JP5293020B2 - Electrode mixture for non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池用電極合剤、電極および非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to an electrode mixture for a nonaqueous electrolyte secondary battery, an electrode, and a nonaqueous electrolyte secondary battery.
非水電解質二次電池用電極合剤は、リチウム二次電池等の非水電解質二次電池における電極に用いられる。リチウム二次電池は、携帯電話やノートパソコン等の電源として既に用いられており、更に自動車用途や電力貯蔵用途などの中・大型用途においても、適用が試みられている。 The electrode mixture for nonaqueous electrolyte secondary batteries is used for electrodes in nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium secondary batteries. Lithium secondary batteries have already been used as power sources for mobile phones, notebook computers, and the like, and are also being applied to medium and large applications such as automobile applications and power storage applications.
従来の非水電解質二次電池用電極合剤は、通常、電極活物質、バインダーおよび溶媒を混合して得られる。そして、特許文献1には、電極活物質として、難黒鉛化炭素材料を用いた電極合剤が、具体的に記載されている。 Conventional electrode mixtures for non-aqueous electrolyte secondary batteries are usually obtained by mixing an electrode active material, a binder and a solvent. Patent Document 1 specifically describes an electrode mixture using a non-graphitizable carbon material as an electrode active material.
しかしながら、上述の電極合剤を用いて得られる電極を非水電解質二次電池は、これを例えば0℃などの低温において充放電を繰り返したときの容量維持率、すなわち低温特性の観点で、未だ十分なものとはいえない。本発明の目的は、低温において充放電を繰り返したときの容量維持率、すなわち低温特性を向上することのできる非水電解質二次電池のための電極を与える電極合剤を提供することにある。 However, the non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by using the electrode mixture described above is still in view of the capacity retention rate when the charge / discharge is repeated at a low temperature such as 0 ° C., that is, in terms of low temperature characteristics. It's not enough. An object of the present invention is to provide an electrode mixture that provides an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of improving the capacity retention ratio when charging and discharging are repeated at a low temperature, that is, the low temperature characteristics.
本発明者らは、上記事情に鑑み、種々検討した結果、本発明に至った。すなわち本発明は、下記の発明を提供するものである。
<1>非晶質炭素材料、導電剤(ここで、導電剤は、非晶質炭素材料であることはない。)、バインダーおよび溶媒を含み、粘度が2000mPa・s以上10000mPa・s以下の範囲であることを特徴とする非水電解質二次電池用電極合剤。
<2>前記導電剤が、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群より選ばれる1種以上を含む前記<1>記載の電極合剤。
<3>前記導電剤の平均粒径が3μm以下である前記<1>または<2>記載の電極合剤。
<4>凝集抑制剤をさらに含む前記<1>〜<3>のいずれかに記載の電極合剤。
<5>前記凝集抑制剤がビニルピロリドン系ポリマーである前記<4>記載の電極合剤。
<6>非晶質炭素材料、導電剤、バインダーおよび溶媒と、凝集抑制剤とが、同時に混合されてなる前記<4>または<5>記載の電極合剤。
<7>有機酸をさらに含む前記<1>〜<6>のいずれかに記載の電極合剤。
<8>前記有機酸がギ酸、シュウ酸およびクエン酸からなる群より選ばれる1種以上を含む前記<7>記載の電極合剤。
<9>バインダーが無機系バインダーを含む前記<1>〜<8>のいずれかに記載の電極合剤。
<10>無機系バインダーが無機粒子を含む前記<9>記載の電極合剤。
<11>無機粒子の粒径が、1nm以上100nm以下である前記<10>記載の電極合剤。
<12>無機粒子が、シリカ粒子である<10>または<11>記載の電極合剤。
<13>前記<1>〜<12>のいずれかに記載の電極合剤を、集電体に塗工、乾燥して得られる電極。
<14>前記<13>記載の電極を、負極として有する非水電解質二次電池。
As a result of various studies in view of the above circumstances, the present inventors have reached the present invention. That is, the present invention provides the following inventions.
<1> An amorphous carbon material, a conductive agent (here, the conductive agent is not an amorphous carbon material), a binder and a solvent, and has a viscosity in the range of 2000 mPa · s to 10,000 mPa · s. An electrode mixture for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
<2> The electrode mixture according to <1>, wherein the conductive agent includes one or more selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers.
<3> The electrode mixture according to <1> or <2>, wherein the conductive agent has an average particle size of 3 μm or less.
<4> The electrode mixture according to any one of <1> to <3>, further including an aggregation inhibitor.
<5> The electrode mixture according to <4>, wherein the aggregation inhibitor is a vinylpyrrolidone polymer.
<6> The electrode mixture according to <4> or <5>, wherein an amorphous carbon material, a conductive agent, a binder, a solvent, and an aggregation inhibitor are mixed at the same time.
<7> The electrode mixture according to any one of <1> to <6>, further including an organic acid.
<8> The electrode mixture according to <7>, wherein the organic acid contains one or more selected from the group consisting of formic acid, oxalic acid, and citric acid.
<9> The electrode mixture according to any one of <1> to <8>, wherein the binder includes an inorganic binder.
<10> The electrode mixture according to <9>, wherein the inorganic binder contains inorganic particles.
<11> The electrode mixture according to <10>, wherein the inorganic particles have a particle size of 1 nm to 100 nm.
<12> The electrode mixture according to <10> or <11>, wherein the inorganic particles are silica particles.
<13> An electrode obtained by applying the electrode mixture according to any one of <1> to <12> to a current collector and drying.
<14> A nonaqueous electrolyte secondary battery having the electrode according to <13> as a negative electrode.
本発明によれば、低温において充放電を繰り返したときの容量維持率、すなわち低温特性を向上することのできる非水電解質二次電池のための電極を与える電極合剤を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode mixture which provides the electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries which can improve a capacity | capacitance maintenance factor when charging / discharging is repeated at low temperature, ie, a low temperature characteristic, can be provided.
本発明の非水電解質二次電池用電極合剤は、非晶質炭素材料、導電剤(ここで、導電剤は、非晶質炭素材料であることはない。)、バインダーおよび溶媒を含み、粘度が2000mPa・s以上10000mPa・s以下の範囲であることを特徴とする。本発明において、粘度は、回転粘度計を用いて、測定温度25℃で、回転数10rpmで測定する。回転粘度計としては、ブルックフィールド社製のコーン/プレート粘度計を用いることができる。上記粘度範囲は、4000mPa・s以上6000mPa・s以下であることが好ましい。 The electrode mixture for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes an amorphous carbon material, a conductive agent (here, the conductive agent is not an amorphous carbon material), a binder and a solvent, The viscosity is in the range of 2000 mPa · s to 10,000 mPa · s. In the present invention, the viscosity is measured using a rotational viscometer at a measurement temperature of 25 ° C. and a rotational speed of 10 rpm. As the rotational viscometer, a corn / plate viscometer manufactured by Brookfield can be used. The viscosity range is preferably 4000 mPa · s or more and 6000 mPa · s or less.
本発明において、非晶質炭素材料は、電極活物質として作用する。本発明において、非晶質炭素材料としては、有機材料が炭化されて得られる炭素材料のうち、その粉末X線回折測定(面間隔の測定範囲を0.3nm以上1nm以下とする。)により得られる粉末X線回折図形において、面間隔0.34〜0.50nmの範囲にブロードな回折ピーク(ハロー)を与える炭素材料を用いればよい。前記有機材料としては、石油や石炭等の天然資源、当該資源を原料として合成した各種合成樹脂、プラント残渣油等のタールもしくはピッチ、または木材等の植物由来の有機材料、不融化処理された有機材料等を挙げることができ、これらを単独または二種以上用いることが可能である。 In the present invention, the amorphous carbon material acts as an electrode active material. In the present invention, as the amorphous carbon material, among the carbon materials obtained by carbonizing the organic material, it is obtained by powder X-ray diffraction measurement (the measurement range of the interplanar spacing is 0.3 nm or more and 1 nm or less). In the obtained powder X-ray diffraction pattern, a carbon material that gives a broad diffraction peak (halo) in the range of 0.34 to 0.50 nm between planes may be used. Examples of the organic material include natural resources such as petroleum and coal, various synthetic resins synthesized from such resources, tar or pitch such as plant residue oil, or plant-derived organic materials such as wood, infusible organic The material etc. can be mentioned, These can be used individually or in mixture of 2 or more types.
本発明における非晶質炭素材料としては、合成樹脂が炭化されて得られる炭素材料であることが好ましく、合成樹脂の中でも熱硬化性樹脂であることがより好ましく、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、などを挙げることができる。また、これらの熱硬化性樹脂を2種以上用いてもよい。熱硬化性樹脂は、硬化剤、添加剤、架橋剤を含有していてもよい。硬化方法としては、例えばフェノール樹脂を用いた場合では、熱硬化、エポキシ硬化、イソシアネート硬化などが挙げられる。熱硬化性樹脂の炭化により、非晶質炭素材料を収率よく得ることができ、環境負荷が小さく、製造コストも小さくすることもでき、工業的な利用価値がより高い。 The amorphous carbon material in the present invention is preferably a carbon material obtained by carbonizing a synthetic resin, more preferably a thermosetting resin among the synthetic resins, and the thermosetting resin includes phenol. Examples thereof include a resin, a resorcinol resin, a furan resin, and an epoxy resin. Two or more of these thermosetting resins may be used. The thermosetting resin may contain a curing agent, an additive, and a crosslinking agent. Examples of the curing method include thermal curing, epoxy curing, and isocyanate curing in the case where a phenol resin is used. By carbonization of the thermosetting resin, an amorphous carbon material can be obtained with high yield, the environmental load is small, the manufacturing cost can be reduced, and the industrial utility value is higher.
熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂が好ましく、この樹脂は、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを重合させて得られる。フェノール樹脂は、熱硬化性樹脂の中でも安価であり、工業的な生産量も多く、これを炭化して得られる炭素材料は、本発明における非晶質炭素材料として好ましい。 As the thermosetting resin, a phenol resin is preferable, and this resin is obtained by polymerizing phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound. Phenolic resins are inexpensive among thermosetting resins and have a large industrial production amount, and a carbon material obtained by carbonizing this is preferable as an amorphous carbon material in the present invention.
前記のフェノールまたはその誘導体としては、例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、キシレノール、ピロガロール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、p−フェニルフェノール、p−tert−ブチルフェノール、p−tert−オクチルフェノール、α−ナフトール、β−ナフトール等を挙げることができ、これらを単独または二種以上用いることが可能である。 Examples of the phenol or derivatives thereof include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, catechol, resorcinol, hydroquinone, xylenol, pyrogallol, bisphenol A, bisphenol F, p-phenylphenol, p-tert- Examples thereof include butylphenol, p-tert-octylphenol, α-naphthol, β-naphthol and the like, and these can be used alone or in combination of two or more.
前記のアルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、フルフラール、グリオキザール、n−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フェニルアセトアルデヒド、o−トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等を挙げることができ、これらを単独または二種以上用いることが可能である。 Examples of the aldehyde compound include formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, polyoxymethylene, chloral, furfural, glyoxal, n-butyraldehyde, caproaldehyde, allylaldehyde, benzaldehyde, crotonaldehyde, acrolein, tetraoxy Examples include methylene, phenylacetaldehyde, o-tolualdehyde, salicylaldehyde, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
フェノール樹脂としては、特に限定されないが、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂などを用いることができる。レゾール型フェノール樹脂は、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを塩基性触媒の存在下で重合させることにより得ることができるし、ノボラック型フェノール樹脂は、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを酸性触媒の存在下で重合させることにより得ることができる。 Although it does not specifically limit as a phenol resin, A resol type phenol resin, a novolak type phenol resin, etc. can be used. The resol type phenol resin can be obtained by polymerizing phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound in the presence of a basic catalyst, and the novolac type phenol resin can be obtained by using phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound as an acidic catalyst. It can be obtained by polymerizing in the presence.
自硬性のレゾール型フェノール樹脂を用いる場合は、レゾール型フェノール樹脂に対して、酸や硬化剤を添加してもよいし、硬化度を低下させるためにノボラック型フェノール樹脂を添加しても良い。また、それらを組合せて添加してもよい。 When a self-hardening resol type phenol resin is used, an acid or a curing agent may be added to the resol type phenol resin, or a novolac type phenol resin may be added to reduce the degree of curing. Moreover, you may add combining them.
