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JP2019216033A - Separator for nonaqueous secondary battery and the nonaqueous secondary battery - Google Patents

Separator for nonaqueous secondary battery and the nonaqueous secondary battery Download PDF

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JP2019216033A JP2018112862A JP2018112862A JP2019216033A JP 2019216033 A JP2019216033 A JP 2019216033A JP 2018112862 A JP2018112862 A JP 2018112862A JP 2018112862 A JP2018112862 A JP 2018112862A JP 2019216033 A JP2019216033 A JP 2019216033A
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Abstract

To provide a separator for a nonaqueous secondary battery, capable of configuring the nonaqueous secondary battery which reduce an HF concentration and a gas generation amount, a battery characteristic, specifically, has an excellent cycle characteristic while having an excellent heat resistance.SOLUTION: A separator for a nonaqueous secondary battery, comprises: a porous base material; a binder resin provided on one surface or both surfaces of the porous base material; and a heat resistance porous layer containing a first inorganic particle made of an apatite, and a mean particle diameter (D50) of the first inorganic particle is 0.01 μm or more and 3.0 μm or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery separator and 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、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。また、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、エネルギー密度が高いという特徴から、電力貯蔵用や電動車両用の電池としての適用が検討されている。このような非水系二次電池の普及にともない、電池の安全性を高めることがますます求められている。   Non-aqueous secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, digital cameras, camcorders, and the like. Also, non-aqueous secondary batteries typified by lithium ion secondary batteries are characterized by their high energy density, and are being studied for use as batteries for power storage and for electric vehicles. With the spread of such non-aqueous secondary batteries, there is an increasing demand for enhancing the safety of the batteries.

非水系二次電池を構成する部材の一つであるセパレータには、電池の安全性を担保するために、電池内部が高温になっても容易に破膜しない耐熱性が要求される。耐熱性を高めたセパレータとして、無機粒子を含有する多孔質層を多孔質基材上に備えたセパレータが知られている(例えば、特許文献1〜7参照)。   The separator, which is one of the members constituting the non-aqueous secondary battery, is required to have heat resistance that does not easily break even when the temperature inside the battery becomes high, in order to ensure the safety of the battery. As a separator having improved heat resistance, a separator provided with a porous layer containing inorganic particles on a porous substrate is known (for example, see Patent Documents 1 to 7).

特開2011−044419号公報JP 2011-044419 A 特開2015−115321号公報JP-A-2015-115321 国際公開第2014/148036号パンフレットWO 2014/14836 pamphlet 国際公開第2016/056289号パンフレットWO 2016/056289 pamphlet 国際公開第2016/056288号パンフレットWO 2016/056288 pamphlet 国際公開第2016/031492号パンフレットWO 2016/031492 pamphlet 国際公開第2017/146237号パンフレットWO 2017/146237 pamphlet

非水系二次電池用電解液としては、環状カーボネートや、鎖状カーボネート、エーテルなどの溶媒にLiPFなどの含フッ素電解質を溶解した非水系電解液が、高電圧及び高容量の電池を得るのに好適であることからよく利用されているが、LiPFは微量の水分でも加水分解し、フッ化水素(HF)を生成する。また、従来の無機フィラーを含む多孔質層を備えたセパレータでは、電解液が含浸された電池内においてフィラー由来の水分が電解質に作用してHFが生成されることが知られており非水系二次電池内部におけるHF濃度は更に高くなる。このようなHF濃度が高くなった非水系二次電池では劣化が引き起こされ、サイクル特性、電気容量、保存安定性などの電池特性において必ずしも満足できるものではない。また、従来の無機フィラーを含む多孔質層を備えたセパレータの場合、高温に長時間暴露した場合、電解液の分解を起こすことがあった。
前記のような問題を鑑みて、耐熱性に優れつつ、電池内でのHF濃度およびガス発生量を低減し、電池特性、特にサイクル特性に優れた非水系二次電池を構成できる非水系二次電池用セパレータを提供することを課題とする。
As the non-aqueous electrolyte for a secondary battery, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a fluorine-containing electrolyte such as LiPF 6 in a solvent such as cyclic carbonate, chain carbonate, or ether can obtain a high-voltage and high-capacity battery. However, LiPF 6 is hydrolyzed even with a small amount of water to produce hydrogen fluoride (HF). Further, it is known that, in a conventional separator having a porous layer containing an inorganic filler, in a battery impregnated with an electrolytic solution, water derived from the filler acts on the electrolyte to generate HF. The HF concentration inside the secondary battery is further increased. Such a non-aqueous secondary battery having an increased HF concentration causes deterioration and is not always satisfactory in battery characteristics such as cycle characteristics, electric capacity, and storage stability. Further, in the case of a conventional separator provided with a porous layer containing an inorganic filler, when exposed to a high temperature for a long time, the electrolyte may be decomposed.
In view of the above-mentioned problems, a non-aqueous secondary battery capable of forming a non-aqueous secondary battery having excellent heat resistance, reduced HF concentration and gas generation amount in the battery, and excellent in battery characteristics, particularly excellent cycle characteristics. It is an object to provide a battery separator.

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。   Specific means for solving the above problems include the following aspects.

[1] 多孔質基材と、前記多孔質基材の片面又は両面に設けられた、バインダ樹脂、及び、アパタイトからなる第一の無機粒子を含む耐熱性多孔質層と、を備え、前記第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)が0.01μm以上3.0μm以下である、非水系二次電池用セパレータ。
[2] 前記第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)が0.01μm以上1.0μm以下である、上記[1]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[3] 前記バインダ樹脂がポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む、上記[1]または[2]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[4] 前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量が50万〜300万である、上記[3]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[5] 前記バインダ樹脂が、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ−N−ビニルアセトアミド、ポリアクリルアミド、共重合ポリエーテルポリアミド、ポリイミド及びポリエーテルイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、上記[1]または[2]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[6] 前記耐熱性多孔質層に占める前記第一の無機粒子の体積割合が10体積%〜90体積%である、上記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[7] 前記耐熱性多孔質層には、前記第一の無機粒子に加えて、前記第一の無機粒子とは異なる第二の無機粒子が含まれている、上記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[8] 前記第一の無機粒子と前記第二の無機粒子の合計質量に対する、前記第一の無機粒子の含有量が、5〜95体積%である、上記[7]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[9] 前記第二の無機粒子は、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属塩および粘土からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、上記[7]または[8]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[10] 前記第二の無機粒子は、アルミナ、ベーマイト、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムおよび硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、上記[9]に記載の非水系二次電池用セパレータ。
[11] 前記耐熱性多孔質層に占める前記第一の無機粒子と前記第二の無機粒子の合計の体積割合が10体積%〜90体積%である、上記[7]〜[10]のいずれか1項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1項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。
[1] A porous substrate, comprising: a heat-resistant porous layer provided on one or both surfaces of the porous substrate and containing first inorganic particles made of a binder resin and apatite; A separator for a non-aqueous secondary battery, wherein the average primary particle size (D50) of one inorganic particle is 0.01 μm or more and 3.0 μm or less.
[2] The non-aqueous secondary battery separator according to [1], wherein the first inorganic particles have an average primary particle size (D50) of 0.01 μm or more and 1.0 μm or less.
[3] The non-aqueous secondary battery separator according to [1] or [2], wherein the binder resin includes a polyvinylidene fluoride-based resin.
[4] The non-aqueous secondary battery separator according to [3], wherein the polyvinylidene fluoride resin has a weight average molecular weight of 500,000 to 3,000,000.
[5] The above, wherein the binder resin contains at least one selected from the group consisting of wholly aromatic polyamide, polyamideimide, poly-N-vinylacetamide, polyacrylamide, copolymerized polyether polyamide, polyimide and polyetherimide. The separator for a non-aqueous secondary battery according to [1] or [2].
[6] The non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [5], wherein a volume ratio of the first inorganic particles in the heat-resistant porous layer is 10% by volume to 90% by volume. Secondary battery separator.
[7] The above-mentioned [1] to [5], wherein the heat-resistant porous layer contains, in addition to the first inorganic particles, second inorganic particles different from the first inorganic particles. The separator for a non-aqueous secondary battery according to any one of the above.
[8] The non-aqueous system according to [7], wherein the content of the first inorganic particles is 5 to 95% by volume based on the total mass of the first inorganic particles and the second inorganic particles. Secondary battery separator.
[9] The above-mentioned [7] or [8], wherein the second inorganic particles include at least one selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, metal nitrides, metal salts, and clays. For non-aqueous secondary batteries.
[10] The non-aqueous secondary material according to [9], wherein the second inorganic particles include at least one selected from the group consisting of alumina, boehmite, zinc oxide, magnesium oxide, magnesium hydroxide, and barium sulfate. Battery separator.
[11] Any of the above [7] to [10], wherein a total volume ratio of the first inorganic particles and the second inorganic particles in the heat-resistant porous layer is 10% by volume to 90% by volume. 2. The separator for a non-aqueous secondary battery according to claim 1.
[12] A non-aqueous secondary battery separator according to any one of [1] to [11], provided between the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode. Non-aqueous secondary battery that obtains electromotive force by doping and undoping.

本開示によれば、耐熱性に優れつつ、電池内でのHF濃度およびガス発生量を低減し、電池特性、特にサイクル特性に優れた非水系二次電池を構成できる非水系二次電池用セパレータが提供される。   According to the present disclosure, a separator for a non-aqueous secondary battery capable of forming a non-aqueous secondary battery having excellent heat resistance, reduced HF concentration and gas generation amount in the battery, and excellent in battery characteristics, particularly excellent cycle characteristics. Is provided.

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, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including numerical values described before and after “to” as a minimum value and a 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 “step” is included in the term as well as an independent step, even if it cannot be clearly distinguished from other steps as long as the intended purpose of the step is achieved.

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 a plurality of types of substances corresponding to each component are present in the composition, unless otherwise specified, the plurality of types of the components present in the composition are not specified. Means the total amount of the substance.

本開示において、「MD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、「TD方向」とは、「MD方向」に直交する方向を意味する。本開示において、「MD方向」を「機械方向」ともいい、「TD方向」を「幅方向」ともいう。   In the present disclosure, the “MD direction” means a long direction in a porous substrate and a separator manufactured in a long shape, and the “TD direction” means a direction orthogonal to the “MD direction”. . In the present disclosure, the “MD direction” is also referred to as a “machine direction”, and the “TD direction” is also referred to as a “width direction”.

本開示において、セパレータを構成する各層の積層関係について「上」及び「下」で表現する場合、基材に対してより近い層について「下」といい、基材に対してより遠い層について「上」という。   In the present disclosure, when the stacking relationship of each layer constituting the separator is expressed by “above” and “below”, a layer closer to the base material is referred to as “below”, and a layer farther from the base material is referred to as “lower”. Above. "

本開示において「(メタ)アクリル」との表記は「アクリル」又は「メタクリル」を意味する。   In the present disclosure, the notation “(meth) acryl” means “acryl” or “methacryl”.

本開示において、樹脂の「単量体単位」とは、樹脂の構成単位であって、単量体が重合してなる構成単位を意味する。   In the present disclosure, a “monomer unit” of a resin is a constituent unit of the resin, and means a constituent unit obtained by polymerizing a monomer.

本開示において耐熱性樹脂とは、融点が200℃以上の樹脂、又は、融点を有さず分解温度が200℃以上の樹脂を指す。つまり、本開示における耐熱性樹脂とは、200℃未満の温度領域で溶融及び分解を起こさない樹脂である。   In the present disclosure, the heat-resistant resin refers to a resin having a melting point of 200 ° C. or higher, or a resin having no melting point and a decomposition temperature of 200 ° C. or higher. That is, the heat-resistant resin in the present disclosure is a resin that does not melt and decompose in a temperature range of less than 200 ° C.

<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(本開示において「セパレータ」ともいう。)は、多孔質基材と、多孔質基材の片面又は両面に設けられた耐熱性多孔質層と、を備える。
<Non-aqueous secondary battery separator>
A non-aqueous secondary battery separator of the present disclosure (also referred to as a “separator” in the present disclosure) includes a porous substrate, and a heat-resistant porous layer provided on one or both surfaces of the porous substrate. .

本開示のセパレータにおいて、耐熱性多孔質層は、バインダ樹脂、及び、アパタイトからなる第一の無機粒子を含み、前記第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)が0.01μm以上3.0μm以下である。   In the separator according to the present disclosure, the heat-resistant porous layer includes a binder resin and first inorganic particles made of apatite, and the first inorganic particles have an average primary particle size (D50) of 0.01 μm or more. 0 μm or less.

