JP2020068178A - Separator having fine pattern, wound body, and nonaqueous electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質電池に用いられるセパレータ、及びそれを含む巻回体又は非水電解質電池などに関する。 The present invention relates to a separator used in a non-aqueous electrolyte battery, a wound body or a non-aqueous electrolyte battery including the separator, and the like.
近年の電子技術の発展及び環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが用いられている。特に、省エネルギー化への要請に貢献できる非水電解質二次電池への期待はますます高くなっている。非水電解質二次電池の代表例であるリチウムイオン二次電池は、各種小型機器用電源に用いられており、近年では、ハイブリッド自動車用電源又は電気自動車用電源としても着目されている。 With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices have been used. In particular, expectations for non-aqueous electrolyte secondary batteries that can contribute to the demand for energy savings are increasing. BACKGROUND ART A lithium-ion secondary battery, which is a typical example of a non-aqueous electrolyte secondary battery, is used as a power source for various small devices, and in recent years, has been attracting attention as a power source for hybrid vehicles or a power source for electric vehicles.
非水電解質二次電池は、通常、非水電解質と、正極、セパレータ及び負極で構成される積層体又はその巻回体とがケース内に収容されてなる構成を有する。セパレータは、微多孔膜であり、正負極間の直接的な接触を防ぎ、かつ微多孔膜中に保持した非水電解質を通じてイオンを透過させる機能を有する。したがって、微多孔膜としては、多孔構造によりイオン透過性を示す膜、例えばポリオレフィン微多孔膜等が用いられている。 The non-aqueous electrolyte secondary battery usually has a configuration in which a non-aqueous electrolyte and a laminated body including a positive electrode, a separator and a negative electrode or a wound body thereof are housed in a case. The separator is a microporous membrane and has a function of preventing direct contact between the positive and negative electrodes and a function of allowing ions to permeate through the nonaqueous electrolyte retained in the microporous membrane. Therefore, as the microporous membrane, a membrane exhibiting ion permeability due to its porous structure, for example, a polyolefin microporous membrane is used.
従来、非水電解質二次電池用のセパレータの性能向上の目的で、セパレータの少なくとも片面にパタンを設けることが提案されている。
特許文献1は、セパレータと電極シートとを含む巻回物が収容された電池容器内への非水電解液の注入を容易にする目的で、長尺状多孔質フィルムに、その長尺状多孔質フィルムの一方の側面から他方の側面まで幅方向に連続的に延びる複数の非孔質線状領域が形成され、該非孔質線状領域の少なくとも一方の表面が凹部または凸部を形成している電池用セパレータを記載する。
Conventionally, it has been proposed to provide a pattern on at least one surface of a separator for the purpose of improving the performance of the separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
特許文献2は、電池特性を維持しつつ、電極距離を確保して、内部短絡を防止し、電解液の含浸スピードアップによって生産性を向上させる目的で、非水電解液電池において、セパレータに、表面を凹凸状に加工した微多孔膜を使用することを記載する。 Patent Document 2 maintains a battery characteristic, secures an electrode distance, prevents an internal short circuit, and improves the productivity by increasing the impregnation speed of an electrolytic solution. Therefore, in a non-aqueous electrolytic solution battery, a separator is used. It is described to use a microporous membrane whose surface is processed to have irregularities.
特許文献3は、安価で蓄電デバイスを組み立てる際に裂け難い一軸延伸セパレータを提供する目的で、一軸延伸セパレータの少なくとも一方の面に、延伸方向に対して交差する方向に凹部または凸部を設けることを記載する。 Patent Document 3 aims to provide a uniaxially-stretched separator that is inexpensive and is resistant to tearing when assembling an electricity storage device, and at least one surface of the uniaxially-stretched separator is provided with a recess or a protrusion in a direction intersecting the stretching direction. Enter.
特許文献4は、電解液の組成劣化を抑制する目的で、多数の空孔を有する多孔質フィルムにおいて、多孔質フィルムの膜面上に空孔よりも大きな電解液拡散穴を存在させることを記載する。 Patent Document 4 describes that, in order to suppress the composition deterioration of the electrolytic solution, in a porous film having a large number of pores, an electrolytic solution diffusion hole larger than the pores is present on the membrane surface of the porous film. To do.
特許文献5は、合金系負極を用いた非水電解液電池の製造又は利用において、安価にサイクル特性を良化させる目的で、厚さが1〜100μm、孔径が0.01〜1μmであって、少なくとも一方の表面上に高さが0.5〜100μmの突起をエンボス加工により設けたポリオレフィン製微多孔膜を記載する。また、特許文献6は、ポリエチレン樹脂製多孔性フィルムの粗面化と電池用セパレータの物性の関係において、透気度が10〜1000秒/100cc、ピン刺強度が300gf/25μm以上、表面粗度が最大高さRmaxとして3μm以上であるエンボス加工されたポリエチレン樹脂製多孔性フィルムを記載する。 Patent Document 5 discloses a method of manufacturing or using a non-aqueous electrolyte battery using an alloy-based negative electrode, for the purpose of improving cycle characteristics at low cost, having a thickness of 1 to 100 μm and a pore diameter of 0.01 to 1 μm. , A microporous polyolefin membrane having protrusions having a height of 0.5 to 100 μm provided on at least one surface by embossing. Further, in Patent Document 6, in the relationship between roughening of a polyethylene resin porous film and physical properties of a battery separator, air permeability is 10 to 1000 seconds / 100 cc, pin puncture strength is 300 gf / 25 μm or more, surface roughness. Describes an embossed polyethylene resin porous film having a maximum height R max of 3 μm or more.
非水電解質二次電池の小型化に対する継続した要求から、正極、セパレータ及び負極で構成される積層体又はその巻回体の薄型化に加え、充放電特性の観点から非水電解質二次電池内での非水電解液の移動挙動(以下、「液回り」ともいう。)も求められている。電池ケース内の限られた流路を介して液回りを確保する方法として、例えば特許文献1に記載されるような、凹部若しくは凸部を非孔質として形成する方法、及び、特許文献2に記載されるような、凹凸状のセパレータを得る方法(平膜の表面に多孔膜を貼り合わせる方法、微多孔膜を波型にプレス加工する方法等)が考えられる。
Due to the continuous demand for downsizing of non-aqueous electrolyte secondary batteries, in addition to thinning of the laminated body composed of the positive electrode, the separator and the negative electrode or its wound body, the non-aqueous electrolyte secondary battery has a The movement behavior of the non-aqueous electrolyte (hereinafter, also referred to as “liquid surrounding”) is also required. As a method of ensuring liquid flow through a limited flow path in the battery case, for example, a method of forming a concave portion or a convex portion as non-porous as described in
しかしながら、従来のセパレータを備える非水電解質二次電池において、充電時に正極側から負極側に流入したリチウムイオンが局所的に偏在することは、樹枝状(デンドライト)リチウムの形成促進、非水電解質の劣化促進等の不都合を招来する(図1(a))。特許文献1及び2に記載されるような、部位ごとに膜厚(図1(a)中のx,y)又は気孔率が異なるセパレータを含む電池を充放電に供した場合、セパレータを構成する膜のイオンに対する抵抗(以下、「膜抵抗」ともいう。)が不均一となることによって、膜抵抗が相対的に低い部位にイオンが偏在してデンドライトが生成し易くなるという問題がある。
However, in the non-aqueous electrolyte secondary battery including the conventional separator, the uneven distribution of the lithium ions flowing from the positive electrode side to the negative electrode side during charging is due to the promotion of the formation of dendritic (dendritic) lithium and the non-aqueous electrolyte. This causes inconvenience such as deterioration acceleration (FIG. 1 (a)). When a battery including separators having different film thicknesses (x and y in FIG. 1A) or porosities as described in
同様に、特許文献3は、凸部を形成する方法として、凸部形成用スラリーを一軸延伸セパレータの片面または両面に塗布すること、凹部を形成する方法として、一軸延伸セパレータの一部を溶融して一軸延伸セパレータにおける細孔を潰すことを例示し、特許文献4は、電解液拡散穴の形状としてすり鉢状を例示し、特許文献5は、突起の形成方法としてエンボス加工を例示し、特許文献6は、エンボスロール温度及びエンボス加工後の表面粗度を例示する。特許文献3〜6に記載される技術もまた、セパレータの一部に他と顕著に異なる形態の部位を設けるものであるため、リチウムイオンの局所的な偏在という問題を有する。 Similarly, in Patent Document 3, as a method for forming a convex portion, a slurry for forming a convex portion is applied to one surface or both surfaces of a uniaxially stretched separator, and as a method for forming a concave portion, a part of the uniaxially stretched separator is melted. Patent Document 4 exemplifies a mortar shape as the shape of the electrolyte diffusion hole, and Patent Document 5 exemplifies embossing as a method of forming the protrusions. 6 illustrates the embossing roll temperature and the surface roughness after embossing. The techniques described in Patent Documents 3 to 6 also have a problem that the lithium ions are locally unevenly distributed because a part of the separator is provided with a site having a configuration that is significantly different from the others.
本発明は、上記の事情に鑑みて、非水電解質電池内での液回りの良化とデンドライト生成の抑制が可能なセパレータ、及びそれを含む巻回体又は非水電解質電池の提供を目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention has an object to provide a separator capable of improving liquid circulation and suppressing dendrite formation in a non-aqueous electrolyte battery, and a wound body or a non-aqueous electrolyte battery including the separator. To do.
本発明者らは、鋭意検討した結果、パタン領域と非パタン領域を有するセパレータにおいて、セパレータ最表部をパタン頂部、セパレータ最裏部を非パタン底部とし、パタン頂部と非パタン底部を通過する方向の断面視において、非パタン底部と、非パタン領域のセパレータ表面と、パタン領域のセパレータ裏面と、パタン頂部との位置関係を制御することが上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the present inventors have shown that in a separator having a pattern region and a non-pattern region, the separator outermost portion is the pattern top portion, the separator outermost portion is the non-pattern bottom portion, and the direction passing through the pattern top portion and the non-pattern bottom portion. In a cross-sectional view of, the non-pattern bottom, the separator surface of the non-pattern area, the separator back surface of the pattern area, found that it is possible to solve the above problems by controlling the positional relationship between the pattern top, and completed the present invention. Let
すなわち、本発明は以下の態様を包含する。
[1]
非水電解質電池に用いられるセパレータであって、
前記セパレータは、表裏を有する膜の形態であり、かつパタンが形成されているパタン領域と、前記パタンが形成されていない非パタン領域とを有し、
前記セパレータ表面の最表部をパタン頂部、前記セパレータ裏面の最裏部を非パタン底部とし、前記セパレータの前記パタン頂部と前記非パタン底部を通過する方向Zの断面視において、
前記非パタン底部に接して前記方向Zと直交するように画定された仮想平面を面B1、
前記非パタン領域のセパレータ表面のうち最も表側に接して前記面B1と平行になるように画定された仮想平面を面F1、
前記パタン領域のセパレータ裏面のうち最も表側に接して前記面B1と平行になるように画定された仮想平面を面B2、
前記パタン頂部に接して前記面B1と平行になるように画定された仮想平面を面F2としたときに、前記面F2が前記面F1よりも表側に位置し、かつ前記面B2が前記面B1より表側に位置することを特徴とするセパレータ。
[2]
前記面F1と前記面F2との距離L(F1−F2)が、1μm以上100μm以下であり、かつ/又は前記面B1と前記面B2との距離L(B1−B2)が、1μm以上100μm以下である、項目1に記載のセパレータ。
[3]
前記セパレータの前記方向Zの断面視において、前記セパレータの全断面積の20%以上100%以下の領域は、前記セパレータ表面と前記セパレータ裏面の最短距離L(min)が等しい、項目1又は2に記載のセパレータ。
[4]
前記パタン領域の前記セパレータ表面と前記セパレータ裏面の最短距離L2(min)を厚さX、前記非パタン領域の前記セパレータ表面と前記セパレータ裏面の最短距離L1(min)を厚さYとしたときに、前記厚さXが前記厚さYの0.4倍以上、1.4倍以下である、項目1〜3のいずれか1項に記載のセパレータ。
[5]
前記厚さXが前記厚さYの0.4倍を超え、1.0倍未満である、項目4に記載のセパレータ。
[6]
前記パタン領域の前記セパレータ表面と前記セパレータ裏面の最長距離L2(max)を厚さX(max)としたときに、前記厚さX(max)に対して、前記セパレータの平均厚さT(ave)が、0.4X(max)〜1.4X(max)の範囲内にある、項目1〜5のいずれか1項に記載のセパレータ。
[7]
0.4X(max)<T(ave)<1.0X(max)を満たす、項目6に記載のセパレータ。
[8]
前記面F1と前記面B1の距離L(F1−B1)、及び前記面F2と前記面B2の距離L(F2−B2)が、下記式(1)又は(2): 0.9≦{L(F1−B1)/L(F2−B2)}≦1.1 (1)
|L(F1−B1)−L(F2−B2)|<3μm (2)
の関係を満たす、項目1〜7のいずれか1項に記載のセパレータ。
[9]
前記パタンが、長径と短径のアスペクト比10以下を有する、項目1〜8のいずれか1項に記載のセパレータ。
[10]
前記セパレータ表面及び前記セパレータ裏面の一方又は両方が、有機又は無機の被覆層で構成されている、項目1〜9のいずれか1項に記載のセパレータ。
[11]
前記セパレータが巻回されている、項目1〜10のいずれか1項に記載のセパレータ。
[12]
項目1〜11のいずれか1項に記載のセパレータを含む、非水電解質電池。
[13]
二次電池である、項目12に記載の非水電解質電池。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1]
A separator used in a non-aqueous electrolyte battery,
The separator is in the form of a film having front and back surfaces, and has a pattern region in which a pattern is formed, and a non-pattern region in which the pattern is not formed,
The outermost portion of the separator surface is a pattern top portion, the outermost portion of the separator back surface is a non-pattern bottom portion, and in a cross-sectional view in the direction Z passing through the pattern top portion and the non-pattern bottom portion of the separator,
An imaginary plane that is in contact with the non-pattern bottom and is defined to be orthogonal to the direction Z is a plane B1,
An imaginary plane defined so as to be in contact with the most front side of the separator surface in the non-pattern region and to be parallel to the surface B1 is a surface F1,
An imaginary plane defined so as to be in contact with the most front side of the back surface of the separator in the pattern region and parallel to the surface B1 is a surface B2,
When a virtual plane defined by being in contact with the top of the pattern and parallel to the surface B1 is a surface F2, the surface F2 is located on the front side of the surface F1 and the surface B2 is the surface B1. A separator characterized by being located on the front side.