ノボラック型フェノール樹脂は、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを公知の有機酸及び/又は無機酸を触媒に用い、常圧100℃で数時間縮合反応し、その後脱水及び未反応モノマー除去を行う方法により得られる、メチレン基結合位置がオルソ位とパラ位が同程度のランダムノボラックと呼ばれているタイプと、フェノールまたはその誘導体とアルデヒド化合物とを酢酸亜鉛、酢酸鉛、ナフテン酸亜鉛等の金属塩触媒により弱酸性下で付加縮合反応させた後、直接あるいは更に酸触媒を添加し脱水しながら縮合反応を進め、更に必要により未反応物を除去する工程により得られるオルソ位でのメチレン基結合の多いハイオルソノボラックが知られている。 The novolak type phenol resin is a method in which phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound are subjected to a condensation reaction at a normal pressure of 100 ° C. for several hours using a known organic acid and / or inorganic acid as a catalyst, followed by dehydration and unreacted monomer removal. A random novolak type in which the position of the methylene group is the same as the ortho-position and the para-position, and phenol or a derivative thereof and an aldehyde compound, such as zinc acetate, lead acetate, zinc naphthenate, etc. After the addition condensation reaction with a catalyst under weak acidity, the condensation reaction proceeds directly or with further addition of an acid catalyst while dehydrating, and if necessary, the step of removing unreacted substances. Many high ortho novolaks are known.
フェノール樹脂として、市販のものを使用することもでき、例えば、
粉末状フェノール樹脂(群栄化学社製、商品名:レヂトップ、PGA−4528、PGA−2473、PGA−4704、PGA−4504、住友ベークライト社製、商品名:スミライトレジンPR−UFC−504、PR−EPN、PR−ACS−100、PR−ACS−150、PR−12687、PR−13355、PR−16382、PR−217、PR−310、PR−311、PR−50064、PR−50099、PR−50102、PR−50252、PR−50395、PR−50590、PR−50590B、PR−50699、PR−50869、PR−51316、PR−51326B、PR−51350B、PR−51510、PR−51541B、PR−51794、PR−51820、PR−51939、PR−53153、PR−53364、PR−53497、PR−53724、PR−53769、PR−53804、PR−54364、PR−54458A、PR−54545、PR−55170、PR−8000、PR−FTZ−1、PR−FTZ−15)、フレーク状フェノール樹脂(住友ベークライト社製、商品名:スミライトレジンPR−12686R、PR−13349、PR−50235A、PR−51363F、PR−51494G、PR−51618G、PR−53194、PR−53195、PR−54869、PR−F−110、PR−F−143、PR−F−151F、PR−F−85G、PR−HF−3、PR−HF−6)、液状フェノール樹脂(住友ベークライト社製、商品名:スミライトレジンPR−50087、PR−50607B、PR−50702、PR−50781、PR−51138C、PR−51206、PR−51663、PR−51947A、PR−53123、PR−53338、PR−53365、PR−53717、PR−54135、PR−54313、PR−54562、PR−55345、PR−940、PR−9400、PR−967)、ノボラック型液状フェノール樹脂(住友ベークライト社製、商品名:スミライトレジンPR−51629、PR−53093、PR−53473、PR−53522、PR−53546、PR−53800、PR−54438、PR−54540C、PR−55438)、レゾール型液状フェノール樹脂(群栄化学社製、商品名:レヂトップPL−4826、PL−2390、PL−4690、PL−3630、PL−4222、PL−4246、PL−2211、PL−3224、PL−4329、住友ベークライト社製、商品名:スミライトレジンPR−50273、PR−51206、PR−51781、PR−53056、PR−53311、PR−53416、PR−53570、PR−54387)、微粒状フェノール樹脂(エアウオーター社製、商品名:ベルパール、R800、R700、R600、R200、R100、S830、S870、S890、S895、S290,S190)、真球状フェノール樹脂(群栄化学社製、商品名:マリリンGU−200、FM−010、FM−150、HF−008、HF−015、HF−075、HF−300、HF−500、HF−1500)、固形フェノール樹脂(群栄化学社製、商品名:レヂトップPS−2601、PS−2607、PS−2655、PS−2768、PS−2608、PS−4609、PSM−2222、PSK−2320、PS−6132)などが例示される。
Commercially available phenolic resins can be used, for example,
Powdered phenol resin (manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., trade names: Resitop, PGA-4528, PGA-2473, PGA-4704, PGA-4504, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., trade names: Sumilite resin PR-UFC-504, PR -EPN, PR-ACS-100, PR-ACS-150, PR-12687, PR-13355, PR-16382, PR-217, PR-310, PR-311, PR-50064, PR-50099, PR-50102 , PR-50252, PR-50395, PR-50590, PR-50590B, PR-50699, PR-50869, PR-51316, PR-51326B, PR-51350B, PR-51510, PR-51541B, PR-51794, PR -51820, PR-51939, P -53153, PR-53364, PR-53497, PR-53724, PR-53769, PR-53804, PR-54364, PR-54458A, PR-54545, PR-55170, PR-8000, PR-FTZ-1, PR -FTZ-15), flaky phenol resin (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., trade names: Sumilite Resin PR-12686R, PR-13349, PR-50235A, PR-51363F, PR-51494G, PR-51618G, PR-53194, PR-53195, PR-54869, PR-F-110, PR-F-143, PR-F-151F, PR-F-85G, PR-HF-3, PR-HF-6), liquid phenolic resin (Sumitomo) Bakelite Co., Ltd., trade name: Sumilite Resin PR-500 7, PR-50607B, PR-50702, PR-50781, PR-51138C, PR-51206, PR-51663, PR-51947A, PR-53123, PR-53338, PR-53365, PR-53717, PR-54135, PR-54313, PR-54562, PR-55345, PR-940, PR-9400, PR-967), novolak type liquid phenolic resin (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., trade names: Sumilite Resin PR-51629, PR-53093, PR-53473, PR-53522, PR-53546, PR-53800, PR-54438, PR-54540C, PR-55438), resol type liquid phenolic resin (manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., trade names: Resitop PL-4826, PL -2390, P L-4690, PL-3630, PL-4222, PL-4246, PL-2211, PL-3224, PL-4329, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., trade names: Sumilite Resin PR-50273, PR-51206, PR-51781 , PR-53056, PR-53311, PR-53416, PR-53570, PR-54387), finely divided phenol resin (trade name: Bell Pearl, R800, R700, R600, R200, R100, S830, S870) , S890, S895, S290, S190), spherical resin (manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., trade names: Marilyn GU-200, FM-010, FM-150, HF-008, HF-015, HF-075, HF) -300, HF-500, HF-1500), solid Fe Resin (manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., trade names: Resitop PS-2601, PS-2607, PS-2655, PS-2768, PS-2608, PS-4609, PSM-2222, PSK-2320, PS-6132) Etc. are exemplified.
また、前記の不融化処理された有機材料としては、前記タールやピッチを架橋処理した有機材料、または前記タールやピッチを酸化処理した有機材料が挙げられ、好ましい実施形態である。 Moreover, examples of the infusible organic material include organic materials obtained by crosslinking the tar and pitch, and organic materials obtained by oxidizing the tar and pitch, which is a preferred embodiment.
タールやピッチとしては、エチレンなど各種石油化学製品の製造時における各種残渣油を挙げることができる。より具体的には、蒸留残渣油、流動接触分解残渣油、それらの水素化脱硫油、あるいはそれらの混合油から成る石油系重質油を挙げることができる。石炭乾留時に生成するコールタール、コールタールの低沸点成分を蒸留除去した重質成分やピッチ、石炭の液化により得られるタール及びピッチのような石油系又は石炭系のタール若しくはピッチが使用できる。また、これらのタール及びピッチの2種以上を混合して使用してもよい。プラントの残渣油としてはフェノールなどの酸素を含有する有機化合物を製造するプラントの残渣油が特に好ましい。プラント残渣油等のタールやピッチの炭化により得られる炭素材料を用いることにより、資源を有効活用することができ、工業的な利用価値がより高い。 Examples of tar and pitch include various residual oils during the production of various petrochemical products such as ethylene. More specifically, there can be mentioned petroleum heavy oil composed of distillation residue oil, fluid catalytic cracking residue oil, hydrodesulfurized oil thereof, or mixed oil thereof. Petroleum or coal-based tar or pitch, such as coal tar produced during coal dry distillation, heavy components or pitch obtained by distilling off low-boiling components of coal tar, tar and pitch obtained by liquefaction of coal, and the like can be used. Two or more of these tars and pitches may be mixed and used. As the residual oil of the plant, a residual oil of a plant that produces an organic compound containing oxygen such as phenol is particularly preferable. By using a carbon material obtained by carbonization of tar or pitch such as plant residue oil, resources can be effectively used, and industrial utility value is higher.
架橋処理のための架橋剤としては、ラジカル反応により架橋反応が進行するジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジアリルフタレート、エチレングリコールジメタクリレート、N,N−メチレンビスアクリルアミド等の多官能ビニルモノマーなどが使用できる。ラジカル開始剤には、α,α’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、過酸化ベンゾイル(BPO)、過酸化ラウロイル、クメンヒドロペルオキシド、ジクミルペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシド、過酸化水素などが使用できる。 As the crosslinking agent for the crosslinking treatment, polyfunctional vinyl monomers such as divinylbenzene, trivinylbenzene, diallyl phthalate, ethylene glycol dimethacrylate, N, N-methylenebisacrylamide and the like that undergo a crosslinking reaction by radical reaction can be used. . Examples of radical initiators include α, α′-azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide (BPO), lauroyl peroxide, cumene hydroperoxide, dicumyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, hydrogen peroxide, etc. Can be used.
酸化処理の方法としては、空気、O2、O3、NO2、これらを窒素等で希釈した混合ガス等の酸化性気体、あるいは、硫酸、硝酸、過酸化水素水等の酸化性液体を用いて、50℃〜400℃の温度で酸化する方法を挙げることができる。 As the method of oxidation treatment, an oxidizing gas such as air, O 2 , O 3 , NO 2 , a mixed gas obtained by diluting these with nitrogen or the like, or an oxidizing liquid such as sulfuric acid, nitric acid or hydrogen peroxide water is used. And a method of oxidizing at a temperature of 50 to 400 ° C.
有機材料の炭化、または不融化処理された有機材料の炭化において、炭化の温度は、通常800℃以上の温度であり、炭化の雰囲気としては、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。ここで、不融化処理は、上記酸化処理の方法により行うことができる。不活性ガスとしては、窒素、アルゴンなどを挙げることができ、また、炭化は、減圧下で行ってもよい。これらの不融化処理、炭化には、例えば、ロータリーキルン、ローラーハースキルン、プッシャーキルン、多段炉、流動炉などの設備を用いればよい。ロータリーキルンは、汎用的である。 In the carbonization of the organic material or the carbonization of the infusible organic material, the carbonization temperature is usually 800 ° C. or higher, and the carbonization atmosphere is preferably an inert gas atmosphere. Here, the infusibilization treatment can be performed by the above oxidation treatment method. Examples of the inert gas include nitrogen and argon. Carbonization may be performed under reduced pressure. For these infusibilization treatment and carbonization, for example, equipment such as a rotary kiln, roller hearth kiln, pusher kiln, multi-stage furnace, fluidized furnace, etc. may be used. The rotary kiln is general purpose.
より具体的には、上記熱硬化性樹脂を炭化する場合、炭化の温度は、1000℃〜3000℃の温度であることが好ましい。また、上記タールやピッチを用いて、これらを不融化した有機材料を炭化する場合、炭化の温度は、800℃〜1500℃の温度であることが好ましい。ただし、タールやピッチとして、フェノールなどの酸素を含有する有機化合物を製造するプラントの残渣油を用いることが好ましく、これを炭化する場合には、炭化の温度が1000℃〜3000℃の温度であることが好ましい。 More specifically, when carbonizing the said thermosetting resin, it is preferable that the temperature of carbonization is 1000 degreeC-3000 degreeC. Moreover, when carbonizing the organic material which made these infusible using the said tar and pitch, it is preferable that the temperature of carbonization is a temperature of 800 to 1500 degreeC. However, it is preferable to use, as tar and pitch, residual oil from a plant that produces an organic compound containing oxygen such as phenol. When carbonizing this, the temperature of carbonization is a temperature of 1000 ° C to 3000 ° C. It is preferable.