本開示のセパレータにおいて、アパタイトには天然アパタイト及び/又はヒドロキシアパタイトが含まれる。天然アパタイトは組成式Ca(PO(F、Cl、OH)、ヒドロキシアパタイト(Hydoroxyapatite)は組成式Ca(PO(OH)で示される塩基性リン酸カルシウムであり、優れたイオン交換性を有する。具体的には、カルシウムイオンサイトは陽イオンと交換され、リン酸基や水酸化物イオンサイトは陰イオンと交換され、特に水酸化物イオンサイトはフッ素イオンと交換されやすい性質がある。このようなアパタイトは、HFの吸着能に優れるため、電池内におけるHFを除去することができる。それ故、電池特性、特にサイクル特性を向上させることができる。また、アパタイトは、従来技術のような水酸化マグネシウムやアルミナに比べて、電解液又は電解質を分解しにくく、したがって、ガス発生を起しにくい。それ故、アパタイト粒子を耐熱性多孔質層の無機フィラーとして用いることにより、ガス発生が生じ難く、電池の膨らみや変形が生じ難いセパレータが得られる。 In the separator of the present disclosure, the apatite includes natural apatite and / or hydroxyapatite. Natural apatite is a basic calcium phosphate represented by a composition formula Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, Cl, OH), and hydroxyapatite (Hydoroxyapatite) is a basic calcium phosphate represented by a composition formula Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH). Has interchangeability. Specifically, calcium ion sites are exchanged for cations, phosphate groups and hydroxide ion sites are exchanged for anions, and especially hydroxide ion sites are easily exchanged for fluorine ions. Since such apatite has excellent HF adsorption ability, HF in the battery can be removed. Therefore, battery characteristics, particularly cycle characteristics, can be improved. Apatite is also less likely to decompose the electrolyte or the electrolyte than magnesium hydroxide or alumina as in the prior art, and is therefore less likely to generate gas. Therefore, by using the apatite particles as the inorganic filler of the heat-resistant porous layer, a separator is obtained in which gas generation hardly occurs and battery swelling and deformation hardly occur.

本開示のセパレータにおいて、アパタイトからなる第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)は、耐熱性多孔質層の耐熱性を高める観点から、3.0μm以下である。第一の無機粒子の平均一次粒径が3.0μm以下であると、耐熱性多孔質層の耐熱性が高まる。この理由としては、第一の無機粒子の粒径が小さいことにより、粒子の充填密度が高まり、かつ、第一の粒子とバインダ樹脂との接触点が多くなるので、高温に曝された際の耐熱性多孔質層の収縮が抑制されるものと考えられる。また、粒径の小さい粒子どうしが多数繋がることにより、高温に曝された際において、耐熱性多孔質層が破膜しにくくなると考えられる。   In the separator of the present disclosure, the average primary particle size (D50) of the first inorganic particles made of apatite is 3.0 μm or less from the viewpoint of increasing the heat resistance of the heat-resistant porous layer. When the average primary particle size of the first inorganic particles is 3.0 μm or less, the heat resistance of the heat-resistant porous layer increases. The reason for this is that, due to the small particle size of the first inorganic particles, the packing density of the particles is increased, and the number of contact points between the first particles and the binder resin is increased. It is considered that shrinkage of the heat resistant porous layer is suppressed. It is also considered that the connection of a large number of particles having a small particle diameter makes it difficult for the heat-resistant porous layer to break when exposed to a high temperature.

上記の観点からは、アパタイト粒子の平均一次粒径は、1.0μm以下であることがより好ましく、0.6μm以下がさらに好ましく、0.3μm以下が特に好ましい。   From the above viewpoint, the average primary particle size of the apatite particles is more preferably 1.0 μm or less, further preferably 0.6 μm or less, and particularly preferably 0.3 μm or less.

本開示のセパレータにおいて、耐熱性多孔質層に含まれる第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)は、0.01μm以上である。第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)が0.01μm以上であれば、粒子どうしの凝集を抑制し、均一性の高い耐熱性多孔質層を形成することができる。また、耐熱性の観点からは第一の無機粒子の粒径が小さいほど好ましいが、一方で無機粒子の比表面積が大きくなり、電池内においてHFやガスが発生しやすくなる課題も生じやすい。しかし、本開示では第一の無機粒子として平均一次粒径(D50)が0.01μm以上のアパタイト粒子を使用しているので、このような課題も生じ難く、優れた耐熱性も両立することができる。このような観点から、第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)は、0.05μm以上がより好ましく、0.10μm以上が更に好ましい。   In the separator of the present disclosure, the average primary particle size (D50) of the first inorganic particles contained in the heat-resistant porous layer is 0.01 μm or more. When the average primary particle size (D50) of the first inorganic particles is 0.01 μm or more, aggregation of the particles can be suppressed, and a highly uniform heat-resistant porous layer can be formed. In addition, from the viewpoint of heat resistance, the smaller the particle size of the first inorganic particles, the more preferable. However, the specific surface area of the inorganic particles is increased, and the problem that HF and gas are easily generated in the battery is likely to occur. However, in the present disclosure, since the apatite particles having an average primary particle size (D50) of 0.01 μm or more are used as the first inorganic particles, such a problem hardly occurs, and excellent heat resistance can be achieved at the same time. it can. From such a viewpoint, the average primary particle size (D50) of the first inorganic particles is more preferably equal to or greater than 0.05 μm, and still more preferably equal to or greater than 0.10 μm.

以下、本開示のセパレータが有する多孔質基材及び耐熱性多孔質層の詳細を説明する。   Hereinafter, the details of the porous substrate and the heat-resistant porous layer included in the separator of the present disclosure will be described.

[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;これら微多孔膜や多孔性シートに他の多孔性の層を1層以上積層した複合多孔質シート;などが挙げられる。本開示においては、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 membrane; a porous sheet made of a fibrous material, such as a nonwoven fabric or paper; and a composite porous sheet obtained by laminating one or more other porous layers on the microporous membrane or porous sheet. Quality sheet; and the like. In the present disclosure, a microporous film is preferable from the viewpoint of reducing the thickness and strength of the separator. A microporous membrane is a membrane that has a large number of micropores inside and has a structure in which these micropores are connected, so that gas or liquid can pass from one surface to the other. I 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、有機材料又は無機材料のいずれでもよい。   As the material of the porous substrate, a material having electric insulation is preferable, and either an organic material or an inorganic material may be used.

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 desirably contains a thermoplastic resin in order to provide a shutdown function to the porous substrate. The shutdown function refers to a function of dissolving the constituent materials and closing the pores of the porous base material to block the movement of ions and prevent thermal runaway of the battery 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; and among them, 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(本開示において「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” in the present disclosure) is preferable. As the polyolefin microporous membrane, for example, a polyolefin microporous membrane applied to a conventional battery separator can be mentioned, and it is preferable to select a membrane having sufficient mechanical properties and ion permeability from these.

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微多孔膜が好ましく、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に対して30質量%以上が好ましい。   The microporous polyolefin membrane is preferably a microporous membrane containing polyethylene from the viewpoint of exhibiting a shutdown function, and the content of polyethylene is preferably 30% by mass or more based on the total mass of the microporous polyolefin membrane.

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耐熱性を備える観点から、ポリプロピレンを含む微多孔膜であっても良い。   The microporous polyolefin membrane may be a microporous membrane containing polypropylene from the viewpoint of having heat resistance that does not easily break when exposed to high temperatures.

ポリオレフィン微多孔膜は、シャットダウン機能と、高温に曝されたときに容易に破膜しない耐熱性とを備える観点から、ポリエチレン及びポリプロピレンを含むポリオレフィン微多孔膜であっても良い。このようなポリオレフィン微多孔膜としては、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が挙げられる。該微多孔膜においては、シャットダウン機能と耐熱性の両立という観点から、95質量%以上のポリエチレンと5質量%以下のポリプロピレンとを含むことが好ましい。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。   The polyolefin microporous membrane may be a polyolefin microporous membrane containing polyethylene and polypropylene, from the viewpoint of providing a shutdown function and heat resistance that does not easily break when exposed to high temperatures. Examples of such a polyolefin microporous membrane include a microporous membrane in which polyethylene and polypropylene are mixed in one layer. The microporous membrane preferably contains 95% by mass or more of polyethylene and 5% by mass or less of polypropylene from the viewpoint of achieving both a shutdown function and heat resistance. Further, from the viewpoint of achieving both a shutdown function and heat resistance, a microporous polyolefin 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.

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。   As the polyolefin contained in the polyolefin microporous membrane, a polyolefin having a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 to 5,000,000 is preferable. 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, when the Mw of the polyolefin is 5,000,000 or less, the shutdown characteristics of the microporous film are good, and the microporous film is easily formed.

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 microporous polyolefin membrane, a method in which a molten polyolefin resin is extruded from a T-die to form a sheet, which is crystallized, stretched, and then heat-treated to form a microporous membrane: liquid paraffin, etc. A method in which a polyolefin resin melted together with a plasticizer is extruded from a T-die, cooled, formed into a sheet, stretched, and then a plasticizer is extracted and heat-treated 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;全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、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性樹脂;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 the fibrous porous sheet include polyesters such as polyethylene terephthalate; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; and heat resistant materials such as wholly aromatic polyamide, polyamideimide, polyimide, polyethersulfone, polysulfone, polyetherketone, and polyetherimide. And porous sheets made of fibrous material such as cellulose resin and the like, such as nonwoven fabric and paper.

複合多孔質シートとしては、微多孔膜や繊維状物からなる多孔性シートに、機能層を積層したシートが挙げられる。このような複合多孔質シートは、機能層によってさらなる機能付加が可能となる観点から好ましい。機能層としては、例えば耐熱性を付与するという観点からは、耐熱性樹脂からなる多孔性の層や、耐熱性樹脂及び無機フィラーからなる多孔性の層が挙げられる。耐熱性樹脂としては、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、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及びポリエーテルイミドから選ばれる1種又は2種以上の耐熱性樹脂が挙げられる。無機フィラーとしては、アルミナ等の金属酸化物;水酸化マグネシウム等の金属水酸化物;などが挙げられる。複合化の手法としては、微多孔膜や多孔性シートに機能層を塗工する方法、微多孔膜や多孔性シートと機能層とを接着剤で接合する方法、微多孔膜や多孔性シートと機能層とを熱圧着する方法等が挙げられる。   Examples of the composite porous sheet include a sheet in which a functional layer is laminated on a porous sheet made of a microporous membrane or a fibrous material. Such a composite porous sheet is preferable from the viewpoint that a further function can be added by the functional layer. Examples of the functional layer include a porous layer made of a heat-resistant resin and a porous layer made of a heat-resistant resin and an inorganic filler from the viewpoint of imparting heat resistance. Examples of the heat-resistant resin include one or more heat-resistant resins selected from wholly aromatic polyamide, polyamideimide, polyimide, polyethersulfone, polysulfone, polyetherketone, and polyetherimide. Examples of the inorganic filler include metal oxides such as alumina; and metal hydroxides such as magnesium hydroxide. As a method of compounding, a method of applying a functional layer to a microporous film or a porous sheet, a method of bonding the functional layer with the microporous film or the porous sheet with an adhesive, A method of thermocompression bonding with a functional layer may be used.

多孔質基材の表面には、耐熱性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 is subjected to various surface treatments within a range that does not impair the properties of the porous substrate for the purpose of improving wettability with a coating solution for forming a heat-resistant porous layer. May be. Examples of the surface treatment include corona treatment, plasma treatment, flame treatment, and ultraviolet irradiation treatment.

[多孔質基材の特性]
多孔質基材の厚さは、良好な力学特性を有し、かつ電池のエネルギー密度を高める観点から、25μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、セパレータの製造歩留り及び電池の製造歩留りの観点から、4μm以上が好ましく、6μm以上がより好ましい。
[Properties of porous substrate]
The thickness of the porous substrate has good mechanical properties, and from the viewpoint of increasing the energy density of the battery, is preferably 25 μm or less, more preferably 15 μm or less, from the viewpoint of the production yield of the separator and the production yield of the battery. , Preferably 4 μm or more, more preferably 6 μm or more.

多孔質基材のガーレ値(JIS P8117:2009)は、イオン透過性又は電池の短絡抑制の観点から、50秒/100mL〜400秒/100mLが好ましい。   The Gurley value (JIS P8117: 2009) of the porous substrate is preferably 50 seconds / 100 mL to 400 seconds / 100 mL from the viewpoint of ion permeability or suppression of short circuit of the battery.

