JP2013145693A - Separator and lithium-ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】シャットダウン特性が良好なセパレータ、及び、このセパレータを用いた安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】セパレータ30は、ポリプロピレンからなる第1多孔質層31とポリエチレンからなる第2多孔質層32とを有する。さらに、セパレータ30は、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に、CaとNaとAlとSiとを含有する複合酸化物粒子36を備える。
【選択図】図3A separator with good shutdown characteristics and a highly safe lithium ion secondary battery using the separator are provided.
A separator has a first porous layer made of polypropylene and a second porous layer made of polyethylene. Further, the separator 30 includes composite oxide particles 36 containing Ca, Na, Al, and Si between the first porous layer 31 and the second porous layer 32.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、セパレータ、及び、これを用いたリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a separator and a lithium ion secondary battery using the separator.
近年、ハイブリッド自動車やノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器の駆動用電源として、リチウムイオン二次電池が利用されている。特許文献1には、リチウムイオン二次電池のセパレータとして、多孔性ポリエチレン層と多孔性ポリプロピレン層とが積層された多孔性樹脂基材(樹脂多孔質層)を有するセパレータが開示されている。 In recent years, lithium ion secondary batteries have been used as driving power sources for portable electronic devices such as hybrid vehicles, notebook computers, and video camcorders. Patent Document 1 discloses a separator having a porous resin base material (resin porous layer) in which a porous polyethylene layer and a porous polypropylene layer are laminated as a separator of a lithium ion secondary battery.
特許文献1には、上述のセパレータは、電池内が一定の温度域(典型的には、セパレータを構成する樹脂の融点)に達した際に、イオン導電パスを遮断して、電池反応を停止させ、電池の熱暴走を防ぐ機能(シャットダウン機能)を発揮することが記載されている。 In Patent Document 1, when the above-described separator reaches a certain temperature range (typically, the melting point of the resin constituting the separator), the ion conduction path is interrupted to stop the battery reaction. And exhibiting a function to prevent thermal runaway of the battery (shutdown function).
例えば、電池内の温度がセパレータを構成するポリエチレン(多孔質層)の融点に達すると、ポリエチレンからなる多孔質層が溶融することによって、当該多孔質層の微細な空孔(イオン導電パス)が閉塞(消滅)する。これによって、セパレータ(樹脂多孔質層)を通じた正負極間のイオン伝導を遮断して、電池反応を停止させる。その結果、電池の熱暴走を防ぎ、電池の安全性を確保する。 For example, when the temperature in the battery reaches the melting point of polyethylene (porous layer) constituting the separator, the porous layer made of polyethylene is melted, so that fine pores (ionic conductive paths) of the porous layer are formed. Block (disappear). Thereby, ion conduction between the positive and negative electrodes through the separator (resin porous layer) is blocked, and the battery reaction is stopped. As a result, thermal runaway of the battery is prevented and the safety of the battery is ensured.
ところで、ポリエチレンからなる多孔質層が溶融するとき、当該多孔質層の微細な空孔が閉塞(消滅)することにより、当該多孔質層の厚みが減少する。このとき、当該多孔質層の厚みが不均一に減少し、極端に厚みが薄くなる箇所が生じることがあった。このため、良好なシャットダウン特性が得られないことがあった。例えば、過充電により電池温度がシャットダウン温度(例えば、ポリエチレンの融点+αの温度)に達したときに、適切に、正負極間のイオン伝導を遮断(電流遮断)することができないことがあった。その理由は、溶融により極端に厚みが薄くなった箇所において、イオンの移動が可能となっているためと考えている。 By the way, when the porous layer made of polyethylene is melted, the fine pores of the porous layer are blocked (disappeared), so that the thickness of the porous layer is reduced. At this time, the thickness of the porous layer may be reduced non-uniformly, resulting in a location where the thickness becomes extremely thin. For this reason, good shutdown characteristics may not be obtained. For example, when the battery temperature reaches the shutdown temperature (for example, the melting point of polyethylene + α) due to overcharge, ion conduction between the positive and negative electrodes may not be properly interrupted (current interrupt). The reason for this is considered to be that ions can move at a location where the thickness is extremely reduced by melting.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、シャットダウン特性が良好なセパレータ、及び、このセパレータを用いた安全性の高いリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this problem, Comprising: It aims at providing the lithium ion secondary battery with high safety | security which used this separator and the separator with favorable shutdown characteristics.
本発明の一態様は、ポリプロピレンからなる第1多孔質層とポリエチレンからなる第2多孔質層とを有するセパレータであって、上記第1多孔質層と上記第2多孔質層との層間に、CaとNaとAlとSiとを含有する複合酸化物粒子を備えるセパレータである。 One aspect of the present invention is a separator having a first porous layer made of polypropylene and a second porous layer made of polyethylene, between the first porous layer and the second porous layer, The separator includes composite oxide particles containing Ca, Na, Al, and Si.
上述のセパレータは、ポリプロピレンからなる第1多孔質層とポリエチレンからなる第2多孔質層との層間に、CaとNaとAlとSiとを含有する複合酸化物粒子を備えている。第1多孔質層と第2多孔質層との層間に上記複合酸化物粒子を配置することで、セパレータのシャットダウン特性を良好とすることができる。 The separator described above includes composite oxide particles containing Ca, Na, Al, and Si between the first porous layer made of polypropylene and the second porous layer made of polyethylene. By disposing the composite oxide particles between the first porous layer and the second porous layer, the shutdown characteristics of the separator can be improved.
具体的には、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に上記複合酸化物粒子を配置しておくことにより、第2多孔質層の溶融によって第2多孔質層の微細な空孔(この空孔がイオン導電パス)が閉塞(消滅)することにより当該多孔質層の厚みが減少するとき、第2多孔質層の厚みを均一に減少させることができる。 Specifically, by disposing the composite oxide particles between the first porous layer and the second porous layer, the second porous layer can be finely evacuated by melting the second porous layer. When the thickness of the porous layer is reduced by closing (disappearing) the pores (the pores are ion conductive paths), the thickness of the second porous layer can be reduced uniformly.
これにより、第2多孔質層において極端に厚みが薄くなる箇所が生じる不具合を防止でき、セパレータのシャットダウン抵抗(第2多孔質層の溶融により第2多孔質層の空孔が閉塞されてシャットダウン機能が発揮されたときの抵抗)を高めることができる。シャットダウン抵抗が大きいほど、イオンの移動を防止する能力(電流を遮断する能力)が高まるので、上述のセパレータは、シャットダウン特性が良好なセパレータとなる。 As a result, it is possible to prevent the occurrence of an extremely thin portion in the second porous layer, and the shutdown resistance of the separator (the function of shutting down the pores of the second porous layer due to melting of the second porous layer) Can be increased). The greater the shutdown resistance, the higher the ability to prevent the movement of ions (the ability to cut off the current), so that the above separator is a separator with good shutdown characteristics.
なお、上述のセパレータは、ポリプロピレンからなる第1多孔質層、及び、ポリエチレンからなる第2多孔質層に加えて、さらに、ポリプロピレンからなる第3多孔質層を有していても良い。この場合、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に加えて、第2多孔質層と第3多孔質層との層間にも、上記複合酸化物粒子を配置すると良い。 The separator described above may further have a third porous layer made of polypropylene in addition to the first porous layer made of polypropylene and the second porous layer made of polyethylene. In this case, the composite oxide particles may be arranged between the second porous layer and the third porous layer in addition to the interlayer between the first porous layer and the second porous layer.
また、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に上記複合酸化物粒子を配置する形態としては、例えば、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に上記複合酸化物粒子のみを配置する形態が挙げられる。また、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に、上記複合酸化物粒子を含有する多孔質層(ポリエチレンまたはポリプロピレンからなる多孔質層)を介在させるようにしても良い。 Moreover, as a form which arrange | positions the said composite oxide particle between the layers of a 1st porous layer and a 2nd porous layer, for example, the said composite oxide is provided between the layers of a 1st porous layer and a 2nd porous layer. The form which arrange | positions only particle | grains is mentioned. Further, a porous layer (a porous layer made of polyethylene or polypropylene) containing the composite oxide particles may be interposed between the first porous layer and the second porous layer.
さらに、上記のセパレータであって、ポリエチレンまたはポリプロピレンからなる多孔質層であって前記複合酸化物粒子を層内に含有する多孔質層を、前記第1多孔質層と前記第2多孔質層との層間に介在させることによって、上記第1多孔質層と上記第2多孔質層との層間に上記複合酸化物粒子を配置してなるセパレータとすると良い。 Furthermore, the separator is a porous layer made of polyethylene or polypropylene and containing the composite oxide particles in the layer, the first porous layer and the second porous layer, By interposing between these layers, a separator in which the composite oxide particles are arranged between the first porous layer and the second porous layer is preferable.
上述のセパレータは、ポリエチレン樹脂またはポリプロピレン樹脂からなる多孔質層であって前記複合酸化物粒子を層内に含有する多孔質層を、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に介在させている。このような形態で、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に上記複合酸化物粒子を配置することで、上記複合酸化物粒子を、第1多孔質層と第2多孔質層との層間の全面にわたってに均一に分散させた状態で配置することができる。このため、上述のセパレータでは、第2多孔質層の溶融によって第2多孔質層の微細な空孔が消滅(閉塞)しつつ当該多孔質層の厚みが減少するとき、第2多孔質層の厚みをより均一に減少させることができる。従って、シャットダウン特性が良好なセパレータとなる。 The separator described above is a porous layer made of polyethylene resin or polypropylene resin, and the porous layer containing the composite oxide particles in the layer is interposed between the first porous layer and the second porous layer. I am letting. By arranging the composite oxide particles between the first porous layer and the second porous layer in such a form, the composite oxide particles are converted into the first porous layer and the second porous layer. It can arrange | position in the state disperse | distributed uniformly over the whole surface between layers. For this reason, in the above-described separator, when the thickness of the porous layer decreases while the fine pores of the second porous layer disappear (clog) due to melting of the second porous layer, The thickness can be reduced more uniformly. Therefore, the separator has a good shutdown characteristic.
なお、複合酸化物粒子を層内に含有する多孔質層は、例えば、次のようにして製造する。まず、ポリエチレン樹脂を溶融し、このポリエチレン溶液中に上記複合酸化物粒子を分散させて、ペーストを作製する。このペーストをシート状に成形(硬化)することで、複合酸化物粒子が均一に分散したポリエチレン樹脂層を得る。その後、このポリエチレン樹脂層に対し、延伸等の加工(多孔質とするための加工)を行うことで、複合酸化物粒子が均一に分散した多孔質層を得ることができる。従って、この多孔質層を第1多孔質層と第2多孔質層との層間に介在させることで、上記複合酸化物粒子を、第1多孔質層と第2多孔質層との層間の全面にわたってに均一に分散させた状態で配置することができる。 The porous layer containing the composite oxide particles in the layer is produced, for example, as follows. First, a polyethylene resin is melted, and the composite oxide particles are dispersed in the polyethylene solution to prepare a paste. By molding (curing) this paste into a sheet, a polyethylene resin layer in which the composite oxide particles are uniformly dispersed is obtained. Thereafter, the polyethylene resin layer is subjected to processing such as stretching (processing to make it porous), whereby a porous layer in which the composite oxide particles are uniformly dispersed can be obtained. Therefore, by interposing this porous layer between the first porous layer and the second porous layer, the composite oxide particles are spread over the entire surface between the first porous layer and the second porous layer. It can arrange | position in the state disperse | distributed uniformly over.
