JP2019029313A - Non-aqueous secondary battery separator, non-aqueous secondary battery, and method for producing non-aqueous secondary battery separator - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性とドライ接着性の両方を兼ね備え、しかもハンドリング性にも優れたセパレータを提供すること【解決手段】多孔質基材と、前記多孔質基材の片面または両面に設けられ、ガラス転移温度が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着性多孔質層と、を備えた複合膜からなる、非水系二次電池用セパレータ。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator which has both heat resistance and dry adhesiveness and is excellent in handleability, and to provide a porous substrate and a glass provided on one side or both sides of the porous substrate. A separator for a non-aqueous secondary battery, which comprises a composite film including a heat-resistant resin having an amide structure having a transition temperature of 200° C. or higher, and a heat-resistant adhesive porous layer containing an acrylic resin. [Selection diagram] None
Description
本発明は非水系二次電池用セパレータ、非水系二次電池および非水系二次電池用セパレ
ータの製造方法に関する。
The present invention relates to a separator for a non-aqueous secondary battery, a non-aqueous secondary battery, and a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery.
リチウムイオン二次電池に代表される非水系二次電池は、高エネルギー密度であり、ノ
ートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、カムコーダ等の携帯型電子機器の電源として
広く用いられている。このリチウムイオン二次電池の安全性確保においてセパレータの役
割は重要であり、高強度かつシャットダウン機能を有するという観点から、ポリエチレン
微多孔膜が用いられてきたが、年々の高エネルギー密度化に伴い、安全性確保のために耐
熱性も要求され始めている。
Non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries have high energy density and are widely used as power sources for portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, digital cameras, and camcorders. The role of the separator is important in ensuring the safety of this lithium ion secondary battery, and from the viewpoint of having high strength and a shutdown function, a polyethylene microporous film has been used, but with the increase in energy density year by year, Heat resistance is also beginning to be required to ensure safety.
このような高温下での安全性確保という観点から、従来、セパレータの耐熱性を高める
技術の一つとして、ポリオレフィンからなる多孔質基材上に全芳香族ポリアミド等の耐熱
樹脂を含む耐熱性多孔質層を形成したセパレータが提案されている(例えば、特許文献1
,2参照)。
From the viewpoint of ensuring safety at such high temperatures, as one of the conventional techniques for improving the heat resistance of separators, a heat-resistant porous material containing a heat-resistant resin such as wholly aromatic polyamide on a porous substrate made of polyolefin is known. A separator having a porous layer has been proposed (for example, Patent Document 1).
, 2).
一方、携帯型電子機器の小型化及び軽量化に伴い、非水系二次電池の外装の簡素化及び
軽量化がなされており、外装材としてステンレス製の缶にかわって、アルミ製の缶が開発
され、さらに金属製の缶にかわって、アルミラミネートフィルム製のパックが開発されて
いる。このアルミラミネートフィルム製パックは軟らかいが故に、該パックを外装材とす
る電池(いわゆるソフトパック電池)においては、外部からの衝撃や、充放電に伴う電極
の膨張及び収縮によって、電極とセパレータとの間に隙間が形成されやすく、電池のサイ
クル寿命が低下することがあるだけでなく、最悪の場合には電極間のショートを引き起こ
し、発火事故につながるケースがある。このため、電極とセパレータとの接着を高める技
術も要求され始めている。
On the other hand, with the miniaturization and weight reduction of portable electronic devices, the exterior and exterior of non-aqueous secondary batteries have been simplified, and aluminum cans have been developed instead of stainless steel cans as exterior materials. In addition, aluminum laminated film packs have been developed in place of metal cans. Since this aluminum laminate film pack is soft, in a battery using the pack as an exterior material (so-called soft pack battery), due to external impact and expansion and contraction of the electrode due to charge and discharge, the electrode and the separator There are cases where gaps are easily formed between them and the cycle life of the battery may be reduced, and in the worst case, a short circuit between the electrodes may be caused, resulting in a fire accident. For this reason, a technique for increasing the adhesion between the electrode and the separator is also being demanded.
このようなセパレータと電極との接着力を高める技術の一つとして、従来、多孔質基材
上にポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む多孔質層を備えたセパレータが提案されている(
例えば、特許文献3参照)。
As one of the techniques for increasing the adhesive force between the separator and the electrode, a separator having a porous layer containing a polyvinylidene fluoride resin on a porous substrate has been proposed (
For example, see Patent Document 3).
しかしながら、上述した特許文献1,2のような従来技術では、全芳香族ポリアミド等
の耐熱樹脂は電極に対して接着性を発現しないため、セパレータと電極とを接着すること
ができない。また、上述した特許文献3に記載されたセパレータでは、ポリフッ化ビニリ
デン系樹脂のガラス転移温度は低く、耐熱性が十分でない場合がある。つまり、特許文献
1〜3のような従来のセパレータは、耐熱性と、電極との接着性の両方の機能を兼ね備え
ていない。より高エネルギー密度化したソフトパック電池において、高温下での安全性と
電池のサイクル寿命を高めるためにも、耐熱性と接着性の両方を兼ね備えたセパレータは
重要となる。
However, in the conventional techniques such as Patent Documents 1 and 2 described above, a heat-resistant resin such as wholly aromatic polyamide does not exhibit adhesiveness to the electrode, and thus the separator and the electrode cannot be bonded. Moreover, in the separator described in Patent Document 3 described above, the glass transition temperature of the polyvinylidene fluoride resin is low, and the heat resistance may not be sufficient. That is, the conventional separators as disclosed in Patent Documents 1 to 3 do not have both functions of heat resistance and adhesion to the electrodes. In a soft pack battery with higher energy density, a separator having both heat resistance and adhesiveness is important in order to increase safety at high temperatures and increase the cycle life of the battery.
特に、電池を製造する際に、正極と負極との間にセパレータを配置した積層体にドライ
ヒートプレス(セパレータに電解液を含浸させずに行う熱プレス処理)を施す場合がある
が、ドライヒートプレスによりセパレータと電極が良好に接着すれば、電池の製造歩留り
を向上させることも可能となる。そのため、ドライヒートプレスにより電極と接着する機
能(以下、ドライ接着性)に優れたセパレータが望まれている。
In particular, when a battery is manufactured, a dry heat press (a heat press treatment performed without impregnating the separator with an electrolyte) may be applied to a laminate in which a separator is disposed between a positive electrode and a negative electrode. If the separator and the electrode are well bonded by pressing, the production yield of the battery can be improved. Therefore, a separator having an excellent function of adhering to an electrode by dry heat pressing (hereinafter referred to as dry adhesion) is desired.
ここで、芳香族ポリアミド等の耐熱樹脂とポリフッ化ビニリデン系樹脂を組合せて、耐
熱性とドライ接着性の両方を兼ね備えたセパレータを得ることが考えられる。しかしなが
ら、樹脂同士には親和性があり、単純に機能の異なる樹脂を組み合わせても実用的なセパ
レータが得られるわけではない。例えば芳香族ポリアミドとポリフッ化ビニリデン系樹脂
とは互いに親和性が悪いため、これらの樹脂を混合して基材上に塗工して複合膜を得た場
合、塗工膜が基材から容易に剥離したり、塗工膜自体が脆く、ハンドリング性に劣ったも
のとなる。また、例えば、多孔質基材に芳香族ポリアミドを含む耐熱層を形成し、この耐
熱層上にさらにポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む接着層を形成して複合膜を得た場合、
接着層が容易に耐熱層から剥離してしまい、ハンドリング性に劣ったものとなる。そのた
め、樹脂同士の親和性やハンドリング性を考慮して、セパレータを設計する必要がある。
Here, it is conceivable to obtain a separator having both heat resistance and dry adhesiveness by combining a heat-resistant resin such as aromatic polyamide and a polyvinylidene fluoride resin. However, the resins have an affinity, and a practical separator cannot be obtained by simply combining resins having different functions. For example, since aromatic polyamide and polyvinylidene fluoride resin have poor affinity for each other, when these resins are mixed and applied onto a substrate to obtain a composite film, the coating film can be easily removed from the substrate. It peels off, or the coating film itself is brittle and has poor handling properties. In addition, for example, when a heat-resistant layer containing an aromatic polyamide is formed on a porous substrate, and an adhesive layer containing a polyvinylidene fluoride resin is further formed on the heat-resistant layer, a composite film is obtained.
The adhesive layer easily peels from the heat-resistant layer, resulting in poor handling properties. Therefore, it is necessary to design the separator in consideration of the affinity between the resins and the handling property.
上述した背景に鑑みて、本発明では、耐熱性とドライ接着性の両方を兼ね備え、しかも
ハンドリング性にも優れたセパレータを提供することを目的とし、これを解決することを
課題とする。
In view of the background described above, an object of the present invention is to provide a separator that has both heat resistance and dry adhesiveness, and that is excellent in handling properties.
前記課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
[1] 多孔質基材と、前記多孔質基材の片面または両面に設けられ、ガラス転移温度が
200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着性
多孔質層と、を備えた複合膜からなる、非水系二次電池用セパレータ。
[2] 前記耐熱接着性多孔質層は、10〜500nmの粒子形状を有する前記アクリル
系樹脂が、前記耐熱樹脂からなる多孔質構造中に分散された構造を有している、上記[1
]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[3] 前記アクリル系樹脂のガラス転移温度が0〜80℃である、上記[2]に記載の
非水系二次電池用セパレータ。
[4] 前記耐熱接着性多孔質層は、前記耐熱樹脂からなる多孔質構造の表面および/ま
たは空孔内表面が前記アクリル系樹脂で被覆された構造を有している、上記[1]に記載
の非水系二次電池用セパレータ。
[5] 前記アクリル系樹脂のガラス転移温度が0℃未満である、上記[4]に記載の非
水系二次電池用セパレータ。
[6] 前記耐熱樹脂が、ポリアミドイミド、全芳香族ポリアミド、ポリ−N−ビニルア
セトアミド、ポリアクリルアミド、および、共重合ポリエーテルアミドからなる群より選
ばれる1種以上である、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレ
ータ。
[7] 前記耐熱接着性多孔質層において、前記アクリル系樹脂および前記耐熱樹脂の合
計質量に対して、前記アクリル系樹脂が5〜60質量%含まれている、上記[1]〜[6
]のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータ。
[8] 前記耐熱接着性多孔質層は、耐熱接着性多孔質層の全質量に対して5〜80質量
%のフィラーを含有する、上記[1]〜[7]のいずれかに記載の非水系二次電池用セパ
レータ。
[9] 前記多孔質基材は、ポリプロピレンを含むポリオレフィン微多孔膜である、上記
[1]〜[8]のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータ。
[10] 前記多孔質基材と前記耐熱接着性多孔質層の剥離強度が0.1N/10mm以
上である、上記[1]〜[9]のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータ。
[11] 前記複合膜の片面または両面に、さらにポリフッ化ビニリデン系樹脂を含んだ
接着性多孔質層が形成されている、上記[1]〜[10]のいずれかに記載の非水系二次
電池用セパレータ。
[12] 正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された上記[1]〜[11
]のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータとを備え、リチウムのドープ・脱ドー
プにより起電力を得る非水系二次電池。
[13] 多孔質基材と、前記多孔質基材の片面または両面に設けられ、ガラス転移温度
が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着
性多孔質層と、を備えた複合膜からなる非水系二次電池用セパレータの製造方法であって
、
(i)耐熱樹脂、アクリル系樹脂および、前記耐熱樹脂とアクリル系樹脂を溶解し得る溶
媒を含む塗工液を多孔質基材上に塗工し、塗工層を形成する工程と、
(ii)前記塗工層を形成した多孔質基材を、前記耐熱樹脂とアクリル系樹脂の貧溶媒を
含む凝固液に浸漬し、塗工層において相分離を誘発しつつ耐熱樹脂及びアクリル系樹脂を
固化させ、多孔質基材上に多孔質層を形成し、複合膜を得る工程と、
(iii)前記複合膜を水洗及び乾燥する工程と、を実施する非水系二次電池用セパレー
タの製造方法。
[14] 多孔質基材と、前記多孔質基材の片面または両面に設けられ、ガラス転移温度
が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着
性多孔質層と、を備えた複合膜からなる非水系二次電池用セパレータの製造方法であって
、
(i)耐熱樹脂、水性エマルジョンであるアクリル系樹脂および、前記耐熱樹脂を溶解し
得る溶媒を含む塗工液を多孔質基材に塗工し、塗工層を形成する工程と、
(ii)前記塗工層を形成した多孔質基材を、前記耐熱樹脂の貧溶媒を含む凝固液に浸漬
し、塗工層において相分離を誘発しつつ耐熱樹脂を固化させ、多孔質基材上に多孔質層を
形成し、複合膜を得る工程と、
(iii)前記複合膜を水洗及び乾燥する工程と、を実施する非水系二次電池用セパレー
タの製造方法。
[15] 前記塗工液に水溶性の界面活性剤が含まれる、上記[14]に記載の非水系二
次電池用セパレータの製造方法。
Specific means for solving the problems include the following aspects.
[1] A heat-resistant adhesive porous layer comprising a porous substrate, a heat-resistant resin having an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher, and an acrylic resin, provided on one or both surfaces of the porous substrate And a separator for a non-aqueous secondary battery.
[2] The heat-resistant adhesive porous layer has a structure in which the acrylic resin having a particle shape of 10 to 500 nm is dispersed in a porous structure made of the heat-resistant resin.
] The separator for non-aqueous secondary batteries described in the above.
[3] The separator for a non-aqueous secondary battery according to [2], wherein the glass transition temperature of the acrylic resin is 0 to 80 ° C.
[4] In the above [1], the heat-resistant adhesive porous layer has a structure in which a surface of a porous structure made of the heat-resistant resin and / or a pore inner surface is coated with the acrylic resin. The separator for non-aqueous secondary batteries as described.
[5] The non-aqueous secondary battery separator according to [4], wherein the acrylic resin has a glass transition temperature of less than 0 ° C.
[6] The above [1] to [1], wherein the heat resistant resin is at least one selected from the group consisting of polyamideimide, wholly aromatic polyamide, poly-N-vinylacetamide, polyacrylamide, and copolymerized polyetheramide. [5] The separator for a non-aqueous secondary battery according to any one of [5].
[7] The above [1] to [6], wherein the heat resistant adhesive porous layer contains 5 to 60% by mass of the acrylic resin with respect to the total mass of the acrylic resin and the heat resistant resin.
] The separator for non-aqueous secondary batteries in any one of.
[8] The non-heat-resistant adhesive layer according to any one of [1] to [7], wherein the heat-resistant adhesive porous layer contains 5 to 80% by mass of filler with respect to the total mass of the heat-resistant adhesive porous layer. Separator for water-based secondary battery.
[9] The separator for a nonaqueous secondary battery according to any one of [1] to [8], wherein the porous substrate is a polyolefin microporous membrane containing polypropylene.
[10] The separator for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [9], wherein a peel strength between the porous substrate and the heat-resistant adhesive porous layer is 0.1 N / 10 mm or more. .
[11] The non-aqueous secondary according to any one of [1] to [10], wherein an adhesive porous layer further including a polyvinylidene fluoride-based resin is formed on one side or both sides of the composite membrane. Battery separator.
[12] The above [1] to [11] arranged between the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode.
] A non-aqueous secondary battery comprising the separator for non-aqueous secondary batteries according to any one of claims 1 to 8, wherein an electromotive force is obtained by doping or dedoping lithium.
[13] A heat-resistant adhesive porous layer comprising a porous substrate, a heat-resistant resin having an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher, and an acrylic resin, provided on one or both surfaces of the porous substrate And a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery comprising a composite membrane comprising:
(I) applying a coating solution containing a heat-resistant resin, an acrylic resin, and a solvent capable of dissolving the heat-resistant resin and the acrylic resin on the porous substrate, and forming a coating layer;
(Ii) The porous base material on which the coating layer is formed is immersed in a coagulating liquid containing a poor solvent for the heat-resistant resin and the acrylic resin, and the heat-resistant resin and the acrylic resin are induced while inducing phase separation in the coating layer. Solidifying and forming a porous layer on the porous substrate to obtain a composite film,
(Iii) A step of washing and drying the composite membrane, and a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery.
[14] A heat-resistant adhesive porous layer comprising a porous substrate, a heat-resistant resin having an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher, and an acrylic resin, provided on one or both surfaces of the porous substrate And a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery comprising a composite membrane comprising:
(I) a step of coating a porous substrate with a heat-resistant resin, an acrylic resin that is an aqueous emulsion, and a solvent that can dissolve the heat-resistant resin to form a coating layer;
(Ii) The porous base material on which the coating layer is formed is immersed in a coagulation liquid containing a poor solvent for the heat-resistant resin, and the heat-resistant resin is solidified while inducing phase separation in the coating layer, Forming a porous layer thereon to obtain a composite membrane;
(Iii) A step of washing and drying the composite membrane, and a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery.
[15] The method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery according to [14], wherein the coating liquid contains a water-soluble surfactant.
本発明によれば、耐熱性とドライ接着性の両方を兼ね備え、しかもハンドリング性にも
優れたセパレータを提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a separator having both heat resistance and dry adhesiveness and excellent handling properties.
