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WO2009151054A1 - セパレータ用多孔質膜、電池用セパレータ、電池用電極およびそれらの製造方法、ならびにリチウム二次電池 - Google Patents

セパレータ用多孔質膜、電池用セパレータ、電池用電極およびそれらの製造方法、ならびにリチウム二次電池 Download PDF

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WO2009151054A1
WO2009151054A1 PCT/JP2009/060538 JP2009060538W WO2009151054A1 WO 2009151054 A1 WO2009151054 A1 WO 2009151054A1 JP 2009060538 W JP2009060538 W JP 2009060538W WO 2009151054 A1 WO2009151054 A1 WO 2009151054A1
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WO
WIPO (PCT)
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separator
inorganic oxide
oxide particles
battery
porous membrane
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PCT/JP2009/060538
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English (en)
French (fr)
Inventor
阿部浩史
阿部敏浩
松本修明
片山秀昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Priority to JP2010516860A priority patent/JP5530353B2/ja
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a porous membrane for a separator for forming a lithium secondary battery having excellent dimensional stability at high temperatures and little deterioration in properties during long-term use and long-term storage, a method for producing the same, and the porous membrane for a separator
  • the present invention relates to a battery separator provided with a separator, a manufacturing method thereof, a battery electrode provided with the separator porous membrane and a manufacturing method thereof, and a lithium secondary battery using the battery separator or the battery electrode.
  • a lithium secondary battery which is a typical battery using a non-aqueous electrolyte, is widely used as a power source for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of its high energy density.
  • Lithium secondary batteries use chemically highly active lithium ions and electrolytes containing non-flammable organic solvents (non-aqueous electrolytes) to prevent ignition and smoke during abnormal conditions. Safety mechanisms are in place. As the performance of portable devices and the like increases, the capacity of lithium secondary batteries tends to increase further, and it is important to ensure further safety and reliability.
  • a polyolefin microporous film having a thickness of about 20 to 30 ⁇ m is used as a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode.
  • the above-mentioned separator that is currently widely used tends to shrink when the inside of the battery becomes very hot, and there is a risk of short circuit. Therefore, studies have been made to further improve the safety and reliability of lithium secondary batteries by improving the separator.
  • Patent Documents 1 to 4 propose that an electrochemical element such as a lithium secondary battery is formed by a separator having filler particles having good heat resistance and a resin component for ensuring a shutdown function. Yes.
  • JP 2000-30686 A International Publication No. 2006/62153 JP 2007-273443 A JP 2007-280911 A
  • Patent Documents 1 to 4 by using a porous substrate with good heat resistance and a separator formed using filler particles, thermal runaway is unlikely to occur even in the event of abnormal overheating, and excellent safety A lithium secondary battery can be provided.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a high reliability and a porous membrane for a separator for forming a lithium secondary battery with less characteristic deterioration during long-term use and long-term storage;
  • a battery separator and an electrode provided with the porous membrane for a separator are provided, and a lithium secondary battery using the battery separator or the electrode is provided.
  • the separator porous membrane of the present invention is a porous membrane containing inorganic oxide particles and a binder for binding the inorganic oxide particles, the inorganic oxide particles containing boehmite, and the porous
  • the amount of Na contained in the film is 1000 ppm or less.
  • the battery separator of the present invention is characterized by including the separator porous film of the present invention and a microporous film having a heat-meltable resin layer having a melting point of 80 to 140 ° C.
  • the battery electrode of the present invention is a battery electrode including an active material-containing layer and the separator porous membrane of the present invention, and the active material layer and the separator porous membrane are integrated with each other. It is characterized by that.
  • the lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator and a non-aqueous electrolyte, wherein the separator is the battery separator of the present invention.
  • another aspect of the lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode is the book. It is the battery electrode of the invention.
  • the method for producing a porous membrane for a separator according to the present invention includes a step of washing inorganic oxide particles with water to reduce the amount of alkali metal element contained in the inorganic oxide particles to 1000 ppm or less, and the inorganic oxide particles And a step of forming a porous film containing the inorganic oxide particles by binding with a binder.
  • the method for producing a battery separator of the present invention includes a step of washing the inorganic oxide particles with water to reduce the amount of alkali metal element contained in the inorganic oxide particles to 1000 ppm or less, and the inorganic oxide particles as a binder. And forming a porous film containing the inorganic oxide particles on a microporous film having a heat-meltable resin layer having a melting point of 80 to 140 ° C.
  • the method for producing a battery electrode of the present invention includes a step of washing the inorganic oxide particles with water to reduce the amount of alkali metal element contained in the inorganic oxide particles to 1000 ppm or less, and the inorganic oxide particles as a binder. And forming a porous film including the inorganic oxide particles on the electrode including the active material-containing layer.
  • the present invention it is possible to provide a lithium secondary battery having high reliability and having little characteristic deterioration during long-term use and long-term storage.
  • FIG. 1A is a schematic plan view of a lithium secondary battery of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the lithium secondary battery of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic external view of the lithium secondary battery of the present invention.
  • the porous membrane forming the battery separator of the present invention is a porous membrane formed by containing inorganic oxide particles and binding the inorganic oxide particles with a binder.
  • the inorganic oxide particles include boehmite, and the amount of alkali metal element, particularly Na, contained in the porous film is 1000 ppm or less (mass basis, the same applies hereinafter).
  • alkali metal elements contained in the separator alkali metal elements that exist in a state that can be eluted in water, particularly Na, were repeatedly charged and discharged for a long time or stored for a long time.
  • cause deterioration of characteristics That is, it is considered that the side reaction of the organic solvent in the nonaqueous electrolytic solution occurs in the battery due to the alkali metal element in the separator. Due to this side reaction, gas is generated particularly when the battery is stored for a long time in a charged state, and the battery capacity decreases due to battery swelling, etc., and the irreversible capacity increases due to the side reaction. It seems that the battery capacity decreases when charging and discharging are repeated.
  • the separator porous membrane of the present invention by setting the amount of alkali metal element in the separator, particularly Na, to 1000 ppm or less, side reactions of the organic solvent that occur when the separator is configured can be suppressed, and the battery can be stored for a long time. It suppresses the capacity drop at the time and the capacity drop when it is used over a long period of time and is repeatedly charged and discharged.
  • the alkali metal element contains the above-mentioned elements such as hydroxides, oxides, carbonates, etc., in addition to metals composed of these elements and alloys containing these elements.
  • the “amount of alkali metal element” and “amount of Na” referred to in the present specification are intended samples (porous membrane for separator, separator, and inorganic oxide particles described later).
  • 0.5 g is immersed in 25 cm 3 of ion exchange water at 25 ° C. for 12 hours, the ion exchange water after immersion is diluted 10 times, and the amount of the alkali metal element eluted in the ion exchange water is inductively coupled. It is a value determined by high-frequency plasma spectroscopic analysis (ICP spectroscopic analysis) and obtained as a ratio to the weight of the original sample (weight including the alkali metal element).
  • ICP spectroscopic analysis high-frequency plasma spectroscopic analysis
  • the amount of the alkali metal element in the separator is preferably as small as possible, and is most preferably 0 ppm.
  • boehmite is used as the inorganic oxide particles, it is possible to produce a separator that does not contain any alkali metal element. It is difficult, and the normal lower limit value seems to be about 10 ppm.
  • the porous membrane for a separator of the present invention contains inorganic oxide particles, and the inorganic oxide particles contain boehmite.
  • the separator of the present invention by providing the separator porous membrane, in the temperature range where the battery is normally used, the positive electrode and the negative electrode are pressed through the separator to form an electrode body. Can be prevented from being short-circuited by penetrating the separator and coming into contact with the negative electrode.
  • the presence of the inorganic oxide particles suppresses the thermal shrinkage of the separator and maintains its shape. A short circuit due to contact can also be prevented. Therefore, batteries using the separator of the present invention (batteries such as the lithium secondary battery and non-aqueous electrolyte primary battery of the present invention) are excellent in safety and reliability.
  • the porous membrane for a separator of the present invention has a configuration mainly composed of inorganic oxide particles, that is, a constituent of the porous membrane (however, it is constituted by a fibrous material described later). It is desirable to employ a configuration in which the inorganic oxide particles are 50% by volume or more in the entire volume of the sheet.
  • boehmite represented by the composition formula such as AlOOH or Al 2 O 3 ⁇ H 2 O is contained a lot of their preparation on an alkali metal element, of commercially available, the amount of generally alkali metal element It exceeds 1000ppm. Also, in other inorganic oxide particles, the amount of alkali metal element may exceed 1000 ppm depending on the production method.
  • the amount of alkali metal element, particularly the amount of Na is preferably 1000 ppm or less, more preferably 600 ppm or less. Preferably, 0 ppm is most preferable.
  • alkali metal elements Na has a particularly strong effect of lowering the long-term storage characteristics and charge / discharge cycle characteristics of the battery. Therefore, by reducing the amount of Na in the inorganic oxide particles as described above, the effect of the present invention is further improved. Prominently played.
  • the method for removing the alkali metal element from the inorganic oxide particles is not particularly limited as long as other impurities are not mixed in.
  • the method of washing the inorganic oxide particles with water is simple and advantageous in terms of cost. Because it is, it is recommended.
  • the washing of the inorganic oxide particles with water may be repeated, for example, batchwise until the amount of alkali metal element is 1000 ppm or less (preferably until the amount of Na is 600 ppm or less), or may be performed continuously. Also good.
  • the treatment should be performed until the amount of the alkali metal element, particularly Na, is about 10 to 500 ppm.
  • the alkali metal element is present as a water-soluble compound exhibiting alkalinity such as hydroxide or carbonate, the alkali metal element is washed with an aqueous solution in which an inorganic acid such as hydrochloric acid or an organic acid such as citric acid is dissolved. Can be removed faster or more.
  • the inorganic oxide particles have heat resistance and electrical insulation, are stable with respect to the electrolyte, and are electrochemically stable that are not easily oxidized or reduced in the operating voltage range of the battery.
  • the heat resistance for example, it is desired that the material does not deform to a temperature of 150 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or higher.
  • boehmite is particularly preferably used.
  • boehmite generally contains a large amount of alkali metal elements derived from the production method thereof, so that the effect of the present invention is particularly remarkable when boehmite is contained in the separator.
  • the present invention is also preferably used for inorganic oxide particles containing a large amount of eluted alkali metal elements.
  • the average particle size of the inorganic oxide particles is 0.01 ⁇ m or more, since the battery characteristics can be improved by increasing the gap between the particles to some extent and shortening the ion conduction path. Is more preferable, and it is more preferably 0.1 ⁇ m or more. On the other hand, when the particle size of the inorganic oxide particles is too large, the gap between the particles becomes too large, and a short circuit due to lithium dendrite may easily occur. Therefore, the average particle diameter of the inorganic oxide particles is preferably 10 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the particles in the present specification is measured by dispersing the particles in a medium that does not swell or dissolve the particles (for example, water) using a laser scattering particle size distribution analyzer (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA).
  • the particle diameter at 50% (D50%) in the integrated volume-based fraction is measured by dispersing the particles in a medium that does not swell or dissolve the particles (for example, water) using a laser scattering particle size distribution analyzer (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA).
  • the shape of the inorganic oxide particles may be any of amorphous, granular, plate-like, cubic, etc., and may be primary particles or secondary particles may be formed.
  • the path between the positive electrode and the negative electrode in the separator that is, the so-called curvature can be increased, and even when dendrite is generated in the battery, Since it becomes difficult for the dendrite to reach the positive electrode from the negative electrode, the reliability of the dendrite short circuit can be further increased.
  • secondary particles it is possible to improve the load characteristics of the battery while effectively suppressing a short circuit due to the dendrite.
  • the aspect ratio (ratio between the maximum length of the plate-like particles and the thickness of the plate-like particles) can increase the reliability improvement effect against dendritic shorts by orienting the particles. It is preferably 2 or more, more preferably 5 or more, and still more preferably 10 or more.
  • the aspect ratio of the plate-like inorganic oxide particles is preferably 100 or less, and 50 or less. More preferably.
  • the aspect ratio can be obtained by analyzing an image of particles photographed by a scanning electron microscope (SEM).
  • the presence form in the separator is preferably such that the flat plate surface is parallel or substantially parallel to the separator surface, more specifically, the plate shape in the vicinity of the separator surface.
  • the average angle between the flat plate surface and the separator surface is preferably 30 ° or less. Most preferably, the average angle is 0 °, that is, a plate-like flat plate surface in the vicinity of the surface of the separator is parallel to the separator surface.
  • Near the surface refers to a range of about 10% from the surface of the separator to the entire thickness.
  • the ratio of the inorganic oxide particles in the porous membrane constituting the separator is a component of the porous membrane (however, described later) from the viewpoint of ensuring the function (particularly the short-circuit preventing function) by the inorganic oxide particles.
  • the sheet-like material is not included in the constituent components. Is more preferable.
  • the ratio of the inorganic oxide particles is preferably 99.5% by volume or less, and 99% by volume or less. Is more preferable.
  • the thickness of the porous film is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more from the viewpoint of ensuring a short-circuit prevention function, and on the other hand, improvement of battery energy density and impedance reduction. In view of the above, it is preferably 15 ⁇ m or less, and more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the porous membrane can be used alone as a separator, but it is desirable to constitute the separator together with a microporous membrane having a heat-meltable resin layer having a melting point of 80 to 140 ° C. Since the separator has the microporous membrane, when the separator receives heat due to abnormal overheating or the like in the battery, the heat-melting resin is melted to cause a so-called shutdown that closes the separator gap. Can increase the sex. In this case, it is preferable to form the porous film on the microporous film because the shrinkage of the hot-melt resin layer when the temperature of the separator further increases after shutdown occurs can be suppressed.