また、炭化して得られる非晶質炭素材料については、必要に応じて粉砕を行ってもよく、粉砕には、例えば、衝撃摩擦粉砕機、遠心力粉砕機、ボールミル(チューブミル、コンパウンドミル、円錐形ボールミル、ロッドミル)、振動ミル、コロイドミル、摩擦円盤ミル又はジェットミルなどの微粉砕用の粉砕機が好適に用いられ、ボールミルによる粉砕が一般的である。 Further, the amorphous carbon material obtained by carbonization may be pulverized as necessary. For pulverization, for example, an impact friction pulverizer, a centrifugal pulverizer, a ball mill (tube mill, compound mill, A pulverizer for fine pulverization such as a conical ball mill, a rod mill), a vibration mill, a colloid mill, a friction disk mill, or a jet mill is preferably used, and pulverization by a ball mill is generally used.
本発明において、導電剤は、非晶質炭素材料であることはない。低温特性に優れた非水電解質二次電池を得る意味では、導電剤としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群より選ばれる1種以上を含むことが好ましい。 In the present invention, the conductive agent is not an amorphous carbon material. In terms of obtaining a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent low-temperature characteristics, the conductive agent preferably includes one or more selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers.
また、高容量で低温特性に優れた非水電解質二次電池を得る意味では、導電剤は、通常粉末状であり、その平均粒径が3μm以下であることが好ましく、さらにより好ましくは、1μm以下であることが望ましい。ここで、平均粒径は、粉末の体積基準の累積粒度分布に於いて、50%累積時の微小粒子側から見た粒径(D50)の値を意味する。なお、平均粒径は、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置により測定される値で、D50の値を用いることができる。 Further, in terms of obtaining a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and excellent low-temperature characteristics, the conductive agent is usually in a powder form, and the average particle size is preferably 3 μm or less, and more preferably 1 μm. The following is desirable. Here, the average particle diameter means the value of the particle diameter (D50) viewed from the fine particle side when 50% is accumulated in the volume-based cumulative particle size distribution of the powder. The average particle diameter is a value measured by a laser diffraction scattering method particle size distribution measuring apparatus, and the value of D50 can be used.
本発明の電極合剤において、バインダーとしては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFということがある。)、熱可塑性ポリイミド、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを挙げることができる。 In the electrode mixture of the present invention, examples of the binder include a thermoplastic resin. Specifically, polyvinylidene fluoride (hereinafter sometimes referred to as PVdF), thermoplastic polyimide, carboxymethylcellulose, polyethylene, polypropylene And so on.
また、本発明の電極合剤において、バインダーは、無機系バインダーを含んでいてもよい。無機系バインダーを用いることで、バインダーの分解反応を抑制できる場合もある。また、上記の熱可塑性樹脂などのバインダーと混合して用いてもよい。また、無機系バインダーは、通常、無機粒子を含み、無機粒子の粒径が、1nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは1nm以上50nm以下、さらにより好ましくは1nm以上10nm以下である。このような粒径とすることにより、電極合剤の分散性、接着力ともにより優れるバインダーを得ることができる。また、ここで、無機粒子としては、シリカ粒子を挙げることができ、シリカ粒子を用いることで、サイクル特性により優れた非水電解質二次電池が得られる場合もあり、好ましい。 In the electrode mixture of the present invention, the binder may contain an inorganic binder. By using an inorganic binder, the decomposition reaction of the binder may be suppressed in some cases. Moreover, you may mix and use binders, such as said thermoplastic resin. The inorganic binder usually contains inorganic particles, and the particle size of the inorganic particles is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and even more preferably 1 nm or more and 10 nm or less. By setting it as such a particle size, the binder which is more excellent in the dispersibility and adhesive force of an electrode mixture can be obtained. Here, examples of the inorganic particles include silica particles, and the use of silica particles is preferable because a nonaqueous electrolyte secondary battery having better cycle characteristics may be obtained.
本発明において、溶媒としては、N,N―ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミン等のアミン系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸メチル等のエステル系溶媒、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒等が挙げられる。 In the present invention, as the solvent, amine solvents such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethylenetriamine, ether solvents such as tetrahydrofuran, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, ester solvents such as methyl acetate, dimethylacetamide, N Examples include amide solvents such as -methyl-2-pyrrolidone.
また、高容量で低温特性に優れた非水電解質二次電池を得る意味で、本発明の電極合剤は、凝集抑制剤をさらに含むことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the electrode mixture of this invention further contains the aggregation inhibitor in the meaning which obtains the nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in the low temperature characteristic with the high capacity | capacitance.
凝集抑制剤としては、ビニルピロリドン系ポリマーが好ましい。ビニルピロリドン系ポリマーとしては、ポリビニルピロリドンを挙げることができる。ビニルピロリドン系ポリマーは、有機溶媒、水系溶媒のいずれにも溶解可能であり、有用である。 As the aggregation inhibitor, a vinylpyrrolidone-based polymer is preferable. An example of the vinylpyrrolidone polymer is polyvinylpyrrolidone. The vinylpyrrolidone-based polymer is useful because it can be dissolved in either an organic solvent or an aqueous solvent.
また、本発明の電極合剤は、有機酸をさらに含むことが好ましい。有機酸を含む場合には、凝集抑制剤は、ビニルピロリドン系ポリマーであることが好ましい。また、前記有機酸としては、ギ酸、シュウ酸およびクエン酸からなる群より選ばれる1種以上を挙げることができる。有機酸をさらに含むことにより、ビニルピロリドン系ポリマー含有による効果をより向上させることができる。 Moreover, it is preferable that the electrode mixture of this invention further contains an organic acid. When an organic acid is included, the aggregation inhibitor is preferably a vinyl pyrrolidone polymer. Examples of the organic acid include one or more selected from the group consisting of formic acid, oxalic acid, and citric acid. By further including an organic acid, the effect of containing a vinylpyrrolidone-based polymer can be further improved.
上述の非晶質炭素材料、導電剤、バインダーと溶媒を混合して、本発明の電極合剤を得ることができる。これらの混合を行う際には、通常の撹拌機、分散機や混練機を用いることができる。粘度調整は、溶媒の使用量を制御することにより行えばよい。また、凝集抑制剤を用いる場合には、非晶質炭素材料、導電剤、バインダーおよび溶媒と、凝集抑制剤とが、同時に混合して、電極合剤を得ることが好ましい。非晶質炭素材料、導電剤、バインダーおよび溶媒と、凝集抑制剤とが、同時に混合されてなる電極合剤は、導電剤の分散性に優れる電極合剤となることができる。また、工程時間の短縮の意味でも、好ましい実施形態である。 The electrode mixture of the present invention can be obtained by mixing the above-mentioned amorphous carbon material, conductive agent, binder and solvent. When mixing these, a normal stirrer, a disperser, and a kneader can be used. Viscosity adjustment may be performed by controlling the amount of solvent used. When an aggregation inhibitor is used, it is preferable to obtain an electrode mixture by simultaneously mixing an amorphous carbon material, a conductive agent, a binder and a solvent and an aggregation inhibitor. An electrode mixture in which an amorphous carbon material, a conductive agent, a binder and a solvent, and an aggregation inhibitor are mixed at the same time can be an electrode mixture excellent in dispersibility of the conductive agent. Moreover, it is a preferred embodiment also in terms of shortening the process time.
本発明の電極合剤を用いて、これを集電体に塗工、乾燥して、電極を得ることができる。本発明の電極合剤を、集電体に塗工、乾燥して得られる電極は、抵抗が非常に低く、得られる非水電解質二次電池は、低温特性に優れる。また、乾燥後に、プレスしてもよい。また、電極の厚みは、通常、5〜500μm程度である。 Using the electrode mixture of the present invention, this can be applied to a current collector and dried to obtain an electrode. An electrode obtained by applying the electrode mixture of the present invention to a current collector and drying it has a very low resistance, and the obtained nonaqueous electrolyte secondary battery is excellent in low temperature characteristics. Moreover, you may press after drying. Moreover, the thickness of an electrode is about 5-500 micrometers normally.
前記の集電体としては、銅、ニッケル、ステンレスなどを挙げることができ、リチウムと合金を作り難い点、薄膜に加工しやすいという点で、銅を用いればよい。電極合剤を集電体へ塗工する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法、静電スプレー法等が挙げられる。また、乾燥は、20〜150℃程度で行えばよい。集電体の形状としては、例えば、箔状、平板状、メッシュ状、ネット状、ラス状、パンチングメタル状若しくはエンボス状であるもの又はこれらを組み合わせたもの(例えば、メッシュ状平板など)等が挙げられる。集電体表面にエッチング処理による凹凸を形成させてもよい。 Examples of the current collector include copper, nickel, and stainless steel, and copper may be used because it is difficult to form an alloy with lithium and it is easy to process into a thin film. Examples of the method of applying the electrode mixture to the current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method. Moreover, what is necessary is just to perform drying at about 20-150 degreeC. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a flat plate shape, a mesh shape, a net shape, a lath shape, a punching metal shape, an emboss shape, or a combination thereof (for example, a mesh flat plate). Can be mentioned. Concavities and convexities may be formed by etching on the current collector surface.
上記により得られる電極を有する非水電解質二次電池は、負極と正極を有する。非水電解質二次電池において、本発明の電極は、対極にリチウム金属またはリチウム合金を用いる場合には、正極として作用し、対極にリチウムイオンをドープ・脱ドープ可能なリチウム金属酸化物を用いる場合には、負極として作用する。 The nonaqueous electrolyte secondary battery having an electrode obtained as described above has a negative electrode and a positive electrode. In a non-aqueous electrolyte secondary battery, the electrode of the present invention acts as a positive electrode when a lithium metal or a lithium alloy is used for the counter electrode, and a lithium metal oxide that can be doped / undoped with lithium ions is used for the counter electrode Acts as a negative electrode.
以下、本発明における非水電解質二次電池について、本発明の電極を負極として用いる場合の例を挙げて、説明する。すなわち、セパレータ、正極集電体に正極合剤が担持されてなる正極、および上述の電極を、積層および巻回することにより得られる電極群を、電池缶などの容器内に収納した後、電解質を含有する有機溶媒からなる電解液を含浸させて製造することができる。 Hereinafter, the nonaqueous electrolyte secondary battery in the present invention will be described with reference to an example in which the electrode of the present invention is used as a negative electrode. That is, after the separator, the positive electrode in which the positive electrode mixture is supported on the positive electrode current collector, and the electrode group obtained by laminating and winding the above-described electrode in a container such as a battery can, It can be produced by impregnating an electrolytic solution comprising an organic solvent containing
前記電極群の形状としては、例えば、該電極群を巻回の軸と垂直方向に切断したときの断面が、円、楕円、長方形、角がとれたような長方形等となるような形状を挙げることができる。また、電池の形状としては、例えば、ペーパー型、コイン型、円筒型、角型などの形状を挙げることができる。 Examples of the shape of the electrode group include a shape in which a cross-section when the electrode group is cut in a direction perpendicular to the winding axis is a circle, an ellipse, a rectangle, a rectangle with rounded corners, or the like. be able to. In addition, examples of the shape of the battery include a paper shape, a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape.
前記正極としては、正極活物質を含む正極合剤を正極集電体に担持したものを用いることができ、正極活物質としては、具体的には、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4およびLiFePO4などが挙げられる。これらの材料における遷移金属元素の一部は、ほかの金属元素一種以上で置換されていてもよい。 As the positive electrode, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material supported on a positive electrode current collector can be used. Specifically, as the positive electrode active material, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and Examples thereof include LiFePO 4 . Some of the transition metal elements in these materials may be substituted with one or more other metal elements.
また、前記正極は正極活物質、バインダーおよび必要に応じて導電剤を含む正極合剤を、正極集電体に担持させて製造することができる。 The positive electrode can be produced by supporting a positive electrode active material, a binder, and, if necessary, a positive electrode mixture containing a conductive agent on a positive electrode current collector.
