collector without forming the positive electrode mixture layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of producing the positive electrode. However, the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.

正極における正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が80〜99質量%であることが好ましく、バインダの量が0.5〜10質量%であることが好ましく、導電助剤の量が0.5〜10質量%であることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、20〜100μmであることが好ましい。   As the composition of the positive electrode mixture layer in the positive electrode, for example, the amount of the positive electrode active material is preferably 80 to 99% by mass, the amount of the binder is preferably 0.5 to 10% by mass, and the conductive auxiliary agent. Is preferably 0.5 to 10% by mass. Moreover, it is preferable that the thickness of a positive mix layer is 20-100 micrometers per single side | surface of a collector.

非水電解質電池に係る負極は、従来から知られているリチウム二次電池などの非水電解質電池に用いられている負極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素を含む単体、化合物およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金、更にはLiTi12で表されるようなTi酸化物も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどのバインダなどを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として、その片面または両面に成形体(負極合剤層)に仕上げたもの、または前記の各種合金やリチウム金属の箔を単独、もしくは集電体上に負極剤層として積層したものなどが用いられる。 If the negative electrode which concerns on a nonaqueous electrolyte battery is a negative electrode used for nonaqueous electrolyte batteries, such as a conventionally known lithium secondary battery, ie, the negative electrode containing the active material which can occlude-release Li ion There is no particular limitation. For example, carbon that can occlude and release lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers as active materials One type or a mixture of two or more types of system materials is used. In addition, simple compounds containing elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, and In, compounds and alloys thereof, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metal Alternatively, a lithium / aluminum alloy, or a Ti oxide represented by Li 4 Ti 5 O 12 can also be used as the negative electrode active material. A negative electrode mixture in which a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF is appropriately added to these negative electrode active materials, and a molded body (negative electrode) on one or both sides of the current collector as a core material A mixture layer) or the above-described various alloys or lithium metal foils alone or laminated as a negative electrode layer on a current collector is used.

なお、負極合剤層を有する負極の場合には、例えば、前記の負極活物質やバインダなどをNMPや水などの溶媒に溶解または分散させて負極合剤含有組成物を調製し、これを負極集電体の片面または両面に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理を施すことにより形成することができる。ただし、負極に係る負極合剤層は、前記の方法以外の方法により形成してもよい。   In the case of a negative electrode having a negative electrode mixture layer, for example, a negative electrode mixture-containing composition is prepared by dissolving or dispersing the negative electrode active material or binder in a solvent such as NMP or water. It can be formed by coating on one or both sides of the current collector and drying, and if necessary, press treatment. However, you may form the negative mix layer concerning a negative electrode by methods other than the said method.

集電体の片面または両面に負極合剤層を形成する場合には、負極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、20〜200μmとすることが好ましい。   When the negative electrode mixture layer is formed on one side or both sides of the current collector, the thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 20 to 200 μm per one side of the current collector.

負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、下限は5μmであることが望ましい。また、負極側のリード部は、正極側のリード部と同様にして形成すればよい。   When a current collector is used for the negative electrode, a copper or nickel foil, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used as the current collector, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm. Further, the lead portion on the negative electrode side may be formed in the same manner as the lead portion on the positive electrode side.

負極に係る負極合剤層においては、負極活物質の含有量を88〜99質量%とし、バインダの含有量を1〜12質量%とすることが好ましく、また、導電助剤を使用する場合には、その含有量を0.5〜6質量%とすることが好ましい。   In the negative electrode mixture layer related to the negative electrode, the content of the negative electrode active material is preferably 88 to 99% by mass, and the content of the binder is preferably 1 to 12% by mass. When a conductive additive is used, The content is preferably 0.5 to 6% by mass.

