JP6974930B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、扁平状の巻回電極体を有し、充放電サイクル後の膨れおよび生産性が良好な非水電解質二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery having a flat wound electrode body, which has good swelling and productivity after a charge / discharge cycle.
近年、携帯電話、ノート型パソコンなどのポータブル電子機器の発達や、電気自動車の実用化などに伴い、小型軽量で、かつ高容量の非水電解質二次電池が必要とされるようになってきた。 In recent years, with the development of portable electronic devices such as mobile phones and notebook computers and the practical application of electric vehicles, a compact, lightweight, and high-capacity non-aqueous electrolyte secondary battery has been required. ..
こうした小型化・軽量化を図った非水電解質二次電池としては、例えば、正極と負極とを、セパレータを介在させつつ重ね合わせて渦巻状に巻回し、更に横断面が扁平状になるように成形した扁平状巻回電極体を、角形(角筒形)の外装缶や金属ラミネートフィルムで構成されるラミネートフィルム外装体のような薄型の外装体(電池ケース)内に収容した構造のものが挙げられる。 As a non-aqueous electrolyte secondary battery that has been made smaller and lighter, for example, the positive electrode and the negative electrode are overlapped with each other and wound in a spiral shape so that the cross section becomes flat. A structure in which the molded flat wound electrode body is housed in a thin outer body (battery case) such as a square outer can or a laminated film outer body composed of a metal laminated film. Can be mentioned.
前記のような扁平状巻回電極体においては、集電体の破れなどによる生産性の低下が問題になっており、例えば、特定の引張強度を有する集電体を使用することで、これを防止する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。 In the flat wound electrode body as described above, a decrease in productivity due to tearing of the current collector has become a problem. For example, by using a current collector having a specific tensile strength, this can be achieved. Techniques for prevention have been proposed (for example, Patent Document 1).
また、特許文献2では、フッ化ビニリデンやクロロトリフルオロエチレンなどのモノマーから形成されたフッ素原子含有高分子材料を合剤層の結着剤に使用し、前記合剤層の弾性係数を特定値にするとともに、集電体の引張強度を特定値とすることで、正極としての屈曲性を高める技術が提案されている。 Further, in Patent Document 2, a fluorine atom-containing polymer material formed from a monomer such as vinylidene fluoride or chlorotrifluoroethylene is used as a binder for the mixture layer, and the elastic modulus of the mixture layer is set to a specific value. At the same time, a technique for increasing the flexibility of the positive electrode by setting the tensile strength of the current collector to a specific value has been proposed.
ところで、機器の小型化、多様化に伴って、非水電解質二次電池の体積当たりのエネルギー密度の向上がこれまで以上に求められている。上記のように電極体が扁平状の場合、電池の充放電を繰り返すとガス発生や扁平状巻回電極体の、特に屈曲部が開き、扁平状巻回電極体の厚みが増加する。また、充放電による膨張収縮によって発生する扁平状巻回電極体の歪みは、改善の余地があった。 By the way, with the miniaturization and diversification of equipment, improvement of the energy density per volume of the non-aqueous electrolyte secondary battery is required more than ever. When the electrode body is flat as described above, repeated charging and discharging of the battery causes gas generation and opening of the flat wound electrode body, particularly the bent portion, and the thickness of the flat wound electrode body increases. In addition, there was room for improvement in the distortion of the flat wound electrode body caused by expansion and contraction due to charge and discharge.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、扁平状の巻回電極体を有し、充放電サイクル後の膨れを抑制し、生産性が良好な非水電解質二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a non-aqueous electrolyte secondary having a flat wound electrode body, suppressing swelling after a charge / discharge cycle, and having good productivity. It is to provide batteries.
前記目的を達成し得た本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極およびセパレータを重ねて渦巻状に巻回し、横断面を扁平状にした巻回電極体と、非水電解質とが、外装体内に収容されてなる非水電解質二次電池であって、前記正極は、金属製の集電体と、前記集電体の両面に正極合剤層とを有しており、前記正極の集電体は、引張強度が3.6N/mm以下であり、前記正極と前記セパレータとの間および前記負極と前記セパレータとの間の一方又は両方に、接着性樹脂を含有する接着層を備えることを特徴とするものである。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, which has achieved the above object, has a wound electrode body in which a positive electrode, a negative electrode and a separator are stacked and wound in a spiral shape to have a flat cross section, and a non-aqueous electrolyte. A non-aqueous electrolyte secondary battery housed inside the exterior body, the positive electrode has a metal current collector and positive electrode mixture layers on both sides of the current collector, and the positive electrode is provided. The current collector has a tensile strength of 3.6 N / mm or less, and an adhesive layer containing an adhesive resin is provided between the positive electrode and the separator and between the negative electrode and the separator, or both. It is characterized by being prepared.
本発明によれば、扁平状の巻回電極体を有し、充放電サイクル後の膨れを抑制し、生産性が良好な非水電解質二次電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having a flat wound electrode body, suppressing swelling after a charge / discharge cycle, and having good productivity.
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極およびセパレータを重ねて渦巻状に巻回し、横断面を扁平状にした巻回電極体(以下、「扁平状巻回電極体」という)と、非水電解質とが、外装体内に収容されている。そして、本発明の非水電解質二次電池に係る正極は、金属製の集電体と、前記集電体の両面に形成された、正極合剤層とを有している。そして、正極の集電体は、引張強度が3.6N/mm以下である。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a wound electrode body (hereinafter referred to as “flat wound electrode body”) in which a positive electrode, a negative electrode and a separator are stacked and wound in a spiral shape to have a flat cross section. , Non-aqueous electrolyte is contained in the exterior body. The positive electrode according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a metal current collector and a positive electrode mixture layer formed on both sides of the current collector. The positive electrode current collector has a tensile strength of 3.6 N / mm or less.
非水電解質二次電池の充放電を繰り返すと、扁平状巻回電極体の厚みを維持することが難しい。例えば、充放電を繰り返すうちに、何らかの原因で電極表面でガスが発生すると、電極と電極の隙間にガスが溜まるなどして当初の巻姿から扁平状巻回電極体そのものが膨れた状態になる。また、正極集電体の引張強度が大きいと集電体が元に戻ろうとする力が強いため、扁平状巻回電極体の屈曲部が開いて、膨らむ方向に力が働くため、更に膨れが助長させる。 When the non-aqueous electrolyte secondary battery is repeatedly charged and discharged, it is difficult to maintain the thickness of the flat wound electrode body. For example, if gas is generated on the surface of the electrode during repeated charging and discharging, the gas accumulates in the gap between the electrodes and the flat wound electrode body itself becomes swollen from the initial winding shape. .. In addition, when the tensile strength of the positive electrode current collector is high, the current collector has a strong force to return to its original state, so that the bent portion of the flat wound electrode body opens and the force acts in the direction of swelling, resulting in further swelling. To encourage.
近年非水電解質二次電池が搭載される機器が小型化しているため、機器内に電池を収納するスペースが限られている。このように電池内の電極体の占有体積が増加すると、変形しやすい外装体を用いた場合に機器に対しても悪影響を与えることがある。 In recent years, devices equipped with non-aqueous electrolyte secondary batteries have become smaller, so the space for storing batteries in the devices is limited. When the occupied volume of the electrode body in the battery increases in this way, the device may be adversely affected when the easily deformable exterior body is used.
しかし、本発明の非水電解質二次電池に係る正極は、引張強度が3.6N/mm以下の比較的強度の小さい集電体を備えており、これにより、正極集電体の元に戻ろうとする力を抑制することができ、扁平状巻回電極体の膨れを抑えることが出来る。 However, the positive electrode according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is provided with a relatively low-strength current collector having a tensile strength of 3.6 N / mm or less, whereby the positive electrode is restored to the original state of the positive electrode current collector. The force to try can be suppressed, and the swelling of the flat wound electrode body can be suppressed.
一方、正極集電体の引張強度を下げると、充放電に伴う電極体の膨張収縮によって扁平状巻回電極体が歪み、正極が破断しやすくなる。接着層を有するセパレータを使用すると、この扁平状巻回電極体の歪みが抑制されるため、正極の破断も抑制することが出来る。 On the other hand, when the tensile strength of the positive electrode current collector is lowered, the flat wound electrode body is distorted due to the expansion and contraction of the electrode body due to charging and discharging, and the positive electrode is easily broken. When a separator having an adhesive layer is used, the distortion of the flat wound electrode body is suppressed, so that the breakage of the positive electrode can also be suppressed.
また、詳しくは後述するが扁平状巻回電極体が正極とセパレータとの間、および前記負極と前記セパレータとの間の一方又は両方に、接着性樹脂を含有する接着層を備えることで扁平状巻回電極体の厚みを維持することが出来、その上、引張強度の小さな正極集電体を用いることで集電体が元に戻ろうとする力が抑制されるので扁平状巻回電極体の厚みを維持することができ、これら二つの構成を同時に満足することで相乗的に扁平状巻回電極体の膨れ防止効果が得られる。これにより、外装体にラミネートフィルムや缶の肉厚が薄い外装缶を用いた場合であっても、電池を搭載する機器への悪影響を防止出来、かかる観点からも生産性を高めることができる。 Further, as will be described in detail later, the flat wound electrode body is flattened by providing an adhesive layer containing an adhesive resin between the positive electrode and the separator and one or both between the negative electrode and the separator. The thickness of the wound electrode body can be maintained, and in addition, by using a positive electrode current collector having a small tensile strength, the force of the current collector to return to its original state is suppressed, so that the flat wound electrode body can be used. The thickness can be maintained, and by satisfying these two configurations at the same time, the effect of preventing swelling of the flat wound electrode body can be obtained synergistically. As a result, even when a laminated film or an outer can having a thin can is used for the outer body, it is possible to prevent adverse effects on the device on which the battery is mounted, and it is possible to increase productivity from this viewpoint as well.
本発明の非水電解質二次電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダ等を含有する正極合剤層を、集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。 As the positive electrode according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, for example, a positive electrode having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, a binder, etc. on one or both sides of a current collector is used. can.
上記正極の正極活物質には、従来から知られている非水電解質二次電池用の正極活物質として使用されているもの、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出できる活物質が使用される。このような正極活物質の具体例としては、例えば、Li1+xMO2(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMn2O4やその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、LiMPO4(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物などが挙げられる。前記層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoO2などの他、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2、LiMn5/12Ni5/12Co1/6O2など)などを例示することができる。特に、非水電解質二次電池を、その使用に先立って、通常よりも高い終止電圧で充電するような場合には、高電圧に充電された状態での正極活物質の安定性を高めるために、前記例示の各種活物質が、更に安定化元素を含んでいることが好ましい。このような安定化元素としては、例えば、Mg、Al、Ti、Zr、Mo、Snなどが挙げられる。 As the positive electrode active material of the positive electrode, a conventionally known positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, an active material capable of storing and releasing lithium ions is used. As a specific example of such a positive electrode active material, for example, a layered structure represented by Li 1 + x MO 2 (-0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.) lithium-containing transition metal oxide, lithium manganese oxide substituted spinel structure part of LiMn 2 O 4 and the element with another element, LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe , etc.) represented by the olivine Examples include type compounds. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure include LiCoO 2 and other oxides containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 and LiMn 5). / 12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 etc.) can be exemplified. In particular, when a non-aqueous electrolyte secondary battery is charged with a higher final voltage than usual prior to its use, in order to improve the stability of the positive electrode active material in a state of being charged to a high voltage. It is preferable that the various active materials exemplified above further contain a stabilizing element. Examples of such stabilizing elements include Mg, Al, Ti, Zr, Mo, Sn and the like.
正極合剤層における正極活物質の含有量は、94〜98質量%であることが好ましい。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode mixture layer is preferably 94 to 98% by mass.
正極の導電助剤には、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などのグラファイト類;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ−ボンブラック類;炭素繊維;などの炭素材料を用いることが好ましく、また、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;アルミニウムなどの金属粉末類;酸化亜鉛;チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などを用いることもできる。 Examples of the conductive auxiliary agent for the positive electrode include graphites such as natural graphite (scaly graphite, etc.) and artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black. It is preferable to use a carbon material such as carbon fiber; and conductive fiber such as metal fiber; carbon fluoride; metal powder such as aluminum; zinc oxide; conductive whiskers such as potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; and the like can also be used.
正極合剤層における導電助剤の含有量は、1〜5質量%であることが好ましい。 The content of the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture layer is preferably 1 to 5% by mass.
正極の結着剤としては、例えば、アクリロニトリル、アクリル酸エステル(アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2エチルヘキシルなど)およびメタクリル酸エステル(メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチルなど)よりなる群から選択される少なくとも1種のモノマーを含む2種以上のモノマーにより形成されるコポリマー;水素化ニトリルゴム;PVDF;フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレンコポリマー(VDF−TFE);フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンコポリマー(VDF−HFP−TFE);フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー(VDF−CTFE);などが挙げられ、これらのうちの1種のみを使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of the binder for the positive electrode include acrylonitrile, acrylic acid ester (methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, diethylhexyl acrylate, etc.) and methacrylic acid ester (methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, etc.). Copolymers formed by two or more monomers containing at least one monomer selected from the group consisting of; PVDF; vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer (VDF-TFE); fluoride Vinylidene-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer (VDF-HFP-TFE); vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer (VDF-CTFE); etc. may be mentioned, and even if only one of these is used. Often, two or more types may be used in combination.
正極合剤層における結着剤の含有量は、正極合剤層における正極活物質や導電助剤を良好に結着できるようにして、これらの正極合剤層からの脱離を防止し、この正極が用いられる電池の信頼性をより良好に高める観点から、1質量%以上であることが好ましい。ただし、正極合剤層中の結着剤の量が多すぎると、正極活物質の量や導電助剤の量が少なくなって、高容量化の効果が小さくなる虞がある。よって、正極合剤層における結着剤の含有量は、1.6質量%以下であることが好ましい。 The content of the binder in the positive electrode mixture layer enables good binding of the positive electrode active material and the conductive auxiliary agent in the positive electrode mixture layer, and prevents desorption from these positive electrode mixture layers. From the viewpoint of better improving the reliability of the battery in which the positive electrode is used, it is preferably 1% by mass or more. However, if the amount of the binder in the positive electrode mixture layer is too large, the amount of the positive electrode active material and the amount of the conductive auxiliary agent may be small, and the effect of increasing the capacity may be reduced. Therefore, the content of the binder in the positive electrode mixture layer is preferably 1.6% by mass or less.