  • the heat-meltable resin has the melting point described above, has electrical insulation, is stable with respect to the electrolyte, and is electrochemically stable that is not easily oxidized or reduced in the operating voltage range of the battery.
  • PE polyethylene
  • copolymerized polyolefin for example, a copolymer having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more
  • polyolefin derivative such as chlorinated polyethylene
  • polyolefin wax such as chlorinated polyethylene
  • petroleum wax such as carnauba Wax etc.
  • copolymer polyolefin examples include an ethylene-propylene copolymer, an ethylene-vinyl monomer copolymer, more specifically, an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), an ethylene-methyl acrylate copolymer, or an ethylene- An ethyl acrylate copolymer can be illustrated.
  • EVA ethylene-vinyl acetate copolymer
  • polycycloolefin etc. can also be used.
  • the melting point of the heat-meltable resin is more preferably 130 ° C. or lower in order to keep the temperature at which shutdown occurs low.
  • the melting point of the heat-meltable resin can be defined by the melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) according to the Japanese Industrial Standard (JIS) K 7121.
  • DSC differential scanning calorimeter
  • JIS Japanese Industrial Standard
  • a hot-melt resin having a temperature of 80 to 140 ° C. may be used.
  • the heat-meltable resin may be only one kind of the above-mentioned constituent materials, or may be composed of two or more kinds.
  • PE ethylene-propylene copolymer, polyolefin wax, or EVA having a structural unit derived from ethylene of 85 mol% or more is preferable.
  • the microporous film having a heat-meltable resin layer having a melting point of 80 to 140 ° C. may be composed of only a porous resin layer made of a heat-meltable resin of 80 to 140 ° C.
  • a laminated film in which a heat-meltable resin layer at 0 ° C. and a porous resin layer having higher heat resistance are laminated may be used.
  • the heat-meltable resin layer having a melting point of 80 to 140 ° C. may contain a resin or filler having higher heat resistance.
  • microporous film a commercially available microporous film made of a hot-melt resin such as a polyethylene microporous film or a laminated film of a polyethylene microporous film and a polypropylene microporous film can be preferably used.
  • the particles formed of the heat-meltable resin may be integrated with a binder or the like to form a microporous film.
  • the thickness of the microporous membrane is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more.
  • 30 ⁇ m It is preferable to set it as follows, and it is more preferable to set it as 15 micrometers or less.
  • the ratio of the inorganic oxide particles in the separator is 10% by volume or more in the total volume of the constituent components of the separator from the viewpoint of ensuring the function of the inorganic oxide particles (particularly the function of preventing short circuit). Preferably, it is more preferably 30% by volume or more, and particularly preferably 40% by volume or more. On the other hand, the ratio of the inorganic oxide particles in the separator is preferably 80% by volume or less.
  • the separator contains a sheet-like material composed of a fibrous material described later, the volume ratio of the inorganic oxide particles is shown as a ratio in the total volume of the constituent components of the separator excluding the sheet-like material. It is.
  • the thickness (total thickness) of the porous membrane is 10% or more of the thickness (total thickness) of the microporous membrane. Is preferable, and is more preferably 20% or more. This is because it becomes easy to suppress thermal shrinkage of the microporous film at a high temperature.
  • the porous membrane for a separator of the present invention or the separator of the present invention may contain a fibrous material as a reinforcing material for increasing the strength.
  • the fibrous material is not particularly limited as long as it has electrical insulating properties, is electrochemically stable, and is stable to a nonaqueous electrolytic solution described in detail later. Those that do not deform (those that are not visually observed even when heated to 150 ° C.) are desirable.
  • the fibrous material When the fibrous material is contained in the separator porous membrane, the fibrous material can be bound together with inorganic oxide particles with a binder to form a porous membrane, and the sheet formed of the fibrous material A porous film can also be formed by holding inorganic oxide particles in the voids of the material and fixing them with a binder.
  • the fibrous material when the fibrous material is included in the microporous membrane, the fibrous material can be bound with a heat-melting resin particle having a melting point of 80 to 140 ° C. with a binder to form a porous resin layer.
  • the porous resin layer can be formed by holding the heat-meltable resin particles in the voids of the sheet-like material formed by the fibrous material and fixing them with a binder.
  • the strength of the separator can be improved without impairing the heat resistance of the separator, and when the separator is wound together with an electrode, it is inorganic. It is more preferable because the oxide particles can be prevented from falling off.
  • fibrous material refers to those having an aspect ratio [length in the long direction / width in the direction perpendicular to the long direction (diameter)] of 4 or more.
  • the aspect ratio of the fibrous material is preferably 10 or more.
  • the constituent material of the fibrous material examples include, for example, cellulose, modified cellulose (such as carboxymethyl cellulose), polypropylene (PP), polyester [polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), etc.] , Resins such as polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), aramid, polyamideimide, and polyimide; inorganic materials (inorganic oxides) such as glass, alumina, and silica; and the like.
  • the fibrous material may contain one kind of these constituent materials, or may contain two or more kinds. Further, the fibrous material may contain various additives (for example, an antioxidant in the case of a resin) as a constituent component, if necessary, in addition to the constituent materials described above.
  • the diameter of the fibrous material may be not more than the thickness of the separator, but is preferably 0.01 to 5 ⁇ m, for example. If the diameter is too large, when using a sheet-like material formed by gathering a large number of fibers described later, the entanglement between the fibrous materials is insufficient, the strength of the sheet-like material formed with these, The effect of improving the strength of the separator by using a fibrous material may be reduced. On the other hand, if the diameter of the fibrous material is too small, the gap of the separator becomes too small and the ion permeability tends to decrease, and the load characteristics may be deteriorated in a battery using this.
  • a material in which a large number of fibrous materials are aggregated to form a sheet material for example, a material such as a woven fabric, a nonwoven fabric, or paper is preferably used. It can be set as the separator of the structure which hold
  • the inorganic oxide particles and the like can be fixed with a binder or the like as necessary.
  • the basis weight (basis weight) is used to ensure the preferred volume ratio of the inorganic oxide particles or to ensure the mechanical strength such as the tensile strength of the sheet-like material.
  • the thickness is preferably 3 to 30 g / m 2, and the thickness is preferably 7 to 20 ⁇ m.
  • the amount of the fibrous material in the separator is preferably 10 to 50% by volume in the total volume of the constituent components of the separator including the fibrous material.
  • the separator of the present invention may contain fillers other than the inorganic oxide particles, particles composed of the above-described hot-melt resin, and the like.
  • the filler may be any material that has electrical insulation, is stable to the non-aqueous electrolyte of the battery, and does not cause side reactions such as oxidation / reduction in the operating voltage range of the battery.
  • Inorganic nitrides such as silicon nitride; poorly soluble ion-binding compounds such as calcium fluoride, barium fluoride, and barium sulfate; covalent bonding compounds such as silicon and diamond; clays such as montmorillonite;
  • the surface of a conductive material exemplified by a metal, a conductive oxide such as SnO 2 and tin-indium oxide (ITO), a carbonaceous material such as carbon black and graphite, etc. is coated with a material having electrical insulation.
  • grains which gave electrical insulation by this may be sufficient.
  • fillers include various cross-linking polymers such as cross-linked polymethyl methacrylate, cross-linked polystyrene, cross-linked polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer cross-linked product, polyimide, melamine resin, phenol resin, and benzoguanamine-formaldehyde condensate. Resins such as molecules; heat-resistant polymers such as PP, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polytetrafluoroethylene, PAN, aramid, polyacetal, and thermoplastic polyimide can also be exemplified.
  • cross-linking polymers such as cross-linked polymethyl methacrylate, cross-linked polystyrene, cross-linked polydivinylbenzene, styrene-divinylbenzene copolymer cross-linked product, polyimide, melamine resin, phenol resin, and benzo
  • These resins include mixtures of the above-mentioned materials, modified products, derivatives, copolymers (random copolymers, alternating copolymers, block copolymers, graft copolymers), and cross-linked products of the heat-resistant polymers. It may be.
  • the average particle diameter of the filler and the heat-meltable resin particles is preferably 0.001 ⁇ m or more, more preferably 0.1 ⁇ m or more, and preferably 15 ⁇ m or less, as D50% obtained by the measurement method. Preferably it is 1 micrometer or less.
  • porous membrane for a separator of the present invention or the separator of the present invention binds inorganic oxide particles to each other, or combines with inorganic oxide particles and a fibrous material used as necessary (and its A binder may be contained for the purpose of binding sheet-like materials), fillers, hot-melt resin particles and the like.
  • any binder may be used as long as it is electrochemically stable and stable with respect to the non-aqueous electrolyte, and can adhere well to inorganic oxide particles, fibrous materials, fillers, hot-melt resin particles, and the like.
  • EVA with a structural unit derived from vinyl acetate of 20 to 35 mol%
  • ethylene-acrylic acid copolymer such as ethylene-ethyl acrylate copolymer, fluorine-based rubber, styrene butadiene rubber (SBR), carboxy
  • SBR styrene butadiene rubber
  • carboxy Examples include methyl cellulose (CMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyurethane, and epoxy resin, and these may be used alone. More than one species may be used in combination.
  • the binder is preferably a material that does not melt or de
  • the hot-melt resin when the above-described hot-melt resin functions also as a binder, the hot-melt resin can also be used as a binder.
  • these binders When these binders are used, they can be used in the form of an emulsion or plastisol dissolved or dispersed in a solvent of a composition for forming a separator described later.
  • some binders have a form of an alkali metal salt such as Na, and alkali metal elements such as Na are mixed into the binder solution or emulsion due to the surfactant.
  • these alkali metal elements may increase the amount of alkali metal elements in the separator. Therefore, in the separator of the present invention, it is desirable to use a material with a small amount of the alkali metal element (particularly an alkali metal element present in a state that can be eluted in water) for the constituent materials other than the inorganic oxide particles. .
  • the thickness of the separator is preferably 3 ⁇ m or more, and more preferably 5 ⁇ m or more.
  • the thickness of the separator is preferably 50 ⁇ m or less, and more preferably 30 ⁇ m or less.
  • the porosity of the separator is preferably 20% or more, and preferably 30% or more in a dried state, in order to secure the liquid retention amount of the non-aqueous electrolyte and to improve the ion permeability. It is more preferable.
  • the porosity of the separator is preferably 70% or less, and more preferably 60% or less, in a dry state.
  • the porosity of the separator: P (%) can be calculated by obtaining the sum for each component i from the thickness of the separator, the mass per unit area, and the density of the constituent components using the following formula (1).
  • a i ratio of component i expressed by mass%
  • ⁇ i density of component i (g / cm 3 )
  • m mass per unit area of separator (g / cm 2 )
  • t The thickness (cm) of the separator.
  • the separator of the present invention is measured by a method according to JIS P 8117, and has a Gurley value (air permeability) indicated by the number of seconds that 100 ml of air passes through the membrane under a pressure of 0.879 g / mm 2. 10 to 300 sec is desirable. If the air permeability is too high, the ion permeability is reduced, whereas if it is too low, the strength of the separator may be reduced. Further, the strength of the separator is desirably 50 g or more in terms of piercing strength using a needle having a diameter of 1 mm. If the piercing strength is too low, a short circuit may occur due to the breakthrough of the separator when lithium dendrite crystals are generated.
  • ⁇ Manufacturing method (I)> In the production method (I), a separator-forming composition (slurry or the like) containing inorganic oxide particles and a solvent is added to an ion-permeable sheet-like material (various woven fabrics, nonwoven fabrics, etc.) composed of fibrous materials. In this method, coating is performed with a blade coater, a roll coater, a die coater or the like, and then dried at a predetermined temperature.
  • the “sheet-like material” as used in the present production method includes a porous sheet such as a non-woven fabric composed of at least one of the fibrous materials and having a structure in which these fibrous materials are entangled with each other. More specifically, nonwoven fabrics such as paper, PP nonwoven fabric, polyester nonwoven fabric (PET nonwoven fabric, PEN nonwoven fabric, PBT nonwoven fabric, etc.) and PAN nonwoven fabric are preferably used.
  • the composition for forming a separator contains inorganic oxide particles and, if necessary, other fillers, hot-melt resin particles, a binder, and the like, and these are dispersed in a solvent (including a dispersion medium, the same applies hereinafter). It is a thing. However, the binder may be dissolved in a solvent.
  • the solvent used in the composition for forming a separator may be any solvent that can uniformly disperse inorganic oxide particles, fillers, hot-melt resin particles, and the like, and can dissolve or disperse the binder uniformly.
  • organic solvents such as aromatic hydrocarbons such as tetrahydrofuran, furans such as tetrahydrofuran, and ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone are preferably used.
  • alcohols ethylene glycol, propylene glycol, etc.
  • various propylene oxide glycol ethers such as monomethyl acetate may be appropriately added to these solvents.
  • water may be used as a solvent.
  • alcohols methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.
  • the interfacial tension can be controlled.
  • the solid content containing inorganic oxide particles, fillers, hot-melt resin particles and binder is preferably set to 30 to 70% by mass, for example.
  • the composition for forming a separator may not be a single composition containing all of inorganic oxide particles, heat-meltable resin particles, a binder, and the like.
  • plural types of compositions having different compositions are used, such as using two types of compositions, ie, a composition (1) containing inorganic oxide particles and a binder and a composition (2) containing hot-melt resin particles.
  • the composition (1) is first applied to a sheet and dried to form a support layer (porous separator membrane). After that, the composition (2) is applied and dried to form a shutdown layer, whereby a separator having a plurality of layers can be produced.
  • the support layer (the separator porous membrane) may be used alone as a separator, and is combined with the above-mentioned microporous membrane having a heat-meltable resin layer having a melting point of 80 to 140 ° C. It can also be.