[2]
The distance L (F1-F2) between the surface F1 and the surface F2 is 1 μm or more and 100 μm or less, and / or the distance L (B1-B2) between the surface B1 and the surface B2 is 1 μm or more and 100 μm or less. The separator according to
[3]
In the cross-sectional view of the separator in the direction Z, the region of 20% or more and 100% or less of the total cross-sectional area of the separator has the shortest distance L (min) between the front surface of the separator and the back surface of the separator is equal to
[4]
When the shortest distance L2 (min) between the separator surface and the separator back surface in the pattern area is thickness X, and the shortest distance L1 (min) between the separator surface and the separator back surface in the non-pattern area is thickness Y The separator according to any one of
[5]
Item 5. The separator according to Item 4, wherein the thickness X is more than 0.4 times and less than 1.0 times the thickness Y.
[6]
When the longest distance L2 (max) between the front surface of the separator and the back surface of the separator in the pattern area is defined as the thickness X (max), the average thickness T (ave of the separator) with respect to the thickness X (max). ) Is in the range of 0.4X (max) to 1.4X (max), The separator according to any one of
[7]
Item 7. The separator according to Item 6, which satisfies 0.4X (max) <T (ave) <1.0X (max).
[8]
The distance L (F1-B1) between the surface F1 and the surface B1 and the distance L (F2-B2) between the surface F2 and the surface B2 are expressed by the following formula (1) or (2): 0.9 ≦ {L (F1-B1) / L (F2-B2)} ≦ 1.1 (1)
| L (F1-B1) -L (F2-B2) | <3 μm (2)
Item 9. The separator according to any one of
[9]
9. The separator according to any one of
[10]
10. The separator according to any one of
[11]
[12]
A non-aqueous electrolyte battery comprising the separator according to any one of
[13]
13. The non-aqueous electrolyte battery according to item 12, which is a secondary battery.
本発明の一態様によれば、セパレータを備える非水電解質電池において、非水電解液の液回りを良化し、かつデンドライト生成を抑制することができる。 According to one aspect of the present invention, in a non-aqueous electrolyte battery including a separator, it is possible to improve the liquid flow of the non-aqueous electrolytic solution and suppress dendrite generation.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施形態」という。)について説明するが、本発明を以下の実施形態のみに限定する趣旨ではない。なお、本明細書での「〜」とは、特に断りがない場合、その前後に記載される数値を上限値、及び下限値として含む意味である。また、距離については、特別に言及しない限り、最短距離を表す。また、図面に示される構成、例えば、縮尺、形状、角度及び長さ等は、発明を詳細に説明する関係上、誇張して又は模式的に示される場合がある。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “embodiments”) will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, unless otherwise specified, the term "to" in the present specification means that the numerical values before and after the "to" are included as the upper limit value and the lower limit value. The distance is the shortest distance unless otherwise specified. Further, the configurations shown in the drawings, such as the scale, the shape, the angle, and the length, may be exaggerated or schematically shown for the purpose of describing the invention in detail.
<セパレータ>
本発明の一態様は、非水電解質電池に用いられるセパレータである。一態様では、セパレータは、表裏を有する膜の形態であり、かつパタンが形成されているパタン領域R1と、パタンが形成されていない非パタン領域R2とを有し、そしてセパレータ表面の最表部がパタン頂部Tとして画定され、かつセパレータ裏面の最裏部が非パタン底部Nとして画定される。本発明の一態様に係るセパレータは、パタン頂部Tと非パタン底部Nを通過する方向Zの断面視において:
非パタン底部Nに接して方向Zと直交するように画定された仮想平面を面B1;
非パタン領域R2のセパレータ表面Fのうち最も表側に接して面B1と平行になるように画定された仮想平面を面F1;
パタン領域R1のセパレータ裏面Bのうち最も表側に接して面B1と平行になるように画定された仮想平面を面B2;及び
パタン頂部Tに接して面B1と平行になるように画定された仮想平面を面F2;
としたときに、面F2が面F1よりも表側に位置し、かつ面B2が面B1より表側に位置することを特徴とする。
<Separator>
One embodiment of the present invention is a separator used for a non-aqueous electrolyte battery. In one aspect, the separator is in the form of a film having front and back sides, and has a pattern region R1 in which a pattern is formed and a non-pattern region R2 in which no pattern is formed, and the outermost surface of the separator surface. Is defined as the pattern top portion T, and the outermost portion of the back surface of the separator is defined as the non-pattern bottom portion N. The separator according to one aspect of the present invention has a cross-sectional view in a direction Z passing through a pattern top portion T and a non-pattern bottom portion N:
An imaginary plane defined by the non-pattern bottom N so as to be orthogonal to the direction Z is a plane B1;
Of the separator surface F of the non-pattern region R2, an imaginary plane defined so as to be in contact with the most front side and parallel to the surface B1 is a surface F1;
An imaginary plane defined by being in contact with the most front side of the pattern region R1 so as to be in contact with the most front side and parallel to the plane B1; and an imaginary plane defined in contact with the pattern top portion T and being parallel to the plane B1. Plane F2;
Then, the surface F2 is located on the front side of the surface F1, and the surface B2 is located on the front side of the surface B1.
図1(b)は、本発明の一態様に係るセパレータと非水電解液とを備える非水電解質電池において、セパレータの形態とイオン挙動との関係を説明するための概略図である。図1(b)を参照して本発明の一態様の特徴を説明する。面F2が面F1よりも表側に位置し、かつ面B2が面B1より表側に位置すると、セパレータ100を備える非水電解質電池において正極側だけでなく負極側にも電解液の流路が確保されて液回りが良化するだけでなく、セパレータの膜抵抗も均一又は概ね均一であるためにイオン由来のデンドライト生成も抑制される傾向にある。
FIG. 1B is a schematic diagram for explaining the relationship between the form of the separator and the ionic behavior in the non-aqueous electrolyte battery including the separator and the non-aqueous electrolytic solution according to one embodiment of the present invention. Features of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. When the surface F2 is located on the front side with respect to the surface F1 and the surface B2 is located on the front side with respect to the surface B1, a flow path of the electrolytic solution is secured not only on the positive electrode side but also on the negative electrode side in the non-aqueous electrolyte battery including the
本開示において、セパレータ100の2つの主面のうちいずれが表面でいずれが裏面であるかは、面F1、F2、B1及びB2に関する本開示の条件を満たすか否かによって規定される。表面と裏面は、パタン形状以外の要素(例えば材質、多孔構造等)において互いに同じでも異なってもよい。
In the present disclosure, which of the two main surfaces of the
面B1、F1、B2及びF2の位置は、セパレータの厚さ方向(セパレータの機械方向及び幅方向により規定される面と直交する方向)の断面の顕微鏡画像を用いて確認できる。顕微鏡としては、走査型電子顕微鏡等を使用できる。断面観察試料は、例えば、水平面上にセパレータを載置(セパレータ裏面を該水平面に対向させて)し、鉛直方向かつパタン頂部Tを通るように該セパレータを切断することで作製できる。観察領域のサイズ(すなわち、セパレータの面内方向のサイズ)は、観察対象のパタンが含まれ、かつセパレータ全体の形状を反映するように適宜選択される。非水電解質電池の用途で用いられるセパレータにおいて、セパレータ全体の性状を反映するような観察領域は、例えば10mm×10mmのサイズを有する。観察領域から3箇所を任意に選んで、複数の断面観察試料を作製する。なお、複数の断面観察試料の各々は、パタンが複数(より具体的には、例えば2〜100個)含まれるように作製する。得られた複数の断面観察試料を断面観察に供し、複数の断面画像(以下、「評価用断面画像」ともいう。)を得る。複数の評価用断面画像の各々について、各面B1、F1、B2、F2を画定する。 The positions of the surfaces B1, F1, B2, and F2 can be confirmed using a microscope image of a cross section in the thickness direction of the separator (direction orthogonal to the surface defined by the machine direction and the width direction of the separator). A scanning electron microscope or the like can be used as the microscope. The cross-section observation sample can be prepared, for example, by placing a separator on a horizontal surface (the back surface of the separator is opposed to the horizontal surface) and cutting the separator so as to pass through the pattern top portion T in the vertical direction. The size of the observation region (that is, the size of the separator in the in-plane direction) is appropriately selected so as to include the pattern to be observed and reflect the shape of the entire separator. In a separator used for non-aqueous electrolyte battery applications, an observation region that reflects the properties of the entire separator has a size of, for example, 10 mm × 10 mm. A plurality of cross-section observation samples are prepared by arbitrarily selecting three locations from the observation area. In addition, each of the plurality of cross-section observation samples is prepared so that a plurality of patterns (more specifically, for example, 2 to 100) are included. The plurality of obtained cross-section observation samples are subjected to cross-section observation to obtain a plurality of cross-section images (hereinafter, also referred to as “evaluation cross-section images”). The surfaces B1, F1, B2, and F2 are defined for each of the plurality of evaluation cross-sectional images.
本発明の一態様に係るセパレータは、面F2が面F1よりも表側に位置し、かつ面B2が面B1より表側に位置する限り、パタン頂部Tと非パタン底部Nを通過する方向Zの断面視において、任意の断面形状を有してよく、例えば、以下の第一、第二又は第三の実施形態において説明される断面形状を有することができる。また、セパレータの厚さzは、任意であり、液回りの良化とデンドライト生成の抑制を両立するという観点からは厚さzに偏りがないことが好ましい。 The separator according to one aspect of the present invention has a cross section in the direction Z that passes through the pattern top portion T and the non-pattern bottom portion N as long as the face F2 is located on the front side of the face F1 and the face B2 is located on the front side of the face B1. Visually, it may have any cross-sectional shape, for example, the cross-sectional shape described in the first, second or third embodiments below. Further, the thickness z of the separator is arbitrary, and it is preferable that the thickness z is not biased from the viewpoint of achieving both good liquid flow and suppression of dendrite formation.