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/cm)であり、各構成材料の真密度がda、db、dc、…、dn(g/cm)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 preferably 20% to 60% from the viewpoint of obtaining an appropriate film resistance and a shutdown function. The porosity of the porous substrate is determined according to the following calculation method. That is, the constituent materials are a, b, c, ..., n, the mass of each constituent material is Wa, Wb, Wc, ..., Wn (g / cm 2 ), and the true density of each constituent material is da, , db, dc,..., dn (g / cm 3 ), and when the film thickness is t (cm), the porosity ε (%) can be obtained from the following equation.
ε = {1- (Wa / da + Wb / db + Wc / dc +... + Wn / dn) / t} × 100

多孔質基材の平均孔径は、イオン透過性又は電池の短絡抑制の観点から、15nm〜100nmが好ましい。多孔質基材の平均孔径は、パームポロメーターを用いて、ASTM E1294−89に準拠して測定する。   The average pore diameter of the porous substrate is preferably from 15 nm to 100 nm from the viewpoint of ion permeability or suppression of short circuit of the battery. The average pore size of the porous substrate is measured using a palm porometer according to ASTM E1294-89.

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の観点から、200gf(2.0N)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/秒の条件で突刺試験を行って測定する最大突刺荷重(gf)を指す。   The piercing strength of the porous substrate is preferably 200 gf (2.0 N) or more from the viewpoint of the production yield of the separator and the production yield of the battery. The piercing strength of the porous substrate is the maximum piercing load measured by performing a piercing test using a KAT-G5 KES-G5 handy compression tester under the conditions of a radius of curvature of the needle tip of 0.5 mm and a piercing speed of 2 mm / sec. (Gf).

[耐熱性多孔質層]
本開示のセパレータにおいて耐熱性多孔質層は、少なくともバインダ樹脂、及び、アパタイトからなる第一の無機粒子を含有する。耐熱性多孔質層は、多数の微細孔を有し、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層である。
[Heat-resistant porous layer]
In the separator of the present disclosure, the heat-resistant porous layer contains at least a binder resin and first inorganic particles made of apatite. The heat-resistant porous layer is a layer having a large number of micropores and allowing gas or liquid to pass from one surface to the other surface.

本開示のセパレータにおいて耐熱性多孔質層は、多孔質基材の片面のみにあってもよく、多孔質基材の両面にあってもよい。耐熱性多孔質層が多孔質基材の両面にあると、セパレータの耐熱性がより優れ、電池の安全性をより高めることができる。また、セパレータにカールが発生しにくく、電池製造時のハンドリング性に優れる。耐熱性多孔質層が多孔質基材の片面のみにあると、セパレータのイオン透過性がより優れる。また、セパレータ全体の厚さを抑えることができ、エネルギー密度のより高い電池を製造し得る。   In the separator of the present disclosure, the heat-resistant porous layer may be on only one surface of the porous substrate, or may be on both surfaces of the porous substrate. When the heat-resistant porous layer is on both sides of the porous substrate, the heat resistance of the separator is more excellent, and the safety of the battery can be further improved. In addition, the separator is less likely to curl, and is excellent in handleability during battery production. When the heat-resistant porous layer is on only one side of the porous substrate, the separator has more excellent ion permeability. Further, the thickness of the entire separator can be suppressed, and a battery having a higher energy density can be manufactured.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂の種類は、無機粒子を結着させ得るものであれば、特に制限されない。耐熱性多孔質層のバインダ樹脂は、耐熱性樹脂(融点が200℃以上の樹脂、又は、融点を有さず分解温度が200℃以上の樹脂)が好ましい。耐熱性多孔質層のバインダ樹脂は、電解液に対して安定で電気化学的にも安定な樹脂が好ましい。バインダ樹脂は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The kind of the binder resin of the heat resistant porous layer is not particularly limited as long as it can bind the inorganic particles. The binder resin for the heat-resistant porous layer is preferably a heat-resistant resin (a resin having a melting point of 200 ° C. or higher, or a resin having no melting point and a decomposition temperature of 200 ° C. or higher). The binder resin for the heat-resistant porous layer is preferably a resin that is stable to the electrolytic solution and electrochemically stable. As the binder resin, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂は、電池の電極に対して接着性を有することが好ましく、正極又は負極の組成に合せてバインダ樹脂の種類を選択してよい。耐熱性多孔質層が多孔質基材の両面にある場合、一方の耐熱性多孔質層のバインダ樹脂と、他方の耐熱性多孔質層のバインダ樹脂とは、同じでもよく異なっていてもよい。   The binder resin of the heat-resistant porous layer preferably has adhesiveness to the electrode of the battery, and the type of the binder resin may be selected according to the composition of the positive electrode or the negative electrode. When the heat resistant porous layer is on both sides of the porous substrate, the binder resin of one heat resistant porous layer and the binder resin of the other heat resistant porous layer may be the same or different.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂としては、極性を有する官能基又は原子団(例えば、水酸基、カルボキシ基、アミノ基、アミド基、カルボニル基)を有するポリマーが好ましい。   As the binder resin for the heat-resistant porous layer, a polymer having a polar functional group or an atomic group (for example, a hydroxyl group, a carboxy group, an amino group, an amide group, or a carbonyl group) is preferable.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂としては、具体的には、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、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、ポリケトン、ポリエーテルイミド、ポリ−N−ビニルアセトアミド、ポリアクリルアミド、共重合ポリエーテルポリアミド、フッ素系ゴム、アクリル系樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、セルロース、ポリビニルアルコール等が挙げられる。   As the binder resin for the heat-resistant porous layer, specifically, polyvinylidene fluoride resin, wholly aromatic polyamide, polyamideimide, polyimide, polyether sulfone, polysulfone, polyether ketone, polyketone, polyetherimide, poly- Examples include N-vinylacetamide, polyacrylamide, copolymerized polyether polyamide, fluorine-based rubber, acrylic resin, styrene-butadiene copolymer, cellulose, and polyvinyl alcohol.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂は、粒子状樹脂でもよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体等の樹脂粒子が挙げられる。耐熱性多孔質層のバインダ樹脂は、セルロース、ポリビニルアルコール等の水溶性樹脂でもよい。耐熱性多孔質層のバインダ樹脂として粒子状樹脂又は水溶性樹脂を用いる場合は、バインダ樹脂を水に分散又は溶解させて塗工液を調製し、該塗工液を用いて乾式塗工法にて耐熱性多孔質層を多孔質基材上に形成することができる。   The binder resin for the heat-resistant porous layer may be a particulate resin, and examples thereof include resin particles such as polyvinylidene fluoride resin, fluorine rubber, and styrene-butadiene copolymer. The binder resin of the heat-resistant porous layer may be a water-soluble resin such as cellulose or polyvinyl alcohol. When using a particulate resin or a water-soluble resin as a binder resin for the heat-resistant porous layer, a coating liquid is prepared by dispersing or dissolving the binder resin in water, and a dry coating method is performed using the coating liquid. A heat-resistant porous layer can be formed on a porous substrate.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂としては、耐熱性に優れる観点から、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ−N−ビニルアセトアミド、ポリアクリルアミド、共重合ポリエーテルポリアミド、ポリイミド、又はポリエーテルイミドが好ましい。これら樹脂は、耐熱性樹脂(融点が200℃以上の樹脂、又は、融点を有さず分解温度が200℃以上の樹脂)であることが好ましい。   As the binder resin of the heat-resistant porous layer, from the viewpoint of excellent heat resistance, a wholly aromatic polyamide, polyamideimide, poly-N-vinylacetamide, polyacrylamide, copolymerized polyether polyamide, polyimide, or polyetherimide is preferable. . These resins are preferably heat-resistant resins (resins having a melting point of 200 ° C. or higher, or resins having no melting point and a decomposition temperature of 200 ° C. or higher).

耐熱性樹脂の中でも、耐久性の観点から、全芳香族ポリアミドが好ましい。全芳香族ポリアミドは、メタ型でもパラ型でもよい。全芳香族ポリアミドの中でも、多孔質層を形成しやすい観点および電極反応において耐酸化還元性に優れる観点から、メタ型全芳香族ポリアミドが好ましい。全芳香族ポリアミドには、少量の脂肪族単量体が共重合されていてもよい。   Among heat-resistant resins, a wholly aromatic polyamide is preferable from the viewpoint of durability. The wholly aromatic polyamide may be meta type or para type. Among the wholly aromatic polyamides, meta-type wholly aromatic polyamides are preferred from the viewpoint of easy formation of the porous layer and excellent oxidation-reduction resistance in the electrode reaction. A small amount of an aliphatic monomer may be copolymerized in the wholly aromatic polyamide.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂として用いられる全芳香族ポリアミドとしては、具体的には、ポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリパラフェニレンテレフタルアミド又はコポリパラフェニレン・3.4’オキシジフェニレン・テレフタラミドが好ましく、ポリメタフェニレンイソフタルアミドがより好ましい。   As the wholly aromatic polyamide used as the binder resin of the heat-resistant porous layer, specifically, polymetaphenylene isophthalamide, polyparaphenylene terephthalamide or copolyparaphenylene • 3.4′oxydiphenylene · terephthalamide is preferable. And polymetaphenylene isophthalamide are more preferred.

耐熱性多孔質層のバインダ樹脂としては、電極に対する接着性の観点から、ポリフッ化ビニリデン系樹脂(PVDF系樹脂)が好ましい。   As the binder resin of the heat resistant porous layer, polyvinylidene fluoride resin (PVDF resin) is preferable from the viewpoint of adhesiveness to the electrode.

PVDF系樹脂は、電極との接着性の観点から、耐熱性多孔質層のバインダ樹脂に好適である。耐熱性多孔質層がPVDF系樹脂を含有することにより、耐熱性多孔質層と電極との接着性が向上し、その結果、電池の強度(セル強度)が向上する。   PVDF-based resin is suitable as a binder resin for the heat-resistant porous layer from the viewpoint of adhesiveness to the electrode. When the heat-resistant porous layer contains a PVDF-based resin, the adhesion between the heat-resistant porous layer and the electrode is improved, and as a result, the strength (cell strength) of the battery is improved.

PVDF系樹脂としては、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単量体との共重合体(ポリフッ化ビニリデン共重合体);ポリフッ化ビニリデンとポリフッ化ビニリデン共重合体の混合物;が挙げられる。フッ化ビニリデンと共重合可能な単量体としては、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、トリクロロエチレン、フッ化ビニル、パーフルオロアルキルビニルエーテル、(メタ)アクリル酸等のカルボキシ基含有モノマー、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エステル、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリロニトリル等が挙げられる。これら単量体は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   Examples of PVDF-based resins include homopolymers of vinylidene fluoride (ie, polyvinylidene fluoride); copolymers of vinylidene fluoride and other monomers (polyvinylidene fluoride copolymer); polyvinylidene fluoride and polyvinylidene fluoride A mixture of copolymers. Examples of monomers copolymerizable with vinylidene fluoride include, for example, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, trichloroethylene, vinyl fluoride, perfluoroalkyl vinyl ether, (meth) acrylic acid, and the like. Carboxyl group-containing monomer, methyl (meth) acrylate, (meth) acrylate, vinyl acetate, vinyl chloride, acrylonitrile and the like. These monomers may be used alone or in a combination of two or more.

耐熱性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂としては、電極との接着性の観点から、フッ化ビニリデン単量体単位(VDF単位)とヘキサフルオロプロピレン単量体単位(HFP単位)とを含む共重合体(VDF−HFP共重合体)がより好ましい。VDF−HFP共重合体を耐熱性多孔質層のバインダ樹脂として用いると、バインダ樹脂の結晶性及び耐熱性を適度な範囲に制御しやすく、セパレータを電極と接着させるための熱プレス処理時に耐熱性多孔質層が流動してしまうのを抑制できる。   As the PVDF-based resin contained in the heat-resistant porous layer, from the viewpoint of the adhesion to the electrode, a PVDF-based resin containing a vinylidene fluoride monomer unit (VDF unit) and a hexafluoropropylene monomer unit (HFP unit) is used. A polymer (VDF-HFP copolymer) is more preferred. When the VDF-HFP copolymer is used as the binder resin for the heat-resistant porous layer, the crystallinity and heat resistance of the binder resin can be easily controlled within an appropriate range, and the heat resistance during the hot pressing process for bonding the separator to the electrode is improved. Flow of the porous layer can be suppressed.

