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JP4843935B2 - Composite porous membrane, process for producing the same, and secondary battery using the same - Google Patents
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Composite porous membrane, process for producing the same, and secondary battery using the same Download PDF

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Description

本発明は、安全性の改善が要求されているリチウムイオン二次電池のセパレーターとして、優れたシャットダウン温度特性及び高いメルトダウン温度特性を示す複合多孔質膜、その製造方法及びこれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a composite porous membrane exhibiting excellent shutdown temperature characteristics and high meltdown temperature characteristics as a separator for lithium ion secondary batteries that are required to improve safety, a method for producing the same, and lithium ion using the same The present invention relates to a secondary battery.

近年、電子携帯機器の発達により、高エネルギー密度、高起電力の電池が開発されている。それらの中でも高起電力の点から非水電解液電池、特にリチウムイオン二次電池が精力的に開発されている。このような非水電解液電池の問題点の1つに可燃性有機溶媒を用いるがための危険性が指摘されている。電池の両極が短絡、電池内容物の分解反応を起こした場合、電池内部の急激な温度上昇により、内容物が噴出したりする。この様な問題に対する防護策として、現在、安全弁の取り付け、溶融性成分含有のセパレーターによるシャットダウン機能付与などが挙げられる。 In recent years, with the development of electronic portable devices, batteries with high energy density and high electromotive force have been developed. Among them, nonaqueous electrolyte batteries, particularly lithium ion secondary batteries, have been vigorously developed from the viewpoint of high electromotive force. One of the problems with such non-aqueous electrolyte batteries is the danger of using flammable organic solvents. When both electrodes of the battery are short-circuited and a decomposition reaction of the battery contents occurs, the contents are ejected due to a rapid temperature rise inside the battery. As safeguards against the such problems, currently, the mounting of the safety valve, and the like shutdown imparted by a separator fusible components contained.

しかしながら安全弁は短絡に対する本質的な防護策ではなく、電池内部の急激な圧力上昇を緩和するだけのものである。   However, the safety valve is not an essential protective measure against a short circuit, but only relieves a sudden pressure increase inside the battery.

一方、セパレーターのシャットダウン機能は熱溶融性材料を用いた多孔質膜を用いることにより、短絡などにより電池内部の温度がある一定の温度に達したときに、材料の熱溶融により多孔質膜の穴が塞がることにより、イオン導電性が妨げられ発熱の原因となる電池反応を抑えるというものである。このようなセパレーターは、特許文献1〜3等に示されているように、オレフィン系高分子材料の多孔質膜が開示されている。しかしながら、このような熱溶融性材料を用いた場合、熱上昇でシャットダウン機能が働いても更なる温度上昇がある場合、膜自体が溶融して本来の機能である電極間の隔離が損なわれてしまう。これはメルトダウンと呼ばれる現象であり電池としては好ましくない。
このような問題点の改善策としてシャットダウン温度の範囲を広げることが提案されている。例えば特許文献4〜7等に示されるように多孔質膜、不織布基材に熱溶融性材料を積層、コーテイングするなどの技術である。しかしながらこれらの作製手法は煩雑になる場合がある。また、必ずしもシャットダウン時の絶縁性が十分なものが得られてはいない。
On the other hand, the shutdown function of the separator, by using a porous film using a thermally fusible material, when it reaches a certain temperature is the temperature of the battery due to short circuit, the hot melt material of the porous membrane By closing the hole, the ionic conductivity is hindered and the battery reaction that causes heat generation is suppressed. As such a separator, as shown in Patent Documents 1 to 3 and the like, a porous film of an olefin polymer material is disclosed. However, when such a heat-meltable material is used, even if the shutdown function works due to heat rise, if there is a further temperature rise, the film itself melts and the isolation between the electrodes, which is the original function, is impaired. End up. This is a phenomenon called meltdown, which is not preferable for a battery.
It has been proposed to widen the range of the shutdown temperature as a remedy for such problems. For example, as disclosed in Patent Documents 4 to 7 and the like, it is a technique of laminating and coating a heat-meltable material on a porous film or a nonwoven fabric substrate. However, these production methods may be complicated . In addition, a sufficient insulation property at the time of shutdown is not necessarily obtained.

特許第2642206号明細書Japanese Patent No. 2642206 特開平6−212006号公報JP-A-6-212006 特開平8−138643号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-138643 特公平4−1692号公報Japanese Patent Publication No. 4-1692 特開昭60−52号公報JP-A-60-52 特開昭61−232560号公報JP 61-232560 A 特開平10−6453号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-6453

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、従来使用されている多孔膜セパレーターに代わるシャットダウン特性及びメルトダウン特性が良好で絶縁性に優れた安価なセパレーターを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an inexpensive separator that has excellent shutdown characteristics and melt-down characteristics, which are superior to conventional porous membrane separators, and is excellent in insulation. .

本発明は上記目的を達成するために、鋭意検討を重ねた結果、特定の範囲のガラス転移温度及び対数粘度を有するポリイミド系樹脂の多孔質膜が多孔質基材上に幾何学模様状に形成された複合多孔質膜をセパレーターとして使用することにより、安全性、サイクル耐久性に優れたリチウムイオン二次電池が得られることを見出した。即ち本発明は以下の(1)〜(10)の通りであるIn order to achieve the above object, the present invention has been intensively studied, and as a result, a porous film of polyimide resin having a glass transition temperature and logarithmic viscosity in a specific range is formed in a geometric pattern on a porous substrate. It was found that a lithium ion secondary battery excellent in safety and cycle durability can be obtained by using the composite porous membrane as a separator. That is, the present invention is as follows (1) to (10) .