以下に、本開示の実施形態について説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例
示するものであり、実施形態の範囲を制限するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described. These descriptions and examples illustrate the embodiments and do not limit the scope of the embodiments.
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を
それぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
In the present disclosure, numerical ranges indicated using “to” indicate ranges including numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
本開示において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別で
きない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
In the present disclosure, the term “process” is not only included in an independent process, but is included in the term if the intended purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes.
本開示において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当
する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種
の物質の合計量を意味する。
In the present disclosure, when referring to the amount of each component in the composition, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of the substances present in the composition unless otherwise specified. It means the total amount of substance.
本開示において、「機械方向」とは、長尺状に製造される多孔質基材及びセパレータに
おいて長尺方向を意味し、「幅方向」とは、「機械方向」に直交する方向を意味する。本
開示において、「機械方向」を「MD方向」ともいい、「幅方向」を「TD方向」ともい
う。
In the present disclosure, the “machine direction” means the long direction in the porous substrate and separator manufactured in a long shape, and the “width direction” means the direction orthogonal to the “machine direction”. . In the present disclosure, “machine direction” is also referred to as “MD direction”, and “width direction” is also referred to as “TD direction”.
本明細書において、共重合体の「単量体成分」とは、共重合体の構成成分であって、単
量体が重合してなる構成単位を意味する。
In the present specification, the “monomer component” of a copolymer means a constituent unit formed by polymerizing monomers, which is a constituent component of the copolymer.
<非水系二次電池用セパレータ>
本開示の非水系二次電池用セパレータ(「セパレータ」ともいう。)は、多孔質基材と
、前記多孔質基材の片面または両面に設けられ、ガラス転移温度が200℃以上のアミド
構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着性多孔質層と、を備えた
複合膜からなる。
<Separator for non-aqueous secondary battery>
The separator for a non-aqueous secondary battery of the present disclosure (also referred to as “separator”) is provided on a porous substrate and one or both surfaces of the porous substrate, and has an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher. And a heat-resistant adhesive porous layer containing an acrylic resin.
本開示のセパレータは、耐熱性とドライ接着性の両方を兼ね備え、しかもハンドリング
性にも優れている。
具体的に、ガラス転移温度が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂が高温下にお
ける安全性を向上し、例えば175℃におけるセパレータの熱収縮率を低減させることが
できる。また、アクリル系樹脂がドライヒートプレスによる電極との接着性を高めるため
、電池の製造工程において電極と位置ずれしにくくなり、電池の製造歩留りを向上させる
ことができる。また、セパレータと電極が良好に接着することで、電池のサイクル特性(
容量維持率)を向上させることができる。さらに、外部からの衝撃や、充放電に伴う電極
の膨張及び収縮で、電極とセパレータとの間に隙間が形成され難く、電極間のショートに
よる発火事故を著しく抑制することが出来る。
また、本開示では、アクリル系樹脂のアクリル基と耐熱樹脂のアミド結合との親和性が
高いことから、耐熱接着性多孔質層において耐熱樹脂とアクリル系樹脂が結着し合って、
多孔質基材から耐熱接着性多孔質層が剥離し難く、耐熱接着性多孔質層も良好に多孔質構
造を維持するため、ハンドリング性に優れている。
The separator of the present disclosure has both heat resistance and dry adhesion, and is excellent in handling properties.
Specifically, a heat resistant resin having an amide structure with a glass transition temperature of 200 ° C. or higher can improve safety at high temperatures, and can reduce the thermal shrinkage of the separator at 175 ° C., for example. In addition, since the acrylic resin enhances the adhesion with the electrode by dry heat pressing, it is difficult to be displaced from the electrode in the battery manufacturing process, and the battery manufacturing yield can be improved. In addition, the battery and the cycle characteristics (
Capacity maintenance rate) can be improved. Furthermore, it is difficult to form a gap between the electrode and the separator due to an external impact or the expansion and contraction of the electrode due to charge and discharge, and it is possible to remarkably suppress a fire accident due to a short between the electrodes.
Further, in the present disclosure, since the affinity between the acrylic group of the acrylic resin and the amide bond of the heat resistant resin is high, the heat resistant resin and the acrylic resin are bound together in the heat resistant adhesive porous layer,
Since the heat-resistant adhesive porous layer is difficult to peel from the porous substrate, and the heat-resistant adhesive porous layer also maintains a porous structure well, it has excellent handling properties.
以下、本開示のセパレータの各構成要素について詳細に説明する。 Hereinafter, each component of the separator of the present disclosure will be described in detail.
[多孔質基材]
本開示において多孔質基材とは、内部に空孔ないし空隙を有する基材を意味する。この
ような基材としては、微多孔膜;繊維状物からなる、不織布、紙等の多孔性シート;など
が挙げられる。多孔質基材としては、セパレータの薄膜化及び強度の観点から、微多孔膜
が好ましい。微多孔膜とは、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連結された構造
となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能となった膜を意味
する。
[Porous substrate]
In the present disclosure, the porous substrate means a substrate having pores or voids therein. Examples of such a substrate include a microporous film; a porous sheet made of a fibrous material such as a nonwoven fabric and paper; The porous substrate is preferably a microporous membrane from the viewpoint of thinning the separator and strength. A microporous membrane means a membrane that has a large number of micropores inside and has a structure in which these micropores are connected, allowing gas or liquid to pass from one surface to the other. To do.
多孔質基材の材料としては、電気絶縁性を有する材料が好ましく、有機材料及び無機材
料のいずれでもよい。
The material for the porous substrate is preferably an electrically insulating material, and may be either an organic material or an inorganic material.
多孔質基材は、多孔質基材にシャットダウン機能を付与するため、熱可塑性樹脂を含む
ことが望ましい。シャットダウン機能とは、電池温度が高まった際に、構成材料が溶解し
て多孔質基材の孔を閉塞することによりイオンの移動を遮断し、電池の熱暴走を防止する
機能をいう。熱可塑性樹脂としては、融点200℃未満の熱可塑性樹脂が好ましい。熱可
塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル;ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;などが挙げられ、中でもポリオレフィンが好ま
しい。
The porous substrate preferably contains a thermoplastic resin in order to provide a shutdown function to the porous substrate. The shutdown function refers to a function of preventing the thermal runaway of the battery by blocking the movement of ions by dissolving the constituent materials and closing the pores of the porous base material when the battery temperature rises. As the thermoplastic resin, a thermoplastic resin having a melting point of less than 200 ° C. is preferable. Examples of the thermoplastic resin include polyesters such as polyethylene terephthalate; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; among these, polyolefins are preferable.
多孔質基材としては、ポリオレフィンを含む微多孔膜(「ポリオレフィン微多孔膜」と
いう。)が好ましい。ポリオレフィン微多孔膜としては、例えば、従来の電池セパレータ
に適用されているポリオレフィン微多孔膜が挙げられ、この中から十分な力学特性とイオ
ン透過性を有するものを選択することが好ましい。
As the porous substrate, a microporous membrane containing polyolefin (referred to as “polyolefin microporous membrane”) is preferable. Examples of the polyolefin microporous membrane include a polyolefin microporous membrane applied to conventional battery separators, and it is preferable to select one having sufficient mechanical properties and ion permeability.
ポリオレフィン微多孔膜は、シャットダウン機能を発現する観点から、ポリエチレンを
含むことが好ましく、ポリエチレンの含有量としては、ポリオレフィン微多孔膜全体の質
量の95質量%以上が好ましい。
The polyolefin microporous membrane preferably contains polyethylene from the viewpoint of exhibiting a shutdown function, and the polyethylene content is preferably 95% by mass or more of the mass of the entire polyolefin microporous membrane.
また、ポリオレフィン微多孔膜は、高温に曝されたときに容易に破膜しない程度の耐熱
性を付与する観点では、ポリプロピレンを含むポリオレフィン微多孔膜であることが好ま
しい。このようなポリプロピレンを含むポリオレフィン微多孔膜としては、ポリプロピレ
ンの含有量が微多孔膜全体の質量の30質量%以上であるポリオレフィン微多孔膜が挙げ
られる。また、ポリエチレンとポリプロピレンが1つの層において混在している微多孔膜
も使用でき、その場合、シャットダウン機能と耐熱性の両立という観点から、ポリプロピ
レンの含有量は微多孔膜全体の質量の0.1〜30質量%であることが好ましい。また、
シャットダウン機能と耐熱性の両立という観点からは、2層以上の積層構造を備え、少な
くとも1層はポリエチレンを含み、少なくとも1層はポリプロピレンを含む構造のポリオ
レフィン微多孔膜も好ましい。特に2層以上の積層構造を備え、少なくとも1層はポリエ
チレンを含み、少なくとも1層はポリプロピレンを含む構造のポリオレフィン微多孔膜が
好ましい。本開示のセパレータは、このようなポリプロピレンを含むポリオレフィン微多
孔膜を多孔質基材として用いた場合であっても、前記耐熱接着性多孔質層がポリプロピレ
ンを含む基材上に良好に密着し、十分な剥離強度を確保することができる。従来、全芳香
族ポリアミド等の耐熱樹脂はポリプロピレンとの親和性が悪く、耐熱樹脂層とポリプロピ
レン層との間で容易に剥離してしまう問題があった。しかし、本開示ではアクリル系樹脂
が両層間の剥離力を確保する役割を果たし、良好なハンドリング性を確保することができ
、より耐熱性に優れたセパレータが得られるようになる。
The polyolefin microporous membrane is preferably a polyolefin microporous membrane containing polypropylene from the viewpoint of imparting heat resistance that does not easily break when exposed to high temperatures. Examples of such a polyolefin microporous membrane containing polypropylene include a polyolefin microporous membrane having a polypropylene content of 30% by mass or more of the total mass of the microporous membrane. In addition, a microporous film in which polyethylene and polypropylene are mixed in one layer can be used. In that case, the content of polypropylene is 0.1% of the total mass of the microporous film from the viewpoint of achieving both a shutdown function and heat resistance. It is preferable that it is -30 mass%. Also,
From the viewpoint of achieving both a shutdown function and heat resistance, a polyolefin microporous membrane having a laminated structure of two or more layers, at least one layer containing polyethylene and at least one layer containing polypropylene is also preferable. In particular, a polyolefin microporous membrane having a laminated structure of two or more layers, wherein at least one layer contains polyethylene and at least one layer contains polypropylene is preferable. Even if the separator of the present disclosure is a case where such a polyolefin microporous membrane containing polypropylene is used as a porous substrate, the heat-resistant adhesive porous layer adheres well to the substrate containing polypropylene, Sufficient peel strength can be ensured. Conventionally, heat-resistant resins such as wholly aromatic polyamides have poor affinity with polypropylene and have a problem that they easily peel off between the heat-resistant resin layer and the polypropylene layer. However, in the present disclosure, the acrylic resin plays the role of ensuring the peeling force between the two layers, can ensure good handling properties, and can provide a separator with more excellent heat resistance.
ポリオレフィン微多孔膜に含まれるポリオレフィンとしては、重量平均分子量(Mw)
が10万〜500万のポリオレフィンが好ましい。ポリオレフィンのMwが10万以上で
あると、微多孔膜に十分な力学特性を付与できる。一方、ポリオレフィンのMwが500
万以下であると、微多孔膜のシャットダウン特性が良好であるし、微多孔膜の成形がしや
すい。
The polyolefin contained in the microporous polyolefin membrane has a weight average molecular weight (Mw).
Is preferably a polyolefin of 100,000 to 5,000,000. When the Mw of the polyolefin is 100,000 or more, sufficient mechanical properties can be imparted to the microporous membrane. On the other hand, Mw of polyolefin is 500
If it is 10,000 or less, the shutdown property of the microporous membrane is good, and the microporous membrane is easy to mold.
ポリオレフィン微多孔膜の製造方法としては、溶融したポリオレフィン樹脂をT−ダイ
から押し出してシート化し、これを結晶化処理した後延伸し、次いで熱処理をして微多孔
膜とする方法:流動パラフィンなどの可塑剤と一緒に溶融したポリオレフィン樹脂をT−
ダイから押し出し、これを冷却してシート化し、延伸した後、可塑剤を抽出し熱処理をし
て微多孔膜とする方法;などが挙げられる。
As a method for producing a polyolefin microporous membrane, a melted polyolefin resin is extruded from a T-die to form a sheet, which is crystallized and then stretched, and then heat-treated to form a microporous membrane: liquid paraffin, etc. Polyolefin resin melted with plasticizer is T-
Examples include a method of extruding from a die, cooling it to form a sheet, stretching and then extracting a plasticizer and heat-treating it to form a microporous film.
繊維状物からなる多孔性シートとしては、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステ
ル;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;芳香族ポリアミド、ポリイミド
、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド等の
耐熱樹脂;セルロース;などの繊維状物からなる、不織布、紙等の多孔性シートが挙げら
れる。
Examples of porous sheets made of fibrous materials include polyesters such as polyethylene terephthalate; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; heat-resistant resins such as aromatic polyamide, polyimide, polyethersulfone, polysulfone, polyetherketone, and polyetherimide; cellulose; Examples thereof include porous sheets made of fibrous materials such as nonwoven fabric and paper.
多孔質基材の表面には、多孔質層を形成するための塗工液との濡れ性を向上させる目的
で、多孔質基材の性質を損なわない範囲で、各種の表面処理を施してもよい。表面処理と
しては、コロナ処理、プラズマ処理、火炎処理、紫外線照射処理等が挙げられる。
The surface of the porous substrate may be subjected to various surface treatments within the range that does not impair the properties of the porous substrate for the purpose of improving the wettability with the coating liquid for forming the porous layer. Good. Examples of the surface treatment include corona treatment, plasma treatment, flame treatment, and ultraviolet irradiation treatment.
[多孔質基材の特性]
本開示において、多孔質基材の厚さは、良好な力学特性と内部抵抗を得る観点から、5
μm〜25μmが好ましい。
[Characteristics of porous substrate]
In the present disclosure, the thickness of the porous substrate is 5 from the viewpoint of obtaining good mechanical properties and internal resistance.
The thickness is preferably from 25 to 25 μm.
多孔質基材のガーレ値(JIS P8117:2009)は、電池の短絡の抑制及び十
分なイオン透過性を得る観点から、50秒/100cc〜300秒/100ccが好まし
い。
The Gurley value (JIS P8117: 2009) of the porous substrate is preferably 50 seconds / 100 cc to 300 seconds / 100 cc from the viewpoint of suppressing short circuit of the battery and obtaining sufficient ion permeability.
多孔質基材の空孔率は、適切な膜抵抗やシャットダウン機能を得る観点から、20%〜
60%が好ましい。多孔質基材の空孔率は、下記の算出方法に従って求める。即ち、構成
材料がa、b、c、…、nであり、各構成材料の質量がWa、Wb、Wc、…、Wn(g
/cm2)であり、各構成材料の真密度がda、db、dc、…、dn(g/cm3)で
あり、膜厚をt(cm)としたとき、空孔率ε(%)は以下の式より求められる。
ε={1−(Wa/da+Wb/db+Wc/dc+…+Wn/dn)/t}×100
The porosity of the porous substrate is 20% to from the viewpoint of obtaining an appropriate membrane resistance and shutdown function.
60% is preferred. The porosity of the porous substrate is determined according to the following calculation method. That is, the constituent materials are a, b, c,..., N, and the mass of each constituent material is Wa, Wb, Wc,.
/ Cm 2 ), the true density of each constituent material is da, db, dc,..., Dn (g / cm 3 ), and the film thickness is t (cm), the porosity ε (%) Is obtained from the following equation.
ε = {1− (Wa / da + Wb / db + Wc / dc +... + Wn / dn) / t} × 100
多孔質基材の突刺強度は、セパレータの製造歩留り及び電池の製造歩留りを向上させる
観点から、300g以上が好ましい。多孔質基材の突刺強度は、カトーテック社KES−
G5ハンディー圧縮試験器を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/s
ecの条件で突刺試験を行って測定する最大突刺荷重(g)を指す。
The puncture strength of the porous base material is preferably 300 g or more from the viewpoint of improving the production yield of the separator and the production yield of the battery. The puncture strength of the porous substrate is Kato Tech KES-
Using a G5 handy compression tester, the radius of curvature of the needle tip is 0.5 mm, and the piercing speed is 2 mm / s.
The maximum piercing load (g) measured by performing a piercing test under the conditions of ec.
[耐熱接着性多孔質層]
本開示において耐熱接着性多孔質層は、多孔質基材の片面又は両面にセパレータの最外
層として設けられ、セパレータと電極とを重ねてプレス又は熱プレスしたときに電極と接
着する層である。
[Heat-resistant adhesive porous layer]
In the present disclosure, the heat-resistant adhesive porous layer is a layer that is provided on one or both sides of a porous substrate as the outermost layer of the separator and adheres to the electrode when the separator and the electrode are stacked and pressed or hot pressed.