耐熱性多孔質層に含まれるVDF−HFP共重合体としては、VDF単位及びHFP単位のみからなる共重合体でもよく、VDF単位及びHFP単位以外のその他の単量体単位をも含む共重合体でもよい。その他の単量体としては、例えば、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、トリクロロエチレン、フッ化ビニル等が挙げられる。   The VDF-HFP copolymer contained in the heat-resistant porous layer may be a copolymer comprising only VDF units and HFP units, or a copolymer containing other monomer units other than VDF units and HFP units. May be. Other monomers include, for example, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, trichloroethylene, vinyl fluoride and the like.

VDF−HFP共重合体におけるVDF単位の含有量は、VDF−HFP共重合体の結晶性及び耐熱性を適度な範囲に制御する観点から、91モル%以上であることが好ましい。   The content of the VDF unit in the VDF-HFP copolymer is preferably at least 91 mol% from the viewpoint of controlling the crystallinity and heat resistance of the VDF-HFP copolymer within an appropriate range.

VDF−HFP共重合体におけるHFP単位の含有量は、電解液が含浸された際に適度に膨潤する点から、0.2モル%以上であることが好ましく、0.5モル%以上であることがより好ましく、電解液に溶解しにくい観点から、7モル%以下であることが好ましく、6モル%以下であることがより好ましい。   The content of the HFP unit in the VDF-HFP copolymer is preferably at least 0.2 mol%, more preferably at least 0.5 mol%, from the viewpoint of swelling moderately when the electrolyte is impregnated. Is more preferable, and from the viewpoint of being difficult to dissolve in the electrolytic solution, it is preferably at most 7 mol%, more preferably at most 6 mol%.

耐熱性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂は、重量平均分子量(Mw)が50万〜300万であることが好ましい。PVDF系樹脂のMwが50万以上であると、セパレータを電極と接着させる際の熱プレス処理に耐え得る力学物性を有する耐熱性多孔質層が得られやすく、電極と耐熱性多孔質層との間の接着性が向上する。この観点からは、PVDF系樹脂のMwは、55万以上がより好ましく、100万以上が更に好ましい。一方、PVDF系樹脂のMwが300万以下であると、耐熱性多孔質層の成形時の粘度が高くなり過ぎず、成形性及び結晶形成が良好になり、耐熱性多孔質層が多孔化しやすい。この観点からは、PVDF系樹脂のMwは、250万以下がより好ましく、230万以下が更に好ましい。   The PVDF resin contained in the heat resistant porous layer preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 500,000 to 3,000,000. When the Mw of the PVDF-based resin is 500,000 or more, a heat-resistant porous layer having mechanical properties that can withstand hot pressing when the separator is bonded to the electrode is easily obtained. The adhesiveness between them is improved. In this respect, the Mw of the PVDF-based resin is more preferably equal to or greater than 550,000, and still more preferably equal to or greater than 1,000,000. On the other hand, when the Mw of the PVDF-based resin is 3,000,000 or less, the viscosity at the time of molding the heat-resistant porous layer does not become too high, the moldability and crystal formation are improved, and the heat-resistant porous layer is easily made porous. . From this viewpoint, the Mw of the PVDF-based resin is more preferably 2.5 million or less, and still more preferably 2.3 million or less.

耐熱性多孔質層に含まれるPVDF系樹脂は、酸価が2mgKOH/g〜30mgKOH/gであることが好ましい。PVDF系樹脂の酸価は、例えば、PVDF系樹脂にカルボキシ基を導入することにより制御できる。PVDF系樹脂へのカルボキシ基の導入及び導入量は、PVDF系樹脂の重合成分としてカルボキシ基を有する単量体(例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸エステル、及びこれらのフッ素置換体)を用い、その重合比を調整することにより制御できる。   The PVDF-based resin contained in the heat-resistant porous layer preferably has an acid value of 2 mgKOH / g to 30 mgKOH / g. The acid value of the PVDF-based resin can be controlled, for example, by introducing a carboxy group into the PVDF-based resin. The introduction of the carboxy group into the PVDF resin and the amount of the carboxy group to be introduced depend on the monomer having a carboxy group as a polymerization component of the PVDF resin (for example, (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid ester, maleic acid, maleic anhydride, , Maleic acid ester, and their fluorine-substituted products) and adjusting the polymerization ratio thereof.

本開示のセパレータにおいて耐熱性多孔質層は、バインダ樹脂以外のその他の樹脂を含んでもよい。その他の樹脂としては、電極に対する耐熱性多孔質層の接着性の向上や、耐熱性多孔質層のイオン透過性又は膜抵抗を調整する等の目的で用いられる。その他の樹脂としては、例えば、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。   In the separator of the present disclosure, the heat-resistant porous layer may include another resin other than the binder resin. The other resin is used for the purpose of improving the adhesiveness of the heat-resistant porous layer to the electrode and adjusting the ion permeability or the membrane resistance of the heat-resistant porous layer. Other resins include, for example, homopolymers or copolymers of vinyl nitrile compounds (acrylonitrile, methacrylonitrile, etc.), carboxymethyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose, polyvinyl butyral, polyvinyl pyrrolidone, polyether (polyethylene oxide, polypropylene oxide, etc. ).

本開示のセパレータにおいて、耐熱性多孔質層に含まれるバインダ樹脂以外のその他の樹脂の総含有量は、耐熱性多孔質層に含まれる樹脂の全量に対して、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、1質量%以下が更に好ましい。   In the separator of the present disclosure, the total content of other resins other than the binder resin contained in the heat-resistant porous layer is preferably 5% by mass or less based on the total amount of the resin contained in the heat-resistant porous layer. It is more preferably at most 1% by mass, more preferably at most 1% by mass.

本開示のセパレータは、耐熱性多孔質層にアパタイトからなる第一の無機粒子を含有する。耐熱性多孔質層に含まれる第一の無機粒子の平均一次粒径は、0.01μm以上3.0μm以下である。その下限値としては0.05μm以上がより好ましく、0.10μm以上が更に好ましく、上限値としては2μm以下がより好ましく、1μm以下が更に好ましい。   The separator of the present disclosure contains first inorganic particles made of apatite in the heat-resistant porous layer. The average primary particle diameter of the first inorganic particles contained in the heat-resistant porous layer is 0.01 μm or more and 3.0 μm or less. The lower limit is more preferably 0.05 μm or more, further preferably 0.10 μm or more, and the upper limit is more preferably 2 μm or less, further preferably 1 μm or less.

第一の無機粒子の粒子形状に限定はなく、球形、楕円形、板状、針状、不定形のいずれでもよい。第一の無機粒子は、粒子の充填密度を上げ、耐熱性を高める観点から、凝集していない一次粒子であることが好ましい。   The shape of the first inorganic particles is not limited, and may be spherical, elliptical, plate-like, needle-like, or amorphous. The first inorganic particles are preferably non-aggregated primary particles from the viewpoint of increasing the packing density of the particles and increasing the heat resistance.

耐熱性多孔質層に占める第一の無機粒子の体積割合は、耐熱性の観点から、10体積%以上が好ましく、30体積%以上がより好ましく、50体積%以上が更に好ましい。耐熱性多孔質層に占める第一の無機粒子の体積割合は、耐熱性多孔質層が多孔質基材から剥がれにくい観点から、90体積%以下が好ましく、85体積%以下がより好ましく、80体積%以下が更に好ましい。   From the viewpoint of heat resistance, the volume ratio of the first inorganic particles in the heat-resistant porous layer is preferably 10% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, and further preferably 50% by volume or more. The volume ratio of the first inorganic particles in the heat-resistant porous layer is preferably 90% by volume or less, more preferably 85% by volume or less, and is preferably 80% by volume, from the viewpoint that the heat-resistant porous layer is hardly peeled off from the porous substrate. % Is more preferable.

本開示のセパレータにおいて、耐熱性多孔質層には、第一の無機粒子に加えて、第一の無機粒子とは異なる第二の無機粒子が含まれていてもよい。
一般に、非水系二次電池セパレータ内には、従来から電池の耐熱性及び強度を高める等の目的で無機粒子が含まれているが、特に金属水酸化物や金属酸化物等の無機粒子は電解質に作用して液の安定性を損ない、電解液及び電解質の分解を誘発してガスを発生させる一因となる場合がある。しかし、本開示のセパレータにおいては、耐熱性多孔質層は、第一の無機粒子として特定の粒径のアパタイト粒子を含むため、金属水酸化物や金属酸化物等の第二の無機粒子に起因して誘発される電解液及び電解質の分解に伴うガスの発生が抑制され、発生ガスによる膨れ(電池の変形)が抑えられる。
In the separator according to the present disclosure, the heat-resistant porous layer may include, in addition to the first inorganic particles, second inorganic particles different from the first inorganic particles.
In general, non-aqueous secondary battery separators have conventionally contained inorganic particles for the purpose of enhancing the heat resistance and strength of the battery, but inorganic particles such as metal hydroxides and metal oxides are particularly electrolytes. In some cases, impairing the stability of the solution and inducing the decomposition of the electrolyte solution and the electrolyte to generate gas. However, in the separator of the present disclosure, since the heat-resistant porous layer contains apatite particles having a specific particle size as the first inorganic particles, the heat-resistant porous layer is caused by the second inorganic particles such as a metal hydroxide and a metal oxide. The generation of gas accompanying the decomposition of the electrolytic solution and the electrolyte induced by the gas is suppressed, and the swelling (deformation of the battery) due to the generated gas is suppressed.

第二の無機粒子は、所望の機能を付与するために耐熱性多孔質層中に加えられるが、例えば、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属塩および粘土からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。金属酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化マグネシウム等が挙げられる。金属水酸化物としては、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、水酸化ホウ素等が挙げられる。金属窒化物としては、例えば窒化ホウ素、窒化ケイ素等が挙げられる。金属塩としては、例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩等が挙げられる。粘土としては、例えばケイ酸カルシウム、タルク等の粘土鉱物等が挙げられる。第二の無機粒子としては、電解液に対する安定性及び電気化学的な安定性の観点から、金属水酸化物の粒子、金属酸化物又は金属塩の粒子が好ましい。特に、第二の無機粒子は、第一の無機粒子によるHF・ガス発生防止効果が好適に得られる観点から、アルミナ、ベーマイト、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムおよび硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。その他の無機粒子は、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。   The second inorganic particles are added to the heat-resistant porous layer to impart a desired function, for example, selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, metal nitrides, metal salts and clays. It is preferable to include at least one of them. Examples of the metal oxide include silica, alumina, titania, zirconia, and magnesium oxide. Examples of the metal hydroxide include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, chromium hydroxide, zirconium hydroxide, cerium hydroxide, nickel hydroxide, and boron hydroxide. Examples of the metal nitride include boron nitride and silicon nitride. Examples of the metal salt include carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate; sulfates such as calcium sulfate and barium sulfate. Examples of the clay include clay minerals such as calcium silicate and talc. As the second inorganic particles, particles of a metal hydroxide, particles of a metal oxide or a metal salt are preferable from the viewpoints of stability to an electrolytic solution and electrochemical stability. In particular, the second inorganic particles are selected from the group consisting of alumina, boehmite, zinc oxide, magnesium oxide, magnesium hydroxide, and barium sulfate from the viewpoint that the effect of preventing HF / gas generation by the first inorganic particles is suitably obtained. It is preferable to include at least one of them. Other inorganic particles may be surface-modified with a silane coupling agent or the like.

第二の無機粒子の粒子形状に限定はなく、球形、楕円形、板状、針状、不定形のいずれでもよい。第二の無機粒子は、凝集していない一次粒子であることが好ましい。第二の無機粒子は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   The shape of the second inorganic particles is not limited, and may be spherical, elliptical, plate-like, needle-like, or irregular. The second inorganic particles are preferably non-aggregated primary particles. As the second inorganic particles, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.

第二の無機粒子の平均一次粒径(D50)は、0.01μm〜5μmであることが好ましい。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 primary particle size (D50) of the second inorganic particles is preferably 0.01 μm to 5 μm. The lower limit is more preferably 0.1 μm or more, and the upper limit is more preferably 1 μm or less.

