JP6172910B2 - Electrochemical element separator - Google Patents
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Description
本発明は電気化学素子用セパレータに関する。 The present invention relates to a separator for an electrochemical element.
近年、電気機器の小型、軽量化に伴い、その電源である電池に対しても、小型化や軽量化あるいは大容量化の要望が強い。例えば、リチウムイオン二次電池などエネルギー密度が高い電気化学素子は、このような要望を満足できるものとして期待されている。
In recent years, along with the reduction in size and weight of electric devices, there is a strong demand for reduction in size, weight, and increase in capacity of batteries that are power sources. For example, an electrochemical element having a high energy density such as a lithium ion secondary battery is expected to satisfy such a demand.
その一方で、電気化学素子が発熱した場合あるいは加熱された場合に、電気化学素子の電極間に存在する電気化学素子用セパレータが、収縮または溶融することで電気化学素子に内部短絡(ショート)が発生することがあった。そして、内部短絡の発生によって電気化学素子へ異常な大電流が流れると、電解質溶液の分解が発生するなど電池特性が変化することで、電気化学素子が更に温度上昇して熱暴走し、可燃性ガスの発生や電気化学素子の破裂あるいは発火を引き起こすおそれがあった。
そのため、電気化学素子を構成する電気化学素子用セパレータには、耐熱性を有することで収縮または溶融し難くて、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止できると共に、熱暴走を防止できる性能が求められている。
On the other hand, when the electrochemical element generates heat or is heated, the electrochemical element separator existing between the electrodes of the electrochemical element contracts or melts, thereby causing an internal short circuit in the electrochemical element. It sometimes occurred. When an abnormally large current flows to the electrochemical element due to the occurrence of an internal short circuit, the battery characteristics change, such as decomposition of the electrolyte solution, causing the electrochemical element to further rise in temperature and run out of heat, causing flammability. There was a risk of causing gas generation or rupture or ignition of the electrochemical element.
Therefore, the electrochemical element separator that constitutes the electrochemical element is resistant to shrinkage or melting due to its heat resistance, and can prevent an internal short circuit from occurring in the electrochemical element and prevent thermal runaway. Is required.
上述の性能を備えることを期待した電気化学素子用セパレータとして、例えば、特開2008−210541号公報(以降、特許文献1と称する)には、繊維状物に例えばシリカ粒子などの無機粒子を含む液状組成物を付与することで調製した電池用セパレータが開示されており、前記電池用セパレータは耐短絡性に優れることが開示されている。
また、電池用セパレータに例えばポリオレフィン系樹脂粒子などの熱溶融性微粒子を添加することで、シャットダウン性能を付与できることが開示されている。
As a separator for an electrochemical element that is expected to have the above-mentioned performance, for example, JP 2008-210541A (hereinafter referred to as Patent Document 1) includes inorganic particles such as silica particles in a fibrous material. A battery separator prepared by applying a liquid composition is disclosed, and it is disclosed that the battery separator is excellent in short circuit resistance.
Further, it is disclosed that shutdown performance can be imparted by adding heat-meltable fine particles such as polyolefin resin particles to a battery separator.
本願発明者らは、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止できる電気化学素子用セパレータを得るため、特許文献1が開示する方法を検討した。
しかし、このようにして調製した電気化学素子用セパレータを用いて組み立てられた電気化学素子にも、なお内部短絡が発生することがあった。
The inventors of the present application studied a method disclosed in
However, an internal short circuit may still occur in the electrochemical element assembled using the electrochemical element separator thus prepared.
本発明者らはこの問題の発生原因を検討した結果、スラリー中に無機粒子を含んでなる凝集物が存在している場合に、前記スラリーを用いて調製された電気化学素子用セパレータを備える電気化学素子は、内部短絡を発生し易くなる傾向があることを見出した。
つまり、電気化学素子用セパレータに前記凝集物が存在している場合には、電気化学素子用セパレータに無機粒子の存在しない部分、あるいは、無機粒子の少ない部分(以降、無機粒子が不均一に存在する部分、と称する)が生じる。そして、無機粒子が不均一に存在する部分において電気化学素子用セパレータは収縮または溶融し易いことから、前記電気化学素子用セパレータを備える電気化学素子は内部短絡し易いと考えられた。
特に、内部短絡し易いという問題は、イオン通過性支持体として不織布や織物あるいは編物などの布帛を用いてなる、電気化学素子用セパレータにおいて、顕著に発生し易い傾向があった。この理由として、布帛の表面は多孔性フィルムなどよりも凹凸が多く、無機粒子が不均一に存在する部分が生じ易いためであると考えられた。
As a result of examining the cause of this problem, the present inventors have found that an electrolysis device comprising an electrochemical device separator prepared using the slurry when an aggregate containing inorganic particles is present in the slurry. It has been found that chemical elements tend to be susceptible to internal short circuits.
In other words, when the agglomerates are present in the separator for electrochemical devices, the separator for electrochemical devices does not contain inorganic particles or has few inorganic particles (hereinafter, inorganic particles are unevenly present). Part). And since the separator for electrochemical elements is easy to shrink | contract or melt | dissolve in the part in which an inorganic particle exists unevenly, it was thought that the electrochemical element provided with the said separator for electrochemical elements was easy to carry out an internal short circuit.
In particular, the problem of being easily short-circuited tends to occur remarkably in a separator for an electrochemical device using a nonwoven fabric, a woven fabric, or a knitted fabric as an ion-permeable support. The reason for this is thought to be that the surface of the fabric has more irregularities than a porous film and the like, and a portion where inorganic particles are present unevenly tends to occur.
そこで、本発明者らは電気化学素子用セパレータに凝集物が存在するのを防ぐため、例えばシリカ粒子とスチレン・ブタジエンゴム(SBR)粒子の組み合わせなどのように、スラリー中で分散することによって凝集物を形成し難い無機粒子と高分子粒子を混合してスラリーを調製し、前記スラリーを用いて電気化学素子用セパレータを調製することを検討した。
しかしながら、上述のようにして調製された電気化学素子用セパレータを備える電気化学素子は、内部短絡を発生し難いものではあったが、繰り返し充放電した際に容量維持率が低下し易い傾向があった。
In order to prevent the presence of agglomerates in the separator for electrochemical devices, the present inventors agglomerated by dispersing them in a slurry, such as a combination of silica particles and styrene-butadiene rubber (SBR) particles. The present inventors studied to prepare slurry by mixing inorganic particles and polymer particles, which are difficult to form, and to prepare a separator for an electrochemical device using the slurry.
However, although the electrochemical device provided with the electrochemical device separator prepared as described above is less likely to cause an internal short circuit, the capacity retention rate tends to decrease when it is repeatedly charged and discharged. It was.
本発明は、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止でき、容量維持率に優れる電気化学素子を調製できる、電気化学素子用セパレータの提供を目的とする。
An object of this invention is to provide the separator for electrochemical elements which can prevent that an internal short circuit generate | occur | produces in an electrochemical element and can prepare the electrochemical element which is excellent in a capacity | capacitance maintenance factor.
本発明は、
「無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子を混合してなるスラリーを、イオン通過性支持体に付与することで調製した電気化学素子用セパレータであり、前記無機粒子と前記ポリオレフィン系樹脂粒子は前記スラリー中で分散する、電気化学素子用セパレータ。」
である。
The present invention
“A separator for electrochemical elements prepared by applying a slurry obtained by mixing inorganic particles and polyolefin resin particles to an ion-permeable support, wherein the inorganic particles and polyolefin resin particles are contained in the slurry. Dispersing separator for electrochemical elements. "
It is.
本発明の電気化学素子用セパレータは無機粒子が付与されることで調製された電気化学素子用セパレータであるため、耐熱性に優れており高温条件下で収縮または溶融し難い。そのため、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止できる。
更に、本発明の電気化学素子用セパレータは、スラリー中で前記無機粒子と前記ポリオレフィン系樹脂粒子が分散する組み合わせの、無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子(以降、本発明の無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子、と称することがある)が付与された電気化学素子用セパレータである。
本発明者らは、スラリー中で分散する組み合わせの無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子は、凝集物を形成し難いことを見出した。そのため、本発明の電気化学素子用セパレータは、無機粒子が不均一に存在する部分が生じるのを防ぐことができるため、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止できる。特に、イオン通過性支持体として不織布や織物あるいは編物などの布帛を用いた場合であっても、電気化学素子に内部短絡が発生するのを効果的に防止できる。
また、本発明者らは、ポリオレフィン系樹脂粒子が付与されてなる電気化学素子用セパレータを用いることで、容量維持率に優れる電気化学素子を調製できることを見出した。
Since the separator for electrochemical devices of the present invention is a separator for electrochemical devices prepared by applying inorganic particles, it is excellent in heat resistance and hardly shrinks or melts under high temperature conditions. Therefore, it is possible to prevent an internal short circuit from occurring in the electrochemical element.
Further, the separator for an electrochemical element of the present invention is a combination of inorganic particles and polyolefin resin particles (hereinafter referred to as inorganic particles and polyolefin resin particles of the present invention) in which the inorganic particles and the polyolefin resin particles are dispersed in a slurry. , A separator for electrochemical devices).
The present inventors have found that a combination of inorganic particles and polyolefin resin particles dispersed in a slurry hardly forms an aggregate. Therefore, since the separator for electrochemical elements of the present invention can prevent a portion where inorganic particles are present non-uniformly, it can prevent an internal short circuit from occurring in the electrochemical element. In particular, even when a cloth such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a knitted fabric is used as the ion-permeable support, it is possible to effectively prevent an internal short circuit from occurring in the electrochemical element.
Moreover, the present inventors have found that an electrochemical element having an excellent capacity retention ratio can be prepared by using an electrochemical element separator to which polyolefin resin particles are applied.
以上から本発明は、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止でき容量維持率に優れる、電気化学素子用セパレータである。
As described above, the present invention is an electrochemical element separator that can prevent an internal short circuit from occurring in an electrochemical element and has an excellent capacity retention rate.
本発明の電気化学素子用セパレータについて、詳細を以下に説明する。
Details of the separator for an electrochemical element of the present invention will be described below.
無機粒子は電気化学素子用セパレータに耐熱性を付与することで、電気化学素子が発熱した場合あるいは加熱された場合であっても、電気化学素子用セパレータが収縮または溶融するのを防止する働きをする。
また、後述するようにイオン通過性支持体が熱可塑性樹脂を含んでいる場合には、無機粒子は前記熱可塑性樹脂と共に、イオン通過性支持体の微孔を閉塞することで、電気化学素子用セパレータのシャットダウン性能を向上させる働きを発揮することもできる。
The inorganic particles impart heat resistance to the separator for an electrochemical element, thereby preventing the separator for an electrochemical element from shrinking or melting even when the electrochemical element generates heat or is heated. To do.
Further, as described later, when the ion-permeable support includes a thermoplastic resin, the inorganic particles, together with the thermoplastic resin, block the micropores of the ion-permeable support so as to be used for electrochemical devices. The function of improving the shutdown performance of the separator can also be exhibited.
無機粒子を構成する、前記無機化合物の種類は適宜選択することができるため限定されるものではないが、例えば、SiO2(シリカ)、Al2O3(アルミナ)、アルミナ−シリカ複合酸化物、TiO2、SnO2、BaTiO2、ZrO、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの酸化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶;タルク、モンモリロナイトなどの粘土;ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカなどの鉱物資源由来物質またはそれらの人造物などを使用することができる。 The kind of the inorganic compound constituting the inorganic particles is not limited because it can be appropriately selected. For example, SiO 2 (silica), Al 2 O 3 (alumina), alumina-silica composite oxide, Oxides such as TiO 2 , SnO 2 , BaTiO 2 , ZrO, tin-indium oxide (ITO); nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; sparingly soluble ions such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate Crystals; Covalent crystals such as silicon and diamond; Clays such as talc and montmorillonite; Mineral resources derived from minerals such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, sericite, bentonite, mica or their artifacts Etc. can be used.