本開示において耐熱接着性多孔質層は、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が連
結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能とな
っている。このような耐熱接着性多孔質層としては、以下の2つのタイプが好ましいが、
本開示では耐熱樹脂及びアクリル系樹脂を含む多孔質層であれば特に多孔質構造は限定さ
れない。
In the present disclosure, the heat-resistant adhesive porous layer has a large number of micropores inside and has a structure in which these micropores are connected, and gas or liquid can pass from one surface to the other. It has become. As such a heat-resistant adhesive porous layer, the following two types are preferable,
In the present disclosure, the porous structure is not particularly limited as long as it is a porous layer containing a heat-resistant resin and an acrylic resin.
(1)タイプA:耐熱接着性多孔質層は、10〜500nmの粒子形状を有するアクリル
系樹脂が、耐熱樹脂からなる多孔質構造中に分散された構造を有している。具体的には、
耐熱樹脂がフィブリル状体を形成し、このような多数のフィブリル状体が一体的に連結し
て三次元網目状構造を形成し、この三次元網目状構造中に10〜500nmの粒子形状を
有するアクリル系樹脂が分散された構造となっていることが好ましい。このような多孔質
構造は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)等で確認することができる。
タイプAの耐熱接着性多孔質層において、アクリル系樹脂の粒子径が500nm以下で
あると、透過性が良好なものとなる。このような観点では、アクリル系樹脂の粒子径は2
00nm以下が好ましく、100nm以下が好ましい。一方、アクリル系樹脂の粒子径が
10nmを超えると、電極との接着性が向上する。このような観点では、アクリル系樹脂
の粒子径は20nm以上が好ましく、25nm以上が好ましい。
タイプAのような耐熱接着性多孔質層を形成する上では、アクリル系樹脂としてガラス
転移温度が0〜80℃であるアクリル系樹脂を用いることが好ましい。
(1) Type A: The heat resistant adhesive porous layer has a structure in which an acrylic resin having a particle shape of 10 to 500 nm is dispersed in a porous structure made of a heat resistant resin. In particular,
The heat-resistant resin forms a fibril-like body, and a large number of such fibril-like bodies are integrally connected to form a three-dimensional network structure, and the three-dimensional network structure has a particle shape of 10 to 500 nm. A structure in which acrylic resin is dispersed is preferable. Such a porous structure can be confirmed with, for example, a scanning electron microscope (SEM).
In the type A heat-resistant adhesive porous layer, when the particle diameter of the acrylic resin is 500 nm or less, the permeability is good. From such a viewpoint, the particle diameter of the acrylic resin is 2
00 nm or less is preferable, and 100 nm or less is preferable. On the other hand, when the particle diameter of the acrylic resin exceeds 10 nm, the adhesion with the electrode is improved. From such a viewpoint, the particle diameter of the acrylic resin is preferably 20 nm or more, and more preferably 25 nm or more.
In forming a heat-resistant adhesive porous layer such as Type A, it is preferable to use an acrylic resin having a glass transition temperature of 0 to 80 ° C. as the acrylic resin.
(2)タイプB:耐熱接着性多孔質層は、耐熱樹脂からなる多孔質構造の表面および/ま
たは空孔内表面がアクリル系樹脂で被覆された構造を有している。具体的には、耐熱樹脂
がフィブリル状体を形成し、このような多数のフィブリル状体が一体的に連結して三次元
網目状構造を形成し、この三次元網目状構造の表面および/または空孔内表面をアクリル
系樹脂が被覆した構造となっていることが好ましい。
タイプBの耐熱接着性多孔質層において、アクリル系樹脂が三次元網目状構造の表面の
少なくとも一部を被覆していれば良いが、電極との接着力を向上させる観点では、好まし
くは三次元網目状構造の表面の50%以上、更には80%以上の部分を被覆していること
がより好ましい。このような多孔質構造は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)等で確認
することができる。
タイプBのような耐熱接着性多孔質層を形成する上では、アクリル系樹脂としてガラス
転移温度が0℃未満であるアクリル系樹脂を用いることが好ましい。
(2) Type B: The heat-resistant adhesive porous layer has a structure in which the surface of the porous structure made of a heat-resistant resin and / or the inner surface of the pores is covered with an acrylic resin. Specifically, the heat-resistant resin forms a fibril-like body, and a large number of such fibril-like bodies are integrally connected to form a three-dimensional network structure, and the surface of the three-dimensional network structure and / or It is preferable that the inner surface of the pores is covered with an acrylic resin.
In the heat-resistant adhesive porous layer of type B, it is sufficient that the acrylic resin covers at least a part of the surface of the three-dimensional network structure. From the viewpoint of improving the adhesive force with the electrode, preferably three-dimensional It is more preferable to cover 50% or more, more preferably 80% or more of the surface of the network structure. Such a porous structure can be confirmed with, for example, a scanning electron microscope (SEM).
In forming a heat-resistant adhesive porous layer such as Type B, it is preferable to use an acrylic resin having a glass transition temperature of less than 0 ° C. as the acrylic resin.
耐熱接着性多孔質層は、多孔質基材の片面のみにあるよりも両面にある方が、電池のサ
イクル特性が優れる観点から好ましい。耐熱接着性多孔質層が多孔質基材の両面にあると
、セパレータの両面が耐熱接着性多孔質層を介して両電極とよく接着するからである。な
お、本開示において耐熱接着性多孔質層は、本発明の効果を阻害しない範囲で、さらに上
記アクリル系樹脂と耐熱樹脂以外の樹脂や、無機フィラー、有機フィラー等を含んでもよ
い。
It is preferable that the heat-resistant adhesive porous layer is provided on both surfaces rather than only on one surface of the porous substrate from the viewpoint of excellent battery cycle characteristics. This is because when the heat-resistant adhesive porous layer is on both surfaces of the porous substrate, both surfaces of the separator are well bonded to both electrodes via the heat-resistant adhesive porous layer. In the present disclosure, the heat-resistant adhesive porous layer may further contain a resin other than the acrylic resin and the heat-resistant resin, an inorganic filler, an organic filler, and the like as long as the effects of the present invention are not impaired.
(耐熱樹脂)
本開示において、ガラス転移温度が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂として
は、例えばポリアミドイミド、全芳香族ポリアミド、ポリ−N−ビニルアセトアミド、ポ
リアクリルアミド、および、共重合ポリエーテルアミドからなる群より選ばれる1種以上
であることが好ましい。特に、耐久性の観点から全芳香族ポリアミド(メタ型芳香族ポリ
アミド、パラ型芳香族ポリアミド)が好適であり、さらに多孔質層を形成しやすく耐酸化
還元性に優れるという観点からメタ型芳香族ポリアミドが好適であり、特にポリメタフェ
ニレンイソフタルアミドが好ましい。
(Heat resistant resin)
In the present disclosure, examples of the heat-resistant resin having an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher include, for example, polyamideimide, wholly aromatic polyamide, poly-N-vinylacetamide, polyacrylamide, and copolymerized polyetheramide. It is preferable that it is 1 or more types selected from more. In particular, wholly aromatic polyamides (meta-type aromatic polyamides, para-type aromatic polyamides) are suitable from the viewpoint of durability, and meta-type aromatics from the viewpoint of easy formation of a porous layer and excellent redox resistance. Polyamide is preferred, and polymetaphenylene isophthalamide is particularly preferred.
耐熱樹脂は、ホモポリマーであってもよく、柔軟性の発揮など所望の目的に合わせて若
干の共重合成分を含有することも可能である。すなわち、例えば全芳香族ポリアミドにお
いては、例えば少量の脂肪族成分を共重合することも可能である。
The heat-resistant resin may be a homopolymer, and may contain some copolymer components in accordance with a desired purpose such as exhibiting flexibility. That is, for example, in a wholly aromatic polyamide, a small amount of an aliphatic component can be copolymerized, for example.
(アクリル系樹脂)
本開示において、アクリル系樹脂は、アクリル酸、アクリル酸塩、アクリル酸エステル
、メタクリル酸、メタクリル酸塩、メタクリル酸エステルからなる群より選ばれる1種以
上からなるアクリル系モノマーを含むことが好ましい。アクリル酸塩としては、アクリル
酸ナトリウム、アクリル酸カリウム、アクリル酸マグネシウム、アクリル酸亜鉛等が挙げ
られる。アクリル酸エステルとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル
酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ラ
ウリル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキ
シプロピル、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、イソボニルアリレート、ジ
シクロペンタニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、4−ヒドロキシブチルア
クリレート等が挙げられる。メタクリル酸塩としては、メタクリル酸ナトリウム、メタク
リル酸カリウム、メタクリル酸マグネシウム、メタクリル酸亜鉛等が挙げられる。メタク
リル酸エステルとしては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソ
プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−ヘキシル、
メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ステアリル、メタク
リル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ジエチル
アミノエチル、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、イソボニルメタクリレ
ート、ジシクロペンタニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、4−ヒドロ
キシブチルメタクリレート等が挙げられる。
(Acrylic resin)
In the present disclosure, the acrylic resin preferably includes one or more acrylic monomers selected from the group consisting of acrylic acid, acrylic acid salt, acrylic acid ester, methacrylic acid, methacrylic acid salt, and methacrylic acid ester. Examples of the acrylate include sodium acrylate, potassium acrylate, magnesium acrylate, and zinc acrylate. Examples of acrylate esters include methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, Examples include methoxypolyethylene glycol acrylate, isobornyl arylate, dicyclopentanyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate and the like. Examples of the methacrylate include sodium methacrylate, potassium methacrylate, magnesium methacrylate, and zinc methacrylate. Methacrylic acid esters include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-hexyl methacrylate,
Cyclohexyl methacrylate, lauryl methacrylate, stearyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, methoxypolyethylene glycol methacrylate, isobornyl methacrylate, dicyclopentanyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, 4-hydroxy Examples include butyl methacrylate.
アクリル系モノマーとしては、これらの中でもメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチ
ル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ラウリル、メタクリ
ル酸ステアリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル
、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸ラウ
リル、アクリル酸ステアリル、が好ましい。
Among these acrylic monomers, among them, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, butyl methacrylate, lauryl methacrylate, stearyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate N-butyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, lauryl acrylate, and stearyl acrylate are preferred.
アクリル系樹脂は、上記アクリル系モノマーと他のモノマーとの共重合体であってもよ
く、他のモノマーとしては、スチレン系モノマーや不飽和カルボン酸無水物等を例示する
ことが出来る。
The acrylic resin may be a copolymer of the above acrylic monomer and another monomer, and examples of the other monomer include styrene monomers and unsaturated carboxylic acid anhydrides.
スチレン系モノマーとしては、例えばスチレン、メタクロロスチレン、パラクロロスチ
レン、パラフロロスチレン、パラメトキシスチレン、メタターシャリーブトキシスチレン
、パラターシャリーブトキシスチレン、バラビニル安息香酸、パラメチル−α−メチルス
チレン等を例示することが出来る。
Examples of styrenic monomers include styrene, metachlorostyrene, parachlorostyrene, parafluorostyrene, paramethoxystyrene, metatertiary butoxystyrene, paratertiary butoxystyrene, rose vinyl benzoic acid, paramethyl-α-methylstyrene, etc. I can do it.
不飽和カルボン酸無水物としては、マレイン酸無水物、イタコン酸無水物、シトラコン
酸無水物、4−メタクリロキシエチルトリメリット酸無水物、トリメリット酸無水物など
を例示することが出来る。不飽和カルボン酸無水物の添加は、その強い分極のために電極
の構成成分と分子間相互作用を生み出すだけでなく、酸無水物骨格が電極中の樹脂成分ま
たは耐熱樹脂のアミン末端と反応する場合があり、その結果強固な接着を発現する。
Examples of the unsaturated carboxylic acid anhydride include maleic acid anhydride, itaconic acid anhydride, citraconic acid anhydride, 4-methacryloxyethyl trimellitic acid anhydride, trimellitic acid anhydride, and the like. The addition of unsaturated carboxylic acid anhydride not only creates intermolecular interactions with the electrode components due to its strong polarization, but also the acid anhydride skeleton reacts with the resin component in the electrode or the amine terminus of the heat-resistant resin. In some cases, this results in strong adhesion.
アクリル系樹脂に含有される不飽和カルボン酸無水物は、アクリル系樹脂全量に対して
50質量%以下、更に好ましくは40質量%以下、30質量%以下が最も好ましい。不飽
和カルボン酸無水物の量がアクリル系樹脂全量に対して50質量%以下であれば、アクリ
ル系樹脂のガラス転移温度が80℃を超えることはなく、ドライヒートプレスで電極と強
固に接着させることが可能となる。一方、アクリル系樹脂に含有される不飽和カルボン酸
無水物は、アクリル系樹脂全量に対して1.0質量%以上含まれていると、接着性の観点
で好ましい。このような観点では、5質量%以上がより好ましく、さらには10質量%以
上が特に好ましい。
The unsaturated carboxylic acid anhydride contained in the acrylic resin is most preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and most preferably 30% by mass or less based on the total amount of the acrylic resin. If the amount of unsaturated carboxylic acid anhydride is 50% by mass or less based on the total amount of the acrylic resin, the glass transition temperature of the acrylic resin does not exceed 80 ° C., and the electrode is firmly bonded to the electrode by dry heat press. It becomes possible. On the other hand, the unsaturated carboxylic acid anhydride contained in the acrylic resin is preferably 1.0% by mass or more based on the total amount of the acrylic resin, from the viewpoint of adhesiveness. In such a viewpoint, 5 mass% or more is more preferable, and further 10 mass% or more is particularly preferable.
本開示のセパレータで使用されるアクリル系樹脂のガラス転移温度としては、−70℃
〜80℃の範囲が好適である。一般的には、アクリル系樹脂のガラス転移温度が低いほど
ドライヒートプレスの際に接着性多孔質層の流動性を高めるので、電極表面の凹凸にポリ
マー鎖が入り込んでアンカー効果を発現し、電極と耐熱接着性多孔質層の接着を向上させ
る。ガラス転移温度が−70℃以上であると、セパレータ表面に位置する耐熱接着性多孔
質層がブロッキングを引き起こし難くなる点で好ましい。ガラス転移温度が80℃以下で
あれば、ドライヒートプレスによる接着効果を向上し易くなる点で好ましい。
タイプAのような耐熱接着性多孔質層を形成する上では、ガラス転移温度が0〜80℃
のアクリル系樹脂が好ましく、タイプBを形成する上では、ガラス転移温度が0℃未満の
アクリル系樹脂を使用するのが好ましい。タイプA、タイプBの形成に必要となるガラス
転移温度が異なるアクリル系樹脂は、いずれも上述のアクリル系モノマー、スチレン系モ
ノマー、不飽和カルボン酸無水物等の組み合わせの共重合組成比を変える事で、設計する
ことができる。具体的には、FOX式でアクリル系樹脂のガラス転移温度を、一方溶解度
パラメーターでアクリル系樹脂の電解液耐性や有機溶剤に対する溶解性を予測した上で、
アクリル系モノマー、スチレン系モノマー、不飽和カルボン酸無水物等の組み合わせの共
重合組成比を決定すればよい。
The glass transition temperature of the acrylic resin used in the separator of the present disclosure is −70 ° C.
A range of ˜80 ° C. is preferred. In general, the lower the glass transition temperature of the acrylic resin, the higher the fluidity of the adhesive porous layer during dry heat pressing. And improve the adhesion of heat resistant adhesive porous layer. A glass transition temperature of −70 ° C. or higher is preferred in that the heat-resistant adhesive porous layer located on the separator surface is less likely to cause blocking. A glass transition temperature of 80 ° C. or lower is preferable in that the adhesion effect by dry heat press is easily improved.
In forming a heat-resistant adhesive porous layer such as type A, the glass transition temperature is 0 to 80 ° C.
In order to form type B, it is preferable to use an acrylic resin having a glass transition temperature of less than 0 ° C. Acrylic resins with different glass transition temperatures required for the formation of Type A and Type B can change the copolymer composition ratio of the combination of the above acrylic monomer, styrene monomer, unsaturated carboxylic acid anhydride, etc. And can be designed. Specifically, after predicting the glass transition temperature of the acrylic resin with the FOX formula, while the solubility parameter is used to predict the electrolyte resistance of the acrylic resin and the solubility in organic solvents,
What is necessary is just to determine the copolymerization composition ratio of combinations, such as an acryl-type monomer, a styrene-type monomer, and unsaturated carboxylic acid anhydride.
本開示のセパレータで使用されるアクリル系樹脂のMwとしては、1万〜50万が好ま
しい。アクリル系樹脂のMwが1万以上であるとドライヒートプレスによる電極との接着
強度が向上する点で好ましい。一方、アクリル系樹脂のMwが50万以下であると、ドラ
イヒートプレスの際に接着性多孔質層の流動性が良好になる点で好ましい。アクリル系樹
脂のMwのより好ましい範囲は2万〜30万であり、更には3万〜20万の範囲が最も好
ましい。
The Mw of the acrylic resin used in the separator of the present disclosure is preferably 10,000 to 500,000. It is preferable that Mw of the acrylic resin is 10,000 or more from the viewpoint of improving the adhesive strength with the electrode by dry heat pressing. On the other hand, when the Mw of the acrylic resin is 500,000 or less, it is preferable in that the fluidity of the adhesive porous layer is improved during dry heat pressing. The more preferable range of Mw of the acrylic resin is 20,000 to 300,000, and the most preferable range is 30,000 to 200,000.