正極を作製するにあたっては、前記の正極活物質、導電助剤および結着剤などを含む正極合剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤を用いて均一に分散させたペースト状やスラリー状の組成物を調製し(結着剤は溶剤に溶解していてもよい)、この組成物を正極集電体表面に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理により正極合剤層の厚みや密度を調整する方法が採用できる。ただし、本発明の正極の作製方法は前記の方法に限られず、他の方法を採用しても構わない。
In producing the positive electrode, a paste in which the positive electrode mixture containing the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder and the like is uniformly dispersed using a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A composition in the form of a slurry or a slurry is prepared (the binder may be dissolved in a solvent), this composition is applied to the surface of the positive electrode current collector, dried, and if necessary, pressed to form a positive electrode. A method of adjusting the thickness and density of the agent layer can be adopted. However, the method for producing the positive electrode of the present invention is not limited to the above method, and other methods may be adopted.
本発明では、正極合剤層上に接着性樹脂を含有する接着層を設けてもよい。接着性樹脂は、後述する接着性樹脂(C)が採用できる。接着層は、正極合剤層をプレス処理した後に、接着性樹脂(C)を含むスラリーを塗布し、乾燥することで得ることが出来る。 In the present invention, an adhesive layer containing an adhesive resin may be provided on the positive electrode mixture layer. As the adhesive resin, the adhesive resin (C) described later can be adopted. The adhesive layer can be obtained by pressing the positive electrode mixture layer, applying a slurry containing the adhesive resin (C), and drying the layer.
本発明の正極集電体の引張強度は、3.6N/mm以下である。このように比較的引張強度の低いものを用いることで、扁平状巻回電極体が元に戻ろうとする力が小さくなり、屈曲部が開くのを抑制することが出来る。好ましくは3.2N/mm以下、更に好ましくは2.5N/mm以下である。 The tensile strength of the positive electrode current collector of the present invention is 3.6 N / mm or less. By using a material having a relatively low tensile strength as described above, the force for the flat wound electrode body to return to its original state is reduced, and it is possible to suppress the opening of the bent portion. It is preferably 3.2 N / mm or less, more preferably 2.5 N / mm or less.
一方、1.2N/mm以上、1.8N/mmが好ましい。この範囲であると、正極集電体を破断させることなく製造できる。 On the other hand, 1.2 N / mm or more and 1.8 N / mm are preferable. Within this range, it can be manufactured without breaking the positive electrode current collector.
本明細書でいう集電体の引張強度は、前処理として集電体を15mm×250mmの矩形に切り出して試験片とし、この試験片をチャック間距離100mmとして引張試験機(今田製作所社製「SDT−52型」)を用いて、クロスヘッド速度10mm/分で試験を行って得られた値である。 As for the tensile strength of the current collector as used in the present specification, as a pretreatment, the current collector is cut into a rectangle of 15 mm × 250 mm to form a test piece, and this test piece is set to a chuck distance of 100 mm and is a tensile tester (manufactured by Imada Seisakusho Co., Ltd.). It is a value obtained by conducting a test at a crosshead speed of 10 mm / min using "SDT-52 type").
前記のような引張強度を有する集電体としては、例えば、以下のものが挙げられる。 Examples of the current collector having the tensile strength as described above include the following.
正極集電体の材質としては、主成分をアルミニウムとしたアルミニウム合金が望ましい。アルミニウム合金はアルミニウムの純度が99.0質量%以上あり、その他の添加成分として、例えばSi≦0.6質量%、Fe≦0.7質量%、Cu≦0.25質量%、Mn≦1.5質量%、Mg≦1.3質量%、Zn≦0.25質量%を含有することが望ましい。このような材質で構成された箔、フィルムを集電体として使用することができる。 As the material of the positive electrode current collector, an aluminum alloy containing aluminum as the main component is desirable. The aluminum alloy has an aluminum purity of 99.0% by mass or more, and other additive components include, for example, Si ≤ 0.6% by mass, Fe ≤ 0.7% by mass, Cu ≤ 0.25% by mass, and Mn ≤ 1. It is desirable to contain 5% by mass, Mg ≦ 1.3% by mass, and Zn ≦ 0.25% by mass. A foil or film made of such a material can be used as a current collector.
正極集電体の厚みは、引張強度が上記の範囲のものであれば特に限定はされないが、15μm以下が好ましく、更に好ましくは12μm以下である。このように薄い集電体を採用することで、電池の体積エネルギー密度を高くすることが出来るので好ましい。 The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as the tensile strength is in the above range, but is preferably 15 μm or less, and more preferably 12 μm or less. By adopting such a thin current collector, the volumetric energy density of the battery can be increased, which is preferable.
なお、4μm以上であることが好ましい。この範囲であると、正極集電体を破断させることなく製造できる。 It is preferably 4 μm or more. Within this range, it can be manufactured without breaking the positive electrode current collector.
本発明の非水電解質二次電池に係る負極としては、例えば、負極活物質を含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に形成したものが挙げられる。 Examples of the negative electrode according to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention include those in which a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material is formed on one side or both sides of a current collector.
負極活物質としては、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛)、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛材料;ピッチをか焼して得られるコークスなどの易黒鉛化性炭素質材料;フルフリルアルコール樹脂(PFA)やポリパラフェニレン(PPP)およびフェノール樹脂を低温焼成して得られる非晶質炭素などの難黒鉛化性炭素質材料;黒鉛材料の表面に、非晶質炭素や樹脂を担持するなどした表面処理炭素材料;などの炭素材料が挙げられる。また、炭素材料の他に、リチウムやリチウム含有化合物も負極活物質として用いることができる。リチウム含有化合物としては、Li−Alなどのリチウム合金や、Si、Snなどのリチウムとの合金化が可能な元素を含む合金が挙げられる。更にSn酸化物やSi酸化物などの酸化物系材料も用いることができる。負極合剤層における負極活物質の含有量は、例えば、97〜99質量%であることが好ましい。 Examples of the negative electrode active material include graphite materials such as natural graphite (scaly graphite), artificial graphite, and expanded graphite; easily graphitizable carbonaceous materials such as coke obtained by burning pitch; furfuryl alcohol resin (flufuryl alcohol resin). Non-graphitizable carbonaceous materials such as PFA), polyparaphenylene (PPP), and amorphous carbon obtained by low-temperature firing; an amorphous carbon or resin is supported on the surface of the graphite material. Surface-treated carbon materials; carbon materials such as. In addition to the carbon material, lithium or a lithium-containing compound can also be used as the negative electrode active material. Examples of the lithium-containing compound include lithium alloys such as Li—Al and alloys containing elements that can be alloyed with lithium such as Si and Sn. Further, oxide-based materials such as Sn oxide and Si oxide can also be used. The content of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer is preferably, for example, 97 to 99% by mass.
負極活物質として表面処理炭素材料を用いると、非水電解質との過剰な反応を防ぐことができることから好ましい。 It is preferable to use a surface-treated carbon material as the negative electrode active material because it can prevent an excessive reaction with the non-aqueous electrolyte.
負極活物質は、特に黒鉛材料の表面に非晶質炭素を担持した、平均粒子径が8〜18μmと比較的粒子の小さい炭素材料を用いると非水電解質の負極合剤層中への浸透性が向上するので好ましい。その理由は定かではないが、比較的小さな粒子の炭素材料であると、負極にプレス処理をした際、負極合剤層中に形成される空孔の大きさが均一化されるので、非水電解質が浸透しやすくなると考えられる。また、この種の黒鉛は、リチウムイオンの受容性(全充電容量に対する定電流充電容量の割合)が高く、この黒鉛を負極活物質として用いることで、より充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供することができる。 As the negative electrode active material, particularly when a carbon material having an average particle diameter of 8 to 18 μm and relatively small particles, in which amorphous carbon is supported on the surface of the graphite material, is used, the permeability of the non-aqueous electrolyte into the negative electrode mixture layer is used. Is preferable because it improves. The reason is not clear, but if the carbon material has relatively small particles, the size of the pores formed in the negative electrode mixture layer will be uniform when the negative electrode is pressed, so it is non-water. It is considered that the electrolyte easily penetrates. In addition, this type of graphite has high lithium ion acceptability (ratio of constant current charge capacity to total charge capacity), and by using this graphite as the negative electrode active material, it is a non-aqueous electrolyte with better charge / discharge cycle characteristics. A secondary battery can be provided.
なお、本明細書でいう前記炭素材料の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、日機装株式会社製マイクロトラック粒度分布測定装置「HRA9320」)を用い、前記炭素材料を溶解したり、膨潤したりしない媒体に、前記炭素材料を分散させて測定した粒度分布の小さい粒子から積分体積を求める場合の体積基準の積算分率における50%径の値(d50)メディアン径である。 The average particle size of the carbon material referred to in the present specification may be determined by, for example, using a laser scattering particle size distribution meter (for example, a microtrack particle size distribution measuring device “HRA9320” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) to melt the carbon material. It is a value (d 50 ) median diameter of 50% diameter in a volume-based integrated fraction when the integrated volume is obtained from particles having a small particle size distribution measured by dispersing the carbon material in a medium that does not swell.
導電助剤は、電子伝導性材料であれば特に限定されないし、使用しなくても構わない。導電助剤の具体例としては、アセチレンブラック;ケッチェンブラック;チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類;炭素繊維;などの炭素材料の他、金属繊維などの導電性繊維類;フッ化カーボン;銅、ニッケルなどの金属粉末類;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用しても構わない。これらの中でも、アセチレンブラック、ケッチェンブラックや炭素繊維が特に好ましい。ただし、負極に導電助剤を使用する場合には、高容量化のために、負極合剤層における導電助剤の含有量は、10質量%以下であることが好ましい。 The conductive auxiliary agent is not particularly limited as long as it is an electronically conductive material, and may not be used. Specific examples of conductive auxiliary agents include acetylene black; Ketjen black; carbon blacks such as channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; carbon fibers; and conductive fibers such as metal fibers. Kind; carbon fluoride; metal powders such as copper and nickel; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; etc., and these may be used alone or in combination of two or more. .. Among these, acetylene black, ketjen black and carbon fiber are particularly preferable. However, when a conductive auxiliary agent is used for the negative electrode, the content of the conductive auxiliary agent in the negative electrode mixture layer is preferably 10% by mass or less in order to increase the capacity.
負極合剤層に係る結着剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。具体的には、例えば、本発明の正極に係る結着剤と同じ材料や、スチレンブタジエンゴム(SBR)、エチレン−アクリル酸共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体などが使用でき、それらの材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用しても構わない。 The binder for the negative electrode mixture layer may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Specifically, for example, the same material as the binder according to the positive electrode of the present invention, styrene butadiene rubber (SBR), ethylene-acrylic acid copolymer or Na + ion cross-linked polymer of the copolymer, ethylene-methacryl. Of an acid copolymer or a Na + ion crosslinked product of the copolymer, an ethylene-methyl acrylate copolymer or a Na + ion crosslinked product of the copolymer, an ethylene-methyl methacrylate copolymer or the copolymer. Na + ion-crosslinked products and the like can be used, and those materials may be used alone or in combination of two or more.
前記の中でも、PVDF、SBR、エチレン−アクリル酸共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体または該共重合体のNa+イオン架橋体が特に好ましい。負極合剤層における結着剤の含有量は、例えば、1〜5質量%であることが好ましい。 Among the above, PVDF, SBR, ethylene-acrylic acid copolymer or Na + ion cross-linking product of the copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer or Na + ion cross-linking product of the copolymer, ethylene-acrylic acid. Methyl copolymers or Na + ion cross-links of the copolymers, ethylene-methyl methacrylate copolymers or Na + ion cross-links of the copolymers are particularly preferred. The content of the binder in the negative electrode mixture layer is preferably, for example, 1 to 5% by mass.
負極を作製するにあたっては、前記の負極活物質、導電助剤および結着剤などを含む正極合剤を、水やN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤を用いて均一に分散させたペースト状やスラリー状の組成物を調製し(結着剤は溶剤に溶解していてもよい)、この組成物を負極集電体表面に塗布して乾燥し、必要に応じてプレス処理により負極合剤層の厚みや密度を調整する方法が採用できる。ただし、本発明の負極の作製方法は前記の方法に限られず、他の方法を採用しても構わない。 In producing the negative electrode, the positive electrode mixture containing the negative electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder and the like is uniformly dispersed using water or a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A paste-like or slurry-like composition is prepared (the binder may be dissolved in a solvent), this composition is applied to the surface of the negative electrode current collector, dried, and pressed if necessary. A method of adjusting the thickness and density of the negative electrode mixture layer can be adopted. However, the method for producing the negative electrode of the present invention is not limited to the above method, and other methods may be adopted.
本発明では、負極合剤層上に接着性樹脂を含有する接着層を設けてもよい。接着性樹脂は、後述する接着性樹脂(C)が採用できる。接着層は、負極合剤層をプレス処理した後に、接着性樹脂(C)を含むスラリーを塗布し、乾燥することで得ることが出来る。 In the present invention, an adhesive layer containing an adhesive resin may be provided on the negative electrode mixture layer. As the adhesive resin, the adhesive resin (C) described later can be adopted. The adhesive layer can be obtained by pressing the negative electrode mixture layer, applying a slurry containing the adhesive resin (C), and drying the adhesive layer.
負極合剤層の厚み(集電体の両面に負極合剤層が形成されている場合には、その片面あたりの厚み)は、30〜80μmであることが好ましい。 The thickness of the negative electrode mixture layer (when the negative electrode mixture layer is formed on both sides of the current collector, the thickness per one side thereof) is preferably 30 to 80 μm.
