JP2000082451A - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】リチウム二次電池等の非水電解質二次電池にお
いて、実際に電池が使用される温度域でのセパレータの
劣化を抑制し、電池性能を向上させる。
【解決手段】電池缶4内に正極1、負極2、非水電解
液、およびセパレータ3を備える。セパレータ3は、非
水電解質に対して高親和性を有する高分子樹脂シート
(例えばポリオレフィン系シート)と耐酸化性シート
(例えばフッ素系高分子シート)とを層状に接合させて
成り、このうちの耐酸化性シートが正極1と対向してい
る。セパレータは、直径0.01〜10μmの微細孔
と、空孔率が20〜90%である。
(57) [Summary] In a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery, deterioration of a separator in a temperature range where the battery is actually used is suppressed, and battery performance is improved. A battery can includes a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator in a battery can. The separator 3 is formed by joining a polymer resin sheet (for example, a polyolefin-based sheet) having a high affinity for a non-aqueous electrolyte and an oxidation-resistant sheet (for example, a fluorine-based polymer sheet) in layers. The oxidation-resistant sheet faces the positive electrode 1. The separator has fine pores having a diameter of 0.01 to 10 μm and a porosity of 20 to 90%.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池等
の非水電解質(非水電解液)二次電池に関する。The present invention relates to a non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte) secondary battery such as a lithium secondary battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】リチウム二次電池を代表とする非水電解
質二次電池は、鉛蓄電池やニッケル・カドミニウム電池
よりも高いエネルギー密度を有するため、近年ビデオカ
メラ、携帯用電話、ノート型パソコンなどのポータブル
電気機器に利用されている。また、最近は大気汚染の防
止や電力エネルギーの有効利用などのニーズにより、電
気自動車用や電力貯蔵用の電池として、リチウム二次電
池が注目されている。この場合、リチウム二次電池を4
0〜80℃の高温環境下で使用することがあり、電池の
サイクル寿命の低下が起こりやすい。2. Description of the Related Art Non-aqueous electrolyte secondary batteries typified by lithium secondary batteries have higher energy densities than lead storage batteries and nickel-cadmium batteries, and have recently been used in video cameras, portable phones, notebook computers, and the like. Used in portable electrical equipment. Recently, lithium secondary batteries have attracted attention as batteries for electric vehicles and for power storage due to needs such as prevention of air pollution and effective use of power energy. In this case, replace the lithium secondary battery with 4
The battery may be used in a high temperature environment of 0 to 80 ° C., and the cycle life of the battery is likely to be reduced.
【0003】高温環境下でのリチウム二次電池の寿命劣
化の原因として、電池からの発熱による電解液分解反応
の加速、電極表面への不活性物質の蓄積、セパレータの
細孔の閉塞などが挙げられる。これらの劣化モードは、
充放電時の電池を冷却することによって、ある程度回避
できる。リチウム二次電池の冷却方法の一例としては、
角型リチウム二次電池の間に、金属製の梁状スペーサを
挿入する方法(特開平8−212986号公報)が開示
されている。[0003] The causes of deterioration of the life of a lithium secondary battery under a high temperature environment include acceleration of an electrolytic solution decomposition reaction due to heat generation from the battery, accumulation of an inert substance on an electrode surface, and blocking of pores in a separator. Can be These degradation modes are:
This can be avoided to some extent by cooling the battery during charging and discharging. As an example of a method for cooling a lithium secondary battery,
A method of inserting a metal beam-shaped spacer between prismatic lithium secondary batteries (Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-212986) is disclosed.
【0004】リチウム二次電池の高温使用時での課題は
上記した寿命劣化の他に、電池の異常動作時に発生する
多量の熱による電池の発火、爆発などの安全面の問題も
ある。電池の過充電、外部短絡などによって電池温度が
セパレータの融点以上に到達したときにセパレータが溶
融し、正極と負極の短絡が瞬時に起こることがある。こ
のような現象は、電池表面温度としては100℃以上で
発生しやすい。セパレータが広い領域で溶融すると、正
極と負極間に瞬時に大電流が流れ、発熱に伴う化学反応
が爆発的に進行し、電池の発火・爆発が起こる。[0004] In addition to the above-described life degradation, there is a problem in using a lithium secondary battery at a high temperature, in addition to a safety problem such as ignition and explosion of the battery due to a large amount of heat generated during abnormal operation of the battery. When the battery temperature reaches or exceeds the melting point of the separator due to overcharging of the battery, external short circuit, or the like, the separator may be melted and a short circuit between the positive electrode and the negative electrode may occur instantaneously. Such a phenomenon is likely to occur at a battery surface temperature of 100 ° C. or higher. When the separator melts in a wide area, a large current flows instantaneously between the positive electrode and the negative electrode, and the chemical reaction accompanying the heat generation explosively proceeds, causing ignition and explosion of the battery.
【0005】このような危険を回避するために、フッ素
樹脂を利用した高融点セパレータが開発され、既に公知
となっている(特開平5−205721号、特開平6−
76808号、特開平6−84522号、特開平9−2
45761号)。In order to avoid such a danger, a high-melting point separator using a fluororesin has been developed and is already known (JP-A-5-205721, JP-A-6-205721).
76808, JP-A-6-84522, JP-A-9-2
No. 45761).
【0006】例えば、特開平5−205721号公報で
は、セパレータとして親水処理を施した最大孔径0.1
μm以下の多孔質フッ素樹脂膜と、ポリエチレンもしく
はポリプロピレン膜とを重ねて用いている。この従来技
術は、多孔質フッ素樹脂膜が、融点が250℃以上であ
るため、リチウムが融解する温度(180℃)であって
も正極と負極を分離できる。ちなみに、従来よりセパレ
ータとして用いられてきたポリエチレン或いはポリプロ
ピレンの融点は、それぞれ125℃及び155℃であ
る。なおフッ素樹脂膜は、リチウム負極を劣化させる性
質を有するために、これを正極側に向けて配置されてい
る。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-205721 discloses a separator having a maximum pore diameter of 0.1 having been subjected to a hydrophilic treatment as a separator.
A porous fluororesin film of μm or less and a polyethylene or polypropylene film are used in an overlapping manner. According to this conventional technique, since the melting point of the porous fluororesin film is 250 ° C. or higher, the positive electrode and the negative electrode can be separated even at a temperature at which lithium is melted (180 ° C.). Incidentally, the melting point of polyethylene or polypropylene conventionally used as a separator is 125 ° C. and 155 ° C., respectively. Note that the fluororesin film has a property of deteriorating the lithium negative electrode, and thus is disposed with the lithium resin film facing the positive electrode side.
【0007】その他の従来技術として、例えば特開平1
−173566号公報に記載のように、水酸化カリウム
等の水性電解液を用いたアルカリ電池では、セパレータ
を少なくとも正極側に位置する表面がフッ素処理された
グラフト化ポリエチレンフィルムにより構成する技術が
提案されている。この従来技術は、正極作用物質(活物
質)の酸化力によりセパレータが脆弱化するためにフッ
素処理されたグラフト化ポリエチレンフィルムを使用す
るものである。As another conventional technique, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
As described in JP-173566A, in an alkaline battery using an aqueous electrolyte such as potassium hydroxide, a technique has been proposed in which at least the surface located on the positive electrode side is constituted by a grafted polyethylene film having a fluorine treatment. ing. This prior art uses a grafted polyethylene film that has been treated with fluorine because the separator becomes brittle due to the oxidizing power of the positive electrode active material (active material).
【0008】また、特開平4−87151号公報に記載
のアルカリ蓄電池では、フッ素を含む反応ガスに接触反
応させたポリオレフィン系樹脂繊維を用いたセパレータ
を用いて耐酸化を図っている。In the alkaline storage battery described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-87151, oxidation resistance is achieved by using a separator using a polyolefin resin fiber which has been contacted and reacted with a reaction gas containing fluorine.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたよ
うに、電池の安全性の観点からは異常高温に対処するた
め高融点材質のセパレータを使用する等の改良は行われ
てきた。また、アルカリ電池の分野では、通常使用時の
セパレータの耐酸化を図る技術が提案されている。As described in the prior art, from the viewpoint of battery safety, improvements such as the use of a separator having a high melting point have been made in order to cope with an abnormally high temperature. Further, in the field of alkaline batteries, a technique for improving the oxidation resistance of the separator during normal use has been proposed.
【0010】しかし、リチウム電池等の非水電解質二次
電池においては、実使用温度条件でのセパレータの耐酸
化の改良は未だ充分になされていない状況にある。However, in a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium battery, the oxidation resistance of the separator under actual operating temperature conditions has not yet been sufficiently improved.
【0011】従来技術で述べたような高融点保証に使用
したセパレータ、すなわち多孔質フッ素樹脂膜と、ポリ
エチレンもしくはポリプロピレン膜とを単に重ねて用い
た技術は、多孔質フッ素樹脂膜が耐酸化性を有するもの
の、このような電池の容量維持率の面で改善すべき点が
ある(詳細は、課題を解決するための手段の項や、発明
の実施の形態の項の比較例3のセパレータを用いてその
性能評価で述べてある)。As described in the prior art, the separator used for assuring a high melting point, that is, the technique in which a porous fluororesin film and a polyethylene or polypropylene film are simply overlapped with each other, requires that the porous fluororesin film have oxidation resistance. However, there is a point to be improved in terms of the capacity retention rate of such a battery (for details, use of the separator of Comparative Example 3 in the section of the means for solving the problem and the section of the embodiment of the invention) The performance evaluation).
【0012】また、アルカリ電池でみられるようなセパ
レータの耐酸化技術では、セパレータ(グラフト化ポリ
エチレンフィルム等のポリオレフィン系樹脂)の正極側
の表面にガス処理により化学的にフッ素を結合させてい
るが、このようなフッ素処理では耐酸化膜、グラフト化
ポリエチレンフィルムのフッ素基結合層の厚さは3〜5
μm程度であり、非水電解質二次電池のように、アルカ
リ電池以上の正極の酸化雰囲気が厳しい条件の下では放
電容量のサイクル劣化を充分に抑制しきれない(この実
験データは、発明の実施の形態の項で比較例1,2を用
いて述べてある)。[0012] In the oxidation-resistant technology of a separator as seen in an alkaline battery, fluorine is chemically bonded to the surface of the separator (polyolefin resin such as a grafted polyethylene film) on the positive electrode side by gas treatment. In such a fluorine treatment, the thickness of the oxidation-resistant film and the fluorine-bonded layer of the grafted polyethylene film is 3 to 5
μm, it is not possible to sufficiently suppress the cycle deterioration of the discharge capacity under conditions where the oxidizing atmosphere of the positive electrode is more severe than that of an alkaline battery, as in a non-aqueous electrolyte secondary battery. This is described using Comparative Examples 1 and 2 in the section of the embodiment.