(1)リチウムイオン二次電池のセパレーターとして用いる複合多孔質膜であって、ガラス転移温度が70℃以上かつ対数粘度が0.5dl/g以上であるポリイミド系樹脂のみからなるポリイミド系多孔質膜が、多孔質基材を格子状に被覆してなり、かつ被覆率が10〜90%であることを特徴とする複合多孔質膜。(1) A composite porous membrane used as a separator of a lithium ion secondary battery, which is composed only of a polyimide-based resin having a glass transition temperature of 70 ° C. or higher and a logarithmic viscosity of 0.5 dl / g or higher. A composite porous membrane comprising a porous substrate coated in a lattice pattern and a coverage of 10 to 90%.
(2)多孔質基材が、ポリエチレンもしくはポリプロピレンからなる多孔質膜、または不織布であることを特徴とする(1)に記載の複合多孔質膜。(2) The composite porous membrane according to (1), wherein the porous substrate is a porous membrane made of polyethylene or polypropylene, or a nonwoven fabric.
(3)ポリイミド系樹脂が、酸成分が主としてトリメリット酸無水物であるポリアミドイミド樹脂である(1)または(2)に記載の複合多孔質膜。(3) The composite porous membrane according to (1) or (2), wherein the polyimide resin is a polyamideimide resin whose acid component is mainly trimellitic anhydride.
(4)ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部に、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテート、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、およびビフェニルテトラカルボン酸無水物からなる群のうち少なくとも一種以上を用いたポリアミドイミド樹脂である(3)に記載の複合多孔質膜。(4) Polyimide-based resin further includes ethylene glycol anhydrobis trimellitate, propylene glycol anhydro bis trimellitate, pyromellitic acid anhydride, benzophenone tetracarboxylic acid anhydride, and biphenyl tetracarboxylic acid. The composite porous membrane according to (3), which is a polyamideimide resin using at least one or more members selected from the group consisting of acid anhydrides.
(5)ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部を、ダイマー酸、ポリアルキレングリコール、ポリエステル、ポリカプロラクトン並びに末端にカルボキシル基、水酸基またはアミノ基を含有するブタジエン系ゴムからなる群のうち少なくとも1種で置き換えた共重合ポリアミドイミド樹脂である(4)に記載の複合多孔質膜。(5) The polyimide resin further comprises at least a part of the acid component of dimer acid, polyalkylene glycol, polyester, polycaprolactone and a butadiene rubber containing a carboxyl group, a hydroxyl group or an amino group at the terminal. The composite porous membrane according to (4), which is a copolymerized polyamideimide resin replaced with one kind.
(6)ポリイミド系多孔質膜の膜厚が0.5〜30μmであり、多孔質基材の膜厚が5〜100μmである(1)〜(5)のいずれかに記載の複合多孔質膜。(6) The composite porous membrane according to any one of (1) to (5), wherein the polyimide porous membrane has a thickness of 0.5 to 30 μm and the porous substrate has a thickness of 5 to 100 μm. .

(7)リチウムイオン二次電池のセパレーターとして用いる複合多孔質膜の製造方法であって、(7) A method for producing a composite porous membrane used as a separator of a lithium ion secondary battery,
(I)ポリエチレンもしくはポリプロピレンからなる多孔質膜または不織布に、ガラス転移温度が70℃以上かつ対数粘度が0.5dl/g以上であるポリイミド系樹脂のみからなる溶質の溶液を、被覆率が10〜90%になるようにグラビアロールまたはスクリーン印刷法で格子状に塗布した後、(I) A solute solution consisting only of a polyimide resin having a glass transition temperature of 70 ° C. or higher and a logarithmic viscosity of 0.5 dl / g or higher is applied to a porous film or non-woven fabric made of polyethylene or polypropylene. After applying in a grid pattern by gravure roll or screen printing method to 90%,
(II)ポリイミド系樹脂を溶解した溶剤とは混和するが、ポリイミド系樹脂に対しては貧溶剤である溶液中に投入して凝固させる、(II) It is miscible with the solvent in which the polyimide resin is dissolved, but for the polyimide resin, it is put into a solution that is a poor solvent and solidified.
複合多孔質膜の製造方法。A method for producing a composite porous membrane.
(8)ポリイミド系樹脂が、酸成分が主としてトリメリット酸無水物であるポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする(7)に記載の複合多孔質膜の製造方法。(8) The method for producing a composite porous membrane according to (7), wherein the polyimide resin is a polyamide-imide resin whose acid component is mainly trimellitic anhydride.
(9)ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部に、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテート、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、およびビフェニルテトラカルボン酸無水物からなる群のうち少なくとも一種以上を用いたポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする(8)に記載の複合多孔質膜の製造方法。(9) Polyimide-based resin further includes ethylene glycol anhydrobis trimellitate, propylene glycol anhydro bis trimellitate, pyromellitic acid anhydride, benzophenone tetracarboxylic acid anhydride, and biphenyl tetracarboxylic acid. (8) The method for producing a composite porous membrane according to (8), which is a polyamide-imide resin using at least one of a group consisting of acid anhydrides.
(10)ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部を、ダイマー酸、ポリアルキレングリコール、ポリエステル、ポリカプロラクトン並びに末端にカルボキシル基、水酸基またはアミノ基を含有するブタジエン系ゴムからなる群のうち少なくとも1種で置き換えた共重合ポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする(9)に記載の複合多孔質膜の製造方法。(10) The polyimide resin further comprises at least a part of the acid component of dimer acid, polyalkylene glycol, polyester, polycaprolactone and a butadiene rubber containing a carboxyl group, a hydroxyl group or an amino group at the terminal. (9) The method for producing a composite porous membrane according to (9), wherein the composite porous imide resin is replaced with one type.

本発明は、特定の範囲のガラス転移温度及び対数粘度を有するポリイミド系樹脂の多孔質膜が多孔質基材上に幾何学模様に形成された複合多孔質膜を用いることによりシャットダウン特性とメルトダウン特性のバランスに優れると共に、ポリイミド系多孔質膜を過剰に用いることなく透気度を制御でき、複合多孔質膜のカールを抑えることができるリチウムイオン二次電池用セパレーターを提供できる。 The present invention, shutdown properties and melt by using the composite porous membrane porous membrane of a polyimide resin is formed on the geometric shape on a porous substrate having a glass transition temperature and inherent viscosity in a specific range Rutotomoni well balanced down characteristics, can control the air permeability without using an excess of polyimide porous film can provide a lithium ion secondary battery separator that can suppress the curling of the composite porous membrane.

以下本発明を詳細に説明する。
本発明に用いられるポリイミド系樹脂は多価カルボン酸無水物とジアミンまたはジイソシアネートをN−メチル−2−ピロリドンなどの極性有機溶剤中で室温または加熱下攪拌することにより容易に製造することができる
The present invention will be described in detail below.
Polyimide resin used in the present invention can be easily prepared by stirring at room temperature or under heating in a polar organic solvent such as polycarboxylic acid anhydride and diamine or a diisocyanate N- methyl-2-pyrrolidone .