負極に用いる集電体としては、非水電解質二次電池内において、実質上、化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。かかる集電体を構成する材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケルやその合金、銅やその合金、チタンやその合金、炭素、導電性樹脂などの他に、銅またはステンレス鋼の表面にカーボンまたはチタンを処理させたものなどが用いられる。これらの中でも、銅および銅合金が特に好ましい。これらの材料は表面を酸化して用いることもできる。また、表面処理により集電体表面に凹凸を付けることが好ましい。集電体の形状としては、フォイルの他、フィルム、シート、ネット、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の成形体などが挙げられる。集電体の厚みは特に限定されないが、例えば、5〜50μmであることが好ましい。 The current collector used for the negative electrode is not particularly limited as long as it is a substantially chemically stable electron conductor in a non-aqueous electrolyte secondary battery. Examples of the material constituting such a current collector include stainless steel, nickel and its alloy, copper and its alloy, titanium and its alloy, carbon, conductive resin, and the like, as well as carbon or carbon on the surface of copper or stainless steel. Those treated with titanium are used. Of these, copper and copper alloys are particularly preferred. These materials can also be used by oxidizing the surface. Further, it is preferable to make the surface of the current collector uneven by surface treatment. Examples of the shape of the current collector include a film, a sheet, a net, a punched body, a lath body, a porous body, a foam body, a molded body of a fiber group, and the like, in addition to the foil. The thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably 5 to 50 μm, for example.
非水電解質としては、例えば、下記の非水系溶媒中に、リチウム塩を溶解させることで調製した溶液(非水電解液)が使用できる。 As the non-aqueous electrolyte, for example, a solution (non-aqueous electrolyte solution) prepared by dissolving a lithium salt in the following non-aqueous solvent can be used.
溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン(γ-BL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を1種単独で、または2種以上を混合した混合溶媒として用いることができる。 Examples of the solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), and γ-butyrolactone (γ-BL). ), 1,2-Dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide (DMF), dioxolane, acetonitrile, nitromethane, Aprotonic organics such as methyl formic acid, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolanes, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, diethyl ether, 1,3-propanesaltone. The solvent can be used alone or as a mixed solvent in which two or more kinds are mixed.
非水電解液に係るリチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li2C2F4(SO3)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiCnF2n+1SO3(n≧2)、LiN(RfOSO2)2〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などのリチウム塩から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらのリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.6〜1.8mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.6mol/lとすることがより好ましい。 The lithium salt according to the non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, Select from lithium salts such as LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group]. At least one of these is mentioned. The concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolytic solution is preferably 0.6 to 1.8 mol / l, more preferably 0.9 to 1.6 mol / l.
非水電解質二次電池に使用する非水電解質には、充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。 Non-aqueous electrolytes Non-aqueous electrolytes used in secondary batteries include vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and anhydrous for the purpose of further improving charge / discharge cycle characteristics and improving safety such as high-temperature storage and prevention of overcharging. Additives (including derivatives thereof) such as acid, sulfonic acid ester, dinitrile, 1,3-propanesarton, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, and t-butylbenzene can also be added as appropriate.
更に、非水電解質二次電池の非水電解質には、前記の非水電解液に、ポリマーなどの公知のゲル化剤を添加してゲル化したもの(ゲル状電解質)を用いることもできる。 Further, as the non-aqueous electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery, a gelled product (gel-like electrolyte) obtained by adding a known gelling agent such as a polymer to the above-mentioned non-aqueous electrolyte solution can also be used.
〔巻回電極体〕
本発明の巻回電極体は、正極とセパレータとの間および負極とセパレータとの間の一方又は両方に、接着性樹脂を含有する接着層を備えることを特徴としている。この接着層により、電極とセパレータとを密着させることが出来るため、充放電に伴う扁平状巻回電極体の歪みが抑制される。電極体の歪みが抑制されることで、引張強度の低い正極集電体を使用した場合でも、正極の破断を防ぐことが出来る。
[Rotating electrode body]
The wound electrode body of the present invention is characterized in that an adhesive layer containing an adhesive resin is provided between the positive electrode and the separator and one or both between the negative electrode and the separator. Since the electrode and the separator can be brought into close contact with each other by this adhesive layer, the distortion of the flat wound electrode body due to charging and discharging is suppressed. By suppressing the distortion of the electrode body, it is possible to prevent the positive electrode from breaking even when a positive electrode current collector having a low tensile strength is used.
また、正極と負極とが一定の距離を維持することができ、充放電時に発生したガスが電極間の距離を広げることを防ぎ、扁平状巻回電極体及び電池の厚み増加を防ぐ。更に正極と負極の間隔が一定のため、局所的にLi析出がおこるのを抑制することが出来る。そして、Li析出に伴う、Liと電解液との激しい反応により、ガス発生をも抑制することが出来るので、扁平状巻回電極体及び電池の厚み増加を防ぐ。 Further, the positive electrode and the negative electrode can be maintained at a constant distance, the gas generated during charging / discharging is prevented from increasing the distance between the electrodes, and the thickness of the flat wound electrode body and the battery is prevented from increasing. Further, since the distance between the positive electrode and the negative electrode is constant, it is possible to suppress local Li precipitation. Further, since gas generation can be suppressed by the violent reaction between Li and the electrolytic solution accompanying Li precipitation, it is possible to prevent the thickness of the flat wound electrode body and the battery from increasing.
更に、正極と負極の間隔を一定に維持することで充放電を繰り返しても反応ムラなく均一に充放電反応が起き、サイクル特性が向上する。 Further, by keeping the distance between the positive electrode and the negative electrode constant, even if charging and discharging are repeated, the charging and discharging reaction occurs uniformly without uneven reaction, and the cycle characteristics are improved.
〔接着層〕
本発明は、かかる観点から、正極とセパレータとの間および負極とセパレータとの間の少なくとも一方に、接着性樹脂を含有する接着層があれば本発明の効果を得ることが出来るが、これらの両方に接着性樹脂を含有する接着層があれば本発明の効果がより発揮されるので好ましい。
本発明の態様としては、セパレータの片面に接着層を有する、セパレータの両面に接着層を有する、負極の両面に接着層を有する、セパレータの負極側に接着層を有し且つ正極の両面に接着層を有する、等が採用できる。中でも、特に、セパレータの両面に接着性樹脂を含有する接着層を備えると、生産しやすく好ましい。
[Adhesive layer]
From this point of view, the present invention can obtain the effects of the present invention if there is an adhesive layer containing an adhesive resin at least between the positive electrode and the separator and between the negative electrode and the separator. It is preferable that both of them have an adhesive layer containing an adhesive resin because the effect of the present invention is more exhibited.
As aspects of the present invention, there is an adhesive layer on one side of the separator, an adhesive layer on both sides of the separator, an adhesive layer on both sides of the negative electrode, an adhesive layer on the negative electrode side of the separator, and adhesion on both sides of the positive electrode. Having a layer, etc. can be adopted. Above all, it is particularly preferable to provide an adhesive layer containing an adhesive resin on both sides of the separator because it is easy to produce.
接着層は、加熱することで接着性が発現する接着性樹脂(C)が存在していると好ましい。 It is preferable that the adhesive layer contains an adhesive resin (C) that develops adhesiveness when heated.
接着性樹脂(C)の接着性が発現する最低温度は、本発明のセパレータにおける接着層以外の層で、シャットダウンが発現する温度よりも低い温度である必要があるが、具体的には、60℃以上120℃以下であることが好ましい。また、本発明のセパレータにおける接着層以外の層が、後述する樹脂多孔質層(I)と耐熱多孔質層(II)を含む場合、接着性樹脂(C)の接着性が発現する最低温度は、樹脂多孔質層(I)の主成分である樹脂(A)(詳しくは後述する)の融点よりも低い温度である必要がある。 The minimum temperature at which the adhesiveness of the adhesive resin (C) is exhibited needs to be a temperature lower than the temperature at which shutdown occurs in a layer other than the adhesive layer in the separator of the present invention. Specifically, 60. It is preferably ° C. or higher and 120 ° C. or lower. Further, when the layer other than the adhesive layer in the separator of the present invention includes the resin porous layer (I) and the heat-resistant porous layer (II) described later, the minimum temperature at which the adhesiveness of the adhesive resin (C) is exhibited is , The temperature needs to be lower than the melting point of the resin (A) (details will be described later) which is the main component of the resin porous layer (I).
このような接着性樹脂(C)を使用することで、セパレータと正極および/または負極とを加熱プレスして一体化する際に、セパレータの劣化を良好に抑制することができる。 By using such an adhesive resin (C), deterioration of the separator can be satisfactorily suppressed when the separator and the positive electrode and / or the negative electrode are heat-pressed and integrated.
室温(例えば25℃)では接着性(粘着性)が殆どなく、加熱圧着することで接着性が発現する性能をディレードタック性と呼ぶが、本発明のセパレータは、接着性樹脂(C)の存在によって、こうしたディレードタック性を有していることが好ましい。より具体的には、例えば、電気化学素子を構成する電極(例えば負極)とセパレータとの間の180°での剥離試験を実施した際に得られる剥離強度が、加熱プレス前の状態では、好ましくは0.05N/20mm以下、特に好ましくは0N/20mm(全く接着力のない状態)であり、60〜120℃の温度で加熱プレスした後の状態では0.2N/20mm以上となるディレードタック性を有していることが好ましい。 There is almost no adhesiveness (adhesiveness) at room temperature (for example, 25 ° C.), and the ability to develop adhesiveness by heat-bonding is called delayed tackiness. In the separator of the present invention, the adhesive resin (C) is present. Therefore, it is preferable to have such a delayed tack property. More specifically, for example, the peel strength obtained when a peeling test is performed at 180 ° between an electrode (for example, a negative electrode) constituting an electrochemical element and a separator is preferable in a state before a heating press. Is 0.05 N / 20 mm or less, particularly preferably 0 N / 20 mm (state in which there is no adhesive force), and the delayed tack property is 0.2 N / 20 mm or more in the state after heat pressing at a temperature of 60 to 120 ° C. It is preferable to have.
ただし、前記剥離強度が強すぎると、電極の合剤層(正極合剤層および負極合剤層)が電極の集電体から剥離して、導電性が低下する虞がある事から、前記180°での剥離試験による剥離強度は、60〜120℃の温度で加熱プレスした後の状態で10N/20mm以下であることが好ましい。 However, if the peel strength is too strong, the mixture layer of the electrode (positive electrode mixture layer and negative electrode mixture layer) may be peeled from the current collector of the electrode, and the conductivity may decrease. Therefore, the 180. The peel strength by the peel test at ° is preferably 10 N / 20 mm or less in the state after being heat-pressed at a temperature of 60 to 120 ° C.
なお、本明細書でいう電極とセパレータとの間の180°での剥離強度は、以下の方法により測定される値である。セパレータおよび電極を、それぞれ長さ5cm×幅2cmのサイズに切り出し、切り出したセパレータと電極と重ねる。加熱プレスした後の状態の剥離強度を求める場合には、片端から2cm×2cmの領域を加熱プレスして試験片を作製する。この試験片のセパレータと電極とを加熱プレスしていない側の端部を開き、セパレータと負極とを、これらの角度が180°になるように折り曲げる。その後、引張試験機を用い、試験片の180°に開いたセパレータの片端側と電極の片端側とを把持して、引張速度10mm/minで引っ張り、セパレータと電極とを加熱プレスした領域で両者が剥離したときの強度を測定する。また、セパレータと電極との加熱プレス前の状態での剥離強度は、前記のように切り出した各セパレータと電極とを重ね、加熱をせずにプレスする以外は前記と同様に試験片を作製し、前記と同じ方法で剥離試験を行う。 The peel strength at 180 ° between the electrode and the separator referred to in the present specification is a value measured by the following method. The separator and the electrode are cut into a size of 5 cm in length and 2 cm in width, respectively, and the cut-out separator and the electrode are overlapped with each other. When the peel strength in the state after heat pressing is obtained, a test piece is prepared by heat pressing a region of 2 cm × 2 cm from one end. The end of the test piece on the side where the separator and the electrode are not heat-pressed is opened, and the separator and the negative electrode are bent so that their angles are 180 °. Then, using a tensile tester, grasp one end side of the separator opened at 180 ° of the test piece and one end side of the electrode, pull at a tensile speed of 10 mm / min, and heat-press both the separator and the electrode in the region. Measure the strength when peeled off. In addition, the peel strength of the separator and the electrode before heat pressing is the same as above, except that each separator cut out as described above and the electrode are overlapped and pressed without heating. , Perform the peeling test by the same method as described above.
よって、接着性樹脂(C)は、室温(例えば25℃)では接着性(粘着性)が殆どなく、かつ接着性の発現する最低温度が樹脂(A)の融点未満、好ましくは60℃以上120℃以下といったディレードタック性を有するものが望ましい。なお、セパレータと電極とを一体化する際の加熱プレスの温度は、セパレータを構成する樹脂多孔質層(I)の熱収縮があまり顕著に生じない80℃以上100℃以下であることがより好ましく、接着性樹脂(C)の接着性が発現する最低温度も、80℃以上100℃以下であることがより好ましい。 Therefore, the adhesive resin (C) has almost no adhesiveness (adhesiveness) at room temperature (for example, 25 ° C.), and the minimum temperature at which the adhesiveness develops is lower than the melting point of the resin (A), preferably 60 ° C. or higher 120. Those having a delayed tack property such as ° C or lower are desirable. The temperature of the heating press when integrating the separator and the electrode is more preferably 80 ° C. or higher and 100 ° C. or lower at which the heat shrinkage of the resin porous layer (I) constituting the separator does not occur so significantly. The minimum temperature at which the adhesiveness of the adhesive resin (C) is exhibited is more preferably 80 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.
ディレードタック性を有する接着性樹脂(C)としては、室温では流動性が殆どなく、加熱時に流動性を発揮し、プレスによって密着する特性を有する樹脂が好ましい。また、室温で固体であり、加熱することによって溶融し、化学反応によって接着性が発揮されるタイプの樹脂を接着性樹脂(C)として用いることもできる。 As the adhesive resin (C) having a delayed tack property, a resin having almost no fluidity at room temperature, exhibiting fluidity at the time of heating, and having a property of being adhered by pressing is preferable. Further, a resin of a type that is solid at room temperature, melts by heating, and exhibits adhesiveness by a chemical reaction can also be used as the adhesive resin (C).