  • the support layer (porous separator film) and the shutdown layer (heat-meltable resin layer) may have at least one of a plurality.
  • the sheet-like material is composed of a fibrous material such as paper, PP nonwoven fabric, polyester nonwoven fabric or the like, and the opening diameter of the gap is relatively large (for example, the opening diameter of the gap). This is likely to cause a short circuit of the battery. Therefore, in such a case, it is preferable to have a structure in which some or all of the inorganic oxide particles are present in the voids of the sheet-like material. Further, it is more preferable that the filler other than the inorganic oxide particles and the heat-meltable resin particles have a structure in which part or all of them are present in the voids of the sheet-like material. The effect of use can be exhibited more effectively.
  • a separator-forming composition containing these is applied to the sheet-like material and then passed through a certain gap.
  • a method such as drying after removing the excess composition may be used.
  • a separator-forming composition containing inorganic oxide particles is applied and impregnated on a sheet-like material in order to enhance its orientation and to exert its action more effectively. Thereafter, a method of applying a shear or a magnetic field to the composition may be used. For example, as described above, after the separator-forming composition is applied to a sheet-like material, the composition can be shared by passing through a certain gap.
  • the separator-forming composition shown in the production method (I) further contains a fibrous material as necessary, and this is applied onto a substrate such as a film or metal foil, In this method, the substrate is peeled from the substrate after being dried at a temperature of 1.
  • the composition for forming a separator used in the production method is the same as the composition for forming a separator according to the production method (I) except that a fibrous material is contained as necessary.
  • two or more kinds of compositions are used as a separator forming composition as necessary, and a separator having a plurality of layers is obtained by applying each composition separately. It can also be formed.
  • a support layer (a porous membrane for a separator) formed by a composition containing a fibrous material in the composition (1) may be used alone as a separator, as described above.
  • the separator may be combined with a microporous film having a heat-meltable resin layer having a melting point of 80 to 140 ° C.
  • the composition containing the fibrous material in the composition (1) is applied on the microporous membrane, dried at a predetermined temperature to form a separator, and formed. It is not necessary to peel the separator porous membrane from the microporous membrane.
  • a separator having a plurality of at least one of a support layer (a separator porous membrane) and a shutdown layer (a heat-meltable resin layer) can be formed.
  • a support layer a separator porous membrane
  • a shutdown layer a heat-meltable resin layer
  • the separator tends to warp toward the coating surface in the drying step of removing the solvent of the composition to make it porous, In the winding process of the separator, the slit, or the winding with the electrode, there is a risk that the defect occurrence rate is increased. In such a case, warpage of the separator can be suppressed by using plate-like particles as inorganic oxide particles, fillers, and the like.
  • the thickness (total thickness) of the porous membrane is preferably 10% or more of the thickness (total thickness) of the microporous membrane. 20% or more is more preferable. This is because it becomes easy to suppress thermal shrinkage of the microporous film at a high temperature.
  • the thickness (total thickness) of the porous membrane is preferably 50% or less, more preferably 40% or less of the thickness (total thickness) of the microporous membrane. preferable.
  • the separator obtained by the production method (II) when a fibrous material is used to form a sheet-like material, inorganic oxide particles, fillers, and hot-melt resin particles are formed in the voids of the sheet-like material. It is preferable to have a structure in which a part or all of is present, and when plate-like inorganic oxide particles are used, the inorganic oxide particles are preferably oriented.
  • the separator obtained by this production method in order to make some or all of the various particles exist in the voids of the sheet-like material, the separator is formed using the fibrous material and the composition for forming a separator containing these particles. do it.
  • the same method as described in the production method (I) can be used.
  • the composition for forming a separator according to the production method (I) or the production method (II) is applied to the surface of a battery electrode (positive electrode or negative electrode described later), for example, the surface of an active material-containing layer.
  • coating is performed with a coater, roll coater, die coater or the like and then dried at a predetermined temperature.
  • the porous membrane for a separator of the present invention or an electrode integrated with the separator of the present invention can be produced.
  • porous membrane for a separator and the separator of the present invention are not limited to those having the above structure.
  • the inorganic oxide particles may be present independently of each other, and some of them may be fused to each other or to a fibrous material.
  • the battery separator and the electrode of the present invention can be used for both a primary battery and a secondary battery as long as the battery uses a non-aqueous electrolyte. (Especially, prevention of characteristic deterioration during long-term use) is particularly remarkable.
  • the lithium secondary battery of the present invention only needs to use the battery separator of the present invention, and there are no particular restrictions on the other configurations and structures, and the configurations and structures employed in conventional lithium secondary batteries are the same. Can be applied.
  • Examples of the form of the lithium secondary battery include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.
  • the positive electrode is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in a conventional lithium secondary battery, that is, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions.
  • a positive electrode active material a lithium-containing transition metal oxide having a layered structure represented by Li 1 + x MO 2 ( ⁇ 0.1 ⁇ x ⁇ 0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.), It is possible to use LiMn 2 O 4 , a spinel-structure lithium manganese oxide obtained by substituting some of its elements with other elements, or an olivine type compound represented by LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.). Is possible.
  • lithium-containing transition metal oxide having a layered structure examples include LiCoO 2 and LiNi 1-x Co xy Al y O 2 (0.1 ⁇ x ⁇ 0.3, 0 ⁇ y ⁇ 0.2).
  • an oxide containing at least Co, Ni, and Mn LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiNi 3/5 Mn 1/5 Co 1/5 O 2 etc.).
  • a positive electrode active material-containing layer can be formed, for example, on a current collector by using a positive electrode mixture in which a positive electrode active material is mixed, thereby forming a positive electrode.
  • a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used.
  • an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 ⁇ m is preferably used.
  • the lead portion on the positive electrode side is usually provided by leaving the exposed portion of the current collector without forming the positive electrode active material-containing layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of producing the positive electrode.
  • the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.
  • the negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventional lithium secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions.
  • a negative electrode active material lithium, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers, can be occluded and released.
  • MCMB mesocarbon microbeads
  • One type or a mixture of two or more types of carbon-based materials are used.
  • elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, In and their alloys or oxides thereof, compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal such as lithium-containing nitrides, and lithium-containing composites such as lithium titanate An oxide, or a lithium metal or a lithium / aluminum alloy can also be used as the negative electrode active material.
  • a negative electrode mixture obtained by appropriately adding a conductive additive (carbon material such as carbon black) or a binder such as PVDF to these negative electrode active materials is formed into a molded body (negative electrode active material-containing layer) using a current collector as a core material.
  • a finished product, or the above-described various alloys or lithium metal foils are used as a negative electrode active material-containing layer, which is used alone or laminated on a current collector.
  • the current collector When a current collector is used for the negative electrode, the current collector may be copper, nickel, aluminum foil, punching metal, net, expanded metal, etc., but copper foil is usually used.
  • the upper limit of the thickness is preferably 30 ⁇ m, and the lower limit is preferably 5 ⁇ m.
  • the lead portion on the negative electrode side may be formed in the same manner as the lead portion on the positive electrode side.
  • the electrode can be used in the form of a laminate obtained by laminating the positive electrode and the negative electrode via the separator of the present invention, or a wound electrode body obtained by winding the laminate.
  • the non-aqueous electrolyte a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used.
  • the lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and hardly causes side reactions such as decomposition in a voltage range used as a battery.
  • LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and other inorganic lithium salts LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ⁇ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] and the like can be used. .
  • the organic solvent used in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause side reactions such as decomposition in the voltage range used as a battery.
  • cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate
  • chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and methyl ethyl carbonate
  • chain esters such as methyl propionate
  • cyclic esters such as ⁇ -butyrolactone
  • Chain ethers such as dimethoxyethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme
  • cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran
  • nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile Sulfites such as
  • a combination that can obtain high conductivity such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate.
  • vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexyl benzene, biphenyl, and fluoro are used for the purpose of further improving the safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these non-aqueous electrolytes.
  • Additives such as benzene and t-butylbenzene may be added as appropriate.
  • the concentration of this lithium salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.
  • the positive electrode having the positive electrode active material-containing layer and the negative electrode having the negative electrode active material-containing layer are, for example, a positive electrode active material obtained by dispersing a positive electrode mixture in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • a composition for forming a material-containing layer (slurry, etc.) or a composition for forming a negative electrode active material-containing layer (slurry, etc.) in which a negative electrode mixture is dispersed in a solvent such as NMP is applied onto a current collector and dried. It is produced by this.
  • a positive electrode active material-containing layer forming composition is applied on a current collector, and the separator and the separator are formed before the composition is dried.
  • a negative electrode active material-containing layer forming composition is applied onto a current collector, and the separator and the negative electrode and separator are integrated before the composition is dried.
  • a lithium secondary battery can also be configured.
  • FIG. 1A is a schematic plan view of a lithium secondary battery of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the lithium secondary battery of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic external view of the lithium secondary battery of the present invention.
  • the battery shown in FIGS. 1A, 1B and 2 will be described.
  • the negative electrode 1 and the positive electrode 2 are spirally wound through the separator 3 of the present invention, and further pressed so as to be flattened. 6 is accommodated in a rectangular tube-shaped outer can 20 together with a non-aqueous electrolyte.
  • FIG. 1B in order to avoid complication, the metal foil and the nonaqueous electrolyte that are the current collectors of the negative electrode 1 and the positive electrode 2 are not illustrated, and the central portion of the spirally wound electrode body 6 and the separator 3 are not illustrated. Does not show hatching indicating the cross section.
  • the outer can 20 is made of an aluminum alloy and constitutes a battery outer body.
  • the outer can 20 also serves as a positive electrode terminal.
  • the insulator 5 which consists of a polyethylene sheet is arrange
  • the negative electrode lead portion 8 and the positive electrode lead portion 7 are drawn out.
  • a stainless steel terminal 11 is attached to a sealing lid plate 9 made of aluminum alloy for sealing the opening of the outer can 20 via a polypropylene insulating packing 10.
  • a stainless steel lead plate 13 is attached via 12.
  • the cover plate 9 is inserted into the opening of the outer can 20 and welded to join the opening of the outer can 20 so that the inside of the battery is sealed. Further, the lid plate 9 is provided with a non-aqueous electrolyte inlet 14, and the non-aqueous electrolyte inlet 14 is welded and sealed by, for example, laser welding with a sealing member inserted. Thus, the battery is sealed. In FIG. 1A, B, and FIG. 2, the nonaqueous electrolyte inlet 14 is displayed including the nonaqueous electrolyte inlet itself and the sealing member for convenience. Further, the lid plate 9 is provided with a cleavage vent 15 as a mechanism for discharging the internal gas to the outside when the internal pressure rises due to the temperature rise of the battery or the like.
  • the outer can 20 and the cover plate 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead portion 7 to the cover plate 9.
  • the terminal 11 functions as a negative electrode terminal by welding to the lead plate 13 and conducting the negative electrode lead portion 8 and the terminal 11 through the lead plate 13, but depending on the material of the outer can 20, etc. The sign may be reversed.
  • the lithium secondary battery of the present invention can be applied to the same uses as various uses in which conventional lithium secondary batteries are used.
  • the volume content of each component in the separator shown in each example is the volume content in all components except the nonwoven fabric.
  • the melting point (melting temperature) of the heat-meltable resin particles shown in each example is a value measured using DSC in accordance with the provisions of JIS K7121.
  • Example 1 Preparation of separator> Plate-like boehmite (aspect ratio 10) was repeatedly washed with water as inorganic oxide particles, and dried at 120 ° C. Plated boehmite after drying: 0.5 g of alkali metal element immersed in 25 cm 3 of ion exchange water at 25 ° C. for 12 hours, diluted ion exchange water 10 times, and eluted in ion exchange water The amount of was measured by ICP spectroscopy. As a result, the alkali metal element was almost composed only of Na, and the amount was found to be 500 ppm based on the weight of the plate boehmite.
  • the dispersion was prepared by adding 500 g of ion-exchanged water and 5 g of a 40 mass% ammonium polycarboxylate dispersant to 500 g of the plate-like boehmite that had been washed with water, and performing a dispersion treatment with a ball mill.
  • the particle size of the plate boehmite in the dispersion was measured with a laser scattering particle size distribution meter, the average particle size (D50%) in the volume-based integrated fraction was 0.8 ⁇ m.
  • the separator-forming composition (1) had a solid content of 55% by mass.
  • a PET nonwoven fabric (width 200 mm, thickness 17 ⁇ m, basis weight 10 g / m 2 ) was used as the fibrous sheet, and this was dipped and pulled into the separator-forming composition (1) at a rate of 1 m / min.
  • the separator-forming composition (1) was applied to a PET nonwoven fabric and dried to obtain a separator.
  • the obtained separator had a thickness of 25 ⁇ m, a porosity of 50%, and a Gurley value of 200 sec.
  • the volume content of the plate-like boehmite in the separator calculated with the specific gravity of boehmite being 3.0 g / cm 3 and the specific gravity of the binder being 1.0 g / cm 3 was 75%.
  • the positive electrode active material LiCoO 2 85 parts by mass, the conductive auxiliary agent acetylene black: 10 parts by mass, and the binder PVDF: 5 parts by mass are mixed uniformly using NMP as a solvent.
  • An agent-containing paste was prepared. This paste was intermittently applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 ⁇ m as a current collector so that the active material application length was 280 mm on the front surface and 210 mm on the back surface, dried, and then subjected to a calendar treatment to obtain a total thickness.
  • the thickness of the positive electrode active material-containing layer was adjusted to 150 ⁇ m and cut to a width of 43 mm to prepare a positive electrode having a length of 280 mm and a width of 43 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.
  • a negative electrode mixture-containing paste was prepared by mixing 90 parts by mass of graphite as a negative electrode active material and 10 parts by mass of PVDF as a binder so as to be uniform using NMP as a solvent.