本発明のポリイミド系樹脂の合成に用いられる酸成分は主としてトリメリット酸無水物である
しかし、その一部または全部を他の多塩基酸またはその無水物に置き換えることができる。他の多塩基酸またはその無水物とは、例えば、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ビフェニルスルホンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルエーテルテトラカルボン酸、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテート等のテトラカルボン酸及びこれらの無水物である。また、シュウ酸、アジピン酸、マロン酸、セバチン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸、ジカルボキシポリブタジエン、ジカルボキシポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)、ジカルボキシポリ(スチレンーブタジエン)等の脂肪族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジカルボン酸、ダイマー酸等の脂環族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸が挙げられる。
これらの中では反応性、溶解性、価格などの点からは、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、ビフェニルテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテートが好ましい。また、これらの中で耐電解液性の点からは1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸が好ましい。また、シャットダウン特性の点からは、ダイマー酸、分子量が1000以上のジカルボキシポリブタジエン、ジカルボキシポリ(アクリロニトリルブタジエン)、ジカルボキシポリ(スチレンーブタジエン)が好ましい。
The acid component used for the synthesis of the polyimide resin of the present invention is mainly trimellitic anhydride .
However , some or all of them can be replaced with other polybasic acids or their anhydrides. Examples of other polybasic acids or anhydrides thereof include pyromellitic acid, biphenyltetracarboxylic acid, biphenylsulfonetetracarboxylic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, biphenylethertetracarboxylic acid, ethylene glycol anhydrobistrimellitate, propylene glycol a tetracarboxylic acid and their anhydrides, such as anhydroerythromycin bistrimellitate. Also, oxalic acid, adipic acid, malonic acid, sebacic acid, azelaic acid, dodecane dicarboxylic acid, dicarboxylate polybutadiene, dicarboxypoly (acrylonitrile - butadiene), aliphatic dicarboxylic acids such as dicarboxypoly (styrene-butadiene) 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 4,4′-dicyclohexylmethanedicarboxylic acid, alicyclic dicarboxylic acids such as dimer acid, terephthalic acid, isophthalic acid, diphenylsulfone dicarboxylic acid, diphenyl ether dicarboxylic acid Examples thereof include aromatic dicarboxylic acids such as acid and naphthalenedicarboxylic acid.
Among these, pyromellitic acid anhydride, benzophenone tetracarboxylic acid anhydride, biphenyl tetracarboxylic acid anhydride, ethylene glycol anhydrobistrimellitate, propylene glycol anhydrobistrimer in terms of reactivity, solubility, and price. Melitate is preferred. Also, from the viewpoint of electrolytic solution resistance among these, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid is not preferable. From the viewpoint of shutdown characteristics , dimer acid, dicarboxypolybutadiene having a molecular weight of 1000 or more, dicarboxypoly (acrylonitrilebutadiene), and dicarboxypoly (styrene-butadiene) are preferable.

また、酸成分の一部をグリコールに置き換えてウレタン基を分子内に導入することもできる。グリコールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール等のアルキレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリアルキレングリコールや上記ジカルボン酸の1種又は2種以上と上記グリコールの1種又は2種以上とから合成される末端水酸基のポリエステル等が挙げられる。これらの中ではシャットダウン効果からポリエチレングリコール、末端水酸基のポリエステルが好ましい。また、これらの数平均分子量は500以上が好ましく、1000以上がより好ましい。上限は特に限定されないが8000未満が好ましい。 In addition, a urethane group can be introduced into the molecule by replacing part of the acid component with glycol. The glycol, ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, neopentyl glycol, alkylene glycol such as hexane diol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, one or two polyalkylene glycol and the dicarboxylic acid and polytetramethylene glycol or a polyester terminal hydroxyl groups synthesized from one or more of the above glycols Ru mentioned. Among these , polyethylene glycol and polyester having a terminal hydroxyl group are preferable because of the shutdown effect. Moreover, these number average molecular weights are preferably 500 or more, and more preferably 1000 or more. The upper limit is not particularly limited, but is preferably less than 8000.

酸成分の一部にシクロヘキサンジカルボン酸を用いる場合、酸成分のうち20〜70モル%を置き換えることが溶剤溶解性やポリイミド系多孔質膜の柔軟性を改良する上で好ましい。また酸成分の一部をダイマー酸、ポリアルキレンエーテル、ポリエステル並びに末端にカルボキシル基、水酸基及びアミノ基のいずれかを含有するブタジエン系ゴムからなる群のうち少なくとも1種で置き換える場合は、酸成分のうち、1〜60モル%を置き換えることが好ましい。 When cyclohexanedicarboxylic acid is used as part of the acid component, it is preferable to replace 20 to 70 mol% of the acid component in order to improve solvent solubility and flexibility of the polyimide-based porous film. When a part of the acid component is replaced with at least one kind selected from the group consisting of dimer acid, polyalkylene ether, polyester and butadiene rubber containing any of carboxyl group, hydroxyl group and amino group at the terminal, Of these, it is preferable to replace 1 to 60 mol%.

本発明のポリイミド系樹脂の合成に用いられるジアミン(ジイソシアネート)成分としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン及びこれらのジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,3−シクロヘキサンジアミン、ジシクロヘキシルメタンジアミン等の脂環族ジアミン及びこれらのジイソシアネート、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、3,3’−ジメチルベンジジン、キシリレンジアミン、ナフタレンジアミン等の芳香族ジアミン及びこれらのジイソシアネート等が挙げられる。これらの中では反応性、コスト、耐電解液性の点からジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチルベンジジン、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタンジアミン及びこれらのジイソシアネートが好ましい。 Examples of the diamine (diisocyanate) component used for the synthesis of the polyimide resin of the present invention include aliphatic diamines such as ethylenediamine, propylenediamine, and hexamethylenediamine, and their diisocyanates, 1,4-cyclohexanediamine, and 1,3-cyclohexanediamine. Alicyclic diamines such as dicyclohexylmethane diamine, and diisocyanates thereof, m-phenylene diamine, p-phenylene diamine, 4,4′-diaminodiphenyl methane, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, benzidine, 3,3'-dimethyl benzidine, xylylene diamine, and aromatic diamines and diisocyanates thereof such as naphthalene diamine like et be. Among these, diaminodiphenylmethane, 3,3′-dimethylbenzidine, isophoronediamine, dicyclohexylmethanediamine, and these diisocyanates are preferable from the viewpoint of reactivity, cost, and resistance to electrolytic solution.

本発明に用いるポリイミド系樹脂はN,N’−ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、γ−ブチロラクトン等の極性溶剤中、60〜200℃に加熱しながら攪拌することで容易に製造することができる。この場合、必要に応じてトリエチルアミン、ジエチレントリアミン等のアミン類、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、ナトリウムメトキシド等のアルカリ金属塩等を触媒として用いることもできる。   The polyimide resin used in the present invention is stirred while heating at 60 to 200 ° C. in a polar solvent such as N, N′-dimethylformamide, N, N′-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and γ-butyrolactone. By doing so, it can be easily manufactured. In this case, amines such as triethylamine and diethylenetriamine, alkali metal salts such as sodium fluoride, potassium fluoride, cesium fluoride, sodium methoxide, and the like can be used as a catalyst as necessary.