図2は、本発明の第一の実施形態に係るセパレータの模式断面図である。第一の実施形態に係る断面構造は、例えば、エンボス構造、両面凹凸構造等と呼ばれることができる。図2に示されるセパレータ200は、面F2が面F1よりも表側に位置し、面B2が面B1より表側に位置し、方向Zに沿って表側から裏側へ面F2、F1、B2、B1の順に配置されている。セパレータ200を表側と裏側のいずれから観察しても、非パタン領域R2に対してパタン領域R1が平面的な寸法を有するため、表面と裏面の両方にエンボス又は凹凸パタンが観察されることができる。なお、図2では、パタン領域R1のセパレータ表面と裏面の最短距離L2(min)を厚さX、最長距離L2(max)を厚さX(max)としたときに、セパレータの表面と裏面の最短距離L(min)が、Xと等しいか、又は概ね等しく、かつ面F1と面B1の距離L(F1−B1)が、面F2と面B2の距離L(F2−B2)と等しいか、又は概ね等しい。しかしながら、セパレータ200は、その表面と裏面の両方にエンボス又は凹凸パタンが観察可能であれば、等厚か否かを問わないものとする。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the separator according to the first embodiment of the present invention. The cross-sectional structure according to the first embodiment can be called, for example, an embossed structure, a double-sided concavo-convex structure, or the like. In the
図3は、本発明の第二の実施形態に係るセパレータの模式断面図である。第二の実施形態に係る断面構造は、例えば、ギザギザ(jagged)構造、蛇腹(accordion)構造、つづら折り(zigzag)構造等と呼ばれることができる。図3に示されるセパレータ300は、面F2が面F1よりも表側に位置し、面B2が面B1より表側に位置し、方向Zに沿って表側から裏側へ面F2、B2、F1、B1の順に配置されている。セパレータ300を表側と裏側のいずれから観察してもパタン領域R1に対して非パタン領域R2が一次元的又は二次元的な寸法を有し、かつセパレータ300の方向Zの断面視において面B1とセパレータ裏面との挟角が概ね一定であるため、セパレータ表面と裏面の両方に線、点、円錐又は多角錘パタンが観察されることができる。なお、図3では、パタン領域R1のセパレータ表面と裏面の最短距離L2(min)を厚さX、最長距離L2(max)を厚さX(max)とし、非パタン領域R2のセパレータ厚さをYとしたときに、セパレータの表面と裏面の最短距離L(min)が、Xと等しいか、又は概ね等しく、かつ面F1と面B1の距離L(F1−B1)、面F2と面B2の距離L(F2−B2)、及び厚さYが概ね等しい。しかしながら、セパレータ300は、その表面と裏面の両方に線、点、円錐又は多角錘パタンが観察可能あれば、等厚か否かを問わないものとする。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the separator according to the second embodiment of the present invention. The sectional structure according to the second embodiment can be called, for example, a jagged structure, an accordion structure, a zigzag structure, or the like. In the
図4は、本発明の第三の実施形態に係るセパレータの模式断面図である。第三の実施形態に係る断面構造は、波状構造、連続波状構造等と呼ばれることができる。図4に示されるセパレータ400は、面F2が面F1よりも表側に位置し、面B2が面B1より表側に位置し、方向Zに沿って表側から裏側へ面F2、B2、F1、B1の順に配置されている。セパレータ400を表側と裏側のいずれから観察してもパタン領域R1に対して非パタン領域R2が一次元的又は二次元的な寸法を有するが、セパレータ400の方向Zの断面視において面B1とセパレータ裏面Bとの挟角が変動するため、表面Fと裏面Bの両方にエンボス、カルデラ又はクレーター状パタンが観察されることができる。なお、図4では、セパレータ表面Fと裏面Bの最短距離をL(min)、パタン領域R1のセパレータ表面Fと裏面Bの最短距離L2(min)を厚さX、非パタン領域R2のセパレータ厚さをYとしたときに、最短距離L(min)と厚さXと厚さYが概ね等しい。しかしながら、セパレータ400は、その表面と裏面の両方にエンボス、カルデラ又はクレーター状パタンが観察可能あれば、等厚か否かを問わないものとする。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the separator according to the third embodiment of the present invention. The sectional structure according to the third embodiment can be called a wavy structure, a continuous wavy structure, or the like. In the
第一、第二及び第三の実施形態に係る断面構造は、1つのセパレータにおいて任意に組み合わせることができる。第一、第二及び第三の実施形態に係るセパレータの好ましい構成について以下に説明する。 The cross-sectional structures according to the first, second and third embodiments can be arbitrarily combined in one separator. A preferred configuration of the separator according to the first, second and third embodiments will be described below.
図2〜4を参照して、セパレータの方向Zの断面視において、セパレータ表面とセパレータ裏面の最短距離L(min)が等しい領域は、非水電解質電池の充放電時にデンドライト生成を抑制する観点から、セパレータの全断面積の20%以上100%以下、22%以上98%以下、又は25%以上95%以下であることが好ましい。 With reference to FIGS. 2 to 4, in a cross-sectional view in the direction Z of the separator, a region where the shortest distance L (min) between the separator front surface and the separator back surface is equal is from the viewpoint of suppressing dendrite generation during charge / discharge of the nonaqueous electrolyte battery. The total cross-sectional area of the separator is preferably 20% or more and 100% or less, 22% or more and 98% or less, or 25% or more and 95% or less.
図2〜4を参照して、面F1と面F2との距離L(F1−F2)及び/又は面B1と面B2との距離L(B1−B2)は、非水電解質が良好に流通できる流路を形成する観点から、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上であり、変形し難いパタン領域を形成する観点又はイオン透過性の観点から、好ましくは100μm以下、より好ましくは90μm以下、更に好ましくは80μm以下である。 With reference to FIGS. 2 to 4, the distance L (F1-F2) between the surface F1 and the surface F2 and / or the distance L (B1-B2) between the surface B1 and the surface B2 allows the nonaqueous electrolyte to satisfactorily flow. From the viewpoint of forming a flow path, preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, further preferably 5 μm or more, from the viewpoint of forming a pattern region that is difficult to deform or from the viewpoint of ion permeability, preferably 100 μm or less, It is preferably 90 μm or less, more preferably 80 μm or less.
図2〜4を参照して、パタン領域R1のセパレータ表面と裏面の最短距離L2(min)を厚さX、非パタン領域R2のセパレータ表面と裏面の最短距離L1(min)を厚さYとしたときに、デンドライト生成の抑制、セパレータ機械強度及びイオン透過性の観点から、厚さXが厚さYの0.4倍以上1.4倍以下であることが好ましく、厚さXが厚さYの0.4倍を超え、1.0倍未満であることがより好ましい。 2 to 4, the shortest distance L2 (min) between the separator surface and the back surface of the pattern area R1 is the thickness X, and the shortest distance L1 (min) between the separator surface and the back surface of the non-pattern area R2 is the thickness Y. At this time, the thickness X is preferably 0.4 times or more and 1.4 times or less the thickness Y from the viewpoint of suppressing dendrite generation, separator mechanical strength and ion permeability, and the thickness X is the thickness. More preferably, it is more than 0.4 times and less than 1.0 times Y.
図2〜4を参照して、パタン領域R1のセパレータ表面と裏面の最長距離L2(max)を厚さX(max)としたときに、リチウムイオンの偏在防止及びセパレータの良好な機械強度(特に、デンドライト形成によるセパレータ損傷防止)の観点から、厚さX(max)に対して、セパレータの平均厚さT(ave)が、0.4X(max)〜1.4X(max)の範囲内にあることが好ましく、0.4X(max)<T(ave)<1.0X(max)を満たすことがより好ましい。同様の観点から、面F1と面B1の距離L(F1−B1)及び面F2と面B2の距離L(F2−B2)が、下記式(1)又は(2):
0.9≦{L(F1−B1)/L(F2−B2)}≦1.1 (1)
|L(F1−B1)−L(F2−B2)|<3μm (2)
の関係を満たすことが好ましい。
With reference to FIGS. 2 to 4, when the longest distance L2 (max) between the front surface and the back surface of the separator in the pattern region R1 is set to the thickness X (max), uneven distribution of lithium ions and good mechanical strength of the separator (particularly, From the viewpoint of prevention of separator damage due to dendrite formation), the average thickness T (ave) of the separator is within the range of 0.4X (max) to 1.4X (max) with respect to the thickness X (max). It is preferable that there is, and it is more preferable that 0.4X (max) <T (ave) <1.0X (max) is satisfied. From the same viewpoint, the distance L (F1-B1) between the surface F1 and the surface B1 and the distance L (F2-B2) between the surface F2 and the surface B2 are expressed by the following formula (1) or (2):
0.9 ≦ {L (F1-B1) / L (F2-B2)} ≦ 1.1 (1)
| L (F1-B1) -L (F2-B2) | <3 μm (2)
It is preferable to satisfy the relationship of.
一態様において、セパレータの厚さ、セパレータの各領域の厚さ、及び複数の面の間の距離は、前述の複数の評価用断面画像において、パタン領域R1と、非パタン領域R2と、平面F1、F2、B1、B2とを決定することにより計測することができる。一態様において、セパレータの平均厚さT(ave)は、複数の評価用断面画像について、各画像においてセパレータの表面と裏面の最短距離を10個の点で算出し、それらの全計測値の数平均値とする。 In one aspect, the thickness of the separator, the thickness of each region of the separator, and the distance between the plurality of surfaces are the pattern region R1, the non-pattern region R2, and the plane F1 in the plurality of evaluation cross-sectional images described above. , F2, B1, and B2 can be measured. In one aspect, the average thickness T (ave) of the separator is calculated by calculating the shortest distance between the front surface and the back surface of the separator at each of 10 points in each of the plurality of evaluation cross-sectional images, and calculating the total number of those values. Use the average value.
<パタン>
図5(a)〜(g)は、本発明の一態様に係るパタン形状を示す下面図である。図5(a)〜(d)は、第一又は第三の実施形態に係るセパレータに対応することができる。図5(e)〜(g)は、第二の実施形態に係るセパレータに対応することができる。セパレータを下面視(すなわちセパレータ裏面側から平面視)したときのパタンの形状は、図5(a)及び(b)に示すような円形、図5(c)に示すような楕円形、図5(d)に示すようなS字形、図5(e)及び(f)に示すような波形、図5(g)に示すようなストライプ状、図示しない多角形(例えば、矩形、五角形、六角形等)等の種々の形状であってよい。パタンの下面視形状は、図5(a)〜(d)に示すように閉図形であってもよいし、図5(e)〜(g)に示すように開図形であってもよい。また、非パタン領域R2は、図5(f)又は(g)に示すようなほぼ線状の形状、又はほぼ点(ドット)の形状(図示せず)であってもよい。典型的な態様において、セパレータは、規則的又はランダムに配列された複数のパタンを有する。一態様において、パタンは、パタン形成による利点を良好に得つつセパレータ全体に亘って物性均一性を良好にする観点で、格子状(すなわちグリッド状)に配列されていることが好ましい。本開示で、格子状の配列とは、交差する2つの方向に沿った所定間隔での配列を意味する。したがって、格子状の配列は、六方配列(図5(a))、四方配列(図5(b))、三方配列(図示せず)等を包含する。複数のパタンの配列は、上記で例示したもののうち1種でもよいし2種以上の組合せでもよい。
<Pattern>
5A to 5G are bottom views showing the pattern shape according to one embodiment of the present invention. 5A to 5D can correspond to the separator according to the first or third embodiment. 5E to 5G can correspond to the separator according to the second embodiment. The shape of the pattern when the separator is viewed from the bottom (that is, the plan view from the back surface side of the separator) is circular as shown in FIGS. 5A and 5B, oval as shown in FIG. An S-shape as shown in (d), a waveform as shown in FIGS. 5 (e) and (f), a stripe as shown in FIG. 5 (g), a polygon not shown (for example, a rectangle, a pentagon, a hexagon). Etc.) and the like. The bottom view shape of the pattern may be a closed figure as shown in FIGS. 5A to 5D or may be an open figure as shown in FIGS. 5E to 5G. Further, the non-pattern region R2 may have a substantially linear shape as shown in FIG. 5 (f) or (g), or a substantially dot (dot) shape (not shown). In a typical embodiment, the separator has a plurality of patterns arranged regularly or randomly. In one aspect, it is preferable that the patterns are arranged in a grid pattern (that is, a grid pattern) from the viewpoint of achieving good physical property uniformity over the entire separator while obtaining the advantages of the pattern formation. In the present disclosure, the lattice-like array means an array at predetermined intervals along two intersecting directions. Therefore, the grid-like array includes a hexagonal array (FIG. 5A), a tetragonal array (FIG. 5B), a three-way array (not shown), and the like. The arrangement of the plurality of patterns may be one type or a combination of two or more types among those exemplified above.
図5(a)〜(g)を参照し、一態様において、パタン領域の下面視形状の長径Lと短径Dとのアスペクト比L/Dは、1以上であり、例えば、2以上、又は3以上、又は5以上であってよく、非水電解質の流路の良好な形成の観点から、好ましくは10以下、より好ましくは9以下、更に好ましくは8以下である。本開示で、長径L及び短径Dは、下面視形状の外接矩形の長辺及び短辺としてそれぞれ規定される。 With reference to FIGS. 5A to 5G, in one aspect, the aspect ratio L / D between the major axis L and the minor axis D of the bottom view shape of the pattern region is 1 or more, for example, 2 or more, or It may be 3 or more, or 5 or more, and is preferably 10 or less, more preferably 9 or less, and further preferably 8 or less from the viewpoint of good formation of the flow path of the non-aqueous electrolyte. In the present disclosure, the major axis L and the minor axis D are respectively defined as the long side and the short side of the circumscribing rectangle in a bottom view shape.