さらに、上記いずれかのセパレータであって、前記複合酸化物粒子の存在数は、前記第1多孔質層と前記第2多孔質層との層間において、1×104 μm2 の単位面積当たり、5〜50個の範囲内の値であるセパレータとすると良い。
換言すれば、上記いずれかのセパレータであって、前記複合酸化物粒子を、前記第1多孔質層と前記第2多孔質層との層間において、1×104 μm2 の単位面積当たり(すなわち、100μm四方の単位面積当たり)、5個以上50個以下の範囲内の個数配置してなるセパレータとすると良い。
Furthermore, in any one of the separators described above, the number of the composite oxide particles is 1 × 10 4 μm 2 per unit area between the first porous layer and the second porous layer. A separator having a value in the range of 5 to 50 is preferable.
In other words, any one of the separators described above, wherein the composite oxide particles are placed in a unit area of 1 × 10 4 μm 2 between the first porous layer and the second porous layer (that is, (Per unit area of 100 μm square), it is preferable that the separator is formed by arranging a number in the range of 5 to 50.
上述のような割合で前記複合酸化物粒子を配置することで、セパレータのシャットダウン抵抗(第2多孔質層の溶融によりシャットダウン機能が発揮されたときの抵抗)をより一層高めることができる。従って、上述のセパレータは、シャットダウン特性に優れたセパレータとなる。 By disposing the composite oxide particles at the ratio as described above, the shutdown resistance of the separator (resistance when the shutdown function is exhibited by melting of the second porous layer) can be further increased. Therefore, the separator described above is a separator having excellent shutdown characteristics.
さらに、上記いずれかのセパレータであって、前記複合酸化物粒子の平均粒径は、1〜4μmの範囲内の値であるセパレータとすると良い。 Furthermore, in any of the separators described above, the composite oxide particles may have an average particle size of 1 to 4 μm.
複合酸化物粒子の平均粒径を1〜4μmの範囲内の値とすることで、セパレータのシャットダウン抵抗をより一層高めることができる。従って、上述のセパレータは、シャットダウン特性に優れたセパレータとなる。 By setting the average particle size of the composite oxide particles to a value within the range of 1 to 4 μm, the shutdown resistance of the separator can be further increased. Therefore, the separator described above is a separator having excellent shutdown characteristics.
さらに、上記いずれかのセパレータであって、前記第1多孔質層または前記第2多孔質層の表面に積層された耐熱多孔質層、を有するセパレータとすると良い。 Furthermore, any of the above separators may be a separator having a heat-resistant porous layer laminated on the surface of the first porous layer or the second porous layer.
第1多孔質層または第2多孔質層の表面に耐熱多孔質層を設けることで、異物等がセパレータを貫通することにより正負極間に微短絡が発生した場合でも、その後の短絡拡大を防止することができる。 By providing a heat-resistant porous layer on the surface of the first porous layer or the second porous layer, even if a fine short circuit occurs between the positive and negative electrodes due to foreign substances penetrating the separator, the subsequent expansion of the short circuit is prevented. can do.
具体的には、例えば、樹脂多孔質層(第1多孔質層及び第2多孔質層)のみからなるセパレータ(すなわち、耐熱多孔質層を有しないセパレータ)の場合、異物等がセパレータを貫通することによりセパレータの電気的絶縁が局所的に破壊され、正負極間に微短絡が発生したとき、その部分における発熱により、樹脂多孔質層の貫通孔が拡大する虞がある。その結果、正負極間の短絡が拡大してしまう虞がある。 Specifically, for example, in the case of a separator composed only of a resin porous layer (first porous layer and second porous layer) (that is, a separator having no heat-resistant porous layer), foreign matter or the like penetrates the separator. As a result, when the electrical insulation of the separator is locally broken and a fine short-circuit occurs between the positive and negative electrodes, there is a possibility that the through-holes of the resin porous layer are expanded due to heat generation at that portion. As a result, the short circuit between the positive and negative electrodes may be enlarged.
これに対し、第1多孔質層または第2多孔質層の表面に耐熱多孔質層を設けることで、異物等による正負極間の短絡の拡大を防止することができる。耐熱多孔質層(詳細には、耐熱多孔質層を構成する耐熱性微粒子)は、樹脂多孔質層に比べて、遙かに融点が高いので、上述のような局所的短絡が発生した場合でも、その部分における発熱により、耐熱多孔質層の貫通孔が拡大することがない。これにより、耐熱多孔質層によって、異物等による正負極間の短絡の拡大を防止することができる。 On the other hand, by providing the heat resistant porous layer on the surface of the first porous layer or the second porous layer, it is possible to prevent the short circuit between the positive and negative electrodes from being expanded due to foreign matters or the like. The heat-resistant porous layer (specifically, the heat-resistant fine particles constituting the heat-resistant porous layer) has a melting point much higher than that of the resin porous layer, so even when a local short circuit as described above occurs. The through-holes of the heat resistant porous layer do not expand due to heat generation in the portion. Thereby, the expansion of the short circuit between positive and negative electrodes by a foreign material etc. can be prevented by the heat resistant porous layer.
また、第1多孔質層または第2多孔質層の表面に耐熱多孔質層を設けることで、セパレータの温度がシャットダウン温度(第2多孔質層の融点+αの温度、例えば150℃)に達した場合でも、樹脂多孔質層(第1多孔質層及び第2多孔質層)について、面方向(積層方向に直交する方向)への熱収縮を抑制することができる。耐熱多孔質層(詳細には、耐熱多孔質層を構成する耐熱性微粒子)は、樹脂多孔質層に比べて、遙かに融点が高いので、セパレータの温度がシャットダウン温度に達した場合でも、ほとんど熱収縮しないからである。 Moreover, by providing the heat resistant porous layer on the surface of the first porous layer or the second porous layer, the temperature of the separator has reached the shutdown temperature (the melting point of the second porous layer + the temperature of α, for example, 150 ° C.). Even in this case, thermal contraction in the surface direction (direction orthogonal to the stacking direction) can be suppressed for the resin porous layer (the first porous layer and the second porous layer). The heat-resistant porous layer (specifically, the heat-resistant fine particles constituting the heat-resistant porous layer) has a much higher melting point than the resin porous layer, so even when the temperature of the separator reaches the shutdown temperature, It is because it hardly heat shrinks.
この耐熱多孔質層により、面方向への樹脂多孔質層(第1多孔質層及び第2多孔質層)の熱収縮が抑制されることで、セパレータによる正負極間の電気的絶縁を維持することができる。これにより、セパレータのシャットダウン機能の信頼性を向上させることができ、その結果、シャットダウン特性を良好にすることができる。 By this heat-resistant porous layer, the thermal contraction of the resin porous layer (the first porous layer and the second porous layer) in the surface direction is suppressed, thereby maintaining the electrical insulation between the positive and negative electrodes by the separator. be able to. Thereby, the reliability of the shutdown function of the separator can be improved, and as a result, the shutdown characteristics can be improved.
なお、シャットダウン温度とは、セパレータのシャットダウン機能が確実に発揮される温度である。具体的には、ポリエチレンからなる第2多孔質層の溶融により、第2多孔質層の空孔がほぼ完全に閉塞したと判断される温度であり、第2多孔質層の融点(ポリエチレンの融点)+αの温度となる。本願では、シャットダウン温度を150℃としている。 Note that the shutdown temperature is a temperature at which the shutdown function of the separator is reliably exhibited. Specifically, it is a temperature at which it is determined that the pores of the second porous layer are almost completely closed by melting of the second porous layer made of polyethylene, and the melting point of the second porous layer (the melting point of polyethylene). ) + Α temperature. In the present application, the shutdown temperature is set to 150 ° C.
また、耐熱多孔質層は、耐熱性微粒子及びバインダを有する多孔質層である。耐熱性微粒子としては、例えば、アルミナ、ベーマイト、水酸化マグネシウムなどの無機フィラーを挙げることができる。 The heat resistant porous layer is a porous layer having heat resistant fine particles and a binder. Examples of the heat-resistant fine particles include inorganic fillers such as alumina, boehmite, and magnesium hydroxide.
本発明の他の態様は、正極と負極との間に介在するセパレータ、を有するリチウムイオン二次電池であって、上記セパレータは、前記いずれかのセパレータであるリチウムイオン二次電池である。 Another aspect of the present invention is a lithium ion secondary battery having a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, wherein the separator is a lithium ion secondary battery that is any one of the separators.
上述のリチウムイオン二次電池は、正極と負極との間に介在するセパレータとして、前述のいずれかのセパレータを備えている。このため、電池内の温度(セパレータの温度)がシャットダウン温度に達した場合に、適切に、正負極間のイオン伝導を遮断(電流遮断)することができ、その結果、電池の熱暴走を防ぐことができる。
従って、上述のリチウムイオン二次電池は、安全性の高いリチウムイオン二次電池となる。
The above-described lithium ion secondary battery includes any of the separators described above as a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. For this reason, when the temperature in the battery (the temperature of the separator) reaches the shutdown temperature, the ion conduction between the positive and negative electrodes can be appropriately cut off (current cut off), and as a result, the battery can be prevented from thermal runaway. be able to.
Therefore, the above-described lithium ion secondary battery is a highly safe lithium ion secondary battery.
次に、本発明の実施例1について説明する。
本実施例1のリチウムイオン二次電池1は、図1に示すように、円筒型のリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池1は、電極体40と、この電極体40を収容する電池ケース60とを有する。
Next, Example 1 of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery 1 of Example 1 is a cylindrical lithium ion secondary battery as shown in FIG. The lithium ion secondary battery 1 includes an electrode body 40 and a battery case 60 that accommodates the electrode body 40.
電池ケース60は、円筒型の電池ケースであり、金属板に絞り加工を行って有底筒状に成形した金属製の電池缶61と、円盤状をなす金属製の電池蓋62とを有する(図1参照)。電池蓋62は、電気絶縁性樹脂からなる円環状のガスケット69を電池缶61との間に介在させた状態で、電池缶61の開口部61bでかしめられて、電池缶61を封口している。これにより、電池缶61と電池蓋62との間をガスケット69により電気的に絶縁しつつ、電極体40を収容した電池缶61と電池蓋62とが一体とされて、電池ケース60をなしている。 The battery case 60 is a cylindrical battery case, and includes a metal battery can 61 formed by drawing a metal plate into a bottomed cylindrical shape and a metal battery lid 62 having a disk shape ( (See FIG. 1). The battery lid 62 is caulked at the opening 61 b of the battery can 61 with an annular gasket 69 made of an electrically insulating resin interposed between the battery can 61 and seals the battery can 61. . As a result, the battery can 61 and the battery lid 62 that house the electrode body 40 are integrated while the battery can 61 and the battery lid 62 are electrically insulated by the gasket 69, thereby forming the battery case 60. Yes.
電極体40は、正極10、負極20、及び、正極10と負極20との間に介在するセパレータ30を有している。詳細には、正極10と負極20とセパレータ30とが、捲回軸45の周りに捲回された円筒形状の捲回電極体である。 The electrode body 40 includes a positive electrode 10, a negative electrode 20, and a separator 30 interposed between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. Specifically, the positive electrode 10, the negative electrode 20, and the separator 30 are cylindrical wound electrode bodies wound around a winding shaft 45.
正極10は、正極集電箔11と、その表面(両面)に塗工された正極合材層13とを有している(図2参照)。詳細には、正極合材層13として、正極集電箔11の第1面11bに塗工されている第1正極合材層13bと、正極集電箔11の第2面11cに塗工されている第2正極合材層13cを有している。 The positive electrode 10 has a positive electrode current collector foil 11 and a positive electrode mixture layer 13 coated on the surface (both sides) (see FIG. 2). Specifically, as the positive electrode mixture layer 13, the first positive electrode mixture layer 13 b applied to the first surface 11 b of the positive electrode current collector foil 11 and the second surface 11 c of the positive electrode current collector foil 11 are applied. The second positive electrode mixture layer 13c is provided.