本発明に用いるポリイミド系樹脂はガラス転移温度が70℃以上で対数粘度は0.5dl/g以上であることが必要である。ガラス転移温度が70℃未満では、メルトダウン温度が低くなり、セパレーターに用いた場合、正極と負極が短絡を起こすおそれがある。一方上限は加工性や溶剤溶解性を考慮すると400℃未満が好ましい。対数粘度が0.5dl/g未満の場合、溶融温度の低下により同様に正極と負極が短絡を起こす危険性が増すことと分子量が低いためポリイミド系多孔質膜が脆くなる。一方、対数粘度の上限は加工性や溶剤溶解性を考慮すると2.0dl/g未満が好ましい。 The polyimide resin used in the present invention needs to have a glass transition temperature of 70 ° C. or higher and a logarithmic viscosity of 0.5 dl / g or higher. When the glass transition temperature is less than 70 ° C., the meltdown temperature becomes low, and when used for a separator, the positive electrode and the negative electrode may be short-circuited. On the other hand, the upper limit is preferably less than 400 ° C. in consideration of workability and solvent solubility . If several pairs viscosity is less than 0.5 dl / g, as well as the risk that the positive electrode and the negative electrode cause a short circuit is increased, a polyimide porous film due to the low molecular weight may turn brittle by lowering the melting temperature. On the other hand , the upper limit of the logarithmic viscosity is preferably less than 2.0 dl / g in consideration of processability and solvent solubility.

本発明に用いられる多孔質基材に制限はないが、本発明の目的であるリチウムイオン二次電池のセパレーターに用いる場合のシャットダウン機能を付与するためには、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系の多孔質膜が好ましい。   The porous substrate used in the present invention is not limited, but in order to provide a shutdown function when used for the separator of a lithium ion secondary battery which is the object of the present invention, a polyolefin-based porous material such as polyethylene or polypropylene is used. A membrane is preferred.

次にポリイミド系多孔質膜と多孔質基材との複合多孔質膜の製造方法について説明する。本発明の特徴は多孔質基材上にポリイミド系多孔質膜を幾何学模様状に積層することにある。幾何学模様状に積層することによって、ポリイミド系多孔質膜を過剰に用いることなく透気度を制御でき、複合多孔質膜のカールを抑えることができる。   Next, the manufacturing method of the composite porous membrane of a polyimide type porous membrane and a porous base material is demonstrated. A feature of the present invention resides in that a polyimide-based porous film is laminated on a porous substrate in a geometric pattern. By laminating in a geometric pattern, the air permeability can be controlled without excessive use of the polyimide-based porous film, and curling of the composite porous film can be suppressed.

本発明で幾何学模様とは、ストライプ状、格子状、三角形や四角形などの多角形状、円、楕円などの単独またこれらの組み合わせがあげられるが、製造の容易さの点からストライプ状または格子状が好ましい。幾何学模様部が基材を被覆する割合(被覆率)は10〜90%、好ましくは30〜70%である。被覆率が10%以下ではリチウムイオン二次電池に用いた場合のメルトダウン防止効果が不十分であり、90%以上では、透気度が損なわれる場合があるからである。 In the present invention, the geometric pattern includes a stripe shape, a lattice shape, a polygonal shape such as a triangle or a quadrangle, a circle, an ellipse or the like alone or a combination thereof. It is not preferred. The ratio (coverage) that the geometric pattern portion covers the substrate is 10 to 90%, preferably 30 to 70%. This is because if the coverage is 10% or less, the effect of preventing meltdown when used in a lithium ion secondary battery is insufficient, and if it is 90% or more, the air permeability may be impaired.

本発明の複合多孔質膜の製造方法に特に制限はないが、以下の方法が好ましい。
(1)ポリイミド系樹脂溶液をスクリーン印刷で多孔質基材上に塗布した後、湿式凝固法によって複合多孔質膜を形成させる。
(2)ポリイミド系樹脂溶液を幾何学模様を彫刻されたグラビアロールを用いて多孔質基材上に塗布した後、湿式凝固法によって複合多孔質膜を形成させる。
Although there is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the composite porous membrane of this invention, The following method is preferable.
(1) A polyimide-based resin solution is applied on a porous substrate by screen printing, and then a composite porous film is formed by a wet coagulation method.
(2) A polyimide-based resin solution is applied onto a porous substrate using a gravure roll engraved with a geometric pattern, and then a composite porous film is formed by a wet coagulation method.

次にポリイミド系多孔質膜の湿式凝固法によって製造する方法について説明する。ポリイミド系樹脂を溶解する溶剤は上記のようにN−メチル−2−ピロリドンやジメチルアセトアミド、N,N’−ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶剤が主体になる。またポリイミド系多孔質膜形成時の凝固速度を調節して、孔径や孔径分布を調節するためにメタノール、エタノール、プロピルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールやポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類などを添加することがきる。これらの添加剤はポリイミド系樹脂溶液100部に対して5〜300部、好ましくは10〜200部、更に好ましくは20〜100部である。 Next, a method for producing a polyimide-based porous film by a wet coagulation method will be described. As described above, amide solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, and N, N′-dimethylformamide are mainly used as solvents for dissolving the polyimide resin . In addition , alcohols such as methanol, ethanol, propyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, and polypropylene glycol, and acetone are used to adjust the coagulation rate at the time of forming the polyimide-based porous film to adjust the pore size and pore size distribution. , as possible de be added, such as ketones such as methyl ethyl ketone. These additives, 5-300 parts of the polyimide resin solution 100 parts, preferably 10 to 200 parts, more preferably 20 to 100 parts.

上記のポリイミド系樹脂溶液をポリオレフィン系などの孔質基材の片面または両面に幾何学模様に図案されたスクリーン版を通して、または幾何学模様に彫刻されたグラビアロールで印刷または塗布した後、ポリイミド系樹脂の溶剤には混和してポリイミド系樹脂を溶解させない凝固浴中に投入して凝固させ、複合多孔膜を形成させる。 After the above-mentioned polyimide resin solution is printed or coated in a gravure roll through design have been screen plate in geometric patterns on one or both sides of the multi-porous substrate, or engraved in a geometric pattern such as a polyolefin, polyimide A composite porous film is formed by mixing in a solvent of a resin and putting it in a coagulation bath that does not dissolve the polyimide resin.

本発明のポリイミド系多孔質を製造する際に用いる凝固浴は水を主体とした溶液が好ましい。この凝固浴には凝固速度やポリイミド系多孔質膜の孔径及びその分布を調節するために水と混和する他の溶剤を混合することができる。このような溶剤としてはメタノール、エタノール、プロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、N,N’−ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶剤等が挙げられる。これらの中ではポリイミド系多孔質膜中の孔径の均一さの点からエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール類やN−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルアセトアミド、N,N’−ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶剤が好ましい。これらの溶剤の添加量は水100部に対して5〜500部、好ましくは10〜400部、更に好ましくは20〜300部である。 Coagulating bath used in manufacturing the polyimide porous membrane of the present invention, a solution composed mainly of water is preferred. The coagulation bath can be mixed other solvent miscible with water in order to adjust the pore diameter and distribution thereof of the solidification rate and polyimide porous membrane. As such solvents, methanol, ethanol, propyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, alcohols such as polyethylene glycol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, N, N'-dimethylformamide, N, N' dimethylacetamide, Ru include amide-based solvents such as N- methyl-2-pyrrolidone. In terms of average one of pore size in the polyimide-based porous membrane Among these, ethylene glycol, glycol ethers and N- methyl-2-pyrrolidone and polyethylene glycol, N, N'-dimethylacetamide, N, N ' -Amide solvents such as dimethylformamide are preferred. The addition amount of these solvents, from 5 to 500 parts per 100 parts of water, preferably 10 to 400 parts, more preferably 20 to 300 parts.

