JP7664744B2 - Laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解液二次電池用積層セパレータおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing the same.
非水電解液二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いのでパーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などに用いる電池として広く使用され、また最近では車載用の電池として開発が進められている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries, especially lithium-ion secondary batteries, have a high energy density and are widely used in personal computers, mobile phones, portable information terminals, etc., and recently they have been developed as batteries for use in vehicles.
例えば、特許文献1は、耐熱性含窒素芳香族重合体およびセラミック粉末を含む非水電解液電池セパレータを開示している。同文献によると、上記の耐熱性含窒素芳香族重合体は、固有粘度が1.0~2.8dL/gでありうる。また、上記のセラミック粉末は、一次粒子の平均粒径が1.0μm以下でありうる。 For example, Patent Document 1 discloses a non-aqueous electrolyte battery separator containing a heat-resistant nitrogen-containing aromatic polymer and a ceramic powder. According to the document, the heat-resistant nitrogen-containing aromatic polymer may have an intrinsic viscosity of 1.0 to 2.8 dL/g. In addition, the ceramic powder may have an average primary particle size of 1.0 μm or less.
しかしながら、上述のような従来技術には、セパレータの薄型化において改善の余地が残されていた。具体的には、耐熱性およびイオン透過性を維持したまま、セパレータを薄型化することが課題として残されていた。 However, the above-mentioned conventional techniques leave room for improvement in terms of making the separator thinner. Specifically, the challenge remains of making the separator thinner while maintaining its heat resistance and ion permeability.
本発明の一態様は、薄型化、耐熱性およびイオン透過性を両立できる非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a method for manufacturing a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can achieve both thinness, heat resistance, and ion permeability.
本発明は、以下の構成を包含している。
<1>
樹脂およびフィラーを含んでいる耐熱層を、ポリオレフィン多孔質フィルム上に形成する工程を含む、非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法であって、
上記樹脂の固有粘度は、1.5~1.9dL/gであり、
上記フィラーの平均粒径は、500nm以下であり(ここで、平均粒径は50個のフィラーの球換算粒径の平均値であり、当該球換算粒径は透過型電子顕微鏡によって実測した値である)、
非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、15μm以下である、製造方法。
<2>
上記フィラーにおいて、球換算粒径が1μm以上の粒子の占める割合は、粒子数基準で1%以下である、<1>に記載の製造方法。
<3>
ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に耐熱層が積層されている非水電解液二次電池用積層セパレータであって、
上記耐熱層は、耐熱性樹脂およびフィラーを含んでおり、
上記非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、15μm以下であり、
上記非水電解液二次電池用積層セパレータを、200℃にて5分間加熱したときのTD方向における加熱形状維持率は、75%以上であり、
上記耐熱層の透気度は、100s/100mL以下である、
非水電解液二次電池用積層セパレータ。
<4>
上記耐熱層は、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂および水溶性ポリマーからなる群より選択される1種類以上の樹脂を含んでいる、<3>に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータ。
<5>
上記耐熱層はアラミド樹脂を含んでいる、<4>に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータ。
<6>
正極と、
<3>~<5>のいずれかに記載の非水電解液二次電池用積層セパレータと、
負極と、
がこの順で配置されている、非水電解液二次電池用部材。
<7>
<3>~<5>のいずれかに記載の非水電解液二次電池用積層セパレータ、または、<6>に記載の非水電解液二次電池用部材を含んでいる、非水電解液二次電池。
The present invention includes the following configurations.
<1>
A method for producing a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the steps of: forming a heat-resistant layer containing a resin and a filler on a polyolefin porous film,
The intrinsic viscosity of the resin is 1.5 to 1.9 dL/g;
The average particle size of the filler is 500 nm or less (here, the average particle size is the average value of the equivalent sphere particle size of 50 filler particles, and the equivalent sphere particle size is a value actually measured by a transmission electron microscope),
The method for producing a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the thickness of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is 15 μm or less.
<2>
The manufacturing method according to <1>, wherein in the filler, a proportion of particles having an equivalent spherical particle diameter of 1 μm or more is 1% or less on a particle number basis.
<3>
A laminate separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a polyolefin porous film and a heat-resistant layer laminated on one or both sides of the film,
The heat-resistant layer contains a heat-resistant resin and a filler,
The thickness of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is 15 μm or less,
The laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery has a heat shape retention rate in the TD direction of 75% or more when heated at 200° C. for 5 minutes,
The air permeability of the heat-resistant layer is 100 s/100 mL or less.
Laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
<4>
The laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to <3>, wherein the heat-resistant layer contains one or more resins selected from the group consisting of (meth)acrylate-based resins, fluorine-containing resins, polyamide-based resins, polyimide-based resins, polyamideimide-based resins, polyester-based resins, and water-soluble polymers.
<5>
The laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to <4>, wherein the heat-resistant layer contains an aramid resin.
<6>
A positive electrode and
<3> to <5>, and a laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of <3> to <5>.
A negative electrode;
are arranged in this order.
<7>
A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of <3> to <5> or the member for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to <6>.
本発明の一態様によれば、薄型化、耐熱性およびイオン透過性を両立できる非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法を提供できる。 According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can simultaneously achieve thinness, heat resistance, and ion permeability can be provided.
本発明の一実施形態に関して以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。 One embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to this. The present invention is not limited to the configurations described below, and various modifications are possible within the scope of the claims. The technical scope of the present invention also includes embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments. In this specification, unless otherwise specified, "A to B" representing a numerical range means "greater than or equal to A and less than or equal to B."
本明細書においては、「非水電解液二次電池用積層セパレータ」のことを、単に「積層セパレータ」と表現する場合がある。 In this specification, the term "laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries" may be referred to simply as "laminated separator."
〔1.非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法〕
本発明の一態様に係る非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法は、
樹脂およびフィラーを含んでいる耐熱層を、ポリオレフィン多孔質フィルム上に形成する工程を含み、
上記樹脂の固有粘度は、1.5~1.9dL/gであり、
上記フィラーの平均粒径は、500nm以下であり、
非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、15μm以下である。
[1. Manufacturing method of laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary battery]
A method for producing a laminate separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention includes the steps of:
The method includes forming a heat-resistant layer containing a resin and a filler on a polyolefin porous film,
The intrinsic viscosity of the resin is 1.5 to 1.9 dL/g;
The average particle size of the filler is 500 nm or less,
The thickness of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is 15 μm or less.
ここで、フィラーの平均粒径は、50個のフィラーの球換算粒径の平均値である。また、各フィラーの球換算粒径は、透過型電子顕微鏡によって実測する。 Here, the average particle size of the filler is the average of the spherical equivalent particle sizes of 50 fillers. The spherical equivalent particle size of each filler is measured using a transmission electron microscope.
本発明では、フィラーの平均粒径を小さくすることにより、非水電解液二次電池用積層セパレータの薄型化を達成している。このとき、フィラーの平均粒径を小さくすることにより低下した耐熱性は、固有粘度が特定の領域にある樹脂を使用することにより補われていると考えられる。樹脂の固有粘度を特定の領域とすることは、耐熱層のイオン透過性の維持にも寄与していると考えられる。 In the present invention, a thinner laminate separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is achieved by reducing the average particle size of the filler. In this case, it is believed that the reduced heat resistance caused by reducing the average particle size of the filler is compensated for by using a resin whose intrinsic viscosity is in a specific range. Setting the intrinsic viscosity of the resin in a specific range is also believed to contribute to maintaining the ion permeability of the heat-resistant layer.
[耐熱層]
耐熱層は、樹脂およびフィラーを含んでいる。また、耐熱層は、それ以外の成分(バインダー樹脂など)を含んでいてもよい。
[Heat-resistant layer]
The heat-resistant layer contains a resin and a filler, and may contain other components (such as a binder resin).
耐熱層は、多孔質層であることが好ましい。本明細書において、多孔質層とは、内部に多数の細孔を有し、これら細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体または液体が通過可能となった層である。 The heat-resistant layer is preferably a porous layer. In this specification, a porous layer is a layer that has many pores inside and has a structure in which these pores are connected, allowing gas or liquid to pass from one surface to the other.
耐熱層の膜厚は、0.5μm以上、8.0μm未満であることが好ましく、1.0μm以上、5.0μm未満であることがより好ましく、1.0μm以上、3.0μm未満であることがさらに好ましい。本明細書では、「耐熱層の膜厚」とは、耐熱層1層あたりの平均膜厚を意味する。 The thickness of the heat-resistant layer is preferably 0.5 μm or more and less than 8.0 μm, more preferably 1.0 μm or more and less than 5.0 μm, and even more preferably 1.0 μm or more and less than 3.0 μm. In this specification, the "thickness of the heat-resistant layer" means the average thickness per heat-resistant layer.
耐熱層の膜厚が0.5μm以上であれば、電池の内部短絡を十分に防止することができ、また、耐熱層における電解液の保持量を維持できる。一方、耐熱層の膜厚が8.0μm未満であれば、耐熱性および電池特性を従来の水準と同等以上に保ちながら、従来技術よりも薄い耐熱層とすることができる。このため、非水電解液二次電池用積層セパレータ、ひいては非水電解液二次電池の小型化に寄与することができる。 If the thickness of the heat-resistant layer is 0.5 μm or more, it is possible to sufficiently prevent internal short circuits in the battery and maintain the amount of electrolyte held in the heat-resistant layer. On the other hand, if the thickness of the heat-resistant layer is less than 8.0 μm, it is possible to make the heat-resistant layer thinner than that of conventional technology while maintaining heat resistance and battery characteristics at or above conventional levels. This can contribute to the miniaturization of laminated separators for non-aqueous electrolyte secondary batteries, and ultimately non-aqueous electrolyte secondary batteries.
耐熱層は、非水電解液二次電池を構成する部材として、ポリオレフィン多孔質フィルムと、正極および負極の少なくともいずれか一方との間に配置されていてもよい。上記耐熱層は、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に形成されうる。ポリオレフィン多孔質フィルムと正極および負極の少なくともいずれか一方との間に配置される耐熱層は、1層でもよく2層以上であってもよい。 The heat-resistant layer may be disposed between the polyolefin porous film and at least one of the positive electrode and the negative electrode as a component of the nonaqueous electrolyte secondary battery. The heat-resistant layer may be formed on one or both sides of the polyolefin porous film. The heat-resistant layer disposed between the polyolefin porous film and at least one of the positive electrode and the negative electrode may be one layer or two or more layers.
本発明の一実施形態係る耐熱層は、ポリオレフィン多孔質フィルムと正極が備える正極活物質層との間に配置されることが好ましい。耐熱層の物性に関する説明においては、非水電解液二次電池としたときに、ポリオレフィン多孔質フィルムと正極が備える正極活物質層との間に配置された耐熱層の物性を少なくとも指す。 The heat-resistant layer according to one embodiment of the present invention is preferably disposed between the polyolefin porous film and the positive electrode active material layer of the positive electrode. The description of the physical properties of the heat-resistant layer refers to at least the physical properties of the heat-resistant layer disposed between the polyolefin porous film and the positive electrode active material layer of the positive electrode when a non-aqueous electrolyte secondary battery is formed.