非水電解質電池において、前記の正極と前記の負極とは、本発明のセパレータを介して積層した積層体(積層電極体)や、更にこの積層体を巻回した巻回体(巻回電極体)の形態で用いることができる。   In the nonaqueous electrolyte battery, the positive electrode and the negative electrode include a laminated body (laminated electrode body) laminated via the separator of the present invention, and a wound body (wound electrode body) wound with the laminated body. ).

非水電解質電池に係る非水電解質には、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液(非水電解液)が使用される。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbFなどの無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(ROSO[ここでRはフルオロアルキル基]などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 For the non-aqueous electrolyte related to the non-aqueous electrolyte battery, for example, a solution (non-aqueous electrolyte) in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and hardly causes side reactions such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (R f OSO 2) 2 [ where R f is a fluoroalkyl group] organolithium salts such as; etc. Can be used.

非水電解質に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンといった環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、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環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルといったニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用しても構わない。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。   The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as ethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile; Sulfites such as ethylene glycol sulfite; and the like, and these may be used alone. , It may be used in combination of two or more thereof. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.

また、これらの非水電解質に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。   In addition, for the purpose of improving the safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these nonaqueous electrolytes, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, Additives such as t-butylbenzene can be added as appropriate.

このリチウム塩の非水電解質中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

また、前記の非水電解質(非水電解液)に、ポリマーなどの公知のゲル化剤を加えてゲル状(ゲル状電解質)として用いてもよい。   Further, a known gelling agent such as a polymer may be added to the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte solution) to form a gel (gel electrolyte).

非水電解質電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Examples of the form of the nonaqueous electrolyte battery include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can, an aluminum can, or the like as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明の非水電解質電池は、高温貯蔵時の特性低下を抑制できることから、高温下で使用される可能性がある用途を初めとして、従来の非水電解質電池が適用されている用途と同じ用途に用いることができる。   Since the non-aqueous electrolyte battery of the present invention can suppress deterioration in characteristics during high-temperature storage, the same use as that to which a conventional non-aqueous electrolyte battery is applied, including applications that may be used at high temperatures. Can be used.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

(実施例1)
<負極の作製>
負極活物質である黒鉛:95質量部と、バインダであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、負極合剤層の形成部分が幅110mm、長さ205mmとなり、更に負極集電体の露出部を有する形状に切断した。更に、この負極の銅箔の前記露出部にタブを溶接してリード部を形成し、負極を作製した。
Example 1
<Production of negative electrode>
A negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 95 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 5 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent. This negative electrode mixture-containing paste is intermittently applied to both sides of a 10 μm-thick current collector made of copper foil, dried, and then calendered to reduce the total thickness of the negative electrode mixture layer to 142 μm. The negative electrode mixture layer was formed into a portion having a width of 110 mm and a length of 205 mm, and further cut into a shape having an exposed portion of the negative electrode current collector. Further, a tab was welded to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode to form a lead portion, and a negative electrode was produced.

<正極の作製>
正極活物質であるLiMn1.5Ni0.5:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、正極合剤層の形成部分が幅105mm、長さ200mmとなり、更に正極集電体の露出部を有する形状に切断した。更に、この正極のアルミニウム箔の前記露出部にタブを溶接してリード部を形成し、正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
The positive active material LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 : 85 parts by mass, the conductive auxiliary agent acetylene black: 10 parts by mass, and the binder PVDF: 5 parts by mass using NMP as a solvent. Thus, a positive electrode mixture-containing paste was prepared. This paste is intermittently applied to both surfaces of a 15 μm thick aluminum foil to be a current collector, dried, and then subjected to a calendar treatment to adjust the thickness of the positive electrode mixture layer so that the total thickness becomes 150 μm, A portion where the positive electrode mixture layer was formed had a width of 105 mm and a length of 200 mm, and was further cut into a shape having an exposed portion of the positive electrode current collector. Furthermore, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion, and a positive electrode was produced.