【0013】ここで、リチウム二次電池の実使用条件の
下での劣化現象のメカニズムについて説明する。Here, the mechanism of the deterioration phenomenon under the actual use conditions of the lithium secondary battery will be described.
【0014】電力貯蔵システム、電気自動車、更にはノ
ート型パソコン、携帯用情報端末機器などのいずれにお
いても、リチウム二次電池の動作時の電池内部温度は室
温より高く、通常40〜80℃の中間的な温度領域で電
池が使用される。In a power storage system, an electric vehicle, a notebook personal computer, a portable information terminal, and the like, the internal temperature of the lithium secondary battery during operation is higher than room temperature, and is usually between 40 and 80 ° C. The battery is used in a typical temperature range.
【0015】このような温度領域でリチウム二次電池を
使用した場合、正極によるセパレータの酸化反応が起こ
りやすい。電池の充放電中に正極電位は、リチウム基準
で3〜4.5Vにあるため、正極と接するセパレータは
強い酸化雰囲気にある。ポリエチレン、ポリプロピレン
などのポリオレフィン系高分子からなるセパレータを使
用すると、正極の酸化触媒作用により炭素−水素結合の
開裂が起こり、セパレータ表面が酸化される場合があ
る。このとき、セパレータの酸化に伴いその強度が著し
く低下し、正極と負極間の締め付けの圧力によって、セ
パレータの目詰まりが進行する。When a lithium secondary battery is used in such a temperature range, the oxidation reaction of the separator by the positive electrode is likely to occur. During charging and discharging of the battery, the potential of the positive electrode is in the range of 3 to 4.5 V on the basis of lithium, and thus the separator in contact with the positive electrode is in a strong oxidizing atmosphere. When a separator made of a polyolefin-based polymer such as polyethylene or polypropylene is used, carbon-hydrogen bond cleavage may occur due to oxidation catalyst action of the positive electrode, and the separator surface may be oxidized. At this time, the strength of the separator is significantly reduced as the separator is oxidized, and clogging of the separator proceeds due to the pressure applied between the positive electrode and the negative electrode.
【0016】その結果、セパレータでのリチウムイオン
の拡散が著しく阻害され、電池容量の低下がみられる。
このような劣化現象は、既述した異常高温によるセパレ
ータの溶融に起因するものでない。リチウム二次電池が
実際に使用される中間的温度域(すなわち室温から熱暴
走に至るとされる高温温度との間)において、正極によ
る高温劣化を抑制できる対策は、既述したように未だ提
案されていない。As a result, the diffusion of lithium ions in the separator is significantly inhibited, and the battery capacity is reduced.
Such a deterioration phenomenon is not caused by the melting of the separator due to the abnormally high temperature described above. As described above, measures to suppress high-temperature deterioration due to the positive electrode in the intermediate temperature range where lithium secondary batteries are actually used (that is, between room temperature and the high temperature at which thermal runaway is supposed to occur) are still proposed as described above. It has not been.
【0017】本発明の目的は、リチウム二次電池に代表
される非水電解質二次電池において実際に電池が使用さ
れる温度域でのセパレータの劣化を抑制し、性能向上を
図ることにある。An object of the present invention is to improve the performance of a nonaqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium secondary battery by suppressing the deterioration of the separator in a temperature range where the battery is actually used.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基本的には、次のように構成する。Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present invention is basically configured as follows.
【0019】すなわち、正極、負極、非水電解質、およ
びセパレータを備える非水電解質二次電池において、前
記セパレータは、非水電解質に対して高親和性を有する
高分子樹脂シートと耐酸化性シートとを層状に接合させ
て成り、このうちの耐酸化性シートが前記正極と対向し
ていることを特徴とする。That is, in a non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, the separator includes a polymer resin sheet having high affinity for the non-aqueous electrolyte, an oxidation-resistant sheet, Are bonded in a layer, and the oxidation-resistant sheet is facing the positive electrode.
【0020】ここで、非水電解質二次電池の代表的な適
用例としてリチウム二次電池を取り上げ、本発明の内容
を詳細に説明する。Here, a lithium secondary battery is taken as a typical application example of the non-aqueous electrolyte secondary battery, and the contents of the present invention will be described in detail.
【0021】(1)リチウム二次電池の正極,負極につ
いて リチウム二次電池の正極は、正極活物質、導電剤、バイ
ンダー、集電体からなる。本発明で使用可能な正極活物
質を化学式で表記すると、LiCoO2、LiNiO2、
LiMn2O4などがある。これらの正極活物質が高抵抗
であるため、導電剤として炭素質粉末を少量混合するこ
とにより、正極活物質の電気伝導性を補っている。正極
活物質と導電剤はともに粉末であるため、粉末にバイン
ダーを混合して、粉末同士を結合させると同時に集電体
へ接着させている。集電体には電解液に溶解しにくい材
質であれば良く、アルミニウム箔が多用されている。正
極活物質、導電剤、バインダー、および有機溶媒を混合
した正極スラリーを、ドクターブレード法、ディッピン
グ法などによって集電体へ付着させた後、有機溶媒を乾
燥し、ロールプレスによって加圧成形することにより、
正極が作製される。(1) Positive electrode and negative electrode of lithium secondary battery The positive electrode of the lithium secondary battery is composed of a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and a current collector. When the positive electrode active material usable in the present invention is represented by a chemical formula, LiCoO 2 , LiNiO 2 ,
LiMn 2 O 4 and the like. Since these positive electrode active materials have high resistance, the electric conductivity of the positive electrode active material is supplemented by mixing a small amount of carbonaceous powder as a conductive agent. Since both the positive electrode active material and the conductive agent are powders, a binder is mixed with the powders so that the powders are bonded to each other and simultaneously bonded to the current collector. The current collector may be made of any material that is difficult to dissolve in the electrolytic solution, and an aluminum foil is often used. After applying a positive electrode slurry obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and an organic solvent to a current collector by a doctor blade method, a dipping method, or the like, drying the organic solvent, and press-forming with a roll press. By
A positive electrode is produced.
【0022】リチウム二次電池の負極は、負極活物質、
バインダー、集電体からなる。本発明で使用可能な負極
活物質は、リチウムと合金化するアルミニウム、鉛、銀
などがあり、さらにリチウムを電気化学的に吸蔵・放出
可能な黒鉛や非晶質炭素からなる炭素質材料などもあ
る。本発明では負極活物質に特に制限がなく、上述の材
料以外でも利用可能である。使用する負極活物質は粉末
であるため、それにバインダーを混合して、粉末同士を
結合させると同時に集電体へ接着させている。集電体に
はリチウムと合金化しにくい材料を使用でき、銅箔が多
用されている。負極活物質、バインダ−、および有機溶
媒を混合した負極スラリーを、ドクターブレード法、デ
ィッピング法などによって集電体へ付着させた後、有機
溶媒を乾燥し、ロールプレスによって加圧成形すること
により、負極が作製される。The negative electrode of the lithium secondary battery includes a negative electrode active material,
It consists of a binder and a current collector. Negative electrode active materials that can be used in the present invention include aluminum, lead, silver, and the like, which are alloyed with lithium. In addition, carbonaceous materials, such as graphite and amorphous carbon, which can electrochemically occlude and release lithium, are also available. is there. In the present invention, there is no particular limitation on the negative electrode active material, and materials other than the above-mentioned materials can be used. Since the negative electrode active material to be used is powder, a binder is mixed with the negative electrode active material so that the powders are bonded to each other and simultaneously adhered to the current collector. For the current collector, a material that is difficult to alloy with lithium can be used, and copper foil is frequently used. A negative electrode active material, a binder, and a negative electrode slurry mixed with an organic solvent, a doctor blade method, after adhering to the current collector by a dipping method, by drying the organic solvent, by press molding with a roll press, A negative electrode is produced.
【0023】(2)セパレータについて 上で作製した正極と負極の間に、本発明のセパレータを
挿入し、リチウムイオンの授受と電気的絶縁を確保させ
る。以下では、本発明のセパレータについて詳細に説明
する。(2) Separator The separator of the present invention is inserted between the above-prepared positive electrode and negative electrode to secure lithium ion exchange and electrical insulation. Hereinafter, the separator of the present invention will be described in detail.
【0024】室温から熱暴走に至る温度の間にある中間
的温度域において、リチウム二次電池を充放電させる
と、正極の酸化触媒作用によりセパレータ表面が酸化さ
れ、セパレータの強度が著しく低下する。その結果、正
極と負極間の締め付けの圧力によって、セパレータの目
詰まりが進行することが見出された。正極活物質にはマ
ンガン、ニッケル、コバルトなどの遷移金属とリチウム
からなる複合酸化物が利用されている。これが充電時に
は、リチウムイオンが1価のイオンとして電解液へ移動
し、遷移金属イオンが酸化される。このとき、正極活物
質は高酸化状態となり、酸化触媒作用が強い。たとえ
ば、LiMn2O4が充電後にMnO2になるが、これは
強力な酸化剤として作用する。When the lithium secondary battery is charged and discharged in an intermediate temperature range between room temperature and thermal runaway, the surface of the separator is oxidized by the oxidation catalytic action of the positive electrode, and the strength of the separator is significantly reduced. As a result, it was found that clogging of the separator progressed due to the pressure of the clamping between the positive electrode and the negative electrode. As the positive electrode active material, a composite oxide including lithium and a transition metal such as manganese, nickel, and cobalt is used. At the time of charging, lithium ions move to the electrolyte as monovalent ions, and the transition metal ions are oxidized. At this time, the positive electrode active material is in a high oxidation state, and has a strong oxidation catalytic action. For example, LiMn 2 O 4 becomes MnO 2 after charging, which acts as a strong oxidant.