ポリイミド系多孔質膜の膜厚は0.5〜30μm、好ましくは1〜20μm、更に好ましくは2〜10μmである。膜厚が0.5μm以下ではメルトダウン防止効果が不十分になる。逆に膜厚が30μmを越えるとサイクル特性が低下することがある。ポリイミド系多孔質膜の空孔率は30〜90%が好ましい。更に好ましくは40〜70%であり、空孔率が30%以下では膜の電気抵抗が高くなり、大電流を流しにくくなる。一方、90%以上では膜強度が弱くなる。また孔径の尺度である透気度はJIS−P8117に準拠した方法により測定した値が1〜2000sec/100ccAirであることが好ましい。透気度が1sec/100ccAir未満では膜強度が弱くなり、2000sec/100ccAirを超えると内部抵抗が大きくなり、サイクル耐久性が不十分になる。   The film thickness of the polyimide-based porous film is 0.5 to 30 μm, preferably 1 to 20 μm, and more preferably 2 to 10 μm. When the film thickness is 0.5 μm or less, the effect of preventing meltdown is insufficient. Conversely, when the film thickness exceeds 30 μm, the cycle characteristics may deteriorate. The porosity of the polyimide-based porous film is preferably 30 to 90%. More preferably, it is 40 to 70%. When the porosity is 30% or less, the electric resistance of the film becomes high and it becomes difficult to flow a large current. On the other hand, if it is 90% or more, the film strength becomes weak. The air permeability, which is a measure of the pore diameter, is preferably 1 to 2000 sec / 100 cc Air measured by a method based on JIS-P8117. When the air permeability is less than 1 sec / 100 cc Air, the film strength becomes weak, and when it exceeds 2000 sec / 100 cc Air, the internal resistance increases and the cycle durability becomes insufficient.

また、本発明の多孔質基材として、紙やプラスチックの多孔質膜、不織布が好ましく特にポリエチレンやポリプロピレンの多孔質膜、またはこれらの単繊維を抄紙した不織布が好適である。本発明の多孔質基材の厚みは、5〜100μm、好ましくは10〜90μmのものが好適である。 Further, as the porous substrate of the present invention, or a porous film of paper, plastic, non-woven fabric is preferably, suitable in particular porous film polyethylene or polypropylene non-woven fabric or paper making these filaments. The thickness of the porous substrate of the present invention is 5 to 100 μm, preferably 10 to 90 μm.

このように構成された本発明の多孔質基材上にポリイミド系多孔質膜が幾何学模様状に複合された複合多孔質膜をセパレーターとして使用したリチウムイオン二次電池は従来と同様の電池性能を発揮する。本発明により、シャットダウン特性、メルトダウン特性に優れた安全な電池を得ることができる。本発明に関わるリチウムイオン二次電池は本発明の複合膜をセパレーターとして用いること以外は、常法に従って製造することができる。 The lithium ion secondary battery using a composite porous membrane in which a polyimide-based porous membrane is combined in a geometric pattern on the porous base material of the present invention thus configured as a separator is the same battery performance as before. Demonstrate . According to the present invention , a safe battery excellent in shutdown characteristics and meltdown characteristics can be obtained. The lithium ion secondary battery according to the present invention can be produced according to a conventional method except that the composite membrane of the present invention is used as a separator.

極活物質としてはリチウムを含んだ材料、負極としてはリチウムをイオンとして吸蔵、放出可能な材料、電解液としてはリチウムとフッ素を含む化合物からなる電解質の有機溶剤溶液を用いることができる。 Material containing lithium as a positive electrode active material, lithium absorption as a negative electrode as an ion, releasable material, as the electrolytic solution can be an organic solvent solution of an electrolyte composed of a compound containing lithium and fluorine.

具体的には、正極活物質としてはリチウムイオンを挿入、離脱できるコバルト酸リチウムやマンガン酸リチウム等のリチウム金属酸化物を使用することができる。正極活物質には導電剤として公知の活性炭、各種コークス、カーボンブラック、結着剤及び溶剤等を配合し、この分散液をアルミニウム等の集電体に塗布、乾燥したものを正極材とすることができる。   Specifically, lithium metal oxides such as lithium cobaltate and lithium manganate that can insert and remove lithium ions can be used as the positive electrode active material. A known active carbon, various cokes, carbon black, a binder, a solvent, and the like are blended into the positive electrode active material as a conductive agent, and this dispersion is applied to a current collector such as aluminum and dried to form a positive electrode material. Can do.

負極活物質としてはコークス、グラファイト、非晶質カーボン等が用いられ、これらを結着剤と有機溶剤からなる分散液を銅箔等の集電体に塗布、乾燥して負極材とすることができる。   Coke, graphite, amorphous carbon, etc. are used as the negative electrode active material, and these are applied to a current collector such as a copper foil with a dispersion composed of a binder and an organic solvent, and dried to form a negative electrode material. it can.

電解液に使用される電解質としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF4、LiBF4、LiBr、LiCF3SO3等が挙げられ、有機溶剤としてはプロピレンカービネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン等の1種又は2種以上が用いられる。 Examples of the electrolyte used in the electrolytic solution include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 4 , LiBF 4 , LiBr, LiCF 3 SO 3 , and the organic solvents include propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate. , Ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran or the like is used.

以下、実施例で本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例で制限されるものではない。
尚、実施例中の測定値は以下の方法で測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not restrict | limited by these Examples.
In addition, the measured value in an Example was measured with the following method.

対数粘度:ポリイミド系樹脂0.5gを100mlのN−メチル−2−ピロリドンに溶解した溶液を30℃に保ちウベローデ粘度管を用いて測定した。   Logarithmic viscosity: A solution obtained by dissolving 0.5 g of polyimide resin in 100 ml of N-methyl-2-pyrrolidone was kept at 30 ° C. and measured using an Ubbelohde viscosity tube.

ガラス転移温度:測定幅4mm、長さ15mmのポリイミド系樹脂フィルムをレオロジー社製DVE−V4レオスペクトラーを用い、周波数110Hzの振動を与えて測定した動的粘弾性の損失弾性率の変曲点をガラス転移温度とした。   Glass transition temperature: Inflection point of loss elastic modulus of dynamic viscoelasticity measured by applying vibration at a frequency of 110 Hz to a polyimide resin film having a measurement width of 4 mm and a length of 15 mm, using a DVE-V4 rheospectr made by Rheology. Was the glass transition temperature.

膜厚:SONY μ−メーターで測定した。   Film thickness: measured with a SONY μ-meter.