  • This negative electrode mixture-containing paste was intermittently applied on both sides of a 10 ⁇ m-thick current collector made of copper foil so that the active material application length was 290 mm on the front surface and 230 mm on the back surface, dried, and then subjected to calendar treatment.
  • the thickness of the negative electrode active material-containing layer was adjusted so that the total thickness was 142 ⁇ m, and the negative electrode having a length of 290 mm and a width of 45 mm was prepared by cutting to a width of 45 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode to form a lead portion.
  • the positive electrode and the negative electrode were spirally wound through the separator to form a wound electrode body.
  • the wound electrode body is crushed into a flat shape and loaded into a rectangular outer can (height 48 mm, width 33 mm, thickness 4 mm), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate in a volume of 1: 2).
  • a solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.2 mol / l) was injected into the solvent mixed at a ratio, and then the outer can was vacuum sealed to obtain a lithium secondary battery.
  • Example 2 Except for using granular boehmite as inorganic oxide particles and adding 12.5 g of the dispersant, the thickness was 20 ⁇ m, the porosity was 40%, the Gurley value was 100 sec, and the boehmite A separator having a volume content of 75% was prepared.
  • the elution amount of the alkali metal element of the granular boehmite after washing with water was measured in the same manner as in Example 1, it was 40 ppm based on the weight of the granular boehmite, and the total amount was Na.
  • the average particle diameter (D50%) of the granular boehmite measured in the same manner as in Example 1 was 0.4 ⁇ m.
  • a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
  • Example 3 In the same plate-like boehmite dispersion used in Example 1, 500 g of dispersion of self-crosslinkable polybutyl acrylate (solid content 45% by mass) and PE emulsion (of PE) as heat-meltable resin particles 5 g of melting point 130 ° C., solid content 45% by mass) were added and stirred for 3 hours with a three-one motor to obtain a separator-forming composition (2).
  • the separator-forming composition (2) had a solid content of 55% by mass.
  • a separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator-forming composition (2) was used.
  • the obtained separator had a thickness of 20 ⁇ m, a porosity of 40%, and a Gurley value of 100 sec.
  • the volume content of the plate-like boehmite in the separator calculated by setting the specific gravity of boehmite to 3.0 g / cm 3 , the specific gravity of the binder to 1.0 g / cm 3 , and the specific gravity of PE to 1.0 g / cm 3 is 50 %Met.
  • a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
  • Example 4 A separator was produced in the same manner as in Example 3 except that the same granular boehmite as that used in Example 2 was used instead of plate-like boehmite.
  • the obtained separator had a thickness of 20 ⁇ m, a porosity of 40%, and a Gurley value of 100 sec. Further, the volume content of the granular boehmite in the separator calculated in the same manner as in Example 3 was 50%.
  • a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
  • Example 1 A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the same plate-like boehmite used in Example 1 was used without being washed with water.
  • the obtained separator had a thickness of 25 ⁇ m, a porosity of 40%, and a Gurley value of 100 sec.
  • the elution amount of the alkali metal element of the plate-like boehmite that was not washed with water was measured in the same manner as in Example 1, it was 2400 ppm based on the weight of the plate-like boehmite, and almost the whole amount was Na. there were.
  • a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
  • Example 2 A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that the same plate-like boehmite used in Example 1 was used after being washed once with water.
  • the obtained separator had a thickness of 20 ⁇ m, a porosity of 40%, and a Gurley value of 100 sec.
  • the elution amount of the alkali metal element of the plate-like boehmite after washing with water was measured in the same manner as in Example 1, it was 1200 ppm based on the weight of the plate-like boehmite, and the total amount was the amount of Na.
  • a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator was used.
  • each separator sample 0.5 g was immersed in 25 cm 3 of ion exchange water at 25 ° C. for 12 hours, The ion-exchanged water after immersion was diluted 10 times, and the amount of the alkali metal element eluted in the ion-exchanged water was measured by ICP spectroscopic analysis, and the ratio to the weight of the original separator was obtained.
  • the results are shown in Table 1 together with the amount of alkali metal element eluted from the inorganic oxide particles used in each separator. Almost all of the alkali metal element eluted from the separator was Na.
  • Charging is a constant current-constant voltage charging (total charging time) that combines constant current charging until the battery voltage reaches 4.2 V at a current value of 850 mA (equivalent to 1 C) and constant voltage charging at 4.2 V. 3 hours), and the discharge was a constant current discharge at a current value of 850 mA until the battery voltage reached 2.75 V.
  • This charging / discharging operation was defined as one cycle, and charging / discharging was repeated up to 500 cycles.
  • the lithium secondary batteries of Examples 1 to 4 can maintain a high capacity even after 500 cycles of charge and discharge, and constitute a highly reliable battery with little characteristic deterioration during long-term use. did it.
  • the lithium secondary batteries of Examples 1 to 4 are less likely to have a decrease in discharge capacity due to a storage test at a high temperature and have excellent storage characteristics (long-term storage characteristics). Recognize.
  • Example 5 For separator formation, the same separator-forming composition (1) as used in Example 1 and the same PE emulsion as used in Example 3 were used on both sides of the same negative electrode used in Example 1.
  • the thickness of the support layer in the separator was 20 ⁇ m (per side of the negative electrode), the thickness of the shutdown layer was 5 ⁇ m (per side of the negative electrode), and the porosity of the separator was 40%.
  • the volume content of the plate-like boehmite in the separator calculated by setting the specific gravity of boehmite to 3.0 g / cm 3 , the specific gravity of the binder to 1.0 g / cm 3 , and the specific gravity of PE to 1.0 g / cm 3 is 50 %Met.
  • a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode and the separator were changed to an integrated product of the negative electrode and the separator.
  • Example 6 The same composition for forming a separator (1) as used in Example 1 was applied to one side of a commercially available polyethylene microporous film (melting point: 135 ° C., thickness: 15 ⁇ m) with a die coater and dried to form a separator. Obtained. The obtained separator had a thickness of 18 ⁇ m, a porosity of 50%, and a Gurley value of 200 sec. Thereafter, a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. Almost no warpage or the like was observed in the produced separator.
  • Comparative Example 3 The same composition for forming a separator as that used in Comparative Example 1 and the same PE emulsion as that used in Example 3 are formed on both sides of the same negative electrode as used in Example 1, and the composition for forming a separator is Multilayer coating was applied so as to be on the negative electrode side, followed by drying to prepare a negative electrode (integrated product of negative electrode active material-containing layer and separator) having a separator having a two-layer structure comprising a support layer and a shutdown layer on both surfaces.
  • the thickness of the support layer in the separator was 20 ⁇ m (per side of the negative electrode), the thickness of the shutdown layer was 5 ⁇ m (per side of the negative electrode), and the porosity of the separator was 40%.
  • a lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode and the separator were changed to an integrated product of the negative electrode and the separator.