耐熱層の空隙率は、充分なイオン透過性を得ることができるように、20~90体積%であることが好ましく、30~80体積%であることがより好ましい。また、耐熱層が有する細孔の孔径は、1.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。細孔の孔径をこれらのサイズとすることにより、非水電解液二次電池は、充分なイオン透過性を得ることができる。 The porosity of the heat-resistant layer is preferably 20 to 90% by volume, and more preferably 30 to 80% by volume, so that sufficient ion permeability can be obtained. The pore size of the heat-resistant layer is preferably 1.0 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less. By setting the pore size to these sizes, the nonaqueous electrolyte secondary battery can obtain sufficient ion permeability.
(樹脂)
耐熱層に含まれている樹脂は、固有粘度の下限値が1.5dL/g以上である。また、耐熱層に含まれている樹脂は、固有粘度の上限値が1.9dL/g以下であり、好ましくは1.8dL/g以下であり、より好ましくは1.7dL/g以下である。固有粘度が1.5dL/g以上である樹脂を含んでいる耐熱層は、非水電解液二次電池用積層セパレータに充分な耐熱性を付与できる。固有粘度が1.9dL/g以下である樹脂を含んでいる耐熱層は、充分なイオン透過性を有している。
(resin)
The resin contained in the heat-resistant layer has a lower limit of intrinsic viscosity of 1.5 dL/g or more. The resin contained in the heat-resistant layer has an upper limit of intrinsic viscosity of 1.9 dL/g or less, preferably 1.8 dL/g or less, and more preferably 1.7 dL/g or less. A heat-resistant layer containing a resin having an intrinsic viscosity of 1.5 dL/g or more can impart sufficient heat resistance to a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery. A heat-resistant layer containing a resin having an intrinsic viscosity of 1.9 dL/g or less has sufficient ion permeability.
本明細書において、「固有粘度」とは、下記式によって求められる値を表す。式中、「樹脂溶液」とは、樹脂を適当な溶媒(濃硫酸など)に溶解させた溶液を表す。また、「流動時間」とは、毛細管内を液体が流動するのに要する時間であり、ウベローデ型毛細管粘度計によって測定される。
固有粘度=ln(T/T0)/C (単位:dL/g)
T:樹脂溶液の流動時間
T0:樹脂を含まない溶媒の流動時間
C:樹脂溶液における樹脂の濃度(g/dL)。
In this specification, "intrinsic viscosity" refers to a value calculated by the following formula. In the formula, "resin solution" refers to a solution in which a resin is dissolved in an appropriate solvent (such as concentrated sulfuric acid). Furthermore, "flow time" refers to the time required for a liquid to flow through a capillary tube, and is measured by an Ubbelohde capillary viscometer.
Intrinsic viscosity = ln (T/T 0 )/C (unit: dL/g)
T: flow time of the resin solution. T 0 : flow time of the solvent without resin. C: concentration of the resin in the resin solution (g/dL).
樹脂の固有粘度は、樹脂の分子量と相関があることが知られている。本発明においては、非水電解液二次電池用積層セパレータの薄型化、耐熱性およびイオン透過性を両立させるために、通常よりも固有粘度が低い樹脂を採用している。すなわち、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータは、通常よりも低分子量成分が多い樹脂を耐熱層に含ませている。 It is known that the intrinsic viscosity of a resin is correlated with the molecular weight of the resin. In the present invention, a resin with a lower intrinsic viscosity than usual is used in order to achieve a laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery that is thin, heat-resistant, and has good ion permeability. That is, the laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention contains a resin with a higher content of low-molecular-weight components than usual in the heat-resistant layer.
固有粘度が1.5~1.9dL/gである樹脂は、合成条件(モノマーの投入量、合成温度、合成時間など)を適宜設定することにより、樹脂の分子量分布を調節すれば合成できる。あるいは、固有粘度が1.5~1.9dL/gである市販の樹脂を、本発明の一実施形態に係る製造方法において使用してもよい。 A resin with an intrinsic viscosity of 1.5 to 1.9 dL/g can be synthesized by adjusting the molecular weight distribution of the resin by appropriately setting the synthesis conditions (monomer input amount, synthesis temperature, synthesis time, etc.). Alternatively, a commercially available resin with an intrinsic viscosity of 1.5 to 1.9 dL/g may be used in the production method according to one embodiment of the present invention.
本発明の一実施形態に係る製造方法において、固有粘度が1.5~1.9dL/gである樹脂は、耐熱性樹脂であることが好ましい。本明細書において、「耐熱性樹脂」とは、融点またはガラス転移温度が180℃以上の樹脂であり、好ましくは200℃以上の樹脂である。耐熱性樹脂の例としては、全芳香族ポリアミドおよび半芳香族ポリアミドなどの芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリウレタン、並びにメラミン樹脂などが挙げられる。 In the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, the resin having an intrinsic viscosity of 1.5 to 1.9 dL/g is preferably a heat-resistant resin. In this specification, a "heat-resistant resin" is a resin having a melting point or glass transition temperature of 180°C or higher, and preferably a resin having a melting point or glass transition temperature of 200°C or higher. Examples of heat-resistant resins include aromatic polyamides such as fully aromatic polyamides and semi-aromatic polyamides, aromatic polyimides, aromatic polyamideimides, polybenzimidazole, polyurethane, and melamine resins.
中でも、上記耐熱性樹脂は、全芳香族ポリアミドであることが好ましい。なお、本明細書では、全芳香族ポリアミドをアラミド樹脂とも称する。全芳香族ポリアミドとしては、例えば、パラアラミドおよびメタアラミドが挙げられ、パラアラミドがより好ましい。 Among them, the heat-resistant resin is preferably a wholly aromatic polyamide. In this specification, the wholly aromatic polyamide is also referred to as an aramid resin. Examples of wholly aromatic polyamides include para-aramid and meta-aramid, with para-aramid being more preferred.
上記パラアラミドの調製方法としては、特に限定されないが、パラ配向芳香族ジアミンとパラ配向芳香族ジカルボン酸ハライドとの縮合重合法が挙げられる。その場合、得られるパラアラミドは、アミド結合が芳香族環のパラ位またはそれに準じた配向位(例えば、4,4’-ビフェニレン、1,5-ナフタレン、2,6-ナフタレンなどのような反対方向に同軸または平行に延びる配向位)で結合される繰り返し単位から実質的になるものである。当該パラアラミドとしては、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(4,4’-ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2-クロロ-パラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体などのパラ配向型またはパラ配向型に準じた構造を有するパラアラミドが例示される。 The method for preparing the para-aramid is not particularly limited, but may be a condensation polymerization method of a para-oriented aromatic diamine and a para-oriented aromatic dicarboxylic acid halide. In this case, the obtained para-aramid is substantially composed of repeating units in which the amide bonds are bonded at the para position of the aromatic ring or at a position equivalent thereto (for example, positions extending coaxially or parallel in opposite directions such as 4,4'-biphenylene, 1,5-naphthalene, 2,6-naphthalene, etc.). Examples of the para-aramid include para-oriented or para-oriented para-aramids having a structure similar to the para-oriented type, such as poly(paraphenylene terephthalamide), poly(parabenzamide), poly(4,4'-benzanilide terephthalamide), poly(paraphenylene-4,4'-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly(paraphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide), poly(2-chloro-paraphenylene terephthalamide), and paraphenylene terephthalamide/2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer.
メタアラミドの調製方法は、特に限定されない。一例として、(1)メタ配向芳香族ジアミンと、メタ配向芳香族ジカルボン酸ハライドまたはパラ配向芳香族ジカルボン酸ハライドとの縮合重合法、および、(2)メタ配向芳香族ジアミンまたはパラ配向芳香族ジアミンと、メタ配向芳香族ジカルボン酸ハライドとの縮合重合法、が挙げられる。その場合、得られるメタラアラミドは、アミド結合が、芳香族環のメタ位またはそれに準じた配向位で結合される繰り返し単位を含んでいる。 There is no particular limitation on the method for preparing meta-aramid. Examples include (1) a condensation polymerization method of a meta-oriented aromatic diamine and a meta-oriented aromatic dicarboxylic acid halide or a para-oriented aromatic dicarboxylic acid halide, and (2) a condensation polymerization method of a meta-oriented aromatic diamine or a para-oriented aromatic diamine and a meta-oriented aromatic dicarboxylic acid halide. In this case, the obtained metalla-aramid contains repeating units in which the amide bond is bonded at the meta position of the aromatic ring or at a position equivalent thereto.
全芳香族ポリアミドの固有粘度を1.5~1.9dL/gに調節するためには、例えば、モノマーの仕込み比を制御したり、重合系に含まれる水分量(溶媒の水分含有量、重合環境の湿度など)を制御したりすればよい。モノマーの仕込み比は、ジカルボン酸ハライドの仕込み比を高くすれば、固有粘度が高くなる傾向にある。また、重合系に含まれる水分量が多いほど、固有粘度は低くなる傾向にある。より具体的な例としては、実施例に記載のポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)(PPDA)の合成方法を参照。 To adjust the intrinsic viscosity of the wholly aromatic polyamide to 1.5 to 1.9 dL/g, for example, the monomer feed ratio or the amount of water contained in the polymerization system (water content of the solvent, humidity of the polymerization environment, etc.) may be controlled. As for the monomer feed ratio, the intrinsic viscosity tends to increase when the feed ratio of the dicarboxylic acid halide is increased. Also, the intrinsic viscosity tends to decrease as the amount of water contained in the polymerization system increases. For a more specific example, see the synthesis method of poly(paraphenylene terephthalamide) (PPDA) described in the Examples.
耐熱層における樹脂の含有率は、好ましくは25~80重量%であり、より好ましくは30~70重量%である。ここで、耐熱層における樹脂の含有率は、当該耐熱層の総重量を100重量%として算出する。 The resin content in the heat-resistant layer is preferably 25 to 80% by weight, and more preferably 30 to 70% by weight. Here, the resin content in the heat-resistant layer is calculated assuming the total weight of the heat-resistant layer to be 100% by weight.
(フィラー)
耐熱層に含まれているフィラーの平均粒径は500nm以下であり、300nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましく、100nm以下がより好ましく、50nm以下がより好ましい。ここで、フィラーの平均粒径は、50個のフィラーの球換算粒径の平均値である。また、フィラーの球換算粒径は、透過型電子顕微鏡によって実測した値である。具体的な測定方法を例示すると、以下の通りである。
1.透過型電子顕微鏡(TEM;日本電子(株)、透過型電子顕微鏡JEM-2100F)を用いて、加速電圧200kV、撮影倍率はGatan Imaging Filterを使用し、10000倍で撮影する。
2.得られた画像について、画像解析ソフト(ImageJ)を用いて、粒子の輪郭をトレースし、フィラー粒子(一次粒子)の球換算粒径を測定する。
3.上記の測定を、無作為に抽出した50個のフィラー粒子について行う。50個のフィラー粒子の球換算粒径の算術平均を、粒子の平均粒子とする。
(Filler)
The average particle size of the filler contained in the heat-resistant layer is 500 nm or less, preferably 300 nm or less, more preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less. Here, the average particle size of the filler is the average value of the equivalent sphere particle size of 50 filler particles. The equivalent sphere particle size of the filler is a value actually measured by a transmission electron microscope. An example of a specific measurement method is as follows.
1. Using a transmission electron microscope (TEM; JEOL Ltd., JEM-2100F), images are taken at an accelerating voltage of 200 kV and a magnification of 10,000 times using a Gatan Imaging Filter.