耐熱性多孔質層において、第一の無機粒子と第二の無機粒子の合計質量に対する、第一の無機粒子の含有量が、5〜95体積%であることが好ましい。当該第一の無機粒子の含有量が5体積%以上であると、耐熱フィラーによって誘発される電解液及び電解質の分解に伴うガスの発生に対する抑制効果が顕著に得られるようになる。このような観点では、当該第一の無機粒子の含有量は、20体積%以上とすることがより好ましく、30体積%以上とすることが更に好ましい。一方、当該第一の無機粒子の含有量が90体積%以下であると、第二の無機粒子に起因する形状効果を付与できる点から好ましい。このような観点では、当該第一の無機粒子の含有量は、90体積%以下とすることがより好ましく、85体積%以下とすることが更に好ましい。   In the heat-resistant porous layer, the content of the first inorganic particles is preferably 5 to 95% by volume based on the total mass of the first inorganic particles and the second inorganic particles. When the content of the first inorganic particles is 5% by volume or more, a remarkable effect of suppressing the generation of gas accompanying the decomposition of the electrolyte and the electrolyte induced by the heat-resistant filler can be obtained. From such a viewpoint, the content of the first inorganic particles is more preferably 20% by volume or more, further preferably 30% by volume or more. On the other hand, when the content of the first inorganic particles is 90% by volume or less, it is preferable because a shape effect due to the second inorganic particles can be imparted. From such a viewpoint, the content of the first inorganic particles is more preferably equal to or less than 90% by volume, and still more preferably equal to or less than 85% by volume.

耐熱性多孔質層に占める第一の無機粒子と第二の無機粒子の合計の体積割合は、耐熱性の観点から、10体積%以上が好ましく、20体積%以上がより好ましく、30体積%以上が更に好ましい。第一の無機粒子と第二の無機粒子の合計の体積割合は、耐熱性多孔質層が多孔質基材から剥がれにくい観点から、90体積%以下が好ましく、85体積%以下がより好ましく、80体積%以下が更に好ましい。   From the viewpoint of heat resistance, the total volume ratio of the first inorganic particles and the second inorganic particles in the heat-resistant porous layer is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and 30% by volume or more. Is more preferred. The total volume ratio of the first inorganic particles and the second inorganic particles is preferably 90% by volume or less, more preferably 85% by volume or less, from the viewpoint that the heat-resistant porous layer is difficult to peel off from the porous substrate. More preferably, it is not more than% by volume.

本開示のセパレータにおいて耐熱性多孔質層は、さらに有機フィラーを含有していてもよい。有機フィラーとしては、例えば、架橋ポリ(メタ)アクリル酸、架橋ポリ(メタ)アクリル酸エステル、架橋ポリシリコーン、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体架橋物、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド縮合物等の架橋高分子からなる粒子;ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアセタール等の耐熱性高分子からなる粒子;などが挙げられる。これら有機フィラーは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   In the separator of the present disclosure, the heat-resistant porous layer may further contain an organic filler. Examples of the organic filler include cross-linked poly (meth) acrylic acid, cross-linked poly (meth) acrylate, cross-linked polysilicone, cross-linked polystyrene, cross-linked polydivinylbenzene, cross-linked styrene-divinylbenzene copolymer, melamine resin, phenol Particles composed of a crosslinked polymer such as resin and benzoguanamine-formaldehyde condensate; particles composed of a heat-resistant polymer such as polysulfone, polyacrylonitrile, aramid, polyacetal, and the like. One of these organic fillers may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

本開示のセパレータにおいて耐熱性多孔質層は、界面活性剤等の分散剤、湿潤剤、消泡剤、pH調整剤などの添加剤を含んでいてもよい。分散剤は、耐熱性多孔質層を形成するための塗工液に、分散性、塗工性又は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、耐熱性多孔質層を形成するための塗工液に、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。   In the separator of the present disclosure, the heat-resistant porous layer may include additives such as a dispersant such as a surfactant, a wetting agent, an antifoaming agent, and a pH adjuster. The dispersant is added to a coating solution for forming a heat-resistant porous layer for the purpose of improving dispersibility, coating property, or storage stability. Wetting agents, defoamers, and pH adjusters are used in coating liquids for forming heat-resistant porous layers, for example, for the purpose of improving compatibility with a porous base material, air entrapment in the coating liquid. It is added for the purpose of suppressing or adjusting the pH.

[耐熱性多孔質層の特性]
耐熱性多孔質層の厚さは、セパレータの耐熱性又はハンドリング性の観点から、片面0.5μm以上が好ましく、片面1μm以上がより好ましく、セパレータのハンドリング性又は電池のエネルギー密度の観点から、片面5μm以下が好ましく、片面4μm以下がより好ましい。耐熱性多孔質層の厚さは、耐熱性多孔質層が多孔質基材の片面のみにある場合でも両面にある場合でも、両面の合計として、1μm以上が好ましく、2μm以上がより好ましく、10μm以下が好ましく、8μm以下がより好ましい。
[Characteristics of heat-resistant porous layer]
The thickness of the heat-resistant porous layer is preferably 0.5 μm or more on one side, more preferably 1 μm or more on one side, from the viewpoint of heat resistance or handling properties of the separator, and more preferably 1 μm or more on one side, from the viewpoint of separator handling properties or battery energy density. It is preferably 5 μm or less, more preferably 4 μm or less on one side. The thickness of the heat-resistant porous layer is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and more preferably 10 μm, even when the heat-resistant porous layer is on only one side or both sides of the porous substrate. Or less, more preferably 8 μm or less.

単位面積当たりの耐熱性多孔質層の質量は、セパレータの耐熱性又はハンドリング性の観点から、両面の合計として1.0g/m以上が好ましく、2.0g/m以上がより好ましく、セパレータのハンドリング性又は電池のエネルギー密度の観点から、両面の合計として10.0g/m以下が好ましく、8.0g/m以下がより好ましい。 The mass of the heat-resistant porous layer per unit area is preferably 1.0 g / m 2 or more, more preferably 2.0 g / m 2 or more, as a total of both surfaces, from the viewpoint of heat resistance or handleability of the separator. from the viewpoint of handleability or the battery energy density is preferably 10.0 g / m 2 or less as the sum of two-sided, 8.0 g / m 2 or less is more preferable.

耐熱性多孔質層が多孔質基材の両面にある場合、耐熱性多孔質層の質量に係る一方の面と他方の面との差は、セパレータのカールを抑制する観点から、両面合計に対して20質量%以下であることが好ましい。   When the heat-resistant porous layer is on both surfaces of the porous substrate, the difference between the one surface and the other surface related to the mass of the heat-resistant porous layer is, from the viewpoint of suppressing the curl of the separator, relative to the total of both surfaces. Is preferably not more than 20% by mass.

耐熱性多孔質層の空孔率は、セパレータのイオン透過性の観点から、30%以上が好ましく、セパレータの熱寸法安定性の観点から、80%以下が好ましい。耐熱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 porous layer is preferably 30% or more from the viewpoint of ion permeability of the separator, and is preferably 80% or less from the viewpoint of thermal dimensional stability of the separator. The method for determining the porosity of the heat-resistant porous layer is the same as the method for determining the porosity of the porous substrate.

耐熱性多孔質層の平均孔径は、10nm〜200nmが好ましい。平均孔径が10nm以上であると、耐熱性多孔質層に電解液を含浸させたとき、耐熱性多孔質層に含まれる樹脂が膨潤しても孔の閉塞が起きにくい。平均孔径が200nm以下であると、イオン移動の均一性が高く、電池のサイクル特性及び負荷特性に優れる。   The average pore size of the heat-resistant porous layer is preferably from 10 nm to 200 nm. When the average pore diameter is 10 nm or more, when the heat-resistant porous layer is impregnated with the electrolytic solution, the pores are unlikely to be blocked even if the resin contained in the heat-resistant porous layer swells. When the average pore size is 200 nm or less, the uniformity of ion transfer is high, and the cycle characteristics and load characteristics of the battery are excellent.

耐熱性多孔質層の平均孔径(nm)は、すべての孔が円柱状であると仮定し、以下の式によって算出する。
d=4V/S
式中、dは耐熱性多孔質層の平均孔径(直径)、Vは耐熱性多孔質層1m当たりの空孔体積、Sは耐熱性多孔質層1m当たりの空孔表面積を表す。
耐熱性多孔質層1m当たりの空孔体積Vは、耐熱性多孔質層の空孔率から算出する。
耐熱性多孔質層1m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(m/g)とセパレータの比表面積(m/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(m/g)にそれぞれの目付(g/m)を乗算して、それぞれの1m当たりの空孔表面積を算出する。そして、多孔質基材1m当たりの空孔表面積をセパレータ1m当たりの空孔表面積から減算して、耐熱性多孔質層1m当たりの空孔表面積Sを算出する。
The average pore size (nm) of the heat-resistant porous layer is calculated by the following equation, assuming that all pores are cylindrical.
d = 4V / S
The average pore diameter in the formula, d is the heat-resistant porous layer (diameter), V is the pore volume of the heat resistant porous layer 1 m 2 per, S is indicative of the air hole surface area of 1 m 2 per heat resistant porous layer.
Pore volume V of the heat-resistant porous layer 1 m 2 per is calculated from porosity of the heat resistant porous layer.
Pore surface area S of the heat-resistant porous layer 1 m 2 per is determined by the following methods.
First, a specific surface area of the porous substrate (m 2 / g) and specific surface area of the separator (m 2 / g), by applying the BET equation to the nitrogen gas adsorption method, it is calculated from the nitrogen gas adsorption. The specific surface area (m 2 / g) is multiplied by each basis weight (g / m 2 ) to calculate the pore surface area per 1 m 2 . Then, by subtracting the pore surface area of the porous substrate 1 m 2 per the pore surface area per separator 1 m 2, to calculate the pore surface area S of the heat-resistant porous layer 1 m 2 per.

多孔質基材と耐熱性多孔質層との間の剥離強度は、電極に対するセパレータの接着強度の観点から、0.1N/10mm以上が好ましく、0.2N/10mm以上がより好ましく、0.3N/10mm以上が更に好ましい。上記の観点からは、多孔質基材と耐熱性多孔質層との間の剥離強度は高いほど好ましいが、通常、剥離強度は2N/10mm以下である。本開示のセパレータが多孔質基材の両面に耐熱性多孔質層を有する場合、多孔質基材と耐熱性多孔質層との間の剥離強度は、多孔質基材の両面において上記の範囲であることが好ましい。   The peel strength between the porous substrate and the heat-resistant porous layer is preferably 0.1 N / 10 mm or more, more preferably 0.2 N / 10 mm or more, and 0.3 N or more, from the viewpoint of the adhesive strength of the separator to the electrode. / 10 mm or more is more preferable. From the above viewpoint, the peel strength between the porous substrate and the heat-resistant porous layer is preferably as high as possible, but the peel strength is usually 2 N / 10 mm or less. When the separator of the present disclosure has a heat-resistant porous layer on both surfaces of the porous substrate, the peel strength between the porous substrate and the heat-resistant porous layer is within the above range on both surfaces of the porous substrate. Preferably, there is.

[セパレータの特性]
本開示のセパレータの厚さは、セパレータの機械的強度の観点から、6μm以上が好ましく、7μm以上がより好ましく、電池のエネルギー密度の観点から、25μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましい。
[Characteristics of separator]
The thickness of the separator of the present disclosure is preferably 6 μm or more, more preferably 7 μm or more, from the viewpoint of mechanical strength of the separator, and is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less, from the viewpoint of battery energy density.

本開示のセパレータの突刺強度は、セパレータの機械的強度又は電池の耐短絡性の観点から、160gf(1.6N)〜1000gf(9.8N)が好ましく、200gf(2.0N)〜600gf(5.9N)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 piercing strength of the separator of the present disclosure is preferably 160 gf (1.6 N) to 1000 gf (9.8 N), and is preferably 200 gf (2.0 N) to 600 gf (5N) from the viewpoint of mechanical strength of the separator or short-circuit resistance of the battery. .9N) is more preferred. The method for measuring the piercing strength of the separator is the same as the method for measuring the piercing strength of the porous substrate.

本開示のセパレータの空孔率は、セパレータのハンドリング性、イオン透過性又は機械的強度の観点から、30%〜60%が好ましい。   The porosity of the separator according to the present disclosure is preferably 30% to 60% from the viewpoint of the handleability, ion permeability, and mechanical strength of the separator.

本開示のセパレータのガーレ値(JIS P8117:2009)は、機械的強度とイオン透過性のバランスの観点から、50秒/100mL〜800秒/100mLが好ましく、100秒/100mL〜450秒/100mLがより好ましい。   The Gurley value (JIS P8117: 2009) of the separator of the present disclosure is preferably 50 seconds / 100 mL to 800 seconds / 100 mL, and more preferably 100 seconds / 100 mL to 450 seconds / 100 mL from the viewpoint of the balance between mechanical strength and ion permeability. More preferred.