なお、2種類以上の無機化合物を併用して無機粒子を調製する場合、2種類以上の無機化合物を混合して無機粒子を調製する、あるいは、一方の無機化合物をもう一方の無機化合物で被覆して無機粒子を調製することができる。
When preparing inorganic particles by using two or more inorganic compounds in combination, prepare inorganic particles by mixing two or more inorganic compounds, or coat one inorganic compound with the other inorganic compound. Thus, inorganic particles can be prepared.
使用する無機粒子の形状は限定されるものではなく、例えば、球状(略球状や真球状)、繊維状、針状(例えば、テトラポット状など)、平板状、多面体形状、羽毛状、不定形形状などから適宜選択することができる。 The shape of the inorganic particles to be used is not limited. For example, spherical (substantially spherical or true spherical), fibrous, needle-like (for example, tetrapot-like), flat plate, polyhedron, feather, irregular shape The shape can be selected as appropriate.
なお、真球状の無機粒子を含んで構成される電気化学素子用セパレータであると、無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の接触面積がより小さくなるため凝集物が形成されるのを更に防止でき好ましい。
特に無機粒子として、無機粒子を調製可能な原料の粉塵雲を、例えば空気、酸素、塩素、窒素などの反応ガス雰囲気下で爆燃させ、無機粒子を製造する方法(例えば、特開昭60−255602号公報に開示の方法など)により得られる、無機粒子(以降、爆燃無機粒子と称する)を用いるのが好ましい。
In addition, it is preferable that the separator for electrochemical elements is configured to include true spherical inorganic particles, since the contact area between the inorganic particles and the polyolefin resin particles becomes smaller, so that formation of aggregates can be further prevented.
In particular, a method of producing inorganic particles by detonating a dust cloud of a raw material capable of preparing inorganic particles as an inorganic particle in a reaction gas atmosphere such as air, oxygen, chlorine, nitrogen or the like (for example, JP-A-60-255602). It is preferable to use inorganic particles (hereinafter referred to as deflagration inorganic particles) obtained by the method disclosed in the Japanese Patent Publication No.
爆燃無機粒子は真球状の形状となることが知られており、無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の接触面積がより小さくなるため、更に凝集物が形成されるのを防止できる。
また、リチウムイオン二次電池など非水系電解液を用いてなる電気化学素子用セパレータを調製する場合、イオン通過性支持体に担持する無機粒子として爆燃無機粒子を用いるのが好ましい。爆燃無機粒子中に存在する水分量は少ないことが知られており、非水系電解液に水分が混入することで生じる、電気化学素子の機能低下を防ぐことができる。
It is known that the deflagration inorganic particles have a true spherical shape, and since the contact area between the inorganic particles and the polyolefin resin particles becomes smaller, further formation of aggregates can be prevented.
Moreover, when preparing the separator for electrochemical elements which uses nonaqueous electrolyte solutions, such as a lithium ion secondary battery, it is preferable to use a deflagration inorganic particle as an inorganic particle carry | supported by an ion-permeable support body. It is known that the amount of water present in the deflagration inorganic particles is small, and it is possible to prevent the deterioration of the function of the electrochemical element caused by the mixing of water into the non-aqueous electrolyte solution.
このような、爆燃無機粒子として、例えば、株式会社アドマテックス社のシリカ粒子(アドマファイン:登録商標、商品名:SO−E1、SO−E2、SO−E3、SO−E4、SO−E5、SO−E6、SO−C1、SO−C2、SO−C3、SO−C4、SO−C5、SO−C6など)、株式会社アドマテックス社のアルミナ粒子(アドマファイン:登録商標、商品名:AO−802、AO−809、AO−820、AO−502、AO−509、AO−520など)などを挙げることができる。
As such deflagration inorganic particles, for example, silica particles (Admafine: registered trademark, trade names: SO-E1, SO-E2, SO-E3, SO-E4, SO-E5, SO, manufactured by Admatechs Co., Ltd.) -E6, SO-C1, SO-C2, SO-C3, SO-C4, SO-C5, SO-C6, etc.), Admatex Corporation alumina particles (Admafine: registered trademark, trade name: AO-802) , AO-809, AO-820, AO-502, AO-509, AO-520 and the like.
無機粒子の粒子径は特に限定されるべきものではないが、無機粒子の粒子径が大き過ぎると、イオン通過性支持体に耐熱性を付与する働きが効率よく発揮されない恐れがある。
そのため、無機粒子の粒子径は、3μm以下であるのが好ましく2μm以下であるのがより好ましく、1μm以下であるのが最も好ましい。なお、無機粒子の粒子径の下限値は、適宜調製するものであり限定されるべきものではないが、0.1μm以上であるのが現実的である。
The particle size of the inorganic particles is not particularly limited, but if the particle size of the inorganic particles is too large, the function of imparting heat resistance to the ion-permeable support may not be exhibited efficiently.
Therefore, the particle diameter of the inorganic particles is preferably 3 μm or less, more preferably 2 μm or less, and most preferably 1 μm or less. In addition, the lower limit of the particle diameter of the inorganic particles is appropriately prepared and should not be limited, but is practically 0.1 μm or more.
なお、本発明でいう粒子の粒子径とは、粒子を大塚電子(株)製FPRA1000(測定範囲3nm〜5000nm)に供して、動的光散乱法で3分間の連続測定を行い、散乱強度から得られた粒子径測定データから求めた値をいう。つまり、粒子径測定を5回行い、その測定して得られた粒子径測定データを粒子径分布幅が狭い順番に並べ、3番目に粒子径分布幅が狭い値を示したデータにおける粒子の累積値50%点の粒子径D50(以降、D50と略して称する)を粒子径とする。なお、測定に使用する測定液は温度25℃に調整し、25℃の純水を散乱強度のブランクとして用いる。
The particle diameter of the particles referred to in the present invention is determined by subjecting the particles to FPRA1000 (measurement range: 3 nm to 5000 nm) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., and performing continuous measurement for 3 minutes by the dynamic light scattering method. The value obtained from the obtained particle diameter measurement data. That is, particle size measurement is performed five times, and the particle size measurement data obtained by the measurement are arranged in the order of the narrowest particle size distribution width, and the accumulation of particles in the data showing the third narrowest particle size distribution width. The particle diameter D 50 at the 50% value (hereinafter abbreviated as D 50 ) is defined as the particle diameter. In addition, the measurement liquid used for the measurement is adjusted to a temperature of 25 ° C., and pure water at 25 ° C. is used as a blank for scattering intensity.
また、無機粒子の粒子径分布は特に限定されるべきものではないが、無機粒子の粒子径分布が広過ぎると、無機粒子が不均一に存在する部分が生じ易くなる傾向がある。
そのため、無機粒子の粒子径分布は(D50/2)以上(D50×2)以下の範囲内にあるのが好ましい。なお、本発明でいう粒子の粒子径分布は前述した動的光散乱法で測定し、測定強度から得られた粒子径測定データから求める。
In addition, the particle size distribution of the inorganic particles is not particularly limited, but if the particle size distribution of the inorganic particles is too wide, there is a tendency that a portion where the inorganic particles are present unevenly tends to occur.
Therefore, the particle size distribution of the inorganic particles is preferably in the range of less than (D 50/2) or more (D 50 × 2). The particle size distribution of the particles referred to in the present invention is measured by the above-mentioned dynamic light scattering method and is determined from particle size measurement data obtained from the measured intensity.
本発明のポリオレフィン系樹脂粒子は、イオン通過性支持体と無機粒子の間に介在する、及び、無機粒子同士の間に介在することによって、イオン通過性支持体に無機粒子を担持させる役割を担う。
ポリオレフィン系樹脂粒子を構成するポリオレフィン系樹脂の種類は限定されるものではないが、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテンなどを挙げることができる。
また、分子量が1万〜5万の範囲のポリオレフィン系樹脂を用いるのが好ましく、分子量が2万〜3万の範囲のポリオレフィン系樹脂を用いるのがより好ましい
The polyolefin resin particles of the present invention play a role of supporting inorganic particles on the ion-permeable support by interposing between the ion-permeable support and the inorganic particles and interposing between the inorganic particles. .
The type of polyolefin resin constituting the polyolefin resin particles is not limited, and examples thereof include polypropylene, polyethylene, and polymethylpentene.
Further, it is preferable to use a polyolefin resin having a molecular weight in the range of 10,000 to 50,000, and more preferable to use a polyolefin resin having a molecular weight in the range of 20,000 to 30,000.
更に、ポリオレフィン系樹脂として、例えば、特開2003−119328号公報などに開示されている、以下に(化1)として図示するいずれかの構造式で示される化合構造を共重合単位として備える、ポリオレフィン系樹脂(以降、ポリオレフィン系樹脂A、と称する)や、例えば、特開2005−2137号公報などに開示されている、不飽和カルボン酸あるいは不飽和カルボン酸由来の化合物を共重合単位として備えると共に塩素を含有している、塩素化ポリオレフィン系樹脂(以降、ポリオレフィン系樹脂B、と称する)などを用いるのが好ましい。
Further, as a polyolefin-based resin, for example, a polyolefin having a compound structure represented by any structural formula shown below as (Chemical Formula 1) as a copolymer unit disclosed in JP-A No. 2003-119328, etc. And a resin derived from an unsaturated carboxylic acid or an unsaturated carboxylic acid-derived compound disclosed in JP-A-2005-2137, for example, as a copolymer unit. It is preferable to use a chlorinated polyolefin resin (hereinafter referred to as polyolefin resin B) containing chlorine.
ポリオレフィン系樹脂Aやポリオレフィン系樹脂Bは親水性に優れているため、スラリー中で分散することによって凝集物が形成されるのを防ぐことができるため、好ましい。
このようなポリオレフィン系樹脂Aの粒子として、例えば、ユニチカ株式会社製の変性ポリオレフィン樹脂水性分散体(アローベース(登録商標)、SA−1200、SB−1200、SE−1200、SB−1010など)中に分散しているアニオン変性ポリオレフィン系樹脂粒子などを挙げることができ、ポリオレフィン系樹脂Bの粒子として、例えば、ユニチカ株式会社製のカチオン変性ポリオレフィン樹脂水性分散体(アローベース(登録商標)、CB−1200、CD−1200など)中に分散している変性ポリオレフィン系樹脂粒子などを挙げることができる。
Since the polyolefin resin A and the polyolefin resin B are excellent in hydrophilicity, they can be prevented from forming aggregates by being dispersed in the slurry.
As such polyolefin resin A particles, for example, in a modified polyolefin resin aqueous dispersion (Arrowbase (registered trademark), SA-1200, SB-1200, SE-1200, SB-1010, etc.) manufactured by Unitika Ltd. Anion-modified polyolefin resin particles dispersed in the resin can be used. Examples of the polyolefin resin B particles include a cation-modified polyolefin resin aqueous dispersion (Arrowbase (registered trademark), CB-) manufactured by Unitika Ltd. 1200, CD-1200, etc.) and modified polyolefin resin particles dispersed therein.
ポリオレフィン系樹脂粒子の形状は限定されるものではなく、例えば、球状(略球状や真球状)、繊維状、針状、平板状、多面体形状、羽毛状などから適宜選択することができる。 The shape of the polyolefin resin particles is not limited, and can be appropriately selected from, for example, a spherical shape (substantially spherical or true spherical shape), a fibrous shape, a needle shape, a flat plate shape, a polyhedral shape, a feather shape, and the like.