シャットダウン温度特性:プロピレンカーボネートに4フッ化ホウ酸リチウムを1モル/l溶解した溶液を充填した複合多孔質膜を用い、交流周波数1kHz、交流振幅100mV、昇温速度2℃/分で測定した。温度上昇に伴うインピーダンス値の上昇が一旦100Ωcm2になったときの温度をシャットダウン開始温度とし、インピーダンスの値が1kΩcm2を越え、更に上昇した後低下し再び1kΩcm2になった温度をメルトダウン温度とした。 Shutdown temperature characteristics: A composite porous membrane filled with a solution of 1 mol / l lithium tetrafluoroborate dissolved in propylene carbonate was measured at an AC frequency of 1 kHz, an AC amplitude of 100 mV, and a temperature increase rate of 2 ° C./min. The temperature at which the rise in impedance value due to temperature rise once becomes 100 Ωcm 2 is the shutdown start temperature, and the temperature at which the impedance value exceeds 1 kΩcm 2 , then rises and decreases again to 1 kΩcm 2 is the meltdown temperature. It was.

[実施例1]
温度計、冷却管、窒素ガス導入管のついた4ツ口フラスコにトリメリット酸無水物(TMA)1モル、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)1モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が25%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、130℃で5時間攪拌した後、室温まで冷却した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.68dl/g、ガラス転移温度は285℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液100部にポリエチレングリコール(数平均分子量400)を20部配合した溶液を膜厚16μmのポリエチレン多孔質膜上に250メッシュのステンレス製スクリーン版に角度30度で格子状パターンを配置したスクリーンを用いて、膜厚が18μmとなるように印刷、塗布し、25℃の水中に約3分間浸漬した後金属枠で固定して100℃で10分間乾燥した。ポリアミドイミド多孔質膜の被覆率は65%、得られた複合多孔質膜の透気度は103sec/100ccAir、シャットダウン温度は120℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。この多孔質膜をセパレーターに用い、正極活物質としてコバルト酸リチウム、導電剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いた正極及び黒鉛と非晶質炭素を混合した負極活物質とポリフッ化ビニリデンをバインダーにした負極、電解液としてソルライト(三菱化学製)を用いてコイン型電池を作製して電池特性を評価した。市販のセパレーター(東燃化学製:25μ)に比べて放電容量、サイクル特性ともほぼ同等の性能を示した。
[Example 1]
A four-necked flask equipped with a thermometer, a condenser tube, and a nitrogen gas inlet tube contains 1 mole of trimellitic anhydride (TMA), 1 mole of diphenylmethane diisocyanate (MDI), and 0.02 mole of potassium fluoride with a solid content of 25 % With N-methyl-2-pyrrolidone and stirred at 130 ° C. for 5 hours, and then cooled to room temperature. The obtained polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 0.68 dl / g and a glass transition temperature of 285 ° C.
A solution in which 20 parts of polyethylene glycol (number average molecular weight 400) is blended with 100 parts of this polyamideimide resin solution is placed on a polyethylene porous film having a thickness of 16 μm and a lattice pattern is arranged at an angle of 30 degrees on a 250 mesh stainless steel screen plate. The screen was printed and applied to a film thickness of 18 μm, immersed in water at 25 ° C. for about 3 minutes, fixed with a metal frame, and dried at 100 ° C. for 10 minutes. Coverage of the polyamideimide porous film 65%, air permeability of the obtained double if the porous membrane is 103sec / 100ccAir, the shutdown temperature is 120 ° C., meltdown temperature were 200 ° C. or higher. Using this porous membrane as a separator, a positive electrode using lithium cobaltate as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, polyvinylidene fluoride as a binder, a negative electrode active material mixed with graphite and amorphous carbon, and polyvinylidene fluoride A coin-type battery was fabricated using a negative electrode as a binder and Sollite (manufactured by Mitsubishi Chemical) as an electrolytic solution, and battery characteristics were evaluated. Commercial separator (Tonen Chemical Ltd.: 25.mu. m) discharge capacity as compared with, both the cycle characteristics exhibited almost the same performance.

[実施例2]
実施例1の酸成分をTMA0.9モル、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物0.1モル、ジフェニルメタンジイソシアネート1.0モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が20%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、100℃で3時間させた後、冷却してポリアミドイミド樹脂を得た。このポリアミドイミド樹脂のガラス転移温度は300℃、対数粘度は1.23dl/gであった。
このポリアミドイミド樹脂溶液を用いて、実施例1と同じ方法で作製した膜厚20μmの複合多孔質の透気度は121sec/100ccAirでシャットダウン温度は120℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
[Example 2]
The acid component of Example 1 was TMA 0.9 mol, benzophenone tetracarboxylic acid anhydride 0.1 mol, diphenylmethane diisocyanate 1.0 mol, potassium fluoride 0.02 mol, N- The mixture was charged with methyl-2-pyrrolidone, allowed to cool at 100 ° C. for 3 hours, and then cooled to obtain a polyamideimide resin. This polyamideimide resin had a glass transition temperature of 300 ° C. and a logarithmic viscosity of 1.23 dl / g.
Using this polyamideimide resin solution, the air permeability of a composite porous membrane having a thickness of 20 μm produced by the same method as in Example 1 was 121 sec / 100 cc Air, the shutdown temperature was 120 ° C., and the meltdown temperature was 200 ° C. or higher. It was.

[実施例3]
実施例1と同じ装置を用い、TMA0.74モル、ビフェニルテトラカルボン酸無水物0.2モル、分子量2000のポリプロピレングリコール0.06モル、イソホロンジイソシアネート1.02モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が50%となるようにγ−ブチロラクトンと共に仕込み180℃で5時間反応させた後、固形分濃度が25%となるようにN,N’−ジメチルアセトアミドで希釈してポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.63dl/g、ガラス転移温度は198℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液から実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作製した。この複合多孔質膜の厚みは17μm、透気度は89sec/100ccAirでシャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
[Example 3]
Using the same apparatus as in Example 1, 0.74 mol of TMA, 0.2 mol of biphenyltetracarboxylic anhydride, 0.06 mol of polypropylene glycol having a molecular weight of 2000, 1.02 mol of isophorone diisocyanate, 0.02 mol of potassium fluoride were added. After charging with γ-butyrolactone so that the solid concentration is 50% and reacting at 180 ° C. for 5 hours, it is diluted with N, N′-dimethylacetamide so that the solid concentration is 25%. Synthesized. The obtained polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 0.63 dl / g and a glass transition temperature of 198 ° C.
A composite porous membrane was produced from this polyamideimide resin solution by the same method as in Example 1. This composite porous membrane had a thickness of 17 μm, an air permeability of 89 sec / 100 cc Air, a shutdown temperature of 122 ° C., and a meltdown temperature of 200 ° C. or higher.