2. For the obtained image, the contours of the particles are traced using image analysis software (ImageJ) to measure the spherical equivalent particle diameter of the filler particles (primary particles).
3. The above measurement is carried out on 50 randomly selected filler particles. The arithmetic average of the spherical equivalent particle diameters of the 50 filler particles is regarded as the average particle diameter of the particles.
フィラーの平均粒径を500nm以下とすることにより、非水電解液二次電池用積層セパレータを薄型化することができる。フィラーの平均粒径の下限値は、特に限定されないが、例えば5nm以上とすることができる。 By setting the average particle size of the filler to 500 nm or less, the laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery can be made thinner. The lower limit of the average particle size of the filler is not particularly limited, but can be, for example, 5 nm or more.
耐熱層に含まれているフィラーのうち、球換算粒径が1μm以上の粒子の占める割合は、粒子数基準で、1%以下であることが好ましく、0.5%以下であることがより好ましい。このようなフィラーには、大型の粒子が殆ど含まれていないため、薄型の耐熱層を形成しやすい。ここで、球換算粒径が1μm以上の粒子の占める割合は、500個のフィラーについて透過型電子顕微鏡によって実測した値である。具体的な測定方法を例示すると、以下の通りである。
1.透過型電子顕微鏡(TEM;日本電子(株)、透過型電子顕微鏡JEM-2100F)を用いて、加速電圧200kV、撮影倍率はGatan Imaging Filterを使用し、10000倍で撮影する。
2.得られた画像について、画像解析ソフト(ImageJ)を用いて、粒子の輪郭をトレースし、フィラー粒子(一次粒子)の球換算粒径を測定する。
3.上記の測定を、無作為に抽出した500個のフィラー粒子について行う。500個のフィラー粒子のうち、球換算粒径が1μm以上であるフィラー粒子の割合を求める。
The ratio of particles having a spherical equivalent diameter of 1 μm or more among the fillers contained in the heat-resistant layer is preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less, based on the number of particles. Since such fillers contain almost no large particles, it is easy to form a thin heat-resistant layer. Here, the ratio of particles having a spherical equivalent diameter of 1 μm or more is a value measured by a transmission electron microscope for 500 fillers. A specific measurement method is as follows.
1. Using a transmission electron microscope (TEM; JEOL Ltd., JEM-2100F), images are taken at an accelerating voltage of 200 kV and a magnification of 10,000 times using a Gatan Imaging Filter.
2. For the obtained image, the contours of the particles are traced using image analysis software (ImageJ) to measure the spherical equivalent particle diameter of the filler particles (primary particles).
3. The above measurement is carried out on 500 randomly selected filler particles. Among the 500 filler particles, the ratio of filler particles having an equivalent spherical particle size of 1 μm or more is calculated.
フィラーの種類としては、有機フィラーおよび無機フィラーが挙げられる。 Types of fillers include organic fillers and inorganic fillers.
有機フィラーの例としては、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチルなどの単独あるいは2種類以上の共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン-6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン-エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素系樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリオレフィン;ポリメタクリレートなどが挙げられる。有機フィラーは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの有機フィラーの中でも、化学的安定性の点で、ポリテトラフルオロエチレン粉末が好ましい。 Examples of organic fillers include styrene, vinyl ketone, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, methyl acrylate, and the like, either alone or in copolymers of two or more kinds; fluororesins such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride; melamine resins; urea resins; polyolefins; polymethacrylates, and the like. The organic fillers may be used alone or in a mixture of two or more kinds. Among these organic fillers, polytetrafluoroethylene powder is preferred in terms of chemical stability.
無機フィラーの例としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩などの無機物からなる材料が挙げられる。具体的に例示すると、アルミナ、ベーマイト、シリカ、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、または炭酸カルシウムなどの粉末が挙げられる。無機フィラーは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの無機フィラーの中でも、化学的安定性の点で、アルミナ粉末が好ましい。 Examples of inorganic fillers include materials made of inorganic substances such as metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal hydroxides, carbonates, and sulfates. Specific examples include powders of alumina, boehmite, silica, titanium dioxide, aluminum hydroxide, and calcium carbonate. The inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more types. Among these inorganic fillers, alumina powder is preferred in terms of chemical stability.
フィラーの形状については、略球状、板状、柱状、針状、ウィスカー状、繊維状などが挙げられ、何れの粒子も用いることができる。均一な孔を形成しやすいことから、略球状粒子であることが好ましい。 The shape of the filler can be roughly spherical, plate-like, columnar, needle-like, whisker-like, fibrous, etc., and any type of particle can be used. Roughly spherical particles are preferred because they are easier to form uniform pores.
耐熱層におけるフィラーの含有率は、好ましくは20~80重量%であり、より好ましくは30~70重量%である。なお、耐熱層におけるフィラーの含有率は、当該耐熱層の総重量を100重量%として算出する。フィラーの含有率を上述の範囲にすることで、充分なイオン透過性を備えた多孔質層を容易に得られる。 The filler content in the heat-resistant layer is preferably 20 to 80% by weight, and more preferably 30 to 70% by weight. The filler content in the heat-resistant layer is calculated assuming that the total weight of the heat-resistant layer is 100% by weight. By setting the filler content in the above range, a porous layer with sufficient ion permeability can be easily obtained.
[ポリオレフィン多孔質フィルム]
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムを備えている。ポリオレフィン多孔質フィルムは、その内部に連結した細孔を多数有しており、一方の面から他方の面に気体および液体を通過させることが可能となっている。ポリオレフィン多孔質フィルムは、非水電解液二次電池用積層セパレータの基材となりうる。ポリオレフィン多孔質フィルムは、電池が発熱したときに溶融して非水電解液二次電池用積層セパレータを無孔化することにより、当該非水電解液二次電池用積層セパレータにシャットダウン機能を付与するものであり得る。
[Polyolefin Porous Film]
The laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention includes a polyolefin porous film. The polyolefin porous film has many interconnected pores inside, allowing gas and liquid to pass from one side to the other side. The polyolefin porous film can be a substrate for the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery. The polyolefin porous film can be melted when the battery generates heat, rendering the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery non-porous, thereby imparting a shutdown function to the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
ここで、「ポリオレフィン多孔質フィルム」とは、ポリオレフィン系樹脂を主成分とする多孔質フィルムである。また、「ポリオレフィン系樹脂を主成分とする」とは、多孔質フィルムに占めるポリオレフィン系樹脂の割合が、当該多孔質フィルムを構成する材料全体の50体積%以上、好ましくは90体積%以上であり、より好ましくは95体積%以上であることを意味する。 Here, a "polyolefin porous film" is a porous film whose main component is a polyolefin resin. Also, "whose main component is a polyolefin resin" means that the proportion of polyolefin resin in the porous film is 50% by volume or more, preferably 90% by volume or more, and more preferably 95% by volume or more of the total material constituting the porous film.
ポリオレフィン多孔質フィルムの主成分であるポリオレフィン系樹脂は、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂である、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテンおよび/または1-ヘキセンなどの単量体が重合されてなる単独重合体および共重合体が挙げられる。すなわち、単独重合体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリブテンなどが、共重合体としてはエチレン-プロピレン共重合体などが挙げられる。ポリオレフィン多孔質フィルムは、これらのポリオレフィン系樹脂を単独にて含む層、または、これらのポリオレフィン系樹脂の2種以上を含む層でありうる。このうち、過大電流が流れることをより低温で阻止(シャットダウン)することができるため、ポリエチレンがより好ましく、特に、エチレンを主体とする高分子量のポリエチレンが好ましい。なお、ポリオレフィン多孔質フィルムは、その機能を損なわない範囲で、ポリオレフィン以外の成分を含むことを妨げない。 The polyolefin resin, which is the main component of the polyolefin porous film, is not particularly limited, but examples thereof include homopolymers and copolymers formed by polymerizing monomers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and/or 1-hexene, which are thermoplastic resins. That is, examples of homopolymers include polyethylene, polypropylene, and polybutene, and examples of copolymers include ethylene-propylene copolymers. The polyolefin porous film may be a layer containing these polyolefin resins alone, or a layer containing two or more of these polyolefin resins. Of these, polyethylene is more preferable because it can prevent (shut down) the flow of excessive current at a lower temperature, and in particular, high molecular weight polyethylene mainly composed of ethylene is preferable. Note that the polyolefin porous film may contain components other than polyolefins as long as the function is not impaired.
ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレン(エチレン-α-オレフィン共重合体)および超高分子量ポリエチレンなどが挙げられる。このうち、超高分子量ポリエチレンがさらに好ましく、重量平均分子量が5×105~15×106の高分子量成分が含まれていることがさらに好ましい。特に、ポリオレフィン系樹脂に重量平均分子量が100万以上の高分子量成分が含まれていると、ポリオレフィン多孔質フィルムおよび非水電解液二次電池用積層セパレータの強度が向上するのでより好ましい。 Examples of polyethylene include low-density polyethylene, high-density polyethylene, linear polyethylene (ethylene-α-olefin copolymer), and ultra-high molecular weight polyethylene. Among these, ultra-high molecular weight polyethylene is more preferred, and it is even more preferred that the polyethylene contains a high molecular weight component having a weight-average molecular weight of 5×10 5 to 15×10 6. In particular, it is more preferred that the polyolefin resin contains a high molecular weight component having a weight-average molecular weight of 1,000,000 or more, since this improves the strength of the polyolefin porous film and the laminate separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
ポリオレフィン多孔質フィルムの膜厚は、5~20μmが好ましく、7~15μmがより好ましく、9~15μmがさらに好ましい。膜厚が5μm以上ならば、ポリオレフィン多孔質フィルムに要求される機能(シャットダウン機能など)が、充分に得られる。膜厚が20μm以下ならば、薄型化された非水電解液二次電池用積層セパレータが得られる。 The thickness of the polyolefin porous film is preferably 5 to 20 μm, more preferably 7 to 15 μm, and even more preferably 9 to 15 μm. If the thickness is 5 μm or more, the functions required of the polyolefin porous film (such as a shutdown function) can be sufficiently obtained. If the thickness is 20 μm or less, a thin laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery can be obtained.
ポリオレフィン多孔質フィルムが有する細孔の孔径は、0.1μm以下であることが好ましく、0.06μm以下であることがより好ましい。これにより、十分なイオン透過性を得ることができ、かつ、電極を構成する粒子の入り込みを、より防止することができる。 The pore size of the pores in the polyolefin porous film is preferably 0.1 μm or less, and more preferably 0.06 μm or less. This allows for sufficient ion permeability and better prevents the particles that make up the electrode from entering.
ポリオレフィン多孔質フィルムの単位面積当たりの重量目付は、電池の重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を高くすることができるように、通常、4~20g/m2であることが好ましく、5~12g/m2であることがより好ましい。 The weight basis weight per unit area of the polyolefin porous film is usually preferably 4 to 20 g/ m2 , more preferably 5 to 12 g/ m2 , so that the gravimetric energy density and volumetric energy density of the battery can be increased.
ポリオレフィン多孔質フィルムの透気度は、ガーレー値で30~500s/100mLであることが好ましく、50~300s/100mLであることがより好ましい。これにより、非水電解液二次電池用積層セパレータが十分なイオン透過性を得ることができる。 The polyolefin porous film preferably has an air permeability of 30 to 500 s/100 mL in Gurley value, and more preferably 50 to 300 s/100 mL. This allows the laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries to have sufficient ion permeability.