【0025】そこで、充電状態の正極活物質によるセパ
レータの酸化を防止するためには、従来用いられていた
セパレータを構成するポリオレフィン系高分子を、より
耐酸化性に優れた材料へ変更することが必要である。従
来のポリオレフィン系高分子は、主に炭素−炭素結合、
炭素−水素結合を含んでいる。これらの結合エネルギー
は430〜460kJ/molである(日本化学会編、
化学便覧基礎編 改訂4版、II−301ページ)。こ
れと比較して、10〜90kJ/molも高い結合エネ
ルギーのもつ例として、炭素−フッ素結合がある。本発
明では、炭素−フッ素結合に着目し、これを含む高分子
を利用してセパレータの耐酸化性の改善を図った。Therefore, in order to prevent oxidation of the separator due to the charged positive electrode active material, it is necessary to change the conventionally used polyolefin polymer constituting the separator to a material having more excellent oxidation resistance. is necessary. Conventional polyolefin polymers are mainly composed of carbon-carbon bonds,
Contains carbon-hydrogen bonds. Their binding energies are 430-460 kJ / mol (edited by The Chemical Society of Japan,
Chemical Handbook Basic Edition, 4th revised edition, pages II-301). In comparison, a carbon-fluorine bond is an example having a binding energy as high as 10 to 90 kJ / mol. In the present invention, attention has been paid to a carbon-fluorine bond, and an improvement in the oxidation resistance of a separator has been achieved by using a polymer containing the carbon-fluorine bond.
【0026】本発明によると、炭素−フッ素結合を有す
る高分子層(フッ素系物質を含有するシート)がセパレ
ータの酸化を防止する機能をなし、もう一層のポリオレ
フィン系の高分子シートが電解液を保持する機能を発揮
する。その結果、セパレータの電解液保持性を損なわず
に、正極による酸化を防止できる。以下に本発明におけ
るセパレータの耐酸化層がシートであること、及びこの
耐酸化層のシートが電解液に対する高親和性の高分子樹
脂層と接合により一体化する根拠について説明する。According to the present invention, a polymer layer having a carbon-fluorine bond (a sheet containing a fluorine-based substance) functions to prevent oxidation of the separator, and another polyolefin-based polymer sheet serves as an electrolyte. Demonstrate the function of holding. As a result, oxidation by the positive electrode can be prevented without impairing the electrolyte retention of the separator. Hereinafter, the reason why the oxidation-resistant layer of the separator according to the present invention is a sheet and the reason why the sheet of the oxidation-resistant layer is integrated with a polymer resin layer having a high affinity for an electrolytic solution by bonding will be described.
【0027】(2−1)セパレータの耐酸化層がシート
である根拠 小形民生用電池で使用されているリチウム二次電池用セ
パレータは、一般にポリエチレン,ポリプロピレンなど
のポリオレフィンをシート状に作成し、シート表面に微
細な孔を形成させたものが多い。この微細孔膜に非水電
解液を保持させると、リチウムイオンが微細な孔を透過
することにより、リチウム二次電池の充放電が可能とな
る。充放電時には正極と負極に使用される活物質の膨
張,収縮が起こるため、電極群内に応力が発生する。そ
のため、セパレータに引っ張りや圧縮の圧力が印加さ
れ、セパレータの伸びまたは圧縮が生じる。このような
変形は、電池外部温度が変化することによりさらに顕著
となる。(2-1) The ground that the oxidation-resistant layer of the separator is a sheet The separator for a lithium secondary battery used in a small consumer battery is generally prepared by forming a sheet of polyolefin such as polyethylene or polypropylene into a sheet. Many have fine holes formed on the surface. When the non-aqueous electrolyte is held in the microporous membrane, lithium ions permeate the micropores, so that the lithium secondary battery can be charged and discharged. During charging and discharging, the active materials used for the positive electrode and the negative electrode expand and contract, so that stress is generated in the electrode group. Therefore, tension or compression pressure is applied to the separator, and the separator is elongated or compressed. Such deformation becomes more remarkable as the battery external temperature changes.
【0028】通常、リチウム二次電池は−20〜60℃
の範囲で使用可能である。このような低温から高温まで
の外部の温度変動により、電極群全体の体積変化に伴う
局部的なひずみによってセパレータの変形がさらに顕著
となる。したがって、セパレータ全体の変形により耐酸
化層の亀裂やピンホールなどが発生しないように、セパ
レータに強度が要求される。Normally, a lithium secondary battery is at -20 to 60 ° C.
It can be used in the range. Due to such an external temperature fluctuation from a low temperature to a high temperature, the deformation of the separator becomes more remarkable due to a local strain caused by a volume change of the entire electrode group. Therefore, the separator is required to have strength so that cracks and pinholes in the oxidation-resistant layer do not occur due to deformation of the entire separator.
【0029】以上の理由によりセパレータ表面に形成す
る耐酸化層はある程度の厚みをもったシート状であるこ
とが望ましい。耐酸化層の厚みを確保するためには、ポ
リオレフィン系セパレータの極表層部にプラズマ法、炭
化処理後のフッ素化処理などによって、フッ素化層を形
成するだけでは十分な厚みを確保できず、耐酸化層の強
度が不十分である。また、ポリオレフィン系セパレータ
に上記のようなフッ素化処理を行なうと、表面のポリオ
レフィン層の化学分解反応に伴い、セパレータの厚みが
変化し、セパレータ面内での厚みばらつきが発生する。For the above reasons, it is desirable that the oxidation resistant layer formed on the surface of the separator be a sheet having a certain thickness. In order to secure the thickness of the oxidation-resistant layer, it is not possible to secure a sufficient thickness only by forming a fluorinated layer by a plasma method, a fluorination treatment after a carbonization treatment, or the like on the very surface layer of the polyolefin-based separator. Strength of the chemical layer is insufficient. Further, when the fluorination treatment as described above is performed on the polyolefin-based separator, the thickness of the separator changes due to the chemical decomposition reaction of the polyolefin layer on the surface, and the thickness varies in the separator plane.
【0030】この問題は、電極とセパレータの捲回ある
いは積層するにつれて、電極群の局所的変形をもたら
す。This problem causes local deformation of the electrode group as the electrode and the separator are wound or laminated.
【0031】本発明では、耐酸化層の厚み精度を確保す
ること及びセパレータの面内に厚さばらつきが生じない
ようにするため、耐酸化層を予めシート状に作成する。
本発明の検討結果によると、耐酸化層の厚さは7μm以
上、さらに好ましくは10μm以上であることが望まし
く、また、セパレータを厚くすると正極と負極間の距離
が増大し、オーム損失も増大するため、セパレータ全体
の厚さは100μm以下にすることが望ましく、このよ
うにすることにより、リチウム二次電池に必要な高強度
と低抵抗を有するセパレータが得られる。In the present invention, the oxidation-resistant layer is formed in a sheet shape in advance in order to ensure the thickness accuracy of the oxidation-resistant layer and to prevent thickness variation in the plane of the separator.
According to the examination results of the present invention, it is desirable that the thickness of the oxidation-resistant layer is 7 μm or more, more preferably 10 μm or more. Further, when the separator is thickened, the distance between the positive electrode and the negative electrode increases, and the ohmic loss also increases. Therefore, the thickness of the entire separator is desirably 100 μm or less, and by doing so, a separator having high strength and low resistance required for a lithium secondary battery can be obtained.
【0032】(2−2)セパレータの耐酸化性シートと
電解液に対する高親和性の高分子樹脂シートとを接合に
より一体化する根拠 リチウム二次電池のセパレータは1枚のシート状として
使用することが、電池製造時の取り扱い上望ましい。ポ
リ4フッ化エチレンなどのフッ素系高分子は、一般にポ
リエチレンよりも高強度であるため、両者を単に重ねて
同時捲回すると、柔らかいポリエチレン製セパレータの
方が延びたり、圧縮されたりして、細孔が閉塞される問
題が発生する(この点は本発明の実施例で詳述してあ
る)。(2-2) Grounds for integrating the oxidation-resistant sheet of the separator and the high-affinity polymer resin sheet for the electrolytic solution by bonding The lithium secondary battery separator should be used as a single sheet. However, it is desirable for handling during battery production. Fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene generally have higher strength than polyethylene, so if they are simply overlapped and wound simultaneously, the soft polyethylene separator will be stretched or compressed, resulting in a thinner. The problem of blockage of the hole occurs (this point is described in detail in the embodiment of the present invention).
【0033】セパレータの細孔が閉塞されると、リチウ
ムイオンの移動を阻害するため、電池容量に重大な低下
をもたらす。さらに、複数のセパレータを用いて捲回式
電極群を作製するときは、各セパレータの精密なテンシ
ョンコントロールが必須となる。たとえば、捲回した電
極群の直径が大きくなるほど、強いテンションがかかり
やすくなるので、電池サイズが大きくなるほど精密かつ
高度な電池製造技術が必要となる。したがって、複数の
セパレータを用いることは、電力貯蔵システムや電気自
動車用の大型リチウム二次電池の製造に不向きとなる。When the pores of the separator are closed, the movement of lithium ions is hindered, resulting in a significant decrease in battery capacity. Further, when a wound electrode group is manufactured using a plurality of separators, precise tension control of each separator is essential. For example, the greater the diameter of the wound electrode group, the more likely it is that a strong tension is applied. Therefore, as the battery size increases, more precise and advanced battery manufacturing technology is required. Therefore, using a plurality of separators is not suitable for manufacturing a large-sized lithium secondary battery for an electric power storage system or an electric vehicle.
【0034】以上で述べた問題を回避するためには、セ
パレータは1枚のシート状に加工し、強度の異なる材質
の延びのバランスを確保する必要がある。そこで本発明
では、親和性を有する非フッ素系高分子樹脂シートの表
面に耐酸化性に優れたシート(例えばフッ素系高分子シ
ート)を接合して一体化させてセパレータを構築した。In order to avoid the above-mentioned problems, it is necessary to process the separator into a single sheet so as to secure the balance of the elongation of materials having different strengths. Thus, in the present invention, a separator is constructed by bonding a sheet having excellent oxidation resistance (for example, a fluorine-based polymer sheet) to the surface of a non-fluorine-based polymer resin sheet having affinity and integrating the sheet.
【0035】本発明のセパレータの耐酸化性シートの材
質には、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などのフッ素系高分子
が適している。この耐酸化層に対して電解液の濡れ性が
低いので、電解液を保持しやすい高親和性の高分子シー
トを耐酸化性シートと溶着させ、それらを一体化させた
シートを用いることにより、耐酸化性と電解液の親和性
の要件を両立させることが可能となる。As the material of the oxidation-resistant sheet of the separator of the present invention, a fluoropolymer such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-6-propylene copolymer is suitable. Since the wettability of the electrolytic solution with respect to the oxidation-resistant layer is low, a high-affinity polymer sheet that easily holds the electrolytic solution is welded to the oxidation-resistant sheet, and by using a sheet obtained by integrating them, It becomes possible to satisfy both the requirements of oxidation resistance and the affinity of the electrolytic solution.