ポリオレフィン系樹脂粒子の粒子径(D50)は特に限定されるべきものではなく、適宜調整すべきものであるが、大きすぎると電極間の距離が離れて電極間の抵抗値が高くなることで、電気化学素子が所望の放電特性を発揮できなくなる恐れがあると共に、ポリオレフィン系樹脂粒子の表面積が大きいことでポリオレフィン系樹脂粒子の外側に多量の無機粒子が存在し易くなり、その結果、電気化学素子用セパレータに無機粒子が不均一に存在する部分が生じる傾向がある。
そのため、ポリオレフィン系樹脂粒子の粒子径(D50)は、500nm以下であるのが好ましく、300nm以下であるのがより好ましく、200nm以下であるのが最も好ましい。また、ポリオレフィン系樹脂粒子の粒子径(D50)の下限値も特に限定されるべきものではなく、適宜調整すべきものであるが、10nm以上であるのが現実的である。
The particle diameter of the polyolefin resin particles (D 50 ) is not particularly limited and should be adjusted as appropriate, but if it is too large, the distance between the electrodes is increased and the resistance value between the electrodes is increased. There is a possibility that the electrochemical device may not be able to exhibit desired discharge characteristics, and a large amount of inorganic particles are likely to be present outside the polyolefin resin particles due to the large surface area of the polyolefin resin particles. As a result, the electrochemical device There exists a tendency for the part which an inorganic particle exists in the separator for water to produce unevenly.
Therefore, the particle diameter (D 50 ) of the polyolefin resin particles is preferably 500 nm or less, more preferably 300 nm or less, and most preferably 200 nm or less. Further, the lower limit value of the particle diameter (D 50 ) of the polyolefin resin particles is not particularly limited, and should be adjusted as appropriate, but it is realistic to be 10 nm or more.
また、ポリオレフィン系樹脂粒子の粒子径(D50)の大きさは、使用する無機粒子の粒子径(D50)に合わせて適宜調整するが、無機粒子の粒子径(D50)に対するポリオレフィン系樹脂粒子の粒子径(D50)の大きさが1〜0.09倍であると、電気化学素子用セパレータに付与するポリオレフィン系樹脂粒子の質量を少なくして、イオン通過性支持体に効率よく無機粒子を担持することができ好ましい。
The size of the particle diameter of the polyolefin resin particles (D 50) determined appropriately adjusted in accordance with the particle diameter of the inorganic particles (D 50) to be used, the polyolefin resin to the particle diameter of the inorganic particles (D 50) When the particle size (D 50 ) of the particles is 1 to 0.09 times, the mass of the polyolefin resin particles applied to the separator for an electrochemical element is reduced, and the ion-permeable support is efficiently inorganic. It is preferable because it can carry particles.
本発明のイオン通過性支持体は、一方の主面からもう一方の主面にイオンを通過できる、例えば、不織布や織物あるいは編物などの布帛、微孔フィルムや発泡体などの素材から構成することができる。また、これらの素材は単体でイオン通過性支持体として使用できるが、複数の素材を積層するなど組み合わせてイオン通過性支持体として使用することもできる。
The ion-permeable support of the present invention can be made of a material such as a nonwoven fabric, a woven fabric, or a knitted fabric, a microporous film, a foamed material, etc. that can pass ions from one main surface to the other main surface. Can do. These materials can be used alone as an ion-permeable support, but can also be used as an ion-permeable support by combining a plurality of materials, for example.
イオン通過性支持体を構成する成分は特に限定されるものではなく、電気化学的に安定且つ電解液に対して安定であればよく、例えば、ポリオレフィン系樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、炭化水素の一部をシアノ基またはフッ素或いは塩素といったハロゲンで置換した構造のポリオレフィン系樹脂など)、スチレン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリエーテル系樹脂(ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂、エポキシ系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、芳香族ポリエーテルケトンなど)、ポリエステル系樹脂(ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、全芳香族ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など)、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド系樹脂(例えば、芳香族ポリアミド樹脂、芳香族ポリエーテルアミド樹脂、ナイロン樹脂など)、二トリル基を有する樹脂(例えば、ポリアクリロニトリルなど)、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリスルホン系樹脂(ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなど)、フッ素系樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなど)、セルロース系樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、アクリル系樹脂(例えば、アクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルなどを共重合したポリアクリロニトリル系樹脂、アクリロニトリルと塩化ビニルまたは塩化ビニリデンを共重合したモダアクリル系樹脂など)など、公知の有機樹脂や、ガラス、アルミナ、シリカなど、公知の非導電性の無機化合物や、非導電性の無機化合物の酸化物などを用いることができる。
The component constituting the ion-permeable support is not particularly limited, and may be electrochemically stable and stable with respect to the electrolyte. For example, polyolefin resin (polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, carbonized) Polyolefin resin having a structure in which a part of hydrogen is substituted with cyano group or halogen such as fluorine or chlorine), styrene resin, polyvinyl alcohol resin, polyether resin (polyether ether ketone, polyacetal, phenol resin, melamine) Resin, urea resin, epoxy resin, modified polyphenylene ether, aromatic polyether ketone, etc.), polyester resin (polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, Ribylene naphthalate, polycarbonate, polyarylate, wholly aromatic polyester resin, unsaturated polyester resin, etc.), polyimide resin, polyamideimide resin, polyamide resin (for example, aromatic polyamide resin, aromatic polyetheramide resin, nylon) Resin), nitrile group-containing resin (eg, polyacrylonitrile), urethane resin, epoxy resin, polysulfone resin (polysulfone, polyethersulfone, etc.), fluorine resin (polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride) Etc.), cellulose resin, polybenzimidazole resin, acrylic resin (for example, polyacrylonitrile resin copolymerized with acrylic acid ester or methacrylic acid ester, acrylonitrile and vinyl chloride) Or a known organic resin such as a modacrylic resin copolymerized with vinylidene chloride), a known non-conductive inorganic compound such as glass, alumina, or silica, or an oxide of a non-conductive inorganic compound. be able to.
これらの有機樹脂は、直鎖状ポリマーまたは分岐状ポリマーのいずれからなるものでも構わず、またポリマーがブロック共重合体やランダム共重合体でも構わず、またポリマーの立体構造や結晶性の有無がいかなるものでも、特に限定されるものではない。
そして、これら例示以外の有機樹脂も使用可能であり、例示以外の樹脂も含め、2種以上の有機樹脂を用いても良い。
These organic resins may be either a linear polymer or a branched polymer, and the polymer may be a block copolymer or a random copolymer, and the polymer has a three-dimensional structure or crystallinity. Anything is not particularly limited.
Further, organic resins other than those exemplified above can be used, and two or more organic resins including those other than those exemplified may be used.
なお、電気化学素子を構成する電気化学素子用セパレータが、熱可塑性樹脂を含むイオン通過性支持体を備えていると、電気化学素子が発熱した場合あるいは加熱された場合に、溶融した熱可塑性樹脂がイオン通過性支持体の微孔を閉塞することで、電気化学素子の内部温度が上昇する初期段階で電気化学素子用セパレータの微孔を閉塞できるため、シャットダウン性能を有する電気化学素子用セパレータとなり好ましい。 In addition, when the separator for electrochemical elements which comprises an electrochemical element is equipped with the ion-permeable support body containing a thermoplastic resin, when an electrochemical element heat | fever-generates or is heated, it will be melted thermoplastic resin By closing the micropores of the ion-permeable support, the micropores of the separator for electrochemical devices can be closed at the initial stage when the internal temperature of the electrochemical device rises, resulting in an electrochemical device separator having shutdown performance. preferable.
また、ポリオレフィン系樹脂は電気化学的に安定且つ電解液に対して安定であることから、熱可塑性樹脂としてポリオレフィン系樹脂を含むイオン通過性支持体を備えた電気化学素子用セパレータであるのがより好ましい。更に、ポリオレフィン系樹脂を含むイオン通過性支持体であると、ポリオレフィン系樹脂粒子によりイオン通過性支持体へ無機粒子を担持し易くなり、電気化学素子用セパレータから無機粒子が脱落するのを効果的に防止できるため、電気化学素子用セパレータに無機粒子が不均一に存在する部分が生じるのを防ぐことができ好ましい。
特に、イオン通過性支持体がポリオレフィン系樹脂のみから構成されている場合に、上述の効果が効果的に発揮されるものとなり最も好ましい。
In addition, since the polyolefin resin is electrochemically stable and stable with respect to the electrolytic solution, it is more preferable to be a separator for an electrochemical element provided with an ion-permeable support including a polyolefin resin as a thermoplastic resin. preferable. Furthermore, the ion-permeable support containing the polyolefin resin makes it easier for the inorganic resin to be supported on the ion-permeable support by the polyolefin resin particles, and the inorganic particles are effectively removed from the separator for electrochemical devices. Therefore, it is possible to prevent a portion where inorganic particles are present non-uniformly in the separator for an electrochemical element.
In particular, when the ion-permeable support is composed only of a polyolefin-based resin, the above-described effect is effectively exhibited, and is most preferable.
イオン通過性支持体の質量に占める熱可塑性樹脂の質量百分率は適宜調整することができるが、例えば、5〜100質量%であるのが好ましい。
また、前記熱可塑性樹脂の融点は、適宜調整されるべきものであり限定されるものではないが、シャットダウン性能を有する電気化学素子用セパレータが求められている場合には、160℃以下であるのが好ましく、150℃以下であるのがより好ましく、140℃以下であるのが最も好ましい。
なお、本発明でいう融点とは、JIS K7121に規定されている示差熱分析に供することで得られる、示差熱分析曲線(DTA曲線)における融解ピークの頂点の温度をいう。
Although the mass percentage of the thermoplastic resin in the mass of the ion-permeable support can be adjusted as appropriate, it is preferably 5 to 100% by mass, for example.
Further, the melting point of the thermoplastic resin should be appropriately adjusted and is not limited. However, when a separator for an electrochemical element having shutdown performance is required, it is 160 ° C. or lower. Is preferable, it is more preferably 150 ° C. or less, and most preferably 140 ° C. or less.
In addition, melting | fusing point as used in the field of this invention means the temperature of the peak of the melting peak in the differential thermal analysis curve (DTA curve) obtained by using for the differential thermal analysis prescribed | regulated to JISK7121.
また、電気化学素子が発熱した場合あるいは加熱された場合にイオン通過性支持体が意図せず変形して内部短絡が生じることを防ぐため、イオン通過性支持体は上述した熱可塑性樹脂が溶融する温度で、溶融あるいは消失しない成分(以降、耐熱成分と称する)を含んで構成されていてもよい。
耐熱成分として、上述した熱可塑性樹脂よりも融点あるいはガラス転移温度が高い有機ポリマーや、例えばガラス繊維などの無機繊維を挙げることができる。
In addition, when the electrochemical element generates heat or is heated, the ion-permeable support is prevented from unintentionally deforming to cause an internal short circuit, so that the above-described thermoplastic resin melts in the ion-permeable support. A component that does not melt or disappear at temperature (hereinafter referred to as a heat-resistant component) may be included.
Examples of the heat-resistant component include organic polymers having a melting point or glass transition temperature higher than those of the above-described thermoplastic resins, and inorganic fibers such as glass fibers.
イオン通過性支持体を構成可能な布帛の構成繊維は、例えば、溶融紡糸法、乾式紡糸法、湿式紡糸法、直接紡糸法(メルトブロー法、スパンボンド法、静電紡糸法など)、複合繊維から一種類以上の樹脂成分を除去することで繊維径が細い繊維を抽出する方法、繊維を叩解して分割された繊維を得る方法など公知の方法により得ることができる。 The constituent fibers of the fabric that can constitute the ion-permeable support are, for example, melt spinning method, dry spinning method, wet spinning method, direct spinning method (melt blow method, spunbond method, electrostatic spinning method, etc.), composite fiber, etc. It can be obtained by a known method such as a method of extracting a fiber having a small fiber diameter by removing one or more kinds of resin components, or a method of obtaining a divided fiber by beating a fiber.