本開示のセパレータは、イオン透過性の観点から、セパレータのガーレ値から多孔質基材のガーレ値を減算した値が、300秒/100mL以下が好ましく、150秒/100mL以下がより好ましく、100秒/100mL以下が更に好ましい。セパレータのガーレ値から多孔質基材のガーレ値を減算した値の下限は、特に限定されるものではないが、本開示のセパレータにおいては通常10秒/100mL以上である。   In the separator of the present disclosure, from the viewpoint of ion permeability, the value obtained by subtracting the Gurley value of the porous base material from the Gurley value of the separator is preferably 300 seconds / 100 mL or less, more preferably 150 seconds / 100 mL or less, and 100 seconds. / 100 mL or less is more preferable. Although the lower limit of the value obtained by subtracting the Gurley value of the porous substrate from the Gurley value of the separator is not particularly limited, it is usually 10 seconds / 100 mL or more in the separator of the present disclosure.

本開示のセパレータの膜抵抗は、電池の負荷特性の観点から、1Ω・cm〜10Ω・cmが好ましい。ここでセパレータの膜抵抗とは、セパレータに電解液を含浸させた状態での抵抗値であり、電解液として1mol/L LiBF−プロピレンカーボネート:エチレンカーボネート(質量比1:1)を用いて、20℃にて交流法にて測定される値である。 The film resistance of the separator of the present disclosure, in view of the load characteristics of the battery, 1Ω · cm 2 ~10Ω · cm 2 is preferred. Here, the membrane resistance of the separator is a resistance value in a state where the separator is impregnated with the electrolytic solution, and 1 mol / L LiBF 4 -propylene carbonate: ethylene carbonate (mass ratio 1: 1) is used as the electrolytic solution. It is a value measured by the alternating current method at 20 ° C.

本開示のセパレータの曲路率は、イオン透過性の観点から、1.2〜2.8が好ましい。   The curvature of the separator of the present disclosure is preferably from 1.2 to 2.8 from the viewpoint of ion permeability.

本開示のセパレータに含まれる水分量(質量基準)は、1000ppm以下が好ましい。セパレータの水分量が少ないほど、電池を構成した場合において、電解液と水との反応が抑えられ、電池内でのガス発生を抑えることができ、電池のサイクル特性が向上する。この観点から、セパレータに含まれる水分量は、800ppm以下がより好ましく、500ppm以下が更に好ましい。   The amount of water (based on mass) contained in the separator of the present disclosure is preferably 1000 ppm or less. The smaller the water content of the separator, the more the reaction between the electrolytic solution and water is suppressed when the battery is configured, the more the gas generation in the battery can be suppressed, and the cycle characteristics of the battery are improved. In this respect, the water content of the separator is more preferably equal to or less than 800 ppm, and still more preferably equal to or less than 500 ppm.

本開示のセパレータは、135℃で0.5時間熱処理したときの面積収縮率が、35%以下が好ましく、30%以下がより好ましく、20%以下が更に好ましい。   The separator of the present disclosure has an area shrinkage ratio of preferably 35% or less, more preferably 30% or less, and still more preferably 20% or less when heat-treated at 135 ° C. for 0.5 hour.

本開示のセパレータは、135℃で0.5時間熱処理したときのMD方向の収縮率が、25%以下が好ましく、20%以下がより好ましく、15%以下が更に好ましく、10%以下が更に好ましい。   In the separator of the present disclosure, the shrinkage in the MD direction when heat-treated at 135 ° C. for 0.5 hour is preferably 25% or less, more preferably 20% or less, still more preferably 15% or less, and still more preferably 10% or less. .

本開示のセパレータは、135℃で0.5時間熱処理したときのTD方向の収縮率が、25%以下が好ましく、20%以下がより好ましく、15%以下が更に好ましく、10%以下が更に好ましい。   The separator of the present disclosure has a TD shrinkage ratio of preferably 25% or less, more preferably 20% or less, still more preferably 15% or less, even more preferably 10% or less when heat-treated at 135 ° C. for 0.5 hour. .

本開示のセパレータを熱処理したときの収縮率は、例えば、耐熱性多孔質層中の無機粒子の含有量、耐熱性多孔質層の厚さ、耐熱性多孔質層の空孔率等によって制御し得る。   Shrinkage rate when the separator of the present disclosure is heat-treated is controlled by, for example, the content of inorganic particles in the heat-resistant porous layer, the thickness of the heat-resistant porous layer, the porosity of the heat-resistant porous layer, and the like. obtain.

本開示のセパレータは、多孔質基材及び耐熱性多孔質層以外のその他の層をさらに有していてもよい。その他の層としては、電極との接着を主たる目的に最外層として設けられる接着層が挙げられる。   The separator of the present disclosure may further have another layer other than the porous substrate and the heat-resistant porous layer. Other layers include an adhesive layer provided as an outermost layer mainly for the purpose of bonding to an electrode.

[セパレータの製造方法]
本開示のセパレータは、例えば、多孔質基材上に耐熱性多孔質層を湿式塗工法又は乾式塗工法で形成することにより製造できる。本開示において、湿式塗工法とは、塗工層を凝固液中で固化させる方法であり、乾式塗工法とは、塗工層を乾燥させて固化させる方法である。以下に、湿式塗工法の実施形態例を説明する。
[Separator manufacturing method]
The separator of the present disclosure can be manufactured, for example, by forming a heat-resistant porous layer on a porous substrate by a wet coating method or a dry coating method. In the present disclosure, the wet coating method is a method of solidifying a coating layer in a coagulation liquid, and the dry coating method is a method of drying and solidifying a coating layer. An embodiment of the wet coating method will be described below.

湿式塗工法は、バインダ樹脂及び無機粒子を含有する塗工液を多孔質基材上に塗工し、凝固液に浸漬して塗工層を固化させ、凝固液から引き揚げ水洗及び乾燥を行う方法である。   The wet coating method is a method of coating a coating liquid containing a binder resin and inorganic particles on a porous base material, immersing the coating liquid in a coagulation liquid to solidify the coating layer, withdrawing from the coagulation liquid, washing with water, and drying. It is.

耐熱性多孔質層形成用の塗工液は、バインダ樹脂及び無機粒子を溶媒に溶解又は分散させて作製する。塗工液には、必要に応じて、バインダ樹脂及び無機粒子以外のその他の成分を溶解又は分散させる。   The coating liquid for forming a heat-resistant porous layer is prepared by dissolving or dispersing a binder resin and inorganic particles in a solvent. In the coating liquid, other components other than the binder resin and the inorganic particles are dissolved or dispersed as necessary.

塗工液の調製に用いる溶媒は、バインダ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 liquid includes a solvent that dissolves the binder 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。   The solvent used for preparing the coating liquid preferably contains a phase separating agent that induces phase separation from the viewpoint of forming a porous layer having a favorable porous structure. Therefore, the solvent used for preparing the coating liquid is preferably a mixed solvent of a good solvent and a phase separation agent. It is preferable that the phase separation agent is mixed with a good solvent in an amount within a range that ensures a viscosity suitable for coating. Examples of the phase separating agent include water, methanol, ethanol, propyl alcohol, butyl alcohol, butanediol, 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。   From the viewpoint of forming a good porous structure, the solvent used for preparing the coating liquid is a mixed solvent of a good solvent and a phase separating agent, which contains the good solvent in an amount of 60% by mass or more, and contains 40% by mass of the phase separating 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%であることが好ましい。塗工液の無機粒子濃度は、良好な多孔構造を形成する観点から、2質量%〜50質量%であることが好ましい。   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. The inorganic particle concentration of the coating liquid is preferably 2% by mass to 50% by mass from the viewpoint of forming a good porous structure.

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、ロールコーター、グラビアコーター等が挙げられる。耐熱性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多孔質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 Meyer bar, a die coater, a reverse roll coater, a roll coater, and a gravure coater. When the heat-resistant porous layer is formed on both surfaces of the porous substrate, it is preferable from the viewpoint of productivity to apply the coating liquid to the porous substrate simultaneously on both surfaces.

塗工層の固化は、塗工層を形成した多孔質基材を凝固液に浸漬し、塗工層において相分離を誘発しつつバインダ樹脂を固化させることで行われる。これにより、多孔質基材と耐熱性多孔質層とからなる積層体を得る。   The solidification of the coating layer is performed by immersing the porous substrate on which the coating layer is formed in a coagulation liquid, and solidifying the binder resin while inducing phase separation in the coating layer. Thus, a laminate including the porous substrate and the heat-resistant porous layer is obtained.

凝固液は、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 generally contains water and a good solvent and a phase separation agent used for preparing the coating liquid. The mixing ratio of the good solvent and the phase separation agent is preferably adjusted to the mixing ratio of the mixed solvent used for preparing the coating liquid in terms of production. The content of water in the coagulation liquid is preferably from 40% by mass to 90% by mass from the viewpoint of formation of a porous structure and productivity. The temperature of the coagulating liquid is, for example, 20 ° C to 50 ° C.

凝固液中で塗工層を固化させた後、積層体を凝固液から引き揚げ、水洗する。水洗することによって、積層体から凝固液を除去する。さらに、乾燥することによって、積層体から水を除去する。水洗は、例えば、積層体を水浴中において搬送することによって行う。乾燥は、例えば、積層体を高温環境中において搬送すること、積層体に風をあてること、積層体をヒートロールに接触させること等によって行う。乾燥温度は40℃〜80℃が好ましい。   After the coating layer is solidified in the coagulation liquid, the laminate is pulled out of the coagulation liquid and washed with water. By washing with water, the coagulating liquid is removed from the laminate. Further, water is removed from the laminate by drying. Washing is performed, for example, by transporting the laminate in a water bath. Drying is performed by, for example, transporting the laminate in a high-temperature environment, exposing the laminate to air, bringing the laminate into contact with a heat roll, and the like. The drying temperature is preferably from 40C to 80C.

本開示のセパレータは、乾式塗工法でも製造し得る。乾式塗工法は、塗工液を多孔質基材に塗工し、塗工層を乾燥させて溶媒を揮発除去することにより、耐熱性多孔質層を多孔質基材上に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乾燥後の塗工層が緻密になりやすいので、良好な多孔質構造を得られる点で湿式塗工法の方が好ましい。   The separator of the present disclosure can also be manufactured by a dry coating method. The dry coating method is a method of forming a heat-resistant porous layer on a porous substrate by applying a coating solution to a porous substrate, drying the coating layer and volatilizing and removing the solvent. . However, the dry coating method is more preferable than the wet coating method since the coated layer after drying tends to be denser than the wet coating method, so that a good porous structure can be obtained.

本開示のセパレータは、耐熱性多孔質層を独立したシートとして作製し、この耐熱性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複合化する方法によっても製造し得る。耐熱性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、剥離シート上に耐熱性多孔質層を形成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 heat-resistant porous layer is formed as an independent sheet, and the heat-resistant porous layer is stacked on a porous base material and composited by thermocompression bonding or an adhesive. As a method for producing the heat-resistant porous layer as an independent sheet, there is a method of forming the heat-resistant porous layer on the release sheet by applying the above-mentioned wet coating method or dry coating method.

<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 / dedoping lithium, and includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous secondary battery separator of the present disclosure. The dope means occlusion, support, 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 nonaqueous 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 with a separator interposed therebetween 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電池内部におけるガス発生を抑制すると共に耐熱性に優れることにより、安全性に優れる。また、本開示のセパレータが電池内部のHF濃度を低減させるために、サイクル特性などの電池特性にも優れる。   The nonaqueous secondary battery of the present disclosure is excellent in safety because the separator of the present disclosure suppresses gas generation inside the battery and has excellent heat resistance. Further, since the separator of the present disclosure reduces the HF concentration inside the battery, the separator is also excellent in battery characteristics such as cycle characteristics.

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, exemplary 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成形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LiCoO、LiNiO、LiMn1/2Ni1/2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3、LiMn、LiFePO、LiCo1/2Ni1/2、LiAl1/4Ni3/4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。 An example of the embodiment of the positive electrode includes a structure in which an active material layer including a positive electrode active material and a binder resin is formed on a current collector. The active material layer may further include a conductive aid. Examples of the positive electrode active material include lithium-containing transition metal oxides. 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, a styrene-butadiene copolymer, and the like. Examples of the conductive aid include carbon materials such as acetylene black, Ketjen black, and graphite powder. Examples of the current collector include an aluminum foil, a titanium foil, and a 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、耐熱性多孔質層が耐酸化性にも優れることにより、耐熱性多孔質層を非水系二次電池の正極に接触させて配置することで、正極活物質として、4.2V以上の高電圧で作動可能なLiMn1/2Ni1/2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3等を適用しやすい。 In the non-aqueous secondary battery of the present disclosure, the heat-resistant porous layer also has excellent oxidation resistance, so that the heat-resistant porous layer is disposed in contact with the positive electrode of the non-aqueous secondary battery, so that the positive electrode active As a substance, LiMn 1/2 Ni 1/2 O 2 , LiCo 1/3 Mn 1/3 Ni 1/3 O 2 , which can be operated at a high voltage of 4.2 V or more, is easily applied.