ポリオレフィン多孔質フィルムの空隙率は、20~80体積%であることが好ましく、30~75体積%であることがより好ましい。これにより、電解液の保持量を高めると共に、過大電流が流れることをより低温で確実に阻止(シャットダウン)することができる。 The porosity of the polyolefin porous film is preferably 20 to 80% by volume, and more preferably 30 to 75% by volume. This increases the amount of electrolyte retained and also enables the flow of excessive current to be reliably prevented (shutdown) at a lower temperature.
ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法は、公知の手法を用いることができ、特に限定されない。例えば、日本国特許第5476844号公報に記載されたように、熱可塑性樹脂にフィラーを加えてフィルム成形した後、当該フィラーを除去する方法が挙げられる。 The method for producing the polyolefin porous film can be a known method and is not particularly limited. For example, as described in Japanese Patent No. 5476844, a method in which a filler is added to a thermoplastic resin, a film is formed, and then the filler is removed can be mentioned.
具体的には、例えば、ポリオレフィン多孔質フィルムが、超高分子量ポリエチレンおよび重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィンを含むポリオレフィン系樹脂から形成されてなる場合には、製造コストの観点から、以下に示す工程(1)~(4)を含む方法により製造することが好ましい。 Specifically, for example, when the polyolefin porous film is formed from a polyolefin resin containing ultra-high molecular weight polyethylene and a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, from the viewpoint of production costs, it is preferable to produce it by a method including the following steps (1) to (4).
(1)超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィン5重量部~200重量部と、炭酸カルシウムなどの無機充填剤100重量部~400重量部とを混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得る工程、
(2)ポリオレフィン系樹脂組成物を用いてシートを成形する工程、
(3)工程(2)で得られたシート中から無機充填剤を除去する工程、
(4)工程(3)で得られたシートを延伸する工程。
その他、上述した各特許文献に記載の方法を利用してもよい。
(1) A process for obtaining a polyolefin-based resin composition by kneading 100 parts by weight of ultra-high molecular weight polyethylene, 5 to 200 parts by weight of a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less, and 100 to 400 parts by weight of an inorganic filler such as calcium carbonate;
(2) forming a sheet using the polyolefin resin composition;
(3) removing the inorganic filler from the sheet obtained in step (2);
(4) A step of stretching the sheet obtained in step (3).
In addition, the methods described in the above-mentioned patent documents may be used.
また、ポリオレフィン多孔質フィルムとして、上述の特徴を有する市販品を使用してもよい。 In addition, commercially available products having the above-mentioned characteristics may be used as the polyolefin porous film.
[その他の成分]
耐熱層は、上述した成分以外の成分を含んでいてもよい。例えば、耐熱層は、バインダー樹脂を含んでいてもよい。バインダー樹脂は、耐熱層を構成する各成分同士を接着したり、耐熱層-ポリオレフィン多孔質フィルム間および/または耐熱層-電極板間を接着したりする機能を有する。
[Other ingredients]
The heat-resistant layer may contain components other than the above-mentioned components. For example, the heat-resistant layer may contain a binder resin. The binder resin has a function of bonding the components constituting the heat-resistant layer together, and bonding between the heat-resistant layer and the polyolefin porous film and/or between the heat-resistant layer and the electrode plate.
バインダー樹脂は、電池の電解液に不溶であり、また、その電池の使用範囲において電気化学的に安定であることが好ましい。 It is preferable that the binder resin is insoluble in the battery's electrolyte and is electrochemically stable within the range of use of the battery.
バインダー樹脂としては、例えば、ポリオレフィン;(メタ)アクリレート系樹脂;含フッ素樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリイミド系樹脂;ポリアミドイミド系樹脂;ポリエステル系樹脂;ゴム類;融点またはガラス転移温度が180℃以上の樹脂;水溶性ポリマー;ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。 Examples of binder resins include polyolefins; (meth)acrylate resins; fluorine-containing resins; polyamide resins; polyimide resins; polyamideimide resins; polyester resins; rubbers; resins with a melting point or glass transition temperature of 180°C or higher; water-soluble polymers; polycarbonate, polyacetal, polyether ether ketone, etc.
上述の樹脂のうち、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド、ポリエステル系樹脂および水溶性ポリマーが好ましい。 Among the above-mentioned resins, (meth)acrylate resins, fluorine-containing resins, polyamide resins, polyimide resins, polyamideimides, polyester resins and water-soluble polymers are preferred.
ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、及びエチレン-プロピレン共重合体等が好ましい。 Preferred polyolefins include polyethylene, polypropylene, polybutene, and ethylene-propylene copolymers.
含フッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリクロロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-フッ化ビニル共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、及びエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体等、並びに、前記含フッ素樹脂の中でもガラス転移温度が23℃以下である含フッ素ゴムを挙げることができる。 Examples of fluorine-containing resins include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trichloroethylene copolymer, vinylidene fluoride-vinyl fluoride copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, as well as fluorine-containing rubbers having a glass transition temperature of 23°C or lower among the above fluorine-containing resins.
ポリアミド系樹脂としては、芳香族ポリアミドおよび全芳香族ポリアミドなどのアラミド樹脂が好ましい。 As polyamide-based resins, aramid resins such as aromatic polyamides and fully aromatic polyamides are preferred.
アラミド樹脂としては、具体的には、例えば、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(メタベンズアミド)、ポリ(4,4’-ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2-クロロパラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体、メタフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体等が挙げられる。このうち、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)がより好ましい。 Specific examples of aramid resins include poly(paraphenylene terephthalamide), poly(metaphenylene isophthalamide), poly(parabenzamide), poly(metabenzamide), poly(4,4'-benzanilide terephthalamide), poly(paraphenylene-4,4'-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly(metaphenylene-4,4'-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly(paraphenylene-2,6-naphthalene dicarboxylic acid amide), poly(metaphenylene-2,6-naphthalene dicarboxylic acid amide), poly(2-chloroparaphenylene terephthalamide), paraphenylene terephthalamide/2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer, metaphenylene terephthalamide/2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer, etc. Of these, poly(paraphenylene terephthalamide) is more preferred.
ポリエステル系樹脂としては、ポリアリレートなどの芳香族ポリエステルおよび液晶ポリエステルが好ましい。 Preferred polyester resins are aromatic polyesters such as polyarylates and liquid crystal polyesters.
ゴム類としては、スチレン-ブタジエン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリ酢酸ビニル等を挙げることができる。 Examples of rubbers include styrene-butadiene copolymers and their hydrogenated products, methacrylate copolymers, acrylonitrile-acrylate copolymers, styrene-acrylate copolymers, ethylene propylene rubber, polyvinyl acetate, etc.
融点又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂としては、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド等を挙げることができる。 Examples of resins with a melting point or glass transition temperature of 180°C or higher include polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, polyetheramide, etc.
水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸等を挙げることができる。 Examples of water-soluble polymers include polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, cellulose ether, sodium alginate, polyacrylic acid, polyacrylamide, polymethacrylic acid, etc.
なお、バインダー樹脂としては、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 Note that only one type of binder resin may be used, or two or more types may be used in combination.
[積層セパレータの製造方法]
本発明の一実施形態に係る製造方法は、樹脂およびフィラーを含んでいる耐熱層をポリオレフィン多孔質フィルム上に形成する工程を含む。この工程において使用される樹脂、フィラーおよび多孔質フィルムの好ましい態様は、上述した通りである。
[Method of manufacturing laminated separator]
The manufacturing method according to one embodiment of the present invention includes a step of forming a heat-resistant layer containing a resin and a filler on a polyolefin porous film. The preferred embodiments of the resin, the filler and the porous film used in this step are as described above.
所定の固有粘度を有する樹脂、所定の平均粒径を有するフィラーおよび任意で他の成分を、溶媒に溶解または分散させた塗工液を用いて、耐熱層を形成することができる。塗工液の形成方法としては、例えば、機械攪拌法、超音波分散法、高圧分散法、メディア分散法などが挙げられる。溶媒としては、例えば、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミドおよびN,N-ジメチルホルムアミドなどを使用することができる。 The heat-resistant layer can be formed using a coating liquid in which a resin having a specified intrinsic viscosity, a filler having a specified average particle size, and optionally other components are dissolved or dispersed in a solvent. Methods for forming the coating liquid include, for example, mechanical stirring, ultrasonic dispersion, high-pressure dispersion, and media dispersion. Examples of solvents that can be used include N-methylpyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, and N,N-dimethylformamide.
耐熱層の形成方法としては、例えば、上述の塗工液を調製し、当該塗工液をポリオレフィン多孔質フィルムに塗布し、乾燥させることにより、耐熱層を形成する方法が挙げられる。 As a method for forming the heat-resistant layer, for example, the above-mentioned coating liquid is prepared, the coating liquid is applied to a polyolefin porous film, and the heat-resistant layer is formed by drying.
塗工液をポリオレフィン多孔質フィルムに塗工する方法としては、ナイフ、ブレード、バー、グラビア、またはダイなどの公知の塗工方法を用いることができる。 The coating liquid can be applied to the polyolefin porous film using known coating methods such as knife, blade, bar, gravure, or die.
溶媒(分散媒)の除去方法は、乾燥による方法が一般的である。乾燥方法としては、自然乾燥、送風乾燥、加熱乾燥および減圧乾燥などが挙げられるが、溶媒(分散媒)を充分に除去することができるのであれば如何なる方法でもよい。また、塗料に含まれる溶媒(分散媒)を他の溶媒に置換してから乾燥を行ってもよい。溶媒(分散媒)を他の溶媒に置換してから除去する方法としては、具体的には水、アルコール、またはアセトンなどの低沸点の貧溶媒で置換、析出させ、乾燥を行う方法がある。 The solvent (dispersion medium) is generally removed by drying. Examples of drying methods include natural drying, air drying, heat drying, and reduced pressure drying, but any method that can sufficiently remove the solvent (dispersion medium) is acceptable. The solvent (dispersion medium) contained in the paint may also be replaced with another solvent before drying. A specific example of a method for replacing the solvent (dispersion medium) with another solvent before removing it is to replace it with a low-boiling point poor solvent such as water, alcohol, or acetone, precipitate it, and then dry it.
〔2.非水電解液二次電池用積層セパレータ〕
本発明の一態様に係る非水電解液二次電池用積層セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に耐熱層が積層されており、
上記耐熱層は、耐熱性樹脂およびフィラーを含んでおり、
上記非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、15μm以下であり、
上記非水電解液二次電池用積層セパレータを、200℃にて5分間加熱したときのTD方向における加熱形状維持率は、75%以上であり、
上記耐熱層の透気度は、100s/100mL以下である。
[2. Laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries]
A laminate separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention comprises a heat-resistant layer laminated on one or both sides of a polyolefin porous film,
The heat-resistant layer contains a heat-resistant resin and a filler,
The thickness of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is 15 μm or less,
The laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery has a heat shape retention rate in the TD direction of 75% or more when heated at 200° C. for 5 minutes,
The heat-resistant layer has an air permeability of 100 s/100 mL or less.