<セパレータの作製>
無機粒子である板状ベーマイト(平均粒子径1μm、アスペクト比10):1000gを水:1000gに分散させ、更に、平均繊維径が0.02μmで平均繊維長が2μmのセルロース繊維を2質量%の割合で含む水分散液:1300gと、バインダ樹脂であるSBRのラテックス(固形分比率45質量%):23.5gとを加えて均一に分散させて、セパレータ形成用組成物を調製した。
<Preparation of separator>
Plate-like boehmite (average particle diameter 1 μm, aspect ratio 10) as inorganic particles: 1000 g is dispersed in 1000 g of water, and further 2% by mass of cellulose fibers having an average fiber diameter of 0.02 μm and an average fiber length of 2 μm. A composition for forming a separator was prepared by adding an aqueous dispersion containing 1300 g and a latex of SBR as a binder resin (solid content ratio 45 mass%): 23.5 g and uniformly dispersing the mixture.

前記セパレータ層形成用組成物を、PET基材(厚み:20μm)上に、ブレードコーターを用いて乾燥後の厚みが20μmとなるように塗布し、乾燥後に基材から剥離してセパレータを得た。   The separator layer forming composition was applied onto a PET substrate (thickness: 20 μm) using a blade coater so that the thickness after drying was 20 μm, and after drying, was peeled from the substrate to obtain a separator. .

なお、セルロースの比重を1.0g/cm、バインダの比重を0.95g/cm、ベーマイトの比重を3g/cmとして算出したセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は90%であり、SBRの体積含有率は3%であった。また、得られたセパレータの透気度は、150sec/100mlであった。 The volume content of the plate-like boehmite in the separator calculated by setting the specific gravity of cellulose to 1.0 g / cm 3 , the specific gravity of the binder to 0.95 g / cm 3 , and the specific gravity of boehmite to 3 g / cm 3 is 90%. The volume content of SBR was 3%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 150 sec / 100 ml.

<電池の組み立て>
前記の負極11枚と正極10枚とを、前記のセパレータを介して積層し、積層電極体とした。なお、積層電極体の両端は、いずれも負極となるように積層した。次に、それぞれの正極のタブをアルミニウム製の正極外部端子に超音波溶接し、更にそれぞれの負極のタブを銅製の負極外部端子に超音波溶接した。
<Battery assembly>
The 11 negative electrodes and 10 positive electrodes were laminated via the separator to obtain a laminated electrode body. In addition, it laminated | stacked so that both ends of a laminated electrode body might become a negative electrode. Next, each positive electrode tab was ultrasonically welded to an aluminum positive electrode external terminal, and each negative electrode tab was ultrasonically welded to a copper negative electrode external terminal.

ポリエステルフィルム/アルミニウムフィルム/変性ポリオレフィンフィルムからなる厚み150μmの三層構造の2枚の金属ラミネートフィルム(矩形で、サイズ130mm×240mm)を外装体とし、前記積層電極体と、非水電解液として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:2で混合した溶媒にLiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液とを、前記外装体内に封入することにより、図1に示す外観で、図2に示す構造の非水電解質電池(リチウム二次電池)を得た。 Two metal laminate films (rectangular, size 130 mm × 240 mm) having a three-layer structure of 150 μm in thickness comprising a polyester film / aluminum film / modified polyolefin film are used as an exterior body, the laminated electrode body, and a non-aqueous electrolyte solution. A solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1.2 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2 is sealed in the exterior body, so that the appearance shown in FIG. A nonaqueous electrolyte battery (lithium secondary battery) having the structure shown in FIG. 2 was obtained.