布帛の構成繊維は、一種類あるいは複数種類の成分から構成されてなるものでも構わない。複数種類の成分を含んでなる繊維として、一般的に複合繊維と称される、例えば、芯鞘型、海島型、サイドバイサイド型、オレンジ型などの複合繊維を使用することができる。 The constituent fibers of the fabric may be composed of one kind or plural kinds of components. As a fiber comprising a plurality of types of components, for example, a composite fiber such as a core-sheath type, a sea-island type, a side-by-side type, or an orange type can be used.
また、表面に熱可塑性樹脂の一部が露出した複合繊維を使用してイオン通過性支持体を調製すると、イオン通過性支持体が備える微孔の周囲に熱可塑性樹脂が存在することで、微孔の周囲から溶融した熱可塑性樹脂によって微孔が閉塞され易いものとなり好ましい。このような、表面に熱可塑性樹脂の一部が露出した複合繊維として、例えば、鞘成分が熱可塑性樹脂を含む芯鞘型複合繊維や、海成分が熱可塑性樹脂を含む海島型複合繊維などを挙げることができる。
なお、熱可塑性樹脂を含んでなる繊維と熱可塑性樹脂を含まない繊維を混合して、布帛を調製しても構わない。
In addition, when an ion-permeable support is prepared using a composite fiber having a part of the thermoplastic resin exposed on the surface, the presence of the thermoplastic resin around the micropores of the ion-permeable support allows the It is preferable that the micropores are easily blocked by the thermoplastic resin melted from the periphery of the pores. As such a composite fiber having a part of the thermoplastic resin exposed on the surface, for example, a core-sheath type composite fiber in which the sheath component contains a thermoplastic resin, a sea-island type composite fiber in which the sea component contains a thermoplastic resin, etc. Can be mentioned.
In addition, you may prepare the fabric by mixing the fiber which contains a thermoplastic resin, and the fiber which does not contain a thermoplastic resin.
そして、織物や編物は上述のようにして調製した繊維を、織るあるいは編むことで調製することができる。
The woven fabric or knitted fabric can be prepared by weaving or knitting the fibers prepared as described above.
また、布帛が不織布である場合、不織布を製造可能な繊維ウエブの調製方法として、例えば、乾式法、湿式法などを用いることができる。特に、繊維分布や開孔が均一であることによって、短絡を発生させ難い電気化学素子用セパレータを製造することができることから、湿式法を用いて繊維ウエブを調製するのが好ましい。 Moreover, when a fabric is a nonwoven fabric, a dry method, a wet method, etc. can be used as a preparation method of the fiber web which can manufacture a nonwoven fabric, for example. In particular, it is preferable to prepare a fiber web using a wet method because a separator for an electrochemical element that hardly causes a short circuit can be produced due to uniform fiber distribution and apertures.
繊維ウエブを構成する繊維同士を結合して不織布にする方法として、例えば、ニードルや水流によって絡合する方法、繊維同士をバインダで一体化する方法、あるいは、繊維ウエブが熱可塑性樹脂を備える繊維を含んでいる場合には、繊維ウエブを加熱処理することで前記熱可塑性樹脂を溶融して、繊維同士を一体化する方法を挙げることができる。
なお、繊維ウエブを加熱処理する方法として、例えば、加熱ローラ、熱風ドライヤ、熱風乾燥機、電気炉、ヒートプレート、赤外線加熱乾燥器など、公知の装置へ供する方法を挙げることができる。
As a method of combining the fibers constituting the fiber web into a non-woven fabric, for example, a method of entanglement with a needle or a water flow, a method of integrating the fibers with a binder, or a fiber in which the fiber web is provided with a thermoplastic resin. When it contains, the method of fuse | melting the said thermoplastic resin by heat-processing a fiber web and integrating fibers can be mentioned.
In addition, as a method of heat-processing a fiber web, the method of using for a well-known apparatus, such as a heating roller, a hot air dryer, a hot air dryer, an electric furnace, a heat plate, an infrared heating dryer, can be mentioned, for example.
また、直接紡糸法を用いて紡糸された繊維を捕集することで不織布を調製してもよい。
Moreover, you may prepare a nonwoven fabric by collecting the fiber spun using the direct spinning method.
上述のようにして調製した布帛は、単品のまま、あるいは、複数枚を積層したものを使用して、電気化学素子用セパレータを構成することができる。又は複数種類の布帛を積層したものを使用して、電気化学素子用セパレータを構成することができる。
The fabric prepared as described above can be used as a single product or a laminate of a plurality of sheets to form a separator for an electrochemical element. Alternatively, a separator for an electrochemical element can be configured using a laminate of a plurality of types of fabrics.
イオン通過性支持体が微孔フィルムや発泡体である場合、例えば、溶融状態の熱可塑性樹脂を含む樹脂を型に流し込み成型したり、発泡処理するなど、公知の方法へ供することでイオン通過性支持体を調製することができる。
When the ion-permeable support is a microporous film or foam, for example, a resin containing a molten thermoplastic resin is poured into a mold and subjected to a known method such as foaming treatment. A support can be prepared.
イオン通過性支持体における微孔の直径は特に限定されるべきものではなく適宜調整するが、直径の大きな微孔を備えるイオン通過性支持体からなる電気化学素子用セパレータは、無機粒子が不均一に存在する部分が発生し易い傾向がある。 The diameter of the micropores in the ion-permeable support is not particularly limited and may be adjusted as appropriate. However, the separator for an electrochemical device comprising an ion-permeable support having micropores with a large diameter has non-uniform inorganic particles. There is a tendency that portions existing in
そのため、微孔の直径は30μmよりも小さいのが好ましく、20μmよりも小さいのがより好ましく、15μmよりも小さいのが最も好ましい。なお、微孔の直径の下限値は、適宜調製するものであり限定されるべきものではないが、10nm以上であるのが現実的である。 Therefore, the diameter of the micropores is preferably smaller than 30 μm, more preferably smaller than 20 μm, and most preferably smaller than 15 μm. The lower limit of the diameter of the micropores is appropriately prepared and should not be limited, but it is realistic to be 10 nm or more.
本発明でいう、イオン通過性支持体における微孔の直径とは、イオン通過性支持体をPMI社製Perm−Porometer装置に供しバブルポイント法(ASTMF316−86,JIS K3832)に基づき測定して得られる値をいう。つまり、測定を5回行い、その測定して得られた個々の細孔径分布を細孔径分布幅が狭い順番に並べ、3番目に細孔径分布幅が狭い値を示したプロットデータにおける累積値50%点の孔径分布の値を、イオン通過性支持体における微孔の直径とする。
The diameter of the micropore in the ion-permeable support referred to in the present invention is obtained by subjecting the ion-permeable support to a Perm-Porometer device manufactured by PMI and measuring it based on the bubble point method (ASTMF 316-86, JIS K3832). Value. That is, the measurement is performed 5 times, and the individual pore size distributions obtained by the measurement are arranged in the order of narrow pore size distribution width, and the cumulative value 50 in the plot data showing the third narrow pore size distribution width is 50. The value of the pore size distribution at the% point is defined as the diameter of the micropores in the ion-permeable support.
イオン通過性支持体の目付、厚さなどの諸特性は、特に限定されるべきものではないが、イオン通過性支持体の目付は、5〜15g/m2であるのが好ましく、6〜13g/m2であるのがより好ましく、8〜12g/m2であるのが最も好ましい。また、イオン通過性支持体の厚さは、10〜50μmであるのが好ましく、15〜40μmであるのがより好ましく、20〜30μmであるのが最も好ましい。
Various characteristics such as basis weight and thickness of the ion-permeable support are not particularly limited, but the basis weight of the ion-permeable support is preferably 5 to 15 g / m 2 , and 6 to 13 g. / m, more preferably from 2, most preferably a 8-12 g / m 2. The thickness of the ion-permeable support is preferably 10 to 50 μm, more preferably 15 to 40 μm, and most preferably 20 to 30 μm.
本発明のスラリーは分散媒に無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子を混合したものであり、スラリーを構成する分散媒として、例えば、純水(例えば、JISK0557に規定のA1−A4グレードの水など)、アルコール類などを、単独あるいは混合したものを使用することができる。そして、スラリーをイオン通過性支持体に付与する方法は、特に限定されるものではないが、一例として以下の方法を採用することができる。
The slurry of the present invention is a mixture of inorganic particles and polyolefin resin particles in a dispersion medium. As a dispersion medium constituting the slurry, for example, pure water (for example, A1-A4 grade water specified in JISK0557), Alcohols etc. can be used alone or in combination. And the method of providing a slurry to an ion-permeable support is not particularly limited, but the following method can be adopted as an example.
1.スラリーをイオン通過性支持体の一方の主面あるいは両主面へ噴霧する方法、
2.イオン通過性支持体をスラリー中へ浸漬する方法、
3.泡立てたスラリーをイオン通過性支持体の一方の主面あるいは両主面へ付着させる方法、
4.既知のコーティング方法(例えば、グラビアロールを用いたキスコーティング法、ダイコーティング法など)を用いて、スラリーをイオン通過性支持体の一方の主面あるいは両主面へ塗工する方法、などの公知の方法から適宜選択することができる。
1. A method of spraying slurry onto one or both main surfaces of an ion-permeable support,
2. A method of immersing an ion-permeable support in a slurry;
3. A method of adhering the foamed slurry to one main surface or both main surfaces of the ion-permeable support,
4). Known methods such as coating a slurry on one or both main surfaces of an ion-permeable support using a known coating method (for example, a kiss coating method using a gravure roll, a die coating method, etc.) The method can be selected as appropriate.
なお、スラリーをイオン通過性支持体に付与する際の、スラリーの粘度については特に規定するものではないが、グラビアロールを用いてスラリーをイオン通過性支持体の主面へ付与する場合には、せん断速度が100(単位:1/s)のときの粘度が0.01〜1Pasとなるようにスラリーの粘度を調整するのが好ましく、0.01〜0.1Pasとなるようにスラリーの粘度を調整するのがより好ましい。 The viscosity of the slurry when applying the slurry to the ion-permeable support is not particularly specified, but when applying the slurry to the main surface of the ion-permeable support using a gravure roll, It is preferable to adjust the viscosity of the slurry so that the viscosity when the shear rate is 100 (unit: 1 / s) is 0.01 to 1 Pas, and the viscosity of the slurry is 0.01 to 0.1 Pas. It is more preferable to adjust.
また、加熱あるいは冷却したスラリーをイオン通過性支持体へ付与してもよい。このときのスラリーの温度(換言すれば、無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の温度)は、例えば、5℃〜50℃とすることができ、20℃〜40℃とすることができ、25℃〜35℃とすることができる。
Moreover, you may provide the slurry which heated or cooled to the ion-permeable support body. The temperature of the slurry at this time (in other words, the temperature of the inorganic particles and the polyolefin resin particles) can be, for example, 5 ° C. to 50 ° C., 20 ° C. to 40 ° C., and 25 ° C. to 25 ° C. It can be 35 degreeC.
スラリーをイオン通過性支持体に付与した後、分散媒を除去する方法として、スラリーを付与したイオン通過性支持体を室温(25℃)に放置する方法、スラリーを付与したイオン通過性支持体を減圧条件下に曝す方法、スラリーを付与したイオン通過性支持体を分散媒が揮発可能な温度以上の雰囲気下に曝す方法など、公知の方法を用いることができる。 As a method for removing the dispersion medium after applying the slurry to the ion-permeable support, a method of leaving the ion-permeable support provided with the slurry at room temperature (25 ° C.), an ion-permeable support provided with the slurry Known methods such as a method of exposing under reduced pressure and a method of exposing the ion-permeable support provided with slurry to an atmosphere at a temperature higher than the temperature at which the dispersion medium can be volatilized can be used.