本発明の一実施形態に係る製造方法においては、耐熱層の原料として、固有粘度が1.5~1.9dL/gである樹脂と、平均粒径が500nm以下であるフィラーとを使用した。その結果、従来技術では得られなかった、上述のような物性を有する非水電解液二次電池用積層セパレータを提供できるようになった。 In the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, a resin with an intrinsic viscosity of 1.5 to 1.9 dL/g and a filler with an average particle size of 500 nm or less are used as the raw materials for the heat-resistant layer. As a result, it is now possible to provide a laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries that has the above-mentioned physical properties that could not be obtained with conventional technology.
耐熱層およびポリオレフィン多孔質フィルムに関しては、〔1〕節で説明した通りであるので、再度の説明は省略する。耐熱層に含まれる耐熱性樹脂およびフィラーに関しても、〔1〕節で説明した通りであるので、再度の説明は省略する。 The heat-resistant layer and the polyolefin porous film are as explained in Section [1], so a repeated explanation will be omitted. The heat-resistant resin and filler contained in the heat-resistant layer are as explained in Section [1], so a repeated explanation will be omitted.
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、15μm以下であることが好ましく、14.5μm以下であることがより好ましく、14μm以下でることがさらに好ましい。膜厚が15μm以下であるならば、充分に薄型化された非水電解液二次電池用積層セパレータであると言える。膜厚の下限値は特に限定されないが、例えば、7μm以上とすることができる。 The thickness of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is preferably 15 μm or less, more preferably 14.5 μm or less, and even more preferably 14 μm or less. If the thickness is 15 μm or less, it can be said that the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is sufficiently thin. The lower limit of the thickness is not particularly limited, but can be, for example, 7 μm or more.
非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、使用するポリオレフィン多孔質フィルムを選択したり、多孔質層の目付を調節したりすることによって調節できる。 The thickness of the laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries can be adjusted by selecting the polyolefin porous film used and adjusting the basis weight of the porous layer.
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータを、200℃にて5分間加熱したときのTD方向における加熱形状維持率は、75%以上であり、より好ましくは76%以上であり、さらに好ましくは77%以上である。加熱形状維持率が75%以上であるならば、充分な耐熱性を有していると言える。加熱形状維持率の上限は特に限定されないが、例えば、95%以下とすることができる。 When the laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is heated at 200°C for 5 minutes, the heat shape retention rate in the TD direction is 75% or more, more preferably 76% or more, and even more preferably 77% or more. If the heat shape retention rate is 75% or more, it can be said to have sufficient heat resistance. There is no particular limit to the upper limit of the heat shape retention rate, but it can be, for example, 95% or less.
本明細書において、「加熱形状維持率」とは、非水電解液二次電池用積層セパレータのサンプルを200℃にて5分間加熱した後の、TD方向におけるサンプル幅の維持率を表す。すなわち、「(加熱後のサンプル幅/加熱前のサンプル幅)×100」によって求められる値である。より詳細な加熱形状維持率の測定方法は、実施例を参照。 In this specification, "heat shape retention" refers to the retention of sample width in the TD direction after a sample of a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is heated at 200°C for 5 minutes. In other words, it is a value calculated by "(sample width after heating/sample width before heating) x 100". For more detailed information on the method for measuring the heat shape retention, see the examples.
なお、非水電解液二次電池用積層セパレータを、200℃にて5分間加熱したときのTD方向における加熱形状維持率は、耐熱層の目付にも左右される。この点を考慮すると、加熱前のサンプル幅が54mmであった場合の耐熱目付当たりの加熱変形量は、10mm/(g/m2)以下が好ましく、9.8mm/(g/m2)以下がより好ましく、9.5/(g/m2)以下がさらに好ましい。耐熱目付当たりの加熱変形量とは、「(加熱前のサンプル幅(=54mm)-加熱後のサンプル幅)/耐熱層の目付」により求められる値である。 The heat shape retention rate in the TD direction when the laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery is heated at 200° C. for 5 minutes also depends on the basis weight of the heat-resistant layer. In consideration of this point, when the sample width before heating is 54 mm, the heat deformation amount per heat-resistant basis weight is preferably 10 mm/(g/m 2 ) or less, more preferably 9.8 mm/(g/m 2 ) or less, and even more preferably 9.5/(g/m 2 ) or less. The heat deformation amount per heat-resistant basis weight is a value calculated by "(sample width before heating (=54 mm) - sample width after heating) / basis weight of the heat-resistant layer".
加熱形状維持率は、例えば、樹脂の固有粘度、耐熱層の樹脂含有率、および耐熱層の目付によって調節できる。耐熱目付当たりの加熱変形量は、例えば、樹脂の固有粘度、および耐熱層の樹脂含有率によって調節できる。一般的に、樹脂の固有粘度が大きくなると、加熱形状維持率が高くなる傾向にある。また、耐熱層の樹脂含有率が高くなると、加熱形状維持率が高くなる傾向にある。さらに、耐熱層の目付が大きくなると、加熱形状維持率が高くなる傾向にある。 The heat shape retention rate can be adjusted, for example, by the intrinsic viscosity of the resin, the resin content of the heat-resistant layer, and the basis weight of the heat-resistant layer. The amount of heat deformation per heat-resistant basis weight can be adjusted, for example, by the intrinsic viscosity of the resin, and the resin content of the heat-resistant layer. In general, the heat shape retention rate tends to increase as the intrinsic viscosity of the resin increases. Also, the heat shape retention rate tends to increase as the resin content of the heat-resistant layer increases. Furthermore, the heat shape retention rate tends to increase as the basis weight of the heat-resistant layer increases.
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータにおいて、耐熱層の透気度は、ガーレー値で、100s/100mL以下であることが好ましく、90s/100mL以下であることがより好ましく、80s/100mL以下であることがさらに好ましい。透気度が100s/100mL以下であるならば、耐熱層が充分なイオン透過性を有すると言える。 In the laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention, the air permeability of the heat-resistant layer is preferably 100 s/100 mL or less, more preferably 90 s/100 mL or less, and even more preferably 80 s/100 mL or less, in Gurley value. If the air permeability is 100 s/100 mL or less, it can be said that the heat-resistant layer has sufficient ion permeability.
なお、耐熱層の透気度は、耐熱層の目付にも左右される。この点を考慮すると、耐熱目付当たりの耐熱層の透気度は、60s/100mL/(g/m2)以下が好ましく、67s/100mL/(g/m2)以下がより好ましく、55s/100mL/(g/m2)以下がさらに好ましい。「耐熱目付当たりの耐熱層の透気度」とは、耐熱層の透気度を耐熱層の目付で除した値を表す。 The air permeability of the heat-resistant layer also depends on the basis weight of the heat-resistant layer. In consideration of this point, the air permeability of the heat-resistant layer per unit weight is preferably 60 s/100 mL/(g/ m2 ) or less, more preferably 67 s/100 mL/(g/ m2 ) or less, and even more preferably 55 s/100 mL/(g/ m2 ) or less. The "air permeability of the heat-resistant layer per unit weight" refers to the value obtained by dividing the air permeability of the heat-resistant layer by the unit weight of the heat-resistant layer.
耐熱層の透気度は、例えば、樹脂の固有粘度および耐熱層の目付によって調節できる。耐熱目付当たりの耐熱層の透気度は、例えば、樹脂の固有粘度によって調節できる。一般的に、樹脂の固有粘度が小さくなると、ガーレー値が小さくなる傾向にある。また、耐熱層の目付が小さくなると、ガーレー値が小さくなる傾向にある。 The air permeability of the heat-resistant layer can be adjusted, for example, by the intrinsic viscosity of the resin and the basis weight of the heat-resistant layer. The air permeability of the heat-resistant layer per unit weight of the heat-resistant layer can be adjusted, for example, by the intrinsic viscosity of the resin. In general, as the intrinsic viscosity of the resin decreases, the Gurley value tends to decrease. Also, as the basis weight of the heat-resistant layer decreases, the Gurley value tends to decrease.
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータの透気度は、ガーレー値で、50~500s/100mLであることが好ましく、50~300s/100mLであることがより好ましい。非水電解液二次電池用積層セパレータが、上記の透気度を有するならば、非水電解液二次電池において、充分なイオン透過性を得ることができる。 The air permeability of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is preferably 50 to 500 s/100 mL, more preferably 50 to 300 s/100 mL, in Gurley value. If the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery has the above air permeability, sufficient ion permeability can be obtained in the non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータにおいて、多孔質層の目付は、固形分で0.5~2.0g/m2であることが好ましく、1.0~2.0g/m2であることがより好ましく、1.0~1.8g/m2であることがさらに好ましい。 In the laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention, the basis weight of the porous layer is preferably 0.5 to 2.0 g/ m2 , more preferably 1.0 to 2.0 g/ m2 , and even more preferably 1.0 to 1.8 g/ m2 , in terms of solid content.
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムの上に耐熱層が積層されている、積層セパレータである。このとき、耐熱層が積層されているのは、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面であってもよいし、両面であってもよい。 The laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is a laminated separator in which a heat-resistant layer is laminated on a polyolefin porous film. In this case, the heat-resistant layer may be laminated on one side or both sides of the polyolefin porous film.
なお、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムおよび耐熱層の他に、必要に応じて、接着層または保護層などの公知の多孔膜を、本発明の目的を損なわない範囲で含んでいてもよい。 The laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention may contain, in addition to the polyolefin porous film and the heat-resistant layer, a known porous film such as an adhesive layer or a protective layer, as necessary, to the extent that the object of the present invention is not impaired.
〔3.非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池〕
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用部材は、正極と、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータと、負極とがこの順で配置されてなる。また、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータを備える。上記非水電解液二次電池は、通常、負極と正極とが、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータを介して対向した構造体を有する。上記非水電解液二次電池では、当該構造体に電解液が含浸された電池要素が、外装材内に封入されている。例えば、上記非水電解液二次電池は、リチウムイオンのドープ・脱ドープにより起電力を得るリチウムイオン二次電池である。
3. Non-aqueous electrolyte secondary battery components and non-aqueous electrolyte secondary batteries
A nonaqueous electrolyte secondary battery member according to one embodiment of the present invention comprises a positive electrode, the above-mentioned laminated separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and a negative electrode arranged in this order. A nonaqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention includes the above-mentioned laminated separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries. The nonaqueous electrolyte secondary battery generally has a structure in which a negative electrode and a positive electrode face each other via the above-mentioned laminated separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries. In the nonaqueous electrolyte secondary battery, a battery element in which the structure is impregnated with an electrolyte is enclosed in an exterior material. For example, the nonaqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery that obtains electromotive force by doping and dedoping lithium ions.
[正極]
正極としては、例えば、正極活物質および結着剤を含む活物質層が集電体上に成形された構造を備える正極シートを使用することができる。なお、上記活物質層は、さらに導電剤を含んでもよい。
[Positive electrode]
As the positive electrode, for example, a positive electrode sheet having a structure in which an active material layer containing a positive electrode active material and a binder is formed on a current collector can be used. The active material layer may further contain a conductive agent.
上記正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料が挙げられる。当該材料としては、例えば、V、Mn、Fe、Co、Niなどの遷移金属を少なくとも1種類含んでいるリチウム複合酸化物が挙げられる。 The positive electrode active material may be, for example, a material capable of doping and dedoping lithium ions. Such a material may be, for example, a lithium composite oxide containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, or Ni.