接着性樹脂(C)は、融点、ガラス転移点などを指標とする軟化点が60℃以上120℃以下の範囲内にあるものが好ましい。接着性樹脂(C)の融点およびガラス転移点は、例えば、JIS K 7121に規定の方法によって、また、接着性樹脂(C)の軟化点は、例えば、JIS K 7206に規定の方法によって、それぞれ測定することができる。 The adhesive resin (C) preferably has a softening point in the range of 60 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, with the melting point, glass transition point, or the like as an index. The melting point and glass transition point of the adhesive resin (C) are determined by, for example, JIS K 7121, and the softening point of the adhesive resin (C) is determined by, for example, the method specified in JIS K 7206. Can be measured.
このような接着性樹脂(C)の具体例としては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリ−α−オレフィン[ポリプロピレン(PP)、ポリブテン−1など]、ポリアクリル酸エステル、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−メチルアクリレート共重合体(EMA)、エチレン−エチルアクリレート共重合体(EEA)、エチレン−ブチルアクリレート共重合体(EBA)、エチレン−メチルメタクリレート共重合体(EMMA)、アイオノマー樹脂などが挙げられる。 Specific examples of such an adhesive resin (C) include low-density polyethylene (LDPE), poly-α-olefin [polypropylene (PP), polybutene-1, etc.], polyacrylic acid ester, and ethylene-vinyl acetate. Polymers (EVA), ethylene-methyl acrylate copolymers (EMA), ethylene-ethyl acrylate copolymers (EEA), ethylene-butyl acrylate copolymers (EBA), ethylene-methyl methacrylate copolymers (EMMA) , Ionomer resin and the like.
また、前記の各樹脂や、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム、エチレン−プロピレンゴムなどの室温で粘着性を示す樹脂をコアとし、融点や軟化点が60℃以上120℃以下の範囲内にある樹脂をシェルとしたコアシェル構造の樹脂を接着性樹脂(C)として用いることもできる。この場合、シェルには、各種アクリル樹脂やポリウレタンなどを用いることができる。更に、接着性樹脂(C)には、一液型のポリウレタンやエポキシ樹脂などで、60℃以上120℃以下の範囲内に接着性を示すものも用いることができる。 Further, each of the above resins and a resin having adhesiveness at room temperature such as styrene butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NBR), fluororubber, and ethylene-propylene rubber are used as the core, and the melting point and softening point are 60 ° C. or higher and 120. A resin having a core-shell structure having a resin in the range of ° C. or lower as a shell can also be used as the adhesive resin (C). In this case, various acrylic resins, polyurethane, and the like can be used for the shell. Further, as the adhesive resin (C), one-component polyurethane, epoxy resin, or the like, which exhibits adhesiveness within the range of 60 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, can also be used.
接着性樹脂(C)には、前記例示の樹脂を1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 As the adhesive resin (C), the above-exemplified resin may be used alone or in combination of two or more.
前記のようなディレードタック性を有する接着性樹脂(C)の市販品としては、松村石油研究所製の「モレスコメルト エクセルピール(PE、商品名)」、中央理化工業社製の「アクアテックス(EVA、商品名)」、日本ユニカー社製のEVA、東洋インキ社製の「ヒートマジック(EVA、商品名)」、三井デュポンポリケミカル社製の「エバフレックス−EEAシリーズ(エチレン−アクリル酸共重合体、商品名)」、東亜合成社製の「アロンタックTT−1214(アクリル酸エステル、商品名)」、三井デュポンポリケミカル社製「ハイミラン(エチレン系アイオノマー樹脂、商品名)」などが挙げられる。 As commercial products of the adhesive resin (C) having delayed tackiness as described above, "Morescomelt Excel Peel (PE, trade name)" manufactured by Matsumura Petroleum Research Institute and "Aquatex (EVA) manufactured by Chuo Rika Kogyo Co., Ltd." , Product name) ”, EVA manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd.,“ Heat Magic (EVA, product name) ”manufactured by Toyo Ink Co., Ltd.,“ Evaflex-EEA series (ethylene-acrylic acid copolymer) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd. , Trade name) ”,“ Arontac TT-1214 (acrylic acid ester, trade name) ”manufactured by Toa Synthetic Co., Ltd.,“ Hymilan (ethylene-based ionomer resin, trade name) ”manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd., and the like.
なお、接着性樹脂(C)で構成される実質的に空孔を含有しない層を形成した場合には、セパレータと一体化した電極の表面に、電池の有する非水電解液が接触し難くなる虞があることから、接着性樹脂(C)の存在面においては、接着性樹脂(C)の存在する箇所と、存在しない箇所とが形成されていることが好ましい。具体的には、例えば、接着性樹脂(C)の存在箇所と、存在しない箇所とが、溝状に交互に形成されていてもよく、また、平面視で円形などの接着性樹脂(C)の存在箇所が、不連続に複数形成されていてもよい。これらの場合、接着性樹脂(C)の存在箇所は、規則的に配置されていてもランダムに配置されていてもよい。 When a layer made of the adhesive resin (C) and having substantially no pores is formed, it becomes difficult for the non-aqueous electrolytic solution of the battery to come into contact with the surface of the electrode integrated with the separator. Since there is a risk, it is preferable that a portion where the adhesive resin (C) is present and a portion where the adhesive resin (C) is not present are formed on the surface where the adhesive resin (C) is present. Specifically, for example, the presence and absence of the adhesive resin (C) may be alternately formed in a groove shape, and the adhesive resin (C) such as a circle in a plan view may be formed. There may be a plurality of discontinuously formed locations of the above. In these cases, the locations where the adhesive resin (C) is present may be arranged regularly or randomly.
なお、接着性樹脂(C)の存在面においては、接着性樹脂(C)の存在する箇所と、存在しない箇所とを形成する場合、接着性樹脂(C)の存在面における接着性樹脂(C)の存在する箇所の面積(総面積)は、例えば、セパレータと電極とを加熱圧着した後のこれらの180°での剥離強度が、前記の値となるようにすればよく、使用する接着性樹脂(C)の種類に応じて変動し得るが、具体的には、平面視で、接着性樹脂(C)の存在面の面積のうち、10〜60%に、接着性樹脂(C)が存在していることが好ましい。 In the surface where the adhesive resin (C) is present, when a portion where the adhesive resin (C) is present and a portion where the adhesive resin (C) is not present are formed, the adhesive resin (C) is formed on the surface where the adhesive resin (C) is present. The area (total area) of the portion where) is present may be set so that, for example, the peel strength at 180 ° after the separator and the electrode are heat-bonded to the above values, and the adhesiveness to be used is used. Although it may vary depending on the type of the resin (C), specifically, in a plan view, the adhesive resin (C) accounts for 10 to 60% of the area of the existing surface of the adhesive resin (C). It is preferable that it exists.
また、接着性樹脂(C)の存在面において、接着性樹脂(C)の目付けは、電極との接着を良好にして、例えば、セパレータと電極とを加圧接着した後のこれらの180°での剥離強度を前記の値に調整するには、0.05g/m2以上とすることが好ましく、0.1g/m2以上とすることがより好ましい。ただし、接着性樹脂(C)の存在面において、接着性樹脂(C)の目付けが大きすぎると、扁平状巻回電極体の厚みが大きくなりすぎたり、接着性樹脂(C)がセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学素子内部でのイオンの移動が阻害されたりする虞がある。よって、接着性樹脂(C)の存在面において、接着性樹脂(C)の目付けは、1g/m2以下であることが好ましく、0.5g/m2以下であることがより好ましい。 Further, in terms of the presence surface of the adhesive resin (C), the adhesive resin (C) has a good adhesion to the electrode, for example, at these 180 ° after pressure-bonding the separator and the electrode. to adjust peel strength of the value of said, preferably be 0.05 g / m 2 or more, and more preferably set to 0.1 g / m 2 or more. However, if the adhesive resin (C) is too large in terms of the presence of the adhesive resin (C), the thickness of the flat wound electrode body becomes too large, or the adhesive resin (C) is empty of the separator. There is a risk that the holes will be blocked and the movement of ions inside the electrochemical element will be hindered. Therefore, the existing surface of the adhesive resin (C), the basis weight of the adhesive resin (C) is preferably at 1 g / m 2 or less, more preferably 0.5 g / m 2 or less.
〔セパレータ〕
本発明のセパレータは、融点が100〜170℃の樹脂(A)を主成分とする樹脂多孔質層(I)と、150℃以下の温度で溶融しない樹脂又は耐熱温度が150℃以上のフィラー(B)を主成分として含む耐熱多孔質層(II)とを有していると、高温下におけるセパレータの熱収縮を防止することが出来るため好ましい。樹脂多孔質層(I)は、本発明のセパレータを用いた電気化学素子において、正極と負極の短絡を防止しつつ、イオンを透過するセパレータ本来の機能を有する層であり、耐熱多孔質層(II)は、セパレータに耐熱性を付与する役割を担う層である。
[Separator]
The separator of the present invention comprises a resin porous layer (I) containing a resin (A) having a melting point of 100 to 170 ° C. as a main component, a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower, or a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher. Having a heat-resistant porous layer (II) containing B) as a main component is preferable because it can prevent thermal shrinkage of the separator at high temperatures. The resin porous layer (I) is a layer having the original function of a separator that allows ions to pass through while preventing a short circuit between a positive electrode and a negative electrode in an electrochemical element using the separator of the present invention, and is a heat-resistant porous layer (a heat-resistant porous layer). II) is a layer that plays a role in imparting heat resistance to the separator.
樹脂多孔質層(I)は、融点が100℃以上170℃以下、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が、100℃以上170℃以下の樹脂(A)を主成分としている。このような樹脂(A)を主成分とする樹脂多孔質層(I)を有するセパレータとすることで、これを用いた電気化学素子内が高温となった場合に、前記熱可塑性樹脂が溶融してセパレータの孔を塞ぐ、所謂シャットダウン機能を確保することができる。 The resin porous layer (I) has a melting point of 100 ° C. or higher and 170 ° C. or lower, that is, a melting temperature measured by a differential scanning calorimeter (DSC) according to JIS K 7121 is 100 ° C. or higher and 170 ° C. or higher. The main component is the resin (A) at ° C or lower. By using a separator having a resin porous layer (I) containing the resin (A) as a main component, the thermoplastic resin melts when the temperature inside the electrochemical element using the separator is high. It is possible to secure a so-called shutdown function that closes the hole of the separator.
樹脂多孔質層(I)の主成分となる樹脂(A)は、融点が100℃以上170℃以下で、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後で詳述する電気化学素子の有する非水電解液や、耐熱多孔質層(II)形成用の組成物に使用する媒体に安定な熱可塑性樹脂であれば特に制限は無いが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、エチレン−プロピレン共重合体などのポリオレフィンなどが好ましい。 The resin (A), which is the main component of the resin porous layer (I), has a melting point of 100 ° C. or higher and 170 ° C. or lower, has an electrochemical insulating property, is electrochemically stable, and will be described in detail later. The non-aqueous electrolyte solution of the electrochemical element and the medium used for the composition for forming the heat-resistant porous layer (II) are not particularly limited as long as they are stable thermoplastic resins, but polyethylene (PE) and polypropylene (PP). ), Polyethylene such as an ethylene-propylene copolymer and the like are preferable.
樹脂多孔質層(I)には、例えば、従来から知られているリチウム二次電池などの電気化学素子で使用されているポリオレフィン製の微多孔膜、すなわち、無機フィラーなどを混合したポリオレフィンを用いて形成したフィルムやシートに、一軸または二軸延伸を施して微細な空孔を形成したものなどを用いることができる。また、前記の樹脂(A)と、他の樹脂を混合してフィルムやシートとし、その後、前記他の樹脂のみを溶解する溶媒中に、これらフィルムやシートを浸漬して、前記他の樹脂のみを溶解させて空孔を形成したものを、樹脂多孔質層(I)として用いることもできる。 For the resin porous layer (I), for example, a microporous film made of polyolefin used in an electrochemical element such as a conventionally known lithium secondary battery, that is, a polyolefin mixed with an inorganic filler or the like is used. It is possible to use a film or sheet formed by subjecting the film or sheet to be uniaxially or biaxially stretched to form fine pores. Further, the above resin (A) and another resin are mixed to form a film or a sheet, and then these films or sheets are immersed in a solvent that dissolves only the other resin to form only the other resin. Can also be used as the resin porous layer (I) by dissolving the above to form pores.
なお、樹脂多孔質層(I)には、強度向上などを目的としてフィラーを含有させることもできる。このようなフィラーとしては、例えば、耐熱多孔質層(II)に使用されるフィラー(B)の具体例として後述する各種フィラーが挙げられる。 The resin porous layer (I) may contain a filler for the purpose of improving the strength and the like. Examples of such a filler include various fillers described later as specific examples of the filler (B) used for the heat-resistant porous layer (II).
なお、樹脂多孔質層(I)における「樹脂(A)を主成分とする」とは、樹脂(A)を、樹脂多孔質層(I)の構成成分の全体積中、70体積%以上含むことを意味している。樹脂多孔質層(I)における樹脂(A)の量は、樹脂多孔質層(I)の構成成分の全体積中、80体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。 The phrase "mainly composed of the resin (A)" in the resin porous layer (I) includes the resin (A) in an amount of 70% by volume or more in the total volume of the constituent components of the resin porous layer (I). It means that. The amount of the resin (A) in the resin porous layer (I) is preferably 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, based on the total volume of the constituent components of the resin porous layer (I). preferable.
耐熱多孔質層(II)は、150℃以下の温度で溶融しない樹脂または耐熱温度が150℃以上のフィラー(B)を主成分として含んでいる。 The heat-resistant porous layer (II) contains a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower or a filler (B) having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher as a main component.
耐熱多孔質層(II)が融点が150℃以上の樹脂を含む場合、例えば、150℃以下の温度で溶融しない樹脂で形成された微多孔膜(例えば、前述のPP製の電池用微多孔膜)を樹脂多孔質層(I)に積層させる形態や、150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子などを含む分散液を多孔質層(I)に塗布し、乾燥して多孔質層(I)の表面に多孔質層(II)を形成する塗布積層型の形態が挙げられる。 When the heat-resistant porous layer (II) contains a resin having a melting point of 150 ° C. or higher, for example, a microporous film formed of a resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower (for example, the above-mentioned microporous film for batteries made of PP). ) Is laminated on the resin porous layer (I), or a dispersion liquid containing resin particles that do not melt at a temperature of 150 ° C. or lower is applied to the porous layer (I) and dried to dry the porous layer (I). ), The form of the coating laminated type in which the porous layer (II) is formed on the surface thereof can be mentioned.