本実施例1では、正極集電箔として、厚みが15μmのアルミニウム箔を用いている。また、正極合材層13は、正極活物質、導電材、バインダにより構成されている。本実施例1では、正極活物質として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2を用いている。また、導電材として、アセチレンブラックを用いている。また、バインダとして、PVdFを用いている。 In Example 1, an aluminum foil having a thickness of 15 μm is used as the positive electrode current collector foil. The positive electrode mixture layer 13 is composed of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder. In Example 1, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 is used as the positive electrode active material. Further, acetylene black is used as the conductive material. Moreover, PVdF is used as a binder.
負極20は、負極集電箔21と、その表面(両面)に塗工された負極合材層23とを有している。詳細には、負極合材層23として、負極集電箔21の第1面21bに塗工されている第1負極合材層23bと、負極集電箔21の第2面21cに塗工されている第2負極合材層23cを有している。 The negative electrode 20 has a negative electrode current collector foil 21 and a negative electrode mixture layer 23 coated on the surface (both sides). Specifically, as the negative electrode mixture layer 23, the first negative electrode mixture layer 23 b applied to the first surface 21 b of the negative electrode current collector foil 21 and the second surface 21 c of the negative electrode current collector foil 21 are applied. The second negative electrode mixture layer 23c is provided.
本実施例1では、負極集電箔21として、厚みが10μmの銅箔を用いている。また、負極合材層23は、負極活物質、バインダ、増粘剤により構成されている。本実施例1では、負極活物質として、アモルファスコートグラファイトを用いてる。また、バインダとして、SBR(スチレンブタジエンゴム)を用いている。また、増粘剤として、CMC(カルボキシメチルセルロース)を用いている。 In Example 1, a copper foil having a thickness of 10 μm is used as the negative electrode current collector foil 21. The negative electrode mixture layer 23 is composed of a negative electrode active material, a binder, and a thickener. In Example 1, amorphous coated graphite is used as the negative electrode active material. Further, SBR (styrene butadiene rubber) is used as the binder. Moreover, CMC (carboxymethylcellulose) is used as a thickener.
セパレータ30は、図3に示すように、ポリプロピレンからなる第1多孔質層31と、ポリエチレンからなる第2多孔質層32と、ポリプロピレンからなる第3多孔質層33とを有している。なお、第1多孔質層31、第2多孔質層32、及び、第3多孔質層33には、いずれも、層内の全体にわたって連通する微細な空孔が存在しているが、図3では空孔の図示を省略している。 As illustrated in FIG. 3, the separator 30 includes a first porous layer 31 made of polypropylene, a second porous layer 32 made of polyethylene, and a third porous layer 33 made of polypropylene. In addition, although the 1st porous layer 31, the 2nd porous layer 32, and the 3rd porous layer 33 have all the fine void | holes connected throughout the inside of a layer, FIG. However, illustration of a void | hole is abbreviate | omitted.
このセパレータ30では、第1多孔質層31及び第3多孔質層33を構成するポリプロピレンよりも、第2多孔質層32を構成するポリエチレンのほうが融点が低いので、第2多孔質層32の溶融によって第2多孔質層32の微細な空孔が消滅(閉塞)することで、シャットダウン機能が発揮される。すなわち、第2多孔質層32の微細な空孔(イオン導電パス)が消滅(閉塞)することで、セパレータ30を通じた正負極間のイオン伝導を遮断(電流遮断)して、電池反応を停止させる。その結果、リチウムイオン二次電池1の熱暴走を防ぐことができる。 In this separator 30, since the polyethylene constituting the second porous layer 32 has a lower melting point than the polypropylene constituting the first porous layer 31 and the third porous layer 33, the melting of the second porous layer 32 is performed. As a result, the fine pores of the second porous layer 32 disappear (clog), and the shutdown function is exhibited. That is, the minute pores (ionic conduction path) in the second porous layer 32 disappear (clogging), thereby blocking ion conduction between the positive and negative electrodes through the separator 30 (current interruption) and stopping the battery reaction. Let As a result, thermal runaway of the lithium ion secondary battery 1 can be prevented.
ところで、ポリエチレンからなる多孔質層が溶融するとき、当該多孔質層の微細な空孔が閉塞(消滅)することにより、当該多孔質層の厚みが減少する。このとき、従来のセパレータを備える電池では、当該多孔質層の厚みが不均一に減少し、極端に厚みが薄くなる箇所が生じることがあった。このため、良好なシャットダウン特性が得られないことがあった。例えば、過充電により電池温度がシャットダウン温度(例えば、ポリエチレンの融点+αの温度)に達したときに、適切に、正負極間のイオン伝導を遮断(電流遮断)することができないことがあった。その理由は、溶融により極端に厚みが薄くなった箇所において、抵抗が極めて小さくなり、Liイオンの移動が可能となっているためと考えている。 By the way, when the porous layer made of polyethylene is melted, the fine pores of the porous layer are blocked (disappeared), so that the thickness of the porous layer is reduced. At this time, in a battery including a conventional separator, the thickness of the porous layer may be reduced non-uniformly, resulting in a location where the thickness becomes extremely thin. For this reason, good shutdown characteristics may not be obtained. For example, when the battery temperature reaches the shutdown temperature (for example, the melting point of polyethylene + α) due to overcharge, ion conduction between the positive and negative electrodes may not be properly interrupted (current interrupt). The reason is considered to be that the resistance becomes extremely small at a location where the thickness is extremely reduced by melting, and Li ions can move.
これに対し、本実施例1のセパレータ30は、図3に示すように、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に、CaとNaとAlとSiとを含有する複数の複合酸化物粒子36を備えている。さらに、第2多孔質層32と第3多孔質層33との層間にも、複数の複合酸化物粒子36を備えている。 On the other hand, as shown in FIG. 3, the separator 30 of Example 1 includes a plurality of Ca, Na, Al, and Si between the first porous layer 31 and the second porous layer 32. The composite oxide particles 36 are provided. Further, a plurality of composite oxide particles 36 are also provided between the second porous layer 32 and the third porous layer 33.
このように、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に複合酸化物粒子36を配置することで、セパレータ30のシャットダウン特性を良好とすることができる。さらに、第2多孔質層32と第3多孔質層33との層間にも複合酸化物粒子36を配置することで、セパレータ30のシャットダウン特性をより一層良好とすることができる。 Thus, by disposing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 31 and the second porous layer 32, the shutdown characteristics of the separator 30 can be improved. Furthermore, by disposing the composite oxide particles 36 between the second porous layer 32 and the third porous layer 33, the shutdown characteristics of the separator 30 can be further improved.
具体的には、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に複合酸化物粒子36を配置しておくことにより、第2多孔質層32の溶融によって第2多孔質層32の微細な空孔が消滅(閉塞)しつつ当該多孔質層の厚みが減少するとき、第2多孔質層32の厚みを均一に減少させることができる。 Specifically, by disposing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 31 and the second porous layer 32, the second porous layer 32 is melted by the melting of the second porous layer 32. When the thickness of the porous layer decreases while the fine pores disappear (closed), the thickness of the second porous layer 32 can be reduced uniformly.
これにより、第2多孔質層32において極端に厚みが薄くなる箇所が生じる不具合を防止でき、セパレータ30のシャットダウン抵抗(第2多孔質層32の溶融によりシャットダウン機能が発揮されたときのセパレータの電気抵抗値)を高めることができる。シャットダウン抵抗が大きいほど、Liイオンの移動を防止する能力(電流を遮断する能力)が高まるので、本実施例1のセパレータ30は、シャットダウン特性が良好なセパレータとなる。 As a result, it is possible to prevent the occurrence of a location where the thickness of the second porous layer 32 becomes extremely thin, and to prevent the shutdown resistance of the separator 30 (the separator's electricity when the shutdown function is exhibited by melting of the second porous layer 32). Resistance value) can be increased. The greater the shutdown resistance, the higher the ability to prevent the movement of Li ions (the ability to cut off the current). Therefore, the separator 30 of Example 1 is a separator with good shutdown characteristics.
しかも、本実施例1のセパレータ30では、図3に示すように、ポリエチレンからなる多孔質層であって複合酸化物粒子36を層内に含有する粒子含有多孔質層34を、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に介在させることで、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に複合酸化物粒子36を配置している。 Moreover, in the separator 30 of Example 1, as shown in FIG. 3, the particle-containing porous layer 34 that is a porous layer made of polyethylene and contains the composite oxide particles 36 in the layer is used as the first porous layer. By interposing between the layer 31 and the second porous layer 32, the composite oxide particles 36 are disposed between the first porous layer 31 and the second porous layer 32.
このような形態で、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に複合酸化物粒子36を配置することで、複合酸化物粒子36を、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間の全面にわたってに均一に分散させた状態で配置することができる。このため、第2多孔質層32の溶融によって第2多孔質層32の微細な空孔が消滅(閉塞)しつつ当該多孔質層の厚みが減少するとき、第2多孔質層32の厚みをより均一に減少させることができる。従って、セパレータ30のシャットダウン特性が良好となる。 In such a form, the composite oxide particles 36 are disposed between the first porous layer 31 and the second porous layer 32 by disposing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 31 and the second porous layer 32. It can arrange | position in the state disperse | distributed uniformly over the whole surface between the layers with the porous layer 32. FIG. For this reason, when the thickness of the porous layer decreases when the fine pores of the second porous layer 32 disappear (clog) due to melting of the second porous layer 32, the thickness of the second porous layer 32 is reduced. It can be reduced more uniformly. Accordingly, the shutdown characteristics of the separator 30 are improved.
さらに、本実施例1のセパレータ30では、ポリエチレンからなる多孔質層であって複合酸化物粒子36を層内に含有する粒子含有多孔質層35を、第2多孔質層32と第2多孔質層33との層間に介在させることで、第2多孔質層32と第3多孔質層33との層間に複合酸化物粒子36を配置している(図3参照)。このため、セパレータ30のシャットダウン特性が、より一層良好となる。 Further, in the separator 30 of Example 1, the particle-containing porous layer 35 which is a porous layer made of polyethylene and contains the composite oxide particles 36 in the layer, the second porous layer 32 and the second porous layer By interposing between the layers 33, the composite oxide particles 36 are disposed between the second porous layer 32 and the third porous layer 33 (see FIG. 3). For this reason, the shutdown characteristics of the separator 30 are further improved.
なお、本実施例1のセパレータ30では、複合酸化物粒子36の存在数を、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間において、1×104 μm2 の単位面積当たり(すなわち、100μm四方の単位面積当たり)、5〜50個の範囲内の値とするのが好ましい。換言すれば、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間において、複合酸化物粒子36を、1×104 μm2 の単位面積当たり(すなわち、100μm四方の単位面積当たり)、5個以上50個以下の範囲内の個数だけ配置するのが好ましい。具体的には、粒子含有多孔質層34において、1×104 μm2 の単位面積当たりの複合酸化物粒子36の存在数を、5〜50個の範囲内の値とするのが好ましい。 In the separator 30 of Example 1, the number of the composite oxide particles 36 is set to 1 × 10 4 μm 2 per unit area between the first porous layer 31 and the second porous layer 32 ( That is, it is preferable to set the value within a range of 5 to 50 per unit area of 100 μm square. In other words, between the first porous layer 31 and the second porous layer 32, the composite oxide particles 36 are per unit area of 1 × 10 4 μm 2 (that is, per unit area of 100 μm square), It is preferable to arrange the number in the range of 5 to 50. Specifically, in the particle-containing porous layer 34, the number of the composite oxide particles 36 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 is preferably set to a value in the range of 5-50.