上記導電剤としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体などの炭素質材料などが挙げられる。 Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, and fired organic polymer compounds.
上記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-トリクロロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-フッ化ビニルの共重合体、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の共重合体、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、アクリル樹脂、ならびに、スチレンブタジエンゴムが挙げられる。なお、結着剤は、増粘剤としての機能も有している。 Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymers, polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymers, ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymers, vinylidene fluoride-trichloroethylene copolymers, vinylidene fluoride-vinyl fluoride copolymers, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymers, thermoplastic polyimide, polyethylene, polypropylene, and other thermoplastic resins, acrylic resins, and styrene-butadiene rubber. The binder also functions as a thickener.
正極集電体としては、例えば、Al、Ni、ステンレスなどの導電体が挙げられる。中でも、薄膜に加工し易く、安価であることから、Alがより好ましい。 Examples of the positive electrode current collector include conductors such as Al, Ni, and stainless steel. Among these, Al is more preferred because it is easy to process into a thin film and is inexpensive.
シート状の正極の製造方法としては、例えば、正極合剤となる正極活物質、導電剤および結着剤を正極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて正極活物質、導電剤および結着剤をペースト状にして正極合剤を得た後、当該正極合剤を正極集電体に塗工し、これを乾燥して得られたシート状の正極合剤を加圧することにより、正極集電体に固着する方法などが挙げられる。 Examples of methods for manufacturing a sheet-shaped positive electrode include a method of pressurizing and molding the positive electrode active material, conductive agent, and binder that will become the positive electrode mixture on a positive electrode current collector; a method of forming the positive electrode active material, conductive agent, and binder into a paste using an appropriate organic solvent to obtain a positive electrode mixture, and then coating the positive electrode mixture on a positive electrode current collector and drying the resulting sheet-shaped positive electrode mixture, which is then pressed to adhere to the positive electrode current collector.
[負極]
負極としては、例えば、負極活物質および結着剤を含む活物質層が集電体上に成形された構造を備える負極シートを使用することができる。なお、上記活物質層は、さらに導電剤を含んでもよい。
[Negative electrode]
As the negative electrode, for example, a negative electrode sheet having a structure in which an active material layer containing a negative electrode active material and a binder is formed on a current collector can be used. The active material layer may further contain a conductive agent.
上記負極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料、リチウム金属またはリチウム合金などが挙げられる。当該材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維および有機高分子化合物焼成体などの炭素質材料;正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープ・脱ドープを行う酸化物および硫化物などのカルコゲン化合物;アルカリ金属と合金化するアルミニウム(Al)、鉛(Pb)、錫(Sn)、ビスマス(Bi)およびシリコン(Si)などの金属、アルカリ金属を格子間に挿入可能な立方晶系の金属間化合物(AlSb、Mg2Si、NiSi2)、リチウム窒素化合物(Li3-xMxN(M:遷移金属))などが挙げられる。 Examples of the negative electrode active material include materials capable of doping and dedoping lithium ions, lithium metals, and lithium alloys. Examples of the material include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, and organic polymer compound sintered bodies; chalcogen compounds such as oxides and sulfides that perform doping and dedoping of lithium ions at a potential lower than that of the positive electrode; metals such as aluminum (Al), lead (Pb), tin (Sn), bismuth (Bi), and silicon (Si) that are alloyed with alkali metals, cubic intermetallic compounds (AlSb, Mg 2 Si, NiSi 2 ) that can insert alkali metals between lattices, and lithium nitrogen compounds (Li 3-x M x N (M: transition metal)).
負極集電体としては、例えば、Cu、Ni、ステンレスなどが挙げられる。中でも、特にリチウムイオン二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、かつ薄膜に加工し易いことから、Cuがより好ましい。 Examples of negative electrode current collectors include Cu, Ni, and stainless steel. Among these, Cu is more preferable, especially in lithium-ion secondary batteries, because it is difficult to form an alloy with lithium and it is easy to process into a thin film.
シート状の負極の製造方法としては、例えば、負極合剤となる負極活物質を負極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて負極活物質をペースト状にして負極合剤を得た後、当該負極合剤を負極集電体に塗工し、これを乾燥して得られたシート状の負極合剤を加圧することにより、負極集電体に固着する方法などが挙げられる。上記ペーストには、好ましくは上記導電剤および上記結着剤が含まれる。 Examples of methods for producing a sheet-shaped negative electrode include a method of pressurizing and molding a negative electrode active material that will become a negative electrode mixture on a negative electrode current collector; a method of forming a negative electrode active material into a paste using an appropriate organic solvent to obtain a negative electrode mixture, applying the negative electrode mixture to a negative electrode current collector, drying the mixture, and pressing the sheet-shaped negative electrode mixture obtained to adhere to the negative electrode current collector. The paste preferably contains the conductive agent and the binder.
[非水電解液]
非水電解液としては、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4などが挙げられる。上記リチウム塩のうち、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2およびLiC(CF3SO2)3からなる群から選択される少なくとも1種のフッ素含有リチウム塩がより好ましい。
[Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte may be, for example, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent. Examples of the lithium salt include LiClO4, LiPF6 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiBF4 , LiCF3SO3 , LiN ( CF3SO2 ) 2 , LiC( CF3SO2 ) 3 , Li2B10Cl10 , lithium salts of lower aliphatic carboxylic acids, and LiAlCl4 . Among the above lithium salts, at least one fluorine - containing lithium salt selected from the group consisting of LiPF6 , LiAsF6 , LiSbF6 , LiBF4 , LiCF3SO3 , LiN( CF3SO2 ) 2 and LiC( CF3SO2 ) 3 is more preferred.
有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4-トリフルオロメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、1,2-ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2-ジメトキシエタン、1,3-ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ-ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3-メチル-2-オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3-プロパンサルトンなどの含硫黄化合物;並びに、上記有機溶媒にフッ素基が導入されてなる含フッ素有機溶媒などが挙げられる。上記有機溶媒のうち、カーボネート類がより好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒、または、環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒がさらに好ましい。当該混合溶媒は、作動温度範囲が広く、かつ、負極活物質として天然黒鉛または人造黒鉛などの黒鉛材料を用いた場合においても難分解性を示す。 Examples of organic solvents include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, and 1,2-di(methoxycarbonyloxy)ethane; ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether, tetrahydrofuran, and 2-methyltetrahydrofuran; esters such as methyl formate, methyl acetate, and γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide, and 1,3-propane sultone; and fluorine-containing organic solvents obtained by introducing a fluorine group into the above organic solvents. Among the above organic solvents, carbonates are more preferred, and a mixed solvent of a cyclic carbonate and an acyclic carbonate, or a mixed solvent of a cyclic carbonate and an ether is even more preferred. As a mixed solvent of a cyclic carbonate and an acyclic carbonate, a mixed solvent containing ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is even more preferred. The mixed solvent has a wide operating temperature range, and is difficult to decompose even when a graphite material such as natural graphite or artificial graphite is used as the negative electrode active material.
[非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池の製造方法]
非水電解液二次電池用部材の製造方法としては、例えば、正極と、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータと、負極とをこの順で配置する方法が挙げられる。
[Members for non-aqueous electrolyte secondary batteries and methods for producing non-aqueous electrolyte secondary batteries]
As a method for producing a member for a non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, there is a method in which a positive electrode, the above-mentioned laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a negative electrode are arranged in this order.
また、非水電解液二次電池の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、非水電解液二次電池の筐体となる容器に当該非水電解液二次電池用部材を入れる。次いで、当該容器内を非水電解液で満たした後、減圧しつつ容器を密閉する。これにより、非水電解液二次電池を製造することができる。 In addition, the following method can be used as a method for manufacturing a nonaqueous electrolyte secondary battery. First, a nonaqueous electrolyte secondary battery component is placed in a container that will become the housing of the nonaqueous electrolyte secondary battery. Next, the container is filled with nonaqueous electrolyte, and the container is sealed while reducing the pressure. In this way, a nonaqueous electrolyte secondary battery can be manufactured.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. The technical scope of the present invention also includes embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments.
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
〔各種物性の測定方法〕
後述の実施例および比較例においては、各物性を以下の方法で測定した。
[Methods for measuring various physical properties]
In the examples and comparative examples described later, the various physical properties were measured by the following methods.
(1)固有粘度
(i)100mLの濃硫酸(96~98%)に、0.5gの樹脂(本実施例ではアラミド樹脂)を溶解させた溶液、および、(ii)樹脂を溶解させていない濃硫酸(96~98%)について、ウベローデ型毛細管粘度計により流動時間を測定した。測定時の温度は30℃とした。求められた流動時間から、下記式により固有粘度を求めた。
固有粘度=ln(T/T0)/C (単位:dL/g)
T:アラミド樹脂の濃硫酸溶液の流動時間
T0:濃硫酸の流動時間
C:アラミド樹脂の濃硫酸溶液におけるアラミド樹脂の濃度(g/dL)。
(1) Intrinsic Viscosity The flow time was measured using an Ubbelohde capillary viscometer for (i) a solution in which 0.5 g of resin (aramid resin in this example) was dissolved in 100 mL of concentrated sulfuric acid (96 to 98%), and (ii) concentrated sulfuric acid (96 to 98%) in which no resin was dissolved. The temperature during measurement was 30°C. The intrinsic viscosity was calculated from the calculated flow time using the following formula.
Intrinsic viscosity = ln (T/T 0 )/C (unit: dL/g)
T: flow time of concentrated sulfuric acid solution of aramid resin T 0 : flow time of concentrated sulfuric acid C: concentration of aramid resin in concentrated sulfuric acid solution of aramid resin (g/dL).
(2)膜厚
積層セパレータの膜厚は、ミツトヨ社製の高精度デジタル測長機を用いて測定した。さらに、積層セパレータの耐熱層が形成されている面に剥離テープを貼付してから剥離し、耐熱層をポリエチレン多孔質フィルムから剥離させた。耐熱層を剥離させた後のポリエチレン多孔質フィルムの膜厚を、積層セパレータと同様に測定した。また、積層セパレータの膜厚と剥離後のポリエチレン多孔質フィルムの膜厚との差から、耐熱層の膜厚を算出した。
(2) Film Thickness The film thickness of the laminate separator was measured using a high-precision digital length measuring machine manufactured by Mitutoyo Corporation. Furthermore, a peeling tape was attached to the surface of the laminate separator on which the heat-resistant layer was formed, and then peeled off to peel off the heat-resistant layer from the polyethylene porous film. The film thickness of the polyethylene porous film after peeling off the heat-resistant layer was measured in the same manner as the laminate separator. In addition, the film thickness of the heat-resistant layer was calculated from the difference between the film thickness of the laminate separator and the film thickness of the polyethylene porous film after peeling.