なお、加熱手段として、例えば、加熱ローラ、熱風ドライヤ、熱風乾燥機、電気炉、ヒートプレート、赤外線加熱乾燥器など、公知の装置を挙げることができる。加熱温度は、適宜選択できるがイオン通過性支持体の融点以上で加熱した場合は、微孔の閉塞などが発生するため、イオン通過性支持体の融点以下で加熱手段へ供するのが好ましい。
Examples of the heating means include known devices such as a heating roller, a hot air dryer, a hot air dryer, an electric furnace, a heat plate, and an infrared heating dryer. The heating temperature can be selected as appropriate, but if heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the ion-permeable support, clogging of micropores or the like occurs.
スラリー中で本発明の無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子が分散するか否かは、以下に説明する方法で確認することができる。
1.調製したスラリーを目視で確認し、凝集物が存在しているかどうかを確認する。
スラリー中に凝集物が存在する場合には、スラリー中で本発明の無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子が分散しないことを意味している。また、スラリー中に凝集物が存在していな場合には、スラリー中で本発明の無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子が分散することを意味している。
2.目視により凝集物が存在していないことを確認したスラリーの粘度を測定する。
Whether or not the inorganic particles and the polyolefin resin particles of the present invention are dispersed in the slurry can be confirmed by the method described below.
1. The prepared slurry is visually checked to determine whether aggregates are present.
When aggregates are present in the slurry, it means that the inorganic particles and polyolefin resin particles of the present invention are not dispersed in the slurry. Moreover, when the aggregate does not exist in a slurry, it means that the inorganic particle and polyolefin resin particle of this invention disperse | distribute in a slurry.
2. The viscosity of the slurry that has been visually confirmed to be free of aggregates is measured.
例えば、スラリー中で形成された凝集物を物理的に砕きスラリー中に微細化して拡散させた場合など、調製したスラリーを目視で確認しただけでは、スラリー中で本発明の無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子が分散するものであるかどうかを確認することが困難なことがある。
そのため、目視によって凝集物が存在していないことを確認したスラリーのうち、スラリー中に凝集物が存在していると疑われるものに対しては、以下に説明する(粘度の測定方法)に供することで、スラリー中で本発明の無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子が分散するか否かを判断する。
For example, when the aggregate formed in the slurry is physically crushed and refined and diffused in the slurry, the inorganic particles of the present invention and the polyolefin-based resin can be obtained only by visually confirming the prepared slurry. It may be difficult to confirm whether the particles are dispersed.
Therefore, among the slurries that have been confirmed to be free of agglomerates by visual inspection, those that are suspected of having agglomerates in the slurry are subjected to the following (viscosity measurement method). Thus, it is determined whether or not the inorganic particles and polyolefin resin particles of the present invention are dispersed in the slurry.
(粘度の測定方法)
調製したスラリー2mlを、粘度計(Thermo scientific社製RheoStress6000、プレート形状:直径が60mmのコーン型、測定温度:25℃、ギャップ:0.103mm)へ供し、得られた応力(N)の値を以下の式に代入することでスラリーの粘度(Pas)を算出する。
・せん断速度(1/s)=プレート速度(m/s)×ギャップ(m)
・シアストレス(Pa)=応力(N)/プレート面積(m2)
・粘度(Pas)=シアストレス(pa)/せん断速度(1/s)
そして、プレート速度を10−7(m/s)から10−1(m/s)に加速させた間の粘度変化の挙動と、その後プレート速度を10−1(m/s)から10−7(m/s)に減速させた間の粘度変化の挙動を測定する。
(Measurement method of viscosity)
2 ml of the prepared slurry was subjected to a viscometer (Rheo Stress 6000 manufactured by Thermo scientific, plate shape: cone type with a diameter of 60 mm, measurement temperature: 25 ° C., gap: 0.103 mm), and the value of the obtained stress (N) was The viscosity (Pas) of the slurry is calculated by substituting into the following equation.
・ Shear rate (1 / s) = plate speed (m / s) × gap (m)
・ Shear stress (Pa) = stress (N) / plate area (m 2 )
Viscosity (Pas) = shear stress (pa) / shear rate (1 / s)
And the behavior of the viscosity change during the acceleration of the plate speed from 10 −7 (m / s) to 10 −1 (m / s), and then the plate speed from 10 −1 (m / s) to 10 −7. The behavior of the viscosity change during deceleration to (m / s) is measured.
スラリーの粘度を測定した結果、プレート速度を加速させている間の粘度変化の挙動(例えば、図1に開示されている挙動)と、プレート速度を減速させている間の粘度変化の挙動(例えば、図2に開示されている挙動)が同様の挙動を示す場合には、プレート速度を加速させている間、および、その後にプレート速度を減速させている間において、スラリー中に存在する無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の態様の変化が防がれていることを意味しており、前記無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の組み合わせは、凝集物を形成し難い組み合わせであり、スラリー中で分散する組み合わせであることを意味する。 As a result of measuring the viscosity of the slurry, the behavior of the viscosity change during acceleration of the plate speed (for example, the behavior disclosed in FIG. 1) and the behavior of the viscosity change during deceleration of the plate speed (for example, In the case where the behavior disclosed in FIG. 2 shows a similar behavior, the inorganic particles present in the slurry during acceleration of the plate speed and subsequent deceleration of the plate speed. And the change of the aspect of the polyolefin resin particles are prevented, and the combination of the inorganic particles and the polyolefin resin particles is a combination that hardly forms an agglomerate, and is a combination that is dispersed in the slurry. It means that.
一方、スラリーの粘度を測定した結果、プレート速度を加速させている間の粘度変化の挙動(例えば、図3に開示されている挙動)と、プレート速度を減速させている間の粘度変化の挙動(例えば、図4に開示されている挙動)が異なる態様の挙動を示す場合には、プレート速度を加速させている間、および、その後にプレート速度を減速させている間において、スラリー中に存在する無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の態様が変化したことを意味しており、前記無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の組み合わせは、凝集物を形成し易い組み合わせであり、スラリー中で分散しない組み合わせであることを意味する。
On the other hand, as a result of measuring the viscosity of the slurry, the behavior of the viscosity change while the plate speed is accelerated (for example, the behavior disclosed in FIG. 3) and the behavior of the viscosity change while the plate speed is decelerated. If (for example, the behavior disclosed in FIG. 4) shows a different mode of behavior, it is present in the slurry while accelerating the plate speed and subsequently decelerating the plate speed. This means that the aspect of the inorganic particles and the polyolefin resin particles changed, and the combination of the inorganic particles and the polyolefin resin particles is a combination that easily forms an aggregate and is a combination that does not disperse in the slurry. Means that.
なお、図1−4において、横軸はせん断速度(1/S、グラフ中ではGP[1/S]として表示)であり、縦軸はシアストレス(Pa、グラフ中ではTau[Pa]として表示)および粘度(Pas、グラフ中ではEta[Pas]として表示)を表している。また、白三角及び逆白三角のマーカーによって表されたグラフはせん断速度(1/S)の変動に伴うシアストレス(Pa)の挙動を表しており、黒丸及び黒菱形のマーカーによって表されたグラフはせん断速度(1/S)の変動に伴う粘度(Pas)の挙動を表している。
1-4, the horizontal axis is the shear rate (1 / S, indicated as GP [1 / S] in the graph), and the vertical axis is the shear stress (Pa, indicated as Tau [Pa] in the graph). ) And viscosity (Pas, indicated as Eta [Pas] in the graph). In addition, the graph represented by the white triangle and inverted white triangle markers represents the behavior of the shear stress (Pa) accompanying the fluctuation of the shear rate (1 / S), and is represented by the black circle and black rhombus markers. Represents the behavior of the viscosity (Pas) accompanying the fluctuation of the shear rate (1 / S).
本発明の無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の組み合わせの一例として、シリカ粒子とポリオレフィン系樹脂A粒子の組み合わせ、アルミナ粒子とポリオレフィン系樹脂B粒子の組み合わせなどを例示することができる。
Examples of the combination of inorganic particles and polyolefin resin particles of the present invention include a combination of silica particles and polyolefin resin A particles, a combination of alumina particles and polyolefin resin B particles, and the like.
電気化学素子用セパレータの目付や厚さなどの諸特性は特に限定されるべきものではないが、電気化学素子用セパレータの目付は、5g/m2〜60g/m2であるのが好ましく、10g/m2〜50g/m2であるのがより好ましく、15g/m2〜40g/m2であるのが最も好ましい。なお、本発明では、目付とは主面における面積1m2あたりの質量をいう。 Although not characteristics will be particularly restricted, such as basis weight and thickness of the separator for an electrochemical device, the basis weight of the separator for an electrochemical element is preferably from 5g / m 2 ~60g / m 2 , 10g / m, more preferably from 2 to 50 g / m 2, and even most preferably 15 g / m 2 to 40 g / m 2. In the present invention, the basis weight refers to the mass per 1 m 2 of area on the main surface.
電気化学素子用セパレータの厚さもまた、特に限定されるべきものではないが、薄い電気化学素子用セパレータは電気化学素子の放電特性を向上できる傾向があるものの内部短絡の防止性能に劣る傾向があり、一方、厚い電気化学素子用セパレータは内部短絡の防止性能に優れる傾向があるものの放電特性に劣る傾向がある。
そのため、電気化学素子用セパレータの厚さは、10μm〜80μmであるのが好ましく、20μm〜60μmであるのがより好ましく、20μm〜40μmであるのが最も好ましい。なお、本発明では、厚さとは厚さ測定器(デジマチック標準外側マイクロメータ(MCC−MJ/PJ)1/1000mm、(株)ミツトヨ)により計測した、500g荷重時測定値の5点の厚さの算術平均値をいう。
The thickness of the separator for an electrochemical element is not particularly limited, but a thin separator for an electrochemical element tends to improve the discharge characteristics of the electrochemical element, but tends to be inferior in the performance of preventing an internal short circuit. On the other hand, thick separators for electrochemical devices tend to be inferior in discharge characteristics, although they tend to be excellent in performance of preventing internal short circuits.
Therefore, the thickness of the separator for electrochemical elements is preferably 10 μm to 80 μm, more preferably 20 μm to 60 μm, and most preferably 20 μm to 40 μm. In the present invention, the thickness is 5 thicknesses measured at a load of 500 g, measured with a thickness measuring instrument (Digimatic standard outer micrometer (MCC-MJ / PJ) 1/1000 mm, Mitutoyo Corporation). This is the arithmetic average value.
電気化学素子用セパレータが備えている無機粒子の質量は、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止でき電気化学素子の放電特性を向上できる電気化学素子用セパレータであればよく、無機粒子の種類や形状によって適宜調整する。 The mass of the inorganic particles included in the separator for electrochemical elements may be any separator for electrochemical elements that can prevent the occurrence of internal short circuit in the electrochemical element and improve the discharge characteristics of the electrochemical element. Adjust appropriately according to the type and shape.
しかし、電気化学素子用セパレータに付与される無機粒子の質量(g/m2)を、無機粒子を構成する物質の比重(g/cm3)で割ったときの値が、1m2あたり1〜8の範囲内となるように電気化学素子用セパレータに無機粒子を付与すると、電気化学素子用セパレータの耐熱性が向上する傾向があり好ましい。そして、前記範囲は2〜6の範囲内にあるのがより好ましく、3〜5の範囲内にあるのが最も好ましい。
However, the value obtained by dividing the mass (g / m 2 ) of the inorganic particles applied to the separator for electrochemical elements by the specific gravity (g / cm 3 ) of the substance constituting the inorganic particles is 1 to 1 per 1 m 2 . It is preferable to apply inorganic particles to the separator for electrochemical elements so as to be within the range of 8, since the heat resistance of the separator for electrochemical elements tends to be improved. The range is more preferably in the range of 2-6, and most preferably in the range of 3-5.