上述のような割合で、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に複合酸化物粒子36を配置することで、セパレータ30のシャットダウン抵抗(第2多孔質層32の溶融によりシャットダウン機能が発揮されたときの抵抗)をより一層高めることができるからである。 By arranging the composite oxide particles 36 between the first porous layer 31 and the second porous layer 32 at the ratio as described above, the shutdown resistance of the separator 30 (due to melting of the second porous layer 32). This is because the resistance when the shutdown function is exhibited can be further increased.
さらに、第2多孔質層32と第3多孔質層33との層間においても、複合酸化物粒子36の存在数を、1×104 μm2 の単位面積当たり(すなわち、100μm四方の単位面積当たり)、5〜50個の範囲内の値とするのが好ましい。これにより、セパレータ30のシャットダウン抵抗をより一層高めることができるからである。 Further, even between the second porous layer 32 and the third porous layer 33, the number of the composite oxide particles 36 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 (that is, per unit area of 100 μm square). ), Preferably in the range of 5-50. This is because the shutdown resistance of the separator 30 can be further increased.
さらに、本実施例1のセパレータ30では、複合酸化物粒子36の平均粒径を1〜4μmの範囲内の値とするのが好ましい。これにより、セパレータ30のシャットダウン抵抗をより一層高めることができるからである。 Furthermore, in the separator 30 of the first embodiment, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is preferably set to a value in the range of 1 to 4 μm. This is because the shutdown resistance of the separator 30 can be further increased.
以上より、本実施例1のリチウムイオン二次電池1は、電池内の温度(セパレータ30の温度)がシャットダウン温度に達した場合に、適切に、正負極間のイオン伝導を遮断(電流遮断)することができ、その結果、電池1の熱暴走を防ぐことができる。従って、本実施例1のリチウムイオン二次電池1は、安全性の高いリチウムイオン二次電池となる。 As described above, the lithium ion secondary battery 1 of Example 1 appropriately cuts off the ion conduction between the positive and negative electrodes (current cut-off) when the temperature in the battery (the temperature of the separator 30) reaches the shutdown temperature. As a result, thermal runaway of the battery 1 can be prevented. Therefore, the lithium ion secondary battery 1 of Example 1 is a highly safe lithium ion secondary battery.
なお、複合酸化物粒子36の平均粒径の値は、レーザー回折・散乱式粒径粒度分布測定法によるD50の値を採用している。測定装置として、日機装株式会社製のマイクロトラックを用いている。 In addition, the value of D50 by the laser diffraction / scattering type particle size distribution measurement method is adopted as the value of the average particle size of the composite oxide particles 36. A microtrack manufactured by Nikkiso Co., Ltd. is used as a measuring device.
さらに、本実施例1のセパレータ30では、図3に示すように、第1多孔質層31の表面に耐熱多孔質層38を設けている。耐熱多孔質層38は、耐熱性微粒子(無機フィラー)とバインダと増粘剤とにより構成されている。耐熱性微粒子としては、アルミナまたはベーマイトを用いることができる。また、バインダとしては、アクリル系バインダ、SBR、ポリオレフィンバインダ、またはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を用いることができる。また、増粘剤としては、CMC、MC(メチルセルロース)、またはNMP(N-メチル-2-ピロリドン)を用いることができる。 Furthermore, in the separator 30 of the first embodiment, as shown in FIG. 3, a heat resistant porous layer 38 is provided on the surface of the first porous layer 31. The heat resistant porous layer 38 is composed of heat resistant fine particles (inorganic filler), a binder, and a thickener. As the heat-resistant fine particles, alumina or boehmite can be used. As the binder, an acrylic binder, SBR, polyolefin binder, or PTFE (polytetrafluoroethylene) can be used. As the thickener, CMC, MC (methyl cellulose), or NMP (N-methyl-2-pyrrolidone) can be used.
耐熱多孔質層38を設けることで、異物等がセパレータを貫通することにより正負極間に微短絡が発生した場合でも、その後の短絡拡大を防止することができる。
具体的には、例えば、耐熱多孔質層を有しないセパレータの場合、金属異物等がセパレータを貫通することによりセパレータの電気的絶縁が局所的に破壊され、正負極間に微短絡が発生したとき、その部分における発熱により、樹脂からなる多孔質層の貫通孔が拡大する虞がある。その結果、正負極間の短絡が拡大してしまう虞がある。
By providing the heat-resistant porous layer 38, even if a fine short circuit occurs between the positive and negative electrodes due to foreign substances penetrating the separator, it is possible to prevent the subsequent expansion of the short circuit.
Specifically, for example, in the case of a separator that does not have a heat-resistant porous layer, when a metal foreign object penetrates the separator, the electrical insulation of the separator is locally broken, and a fine short circuit occurs between the positive and negative electrodes There is a possibility that the through-holes of the porous layer made of resin may expand due to heat generation in the portion. As a result, the short circuit between the positive and negative electrodes may be enlarged.
これに対し、第1多孔質層31の表面に耐熱多孔質層38を設けることで、金属異物等による正負極間の短絡の拡大を防止することができる。耐熱多孔質層38(詳細には、耐熱多孔質層を構成する耐熱性微粒子)は、樹脂多孔質層(第1多孔質層31、第2多孔質層32、第3多孔質層33)に比べて、遙かに融点が高いので、上述のような局所的短絡が発生した場合でも、その部分における発熱により、耐熱多孔質層38の貫通孔が拡大することがない。これにより、耐熱多孔質層38によって、金属異物等による正負極間の短絡の拡大を防止することができる。微短絡発生後の発熱により異物が溶融すれば、再び、正負極間の電気的絶縁が回復することになる。 On the other hand, by providing the heat resistant porous layer 38 on the surface of the first porous layer 31, it is possible to prevent the short circuit between the positive and negative electrodes from being expanded due to a metal foreign matter or the like. The heat-resistant porous layer 38 (specifically, the heat-resistant fine particles constituting the heat-resistant porous layer) is formed on the resin porous layer (the first porous layer 31, the second porous layer 32, and the third porous layer 33). In comparison, since the melting point is much higher, even when the above-described local short circuit occurs, the through-holes of the heat-resistant porous layer 38 do not expand due to heat generation in that portion. Thereby, the heat resistant porous layer 38 can prevent the expansion of the short circuit between the positive electrode and the negative electrode due to a metal foreign object or the like. If the foreign matter is melted by the heat generated after the occurrence of the fine short circuit, the electrical insulation between the positive and negative electrodes is restored again.
また、第1多孔質層31の表面に耐熱多孔質層38を設けることで、セパレータ30の温度がシャットダウン温度(第2多孔質層の融点+αの温度、例えば150℃)に達した場合でも、樹脂からなる多孔質層(第1多孔質層31及び第2多孔質層32)について、面方向(積層方向に直交する方向、図3において左右方向)への熱収縮を抑制することができる。耐熱多孔質層38(詳細には、耐熱多孔質層38を構成する耐熱性微粒子)は、樹脂からなる多孔質層に比べて、遙かに融点が高いので、セパレータ30の温度がシャットダウン温度に達した場合でも、ほとんど熱収縮しないからである。 Further, by providing the heat-resistant porous layer 38 on the surface of the first porous layer 31, even when the temperature of the separator 30 reaches the shutdown temperature (the temperature of the melting point of the second porous layer + α, for example, 150 ° C.) About the porous layers (the 1st porous layer 31 and the 2nd porous layer 32) which consist of resin, the thermal contraction to a surface direction (direction orthogonal to a lamination direction, the left-right direction in FIG. 3) can be suppressed. Since the heat-resistant porous layer 38 (specifically, the heat-resistant fine particles constituting the heat-resistant porous layer 38) has a melting point much higher than that of the resin-made porous layer, the temperature of the separator 30 is set to the shutdown temperature. This is because even if it reaches, it hardly heat shrinks.
この耐熱多孔質層38により、樹脂からなる多孔質層(第1多孔質層31及び第2多孔質層32)の面方向への熱収縮が抑制されることで、セパレータ30による正負極間の電気的絶縁を維持することができる。これにより、セパレータ30のシャットダウン機能の信頼性を向上させることができ、その結果、シャットダウン特性を良好にすることができる。 The heat-resistant porous layer 38 suppresses thermal shrinkage in the surface direction of the porous layers made of resin (the first porous layer 31 and the second porous layer 32), so that the separator 30 can have a positive electrode and a negative electrode. Electrical insulation can be maintained. Thereby, the reliability of the shutdown function of the separator 30 can be improved, and as a result, the shutdown characteristics can be improved.
また、本実施例1では、電解液として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを、体積比で3:4:3に調整した混合有機溶媒に、溶質としてLiPF6を添加した非水電解液を用いている。なお、電解液中のLiPF6の濃度は、1.1mol/Lとしている。 In Example 1, as an electrolytic solution, a mixed organic solvent in which ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were adjusted to a volume ratio of 3: 4: 3 was used as a solute. A nonaqueous electrolytic solution to which LiPF 6 is added is used. The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution is a 1.1 mol / L.
また、電極体40の正極合材層未塗工部(正極10のうち正極合材層13が塗工されていない部位)は、その端面において、略十字形状の金属板からなる正極集電部材71に溶接されている(図1参照)。さらに、正極集電部材71は、帯状の金属薄板からなる接続部材53を通じて、電池蓋62に電気的に接続されている。これにより、本実施例1の電池1では、電池蓋62が正極外部端子となる。なお、電池蓋62と正極集電部材71との間には、電気絶縁性の樹脂板16を介在させている。 Further, the positive electrode mixture layer uncoated portion of the electrode body 40 (the portion of the positive electrode 10 where the positive electrode mixture layer 13 is not applied) is a positive electrode current collecting member made of a substantially cross-shaped metal plate at the end face. 71 (see FIG. 1). Further, the positive electrode current collecting member 71 is electrically connected to the battery lid 62 through the connecting member 53 made of a strip-shaped metal thin plate. Thereby, in the battery 1 of the first embodiment, the battery lid 62 serves as a positive electrode external terminal. An electrically insulating resin plate 16 is interposed between the battery lid 62 and the positive electrode current collecting member 71.
また、電極体40の負極合材層未塗工部(負極20のうち負極合材層23が塗工されていない部位)は、その端面において、円板状の金属板からなる負極集電部材72に溶接されている。さらに、負極集電部材72は、電池缶61の底部61kに溶接されている。これにより、本実施例1の電池1では、電池缶61の底部61kが負極外部端子となる。 Further, the negative electrode mixture layer uncoated portion of the electrode body 40 (the portion of the negative electrode 20 where the negative electrode mixture layer 23 is not applied) is a negative electrode current collecting member made of a disk-shaped metal plate at the end face. 72 is welded. Further, the negative electrode current collecting member 72 is welded to the bottom 61 k of the battery can 61. Thereby, in the battery 1 of the first embodiment, the bottom 61k of the battery can 61 serves as a negative external terminal.
次に、実施例1にかかる電池1の製造方法について説明する。
まず、正極10を作製した。具体的には、正極活物質(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)と導電材(アセチレンブラック)とバインダ(PVdF)と溶媒(N−メチル−2−ピロリドン)とを混合して、スラリー状の正極合材を得た。次いで、この正極合材スラリーを、厚み15μmの正極集電箔11(アルミニウム箔)の両面(第1面11bと第2面11c)に塗布し、乾燥させて、正極合材層13(第1正極合材層13bと第2正極合材層13c)とした。その後、ロールプレスで圧延して、正極10を得た。
Next, a method for manufacturing the battery 1 according to Example 1 will be described.