  • Table 4 shows the elution amount of alkali metal elements obtained in the same manner as the separator of Example 1 for the separator peeled from the integrated negative electrode and separator of Example 5 and Comparative Example 3 and the separator of Example 6. Show. Almost all of the alkali metal element eluted from the separator was Na.
  • Example 5 shows the results of the charge / discharge cycle test
  • Table 6 shows the results of the storage test.
  • the lithium secondary batteries of Examples 5 and 6 have characteristics in long-term use.
  • the battery had little deterioration, excellent long-term storage characteristics, and excellent reliability.
  • the present invention it is possible to provide a lithium secondary battery having high reliability and having little characteristic deterioration during long-term use and long-term storage.

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Abstract

 本発明は、イオン交換水に浸漬したときのアルカリ金属元素の溶出量を、1000ppm以下に低減させた無機酸化物粒子をバインダで結着して多孔質膜を形成し、この多孔質膜を備えたセパレータを用いてリチウム二次電池を構成する。これにより、高い信頼性を有し、かつ長期使用時および長期貯蔵時の特性劣化の少ないリチウム二次電池を提供することができる。

Description

セパレータ用多孔質膜、電池用セパレータ、電池用電極およびそれらの製造方法、ならびにリチウム二次電池
 本発明は、高温時の寸法安定性に優れ、長期使用時や長期貯蔵時の特性劣化の少ないリチウム二次電池を構成するためのセパレータ用多孔質膜とその製造方法、前記セパレータ用多孔質膜を備えた電池用セパレータとその製造方法、前記セパレータ用多孔質膜を備えた電池用電極とその製造方法、および前記電池用セパレータあるいは前記電池用電極を用いたリチウム二次電池に関するものである。
 非水電解液を用いた代表的な電池であるリチウム二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。リチウム二次電池は、化学的に高活性なリチウムイオンと、引火性のある有機溶媒を含む電解液(非水電解液)とを用いているため、異常時の発火や発煙を防止するための安全機構が各所に施されている。携帯機器などの高性能化に伴ってリチウム二次電池の高容量化が更に進む傾向にあり、より一層の安全性、信頼性の確保が重要となっている。
 現行のリチウム二次電池では、正極と負極の間に介在させるセパレータとして、例えば厚みが20~30μm程度のポリオレフィン系の微多孔フィルムが使用されている。しかし、現在汎用されている前記のセパレータは、電池内が非常に高温になった際に収縮し易く、これによる短絡発生の虞がある。そのため、セパレータを改良することによって、リチウム二次電池の安全性、信頼性のより一層の向上を図る検討がなされている。
 例えば、特許文献1~4には、耐熱性の良好なフィラー粒子と、シャットダウン機能を確保するための樹脂成分とを有するセパレータによりリチウム二次電池などの電気化学素子を形成することが提案されている。
特開2000-30686号公報 国際公開第2006/62153号公報 特開2007-273443号公報 特開2007-280911号公報
 特許文献1~4に開示されているように、耐熱性の良好な多孔質基体やフィラー粒子を用いて形成したセパレータを用いることで、異常過熱した際にも熱暴走が生じ難い安全性に優れたリチウム二次電池を提供することができる。
 ところが、これら特許文献に開示のリチウム二次電池では、セパレータに用いるフィラー粒子の種類によっては、長期にわたって使用し充放電を非常に多く繰り返すと容量が低下したり、充電状態で長期間貯蔵すると容量が低下する場合のあることが、本発明者らの検討により明らかとなった。
 すなわち、フィラー粒子の種類やその製造条件によっては、Naなどのアルカリ金属元素を不純物として多く含むものがあり、そのようなフィラー粒子を用いてセパレータを構成した場合には、リチウム二次電池の内部にアルカリ金属元素、特にNaが多く混入し、充放電サイクル特性や長期貯蔵特性を低下させる要因となることが明らかとなった。
 本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、高い信頼性を有し、かつ長期使用時および長期貯蔵時の特性劣化の少ないリチウム二次電池を形成するためのセパレータ用多孔質膜と、前記セパレータ用多孔質膜を備えた電池用セパレータおよび電極を提供し、当該電池用セパレータあるいは当該電極を用いたリチウム二次電池を提供するものである。
 本発明のセパレータ用多孔質膜は、無機酸化物粒子と、前記無機酸化物粒子を結着させるバインダとを含む多孔質膜であって、前記無機酸化物粒子は、ベーマイトを含み、前記多孔質膜に含まれるNaの量が、1000ppm以下であることを特徴とする。
 また、本発明の電池用セパレータは、前記本発明のセパレータ用多孔質膜と、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜とを含むことを特徴とする。
 また、本発明の電池用電極は、活物質含有層と、前記本発明のセパレータ用多孔質膜とを含む電池用電極であって、前記活物質層と前記セパレータ用多孔質膜とは、一体化されていることを特徴とする。
特徴とする。
 さらに、本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を含むリチウム二次電池であって、前記セパレータが、前記本発明の電池用セパレータであることを特徴とする。
 また、本発明のリチウム二次電池の上記とは別の態様は、正極、負極、セパレータおよび非水電解液を含むリチウム二次電池であって、前記正極および前記負極の少なくとも一方が、前記本発明の電池用電極であることを特徴とする。
 また、本発明のセパレータ用多孔質膜の製造方法は、無機酸化物粒子を水洗し、前記無機酸化物粒子に含まれるアルカリ金属元素の量を1000ppm以下に低減させる工程と、前記無機酸化物粒子をバインダで結着させて、前記無機酸化物粒子を含む多孔質膜を形成する工程とを含むことを特徴する。
 さらに、本発明の電池用セパレータの製造方法は、無機酸化物粒子を水洗し、前記無機酸化物粒子に含まれるアルカリ金属元素の量を1000ppm以下に低減させる工程と、前記無機酸化物粒子をバインダで結着させて、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜上に、前記無機酸化物粒子を含む多孔質膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
 また、本発明の電池用電極の製造方法は、無機酸化物粒子を水洗し、前記無機酸化物粒子に含まれるアルカリ金属元素の量を1000ppm以下に低減させる工程と、前記無機酸化物粒子をバインダで結着させて、活物質含有層を含む電極上に、前記無機酸化物粒子を含む多孔質膜を形成する工程とを含むことを特徴する。
 本発明によれば、高い信頼性を有し、かつ長期使用時および長期貯蔵時の特性劣化の少ないリチウム二次電池を提供することができる。
図1Aは、本発明のリチウム二次電池の平面概略図であり、図1Bは、本発明のリチウム二次電池の断面概略図である。 図2は、本発明のリチウム二次電池の外観概略図である。
 (実施形態1)
 先ず、本発明のセパレータ用多孔質膜およびその製造方法、電池用セパレータおよびその製造方法、電池用電極およびその製造方法について説明する。
 本発明の電池用セパレータ(以下、単に「セパレータ」という。)を形成する多孔質膜は、無機酸化物粒子を含み、前記無機酸化物粒子をバインダで結着させて形成される多孔質膜であって、前記無機酸化物粒子としてベーマイトを含み、前記多孔質膜に含まれるアルカリ金属元素、特に、Naの量を1000ppm以下(質量基準、以下同じ。)としたものである。
 セパレータ中に含有されるアルカリ金属元素の中でも、水に溶出し得る状態で存在しているアルカリ金属元素、特にNaは、長期にわたってリチウム二次電池の充放電を繰り返したり、長期間貯蔵したりした際の特性劣化の原因となる。すなわち、セパレータ中のアルカリ金属元素により、電池内では、非水電解液中の有機溶媒の副反応が生じると考えられる。この副反応によって、特に充電状態で長期間電池を貯蔵した際にガスが発生し、電池膨れが生じるなどして電池容量が低下し、また、前記の副反応によって不可逆容量が増大して、電池の充放電を繰り返した際に電池容量が低下すると思われる。
 そこで、本発明のセパレータ用多孔質膜では、セパレータ中のアルカリ金属元素、特にNaの量を1000ppm以下とすることにより、セパレータを構成したときに生じる有機溶媒の副反応を抑え、電池の長期貯蔵時の容量低下や、長期間にわたって使用し、充放電を繰り返した場合の容量低下を抑制する。
 多孔質膜中あるいはセパレータ中において、アルカリ金属元素は、これらの元素で構成される金属およびこれらの元素を含有する合金の他、水酸化物、酸化物、炭酸塩などの、前記元素を含有する化合物の形態で存在し得るが、本明細書でいう「アルカリ金属元素の量」や「Naの量」は、対象となる試料(セパレータ用多孔質膜、セパレータ、および後記の無機酸化物粒子):0.5gを、25cmのイオン交換水に25℃で12時間浸漬し、浸漬後のイオン交換水を10倍に希釈して、イオン交換水中に溶出したアルカリ金属元素の量を、誘導結合高周波プラズマ分光分析(ICP分光分析)によって測定し、元の試料の重量(アルカリ金属元素を含む重量)に対する割合として求めた値である。
 ここで、セパレータ中のアルカリ金属元素の量は少ないほどよく、0ppmであることが最も好ましいが、無機酸化物粒子としてベーマイトを用いる場合には、アルカリ金属元素を全く含有しないセパレータを製造することは困難であり、通常の下限値は、10ppm程度になると思われる。
 本発明のセパレータ用多孔質膜は、無機酸化物粒子を含み、前記無機酸化物粒子として、ベーマイトを含むものである。本発明のセパレータでは、前記セパレータ用多孔質膜を備えることにより、電池が通常使用される温度域では、セパレータを介して正極と負極とを押し付けて電極体を構成する場合などにおいて、正極活物質がセパレータを突き抜けて負極と接触することによる短絡の発生を防止することができる。また、電池が高温となった場合には、無機酸化物粒子の存在によってセパレータの熱収縮が抑えられ、その形状が維持されるため、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することもできる。そのため、本発明のセパレータを用いた電池(本発明のリチウム二次電池および非水電解液一次電池などの電池)は、安全性および信頼性に優れたものとなる。
 前記効果をより得やすくするために、本発明のセパレータ用多孔質膜においては、無機酸化物粒子を主体とする構成、すなわち、多孔質膜の構成成分(ただし、後記の繊維状物により構成されているシート状物は含めない。)の全体積中、無機酸化物粒子が50体積%以上となる構成を採用することが望ましい。
 一般に、AlOOHあるいはAl・HOなどの組成式で表されるベーマイトは、その製法上アルカリ金属元素を多く含有しており、市販されているものは、一般にアルカリ金属元素の量が1000ppmを超えている。また、他の無機酸化物粒子においても、その製造法によっては、アルカリ金属元素の量が1000ppmを超える場合がある。
 このため、そのような無機酸化物粒子を用いてセパレータを形成した場合、セパレータ中にアルカリ金属元素が多く混入することになり、前述した問題を引き起こす要因となる。
 従って、アルカリ金属元素を多く含有する無機酸化物粒子、特にベーマイトをセパレータに用いる場合は、あらかじめアルカリ金属元素を除去する処理を行う必要がある。
 本発明のセパレータ用多孔質膜、あるいは本発明のセパレータで使用する無機酸化物粒子では、アルカリ金属元素の量、特にNaの量が、1000ppm以下であることが好ましく、600ppm以下であることがより好ましく、0ppmであることが最も好ましい。アルカリ金属元素の中でもNaが、電池の長期貯蔵特性や充放電サイクル特性を低下させる作用が特に強いため、無機酸化物粒子のNa量を前記のように低くすることで、本発明の効果がより顕著に奏される。
 無機酸化物粒子からアルカリ金属元素を除去する方法としては、他の不純物を混入させない方法であれば特に制限は無く、例えば、無機酸化物粒子を水洗する方法が簡易であり、しかもコスト的に有利であることから推奨される。無機酸化物粒子の水洗は、例えば、バッチ式で、アルカリ金属元素の量が1000ppm以下となるまで(好ましくはNa量が600ppm以下となるまで)複数回繰り返してもよいし、連続式で行ってもよい。
 ただし、アルカリ金属元素を完全に取り除くことは困難であり、処理の目安としては、アルカリ金属元素、特にNaの量が、10~500ppm程度になるまで行えばよいと思われる。アルカリ金属元素が、水酸化物や炭酸塩などアルカリ性を示す水溶性化合物で存在する場合は、塩酸などの無機酸あるいはクエン酸などの有機酸を溶解させた水溶液で水洗することにより、アルカリ金属元素をより早くあるいはより多く除去できるものと思われる。
 本発明においては、無機酸化物粒子は、耐熱性および電気絶縁性を有しており、電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであれば、特に限定されることなく用いることができ、例えば、酸化鉄、SiO、Al、TiO、BaTiO、ZrOなどのほか、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来物質またはこれらの人造物などを例示することができる。耐熱性としては、例えば、150℃かそれ以上、好ましくは180℃以上の温度まで材料が変形などしないことが望まれる。
 上記の無機酸化物の中でも、Al、SiOおよびベーマイトが好ましく用いられ、ベーマイトが特に好ましく用いられる。前述したように、ベーマイトは、一般に、その製法に由来するアルカリ金属元素が多く混入するため、セパレータにベーマイトが含まれる場合、本発明の効果が特に顕著となる。もちろん、ベーマイト以外にも、溶出するアルカリ金属元素を多く含む無機酸化物粒子においても、本発明が好ましく用いられる。
 無機酸化物粒子の粒径は、粒子同士の隙間をある程度大きくして、イオンの伝導パスを短くすることで、電池特性をより高め得ることから、平均粒径で、0.01μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。一方、無機酸化物粒子の粒径が大きすぎると、粒子同士の隙間が大きくなりすぎて、リチウムデンドライトによる短絡が生じ易くなる場合がある。そのため、無機酸化物粒子の平均粒径は、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。
 本明細書における粒子の平均粒径は、レーザー散乱粒度分布計(例えば、HORIBA社製「LA-920」)を用い、粒子を膨潤させたり溶解させたりしない媒体(例えば水)に分散させて測定した体積基準の積算分率における50%での粒径(D50%)である。
 無機酸化物粒子の形状については、不定形、粒状、板状、キュービック状などのいずれでもよく、また、一次粒子であっても二次粒子を形成していてもよいが、板状の場合には、特にその平板面をセパレータ面に対して平行乃至略平行に配向させることで、セパレータにおける正極負極間の経路、すなわち所謂曲路率を大きくでき、電池内においてデンドライトが生成した場合でも、該デンドライトが負極から正極に到達し難くなるために、デンドライトショートに対する信頼性をより高めることができる。また、二次粒子の場合は、前記デンドライトによる短絡を効果的に抑制しながら、電池の負荷特性を向上させることができる。
 無機酸化物粒子が板状である場合、アスペクト比(板状粒子中の最大長さと板状粒子の厚みの比)は、粒子を配向させることによるデンドライトショートに対する信頼性向上効果をより大きくできることから、2以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましく、10以上であることがさらに好ましい。板状の無機酸化物粒子のアスペクト比が大きすぎると、粒子の比表面積が大きくなりすぎて取り扱い性が低下することがあるため、そのアスペクト比は、100以下であることが好ましく、50以下であることがより好ましい。前記アスペクト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した粒子の画像を、画像解析することにより求めることができる。
 無機酸化物粒子が板状である場合、セパレータ中での存在形態は、平板面がセパレータ面に対して平行乃至略平行であることが好ましく、より具体的には、セパレータの表面近傍における板状の無機酸化物粒子について、その平板面とセパレータ面との平均角度が30°以下であることが好ましい。最も好ましくは、前記平均角度が0°、すなわち、セパレータの表面近傍における板状の平板面が、セパレータ面に対して平行である。ここでいう「表面近傍」とは、セパレータの表面から全体厚みに対しておよそ10%の範囲を指す。板状の無機酸化物粒子の存在形態が前記のような場合には、電極表面に析出するリチウムデンドライトや電極表面の活物質の突起により内部短絡が生じるのをより効果的に防ぐことができる。
 セパレータを構成する多孔質膜中の無機酸化物粒子の割合は、無機酸化物粒子による機能(特に短絡防止機能)をより確実なものとする観点から、多孔質膜の構成成分(ただし、後記の繊維状物により構成されているシート状物を有する場合には、該シート状物は構成成分に含めない。)の全体積中、50体積%以上とするのがよく、80体積%以上とするのがより好ましい。一方、バインダによる粒子同士の結着をより確実なものとし、膜の形状安定性を向上させるため、無機酸化物粒子の割合は、99.5体積%以下とするのがよく、99体積%以下とするのがより好ましい。
 また、前記多孔質膜の厚みは、短絡防止機能をより確実なものとする観点から、1μm以上とするのが好ましく、3μm以上とするのがより好ましく、一方、電池のエネルギー密度向上やインピーダンス低減の観点から、15μm以下とするのが好ましく、10μm以下とするのがより好ましい。
 本発明では、前記多孔質膜は、単独でセパレータとして用いることもできるが、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜とともにセパレータを構成するのが望ましい。セパレータが前記微多孔膜を有することにより、電池内の異常過熱などによりセパレータが熱を受けた際に、熱溶融性樹脂が溶融してセパレータの空隙を閉塞する所謂シャットダウンを生じるため、電池の安全性を高めることができる。この場合、前記多孔質膜を、前記微多孔膜上に形成することにより、シャットダウンが生じた後、更にセパレータの温度が上昇した場合の熱溶融性樹脂層の収縮を抑制できるので好ましい。