また、電気化学素子用セパレータが備えているポリオレフィン系樹脂粒子の質量は、イオン通過性支持体に付与される無機粒子の質量や粒径によって変わるため、特に限定されるべきものではなく適宜調整するが、電気化学素子用セパレータに付与されるポリオレフィン系樹脂粒子の質量が少なすぎると電気化学素子用セパレータから無機粒子が脱落し易くなり、電気化学素子用セパレータに無機粒子が不均一に存在する部分が生じる傾向がある。一方、電気化学素子用セパレータに付与されるポリオレフィン系樹脂粒子の質量が多すぎると、電気化学素子用セパレータの開孔がポリオレフィン系樹脂粒子によって閉塞され易くなることで電極間の抵抗値が高くなり、電気化学素子が所望の放電特性を発揮できず低下する恐れがある。 Further, the mass of the polyolefin resin particles provided in the separator for an electrochemical element varies depending on the mass and the particle size of the inorganic particles applied to the ion-permeable support, and is not particularly limited and is appropriately adjusted. However, if the mass of the polyolefin resin particles applied to the separator for electrochemical devices is too small, the inorganic particles are likely to fall off from the separator for electrochemical devices, and the inorganic particles are unevenly present in the separator for electrochemical devices. Tend to occur. On the other hand, if the mass of the polyolefin resin particles applied to the separator for electrochemical devices is too large, the pores of the separator for electrochemical devices are likely to be blocked by the polyolefin resin particles, resulting in a high resistance between the electrodes. In addition, the electrochemical element may not exhibit desired discharge characteristics and may deteriorate.
そのため、電気化学素子用セパレータが備えているポリオレフィン系樹脂粒子の質量(g/m2)は、電気化学素子用セパレータが備えている無機粒子の質量に対し1〜10質量%となるように調整するのが好ましく、2〜5質量%となるように備えるのがより好ましい。
Therefore, the mass (g / m 2 ) of the polyolefin resin particles included in the electrochemical element separator is adjusted to 1 to 10% by mass with respect to the inorganic particles included in the electrochemical element separator. It is preferable to prepare such that it is 2 to 5% by mass.
本発明の電気化学素子用セパレータを用いて調製した電気化学素子は、従来と同様の材料から構成することができる。具体的には、リチウムイオン二次電池の場合、正極として、例えば、リチウムやナトリウム含有遷移金属化合物や硫黄系化合物のスラリーを集電材に担持させたもの等を使用することができ、負極として、例えば、リチウム金属やリチウムと合金になる材料(例えば、スズ系合金、シリコン系合金などの材料)、およびリチウムを吸蔵、放出可能なポリアセン、炭素材料(例えば、カーボン、天然黒鉛や人造黒鉛など)、バナジウム系化合物、チタン酸リチウム系化合物を集電材に担持させたもの等を使用することができ、電解質として、例えば、非水系電解液(例えば、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒にLiPF6を溶解させた電解液)等を使用することができる。また、調製可能なリチウムイオン二次電池のセル構造も特に限定するものではなく、例えば、円筒型、角型、コイン型などであることができる。
The electrochemical element prepared using the electrochemical element separator of the present invention can be composed of the same material as the conventional one. Specifically, in the case of a lithium ion secondary battery, as a positive electrode, for example, a lithium or sodium-containing transition metal compound or a slurry of a sulfur compound supported on a current collector can be used, and as a negative electrode, For example, lithium metal and materials that can be alloyed with lithium (for example, materials such as tin alloys and silicon alloys), and polyacene and carbon materials that can occlude and release lithium (for example, carbon, natural graphite, and artificial graphite) , A vanadium compound, a lithium titanate compound supported on a current collector, and the like can be used. As an electrolyte, for example, a non-aqueous electrolyte (for example, LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate is used. A dissolved electrolytic solution) or the like can be used. Further, the cell structure of the lithium ion secondary battery that can be prepared is not particularly limited, and can be, for example, a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, or the like.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention.
(実施例1)
芯成分がポリプロピレン(融点:170℃)、鞘成分がポリエチレン(融点:135℃)の芯鞘型複合繊維(繊度:0.8dtex、繊維長:10mm)70質量%と、ポリプロピレン極細繊維(融点:160℃、繊維径:2μm、繊維長:2mm)30質量%とを混合し、湿式抄造法により繊維ウエブを調製した。
その後、前記繊維ウエブに温度140℃の熱風で10秒間処理した後、80℃のロールカレンダーに供することで、湿式不織布(微孔の直径:11μm、厚さ:26μm、目付:10g/m2)を調製した。
Example 1
70% by mass of a core-sheath composite fiber (fineness: 0.8 dtex, fiber length: 10 mm) having a core component of polypropylene (melting point: 170 ° C.) and a sheath component of polyethylene (melting point: 135 ° C.), and a polypropylene extra fine fiber (melting point: 160 ° C., fiber diameter: 2 μm, fiber length: 2 mm) and 30% by mass were mixed, and a fiber web was prepared by a wet papermaking method.
Thereafter, the fiber web was treated with hot air at a temperature of 140 ° C. for 10 seconds, and then subjected to a roll calender at 80 ° C., whereby a wet nonwoven fabric (micropore diameter: 11 μm, thickness: 26 μm, basis weight: 10 g / m 2 ) Was prepared.
次いで、無機粒子としてシリカ粒子(株式会社アドマテックス社製、品番:SO−C1、粒子径(D50):250nm、形状:真球状の形状)97質量%と、ポリオレフィン系樹脂粒子の分散液(ユニチカ株式会社製、品番:SB−1200、融点:100℃、粒子径(D50):90nm、分散液に占めるポリオレフィン系樹脂の固形分質量:25質量%)3質量%を純水に混合して、ディスパータイプの攪拌翼を用い1200rpmで1時間攪拌し、固形分濃度が50質量%のスラリーを用意した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物は形成されていなかった。 Next, silica particles (manufactured by Admatechs Co., Ltd., product number: SO-C1, particle size (D 50 ): 250 nm, shape: true spherical shape) 97% by mass as inorganic particles, and a dispersion of polyolefin resin particles ( Unitika Co., Ltd., product number: SB-1200, melting point: 100 ° C., particle size (D 50 ): 90 nm, solid content mass of polyolefin resin in the dispersion: 3% by mass is mixed with pure water. Then, stirring was performed at 1200 rpm for 1 hour using a disper type stirring blade, and a slurry having a solid content concentration of 50 mass% was prepared. As a result of visual confirmation, no aggregates were formed in the slurry.
そして、グラビアロールを用いたキスコーター法によって、上述のようにして調製した湿式不織布の一方の主面へ、25℃に調整した前記スラリーをコーティングした。その後、スラリーをコーティングした湿式不織布をIRヒーターに供し、次いでフローティングドライヤーを備えた加熱装置に供することで純水を除去して、湿式不織布上にシリカ粒子とポリオレフィン系樹脂粒子が担持されてなる、電気化学素子用セパレータ(厚さ:30μm、目付:26g/m2)を製造した。
And the said slurry adjusted to 25 degreeC was coated to one main surface of the wet nonwoven fabric prepared as mentioned above by the kiss coater method using a gravure roll. Thereafter, the wet nonwoven fabric coated with the slurry is subjected to an IR heater, and then subjected to a heating apparatus equipped with a floating dryer to remove pure water, and silica particles and polyolefin resin particles are supported on the wet nonwoven fabric. A separator for an electrochemical element (thickness: 30 μm, basis weight: 26 g / m 2 ) was produced.
(実施例2)
無機粒子としてシリカ粒子(株式会社アドマテックス社製、品番:SO−C2、粒子径(D50):450nm、形状:真球状の形状)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:30μm、目付:26g/m2)を製造した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物は形成されていなかった。
(Example 2)
Silica particles as inorganic particles, except for using (manufactured by Admatechs Co., No.: SO-C2, the particle diameter (D 50):: 450 nm, shape spherical shape), in the same manner as in Example 1, A separator for an electrochemical element (thickness: 30 μm, basis weight: 26 g / m 2 ) was produced. As a result of visual confirmation, no aggregates were formed in the slurry.
(実施例3)
無機粒子としてシリカ粒子(株式会社アドマテックス社製、品番:SO−C6、粒子径(D50):2000nm、形状:真球状の形状)を粉砕して調製した、粉砕シリカ粒子(粒子径(D50):1000nm、形状:不定形形状)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:30μm、目付:26g/m2)を製造した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物は形成されていなかった。
(Example 3)
Silica particles as inorganic particles were prepared by grinding (manufactured by Admatechs Co., No.: SO-C6, particle diameter (D 50):: 2000 nm, shape spherical shape), ground silica particles (particle diameter (D 50 ): 1000 nm, shape: amorphous shape) was used in the same manner as in Example 1 to produce an electrochemical element separator (thickness: 30 μm, basis weight: 26 g / m 2 ). As a result of visual confirmation, no aggregates were formed in the slurry.
(実施例4)
ポリエチレンテレフタレート繊維(融点:220℃、繊度:0.8dtex、繊維長:10mm)70質量%と、低融点ポリエチレンテレフタレート繊維(融点:170℃、繊度:0.8dtex、繊維長:10mm)30質量%とを混合し、湿式抄造法により繊維ウエブを調製した。
その後、前記繊維ウエブに温度200℃の熱風で10秒間処理して、湿式不織布(微孔の直径:14μm、厚さ:20μm、目付:10g/m2)を調製した。
このようにして調製した湿式不織布を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:27μm、目付:26g/m2)を製造した。
Example 4
70% by mass of polyethylene terephthalate fiber (melting point: 220 ° C., fineness: 0.8 dtex, fiber length: 10 mm), and 30% by mass of low melting point polyethylene terephthalate fiber (melting point: 170 ° C., fineness: 0.8 dtex, fiber length: 10 mm) And a fiber web was prepared by a wet papermaking method.
Thereafter, the fiber web was treated with hot air at a temperature of 200 ° C. for 10 seconds to prepare a wet nonwoven fabric (micropore diameter: 14 μm, thickness: 20 μm, basis weight: 10 g / m 2 ).
A separator for an electrochemical element (thickness: 27 μm, basis weight: 26 g / m 2 ) was produced in the same manner as in Example 1 except that the wet nonwoven fabric prepared in this way was used.
(実施例5)
無機粒子としてアルミナ粒子(株式会社アドマテックス社製、品番:AO−802、D50=800nm、形状:真球状の形状)97質量%と、ポリオレフィン系樹脂粒子の分散液(ユニチカ株式会社製、品番:CB−1200、融点:102℃、粒子径(D50):90nm、分散液に占めるポリオレフィン系樹脂の固形分質量:23質量%)3質量%を純水に混合して、固形分濃度が55質量%のスラリーを用意した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物は形成されていなかった。
そして、調製したスラリーを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:30μm、目付:35g/m2)を製造した。
(Example 5)
As inorganic particles, alumina particles (manufactured by Admatechs Co., Ltd., product number: AO-802, D 50 = 800 nm, shape: true spherical shape) 97% by mass and a dispersion of polyolefin resin particles (manufactured by Unitika Ltd., product number) : CB-1200, melting point: 102 ° C., particle size (D 50 ): 90 nm, solid content mass of polyolefin resin in the dispersion: 23 mass%) 3% by mass was mixed with pure water, and the solid content concentration was A 55% by mass slurry was prepared. As a result of visual confirmation, no aggregates were formed in the slurry.
Then, a separator for an electrochemical element (thickness: 30 μm, basis weight: 35 g / m 2 ) was produced in the same manner as in Example 1 except that the prepared slurry was used.
(実施例6)
無機粒子としてアルミナ粒子(昭和電工株式会社製、品番:AL−45−A、粒子径(D50):700nm、形状:不定形形状)を用いたこと以外は、実施例5と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:35μm、目付:35g/m2)を製造した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物は形成されていなかった。
(Example 6)
Except for using alumina particles (manufactured by Showa Denko KK, product number: AL-45-A, particle diameter (D 50 ): 700 nm, shape: irregular shape) as inorganic particles, A separator for an electrochemical element (thickness: 35 μm, basis weight: 35 g / m 2 ) was produced. As a result of visual confirmation, no aggregates were formed in the slurry.