First, the positive electrode 10 was produced. Specifically, a positive electrode active material (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ), a conductive material (acetylene black), a binder (PVdF), and a solvent (N-methyl-2-pyrrolidone) are mixed. Thus, a slurry-like positive electrode mixture was obtained. Next, this positive electrode mixture slurry is applied to both surfaces (first surface 11b and second surface 11c) of a positive electrode current collector foil 11 (aluminum foil) having a thickness of 15 μm, and dried to form a positive electrode mixture layer 13 (first The positive electrode mixture layer 13b and the second positive electrode mixture layer 13c) were used. Then, it rolled with the roll press and the positive electrode 10 was obtained.
また、負極20を作製した。具体的には、負極活物質(アモルファスコートグラファイト)とバインダ(SBR)と増粘剤(CMC)と溶媒(N−メチル−2−ピロリドン)とを混合して、スラリー状の負極合材を得た。次いで、この負極合材スラリーを、厚み10μmの負極集電箔21(銅箔)の両面(第1面21bと第2面21c)に塗布し、乾燥させて、負極合材層23(第1負極合材層23bと第2負極合材層23c)とした。その後、ロールプレスで圧延して、負極20を得た。 Moreover, the negative electrode 20 was produced. Specifically, a negative electrode active material (amorphous coated graphite), a binder (SBR), a thickener (CMC), and a solvent (N-methyl-2-pyrrolidone) are mixed to obtain a slurry-like negative electrode mixture. It was. Next, the negative electrode mixture slurry is applied to both surfaces (first surface 21b and second surface 21c) of a negative electrode current collector foil 21 (copper foil) having a thickness of 10 μm, and dried to form a negative electrode mixture layer 23 (first The negative electrode mixture layer 23b and the second negative electrode mixture layer 23c) were used. Then, it rolled with the roll press and the negative electrode 20 was obtained.
また、セパレータ30を作製した。まず、ポリエチレンからなる樹脂シートを1枚と、ポリプロピレンからなる樹脂シートを2枚と、ポリエチレンからなるシートであって複合酸化物粒子36を内部に含有する粒子含有シートを2枚、用意する。 Moreover, the separator 30 was produced. First, one resin sheet made of polyethylene, two resin sheets made of polypropylene, and two particle-containing sheets made of polyethylene and containing the composite oxide particles 36 therein are prepared.
なお、粒子含有シートは、以下のようにして作製する。まず、ポリエチレン樹脂を溶融し、このポリエチレン溶液中に複数の複合酸化物粒子36を均一に分散させて、ペーストを作製する。このペーストをシート状に成形(硬化)することで、複合酸化物粒子36が均一に分散した粒子含有シートを得ることができる。 The particle-containing sheet is produced as follows. First, a polyethylene resin is melted, and a plurality of composite oxide particles 36 are uniformly dispersed in the polyethylene solution to prepare a paste. By molding (curing) this paste into a sheet shape, a particle-containing sheet in which the composite oxide particles 36 are uniformly dispersed can be obtained.
次に、ポリプロピレンからなる樹脂シート、粒子含有シート、ポリエチレンからなる樹脂シート、粒子含有シート、及び、ポリプロピレンからなる樹脂シートを、この順に積層した後、加熱することで、これらを一体化する(シート積層体とする)。 Next, a resin sheet made of polypropylene, a particle-containing sheet, a resin sheet made of polyethylene, a particle-containing sheet, and a resin sheet made of polypropylene are laminated in this order, and are then integrated by heating (sheet) A laminate).
その後、一体化したシート積層体に対し、延伸等の加工(多孔質とするための加工)を行う。これにより、シート積層体を構成するそれぞれのシートを、多孔質層に変質する。具体的には、ポリプロピレンからなる樹脂シートが、第1多孔質層31と第3多孔質層33とになり、ポリエチレンからなる樹脂シートが第2多孔質層32となり、粒子含有シートが粒子含有多孔質層34,35となる(図3参照)。 Thereafter, the integrated sheet laminate is subjected to processing such as stretching (processing to make it porous). Thereby, each sheet | seat which comprises a sheet laminated body changes in quality to a porous layer. Specifically, a resin sheet made of polypropylene becomes the first porous layer 31 and the third porous layer 33, a resin sheet made of polyethylene becomes the second porous layer 32, and the particle-containing sheet becomes a particle-containing porous material. It becomes the quality layers 34 and 35 (refer FIG. 3).
なお、本実施例1では、第1多孔質層31の厚みを3μm、粒子含有多孔質層34,35の厚みをそれぞれ3.5μm、第2多孔質層32の厚みを7μm、第3多孔質層33の厚みを3μmとしている。 In Example 1, the thickness of the first porous layer 31 is 3 μm, the thickness of the particle-containing porous layers 34 and 35 is 3.5 μm, the thickness of the second porous layer 32 is 7 μm, and the third porous layer is used. The thickness of the layer 33 is 3 μm.
次いで、第1多孔質層31の表面に、耐熱多孔質層38を形成する。
具体的には、まず、耐熱多孔質層38を形成するためのペーストを作製する。詳細には、耐熱性微粒子として、ベーマイトを用意する。また、バインダとして、アクリル系バインダ(日本ゼオン社製)を用意する。また、増粘剤として、CMC(第1工業製薬社製、BSH6)を用意する。
Next, the heat resistant porous layer 38 is formed on the surface of the first porous layer 31.
Specifically, first, a paste for forming the heat resistant porous layer 38 is prepared. Specifically, boehmite is prepared as heat-resistant fine particles. In addition, an acrylic binder (manufactured by Zeon Corporation) is prepared as a binder. Moreover, CMC (the 1st industrial pharmaceutical company make, BSH6) is prepared as a thickener.
次いで、混練機を用いて、上述のベーマイトとバインダと増粘剤を、溶媒である水と混合して、ペーストとした。なお、本実施例1では、混練機として、超音波分散機(Mテクニック社製、クレアミックス)を用いている。また、混練条件は、15000rpmの回転数で5分間の予備分散と、20000rpmの回転数で15分間の本分散とを行っている。 Next, using the kneader, the above boehmite, binder and thickener were mixed with water as a solvent to obtain a paste. In Example 1, an ultrasonic disperser (manufactured by M Technique Co., Ltd., CLEARMIX) is used as a kneader. As kneading conditions, preliminary dispersion for 5 minutes at a rotational speed of 15000 rpm and main dispersion for 15 minutes at a rotational speed of 20000 rpm are performed.
次に、公知のグラビア塗工機を用いて、第1多孔質層31の表面に、上述のペーストを塗工した。その後、ペーストを乾燥させることで、厚みが4μmの耐熱多孔質層38を、第1多孔質層31の表面に形成することができた。このようにして、本実施例1のセパレータ30を得た。 Next, the above-described paste was applied to the surface of the first porous layer 31 using a known gravure coating machine. Thereafter, the heat-resistant porous layer 38 having a thickness of 4 μm could be formed on the surface of the first porous layer 31 by drying the paste. In this way, the separator 30 of Example 1 was obtained.
次に、円筒状の捲回軸45の周りに、セパレータ30、負極20、セパレータ30、及び、正極10を、この順で捲回する。なお、本実施例1では、セパレータ30の耐熱多孔質層38が正極合材層13と対向する向きで、正極10、負極20、及びセパレータ30を配置して捲回している。このようにして、略円筒形状の電極体40を形成する。その後、電極体40の外周を、電気絶縁性の樹脂フィルム68で被覆する。 Next, the separator 30, the negative electrode 20, the separator 30, and the positive electrode 10 are wound around the cylindrical winding shaft 45 in this order. In Example 1, the positive electrode 10, the negative electrode 20, and the separator 30 are arranged and wound in such a direction that the heat-resistant porous layer 38 of the separator 30 faces the positive electrode mixture layer 13. In this way, a substantially cylindrical electrode body 40 is formed. Thereafter, the outer periphery of the electrode body 40 is covered with an electrically insulating resin film 68.
その後、電極体40の正極合材層未塗工部(正極10のうち正極合材層13が塗工されていない部位)の端面に、略十字形状の金属板からなる正極集電部材71を溶接する(図1参照)。さらに、電極体40の負極合材層未塗工部(負極20のうち負極合材層23が塗工されていない部位)の端面に、円板状の金属板からなる負極集電部材72を溶接する。さらに、正極集電部材71に、接続部材53を溶接する。 Thereafter, the positive electrode current collecting member 71 made of a substantially cross-shaped metal plate is provided on the end face of the positive electrode mixture layer uncoated portion of the electrode body 40 (the portion of the positive electrode 10 where the positive electrode mixture layer 13 is not applied). Weld (see FIG. 1). Furthermore, the negative electrode current collecting member 72 made of a disk-shaped metal plate is provided on the end face of the negative electrode mixture layer uncoated portion of the electrode body 40 (the portion of the negative electrode 20 where the negative electrode mixture layer 23 is not coated). Weld. Further, the connection member 53 is welded to the positive electrode current collecting member 71.
次に、正極集電部材71及び負極集電部材72を溶接した電極体40を、電池缶61の開口部61bを通じて、電池缶61の内部に収容(挿入)する。その後、負極集電部材72を電池缶61の底部61kに溶接する。これにより、電池缶61の底部61kが負極外部端子となる。次いで、電池缶61の全周にわたってビード61gを形成した後、電池缶61の内部に電解液を注入する。 Next, the electrode body 40 in which the positive electrode current collecting member 71 and the negative electrode current collecting member 72 are welded is accommodated (inserted) into the battery can 61 through the opening 61 b of the battery can 61. Thereafter, the negative electrode current collecting member 72 is welded to the bottom 61 k of the battery can 61. Thereby, the bottom part 61k of the battery can 61 becomes a negative electrode external terminal. Next, a bead 61 g is formed over the entire circumference of the battery can 61, and then an electrolytic solution is injected into the battery can 61.
次いで、電池缶61の開口部61bに、ガスケット69を介して電池蓋62を組み付ける。なお、電池缶61の開口部61b内に電池蓋62を組み付ける際、電池蓋62に接続部材53を溶接する。これにより、正極集電部材71と電池蓋62とが接続部材53を通じて電気的に接続されるので、電池蓋62が正極外部端子となる。 Next, the battery lid 62 is assembled to the opening 61 b of the battery can 61 via the gasket 69. When the battery lid 62 is assembled in the opening 61 b of the battery can 61, the connection member 53 is welded to the battery lid 62. Thereby, the positive electrode current collecting member 71 and the battery lid 62 are electrically connected through the connection member 53, so that the battery lid 62 becomes a positive electrode external terminal.
その後、電池缶61の開口部61bに対しカシメ加工を行って、電池蓋62により電池缶61を封口する。このとき、電池缶61と電池蓋62との間をガスケット69により電気的に絶縁しつつ、電池缶61と電池蓋62とを一体とした電池ケース60が形成される。その後、上記のようにして組み立てた電池について、充放電、エージングなどの処理を行って、本実施例1の電池1が完成する。 Thereafter, crimping is performed on the opening 61 b of the battery can 61, and the battery can 61 is sealed with the battery lid 62. At this time, a battery case 60 is formed in which the battery can 61 and the battery lid 62 are integrated while the battery can 61 and the battery lid 62 are electrically insulated by the gasket 69. Thereafter, the battery assembled as described above is subjected to treatments such as charging / discharging and aging, whereby the battery 1 of Example 1 is completed.
(実施例2)
次に、本発明の実施例2について説明する。
本実施例2のリチウムイオン二次電池100は、実施例1のリチウムイオン二次電池1と比較して、セパレータのみが異なり、その他については同様である(図1参照)。従って、ここでは、セパレータについて、実施例1と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery 100 of Example 2 is different from the lithium ion secondary battery 1 of Example 1 only in the separator, and the other is the same (see FIG. 1). Therefore, here, the separator will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar points will be omitted or simplified.