ここで、図1および図2について説明すると、図2は非水電解質電池を模式的に表す平面図であり、図2は、図1のI−I線断面図である。非水電解質電池1は、2枚の金属ラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体2内に、10枚の正極と11枚の負極とをセパレータを介して積層して構成した積層電極体5と、電解質(図示しない)とを収容しており、ラミネートフィルム外装体2は、その外周部において、上下のラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。なお、図2では、図面が煩雑になることを避けるために、ラミネートフィルム外装体2を構成している各層、並びに積層電極体5を構成している各正極、各負極および各セパレータを区別して示していない。   Here, FIG. 1 and FIG. 2 will be described. FIG. 2 is a plan view schematically showing a nonaqueous electrolyte battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. The nonaqueous electrolyte battery 1 includes a laminated electrode body 5 constituted by laminating 10 positive electrodes and 11 negative electrodes through a separator in a laminated film outer package 2 constituted by two metal laminated films, An electrolyte (not shown) is accommodated, and the laminate film outer package 2 is sealed by thermally fusing the upper and lower laminate films at the outer peripheral portion thereof. In FIG. 2, in order to avoid complication of the drawing, each layer constituting the laminate film outer package 2 and each positive electrode, each negative electrode and each separator constituting the laminated electrode body 5 are distinguished. Not shown.

積層電極体5を構成する各正極は、電池1内でタブによって正極外部端子3と接続しており、また、図示していないが、積層電極体5を構成する各負極も、電池1内でタブによって負極外部端子4と接続している。そして、正極外部端子3および負極外部端子4は、外部の機器などと接続可能なように、片端側がラミネートフィルム外装体2の外側に引き出されている。   Each positive electrode constituting the laminated electrode body 5 is connected to the positive electrode external terminal 3 by a tab in the battery 1, and each negative electrode constituting the laminated electrode body 5 is also not shown in the battery 1. The tab is connected to the negative external terminal 4. The positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 are drawn out to the outside of the laminate film exterior body 2 so that they can be connected to an external device or the like.

(実施例2)
負極活物質をLiTi12に変更した以外は、実施例1と同様にして負極を作製した。
(Example 2)
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material was changed to Li 4 Ti 5 O 12 .

また、セルロース繊維を含む水分散液の量を6400gとし、SBRラテックスの量を30gとした以外は、実施例1と同様にしてセパレータ形成用組成物を調製し、このセパレータ形成用組成物を用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例1と同様にして求めたセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は70%であり、SBRの体積含有率は3%であった。また、得られたセパレータの透気度は、850sec/100mlであった。   Further, a separator-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the aqueous dispersion containing cellulose fibers was 6400 g and the amount of the SBR latex was 30 g, and this separator-forming composition was used. A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that. The volume content of plate boehmite in the separator obtained in the same manner as in Example 1 was 70%, and the volume content of SBR was 3%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 850 sec / 100 ml.

そして、前記の負極と前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。   And the nonaqueous electrolyte battery was produced like Example 1 except having used the said negative electrode and the said separator.

(実施例3)
セルロース繊維を含む水分散液の量を2100gとし、SBRラテックスの量を88gとした以外は、実施例1と同様にしてセパレータ形成用組成物を調製し、このセパレータ形成用組成物を用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例1と同様にして求めたセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は80%であり、SBRの体積含有率は10%であった。また、得られたセパレータの透気度は、770sec/100mlであった。
(Example 3)
A separator forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the aqueous dispersion containing cellulose fibers was 2100 g and the amount of the SBR latex was 88 g, except that this separator forming composition was used. Produced a separator in the same manner as in Example 1. The volume content of the plate boehmite in the separator obtained in the same manner as in Example 1 was 80%, and the volume content of SBR was 10%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 770 sec / 100 ml.

そして、前記のセパレータを用いた以外は、実施例2と同様にして非水電解質電池を作製した。   And the nonaqueous electrolyte battery was produced like Example 2 except having used the said separator.

(実施例4)
セルロース繊維を含む水分散液の量を3950gとし、SBRラテックスの量を9gとした以外は、実施例1と同様にしてセパレータ形成用組成物を調製し、このセパレータ形成用組成物を用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例1と同様にして求めたセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は80%であり、SBRの体積含有率は10%であった。また、得られたセパレータの透気度は、230sec/100mlであった。
(Example 4)
A separator-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the aqueous dispersion containing cellulose fibers was 3950 g and the amount of the SBR latex was 9 g, except that this separator-forming composition was used. Produced a separator in the same manner as in Example 1. The volume content of the plate boehmite in the separator obtained in the same manner as in Example 1 was 80%, and the volume content of SBR was 10%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 230 sec / 100 ml.