【0036】電解液の親和性に適した材質の一例とし
て、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィ
ン系高分子がある。正極と負極の間に、ポリエチレン、
ポリプロピレンなどからなるポリオレフィン高分子系シ
ートとポリ4フッ化エチレンを代表とするフッ素高分子
系シートを溶着させた2層構造セパレータ、またはポリ
オレフィン高分子系シートの外側面にフッ素高分子系シ
ートを溶着させた3層構造セパレータなどを使用するこ
とが可能である。Examples of materials suitable for the affinity of the electrolyte include polyolefin polymers such as polyethylene and polypropylene. Polyethylene, between the positive and negative electrodes
A two-layer separator in which a polyolefin polymer sheet made of polypropylene or the like and a fluoropolymer sheet represented by polytetrafluoroethylene are welded, or a fluoropolymer sheet is welded to the outer surface of a polyolefin polymer sheet It is possible to use a three-layer structured separator or the like.
【0037】代表例として、図1に本発明のセパレータ
の構成を示した。図1の(a)のセパレータは、一層の
高分子層(非フッ素系高分子樹脂シート)の表面に、耐
酸化層(フッ素系高分子シート)を接合して2層構造の
セパレータを形成させた場合である。この一例として、
高分子層としてポリエチレンまたはポリプロピレンなど
のポリオレフィン系の高分子シート、耐酸化層としてポ
リ4フッ化エチレン、4フッ化エチレン−6フッ化プロ
ピレン共重合体などのフッ素系高分子シートを選択でき
る。ポリオレフィン系の高分子シート、フッ素系高分子
シートともに、リチウムイオンを移動させるために貫通
した細孔を有し、かつ層内に電解液を保持するための十
分な空隙を有することが必要である。一般に、ポリオレ
フィン系高分子は電解液に含まれるプロピレンカーボネ
ート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートな
どの含酸素有機溶媒との濡れ性が良く、電解液の保持に
適しているものが多い。As a typical example, FIG. 1 shows the structure of the separator of the present invention. The separator shown in FIG. 1A is formed by joining an oxidation-resistant layer (fluoropolymer sheet) to the surface of one polymer layer (non-fluorine polymer sheet) to form a two-layer separator. Is the case. As an example of this,
As the polymer layer, a polyolefin polymer sheet such as polyethylene or polypropylene can be selected, and as the oxidation-resistant layer, a fluorine polymer sheet such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-6-propylene copolymer or the like can be selected. Both the polyolefin-based polymer sheet and the fluorine-based polymer sheet need to have pores that penetrate to move lithium ions, and have sufficient voids in the layer to hold the electrolyte. . In general, many polyolefin-based polymers have good wettability with oxygen-containing organic solvents such as propylene carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate contained in the electrolyte, and are suitable for holding the electrolyte.
【0038】図1(b)に示したセパレータは、耐酸化
層のフッ素系高分子シートと、非フッ素系高分子層を
A、Bの複数とし、セパレータ全体を3層構造とした例
である。高分子層AまたはBのいずれか一方に、引っ張
りや突き刺しなどの強度向上、ならびに電解液の保液量
の増大にそれぞれ有効な複数の高分子を利用することも
できる。その一例として、耐酸化層をポリ4フッ化エチ
レン、高分子Aをポリプロピレン、高分子Bをポリエチ
レンの組み合わせがある。ポリエチレンは電解液の保持
性に優れ、他方ポリプロピレンはポリエチレンよりも高
強度であるため、セパレータ全体の強度向上に有効であ
る。The separator shown in FIG. 1B is an example in which a fluorine-based polymer sheet of an oxidation-resistant layer, a plurality of non-fluorine-based polymer layers A and B, and the entire separator has a three-layer structure. . A plurality of polymers, each of which is effective for improving strength such as pulling or piercing, and increasing the amount of retained electrolyte, can be used for one of the polymer layers A and B. As an example, there is a combination of polytetrafluoroethylene for the oxidation-resistant layer, polypropylene for the polymer A, and polyethylene for the polymer B. Polyethylene is excellent in the retention of the electrolytic solution, while polypropylene has higher strength than polyethylene, and thus is effective in improving the strength of the entire separator.
【0039】本発明では、セパレータがリチウムイオン
を透過させるだけの十分な細孔径と細孔容積を有し、正
極と対向する面のみが耐酸化性であれば十分であり、耐
酸化層以外の材質、積層数、配列などは任意である。た
とえば、細孔径が0.01〜10μm、空孔率(気孔率
と称することもある)が20〜90%の範囲にあるセパ
レータは、リチウム二次電池に使用可能である。正極と
対向しない面は、リチウムイオンの拡散と電解液の保持
のために十分な細孔径と細孔容積を有していることが条
件であり、上述のポリオレフィン高分子材料に限定され
ない。セパレータ間のリチウムイオン伝導率ができるだ
け高くなるように、セパレータ全体の厚さは薄い方が良
いが、正極と負極間の短絡防止に十分な強度を得られる
だけの厚みも必要である。セパレータの厚さが20〜1
00μmの範囲にあれば、本発明で適用可能である。In the present invention, it is sufficient if the separator has a pore diameter and a pore volume sufficient to allow lithium ions to permeate, and only the surface facing the positive electrode has oxidation resistance. The material, the number of layers, the arrangement, and the like are arbitrary. For example, a separator having a pore diameter of 0.01 to 10 μm and a porosity (sometimes referred to as porosity) in a range of 20 to 90% can be used for a lithium secondary battery. The surface not facing the positive electrode must have a sufficient pore diameter and pore volume for diffusion of lithium ions and holding of the electrolyte, and is not limited to the above-mentioned polyolefin polymer material. The total thickness of the separator is preferably as thin as possible so that the lithium ion conductivity between the separators is as high as possible, but it is also necessary to have a thickness sufficient to obtain sufficient strength to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Separator thickness is 20-1
If it is within the range of 00 μm, the present invention can be applied.
【0040】上で述べた本発明のセパレータは、次のよ
うにして作成可能である。The above-described separator of the present invention can be prepared as follows.
【0041】耐酸化性シート(フッ素系樹脂シート)と
非フッ素系高分子シート(ポリオレフィンシート)の間
に接着剤の添加、またはローラを利用した熱圧着により
接合することが可能である。あるいは、耐酸化シートと
ポリオレフィンシートを予め延伸により多孔質化して、
それらのシートを重ね合わせ、さらに、延伸、圧着、接
着剤による接合により、多層化されたセパレータを製造
することが可能である。It is possible to join an oxidation-resistant sheet (fluororesin sheet) and a non-fluorine-based polymer sheet (polyolefin sheet) by adding an adhesive or thermocompression bonding using a roller. Alternatively, the oxidation-resistant sheet and the polyolefin sheet are made porous by stretching in advance,
It is possible to manufacture a multilayered separator by laminating those sheets and further stretching, pressing and bonding with an adhesive.
【0042】耐酸化シートとポリオレフィンシートとの
間に接着剤の添加、またはローラを利用した熱圧着によ
り接合した後に延伸し、セパレータ全体を多孔質化する
ことも可能である。延伸方法は、一軸延伸法または二軸
延伸法を採用できる。さらに、耐酸化シートの下地とな
るポリオレフィンシートは、複数の高分子材料からなる
ポリマーアロイ、組成や分子量の異なる複数のポリオレ
フィン、あるいはそれらの多層シートなどを利用するこ
とができる。本発明では、耐酸化層の下地のシートの材
質や構成、さらにセパレータの製造方法にも制限されな
い。It is also possible to add an adhesive between the oxidation-resistant sheet and the polyolefin sheet, or to bond the sheet by thermocompression bonding using a roller and then stretch the sheet to make the entire separator porous. As the stretching method, a uniaxial stretching method or a biaxial stretching method can be adopted. Further, as the polyolefin sheet serving as a base of the oxidation-resistant sheet, a polymer alloy composed of a plurality of polymer materials, a plurality of polyolefins having different compositions and molecular weights, or a multilayer sheet thereof can be used. In the present invention, there is no limitation on the material and configuration of the sheet underlying the oxidation-resistant layer, and also on the method of manufacturing the separator.
【0043】以上で述べた要件を満たすセパレータを正
極、負極と共に捲回し、円筒状の電極群を製造できる。
また、電極を二軸捲回すると、長円形状の電極群も得ら
れる。これらの捲回方式と別に、正極と負極を短冊状に
切断し、正極と負極を交互に積層し、各電極間にセパレ
ータを挿入して積層式電極群を製造することも可能であ
る。作製した電極群はアルミニウム、ステンレス鋼、ニ
ッケルメッキ鋼製の電池容器へ挿入し、蓋に取りつけた
外部端子に電極を接続した後、蓋と電池容器を溶接す
る。電池缶の形状は、円筒型、偏平長円形状、角型など
があり、電極群を収納できれば、いずれの形状の電池缶
を選択してもよい。ついで、蓋の電解液注入口から電解
液を注入し、その注入口を密封することにより、リチウ
ム二次電池が完成される。By winding a separator satisfying the above requirements together with a positive electrode and a negative electrode, a cylindrical electrode group can be manufactured.
When the electrodes are biaxially wound, an elliptical electrode group can be obtained. Apart from these winding methods, it is also possible to cut a positive electrode and a negative electrode into strips, alternately laminate the positive electrode and the negative electrode, and insert a separator between the electrodes to produce a laminated electrode group. The prepared electrode group is inserted into a battery container made of aluminum, stainless steel, or nickel-plated steel. After connecting the electrode to an external terminal attached to the lid, the lid and the battery container are welded. The shape of the battery can includes a cylindrical shape, a flat oblong shape, and a square shape, and any shape of battery can be selected as long as the electrode group can be accommodated. Next, an electrolyte is injected from the electrolyte injection port of the lid, and the injection port is sealed to complete the lithium secondary battery.
【0044】本発明で使用可能な電解液の代表例とし
て、エチレンカーボネートに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などを
混合した溶媒に、電解質として六フッ化リン酸リチウム
(LiPF6)、あるいはホウフッ化リチウム(LiB
F4)を溶解させた溶液がある。本発明は、溶媒や電解
質の種類、溶媒の混合比に制限されることなく、他の電
解液も利用可能である。As a typical example of the electrolytic solution that can be used in the present invention, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) or HF is used as an electrolyte in a solvent obtained by mixing dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and the like with ethylene carbonate. Lithium chloride (LiB
There is a solution in which F 4 ) is dissolved. In the present invention, other electrolytes can be used without being limited by the type of the solvent and the electrolyte, and the mixing ratio of the solvent.