本実施例2のセパレータ130は、図4に示すように、ポリプロピレンからなる第1多孔質層131と、ポリエチレンからなる第2多孔質層132とを有している。実施例1とは異なり、ポリプロピレンからなる第3多孔質層は有してない。なお、第1多孔質層131及び第2多孔質層132には、いずれも、層内の全体にわたって連通する微細な空孔が存在しているが、図4では空孔の図示を省略している。 As shown in FIG. 4, the separator 130 according to the second embodiment includes a first porous layer 131 made of polypropylene and a second porous layer 132 made of polyethylene. Unlike Example 1, it does not have a third porous layer made of polypropylene. Note that the first porous layer 131 and the second porous layer 132 both have fine pores communicating with the entire layer, but the illustration of the pores is omitted in FIG. Yes.
さらに、本実施例2のセパレータ130は、第1多孔質層131と第2多孔質層132との層間に、複数の複合酸化物粒子36を備えている。このように、第1多孔質層131と第2多孔質層132との層間に複合酸化物粒子36を配置することで、セパレータ130のシャットダウン特性を良好とすることができる。 Furthermore, the separator 130 of the second embodiment includes a plurality of composite oxide particles 36 between the first porous layer 131 and the second porous layer 132. Thus, by disposing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 131 and the second porous layer 132, the shutdown characteristics of the separator 130 can be improved.
具体的には、第1多孔質層131と第2多孔質層132との層間に複合酸化物粒子36を配置しておくことにより、第2多孔質層132の溶融によって第2多孔質層132の微細な空孔が消滅(閉塞)しつつ当該多孔質層の厚みが減少するとき、第2多孔質層132の厚みを均一に減少させることができる。 Specifically, by disposing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 131 and the second porous layer 132, the second porous layer 132 is melted by the melting of the second porous layer 132. When the thickness of the porous layer decreases while the fine pores disappear (closed), the thickness of the second porous layer 132 can be reduced uniformly.
これにより、第2多孔質層132において極端に厚みが薄くなる箇所が生じる不具合を防止でき、セパレータ130のシャットダウン抵抗(第2多孔質層132の溶融によりシャットダウン機能が発揮されたときのセパレータの電気抵抗)を高めることができる。シャットダウン抵抗が大きいほど、Liイオンの移動を防止する能力(電流を遮断する能力)が高まるので、本実施例2のセパレータ130は、シャットダウン特性が良好なセパレータとなる。 As a result, it is possible to prevent the occurrence of a location where the thickness of the second porous layer 132 becomes extremely thin, and the shutdown resistance of the separator 130 (electricity of the separator when the shutdown function is exhibited by melting of the second porous layer 132). Resistance) can be increased. The greater the shutdown resistance, the higher the ability to prevent the movement of Li ions (the ability to cut off the current), so the separator 130 of Example 2 is a separator with good shutdown characteristics.
しかも、本実施例2のセパレータ130では、ポリエチレンからなる多孔質層であって複合酸化物粒子36を層内に含有する粒子含有多孔質層134を、第1多孔質層131と第2多孔質層132との層間に介在させることで、第1多孔質層131と第2多孔質層132との層間に複合酸化物粒子36を配置している(図4参照)。 Moreover, in the separator 130 of Example 2, the particle-containing porous layer 134 that is a porous layer made of polyethylene and contains the composite oxide particles 36 in the layer, the first porous layer 131 and the second porous layer By interposing between the layers 132, the composite oxide particles 36 are arranged between the first porous layer 131 and the second porous layer 132 (see FIG. 4).
このような形態で、第1多孔質層131と第2多孔質層132との層間に複合酸化物粒子36を配置することで、複合酸化物粒子36を、第1多孔質層131と第2多孔質層132との層間の全面にわたってに均一に分散させた状態で配置することができる。このため、第2多孔質層132の溶融によって第2多孔質層132の微細な空孔が閉塞(消滅)することにより当該多孔質層の厚みが減少するとき、第2多孔質層132の厚みをより均一に減少させることができる。従って、セパレータ130のシャットダウン特性が良好となる。 In such a form, the composite oxide particles 36 are arranged between the first porous layer 131 and the second porous layer 132 by disposing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 131 and the second porous layer 132. They can be arranged in a state of being uniformly dispersed over the entire surface between the layers with the porous layer 132. For this reason, when the thickness of the porous layer decreases when the fine pores of the second porous layer 132 are blocked (disappeared) by melting of the second porous layer 132, the thickness of the second porous layer 132 is reduced. Can be reduced more uniformly. Accordingly, the shutdown characteristics of the separator 130 are improved.
さらに、本実施例2のセパレータ130では、図4に示すように、第2多孔質層132の表面に耐熱多孔質層38を設けている。耐熱多孔質層38を設けることで、実施例1のセパレータ30と同様に、異物等がセパレータを貫通することにより正負極間に微短絡が発生した場合でも、その後の短絡拡大を防止することができる。さらには、樹脂からなる多孔質層(第1多孔質層131及び第2多孔質層132)の面方向への熱収縮が抑制されることで、セパレータ130による正負極間の電気的絶縁を維持することができる。これにより、セパレータ130のシャットダウン機能の信頼性を向上させることができ、その結果、シャットダウン特性を良好にすることができる。 Furthermore, in the separator 130 of the second embodiment, as shown in FIG. 4, the heat-resistant porous layer 38 is provided on the surface of the second porous layer 132. By providing the heat-resistant porous layer 38, as in the case of the separator 30 of the first embodiment, even if a foreign material or the like penetrates the separator and a slight short circuit occurs between the positive and negative electrodes, it is possible to prevent the subsequent expansion of the short circuit. it can. Furthermore, the thermal insulation in the surface direction of the porous layers made of resin (the first porous layer 131 and the second porous layer 132) is suppressed, so that the electrical insulation between the positive and negative electrodes by the separator 130 is maintained. can do. Thereby, the reliability of the shutdown function of the separator 130 can be improved, and as a result, the shutdown characteristics can be improved.
(実施例3)
次に、本発明の実施例3について説明する。
本実施例3のリチウムイオン二次電池200は、実施例1のリチウムイオン二次電池1と比較して、セパレータのみが異なり、その他については同様である(図1参照)。従って、ここでは、セパレータについて、実施例1,2と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
(Example 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery 200 of the third embodiment is different from the lithium ion secondary battery 1 of the first embodiment only in the separator, and the other is the same (see FIG. 1). Therefore, here, the separator will be described with a focus on differences from the first and second embodiments, and description of similar points will be omitted or simplified.
本実施例3のセパレータ230は、図5に示すように、ポリプロピレンからなる第1多孔質層231と、ポリエチレンからなる第2多孔質層232とを有している。実施例1とは異なり、ポリプロピレンからなる第3多孔質層は有してない。なお、第1多孔質層231及び第2多孔質層232には、いずれも、層内の全体にわたって連通する微細な空孔が存在しているが、図5では空孔の図示を省略している。 As shown in FIG. 5, the separator 230 according to the third embodiment includes a first porous layer 231 made of polypropylene and a second porous layer 232 made of polyethylene. Unlike Example 1, it does not have a third porous layer made of polypropylene. Note that the first porous layer 231 and the second porous layer 232 both have fine pores communicating throughout the layer, but the illustration of the pores is omitted in FIG. Yes.
さらに、本実施例3のセパレータ230は、第1多孔質層231と第2多孔質層232との層間に、複数の複合酸化物粒子36を備えている。このように、第1多孔質層231と第2多孔質層232との層間に複合酸化物粒子36を配置することで、セパレータ230のシャットダウン特性を良好とすることができる。 Further, the separator 230 according to the third embodiment includes a plurality of composite oxide particles 36 between the first porous layer 231 and the second porous layer 232. Thus, by disposing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 231 and the second porous layer 232, the shutdown characteristics of the separator 230 can be improved.
なお、本実施例3では、実施例1,2と異なり、第1多孔質層231と第2多孔質層232との層間に複合酸化物粒子36のみを配置している(図5参照)。すなわち、第1多孔質層231と第2多孔質層232との層間に、複合酸化物粒子36を含有する粒子含有多孔質層を介在させるのではなく、複合酸化物粒子36のみを配置している。 In the third embodiment, unlike the first and second embodiments, only the composite oxide particles 36 are disposed between the first porous layer 231 and the second porous layer 232 (see FIG. 5). That is, instead of interposing a particle-containing porous layer containing the composite oxide particles 36 between the first porous layer 231 and the second porous layer 232, only the composite oxide particles 36 are arranged. Yes.
さらに、本実施例3のセパレータ230では、実施例2と同様に、第2多孔質層232の表面に耐熱多孔質層38を設けている。耐熱多孔質層38を設けることによる効果は、前述の実施例1,2と同様である。 Further, in the separator 230 of the third embodiment, the heat resistant porous layer 38 is provided on the surface of the second porous layer 232 as in the second embodiment. The effect obtained by providing the heat-resistant porous layer 38 is the same as in the first and second embodiments.
(シャットダウン抵抗の測定)
まず、実施例1のセパレータ30について、シャットダウン抵抗を測定した。シャットダウン抵抗は、第2多孔質層32の溶融によりシャットダウン機能が発揮されたときのセパレータ30の電気抵抗である。換言すれば、セパレータ30(第2多孔質層32)の温度がシャットダウン温度に達したときのセパレータ30の電気抵抗値である。
(Measurement of shutdown resistance)
First, the shutdown resistance of the separator 30 of Example 1 was measured. The shutdown resistance is an electrical resistance of the separator 30 when the shutdown function is exhibited by melting the second porous layer 32. In other words, the electrical resistance value of the separator 30 when the temperature of the separator 30 (second porous layer 32) reaches the shutdown temperature.
なお、シャットダウン温度は、セパレータ30のシャットダウン機能が確実に発揮される温度である。具体的には、ポリエチレンからなる第2多孔質層32の溶融により、第2多孔質層32の空孔がほぼ完全に閉塞したと判断される温度である。予め行った実験により、セパレータ30のシャットダウン温度は、150℃程度であることが判明している。従って、本願では、セパレータ30のシャットダウン温度を150℃と定めている。実施例2,3のセパレータ130,230についても同様である。 The shutdown temperature is a temperature at which the shutdown function of the separator 30 is reliably exhibited. Specifically, it is a temperature at which it is determined that the pores of the second porous layer 32 are almost completely closed by the melting of the second porous layer 32 made of polyethylene. From experiments conducted in advance, it has been found that the shutdown temperature of the separator 30 is about 150 ° C. Therefore, in the present application, the shutdown temperature of the separator 30 is set to 150 ° C. The same applies to the separators 130 and 230 of the second and third embodiments.
また、セパレータ30のシャットダウン抵抗値は、図7に示す測定装置を用いて、公知の交流インピーダンス測定によって求めた。
具体的には、まず、15mm四方(15mm×15mm)に切断したセパレータ30をを用意し、このセパレータ30に100μlの電解液を含浸させた。なお、電解液として、GBL(ガンマブチロラクトン)にEC(エチレンカーボネート)とEMC(エチルメチルカーボネート)とDMC(ジメチルカーボネート)を混合した有機溶媒に、溶質としてLiPF6を添加した非水電解液を用いている。なお、電解液中のLiPF6の濃度は、0.5mol/Lとしている。
Moreover, the shutdown resistance value of the separator 30 was calculated | required by well-known alternating current impedance measurement using the measuring apparatus shown in FIG.