そして、前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。   And the nonaqueous electrolyte battery was produced like Example 1 except having used the above-mentioned separator.

(実施例5)
無機粒子であるカオリン(平均粒子径0.8μm、アスペクト比15):1000gを水:1500gに分散させ、更に、実施例1で用いたものと同じセルロース繊維の水分散液:3250gと、バインダ樹脂であるSBRのラテックス(固形分比率45質量%):24.5gとを加えて均一に分散させて、セパレータ形成用組成物を調製した。そして、このセパレータ形成用組成物を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
(Example 5)
Kaolin (average particle diameter 0.8 μm, aspect ratio 15): inorganic particles: 1000 g of water dispersed in 1500 g of water, and further the same aqueous dispersion of cellulose fibers as used in Example 1, 3250 g, and binder resin SBR latex (solid content ratio 45% by mass): 24.5 g was added and dispersed uniformly to prepare a separator-forming composition. And the separator was produced like Example 1 except having used this composition for separator formation.

セルロースの比重を1.0g/cm、バインダの比重を0.95g/cm、カオリンの比重を2.6g/cmとして算出したセパレータ中のカオリンの体積含有率は80%であり、SBRの体積含有率は3%であった。また、得られたセパレータの透気度は、30sec/100mlであった。 The volume content of kaolin in the separator calculated with the specific gravity of cellulose being 1.0 g / cm 3 , the specific gravity of the binder being 0.95 g / cm 3 , and the specific gravity of kaolin being 2.6 g / cm 3 is 80%, and SBR The volume content of was 3%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 30 sec / 100 ml.

そして、前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。   And the nonaqueous electrolyte battery was produced like Example 1 except having used the above-mentioned separator.

(比較例1)
無機粒子である板状ベーマイト(平均粒子径1μm、アスペクト比10):500gを水:500gに分散させ、更に、実施例1で用いたものと同じセルロース繊維の水分散液:5150gと、バインダ樹脂であるSBRのラテックス(固形分比率45質量%):17.5gとを加えて均一に分散させて、セパレータ形成用組成物を調製した。そして、このセパレータ形成用組成物を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例1と同様にして求めたセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は60%であり、SBRの体積含有率は3%であった。また、得られたセパレータの透気度は、2200sec/100mlであった。
(Comparative Example 1)
Plate-like boehmite which is inorganic particles (average particle diameter 1 μm, aspect ratio 10): 500 g is dispersed in 500 g of water, and further, an aqueous dispersion of cellulose fibers same as that used in Example 1 is 5150 g, and a binder resin. SBR latex (solid content ratio 45% by mass): 17.5 g was added and dispersed uniformly to prepare a separator-forming composition. And the separator was produced like Example 1 except having used this composition for separator formation. The volume content of the plate boehmite in the separator obtained in the same manner as in Example 1 was 60%, and the volume content of SBR was 3%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 2200 sec / 100 ml.

そして、前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。   And the nonaqueous electrolyte battery was produced like Example 1 except having used the above-mentioned separator.

(比較例2)
セルロース繊維を含む水分散液の量を700gとし、SBRラテックスの量を23gとした以外は、実施例1と同様にしてセパレータ形成用組成物を調製し、このセパレータ形成用組成物を用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例1と同様にして求めたセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は93%であり、SBRの体積含有率は3%であった。また、得られたセパレータの透気度は、770sec/100mlであった。
(Comparative Example 2)
A separator-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the aqueous dispersion containing cellulose fibers was 700 g and the amount of the SBR latex was 23 g, except that this separator-forming composition was used. Produced a separator in the same manner as in Example 1. The volume content of plate boehmite in the separator obtained in the same manner as in Example 1 was 93%, and the volume content of SBR was 3%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 770 sec / 100 ml.