前記正極における導電剤としては炭素材料を用いることができ、炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素材料などを挙げることができる。カーボンブラックやアセチレンブラックは、微粒で表面積が大きいため、少量正極合剤中に添加することにより電極内部の導電性を高め、充放電効率及びレート特性を向上させることができるが、多く入れすぎるとバインダーによる正極合剤と正極集電体との結着性を低下させ、かえって内部抵抗を増加させる原因となる。通常、正極合剤中の導電剤の割合は、正極活物質100重量部に対して5重量部以上20重量部以下である。導電剤として黒鉛化炭素繊維、カーボンナノチューブなどの繊維状炭素材料を用いる場合には、この割合を下げることも可能である。 A carbon material can be used as the conductive agent in the positive electrode, and examples of the carbon material include graphite powder, carbon black, acetylene black, and fibrous carbon material. Since carbon black and acetylene black are fine and have a large surface area, adding a small amount to the positive electrode mixture can increase the electrical conductivity inside the electrode and improve the charge / discharge efficiency and rate characteristics. This decreases the binding property between the positive electrode mixture and the positive electrode current collector by the binder, and causes an increase in internal resistance. Usually, the ratio of the conductive agent in the positive electrode mixture is 5 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. When a fibrous carbon material such as graphitized carbon fiber or carbon nanotube is used as the conductive agent, this ratio can be lowered.
前記正極におけるバインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができ、具体的には、PVdF、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEということがある。)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル系共重合体などのフッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂等が挙げられる。また、これらの二種以上を混合して用いてもよい。また、バインダーとしてフッ素樹脂およびポリオレフィン樹脂を用い、正極合剤に対する該フッ素樹脂の割合が1〜10重量%、該ポリオレフィン樹脂の割合が0.1〜2重量%となるように含有させることによって、正極集電体との結着性に優れた正極合剤を得ることができる。 As the binder in the positive electrode, a thermoplastic resin can be used. Specifically, PVdF, polytetrafluoroethylene (hereinafter sometimes referred to as PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene / fluoride. Examples thereof include fluorine resins such as vinylidene copolymers, propylene hexafluoride / vinylidene fluoride copolymers, tetrafluoroethylene / perfluorovinyl ether copolymers, and polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene. Moreover, you may mix and use these 2 or more types. Further, by using a fluororesin and a polyolefin resin as a binder, the ratio of the fluororesin to the positive electrode mixture is 1 to 10% by weight, and the ratio of the polyolefin resin is 0.1 to 2% by weight, A positive electrode mixture excellent in binding property with the positive electrode current collector can be obtained.
前記正極集電体としては、Al、Ni、ステンレスなどを挙げることができ、薄膜に加工しやすく、安価であるという点でAlが好ましい。正極集電体の形状としては、例えば、箔状、平板状、メッシュ状、ネット状、ラス状、パンチングメタル状若しくはエンボス状であるもの又はこれらを組み合わせたもの(例えば、メッシュ状平板など)等が挙げられる。正極集電体表面にエッチング処理による凹凸を形成させてもよい。 Examples of the positive electrode current collector include Al, Ni, and stainless steel, and Al is preferable because it can be easily processed into a thin film and is inexpensive. Examples of the shape of the positive electrode current collector include a foil shape, a flat plate shape, a mesh shape, a net shape, a lath shape, a punching metal shape, an embossed shape, or a combination thereof (for example, a mesh flat plate). Is mentioned. Concavities and convexities by etching treatment may be formed on the surface of the positive electrode current collector.
正極集電体に正極合剤を担持させる方法としては、加圧成型する方法、または有機溶媒などを用いてペースト化し、電極集電体上に塗工し、乾燥後プレスするなどして固着する方法が挙げられる。ペースト化する場合、電極活物質、導電剤、バインダー、有機溶媒からなるスラリーを作製する。有機溶媒としては、N,N−ジメチルアミノプロピリアミン、ジエチルトリアミン等のアミン系;エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等のエーテル系;メチルエチルケトン等のケトン系;酢酸メチル等のエステル系;ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。電極合剤を電極集電体へ塗工する方法としては、例えばスリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法、静電スプレー法等が挙げられる。また、正極の厚みは、通常、5〜500μm程度である。 As a method of supporting the positive electrode mixture on the positive electrode current collector, it is fixed by press molding or pasting with an organic solvent, coating on the electrode current collector, drying and pressing. A method is mentioned. In the case of forming a paste, a slurry composed of an electrode active material, a conductive agent, a binder, and an organic solvent is prepared. Examples of organic solvents include amines such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethyltriamine; ethers such as ethylene oxide and tetrahydrofuran; ketones such as methyl ethyl ketone; esters such as methyl acetate; dimethylacetamide and N-methyl- Examples include aprotic polar solvents such as 2-pyrrolidone. Examples of the method of coating the electrode mixture on the electrode current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method. The thickness of the positive electrode is usually about 5 to 500 μm.
前記セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができ、また、前記の材質を2種以上用いてセパレータとしてもよいし、前記の材料が積層されていてもよい。セパレータとしては、例えば特開2000−30686号公報、特開平10−324758号公報等に記載のセパレータを挙げることができる。セパレータの厚みは電池の体積エネルギー密度が上がり、内部抵抗が小さくなるという点で、機械的強度が保たれる限り薄くした方がよく、通常5〜200μm程度、好ましくは5〜40μm程度である。セパレータは、イオン透過性との観点から、ガーレー法による透気度において、透気度が50〜300秒/100ccであることが好ましく、50〜200秒/100ccであることがさらに好ましい。また、セパレータの空孔率は、通常30〜80体積%、好ましくは40〜70体積%である。セパレータは空孔率の異なるセパレータを積層したものであってもよい。 As the separator, for example, a material having a form such as a porous membrane, a nonwoven fabric, a woven fabric made of a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, a fluororesin, a nitrogen-containing aromatic polymer, and the like can be used. Moreover, it is good also as a separator using 2 or more types of the said material, and the said material may be laminated | stacked. Examples of the separator include separators described in JP 2000-30686 A, JP 10-324758 A, and the like. The thickness of the separator is preferably about 5 to 200 μm, and preferably about 5 to 40 μm, as long as the mechanical strength is maintained because the volume energy density of the battery is increased and the internal resistance is reduced. From the viewpoint of ion permeability, the separator preferably has an air permeability of 50 to 300 seconds / 100 cc, more preferably 50 to 200 seconds / 100 cc, in terms of air permeability by the Gurley method. Moreover, the porosity of a separator is 30-80 volume% normally, Preferably it is 40-70 volume%. The separator may be a laminate of separators having different porosity.
セパレータは、好ましくは、熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムを有する。非水電解質二次電池においては、通常、正極−負極間の短絡等が原因で電池内に異常電流が流れた際に、電流を遮断して、過大電流が流れることを阻止(シャットダウン)する機能を有することが好ましい。ここで、シャットダウンは、通常の使用温度を越えた場合に、セパレータの微細孔を閉塞することによりなされる。セパレータの微細孔が閉塞した後、ある程度の高温まで電池内の温度が上昇しても、その温度によりセパレータが破膜することなく、セパレータの微細孔を閉塞した状態を維持することが好ましい。かかるセパレータとしては、例えば、耐熱多孔層と多孔質フィルムとが積層されてなる積層フィルムが挙げられ、該フィルムをセパレータとして用いることにより、本発明の二次電池の耐熱性をより高めることが可能となる。ここで、耐熱多孔層は、多孔質フィルムの両面に積層されていてもよい。 The separator preferably has a porous film containing a thermoplastic resin. In a non-aqueous electrolyte secondary battery, normally, when an abnormal current flows in the battery due to a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, the function of shutting down the current and preventing the excessive current from flowing (shut down) It is preferable to have. Here, the shutdown is performed by closing the fine pores of the separator when the normal use temperature is exceeded. Even if the temperature in the battery rises to a certain high temperature after the fine pores of the separator are closed, it is preferable to maintain the closed state of the fine pores of the separator without causing the separator to break down due to the temperature. Examples of such a separator include a laminated film formed by laminating a heat-resistant porous layer and a porous film. By using the film as a separator, the heat resistance of the secondary battery of the present invention can be further increased. It becomes. Here, the heat-resistant porous layer may be laminated on both surfaces of the porous film.
次に、前記の耐熱多孔層と多孔質フィルムとが積層されてなる積層フィルムについて、より具体的に説明する。 Next, the laminated film formed by laminating the heat resistant porous layer and the porous film will be described more specifically.
前記積層フィルムにおいて、耐熱多孔層は、多孔質フィルムよりも耐熱性の高い層であり、該耐熱多孔層は、無機粉末から形成されていてもよいし、耐熱樹脂を含有していてもよい。耐熱多孔層が、耐熱樹脂を含有することにより、塗工などの容易な手法で、耐熱多孔層を形成することができる。耐熱樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミドを挙げることができ、好ましい耐熱樹脂は、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミドであり、より好ましい耐熱樹脂は、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミドである。さらにより好ましい耐熱樹脂は、芳香族ポリアミド(パラ配向芳香族ポリアミド、メタ配向芳香族ポリアミド)、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミドイミド等の含窒素芳香族重合体であり、とりわけ好ましい耐熱樹脂は芳香族ポリアミドであり、容易に使用できる観点で、特に好ましい耐熱樹脂は、パラ配向芳香族ポリアミド(以下、「パラアラミド」ということがある。)である。また、耐熱樹脂として、ポリ−4−メチルペンテン−1、環状オレフィン系重合体を挙げることもできる。これらの耐熱樹脂を用いることにより、積層フィルムの耐熱性、すなわち、積層フィルムの熱破膜温度、がより高まる。これらの耐熱樹脂のうち、含窒素芳香族重合体を用いる場合には、その分子内の極性によるためか、電解液との相性、すなわち、耐熱多孔層における保液性も向上する場合があり、非水電解質二次電池製造時における電解液の含浸の速度も高く、非水電解質二次電池の充放電容量もより高まる。 In the laminated film, the heat resistant porous layer is a layer having higher heat resistance than the porous film, and the heat resistant porous layer may be formed of an inorganic powder or may contain a heat resistant resin. When the heat resistant porous layer contains a heat resistant resin, the heat resistant porous layer can be formed by an easy technique such as coating. Examples of the heat resistant resin include polyamide, polyimide, polyamideimide, polycarbonate, polyacetal, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyether ketone, aromatic polyester, polyether sulfone, and polyetherimide. Preferred heat resistant resins are polyamide, Polyimide, polyamideimide, polyethersulfone, and polyetherimide are preferable, and polyamide, polyimide, and polyamideimide are more preferable heat resistant resins. Even more preferred heat resistant resins are nitrogen-containing aromatic polymers such as aromatic polyamides (para-oriented aromatic polyamides, meta-oriented aromatic polyamides), aromatic polyimides, aromatic polyamideimides, and particularly preferred heat-resistant resins are aromatic. From the viewpoint of being a polyamide and easily usable, a particularly preferred heat resistant resin is a para-oriented aromatic polyamide (hereinafter sometimes referred to as “para-aramid”). Further, examples of the heat resistant resin include poly-4-methylpentene-1 and cyclic olefin polymers. By using these heat resistant resins, the heat resistance of the laminated film, that is, the thermal film breaking temperature of the laminated film is further increased. Among these heat-resistant resins, when using a nitrogen-containing aromatic polymer, because of the polarity in the molecule, compatibility with the electrolyte, that is, the liquid retention in the heat-resistant porous layer may be improved, The rate of impregnation of the electrolytic solution during the production of the nonaqueous electrolyte secondary battery is also high, and the charge / discharge capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery is further increased.