(比較例1)
無機粒子としてシリカ粒子(株式会社アドマテックス社製、品番:SO−C1、粒子径(D50):250nm、形状:真球状の形状)97質量%と、SBR粒子(日本ゼオン株式会社製、品番:BM−400、粒子径(D50):120nm)3質量%を純水に混合して、固形分濃度が50質量%のスラリーを調製した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物は形成されていなかった。
そして、調製したスラリーを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:30μm、目付:26g/m2)を製造した。
(Comparative Example 1)
Silica particles (manufactured by Admatechs Co., Ltd., product number: SO-C1, particle size (D 50 ): 250 nm, shape: true spherical shape) 97% by mass as inorganic particles, SBR particles (manufactured by Zeon Corporation, product number) : BM-400, particle size (D 50): 120nm) to 3 wt% were mixed in pure water, the solid content concentration to prepare a 50 wt% slurry. As a result of visual confirmation, no aggregates were formed in the slurry.
Then, a separator for an electrochemical element (thickness: 30 μm, basis weight: 26 g / m 2 ) was produced in the same manner as in Example 1 except that the prepared slurry was used.
(比較例2)
無機粒子としてアルミナ粒子(株式会社アドマテックス社製、品番:AO−802、粒子径(D50):800nm、形状:真球状の形状)97質量%と、SBR樹脂粒子(日本ゼオン株式会社製、品番:BM−400、粒子径(D50):120nm)3質量%を純水に混合して、固形分濃度が50質量%のスラリーを調製した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物が形成され沈殿していた。
そして、調製したスラリーを用いてコーティングを行おうとしたところ、コーティング中にスラリー中で凝集物が形成されてコーティングは不可能であった。そのため、比較例2では電気化学素子用セパレータを製造することができなかった。
(Comparative Example 2)
As inorganic particles, alumina particles (manufactured by Admatechs Co., Ltd., product number: AO-802, particle diameter (D 50 ): 800 nm, shape: true spherical shape) 97% by mass, SBR resin particles (manufactured by Zeon Corporation, No.: BM-400, particle size (D 50): 120nm) to 3 wt% were mixed in pure water, the solid content concentration to prepare a 50 wt% slurry. In addition, when visually confirmed, aggregates were formed and precipitated in the slurry.
When coating was performed using the prepared slurry, agglomerates were formed in the slurry during coating, and coating was impossible. Therefore, in Comparative Example 2, an electrochemical element separator could not be manufactured.
(比較例3)
無機粒子としてシリカ粒子(株式会社アドマテックス社製、品番:SO−C1、粒子径(D50):250nm、形状:真球状の形状)97質量%と、ポリオレフィン系樹脂粒子の分散液(ユニチカ株式会社製、品番:CB−1200、融点:102℃、粒子径(D50):90nm、分散液に占めるポリオレフィン系樹脂の固形分質量:23質量%)3質量%を純水に混合して、固形分濃度が50質量%のスラリーを調製した。なお、目視で確認したところスラリー中に凝集物が形成され沈殿していた。
そして、上述のようにして調製したスラリーをホモジナイザーに供することで、沈殿していた凝集物を物理的に砕きスラリー中に微細化して拡散させた。なお、ホモジナイザー処理を行ったスラリーを目視で確認したところ、スラリー中に凝集物の存在が確認できなかった。
このようにして調製したスラリーを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:30μm、目付:26g/m2)を製造した。
(Comparative Example 3)
Silica particles (manufactured by Admatechs Co., Ltd., product number: SO-C1, particle size (D 50 ): 250 nm, shape: true spherical shape) 97% by mass as inorganic particles and a dispersion of polyolefin resin particles (Unitika Co., Ltd.) Made by company, product number: CB-1200, melting point: 102 ° C., particle size (D 50 ): 90 nm, solid content mass of polyolefin resin in dispersion: 23% by mass) 3% by mass was mixed with pure water, A slurry having a solid content concentration of 50% by mass was prepared. In addition, when visually confirmed, aggregates were formed and precipitated in the slurry.
Then, the slurry prepared as described above was subjected to a homogenizer, whereby the aggregates that had been precipitated were physically crushed and finely dispersed in the slurry. In addition, when the slurry which performed the homogenizer process was confirmed visually, presence of the aggregate was not confirmed in the slurry.
A separator for an electrochemical element (thickness: 30 μm, basis weight: 26 g / m 2 ) was produced in the same manner as in Example 1 except that the slurry thus prepared was used.
比較例3で調製したスラリーを、上述した(粘度の測定方法)へ供した。また、比較例3の結果との比較を行うため、実施例1で調製したスラリーを、参考として上述した(粘度の測定方法)へ供した。 The slurry prepared in Comparative Example 3 was subjected to the above-described (Measurement Method of Viscosity). Moreover, in order to compare with the result of Comparative Example 3, the slurry prepared in Example 1 was subjected to the above-described (viscosity measurement method) as a reference.
実施例1で使用したスラリーについて、スラリーを静止状態からせん断速度を増加させた間の粘度変化の挙動をまとめたグラフを、図1に図示する。また、実施例1で使用したスラリーについて、スラリーを高いせん断速度から静止状態へせん断速度を減少させた間の粘度変化の挙動をまとめたグラフを、図2に図示する。
そして、比較例3で使用したスラリーについて、スラリーを静止状態からせん断速度を増加させた間の粘度変化の挙動をまとめたグラフを、図3に図示する。また、比較例3で使用したスラリーについて、スラリーを高いせん断速度から静止状態へせん断速度を減少させた間の粘度変化の挙動をまとめたグラフを、図4に図示する。
A graph summarizing the behavior of the viscosity of the slurry used in Example 1 while increasing the shear rate from the static state is shown in FIG. Moreover, about the slurry used in Example 1, the graph which summarized the behavior of the viscosity change while reducing the shear rate from the high shear rate to the static state is illustrated in FIG.
And about the slurry used by the comparative example 3, the graph which put together the behavior of the viscosity change while making the shear rate increase the slurry from a static state is illustrated in FIG. FIG. 4 is a graph summarizing the behavior of the viscosity of the slurry used in Comparative Example 3 while reducing the shear rate from a high shear rate to a static state.
なお、図1−4において、横軸はせん断速度(1/S、グラフ中ではGP[1/S]として表示)であり、縦軸はシアストレス(Pa、グラフ中ではTau[Pa]として表示)および粘度(Pas、グラフ中ではEta[Pas]として表示)を表している。また、白三角及び逆白三角のマーカーによって表されたグラフはせん断速度(1/S)の変動に伴うシアストレス(Pa)の挙動を表しており、黒丸及び黒菱形のマーカーによって表されたグラフはせん断速度(1/S)の変動に伴う粘度(Pas)の挙動を表している。
1-4, the horizontal axis is the shear rate (1 / S, indicated as GP [1 / S] in the graph), and the vertical axis is the shear stress (Pa, indicated as Tau [Pa] in the graph). ) And viscosity (Pas, indicated as Eta [Pas] in the graph). In addition, the graph represented by the white triangle and inverted white triangle markers represents the behavior of the shear stress (Pa) accompanying the fluctuation of the shear rate (1 / S), and is represented by the black circle and black rhombus markers. Represents the behavior of the viscosity (Pas) accompanying the fluctuation of the shear rate (1 / S).
図1−2から実施例1で使用したスラリーの粘度を測定した結果、プレート速度を加速させている間の粘度変化の挙動と、プレート速度を減速させている間の粘度変化の挙動が同様の挙動を示した。そのため、実施例1で使用した無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の組み合わせは、どのせん断速度においてもスラリー中で凝集物を形成し難い組み合わせであり、すなわちスラリー中で分散する組み合わせであることが判明した。
図3−4から比較例3で使用したスラリーの粘度を測定した結果、プレート速度を加速させている間の粘度変化の挙動と、プレート速度を減速させている間の粘度変化の挙動が異なる態様の挙動を示した。そのため、比較例3で使用した無機粒子とポリオレフィン系樹脂粒子の組み合わせは、せん断速度を変化させた際にスラリー中で凝集物を形成し易い組み合わせであり、すなわちスラリー中で分散しない組み合わせであることが判明した。
As a result of measuring the viscosity of the slurry used in Example 1 from FIG. 1-2, the behavior of the viscosity change while accelerating the plate speed is the same as the behavior of the viscosity change while decelerating the plate speed. The behavior was shown. Therefore, it was found that the combination of inorganic particles and polyolefin resin particles used in Example 1 is a combination that hardly forms an aggregate in the slurry at any shear rate, that is, a combination that disperses in the slurry. .
As a result of measuring the viscosity of the slurry used in Comparative Example 3 from FIG. 3-4, the behavior of the viscosity change during acceleration of the plate speed and the behavior of the viscosity change during deceleration of the plate speed are different. The behavior was shown. Therefore, the combination of inorganic particles and polyolefin resin particles used in Comparative Example 3 is a combination that easily forms aggregates in the slurry when the shear rate is changed, that is, a combination that does not disperse in the slurry. There was found.
上述のようにして製造した実施例1−6と比較例1および比較例3の各電気化学素子用セパレータから、直径16mmの円形の試験片を各々採取し、試験片を用いて以下の方法でリチウム二次電池を作製した。
From each of the separators for electrochemical elements of Examples 1-6, Comparative Example 1 and Comparative Example 3 produced as described above, round test pieces having a diameter of 16 mm were collected, and the test pieces were used in the following manner. A lithium secondary battery was produced.
(リチウムイオン二次電池の作製)
1.正極の作製
スピネルマンガン酸リチウム(LiMn2O4)粉末87質量%と、アセチレンブラック6質量%とを混合し、そこに、N−メチル−2−ピロリドン溶液に溶解されたポリフッ化ビニリデン(PVdF)溶液(呉羽化学株式会社製、#1120、PVdF濃度:12質量%)を、PVdFの乾燥質量割合が7質量%となるように添加して混合液を得た。その後、得られた混合液の粘度が2000cpとなるように混合液へN−メチル−2−ピロリドン溶液を加えて脱泡撹拌機で撹拌することで、正極材ペーストを用意した。
得られた正極材ペーストを、アルミ箔(厚さ:20μm)の一方の主面に塗布した後、80℃で2時間加熱し、その後減圧下にて温度150℃で6時間加熱することで塗布された正極材ペーストからN−メチル−2−ピロリドンを除去した。
そして、ロールプレス機を用いて線圧200Kgで、乾燥処理後の正極材ペーストを塗布したアルミ箔をプレスすることで、正極シート(厚さ:90μm)を調製した。
(Production of lithium ion secondary battery)
1. Preparation of positive electrode 87% by mass of spinel lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) powder and 6% by mass of acetylene black were mixed therewith, and polyvinylidene fluoride (PVdF) dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone solution. A solution (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd., # 1120, PVdF concentration: 12% by mass) was added so that the dry mass ratio of PVdF was 7% by mass to obtain a mixed solution. Then, the positive electrode material paste was prepared by adding N-methyl-2-pyrrolidone solution to a liquid mixture and stirring with a defoaming stirrer so that the viscosity of the obtained liquid mixture might be 2000 cp.
The obtained positive electrode material paste was applied to one main surface of an aluminum foil (thickness: 20 μm), then heated at 80 ° C. for 2 hours, and then heated at 150 ° C. under reduced pressure for 6 hours. N-methyl-2-pyrrolidone was removed from the prepared positive electrode material paste.
And the positive electrode sheet (thickness: 90 micrometers) was prepared by pressing the aluminum foil which apply | coated the positive electrode material paste after a drying process with the linear pressure of 200 kg using the roll press machine.