しかしながら、得られたセパレータは、通気性が非常に低くて透気度を測定することができなかったため、これを用いた非水電解質電池は作製しなかった。   However, since the obtained separator had very low air permeability and the air permeability could not be measured, a non-aqueous electrolyte battery using this was not manufactured.

(比較例3)
セルロース繊維を含む水分散液の量を1450gとし、SBRラテックスの量を115gとした以外は、実施例1と同様にしてセパレータ形成用組成物を調製し、このセパレータ形成用組成物を用いた以外は実施例1と同様にしてセパレータを作製した。実施例1と同様にして求めたセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は80%であり、SBRの体積含有率は13%であった。また、得られたセパレータの透気度は、5000sec/100mlであった。
(Comparative Example 3)
A separator forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the aqueous dispersion containing cellulose fibers was 1450 g and the amount of the SBR latex was 115 g, except that this separator forming composition was used. Produced a separator in the same manner as in Example 1. The volume content of plate boehmite in the separator obtained in the same manner as in Example 1 was 80%, and the volume content of SBR was 13%. Moreover, the air permeability of the obtained separator was 5000 sec / 100 ml.

そして、前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解質電池を作製した。   And the nonaqueous electrolyte battery was produced like Example 1 except having used the above-mentioned separator.

実施例1〜5および比較例1、3の各非水電解質電池について、下記の評価を行った。   The following evaluation was performed about each nonaqueous electrolyte battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 3.

まず、実施例1〜5および比較例1、3の非水電解質電池について、以下の条件で初期化を実施した後、充放電試験を実施した。   First, the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 3 were initialized under the following conditions, and then a charge / discharge test was performed.

電池の初期化は、0.2Cの電流値で、実施例1、比較例1および比較例3の各電池については充電電圧5.0Vまでの条件で、その他の電池については4.2Vまでの条件で、それぞれ定電流充電を行った後、前者の電池については5.0Vで、後者の電池については4.2Vで、それぞれ定電圧充電を総充電時間15時間で実施し、充電状態で7日間室温環境下に放置し、次いで0.2Cの電流値で3.0Vまで放電することによって行った。   Initialization of the battery was performed at a current value of 0.2 C, with each battery of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 3 up to a charging voltage of 5.0 V, and up to 4.2 V for the other batteries. After performing constant current charging under the conditions, the former battery is 5.0 V, the latter battery is 4.2 V, and constant voltage charging is performed in a total charging time of 15 hours. This was carried out by leaving the substrate in a room temperature environment for a day and then discharging to 3.0 V at a current value of 0.2C.

次に、以下の条件で充電を行い、充電容量および放電容量をそれぞれ求め、充電容量に対する放電容量の割合を充電効率として評価した。充電は、0.2Cの電流値で、電池電圧が実施例1、比較例1および比較例3の各電池については5.0Vになるまで、その他の電池については4.2Vになるまで、それぞれ定電流充電を行い、次いで、前者の電池については5.0Vで、後者の電池については4.2Vで、それぞれ定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を行った。充電終了までの総充電時間は15時間とした。充電後の各電池は、0.2Cの放電電流で、電池電圧が3.0Vになるまで放電を行った。実施例1〜5の電池、比較例1、3の電池は、充放電効率がほぼ100%で、電池として正常に動作することが確認できた。   Next, the battery was charged under the following conditions to determine the charge capacity and the discharge capacity, and the ratio of the discharge capacity to the charge capacity was evaluated as the charge efficiency. Charging is performed at a current value of 0.2 C until the battery voltage reaches 5.0 V for each battery of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 3, and 4.2 V for the other batteries. Then, constant current charging was performed, and then constant current-constant voltage charging was performed at 5.0 V for the former battery and 4.2 V for the latter battery. The total charging time until the end of charging was 15 hours. Each battery after charging was discharged at a discharge current of 0.2 C until the battery voltage reached 3.0V. The batteries of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 and 3 had a charge / discharge efficiency of almost 100%, and were confirmed to operate normally as batteries.