Specifically, first, a separator 30 cut into 15 mm squares (15 mm × 15 mm) was prepared, and the separator 30 was impregnated with 100 μl of an electrolytic solution. As an electrolytic solution, a non-aqueous electrolytic solution in which LiPF 6 is added as a solute to an organic solvent in which EC (ethylene carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate), and DMC (dimethyl carbonate) are mixed with GBL (gamma butyrolactone) is used. ing. The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution is a 0.5 mol / L.
さらに、図8に示すように、電解液を含浸させたセパレータ30を、アルミニウム箔9cと耐熱性を有する電気絶縁テープ2b,2cを両面に接着したアルミニウム箔9bとで挟み、さらに、これらをガラス板8bとガラス板8cとで挟んで固定した。なお、電気絶縁テープ2cは、中央に15mm四方(15mm×15mm)の貫通孔を有する矩形環状をなしており、セパレータ30は、電気絶縁テープ2cの貫通孔内に配置されている。これにより、アルミニウム箔9cとアルミニウム箔9bとが接触することなく、セパレータ30が、アルミニウム箔9cとアルミニウム箔9bとに接触する。また、セパレータ30の温度を検知するため、ガラス板8cに熱電対7を固着している。 Further, as shown in FIG. 8, a separator 30 impregnated with an electrolytic solution is sandwiched between an aluminum foil 9c and an aluminum foil 9b having heat-resistant electrical insulating tapes 2b and 2c bonded to both surfaces, and these are further made of glass. The plate 8b and the glass plate 8c were sandwiched and fixed. The electrical insulating tape 2c has a rectangular ring shape with a 15 mm square (15 mm × 15 mm) through hole in the center, and the separator 30 is disposed in the through hole of the electrical insulating tape 2c. Thereby, the separator 30 contacts the aluminum foil 9c and the aluminum foil 9b without the aluminum foil 9c and the aluminum foil 9b contacting. Moreover, in order to detect the temperature of the separator 30, the thermocouple 7 is fixed to the glass plate 8c.
さらに、図8に示す測定サンプルを、熱風乾燥機6内に配置する。また、熱電対7をデータロガー3に接続し、熱電対7で検知したセパレータ30の温度を読みとりできるようにする。また、アルミニウム箔9cとアルミニウム箔9bとをポテンショ/ガルバノスタット4に電気的に接続することで、セパレータ30の抵抗を測定できるようにする。なお、FRA5(周波数応答アナライザ5)としてソーラトロン社製の1255B型を用い、ポテンショ/ガルバノスタット4としてソーラトロン社製の1287A型を用いている。 Further, the measurement sample shown in FIG. 8 is placed in the hot air dryer 6. Further, the thermocouple 7 is connected to the data logger 3 so that the temperature of the separator 30 detected by the thermocouple 7 can be read. Further, the resistance of the separator 30 can be measured by electrically connecting the aluminum foil 9 c and the aluminum foil 9 b to the potentio / galvanostat 4. Note that a Solartron 1255B type is used as the FRA 5 (frequency response analyzer 5), and a Solartron 1287A type is used as the potentio / galvanostat 4.
そして、熱風乾燥機6内の温度を徐々に昇温(5℃/分の昇温速度)させてゆき、セパレータ30の温度(熱電対7による測定温度)がシャットダウン温度(150℃)に達したときの抵抗値を、シャットダウン抵抗値として算出した。なお、FRA5(周波数応答アナライザ5)の測定レンジは、300kHzに設定している。 Then, the temperature in the hot air dryer 6 was gradually increased (temperature increase rate of 5 ° C./min), and the temperature of the separator 30 (measured temperature by the thermocouple 7) reached the shutdown temperature (150 ° C.). The resistance value at that time was calculated as the shutdown resistance value. The measurement range of FRA 5 (frequency response analyzer 5) is set to 300 kHz.
本測定では、実施例1のセパレータ30として、複合酸化物粒子36の存在数を異ならせたサンプルセパレータ(サンプルA〜Gとする)を用意し、それぞれのサンプルについてシャットダウン抵抗を測定している(表1参照)。 In this measurement, sample separators (samples A to G) having different numbers of composite oxide particles 36 are prepared as the separators 30 of Example 1, and the shutdown resistance is measured for each sample ( (See Table 1).
具体的には、サンプルAでは、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間における1×104 μm2 の単位面積当たりの複合酸化物粒子36の存在数Xを、2個としている。すなわち、粒子含有多孔質層34において、1×104 μm2 の単位面積当たりの複合酸化物粒子36の存在数Xを、2個としている。サンプルBでは、複合酸化物粒子36の存在数X(個/1×104 μm2 )=5としている。サンプルCではX=10、サンプルDではX=20、サンプルEではX=30、サンプルFではX=50、サンプルGではX=100としている。第2多孔質層32と第3多孔質層33との層間における1×104 μm2 の単位面積当たりの複合酸化物粒子36の存在数Xについても、同様である。
なお、サンプルA〜Gでは、いずれも、複合酸化物粒子36の平均粒径を3μmとしている(表1参照)。
Specifically, in the sample A, the number X of the composite oxide particles 36 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 between the first porous layer 31 and the second porous layer 32 is two. It is said. That is, in the particle-containing porous layer 34, the number X of the composite oxide particles 36 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 is set to two. In Sample B, the existence number X of composite oxide particles 36 (pieces / 1 × 10 4 μm 2 ) = 5. In sample C, X = 10, in sample D, X = 20, in sample E, X = 30, in sample F, X = 50, and in sample G, X = 100. The same applies to the number X of the composite oxide particles 36 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 between the second porous layer 32 and the third porous layer 33.
In Samples A to G, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is 3 μm (see Table 1).
また、比較例として、セパレータ30と比較して複合酸化物粒子36を有しない点のみが異なるセパレータ430(サンプルHとする)を用意した(図6参照)。すなわち、比較例として、粒子含有多孔質層34,35を有することなく、ポリプロピレンからなる第1多孔質層431とポリエチレンからなる第2多孔質層432とポリプロピレンからなる第3多孔質層433と第1多孔質層431の表面に積層された耐熱多孔質層38とからなるセパレータ430(サンプルH)を用意した(図6参照)。なお、セパレータ全体の厚みは、実施例1と同一としている。 Further, as a comparative example, a separator 430 (referred to as sample H) that differs from the separator 30 only in that it does not have the composite oxide particles 36 was prepared (see FIG. 6). That is, as a comparative example, the first porous layer 431 made of polypropylene, the second porous layer 432 made of polyethylene, the third porous layer 433 made of polypropylene, and the first porous layer 34, 35 without the particle-containing porous layers 34, 35. A separator 430 (sample H) comprising a heat-resistant porous layer 38 laminated on the surface of one porous layer 431 was prepared (see FIG. 6). Note that the thickness of the entire separator is the same as in Example 1.
サンプルA〜Hの測定結果を表1に示す。また、表1の結果に基づいて、第1多孔質層と第2多孔質層との層間における単位面積当たりの複合酸化物粒子36の存在数X(個/1×104 μm2 )とシャットダウン抵抗値(Ω)との相関図を作成した。この相関図を図9に示す。なお、図9では、シャットダウン抵抗をSD抵抗と表記している。 Table 1 shows the measurement results of Samples A to H. Further, based on the results of Table 1, the number X of the composite oxide particles 36 per unit area between the first porous layer and the second porous layer (number / 1 × 10 4 μm 2 ) and shutdown A correlation diagram with the resistance value (Ω) was prepared. This correlation diagram is shown in FIG. In FIG. 9, the shutdown resistance is expressed as SD resistance.
表1に示すように、比較例のサンプルHでは、シャットダウン抵抗値が400Ωとなった。これに対し、実施例1にかかるサンプルA〜Gでは、いずれも、シャットダウン抵抗値が比較例のサンプルHよりも大きくなった。シャットダウン抵抗が大きいほど、Liイオンの移動を防止する能力(電流を遮断する能力)が高まるので、実施例1のセパレータ30は、比較例のセパレータ430に比べて、シャットダウン特性が良好なセパレータといえる。この結果より、第1多孔質層31と第2多孔質層32との層間に複合酸化物粒子36を配置することで、セパレータ30のシャットダウン特性を良好とすることができるといえる。 As shown in Table 1, in the sample H of the comparative example, the shutdown resistance value was 400Ω. On the other hand, in each of samples A to G according to Example 1, the shutdown resistance value was larger than that of sample H of the comparative example. The greater the shutdown resistance, the higher the ability to prevent Li ion migration (the ability to cut off current), so the separator 30 of Example 1 can be said to have better shutdown characteristics than the separator 430 of the comparative example. . From this result, it can be said that the shutdown characteristics of the separator 30 can be improved by arranging the composite oxide particles 36 between the first porous layer 31 and the second porous layer 32.
特に、実施例1にかかるサンプルA〜Gでは、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に複合酸化物粒子を含有する多孔質層を配置することにより、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に複合酸化物粒子を配置しているので、セパレータのシャットダウン特性がより一層良好となっている。 In particular, in Samples A to G according to Example 1, the first porous layer and the first porous layer are arranged by disposing a porous layer containing composite oxide particles between the first porous layer and the second porous layer. Since the composite oxide particles are arranged between the second porous layer and the second porous layer, the shutdown characteristics of the separator are further improved.
さらに、図9に示すように、第1多孔質層と第2多孔質層との層間における単位面積当たりの複合酸化物粒子36の存在数X(個/1×104 μm2 )を、5〜50の範囲内の値とすることで、セパレータのシャットダウン抵抗を極めて大きくすることができる。この結果より、複合酸化物粒子の存在数は、第1多孔質層と第2多孔質層との層間において、1×104 μm2 の単位面積当たり、5〜50個の範囲内の値とするのが好ましいといえる。このような割合で複合酸化物粒子を配置することで、セパレータのシャットダウン抵抗をより一層高めることができ、シャットダウン特性に優れたセパレータになるといえる。 Further, as shown in FIG. 9, the number X (number / 1 × 10 4 μm 2 ) of the composite oxide particles 36 per unit area between the first porous layer and the second porous layer is 5 By setting the value in the range of ˜50, the shutdown resistance of the separator can be extremely increased. From this result, the number of the composite oxide particles is a value in the range of 5 to 50 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 between the first porous layer and the second porous layer. It is preferable to do this. By arranging the composite oxide particles at such a ratio, it can be said that the shutdown resistance of the separator can be further increased and the separator has excellent shutdown characteristics.
次に、実施例2のセパレータ130について、シャットダウン抵抗を測定した。シャットダウン抵抗は、第2多孔質層132の溶融によりシャットダウン機能が発揮されたときのセパレータ130の抵抗値である。具体的には、実施例1のセパレータ30と同様に、セパレータ130の温度が150℃(シャットダウン温度)に達したときのセパレータ130の抵抗値である。
なお、測定方法は、実施例1のセパレータ30(サンプルA〜G)と同様である。
Next, the shutdown resistance of the separator 130 of Example 2 was measured. The shutdown resistance is a resistance value of the separator 130 when the shutdown function is exhibited by melting the second porous layer 132. Specifically, like the separator 30 of Example 1, the resistance value of the separator 130 when the temperature of the separator 130 reaches 150 ° C. (shutdown temperature).
In addition, the measuring method is the same as that of the separator 30 (samples A to G) of the first embodiment.
本測定では、実施例2のセパレータ130として、複合酸化物粒子36の平均粒径(D50の値)を異ならせたサンプルセパレータ(サンプルI〜Lとする)を用意し、それぞれのサンプルについてシャットダウン抵抗を測定している(表2参照)。 In this measurement, sample separators (samples I to L) having different average particle diameters (values of D50) of the composite oxide particles 36 are prepared as the separators 130 of Example 2, and the shutdown resistance is set for each sample. (See Table 2).