長径L及び短径Dは、以下の方法で計測できる。すなわち、セパレータ裏面を顕微鏡観察する。観察領域は、セパレータ全体の性状を反映するように選択され、例えば前述の10mm×10mmのサイズを有する。得られた裏面画像上でパタン領域の外縁を決定する。外縁が閉図形である場合には、該閉図形の外接矩形を決定し、外接矩形の長辺を長径L、短辺を短径Dとする。一方、外縁が開図形である場合には、各パタン領域における外縁間の最短距離を短径Dとし、長径Lは値なしとする。 The major axis L and the minor axis D can be measured by the following method. That is, the back surface of the separator is observed with a microscope. The observation region is selected so as to reflect the properties of the entire separator and has, for example, the size of 10 mm × 10 mm described above. The outer edge of the pattern area is determined on the obtained back surface image. When the outer edge is a closed figure, the circumscribed rectangle of the closed figure is determined, and the long side of the circumscribed rectangle is the major axis L and the short side is the minor axis D. On the other hand, when the outer edges are open figures, the shortest distance between the outer edges in each pattern area is the minor axis D, and the major axis L has no value.
一態様において、長径Lは、変形し難いパタン領域を形成する観点から、好ましくは150μm以上、より好ましくは200μm以上、更に好ましくは300μm以上であり、非水電解質が良好に流通できる流路を形成する観点から、好ましくは1800μm以下、より好ましくは1500μm以下、更に好ましくは1200μm以下である。 In one aspect, the major axis L is preferably 150 μm or more, more preferably 200 μm or more, still more preferably 300 μm or more, from the viewpoint of forming a pattern region that is difficult to deform, and forms a flow path in which the non-aqueous electrolyte can satisfactorily flow. From this viewpoint, the thickness is preferably 1800 μm or less, more preferably 1500 μm or less, still more preferably 1200 μm or less.
一態様において、短径Dは、変形し難いパタン領域を形成する観点から、好ましくは100μm以上、より好ましくは120μm以上であり、非水電解質が良好に流通できる流路を形成する観点から、好ましくは1500μm以下、より好ましくは1200μm以下、更に好ましくは1000μm以下である。 In one aspect, the minor axis D is preferably 100 μm or more, more preferably 120 μm or more, from the viewpoint of forming a pattern region that is difficult to deform, and from the viewpoint of forming a flow path in which the nonaqueous electrolyte can satisfactorily flow. Is 1500 μm or less, more preferably 1200 μm or less, still more preferably 1000 μm or less.
図5(a)〜(g)を参照し、パタン領域の下面視形状は、一定のピッチPを有する規則的な配列を有することが好ましい。本開示で、ピッチPは、隣り合うパタン領域間の最短距離を意味する。ピッチPは、非水電解質が良好に流通できる流路を形成する観点から、好ましくは170μm以上、より好ましくは220μm以上、更に好ましくは320μm以上であり、上記観点から、好ましくは1820μm以下、より好ましくは1520μm以下、更に好ましくは1220μm以下である。一態様において、裏面画像中の全てのパタンについてピッチPを計測し、その数平均値をピッチPの値とする。 With reference to FIGS. 5A to 5G, it is preferable that the bottom view shape of the pattern region has a regular array having a constant pitch P. In the present disclosure, the pitch P means the shortest distance between adjacent pattern regions. The pitch P is preferably 170 μm or more, more preferably 220 μm or more, still more preferably 320 μm or more from the viewpoint of forming a flow path through which the nonaqueous electrolyte can satisfactorily flow, and from the above viewpoint, preferably 1820 μm or less, more preferably Is 1520 μm or less, more preferably 1220 μm or less. In one aspect, the pitch P is measured for all the patterns in the back surface image, and the number average value thereof is set as the value of the pitch P.
非水電解質二次電池用のセパレータは、正極及び負極とセパレータとの積層体又はその巻回体として使用されることができる。パタン領域R1の存在によって、セパレータの特に表面F側には、積層体又はその巻回体における非水電解質のための流路として良好に機能する空間が存在する。この空間は、非水電解質電池の充電及び/又は放電時の液回り向上に寄与するとともに、電池使用時の非水電解質の均一拡散によって、電極材料劣化抑制、電解質劣化抑制及びデンドライト形成抑制に寄与する。 The separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used as a laminate of a positive electrode and a negative electrode and a separator, or a wound body thereof. Due to the presence of the pattern region R1, there is a space that functions well as a flow path for the non-aqueous electrolyte in the laminate or the wound body thereof, particularly on the surface F side of the separator. This space contributes to the improvement of liquid flow at the time of charging and / or discharging of the non-aqueous electrolyte battery, and also contributes to suppression of electrode material deterioration, suppression of electrolyte deterioration and dendrite formation by uniform diffusion of the non-aqueous electrolyte when the battery is used. To do.
また、セパレータが微多孔膜で形成される場合には、パタン領域R1においても多孔構造を保持(すなわちセパレータとしての機能を保持)しているため、例えば凸部又は凹部を微多孔膜とは異なる材質で形成する場合と比べ、有効面積が広いという利点を有する。 Further, when the separator is formed of a microporous film, the pattern region R1 also retains a porous structure (that is, retains the function as a separator), so that, for example, a convex portion or a concave portion is different from the microporous membrane. It has an advantage that the effective area is large as compared with the case where it is formed of a material.
〔セパレータの材質〕
本実施形態のセパレータは、基材に所望形状のパタンをエンボス加工等によって形成することで製造できる。以下、セパレータの材質の好適例について説明する。
[Separator material]
The separator of the present embodiment can be manufactured by forming a pattern of a desired shape on the base material by embossing or the like. Hereinafter, a suitable example of the material of the separator will be described.
基材としては、イオンの透過性が高く、かつ正極と負極とを電気的に隔離する機能を有するもの、例えば、非水電解質二次電池に用いられる既知の微多孔膜を用いることができる。
具体的には、ポリオレフィン(ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等)、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、及びポリウレタン等のように、電池中の非水電解質に対して安定であり、かつ電気化学的に安定な材料で構成された微多孔膜又は不織布等を基材として用いることができる。
また、基材としては、好ましくは80℃以上(より好ましくは100℃以上)で、かつ好ましくは180℃以下(より好ましくは150℃以下)の温度において、その孔が閉塞する機能(すなわちシャットダウン機能)を有していることが好ましい。従って、基材には、融解温度、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度範囲が、好ましくは80℃以上(より好ましくは100℃以上)、好ましくは180℃以下(より好ましくは150℃以下)であるポリオレフィンを含む微多孔膜又は不織布を用いることがより好ましい。この場合、基材となる微多孔膜又は不織布は、例えば、PEのみで構成されていてもよく、PPのみで構成されていてもよく、更には2種類以上の材料を含んでいてもよい。
なお、基材は、単数に限られず、複数の層を含むことができる。従って、基材は、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体(PP/PE/PP三層積層体等)、PE製の微多孔膜とポリイミド製の微多孔膜との積層体等でもよい。
基材の代表例としては、ポリオレフィン微多孔膜等が挙げられる。
As the base material, a material having high ion permeability and having a function of electrically isolating the positive electrode and the negative electrode, for example, a known microporous membrane used in a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used.
Specifically, such as polyolefins (polyethylene (PE), polypropylene (PP), etc.), polyesters, polyimides, polyamides, polyurethanes, etc., are stable to the non-aqueous electrolyte in the battery and are electrochemically stable. A microporous membrane or a non-woven fabric made of a stable material can be used as the substrate.
In addition, as a substrate, at a temperature of preferably 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher), and preferably 180 ° C. or lower (more preferably 150 ° C. or lower), the function of closing its pores (that is, shutdown function) ) Are preferred. Therefore, the base material has a melting temperature, that is, a melting temperature range measured using a differential scanning calorimeter (DSC) according to JIS K 7121, preferably 80 ° C. or higher (more preferably 100 ° C. or higher). ), And it is more preferable to use a microporous membrane or nonwoven fabric containing a polyolefin having a temperature of 180 ° C or lower (more preferably 150 ° C or lower). In this case, the microporous membrane or the non-woven fabric as the base material may be composed of PE alone, PP alone, or may contain two or more kinds of materials.
The base material is not limited to a single material, and may include a plurality of layers. Therefore, the base material is a laminated body of a microporous membrane made of PE and a microporous membrane made of PP (PP / PE / PP three-layer laminated body, etc.), a microporous membrane made of PE and a microporous membrane made of polyimide. It may be a laminated body or the like.
As a typical example of the substrate, a microporous polyolefin membrane or the like can be mentioned.
(ポリオレフィン微多孔膜)
ポリオレフィン微多孔膜は、ポリオレフィン樹脂を含んで構成される。ポリオレフィン樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、及び1−オクテン等のホモポリマー、並びにこれらのコポリマー、多段ポリマー等を用いることができる。より具体的には、特に限定されないが、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン、エチレン−プロピレンランダムコポリマー、ポリブテン、及びエチレンプロピレンラバー等が挙げられる。
なかでも、非水電解質二次電池への用途を想定した場合、ポリオレフィン樹脂としては、低融点、かつ高強度である、高密度ポリエチレンを主成分とする樹脂が好ましい。
(Polyolefin microporous membrane)
The polyolefin microporous film is configured to include a polyolefin resin. The polyolefin resin is not particularly limited, and examples thereof include homopolymers of ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene, and the like, and copolymers thereof, multistage polymers and the like. Can be used. More specifically, but not limited to, low density polyethylene, linear low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, isotactic polypropylene, atactic polypropylene, ethylene-propylene random copolymer, polybutene. , And ethylene propylene rubber.
Among them, when the application to a non-aqueous electrolyte secondary battery is assumed, a resin having a low melting point and high strength and having high density polyethylene as a main component is preferable as the polyolefin resin.
また、ポリプロピレンと、ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂とを併用することがより好ましい。このようなポリオレフィン樹脂を用いることにより、セパレータの耐熱性がより向上する傾向にある。なお、ポリプロピレンの立体構造としては、特に限定されないが、例えば、アイソタクティックポリプロピレン、シンジオタクティックポリプロピレン、及びアタクティックポリプロピレンが挙げられる。 It is more preferable to use polypropylene and a polyolefin resin other than polypropylene in combination. The use of such a polyolefin resin tends to further improve the heat resistance of the separator. The three-dimensional structure of polypropylene is not particularly limited, but examples thereof include isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, and atactic polypropylene.
ポリプロピレンの含有量としては、ポリオレフィン樹脂100質量%に対して、1〜35質量%が好ましく、3〜20質量%がより好ましく、4〜10質量%が更に好ましい。ポリプロピレンの含有量が上記の範囲内であることにより、より高い耐熱性とより良好なシャッダウン機能とを両立できる傾向にある。 As content of polypropylene, 1-35 mass% is preferable with respect to 100 mass% of polyolefin resin, 3-20 mass% is more preferable, 4-10 mass% is still more preferable. When the content of polypropylene is within the above range, higher heat resistance and a better shutdown function tend to be compatible.
ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂としては、特に限定されないが、例えば、上記のものが挙げられ、なかでも、ポリエチレン、ポリブテン、及びエチレン−プロピレンランダムコポリマー等が好ましい。特に、シャットダウン特性の観点から、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、及び超高分子量ポリエチレン等がより好ましい。また、強度の観点から、JIS K 7112に従って測定した密度が0.93g/cm3以上であるポリエチレンも好ましい。
なお、ポリオレフィン樹脂は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The polyolefin resin other than polypropylene is not particularly limited, but examples thereof include those mentioned above, and among them, polyethylene, polybutene, ethylene-propylene random copolymer and the like are preferable. In particular, low density polyethylene, linear low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, and ultrahigh molecular weight polyethylene are more preferable from the viewpoint of shutdown characteristics. From the viewpoint of strength, polyethylene having a density measured according to JIS K 7112 of 0.93 g / cm 3 or more is also preferable.
The polyolefin resins may be used alone or in combination of two or more.