次に、実施例1〜5の電池、比較例1、3の電池について、以下の条件で充放電を繰り返して充放電サイクル特性を評価した。   Next, charge / discharge cycle characteristics were evaluated for the batteries of Examples 1 to 5 and the batteries of Comparative Examples 1 and 3 by repeating charge and discharge under the following conditions.

充電は、1Cの電流値で、電池電圧が実施例1、比較例1および比較例3の各電池については5.0Vになるまで、その他の電池については4.2Vになるまで、それぞれ定電流充電を行い、次いで、前者の電池については5.0Vで、後者の電池については4.2Vで、定電圧充電を行う定電流−定電圧充電を行った。充電終了までの総充電時間は3時間とした。充電後の各電池は、1Cの放電電流で、電池電圧が3.0Vになるまで放電を行った。各電池について、この試験を100回繰り返し、1回目の放電容量に対する100回目の放電容量の比を求め充放電サイクル後の容量維持率とした。   Charging is performed at a constant current until the battery voltage reaches 5.0 V for each battery of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 3, and 4.2 V for the other batteries. Then, charging was performed, and then constant current-constant voltage charging was performed at 5.0 V for the former battery and 4.2 V for the latter battery at constant voltage charging. The total charging time until the end of charging was 3 hours. Each battery after charging was discharged at a discharge current of 1 C until the battery voltage reached 3.0V. For each battery, this test was repeated 100 times, and the ratio of the discharge capacity at the 100th time to the discharge capacity at the first time was determined and used as the capacity retention rate after the charge / discharge cycle.

また、実施例1〜5および比較例1、3の電池に使用したものと同じセパレータについて、熱収縮率測定を行った。各セパレータを10cm×5cmのサイズに切り取って試験片を作製し、これらの試験片の長手方向および幅方向に平行に、それぞれ3cmの線を、両方の線の交点が、それぞれの線の中央になるように油性ペンで描いた。その後各試験片を150℃の恒温槽内に1時間保存した。保存後の各試験片を恒温槽から取り出して、長手方向の線および幅方向の線の長さX(cm)を測定し、下記式に基づいてセパレータの長手方向および幅方向の熱収縮率(%)を求め、より大きい方の値を、そのセパレータの熱収縮率とした。
熱収縮率(%) = 100×(3−X)/3
Moreover, the thermal contraction rate measurement was performed about the same separator as what was used for the battery of Examples 1-5 and Comparative Examples 1 and 3. FIG. Cut each separator to a size of 10 cm x 5 cm to prepare a test piece. Parallel to the longitudinal direction and the width direction of these test pieces, each 3 cm line is at the intersection of both lines at the center of each line. I drew it with an oil-based pen. Then, each test piece was preserve | saved for 1 hour in a 150 degreeC thermostat. Each test piece after storage is taken out from the thermostat, and the length X (cm) of the longitudinal line and the transverse line is measured, and the thermal contraction rate in the longitudinal direction and the transverse direction of the separator based on the following formula ( %) And the larger value was taken as the thermal shrinkage of the separator.
Thermal contraction rate (%) = 100 × (3-X) / 3

各実施例および比較例の電池に係るセパレータにおける多孔質層の構成を表1に示し、各セパレータの物性と前記の評価結果とを表2に示す。なお、表1における「無機粒子とセルロース繊維との合計中の無機粒子の割合」は、無機粒子とセルロース繊維との合計を100体積%としたときの無機粒子の含有割合を意味している。   The structure of the porous layer in the separators according to the batteries of the examples and comparative examples is shown in Table 1, and the physical properties of the separators and the evaluation results are shown in Table 2. The “ratio of inorganic particles in the total of inorganic particles and cellulose fibers” in Table 1 means the content ratio of inorganic particles when the total of inorganic particles and cellulose fibers is 100% by volume.