 熱溶融性樹脂としては、前記の融点を有し、電気絶縁性を有しており、電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであればよく、例えば、ポリエチレン(PE)、共重合ポリオレフィン(例えば、エチレン由来の構造単位が85モル%以上の共重合体)、ポリオレフィン誘導体(塩素化ポリエチレンなど)、ポリオレフィンワックス、石油ワックス、カルナバワックスなどが挙げられる。前記共重合ポリオレフィンとしては、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ビニルモノマー共重合体、より具体的には、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン-メチルアクリレート共重合体、またはエチレン-エチルアクリレート共重合体が例示できる。また、ポリシクロオレフィンなどを用いることもできる。熱溶融性樹脂の融点は、シャットダウンが生じる温度を低く抑えるため、130℃以下であるのがより好ましい。
 熱溶融性樹脂の融点は、日本工業規格(JIS)K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度により規定することができ、本発明では、融解温度が80~140℃である熱溶融性樹脂を用いればよい。
 また、熱溶融性樹脂は、前記構成材料の1種のみであってもよく、2種以上で構成されていても構わない。これらの中でも、PE、エチレン-プロピレン共重合体、ポリオレフィンワックス、またはエチレン由来の構造単位が85モル%以上のEVAが好適である。
 融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜は、80~140℃の熱溶融性樹脂で構成された多孔質樹脂層のみで構成されていてもよく、また、80~140℃の熱溶融性樹脂層と、これより耐熱性の高い多孔質樹脂層とが積層された積層膜などであってもよい。また、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層には、これより耐熱性の高い樹脂やフィラーなどが含まれていてもよい。また、必要に応じて、樹脂に添加される公知の各種添加剤(例えば、酸化防止剤など)を含有していても構わない。
 前記微多孔膜としては、ポリエチレン製微多孔膜や、ポリエチレン製微多孔膜とポリプロピレン製微多孔膜との積層膜など、市販されている熱溶融性樹脂製の微多孔フィルムを好ましく用いることができる。また、前記熱溶融性樹脂で形成される粒子をバインダなどにより一体化し、微多孔膜としたものであってもよい。
 前記微多孔膜の厚み、特に前記熱溶融性樹脂層の厚みは、3μm以上とするのが好ましく、5μm以上とするのがより好ましく、一方、電池のエネルギー密度向上やインピーダンス低減の観点から、30μm以下とするのが好ましく、15μm以下とするのがより好ましい。
 セパレータ中の無機酸化物粒子の割合は、無機酸化物粒子による機能(特に短絡防止機能)をより確実なものとする観点から、セパレータの構成成分の全体積中、10体積%以上であることが好ましく、30体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることが特に好ましい。一方、セパレータ中の無機酸化物粒子の割合は、80体積%以下であることが好ましい。セパレータが後記の繊維状物により構成されたシート状物を含有する場合には、前記無機酸化物粒子の体積割合は、前記シート状物を除くセパレータの構成成分の全体積中での割合として示される。
 また、前記セパレータ用多孔質膜を、前記微多孔膜の片面あるいは両面に形成する場合、多孔質膜の厚み(総厚み)は、微多孔膜の厚み(総厚み)の10%以上とすることが好ましく、20%以上とすることがより好ましい。これにより、微多孔膜の高温での熱収縮を抑制しやすくなるからである。
 本発明のセパレータ用多孔質膜、あるいは、本発明のセパレータは、強度を増すための補強材として繊維状物を含有していてもよい。繊維状物としては、電気絶縁性を有しており、電気化学的に安定で、更に後に詳述する非水電解液などに安定であれば、特に制限はないが、150℃で実質的に変形しないもの(150℃に加熱しても、目視で変形が観察されないもの)が望ましい。
 セパレータ用多孔質膜に繊維状物を含有させる場合は、繊維状物を無機酸化物粒子とともにバインダで結着して多孔質膜を形成することができ、また、繊維状物により形成されたシート状物の空隙内に、無機酸化物粒子を保持させバインダにより固定することにより多孔質膜を形成することもできる。
 また、前記微多孔膜に繊維状物を含有させる場合は、繊維状物を融点が80~140℃の熱溶融性樹脂粒子とともにバインダで結着して多孔質樹脂層を形成することができ、また、繊維状物により形成されたシート状物の空隙内に、熱溶融性樹脂粒子を保持させてバインダにより固定することにより多孔質樹脂層を形成することもできる。
 150℃で実質的に変形しない繊維状物を用いたセパレータでは、セパレータの耐熱性を損なうこと無く、セパレータの強度向上を図ることができ、また、セパレータを電極とともに巻回した場合などに、無機酸化物粒子の脱落などを防ぐことができるのでより好ましい。
 本明細書でいう「繊維状物」とは、アスペクト比[長尺方向の長さ/長尺方向に直交する方向の幅(直径)]が4以上のものを意味している。繊維状物のアスペクト比は、10以上であることが好ましい。
 繊維状物の構成材料としては、例えば、セルロース、セルロース変成体(カルボキシメチルセルロースなど)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル[ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)など]、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、アラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂;ガラス、アルミナ、シリカなどの無機材料(無機酸化物);などが挙げられる。繊維状物は、これらの構成材料の1種を含有していてもよく、2種以上を含有していても構わない。また、繊維状物は、構成成分として、前記の構成材料の他に、必要に応じて、各種添加剤(例えば、樹脂である場合には酸化防止剤など)を含有していても構わない。
 繊維状物の直径は、セパレータの厚み以下であれば良いが、例えば、0.01~5μmであることが好ましい。径が大きすぎると、後述する繊維が多数集合して形成したシート状物を用いた場合に、繊維状物同士の絡み合いが不足して、これらで形成されるシート状物の強度が小さくなり、繊維状物を使用することによるセパレータの強度向上効果が小さくなることがある。また、繊維状物の径が小さすぎると、セパレータの空隙が小さくなりすぎて、イオン透過性が低下する傾向にあり、これを用いた電池において、負荷特性を低下させてしまうことがある。
 繊維状物を含有するセパレータにおいては、多数の繊維状物が集合してシート状物を形成している形式のもの、例えば織布、不織布、紙といった形態のものが好ましく用いられ、このシート状物の空隙内に無機酸化物粒子などを保持する構成のセパレータとすることができる。また、繊維状物と無機酸化物粒子などとが均一に分散された形で含有されている構成のセパレータとしてもよい。または、前記の両構成を合わせた構成のセパレータとすることもできる。無機酸化物粒子などは、必要に応じてバインダなどで固定することができる。
 繊維状物がシート状物である場合、目付け(坪量)は、無機酸化物粒子の前記好適体積比率を確保したり、シート状物の引張強度などの機械的強度を確保したりするために、3~30g/mとすることが好ましく、また、厚みは、7~20μmであることが好ましい。更に、セパレータ中の繊維状物の量は、繊維状物を含むセパレータの構成成分の全体積中、10~50体積%であることが好ましい。
 本発明のセパレータには、前記の無機酸化物粒子や繊維状物の他にも、無機酸化物粒子以外のフィラーや、前述した熱溶融性樹脂で構成された粒子などを含有させることもできる。
 前記フィラーとしては、電気絶縁性を有しており、電池の有する非水電解液に安定であり、また、電池の作動電圧範囲において酸化還元といった副反応をしないものであればよく、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機窒化物;フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結合性化合物;シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性化合物;モンモリロナイトなどの粘土;などが挙げられる。金属、SnO、スズ-インジウム酸化物(ITO)などの導電性酸化物、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質材料などで例示される導電性材料の表面を、電気絶縁性を有する材料で被覆することにより電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。
 また、フィラーとしては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル、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、ポリイミド、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などの各種架橋高分子;PP、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、PAN、アラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子;などの樹脂を例示することもできる。これらの樹脂は、前記例示の材料の混合物、変性体、誘導体、共重合体(ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体)、前記耐熱性高分子の架橋体であってもよい。
 前記フィラーや前記熱溶融性樹脂粒子の平均粒径は、前記の測定法により得られるD50%として、好ましくは0.001μm以上、より好ましくは0.1μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは1μm以下である。
 また、本発明のセパレータ用多孔質膜、あるいは、本発明のセパレータには、無機酸化物粒子同士を結着したり、無機酸化物粒子と、必要に応じて使用される繊維状物(およびそのシート状物)、フィラー、熱溶融性樹脂粒子などとを結着したりする目的で、バインダを含有させてもよい。
 バインダとしては、電気化学的に安定かつ非水電解液に対して安定で、更に、無機酸化物粒子、繊維状物、フィラー、熱溶融性樹脂粒子などを良好に接着できるものであればよいが、例えば、EVA(酢酸ビニル由来の構造単位が20~35モル%のもの)、エチレン-エチルアクリレート共重合体などのエチレン-アクリル酸共重合体、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、バインダとしては、耐熱性の点から、150℃かそれ以上、好ましくは180℃以上の温度まで溶融したり分解したりしない材料が望ましい。
 また、前述した熱溶融性樹脂がバインダとしても機能する場合、バインダを兼ねて熱溶融性樹脂を用いることもできる。
 これらのバインダを使用する場合には、後記するセパレータ形成用の組成物の溶媒に溶解するか、または分散させたエマルジョンやプラスチゾルの形態で用いることができる。ただし、バインダの中には、Naなどのアルカリ金属の塩の形態を有するものもあり、また、バインダの溶液やエマルジョンには、界面活性剤に起因して、Naなどのアルカリ金属元素が混入する場合もあり、これらのアルカリ金属元素により、セパレータ中のアルカリ金属元素量が増える虞もある。よって、本発明のセパレータにおいては、無機酸化物粒子以外の構成材料についても、そのアルカリ金属元素(特に水に溶出し得る状態で存在するアルカリ金属元素)の量の少ない材料を使用することが望ましい。
 電池における短絡防止効果をより高め、セパレータの強度を確保して取り扱い性を良好にする観点から、セパレータの厚みは、3μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがより好ましい。他方、電池のエネルギー密度をより高めたり、インピーダンスをより低くしたりする観点からは、セパレータの厚みは、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。
 また、セパレータの空隙率としては、非水電解液の保液量を確保してイオン透過性を良好にするために、乾燥した状態で、20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。他方、セパレータ強度の確保と内部短絡の防止の観点から、セパレータの空隙率は、乾燥した状態で、70%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましい。セパレータの空隙率:P(%)は、セパレータの厚み、単位面積あたりの質量、構成成分の密度から、下記式(1)を用いて各成分iについての総和を求めることにより計算できる。
   P=100-(Σa/ρ)×(m/t)       (1)
 ここで、前記式中、a:質量%で表した成分iの比率、ρ:成分iの密度(g/cm)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm)、t:セパレータの厚み(cm)である。
 また、本発明のセパレータは、JIS P 8117に準拠した方法で測定され、0.879g/mmの圧力下で100mlの空気が膜を透過する秒数で示されるガーレー値(透気度)が、10~300secであることが望ましい。透気度が大きすぎると、イオン透過性が小さくなり、他方、小さすぎると、セパレータの強度が小さくなることがある。更に、セパレータの強度としては、直径1mmのニードルを用いた突き刺し強度で50g以上であることが望ましい。かかる突き刺し強度が小さすぎると、リチウムのデンドライト結晶が発生した場合に、セパレータの突き破れによる短絡が発生する虞がある。
 本発明のセパレータを製造する方法としては、例えば、下記(I)、(II)および(III)の方法が採用できる。
 <製造方法(I)>
 製造方法(I)は、繊維状物で構成されたイオン透過性のシート状物(各種織布、不織布など)に、無機酸化物粒子や溶媒を含むセパレータ形成用組成物(スラリーなど)を、ブレードコーター、ロールコーター、ダイコーターなどで塗布した後、所定の温度で乾燥する方法である。
 本製造方法でいう「シート状物」には、前記繊維状物の少なくとも一種で構成され、これら繊維状物同士が絡み合った構造を有する不織布などの多孔質シートなどが挙げられる。より具体的には、紙、PP不織布、ポリエステル不織布(PET不織布、PEN不織布、PBT不織布など)、PAN不織布などの不織布が好ましく用いられる。
 セパレータ形成用組成物は、無機酸化物粒子や、必要に応じて、その他のフィラー、熱溶融性樹脂粒子、バインダなどを含有し、これらを溶媒(分散媒を含む、以下同じ。)に分散させたものである。ただし、バインダについては、溶媒に溶解していてもよい。セパレータ形成用組成物に用いられる溶媒は、無機酸化物粒子やフィラー、熱溶融性樹脂粒子などを均一に分散でき、また、バインダを均一に溶解または分散できるものであればよいが、例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素、テトラヒドロフランなどのフラン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類など、一般に有機溶媒が好適に用いられる。これらの溶媒に、界面張力を制御する目的で、アルコール(エチレングリコール、プロピレングリコールなど)、または、モノメチルアセテートなどの各種プロピレンオキサイド系グリコールエーテルなどを適宜添加してもよい。また、バインダが水溶性である場合や、バインダをエマルジョンとして使用する場合などでは、水を溶媒としてもよく、この際にもアルコール類(メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)を適宜加えて界面張力を制御することもできる。
 セパレータ形成用組成物においては、無機酸化物粒子、フィラー、熱溶融性樹脂粒子及びバインダを含む固形分含量を、例えば、30~70質量%とすることが好ましい。
 また、セパレータ形成用組成物は、無機酸化物粒子、熱溶融性樹脂粒子、バインダなどの全てを含有する単独の組成物でなくてもよい。例えば、無機酸化物粒子およびバインダを含有する組成物(1)と、熱溶融性樹脂粒子などを含有する組成物(2)との2種類の組成物を用いるなど、組成の異なる複数種の組成物を用いても良い。そして、例えば前記の2種類の組成物(1)、(2)を使用する場合には、先に組成物(1)をシート状物に塗布し乾燥して支持層(セパレータ用多孔質膜)を形成し、その後組成物(2)を塗布し乾燥してシャットダウン層を形成することで、複数層を有するセパレータを製造することができる。
 また、前記支持層(セパレータ用多孔質膜)は、これを単独でセパレータとして用いてもよく、前述した、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜などと組み合わせてセパレータとすることもできる。
 さらに、前記支持層(セパレータ用多孔質膜)と前記シャットダウン層(熱溶融性樹脂層)は、少なくとも一方を複数有していてもよい。
 前記シート状物が、紙、PP不織布、ポリエステル不織布などの不織布のように、繊維状物で構成されるものであって、特にその空隙の開口径が比較的大きい場合(例えば、空隙の開口径が5μm以上の場合)には、これが電池の短絡の要因となり易い。よって、このような場合には、無機酸化物粒子の一部または全部が、シート状物の空隙内に存在する構造とすることが好ましい。また、無機酸化物粒子以外のフィラー、熱溶融性樹脂粒子についても、その一部または全部がシート状物の空隙内に存在する構造とすることがより好ましく、この場合には、これらの粒子の使用による作用をより有効に発揮させることができる。
 シート状物の空隙内に無機酸化物粒子やフィラー、熱溶融性樹脂粒子などを存在させるには、例えば、これらを含有するセパレータ形成用組成物をシート状物に塗布した後に一定のギャップを通し、余分の組成物を除去した後、乾燥するなどの方法を用いればよい。
 また、無機酸化物粒子が板状の場合、その配向性を高めてその作用をより有効に発揮させるため、無機酸化物粒子を含有するセパレータ形成用組成物をシート状物に塗布して含浸させた後、前記組成物にシェアや磁場をかけるといった方法を用いればよい。例えば、前記のように、セパレータ形成用組成物をシート状物に塗布した後、一定のギャップを通すことで、前記組成物にシェアをかけることができる。
 <製造方法(II)>
 製造方法(II)は、製造方法(I)において示したセパレータ形成用組成物に、必要に応じて更に繊維状物を含有させ、これをフィルムや金属箔などの基材上に塗布し、所定の温度で乾燥した後に、前記基材から剥離する方法である。本製造方法に使用するセパレータ形成用組成物は、必要に応じて繊維状物を含有させることを除き、製造方法(I)に係るセパレータ形成用組成物と同じである。また、製造方法(I)において説明したように、必要に応じてセパレータ形成用組成物として2種以上の組成物を用い、それぞれの組成物を別々に塗布することで、複数層を有するセパレータを形成することもできる。