(3)耐熱層の目付
積層セパレータを、一辺の長さが8cmの正方形に切出してサンプルとし、このサンプルの重量W1[g]を測定した。さらに、上記サンプルの耐熱層が形成されている面に剥離テープを貼付してから剥離し、耐熱層をポリエチレン多孔質フィルムから剥離させた。耐熱層を剥離させた後のポリエチレン多孔質フィルムの重量W2[g]を測定した。下記式に従って、耐熱層の目付[g/m2]を算出した。
耐熱層の目付=(W1-W2)/(0.08×0.08)。
(3) Weight per unit area of heat-resistant layer The laminated separator was cut into a square with a side length of 8 cm to prepare a sample, and the weight W1 [g] of this sample was measured. Furthermore, a release tape was attached to the surface of the sample on which the heat-resistant layer was formed, and then peeled off to peel the heat-resistant layer from the polyethylene porous film. The weight W2 [g] of the polyethylene porous film after peeling off the heat-resistant layer was measured. The weight per unit area of the heat-resistant layer [g/ m2 ] was calculated according to the following formula.
Weight of heat-resistant layer=(W1−W2)/(0.08×0.08).
(4)透気度
積層セパレータおよびポリオレフィン多孔質フィルムの透気度は、JIS P 8117に基づいて、デジタルタイマー式ガーレー式デンソメータ(株式会社安田精機製作所製)で測定した。耐熱層の透気度は、積層セパレータの透気度からポリエチレン多孔質フィルムの透気度を減じて算出した。耐熱層の透気度を耐熱層の目付で割った値を、「耐熱目付当たりの耐熱層の透気度」とした。
(4) Air permeability The air permeability of the laminated separator and the polyolefin porous film was measured using a digital timer type Gurley densometer (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho Co., Ltd.) based on JIS P 8117. The air permeability of the heat-resistant layer was calculated by subtracting the air permeability of the polyethylene porous film from the air permeability of the laminated separator. The value obtained by dividing the air permeability of the heat-resistant layer by the basis weight of the heat-resistant layer was defined as the "air permeability of the heat-resistant layer per unit weight of the heat-resistant layer."
(5)加熱形状維持率
長さ:108mm×幅:54mmに切り出した積層セパレータを、ポリエチレン多孔質フィルム面を下にして、ガラス板上に載置した。積層セパレータの長さ方向の両端を、ポリイミド粘着テープ(日東電工製)でガラス板に固定した。このとき、積層セパレータの端部が、粘着テープによって、片側につき長さ方向に4mm覆われるようにした。すなわち、粘着テープで覆われていない積層セパレータの測定部の長さは100mmである。この状態で、積層セパレータの中央部分の幅(L1)を測定した。L1は、切り出した状態における積層セパレータの幅に該当するから、L1=54mmである。
(5) Heat Shape Retention Rate A laminated separator cut to a length of 108 mm and a width of 54 mm was placed on a glass plate with the polyethylene porous film side facing down. Both ends of the laminated separator in the longitudinal direction were fixed to the glass plate with polyimide adhesive tape (manufactured by Nitto Denko). At this time, the end of the laminated separator was covered by the adhesive tape by 4 mm in the longitudinal direction on each side. In other words, the length of the measurement part of the laminated separator not covered by the adhesive tape was 100 mm. In this state, the width (L1) of the central part of the laminated separator was measured. Since L1 corresponds to the width of the laminated separator in the cut-out state, L1 = 54 mm.
次に、ガラス板を200℃に設定した加熱オーブン内に静置して、5分間加熱した。次に、加熱オーブンから取り出したガラス板を、室温になるまで静置した。次に、積層セパレータの中央部分の幅(L2)を測定した。 Next, the glass plate was placed in a heating oven set at 200°C and heated for 5 minutes. The glass plate was then removed from the heating oven and left to stand until it reached room temperature. Next, the width (L2) of the center part of the laminated separator was measured.
L1-L2を、「加熱変形量」とした。(L2/L1)×100で求められる値を、「加熱形状維持率」とした。加熱変形量を耐熱層の目付で割った値を、「耐熱目付当たりの加熱変形量」とした。 L1 - L2 was defined as the "heat deformation amount." The value calculated by (L2/L1) x 100 was defined as the "heat shape retention rate." The value calculated by dividing the heat deformation amount by the basis weight of the heat-resistant layer was defined as the "heat deformation amount per heat-resistant basis weight."
加熱形状維持率が75%以上ならば、優れた耐熱性を有していると言える。また、耐熱目付当たりの加熱変形量が10mm/(g/m2)以下ならば、優れた耐熱性を有していると言える。 If the heat shape retention rate is 75% or more, it can be said to have excellent heat resistance. Also, if the heat deformation amount per unit area is 10 mm/(g/m 2 ) or less, it can be said to have excellent heat resistance.
〔合成例1〕
耐熱層に含まれている樹脂として、アラミド樹脂の一種である、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を合成した。合成用の容器として、攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有する、容量3Lのセパラブルフラスコを使用した。充分に乾燥させたフラスコに、2200gのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を仕込んだ。この中に、151.07gの塩化カルシウム粉末を加え、100℃に昇温して完全に溶解させた。この塩化カルシウム粉末は、予め200℃にて2時間真空乾燥させたものを用いた。
Synthesis Example 1
Poly(paraphenylene terephthalamide), a type of aramid resin, was synthesized as the resin contained in the heat-resistant layer. A 3-L separable flask equipped with a stirring blade, a thermometer, a nitrogen inlet, and a powder addition port was used as a synthesis vessel. 2200 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was charged into a thoroughly dried flask. 151.07 g of calcium chloride powder was added thereto, and the mixture was heated to 100°C to completely dissolve it. The calcium chloride powder used was previously vacuum-dried at 200°C for 2 hours.
次に、液温を室温に戻して、68.23gのパラフェニレンジアミンを加え、完全に溶解させた。この溶液を20℃±2℃に保ったまま、124.25gのテレフタル酸ジクロライドを、4分割して約10分おきに添加した。その後も150rpmで攪拌を続けながら、溶液を20℃±2℃に保ったまま1時間熟成し、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を6重量%含むアラミド重合液(1)を得た。アラミド重合液(1)に含まれているポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の固有粘度は、1.5g/dLであった。 Then, the liquid temperature was returned to room temperature, and 68.23 g of paraphenylenediamine was added and completely dissolved. While keeping this solution at 20°C ± 2°C, 124.25 g of terephthalic acid dichloride was added in four portions at approximately 10 minute intervals. After that, the solution was aged for 1 hour while continuing to stir at 150 rpm and kept at 20°C ± 2°C, to obtain aramid polymerization liquid (1) containing 6% by weight of poly(paraphenylene terephthalamide). The intrinsic viscosity of the poly(paraphenylene terephthalamide) contained in the aramid polymerization liquid (1) was 1.5 g/dL.
〔合成例2〕
テレフタル酸ジクロライドの添加量を124.48gに変更したことを除き、合成例1と同様の手順により、アラミド重合液(2)を得た。アラミド重合液(2)に含まれているポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の固有粘度は、1.6g/dLであった。
Synthesis Example 2
Except for changing the amount of terephthalic acid dichloride added to 124.48 g, an aramid polymerization liquid (2) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1. The intrinsic viscosity of poly(paraphenylene terephthalamide) contained in the aramid polymerization liquid (2) was 1.6 g/dL.
〔合成例3〕
テレフタル酸ジクロライドの添加量を124.61gとしたことを除き、合成例1と同様の手順により、アラミド重合液(3)を得た。アラミド重合液(3)に含まれているポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の固有粘度は、1.7g/dLであった。
[Synthesis Example 3]
Except for changing the amount of terephthalic acid dichloride added to 124.61 g, an aramid polymerization liquid (3) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1. The intrinsic viscosity of poly(paraphenylene terephthalamide) contained in the aramid polymerization liquid (3) was 1.7 g/dL.
〔合成例4〕
テレフタル酸ジクロライドの添加量を124.97gとしたことを除き、合成例1と同様の手順により、アラミド重合液(4)を得た。アラミド重合液(4)に含まれているポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の固有粘度は、1.9g/dLであった。
Synthesis Example 4
Except for changing the amount of terephthalic acid dichloride added to 124.97 g, an aramid polymerization liquid (4) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1. The intrinsic viscosity of poly(paraphenylene terephthalamide) contained in the aramid polymerization liquid (4) was 1.9 g/dL.
〔合成例5〕
テレフタル酸ジクロライドの添加量を123.98gとしたことを除き、合成例1と同様の手順により、アラミド重合液(5)を得た。アラミド重合液(5)に含まれているポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の固有粘度は、1.4g/dLであった。
Synthesis Example 5
Except for changing the amount of terephthalic acid dichloride added to 123.98 g, an aramid polymerization liquid (5) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1. The intrinsic viscosity of poly(paraphenylene terephthalamide) contained in the aramid polymerization liquid (5) was 1.4 g/dL.
〔合成例6〕
テレフタル酸ジクロライドの添加量を125.10gとしたことを除き、合成例1と同様の手順により、アラミド重合液(6)を得た。アラミド重合液(6)に含まれているポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の固有粘度は、2.0g/dLであった。
Synthesis Example 6
Except for changing the amount of terephthalic acid dichloride added to 125.10 g, an aramid polymerization liquid (6) was obtained in the same manner as in Synthesis Example 1. The intrinsic viscosity of poly(paraphenylene terephthalamide) contained in the aramid polymerization liquid (6) was 2.0 g/dL.
〔実施例1〕
100gのアラミド重合液(1)をフラスコに秤取し、6.0gのアルミナA(平均粒径:13nm)を加えた。このとき、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)とアルミナAとの重量比は、1:1であった。次に、固形分が4.5重量%となるようにNMPを加えて、240分間攪拌した。ここで言う「固形分」とは、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)とアルミナAとの総重量のことである。次に、0.73gの炭酸カルシウムを加えて240分間攪拌することにより、溶液を中和させた。溶液を減圧下で脱泡して、スラリー状の塗工液(1)を調製した。
Example 1
100 g of the aramid polymerization liquid (1) was weighed into a flask, and 6.0 g of alumina A (average particle size: 13 nm) was added. At this time, the weight ratio of poly(paraphenylene terephthalamide) to alumina A was 1:1. Next, NMP was added so that the solid content was 4.5 wt %, and the mixture was stirred for 240 minutes. The "solid content" here refers to the total weight of poly(paraphenylene terephthalamide) and alumina A. Next, 0.73 g of calcium carbonate was added and the mixture was stirred for 240 minutes to neutralize the solution. The solution was degassed under reduced pressure to prepare a slurry-like coating liquid (1).
塗工液(1)を、ポリエチレンからなるポリオレフィン多孔質フィルム(厚さ:10.4μm、透気度:116s/100mL)上に、ドクターブレード法により塗布した。得られた塗布物(1)を、50℃、相対湿度70%の空気中に1分間静置して、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を析出させた。次に、塗布物(1)をイオン交換水に浸漬させて、塩化カルシウムおよび溶媒を除去した。次に、塗布物(1)を70℃のオーブンで乾燥させて、非水電解液二次電池用積層セパレータ(1)を得た。非水電解液二次電池用積層セパレータ(1)の各物性を表1に示す。 The coating liquid (1) was applied by doctor blade method onto a polyolefin porous film (thickness: 10.4 μm, air permeability: 116 s/100 mL) made of polyethylene. The obtained coating (1) was left to stand in air at 50° C. and a relative humidity of 70% for 1 minute to precipitate poly(paraphenylene terephthalamide). Next, the coating (1) was immersed in ion-exchanged water to remove calcium chloride and the solvent. Next, the coating (1) was dried in an oven at 70° C. to obtain a laminated separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries (1). The physical properties of the laminated separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries (1) are shown in Table 1.