150℃以下の温度で溶融しない樹脂としては、PP;架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの各種架橋高分子微粒子;ポリスルフォン;ポリエーテルスルフォン;ポリフェニレンスルフィド;ポリテトラフルオロエチレン;ポリアクリロニトリル;アラミド;ポリアセタールなどが挙げられる。 Examples of the resin that does not melt at a temperature of 150 ° C. or lower include PP; crosslinked polymethyl methacrylate, crosslinked polystyrene, crosslinked polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer crosslinked product, polyimide, melamine resin, phenol resin, and benzoguanamine-formaldehyde condensation. Various cross-linked polymer fine particles such as substances; polysulfone; polyether sulfone; polyphenylene sulfide; polytetrafluoroethylene; polyacrylonitrile; aramid; polyacetal and the like can be mentioned.
150℃以下の温度で溶融しない樹脂の粒子を使用する場合、その粒径は、平均粒子径で、例えば、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、2μm以下であることがより好ましい。本明細書でいう各種粒子の平均粒子径は、前述のとおり、例えば、堀場製作所製のレーザー散乱粒度分布計「LA−920」を用い、樹脂を溶解しない媒体に、これら微粒子を分散させて測定した平均粒子径D50%である。 When resin particles that do not melt at a temperature of 150 ° C. or lower are used, the particle size thereof is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more, in terms of average particle size. It is preferably 10 μm or less, and more preferably 2 μm or less. As described above, the average particle size of the various particles referred to in the present specification is measured by using, for example, a laser scattering particle size distribution meter "LA-920" manufactured by HORIBA, Ltd., by dispersing these fine particles in a medium that does not dissolve the resin. The average particle size is D50%.
耐熱多孔質層(II)が、耐熱温度が150℃以上のフィラー(B)を含む場合、フィラー(B)としては、耐熱温度が150℃以上であり、電気化学素子内で電気化学的に安定で、電気化学素子内の非水電解液に対して安定であれば特に制限はない。なお、本明細書でいうフィラー(B)における「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において変形などの形状変化が目視で確認されないことを意味している。フィラー(B)の耐熱温度は、200℃以上であることが好ましく、300℃以上であることがより好ましく、500℃以上であることが更に好ましい。 When the heat-resistant porous layer (II) contains a filler (B) having a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, the filler (B) has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher and is electrochemically stable in the electrochemical element. Therefore, there is no particular limitation as long as it is stable with respect to the non-aqueous electrolytic solution in the electrochemical element. The term "heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher" in the filler (B) referred to in the present specification means that shape changes such as deformation are not visually confirmed at at least 150 ° C. The heat resistant temperature of the filler (B) is preferably 200 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, and even more preferably 500 ° C. or higher.
フィラー(B)は、電気絶縁性を有する無機微粒子であることが好ましく、具体的には、酸化鉄、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、TiO2、BaTiO3などの無機酸化物微粒子;窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物微粒子;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微粒子;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子;モンモリロナイトなどの粘土微粒子;などが挙げられる。ここで、前記無機酸化物微粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などの微粒子であってもよい。また、これらの無機微粒子を構成する無機化合物は、必要に応じて、元素置換されていたり、固溶体化されていたりしてもよく、更に前記の無機微粒子は表面処理が施されていてもよい。また、無機微粒子は、金属、SnO2、スズ−インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料(例えば、前記の無機酸化物など)で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。 The filler (B) is preferably inorganic fine particles having electrical insulating properties, and specifically, inorganic oxidation of iron oxide, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), TiO 2 , BaTiO 3, and the like. Fine particles; Inorganic nitride fine particles such as aluminum nitride and silicon nitride; Poorly soluble ion crystal fine particles such as calcium fluoride, barium fluoride and barium sulfate; Covalent crystal fine particles such as silicon and diamond; Clay fine particles such as montmorillonite ; And so on. Here, the inorganic oxide fine particles may be fine particles derived from mineral resources such as boehmite, zeolite, apatite, kaolin, mullite, spinel, olivine, and mica, or artificial products thereof. Further, the inorganic compounds constituting these inorganic fine particles may be elementally substituted or solid-solved, if necessary, and the inorganic fine particles may be surface-treated. Further, the inorganic fine particles have electrical insulating properties on the surface of a conductive material exemplified by a metal, a conductive oxide such as SnO 2 , tin-indium oxide (ITO), and a carbonaceous material such as carbon black and graphite. The particles may be electrically insulating by being coated with a material having (for example, the above-mentioned inorganic oxide or the like).
フィラー(B)には、有機微粒子を用いることもできる。有機微粒子の具体例としては、ポリイミド、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、架橋ポリメチルメタクリレート(架橋PMMA)、架橋ポリスチレン(架橋PS)、ポリジビニルベンゼン(PDVB)、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物などの架橋高分子の微粒子;熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子の微粒子;が挙げられる。これらの有機微粒子を構成する有機樹脂(高分子)は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、架橋体(前記の耐熱性高分子の場合)であってもよい。 Organic fine particles can also be used as the filler (B). Specific examples of the organic fine particles include polyimide, melamine resin, phenol resin, crosslinked polymethylmethacrylate (crosslinked PMMA), crosslinked polystyrene (crosslinked PS), polydivinylbenzene (PDVB), benzoguanamine-formaldehyde condensate and the like. Examples thereof include fine particles of molecules; fine particles of heat-resistant polymers such as thermoplastic polyimide. The organic resin (polymer) constituting these organic fine particles is a mixture, a modified product, a derivative, or a copolymer (random copolymer, alternate copolymer, block copolymer, graft copolymer) of the above-exemplified materials. ), A crosslinked body (in the case of the above-mentioned heat-resistant polymer).
フィラー(B)は、前記例示のものを1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよいが、前記例示の各種フィラーの中でも無機酸化物微粒子が好ましく、より具体的には、アルミナ、シリカ、ベーマイトより選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。 As the filler (B), one of the above-exemplified ones may be used alone, or two or more kinds of the fillers (B) may be used in combination. Is more preferably at least one selected from alumina, silica, and boehmite.
フィラー(B)の粒径は、平均粒径で、好ましくは0.001μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは1μm以下である。なお、フィラー(B)の平均粒径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA−920」)を用い、フィラー(B)を溶解しない媒体に分散させて測定した数平均粒子径として規定することができる。 The particle size of the filler (B) is an average particle size, preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, preferably 15 μm or less, and more preferably 1 μm or less. The average particle size of the filler (B) is, for example, a numerical average measured by using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA) and dispersing the filler (B) in an insoluble medium. It can be specified as a particle size.
フィラー(B)の形状としては、例えば、球状に近い形状であってもよく、板状であってもよいが、短絡防止の点からは、板状の粒子であることが好ましい。板状粒子の代表的なものとしては、板状のAl2O3や板状のベーマイトなどが挙げられる。 The shape of the filler (B) may be, for example, a shape close to a spherical shape or a plate shape, but from the viewpoint of preventing a short circuit, plate-shaped particles are preferable. Typical examples of the plate-shaped particles include plate-shaped Al 2 O 3 and plate-shaped boehmite.
フィラー(B)が板状粒子である場合の形態としては、アスペクト比が、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、また、100以下であることが好ましく、50以下であることがより好ましい。更に、粒子の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比(長軸方向長さ/短軸方向長さ)の平均値は、3以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましく、1に近い値であることが特に好ましい。 When the filler (B) is a plate-like particle, the aspect ratio is preferably 5 or more, more preferably 10 or more, preferably 100 or less, and 50 or less. It is more preferable to have. Further, the average value of the ratio of the length in the major axis direction to the length in the minor axis direction (length in the major axis direction / length in the minor axis direction) of the flat plate surface of the particles is preferably 3 or less, and preferably 2 or less. Is more preferable, and a value close to 1 is particularly preferable.
なお、板状のフィラー(B)における前記の平板面の長軸方向長さと短軸方向長さの比の平均値は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した画像を画像解析することにより求めることができる。更に板状粒子における前記のアスペクト比も、SEMにより撮影した画像を、画像解析することにより求めることができる。 The average value of the ratio of the length in the major axis direction to the length in the minor axis direction of the flat plate surface in the plate-shaped filler (B) is, for example, an image analysis of an image taken by a scanning electron microscope (SEM). Can be obtained by. Further, the aspect ratio of the plate-shaped particles can also be obtained by image analysis of the image taken by SEM.
セパレータ中での板状のフィラー(B)の存在形態は、平板面がセパレータの面に対して略平行であることが好ましく、より具体的には、セパレータの表面近傍における板状のフィラー(B)について、その平板面とセパレータ面との平均角度が30°以下であることが好ましい[最も好ましくは、当該平均角度が0°、すなわち、セパレータの表面近傍における板状の平板面が、セパレータの面に対して平行である]。ここでいう「表面近傍」とは、セパレータの表面から全体厚みに対しておよそ10%の範囲を指す。板状のフィラー(B)の存在形態が前記のような場合には、樹脂多孔質層(I)の熱収縮をより効果的に防ぐことができ、全体として熱収縮率の特に小さなセパレータを形成することができる。 The presence form of the plate-shaped filler (B) in the separator is preferably such that the flat plate surface is substantially parallel to the surface of the separator, and more specifically, the plate-shaped filler (B) in the vicinity of the surface of the separator. ), The average angle between the flat plate surface and the separator surface is preferably 30 ° or less [most preferably, the average angle is 0 °, that is, the plate-shaped flat plate surface in the vicinity of the surface of the separator is the separator. Parallel to the plane]. The term "near the surface" as used herein refers to a range of about 10% from the surface of the separator to the total thickness. When the existence form of the plate-shaped filler (B) is as described above, the heat shrinkage of the resin porous layer (I) can be prevented more effectively, and a separator having a particularly small heat shrinkage rate is formed as a whole. can do.
また、樹脂多孔質層(I)と耐熱多孔質層(II)を用いた非水電解液二次電池において、高出力の特性を必要とする場合には、フィラー(B)には、一次粒子が凝集した二次粒子構造のフィラーを用いることが好ましい。房状のフィラーを用いることで、耐熱多孔質層(II)の空隙を大きくすることが可能となり、高い出力特性の電気化学素子を形成することができる。 Further, in a non-aqueous electrolytic solution secondary battery using the resin porous layer (I) and the heat-resistant porous layer (II), when high output characteristics are required, the filler (B) contains primary particles. It is preferable to use a filler having a secondary particle structure in which the particles are aggregated. By using the tufted filler, the voids of the heat-resistant porous layer (II) can be enlarged, and an electrochemical element having high output characteristics can be formed.
耐熱多孔質層(II)の「主成分として含む」とは、耐熱多孔質層(II)の構成成分の全体積中、70体積%以上含むことを意味している。耐熱多孔質層(II)におけるフィラー(B)の量は、耐熱多孔質層(II)の構成成分の全体積中、80体積%以上であることが好ましく、90体積%以上であることがより好ましい。耐熱多孔質層(II)中のフィラー(B)を前記のように高含有量とすることで、セパレータ全体の熱収縮を良好に抑制して、高い耐熱性を付与することができる。 "Containing as a main component" of the heat-resistant porous layer (II) means that it is contained in an amount of 70% by volume or more in the total volume of the constituent components of the heat-resistant porous layer (II). The amount of the filler (B) in the heat-resistant porous layer (II) is preferably 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, based on the total volume of the constituents of the heat-resistant porous layer (II). preferable. By setting the filler (B) in the heat-resistant porous layer (II) to a high content as described above, it is possible to satisfactorily suppress the heat shrinkage of the entire separator and impart high heat resistance.
また、耐熱多孔質層(II)には、フィラー(B)同士を結着したり耐熱多孔質層(II)と樹脂多孔質層(I)とを結着したりするために有機バインダを含有させることが好ましく、このような観点から、耐熱多孔質層(II)におけるフィラー(B)量の好適上限値は、例えば、耐熱多孔質層(II)の構成成分の全体積中、99体積%である。なお、耐熱多孔質層(II)におけるフィラー(B)の量を70体積%未満とすると、例えば、耐熱多孔質層中(II)の有機バインダ量を多くする必要が生じるが、その場合には耐熱多孔質層(II)の空孔が有機バインダによって埋められてしまい、例えばセパレータとしての機能を喪失する虞がある。 Further, the heat-resistant porous layer (II) contains an organic binder for binding the filler (B) to each other and the heat-resistant porous layer (II) and the resin porous layer (I). From this point of view, the preferable upper limit of the amount of the filler (B) in the heat-resistant porous layer (II) is, for example, 99% by volume in the total volume of the constituents of the heat-resistant porous layer (II). Is. If the amount of the filler (B) in the heat-resistant porous layer (II) is less than 70% by volume, for example, it is necessary to increase the amount of the organic binder in the heat-resistant porous layer (II). The pores of the heat-resistant porous layer (II) may be filled with an organic binder, and the function as a separator may be lost, for example.
耐熱多孔質層(II)に用いる有機バインダとしては、フィラー(B)同士や耐熱多孔質層(II)と樹脂多孔質層(I)とを良好に接着でき、電気化学的に安定で、かつ電気化学素子用の非水電解液に対して安定であれば特に制限はない。具体的には、フッ素樹脂[ポリフッ化ビニリデン(PVDF)など]、フッ素系ゴム、SBR、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリN−ビニルアセトアミド、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの有機バインダは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。 As the organic binder used for the heat-resistant porous layer (II), the fillers (B) can be adhered to each other and the heat-resistant porous layer (II) and the resin porous layer (I) can be adhered well, and the electrochemical stability is achieved. There is no particular limitation as long as it is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution for electrochemical elements. Specifically, fluororesin [polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.], fluororubber, SBR, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinylpyralidone ( PVP), polyN-vinylacetamide, crosslinked acrylic resin, polyurethane, epoxy resin and the like can be mentioned. These organic binders may be used alone or in combination of two or more.