 また、本製造方法においても、前記組成物(1)に繊維状物を含有させた組成物により形成される支持層(セパレータ用多孔質膜)を単独でセパレータとして用いてもよく、前述した、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜などと組み合わせてセパレータとするのであってもよい。微多孔膜と組み合わせる場合は、前記組成物(1)に繊維状物を含有させた組成物を、微多孔膜上に塗布し、所定の温度で乾燥してセパレータとすればよく、形成されたセパレータ用多孔質膜を前記微多孔膜から剥離する必要はない。
 さらに、製造方法(I)と同様に、支持層(セパレータ用多孔質膜)とシャットダウン層(熱溶融性樹脂層)の少なくとも一方を複数有するセパレータを形成することもできる。ただし、セパレータ用多孔質膜を微多孔膜の両面に形成する場合は、乾燥装置が大型化し、また、数十メートル/分以上の速度で組成物を塗布し乾燥しようとすると、溶媒の除去に時間がかかるようになり製造上の問題が生じやすくなるため、実用上の点から、微多孔膜の片面のみにセパレータ用多孔質膜を形成するのが望ましい。
 一方、微多孔膜の片面のみにセパレータ用多孔質膜を形成する場合は、組成物の溶媒を除去して多孔質化する乾燥工程において、セパレータが塗布面に向かって反りやすくなる傾向があり、セパレータの巻き取り、スリット、あるいは電極とともに巻回する工程において、不良の発生率が高くなるおそれが生じる。このような場合、無機酸化物粒子やフィラーなどとして、板状粒子を用いることにより、セパレータの反りを抑制することができる。
 また、セパレータ用多孔質膜を、微多孔膜の片面あるいは両面に形成する場合、多孔質膜の厚み(総厚み)は、微多孔膜の厚み(総厚み)の10%以上とすることが好ましく、20%以上とすることがより好ましい。これにより、微多孔膜の高温での熱収縮を抑制しやすくなるからである。一方、セパレータの反りを抑制するためには、多孔質膜の厚み(総厚み)は、微多孔膜の厚み(総厚み)の50%以下とすることが好ましく、40%以下とすることがより好ましい。
 製造方法(II)で得られるセパレータにおいても、繊維状物を使用してシート状物を形成する場合には、前記シート状物の空隙内に、無機酸化物粒子やフィラー、熱溶融性樹脂粒子の一部または全部が存在する構造とすることが好ましく、また、板状の無機酸化物粒子を使用する場合には、無機酸化物粒子を配向させることが好ましい。本製造方法により得られるセパレータにおいて、シート状物の空隙内に各種粒子の一部または全部を存在させるには、繊維状物およびこれらの粒子を含有するセパレータ形成用組成物を用いてセパレータを形成すればよい。また、板状の無機酸化物粒子を配向させるには、製造方法(I)において記載した方法と同じ方法を用いることができる。
 <製造方法(III)>
 製造方法(III)は、製造方法(I)や製造方法(II)に係るセパレータ形成用組成物を、電池用電極(後記の正極または負極)の表面、例えば活物質含有層の表面に、ブレードコーター、ロールコーター、ダイコーターなどで塗布した後、所定の温度で乾燥する方法である。本製造方法により、本発明のセパレータ用多孔質膜あるいは本発明のセパレータと一体化された電極を製造することができる。
 本発明のセパレータ用多孔質膜やセパレータは、前記の構造のものに限定されるものではない。例えば、無機酸化物粒子は、個々に独立して存在していてもよく、互いに、または、繊維状物などに、一部が融着されていても構わない。
 また、本発明の電池用セパレータおよび電極は、非水電解液を使用する電池であれば、一次電池にも二次電池にも使用可能であるが、二次電池に使用する場合に、その効果(特に長期使用時の特性劣化防止)が特に顕著に奏される。
 (実施形態2)
 次に、本発明のリチウム二次電池について説明する。
 本発明のリチウム二次電池は、本発明の電池用セパレータを使用していればよく、その他の構成・構造については特に制限は無く、従来のリチウム二次電池で採用されている構成・構造を適用することができる。
 リチウム二次電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。
 正極としては、従来のリチウム二次電池に用いられている正極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極であれば特に制限はない。例えば、正極活物質として、Li1+xMO(-0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物などを用いることが可能である。前記層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOやLiNi1-xCox-yAl(0.1≦x≦0.3、0≦y≦0.2)などの他、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、LiNi3/5Mn1/5Co1/5など)などを例示することができる。
 導電助剤としては、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックなど)、黒鉛などの炭素材料が用いられ、バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂などが用いられ、これらの材料と正極活物質とが混合された正極合剤により正極活物質含有層を、例えば集電体上に形成して正極とすることができる。
 また、正極の集電体としては、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10~30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。
 正極側のリード部は、通常、正極作製時に、集電体の一部に正極活物質含有層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体にアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。
 負極としては、従来のリチウム二次電池に用いられている負極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、負極活物質として、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素およびその合金あるいはその酸化物、リチウム含有窒化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、チタン酸リチウムなどのリチウム含有複合酸化物、またはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。これらの負極活物質に導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)やPVDFなどのバインダなどを適宜添加した負極合剤を、集電体を芯材として成形体(負極活物質含有層)に仕上げたもの、または、前記の各種合金やリチウム金属の箔を負極活物質含有層とし、これを単独で用いたものや、これを集電体上に積層したものなどが負極として用いられる。
 負極に集電体を用いる場合には、集電体としては、銅製、ニッケル製、アルミニウム製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、下限は5μmであることが望ましい。また、負極側のリード部は、正極側のリード部と同様にして形成すればよい。
 電極は、前記の正極と前記の負極とを、本発明のセパレータを介して積層した積層体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。
 非水電解液としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こしにくいものであれば特に制限は無い。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbFなどの無機リチウム塩、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO〔ここでRfはフルオロアルキル基〕などの有機リチウム塩などを用いることができる。
 非水電解液に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなど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、メチルエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ-ブチロラクトンなどの環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3-ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルなどのニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらは2種以上混合して用いることもできる。より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。また、これらの非水電解液に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性をより向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3-プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t-ブチルベンゼンなどの添加剤を適宜加えることもできる。
 このリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.5~1.5mol/lとすることが好ましく、0.9~1.25mol/lとすることがより好ましい。
 前記のような正極活物質含有層を有する正極や、負極活物質含有層を有する負極は、例えば、正極合剤をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの溶媒に分散させてなる正極活物質含有層形成用組成物(スラリーなど)や、負極合剤をNMPなどの溶媒に分散させてなる負極活物質含有層形成用組成物(スラリーなど)を集電体上に塗布し、乾燥することにより作製される。この場合、例えば、正極活物質含有層形成用組成物を集電体上に塗布し、該組成物が乾燥する前に、セパレータ形成用組成物を塗布して作製した正極とセパレータとの一体化物や、負極活物質含有層形成用組成物を集電体上に塗布し、該組成物が乾燥する前に、セパレータ形成用組成物を塗布して作製した負極とセパレータとの一体化物を用いて、リチウム二次電池を構成することもできる。
 以下、本発明のリチウム二次電池の一例を図面に基づき説明する。図1Aは、本発明のリチウム二次電池の平面概略図であり、図1Bは、本発明のリチウム二次電池の断面概略図である。また、図2は、本発明のリチウム二次電池の外観概略図である。
 図1A、Bおよび図2に示す電池について説明すると、負極1と正極2は本発明のセパレータ3を介して渦巻状に巻回され、更に扁平状になるように加圧されて巻回電極体6を形成し、角筒形の外装缶20に非水電解液と共に収容されている。ただし、図1Bでは、煩雑化を避けるため、負極1や正極2の集電体である金属箔や非水電解液などは図示しておらず、巻回電極体6の中央部およびセパレータ3には断面を示すハッチングを表示していない。
 外装缶20はアルミニウム合金製で、電池の外装体を構成するものであり、この外装缶20は正極端子を兼ねている。そして、外装缶20の底部にはポリエチレンシートからなる絶縁体5が配置され、負極1、正極2およびセパレータ3からなる巻回電極体6からは、負極1および正極2のそれぞれ一端に接続された負極リード部8と正極リード部7が引き出されている。また、外装缶20の開口部を封口するアルミニウム合金製の封口用の蓋板9には、ポリプロピレン製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。
 この蓋板9は外装缶20の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶20の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、蓋板9には非水電解液注入口14が設けられており、この非水電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている。図1A、Bおよび図2では、便宜上、非水電解液注入口14は、非水電解液注入口自体と封止部材とを含めて表示している。さらに、蓋板9には、電池の温度上昇などにより内圧が上昇した際に、内部のガスを外部に排出する機構として、開裂ベント15が設けられている。
 図1A、Bおよび図2に示したリチウム二次電池では、正極リード部7を蓋板9に直接溶接することによって外装缶20と蓋板9とが正極端子として機能し、負極リード部8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード部8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、外装缶20の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。
 本発明のリチウム二次電池は、従来のリチウム二次電池が用いられている各種用途と同じ用途に適用することができる。
 以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。各実施例で示すセパレータにおける各成分の体積含有率は、不織布を除く全構成成分中の体積含有率である。また、各実施例で示す熱溶融性樹脂粒子の融点(融解温度)は、JIS K 7121の規定に準じて、DSCを用いて測定した値である。
 (実施例1)
 <セパレータの作製>
 無機酸化物粒子として板状ベーマイト(アスペクト比10)を繰り返し水洗し、120℃で乾燥した。乾燥後の板状ベーマイト:0.5gを、25cmのイオン交換水に25℃で12時間浸漬し、浸漬後のイオン交換水を10倍に希釈して、イオン交換水中に溶出したアルカリ金属元素の量を、ICP分光分析により測定した。その結果、アルカリ金属元素はほぼNaのみで構成されており、その量は、板状ベーマイトの重量を基準として500ppmと求まった。
 前記水洗を行った板状ベーマイト500gにイオン交換水500gと、40質量%のポリカルボン酸アンモニウムの分散剤5gとを加え、ボールミルで分散処理を行って分散液を調製した。前記分散液中の板状ベーマイトの粒径をレーザー散乱粒度分布計で測定したところ、体積基準の積算分率における平均粒径(D50%)は0.8μmであった。
 前記の分散液500gに、バインダとして自己架橋性のポリブチルアクリレートのディスパージョン(固形分含量45質量%)3gを加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して、セパレータ形成用組成物(1)を得た。このセパレータ形成用組成物(1)の固形分含量は、55質量%であった。
 繊維状物のシート状物としてPET不織布(幅200mm、厚み17μm、目付け10g/m)を用い、これをセパレータ形成用組成物(1)中に1m/minの速度で浸漬および引き上げして、PET不織布にセパレータ形成用組成物(1)を塗布し、乾燥してセパレータを得た。得られたセパレータは、厚みが25μm、空隙率が50%、ガーレー値が200secであった。また、ベーマイトの比重を3.0g/cm、バインダの比重を1.0g/cmとして算出したセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は、75%であった。
 <正極の作製>
 正極活物質であるLiCoO:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、活物質塗布長が表面280mm、裏面210mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極活物質含有層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ280mm、幅43mmの正極を作製した。さらに、この正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
 <負極の作製>
 負極活物質である黒鉛:90質量部と、バインダであるPVDF:10質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、銅箔からなる厚さ10μmの集電体の両面に、活物質塗布長が表面290mm、裏面230mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極活物質含有層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して、長さ290mm、幅45mmの負極を作製した。さらに、この負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
 <電池の組み立て>
 前記の正極と負極とを、前記のセパレータを介して渦巻状に巻回して巻回電極体とした。この巻回電極体を押しつぶして扁平状にし、角形の外装缶(高さ48mm、幅33mm、厚み4mm)内に装填し、非水電解液(エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを1:2の体積比で混合した溶媒に、LiPFを1.2mol/lの濃度で溶解させた溶液)を注入した後、外装缶の真空封止を行って、リチウム二次電池を得た。
 (実施例2)
 無機酸化物粒子として粒状ベーマイトを用い、分散剤の添加量を12.5gとした以外は、実施例1と同様にして、厚みが20μm、空隙率が40%、ガーレー値が100secで、ベーマイトの体積含有率が75%のセパレータを作製した。水洗後の前記粒状ベーマイトのアルカリ金属元素の溶出量を実施例1と同様にして測定したところ、粒状ベーマイトの重量を基準として40ppmであり、ほぼ全量がNaの量であった。また、実施例1と同様にして測定した粒状ベーマイトの平均粒径(D50%)は0.4μmであった。前記セパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
 (実施例3)
 実施例1で使用したものと同じ板状ベーマイトの分散液500gに、自己架橋性のポリブチルアクリレートのディスパージョン(固形分含量45質量%)3gと、熱溶融性樹脂粒子としてPEエマルジョン(PEの融点130℃、固形分含量45質量%)5gとを加え、スリーワンモーターで3時間攪拌して、セパレータ形成用組成物(2)を得た。このセパレータ形成用組成物(2)の固形分含量は、55質量%であった。
 前記のセパレータ形成用組成物(2)を用いた以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。得られたセパレータは、厚みが20μm、空隙率が40%、ガーレー値が100secであった。また、ベーマイトの比重を3.0g/cm、バインダの比重を1.0g/cm、PEの比重を1.0g/cmとして算出したセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は、50%であった。