2.負極の作製
天然黒鉛粉末と、N−メチル−2−ピロリドン溶液に溶解されたポリフッ化ビニリデン(PVdF)溶液(呉羽化学株式会社製、#9130、PVdF濃度:13質量%)を、混合割合が90%と10%(PVdFの乾燥質量)となるように添加した後、N−メチル−2−ピロリドン溶液を加えながら適宜粘度を調整し脱泡撹拌機で撹拌することで負極材ペーストを用意した。
得られた負極材ペーストを、銅箔(厚さ:15μm)の一方の主面に塗布した後、80℃で2時間乾燥後、温度150℃の減圧下で6時間加熱することで塗布された負極材ペーストからN−メチル−2−ピロリドンを除去した。
そして、ロールプレス機を用いて線圧200Kgで、乾燥処理後の負極材ペーストを塗布した銅箔をプレスすることで、負極シート(厚さ:70μm)を調製した。
2. Production of Negative Electrode A natural graphite powder and a polyvinylidene fluoride (PVdF) solution (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd., # 9130, PVdF concentration: 13% by mass) dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone solution having a mixing ratio of 90 % And 10% (dry weight of PVdF), and then the viscosity was adjusted appropriately while adding the N-methyl-2-pyrrolidone solution and stirred with a defoaming stirrer to prepare a negative electrode material paste.
The obtained negative electrode material paste was applied to one main surface of a copper foil (thickness: 15 μm), dried at 80 ° C. for 2 hours, and then heated at a reduced pressure of 150 ° C. for 6 hours. N-methyl-2-pyrrolidone was removed from the negative electrode material paste.
And the negative electrode sheet (thickness: 70 micrometers) was prepared by pressing the copper foil which apply | coated the negative electrode material paste after a drying process with the linear pressure of 200 kg using the roll press machine.
3.非水系電解液の作製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比率が(50:50)となるように混合して調製した混合溶媒に、LiPF6を1モル/Lの濃度となるように溶解させて、非水系電解質溶液を調製した。
3. Preparation of non-aqueous electrolyte solution LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent prepared by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate so that the volume ratio was (50:50), A non-aqueous electrolyte solution was prepared.
4.リチウムイオン二次電池の組み立て
採取した各々の試験片を、上述のようにして調製した非水系電解質溶液に浸漬した。
次いで、正極シートの正極材ペーストを塗布した主面側に、電解液に含浸した試験片を積層すると共に、負極シートの負極材ペーストを塗布した主面側へ電解液に浸漬した試験片が面するようにして積層することで、各試験片を用いてなるリチウムイオン二次電池(2030型コインセル)を作製した。
上述のようにして作成した、各リチウムイオン二次電池を室温(25℃)で一日放置してから、5時間かけて終止電圧4.2Vまで定電流で充電を行った後、5時間かけて定電流放電を行った。この充放電を1サイクルとして10サイクル行った。
その後、5時間かけて終止電圧4.2Vまで定電流で充電してから充電電流値が0.02mAになるまで定電圧充電をし、1/4時間かけて3.0Vまで放電した。この充放電を1サイクルとして5サイクル行った。
4). Assembly of Lithium Ion Secondary Battery Each collected specimen was immersed in the non-aqueous electrolyte solution prepared as described above.
Next, the test piece impregnated with the electrolytic solution is laminated on the main surface side of the positive electrode sheet coated with the positive electrode material paste, and the test piece immersed in the electrolytic solution is coated on the main surface side of the negative electrode sheet coated with the negative electrode material paste. By stacking as described above, a lithium ion secondary battery (2030 type coin cell) using each test piece was produced.
Each lithium ion secondary battery prepared as described above was allowed to stand at room temperature (25 ° C.) for one day, and then charged with a constant current to a final voltage of 4.2 V over 5 hours, and then over 5 hours. A constant current discharge was performed. This charging / discharging was performed 10 cycles.
Thereafter, the battery was charged with a constant current to a final voltage of 4.2 V over 5 hours, then charged with a constant voltage until the charge current value reached 0.02 mA, and discharged to 3.0 V over a period of 1/4 hour. This charge / discharge was performed as 5 cycles for 5 cycles.
(容量維持率の測定方法)
上述のようにして充放電を行った、各リチウムイオン二次電池における、第1回目サイクル時の放電容量に対する第15回目サイクル時の放電容量の割合を百分率に換算することで、容量維持率(%)を算出した。
(Measurement method of capacity maintenance rate)
In each lithium ion secondary battery that was charged and discharged as described above, the ratio of the discharge capacity at the fifteenth cycle to the discharge capacity at the fifteenth cycle was converted into a percentage, whereby the capacity retention rate ( %) Was calculated.
なお、比較例3に係る電気化学素子用セパレータを用いて調製したリチウムイオン二次電池については、容量維持率(%)の測定において充放電途中で内部短絡が発生したため、充放電が不可能となり容量維持率(%)を算出することができなかった。
この理由として、比較例3では凝集物が形成されたスラリーを湿式不織布に付与して電気化学素子用セパレータを製造したことで、電気化学素子用セパレータにシリカ粒子が不均一に存在する部分が生じたためであると考えられた。
また、比較例3に係る電気化学素子用セパレータを用いて調製したリチウムイオン二次電池については、内部短絡が発生したことで正極と負極が結線された状態となったことから、以下に説明するセル抵抗(Ω)の測定を行わなかった。
In addition, about the lithium ion secondary battery prepared using the separator for electrochemical elements which concerns on the comparative example 3, since the internal short circuit generate | occur | produced in the middle of charging / discharging in the measurement of a capacity | capacitance maintenance factor (%), charging / discharging became impossible. The capacity retention rate (%) could not be calculated.
The reason for this is that in Comparative Example 3, a slurry for forming an agglomerate was applied to a wet nonwoven fabric to produce a separator for an electrochemical element, which resulted in a portion in which silica particles were non-uniformly present in the separator for an electrochemical element. It was thought that it was because of it.
Further, the lithium ion secondary battery prepared using the electrochemical device separator according to Comparative Example 3 will be described below because the positive electrode and the negative electrode are connected due to an internal short circuit. The cell resistance (Ω) was not measured.
(セル抵抗値の測定方法)
上述した(高率放電特性の測定方法)に供した後の各リチウムイオン二次電池を、室温(25℃)から5℃/minの昇温速度で200℃まで加熱した。そして、室温(25℃)時と200℃時における、各リチウムイオン二次電池に±0.01V(1KHz)の交流電流を流した際の、正極と負極間の抵抗値(セル抵抗値(Ω))を測定した。
なお、リチウムイオン二次電池を室温(25℃)から200℃に加熱した際に、セル抵抗(Ω)の値が上昇した場合、前記リチウムイオン二次電池を構成している電気化学素子用セパレータの微孔が、溶融したポリオレフィン系イオン通気性支持体によって閉塞して、イオンを通過しにくい状態(シャットダウン性能が発揮されている状態)となったことを意味する。
そして、前記セル抵抗(Ω)の上昇値が大きいほど、電気化学素子用セパレータはより優れたシャットダウン性能を備えていることを意味する。
(Measurement method of cell resistance)
Each lithium ion secondary battery after being subjected to the above-described (Method for measuring high rate discharge characteristics) was heated from room temperature (25 ° C.) to 200 ° C. at a temperature rising rate of 5 ° C./min. The resistance value (cell resistance value (Ω) between the positive electrode and the negative electrode when an alternating current of ± 0.01 V (1 KHz) was passed through each lithium ion secondary battery at room temperature (25 ° C.) and 200 ° C. )) Was measured.
In addition, when the value of cell resistance (Ω) increases when the lithium ion secondary battery is heated from room temperature (25 ° C.) to 200 ° C., the separator for an electrochemical element constituting the lithium ion secondary battery This means that the micropores are closed by the melted polyolefin-based ion-permeable support and are in a state where ions are difficult to pass through (a state in which the shutdown performance is exhibited).
And the larger the increase value of the cell resistance (Ω) means that the electrochemical device separator has more excellent shutdown performance.
以上のようにして測定した、実施例1−6に係るリチウムイオン二次電池、および、比較例1に係るリチウムイオン二次電池の容量維持率(%)とセル抵抗値(Ω)を表1にまとめた。
Table 1 shows the capacity retention ratio (%) and the cell resistance value (Ω) of the lithium ion secondary battery according to Example 1-6 and the lithium ion secondary battery according to Comparative Example 1 measured as described above. Summarized in
実施例1−6に係る電気化学素子用セパレータを用いて調製されたリチウムイオン二次電池は、充電時に内部短絡を生じることなく充放電を行えると共に、比較例1に係る電気化学素子用セパレータを用いて調製されたリチウムイオン二次電池よりも容量維持率(%)が高いリチウムイオン二次電池であることが判明した。
以上から、本発明の電気化学素子用セパレータは、電気化学素子に内部短絡が発生するのを防止でき、容量維持率に優れる電気化学素子を調製できる、電気化学素子用セパレータである。
The lithium ion secondary battery prepared using the electrochemical device separator according to Example 1-6 can be charged / discharged without causing an internal short circuit during charging, and the electrochemical device separator according to Comparative Example 1 is used. It was found that the lithium ion secondary battery had a higher capacity retention rate (%) than the lithium ion secondary battery prepared by using the battery.
As described above, the electrochemical element separator of the present invention is an electrochemical element separator that can prevent an internal short circuit from occurring in the electrochemical element and can prepare an electrochemical element that is excellent in capacity retention.
なお、実施例1に係るリチウムイオン二次電池は、25℃から200℃に加熱された際に電極間の抵抗値が197.9Ω上昇するものであったのに対し、実施例4に係るリチウムイオン二次電池は、25℃から200℃に加熱された際に電極間の抵抗値が7.8Ωしか上昇しないものであった。
つまり、実施例1に係る電気化学素子用セパレータは実施例4に係る電気化学素子用セパレータよりも、25℃から200℃まで加熱した際のセル抵抗(Ω)の上昇値が大きいため、より優れたシャットダウン性能を備えた電気化学素子用セパレータであることが判明した。
この理由として、実施例1に係る電気化学素子用セパレータは、ポリオレフィン系樹脂を含むイオン通気性支持体を備えているためであると考えられた。
In addition, the lithium ion secondary battery according to Example 1 increased the resistance value between the electrodes by 197.9Ω when heated from 25 ° C. to 200 ° C., whereas the lithium ion secondary battery according to Example 4 When the ion secondary battery was heated from 25 ° C. to 200 ° C., the resistance value between the electrodes increased only by 7.8Ω.
That is, the electrochemical element separator according to Example 1 is more excellent than the electrochemical element separator according to Example 4 because the increase in cell resistance (Ω) when heated from 25 ° C. to 200 ° C. is larger. It was found to be a separator for electrochemical devices having a shutdown performance.
The reason for this was considered that the electrochemical element separator according to Example 1 was provided with an ion-permeable support including a polyolefin resin.
本発明の電気化学素子用セパレータは、例えば、アルカリ電池やリチウム電池あるいはキャパシター等の電気化学素子用セパレータとして使用することができる。 The separator for electrochemical elements of the present invention can be used, for example, as a separator for electrochemical elements such as alkaline batteries, lithium batteries or capacitors.
Claims (1)
記
A separator for an electrochemical element in which inorganic particles and polyolefin resin particles are supported on an ion-permeable support including a polyolefin resin having a melting point of 150 ° C. or less. The inorganic particles and the polyolefin resin particles are Or a combination of a silica particle and a polyolefin-based resin having a compound structure represented by any of the following structural formulas as a copolymer unit, or an alumina particle and an unsaturated carboxylic acid or a compound derived from an unsaturated carboxylic acid. Electrochemical composition comprising a combination of chlorinated polyolefin-based resin which is provided as a polymerization unit and contains chlorine, and wherein the ion-permeable support is composed of a single fabric or a combination of fabrics selected from non-woven fabrics, woven fabrics and knitted fabrics. Element separator.
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