前記例示の有機バインダの中でも、150℃以上の耐熱性を有する耐熱樹脂が好ましく、特に、フッ素系ゴム、SBRなどの柔軟性の高い材料がより好ましい。これらの具体例としては、ダイキン工業社製の「ダイエルラテックスシリーズ(フッ素ゴム、商品名)」、JSR社製の「TRD−2001(SBR、商品名)」、日本ゼオン社製の「EM−400B(SBR、商品名)」などが挙げられる。また、アクリル酸ブチルを主成分とし、これを架橋した構造を有する低ガラス転移温度の架橋アクリル樹脂(自己架橋型アクリル樹脂)も好ましい。 Among the above-exemplified organic binders, a heat-resistant resin having a heat resistance of 150 ° C. or higher is preferable, and a highly flexible material such as fluorine-based rubber or SBR is more preferable. Specific examples of these include "Dayl Latex Series (fluororubber, product name)" manufactured by Daikin Industries, Ltd., "TRD-2001 (SBR, product name)" manufactured by JSR Corporation, and "EM-" manufactured by Nippon Zeon Corporation. 400B (SBR, product name) "and the like. Further, a crosslinked acrylic resin (self-crosslinked acrylic resin) containing butyl acrylate as a main component and having a structure in which the butyl acrylate is crosslinked and having a low glass transition temperature is also preferable.
なお、これら有機バインダを使用する場合には、後記する耐熱多孔質層(II)形成用の組成物(スラリーなど)の媒体に溶解させるか、または分散させたエマルジョンの形態で
用いればよい。
When these organic binders are used, they may be used in the form of an emulsion which is dissolved or dispersed in a medium of a composition (slurry or the like) for forming a heat-resistant porous layer (II) described later.
耐熱多孔質層(II)の空孔率は、電気化学素子の有する非水電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、40%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。一方、強度の確保と内部短絡の防止の観点から、耐熱多孔質層(II)の空孔率は、乾燥した状態で、80%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましい。なお、空孔率:P(%)は、耐熱多孔質層(II)の厚み、面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記(1)式を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。 The porosity of the heat-resistant porous layer (II) is 40% or more in a dry state in order to secure the liquid retention amount of the non-aqueous electrolytic solution possessed by the electrochemical element and improve the ion permeability. It is preferably 50% or more, and more preferably 50% or more. On the other hand, from the viewpoint of ensuring strength and preventing internal short circuits, the porosity of the heat-resistant porous layer (II) is preferably 80% or less, more preferably 70% or less in a dry state. .. For the porosity: P (%), the sum of each component i is calculated from the thickness of the heat-resistant porous layer (II), the mass per area, and the density of the constituent components using the following formula (1). Can be calculated by.
P =100−(Σai/ρi)×(m/t) (1)
ここで、前記式中、ai:質量%で表した成分iの比率、ρi:成分iの密度(g/cm3)、m:耐熱多孔質層(II)の単位面積あたりの質量(g/cm2)、t:耐熱多孔質層(II)の厚み(cm)である。
P = 100- (Σai / ρi) × (m / t) (1)
Here, in the above formula, ai: the ratio of the component i expressed in% by mass, ρi: the density of the component i (g / cm 3 ), m: the mass per unit area of the heat-resistant porous layer (II) (g / g / cm 2 ), t: Thickness (cm) of the heat-resistant porous layer (II).
セパレータは、樹脂多孔質層(I)と耐熱多孔質層(II)とを、それぞれ1層ずつ有していてもよく、複数有していてもよい。具体的には、樹脂多孔質層(I)の片面にのみ耐熱多孔質層(II)を配置してセパレータとする他、例えば、樹脂多孔質層(I)の両面に多孔質層(II)を配置してセパレータとしてもよい。ただし、セパレータの有する層数が多くなりすぎると、セパレータの厚みを増やして電気化学素子の内部抵抗の増加やエネルギー密度の低下を招く虞があるので好ましくなく、セパレータ中の層数は5層以下であることが好ましい。 The separator may have one resin porous layer (I) and one heat-resistant porous layer (II), or may have a plurality of each. Specifically, the heat-resistant porous layer (II) is arranged only on one side of the resin porous layer (I) to serve as a separator. For example, the porous layer (II) is arranged on both sides of the resin porous layer (I). May be arranged and used as a separator. However, if the number of layers of the separator is too large, the thickness of the separator may be increased, which may lead to an increase in the internal resistance of the electrochemical element and a decrease in the energy density, which is not preferable, and the number of layers in the separator is 5 or less. Is preferable.
本発明におけるセパレータは、例えば、樹脂多孔質層(I)に、フィラー(B)などを含有する耐熱多孔質層(II)形成用組成物(スラリーなどの液状組成物など)を塗布した後、所定の温度で乾燥し、その後接着性樹脂(C)を含む溶液、エマルジョンなどを塗布してから所定の温度で乾燥して、樹脂多孔質層(I)と耐熱多孔質層(II)とを有するセパレータの表面に接着性樹脂(C)を存在させる方法により製造することができる。 The separator in the present invention is, for example, after applying a composition for forming a heat-resistant porous layer (II) containing a filler (B) or the like (a liquid composition such as a slurry) to the resin porous layer (I). After drying at a predetermined temperature, a solution containing an adhesive resin (C), an emulsion, or the like is applied, and then the resin porous layer (I) and the heat-resistant porous layer (II) are separated from each other by drying at a predetermined temperature. It can be produced by a method in which the adhesive resin (C) is present on the surface of the separator having the separator.
耐熱多孔質層(II)形成用組成物は、フィラー(B)の他、有機バインダなどを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む。以下同じ。)に分散させたものである。なお、有機バインダについては溶媒に溶解させることもできる。耐熱多孔質層(II)形成用組成物に用いられる溶媒は、フィラー(B)などを均一に分散でき、また、有機バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般に有機溶媒が好適に用いられる。なお、これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、有機バインダが水溶性である場合、エマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。 The composition for forming the heat-resistant porous layer (II) contains an organic binder and the like in addition to the filler (B), and these are dispersed in a solvent (including a dispersion medium; the same applies hereinafter). The organic binder can also be dissolved in a solvent. The solvent used in the composition for forming the heat-resistant porous layer (II) may be any solvent as long as it can uniformly disperse the filler (B) and the like, and can uniformly dissolve or disperse the organic binder, but for example, toluene and the like. In general, organic solvents are preferably used, such as aromatic hydrocarbons, furans such as tetrahydrofuran, and ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone. Alcohol (ethylene glycol, propylene glycol, etc.) or various propylene oxide-based glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents for the purpose of controlling the interfacial tension. When the organic binder is water-soluble or used as an emulsion, water may be used as a solvent, and alcohols (methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.) may be added as appropriate. It is also possible to control the interfacial tension.
耐熱多孔質層(II)形成用組成物は、フィラー(B)および有機バインダを含む固形分含量を、例えば10〜80質量%とすることが好ましい。 The composition for forming the heat-resistant porous layer (II) preferably has a solid content of, for example, 10 to 80% by mass, which contains the filler (B) and the organic binder.
なお、フィラー(B)として板状粒子を用い、かかる板状粒子の配向性を高めてその機能をより有効に作用させるためには、板状粒子を含有する耐熱多孔質層(II)形成用組成物を樹脂多孔質層(I)に塗布した後、前記組成物にシェアや磁場をかけるといった方法を用いればよい。例えば、板状のフィラー(B)を含有する耐熱多孔質層(II)形成用組成物を樹脂多孔質層(I)に塗布した後、一定のギャップを通すことで、前記組成物にシェアをかけることができる。 It should be noted that plate-shaped particles are used as the filler (B), and in order to enhance the orientation of the plate-shaped particles and allow their functions to work more effectively, the heat-resistant porous layer (II) containing the plate-shaped particles is formed. After applying the composition to the resin porous layer (I), a method such as applying a shear or a magnetic field to the composition may be used. For example, a composition for forming a heat-resistant porous layer (II) containing a plate-shaped filler (B) is applied to the resin porous layer (I) and then passed through a certain gap to give a share to the composition. You can call.
前記のようにして形成した樹脂多孔質層(I)と耐熱多孔質層(II)との積層物に、接着性樹脂(C)を含有する溶液、エマルジョンなどを塗布して、接着層を形成し、セパレータを製造することができる。なお、この場合、前記の通り、耐熱多孔質層(II)は樹脂多孔質層(I)の片面または両面に形成することができ、また、接着性樹脂(C)は、樹脂多孔質層(I)と耐熱多孔質層(II)との積層物の片面または両面に存在させることができる。 A solution or emulsion containing the adhesive resin (C) is applied to the laminate of the resin porous layer (I) and the heat-resistant porous layer (II) formed as described above to form an adhesive layer. And the separator can be manufactured. In this case, as described above, the heat-resistant porous layer (II) can be formed on one side or both sides of the resin porous layer (I), and the adhesive resin (C) can be formed on the resin porous layer (C). It can be present on one or both sides of the laminate of I) and the heat-resistant porous layer (II).
中でも第1の接着層、樹脂多孔質層(I)、耐熱多孔質層(II)、第2の接着層の順に積層されているものが好ましい。この構成であると、正極側にも負極側に接着層が存在するため扁平状巻回電極体の充放電に伴う形状変化をより抑制し、当初の厚みを維持することが出来るためである。 Of these, those in which the first adhesive layer, the resin porous layer (I), the heat-resistant porous layer (II), and the second adhesive layer are laminated in this order are preferable. With this configuration, since the adhesive layer is also present on the negative electrode side on the positive electrode side, the shape change due to charging and discharging of the flat wound electrode body can be further suppressed, and the initial thickness can be maintained.
また、フィラー(B)などの構成物の持つ作用をより有効に発揮させるために、前記構成物を偏在させて、セパレータの膜面と平行または略平行に、前記構成物が層状に集まった形態としてもよい。 Further, in order to more effectively exert the action of the constituents such as the filler (B), the constituents are unevenly distributed so that the constituents are gathered in layers in parallel or substantially parallel to the film surface of the separator. May be.
なお、本発明のセパレータの製造方法は、前記の方法に限定される訳ではなく、他の方法によって製造してもよい。例えば、前記の耐熱多孔質層(II)形成用組成物を、ライナーのような基材表面に塗布し、乾燥して耐熱多孔質層(II)を形成した後、基材から剥離し、この耐熱多孔質層(II)を樹脂多孔質層(I)となる微多孔膜などと重ねて熱プレスなどにより一体化して積層物とし、その後、この積層物の片面または両面に前記と同様にして接着性樹脂(C)を存在させる方法でセパレータを製造することもできる。 The method for producing the separator of the present invention is not limited to the above method, and may be produced by another method. For example, the composition for forming the heat-resistant porous layer (II) is applied to the surface of a substrate such as a liner, dried to form the heat-resistant porous layer (II), and then peeled off from the substrate. The heat-resistant porous layer (II) is layered on a microporous film or the like to be the resin porous layer (I) and integrated by a hot press or the like to form a laminate, and then one or both sides of the laminate are subjected to the same procedure as described above. The separator can also be manufactured by a method in which the adhesive resin (C) is present.
このようにして製造されるセパレータの厚みは、電気化学素子用セパレータに使用するため、正極と負極とをより確実に隔離する観点から、6μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましい。他方、セパレータが厚すぎると、電気化学素子としたときのエネルギー密度が低下してしまうことがあるため、その厚みは、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。 Since the separator manufactured in this manner is used for a separator for an electrochemical element, the thickness is preferably 6 μm or more, and more preferably 10 μm or more, from the viewpoint of more reliably separating the positive electrode and the negative electrode. preferable. On the other hand, if the separator is too thick, the energy density of the electrochemical element may decrease. Therefore, the thickness thereof is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less.
また、セパレータを構成する樹脂多孔質層(I)の厚みをX(μm)、耐熱多孔質層(II)の厚みをY(μm)としたとき、XとYとの比率X/Yは、5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、また、1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。本発明のセパレータでは、樹脂多孔質層(I)の厚み比率を大きくし耐熱多孔質層(II)を薄くしても、セパレータ全体の熱収縮を抑制することが可能であり、電気化学素子内でのセパレータの熱収縮による短絡の発生を高度に抑制することができる。なお、セパレータにおいて、樹脂多孔質層(I)が複数存在する場合には、厚みXはその総厚みであり、耐熱多孔質層(II)が複数存在する場合には、厚みYはその総厚みである。 Further, when the thickness of the resin porous layer (I) constituting the separator is X (μm) and the thickness of the heat-resistant porous layer (II) is Y (μm), the ratio X / Y of X and Y is. It is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, more preferably 1 or more, and even more preferably 2 or more. In the separator of the present invention, even if the thickness ratio of the resin porous layer (I) is increased and the heat-resistant porous layer (II) is thinned, the thermal shrinkage of the entire separator can be suppressed, and the inside of the electrochemical element can be suppressed. It is possible to highly suppress the occurrence of a short circuit due to the thermal shrinkage of the separator in the above. When the separator has a plurality of resin porous layers (I), the thickness X is the total thickness, and when a plurality of heat-resistant porous layers (II) are present, the thickness Y is the total thickness. Is.
具体的な値で表現すると、樹脂多孔質層(I)の厚み[樹脂多孔質層(I)が複数存在する場合には、その総厚み。]は、5μm以上であることが好ましく、また、30μm以下であることが好ましい。そして、耐熱多孔質層(II)の厚み[耐熱多孔質層(II)が複数存在する場合には、その総厚み。]は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることが更に好ましく、また、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、6μm以下であることが更に好ましい。樹脂多孔質層(I)が薄すぎると、シャットダウン特性が弱くなる虞があり、厚すぎると、電気化学素子のエネルギー密度の低下を引き起こす虞があることに加えて、熱収縮しようとする力が大きくなり、セパレータ全体の熱収縮を抑える効果が小さくなる虞がある。また、耐熱多孔質層(II)が薄すぎると、セパレータ全体の熱収縮を抑制する効果が小さくなる虞があり、厚すぎると、セパレータ全体の厚みの増大を引き起こしてしまう。 Expressed as a specific value, the thickness of the resin porous layer (I) [if there are multiple resin porous layers (I), the total thickness. ] Is preferably 5 μm or more, and more preferably 30 μm or less. Then, the thickness of the heat-resistant porous layer (II) [if there are a plurality of heat-resistant porous layers (II), the total thickness thereof. ] Is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, further preferably 4 μm or more, further preferably 20 μm or less, still more preferably 10 μm or less, and more preferably 6 μm or less. Is more preferable. If the resin porous layer (I) is too thin, the shutdown characteristics may be weakened, and if it is too thick, the energy density of the electrochemical element may be lowered, and the force for heat shrinkage may be exerted. There is a risk that the size will increase and the effect of suppressing heat shrinkage of the entire separator will decrease. Further, if the heat-resistant porous layer (II) is too thin, the effect of suppressing heat shrinkage of the entire separator may be reduced, and if it is too thick, the thickness of the entire separator may increase.