かかる積層フィルムの熱破膜温度は、耐熱樹脂の種類に依存し、使用場面、使用目的に応じ、選択使用される。より具体的には、耐熱樹脂として、上記含窒素芳香族重合体を用いる場合は400℃程度に、また、ポリ−4−メチルペンテン−1を用いる場合は250℃程度に、環状オレフィン系重合体を用いる場合には300℃程度に、夫々、熱破膜温度をコントロールすることができる。また、耐熱多孔層が、無機粉末からなる場合には、熱破膜温度を、例えば、500℃以上にコントロールすることも可能である。 The thermal film breaking temperature of such a laminated film depends on the type of heat-resistant resin, and is selected and used according to the use scene and purpose of use. More specifically, as the heat resistant resin, the cyclic olefin polymer is used at about 400 ° C. when the nitrogen-containing aromatic polymer is used, and at about 250 ° C. when poly-4-methylpentene-1 is used. When using, the thermal film breaking temperature can be controlled to about 300 ° C., respectively. In addition, when the heat resistant porous layer is made of an inorganic powder, the thermal film breaking temperature can be controlled to, for example, 500 ° C. or higher.
上記パラアラミドは、パラ配向芳香族ジアミンとパラ配向芳香族ジカルボン酸ハライドの縮合重合により得られるものであり、アミド結合が芳香族環のパラ位またはそれに準じた配向位(例えば、4,4’−ビフェニレン、1,5−ナフタレン、2,6−ナフタレン等のような反対方向に同軸または平行に延びる配向位)で結合される繰り返し単位から実質的になるものである。具体的には、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(4,4’−ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン−4,4’−ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン−2,6−ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2−クロロ−パラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体等のパラ配向型またはパラ配向型に準じた構造を有するパラアラミドが例示される。 The para-aramid is obtained by condensation polymerization of a para-oriented aromatic diamine and a para-oriented aromatic dicarboxylic acid halide, and the amide bond is in the para position of the aromatic ring or an oriented position equivalent thereto (for example, 4,4′- It consists essentially of repeating units bonded at opposite orientations, such as biphenylene, 1,5-naphthalene, 2,6-naphthalene, etc., oriented in the opposite direction coaxially or in parallel. Specifically, poly (paraphenylene terephthalamide), poly (parabenzamide), poly (4,4′-benzanilide terephthalamide), poly (paraphenylene-4,4′-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly ( Para-aligned or para-oriented such as paraphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), poly (2-chloro-paraphenylene terephthalamide), paraphenylene terephthalamide / 2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer Examples include para-aramid having a structure according to the type.
前記の芳香族ポリイミドとしては、芳香族の二酸無水物とジアミンの縮重合で製造される全芳香族ポリイミドが好ましい。該二酸無水物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス(3,4―ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物などがあげられる。該ジアミンの具体例としては、オキシジアニリン、パラフェニレンジアミン、ベンゾフェノンジアミン、3,3’−メチレンヂアニリン、3,3’−ジアミノベンソフェノン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、1,5’−ナフタレンジアミンなどがあげられる。また、溶媒に可溶なポリイミドが好適に使用できる。このようなポリイミドとしては、例えば、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物と、芳香族ジアミンとの重縮合物のポリイミドが挙げられる。 The aromatic polyimide is preferably a wholly aromatic polyimide produced by condensation polymerization of an aromatic dianhydride and a diamine. Specific examples of the dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic Examples thereof include acid dianhydride, 2,2′-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, and the like. Specific examples of the diamine include oxydianiline, paraphenylenediamine, benzophenonediamine, 3,3′-methylenedianiline, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, 1,5 '-Naphthalenediamine and the like. Moreover, a polyimide soluble in a solvent can be preferably used. An example of such a polyimide is a polycondensate polyimide of 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine.
前記の芳香族ポリアミドイミドとしては、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジイソシアネートを用いてこれらの縮合重合から得られるもの、芳香族二酸無水物および芳香族ジイソシアネートを用いてこれらの縮合重合から得られるものが挙げられる。芳香族ジカルボン酸の具体例としてはイソフタル酸、テレフタル酸などが挙げられる。また芳香族二酸無水物の具体例としては無水トリメリット酸などが挙げられる。芳香族ジイソシアネートの具体例としては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、オルソトリランジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネートなどが挙げられる。 As the above-mentioned aromatic polyamideimide, those obtained from condensation polymerization using aromatic dicarboxylic acid and aromatic diisocyanate, those obtained from condensation polymerization using aromatic diacid anhydride and aromatic diisocyanate Is mentioned. Specific examples of the aromatic dicarboxylic acid include isophthalic acid and terephthalic acid. Specific examples of the aromatic dianhydride include trimellitic anhydride. Specific examples of the aromatic diisocyanate include 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, orthotolylane diisocyanate, m-xylene diisocyanate, and the like.
また、イオン透過性をより高める意味で、耐熱多孔層の厚みは、1μm以上10μm以下、さらには1μm以上5μm以下、特に1μm以上4μm以下という薄い耐熱多孔層であることが好ましい。また、耐熱多孔層は微細孔を有し、その孔のサイズ(直径)は通常3μm以下、好ましくは1μm以下である。 In order to further enhance the ion permeability, the heat-resistant porous layer is preferably a thin heat-resistant porous layer having a thickness of 1 μm to 10 μm, more preferably 1 μm to 5 μm, particularly 1 μm to 4 μm. The heat-resistant porous layer has fine pores, and the size (diameter) of the pores is usually 3 μm or less, preferably 1 μm or less.
また、耐熱多孔層が、耐熱樹脂を含有する場合には、フィラーをさらに含有することもできる。フィラーは、その材質として、有機粉末、無機粉末またはこれらの混合物のいずれから選ばれるものであってもよい。フィラーを構成する粒子は、その平均粒子径が、0.01μm以上1μm以下であることが好ましい。 In addition, when the heat resistant porous layer contains a heat resistant resin, it can further contain a filler. The filler may be selected from organic powder, inorganic powder, or a mixture thereof as the material thereof. The particles constituting the filler preferably have an average particle size of 0.01 μm or more and 1 μm or less.
前記有機粉末としては、例えば、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル等の単独あるいは2種類以上の共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素系樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリオレフィン;ポリメタクリレート等の有機物からなる粉末が挙げられる。該有機粉末は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの有機粉末の中でも、化学的安定性の点で、ポリテトラフルオロエチレン粉末が好ましい。 Examples of the organic powder include styrene, vinyl ketone, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, and methyl acrylate, or a copolymer of two or more kinds, polytetrafluoroethylene, 4 fluorine. Examples include fluorine-containing resins such as fluorinated ethylene-6-propylene-propylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride; melamine resin; urea resin; polyolefin; and powders made of organic substances such as polymethacrylate. . The organic powder may be used alone or in combination of two or more. Among these organic powders, polytetrafluoroethylene powder is preferable from the viewpoint of chemical stability.
前記無機粉末としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩等の無機物からなる粉末が挙げられ、これらの中でも、導電性の低い無機物からなる粉末が好ましく用いられる。具体的に例示すると、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、または炭酸カルシウム等からなる粉末が挙げられる。該無機粉末は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの無機粉末の中でも、化学的安定性の点で、アルミナ粉末が好ましい。ここで、フィラーを構成する粒子のすべてがアルミナ粒子であることがより好ましく、さらにより好ましいのは、フィラーを構成する粒子のすべてがアルミナ粒子であり、その一部または全部が略球状のアルミナ粒子である実施形態である。因みに、耐熱多孔層が、無機粉末から形成される場合には、上記例示の無機粉末を用いればよく、必要に応じてバインダーと混ぜて用いればよい。 Examples of the inorganic powder include powders made of inorganic substances such as metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal hydroxides, carbonates, sulfates, etc. Among these, they are made of inorganic substances having low conductivity. Powder is preferably used. Specific examples include powders made of alumina, silica, titanium dioxide, calcium carbonate, or the like. The inorganic powder may be used alone or in combination of two or more. Among these inorganic powders, alumina powder is preferable from the viewpoint of chemical stability. Here, it is more preferable that all of the particles constituting the filler are alumina particles, and it is even more preferable that all of the particles constituting the filler are alumina particles, and part or all of them are substantially spherical alumina particles. It is embodiment which is. Incidentally, when the heat-resistant porous layer is formed from an inorganic powder, the inorganic powder exemplified above may be used, and may be mixed with a binder as necessary.
耐熱多孔層が、耐熱樹脂を含有する場合のフィラーの含有量としては、フィラーの材質の比重にもよるが、例えば、耐熱多孔層の総重量を100としたとき、フィラーの重量は、通常5以上95以下であり、20以上95以下であることが好ましく、より好ましくは30以上90以下である。これらの範囲は、フィラーを構成する粒子のすべてがアルミナ粒子である場合に、特に好適である。 When the heat-resistant porous layer contains a heat-resistant resin, the filler content depends on the specific gravity of the filler material. For example, when the total weight of the heat-resistant porous layer is 100, the filler weight is usually 5 It is preferably 95 or more, preferably 20 or more and 95 or less, and more preferably 30 or more and 90 or less. These ranges are particularly suitable when all of the particles constituting the filler are alumina particles.
フィラーの形状については、略球状、板状、柱状、針状、ウィスカー状、繊維状等が挙げられ、いずれの粒子も用いることができるが、均一な孔を形成しやすいことから、略球状粒子であることが好ましい。略球状粒子としては、粒子のアスペクト比(粒子の長径/粒子の短径)が1以上1.5以下の範囲の値である粒子が挙げられる。粒子のアスペクト比は、電子顕微鏡写真により測定することができる。 Examples of the shape of the filler include a substantially spherical shape, a plate shape, a columnar shape, a needle shape, a whisker shape, and a fibrous shape, and any particle can be used. It is preferable that Examples of the substantially spherical particles include particles having a particle aspect ratio (particle major axis / particle minor axis) in the range of 1 to 1.5. The aspect ratio of the particles can be measured by an electron micrograph.
積層フィルムにおいて、多孔質フィルムは、微細孔を有し、通常、シャットダウン機能を有する。多孔質フィルムにおける微細孔のサイズ(直径)は通常3μm以下、好ましくは1μm以下である。多孔質フィルムの空孔率は、通常30〜80体積%、好ましくは40〜70体積%である。非水電解質二次電池において、通常の使用温度を越えた場合には、シャットダウン機能により、多孔質フィルムの変形、軟化により、微細孔を閉塞することができる。 In the laminated film, the porous film has fine pores and usually has a shutdown function. The size (diameter) of the micropores in the porous film is usually 3 μm or less, preferably 1 μm or less. The porosity of the porous film is usually 30 to 80% by volume, preferably 40 to 70% by volume. In the nonaqueous electrolyte secondary battery, when the normal use temperature is exceeded, the micropores can be blocked by the deformation and softening of the porous film by the shutdown function.
積層フィルムにおいて、多孔質フィルムを構成する樹脂は、非水電解質二次電池において、電解液に溶解しないものを選択すればよい。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂を挙げることができ、これらの2種以上の混合物を用いてもよい。より低温で軟化してシャットダウンさせる意味で、多孔質フィルムは、ポリオレフィン樹脂を含有することが好ましく、より好ましくは、ポリエチレンを含有することである。ポリエチレンとして、具体的には、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレン等のポリエチレンを挙げることができ、超高分子量ポリエチレンを挙げることもできる。多孔質フィルムの突刺し強度をより高める意味では、それを構成する樹脂は、少なくとも超高分子量ポリエチレンを含有することが好ましい。また、多孔質フィルムの製造面において、低分子量(重量平均分子量1万以下)のポリオレフィンからなるワックスを含有することが好ましい場合もある。 In the laminated film, the resin constituting the porous film may be selected from those that do not dissolve in the electrolyte solution in the nonaqueous electrolyte secondary battery. Specific examples include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, and thermoplastic polyurethane resins, and a mixture of two or more of these may be used. In terms of softening and shutting down at a lower temperature, the porous film preferably contains a polyolefin resin, and more preferably contains polyethylene. Specific examples of polyethylene include polyethylene such as low density polyethylene, high density polyethylene, and linear polyethylene, and also include ultrahigh molecular weight polyethylene. In the sense of further increasing the puncture strength of the porous film, the resin constituting it preferably contains at least ultra high molecular weight polyethylene. Moreover, it may be preferable to contain the wax which consists of polyolefin of a low molecular weight (weight average molecular weight 10,000 or less) in the manufacture surface of a porous film.