Figure 2018147769
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Figure 2018147769
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表1および表2に示したように、無機粒子とセルロース繊維との含有比率およびバインダ樹脂の含有割合が適正な多孔質層よりなるセパレータを使用した実施例1〜5の非水電解質電池は、100サイクル後の容量維持率が90%以上で良好な充放電サイクル特性を示したが、比較例1、3の電池は100サイクル後の容量維持率が、それぞれ45%、30%で、実施例の電池に比べて充放電サイクル特性が劣っていた。   As shown in Table 1 and Table 2, the nonaqueous electrolyte batteries of Examples 1 to 5 using the separator made of a porous layer in which the content ratio of the inorganic particles and the cellulose fiber and the content ratio of the binder resin are appropriate, Although the capacity retention rate after 100 cycles was 90% or more and good charge / discharge cycle characteristics were shown, the batteries of Comparative Examples 1 and 3 had capacity retention rates after 100 cycles of 45% and 30%, respectively. The charge / discharge cycle characteristics were inferior to those of the batteries.

1 非水電解質電池
2 ラミネートフィルム外装体
3 正極外部端子
4 負極外部端子
5 積層電極体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte battery 2 Laminate film exterior body 3 Positive electrode external terminal 4 Negative electrode external terminal 5 Laminated electrode body

Claims (8)

無機粒子と、セルロース繊維と、バインダ樹脂とを含む多孔質層を少なくとも有する電気化学素子用セパレータであって、
前記無機粒子と前記セルロース繊維との合計を100体積%としたとき、前記無機粒子の含有割合が70〜95体積%であり、
前記多孔質層における前記バインダ樹脂の含有割合が0.1〜4質量%であることを特徴とする電気化学素子用セパレータ。
A separator for an electrochemical element having at least a porous layer containing inorganic particles, cellulose fibers, and a binder resin,
When the total of the inorganic particles and the cellulose fibers is 100% by volume, the content ratio of the inorganic particles is 70 to 95% by volume,
The separator for an electrochemical element, wherein a content ratio of the binder resin in the porous layer is 0.1 to 4% by mass.
前記セルロース繊維の平均繊維径が0.05μm以下である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to claim 1, wherein an average fiber diameter of the cellulose fibers is 0.05 μm or less. 前記無機粒子の平均粒子径が0.01〜3.0μmである請求項1または2に記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to claim 1 or 2, wherein the inorganic particles have an average particle diameter of 0.01 to 3.0 µm. 透気度が50〜1000sec/100mlである請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to any one of claims 1 to 3, which has an air permeability of 50 to 1000 sec / 100 ml. 前記無機粒子が、アルミナ、シリカ、カオリン、硫酸バリウムおよびベーマイトよりなる群から選択される少なくとも1種の粒子である請求項1〜4のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic particles are at least one kind of particles selected from the group consisting of alumina, silica, kaolin, barium sulfate, and boehmite. 150℃の温度雰囲気下に30分間静置した際の熱収縮率が、10%以下である請求項1〜5のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータ。   The separator for an electrochemical device according to any one of claims 1 to 5, wherein a thermal shrinkage rate when left to stand in a temperature atmosphere of 150 ° C for 30 minutes is 10% or less. 正極、負極、セパレータおよび非水電解質を備えており、前記セパレータとして、請求項1〜6のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータを有していることを特徴とする非水電解質電池。   A non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein the separator for an electrochemical element according to claim 1 is used as the separator. 前記正極は、少なくともMnを含むリチウム含有複合酸化物を、正極活物質として含有している請求項7に記載の非水電解質電池。   The nonaqueous electrolyte battery according to claim 7, wherein the positive electrode contains a lithium-containing composite oxide containing at least Mn as a positive electrode active material.
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