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成形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。   An example of the embodiment of the negative electrode includes a structure in which an active material layer including a negative electrode active material and a binder resin is formed on a current collector. The active material layer may further include a conductive aid. Examples of the negative electrode active material include materials that can electrochemically occlude lithium, and specific examples include carbon materials; alloys of lithium with silicon, tin, aluminum, and the like; wood alloys; and the like. Examples of the binder resin include a polyvinylidene fluoride resin, a styrene-butadiene copolymer, and the like. Examples of the conductive aid include carbon materials such as acetylene black, Ketjen black, and graphite powder. Examples of the current collector include a copper foil, a nickel foil, and a stainless steel foil having a thickness of 5 μm to 20 μm. Further, instead of the above-described negative electrode, a metal lithium foil may be used as the 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、LiPF、LiBF、LiClO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の範囲にて溶解した溶液が好適である。 The electrolyte 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 , and LiClO 4 . Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and fluorine-substituted products thereof; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; and these may be used alone or as a mixture. As an electrolytic solution, cyclic carbonate and chain carbonate are mixed at a mass ratio (cyclic carbonate: chain carbonate) of 20:80 to 40:60, and a lithium salt is in a range 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 a metal can, an aluminum laminate film pack, and the like. Although the shape of the battery includes a square shape, a cylindrical shape, a coin shape, and the like, the separator of the present disclosure is suitable for any shape.

本開示の非水系二次電池は、正極と負極との間に本開示のセパレータを配置し、長さ方向に巻き回して巻回体を製造した後、この巻回体を外装材に入れてさらに電解液を含侵させて封入することにより製造できる。巻回体の代わりに、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)によって製造した素子を用いる場合も同様である。   Non-aqueous secondary battery of the present disclosure, the separator of the present disclosure is disposed between the positive electrode and the negative electrode, and wound in the longitudinal direction to produce a wound body, put this wound body in the exterior material Further, it can be produced by impregnating with an electrolyte and enclosing the electrolyte. The same applies to a case where an element manufactured by a method of stacking at least one layer of a positive electrode, a separator, and a negative electrode in this order (a so-called stack method) instead of the wound body.

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。   Hereinafter, the separator and the nonaqueous secondary battery of the present disclosure will be described more specifically with reference to examples. Materials, usage amounts, ratios, processing procedures, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the spirit of the present disclosure. Therefore, the range of the separator and the non-aqueous secondary battery of the present disclosure should not be construed as being limited by the specific examples described 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 the examples and comparative examples are as follows.

[無機粒子の平均一次粒径]
走査型電子顕微鏡(SEM)による観察において、任意に選んだ粒子100個の長径を測定し、その平均値を算出し、無機粒子の平均一次粒径(μm)とした。
[Average primary particle size of inorganic particles]
In observation with a scanning electron microscope (SEM), the major axis of 100 arbitrarily selected particles was measured, the average value was calculated, and the average primary particle diameter (μm) of the inorganic particles was determined.

[膜厚]
多孔質基材及びセパレータの膜厚は、接触式の厚み計(ミツトヨ社製LITEMATIC)を用いて測定した。測定端子は直径5mmの円柱状のものを用い、測定中には7gの荷重が印加されるように調整して行い、10cm×10cm内の任意の20点を測定して、その平均値を算出した。
耐熱性多孔質層の層厚は、セパレータの膜厚から多孔質基材の膜厚を減算して求めた。
[Thickness]
The thicknesses of the porous substrate and the separator were measured using a contact-type thickness gauge (LITEMATIC manufactured by Mitutoyo Corporation). The measurement terminal used was a cylindrical one with a diameter of 5 mm, adjusted so that a load of 7 g was applied during the measurement, and measured any 20 points within 10 cm x 10 cm, and calculated the average value did.
The thickness of the heat-resistant porous layer was determined by subtracting the thickness of the porous substrate from the thickness of the separator.

[空孔率]
多孔質基材及びセパレータの空孔率は、下記の算出方法に従って求めた。
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
[Porosity]
The porosity of the porous substrate and the separator was determined according to the following calculation method.
The constituent materials are a, b, c, ..., n, the mass of each constituent material is Wa, Wb, Wc, ..., Wn (g / cm2), and the true density of each constituent material is da, db, dc , Dn (g / cm3), and when the film thickness is t (cm), the porosity ε (%) can be obtained by the following equation.
ε = {1- (Wa / da + Wb / db + Wc / dc +... + Wn / dn) / t} × 100

[ガーレ値]
多孔質基材及びセパレータのガーレ値は、JIS P8117:2009に従い、ガーレ式デンソメータ(東洋精機社製G−B2C)にて測定した。
[Gurle value]
The Gurley value of the porous substrate and the separator was measured with a Gurley type densometer (Toyo Seiki G-B2C) according to JIS P8117: 2009.

[熱処理による面積収縮率]
セパレータをMD方向180mm×TD方向60mmに切り出し、試験片とした。この試験片に、TD方向を2等分する線上で且つ一方の端から20mm及び170mmの箇所に印を付けた(それぞれ点A、点Bという)。さらに、MD方向を2等分する線上で且つ一方の端から10mm及び50mmの箇所に印を付けた(それぞれ点C、点Dという)。これにクリップをつけて(クリップをつける場所は、点Aから最も近い端と点Aとの間)、温度調整したオーブンの中につるし、無張力下で120℃で0.5時間熱処理を施した後、収縮率を測定した。その後120℃熱処理後の試験片を、温度調整したオーブン内に再度つるし、135℃で0.5時間熱処理を施した。収縮率の測定にあたっては、AB間及びCD間の長さを各熱処理の前後で測定し、下記の式により面積収縮率を算出し、さらに試験片10枚の面積熱縮率を平均した。
面積収縮率(%)={1−(熱処理後のABの長さ÷熱処理前のABの長さ)×(熱処理後のCDの長さ÷熱処理前のCDの長さ)}×100
[Area shrinkage due to heat treatment]
The separator was cut out to a size of 180 mm in the MD direction × 60 mm in the TD direction to obtain a test piece. The test piece was marked on a line bisecting the TD direction and at positions 20 mm and 170 mm from one end (referred to as points A and B, respectively). Further, marks were made at points 10 mm and 50 mm from one end on a line bisecting the MD direction (points C and D, respectively). Attach a clip to this (the point where the clip is attached is between the end closest to point A and point A), hang it in a temperature-controlled oven, and perform a heat treatment at 120 ° C. for 0.5 hour under no tension. After that, the shrinkage was measured. Thereafter, the test piece after the heat treatment at 120 ° C. was suspended again in an oven whose temperature was adjusted, and heat treated at 135 ° C. for 0.5 hour. In measuring the shrinkage, the length between AB and CD was measured before and after each heat treatment, the area shrinkage was calculated by the following formula, and the area heat shrinkage of 10 test pieces was averaged.
Area shrinkage (%) = {1− (length of AB after heat treatment / length of AB before heat treatment) × (length of CD after heat treatment / length of CD before heat treatment)} × 100

[スポット加熱]
セパレータをMD方向50mm×TD方向50mmに切り出し、試験片とした。試験片を水平な台に置き、先端直径2mmのハンダゴテを加熱して先端温度を260℃にした状態で該ハンダゴテの先端をセパレータ表面に60秒間、点接触させた。点接触によってセパレータに生じた穴の面積(mm)を測定し、さらに試験片10枚の穴の面積を平均した。セパレータの耐熱性が高いほど、セパレータに生じる穴の面積は小さい。
[Spot heating]
The separator was cut out in a size of 50 mm in the MD direction × 50 mm in the TD direction to obtain a test piece. The test piece was placed on a horizontal stand, and the tip of the soldering iron having a tip diameter of 2 mm was heated to a temperature of 260 ° C., and the tip of the soldering iron was brought into point contact with the separator surface for 60 seconds. The area (mm 2 ) of holes formed in the separator due to point contact was measured, and the areas of holes of 10 test pieces were averaged. The higher the heat resistance of the separator, the smaller the area of the hole formed in the separator.

[高温保存試験(ガス発生量)]
セパレータを所定の大きさに切り出してアルミラミネートフィルム製パック中に入れ、パック中に電解液を注入してセパレータに電解液を含浸させ、パックを封止して試験セルを得た。電解液としては、1mol/L LiPF−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)にイオン交換水を0.1wt%添加したものを用いた。試験セルを温度85℃の環境下に7日間置き、熱処理前後の試験セルの体積を測定した。熱処理後の試験セルの体積V2から熱処理前の試験セルの体積V1を減算することでガス発生量V(=V2−V1、単位:mL)を求めた。Vをセパレータの面積で除し、セパレータ1mあたりのガス発生量を算出した。
[High temperature storage test (gas generation amount)]
The separator was cut out to a predetermined size, placed in a pack made of an aluminum laminated film, an electrolytic solution was injected into the pack to impregnate the separator with the electrolytic solution, and the pack was sealed to obtain a test cell. As the electrolytic solution, a solution obtained by adding 0.1 wt% of ion-exchanged water to 1 mol / L LiPF 6 -ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate (mass ratio 3: 7) was used. The test cell was placed in an environment at a temperature of 85 ° C. for 7 days, and the volume of the test cell before and after the heat treatment was measured. The gas generation amount V (= V2-V1, unit: mL) was obtained by subtracting the volume V1 of the test cell before heat treatment from the volume V2 of the test cell after heat treatment. The V was divided by the area of the separator was calculated gas generation amount per separator 1 m 2.

[HF濃度]
上記高温保存試験後のセル中から回収した電解液を遠心分離(3000rpm、10分間)して上澄み液を回収し、超純水で希釈後、撹拌した。この液を固相抽出用カートリッジで処理し、イオンクロマトグラフィー(IC)によりフッ素イオン(F)の定量分析を行った。
[HF concentration]
The electrolyte recovered from the cells after the high-temperature storage test was centrifuged (3000 rpm, 10 minutes) to recover a supernatant, which was diluted with ultrapure water and stirred. This solution was treated with a solid phase extraction cartridge, and quantitative analysis of fluorine ions (F ) was performed by ion chromatography (IC).

[サイクル特性]
正極活物質であるコバルト酸リチウム粉末94g、導電助剤であるアセチレンブラック3g、及びバインダであるポリフッ化ビニリデン3gを、ポリフッ化ビニリデンの濃度が5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、正極用スラリーを調製した。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。
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て混合し、負極用スラリーを作製した。この負極用スラリーを負極集電体である厚さ10μmの銅箔に塗布し、乾燥後プレスして、負極活物質層を有する負極を得た。
以下の実施例及び比較例で得た各セパレータを介して上記の正極、負極(長さ70mm、幅30mm)を重ねて積層し、リードタブを溶接して電池素子を得た。この電池素子をアルミラミネートフィルム製パック中に収容し、電解液を含浸させた後、圧力1MPa、温度90℃、時間2分間にて熱プレスを実施し、外装を封止して試験用二次電池(厚さ1.1mm)を得た。ここで、電解液は1mol/L LiPF−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)を用いた。
作製した試験用二次電池を用い、45℃の環境下、1Cにて4.2V定電流、定電圧充電を2時間、及び1Cにて3Vカットオフの定電流放電という条件にて充放電サイクルを500サイクル繰り返し、初回サイクルで得られた放電容量を基準として500サイクル後に得られた放電容量の比率を百分率で求め(%;=500サイクル後の放電容量/初回サイクル時の放電容量×100)、この値をサイクル特性を評価する指標とした。
[Cycle characteristics]
Dissolve 94 g of lithium cobaltate powder as a positive electrode active material, 3 g of acetylene black as a conductive additive, and 3 g of polyvinylidene fluoride as a binder in N-methyl-pyrrolidone so that the concentration of polyvinylidene fluoride becomes 5% by mass. Then, the mixture was stirred with a double-armed mixer to prepare a slurry for the positive electrode. This positive electrode slurry was applied to one surface 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.
300 g of artificial graphite as a negative electrode active material, 7.5 g of a water-soluble dispersion containing 40% by mass of a modified styrene-butadiene copolymer as a binder, 3 g of carboxymethyl cellulose as a thickener, and an appropriate amount of water The mixture was stirred and mixed by a type mixer to prepare a negative electrode slurry. This negative electrode slurry was applied to a 10 μm-thick copper foil as a negative electrode current collector, dried and pressed to obtain a negative electrode having a negative electrode active material layer.
The above-described positive electrode and negative electrode (length 70 mm, width 30 mm) were stacked and laminated via the respective separators obtained in the following Examples and Comparative Examples, and a lead tab was welded to obtain a battery element. The battery element was housed in a pack made of an aluminum laminated film, impregnated with an electrolytic solution, and then subjected to a heat press at a pressure of 1 MPa, a temperature of 90 ° C. and a time of 2 minutes to seal the outer package, and perform a secondary test. A battery (thickness: 1.1 mm) was obtained. Here, the electrolytic solution used was 1 mol / L LiPF 6 -ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate (mass ratio 3: 7).
Using the produced test secondary battery, a charge / discharge cycle under the conditions of 45 ° C. and a condition of 4.2 V constant current at 1 C, constant voltage charge for 2 hours, and constant current discharge of 3 V cutoff at 1 C. Is repeated for 500 cycles, and the ratio of the discharge capacity obtained after 500 cycles is determined as a percentage based on the discharge capacity obtained in the first cycle (%; = discharge capacity after 500 cycles / discharge capacity at first cycle x 100). This value was used as an index for evaluating cycle characteristics.