ポリオレフィン樹脂の含有量としては、基材100質量%に対して、50質量%以上100質量%以下が好ましく、60質量%以上100質量%以下がより好ましく、70質量%以上100質量%以下が更に好ましい。ポリオレフィン樹脂の含有量が上記の範囲内であることにより、非水電解質二次電池用セパレータとして用いた場合のシャットダウン性能がより向上する傾向にある。 The content of the polyolefin resin is preferably 50% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 60% by mass or more and 100% by mass or less, and further preferably 70% by mass or more and 100% by mass or less with respect to 100% by mass of the base material. preferable. When the content of the polyolefin resin is within the above range, the shutdown performance tends to be further improved when the polyolefin resin is used as a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
ポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量としては、3万以上1200万以下が好ましく、5万以上200万以下がより好ましく、10万以上100万以下が更に好ましい。粘度平均分子量が3万以上であることにより、溶融成形時のメルトテンションが大きくなり基材の成形性が良好になると共に、ポリマー同士の絡み合いにより基材がより高強度となる傾向にある。一方、粘度平均分子量が1200万以下であることにより、均一に溶融混練をすることが容易となり、シートの成形性、特に厚さ安定性に優れる傾向にある。更に、粘度平均分子量が100万以下であることにより、温度上昇時に孔を閉塞し易く良好なシャットダウン機能が得られる傾向にある。なお、例えば、粘度平均分子量100万未満のポリオレフィンを単独で用いる代わりに、粘度平均分子量200万のポリオレフィンと粘度平均分子量27万のポリオレフィンの混合物であって、その粘度平均分子量が100万未満となるポリオレフィン樹脂混合物を用いてもよい。 The viscosity average molecular weight of the polyolefin resin is preferably from 30,000 to 12,000,000, more preferably from 50,000 to 2,000,000, still more preferably from 100,000 to 1,000,000. When the viscosity average molecular weight is 30,000 or more, the melt tension at the time of melt molding becomes large, the moldability of the base material becomes good, and the base material tends to have higher strength due to the entanglement of the polymers. On the other hand, when the viscosity average molecular weight is 12,000,000 or less, it becomes easy to uniformly melt and knead, and the moldability of the sheet, particularly the thickness stability tends to be excellent. Furthermore, when the viscosity average molecular weight is 1,000,000 or less, pores are likely to be clogged when the temperature rises, and a good shutdown function tends to be obtained. Note that, for example, instead of using a polyolefin having a viscosity average molecular weight of less than 1,000,000 alone, it is a mixture of a polyolefin having a viscosity average molecular weight of 2 million and a polyolefin having a viscosity average molecular weight of 270,000, and the viscosity average molecular weight is less than 1 million. A polyolefin resin mixture may be used.
基材は、任意の添加剤を含有することができる。添加剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂以外のポリマー;無機粒子;樹脂微粒子;フェノール系、リン系、イオウ系等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤;光安定剤;帯電防止剤;防曇剤;着色顔料等が挙げられる。 The substrate can contain any additive. The additives are not particularly limited, but include, for example, polymers other than polyolefin resin; inorganic particles; resin fine particles; antioxidants such as phenol-based, phosphorus-based, and sulfur-based; metal soaps such as calcium stearate and zinc stearate; Examples include UV absorbers, light stabilizers, antistatic agents, antifogging agents, and coloring pigments.
基材に無機粒子、及び/又は樹脂微粒子を含有させる場合には、上記のポリオレフィン微多孔膜中に、無機粒子、及び/又は樹脂微粒子を含有させればよい。 When the substrate contains inorganic particles and / or resin fine particles, the polyolefin microporous film may contain inorganic particles and / or resin fine particles.
無機粒子としては、好ましくは、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ストロンチウム、酸化バナジウム、SiO2−MgO(ケイ酸マグネシウム)、SiO2−CaO(ケイ酸カルシウム)、ハイドロタルサイト、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸ランタン、炭酸セリウム、塩基性チタン酸塩、塩基性ケイチタン酸塩、塩基性酢酸銅、塩基性硫酸鉛、層状複水酸化物(Mg−Alタイプ、Mg−Feタイプ、Ni−Feタイプ、Li−Alタイプ)、層状複水酸化物−アルミナシリカゲル複合体、ベーマイト、アルミナ、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化鉄、オキシ水酸化鉄、ヘマタイト、酸化ビスマス、酸化スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の陰イオン吸着材、リン酸ジルコニウム、リン酸チタニウム、アパタイト、非塩基性チタン酸塩、ニオブ酸塩、ニオブ・チタン酸塩等の陽イオン吸着材、ゼオライト、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、石膏、硫酸バリウム等の炭酸塩、及び硫酸塩、アルミナ三水和物(ATH)、ヒュームドシリカ、沈殿シリカ、ジルコニア、及びイットリア等の酸化物系セラミックス、窒化ケイ素、窒化チタン、及び窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス、シリコンカーバイド、カオリナイト、タルク、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、アメサイト、ベントナイト等の層状シリケート、アスベスト、ケイ藻土、ガラス繊維、合成層状シリケート、例えば、雲母又はフルオロ雲母、及びホウ酸亜鉛から成る群から選択される。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The inorganic particles are preferably sodium oxide, potassium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, strontium oxide, vanadium oxide, SiO 2 —MgO (magnesium silicate), SiO 2 —CaO ( Calcium silicate), hydrotalcite, sodium carbonate, potassium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, lanthanum carbonate, cerium carbonate, basic titanate, basic silicotitanate, basic copper acetate, basic sulfuric acid Lead, layered double hydroxide (Mg-Al type, Mg-Fe type, Ni-Fe type, Li-Al type), layered double hydroxide-alumina silica gel composite, boehmite, alumina, zinc oxide, lead oxide, Iron oxide, iron oxyhydroxide, hematite, bismuth oxide, Anions such as tin oxide, titanium oxide, zirconium oxide, zirconium phosphate, titanium phosphate, apatite, non-basic titanate, niobate, cation adsorbents such as niobium titanate, zeolite, Carbonates such as calcium sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, gypsum and barium sulfate, and sulfates, alumina trihydrate (ATH), fumed silica, precipitated silica, zirconia, oxide ceramics such as yttria, nitriding Nitride-based ceramics such as silicon, titanium nitride, and boron nitride, layered silicates such as silicon carbide, kaolinite, talc, dickite, nacrite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, amethite, bentonite, asbestos, and silicate. Algae earth, glass fiber, go Layered silicates, e.g., be selected mica or fluoro mica, and from the group consisting of zinc borate. These may be used alone or in combination of two or more.
樹脂微粒子としては、耐熱性、及び電気絶縁性を有し、非水電解質に対して安定であり、かつ非水電解質二次電池の作動電圧範囲において酸化還元され難い、電気化学的に安定な樹脂で構成されることが好ましい。このような樹脂微粒子を形成するための樹脂としては、スチレン樹脂(ポリスチレン等)、スチレン−ブタジエンゴム、アクリル樹脂(ポリメチルメタクリレート等)、ポリアルキレンオキシド(ポリエチレンオキシド等)、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン等)、及びこれらの誘導体から成る群から選ばれる少なくとも1種の樹脂の架橋体、尿素樹脂、並びにポリウレタン等が例示できる。樹脂微粒子は、上記で例示された樹脂を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、樹脂微粒子は、必要に応じて、樹脂に添加されることができる既知の添加剤、例えば、酸化防止剤等を含有してもよい。 The resin fine particles have heat resistance and electrical insulation, are stable to non-aqueous electrolytes, and are not easily redox-reduced in the operating voltage range of non-aqueous electrolyte secondary batteries, and are electrochemically stable resins. It is preferable that As a resin for forming such resin fine particles, styrene resin (polystyrene etc.), styrene-butadiene rubber, acrylic resin (polymethylmethacrylate etc.), polyalkylene oxide (polyethylene oxide etc.), fluororesin (polyvinylidene fluoride). Etc.) and a cross-linked product of at least one resin selected from the group consisting of derivatives thereof, urea resins, polyurethanes and the like. As the resin fine particles, the resins exemplified above may be used alone or in combination of two or more. Further, the resin fine particles may contain a known additive that can be added to the resin, such as an antioxidant, if necessary.
無機粒子又は樹脂微粒子の形態としては、板状、鱗片状、針状、柱状、球状、多面体状、及び塊状等のいずれの形態であってもよい。上記形態を有する無機粒子又は樹脂微粒子は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。透過性向上の観点からは複数の面から成る多面体状が好ましい。 The form of the inorganic particles or resin fine particles may be any of plate-like, scale-like, needle-like, columnar, spherical, polyhedral, and lump-like forms. The inorganic particles or resin particles having the above-mentioned form may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of improving the transparency, a polyhedral shape having a plurality of surfaces is preferable.
無機粒子又は樹脂微粒子の粒子径としては、その平均粒子径(D50)が、0.1μm〜4.0μmであることが好ましく、0.2μm〜3.5μmであることがより好ましく、0.4μm〜3.0μmであることが更に好ましい。このような範囲内に平均粒子径を調整することで高温での熱収縮がより抑制される傾向にある。 The average particle diameter (D50) of the inorganic particles or resin fine particles is preferably 0.1 μm to 4.0 μm, more preferably 0.2 μm to 3.5 μm, and 0.4 μm. More preferably, it is about 3.0 μm. By adjusting the average particle size within such a range, heat shrinkage at high temperature tends to be further suppressed.
これらの添加剤の合計含有量としては、基材100質量部に対して、20質量部以下が好ましく、10質量部以下がより好ましく、5質量部以下が更に好ましい。合計含有量の下限値は、特に制限されるものではなく、例えば、基材100質量部に対して、0質量部を超えることができる。 The total content of these additives is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, still more preferably 5 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the base material. The lower limit of the total content is not particularly limited, and can be, for example, more than 0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base material.
(被覆層)
一態様においては、セパレータの表面若しくは裏面又はこれらの両方が、無機又は有機の被覆層で構成されている。このようなセパレータは、基材の片面又は両面に被覆層を形成することで製造できる。被覆層は、パタン領域、非パタン領域、又はこれらの両方に存在してよい。無機の被覆層は、耐熱性、寸法安定性、強度などの観点から好ましい。有機の被覆層は、強度、熱可塑性、電極との接着性、巻回体のプレスバック防止又はロールバック防止などの観点から好ましい。
(Coating layer)
In one aspect, the front surface, the back surface, or both of the separators are each formed of an inorganic or organic coating layer. Such a separator can be manufactured by forming a coating layer on one surface or both surfaces of a base material. The coating layer may be present in the patterned area, the non-patterned area, or both. The inorganic coating layer is preferable from the viewpoint of heat resistance, dimensional stability, strength and the like. The organic coating layer is preferable from the viewpoint of strength, thermoplasticity, adhesiveness to electrodes, prevention of press-back or roll-back of the wound body, and the like.
無機層としては、特に限定されないが、例えば、無機フィラーと樹脂製バインダを含むものが挙げられる。
このうち、無機フィラーとしては、上記で無機粒子として例示したものを好ましく用いることができる。なかでも、電気化学的安定性、及び微多孔膜の耐熱特性を向上させる観点から、アルミナ、ベーマイト等の酸化アルミニウム化合物;又はカオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト等のイオン交換能を持たないケイ酸アルミニウム化合物が好ましい。酸化アルミニウム化合物としては、水酸化酸化アルミニウムが好ましい。イオン交換能を持たないケイ酸アルミニウム化合物としては、安価で入手も容易なため、カオリン鉱物で主に構成されているカオリンが好ましい。カオリンには湿式カオリン、及びこれを焼成処理した焼成カオリンがあるが、焼成カオリンは焼成処理の際に結晶水が放出されるのに加え、不純物が除去されるので、電気化学的安定性の点で特に好ましい。
The inorganic layer is not particularly limited, but examples thereof include those containing an inorganic filler and a resin binder.
Among these, as the inorganic filler, those exemplified above as the inorganic particles can be preferably used. Among them, aluminum oxide compounds such as alumina and boehmite, or ion exchange capacities of kaolinite, dikite, nacrite, halloysite, pyrophyllite, etc., from the viewpoint of improving electrochemical stability and heat resistance of the microporous membrane. Aluminum silicate compounds which do not have are preferred. Aluminum hydroxide oxide is preferable as the aluminum oxide compound. As the aluminum silicate compound having no ion-exchange ability, kaolin mainly composed of kaolin minerals is preferable because it is inexpensive and easily available. Kaolin includes wet kaolin and calcined kaolin obtained by calcining it. Calcined kaolin releases impurities in addition to water of crystallization during the calcining process, and therefore has a significant electrochemical stability. Is particularly preferable.
無機フィラーの形状としては、特に限定されないが、例えば、板状、鱗片状、針状、柱状、球状、多面体状、及び塊状等が挙げられ、上記形状を有する無機フィラーを複数種組み合わせて用いてもよい。なかでも、複数の面からなる多面体状、柱状、紡錘状が好ましい。このような無機フィラーを用いることにより、透過性がより向上する傾向にある。 The shape of the inorganic filler is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape, a scale shape, a needle shape, a columnar shape, a spherical shape, a polyhedral shape, and a lump shape, and a plurality of kinds of inorganic fillers having the above shapes are used in combination. Good. Among them, a polyhedron shape having a plurality of surfaces, a columnar shape, and a spindle shape are preferable. By using such an inorganic filler, the permeability tends to be further improved.
無機フィラーの含有量としては、無機層100質量%に対して、50質量%以上100質量%未満が好ましく、70質量%以上99.99質量%以下がより好ましく、80質量%以上99.9質量%以下が更に好ましく、90質量%以上99質量%以下が特に好ましい。無機フィラーの含有量が上記の範囲内であることにより、無機フィラーの結着性、耐熱性、及び多層の微多孔膜とした場合における透過性等がより向上する傾向にある。 As content of an inorganic filler, with respect to 100 mass% of inorganic layers, 50 mass% or more and less than 100 mass% are preferable, 70 mass% or more and 99.99 mass% or less are more preferable, 80 mass% or more and 99.9 mass%. % Or less is more preferable, and 90% by mass or more and 99% by mass or less is particularly preferable. When the content of the inorganic filler is within the above range, the binding property of the inorganic filler, the heat resistance, and the permeability in the case of a multilayer microporous film tend to be further improved.