また、積層フィルムにおける多孔質フィルムの厚みは、通常、3〜30μmであり、好ましくは3〜25μmである。また、積層フィルムの厚みとしては、通常40μm以下、好ましくは、20μm以下である。また、耐熱多孔層の厚みをA(μm)、多孔質フィルムの厚みをB(μm)としたときには、A/Bの値が、0.1以上1以下であることが好ましい。 Moreover, the thickness of the porous film in a laminated | multilayer film is 3-30 micrometers normally, Preferably it is 3-25 micrometers. Moreover, as thickness of a laminated film, it is 40 micrometers or less normally, Preferably, it is 20 micrometers or less. Moreover, when the thickness of the heat resistant porous layer is A (μm) and the thickness of the porous film is B (μm), the value of A / B is preferably 0.1 or more and 1 or less.
次に、積層フィルムの製造の一例について説明する。
まず、多孔質フィルムの製造方法について説明する。多孔質フィルムの製造は特に限定されるものではなく、例えば特開平7−29563号公報に記載されたように、熱可塑性樹脂に可塑剤を加えてフィルム成形した後、該可塑剤を適当な溶媒で除去する方法や、特開平7−304110号公報に記載されたように、公知の方法により製造した熱可塑性樹脂からなるフィルムを用い、該フィルムの構造的に弱い非晶部分を選択的に延伸して微細孔を形成する方法が挙げられる。例えば、多孔質フィルムが、超高分子量ポリエチレンおよび重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィンを含むポリオレフィン樹脂から形成されてなる場合には、製造コストの観点から、以下に示すような方法により製造することが好ましい。すなわち、
(1)超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィン5〜200重量部と、無機充填剤100〜400重量部とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程
(2)前記ポリオレフィン樹脂組成物を用いてシートを成形する工程
(3)工程(2)で得られたシート中から無機充填剤を除去する工程
(4)工程(3)で得られたシートを延伸して多孔質フィルムを得る工程
を含む方法、または
(1)超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィン5〜200重量部と、無機充填剤100〜400重量部とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程
(2)前記ポリオレフィン樹脂組成物を用いてシートを成形する工程
(3)工程(2)で得られたシートを延伸する工程
(4)工程(3)で得られた延伸シート中から、無機充填剤を除去して多孔質フィルムを得る工程
を含む方法である。
Next, an example of manufacturing a laminated film will be described.
First, the manufacturing method of a porous film is demonstrated. The production of the porous film is not particularly limited. For example, as described in JP-A-7-29563, a plasticizer is added to a thermoplastic resin to form a film, and then the plasticizer is mixed with an appropriate solvent. As described in JP-A-7-304110, a film made of a thermoplastic resin produced by a known method is used, and a structurally weak amorphous portion of the film is selectively stretched. And a method of forming micropores. For example, when the porous film is formed from a polyolefin resin containing ultrahigh molecular weight polyethylene and a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, it is produced by the following method from the viewpoint of production cost. It is preferable. That is,
(1) Step of obtaining a polyolefin resin composition by kneading 100 parts by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene, 5 to 200 parts by weight of a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, and 100 to 400 parts by weight of an inorganic filler ( 2) Step of forming a sheet using the polyolefin resin composition (3) Step of removing inorganic filler from the sheet obtained in step (2) (4) Stretching of the sheet obtained in step (3) Or a method comprising a step of obtaining a porous film, or (1) 100 parts by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene, 5 to 200 parts by weight of a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, and 100 to 400 parts by weight of an inorganic filler And a step of obtaining a polyolefin resin composition by kneading (2) a step of molding a sheet using the polyolefin resin composition (3) obtained in step (2) From in stretched sheet obtained in the step of stretching the sheet (4) Step (3), the method comprising the step of removing the inorganic filler to obtain a porous film.
多孔質フィルムの強度およびイオン透過性の観点から、用いる無機充填剤は、平均粒子径(直径)が0.5μm以下であることが好ましく、0.2μm以下であることがさらに好ましい。ここで、平均粒子径は、電子顕微鏡写真から測定される値を用いる。具体的には、該写真に撮影されている無機充填剤粒子から任意に50個抽出し、それぞれの粒子径を測定して、その平均値を用いる。 From the viewpoint of the strength and ion permeability of the porous film, the inorganic filler used preferably has an average particle diameter (diameter) of 0.5 μm or less, more preferably 0.2 μm or less. Here, the value measured from an electron micrograph is used for the average particle diameter. Specifically, 50 particles are arbitrarily extracted from the inorganic filler particles photographed in the photograph, each particle diameter is measured, and the average value is used.
無機充填剤としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウム、珪酸、酸化亜鉛、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウムなどが挙げられる。これらの無機充填剤は酸、あるいはアルカリ溶液によりシートまたはフィルム中から除去することができる。粒子径の制御性、酸への選択的溶解性の観点から炭酸カルシウムを用いることが好ましい。 Inorganic fillers include calcium carbonate, magnesium carbonate, barium carbonate, zinc oxide, calcium oxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, calcium sulfate, silicic acid, zinc oxide, calcium chloride, sodium chloride, magnesium sulfate, etc. Is mentioned. These inorganic fillers can be removed from the sheet or film with an acid or alkaline solution. Calcium carbonate is preferably used from the viewpoints of particle size controllability and selective solubility in acid.
上記ポリオレフィン樹脂組成物の製造方法は特に限定されないが、ポリオレフィン樹脂や無機充填剤等のポリオレフィン樹脂組成物を構成する材料を混合装置、例えばロール、バンバリーミキサー、一軸押出機、二軸押出機などを用いて混合し、ポリオレフィン樹脂組成物を得る。材料を混合する際に、必要に応じて脂肪酸エステルや安定化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤等の添加剤を添加してもよい。 The method for producing the polyolefin resin composition is not particularly limited, but a mixing device, such as a roll, a Banbury mixer, a single screw extruder, a twin screw extruder, or the like, is used to mix materials constituting the polyolefin resin composition such as polyolefin resin and inorganic filler. And mixed to obtain a polyolefin resin composition. When mixing the materials, additives such as fatty acid esters, stabilizers, antioxidants, ultraviolet absorbers and flame retardants may be added as necessary.
上記ポリオレフィン樹脂組成物からなるシートの製造方法は特に限定されるものではなく、インフレーション加工、カレンダー加工、Tダイ押出加工、スカイフ法等のシート成形方法により製造することができる。より膜厚精度の高いシートが得られることから、下記の方法により製造することが好ましい。 The manufacturing method of the sheet | seat which consists of the said polyolefin resin composition is not specifically limited, It can manufacture by sheet | seat shaping | molding methods, such as an inflation process, a calendar process, T-die extrusion process, and a Skyf method. Since a sheet with higher film thickness accuracy can be obtained, it is preferable to produce the sheet by the following method.
ポリオレフィン樹脂組成物からなるシートの好ましい製造方法とは、ポリオレフィン樹脂組成物に含有されるポリオレフィン樹脂の融点より高い表面温度に調整された一対の回転成形工具を用いて、ポリオレフィン樹脂組成物を圧延成形する方法である。回転成形工具の表面温度は、(融点+5)℃以上であることが好ましい。また表面温度の上限は、(融点+30)℃以下であることが好ましく、(融点+20)℃以下であることがさらに好ましい。一対の回転成形工具としては、ロールやベルトが挙げられる。両回転成形工具の周速度は必ずしも厳密に同一周速度である必要はなく、それらの差異が±5%以内程度であればよい。このような方法により得られるシートを用いて多孔質フィルムを製造することにより、強度やイオン透過、透気性などに優れる多孔質フィルムを得ることができる。また、前記したような方法により得られる単層のシート同士を積層したものを、多孔質フィルムの製造に使用してもよい。 A preferred method for producing a sheet comprising a polyolefin resin composition is a method of rolling a polyolefin resin composition using a pair of rotational molding tools adjusted to a surface temperature higher than the melting point of the polyolefin resin contained in the polyolefin resin composition. It is a method to do. The surface temperature of the rotary forming tool is preferably (melting point + 5) ° C. or higher. The upper limit of the surface temperature is preferably (melting point + 30) ° C. or less, and more preferably (melting point + 20) ° C. or less. Examples of the pair of rotary forming tools include a roll and a belt. The peripheral speeds of the two rotary forming tools do not necessarily have to be exactly the same peripheral speed, and the difference between them may be about ± 5% or less. By producing a porous film using a sheet obtained by such a method, a porous film excellent in strength, ion permeation, air permeability and the like can be obtained. Moreover, you may use what laminated | stacked the sheet | seat of the single layer obtained by the above methods for manufacture of a porous film.
ポリオレフィン樹脂組成物を一対の回転成形工具により圧延成形する際には、押出機よりストランド状に吐出したポリオレフィン樹脂組成物を直接一対の回転成形工具間に導入してもよく、一旦ペレット化したポリオレフィン樹脂組成物を用いてもよい。 When the polyolefin resin composition is roll-formed with a pair of rotary molding tools, the polyolefin resin composition discharged in a strand form from an extruder may be directly introduced between the pair of rotary molding tools, and once pelletized polyolefin A resin composition may be used.
ポリオレフィン樹脂組成物からなるシートまたは該シートから無機充填剤を除去したシートを延伸する際には、テンター、ロールあるいはオートグラフ等を用いることができる。透気性の面から延伸倍率は2〜12倍が好ましく、より好ましくは4〜10倍である。延伸温度は通常、ポリオレフィン樹脂の軟化点以上融点以下の温度で行われ、80〜115℃で行うことが好ましい。延伸温度が低すぎると延伸時に破膜しやすくなり、高すぎると得られる多孔質フィルムの透気性やイオン透過性が低くなることがある。また延伸後はヒートセットを行うことが好ましい。ヒートセット温度はポリオレフィン樹脂の融点未満の温度であることが好ましい。 When stretching a sheet made of a polyolefin resin composition or a sheet from which the inorganic filler has been removed, a tenter, a roll, an autograph or the like can be used. From the air permeable side, the draw ratio is preferably 2 to 12 times, more preferably 4 to 10 times. The stretching temperature is usually carried out at a temperature not lower than the softening point of the polyolefin resin and not higher than the melting point, preferably 80 to 115 ° C. If the stretching temperature is too low, film breakage tends to occur during stretching, and if it is too high, the air permeability and ion permeability of the resulting porous film may be lowered. Moreover, it is preferable to heat set after extending | stretching. The heat set temperature is preferably a temperature below the melting point of the polyolefin resin.
本発明においては、前記したような方法で得られる熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムと、耐熱多孔層とを積層して、積層フィルムを得る。耐熱多孔層は多孔質フィルムの片面に設けられていてもよく、両面に設けられていてもよい。 In the present invention, a porous film containing a thermoplastic resin obtained by the method as described above and a heat-resistant porous layer are laminated to obtain a laminated film. The heat resistant porous layer may be provided on one side of the porous film or may be provided on both sides.
多孔質フィルムと耐熱多孔層とを積層する方法としては、耐熱多孔層と多孔質フィルムとを別々に製造してそれぞれを積層する方法、多孔質フィルムの少なくとも片面に、耐熱樹脂とフィラーとを含有する塗工液を塗工して耐熱多孔層を形成する方法等が挙げられるが、本発明において、耐熱多孔層は比較的薄い場合には、その生産性の面から後者の手法が好ましい。多孔質フィルムの少なくとも片面に、耐熱樹脂とフィラーとを含有する塗工液を塗工して耐熱樹脂層を形成する方法としては、具体的に以下のような工程を含む方法が挙げられる。
(a)耐熱樹脂100重量部を含む極性有機溶媒溶液に、該耐熱樹脂100重量部に対しフィラーを1〜1500重量部分散したスラリー状塗工液を調製する。
(b)該塗工液を多孔質フィルムの少なくとも片面に塗工し、塗工膜を形成する。
(c)加湿、溶媒除去あるいは耐熱樹脂を溶解しない溶媒への浸漬等の手段で、前記塗工膜から耐熱樹脂を析出させた後、必要に応じて乾燥する。
塗工液は、特開2001−316006号公報に記載の塗工装置および特開2001−23602号公報に記載の方法により連続的に塗工することが好ましい。
As a method of laminating a porous film and a heat-resistant porous layer, a method of separately producing a heat-resistant porous layer and a porous film and laminating each of them, and containing a heat-resistant resin and a filler on at least one surface of the porous film Examples of the method include forming a heat-resistant porous layer by applying a coating liquid to be applied. In the present invention, when the heat-resistant porous layer is relatively thin, the latter method is preferable from the viewpoint of productivity. Specific examples of a method for forming a heat resistant resin layer by applying a coating solution containing a heat resistant resin and a filler to at least one surface of the porous film include the following steps.