〔実施例2〕
アラミド重合液(1)に代えてアラミド重合液(2)を使用した以外は、実施例1と同様の手順により、非水電解液二次電池用積層セパレータ(2)を得た。非水電解液二次電池用積層セパレータ(2)の各物性を表1に示す。
Example 2
Except for using the aramid polymerization solution (2) instead of the aramid polymerization solution (1), a laminate separator (2) for a nonaqueous electrolyte secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1. The physical properties of the laminate separator (2) for a nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 1.
〔実施例3〕
アラミド重合液(1)に代えてアラミド重合液(3)を使用した以外は、実施例1と同様の手順により、非水電解液二次電池用積層セパレータ(3)を得た。非水電解液二次電池用積層セパレータ(3)の各物性を表1に示す。
Example 3
Except for using the aramid polymerization solution (3) instead of the aramid polymerization solution (1), a laminate separator (3) for a nonaqueous electrolyte secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1. The physical properties of the laminate separator (3) for a nonaqueous electrolyte secondary battery are shown in Table 1.
〔実施例4〕
アラミド重合液(1)に代えてアラミド重合液(4)を使用した以外は、実施例1と同様の手順により、非水電解液二次電池用積層セパレータ(4)を得た。非水電解液二次電池用積層セパレータ(4)の各物性を表1に示す。
Example 4
Except for using the aramid polymerization solution (4) instead of the aramid polymerization solution (1), a laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery (4) was obtained in the same manner as in Example 1. The physical properties of the laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery (4) are shown in Table 1.
〔実施例5〕
アルミナAの添加量を7.5gに変更した以外は、実施例4と同様の手順により、非水電解液二次電池用積層セパレータ(5)を得た。非水電解液二次電池用積層セパレータ(5)の各物性を表1に示す。
Example 5
A laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery (5) was obtained in the same manner as in Example 4, except that the amount of alumina A added was changed to 7.5 g. The physical properties of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery (5) are shown in Table 1.
〔実施例6〕
アルミナAの添加量を9.1gに変更した以外は、実施例4と同様の手順により、非水電解液二次電池用積層セパレータ(6)を得た。非水電解液二次電池用積層セパレータ(6)の各物性を表1に示す。
Example 6
A laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery (6) was obtained in the same manner as in Example 4, except that the amount of alumina A added was changed to 9.1 g. The physical properties of the laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery (6) are shown in Table 1.
〔実施例7〕
耐熱層の目付を実施例4よりも大きくした以外は、実施例4と同様の手順により、非水電解液二次電池用積層セパレータ(7)を得た。非水電解液二次電池用積層セパレータ(7)の各物性を表1に示す。
Example 7
A laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery (7) was obtained in the same manner as in Example 4, except that the basis weight of the heat-resistant layer was made larger than that of Example 4. The physical properties of the laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery (7) are shown in Table 1.
〔比較例1〕
アラミド重合液(1)に代えてアラミド重合液(5)を使用した以外は、実施例1と同様の手順により、比較非水電解液二次電池用積層セパレータ(1)を得た。比較非水電解液二次電池用積層セパレータ(1)の各物性を表1に示す。
Comparative Example 1
Except for using the aramid polymerization solution (5) instead of the aramid polymerization solution (1), a comparative laminate separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries (1) was obtained in the same manner as in Example 1. The physical properties of the comparative laminate separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries (1) are shown in Table 1.
〔比較例2〕
アラミド重合液(1)に代えてアラミド重合液(6)を使用し、別のポリオレフィン多孔質フィルム(厚さ:10.2μm、透気度:165s/100mL)を用いた以外は、実施例1と同様の手順により、比較非水電解液二次電池用積層セパレータ(2)を得た。比較非水電解液二次電池用積層セパレータ(2)の各物性を表1に示す。
Comparative Example 2
Except for using the aramid polymerization liquid (6) instead of the aramid polymerization liquid (1) and using another polyolefin porous film (thickness: 10.2 μm, air permeability: 165 s/100 mL), a comparative laminate separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries (2) was obtained in the same manner as in Example 1. The physical properties of the comparative laminate separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries (2) are shown in Table 1.
〔比較例3〕
100gのアラミド重合液(4)をフラスコに秤取し、6.0gのアルミナA(平均粒径:13nm)および6.0gのアルミナB(平均粒径:640nm)を加えた。このとき、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、アルミナAおよびアルミナBの重量比は、1:1:1であった。次に、固形分が6.0重量%となるように塗工液を調製した。それ以外は実施例4と同様の手順により、比較非水電解液二次電池用積層セパレータ(3)を得た。比較例3において、フィラー全体としての平均粒径は530nmであった。比較非水電解液二次電池用積層セパレータ(3)の各物性を表1に示す。
Comparative Example 3
100 g of the aramid polymerization solution (4) was weighed into a flask, and 6.0 g of alumina A (average particle size: 13 nm) and 6.0 g of alumina B (average particle size: 640 nm) were added. At this time, the weight ratio of poly(paraphenylene terephthalamide), alumina A, and alumina B was 1:1:1. Next, a coating liquid was prepared so that the solid content was 6.0 wt%. A comparative laminate separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries (3) was obtained by the same procedure as in Example 4 except for the above. In Comparative Example 3, the average particle size of the filler as a whole was 530 nm. The physical properties of the comparative laminate separator for nonaqueous electrolyte secondary batteries (3) are shown in Table 1.
実施例1~7および比較例1、2において、フィラーのうち球換算粒径が1μm以上の粒子の占める割合は、0.2%であった。一方、比較例3において、フィラーのうち球換算粒径が1μm以上の粒子の占める割合は、1.2%であった。 In Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, the percentage of particles with a spherical equivalent diameter of 1 μm or more in the filler was 0.2%. On the other hand, in Comparative Example 3, the percentage of particles with a spherical equivalent diameter of 1 μm or more in the filler was 1.2%.
〔結果〕
非水電解液二次電池用積層セパレータ(1)~(7)および比較非水電解液二次電池用積層セパレータ(1)~(3)は、いずれも、膜厚が15μm以下の薄型セパレータとなるように作製されている。
〔result〕
The laminated separators for non-aqueous electrolyte secondary batteries (1) to (7) and the comparative laminated separators for non-aqueous electrolyte secondary batteries (1) to (3) were all produced to be thin separators having a thickness of 15 μm or less.
実施例1と比較例1との比較から、樹脂の固有粘度が1.5dL/g未満である場合には、加熱形状維持率が低すぎる傾向にあることが示唆される。実施例4と比較例2との比較から、樹脂の固有粘度が1.9dL/g超である場合には、耐熱層の透気度が高すぎる傾向にあることが示唆される(なお、実施例4と比較例2とではポリオレフィン多孔質フィルムの種類が異なるが、耐熱層の透気度はポリオレフィン多孔質フィルムの種類には左右されないことに留意されたい)。実施例4と比較例3との比較から、フィラーの平均粒径が500nmを超える場合には、加熱形状維持率が低すぎる傾向にあることが示唆される。 A comparison between Example 1 and Comparative Example 1 suggests that when the intrinsic viscosity of the resin is less than 1.5 dL/g, the heat shape retention rate tends to be too low. A comparison between Example 4 and Comparative Example 2 suggests that when the intrinsic viscosity of the resin is more than 1.9 dL/g, the heat resistant layer tends to have too high air permeability (note that although the types of polyolefin porous film are different between Example 4 and Comparative Example 2, the air permeability of the heat resistant layer does not depend on the type of polyolefin porous film). A comparison between Example 4 and Comparative Example 3 suggests that when the average particle size of the filler is more than 500 nm, the heat shape retention rate tends to be too low.
このように、本発明の一実施形態に係る製造方法によれば、従来技術では達成できなかった、薄型化、耐熱性およびイオン透過性が両立している非水電解液二次電池用積層セパレータが得られる。 In this way, the manufacturing method according to one embodiment of the present invention makes it possible to obtain a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery that is thin, heat-resistant, and ion-permeable at the same time, something that could not be achieved with conventional technology.
本発明は、例えば非水電解液二次電池に利用することができる。 The present invention can be used, for example, in non-aqueous electrolyte secondary batteries.
Claims (7)
上記樹脂の固有粘度は、1.6~1.9dL/gであり、
上記フィラーの平均粒径は、500nm以下であり(ここで、平均粒径は50個のフィラーの球換算粒径の平均値であり、当該球換算粒径は透過型電子顕微鏡によって実測した値である)、
非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、15μm以下である、製造方法:
ここで、上記樹脂の固有粘度は、下記の手順により測定する:
1. 100mLの濃硫酸(96~98%)に0.5gの樹脂を溶解させた溶液(樹脂の濃度:C(g/dL))について、30℃にて、ウベローデ型毛細管粘度計により流動時間Tを測定する;
2. 樹脂を溶解させていない濃硫酸(96~98%)について、30℃にて、ウベローデ型毛細管粘度計により流動時間T 0 を測定する;
3. 求められた流動時間から、下記式により固有粘度を求める;
固有粘度(dL/g)=ln(T/T 0 )/C。 A method for producing a laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the steps of: forming a heat-resistant layer containing a resin and a filler on a polyolefin porous film,
The intrinsic viscosity of the resin is 1.6 to 1.9 dL/g;
The average particle size of the filler is 500 nm or less (here, the average particle size is the average value of the equivalent sphere particle size of 50 filler particles, and the equivalent sphere particle size is a value actually measured by a transmission electron microscope),
The thickness of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is 15 μm or less .
Here, the intrinsic viscosity of the resin is measured by the following procedure:
1. Measure the flow time T of a solution (resin concentration: C (g/dL)) obtained by dissolving 0.5 g of resin in 100 mL of concentrated sulfuric acid (96 to 98%) at 30° C. using an Ubbelohde capillary viscometer;
2. For concentrated sulfuric acid (96-98%) in which no resin is dissolved, the flow time T 0 is measured at 30° C. using an Ubbelohde capillary viscometer;
3. From the flow time thus determined, the intrinsic viscosity is calculated according to the following formula:
Intrinsic viscosity (dL/g) = ln(T/T 0 )/C.
上記耐熱層は、耐熱性樹脂およびフィラーを含んでおり、
上記フィラーの平均粒径は、50nm以下であり、
上記非水電解液二次電池用積層セパレータの膜厚は、15μm以下であり、
上記非水電解液二次電池用積層セパレータを、200℃にて5分間加熱したときのTD方向における加熱形状維持率は、75%以上であり、
上記耐熱層の透気度は、100s/100mL以下である、
非水電解液二次電池用積層セパレータ。 A laminate separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a polyolefin porous film and a heat-resistant layer laminated on one or both sides of the film,
The heat-resistant layer contains a heat-resistant resin and a filler,
The average particle size of the filler is 50 nm or less,
The thickness of the laminated separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery is 15 μm or less,
The laminated separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery has a heat shape retention rate in the TD direction of 75% or more when heated at 200° C. for 5 minutes,
The air permeability of the heat-resistant layer is 100 s/100 mL or less.
Laminated separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries.
請求項3~5のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータと、
負極と、
がこの順で配置されている、非水電解液二次電池用部材。 A positive electrode and
A laminate separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 3 to 5,
A negative electrode;
are arranged in this order.
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