耐熱接着性多孔質層におけるアクリル系樹脂の含有量は、本発明の効果を奏する上で、
かつ多孔質基材と耐熱接着性多孔質層との間の剥離強度を高める観点から、前記アクリル
系樹脂および前記耐熱樹脂の合計質量に対して5質量%以上が好ましく、10質量%以上
がより好ましく、15質量%以上が更に好ましく、20質量%以上が更に好ましい。一方
、耐熱接着性多孔質層の凝集破壊を抑制する観点から、耐熱接着性多孔質層におけるアク
リル系樹脂の含有量は、前記アクリル系樹脂および前記耐熱樹脂の合計質量に対して60
質量%以下が好ましく、55質量%以下がより好ましく、50質量%以下が更に好ましく
、45質量%以下が更に好ましい。
The content of the acrylic resin in the heat-resistant adhesive porous layer has the effect of the present invention.
And from a viewpoint of raising the peeling strength between a porous base material and a heat resistant adhesive porous layer, 5 mass% or more is preferable with respect to the total mass of the said acrylic resin and the said heat resistant resin, and 10 mass% or more is more. Preferably, 15 mass% or more is more preferable, and 20 mass% or more is still more preferable. On the other hand, from the viewpoint of suppressing cohesive failure of the heat-resistant adhesive porous layer, the content of the acrylic resin in the heat-resistant adhesive porous layer is 60 with respect to the total mass of the acrylic resin and the heat-resistant resin.
% By mass or less is preferable, 55% by mass or less is more preferable, 50% by mass or less is further preferable, and 45% by mass or less is more preferable.
(その他の樹脂)
本開示において、耐熱接着性多孔質層は、耐熱樹脂及びアクリル系樹脂以外の他の樹脂
を含んでいてもよい。
その他の樹脂としては、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、ビニルニトリ
ル化合物(アクリロニトリル、メタクリロニトリル等)の単独重合体又は共重合体、カル
ボキシメチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリ
ビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル(ポリエチレンオキサイド、ポ
リプロピレンオキサイド等)などが挙げられる。
(Other resins)
In the present disclosure, the heat resistant adhesive porous layer may contain a resin other than the heat resistant resin and the acrylic resin.
Other resins include fluorine rubber, styrene-butadiene copolymer, homopolymer or copolymer of vinyl nitrile compounds (acrylonitrile, methacrylonitrile, etc.), carboxymethyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, Examples include polyvinyl pyrrolidone and polyether (polyethylene oxide, polypropylene oxide, etc.).
(フィラー)
本開示において、耐熱接着性多孔質層は、セパレータの滑り性や耐熱性を向上させる目
的で、無機物又は有機物からなるフィラーを含んでいてもよい。その場合、本開示の効果
を妨げない程度の含有量や粒子サイズとすることが好ましい。フィラーとしては、セル強
度の向上及び電池の安全性確保の観点から、無機フィラーが好ましい。
(Filler)
In the present disclosure, the heat resistant adhesive porous layer may contain a filler made of an inorganic material or an organic material for the purpose of improving the slipperiness and heat resistance of the separator. In that case, it is preferable to make it content and particle size which do not interfere with the effect of this indication. The filler is preferably an inorganic filler from the viewpoint of improving cell strength and ensuring battery safety.
フィラーの平均粒子径は、0.01μm〜5μmが好ましい。その下限値としては0.
1μm以上がより好ましく、上限値としては1μm以下がより好ましい。
The average particle diameter of the filler is preferably 0.01 μm to 5 μm. The lower limit is 0.
1 μm or more is more preferable, and the upper limit value is more preferably 1 μm or less.
無機フィラーとしては、電解液に対して安定であり、且つ、電気化学的に安定な無機フ
ィラーが好ましい。具体的には例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸
化カルシウム、水酸化クロム、水酸化ジルコニウム、水酸化セリウム、水酸化ニッケル、
水酸化ホウ素等の金属水酸化物;アルミナ、チタニア、マグネシア、シリカ、ジルコニア
、チタン酸バリウム等の金属酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;硫
酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩;ケイ酸カルシウム、タルク等の粘土鉱物;など
が挙げられる。これらの無機フィラーは、1種を単独で使用しても2種以上を組み合わせ
て使用してもよい。無機フィラーは、シランカップリング剤等により表面修飾されたもの
でもよい。
As the inorganic filler, an inorganic filler that is stable with respect to the electrolytic solution and electrochemically stable is preferable. Specifically, for example, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, chromium hydroxide, zirconium hydroxide, cerium hydroxide, nickel hydroxide,
Metal hydroxides such as boron hydroxide; metal oxides such as alumina, titania, magnesia, silica, zirconia, and barium titanate; carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate; sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate; And clay minerals such as calcium acid and talc. These inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more. The inorganic filler may be surface-modified with a silane coupling agent or the like.
無機フィラーとしては、電池内での安定性及び電池の安全性確保の観点から、金属水酸
化物及び金属酸化物の少なくとも1種が好ましく、難燃性付与や除電効果の観点から、金
属水酸化物が好ましく、水酸化マグネシウムが更に好ましい。
The inorganic filler is preferably at least one of a metal hydroxide and a metal oxide from the viewpoint of ensuring the stability in the battery and the safety of the battery, and from the viewpoint of imparting flame retardancy and neutralizing effect, metal hydroxide Products are preferred, and magnesium hydroxide is more preferred.
無機フィラーの粒子形状には制限はなく、球に近い形状でもよく、板状の形状でもよい
が、電池の短絡抑制の観点からは、板状の粒子や、凝集していない一次粒子であることが
好ましい。
The particle shape of the inorganic filler is not limited, and may be a shape close to a sphere or a plate shape, but from the viewpoint of suppressing short circuit of the battery, it should be a plate-like particle or a non-aggregated primary particle. Is preferred.
耐熱接着性多孔質層に無機フィラーが含まれている場合、耐熱接着性多孔質層における
無機フィラーの含有量は、耐熱接着性多孔質層に含まれる全樹脂と無機フィラーの合計量
の5〜80質量%が好ましい。無機フィラーの含有量が5質量%以上であると、熱が印加
された際にセパレータの熱収縮が抑制され寸法安定性の観点から好ましい。本観点から、
無機フィラーの含有量は、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好まし
い。一方、無機フィラーの含有量が80質量%以下であると、耐熱接着性多孔質層の電極
への接着が確保される観点から好ましい。本観点から、無機フィラーの含有量は、75質
量%以下がより好ましく、70質量%以下が更に好ましい。
When the inorganic filler is contained in the heat resistant adhesive porous layer, the content of the inorganic filler in the heat resistant adhesive porous layer is 5 to 5 of the total amount of all resins and inorganic fillers contained in the heat resistant adhesive porous layer. 80 mass% is preferable. When the content of the inorganic filler is 5% by mass or more, thermal contraction of the separator is suppressed when heat is applied, which is preferable from the viewpoint of dimensional stability. From this perspective,
As for content of an inorganic filler, 10 mass% or more is more preferable, and 20 mass% or more is still more preferable. On the other hand, when the content of the inorganic filler is 80% by mass or less, it is preferable from the viewpoint of securing the adhesion of the heat-resistant adhesive porous layer to the electrode. From this viewpoint, the content of the inorganic filler is more preferably 75% by mass or less, and further preferably 70% by mass or less.
有機フィラーとしては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル等の架橋アクリル樹脂、
架橋ポリスチレン、架橋ウレタン樹脂などが挙げられ、架橋ポリメタクリル酸メチルが好
ましい。
As the organic filler, for example, a crosslinked acrylic resin such as crosslinked polymethyl methacrylate,
Examples thereof include crosslinked polystyrene and crosslinked urethane resin, and crosslinked polymethyl methacrylate is preferred.
(その他の成分)
本開示において、耐熱接着性多孔質層は、界面活性剤等の分散剤、湿潤剤、消泡剤、p
H調整剤などの添加剤を含んでいてもよい。分散剤は、耐熱接着性多孔質層の塗工成形に
用いられる塗工液に、分散性、塗工性及び保存安定性を向上させる目的で添加される。湿
潤剤、消泡剤、pH調整剤は、接着性多孔質層の塗工成形に用いられる塗工液に、例えば
、多孔質基材とのなじみをよくする目的、塗工液へのエア噛み込みを抑制する目的、又は
pH調整の目的で添加される。
(Other ingredients)
In the present disclosure, the heat-resistant adhesive porous layer includes a dispersant such as a surfactant, a wetting agent, an antifoaming agent, p
An additive such as an H adjusting agent may be included. The dispersant is added to a coating solution used for coating and forming the heat-resistant adhesive porous layer for the purpose of improving dispersibility, coating property, and storage stability. Wetting agents, antifoaming agents, and pH adjusters are used in coating liquids used for coating and forming porous adhesive layers, for example, to improve compatibility with porous substrates. It is added for the purpose of suppressing the entrainment or for the purpose of pH adjustment.
[耐熱接着性多孔質層の特性]
本開示において、耐熱接着性多孔質層の厚さは、多孔質基材の片面において、電極との
接着性の観点から、0.5μm以上が好ましく、1.0μm以上がより好ましく、電池の
エネルギー密度の観点から、8.0μm以下が好ましく、6.0μm以下がより好ましい
。
[Characteristics of heat-resistant adhesive porous layer]
In the present disclosure, the thickness of the heat-resistant adhesive porous layer is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, from the viewpoint of adhesion to the electrode on one side of the porous substrate, and the battery energy. From the viewpoint of density, it is preferably 8.0 μm or less, and more preferably 6.0 μm or less.
耐熱接着性多孔質層が多孔質基材の両面に設けられている場合、一方の面における耐熱
接着性多孔質層の厚さと、他方の面における耐熱接着性多孔質層の厚さとの差は、両面合
計の厚さの20%以下であることが好ましく、低いほど好ましい。
When the heat-resistant adhesive porous layer is provided on both surfaces of the porous substrate, the difference between the thickness of the heat-resistant adhesive porous layer on one surface and the thickness of the heat-resistant adhesive porous layer on the other surface is The thickness is preferably 20% or less of the total thickness of both surfaces, and the lower the thickness, the more preferable.
耐熱接着性多孔質層の重量は、多孔質基材の片面において、電極との接着性の観点から
、0.5g/m2以上が好ましく、0.75g/m2以上がより好ましく、イオン透過性
の観点から、5.0g/m2以下が好ましく、4.0g/m2以下がより好ましい。
The weight of the heat-resistant adhesive porous layer is preferably 0.5 g / m 2 or more, more preferably 0.75 g / m 2 or more, and ion permeation from the viewpoint of adhesion to the electrode on one side of the porous substrate. From a viewpoint of property, 5.0 g / m 2 or less is preferable, and 4.0 g / m 2 or less is more preferable.
耐熱接着性多孔質層の空孔率は、イオン透過性の観点から、30%以上が好ましく、力
学的強度の観点から、80%以下が好ましく、60%以下がより好ましい。本開示におけ
る耐熱接着性多孔質層の空孔率の求め方は、多孔質基材の空孔率の求め方と同様である。
The porosity of the heat-resistant adhesive porous layer is preferably 30% or more from the viewpoint of ion permeability, preferably 80% or less, and more preferably 60% or less from the viewpoint of mechanical strength. The method for obtaining the porosity of the heat-resistant adhesive porous layer in the present disclosure is the same as the method for obtaining the porosity of the porous substrate.
耐熱接着性多孔質層の平均孔径は、イオン透過性の観点から、10nm以上が好ましく
、電極との接着性の観点から、200nm以下が好ましい。本開示における耐熱接着性多
孔質層の平均孔径は、すべての孔が円柱状であると仮定し、次の式によって算出する。
d=4V/S
式中、dは耐熱接着性多孔質層の平均孔径(直径)、Vは耐熱接着性多孔質層1m2当
たりの空孔体積、Sは耐熱接着性多孔質層1m2当たりの空孔表面積を表す。
耐熱接着性多孔質層1m2当たりの空孔体積Vは、耐熱接着性多孔質層の空孔率から算
出する。耐熱接着性多孔質層1m2当たりの空孔表面積Sは、以下の方法で求める。
まず、多孔質基材の比表面積(m2/g)とセパレータの比表面積(m2/g)とを、
窒素ガス吸着法にBET式を適用することにより、窒素ガス吸着量から算出する。これら
の比表面積(m2/g)にそれぞれの目付(g/m2)を乗算して、それぞれの1m2当
たりの空孔表面積を算出する。そして、多孔質基材1m2当たりの空孔表面積をセパレー
タ1m2当たりの空孔表面積から減算して、耐熱接着性多孔質層1m2当たりの空孔表面
積Sを算出する。
The average pore diameter of the heat-resistant adhesive porous layer is preferably 10 nm or more from the viewpoint of ion permeability, and 200 nm or less is preferable from the viewpoint of adhesion to the electrode. The average pore diameter of the heat-resistant adhesive porous layer in the present disclosure is calculated by the following equation assuming that all the pores are cylindrical.
d = 4V / S
In the formula, d is the average pore diameter (diameter) of the heat resistant adhesive porous layer, V is the pore volume per 1 m 2 of the heat resistant adhesive porous layer, and S is the pore surface area per 1 m 2 of the heat resistant adhesive porous layer. Represent.
The pore volume V per 1 m 2 of the heat resistant adhesive porous layer is calculated from the porosity of the heat resistant adhesive porous layer. The pore surface area S per 1 m 2 of the heat-resistant adhesive porous layer is determined by the following method.
First, the specific surface area of the porous substrate (m 2 / g) and the specific surface area of the separator (m 2 / g)
By applying the BET equation to the nitrogen gas adsorption method, calculation is performed from the nitrogen gas adsorption amount. The specific surface area (m 2 / g) is multiplied by the basis weight (g / m 2 ) to calculate the pore surface area per 1 m 2 . Then, the pore surface area per 1 m 2 of the porous substrate is subtracted from the pore surface area per 1 m 2 of the separator to calculate the pore surface area S per 1 m 2 of the heat-resistant adhesive porous layer.
多孔質基材と耐熱接着性多孔質層との間の剥離強度は、0.10N/10mm以上が好
ましい。該剥離強度が0.10N/10mm以上であると、電池の製造工程においてセパ
レータのハンドリング性に優れる。この観点からは、該剥離強度は、0.20N/10m
m以上がより好ましく、高いほど好ましい。該剥離強度の上限は制限されるものではない
が、通常は2.0N/10mm以下である。
The peel strength between the porous substrate and the heat-resistant adhesive porous layer is preferably 0.10 N / 10 mm or more. When the peel strength is 0.10 N / 10 mm or more, the handling property of the separator is excellent in the battery manufacturing process. From this viewpoint, the peel strength is 0.20 N / 10 m.
m or more is more preferable, and it is so preferable that it is high. The upper limit of the peel strength is not limited, but is usually 2.0 N / 10 mm or less.
[その他の層]
上述した多孔質基材と耐熱接着性多孔質層を備えた複合膜は、その片面または両面に、
さらにポリフッ化ビニリデン系樹脂を含んだ接着性多孔質層が形成されていても良い。こ
の場合、接着性多孔質層によりさらに電極との接着性が向上する効果が期待される。
[Other layers]
The composite membrane provided with the porous substrate and the heat-resistant adhesive porous layer described above is on one side or both sides thereof.
Furthermore, an adhesive porous layer containing a polyvinylidene fluoride resin may be formed. In this case, the adhesive porous layer is expected to further improve the adhesion with the electrode.
ここで、全芳香族ポリアミド等の耐熱樹脂を含む耐熱層上に、ポリフッ化ビニリデン系
樹脂を含んだ接着性多孔質層を形成した場合、全芳香族ポリアミドとポリフッ化ビニリデ
ン系樹脂との親和性が悪く、接着性多孔質層が容易に剥離してしまいハンドリング性が悪
くなる問題がある。この点、本開示のセパレータにおいては、耐熱接着性多孔質層におけ
るアクリル系樹脂がポリフッ化ビニリデン系樹脂を含んだ接着性多孔質層と良好に密着す
るため、ハンドリング性を向上させることができ、しかも耐熱性と接着性に優れるように
なる。
Here, when an adhesive porous layer containing a polyvinylidene fluoride resin is formed on a heat resistant layer containing a heat resistant resin such as wholly aromatic polyamide, the affinity between the wholly aromatic polyamide and the polyvinylidene fluoride resin However, there is a problem that the adhesive porous layer is easily peeled off and the handling property is deteriorated. In this regard, in the separator of the present disclosure, the acrylic resin in the heat-resistant adhesive porous layer is in good contact with the adhesive porous layer containing the polyvinylidene fluoride resin, so that the handling property can be improved. Moreover, it has excellent heat resistance and adhesiveness.