樹脂製バインダとしては、特に限定されないが、非水電解質に対して不溶であり、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定なものを用いることが好ましい。このような樹脂製バインダとしては、特に限定されないが、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂;フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム;スチレン−ブタジエン共重合体、及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、及びその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類;エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体;ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル等の融点、及び/又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂等が挙げられる。 The resin binder is not particularly limited, but it is preferable to use one that is insoluble in the non-aqueous electrolyte and is electrochemically stable in the range of use of the lithium ion secondary battery. The resin binder is not particularly limited, but examples thereof include polyolefins such as polyethylene and polypropylene; fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymerization Fluorine-containing rubber such as polymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer; styrene-butadiene copolymer, and its hydride, acrylonitrile-butadiene copolymer, and its hydride, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, and Its hydride, methacrylic acid ester-acrylic acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester copolymer, acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, ethylene propylene rubber, polyvinyl alcohol, poly Rubbers such as vinyl acetate; cellulose derivatives such as ethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose; melting points of polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, polyamide, polyester, and / or the like. Examples thereof include resins having a glass transition temperature of 180 ° C. or higher.
樹脂製バインダとしてポリビニルアルコールを用いる場合、そのケン化度は、85%以上100%以下が好ましく、90%以上100%以下がより好ましく、95%以上100%以下が更に好ましく、99%以上100%以下が特に好ましい。PVAのケン化度が85%以上であることにより、セパレータの短絡する温度(ショート温度)が向上し、より良好な安全性能が得られる傾向にある。 When polyvinyl alcohol is used as the resin binder, the saponification degree is preferably 85% or more and 100% or less, more preferably 90% or more and 100% or less, further preferably 95% or more and 100% or less, and 99% or more 100%. The following are particularly preferred. When the saponification degree of PVA is 85% or more, the temperature at which the separator short-circuits (short-circuit temperature) is improved, and better safety performance tends to be obtained.
ポリビニルアルコールの重合度としては、200以上5,000以下が好ましく、300以上4,000以下がより好ましく、500以上3,500以下が更に好ましい。重合度が200以上であることにより、少量のポリビニルアルコールで焼成カオリン等の無機フィラーを無機層に強固に結着でき、無機層の力学的強度を維持しながら基材の透気度増加を抑えることができる傾向にある。また、重合度が5,000以下であることにより、塗布液を調製する際のゲル化等を防止できる傾向にある。 The polymerization degree of polyvinyl alcohol is preferably 200 or more and 5,000 or less, more preferably 300 or more and 4,000 or less, and further preferably 500 or more and 3,500 or less. When the polymerization degree is 200 or more, a small amount of polyvinyl alcohol can firmly bind the inorganic filler such as calcined kaolin to the inorganic layer, and suppress the increase in air permeability of the base material while maintaining the mechanical strength of the inorganic layer. Tend to be able to. Further, when the degree of polymerization is 5,000 or less, gelation or the like tends to be prevented when the coating liquid is prepared.
樹脂製バインダとしては、樹脂製ラテックスバインダが好ましい。樹脂製ラテックスバインダを用いることにより、イオン透過性が低下し難く、高出力特性が得られ易い傾向にある。加えて、異常発熱時の温度上昇が速い場合においても、円滑なシャットダウン特性を示し、高い安全性が得られ易い傾向にある。 As the resin binder, a resin latex binder is preferable. By using the resin-made latex binder, the ion permeability is less likely to decrease and high output characteristics tend to be easily obtained. In addition, even when the temperature rises rapidly during abnormal heat generation, smooth shutdown characteristics are exhibited, and high safety tends to be easily obtained.
樹脂製ラテックスバインダとしては、特に限定されないが、例えば、電気化学的安定性と結着性を向上させる観点から、脂肪族共役ジエン系単量体、不飽和カルボン酸単量体、並びに、脂肪族共役ジエン系単量体、及び/又は不飽和カルボン酸単量体と脂肪族共役ジエン系単量体、及び/又は不飽和カルボン酸単量体と共重合可能な他の単量体とを乳化重合して得られるものが好ましい。乳化重合の方法としては、特に制限はなく、既知の方法を用いることができる。単量体、及びその他の成分の添加方法については特に制限されるものではなく、一括添加方法、分割添加方法、連続添加方法の何れも採用することができ、また、一段重合、二段重合又は多段階重合等の何れも採用することができる。 The resin latex binder is not particularly limited, but for example, from the viewpoint of improving electrochemical stability and binding property, an aliphatic conjugated diene monomer, an unsaturated carboxylic acid monomer, and an aliphatic binder. Emulsifying a conjugated diene-based monomer, and / or an unsaturated carboxylic acid monomer, and an aliphatic conjugated diene-based monomer, and / or another monomer copolymerizable with the unsaturated carboxylic acid monomer Those obtained by polymerization are preferred. The emulsion polymerization method is not particularly limited, and a known method can be used. The addition method of the monomer and other components is not particularly limited, and any one of a batch addition method, a divided addition method, and a continuous addition method can be adopted, and one-step polymerization, two-step polymerization or Any of multi-step polymerization and the like can be adopted.
脂肪族共役ジエン系単量体としては、特に限定されないが、例えば、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3ブタジエン、2−クロル−1,3−ブタジエン、置換直鎖共役ペンタジエン類、置換、及び側鎖共役ヘキサジエン類等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上記のなかでも、特に1,3−ブタジエンが好ましい。 The aliphatic conjugated diene-based monomer is not particularly limited, but examples thereof include 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3 butadiene, and 2-chloro-1. , 3-butadiene, substituted linear conjugated pentadienes, substituted, and side chain conjugated hexadienes. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above, 1,3-butadiene is particularly preferable.
不飽和カルボン酸単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のモノ又はジカルボン酸(無水物)等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上記のなかでも、特にアクリル酸、メタクリル酸が好ましい。 The unsaturated carboxylic acid monomer is not particularly limited, and examples thereof include mono- or dicarboxylic acids (anhydrides) such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above, acrylic acid and methacrylic acid are particularly preferable.
脂肪族共役ジエン系単量体、及び/又は不飽和カルボン酸単量体と共重合可能な他の単量体としては、特に限定されないが、例えば、芳香族ビニル系単量体、シアン化ビニル系単量体、不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体、ヒドロキシアルキル基を含有する不飽和単量体、不飽和カルボン酸アミド単量体等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なかでも、特に不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体が好ましい。不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体としては、特に限定されないが、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジメチルマレエート、ジエチルマレエート、ジメチルイタコネート、モノメチルフマレート、モノエチルフマレート、2−エチルヘキシルアクリレート等が挙げられ、これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。上記のなかでも、特にメチルメタクリレートが好ましい。
なお、これらの単量体に加えて様々な品質、及び物性を改良するために、上記以外の単量体成分を更に用いることもできる。
Other monomers copolymerizable with the aliphatic conjugated diene monomer and / or the unsaturated carboxylic acid monomer are not particularly limited, but include, for example, aromatic vinyl monomers and vinyl cyanide. Examples thereof include system monomers, unsaturated carboxylic acid alkyl ester monomers, hydroxyalkyl group-containing unsaturated monomers and unsaturated carboxylic acid amide monomers. These may be used alone or in combination of two or more.
Of these, unsaturated carboxylic acid alkyl ester monomers are particularly preferable. The unsaturated carboxylic acid alkyl ester monomer is not particularly limited, and examples thereof include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, glycidyl methacrylate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl maleate, diethyl. Examples thereof include maleate, dimethyl itaconate, monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, and 2-ethylhexyl acrylate. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above, methyl methacrylate is particularly preferable.
In addition to these monomers, in order to improve various quality and physical properties, monomer components other than the above may be further used.
樹脂製バインダの平均粒径としては、50〜800nmが好ましく、60〜700nmがより好ましく、80〜500nmが更に好ましい。樹脂製バインダの平均粒径が50nm以上であることにより、無機層をポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に積層した際、イオン透過性が低下し難く、高出力特性が得られ易い傾向にある。加えて、異常発熱時の温度上昇が速い場合においても、円滑なシャットダウン特性を示し、高い安全性が得られ易い傾向にある。樹脂製バインダの平均粒径が800nm以下であることにより、良好な結着性を発現し、多層の微多孔膜とした場合に熱収縮が良好となり安全性に優れる傾向にある。なお、樹脂製バインダの平均粒径は、重合時間、重合温度、原料組成比、原料投入順序、pH等を調整することで制御することが可能である。 The average particle size of the resin binder is preferably 50 to 800 nm, more preferably 60 to 700 nm, and even more preferably 80 to 500 nm. When the average particle diameter of the resin binder is 50 nm or more, when the inorganic layer is laminated on at least one side of the polyolefin microporous film, the ion permeability is unlikely to decrease and high output characteristics tend to be easily obtained. In addition, even when the temperature rises rapidly during abnormal heat generation, smooth shutdown characteristics are exhibited, and high safety tends to be easily obtained. When the average particle diameter of the resin binder is 800 nm or less, good binding properties are exhibited, and when a multilayer microporous film is formed, heat shrinkage becomes good and safety tends to be excellent. The average particle size of the resin binder can be controlled by adjusting the polymerization time, the polymerization temperature, the raw material composition ratio, the raw material feeding order, the pH and the like.
無機層の層厚としては、1〜50μmが好ましく、1.5〜20μmがより好ましく、2〜10μmが更に好ましく、3〜10μmがより更に好ましく、3〜7μmが特に好ましい。無機層の層厚が1μm以上であることにより、基材の耐熱性、及び絶縁性がより向上する傾向にある。また、無機層の層厚が50μm以下であることにより、電池容量と透過性がより向上する傾向にある。 The layer thickness of the inorganic layer is preferably 1 to 50 μm, more preferably 1.5 to 20 μm, further preferably 2 to 10 μm, further preferably 3 to 10 μm, and particularly preferably 3 to 7 μm. When the layer thickness of the inorganic layer is 1 μm or more, the heat resistance and insulating property of the base material tend to be further improved. Moreover, when the layer thickness of the inorganic layer is 50 μm or less, the battery capacity and the permeability tend to be further improved.
無機層の層密度としては、0.5〜2.0g/cm3が好ましく、0.7〜1.5g/cm3がより好ましい。無機層の層密度が0.5g/cm3以上であることにより、高温での熱収縮率が良好となる傾向にある。また、無機層の層密度が2.0g/cm3以下であることにより、透気度がより低下する傾向にある。 The layer density of the inorganic layer is preferably 0.5~2.0g / cm 3, 0.7~1.5g / cm 3 is more preferable. When the layer density of the inorganic layer is 0.5 g / cm 3 or more, the heat shrinkage rate at high temperature tends to be good. Further, when the layer density of the inorganic layer is 2.0 g / cm 3 or less, the air permeability tends to be further reduced.
有機の被覆層としては、接着層を例示できる。接着層は熱可塑性ポリマーを含む。接着層のセパレータにおける位置については特に限定されない。例えば、セパレータの少なくとも片面に接着層が配されたもの、上記の微多孔膜の少なくとも片面に上記の無機層を配し、更に少なくとも片面に接着層を付与したもの等が挙げられる。接着層は、セパレータの少なくとも片面の全部に配置されてもよく、一部のみに配置されてもよい。接着層において、熱可塑性ポリマーを含む部分と熱可塑性ポリマーを含まない部分とが海島状に存在していてもよい。好ましい態様において、接着層は、セパレータ裏面に形成されていることが好ましく、これにより、パタンと接着層の接触面積を減らすことができる。 An example of the organic coating layer is an adhesive layer. The adhesive layer comprises a thermoplastic polymer. The position of the adhesive layer on the separator is not particularly limited. For example, a separator having an adhesive layer disposed on at least one surface thereof, a separator having the above-mentioned inorganic layer disposed on at least one surface of the above microporous membrane, and an adhesive layer provided on at least one surface thereof may be mentioned. The adhesive layer may be arranged on all of at least one surface of the separator, or may be arranged on only a part thereof. In the adhesive layer, the portion containing the thermoplastic polymer and the portion not containing the thermoplastic polymer may exist in a sea-island shape. In a preferred embodiment, the adhesive layer is preferably formed on the back surface of the separator, which can reduce the contact area between the pattern and the adhesive layer.