セパレータ全体の空孔率としては、非水電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にする観点から、乾燥した状態で、30%以上であることが好ましい。一方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空孔率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましい。なお、セパレータの空孔率:P(%)は、前記(1)式において、mをセパレータの単位面積あたりの質量(g/cm2)とし、tをセパレータの厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて求めることができる。 The porosity of the entire separator is preferably 30% or more in a dry state from the viewpoint of ensuring the retention amount of the non-aqueous electrolytic solution and improving the ion permeability. On the other hand, from the viewpoint of ensuring the strength of the separator and preventing an internal short circuit, the porosity of the separator is preferably 70% or less in a dry state. The porosity of the separator: P (%) is determined by using m as the mass per unit area of the separator (g / cm 2 ) and t as the thickness of the separator (cm) in the above equation (1). , Can be obtained using the above equation (1).
また、前記(1)式において、mを樹脂多孔質層(I)の単位面積あたりの質量(g/cm2)とし、tを樹脂多孔質層(I)の厚み(cm)とすることで、前記(1)式を用いて樹脂多孔質層(I)の空孔率:P(%)を求めることもできる。この方法により求められる樹脂多孔質層(I)の空孔率は、30〜70%であることが好ましい。 Further, in the above equation (1), m is the mass (g / cm 2 ) per unit area of the resin porous layer (I), and t is the thickness (cm) of the resin porous layer (I). The porosity of the resin porous layer (I): P (%) can also be obtained by using the above equation (1). The porosity of the resin porous layer (I) obtained by this method is preferably 30 to 70%.
また、本発明のセパレータは、JIS P 8117に準拠した方法で行われ、0.879g/mm2の圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値が、30〜300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。さらに、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する場合がある。前記の構成を採用することにより、前記の透気度や突き刺し強度を有するセパレータとすることができる。 Further, the separator of the present invention is carried out by a method according to JIS P 8117, and the Garley value indicated by the number of seconds that 100 ml of air permeates the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2 is 30 to 300 sec. It is desirable to have. If the air permeability is too large, the ion permeability may be small, while if it is too small, the strength of the separator may be small. Further, as the strength of the separator, it is desirable that the piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm is 50 g or more. If the piercing strength is too small, a short circuit may occur due to the breakthrough of the separator when lithium dendrite crystals are generated. By adopting the above configuration, the separator having the above-mentioned air permeability and piercing strength can be obtained.
本発明の非水電解質二次電池では、前記の通り、前記の正極と前記の負極とを、前記のセパレータを介して重ね合わせて渦巻状に巻回し、押しつぶすなどして横断面を扁平状にし、セパレータの樹脂にもよるが、その後熱をかけてプレスするなどの工程を経て作製した扁平状巻回電極体を使用する。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, as described above, the positive electrode and the negative electrode are overlapped with each other via the separator, wound in a spiral shape, and crushed to flatten the cross section. Although it depends on the resin of the separator, a flat wound electrode body manufactured through a process such as pressing by applying heat is used.
そして、前記の扁平状巻回電極体を、非水電解質と共に外装体内に封入して、本発明の非水電解質二次電池を形成する。 Then, the flat wound electrode body is enclosed in the outer body together with the non-aqueous electrolyte to form the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
本発明の外装体は、扁平状巻回電極体が挿入できるものであれば従来公知のものを使用できる。例えば、ラミネートフィルム外装体(図4参照)を使用しても良い。また、側面部に互いに対向し側面視で他の面よりも幅が広い2枚の幅広面を持つ有底筒形(角筒形)の外装缶と蓋体とで構成される金属製の電池ケース(図1〜3参照)を使用しても良い。 As the exterior body of the present invention, conventionally known ones can be used as long as the flat wound electrode body can be inserted. For example, a laminated film exterior (see FIG. 4) may be used. In addition, a metal battery composed of a bottomed tubular (square tubular) outer can and a lid, which face each other on the side surfaces and have two wide surfaces that are wider than the other surfaces when viewed from the side. Cases (see Figures 1 to 3) may be used.
また、金属製の電池ケースを使用する場合は、本発明の電極体は上述の通り優れた膨れ抑制効果があるため、外装缶は従来よりも薄肉のもの、厚みが0.22mm以下のものを使用することが出来る。 When using a metal battery case, the electrode body of the present invention has an excellent swelling suppressing effect as described above, so the outer can should be thinner than before and have a thickness of 0.22 mm or less. Can be used.
外装缶の厚みは、幅広面の投影形状(図1〜3では四角形)における2本の対角線の交点に相当する箇所での厚みを測定して求められる。 The thickness of the outer can is obtained by measuring the thickness at the point corresponding to the intersection of the two diagonal lines in the projected shape of the wide surface (square in FIGS. 1 to 3).
本発明の非水電解質二次電池は、従来から知られている非水電解質二次電池と同様の用途に適用することができる。本発明によると、扁平状巻回電極体の厚みをより小さくすることが出来るため、限られた体積に対して充放電に寄与する材料をより多く含有することが可能になり、電池の体積当たりのエネルギー密度を向上させることが出来る。そのため、特に限られた体積に対して高容量が求められるような機器、例えばモバイル機器や小型機器および多セルを直列に組み合わせたロボット用途など特に効果を発揮する。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be applied to the same applications as the conventionally known non-aqueous electrolyte secondary batteries. According to the present invention, since the thickness of the flat wound electrode body can be made smaller, it becomes possible to contain more material that contributes to charge / discharge with respect to a limited volume, and it is possible to contain more material per volume of the battery. Energy density can be improved. Therefore, it is particularly effective for devices that require high capacity for a limited volume, such as mobile devices, small devices, and robot applications in which multiple cells are combined in series.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.
実施例1
<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO2:97.3質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:1.5質量部および結着剤であるPVDF:1.2質量部を混合して正極合剤とし、この正極合剤に、溶剤であるNMPを加え、エム・テクニック社製の「クレアミックス CLM0.8(商品名)」を用いて、回転数:10000min−1で30分間処理を行い、ペースト状の混合物とした。この混合物に、溶剤であるNMPを更に加えて、回転数:10000min−1で15分間処理を行い、正極合剤含有組成物を調製した。
Example 1
<Manufacturing of positive electrode>
LiCoO 2 : a positive electrode active material: 97.3 parts by mass, acetylene black as a conductive auxiliary agent: 1.5 parts by mass, and PVDF as a binder: 1.2 parts by mass are mixed to form a positive electrode mixture. NMP, which is a solvent, is added to the positive electrode mixture, and the mixture is treated with "Clairemix CLM0.8 (trade name)" manufactured by M-Technique for 30 minutes at a rotation speed of 10,000 min-1 to form a paste-like mixture. And said. NMP, which is a solvent, was further added to this mixture, and the mixture was treated at a rotation speed of 10000 min-1 for 15 minutes to prepare a positive electrode mixture-containing composition.
前記の正極合剤含有組成物を、集電体であるアルニミウム合金箔(1100番、厚み:10.0μm、引張強度:2.5N/mm)の両面に塗布し、80℃で12時間真空乾燥を施し、更にプレス処理を施して、集電体の両面に、厚みが59μmの正極合剤層を有する正極を作製した。
<負極の作製>
天然黒鉛(平均粒子径:19.3μm)と、天然黒鉛の表面に非晶質炭素を担持した平均粒子径が10μmの表面処理炭素材料とを、1:1の質量比で混合して混合物を得た。この混合物(負極活物質):97.5質量%、SBR:1.5質量%、およびカルボキシメチルセルロース(増粘剤):1質量%を、水を用いて混合してスラリー状の負極合剤含有組成物を調製した。この負極合剤含有組成物を、集電体である銅箔(厚み:8μm)の両面に塗布し、120℃で12時間真空乾燥を施し、更にプレス処理を施して、集電体の両面に、厚みが71μmの負極合剤層を有する負極を作製した。
The above-mentioned positive electrode mixture-containing composition is applied to both sides of an arnimium alloy foil (No. 1100, thickness: 10.0 μm, tensile strength: 2.5 N / mm) which is a current collector, and vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours. And further pressed, a positive electrode having a positive electrode mixture layer having a thickness of 59 μm was prepared on both sides of the current collector.
<Manufacturing of negative electrode>
A mixture of natural graphite (average particle size: 19.3 μm) and a surface-treated carbon material having an average particle size of 10 μm in which amorphous carbon is supported on the surface of natural graphite is mixed at a mass ratio of 1: 1. Obtained. This mixture (negative electrode active material): 97.5% by mass, SBR: 1.5% by mass, and carboxymethyl cellulose (thickener): 1% by mass are mixed with water to contain a slurry-like negative electrode mixture. The composition was prepared. This negative electrode mixture-containing composition is applied to both sides of a copper foil (thickness: 8 μm) which is a current collector, vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours, and further pressed to be applied to both sides of the current collector. A negative electrode having a negative electrode mixture layer having a thickness of 71 μm was prepared.
<非水電解液の調製>
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの体積比3:7の混合溶媒に、LiPF6を1.1mol/Lの濃度で溶解させ、ビニレンカーボネート2質量%とフルオロエチレンカーボネート2質量%を、それぞれ添加して非水電解質を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent having a volume ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 3: 7 at a concentration of 1.1 mol / L, and 2% by mass of vinylene carbonate and 2% by mass of fluoroethylene carbonate were added to each of them to make them non-aqueous. The electrolyte was prepared.
<セパレータの作製>
板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)5kgに、イオン交換水5kgと、分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40質量%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液の一部を120℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、処理後のベーマイトの平均粒子径は1μmであった。
<Making a separator>
To 5 kg of plate-shaped boehmite (
上記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一な耐熱多孔質層(II)形成用スラリー(固形分比率50質量%)を調製した。 To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added, and the mixture is stirred with a three-one motor for 3 hours to achieve uniform heat resistance. A slurry for forming the porous layer (II) (solid content ratio: 50% by mass) was prepared.
樹脂多孔質層(I)であるPE製の微多孔膜(厚み10μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)の片面にコロナ放電処理(放電量40W・分/m2)を施し、この処理面に上記耐熱多孔質層(II)形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが2μmの耐熱多孔質層(II)を樹脂多孔質層(I)上の片面に形成した。
Corona discharge treatment (discharge amount 40 W / min / min) on one side of a microporous film made of PE (
次に、接着性樹脂(C)としてディレードタック型の接着性樹脂であるアクリル酸(固形分比率20質量%含有)を、前記積層物における樹脂多孔質層(I)側および耐熱多孔質層(II)の両面に、マイクログラビアコーターを用いて塗布し、乾燥して、接着性樹脂(C)が両面に存在するセパレータ(厚み22μm)を得た。なお、このセパレータの、接着性樹脂(C)の存在面における接着性樹脂(C)の存在箇所の総面積は、セパレータにおける接着性樹脂(C)の存在面の面積の30%であり、接着性樹脂(C)の目付けは、0.5g/m2であった。
Next, as the adhesive resin (C), acrylic acid (containing 20% by mass of solid content ratio), which is a delayed tack type adhesive resin, is applied to the resin porous layer (I) side and the heat-resistant porous layer in the laminate. It was applied to both sides of II) using a microgravia coater and dried to obtain a separator (
<リチウム二次電池の組み立て>
前記のようにして得たセパレータを前記正極と前記負極との間に介在させつつ重ね、渦巻状に巻回して巻回体電極群を作製した。得られた巻回体電極群を押しつぶして扁平状にし、80℃で1分間、0.5Paの圧力で加熱プレスを施して扁平状巻回電極体を作製した。その後、厚み6mm、高さ80mm、幅34mmでのアルミニウム製外装缶に入れ、非水電解液を注入した後に封止を行った。外装缶を構成する金属の、幅広面の投影形状における2本の対角線の交点(図2における破線の交点)に相当する箇所での缶の厚みが0.20mmであった。図1に示す外観で、図2に示す構造の非水電解質二次電池を作製した。
<Assembly of lithium secondary battery>
The separators obtained as described above were stacked while being interposed between the positive electrode and the negative electrode, and wound in a spiral shape to prepare a wound electrode group. The obtained wound electrode group was crushed into a flat shape, and a heat press was applied at 80 ° C. for 1 minute at a pressure of 0.5 Pa to prepare a flat wound electrode body. Then, it was placed in an aluminum outer can having a thickness of 6 mm, a height of 80 mm, and a width of 34 mm, and after injecting a non-aqueous electrolytic solution, sealing was performed. The thickness of the can was 0.20 mm at a point corresponding to the intersection of two diagonal lines (the intersection of the broken lines in FIG. 2) in the projected shape of the wide surface of the metal constituting the outer can. A non-aqueous electrolyte secondary battery having the appearance shown in FIG. 1 and having the structure shown in FIG. 2 was manufactured.
ここで、前記の非水電解質二次電池を、図1、図2および図3を用いて説明する。図3は、非水電解質二次電池を模式的に表す部分縦断面図である。非水電解質二次電池1においては、正極31と負極32とがセパレータ33を介して渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回電極体30として、角形(角筒形)の外装缶11に非水電解質と共に収容されている。ただし、図3では、煩雑化を避けるため、正極31や負極32の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や非水電解液などは図示していない。また、図3では、扁平状巻回電極体30の内周側の部分は断面にしていない。
Here, the non-aqueous electrolyte secondary battery will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3. FIG. 3 is a partial vertical sectional view schematically showing a non-aqueous electrolyte secondary battery. In the non-aqueous electrolyte
外装缶11はアルミニウム合金製で正極端子を兼ねている。そして、外装缶11の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体40が配置され、正極31、負極32およびセパレータ33からなる扁平状巻回電極体30からは、正極31および負極32のそれぞれ一端に接続された正極リード体51と負極リード体52とが引き出されている。また、外装缶11の開口部を封口するアルミニウム合金製の蓋板20にはポリプロピレン製の絶縁パッキング22を介してステンレス鋼製の端子21が取り付けられ、この端子21には絶縁体24を介してステンレス鋼製のリード板25が取り付けられている。
The outer can 11 is made of an aluminum alloy and also serves as a positive electrode terminal. An
そして、この蓋板20は外装缶11の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶11の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図3の電池では、蓋板20に非水電解液注入口23が設けられており、この非水電解液注入口23には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている。
The
この実施例1の電池では、正極リード体51を蓋板20に直接溶接することによって外装缶11と蓋板20とが正極端子として機能し、負極リード体52をリード板25に溶接し、そのリード板25を介して負極リード体52と端子21とを導通させることによって端子21が負極端子として機能するようになっている。
In the battery of the first embodiment, the
また、実施例1の電池では、図1、図2に示すように、外装缶11の幅広面111に、内部の圧力が閾値よりも大きくなった場合に開裂するための開裂溝12が設けられている。
Further, in the battery of the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
実施例2
実施例1と同様にして扁平状巻回電極体を作製し、外装体を、ラミネートフィルムに変更して実施例2の非水電解質二次電池を作製した。
Example 2
A flat wound electrode body was produced in the same manner as in Example 1, and the exterior body was changed to a laminated film to produce a non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 2.