【0045】本発明のセパレータを用いると、正極によ
るセパレータの酸化反応によるセパレータ細孔の閉塞を
防止し、長寿命な非水電解質二次電池を提供することが
可能となる。By using the separator of the present invention, it is possible to prevent the separator pores from being blocked by the oxidation reaction of the separator by the positive electrode, and to provide a long-life non-aqueous electrolyte secondary battery.
【0046】[0046]
【発明の実施の形態】以下、本発明の内容を実施例に基
づいて詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例
によって何ら限定されることはなく、本発明の主旨を変
更しない範囲で適宜変更が可能である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail based on embodiments. However, the present invention is not limited in any way by the following examples, and can be appropriately changed without changing the gist of the present invention.
【0047】(実施例1)本実施例で使用した正極活物
質は、平均粒径10μmのLiCoO2粉末である。この正極活
物質と天然黒鉛、ポリフッ化ビニリデンの1−メチル−
2−ピロリドン溶液を添加し、十分に混練したものを正
極スラリーとした。LiCoO2、天然黒鉛、ポリフッ化ビニ
リデンの混合比は、重量比で90:6:4とした。このスラ
リーを、ドクターブレード法によって、厚さ20μmのア
ルミニウム箔からなる正極集電体の表面に塗布した。正
極は、高さ70mm、幅120mmの短冊形状である。この正極
を100℃で2時間乾燥した。Example 1 The positive electrode active material used in this example is a LiCoO 2 powder having an average particle size of 10 μm. This positive electrode active material and natural graphite, 1-methyl-vinylidene fluoride
A 2-pyrrolidone solution was added and kneaded sufficiently to obtain a positive electrode slurry. The mixing ratio of LiCoO 2 , natural graphite, and polyvinylidene fluoride was 90: 6: 4 by weight. This slurry was applied to the surface of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method. The positive electrode has a rectangular shape with a height of 70 mm and a width of 120 mm. The positive electrode was dried at 100 ° C. for 2 hours.
【0048】負極は以下の方法で作製した。平均粒径5
μmの天然黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンを、重量比9
0:10で混合し、有機溶媒として1−メチル−2−ピロ
リドンを添加して、十分に混練して負極スラリーを調製
した。このスラリーを、ドクターブレード法によって、
厚さ10μmの銅箔からなる負極集電体の表面に塗布し
た。負極は、高さ70mm、幅120mmの短冊形状である。こ
の負極を100℃で2時間乾燥した。The negative electrode was manufactured by the following method. Average particle size 5
μm natural graphite powder and polyvinylidene fluoride in a weight ratio of 9
The mixture was mixed at 0:10, 1-methyl-2-pyrrolidone was added as an organic solvent, and the mixture was sufficiently kneaded to prepare a negative electrode slurry. This slurry, by the doctor blade method,
It was applied to the surface of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm. The negative electrode has a rectangular shape with a height of 70 mm and a width of 120 mm. This negative electrode was dried at 100 ° C. for 2 hours.
【0049】図2(2)に、本発明の角型リチウム二次
電池の断面構造を示す。電池の外寸法は、高さ100mm、
幅130mm、奥行き25mmである。本実施例で使用したセパ
レータ3は、平均孔径0.1μm,空孔率(気孔率)70%,厚
さ10μmのポリ4フッ化エチレン系高分子シートと平均
孔径0.2μm,空孔率40%,厚さ30μmのポリエチレンシート
を熱溶着させて一体成形したシートを素材とし、このシ
ートを内側にポリ4フッ化エチレン高分子シート(耐酸
化層シート)がくるように、外側にポリエチレンシート
がくるように袋状に加工し、この袋状セパレータ3の中
に正極1を内挿した。このような正極入りのセパレータ
3を多数,間に負極2を介在させて多数積層すること
で、セパレータを介在した状態で正極1と負極2とが交
互に積層される。また、セパレータ3のうちポリ4フッ
化エチレン高分子シートが正極1に対向し、ポリエチレ
ンシートが負極2に対向する。FIG. 2B shows a sectional structure of the prismatic lithium secondary battery of the present invention. The outer dimensions of the battery are 100 mm high,
It is 130mm wide and 25mm deep. The separator 3 used in this example has a polytetrafluoroethylene polymer sheet having an average pore diameter of 0.1 μm, a porosity (porosity) of 70%, a thickness of 10 μm, an average pore diameter of 0.2 μm, a porosity of 40%, A 30μm-thick polyethylene sheet is heat-welded to form an integral sheet. The sheet is made of a polytetrafluoroethylene polymer sheet (oxidation-resistant layer sheet) inside and a polyethylene sheet outside. The positive electrode 1 was inserted into the bag-shaped separator 3. By laminating many such positive electrode-containing separators 3 with the negative electrode 2 interposed therebetween, the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are alternately laminated with the separator interposed therebetween. The polytetrafluoroethylene polymer sheet of the separator 3 faces the positive electrode 1, and the polyethylene sheet faces the negative electrode 2.
【0050】各電極1,2の上部に溶接した正極リード
5と負極リード7は、正極端子8、負極端子9へそれぞ
れ接続した。正極端子8と負極端子9は、ポリプロピレ
ン製パッキン10を介して電池蓋11に挿入されてい
る。外部ケーブルと電池の接続は、図2(1)に示した正
極端子8及び負極端子9に取り付けたナット20により
接続可能である。電池蓋11には、電池内部の圧力が3
〜7気圧に達したときに、電池内部に蓄積したガスを開
放するための安全弁、ならびに電解液の注液口を設置し
た。安全弁はガス放出口12、Oリング13、封止ボル
ト14からなる。注液口は注入口15、Oリング16、
封止ボルト17から構成される。アルミニウム製電池缶
4と電池蓋11をレーザー溶接した後、注入口15より
電解液を導入し、注入口15を封止ボルト17で密閉し
て電池を完成させた。The positive electrode lead 5 and the negative electrode lead 7 welded to the upper portions of the electrodes 1 and 2 were connected to the positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9, respectively. The positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9 are inserted into the battery cover 11 via a packing 10 made of polypropylene. The connection between the external cable and the battery can be made by a nut 20 attached to the positive terminal 8 and the negative terminal 9 shown in FIG. The pressure inside the battery is 3
When the pressure reached 77 atm, a safety valve for releasing gas accumulated inside the battery and an electrolyte injection port were installed. The safety valve includes a gas discharge port 12, an O-ring 13, and a sealing bolt 14. The injection port is an injection port 15, an O-ring 16,
It is composed of a sealing bolt 17. After the aluminum battery can 4 and the battery lid 11 were laser-welded, an electrolytic solution was introduced from the inlet 15 and the inlet 15 was sealed with a sealing bolt 17 to complete the battery.
【0051】使用した電解液は、エチレンカーボネート
とジメチルカーボネートの等体積混合溶媒1リットル
に、1モル相当の六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を含
有する溶液である。正極端子8と負極端子9にナット2
0でケーブルを接続し、本実施例のリチウム二次電池の
電気化学的エネルギーをケーブルを介して外部へ取り出
し、再充電により蓄えることが可能になっている。この
電池の平均放電電圧は3.7V、定格容量は27Ah、
100Whである。この電池をA1と表記する。The electrolyte used was a solution containing 1 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) in 1 liter of an equal volume mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate. Nut 2 for positive terminal 8 and negative terminal 9
At 0, a cable is connected, and the electrochemical energy of the lithium secondary battery of this embodiment can be extracted to the outside via the cable and stored by recharging. The average discharge voltage of this battery is 3.7 V, the rated capacity is 27 Ah,
100 Wh. This battery is denoted by A1.
【0052】以上の説明では、電極群が短冊電極を用い
た積層式であったが、偏平で長円形状の捲回式であって
も、本発明を適用可能である。In the above description, the electrode group is a lamination type using strip electrodes. However, the present invention can be applied to a flat and elliptical winding type.
【0053】(実施例2)実施例1と同一仕様の正極、
負極、電解液を用いて角型リチウム二次電池を製作し
た。本実施例では、平均孔径0.1μm,空孔率70
%,厚さ20μmのポリ4フッ化エチレン系高分子と平
均孔径0.2μm,空孔率40%,厚さ20μmのポリ
エチレンを、熱溶着させて一体成形したシートである。
その他の仕様は同じとして、図2に示した電池を製作
し、平均放電電圧3.7V、定格容量27Ah、100
Whを得た。この電池をA2と表記する。(Example 2) A positive electrode having the same specifications as in Example 1,
A prismatic lithium secondary battery was manufactured using the negative electrode and the electrolytic solution. In this embodiment, the average pore diameter is 0.1 μm and the porosity is 70
%, A polytetrafluoroethylene polymer having a thickness of 20 μm and a polyethylene having an average pore diameter of 0.2 μm, a porosity of 40%, and a thickness of 20 μm are integrally formed by heat welding.
With the other specifications being the same, the battery shown in FIG. 2 was manufactured, and the average discharge voltage was 3.7 V, the rated capacity was 27 Ah,
Wh was obtained. This battery is referred to as A2.
【0054】(比較例1)実施例1と同一仕様の正極、
負極、電解液を用いて角型リチウム二次電池を製作し
た。本比較例では、平均孔径0.2μm,空孔率40
%,厚さ40μmのポリエチレン製セパレータ(セパレ
ータ1)と、平均厚さ5μmのフッ素化層を有する平均
孔径0.2μm,空孔率40%,厚さ20μmのポリエ
チレン製セパレータ(セパレータ2),平均厚さ7μm
のフッ素化層を有する平均孔径0.2μm,空孔率40
%,厚さ20μmのポリエチレン製セパレータ(セパレ
ータ3)を用いた。フッ素化層は、ポリエチレンシート
をフッ素ガスのプラズマと接触させ、ポリエチレンシー
ト表面にフッ素化層を作成した。作成したセパレータの
樹脂に埋め込み、その断面を切断,研磨した後に電子プ
ローブX線分析法によってフッ素濃度を測定した。その
フッ素濃度が表面濃度より半減した位置と表面からの距
離を、フッ素化層の平均厚さとした。その他の仕様は実
施例1と同じであり、図2に示した電池を製作し、平均
放電電圧3.7V、定格容量27Ah、100Whを得
た。セパレータ1,2,3を用いた電池をそれぞれB
1,B2,B3と表記する。Comparative Example 1 A positive electrode having the same specifications as in Example 1
A prismatic lithium secondary battery was manufactured using the negative electrode and the electrolytic solution. In this comparative example, the average pore diameter was 0.2 μm, and the porosity was 40 μm.