〔セパレータの特性〕
セパレータは、上記の基材を含んで構成される。セパレータの空孔率は、非水電解質の保持量を確保してイオン透過性を良好にするために、セパレータの乾燥した状態で、30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましい。一方、セパレータの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、セパレータの乾燥した状態で、80%以下であることが好ましく、70%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Po(%)は、セパレータの、パタン高さ込みでの厚さ(すなわち、平面B1と平面F2との距離)、面積当たりの質量、及び構成成分の密度から、下記式:
Po={1−(m/t)/(Σai・ρi)}×100
{式中、aiは、全体の質量を1としたときの成分iの比率であり、ρiは、成分iの密度(g/cm3)であり、mは、セパレータの単位面積当たりの質量(g/cm2)であり、かつtは、セパレータのパタン高さ込みでの厚さ(cm)である。}
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。
[Characteristics of separator]
The separator is configured to include the above base material. The porosity of the separator is preferably 30% or more, and preferably 40% or more, in a dry state of the separator, in order to secure a holding amount of the non-aqueous electrolyte and improve ion permeability. More preferable. On the other hand, from the viewpoint of ensuring the strength of the separator and preventing an internal short circuit, the porosity of the separator is preferably 80% or less, and more preferably 70% or less in the dried state of the separator. The porosity Po (%) of the separator is calculated from the thickness of the separator including the pattern height (that is, the distance between the plane B1 and the plane F2), the mass per area, and the density of the constituents as follows. formula:
Po = {1- (m / t) / (Σa i · ρ i )} × 100
{In the formula, a i is the ratio of the component i when the total mass is 1, ρ i is the density (g / cm 3 ) of the component i, and m is the unit area of the separator. It is a mass (g / cm 2 ), and t is a thickness (cm) including the pattern height of the separator. }
Can be calculated by calculating the total sum for each component i.
また、セパレータの透気度は、10秒/100cm3以上500秒/100cm3以下であることが好ましく、より好ましくは20秒/100cm3以上450秒/100cm3以下であり、更に好ましくは30秒/100cm3以上450秒/100cm3以下である。透気度が10秒/100cm3以上であることにより、セパレータを非水電解質二次電池に用いた際の自己放電がより少なくなる傾向にある。また、透気度が500秒/100cm3以下であることにより、より良好な充放電特性が得られる傾向にある。 The air permeability of the separator is preferably 10 seconds / 100 cm 3 or more and 500 seconds / 100 cm 3 or less, more preferably 20 seconds / 100 cm 3 or more and 450 seconds / 100 cm 3 or less, and further preferably 30 seconds. / 100 cm 3 or more and 450 seconds / 100 cm 3 or less. When the air permeability is 10 seconds / 100 cm 3 or more, self-discharge tends to be less when the separator is used in a non-aqueous electrolyte secondary battery. Further, when the air permeability is 500 seconds / 100 cm 3 or less, better charge / discharge characteristics tend to be obtained.
〔セパレータの製造方法〕
(基材の製造方法)
基材を製造する方法としては、特に限定されないが、例えば、既知の製造方法を採用することができる。既知の製造方法としては、例えば、ポリオレフィン樹脂等を含む組成物(以下、「樹脂組成物」ともいう。)と可塑剤とを溶融混練してシート状に成形した後、場合により延伸した後、可塑剤を抽出することにより多孔化させる方法;樹脂組成物を溶融混練して高ドロー比で押出した後、熱処理と延伸によって樹脂結晶界面を剥離させることにより多孔化させる方法;樹脂組成物と無機充填材とを溶融混練してシート状に成形した後、延伸によって樹脂と無機充填材との界面を剥離させることにより多孔化させる方法;樹脂組成物の溶解後、樹脂に対する貧溶媒に浸漬させ樹脂を凝固させると同時に溶剤を除去することにより多孔化させる方法等が挙げられる。
[Method of manufacturing separator]
(Method of manufacturing base material)
The method for producing the base material is not particularly limited, but, for example, a known production method can be adopted. As a known manufacturing method, for example, after a composition containing a polyolefin resin or the like (hereinafter, also referred to as “resin composition”) and a plasticizer are melt-kneaded to form a sheet, and optionally stretched, Method of making porous by extracting plasticizer; Method of making resin composition melt-kneaded and extruding at a high draw ratio, and then making it porous by peeling the resin crystal interface by heat treatment and stretching; Resin composition and inorganic A method of forming a sheet by melt-kneading a filler and forming a sheet, and then making the interface porous by peeling the interface between the resin and the inorganic filler; after the resin composition is dissolved, the resin is immersed in a poor solvent for the resin. Examples of the method include a method of solidifying the solution and a method of making it porous by removing the solvent at the same time.
ここで、パタンを形成する方法については、特に限定されないが、例えば、所定のエンボス加工ロールと、所定の弾性バックアップロールとの両ロールの間に、樹脂組成物のシートを通過させる方法が挙げられる。両ロール間の線圧、及び各ロールの外径並びに表面温度等、加工条件は適宜調節することができる。弾性バックアップロールとしては、JIS K6253 デュロメータ タイプAによるゴム硬度で50°以下であることが好ましい。この硬度を満たすことで、セパレータの孔の閉塞を抑制することができる。弾性バックアップロールのJIS K6253 デュロメータ タイプAによるゴム硬度は、より好ましくは、40°以下、30°以下、又は20°以下である。弾性バックアップロールの材質としては、シリコーンゴムおよびその発泡体が好適に用いられる。 Here, the method of forming the pattern is not particularly limited, and examples thereof include a method of passing a sheet of the resin composition between both rolls of a predetermined embossing roll and a predetermined elastic backup roll. . The processing conditions such as the linear pressure between both rolls and the outer diameter and surface temperature of each roll can be adjusted appropriately. The elastic backup roll preferably has a rubber hardness according to JIS K6253 Durometer Type A of 50 ° or less. By satisfying this hardness, it is possible to prevent the holes of the separator from being blocked. The rubber hardness of the elastic backup roll according to JIS K6253 Durometer Type A is more preferably 40 ° or less, 30 ° or less, or 20 ° or less. Silicon rubber and its foam are preferably used as the material of the elastic backup roll.
例えば、セパレータが無機層を有する場合において、無機層の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、微多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラーと樹脂製バインダとを含む塗布液を塗布して無機層を形成する方法を挙げることができる。 For example, when the separator has an inorganic layer, the method of forming the inorganic layer is not particularly limited, for example, at least one surface of the microporous film, inorganic by applying a coating liquid containing an inorganic filler and a resin binder. The method of forming a layer can be mentioned.
無機フィラーと樹脂製バインダとを、塗布液の溶媒に分散させる方法については、特に限定されないが、例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散、ディスパーザー、ホモジナイザー、高速衝撃ミル、超音波分散、撹拌羽根等による機械撹拌等が挙げられる。 The method of dispersing the inorganic filler and the resin binder in the solvent of the coating solution is not particularly limited, for example, ball mill, bead mill, planetary ball mill, vibrating ball mill, sand mill, colloid mill, attritor, roll mill, high-speed impeller dispersion. , A disperser, a homogenizer, a high-speed impact mill, ultrasonic dispersion, mechanical stirring with a stirring blade, and the like.
塗布液を基材に塗布する方法については、特に限定されないが、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法等が挙げられる。 The method of applying the coating liquid to the substrate is not particularly limited, for example, gravure coater method, small diameter gravure coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, dip coater method, knife coater method, air The doctor coater method, the blade coater method, the rod coater method, the squeeze coater method, the cast coater method, the die coater method, the screen printing method, the spray coating method and the like can be mentioned.
塗布後に塗布膜から溶媒を除去する方法については、微多孔膜に悪影響を及ぼさない方法であれば特に限定はなく、例えば、微多孔膜を固定しながらその融点以下の温度にて乾燥する方法又は低温で減圧乾燥する方法等が挙げられる。微多孔膜の流れ方向(MD方向)の収縮応力を制御する観点から、乾燥温度、及び巻取り張力等を適宜調整することが好ましい。 The method of removing the solvent from the coating film after coating is not particularly limited as long as it does not adversely affect the microporous film, for example, a method of drying at a temperature below its melting point while fixing the microporous film or Examples include a method of drying under reduced pressure at a low temperature. From the viewpoint of controlling the shrinkage stress in the flow direction (MD direction) of the microporous membrane, it is preferable to appropriately adjust the drying temperature, the winding tension, and the like.
無機フィラーと樹脂製バインダとを、塗布液の溶媒に分散させる方法については、特に限定されないが、例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散、ディスパーザー、ホモジナイザー、高速衝撃ミル、超音波分散、撹拌羽根等による機械撹拌等が挙げられる。 The method of dispersing the inorganic filler and the resin binder in the solvent of the coating solution is not particularly limited, for example, ball mill, bead mill, planetary ball mill, vibrating ball mill, sand mill, colloid mill, attritor, roll mill, high-speed impeller dispersion. , A disperser, a homogenizer, a high-speed impact mill, ultrasonic dispersion, mechanical stirring with a stirring blade, and the like.
塗布液を基材に塗布する方法については、特に限定されないが、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法、転写法等が挙げられる。より具体的には、基材にロールを用いて塗工し乾燥することで微細パタンを形成することができる。 The method of applying the coating liquid to the substrate is not particularly limited, for example, gravure coater method, small diameter gravure coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, die coater method, screen printing method, spray Examples include a coating method and a transfer method. More specifically, a fine pattern can be formed by coating a base material with a roll and drying.
〔セパレータの使用態様〕
本実施形態のセパレータは、積層型又は巻回型の非水電解質二次電池に適用できる。好ましい一態様は、セパレータを巻回してなる巻回体(セパレータ巻回体)である。セパレータを巻回する管(芯)の直径は、製品として用いられる直径であればよいため、特に限定されないが、2インチ(約5.08cm)以上が好ましく、より好ましくは3インチ以上、更に好ましくは6インチ以上である。ロールの生産性の観点から、管の直径は、10インチ以下であることができる。
[Use mode of separator]
The separator of the present embodiment can be applied to a laminated or wound type non-aqueous electrolyte secondary battery. One preferable embodiment is a wound body formed by winding a separator (separator wound body). The diameter of the tube (core) around which the separator is wound is not particularly limited as long as it is a diameter used as a product, but is preferably 2 inches (about 5.08 cm) or more, more preferably 3 inches or more, and further preferably Is 6 inches or more. From the standpoint of roll productivity, the tube diameter can be 10 inches or less.
セパレータを巻く管の材質は特に限定されない。紙、ABS樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、及び塩化ビニル樹脂のいずれかを含んでよい。なかでも樹脂であることが好ましく、ABS樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、及び塩化ビニル樹脂のいずれかを含んでよい。 The material of the tube around the separator is not particularly limited. It may include any of paper, ABS resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, polyester resin, and vinyl chloride resin. Of these, a resin is preferable, and the resin may include any of ABS resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, polyester resin, and vinyl chloride resin.
セパレータの巻長は、特に限定されないが、電池を作製する場合の生産性の観点から、300m以上が好ましく、より好ましくは400m以上、更に好ましくは500m以上である。セパレータの巻長は、ロールの生産性の観点から、5000m以下であることができる。 Although the winding length of the separator is not particularly limited, it is preferably 300 m or more, more preferably 400 m or more, and further preferably 500 m or more, from the viewpoint of productivity in producing a battery. The winding length of the separator may be 5000 m or less from the viewpoint of roll productivity.
〔二次電池〕
本発明の一態様は、正極、上記に記載のセパレータ、及び負極が積層された積層体又はその積層体を巻回したもの(巻回物)と、電解質とを含む、二次電池である。また、本発明の一態様は、正極、上記に記載のセパレータ、及び負極が積層された積層体又はその積層体を巻回したもの(巻回物)と、非水電解質とを含む、非水電解質二次電池である。
[Secondary battery]
One embodiment of the present invention is a secondary battery including an electrolyte and a stacked body in which a positive electrode, the separator described above, and a negative electrode are stacked or a wound body of the stacked body (a rolled product). Further, one embodiment of the present invention includes a positive electrode, a separator described above, and a laminated body in which the negative electrode is laminated or a wound body of the laminated body (rolled material), and a non-aqueous electrolyte. It is an electrolyte secondary battery.
非水電解質二次電池の形態としては、スチール缶、アルミニウム缶等を外装缶として用いた筒形(例えば、角筒形、円筒形等)等が挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体として用いて、非水電解質二次電池を構成することもできる。非水電解質二次電池の代表例として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。 Examples of the form of the non-aqueous electrolyte secondary battery include a tubular shape (for example, a square tubular shape, a cylindrical shape, etc.) using a steel can, an aluminum can, or the like as an outer can. In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery can be constructed by using a laminated film having a metal deposited thereon as an exterior body. A lithium ion secondary battery is a typical example of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
〔正極〕
正極は、正極活物質と、導電材と、結着材と、集電体とを含むことが好ましい。正極に含まれ得る正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵、及び放出可能な既知のものを用いることができる。なかでも、正極活物質としては、リチウムを含む材料が好ましい。なお、正極を形成するために、本技術分野で既知の導電材、結着材、及び集電体を用いてよい。
[Positive electrode]
The positive electrode preferably includes a positive electrode active material, a conductive material, a binder, and a current collector. As the positive electrode active material that can be contained in the positive electrode, a known material that can occlude and release lithium ions electrochemically can be used. Above all, a material containing lithium is preferable as the positive electrode active material. Note that conductive materials, binders, and current collectors known in the art may be used to form the positive electrode.