上記のポリフッ化ビニリデン系樹脂としては、例えばフッ化ビニリデンの単独重合体(
即ちポリフッ化ビニリデン);フッ化ビニリデンと他の共重合可能なモノマーとの共重合
体(ポリフッ化ビニリデン共重合体);これらの混合物;が挙げられる。フッ化ビニリデ
ンと共重合可能なモノマーとしては、例えば、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロ
プロピレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル、トリ
クロロエチレン等が挙げられ、1種類又は2種類以上を用いることができる。中でも、電
極に対する接着性の観点から、VDF−HFP共重合体が好ましい。なお、ここで言う「
VDF」はフッ化ビニリデン単量体成分を、「HFP」はヘキサフルオロプロピレン単量
体成分を指しており、「VDF−HFP共重合体」とはVDF単量体成分及びHFP単量
体成分を有するポリフッ化ビニリデン系樹脂を意味している。
As the above-mentioned polyvinylidene fluoride resin, for example, a homopolymer of vinylidene fluoride (
That is, polyvinylidene fluoride); copolymers of vinylidene fluoride and other copolymerizable monomers (polyvinylidene fluoride copolymer); and mixtures thereof. Examples of the monomer copolymerizable with vinylidene fluoride include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, vinyl fluoride, trichloroethylene, and the like. One type or two or more types should be used. Can do. Among these, a VDF-HFP copolymer is preferable from the viewpoint of adhesion to electrodes. In addition, here "
“VDF” refers to the vinylidene fluoride monomer component, “HFP” refers to the hexafluoropropylene monomer component, and “VDF-HFP copolymer” refers to the VDF monomer component and the HFP monomer component. It means a polyvinylidene fluoride-based resin having.
また、上述したポリフッ化ビニリデン系樹脂を含んだ接着性多孔質層は、さらにフィラ
ーを含有するのが好ましい。このような形態にすることで、セパレータの安全性(耐熱性
、釘刺試験耐性等)をより高めることが可能となる。フィラーとしては上述した耐熱接着
性多孔質層におけるフィラーと同様のものを使用できる。
Moreover, it is preferable that the adhesive porous layer containing the above-mentioned polyvinylidene fluoride resin further contains a filler. By adopting such a form, it becomes possible to further improve the safety (heat resistance, nail penetration resistance, etc.) of the separator. As the filler, the same filler as that in the heat-resistant adhesive porous layer described above can be used.
[セパレータの特性]
本開示のセパレータの厚さは、機械的強度の観点からは、5μm以上が好ましく、電池
のエネルギー密度の観点からは、35μm以下が好ましい。
[Separator characteristics]
The thickness of the separator of the present disclosure is preferably 5 μm or more from the viewpoint of mechanical strength, and is preferably 35 μm or less from the viewpoint of the energy density of the battery.
本開示のセパレータの突刺強度は、250g〜1000gが好ましく、300g〜60
0gがより好ましい。セパレータの突刺強度の測定方法は、多孔質基材の突刺強度の測定
方法と同様である。
The puncture strength of the separator of the present disclosure is preferably 250 g to 1000 g, and 300 g to 60 g.
0 g is more preferable. The method for measuring the puncture strength of the separator is the same as the method for measuring the puncture strength of the porous substrate.
本開示のセパレータの空孔率は、電極に対する接着性、ハンドリング性、イオン透過性
、及び機械的強度の観点から、30%〜65%が好ましく、30%〜60%がより好まし
い。
The porosity of the separator of the present disclosure is preferably 30% to 65%, more preferably 30% to 60%, from the viewpoints of adhesion to electrodes, handling properties, ion permeability, and mechanical strength.
本開示のセパレータのガーレ値(JIS P8117:2009)は、機械的強度と電
池の負荷特性の観点から、100秒/100cc〜300秒/100ccが好ましい。
The Gurley value (JIS P8117: 2009) of the separator of the present disclosure is preferably 100 seconds / 100 cc to 300 seconds / 100 cc from the viewpoint of mechanical strength and battery load characteristics.
[セパレータの製造方法]
(タイプAの製造方法)
上述したタイプAのセパレータは、例えば、下記工程(i)〜(iii)を有する湿式
塗工法によって製造することができる。
[Manufacturing method of separator]
(Type A manufacturing method)
The above-described type A separator can be produced, for example, by a wet coating method having the following steps (i) to (iii).
(i)ガラス転移温度が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、アクリル系樹脂お
よび、前記耐熱樹脂とアクリル系樹脂を溶解し得る溶媒を含む塗工液を多孔質基材に塗工
し、塗工層を形成する工程。
(ii)前記塗工層を形成した多孔質基材を、前記耐熱樹脂とアクリル系樹脂の貧溶媒を
含む凝固液に浸漬し、塗工層において相分離を誘発しつつ耐熱樹脂及びアクリル系樹脂を
固化させ、多孔質基材上に多孔質層を形成し、複合膜を得る工程。
(iii)前記複合膜を水洗及び乾燥する工程。
(I) coating a porous substrate with a heat-resistant resin having an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher, an acrylic resin, and a solvent capable of dissolving the heat-resistant resin and the acrylic resin; A step of forming a coating layer.
(Ii) The porous base material on which the coating layer is formed is immersed in a coagulating liquid containing a poor solvent for the heat-resistant resin and the acrylic resin, and the heat-resistant resin and the acrylic resin are induced while inducing phase separation in the coating layer. Solidifying and forming a porous layer on the porous substrate to obtain a composite film.
(Iii) A step of washing and drying the composite membrane.
塗工液は、ガラス転移温度が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂とアクリル系
樹脂とを溶媒に溶解又は分散させて調製する。耐熱接着性多孔質層にフィラーを含有させ
る場合は、塗工液中にフィラーを分散させる。
The coating liquid is prepared by dissolving or dispersing a heat-resistant resin having an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher and an acrylic resin in a solvent. When the filler is contained in the heat-resistant adhesive porous layer, the filler is dispersed in the coating solution.
塗工液の調製に用いる溶媒は、耐熱樹脂とアクリル系樹脂を溶解する溶媒(以下、「良
溶媒」ともいう。)を含む。良溶媒としては、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトア
ミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド等の極性アミド溶媒が挙げられる。
The solvent used for preparing the coating solution includes a solvent that dissolves the heat-resistant resin and the acrylic resin (hereinafter also referred to as “good solvent”). Examples of the good solvent include polar amide solvents such as N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, and dimethylformamide.
塗工液の調製に用いる溶媒は、良好な多孔構造を有する多孔質層を形成する観点から、
相分離を誘発させる相分離剤を含むことが好ましい。したがって、塗工液の調製に用いる
溶媒は、良溶媒と相分離剤との混合溶媒であることが好ましい。相分離剤は、塗工に適切
な粘度が確保できる範囲の量で良溶媒と混合することが好ましい。相分離剤としては、水
、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ブタンジオール、
エチレングリコール、プロピレングリコール、トリプロピレングリコール等が挙げられる
。
From the viewpoint of forming a porous layer having a good porous structure, the solvent used for the preparation of the coating liquid,
It is preferred to include a phase separation agent that induces phase separation. Therefore, the solvent used for preparing the coating liquid is preferably a mixed solvent of a good solvent and a phase separation agent. The phase separation agent is preferably mixed with a good solvent in an amount within a range that can ensure a viscosity suitable for coating. Phase separation agents include water, methanol, ethanol, propyl alcohol, butyl alcohol, butanediol,
Examples include ethylene glycol, propylene glycol, and tripropylene glycol.
塗工液の調製に用いる溶媒としては、良好な多孔構造を形成する観点から、良溶媒と相
分離剤との混合溶媒であって、良溶媒を60質量%以上含み、相分離剤を40質量%以下
含む混合溶媒が好ましい。
The solvent used for the preparation of the coating liquid is a mixed solvent of a good solvent and a phase separation agent from the viewpoint of forming a good porous structure, including 60% by mass or more of the good solvent, and 40% of the phase separation agent. % Is preferable.
塗工液の樹脂濃度は、良好な多孔構造を形成する観点から、1質量%〜20質量%が好
ましい。特にアミド構造を有する耐熱樹脂とアクリル系樹脂は、良溶媒と相分離剤との混
合溶媒中で、高温で2相に相分離し、室温付近の低温で相溶した1相となる、いわゆるL
CST(低温臨界共溶温度)型の相図になる場合がある。本発明のセパレータを製造する
に際しては、1相または半透明状態で部分相溶状態にある2相の塗液を用いることが好ま
しい。耐熱樹脂とアクリル系樹脂が、このように相溶または部分相溶した状態で多孔質基
材上に塗工され、凝固相分離させられることで、耐熱樹脂の三次元網目状構造中に10〜
500nmの粒子形状を有するアクリル系樹脂が分散された構造を形成しうる。このよう
な観点から、塗工液の樹脂濃度は2〜13質量%が好ましく、更には3〜10質量%の範
囲がより好ましい。
The resin concentration of the coating liquid is preferably 1% by mass to 20% by mass from the viewpoint of forming a good porous structure. In particular, a heat-resistant resin and an acrylic resin having an amide structure are separated into two phases at a high temperature in a mixed solvent of a good solvent and a phase separation agent, and become a single phase compatible at a low temperature near room temperature, so-called L
There may be a CST (low temperature critical solution temperature) phase diagram. In producing the separator of the present invention, it is preferable to use a two-phase coating liquid that is in a one-phase or translucent state and in a partially compatible state. The heat-resistant resin and the acrylic resin are coated on the porous base material in a state of being compatible or partially compatible as described above, and solidified and phase-separated, so that the heat-resistant resin has 10 to 10 in the three-dimensional network structure.
A structure in which an acrylic resin having a particle shape of 500 nm is dispersed can be formed. From such a viewpoint, the resin concentration of the coating liquid is preferably 2 to 13% by mass, and more preferably 3 to 10% by mass.
多孔質基材への塗工液の塗工手段としては、マイヤーバー、ダイコーター、リバースロ
ールコーター、グラビアコーター等が挙げられる。多孔質層を多孔質基材の両面に形成す
る場合、塗工液を両面同時に基材へ塗工することが生産性の観点から好ましい。
Examples of means for applying the coating liquid to the porous substrate include a Mayer bar, a die coater, a reverse roll coater, and a gravure coater. When forming a porous layer on both surfaces of a porous base material, it is preferable from a viewpoint of productivity to apply a coating liquid to a base material simultaneously on both surfaces.
凝固液は水のみでも良いが、塗工液の調製に用いた良溶媒及び相分離剤と、水とを含む
ことが一般的である。良溶媒と相分離剤の混合比は、塗工液の調製に用いた混合溶媒の混
合比に合わせるのが生産上好ましい。凝固液中の水の含有量は40質量%〜90質量%で
あることが、多孔構造の形成および生産性の観点から好ましい。凝固液の温度は、例えば
20℃〜50℃である。
The coagulation liquid may be water alone, but generally contains a good solvent and a phase separation agent used for preparing the coating liquid and water. It is preferable in production that the mixing ratio of the good solvent and the phase separation agent is matched to the mixing ratio of the mixed solvent used for preparing the coating liquid. The content of water in the coagulation liquid is preferably 40% by mass to 90% by mass from the viewpoint of formation of a porous structure and productivity. The temperature of the coagulation liquid is, for example, 20 ° C to 50 ° C.
本発明のセパレータは、凝固後のセパレータを水洗、乾燥することで製造される。水洗
後に得られるセパレータの耐熱接着性多孔質層は、芳香族ポリアミドの三次元網目状構造
中に10〜500nmの粒子形状を有するアクリル系樹脂が分散された構造となる。前記
アクリル系樹脂のガラス転移温度が0〜80℃である場合には、乾燥後も水洗後の構造を
ほぼ保持した状態となる。乾燥温度としては55〜105℃が好ましい。
The separator of the present invention is produced by washing and drying the solidified separator. The heat-resistant adhesive porous layer of the separator obtained after washing with water has a structure in which an acrylic resin having a particle shape of 10 to 500 nm is dispersed in a three-dimensional network structure of an aromatic polyamide. When the glass transition temperature of the acrylic resin is 0 to 80 ° C., the structure after washing with water is substantially maintained even after drying. The drying temperature is preferably 55 to 105 ° C.
(タイプBの製造方法)
上述したタイプBのセパレータは、上記タイプAの製造方法におけるアクリル系樹脂と
して、ガラス転移温度が0℃未満のアクリル系樹脂を用いることで製造することができる
。ガラス転移温度が0℃未満のアクリル系樹脂は、分子骨格中に長鎖アルキル基などを含
有する場合が多く、アクリル系樹脂自身の表面張力が低下する傾向にあり、アミド骨格を
有する耐熱樹脂よりも低表面張力になる場合がある。このため、乾燥工程で高温処理され
るとアクリル系樹脂自身が自発濡れを誘発し、耐熱樹脂の三次元網目状構造の表面を被覆
した構造の耐熱接着性多孔質層となる。
(Type B manufacturing method)
The type B separator described above can be manufactured by using an acrylic resin having a glass transition temperature of less than 0 ° C. as the acrylic resin in the type A manufacturing method. Acrylic resins having a glass transition temperature of less than 0 ° C. often contain long-chain alkyl groups in the molecular skeleton, and the acrylic resin itself tends to have a reduced surface tension. May have a low surface tension. For this reason, when the high temperature treatment is performed in the drying process, the acrylic resin itself induces spontaneous wetting, resulting in a heat-resistant adhesive porous layer having a structure covering the surface of the three-dimensional network structure of the heat-resistant resin.
また、タイプBのセパレータは、他の方法でも製造することができ、例えば下記工程(
i)〜(iii)を有する湿式塗工法によって製造することができる。なお、上述したタ
イプAの製造条件と共通する部分については説明を省略する。
(i)ガラス転移温度が200℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、水性エマルジョン
であるアクリル系樹脂および、前記耐熱樹脂を溶解し得る溶媒を含む塗工液を多孔質基材
に塗工し、塗工層を形成する工程と、
(ii)前記塗工層を形成した多孔質基材を、前記耐熱樹脂の貧溶媒を含む凝固液に浸漬
し、塗工層において相分離を誘発しつつ耐熱樹脂を固化させ、多孔質基材上に多孔質層を
形成し、複合膜を得る工程と、
(iii)前記複合膜を水洗及び乾燥する工程と、を実施する非水系二次電池用セパレー
タの製造方法。
Further, the type B separator can be produced by other methods, for example, the following steps (
It can be produced by a wet coating method having i) to (iii). The description of the parts common to the type A manufacturing conditions described above is omitted.
(I) coating a porous substrate with a heat-resistant resin having an amide structure having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher, an acrylic resin that is an aqueous emulsion, and a solvent capable of dissolving the heat-resistant resin; Forming a coating layer;
(Ii) The porous base material on which the coating layer is formed is immersed in a coagulation liquid containing a poor solvent for the heat-resistant resin, and the heat-resistant resin is solidified while inducing phase separation in the coating layer, Forming a porous layer thereon to obtain a composite membrane;
(Iii) A step of washing and drying the composite membrane, and a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery.
上記工程(i)において、耐熱樹脂を溶解し得る溶媒としては、上述したタイプAの製
造方法における溶媒を用いることができる。
本方法においては、水が塗工液の貧溶媒となるため、水性エマルジョンの固形分濃度を
高くしないと、所定量のアクリル系樹脂を添加することが出来ない。そのため、塗工液中
の水性エマルジョンの固形分濃度としては30〜80wt%が好ましい。固形分濃度が8
0wt%以下であれば、エマルジョン粒子の凝集を抑制することが出来、耐熱樹脂の三次
元網目状構造中に粒子形状を有するアクリル系樹脂を分散させることが可能となる。一方
、固形分濃度が30wt%以上であれば、接着性能を発現させ得る量のアクリル系樹脂粒
子を添加する事が可能である。
In the step (i), as the solvent capable of dissolving the heat-resistant resin, the solvent in the type A production method described above can be used.
In this method, since water becomes a poor solvent for the coating liquid, a predetermined amount of acrylic resin cannot be added unless the solid content concentration of the aqueous emulsion is increased. Therefore, the solid content concentration of the aqueous emulsion in the coating liquid is preferably 30 to 80 wt%. Solid content concentration is 8
If it is 0 wt% or less, aggregation of emulsion particles can be suppressed, and an acrylic resin having a particle shape can be dispersed in the three-dimensional network structure of the heat-resistant resin. On the other hand, if the solid content concentration is 30 wt% or more, it is possible to add an acrylic resin particle in an amount capable of exhibiting adhesive performance.
水性エマルジョンであるアクリル系樹脂としては、ガラス転移温度が0℃未満のアクリ
ル系樹脂であることが好ましい。
エマルジョン粒子の平均粒子径は10〜500nmの範囲が好ましい。エマルジョン粒
子径が500nm以下であると、一方の面から他方の面へと気体あるいは液体が通過可能
となる。一方、エマルジョン粒子径が10nmを超えると、電極との十分な接着を得るこ
とが出来る。エマルジョン粒子径のより好ましい範囲としては、20〜200nm、更に
は25〜100nmがより好ましい。
The acrylic resin which is an aqueous emulsion is preferably an acrylic resin having a glass transition temperature of less than 0 ° C.
The average particle size of the emulsion particles is preferably in the range of 10 to 500 nm. When the emulsion particle diameter is 500 nm or less, gas or liquid can pass from one surface to the other surface. On the other hand, when the emulsion particle diameter exceeds 10 nm, sufficient adhesion to the electrode can be obtained. A more preferable range of the emulsion particle diameter is 20 to 200 nm, and more preferably 25 to 100 nm.