%, A polyethylene separator with a thickness of 40 μm (separator 1) and a polyethylene separator with a fluorinated layer with an average thickness of 5 μm, a pore size of 0.2 μm, a porosity of 40%, and a thickness of 20 μm (separator 2), average 7μm thick
Having a fluorinated layer having an average pore diameter of 0.2 μm and a porosity of 40
%, A polyethylene separator (separator 3) having a thickness of 20 μm was used. As the fluorinated layer, the polyethylene sheet was brought into contact with plasma of fluorine gas to form a fluorinated layer on the surface of the polyethylene sheet. After embedding in the resin of the formed separator, and cutting and polishing the cross section, the fluorine concentration was measured by electron probe X-ray analysis. The distance from the position where the fluorine concentration was halved from the surface concentration to the surface was defined as the average thickness of the fluorinated layer. The other specifications were the same as in Example 1. The battery shown in FIG. 2 was manufactured, and an average discharge voltage of 3.7 V, a rated capacity of 27 Ah, and 100 Wh were obtained. The batteries using the separators 1, 2, 3
1, B2 and B3.
【0055】(実施例1,2と比較例1との充放電サイ
クル試験結果について)先ずは、実施例1と比較例1の
電池A1,B1について、充放電サイクル試験を実施し
た。充電条件は、電流27A、終止条件は4.2V定電圧の3
時間規制である。放電電流は27Aであり、電池電圧が3.0
Vに到達するまで放電させた。試験環境温度は60℃であ
った。図3に、充放電サイクル試験中の放電容量の推移
を示した。比較例の電池B1の放電容量は、サイクル数
の増加とともに減少し、100サイクルの充放電後に初期
容量27Ahの70%まで減少した。本発明の電池A1では、
放電容量のサイクル劣化が小さく、300サイクルの充放
電試験を経過しても、初期容量27Ahの80%の放電容量を
維持した。(Regarding Charge / Discharge Cycle Test Results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1) First, a charge / discharge cycle test was performed on the batteries A1 and B1 of Example 1 and Comparative Example 1. The charging condition is current 27A, and the termination condition is 4.2V constant voltage 3
Time regulation. The discharge current is 27A and the battery voltage is 3.0
Discharged until V was reached. The test environment temperature was 60 ° C. FIG. 3 shows the transition of the discharge capacity during the charge / discharge cycle test. The discharge capacity of the battery B1 of the comparative example decreased as the number of cycles increased, and decreased to 70% of the initial capacity of 27 Ah after 100 cycles of charge and discharge. In the battery A1 of the present invention,
The cycle deterioration of the discharge capacity was small, and the discharge capacity of 80% of the initial capacity of 27 Ah was maintained even after the charge and discharge test of 300 cycles.
【0056】300サイクルの充放電試験後に、電池A
1、B1を解体し、セパレータのガーレ数測定を実施し
た。本発明の電池A1では、セパレータのガーレ秒数が
初期値800から、サイクル試験後にわずか20〜30しか増
加せず、高温での充放電試験により、本発明のセパレー
タが化学的に安定であることが実証された。他方、比較
例1の電池B1のガーレ数は初期値750の2〜3倍まで
著しく増大しており、充放電試験によりセパレータ細孔
の閉塞が認められた。電池A1、B1のセパレータの表
面赤外分析をおこなった結果、電池B1の正極対向面で
のセパレータ表面に酸素種が検出され、セパレータ表面
が酸化されていることも明らかになった。本発明のセパ
レータを用いることにより、正極によるセパレータの酸
化が抑制され、電池の長寿命化が図れる。After the charge / discharge test of 300 cycles, the battery A
1 and B1 were disassembled, and the Gurley number of the separator was measured. In the battery A1 of the present invention, the Gurley seconds of the separator increase from the initial value of 800 to only 20 to 30 after the cycle test, and the separator of the present invention is chemically stable by the charge / discharge test at a high temperature. Has been demonstrated. On the other hand, the Gurley number of the battery B1 of Comparative Example 1 was remarkably increased to 2 to 3 times the initial value of 750, and the pores of the separator were blocked by the charge / discharge test. As a result of performing the surface infrared analysis of the separators of the batteries A1 and B1, oxygen species were detected on the separator surface on the positive electrode facing surface of the battery B1, and it was also revealed that the separator surface was oxidized. By using the separator of the present invention, oxidation of the separator by the positive electrode is suppressed, and the life of the battery can be prolonged.
【0057】次に実施例1,2と比較例1の電池A1,
A2,B1,B2,B3について、充放電サイクル試験
を実施した。図4はその時の試験結果であり、横軸にフ
ッ素化された耐酸化層の厚さ、縦軸に200サイクル後
の放電容量をプロットした結果を示す。充電条件は、電
流27A、終止条件は4.2V定電圧の3時間規制であ
る。放電電流は27Aであり、電池電圧が3.0Vに到
達するまで放電させた。試験環境温度は60℃とした。
フッ素化層が10μm以上の本発明の電池A1,A2で
は、電池B1,B2,B3に比較して放電容量のサイク
ル劣化が小さく、300サイクルの充放電試験を経過し
ても、初期容量27Ahの80%の放電容量を維持し
た。Next, the batteries A1 of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1
A2, B1, B2, and B3 were subjected to a charge / discharge cycle test. FIG. 4 shows the test results at that time, in which the abscissa plots the thickness of the fluorinated oxidation-resistant layer and the ordinate plots the discharge capacity after 200 cycles. The charging condition is a current of 27 A, and the termination condition is a regulation of 4.2 V constant voltage for 3 hours. The discharge current was 27 A, and the battery was discharged until the battery voltage reached 3.0 V. The test environment temperature was 60 ° C.
In the batteries A1 and A2 of the present invention having a fluorinated layer of 10 μm or more, the cycle deterioration of the discharge capacity was smaller than that of the batteries B1, B2, and B3. An 80% discharge capacity was maintained.
【0058】なお、これらの3種類の電池と同じ仕様の
正極,負極,電解液を用い、セパレータに厚さ100μ
m,平均孔径0.1μm,空孔率60%のポリ4フッ化
エチレンからなるセパレータを用いた場合、電池内部抵
抗が増大し、放電容量が18Ahしか得られなかった。A positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution having the same specifications as those of these three types of batteries were used.
When a separator made of polytetrafluoroethylene having a m of 0.1 μm, an average pore diameter of 0.1 μm, and a porosity of 60% was used, the internal resistance of the battery was increased, and only a discharge capacity of 18 Ah was obtained.
【0059】(実施例3)実施例1と同様な手順で、長
さ5000mm、幅150mmの正極、および長さ5100mm、幅155mm
の負極を作製した。本実施例では、正極については、実
施例1で使用したLiCoO2をLiMn2O4へ変更し、その他の
正極作製条件は同一とした。Example 3 A positive electrode having a length of 5000 mm and a width of 150 mm, and a length of 5100 mm and a width of 155 mm were obtained in the same manner as in Example 1.
Was produced. In this example, for the positive electrode, LiCoO 2 used in Example 1 was changed to LiMn 2 O 4 , and the other conditions for producing the positive electrode were the same.
【0060】図5に、本実施例に係る円筒型リチウム二
次電池の断面構造を示す。電池の外寸法は、高さ200m
m、直径50mmである。電極群は、正極1と負極2の間に
セパレータ3を介して巻き取られた捲回式構造をもつ。
本実施例で使用したセパレータは、平均孔径0.1μm,空
孔率70%,厚さ10μmのポリ4フッ化エチレン系高分子シ
ート(耐酸化層シート)と平均孔径0.07μm,空孔率46%,
厚さ10μmのポリプロピレンシートと平均孔径0.2μm,空
孔率40%,厚さ10μmのポリエチレンシートを順に積層
し、この3層構造を一体成形したシートである。FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the cylindrical lithium secondary battery according to this embodiment. The outer dimensions of the battery are 200m high
m, diameter 50 mm. The electrode group has a wound structure wound between a positive electrode 1 and a negative electrode 2 with a separator 3 interposed therebetween.
The separator used in this example was a polytetrafluoroethylene-based polymer sheet (oxidation-resistant layer sheet) having an average pore diameter of 0.1 μm, a porosity of 70%, and a thickness of 10 μm, and an average pore diameter of 0.07 μm and a porosity of 46%. ,
A polypropylene sheet having a thickness of 10 μm and a polyethylene sheet having an average pore diameter of 0.2 μm, a porosity of 40%, and a thickness of 10 μm are sequentially laminated, and a three-layer structure is integrally formed.
【0061】セパレータ3のポリ4フッ化エチレン系高
分子層(シート)を正極と対向させた状態で、正極と負
極を捲回して電極群を作製した。各電極の上部に溶接し
た正極リード5と負極リード7は、それぞれ反対向きに
取り付けられており、各電極につき10本の帯状リード
を作製した。ついで、正極リード5と負極リード8は一
括して、それぞれ正極端子8、負極端子9へ溶接した。
正極端子8と負極端子9は、ポリプロピレン製パッキン
10により絶縁をした状態で、電池蓋11に取り付け
た。管状のアルミニウム製電池缶18と電池蓋11をレ
ーザー溶接した後、内圧開放のベントと注液口の封止を
兼ねた安全弁30を電池蓋11から取り外した状態で、
電池内部へ電解液を注入する。その後、安全弁30を電
池蓋11に取り付け、電池を密閉した。ベントは、2個
の管状部品の間にアルミニウムの薄膜を挟み込んだ密封
構造をとり、電池内部の圧力が3〜7気圧に達したとき
に、アルミニウム箔が破裂した電池内部に蓄積したガス
が開放される。使用した電解液は、エチレンカーボネー
トとジメチルカーボネートの等体積混合溶媒1リットル
に、1モル相当のホウフッ化リチウム(LiBF4)を含有す
る溶液である。With the polytetrafluoroethylene-based polymer layer (sheet) of the separator 3 facing the positive electrode, the positive electrode and the negative electrode were wound to form an electrode group. The positive electrode lead 5 and the negative electrode lead 7 welded to the upper part of each electrode were attached in opposite directions, and ten strip-shaped leads were produced for each electrode. Next, the positive electrode lead 5 and the negative electrode lead 8 were collectively welded to the positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9, respectively.
The positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9 were attached to the battery lid 11 in a state in which they were insulated by a packing 10 made of polypropylene. After the tubular aluminum battery can 18 and the battery lid 11 were laser-welded, the safety valve 30 serving as a vent for releasing the internal pressure and sealing the injection port was removed from the battery lid 11.
Inject electrolyte into the battery. Thereafter, the safety valve 30 was attached to the battery lid 11, and the battery was sealed. The vent has a sealed structure in which an aluminum thin film is sandwiched between two tubular parts. When the internal pressure of the battery reaches 3 to 7 atm, the gas accumulated inside the battery is released when the aluminum foil ruptures. Is done. The electrolytic solution used was a solution containing 1 mol of lithium borofluoride (LiBF 4 ) in 1 liter of an equal volume mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate.
【0062】電池の電気化学的エネルギーは、正極端子
8と負極端子9より外部へ取り出すことができ、また再
充電により蓄えることが可能になっている。この電池の
平均放電電圧は3.7V、定格容量は27Ah、100Whである。
本実施例の組電池をA3と表記する。The electrochemical energy of the battery can be taken out from the positive electrode terminal 8 and the negative electrode terminal 9 and can be stored by recharging. The average discharge voltage of this battery is 3.7 V, the rated capacity is 27 Ah, and 100 Wh.
The battery pack of this example is denoted by A3.
【0063】(比較例2)比較例1と同一仕様のポリエ
チレン製セパレータを用い、実施例3と同一構成の円筒
型リチウム二次電池を作製した。本比較例の電池をB2
と表わす。Comparative Example 2 A cylindrical lithium secondary battery having the same configuration as that of Example 3 was produced using a polyethylene separator having the same specifications as Comparative Example 1. The battery of this comparative example was designated as B2
It is expressed as
【0064】(比較例3)平均孔径0.1μm,空孔率70%,
厚さ30μmのポリエチレン製セパレータと平均孔径0.2μ
m,空孔率40%,厚さ10μmのポリ4フッ化エチレン製セパ
レータを単に重ね合わせ、前者を負極に、後者を正極に
対向させた状態で、実施例3と同一仕様の正極、負極を
巻き込んで、捲回式電極群を形成することで円筒型リチ
ウム二次電池を製作した。本比較例の電池をB3と表記
する。Comparative Example 3 An average pore diameter of 0.1 μm, a porosity of 70%,
30μm thick polyethylene separator and average pore size 0.2μ
m, a porosity of 40%, and a 10 μm-thick polytetrafluoroethylene separator were simply superimposed, and a positive electrode and a negative electrode having the same specifications as those of Example 3 were prepared with the former facing the negative electrode and the latter facing the positive electrode. The cylindrical type lithium secondary battery was manufactured by winding and forming a wound electrode group. The battery of this comparative example is denoted by B3.
【0065】(実施例3と比較例2,3の充放電サイク
ル試験結果について)実施例3と比較例2,3の電池A
3、B2,B3について、50℃の環境温度でのサイクル
寿命試験を実施した。充電条件は、電流3.4A、終止電圧
は4.2V定電圧、3時間規制である。放電電流は27Aであ
り、電池電圧が3.0Vに到達するまで放電させた。100サ
イクル時点での比較例2、3の電池B2、B3の容量維
持率は、それぞれ70%、75%であった。電池B3は耐酸
化性のポリ4フッ化エチレン製セパレータを使用したに
もかかわらず、電池B2と比較して容量維持率がわずか
5%しか改善されなかった。電池B3を解体し、セパレ
ータを観察した結果、ポリエチレン製セパレータとポリ
4フッ化エチレン製セパレータの延び率が異なるため、
ポリエチレン製セパレータの細孔が捲回圧力で圧縮さ
れ、細孔の目詰まりが発生していた。この結果は、1kH
zでの電池B3の交流抵抗値が、サイクル試験前の測定
値5mΩから100サイクル充放電試験後に25mΩまで増
大した結果とも対応した。本発明のセパレータを用いた
電池A3では、容量維持率が95%以上と高く、300サイ
クルの充放電試験を経過しても、初期の80%以上の容量
を確保できた。(Regarding Charge / Discharge Cycle Test Results of Example 3 and Comparative Examples 2 and 3) Battery A of Example 3 and Comparative Examples 2 and 3
3. For B2 and B3, a cycle life test was performed at an environmental temperature of 50 ° C. The charging conditions are a current of 3.4 A, a final voltage of 4.2 V and a regulation of 3 hours. The discharge current was 27 A, and the battery was discharged until the battery voltage reached 3.0 V. The capacity retention rates of the batteries B2 and B3 of Comparative Examples 2 and 3 at the time of 100 cycles were 70% and 75%, respectively. Although the battery B3 used the oxidation-resistant polytetrafluoroethylene separator, the capacity retention ratio was slightly lower than that of the battery B2.
Only a 5% improvement. As a result of disassembling the battery B3 and observing the separator, the elongation rates of the polyethylene separator and the polytetrafluoroethylene separator are different,
The pores of the polyethylene separator were compressed by the winding pressure, causing clogging of the pores. This result is 1kH
This corresponded to the result that the AC resistance value of the battery B3 at z increased from 5 mΩ measured before the cycle test to 25 mΩ after the 100-cycle charge / discharge test. In the battery A3 using the separator of the present invention, the capacity retention rate was as high as 95% or more, and the initial capacity of 80% or more was secured even after 300 cycles of the charge / discharge test.
【0066】(実施例4)本実施例で使用したセパレー
タは、平均孔径が0.1μm、空孔率が30%、厚さが
7μmのポリ4フッ化エチレン系高分子シート(耐酸化
性シート)と、平均孔径が0.07μm,空孔率が46
%,厚さが10μmのポリプロピレンのシートと、平均
孔径が0.2μm,空孔率が40%、厚さが10μmのポ
リエチレンのシートを順に積層し、これらを接合して一
体成形した3層型シートである。このセパレータのポリ
4フッ化エチレン系高分子層を正極と対向させ、セパレ
ータ以外の材料、構成、仕様は実施例3と同一とし、実
施例3と同様な仕様の円筒型リチウム二次電池を製作し
た。この電池をA4と表記する。Example 4 The separator used in this example was a polytetrafluoroethylene-based polymer sheet having an average pore diameter of 0.1 μm, a porosity of 30%, and a thickness of 7 μm (an oxidation-resistant sheet). ) And an average pore diameter of 0.07 μm and a porosity of 46
%, A 10 μm thick polypropylene sheet and a polyethylene sheet having an average pore size of 0.2 μm, a porosity of 40%, and a thickness of 10 μm are laminated in this order, and these are joined and integrally molded to form a three-layer type. It is a sheet. The polytetrafluoroethylene-based polymer layer of this separator was opposed to the positive electrode, and the materials, configuration, and specifications other than the separator were the same as in Example 3, and a cylindrical lithium secondary battery having the same specifications as in Example 3 was manufactured. did. This battery is denoted as A4.
【0067】(実施例5)本実施例で使用したセパレー
タは、平均孔径が0.1μm、空孔率が70%、厚さが
10μmのポリ4フッ化エチレン系高分子シート(耐酸
化性シート)と、平均孔径が0.07μm、空孔率が4
6%、厚さが10μmのポリプロピレンのシートと、平
均孔径が1.1μm、空孔率が85%、厚さが20μmの
ポリエチレンを順に積層し、一体成形したシートであ
る。セパレータ以外の材料、構成、仕様は実施例3と同
一とし、実施例3と同様な仕様の円筒型リチウム二次電
池を製作した。この電池をA5と表記する。Example 5 The separator used in this example was a polytetrafluoroethylene-based polymer sheet having an average pore diameter of 0.1 μm, a porosity of 70%, and a thickness of 10 μm (an oxidation-resistant sheet). ) And an average pore size of 0.07 μm and a porosity of 4
This is a sheet formed by integrally laminating a 6% polypropylene sheet having a thickness of 10 μm and a polyethylene sheet having an average pore diameter of 1.1 μm, a porosity of 85% and a thickness of 20 μm in this order. The material, configuration, and specifications other than the separator were the same as in Example 3, and a cylindrical lithium secondary battery having the same specifications as in Example 3 was manufactured. This battery is denoted as A5.
【0068】(実施例4,5のサイクル寿命試験の結
果)実施例4、5の電池A4、A5について、69℃の
環境温度でのサイクル寿命試験を実施した。充電条件
は、電流3.4A、終止電圧は4.2V定電圧、3時間
規制である。放電電流は27Aであり、電池電圧が3.
0Vに到達するまで放電させた。100サイクル時点での
電池A5、A6の容量維持率は、それぞれ92%、96%で
あり、比較例2、3の電池B2、B3よりも容量維持率
が高くなった。本実施例の効果は本発明のセパレータの
有効性を示しており、セパレータ以外の電池構成要素、
すなわち正極活物質、負極活物質、集電体、電解液、電
池缶の材質、電極寸法などの仕様が、検討した実施例
3、4に限定されることなく、他の組み合わせでも同様
な効果が得られることは自明である。(Results of Cycle Life Test of Examples 4 and 5) For the batteries A4 and A5 of Examples 4 and 5, a cycle life test at an environmental temperature of 69 ° C. was performed. The charging conditions are a current of 3.4 A, an end voltage of 4.2 V and a regulation of 3 hours. The discharge current was 27 A and the battery voltage was 3.
Discharge was performed until the voltage reached 0V. The capacity retention rates of the batteries A5 and A6 at the time of 100 cycles were 92% and 96%, respectively, which were higher than those of the batteries B2 and B3 of Comparative Examples 2 and 3. The effect of the present embodiment shows the effectiveness of the separator of the present invention, battery components other than the separator,
That is, the specifications such as the positive electrode active material, the negative electrode active material, the current collector, the electrolytic solution, the material of the battery can, and the electrode dimensions are not limited to the studied Examples 3 and 4, and similar effects can be obtained in other combinations. What you get is self-evident.
【0069】(実施例6)実施例3と同一仕様のリチウ
ム二次電池A3を96個製造し、8個の電池A3からな
る組電池を12個製作した。この組電池全てを直列接続
した組電池モジュール41を電気自動車42へ搭載し
た。図6に、本発明に係るリチウム二次電池を適用した
電気自動車の構成を示した。Example 6 Sixty-six lithium secondary batteries A3 having the same specifications as those of Example 3 were manufactured, and twelve assembled batteries including eight batteries A3 were manufactured. An assembled battery module 41 in which all the assembled batteries were connected in series was mounted on an electric vehicle 42. FIG. 6 shows a configuration of an electric vehicle to which the lithium secondary battery according to the present invention is applied.