〔負極〕
負極は、負極活物質と、結着材と、集電体とを含むことが好ましい。負極に含まれ得る負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵、及び放出可能な既知の物質を用いることができる。このような負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、黒鉛粉末、メソフェーズ炭素繊維、及びメソフェーズ小球体等の炭素材料;並びに金属、合金、酸化物、及び窒化物が好ましい。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なお、負極を形成するために、本技術分野で既知の結着材、及び集電体を用いてよい。
[Negative electrode]
The negative electrode preferably contains a negative electrode active material, a binder, and a current collector. As the negative electrode active material that can be included in the negative electrode, a known substance that can electrochemically store and release lithium ions can be used. The negative electrode active material is not particularly limited, but carbon materials such as graphite powder, mesophase carbon fibers, and mesophase spherules; and metals, alloys, oxides, and nitrides are preferable. These may be used alone or in combination of two or more. Note that a binder and a collector known in the art may be used to form the negative electrode.
〔非水電解質〕
非水電解質としては、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)が用いられる。リチウム塩としては、特に限定されず、既知のものを用いることができる。このようなリチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2CkF2k+1〔式中、kは1〜8の整数である〕、LiN(SO2CkF2k+1)2〔式中、kは1〜8の整数である〕、LiPFn(CkF2k+1)6-n〔式中、nは1〜5の整数であり、かつkは1〜8の整数である〕、LiPF4(C2O4)、及びLiPF2(C2O4)2が挙げられる。これらのなかでも、LiPF6が好ましい。LiPF6を用いることにより、高温時においても電池特性、及び安全性により優れる傾向にある。これらのリチウム塩は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
非水電解質に用いられる非水溶媒としては、特に限定されず、既知のものを用いることができる。非水溶媒としては、例えば、非プロトン性極性溶媒が挙げられる。
[Non-aqueous electrolyte]
As the non-aqueous electrolyte, for example, a solution (non-aqueous electrolytic solution) in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited, and known ones can be used. Such a lithium salt is not particularly limited, but for example, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F 2k + 1 [formula In the formula, k is an integer of 1 to 8], LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [wherein, k is an integer of 1 to 8], LiPF n (C k F 2k + 1 ) 6-n [in the formula, n is an integer of 1 to 5 and k is an integer of 1 to 8], LiPF 4 (C 2 O 4 ), and LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 To be Of these, LiPF 6 is preferable. By using LiPF 6 , the battery characteristics and safety tend to be superior even at high temperatures. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.
The non-aqueous solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and known ones can be used. Examples of the non-aqueous solvent include aprotic polar solvents.
非プロトン性極性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、2,3−ペンチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、及び4,5−ジフルオロエチレンカーボネート等の環状カーボネート;γープチロラクトン、及びγーバレロラクトン等のラクトン;スルホラン等の環状スルホン;テトラヒドロフラン、及びジオキサン等の環状エーテル;エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロビルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、及びメチルトリフルオロエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;アセトニトリル等のニトリル;ジメチルエーテル等の鎖状エーテル;プロピオン酸メチル等の鎖状カルボン酸エステル;並びにジメトキシエタン等の鎖状エーテルカーボネート化合物が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The aprotic polar solvent is not particularly limited, but for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate. Cyclic carbonates such as trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoroethylene carbonate; lactones such as γ-ptyrolactone and γ-valerolactone; cyclic sulfones such as sulfolane; cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; ethyl Methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isoprovir carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate Chain carbonates such as bonates, dibutyl carbonate, ethylpropyl carbonate, and methyltrifluoroethyl carbonate; nitriles such as acetonitrile; chain ethers such as dimethyl ether; chain carboxylic acid esters such as methyl propionate; and chains such as dimethoxyethane Specific ether carbonate compounds may be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
非水電解質は、必要に応じて、その他の添加剤を含有してもよい。このような添加剤としては、特に限定されないが、例えば、上記に例示した以外のリチウム塩、不飽和結合含有カーボネート、ハロゲン原子含有カーボネート、カルボン酸無水物、硫黄原子含有化合物(例えば、スルフィド、ジスルフィド、スルホン酸エステル、スルフィト、スルフェート、スルホン酸無水物等)、ニトリル基含有化合物等が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte may contain other additives as needed. Such additives are not particularly limited, for example, lithium salts other than those exemplified above, unsaturated bond-containing carbonates, halogen atom-containing carbonates, carboxylic acid anhydrides, sulfur atom-containing compounds (for example, sulfides, disulfides , Sulfonic acid esters, sulfites, sulfates, sulfonic acid anhydrides, etc.), nitrile group-containing compounds, and the like.
その他の添加剤の具体例は、以下のとおりである:
リチウム塩:例えば、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート等;
不飽和結合含有カーボネート:例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート等;
ハロゲン原子含有カーボネート:例えば、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート等;
カルボン酸無水物:例えば、無水酢酸、無水安息香酸、無水コハク酸、無水マレイン酸等;
硫黄原子含有化合物:例えば、エチレンスルフィト、1,3−プロパンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブタンスルトン、エチレンスルフェート、ビニレンスルフェート等;
ニトリル基含有化合物:例えば、スクシノニトリル等。
Specific examples of other additives are as follows:
Lithium salt: For example, lithium monofluorophosphate, lithium difluorophosphate, lithium bis (oxalato) borate, lithium difluoro (oxalato) borate, lithium tetrafluoro (oxalato) phosphate, lithium difluorobis (oxalato) phosphate, etc .;
Unsaturated bond-containing carbonate: for example, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, etc .;
Halogen atom-containing carbonate: for example, fluoroethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, etc .;
Carboxylic anhydrides: for example, acetic anhydride, benzoic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride, etc .;
Sulfur atom-containing compound: For example, ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butane sultone, ethylene sulfate, vinylene sulfate, etc .;
Nitrile group-containing compound: For example, succinonitrile and the like.
非水電解質が、上記で説明された他の添加剤を含むことにより、電池のサイクル特性がより向上する傾向にある。
なかでも、電池のサイクル特性を更に向上させるという観点から、ジフルオロリン酸リチウム、及びモノフルオロリン酸リチウムから成る群から選択される少なくとも1種が好ましい。ジフルオロリン酸リチウム、及びモノフルオロリン酸リチウムから成る群から選択される少なくとも1種の添加剤の含有量は、非水電解質100質量%に対して、0.001質量%以上が好ましく、0.005質量%以上がより好ましく、0.02質量%以上が更に好ましい。この含有量が0.001質量%以上であると、リチウムイオン二次電池のサイクル寿命がより向上する傾向にある。また、この含有量は、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましく、1質量%以下が更に好ましい。この含有量が3質量%以下であると、リチウムイオン二次電池のイオン伝導性がより向上する傾向にある。
非水電解質中のその他の添加剤の含有量は、例えば、31P−NMR、19F−NMR等のNMR測定により確認することができる。
When the non-aqueous electrolyte contains the other additive described above, the cycle characteristics of the battery tend to be further improved.
Among them, at least one selected from the group consisting of lithium difluorophosphate and lithium monofluorophosphate is preferable from the viewpoint of further improving the cycle characteristics of the battery. The content of at least one additive selected from the group consisting of lithium difluorophosphate and lithium monofluorophosphate is preferably 0.001% by mass or more based on 100% by mass of the non-aqueous electrolyte, and is 0.1. 005 mass% or more is more preferable, and 0.02 mass% or more is still more preferable. When the content is 0.001% by mass or more, the cycle life of the lithium ion secondary battery tends to be further improved. Further, this content is preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, still more preferably 1% by mass or less. When the content is 3% by mass or less, the ionic conductivity of the lithium ion secondary battery tends to be further improved.
The content of other additives in the non-aqueous electrolyte can be confirmed by NMR measurement such as 31 P-NMR and 19 F-NMR.
非水電解質中のリチウム塩の濃度は、0.5mol/L〜6.0mol/Lであることが好ましい。非水電解質の低粘度化の観点から、非水電解質中のリチウム塩の濃度は、0.9mol/L〜1.25mol/Lであることがより好ましい。リチウム塩の非水電解質中の濃度は目的に応じて選択することができる。 The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 mol / L to 6.0 mol / L. From the viewpoint of reducing the viscosity of the non-aqueous electrolyte, the concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is more preferably 0.9 mol / L to 1.25 mol / L. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte can be selected according to the purpose.
以上、本発明の一態様について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 Although one aspect of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration are possible within the scope of the gist of the present invention. It is possible.
x,y,z,X,Y,X(max) 厚さ
R1 パタン領域
R2 非パタン領域
T パタン頂部
N 非パタン底部
Z パタン頂部と非パタン底部を通過する方向
B1,F1,B2,F2 面(仮想平面)
B 面(セパレータ裏面)
F 面(セパレータ表面)
100,200,300,400 セパレータ
L(min) セパレータ表面と裏面の最短距離
L1(min) 非パタン領域のセパレータ表面と裏面の最短距離
L2(min) パタン領域のセパレータ表面と裏面の最短距離
L2(max) パタン領域のセパレータ表面と裏面の最長距離
L(F1−F2) 面F1と面F2との距離
L(B1−B2) 面B1と面B2との距離
L(F1−B1) 面F1と面B1の距離
L(F2−B2) 面F2と面B2の距離
D 短径
L 長径
P ピッチ
x, y, z, X, Y, X (max) Thickness R1 Pattern area R2 Non-pattern area T Pattern top N Non-pattern bottom Z Direction passing through pattern top and non-pattern bottom B1, F1, B2, F2 surface ( Virtual plane)
Side B (back side of separator)
F side (separator surface)
100, 200, 300, 400 Separator L (min) Shortest distance between separator surface and back surface L1 (min) Shortest distance between separator surface and back surface in non-pattern area L2 (min) Shortest distance between separator surface and back surface in pattern area L2 ( max) longest distance between the front and back surfaces of the separator in the pattern area L (F1-F2) distance between faces F1 and F2 L (B1-B2) distance between faces B1 and B2 L (F1-B1) face F1 and faces B1 distance L (F2-B2) Face F2 and face B2 distance D Minor diameter L Major diameter P Pitch
Claims (13)
前記セパレータは、表裏を有する膜の形態であり、かつパタンが形成されているパタン領域と、前記パタンが形成されていない非パタン領域とを有し、
前記セパレータ表面の最表部をパタン頂部、前記セパレータ裏面の最裏部を非パタン底部とし、前記セパレータの前記パタン頂部と前記非パタン底部を通過する方向Zの断面視において、
前記非パタン底部に接して前記方向Zと直交するように画定された仮想平面を面B1、
前記非パタン領域のセパレータ表面のうち最も表側に接して前記面B1と平行になるように画定された仮想平面を面F1、
前記パタン領域のセパレータ裏面のうち最も表側に接して前記面B1と平行になるように画定された仮想平面を面B2、
前記パタン頂部に接して前記面B1と平行になるように画定された仮想平面を面F2としたときに、前記面F2が前記面F1よりも表側に位置し、かつ前記面B2が前記面B1より表側に位置することを特徴とするセパレータ。 A separator used in a non-aqueous electrolyte battery,
The separator is in the form of a film having front and back surfaces, and has a pattern region in which a pattern is formed, and a non-pattern region in which the pattern is not formed,
The outermost portion of the separator surface is a pattern top portion, the outermost portion of the separator back surface is a non-pattern bottom portion, and in a cross-sectional view in the direction Z passing through the pattern top portion and the non-pattern bottom portion of the separator,
An imaginary plane that is in contact with the non-pattern bottom and is defined to be orthogonal to the direction Z is a plane B1,
An imaginary plane defined so as to be in contact with the most front side of the separator surface in the non-pattern region and to be parallel to the surface B1 is a surface F1,
An imaginary plane defined so as to be in contact with the most front side of the back surface of the separator in the pattern region and parallel to the surface B1 is a surface B2,
When a virtual plane defined by being in contact with the top of the pattern and parallel to the surface B1 is a surface F2, the surface F2 is located on the front side of the surface F1 and the surface B2 is the surface B1. A separator characterized by being located on the front side.
|L(F1−B1)−L(F2−B2)|<3μm (2)
の関係を満たす、請求項1〜7のいずれか1項に記載のセパレータ。 The distance L (F1-B1) between the surface F1 and the surface B1 and the distance L (F2-B2) between the surface F2 and the surface B2 are expressed by the following formula (1) or (2): 0.9 ≦ {L (F1-B1) / L (F2-B2)} ≦ 1.1 (1)
| L (F1-B1) -L (F2-B2) | <3 μm (2)
The separator according to any one of claims 1 to 7, which satisfies the relationship of.
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