(A) A slurry-like coating liquid is prepared by dispersing 1 to 1500 parts by weight of a filler in 100 parts by weight of a heat resistant resin in a polar organic solvent solution containing 100 parts by weight of a heat resistant resin.
(B) The coating solution is applied to at least one surface of the porous film to form a coating film.
(C) The heat resistant resin is deposited from the coating film by means of humidification, solvent removal, or immersion in a solvent that does not dissolve the heat resistant resin, and then dried as necessary.
The coating liquid is preferably applied continuously by a coating apparatus described in JP-A-2001-316006 and a method described in JP-A-2001-23602.
また、前記の極性有機溶媒溶液において、耐熱樹脂がパラアラミドである場合には、極性有機溶媒としては、極性アミド系溶媒または極性尿素系溶媒を用いることができ、具体的には、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、テトラメチルウレア等があげられるが、これらに限定されるものではない。 When the heat resistant resin is para-aramid in the polar organic solvent solution, a polar amide solvent or a polar urea solvent can be used as the polar organic solvent. Specifically, N, N— Examples include, but are not limited to, dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and tetramethylurea.
耐熱樹脂としてパラアラミドを用いる場合、パラアラミドの溶媒への溶解性を改善する目的で、パラアラミド重合時にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物を添加することが好ましい。具体例としては、塩化リチウムまたは塩化カルシウムがあげられるが、これらに限定されるものではない。上記塩化物の重合系への添加量は、縮合重合で生成するアミド基1.0モル当たり0.5〜6.0モルの範囲が好ましく、1.0〜4.0モルの範囲がさらに好ましい。塩化物が0.5モル未満では、生成するパラアラミドの溶解性が不十分となる場合があり、6.0モルを越えると実質的に塩化物の溶媒への溶解度を越えるので好ましくない場合がある。一般には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物が2重量%未満では、パラアラミドの溶解性が不十分となる場合があり、10重量%を越えてはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物が極性アミド系溶媒または極性尿素系溶媒等の極性有機溶媒に溶解しない場合がある。 When para-aramid is used as the heat-resistant resin, it is preferable to add an alkali metal or alkaline earth metal chloride during para-aramid polymerization for the purpose of improving the solubility of para-aramid in a solvent. Specific examples include lithium chloride or calcium chloride, but are not limited thereto. The amount of the chloride added to the polymerization system is preferably in the range of 0.5 to 6.0 mol, more preferably in the range of 1.0 to 4.0 mol, per 1.0 mol of the amide group produced by condensation polymerization. . If the chloride is less than 0.5 mol, the solubility of the resulting para-aramid may be insufficient, and if it exceeds 6.0 mol, the solubility of the chloride in the solvent may be substantially exceeded, which may be undesirable. . In general, if the alkali metal or alkaline earth metal chloride is less than 2% by weight, the solubility of para-aramid may be insufficient. If it exceeds 10% by weight, the alkali metal or alkaline earth metal chloride may be insufficient. May not dissolve in polar organic solvents such as polar amide solvents or polar urea solvents.
また、耐熱樹脂が芳香族ポリイミドである場合には、芳香族ポリイミドを溶解させる極性有機溶媒としては、アラミドを溶解させる溶媒として例示したもののほか、ジメチルスルホキサイド、クレゾール、およびo−クロロフェノール等が好適に使用できる。 Further, when the heat resistant resin is an aromatic polyimide, the polar organic solvent for dissolving the aromatic polyimide includes those exemplified as the solvent for dissolving the aramid, dimethyl sulfoxide, cresol, o-chlorophenol, etc. Can be suitably used.
フィラーを分散させてスラリー状塗工液を得る方法としては、その装置として、圧力式分散機(ゴーリンホモジナイザー、ナノマイザー)等を用いればよい。 As a method for obtaining a slurry-like coating liquid by dispersing a filler, a pressure disperser (gorin homogenizer, nanomizer) or the like may be used as the apparatus.
スラリー状塗工液を塗工する方法としては、例えばナイフ、ブレード、バー、グラビア、ダイ等の塗工方法があげられ、バー、ナイフ等の塗工が簡便であるが、工業的には、溶液が外気と接触しない構造のダイ塗工が好ましい。また、塗工は2回以上行う場合もある。この場合、上記工程(c)において耐熱樹脂を析出させた後に行うのが通常である。 Examples of the method of applying the slurry-like coating liquid include a coating method such as a knife, blade, bar, gravure, die, etc., and coating of a bar, knife, etc. is simple, but industrially, Die coating having a structure in which the solution does not come into contact with outside air is preferable. Moreover, coating may be performed twice or more. In this case, it is usual to carry out after depositing the heat-resistant resin in the step (c).
また、前記の耐熱多孔層と多孔質フィルムとを別々に製造してそれぞれを積層する場合においては、接着剤による方法、熱融着による方法等により、固定化しておくのがよい。 In the case where the heat resistant porous layer and the porous film are separately manufactured and laminated, it is preferable to fix them by a method using an adhesive, a method using heat fusion, or the like.
二次電池において、電解液は、通常、電解質を含有する有機溶媒からなる。電解質としては、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(COCF3)、Li(C4F9SO3)、LiC(SO2CF3)3、Li2B10Cl10、LiBOB(ここで、BOBは、bis(oxalato)borateのことである。)、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4などのリチウム塩が挙げられ、これらの2種以上の混合物を使用してもよい。リチウム塩として、通常、これらの中でもフッ素を含むLiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2およびLiC(SO2CF3)3からなる群から選ばれた少なくとも1種を含むものを用いる。 In the secondary battery, the electrolytic solution is usually composed of an organic solvent containing an electrolyte. Examples of the electrolyte include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (COCF 3 ), Li (C 4 F 9 SO 3 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiBOB (where BOB is bis (oxalato) borate). ), Lithium salts such as lower aliphatic carboxylic acid lithium salts and LiAlCl 4, and a mixture of two or more of these may be used. The lithium salt is usually selected from the group consisting of LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 and LiC (SO 2 CF 3 ) 3 containing fluorine among these. Those containing at least one selected are used.
また、電解液における有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物、または上記の有機溶媒にさらにフッ素置換基を導入したものを用いることができるが、通常はこれらのうちの二種以上を混合して用いる。中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネート、または環状カーボネートとエーテル類の混合溶媒がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートの混合溶媒としては、動作温度範囲が広く、負荷特性に優れ、難分解性であるという点で、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒が好ましい。また、特に優れた安全性向上効果が得られる点で、LiPF6等のフッ素を含むリチウム塩およびフッ素置換基を有する有機溶媒を含む電解液を用いることが好ましい。ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル等のフッ素置換基を有するエーテル類とジメチルカーボネートとを含む混合溶媒は、大電流放電特性にも優れており、さらに好ましい。 Examples of the organic solvent in the electrolytic solution include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, and 1,2-di (methoxy). Carbonates such as carbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran Ethers such as methyl formate, methyl acetate, and γ-butyrolactone; Nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetoa Amides such as carbon; Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; Sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide, 1,3-propane sultone, or those obtained by further introducing a fluorine substituent into the above organic solvent Usually, two or more of these are mixed and used. Among these, a mixed solvent containing carbonates is preferable, and a mixed solvent of cyclic carbonate and acyclic carbonate or cyclic carbonate and ether is more preferable. As the mixed solvent of the cyclic carbonate and the non-cyclic carbonate, a mixed solvent containing ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate is preferable in that it has a wide operating temperature range, excellent load characteristics, and hardly decomposes. Further, in view of particularly excellent safety improving effect is obtained, it is preferable to use an electrolytic solution containing an organic solvent having a lithium salt and a fluorine substituent containing fluorine such as LiPF 6. A mixed solvent containing ethers having fluorine substituents such as pentafluoropropyl methyl ether and 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether and dimethyl carbonate has excellent high-current discharge characteristics, preferable.
また、電解液の代わりに固体電解質を用いてもよい。固体電解質としては、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物、ポリオルガノシロキサン鎖もしくはポリオキシアルキレン鎖の少なくとも一種以上を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を用いることができる。また、高分子化合物に非水電解質溶液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。またLi2S−SiS2、Li2S−GeS2、Li2S−P2S5、Li2S−B2S3、Li2S−SiS2−Li3PO4、Li2S−SiS2−Li2SO4などの硫化物を含む無機系固体電解質を用いてもよい。これら固体電解質を用いて、安全性をより高めることができることがある。また、非水電解質二次電池において、固体電解質を用いる場合には、固体電解質がセパレータの役割を果たす場合もあり、その場合には、セパレータを必要としないこともある。 Moreover, you may use a solid electrolyte instead of electrolyte solution. As the solid electrolyte, for example, an organic polymer electrolyte such as a polyethylene oxide polymer compound, a polymer compound containing at least one of a polyorganosiloxane chain or a polyoxyalkylene chain can be used. Moreover, what is called a gel type which hold | maintained the nonaqueous electrolyte solution in the high molecular compound can also be used. The Li 2 S-SiS 2, Li 2 S-GeS 2, Li 2 S-P 2 S 5, Li 2 S-B 2 S 3, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4, Li 2 S-SiS An inorganic solid electrolyte containing a sulfide such as 2- Li 2 SO 4 may be used. Using these solid electrolytes, safety may be further improved. In addition, when a solid electrolyte is used in a nonaqueous electrolyte secondary battery, the solid electrolyte may serve as a separator, and in that case, the separator may not be required.
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
試験例1(電極合剤)
[非晶質炭素材料]非晶質炭素材料として、SCL15(SECカーボン社製)を用いた。
[導電剤]導電剤としてアセチレンブラックを用いて、これをボールミルで機械的に粉砕して、平均粒径(D50)が3μm以下のアセチレンブラック(粉砕品)を得た。
Test Example 1 (electrode mixture)
[Amorphous carbon material] SCL15 (manufactured by SEC Carbon Co.) was used as an amorphous carbon material.
[Conductive Agent] Using acetylene black as a conductive agent, this was mechanically pulverized with a ball mill to obtain acetylene black (pulverized product) having an average particle diameter (D50) of 3 μm or less.
[電極合剤1]
非晶質炭素材料、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンおよびN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を、表1の組成比となるように秤量して、これらを、混練機により0.5時間混練して、さらに、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して、粘度を5000mPa・sに調整して、電極合剤1を得た。アセチレンブラックとしては、粉砕前(未粉砕品)のものを用いた。
[Electrode mixture 1]
Amorphous carbon material, acetylene black, polyvinylidene fluoride and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were weighed so as to have the composition ratio shown in Table 1, and kneaded with a kneader for 0.5 hour. Further, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added to adjust the viscosity to 5000 mPa · s to obtain an electrode mixture 1. As acetylene black, the one before pulverization (unground product) was used.
[電極合剤2]
アセチレンブラック(未粉砕品)のかわりに、アセチレンブラック(粉砕品)を用いた(表2参照)以外は、電極合剤1の製造と同様にして、粘度が5000mPa・sの電極合剤2を得た。
[Electrode mixture 2]
An electrode mixture 2 having a viscosity of 5000 mPa · s was prepared in the same manner as the electrode mixture 1 except that acetylene black (ground product) was used instead of acetylene black (unground product) (see Table 2). Obtained.
[電極合剤3]
さらにポリビニルピロリドンを用いた(表3参照)以外は、電極合剤2の製造と同様にして、粘度が5000mPa・sの電極合剤3を得た。
[Electrode mixture 3]
Furthermore, an electrode mixture 3 having a viscosity of 5000 mPa · s was obtained in the same manner as in the production of the electrode mixture 2 except that polyvinylpyrrolidone was used (see Table 3).
[電極合剤4]
さらにシュウ酸を用いた(表4参照)以外は、電極合剤3の製造と同様にして、粘度が5000mPa・sの電極合剤4を得た。
[Electrode mixture 4]
Further, an electrode mixture 4 having a viscosity of 5000 mPa · s was obtained in the same manner as in the production of the electrode mixture 3 except that oxalic acid was used (see Table 4).