[実施例4]
実施例1と同じ装置を用い、TMA0.8モル、ピロメリット酸無水物0.15モル、ポリカプロラクトン(ダイセル化学製プラクセル220:分子量2000)0.05モル、イソホロンジイソシアネート(IPDI)0.5モル、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート0.5モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が50%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、180℃で約5時間反応させた後固形分濃度が25%となるようにN−メチル−2―ピロリドンで希釈した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.71dl/g、ガラス転移温度は185℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液を実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作製した。この複合多孔質膜の膜厚は18μm、透気度は67sec/100ccAirで、シャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
[Example 4]
Using the same apparatus as in Example 1, 0.8 mol of TMA, 0.15 mol of pyromellitic anhydride, 0.05 mol of polycaprolactone (Placcel 220: molecular weight 2000 manufactured by Daicel Chemical Industries), 0.5 mol of isophorone diisocyanate (IPDI) , 0.5 mol of diphenylmethane-4,4′-diisocyanate and 0.02 mol of potassium fluoride were added together with N-methyl-2-pyrrolidone so that the solid concentration would be 50%, and reacted at 180 ° C. for about 5 hours. After that, it was diluted with N-methyl-2-pyrrolidone so that the solid content concentration was 25%. The obtained polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 0.71 dl / g and a glass transition temperature of 185 ° C.
A composite porous membrane was produced from this polyamideimide resin solution in the same manner as in Example 1. The composite porous membrane had a thickness of 18 μm, an air permeability of 67 sec / 100 cc Air, a shutdown temperature of 122 ° C., and a meltdown temperature of 200 ° C. or higher.

[実施例5]
実施例1と同じ装置を用い,TMA1モル、o−トリジンジイソシアネート0.7モル、MDI0.3モル、ジアザビシクロウンデセン0.02モルを固形分濃度が30%となるようにN,N’−ジメチルホルムアミドとともに仕込み、120℃で5時間反応させた後N,N’−ジメチルホルムアミドで固形分濃度が20%となるように希釈した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は1.12dl/gでガラス転移温度は305℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液を用いて実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作製した。この多孔質膜の膜厚は17μm、透気度は95秒/100ccAirで、シャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
[Example 5]
Using the same apparatus as in Example 1, 1 mol of TMA, 0.7 mol of o-tolidine diisocyanate, 0.3 mol of MDI, and 0.02 mol of diazabicycloundecene were added so that the solid content concentration would be 30%. -Prepared together with dimethylformamide, reacted at 120 ° C for 5 hours, and then diluted with N, N'-dimethylformamide to a solid content concentration of 20%. The obtained polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 1.12 dl / g and a glass transition temperature of 305 ° C.
A composite porous membrane was produced in the same manner as in Example 1 using this polyamideimide resin solution. The porous film had a thickness of 17 μm, an air permeability of 95 seconds / 100 cc Air, a shutdown temperature of 122 ° C., and a meltdown temperature of 200 ° C. or higher.

[実施例6]
実施例1のポリアミドイミド樹脂溶液100部にポリエチレングリコール(数平均分子量400)を20部配合した溶液を用い、角度30度で溝幅/ライン幅が0.3mm/0.3mmのスパイラル構造のグラビアロールを用いてポリエチレン多孔質膜に塗布させた後、水/N−メチル−2−ピロリドン比が70/30(重量比)の凝固浴に投入して凝固させ、洗滌、乾燥して複合多孔質膜を得た。この複合多孔質膜の膜厚は22μm、透気度は132秒/100ccAir,シャットダウン温度は120℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。この複合多孔質膜をセパレーターにして実施例1と同じ構成で作製したコイン電池の放電容量、サイクル耐久性などの電池性能は良好な特性を示した。
[Example 6]
Using a solution in which 20 parts of polyethylene glycol (number average molecular weight 400) is blended with 100 parts of the polyamideimide resin solution of Example 1, a gravure having a spiral structure with an angle of 30 degrees and a groove width / line width of 0.3 mm / 0.3 mm After being applied to a polyethylene porous film using a roll, it is put into a coagulation bath having a water / N-methyl-2-pyrrolidone ratio of 70/30 (weight ratio), coagulated, washed and dried to form a composite porous material. A membrane was obtained. The composite porous membrane had a thickness of 22 μm, an air permeability of 132 seconds / 100 cc Air, a shutdown temperature of 120 ° C., and a meltdown temperature of 200 ° C. or higher. A battery performance such as discharge capacity and cycle durability of a coin battery manufactured using the composite porous membrane as a separator and having the same configuration as that of Example 1 showed good characteristics.

[実施例7]
実施例1で用いたポリエチレン多孔質膜を膜厚15μmのポリプロピレン不織布に変えた以外は実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作製した。この複合多孔質膜の膜厚は18μm、透気度は86秒/100ccAir,シャットダウン温度は165℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
[Example 7]
A composite porous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the polyethylene porous membrane used in Example 1 was changed to a polypropylene nonwoven fabric having a thickness of 15 μm. The composite porous membrane had a thickness of 18 μm, an air permeability of 86 seconds / 100 cc Air, a shutdown temperature of 165 ° C., and a meltdown temperature of 200 ° C. or higher.

[比較例1]
実施例2でTMAを1.07モルとした以外は実施例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.41dl/g、ガラス転移温度は295℃であった。
このポリアミドイミド樹脂を用いたポリイミド系多孔質膜は分子量が低いため脆く、塗膜が剥落してセパレーターとしては不適であった。
[Comparative Example 1]
A polyamideimide resin was synthesized under the same conditions as in Example 1 except that TMA was changed to 1.07 mol in Example 2. The obtained polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 0.41 dl / g and a glass transition temperature of 295 ° C.
A polyimide-based porous film using this polyamide-imide resin is fragile because of its low molecular weight, and the coating film peeled off, making it unsuitable as a separator.

[比較例2]
実施例1と同じ装置を用い、TMA0.15モル、ダイマー酸0.85モル、IPDI1.02モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が50%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、180℃で5時間反応させた後冷却しながらN−メチル−2−ピロリドンで固形分濃度を25%に希釈した。このポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.63dl/g、ガラス転移温度は53℃であった。このポリアミドイミド樹脂溶液を用い、実施例1と同じ方法でポリエチレン多孔質膜に印刷して複合多孔質膜を作製し、電池特性を評価した。しかし、約150℃以下でメルトダウンおよび急激な収縮を起こし、リチウムイオン二次電池用セパレーターとして安全性に問題があった。
[Comparative Example 2]
Using the same apparatus as in Example 1, 0.15 mol of TMA, 0.85 mol of dimer acid, 1.02 mol of IPDI, and 0.02 mol of potassium fluoride were added so that the solid concentration was 50%. After charging with pyrrolidone and reacting at 180 ° C. for 5 hours, the solid content concentration was diluted to 25% with N-methyl-2-pyrrolidone while cooling. This polyamideimide resin had a logarithmic viscosity of 0.63 dl / g and a glass transition temperature of 53 ° C. Using this polyamide-imide resin solution, a composite porous membrane was prepared by printing on a polyethylene porous membrane in the same manner as in Example 1, and the battery characteristics were evaluated . However, meltdown and rapid shrinkage occurred at about 150 ° C. or less, and there was a problem in safety as a separator for a lithium ion secondary battery.