<セパレータの作製>
[実施例1]
ポリフッ化ビニリデン系樹脂(VDF−HFP共重合体、VDF:HFP(モル比)=97.6:2.4、重量平均分子量113万)を、樹脂濃度が4質量%となるように、ジメチルアセトアミド(DMAc)とトリプロピレングリコール(TPG)の混合溶媒(DMAc:TPG=90:10[質量比])に溶解し、さらに天然アパタイト粒子(平均一次粒径2.7μm)を攪拌混合し、塗工液(P)を得た。
<Preparation of separator>
[Example 1]
Polyvinylidene fluoride resin (VDF-HFP copolymer, VDF: HFP (molar ratio) = 97.6: 2.4, weight average molecular weight 1,130,000) was mixed with dimethylacetamide so that the resin concentration became 4% by mass. It is dissolved in a mixed solvent of (DMAc) and tripropylene glycol (TPG) (DMAc: TPG = 90: 10 [mass ratio]), and natural apatite particles (average primary particle size 2.7 μm) are further stirred and mixed. Liquid (P) was obtained.

一対のマイヤーバーに塗工液(P)を適量のせ、ポリエチレン微多孔膜(厚さ9μm、空孔率36%、ガーレ値168秒/100mL)をマイヤーバー間に通して、塗工液(P)を両面に等量塗工した。これを、凝固液(DMAc:TPG:水=30:8:62[質量比]、液温40℃)に浸漬し塗工層を固化させ、次いで、水温40℃の水洗槽で洗浄し、乾燥した。こうして、ポリエチレン微多孔膜の両面に耐熱性多孔質層が形成されたセパレータを得た。   An appropriate amount of the coating liquid (P) is applied to a pair of Meyer bars, and a microporous polyethylene membrane (9 μm in thickness, 36% porosity, Gurley value of 168 seconds / 100 mL) is passed between the Meyer bars to form a coating liquid (P). ) Was applied in equal amounts on both sides. This is dipped in a coagulation liquid (DMAc: TPG: water = 30: 8: 62 [mass ratio], liquid temperature 40 ° C.) to solidify the coating layer, and then washed in a water washing tank at a water temperature of 40 ° C., and dried. did. Thus, a separator having a heat-resistant porous layer formed on both sides of the polyethylene microporous membrane was obtained.

[実施例2]
天然アパタイト粒子を別の天然アパタイト粒子(平均一次粒径1.0μm)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 2]
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that the natural apatite particles were changed to other natural apatite particles (average primary particle size: 1.0 μm).

[実施例3]
天然アパタイト粒子をヒドロキシアパタイト粒子(平均一次粒径0.3μm)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。
[実施例4]
天然アパタイト粒子をヒドロキシアパタイト粒子(平均一次粒径0.05μm)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。
[実施例5]
天然アパタイト粒子をヒドロキシアパタイト粒子(平均一次粒径0.01μm)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。
[実施例6]
メタ型全芳香族ポリアミドを、樹脂濃度が4質量%となるように、ジメチルアセトアミド(DMAc)とトリプロピレングリコール(TPG)の混合溶媒(DMAc:TPG=80:20[質量比])に溶解し、さらにヒドロキシアパタイト粒子(平均一次粒径0.3μm)を攪拌混合し、塗工液(A)を得た。
マイヤーバーに塗工液(A)を適量のせ、ポリエチレン微多孔膜(厚さ9μm、空孔率36%、ガーレ値168秒/100mL)の片面に塗工液(A)を塗工した。これを、凝固液(DMAc:TPG:水=30:8:62[質量比]、液温40℃)に浸漬し塗工層を固化させ、次いで、水温40℃の水洗槽で洗浄し、乾燥した。こうして、ポリエチレン微多孔膜の片面に耐熱性多孔質層が形成されたセパレータを得た。
[Example 3]
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the natural apatite particles were changed to hydroxyapatite particles (average primary particle size: 0.3 μm).
[Example 4]
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the natural apatite particles were changed to hydroxyapatite particles (average primary particle size: 0.05 μm).
[Example 5]
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that the natural apatite particles were changed to hydroxyapatite particles (average primary particle size: 0.01 μm).
[Example 6]
The meta-type wholly aromatic polyamide is dissolved in a mixed solvent of dimethylacetamide (DMAc) and tripropylene glycol (TPG) (DMAc: TPG = 80: 20 [mass ratio]) so that the resin concentration becomes 4% by mass. Further, hydroxyapatite particles (average primary particle diameter: 0.3 μm) were mixed by stirring to obtain a coating liquid (A).
An appropriate amount of the coating liquid (A) was applied to a Meyer bar, and the coating liquid (A) was applied to one surface of a polyethylene microporous membrane (9 μm thick, porosity 36%, Gurley value 168 seconds / 100 mL). This is dipped in a coagulation liquid (DMAc: TPG: water = 30: 8: 62 [mass ratio], liquid temperature 40 ° C.) to solidify the coating layer, and then washed in a water washing tank at a water temperature of 40 ° C., and dried. did. Thus, a separator having a heat-resistant porous layer formed on one side of the polyethylene microporous membrane was obtained.

[実施例7〜8]
ヒドロキシアパタイト粒子の体積割合を表1に記載のとおりに変更した以外は、実施例3と同様にしてセパレータを作製した。
[Examples 7 and 8]
A separator was produced in the same manner as in Example 3, except that the volume ratio of the hydroxyapatite particles was changed as shown in Table 1.

[比較例1]
天然アパタイト粒子を別のヒドロキシアパタイト粒子(平均一次粒径9.2μm)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。
[Comparative Example 1]
A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the natural apatite particles were changed to other hydroxyapatite particles (average primary particle size: 9.2 μm).

[比較例2]
天然アパタイト粒子を別のヒドロキシアパタイト粒子(平均一次粒径0.01μm未満)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。
[Comparative Example 2]
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that the natural apatite particles were changed to other hydroxyapatite particles (average primary particle size less than 0.01 μm).

[比較例3]
天然アパタイト粒子を水酸化マグネシウム(平均一次粒径0.9μm)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。
[Comparative Example 3]
A separator was produced in the same manner as in Example 1, except that the natural apatite particles were changed to magnesium hydroxide (average primary particle size: 0.9 μm).

[実施例9〜12]
天然アパタイト粒子を、ヒドロキシアパタイト粒子(平均一次粒径0.3μm)と水酸化マグネシウム(平均一次粒径0.5μm)の混合物に変更し、表1記載の通りヒドロキシアパタイト粒子と水酸化マグネシウムの混合比を調整した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
[Examples 9 to 12]
The natural apatite particles were changed to a mixture of hydroxyapatite particles (average primary particle size 0.3 μm) and magnesium hydroxide (average primary particle size 0.5 μm), and as shown in Table 1, the mixture of hydroxyapatite particles and magnesium hydroxide was used. A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the ratio was adjusted.

実施例1〜12及び比較例1〜3の各セパレータの組成、物性及び評価結果を表1に示す。   Table 1 shows the composition, physical properties, and evaluation results of the separators of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 3.

Figure 2019216033
Figure 2019216033

Claims (12)

多孔質基材と、
前記多孔質基材の片面又は両面に設けられた、バインダ樹脂、及び、アパタイトからなる第一の無機粒子を含む耐熱性多孔質層と、を備え、
前記第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)が0.01μm以上3.0μm以下である、非水系二次電池用セパレータ。
A porous substrate,
Provided on one or both surfaces of the porous substrate, a binder resin, and a heat-resistant porous layer containing first inorganic particles made of apatite,
A non-aqueous secondary battery separator, wherein the first inorganic particles have an average primary particle size (D50) of 0.01 μm or more and 3.0 μm or less.
前記第一の無機粒子の平均一次粒径(D50)が0.01μm以上1.0μm以下である、請求項1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 claim 1, wherein the average primary particle size (D50) of the first inorganic particles is from 0.01 µm to 1.0 µm. 前記バインダ樹脂がポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む、請求項1または請求項2に記載の非水系二次電池用セパレータ。   The separator for a non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the binder resin includes a polyvinylidene fluoride-based resin. 前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂の重量平均分子量が50万〜300万である、請求項3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 claim 3, wherein the weight average molecular weight of the polyvinylidene fluoride resin is 500,000 to 3,000,000. 前記バインダ樹脂が、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ−N−ビニルアセトアミド、ポリアクリルアミド、共重合ポリエーテルポリアミド、ポリイミド及びポリエーテルイミドからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1または請求項2に記載の非水系二次電池用セパレータ。   The binder resin comprises at least one selected from the group consisting of wholly aromatic polyamide, polyamide imide, poly-N-vinylacetamide, polyacrylamide, copolymerized polyether polyamide, polyimide and polyetherimide. The separator for a non-aqueous secondary battery according to claim 2. 前記耐熱性多孔質層に占める前記第一の無機粒子の体積割合が10体積%〜90体積%である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。   The separator for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein a volume ratio of the first inorganic particles in the heat-resistant porous layer is 10% by volume to 90% by volume. . 前記耐熱性多孔質層には、前記第一の無機粒子に加えて、前記第一の無機粒子とは異なる第二の無機粒子が含まれている、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。   The heat-resistant porous layer according to any one of claims 1 to 5, wherein, in addition to the first inorganic particles, second inorganic particles different from the first inorganic particles are included. 12. The separator for a non-aqueous secondary battery according to item 9. 前記第一の無機粒子と前記第二の無機粒子の合計質量に対する、前記第一の無機粒子の含有量が、5〜95体積%である、請求項7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 claim 7, wherein the content of the first inorganic particles is 5 to 95% by volume based on the total mass of the first inorganic particles and the second inorganic particles. . 前記第二の無機粒子は、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属塩および粘土からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、請求項7または請求項8に記載の非水系二次電池用セパレータ。   9. The non-aqueous inorganic particle according to claim 7, wherein the second inorganic particles include at least one selected from the group consisting of metal oxides, metal hydroxides, metal nitrides, metal salts, and clays. 10. Secondary battery separator. 前記第二の無機粒子は、アルミナ、ベーマイト、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムおよび硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、請求項9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 claim 9, wherein the second inorganic particles include at least one selected from the group consisting of alumina, boehmite, zinc oxide, magnesium oxide, magnesium hydroxide, and barium sulfate. 前記耐熱性多孔質層に占める前記第一の無機粒子と前記第二の無機粒子の合計の体積割合が10体積%〜90体積%である、請求項7〜請求項10のいずれか1項に記載の非水系二次電池用セパレータ。   The method according to any one of claims 7 to 10, wherein a total volume ratio of the first inorganic particles and the second inorganic particles in the heat-resistant porous layer is 10% by volume to 90% by volume. The separator for a non-aqueous secondary battery according to the above. 正極と、負極と、前記正極及び前記負極の間に配置された請求項1〜請求項11のいずれか1項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。
A non-aqueous secondary battery separator according to any one of claims 1 to 11, which is disposed between the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode, and doped and undoped with lithium. Non-aqueous secondary battery that obtains electromotive force.
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