本製造方法においては、水性エマルジョンを良溶媒に添加するため、塗液の表面張力が
高くなる傾向にある。このため、多孔質基材に対する塗液の濡れ性が低下し、凝固または
水洗工程で塗膜が多孔質基材から剥離する場合がある。このような場合には、前記塗工液
に水溶性の界面活性剤を添加するのが好ましい。水溶性の界面活性剤であれば、水洗工程
で抽出可能である。水溶性の界面活性剤であれば特に種類は問わないが、フッ素系の界面
活性剤は、有機溶剤の表面張力を低下させることが可能である点でより好ましい。
In this production method, since the aqueous emulsion is added to the good solvent, the surface tension of the coating liquid tends to increase. For this reason, the wettability of the coating liquid with respect to a porous base material falls, and a coating film may peel from a porous base material in the coagulation | solidification or the water washing process. In such a case, it is preferable to add a water-soluble surfactant to the coating solution. Any water-soluble surfactant can be extracted in the washing step. The type of the surfactant is not particularly limited as long as it is a water-soluble surfactant, but a fluorine-based surfactant is more preferable because it can reduce the surface tension of the organic solvent.
(その他の製造方法)
本開示のセパレータは、乾式塗工法でも製造し得る。乾式塗工法とは、樹脂を含む塗工
液を多孔質基材に塗工して塗工層を形成した後、塗工層を乾燥させて塗工層を固化させ、
多孔質基材上に多孔質層を形成する方法である。ただし、乾式塗工法は湿式塗工法と比べ
て多孔質層が緻密になりやすいので、良好な多孔構造を得られる観点から湿式塗工法の方
が好ましい。
(Other manufacturing methods)
The separator of the present disclosure can also be manufactured by a dry coating method. The dry coating method is to apply a coating liquid containing a resin on a porous substrate to form a coating layer, then dry the coating layer to solidify the coating layer,
In this method, a porous layer is formed on a porous substrate. However, since the porous layer tends to be denser in the dry coating method than in the wet coating method, the wet coating method is preferable from the viewpoint of obtaining a good porous structure.
本開示のセパレータは、多孔質層を独立したシートとして作製し、この多孔質層を多孔
質基材に重ねて、熱圧着や接着剤によって積層する方法によっても製造し得る。多孔質層
を独立したシートとして作製する方法としては、上述した湿式塗工法又は乾式塗工法を適
用して剥離シート上に多孔質層を形成し、多孔質層から剥離シートを剥離する方法が挙げ
られる。
The separator of the present disclosure can also be manufactured by a method in which a porous layer is produced as an independent sheet, and this porous layer is stacked on a porous substrate and laminated by thermocompression bonding or an adhesive. Examples of a method for producing the porous layer as an independent sheet include a method in which the wet coating method or the dry coating method described above is applied to form a porous layer on the release sheet, and the release sheet is peeled off from the porous layer. It is done.
<非水系二次電池>
本開示の非水系二次電池は、リチウムのドープ・脱ドープにより起電力を得る非水系二
次電池であり、正極と、負極と、本開示の非水系二次電池用セパレータとを備える。ドー
プとは、吸蔵、担持、吸着、又は挿入を意味し、正極等の電極の活物質にリチウムイオン
が入る現象を意味する。
<Non-aqueous secondary battery>
The non-aqueous secondary battery of the present disclosure is a non-aqueous secondary battery that obtains an electromotive force by doping or dedoping lithium, and includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator for the non-aqueous secondary battery of the present disclosure. Doping means occlusion, loading, adsorption, or insertion, and means a phenomenon in which lithium ions enter an active material of an electrode such as a positive electrode.
本開示の非水系二次電池は、例えば、負極と正極とがセパレータを介して対向した電池
素子が電解液と共に外装材内に封入された構造を有する。本開示の非水系二次電池は、非
水電解質二次電池、特にリチウムイオン二次電池に好適である。
The non-aqueous secondary battery of the present disclosure has a structure in which, for example, a battery element in which a negative electrode and a positive electrode face each other via a separator is enclosed in an exterior material together with an electrolytic solution. The nonaqueous secondary battery of the present disclosure is suitable for a nonaqueous electrolyte secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery.
本開示の非水系二次電池は、本開示のセパレータがドライヒートプレスにより電極と良
好に接着するため、製造歩留りが高く、電池のサイクル特性(容量維持率)に優れる。ま
た、耐熱接着性多孔質層が高い耐熱性を有するため、電池が高温になった際にも、多孔質
基材の熱収縮を抑制し、より安全性が向上した電池が得られる。
The non-aqueous secondary battery of the present disclosure has a high manufacturing yield and excellent cycle characteristics (capacity maintenance ratio) of the battery because the separator of the present disclosure adheres well to the electrode by dry heat pressing. In addition, since the heat-resistant adhesive porous layer has high heat resistance, even when the battery becomes high temperature, the heat shrinkage of the porous substrate is suppressed, and a battery with improved safety can be obtained.
以下、本開示の非水系二次電池が備える正極、負極、電解液及び外装材の形態例を説明
する。
Hereinafter, embodiments of the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, and the exterior material included in the nonaqueous secondary battery of the present disclosure will be described.
正極の実施形態例としては、正極活物質及びバインダ樹脂を含む活物質層が集電体上に
配置された構造が挙げられる。活物質層は、さらに導電助剤を含んでもよい。正極活物質
としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物が挙げられ、具体的にはLiCoO2、
LiNiO2、LiMn1/2Ni1/2O2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O
2、LiMn2O4、LiFePO4、LiCo1/2Ni1/2O2、LiAl1/4
Ni3/4O2等が挙げられる。バインダ樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン
系樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体等が挙げられる。導電助剤としては、例えば、ア
セチレンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛粉末等の炭素材料が挙げられる。集電体と
しては、例えば厚さ5μm〜20μmの、アルミ箔、チタン箔、ステンレス箔等が挙げら
れる。
As an embodiment of the positive electrode, there is a structure in which an active material layer including a positive electrode active material and a binder resin is disposed on a current collector. The active material layer may further contain a conductive additive. Examples of the positive electrode active material include a lithium-containing transition metal oxide, specifically, LiCoO 2 ,
LiNiO 2 , LiMn 1/2 Ni 1/2 O 2 , LiCo 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 O
2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiCo 1/2 Ni 1/2 O 2 , LiAl 1/4
Ni 3/4 O 2 and the like. Examples of the binder resin include a polyvinylidene fluoride resin and a styrene-butadiene copolymer. Examples of the conductive aid include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, and graphite powder. Examples of the current collector include aluminum foil, titanium foil, and stainless steel foil having a thickness of 5 μm to 20 μm.
本開示の非水系二次電池においては、本開示のセパレータの耐熱接着性多孔質層に含ま
れるアミド構造を有する耐熱樹脂が耐酸化性に優れるため、耐熱接着性多孔質層を非水系
二次電池の正極側に配置することで、正極活物質として、4.2V以上の高電圧で作動可
能なLiMn1/2Ni1/2O2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2等を適用
しやすい。
In the non-aqueous secondary battery of the present disclosure, the heat-resistant resin having an amide structure contained in the heat-resistant adhesive porous layer of the separator of the present disclosure is excellent in oxidation resistance. LiMn 1/2 Ni 1/2 O 2 , LiCo 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 O that can be operated at a high voltage of 4.2 V or more as a positive electrode active material by being arranged on the positive electrode side of the battery. 2 etc. are easy to apply.
負極の実施形態例としては、負極活物質及びバインダ樹脂を含む活物質層が集電体上に
配置された構造が挙げられる。活物質層は、さらに導電助剤を含んでもよい。負極活物質
としては、リチウムを電気化学的に吸蔵し得る材料が挙げられ、具体的には例えば、炭素
材料;ケイ素、スズ、アルミニウム等とリチウムとの合金;ウッド合金;などが挙げられ
る。バインダ樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、スチレン−ブタジエ
ン共重合体等が挙げられる。導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェ
ンブラック、黒鉛粉末、極細炭素繊維等の炭素材料が挙げられる。集電体としては、例え
ば厚さ5μm〜20μmの、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等が挙げられる。また、上
記の負極に代えて、金属リチウム箔を負極として用いてもよい。
As an embodiment example of the negative electrode, there is a structure in which an active material layer including a negative electrode active material and a binder resin is disposed on a current collector. The active material layer may further contain a conductive additive. Examples of the negative electrode active material include materials that can occlude lithium electrochemically, and specific examples include carbon materials; alloys of silicon, tin, aluminum, and the like with lithium; wood alloys. Examples of the binder resin include a polyvinylidene fluoride resin and a styrene-butadiene copolymer. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as acetylene black, ketjen black, graphite powder, and ultrafine carbon fibers. Examples of the current collector include copper foil, nickel foil, and stainless steel foil having a thickness of 5 to 20 μm. Moreover, it may replace with said negative electrode and may use metal lithium foil as a negative electrode.
電解液は、リチウム塩を非水系溶媒に溶解した溶液である。リチウム塩としては、例え
ば、LiPF6、LiBF4、LiClO4等が挙げられる。非水系溶媒としては、例え
ば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、
ジフルオロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチ
ルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びそのフッ素置
換体等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル
;などが挙げられ、これらは単独で用いても混合して用いてもよい。電解液としては、環
状カーボネートと鎖状カーボネートとを質量比(環状カーボネート:鎖状カーボネート)
20:80〜40:60で混合し、リチウム塩を0.5mol/L〜1.5mol/L溶
解した溶液が好適である。
The electrolytic solution is a solution in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4, and the like. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate,
Cyclic carbonates such as difluoroethylene carbonate and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and fluorine-substituted products thereof; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; These may be used alone or in combination. As an electrolytic solution, a mass ratio of cyclic carbonate and chain carbonate (cyclic carbonate: chain carbonate)
A solution prepared by mixing 20:80 to 40:60 and dissolving a lithium salt in an amount of 0.5 mol / L to 1.5 mol / L is preferable.
外装材としては、金属缶、アルミラミネートフィルム製パック等が挙げられる。電池の
形状は角型、円筒型、コイン型等があるが、本開示のセパレータはいずれの形状にも好適
である。
Examples of the exterior material include metal cans and aluminum laminate film packs. The battery has a square shape, a cylindrical shape, a coin shape, and the like, but the separator of the present disclosure is suitable for any shape.
本開示の非水系二次電池の製造方法としては、セパレータに電解液を含浸させずに熱プ
レス処理(本開示において「ドライヒートプレス」という。)を行って電極に接着させ、
その後にセパレータに電解液を含浸させることを含む製造方法が挙げられる。該製造方法
は、例えば、正極と負極との間に本開示のセパレータを配置した積層体を製造する積層工
程と、積層体にドライヒートプレスを行って電極とセパレータとを接着させるドライ接着
工程と、外装材に収容された積層体に電解液を注入して外装材を封止する後工程と、を有
する。
As a method for producing the non-aqueous secondary battery of the present disclosure, a separator is impregnated with an electrolyte solution and subjected to a hot press treatment (referred to as “dry heat press” in the present disclosure) to be adhered to an electrode,
Thereafter, a production method including impregnating the separator with an electrolytic solution may be mentioned. The manufacturing method includes, for example, a stacking process for manufacturing a laminate in which the separator of the present disclosure is disposed between a positive electrode and a negative electrode, and a dry bonding process in which a dry heat press is performed on the stack to bond the electrode and the separator. And a post-process for sealing the exterior material by injecting an electrolyte into the laminate housed in the exterior material.
積層工程において、正極と負極との間にセパレータを配置する方式は、正極、セパレー
タ、負極をこの順に少なくとも1層ずつ積層する方式(所謂スタック方式)でもよく、正
極、セパレータ、負極、セパレータをこの順に重ね、長さ方向に捲き回す方式でもよい。
In the laminating step, the method of disposing the separator between the positive electrode and the negative electrode may be a method of stacking at least one layer of the positive electrode, the separator, and the negative electrode in this order (so-called stack method). A method of overlapping in order and rolling in the length direction may be used.
ドライ接着工程は、積層体を外装材(例えばアルミラミネートフィルム製パック)に収
容する前に行ってもよく、積層体を外装材に収容した後に行ってもよい。つまり、ドライ
ヒートプレスによって電極とセパレータとが接着した積層体を外装材に収容してもよく、
積層体を外装材に収容した後に外装材の上からドライヒートプレスを行って電極とセパレ
ータとを接着させてもよい。
The dry bonding step may be performed before the laminate is accommodated in an exterior material (for example, an aluminum laminate film pack), or may be performed after the laminate is accommodated in the exterior material. That is, the laminate in which the electrode and the separator are bonded by dry heat pressing may be accommodated in the exterior material,
After the laminate is accommodated in the exterior material, the electrode and the separator may be bonded by dry heat pressing from above the exterior material.
ドライ接着工程におけるプレス温度は、70℃〜120℃が好ましく、75℃〜110
℃がより好ましく、80℃〜100℃が更に好ましい。この温度範囲であると、電極とセ
パレータとの接着が良好であり、また、セパレータが幅方向に適度に膨張し得るので、電
池の短絡が起こりにくい。
ドライ接着工程におけるプレス圧は、電極1cm2当たりの荷重として0.5kg〜4
0kgが好ましい。プレス時間は、プレス温度及びプレス圧に応じて調節することが好ま
しく、例えば0.1分間〜60分間の範囲で調節する。
The press temperature in the dry bonding step is preferably 70 ° C to 120 ° C, and 75 ° C to 110 ° C.
° C is more preferable, and 80 ° C to 100 ° C is still more preferable. Within this temperature range, the adhesion between the electrode and the separator is good, and since the separator can expand appropriately in the width direction, short-circuiting of the battery is unlikely to occur.
The press pressure in the dry bonding process is 0.5 kg to 4 kg as a load per 1 cm 2 of electrode.
0 kg is preferred. The pressing time is preferably adjusted according to the pressing temperature and pressing pressure, and is adjusted, for example, in the range of 0.1 minute to 60 minutes.
上記製造方法においては、ドライヒートプレスする前に積層体に常温プレス(常温下で
の加圧)を施して、積層体を仮接着してもよい。
In the manufacturing method described above, the laminate may be temporarily bonded by subjecting the laminate to room temperature press (pressurization at room temperature) before dry heat pressing.
後工程においては、ドライヒートプレスを行った後、積層体を収容している外装材に電
解液を注入し、外装材の封止を行う。電解液を注入した後、外装材の上からさらに積層体
をヒートプレスしてもよい。封止前に、外装体の内部は真空状態にすることが好ましい。
外装材の封止の方式としては、例えば、外装材の開口部を接着剤で接着する方式、外装材
の開口部を加熱加圧して熱圧着する方式が挙げられる。
In a post process, after performing dry heat press, electrolyte solution is inject | poured into the exterior material which accommodates the laminated body, and an exterior material is sealed. After injecting the electrolytic solution, the laminate may be further heat pressed from above the exterior material. Before sealing, the inside of the exterior body is preferably in a vacuum state.
Examples of a method for sealing the exterior material include a method in which the opening of the exterior material is bonded with an adhesive, and a method in which the opening of the exterior material is heated and pressed to be thermocompression bonded.
以下に実施例を挙げて、本開示のセパレータ及び非水系二次電池をさらに具体的に説明
する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理手順等は、本開示の趣旨を逸脱しな
い限り適宜変更することができる。したがって、本開示のセパレータ及び非水系二次電池
の範囲は、以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきではない。
The separator and non-aqueous secondary battery of the present disclosure will be described more specifically with reference to examples. The materials, amounts used, ratios, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present disclosure. Therefore, the range of the separator and the nonaqueous secondary battery of the present disclosure should not be limitedly interpreted by the specific examples shown below.
<測定方法、評価方法>
実施例及び比較例で適用した測定方法及び評価方法は、以下のとおりである。
<Measurement method, evaluation method>
The measurement methods and evaluation methods applied in Examples and Comparative Examples are as follows.
[樹脂の重量平均分子量]
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィー分析装置(日本分光社
GPC−900)を用い、カラムに東ソー社TSKgel SUPER AWM−Hを2
本用い、溶媒にN,N−ジメチルホルムアミドを使用し、温度40℃、流量10ml/m
inの条件で、ポリスチレン換算の分子量として測定した。
[Weight average molecular weight of resin]
The weight average molecular weight (Mw) of the resin is 2 using Tosoh TSKgel SUPER AWM-H in the column using a gel permeation chromatography analyzer (JASCO Corp. GPC-900).
In this use, N, N-dimethylformamide is used as a solvent, temperature is 40 ° C., flow rate is 10 ml / m.
The molecular weight in terms of polystyrene was measured under the conditions of in.