【0070】電気自動車の車体底面に、組電池モジュー
ル41を設置した。運転者がハンドル付き制御装置44
を操作することにより、変換機45を作動させて組電池
モジュール41からの出力を増減できる。変換機45か
ら供給される電力を利用して、モータ46と車輪47を
駆動させて電気自動車42を走行させた。本実施例の電
気自動車をE6と表記する。The assembled battery module 41 was installed on the bottom of the body of the electric vehicle. The driver controls the control device 44 with the steering wheel.
By operating, the converter 45 can be operated to increase or decrease the output from the battery module 41. The electric vehicle 42 was driven by driving the motor 46 and the wheels 47 using the electric power supplied from the converter 45. The electric vehicle of this embodiment is denoted by E6.
【0071】(比較例4)比較例3の電池B3を用い、
実施例6と同様な構成の組電池モジュール41を製作し
た。このモジュールを電気自動車42へ搭載した。本比
較例の電気自動車をF4と表記する。(Comparative Example 4) Using the battery B3 of Comparative Example 3,
An assembled battery module 41 having the same configuration as that of the sixth embodiment was manufactured. This module was mounted on an electric vehicle 42. The electric vehicle of this comparative example is denoted by F4.
【0072】(電気自動車E6,F4の走行試験結果に
ついて)電気自動車E6、F4の走行試験をおこなっ
た。組電池モジュール41を1回充電した際に、電気自
動車42の最大走行距離は200kmである。本発明の
組電池モジュールを搭載した電気自動車E6の場合、最
大走行距離が160km以下になる充放電回数は300
回であった。一方、比較例4の組電池モジュールを搭載
した電気自動車F4では、110回の充電・走行の繰り
返しにより走行距離が160km以下となり、本発明の
電気自動車E6の方が優れていた。また、エンジンと電
池を併用したハイブリッドタイプの電気自動車に関して
も、本発明の電池を用いると、同様な効果が得られた。(Running Test Results of Electric Vehicles E6 and F4) Running tests of the electric vehicles E6 and F4 were performed. When the assembled battery module 41 is charged once, the maximum traveling distance of the electric vehicle 42 is 200 km. In the case of the electric vehicle E6 equipped with the assembled battery module of the present invention, the number of times of charging and discharging when the maximum traveling distance is 160 km or less is 300.
It was times. On the other hand, in the electric vehicle F4 equipped with the assembled battery module of Comparative Example 4, the traveling distance became 160 km or less by repeating charging and traveling 110 times, and the electric vehicle E6 of the present invention was superior. In addition, the same effect was obtained with the use of the battery of the present invention for a hybrid electric vehicle using both an engine and a battery.
【0073】(実施例7)図7は、実施例6で製造した
組電池E6または4セットの組電池のモジュールからな
る電源48を搭載した医療介護用車椅子49の一例であ
る。医療介護用車椅子49には、使用者が乗車した状態
でコントローラ50を操作して、背もたれシート51お
よび足掛けシート52に備えた駆動部を作動させて、そ
れぞれの角度を任意に調節できる。この機能を利用し
て、使用者が乗り降りするときは足掛けシート52を下
へ倒しておき、使用者が休む場合には背もたれシート5
1および足掛けシート52を水平にする。また、医療介
護用車椅子49には移動用の車輪53があるので、コン
トローラ50の操作によって、使用者が目的位置まで移
動することも可能である。本実施例の医療介護用車椅子
49には、本発明の耐酸化性セパレータを備えたリチウ
ム二次電池を使用しているため、高温環境下においても
耐久性に優れた製品である。(Embodiment 7) FIG. 7 shows an example of a wheelchair 49 for medical care provided with a power supply 48 comprising a module of the assembled battery E6 or four sets of assembled batteries manufactured in the sixth embodiment. In the medical care wheelchair 49, the controller 50 can be operated in a state where the user is in the vehicle, and the drive units provided on the backrest seat 51 and the footrest seat 52 can be operated to adjust the respective angles arbitrarily. Using this function, the footrest seat 52 is lowered when the user gets on and off the vehicle, and the backrest seat 5 is used when the user rests.
1 and the footrest sheet 52 are made horizontal. Further, since the wheelchair 49 for medical care has the wheels 53 for movement, the user can move to the target position by operating the controller 50. The wheelchair 49 for medical and nursing care of this embodiment uses a lithium secondary battery provided with the oxidation-resistant separator of the present invention, and thus has excellent durability even in a high-temperature environment.
【0074】本発明の組電池は、実施例6、7記載の電
気自動車、医療介護用車椅子のみでなく、複数のリチウ
ム二次電池を必要とする機器システム、たとえば大型電
子計算機、電動工具、掃除機、エアコン、バーチャルリ
アリティの機能などを持ったゲーム機器、電動式自転
車、医療介護用歩行補助機、医療介護用移動式ベッド、
エスカレータ、エレベータ、フォークリフト、ゴルフカ
ート、非常用電源、ロードコンディショナー、電力貯蔵
システムなどの製品に搭載することが可能で、本明細書
で述べた実施例と同様な効果が得られる。The battery pack of the present invention is not limited to the electric vehicle and the wheelchair for medical care and care described in the sixth and seventh embodiments, but may be a device system requiring a plurality of lithium secondary batteries, for example, a large-sized computer, a power tool, a cleaning tool. Machine, air conditioner, game device with virtual reality function, electric bicycle, walking aid for medical care, mobile bed for medical care,
It can be mounted on products such as escalators, elevators, forklifts, golf carts, emergency power supplies, road conditioners, and power storage systems, and the same effects as those of the embodiments described in the present specification can be obtained.
【0075】[0075]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、リチウム
二次電池に代表される非水電解質二次電池において、実
際に電池が使用される温度域でのセパレータの劣化を抑
制することで、放電容量維持性能を大幅に向上させるこ
とができた。As described above, according to the present invention, in a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium secondary battery, deterioration of the separator in a temperature range where the battery is actually used is suppressed. As a result, the discharge capacity maintenance performance was significantly improved.
【図1】本発明のセパレータの構成例を示す概念図。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a separator of the present invention.
【図2】実施例1、2の角型リチウム二次電池の上面図
及び断面構造図。FIG. 2 is a top view and a sectional structural view of the prismatic lithium secondary batteries of Examples 1 and 2.
【図3】実施例1と比較例1の放電容量特性を示す図。FIG. 3 is a diagram showing discharge capacity characteristics of Example 1 and Comparative Example 1.
【図4】実施例1、2及び比較例1のリチウム二次電池
の充放電サイクル数と放電容量の関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number of charge / discharge cycles and the discharge capacity of the lithium secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.
【図5】実施例3、4、5における円筒型リチウム二次
電池の構造を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a structure of a cylindrical lithium secondary battery in Examples 3, 4, and 5.
【図6】本発明の実施例6に係り、上記実施例3に係る
リチウム二次電池を搭載した電気自動車。FIG. 6 is an electric vehicle equipped with the lithium secondary battery according to Embodiment 3 according to Embodiment 6 of the present invention.
【図7】本発明の実施例7に係り、上記実施例6に用い
るリチウム二次電池を用いた医療介護用車椅子。FIG. 7 relates to a wheelchair for medical care using the lithium secondary battery used in the sixth embodiment according to the seventh embodiment of the present invention.
1…正極、2…負極、3…セパレータ、4…電池缶、5
…正極リード、7…負極リード、8…正極端子、9負極
端子、10…パッキン、11…電池蓋。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode, 2 ... Negative electrode, 3 ... Separator, 4 ... Battery can, 5
... positive electrode lead, 7 ... negative electrode lead, 8 ... positive electrode terminal, 9 negative electrode terminal, 10 ... packing, 11 ... battery cover.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 正則 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 堂園 利徳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 山形 武夫 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 村中 廉 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 西山 総治 大阪府茨木市下穂積一丁目1番2号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 石崎 哲 大阪府茨木市下穂積一丁目1番2号 日東 電工株式会社内 Fターム(参考) 5H021 BB11 CC04 EE04 EE10 HH02 HH03 5H029 AJ05 AK03 AL07 AL08 AL11 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ22 DJ04 DJ09 DJ13 EJ12 HJ04 HJ05 HJ09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masanori Yoshikawa 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Inventor Toshinori Dozono 7-1, Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Takeo Yamagata 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory (72) Inventor Ren Muranaka Hitachi, Ibaraki Prefecture 7-1-1, Omikacho Hitachi Research Laboratories, Ltd.Hitachi, Ltd. (72) Inventor Soji Nishiyama 1-1-1, Shimohozumi, Ibaraki-shi, Osaka Nitto Denko Corporation (72) Inventor Tetsu Ishizaki Osaka 1-2-2 Shimohozumi, Ibaraki-shi Nitto Denko Corporation F-term (reference) 5H021 BB11 CC04 EE04 EE10 HH02 HH03 5H029 AJ05 AK03 AL07 AL08 AL11 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ22 DJ04 DJ09 DJ13 EJ12 HJ04 HJ05 HJ09
Claims (4)
ータを備える非水電解質二次電池において、 前記セパレータは、非水電解質に対して高親和性を有す
る高分子樹脂シートと耐酸化性シートとを層状に接合さ
せて成り、このうちの耐酸化性シートが前記正極と対向
していることを特徴とする非水電解質二次電池。1. A non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, wherein the separator comprises a polymer resin sheet and an oxidation-resistant sheet having high affinity for the non-aqueous electrolyte. Wherein the oxidation-resistant sheet is opposed to the positive electrode. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
系シートで、前記耐酸化性シートがフッ素系物質を含有
するシートである請求項1記載の非水電解質二次電池。2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the polymer resin sheet is a polyolefin-based sheet, and the oxidation-resistant sheet is a sheet containing a fluorine-based substance.
mの範囲の条件の下で前記耐酸化性シートの厚さが7μ
m以上に設定してある請求項1又は請求項2記載の非水
電解質二次電池。3. The thickness of the separator is 20 to 100 μm.
m, the thickness of the oxidation resistant sheet is 7 μm.
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the value is set to m or more.
μmの微細孔と、空孔率が20〜90%である請求項1
ないし3のいずれか1項記載の非水電解質二次電池。4. The separator according to claim 1, wherein the diameter is 0.01 to 10.
2. The micropores having a diameter of μm and a porosity of 20 to 90%.
4. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
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