具体的には、サンプルIでは、複合酸化物粒子36の平均粒径を0.5μmとしている。サンプルJでは、複合酸化物粒子36の平均粒径を1μmとしている。サンプルKでは、複合酸化物粒子36の平均粒径を2μmとしている。サンプルLでは、複合酸化物粒子36の平均粒径を4μmとしている。サンプルMでは、複合酸化物粒子36の平均粒径を5μmとしている。
なお、サンプルI〜Mでは、いずれも、複合酸化物粒子36の存在数Xを40(個/1×104 μm2 )としている。
Specifically, in Sample I, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is 0.5 μm. In Sample J, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is 1 μm. In sample K, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is 2 μm. In the sample L, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is 4 μm. In Sample M, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is 5 μm.
In all of samples I to M, the existence number X of the composite oxide particles 36 is 40 (pieces / 1 × 10 4 μm 2 ).
また、比較例として、セパレータ130と比較して複合酸化物粒子36を有しない点のみが異なるサンプルセパレータ(サンプルNとする)を用意した。すなわち、比較例として、粒子含有多孔質層134を有することなく、ポリプロピレンからなる第1多孔質層とポリエチレンからなる第2多孔質層と第1多孔質層の表面に積層された耐熱多孔質層とからなるサンプルセパレータ(サンプルN)を用意した。なお、セパレータ全体の厚みは、実施例2と同一としている。 In addition, as a comparative example, a sample separator (referred to as sample N) that differs from the separator 130 only in that it does not have the composite oxide particles 36 was prepared. That is, as a comparative example, without having the particle-containing porous layer 134, the first porous layer made of polypropylene, the second porous layer made of polyethylene, and the heat-resistant porous layer laminated on the surface of the first porous layer A sample separator (Sample N) was prepared. Note that the thickness of the entire separator is the same as in Example 2.
サンプルI〜Nの測定結果を表2に示す。また、表2の結果に基づいて、複合酸化物粒子36の平均粒径(μm)とシャットダウン抵抗値(Ω)との相関図を作成した。この相関図を図10に示す。なお、図10では、シャットダウン抵抗をSD抵抗と記載している。 Table 2 shows the measurement results of Samples I to N. Further, based on the results in Table 2, a correlation diagram between the average particle diameter (μm) of the composite oxide particles 36 and the shutdown resistance value (Ω) was created. This correlation diagram is shown in FIG. In FIG. 10, the shutdown resistance is described as SD resistance.
表2に示すように、比較例のサンプルNでは、シャットダウン抵抗値が600Ωとなった。これに対し、実施例2にかかるサンプルI〜Mでは、いずれも、シャットダウン抵抗値が比較例のサンプルNよりも大きくなった。シャットダウン抵抗が大きいほど、Liイオンの移動を防止する能力(電流を遮断する能力)が高まるので、実施例2のセパレータ30は、比較例のセパレータに比べて、シャットダウン特性が良好なセパレータといえる。この結果より、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に複合酸化物粒子を配置することで、セパレータのシャットダウン特性を良好とすることができるといえる。 As shown in Table 2, in the sample N of the comparative example, the shutdown resistance value was 600Ω. On the other hand, in all of the samples I to M according to the example 2, the shutdown resistance value was larger than that of the sample N of the comparative example. The greater the shutdown resistance, the higher the ability to prevent Li ion migration (the ability to cut off the current), so the separator 30 of Example 2 can be said to be a separator with better shutdown characteristics than the separator of the comparative example. From this result, it can be said that the shutdown characteristics of the separator can be improved by disposing the composite oxide particles between the first porous layer and the second porous layer.
特に、実施例2にかかるサンプルI〜Mでは、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に複合酸化物粒子を含有する多孔質層を配置することにより、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に複合酸化物粒子を配置しているので、セパレータのシャットダウン特性がより一層良好となっている。 In particular, in Samples I to M according to Example 2, the first porous layer and the first porous layer are arranged by disposing a porous layer containing composite oxide particles between the first porous layer and the second porous layer. Since the composite oxide particles are arranged between the second porous layer and the second porous layer, the shutdown characteristics of the separator are further improved.
さらに、図10に示すように、複合酸化物粒子36の平均粒径を、1〜4μmの範囲内の値とすることで、セパレータのシャットダウン抵抗を極めて大きくすることができる。この結果より、複合酸化物粒子の平均粒径は、1〜4μmの範囲内の値とするのが好ましいといえる。複合酸化物粒子の平均粒径を1〜4μmの範囲内の値とすることで、セパレータのシャットダウン抵抗をより一層高めることができ、シャットダウン特性に優れたセパレータになるといえる。 Furthermore, as shown in FIG. 10, the shutdown resistance of the separator can be extremely increased by setting the average particle size of the composite oxide particles 36 to a value within the range of 1 to 4 μm. From this result, it can be said that the average particle diameter of the composite oxide particles is preferably set to a value in the range of 1 to 4 μm. By setting the average particle size of the composite oxide particles to a value within the range of 1 to 4 μm, it can be said that the shutdown resistance of the separator can be further increased and the separator has excellent shutdown characteristics.
次に、実施例3のセパレータ230について、シャットダウン抵抗を測定した。シャットダウン抵抗は、第2多孔質層232の溶融によりシャットダウン機能が発揮されたときのセパレータ230の抵抗値である。具体的には、実施例1のセパレータ30と同様に、セパレータ230の温度が150℃(シャットダウン温度)に達したときのセパレータ230の抵抗値である。
なお、測定方法は、実施例1のセパレータ30(サンプルA〜G)と同様である。
Next, the shutdown resistance of the separator 230 of Example 3 was measured. The shutdown resistance is a resistance value of the separator 230 when the shutdown function is exhibited by melting the second porous layer 232. Specifically, like the separator 30 of the first embodiment, the resistance value of the separator 230 when the temperature of the separator 230 reaches 150 ° C. (shutdown temperature).
In addition, the measuring method is the same as that of the separator 30 (samples A to G) of the first embodiment.
本測定では、実施例3のセパレータ230として、複合酸化物粒子36の存在数を異ならせたサンプルセパレータ(サンプルO,Pとする)を用意し、それぞれのサンプルについてシャットダウン抵抗を測定している(表3参照)。 In this measurement, sample separators (samples O and P) having different numbers of composite oxide particles 36 were prepared as the separator 230 of Example 3, and the shutdown resistance was measured for each sample ( (See Table 3).
具体的には、サンプルOでは、第1多孔質層231と第2多孔質層232との層間における1×104 μm2 の単位面積当たりの複合酸化物粒子36の存在数X(個/1×104 μm2 )を、45としている。サンプルPでは、複合酸化物粒子36の存在数X(個/1×104 μm2 )=5としている。
なお、サンプルO,Pでは、いずれも、複合酸化物粒子36の平均粒径を4μmとしている(表3参照)。
Specifically, in the sample O, the number X (number of particles / 1) of the composite oxide particles 36 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 between the first porous layer 231 and the second porous layer 232. X10 4 μm 2 ) is 45. In the sample P, the existence number X (number / 1 × 10 4 μm 2 ) = 5 of the composite oxide particles 36 is set.
In both samples O and P, the average particle diameter of the composite oxide particles 36 is 4 μm (see Table 3).
サンプルO,Pの測定結果を表3に示す。なお、表3には、比較例として、前述のサンプルNの結果を記載している。比較例のサンプルNは、サンプルO,P(セパレータ230)と比較して、複合酸化物粒子36を有しない点のみが異なる。 Table 3 shows the measurement results of Samples O and P. In Table 3, the result of the above-mentioned sample N is described as a comparative example. The sample N of the comparative example is different from the samples O and P (separator 230) only in that the composite oxide particles 36 are not provided.
表3に示すように、比較例のサンプルNでは、シャットダウン抵抗値が600Ωであった。これに対し、実施例3にかかるサンプルO,Pでは、いずれも、シャットダウン抵抗値が比較例のサンプルNよりも大きくなった。シャットダウン抵抗が大きいほど、Liイオンの移動を防止する能力(電流を遮断する能力)が高まるので、実施例3のセパレータ30は、比較例のセパレータに比べて、シャットダウン特性が良好なセパレータといえる。この結果より、第1多孔質層と第2多孔質層との層間に複合酸化物粒子を配置することで、セパレータのシャットダウン特性を良好とすることができるといえる。 As shown in Table 3, in the sample N of the comparative example, the shutdown resistance value was 600Ω. On the other hand, in samples O and P according to Example 3, the shutdown resistance value was larger than that of sample N of the comparative example. The greater the shutdown resistance, the higher the ability to prevent Li ion migration (the ability to cut off the current), so the separator 30 of Example 3 can be said to be a separator with better shutdown characteristics than the separator of the comparative example. From this result, it can be said that the shutdown characteristics of the separator can be improved by disposing the composite oxide particles between the first porous layer and the second porous layer.
以上において、本発明を実施例1〜3に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。 While the present invention has been described with reference to the first to third embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and applied without departing from the scope of the present invention. .
1,100,200 リチウムイオン二次電池
10 正極
20 負極
30,130,230 セパレータ
31,131,231 第1多孔質層
32,132,232 第2多孔質層
33 第3多孔質層
34,35,134 粒子含有多孔質層(複合酸化物粒子を層内に含有する多孔質層)
36 複合酸化物粒子
38 耐熱多孔質層
1,100,200 Lithium ion secondary battery 10 Positive electrode 20 Negative electrode 30, 130, 230 Separator 31, 131, 231 First porous layer 32, 132, 232 Second porous layer 33 Third porous layer 34, 35, 134 Particle-containing porous layer (porous layer containing composite oxide particles in the layer)
36 composite oxide particles 38 heat resistant porous layer
Claims (6)
セパレータであって、
上記第1多孔質層と上記第2多孔質層との層間に、CaとNaとAlとSiとを含有する複合酸化物粒子を備える
セパレータ。 A separator having a first porous layer made of polypropylene and a second porous layer made of polyethylene,
A separator comprising composite oxide particles containing Ca, Na, Al, and Si between the first porous layer and the second porous layer.
ポリエチレンまたはポリプロピレンからなる多孔質層であって前記複合酸化物粒子を層内に含有する多孔質層を、前記第1多孔質層と前記第2多孔質層との層間に介在させることによって、上記第1多孔質層と上記第2多孔質層との層間に上記複合酸化物粒子を配置してなる
セパレータ。 The separator according to claim 1,
By interposing a porous layer made of polyethylene or polypropylene and containing the composite oxide particles in the layer between the first porous layer and the second porous layer, A separator comprising the composite oxide particles disposed between the first porous layer and the second porous layer.
前記複合酸化物粒子の存在数は、前記第1多孔質層と前記第2多孔質層との層間において、1×104 μm2 の単位面積当たり、5〜50個の範囲内の値である
セパレータ。 The separator according to claim 1 or 2,
The number of the composite oxide particles present is a value within a range of 5 to 50 per unit area of 1 × 10 4 μm 2 between the first porous layer and the second porous layer. Separator.
前記複合酸化物粒子の平均粒径は、1〜4μmの範囲内の値である
セパレータ。 It is a separator as described in any one of Claims 1-3,
The average particle size of the composite oxide particles is a separator having a value in the range of 1 to 4 μm.
前記第1多孔質層または前記第2多孔質層の表面に積層された耐熱多孔質層、を有する
セパレータ。 It is a separator as described in any one of Claims 1-4, Comprising:
A separator having a heat-resistant porous layer laminated on a surface of the first porous layer or the second porous layer.
リチウムイオン二次電池であって、
上記セパレータは、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のセパレータである
リチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery having a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode,
The said separator is a lithium ion secondary battery which is a separator as described in any one of Claims 1-5.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150609 |