[電極合剤5]
比較のために、非晶質炭素材料、ポリフッ化ビニリデンおよびN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を、表5の組成比となるように秤量して、これらを、混練機により0.5時間混練して、さらに、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を添加して、粘度を5000mPa・sに調整して、電極合剤5を得た。
[Electrode mixture 5]
For comparison, amorphous carbon material, polyvinylidene fluoride and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) were weighed so as to have the composition ratio shown in Table 5, and these were mixed for 0.5 hour by a kneader. After kneading, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was further added to adjust the viscosity to 5000 mPa · s to obtain an electrode mixture 5.
[電極合剤の経時安定性測定]
上記電極合剤3、4および5の安定性を以下のように測定した。すなわち、電極合剤を100mlの共栓付メスシリンダーに50mlの目盛りまで入れて、栓をした後、25℃で保管して、7日後の状態を観察した。その結果、電極合剤5は2層に分離していたが、電極合剤3、4に、分離は認められなかった。このことより、ポリビニルピロリドンを添加した電極合剤の経時安定性は極めて高いことを見いだした。
[Measurement of aging stability of electrode mixture]
The stability of the electrode mixtures 3, 4 and 5 was measured as follows. That is, the electrode mixture was put in a 100 ml graduated cylinder with a stopper to a 50 ml scale, capped, stored at 25 ° C., and the state after 7 days was observed. As a result, the electrode mixture 5 was separated into two layers, but no separation was observed in the electrode mixtures 3 and 4. From this, it was found that the stability of the electrode mixture to which polyvinylpyrrolidone was added was very high over time.
試験例2[電極の作製]
混練2時間後の電極合剤1、2、3および4のそれぞれを用いて、ドクターブレード法により厚み10μmのCu箔からなる集電体上に塗工し、60℃、2時間乾燥後、更に150℃、10時間真空乾燥させてN−メチル−2−ピロリドンを揮発させた後、圧延して、電極1、2、3および4のそれぞれを作製した。乾燥後の電極塗工量は、いずれも8.0mg/cm2であった。また、同様に電極合剤5を用いて、乾燥後の電極塗工量を7.6mg/cm2になるよう電極5を作製した。
Test Example 2 [Production of electrode]
Using each of electrode mixture 1, 2, 3 and 4 after 2 hours of kneading, it was applied onto a current collector made of Cu foil having a thickness of 10 μm by the doctor blade method, dried at 60 ° C. for 2 hours, After vacuum drying at 150 ° C. for 10 hours to volatilize N-methyl-2-pyrrolidone, each of electrodes 1, 2, 3, and 4 was produced by rolling. The electrode coating amount after drying was 8.0 mg / cm 2 in all cases. Similarly, using the electrode mixture 5, the electrode 5 was produced so that the electrode coating amount after drying was 7.6 mg / cm 2 .
[密着強度の測定]
上記電極3、4および5の密着強度を次のように測定した。すなわち、電極に、幅20mm、長さ50mmのテープを貼付け、引き剥がし時の強度(ピール強度)を測定した。表6に負極5のピール強度を100としたときの電極3、4のピール強度を示す。
[Measurement of adhesion strength]
The adhesion strength of the electrodes 3, 4 and 5 was measured as follows. That is, a tape having a width of 20 mm and a length of 50 mm was attached to the electrode, and the strength (peel strength) at the time of peeling was measured. Table 6 shows the peel strength of the electrodes 3 and 4 when the peel strength of the negative electrode 5 is 100.
ポリビニルピロリドンを添加した電極合剤を使った電極3のピール強度は高いことがわかった。さらにシュウ酸を添加した電極合剤を使った電極4にピール強度は、特に高くできることを見出した。このことは、ポリビニルピロリドンを添加することで電極内での導電剤の分散が極めて良好で、さらにシュウ酸を添加することでビニルピロリドン系ポリマー含有による効果をより向上できることを意味している。 It was found that the peel strength of the electrode 3 using the electrode mixture to which polyvinyl pyrrolidone was added was high. Further, it has been found that the peel strength can be particularly increased in the electrode 4 using the electrode mixture to which oxalic acid is added. This means that the dispersion of the conductive agent in the electrode is very good by adding polyvinylpyrrolidone, and the effect of containing the vinylpyrrolidone-based polymer can be further improved by adding oxalic acid.
試験例3[電池評価]
上述の電極1、2、3、4および5を負極として用いて、次のようにして非水電解質二次電池1、2、3、4および5を作製した。
Test Example 3 [Battery evaluation]
Using the above-described electrodes 1, 2, 3, 4 and 5 as the negative electrode, non-aqueous electrolyte secondary batteries 1, 2, 3, 4 and 5 were produced as follows.
[正極の作製]
平均粒径(D50)が10μmのLiMn2O4からなる正極活物質90重量部と、ポリフッ化ビニリデンからなるバインダー4重量部と、アセチレンブラックからなる導電剤6重量部とを混合し、更にN−メチル−2−ピロリドン70重量部を混合して正極の電極合剤とした。この正極の電極合剤を、ドクターブレード法により厚み15μmのアルミニウム箔からなる集電体上に塗工し、60℃、2時間乾燥後、更に150℃、10時間真空乾燥させてN−メチル−2−ピロリドンを揮発させた後、圧延した。乾燥後の電極塗工量は20.2mg/cm2であった。このようにして正極活物質を含む合剤が集電体に積層されてなる正極1を製造した。
[Production of positive electrode]
90 parts by weight of a positive electrode active material made of LiMn 2 O 4 having an average particle size (D50) of 10 μm, 4 parts by weight of a binder made of polyvinylidene fluoride, and 6 parts by weight of a conductive agent made of acetylene black were mixed. -70 parts by weight of methyl-2-pyrrolidone was mixed to prepare a positive electrode mixture. This positive electrode mixture was applied onto a current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm by a doctor blade method, dried at 60 ° C. for 2 hours, and further vacuum dried at 150 ° C. for 10 hours to obtain N-methyl- The 2-pyrrolidone was volatilized and then rolled. The electrode coating amount after drying was 20.2 mg / cm 2 . Thus, the positive electrode 1 in which the mixture containing the positive electrode active material was laminated on the current collector was produced.
[電解液の作製]
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)をEC:DMC:EMC=30:35:35(体積比)で混合させてなる混合溶媒に、LiPF6を1モル/リットルになるように溶解した電解液を調整した。
[Preparation of electrolyte]
LiPF 6 is added at 1 mol / liter to a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) at EC: DMC: EMC = 30: 35: 35 (volume ratio). The dissolved electrolyte was adjusted so that
[非水電解質二次電池の作製]
上記の正極を直径14mmの円板状に切り出し、また上記の電極1、2、3、4および5のそれぞれを直径16mmの円板状に切り出し、正極と負極の間にポリエチレン製多孔質セパレータを配置して、電池ケースに収納し、上記の電解液を注液し、電池ケースを密閉することにより、直径20mm、厚み3.2mmのコイン型の非水電解質二次電池1、2、3、4および5を作製した。
[Production of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The positive electrode is cut into a disk shape with a diameter of 14 mm, and each of the electrodes 1, 2, 3, 4 and 5 is cut into a disk shape with a diameter of 16 mm, and a polyethylene porous separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. The coin-type non-aqueous electrolyte secondary batteries 1, 2, 3, and the like having a diameter of 20 mm and a thickness of 3.2 mm are disposed and stored in a battery case, poured with the above electrolyte, and sealed. 4 and 5 were made.
[充放電評価1]
コイン型の非水電解質二次電池1、2、3、4および5を室温で10時間静置することで電極に充分電解液を含浸させた。次に室温において0.2Cで4.2Vまで定電流充電してから4.2Vで定電圧充電する定電流定電圧充電を8時間行った後、0.2Cで3.0Vまで放電する定電流放電を行うことで初期充放電を行った。
[Charge / discharge evaluation 1]
The coin-type nonaqueous electrolyte secondary batteries 1, 2, 3, 4 and 5 were allowed to stand at room temperature for 10 hours, so that the electrode was sufficiently impregnated with the electrolytic solution. Next, after performing constant current constant voltage charging for 8 hours at 0.2 C and constant voltage charging at 4.2 C and then constant voltage charging at 4.2 V, constant current discharging to 3.0 V at 0.2 C Initial charging / discharging was performed by discharging.
初期充放電後、室温で満充電状態にした。これらの非水電解質二次電池について、以下の試験を0℃にて評価した。表7は、1Cで放電、1Cで充電を10回繰り返した時の容量維持率である。 After the initial charge / discharge, the battery was fully charged at room temperature. The following tests were evaluated at 0 ° C. for these nonaqueous electrolyte secondary batteries. Table 7 shows capacity retention rates when discharging at 1C and charging at 1C were repeated 10 times.
表7から、電極1、2、3および4を負極として用いた非水電解質二次電池は、電極5を用いた場合に比して、容量維持率が非常に良好なことがわかった。この結果は、電極への導電剤添加が非晶質炭素材料の低温特性向上に寄与することを意味する。 From Table 7, it was found that the non-aqueous electrolyte secondary battery using the electrodes 1, 2, 3 and 4 as the negative electrode had a very good capacity retention rate as compared with the case where the electrode 5 was used. This result means that the addition of the conductive agent to the electrode contributes to the improvement of the low temperature characteristics of the amorphous carbon material.
試験例4:無機系バインダー
バインダーをポリフッ化ビニリデンから無機系バインダーのコロイダルシリカであるスノーラテックスST−XS(日産化学工業株式会社製、粒子形状:球状、平均粒径4〜6nm、固形分濃度20重量%)にかえ、溶媒をn−メチルピロリドンから水に変えた(表8)以外は、電極合剤4と同様にして、電極合剤6を得た。
Test Example 4: Inorganic Binder Snow Latex ST-XS (Nissan Chemical Industry Co., Ltd., particle shape: spherical, average particle size of 4 to 6 nm, solid content concentration of 20 which is a colloidal silica of an inorganic binder from polyvinylidene fluoride as a binder. The electrode mixture 6 was obtained in the same manner as the electrode mixture 4 except that the solvent was changed from n-methylpyrrolidone to water (Table 8).
無機系バインダーをスノーラテックスPS−S(日産化学工業株式会社製、粒子形状:球状シリカが結合した鎖状粒子、平均粒径10〜50nm、固形分濃度20重量%)に変えた(表9)以外は、電極合剤6と同様にして、電極合剤7を得た。 The inorganic binder was changed to Snow Latex PS-S (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., particle shape: chain particles bonded with spherical silica, average particle size of 10 to 50 nm, solid content concentration of 20% by weight) (Table 9). Except for the above, electrode mixture 7 was obtained in the same manner as electrode mixture 6.
[電極の作製]
混練2時間後の電極合剤6、7のそれぞれを、ドクターブレード法により厚み10μmのCu箔からなる集電体上に塗工し、60℃、2時間乾燥後、更に150℃、10時間真空乾燥させて水を揮発させた後、圧延して、電極6、7のそれぞれを得た。乾燥後の電極塗工量はそれぞれ8.0mg/cm2であった。
[Production of electrodes]
Each of the electrode mixtures 6 and 7 after 2 hours of kneading was coated on a current collector made of Cu foil having a thickness of 10 μm by the doctor blade method, dried at 60 ° C. for 2 hours, and further vacuumed at 150 ° C. for 10 hours. After drying and volatilizing water, each of the electrodes 6 and 7 was obtained by rolling. The electrode coating amount after drying was 8.0 mg / cm 2 , respectively.
[非水電解質二次電池の作製]
非水電解質二次電池1と同様にして、上記の電極6、7を負極として用いた非水電解質二次電池6、7を作製した。
[Production of non-aqueous electrolyte secondary battery]
Similarly to the non-aqueous electrolyte secondary battery 1, non-aqueous electrolyte secondary batteries 6 and 7 using the electrodes 6 and 7 as negative electrodes were produced.
[充放電評価]
非水電解質二次電池6、7について、充放電評価1と同様にして評価したときの結果を表10に示す。
[Charge / discharge evaluation]
Table 10 shows the results when the nonaqueous electrolyte secondary batteries 6 and 7 were evaluated in the same manner as the charge / discharge evaluation 1.
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