本発明によって特定の範囲のガラス転移温度及び対数粘度を有するポリイミド系樹脂の多孔質膜を多孔質基材上に幾何学模様状に積層した複合多孔質膜を用いることによりシャットダウン特性とメルトダウン特性のバランスに優れると共に、ポリイミド系多孔質膜を過剰に用いることなく透気度を制御でき、複合多孔質膜のカールを抑えることができるリチウムイオン二次電池用セパレーターを提供できる。 According to the present invention, by using a composite porous film in which a porous film of a polyimide resin having a glass transition temperature and a logarithmic viscosity in a specific range is laminated on a porous substrate in a geometric pattern , a shutdown characteristic and a melt Rutotomoni well balanced down characteristics, can control the air permeability without using an excess of polyimide porous film can provide a lithium ion secondary battery separator that can suppress the curling of the composite porous membrane.

Claims (10)

リチウムイオン二次電池のセパレーターとして用いる複合多孔質膜であって、ガラス転移温度が70℃以上かつ対数粘度が0.5dl/g以上であるポリイミド系樹脂のみからなるポリイミド系多孔質膜多孔質基材を格子状に被覆してなり、かつ被覆率が10〜90%であることを特徴とする複合多孔質膜。 A composite porous membrane used as a separator for lithium ion secondary batteries, a polyimide porous film having a glass transition temperature of only polyimide resin is 70 ° C. or more and a logarithmic viscosity of 0.5 dl / g or higher, porous A composite porous membrane comprising a porous substrate coated in a lattice pattern and a coverage of 10 to 90% . 多孔質基材がポリエチレンもしくはポリプロピレンからなる多孔質膜または不織布であることを特徴とする請求項1に記載の複合多孔質膜。 Porous substrate, the composite porous membrane is a porous Makuma other consisting of polyethylene or polypropylene according to claim 1, characterized in that the non-woven fabric. ポリイミド系樹脂が、酸成分が主としてトリメリット酸無水物であるポリアミドイミド樹脂である請求項1または2に記載の複合多孔質膜。The composite porous membrane according to claim 1 or 2, wherein the polyimide resin is a polyamide-imide resin whose acid component is mainly trimellitic anhydride. ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部に、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテート、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物およびビフェニルテトラカルボン酸無水物からなる群のうち少なくとも一種以上を用いたポリアミドイミド樹脂である請求項に記載の複合多孔質膜。 Polyimide-based resins are also part of the acid component such as ethylene glycol anhydrobis trimellitate , propylene glycol anhydro bis trimellitate, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride , and biphenyl tetracarboxylic anhydride The composite porous membrane according to claim 3 , wherein the composite porous membrane is a polyamide-imide resin using at least one member selected from the group consisting of: ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部を、ダイマー酸、ポリアルキレングリコール、ポリエステル、ポリカプロラクトン並びに末端にカルボキシル基、水酸基またはアミノ基を含有するブタジエン系ゴムからなる群のうち少なくとも1種で置き換えた共重合ポリアミドイミド樹脂である請求項に記載の複合多孔質膜。 The polyimide resin is further at least one of its acid components selected from the group consisting of dimer acid, polyalkylene glycol, polyester , polycaprolactone , and butadiene rubber containing a carboxyl group, a hydroxyl group or an amino group at the terminal. 5. The composite porous membrane according to claim 4 , wherein the composite porous membrane is a substituted copolymer polyamideimide resin. ポリイミド系多孔質膜の膜厚が0.5〜30μmであり、多孔質基材の膜厚が5〜100μmである請求項1〜5のいずれかに記載の複合多孔質膜。The composite porous membrane according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyimide-based porous membrane has a thickness of 0.5 to 30 µm, and the porous substrate has a thickness of 5 to 100 µm. リチウムイオン二次電池のセパレーターとして用いる複合多孔質膜の製造方法であって、
(I)ポリエチレンもしくはポリプロピレンからなる多孔質膜または不織布に、ガラス転移温度が70℃以上かつ対数粘度が0.5dl/g以上であるポリイミド系樹脂のみからなる溶質の溶液を、被覆率が10〜90%になるようにグラビアロールまたはスクリーン印刷法で格子状に塗布した後、
(II)ポリイミド系樹脂を溶解した溶剤とは混和するが、ポリイミド系樹脂に対しては貧溶剤である溶液中に投入して凝固させる
複合多孔質膜の製造方法。
A method for producing a composite porous membrane used as a separator of a lithium ion secondary battery,
(I) A solute solution consisting only of a polyimide resin having a glass transition temperature of 70 ° C. or higher and a logarithmic viscosity of 0.5 dl / g or higher is applied to a porous film or non-woven fabric made of polyethylene or polypropylene. After applying in a grid pattern by gravure roll or screen printing method to 90% ,
(II) It is miscible with the solvent in which the polyimide resin is dissolved, but for the polyimide resin, it is put into a solution that is a poor solvent and solidified .
A method for producing a composite porous membrane.
ポリイミド系樹脂が、酸成分が主としてトリメリット酸無水物であるポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項7に記載の複合多孔質膜の製造方法。The method for producing a composite porous membrane according to claim 7, wherein the polyimide resin is a polyamide-imide resin whose acid component is mainly trimellitic anhydride. ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部に、エチレングリコールアンヒドロビストリメリテート、プロピレングリコールアンヒドロビストリメリテート、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、およびビフェニルテトラカルボン酸無水物からなる群のうち少なくとも一種以上を用いたポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項8に記載の複合多孔質膜の製造方法。Polyimide-based resins are also part of the acid component such as ethylene glycol anhydrobis trimellitate, propylene glycol anhydro bis trimellitate, pyromellitic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride, and biphenyl tetracarboxylic anhydride The method for producing a composite porous membrane according to claim 8, wherein the composite porous membrane is a polyamide-imide resin using at least one or more members selected from the group consisting of: ポリイミド系樹脂が、さらにその酸成分の一部を、ダイマー酸、ポリアルキレングリコール、ポリエステル、ポリカプロラクトン並びに末端にカルボキシル基、水酸基またはアミノ基を含有するブタジエン系ゴムからなる群のうち少なくとも1種で置き換えた共重合ポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項9に記載の複合多孔質膜の製造方法。The polyimide resin is further at least one of its acid components selected from the group consisting of dimer acid, polyalkylene glycol, polyester, polycaprolactone, and butadiene rubber containing a carboxyl group, a hydroxyl group or an amino group at the terminal. The method for producing a composite porous membrane according to claim 9, wherein the method is a substituted copolymer polyamideimide resin.
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