[樹脂のガラス転移温度]
樹脂のガラス転移温度は、示差走査熱量測定(Differential Scann
ing Calorimetry、DSC)を行って得た示差走査熱量曲線(DSC曲線
)から求めた。ガラス転移温度は、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、階
段状変化部分の曲線の接線であって勾配が最大の接線とが交わる点の温度である。
[Glass transition temperature of resin]
The glass transition temperature of the resin is determined by differential scanning calorimetry (Differential Scanning).
ing Calorimetry (DSC) was obtained from a differential scanning calorimetry curve (DSC curve). The glass transition temperature is a temperature at a point where a straight line obtained by extending the base line on the low temperature side to the high temperature side and a tangent line of the curve of the step-like change portion and the maximum gradient.
[多孔質基材及びセパレータの膜厚]
多孔質基材及びセパレータの膜厚(μm)は、接触式の厚み計(ミツトヨ社LITEM
ATIC)にて20点を測定し、これを平均することで求めた。測定端子は直径5mmの
円柱状の端子を用い、測定中に7gの荷重が印加されるように調整した。
[Film thickness of porous substrate and separator]
The thickness (μm) of the porous substrate and the separator is a contact type thickness meter (Mitutoyo LITEM
20 points were measured at ATIC) and averaged. The measurement terminal was a cylindrical terminal having a diameter of 5 mm, and was adjusted so that a load of 7 g was applied during the measurement.
[耐熱接着性多孔質層の層厚]
耐熱接着性多孔質層の層厚(μm)は、セパレータの膜厚から多孔質基材の膜厚を減算
することにより、両面の合計の層厚を求め、この半分を片面の層厚とした。
[Layer thickness of heat-resistant adhesive porous layer]
The layer thickness (μm) of the heat-resistant adhesive porous layer was obtained by subtracting the thickness of the porous substrate from the thickness of the separator to obtain the total layer thickness on both sides, and this half was taken as the layer thickness on one side .
[ガーレ値]
多孔質基材及びセパレータのガーレ値(秒/100cc)は、JIS P8117:2
009に従い、ガーレ式デンソメータ(東洋精機社G−B2C)を用いて測定した。
[Gurley value]
The Gurley value (second / 100 cc) of the porous substrate and the separator is JIS P8117: 2.
According to 009, it measured using the Gurley type densometer (Toyo Seiki G-B2C).
[空孔率]
多孔質基材及び耐熱接着性多孔質層の空孔率(%)は、下記の式に従って求めた。
ε={1−Ws/(ds・t)}×100
式中、εは空孔率(%)、Wsは目付(g/m2)、dsは真密度(g/cm3)、t
は厚さ(μm)である。
[Porosity]
The porosity (%) of the porous substrate and the heat-resistant adhesive porous layer was determined according to the following formula.
ε = {1-Ws / (ds · t)} × 100
In the formula, ε is the porosity (%), Ws is the basis weight (g / m 2 ), ds is the true density (g / cm 3 ), t
Is the thickness (μm).
[多孔質基材と耐熱接着性多孔質層との間の剥離強度]
セパレータの一方の表面に粘着テープを貼り(貼る際に、粘着テープの長さ方向をセパ
レータのMD方向に一致させた。)、セパレータを粘着テープごと、TD方向1.2cm
、MD方向7cmに切り出した。粘着テープを直下の耐熱接着性多孔質層と共に少し剥が
し、2つに分離した端部をテンシロン(オリエンテック社製RTC−1210A)に把持
させてT字剥離試験を行った。なお、粘着テープは、耐熱接着性多孔質層を多孔質基材か
ら剥がすための支持体として用いたものである。T字剥離試験の引張速度は20mm/m
inとし、多孔質基材から耐熱接着性多孔質層が剥離する際の荷重(N)を測定した。測
定開始後10mmから40mmまでの荷重を0.4mm間隔で採取しその平均を算出し、
幅10mmあたりの荷重(N/10mm)に換算し、さらに試験片3枚の測定値を平均し
て、剥離強度(N/10mm)とした。この剥離強度をセパレータのハンドリング性の一
つの指標とした。
[Peel strength between porous substrate and heat-resistant adhesive porous layer]
Adhesive tape is applied to one surface of the separator (the length direction of the adhesive tape is matched with the MD direction of the separator when applying).
And cut out in the MD direction of 7 cm. The adhesive tape was peeled off together with the heat-resistant adhesive porous layer immediately below, and the two separated ends were held by Tensilon (RTC-1210A manufactured by Orientec Co., Ltd.), and a T-shaped peel test was performed. The pressure-sensitive adhesive tape is used as a support for peeling the heat-resistant adhesive porous layer from the porous substrate. The tensile speed of the T-peel test is 20 mm / m
In, the load (N) when the heat-resistant adhesive porous layer was peeled from the porous substrate was measured. After the start of measurement, loads from 10 mm to 40 mm are sampled at intervals of 0.4 mm, and the average is calculated.
It was converted into a load per 10 mm width (N / 10 mm), and the measured values of three test pieces were averaged to obtain a peel strength (N / 10 mm). This peel strength was used as one index of separator handling properties.
[接着性多孔質層との密着性]
以下の実施例・比較例で作製したセパレータについて、次の通りポリフッ化ビニリデン
系樹脂を含む接着性多孔質層を積層し、接着性多孔質層と耐熱接着性多孔質層との間の密
着性を確認した。
ポリフッ化ビニリデン系樹脂であるVDF−HFP二元共重合体(HFP単位の割合5
.1質量%、重量平均分子量113万)を、樹脂濃度が5質量%となるように、ジメチル
アセトアミドとトリプロピレングリコールの混合溶媒(ジメチルアセトアミド:トリプロ
ピレングリコール=80:20[質量比])に溶解した。この溶液にさらに、無機フィラ
ーとして平均径1μmの炭素粉末を添加し、均一になるまで攪拌し塗工液を作製した。塗
工液において、PVDF系樹脂と無機フィラーの組成比は60:40(質量比)とした。
この塗工液を実施例・比較例で作製した各セパレータの両面に等量塗工し、凝固液(水:
ジメチルアセトアミド:トリプロピレングリコール=62:30:8[質量比]、温度4
0℃)に浸漬して固化させた。次いで、これを水洗し乾燥して、耐熱接着性多孔質層の両
面に接着性多孔質層が形成されたセパレータを得た。
得られたセパレータの一方の表面に粘着テープを貼り、粘着テープをセパレータから剥
がして、以下の基準で接着性多孔質層と耐熱接着性多孔質層との間の密着性を評価した。
A:強固な密着性(粘着テープの粘着面が白色になっている、接着性多孔質層と耐熱接着
性多孔質層との間では剥離が生じていない)
B:十分な接着(粘着テープの粘着面が全体的に黒色で一部に白色部分がある、接着性多
孔質層の一部に耐熱接着性多孔質層が僅かに付着している)
C:弱い接着(粘着テープの粘着面が殆ど黒色になっている、接着性多孔質層だけが剥離
している)
[Adhesion with adhesive porous layer]
For the separators produced in the following examples and comparative examples, an adhesive porous layer containing a polyvinylidene fluoride resin is laminated as follows, and adhesion between the adhesive porous layer and the heat resistant adhesive porous layer is as follows. It was confirmed.
VDF-HFP binary copolymer which is a polyvinylidene fluoride resin (ratio 5 of HFP units)
. 1 mass%, weight average molecular weight 1.13 million) is dissolved in a mixed solvent of dimethylacetamide and tripropylene glycol (dimethylacetamide: tripropylene glycol = 80: 20 [mass ratio]) so that the resin concentration becomes 5 mass%. did. Furthermore, carbon powder with an average diameter of 1 μm was added as an inorganic filler to this solution, and stirred until uniform to prepare a coating solution. In the coating solution, the composition ratio between the PVDF resin and the inorganic filler was 60:40 (mass ratio).
Equal amounts of this coating solution were applied to both sides of each separator produced in the Examples and Comparative Examples, and a coagulation solution (water:
Dimethylacetamide: tripropylene glycol = 62: 30: 8 [mass ratio], temperature 4
(0 ° C.) for solidification. Next, this was washed with water and dried to obtain a separator having an adhesive porous layer formed on both sides of the heat-resistant adhesive porous layer.
An adhesive tape was applied to one surface of the obtained separator, the adhesive tape was peeled off from the separator, and the adhesion between the adhesive porous layer and the heat resistant adhesive porous layer was evaluated according to the following criteria.
A: Strong adhesion (the pressure-sensitive adhesive surface of the pressure-sensitive adhesive tape is white, and no peeling occurs between the adhesive porous layer and the heat-resistant adhesive porous layer)
B: Adequate adhesion (the adhesive surface of the adhesive tape is entirely black and partly has a white part, and the heat-resistant adhesive porous layer is slightly attached to a part of the adhesive porous layer)
C: Weak adhesion (the adhesive surface of the adhesive tape is almost black, only the adhesive porous layer is peeled off)
[正極との接着強度:ドライヒートプレス]
正極活物質であるコバルト酸リチウム粉末89.5g、導電助剤であるアセチレンブラ
ック4.5g、及びバインダであるポリフッ化ビニリデン6gを、ポリフッ化ビニリデン
の濃度が6質量%となるようにN−メチル−ピロリドンに溶解し、双腕式混合機にて攪拌
し、正極用スラリーを作製した。この正極用スラリーを厚さ20μmのアルミ箔の片面に
塗布し、乾燥後プレスして、正極活物質層を有する正極を得た。
[Adhesive strength with positive electrode: Dry heat press]
89.5 g of lithium cobaltate powder as a positive electrode active material, 4.5 g of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 6 g of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed with N-methyl so that the concentration of polyvinylidene fluoride is 6% by mass. -It melt | dissolved in the pyrrolidone and stirred with the double arm type mixer, and produced the slurry for positive electrodes. This positive electrode slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried and pressed to obtain a positive electrode having a positive electrode active material layer.
上記で得た正極を幅1.5cm、長さ7cmに切り出し、セパレータをTD方向1.8
cm、MD方向7.5cmに切り出した。正極とセパレータとを重ね、温度80℃、圧力
5.0MPa、時間3分の条件で熱プレスして、正極とセパレータとを接着させ、これを
試験片とした。試験片の長さ方向(即ちセパレータのMD方向)の一端において正極から
セパレータを少し剥がし、2つに分離した端部をテンシロン(オリエンテック社製RTC
−1210A)に把持させてT字剥離試験を行った。T字剥離試験の引張速度は20mm
/minとし、正極からセパレータが剥離する際の荷重(N)を測定し、測定開始後10
mmから40mmまでの荷重を0.4mm間隔で採取しその平均を算出し、さらに試験片
3枚の測定値を平均して、セパレータの接着強度(N)とした。
The positive electrode obtained above was cut into a width of 1.5 cm and a length of 7 cm, and the separator was 1.8 mm in the TD direction.
It cut out in cm and MD direction 7.5cm. The positive electrode and the separator were stacked and hot pressed under the conditions of a temperature of 80 ° C., a pressure of 5.0 MPa, and a time of 3 minutes to bond the positive electrode and the separator, and this was used as a test piece. At one end in the length direction of the test piece (that is, MD direction of the separator), the separator is slightly peeled off from the positive electrode, and the end separated into two is Tensilon (Orientec RTC).
-1210A) and a T-shaped peel test was conducted. T-peel test tensile speed is 20mm
/ Min, and the load (N) when the separator peels from the positive electrode is measured.
The load from mm to 40 mm was sampled at intervals of 0.4 mm, the average was calculated, and the measured values of three test pieces were averaged to obtain the adhesive strength (N) of the separator.
[負極との接着強度]
負極活物質である人造黒鉛300g、バインダであるスチレン−ブタジエン共重合体の
変性体を40質量%含む水溶性分散液7.5g、増粘剤であるカルボキシメチルセルロー
ス3g、及び適量の水を双腕式混合機にて攪拌し、負極用スラリーを作製した。この負極
用スラリーを厚さ10μmの銅箔の片面に塗布し、乾燥後プレスして、負極活物質層を有
する負極を得た。
[Adhesive strength with negative electrode]
300 g of artificial graphite as negative electrode active material, 7.5 g of water-soluble dispersion containing 40% by mass of modified styrene-butadiene copolymer as binder, 3 g of carboxymethyl cellulose as thickener, and appropriate amount of water The mixture was stirred with a type mixer to prepare a negative electrode slurry. This negative electrode slurry was applied to one side of a 10 μm thick copper foil, dried and pressed to obtain a negative electrode having a negative electrode active material layer.
上記で得た負極を用いて、前記[正極との接着強度:ドライヒートプレス]と同様にし
てT字剥離試験を行い、セパレータの接着強度(N)を求めた。
Using the negative electrode obtained above, a T-peel test was conducted in the same manner as in [Adhesive strength with positive electrode: dry heat press] to determine the adhesive strength (N) of the separator.
[熱収縮率]
サンプルとなるセパレータを18cm(MD方向)×6cm(TD方向)に切り出した
。TD方向を2等分する線上に上部から2cm、17cmの箇所(点A、点B)に印を付
けた。また、MD方向を2等分する線上に左から1cm、5cmの箇所(点C、点D)に
印を付けた。これにクリップをつけ(クリップをつける場所はMD方向の上部2cm以内
の箇所)150℃に調整したオーブンの中につるし、無張力下で30分間熱処理を行った
。2点AB間、CD間の長さを熱処理前後で測定し、以下の式4,5から熱収縮率を求め
た。
MD方向熱収縮率={(熱処理前のABの長さ−熱処理後のABの長さ)/熱処理前の
ABの長さ}×100 …(式4)
TD方向熱収縮率={(熱処理前のCDの長さ−熱処理後のCDの長さ)/熱処理前の
CDの長さ}×100 …(式5)
[Heat shrinkage]
A separator serving as a sample was cut into 18 cm (MD direction) × 6 cm (TD direction). On the line that bisects the TD direction, points (point A, point B) of 2 cm and 17 cm from the top were marked. In addition, points (points C and D) 1 cm and 5 cm from the left were marked on a line that bisects the MD direction. A clip was attached to this (the place where the clip is attached is within 2 cm in the upper part of the MD direction), and it was hung in an oven adjusted to 150 ° C. and heat-treated for 30 minutes under no tension. The length between the two points AB and the CD was measured before and after the heat treatment, and the thermal shrinkage rate was obtained from the following equations 4 and 5.
MD direction thermal shrinkage = {(AB length before heat treatment−AB length after heat treatment) / AB length before heat treatment} × 100 (Equation 4)
TD direction thermal contraction rate = {(length of CD before heat treatment−length of CD after heat treatment) / length of CD before heat treatment} × 100 (Formula 5)
[サイクル特性(容量維持率)]
前記の正極及び負極にリードタブを溶接し、正極、セパレータ、負極の順に積層した。
この積層体をアルミラミネートフィルム製のパック中に挿入し、真空シーラーを用いてパ
ック内を真空状態にして仮封止し、パックごと積層体の積層方向に熱プレス機を用いて熱
プレスを行い、これにより、電極とセパレータとの接着を行った。熱プレスの条件は、温
度90℃、電極1cm2当たり20kgの荷重、プレス時間2分間とした。次いで、パッ
ク内に電解液(1mol/L LiPF6−エチレンカーボネート:エチルメチルカーボ
ネート[質量比3:7])を注入し、積層体に電解液をしみ込ませた後、真空シーラーを
用いてパック内を真空状態にして封止し、電池を得た。
[Cycle characteristics (capacity maintenance ratio)]
A lead tab was welded to the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode, the separator, and the negative electrode were laminated in this order.
This laminate is inserted into a pack made of aluminum laminate film, and the inside of the pack is vacuum-sealed using a vacuum sealer, and the whole pack is heat-pressed using a hot press machine in the stacking direction of the laminate. Thus, the electrode and the separator were bonded. The conditions for hot pressing were a temperature of 90 ° C., a load of 20 kg per 1 cm 2 of electrode, and a pressing time of 2 minutes. Next, an electrolytic solution (1 mol / L LiPF 6 -ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate [mass ratio 3: 7]) was injected into the pack, and the laminate was impregnated with the electrolytic solution. Was sealed under vacuum to obtain a battery.
温度40℃の環境下で、電池に500サイクルの充放電を行った。充電は1C且つ4.
2Vの定電流定電圧充電、放電は1C且つ2.75Vカットオフの定電流放電とした。5
00サイクル目の放電容量を初期容量で除し、電池10個の平均を算出し、得られた値(
%)を容量維持率とした。
Under an environment of a temperature of 40 ° C., the battery was charged and discharged for 500 cycles. Charging is 1C and 4.
The constant current and constant voltage charge and discharge of 2 V were 1 C and 2.75 V cut-off constant current discharge. 5
The discharge capacity at the 00th cycle is divided by the initial capacity, the average of 10 batteries is calculated, and the obtained value (
%) Was defined as the capacity retention rate.
[負荷特性]
前記[サイクル特性(容量維持率)]における電池製造と同様にして電池を製造した。
温度15℃の環境下、電池に充放電を行い、0.2Cで放電した際の放電容量と、2Cで
放電した際の放電容量とを測定し、後者を前者で除し、電池10個の平均を算出し、得ら
れた値(%)を負荷特性とした。充電条件は0.2C、4.2Vの定電流定電圧充電8時
間とし、放電条件は2.75Vカットオフの定電流放電とした。
[Load characteristics]
A battery was produced in the same manner as the battery production in [Cycle characteristics (capacity maintenance ratio)].