以下、実施例2の非水電解質二次電池を図4を用いて説明する。図4は実施例2の電池の平面図である。ラミネートフィルム510はアルミニウムをナイロン及びポリプロピレンでラミネートした材料を用い、略四角形の平面形状を有し内部には扁平状巻回電極体530を収納する。(ラミネートフィルム510から盛り上がっている箇所が電極体530の存在する箇所に該当する。)そして、ラミネートフィルム510はその縁部511がシールされている。正極タブ511は一端が巻回電極体の正極と接続されており、他端がラミネートフィルム510を介して外部に引き出される。負極タブ552は一端が巻回電極体の負極と接続されており、他端がラミネートフィルム510を介して外部に引き出される。
Hereinafter, the non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view of the battery of the second embodiment. The
実施例3
正極集電体を、アルニミウム合金箔(1100番、厚み:12.0μm、引張強度:3.2N/mm)に変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。
Example 3
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode current collector was changed to an arnimium alloy foil (No. 1100, thickness: 12.0 μm, tensile strength: 3.2 N / mm).
この正極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。 A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.
実施例4
正極集電体を、アルニミウム合金箔(1100番、厚み:15.0μm、引張強度:3.6N/mm)に変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
Example 4
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode current collector was changed to an arnimium alloy foil (No. 1100, thickness: 15.0 μm, tensile strength: 3.6 N / mm). A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.
実施例5
<セパレータの作製>
板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)5kgに、イオン交換水5kgと、分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40質量%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液の一部を120℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、処理後のベーマイトの平均粒子径は1μmであった。
Example 5
<Making a separator>
To 5 kg of plate-shaped boehmite (
上記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一な耐熱多孔質層(II)形成用スラリー(固形分比率50質量%)を調製した。 To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added, and the mixture is stirred with a three-one motor for 3 hours to achieve uniform heat resistance. A slurry for forming the porous layer (II) (solid content ratio: 50% by mass) was prepared.
樹脂多孔質層(I)であるPE製の微多孔膜(厚み10μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)の片面にコロナ放電処理(放電量40W・分/m2)を施し、この処理面に上記耐熱多孔質層(II)形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが2μmの耐熱多孔質層(II)を樹脂多孔質層(I)上の片面に形成した。
Corona discharge treatment (discharge amount 40 W / min / min) on one side of a microporous film made of PE (
次に、接着性樹脂(C)としてディレードタック型の接着性樹脂であるアクリル酸(固形分比率20質量%含有)を、前記積層物における樹脂多孔質層(I)側の表面に、マイクログラビアコーターを用いて塗布し、乾燥して、接着性樹脂(C)が片面に存在するセパレータ(厚み22μm)を得た。なお、このセパレータの、接着性樹脂(C)の存在面における接着性樹脂(C)の存在箇所の総面積は、セパレータにおける接着性樹脂(C)の存在面の面積の30%であり、接着性樹脂(C)の目付けは、0.5g/m2であった。
Next, acrylic acid (containing 20% by mass of solid content ratio), which is a delayed tack type adhesive resin, is applied as the adhesive resin (C) on the surface of the laminate on the resin porous layer (I) side. It was applied using a coater and dried to obtain a separator (
上記のセパレータを、接着層を負極側に向けて巻回体電極群を作製した。この巻回体電極群を用いた以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。 With the above separator, a wound body electrode group was prepared with the adhesive layer facing the negative electrode side. A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this wound body electrode group was used.
比較例1
正極集電体を、アルニミウム合金箔(3003番、厚み:15.0μm、引張強度:4.0N/mm)に変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。この正極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode current collector was changed to an arnimium alloy foil (No. 3003, thickness: 15.0 μm, tensile strength: 4.0 N / mm). A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this positive electrode was used.
比較例2
正極集電体を、アルニミウム合金箔(3003番、厚み:10.0μm、引張強度:3.0N/mm)に変更した以外は、実施例1と同様にして正極を作製した。
Comparative Example 2
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode current collector was changed to an arnimium alloy foil (No. 3003, thickness: 10.0 μm, tensile strength: 3.0 N / mm).
<セパレータの作製>
板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)5kgに、イオン交換水5kgと、分散剤(水系ポリカルボン酸アンモニウム塩、固形分濃度40質量%)0.5kgとを加え、内容積20L、転回数40回/分のボールミルで10時間解砕処理をして分散液を調製した。処理後の分散液の一部を120℃で真空乾燥し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、ベーマイトの形状はほぼ板状であった。また、処理後のベーマイトの平均粒子径は1μmであった。
<Making a separator>
To 5 kg of plate-shaped boehmite (
上記分散液500gに、増粘剤としてキサンタンガムを0.5g、バインダとして樹脂バインダーディスパージョン(変性ポリブチルアクリレート、固形分含量45質量%)を17g加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して均一な耐熱多孔質層(II)形成用スラリー(固形分比率50質量%)を調製した。 To 500 g of the above dispersion, 0.5 g of xanthan gum as a thickener and 17 g of a resin binder dispersion (modified polybutyl acrylate, solid content 45% by mass) as a binder are added, and the mixture is stirred with a three-one motor for 3 hours to achieve uniform heat resistance. A slurry for forming the porous layer (II) (solid content ratio: 50% by mass) was prepared.
樹脂多孔質層(I)であるPE製の微多孔膜(厚み16μm、空孔率40%、平均孔径0.08μm、PEの融点135℃)の片面にコロナ放電処理(放電量40W・分/m2)を施し、この処理面に上記耐熱多孔質層(II)形成用スラリーをマイクログラビアコーターによって塗布し、乾燥して厚みが6μmの耐熱多孔質層(II)を樹脂多孔質層(I)上の片面に形成し、セパレータを作製した。 Corona discharge treatment (discharge amount 40 W / min / min) on one side of a microporous membrane made of PE (thickness 16 μm, porosity 40%, average pore diameter 0.08 μm, PE melting point 135 ° C.) which is the resin porous layer (I). m 2 ) is applied, the slurry for forming the heat-resistant porous layer (II) is applied to the treated surface with a microgravia coater, dried, and the heat-resistant porous layer (II) having a thickness of 6 μm is formed into a resin porous layer (I). ) It was formed on one side of the upper surface to prepare a separator.
上記の正極、およびセパレータを用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。 A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode and separator were used.
比較例3
正極集電体を、アルニミウム合金箔(3003番、厚み:15.0μm、引張強度:4.0N/mm)に変更した。
Comparative Example 3
The positive electrode current collector was changed to an arnimium alloy foil (No. 3003, thickness: 15.0 μm, tensile strength: 4.0 N / mm).
セパレータを比較例2と同様のものに変更した。 The separator was changed to the same as that of Comparative Example 2.
上記の正極、およびセパレータを用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。 A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the above positive electrode and separator were used.
比較例4
正極集電体を、アルニミウム合金箔(3003番、厚み:15.0μm、引張強度:4.0N/mm)に変更した。
Comparative Example 4
The positive electrode current collector was changed to an arnimium alloy foil (No. 3003, thickness: 15.0 μm, tensile strength: 4.0 N / mm).
この正極を用いた以外は実施例2と同様にして非水電解質二次電池を作製した。 A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 2 except that this positive electrode was used.
実施例および比較例の非水電解質二次電池の構成と、各評価を表1および2にまとめた。また、実施例および比較例に用いた扁平状電極体の寸法、および非水電解質二次電池について、下記の各評価を行った。 The configurations of the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples and Comparative Examples and their evaluations are summarized in Tables 1 and 2. In addition, the dimensions of the flat electrode body used in Examples and Comparative Examples and the non-aqueous electrolyte secondary battery were evaluated as follows.
<挿入不良率>
実施例1、2〜4、比較例1〜3について、外装体(金属製の外装缶+蓋体
)への挿入不良率を求めた。実施例1、2〜4および比較例1〜3においてそれぞれ組み立て前の1000個の巻回電極体と外装体を用意した。
<Insert defect rate>
For Examples 1, 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, the insertion failure rate into the outer body (metal outer can + lid) was determined. In Examples 1, 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, 1000 wound electrode bodies and exterior bodies before assembly were prepared, respectively.
巻回電極体を外装体へ挿入する際、巻回電極体表面を傷つけてしまった場合を挿入不良発生とし、それぞれ1000個の電池を作製した時の挿入不良発生率を百分率で求めた。 When the wound electrode body was inserted into the exterior body, the case where the surface of the wound electrode body was damaged was regarded as the occurrence of insertion failure, and the rate of occurrence of insertion failure when 1000 batteries were manufactured was determined as a percentage.
<非水電解質二次電池の初期厚み>
実施例および比較例の各電池について、電池の厚みを測定した。測定箇所は実施例1、2〜4、比較例1〜3については図2に示す一点鎖線の交点部分の電池の厚みを測定し、実施例2〜4、比較例1〜3は実施例1の厚みを100としたときの相対寸法を表1に記載した。
<Initial thickness of non-aqueous electrolyte secondary battery>
For each of the batteries of Examples and Comparative Examples, the thickness of the batteries was measured. The measurement points were Examples 1, 2 to 4, and for Comparative Examples 1 to 3, the thickness of the battery at the intersection of the alternate long and short dash lines shown in FIG. 2 was measured, and Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were Example 1. The relative dimensions when the thickness of 100 is 100 are shown in Table 1.
実施例2、比較例4については図4に示す一点鎖線の交点部分の電池の厚みを測定した。比較例4は実施例2の厚みを100とした時の相対寸法を表2に示した。 In Example 2 and Comparative Example 4, the thickness of the battery at the intersection of the alternate long and short dash lines shown in FIG. 4 was measured. In Comparative Example 4, the relative dimensions when the thickness of Example 2 is 100 are shown in Table 2.
<非水電解質二次電池の充放電サイクル後の厚み>
初期厚み測定に用いた実施例および比較例の各電池について、45℃の環境下で、4.4Vまで1.0Cの定電流で充電後、総充電時間が2.5時間となるまで定電圧充電し、続いて1.0Cで電池電圧が2.75Vまで定電流放電を行う一連の操作を1サイクルとして、これらを700回繰り返した。
<Thickness of non-aqueous electrolyte secondary battery after charge / discharge cycle>
For each of the batteries of Examples and Comparative Examples used for the initial thickness measurement, after charging with a constant current of 1.0 C up to 4.4 V in an environment of 45 ° C., a constant voltage until the total charging time reaches 2.5 hours. A series of operations of charging and then discharging at a constant current of 1.0 C to a battery voltage of 2.75 V was set as one cycle, and these were repeated 700 times.
その後、実施例および比較例のサイクル後の各電池を、初期厚みと同様の手段でサイクル後の厚みを測定した。 Then, the post-cycle thickness of each of the batteries of Examples and Comparative Examples was measured by the same means as the initial thickness.
実施例および比較例の電池のサイクル後の厚みと初期厚みの差(以降厚み増加と記す)を算出し、実施例2〜4、比較例1〜3についての厚み増加は実施例1の厚み増加を100とした時の相対値を表1に示す。また、比較例4の厚み増加は実施例2の厚み増加を100とした時の相対値を表2に示す。 The difference between the thickness after the cycle of the batteries of Examples and Comparative Examples and the initial thickness (hereinafter referred to as thickness increase) is calculated, and the thickness increase for Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 is the thickness increase of Example 1. Table 1 shows the relative values when the value is 100. Table 2 shows the relative values of the thickness increase in Comparative Example 4 when the thickness increase in Example 2 is 100.
1 非水電解質二次電池
10 電池ケース
11 外装缶
111 外装缶側面部の幅広面
12 開裂溝
20 蓋体
21 端子部
30 扁平状巻回電極体
31 正極
32 負極
33 セパレータ
501 非水電解質二次電池
510 ラミネートフィルム
1 Non-aqueous electrolyte
Claims (6)
前記正極は、アルミニウム合金製の集電体と、前記集電体の両面に正極合剤層とを有しており、
前記正極の集電体は、引張強度が3.2N/mm以下であり、
前記正極と前記セパレータとの間および前記負極と前記セパレータとの間の一方又は両方に、接着性樹脂を含有する接着層を備えることを特徴とする非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery in which a wound electrode body in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator are stacked and wound in a spiral shape to form a flat cross section, and a non-aqueous electrolyte are housed in an exterior body.
The positive electrode has a current collector made of an aluminum alloy and positive electrode mixture layers on both sides of the current collector.
The positive electrode current collector has a tensile strength of 3.2 N / mm or less and has a tensile strength of 3.2 N / mm or less.
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an adhesive layer containing an adhesive resin between the positive electrode and the separator and one or both between the negative electrode and the separator.
前記幅広面は、側面からの投影形状が四角形であり、
前記外装缶を構成する金属は、前記幅広面の前記投影形状における2本の対角線の交点に相当する箇所での厚みが0.22mm以下であることを特徴とする請求項5に記載の非水電解質二次電池。 The side surface portions of the outer can have two wide surfaces that face each other and are wider than the other surfaces when viewed from the side.
The wide surface has a rectangular projection shape from the side surface.
The non-water according to claim 5, wherein the metal constituting the outer can has a thickness of 0.22 mm or less at a portion corresponding to an intersection of two diagonal lines in the projected shape of the wide surface. Electrolyte secondary battery.
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