The battery was charged and discharged in an environment of a temperature of 15 ° C., the discharge capacity when discharged at 0.2 C and the discharge capacity when discharged at 2 C were measured, the latter was divided by the former, and 10 batteries were The average was calculated, and the obtained value (%) was taken as the load characteristic. The charging conditions were 0.2 C, 4.2 V constant current constant voltage charging for 8 hours, and the discharging conditions were 2.75 V cut-off constant current discharging.
<セパレータの作製>
[実施例1]
ジメチルアセトアミドとトリプロピレングリコールの混合溶媒(ジメチルアセトアミド
:トリプロピレングリコール=80:20[質量比])に、メタ型全芳香族ポリアミドで
あるコーネックス(登録商標;帝人テクノプロダクツ社製)と、アクリル系樹脂(アクリ
ル酸ブチル−メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、重合比[質量比]20:40:4
0、重量平均分子量3.2万、ガラス転移温度60℃)とを溶解させ、耐熱接着性多孔質
形成用の塗工液を作製した。塗工液に含まれるメタ型全芳香族ポリアミドとアクリル系樹
脂の質量比を55:45とし、塗工液の樹脂濃度を9.0質量%とした。得られた塗工液
は透明であった。
<Preparation of separator>
[Example 1]
In a mixed solvent of dimethylacetamide and tripropylene glycol (dimethylacetamide: tripropylene glycol = 80: 20 [mass ratio]), Conex (registered trademark; manufactured by Teijin Techno Products), a meta-type wholly aromatic polyamide, and acrylic Resin (butyl acrylate-methyl methacrylate-styrene copolymer, polymerization ratio [mass ratio] 20: 40: 4
0, a weight average molecular weight of 32,000, and a glass transition temperature of 60 ° C.) were dissolved to prepare a coating solution for forming a heat resistant adhesive porous material. The mass ratio of the meta-type wholly aromatic polyamide and the acrylic resin contained in the coating solution was 55:45, and the resin concentration of the coating solution was 9.0% by mass. The obtained coating liquid was transparent.
塗工液を、多孔質基材であるポリエチレン微多孔膜(膜厚9.0μm、ガーレ値150
秒/100cc、空孔率43%)の両面に塗工し(その際、表裏の塗工量が等量になるよ
うに塗工した)、凝固液(水:ジメチルアセトアミド:トリプロピレングリコール=62
.5:30:7.5[質量比]、液温35℃)に浸漬して固化させた。次いで、これを水
洗し乾燥して、ポリエチレン微多孔膜の両面に耐熱接着性多孔質層が形成されたセパレー
タを得た。乾燥温度は60℃とした。顕微鏡(SEM)観察の結果、耐熱接着性多孔質層
は80nmの粒子形状を有するアクリル系樹脂がメタ型全芳香族ポリアミドからなる多孔
質構造中に分散された構造であった。
The coating liquid was a polyethylene microporous membrane (film thickness 9.0 μm, Gurley value 150) which is a porous substrate.
Second / 100 cc, porosity 43%) (in this case, coating was performed so that the front and back coating amount was equal), coagulation liquid (water: dimethylacetamide: tripropylene glycol = 62
. 5: 30: 7.5 [mass ratio], liquid temperature 35 ° C.) and solidified. Next, this was washed with water and dried to obtain a separator in which a heat-resistant adhesive porous layer was formed on both sides of a polyethylene microporous membrane. The drying temperature was 60 ° C. As a result of microscopic (SEM) observation, the heat-resistant adhesive porous layer had a structure in which an acrylic resin having a particle shape of 80 nm was dispersed in a porous structure made of a meta-type wholly aromatic polyamide.
[実施例2]
アクリル系樹脂として、アクリル酸ブチル−メタクリル酸メチル−スチレン−不飽和カ
ルボン酸無水物の4元共重合体(重合比[質量比]20:39:39:2、重量平均分子
量3.5万、ガラス転移温度61℃)に変更した以外は、実施例1と同様にしてセパレー
タを作製した。なお、得られた塗工液は透明であった。セパレータの顕微鏡(SEM)観
察の結果、耐熱接着性多孔質層は78nmの粒子形状を有するアクリル系樹脂がメタ型全
芳香族ポリアミドからなる多孔質構造中に分散された構造であった。
[Example 2]
As an acrylic resin, a quaternary copolymer of butyl acrylate-methyl methacrylate-styrene-unsaturated carboxylic acid anhydride (polymerization ratio [mass ratio] 20: 39: 39: 2, weight average molecular weight 35,000, A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the glass transition temperature was 61 ° C. In addition, the obtained coating liquid was transparent. As a result of microscopic (SEM) observation of the separator, the heat resistant adhesive porous layer had a structure in which an acrylic resin having a particle shape of 78 nm was dispersed in a porous structure made of a meta-type wholly aromatic polyamide.
[実施例3]
ジメチルアセトアミドに、メタ型全芳香族ポリアミドであるコーネックス(登録商標;
帝人テクノプロダクツ社製)と、アクリル系樹脂(アクリル酸ラウリル−アクリル酸エチ
ルヘキシル−スチレンの3元共重合体(重合比[質量比]40:40:20、重量平均分
子量6.5万、ガラス転移温度−18℃)からなる水性エマルジョン(固形分濃度:40
wt%、平均粒子径:170nm)と、水溶性のフッ素系界面活性剤(AGCセイミケミ
カル社製:サーフロンS233)を塗工液に対して0.1wt%添加して8.2質量%の
塗工液を作製した。この塗工液を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製
した。なお、得られた塗工液はアクリル粒子が塗工液に不溶であるため不透明であった。
セパレータの顕微鏡観察の結果、平均粒子径170nmのアクリル系樹脂粒子は観察され
ず、メタ型全芳香族ポリアミドからなる多孔質構造の表面をアクリル系樹脂が被覆した構
造であった。
[Example 3]
Conex (registered trademark), a meta-type wholly aromatic polyamide, is added to dimethylacetamide.
Teijin Techno Products Limited) and acrylic resin (lauryl acrylate-ethylhexyl acrylate-styrene terpolymer (polymerization ratio [mass ratio] 40:40:20, weight average molecular weight 65,000, glass transition) Aqueous emulsion (solid content concentration: 40)
(wt%, average particle size: 170 nm) and 0.1 wt% of a water-soluble fluorosurfactant (manufactured by AGC Seimi Chemical Co., Ltd .: Surflon S233) is added to the coating liquid to achieve 8.2 wt% coating. A working solution was prepared. A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that this coating solution was used. The obtained coating liquid was opaque because acrylic particles were insoluble in the coating liquid.
As a result of microscopic observation of the separator, acrylic resin particles having an average particle diameter of 170 nm were not observed, and the surface of a porous structure made of a meta-type wholly aromatic polyamide was covered with an acrylic resin.
[実施例4]
メタ型全芳香族ポリアミドであるコーネックス(登録商標;帝人テクノプロダクツ社製
)を全芳香族ポリアミドイミド(ソルベイ社製、トーロン4000TF)に変更した以外
は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。なお、得られた塗工液は透明であった
。セパレータの顕微鏡観察の結果、耐熱接着性多孔質層は68nmの粒子形状を有するア
クリル系樹脂が全芳香族ポリアミドイミドからなる多孔質構造中に分散された構造であっ
た。
[Example 4]
A separator was prepared in the same manner as in Example 1 except that Conex (registered trademark; manufactured by Teijin Techno Products), which is a meta-type wholly aromatic polyamide, was changed to a wholly aromatic polyamideimide (Solvay, Torlon 4000TF). did. In addition, the obtained coating liquid was transparent. As a result of microscopic observation of the separator, the heat-resistant adhesive porous layer had a structure in which an acrylic resin having a particle shape of 68 nm was dispersed in a porous structure made of wholly aromatic polyamideimide.
[実施例5]
塗工液に、表1に記載の含有量になるように、さらに水酸化マグネシウム粒子(一次粒
子の体積平均粒径0.8μm、BET比表面積6.8m2/g)を分散した以外は、実施
例1と同様にしてセパレータを作製した。
[Example 5]
Except for further dispersing magnesium hydroxide particles (volume average particle size of primary particles 0.8 μm, BET specific surface area 6.8 m 2 / g) in the coating solution so as to have the contents shown in Table 1, A separator was produced in the same manner as in Example 1.
[実施例6]
多孔質基材をセルガード(ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレンの3層構造
、膜厚16.0μm、ガーレ値185秒/100cc、空孔率48%)に変更した以外は
、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
[Example 6]
Separator as in Example 1 except that the porous substrate was changed to Celgard (polypropylene / polyethylene / polypropylene three-layer structure, film thickness 16.0 μm, Gurley value 185 sec / 100 cc, porosity 48%). Was made.
[比較例1]
塗工液にアクリル系樹脂を含まない以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製し
た。
[Comparative Example 1]
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid did not contain an acrylic resin.
[比較例2]
塗工液にアクリル系樹脂を含まない以外は、実施例4と同様にしてセパレータを作製し
た。
[Comparative Example 2]
A separator was produced in the same manner as in Example 4 except that the coating liquid did not contain an acrylic resin.
[比較例3]
塗工液に耐熱樹脂を含まない以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
[Comparative Example 3]
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the coating solution did not contain a heat resistant resin.
[比較例4]
塗工液に、アクリル系樹脂の代わりにポリフッ化ビニリデン系樹脂(VDF−HFP二
元共重合体、HFP単位の割合5.1質量%、重量平均分子量113万)を用いた以外は
、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。なお、塗工液は白濁していた。
[Comparative Example 4]
Example except that polyvinylidene fluoride resin (VDF-HFP binary copolymer, HFP unit ratio 5.1 mass%, weight average molecular weight 1.13 million) was used in the coating solution instead of acrylic resin In the same manner as in Example 1, a separator was produced. The coating solution was cloudy.
[比較例5]
塗工液に、アクリル系樹脂の代わりにポリフッ化ビニリデン系樹脂(VDF−HFP二
元共重合体、HFP単位の割合5.1質量%、重量平均分子量113万)を用いた以外は
、実施例4と同様にしてセパレータを作製した。なお、塗工液は白濁していた。
[Comparative Example 5]
Example except that polyvinylidene fluoride resin (VDF-HFP binary copolymer, HFP unit ratio 5.1 mass%, weight average molecular weight 1.13 million) was used in the coating solution instead of acrylic resin In the same manner as in Example 4, a separator was produced. The coating solution was cloudy.
Claims (15)
前記多孔質基材の片面または両面に設けられ、ガラス転移温度が200℃以上のアミド
構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着性多孔質層と、
を備えた複合膜からなる、非水系二次電池用セパレータ。 A porous substrate;
A heat-resistant adhesive layer provided on one or both sides of the porous substrate, having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher and having an amide structure, and an acrylic resin; and
The separator for non-aqueous secondary batteries which consists of a composite film provided with.
が、前記耐熱樹脂からなる多孔質構造中に分散された構造を有している、請求項1に記載
の非水系二次電池用セパレータ。 2. The non-heat-resistant adhesive porous layer according to claim 1, wherein the heat-resistant adhesive porous layer has a structure in which the acrylic resin having a particle shape of 10 to 500 nm is dispersed in a porous structure made of the heat-resistant resin. Separator for water-based secondary battery.
次電池用セパレータ。 The separator for nonaqueous secondary batteries according to claim 2, wherein the acrylic resin has a glass transition temperature of 0 to 80 ° C.
孔内表面が前記アクリル系樹脂で被覆された構造を有している、請求項1に記載の非水系
二次電池用セパレータ。 2. The non-aqueous system according to claim 1, wherein the heat-resistant adhesive porous layer has a structure in which a surface of a porous structure made of the heat-resistant resin and / or a pore inner surface is coated with the acrylic resin. Secondary battery separator.
電池用セパレータ。 The separator for non-aqueous secondary batteries according to claim 4, wherein the glass transition temperature of the acrylic resin is less than 0 ° C.
ミド、ポリアクリルアミド、および、共重合ポリエーテルアミドからなる群より選ばれる
1種以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータ。 The heat-resistant resin is at least one selected from the group consisting of polyamideimide, wholly aromatic polyamide, poly-N-vinylacetamide, polyacrylamide, and copolymerized polyetheramide. A separator for a non-aqueous secondary battery according to 1.
に対して、前記アクリル系樹脂が5〜60質量%含まれている、請求項1〜6のいずれか
に記載の非水系二次電池用セパレータ。 The heat-resistant adhesive porous layer according to any one of claims 1 to 6, wherein the acrylic resin is contained in an amount of 5 to 60% by mass with respect to a total mass of the acrylic resin and the heat-resistant resin. Separator for non-aqueous secondary battery.
ィラーを含有する、請求項1〜7のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータ。 The non-aqueous secondary battery separator according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat-resistant adhesive porous layer contains 5 to 80% by mass of filler with respect to the total mass of the heat-resistant adhesive porous layer. .
8のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータ。 The porous substrate is a polyolefin microporous membrane containing polypropylene.
The separator for non-aqueous secondary batteries according to any one of 8.
、請求項1〜9のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレータ。 The separator for non-aqueous secondary batteries according to any one of claims 1 to 9, wherein a peel strength between the porous substrate and the heat-resistant adhesive porous layer is 0.1 N / 10 mm or more.
孔質層が形成されている、請求項1〜10のいずれかに記載の非水系二次電池用セパレー
タ。 The separator for non-aqueous secondary batteries according to any one of claims 1 to 10, wherein an adhesive porous layer further containing a polyvinylidene fluoride resin is formed on one side or both sides of the composite membrane.
記載の非水系二次電池用セパレータとを備え、リチウムのドープ・脱ドープにより起電力
を得る非水系二次電池。 A positive electrode, a negative electrode, and a separator for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 11 disposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electromotive force is obtained by doping or dedoping lithium. Non-aqueous secondary battery.
℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着性多孔質
層と、を備えた複合膜からなる非水系二次電池用セパレータの製造方法であって、
(i)耐熱樹脂、アクリル系樹脂および、前記耐熱樹脂とアクリル系樹脂を溶解し得る溶
媒を含む塗工液を多孔質基材上に塗工し、塗工層を形成する工程と、
(ii)前記塗工層を形成した多孔質基材を、前記耐熱樹脂とアクリル系樹脂の貧溶媒を
含む凝固液に浸漬し、塗工層において相分離を誘発しつつ耐熱樹脂及びアクリル系樹脂を
固化させ、多孔質基材上に多孔質層を形成し、複合膜を得る工程と、
(iii)前記複合膜を水洗及び乾燥する工程と、を実施する非水系二次電池用セパレー
タの製造方法。 A porous substrate and a glass transition temperature of 200 provided on one or both surfaces of the porous substrate.
A method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery comprising a composite film comprising a heat-resistant resin having an amide structure of at least ° C and a heat-resistant adhesive porous layer containing an acrylic resin,
(I) applying a coating solution containing a heat-resistant resin, an acrylic resin, and a solvent capable of dissolving the heat-resistant resin and the acrylic resin on the porous substrate, and forming a coating layer;
(Ii) The porous base material on which the coating layer is formed is immersed in a coagulating liquid containing a poor solvent for the heat-resistant resin and the acrylic resin, and the heat-resistant resin and the acrylic resin are induced while inducing phase separation in the coating layer. Solidifying and forming a porous layer on the porous substrate to obtain a composite film,
(Iii) A step of washing and drying the composite membrane, and a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery.
℃以上のアミド構造を有する耐熱樹脂、および、アクリル系樹脂を含む耐熱接着性多孔質
層と、を備えた複合膜からなる非水系二次電池用セパレータの製造方法であって、
(i)耐熱樹脂、水性エマルジョンであるアクリル系樹脂および、前記耐熱樹脂を溶解し
得る溶媒を含む塗工液を多孔質基材に塗工し、塗工層を形成する工程と、
(ii)前記塗工層を形成した多孔質基材を、前記耐熱樹脂の貧溶媒を含む凝固液に浸漬
し、塗工層において相分離を誘発しつつ耐熱樹脂を固化させ、多孔質基材上に多孔質層を
形成し、複合膜を得る工程と、
(iii)前記複合膜を水洗及び乾燥する工程と、を実施する非水系二次電池用セパレー
タの製造方法。 A porous substrate and a glass transition temperature of 200 provided on one or both surfaces of the porous substrate.
A method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery comprising a composite film comprising a heat-resistant resin having an amide structure of at least ° C and a heat-resistant adhesive porous layer containing an acrylic resin,
(I) a step of coating a porous substrate with a heat-resistant resin, an acrylic resin that is an aqueous emulsion, and a solvent that can dissolve the heat-resistant resin to form a coating layer;
(Ii) The porous base material on which the coating layer is formed is immersed in a coagulation liquid containing a poor solvent for the heat-resistant resin, and the heat-resistant resin is solidified while inducing phase separation in the coating layer, Forming a porous layer thereon to obtain a composite membrane;
(Iii) A step of washing and drying the composite membrane, and a method for producing a separator for a non-aqueous secondary battery.
パレータの製造方法。 The manufacturing method of the separator for non-aqueous secondary batteries of Claim 14 with which water-soluble surfactant is contained in the said coating liquid.
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