 前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
 (実施例4)
 板状ベーマイトに代えて、実施例2で使用したものと同じ粒状ベーマイトを用いた以外は、実施例3と同様にしてセパレータを作製した。得られたセパレータは、厚みが20μm、空隙率が40%、ガーレー値が100secであった。また、実施例3と同様にして算出したセパレータ中の粒状ベーマイトの体積含有率は、50%であった。
 前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
 (比較例1)
 実施例1で使用したものと同じ板状ベーマイトを、水洗せずに使用した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。得られたセパレータは、厚みが25μm、空隙率が40%、ガーレー値が100secであった。また、前記の水洗をしていない板状ベーマイトのアルカリ金属元素の溶出量を実施例1と同様にして測定したところ、板状ベーマイトの重量を基準として2400ppmであり、ほぼ全量がNaの量であった。
 前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
 (比較例2)
 実施例1で使用したものと同じ板状ベーマイトを、1回水洗しただけで使用した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。得られたセパレータは、厚みが20μm、空隙率が40%、ガーレー値が100secであった。水洗後の前記板状ベーマイトのアルカリ金属元素の溶出量を実施例1と同様にして測定したところ、板状ベーマイトの重量を基準として1200ppmであり、ほぼ全量がNaの量であった。
 前記のセパレータを用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
 上記リチウム二次電池の作製とは別に、実施例1~4および比較例1~2のセパレータについて、各セパレータ試料:0.5gを、25cmのイオン交換水に25℃で12時間浸漬し、浸漬後のイオン交換水を10倍に希釈して、イオン交換水中に溶出したアルカリ金属元素の量を、ICP分光分析により測定し、元のセパレータの重量に対する割合を求めた。その結果を、それぞれのセパレータに用いた無機酸化物粒子からのアルカリ金属元素の溶出量と併せて表1に示す。セパレータから溶出したアルカリ金属元素は、ほぼ全量がNaであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 次に、実施例1~4および比較例1~2のリチウム二次電池について、下記の充放電サイクル試験を行った。
 <充放電サイクル試験>
 充電は、850mA(1Cに相当)の電流値で電池電圧が4.2Vになるまでの定電流充電と、4.2Vでの定電圧充電とを組み合わせた定電流-定電圧充電(総充電時間3時間)とし、放電は、850mAの電流値で電池電圧が2.75Vになるまで放電する定電流放電とし、この充放電操作を1サイクルとして、500サイクルまで充放電を繰り返した。この充放電サイクル試験における、1サイクル目、300サイクル目および500サイクル目の各放電容量(それぞれ、A、BおよびCとする。)と、1サイクル目の放電容量(A)に対する500サイクル目の放電容量(C)の比(C/A)とを求め、長期使用における特性を評価した。その結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2から明らかなように、実施例1~4および比較例1~2の各リチウム二次電池において、300サイクル目までの放電容量に差は見られないが、比較例1および2の電池では、300サイクル目以降の容量劣化が著しく、500サイクル目には、実施例1~4の電池の容量と大きく差がついた。また、比較例1および2の電池では、試験後(500サイクルの充放電後)に、いずれも外装缶に0.5mm程度の膨れが認められた。試験後の各電池を解体してみると、比較例1および2の電池では、ほぼ無色透明の非水電解液が褐色に変色しており、無機酸化物粒子から流出したNa分が、非水電解液の分解反応などの副反応に関与したものと考えられる。一方、実施例1~4のリチウム二次電池は、500サイクルの充放電を繰り返しても、高い容量を維持しており、長期使用における特性劣化の少ない信頼性に優れた電池を構成することができた。
 更に、前記の充放電サイクル試験を行ったものとは別の電池について、下記の貯蔵試験を行った。
 <貯蔵試験>
 前記充電条件と同じ条件で電池を充電し、続いて充電状態の電池を60℃の恒温槽に入れて20日間貯蔵した。その後、850mAの定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電し、更に前記と同じ条件で充電および放電を行って貯蔵試験後の放電容量(D)を測定した。前記充放電サイクル試験における1サイクル目の放電容量(A)に対する、貯蔵試験後の放電容量(D)の比(D/A)を求め、長期貯蔵における特性を評価した。その結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3から明らかなように、実施例1~4のリチウム二次電池は、高温での貯蔵試験による放電容量の低下が少なく、貯蔵特性(長期貯蔵特性)に優れた電池となっていることがわかる。
 (実施例5)
 実施例1で使用したものと同じ負極の両面に、実施例1で使用したものと同じセパレータ形成用組成物(1)と、実施例3で使用したものと同じPEエマルジョンとを、セパレータ形成用組成物(1)が負極側となるようにして重層塗布し、乾燥して、支持層とシャットダウン層とからなる2層構造のセパレータを両面に有する負極(負極活物質含有層とセパレータとの一体化物)を作製した。セパレータにおける支持層の厚みは20μm(負極の片面当たり)で、シャットダウン層の厚みは5μm(負極の片面当たり)であり、セパレータの空隙率は40%であった。また、ベーマイトの比重を3.0g/cm、バインダの比重を1.0g/cm、PEの比重を1.0g/cmとして算出したセパレータ中の板状ベーマイトの体積含有率は、50%であった。
 負極およびセパレータを、前記の負極とセパレータとの一体化物に変更した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
 (実施例6)
 実施例1で使用したものと同じセパレータ形成用組成物(1)を、市販のポリエチレン製微多孔フィルム(融点:135℃、厚み:15μm)の片面にダイコーターにより塗布し、乾燥してセパレータを得た。得られたセパレータは、厚みが18μm、空隙率が50%、ガーレー値が200secであった。以下、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。作製したセパレータに反りなどはほとんど認められなかった。
 (比較例3)
 実施例1で使用したものと同じ負極の両面に、比較例1で使用したものと同じセパレータ形成用組成物と、実施例3で使用したものと同じPEエマルジョンとを、セパレータ形成用組成物が負極側となるようにして重層塗布し、乾燥して、支持層とシャットダウン層とからなる2層構造のセパレータを両面に有する負極(負極活物質含有層とセパレータとの一体化物)を作製した。セパレータにおける支持層の厚みは20μm(負極の片面当たり)で、シャットダウン層の厚みは5μm(負極の片面当たり)であり、セパレータの空隙率は40%であった。
 負極およびセパレータを、前記の負極とセパレータとの一体化物に変更した以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
 実施例5および比較例3の負極とセパレータとの一体化物から剥離したセパレータ、ならびに実施例6のセパレータについて、実施例1のセパレータなどと同様にして求めたアルカリ金属元素の溶出量を表4に示す。セパレータから溶出したアルカリ金属元素は、ほぼ全量がNaであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 実施例5、実施例6および比較例3のリチウム二次電池について、実施例1の電池などと同様にして前記の充放電サイクル試験および貯蔵試験を行った。充放電サイクル試験の結果を表5に、貯蔵試験の結果を表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表5および表6から分かるように、表2および表3に示した実施例1~4のリチウム二次電池と同様に、実施例5および実施例6のリチウム二次電池は、長期使用における特性劣化が少なく、長期貯蔵特性に優れ、信頼性に優れた電池となっていた。
 本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、これらに限定はされない。本発明の範囲は、上述の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれるものである。
 本発明によれば、高い信頼性を有し、かつ長期使用時および長期貯蔵時の特性劣化の少ないリチウム二次電池を提供することができる。
 1 負極
 2 正極
 3 セパレータ
 5 絶縁体
 6 巻回電極体
 7 正極リード部
 8 負極リード部
 9 蓋板
10 絶縁パッキング
11 端子
12 絶縁体
13 リード板
14 非水電解液注入口
15 開裂ベント
20 外装缶

Claims (27)

  1.  無機酸化物粒子と、前記無機酸化物粒子を結着させるバインダとを含む多孔質膜であって、
     前記無機酸化物粒子は、ベーマイトを含み、
     前記多孔質膜に含まれるNaの量が、1000ppm以下であることを特徴とするセパレータ用多孔質膜。
  2.  前記多孔質膜に含まれるアルカリ金属元素の総量が、1000ppm以下である請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  3.  前記無機酸化物粒子に含まれるNaの量が、600ppm以下である請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  4.  前記無機酸化物粒子が、板状の粒子を含む請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  5.  前記無機酸化物粒子の割合が、50体積%以上である請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  6.  前記無機酸化物粒子の割合が、99.5体積%以下である請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  7.  前記無機酸化物粒子の平均粒径が、0.01μm以上10μm以下である請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  8.  厚みが1μm以上である請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  9.  厚みが3μm以上である請求項8に記載のセパレータ用多孔質膜。
  10.  厚みが10μm以下である請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜。
  11.  請求項1に記載のセパレータ用多孔質膜と、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜とを含むことを特徴とする電池用セパレータ。
  12.  前記セパレータ用多孔質膜が、前記微多孔膜の上に形成された請求項11に記載の電池用セパレータ。
  13.  前記セパレータ用多孔質膜の厚みが、前記微多孔膜の厚みの10%以上である請求項11に記載の電池用セパレータ。
  14.  前記セパレータ用多孔質膜の厚みが、前記微多孔膜の厚みの50%以下である請求項11に記載の電池用セパレータ。
  15.  前記微多孔膜の厚みが30μm以下である請求項11に記載の電池用セパレータ。
  16.  前記熱溶融性樹脂の融点が130℃以下である請求項11~15のいずれかに記載の電池用セパレータ。
  17.  前記無機酸化物粒子の割合が、10体積%以上である請求項11~15のいずれかに記載の電池用セパレータ。
  18.  前記無機酸化物粒子の割合が、30体積%以上である請求項17に記載の電池用セパレータ。
  19.  前記無機酸化物粒子の割合が、80体積%以下である請求項11~15のいずれかに記載の電池用セパレータ。
  20.  厚みが50μm以下である請求項11~15のいずれかに記載の電池用セパレータ。
  21.  活物質含有層と、請求項1~10のいずれかに記載のセパレータ用多孔質膜とを含む電池用電極であって、
     前記活物質層と前記セパレータ用多孔質膜とは、一体化されていることを特徴とする電池用電極。
  22.  正極、負極、セパレータおよび非水電解液を含むリチウム二次電池であって、
     前記セパレータが、請求項11~15のいずれかに記載の電池用セパレータであることを特徴とするリチウム二次電池。
  23.  正極、負極、セパレータおよび非水電解液を含むリチウム二次電池であって、
     前記正極および前記負極の少なくとも一方が、請求項21に記載の電池用電極であることを特徴とするリチウム二次電池。
  24.  無機酸化物粒子を水洗し、前記無機酸化物粒子に含まれるアルカリ金属元素の量を1000ppm以下に低減させる工程と、
     前記無機酸化物粒子をバインダで結着させて、前記無機酸化物粒子を含む多孔質膜を形成する工程とを含むことを特徴するセパレータ用多孔質膜の製造方法。
  25.  前記無機酸化物粒子がベーマイトを含む請求項24に記載のセパレータ用多孔質膜の製造方法。
  26.  無機酸化物粒子を水洗し、前記無機酸化物粒子に含まれるアルカリ金属元素の量を1000ppm以下に低減させる工程と、
     前記無機酸化物粒子をバインダで結着させて、融点が80~140℃の熱溶融性樹脂層を有する微多孔膜上に、前記無機酸化物粒子を含む多孔質膜を形成する工程とを含むことを特徴とする電池用セパレータの製造方法。
  27.  無機酸化物粒子を水洗し、前記無機酸化物粒子に含まれるアルカリ金属元素の量を1000ppm以下に低減させる工程と、
     前記無機酸化物粒子をバインダで結着させて、活物質含有層を含む電極上に、前記無機酸化物粒子を含む多孔質膜を形成する工程とを含むことを特徴する電池用電極の製造方法。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012124029A (ja) * 2010-12-08 2012-06-28 Sony Corp 積層型微多孔膜、電池用セパレータおよび非水電解質電池
WO2012114843A1 (ja) * 2011-02-24 2012-08-30 株式会社日立製作所 リチウムイオン電池およびその製造方法
JP2013073678A (ja) * 2011-09-26 2013-04-22 Toyota Motor Corp 非水系二次電池
JP2013131343A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Toyota Motor Corp 非水電解質二次電池およびその製造方法
JPWO2012002359A1 (ja) * 2010-06-28 2013-08-22 株式会社村田製作所 蓄電デバイスとその製造方法
WO2013187458A1 (ja) * 2012-06-12 2013-12-19 三菱製紙株式会社 リチウムイオン電池用セパレータ
JP2014154447A (ja) * 2013-02-12 2014-08-25 Toyota Motor Corp 二次電池
JPWO2016072420A1 (ja) * 2014-11-05 2017-04-27 積水化学工業株式会社 耐熱性合成樹脂微多孔フィルム及びセパレータの製造方法
WO2019049937A1 (ja) * 2017-09-07 2019-03-14 Necエナジーデバイス株式会社 電極および二次電池
US10283747B2 (en) 2014-03-17 2019-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack
CN110364661A (zh) * 2018-04-11 2019-10-22 宁德新能源科技有限公司 隔离膜及储能装置
WO2020261742A1 (ja) * 2019-06-26 2020-12-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 二次電池用電極、二次電池用セパレータ、及び二次電池
CN116111277A (zh) * 2023-02-17 2023-05-12 广东炬盛新材料科技有限公司 田菁胶/凹凸棒土锂离子电池隔膜及其制备方法与应用

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013125021A1 (ja) * 2012-02-24 2013-08-29 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池用電極およびリチウムイオン二次電池
US9887406B2 (en) * 2012-03-09 2018-02-06 Teijin Limited Separator for non-aqueous secondary battery, method for manufacturing the same, and non-aqueous secondary battery
CN103236511B (zh) * 2013-04-18 2015-08-05 广东工业大学 一种有机/无机复合隔膜的制备方法
CN105594054B (zh) * 2013-10-02 2019-05-14 株式会社村田制作所 电池、电解质、电池组、电子装置和电动车辆
KR102190593B1 (ko) * 2015-07-29 2020-12-14 도레이 카부시키가이샤 전지용 세퍼레이터 및 그 제조 방법
KR102187519B1 (ko) * 2015-08-27 2020-12-07 도레이 카부시키가이샤 전지용 세퍼레이터 및 그 제조방법
CN107665965A (zh) * 2016-07-29 2018-02-06 深圳市沃特玛电池有限公司 一种锂电池负极极片及隔膜一体化结构及其制作方法
JP6567126B2 (ja) 2017-04-28 2019-08-28 住友化学株式会社 非水電解液二次電池用絶縁性多孔質層
KR101918448B1 (ko) 2017-04-28 2018-11-13 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 비수 전해액 이차 전지용 절연성 다공질층
KR102207528B1 (ko) 2017-12-15 2021-01-26 주식회사 엘지화학 다공성 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
WO2019117687A1 (ko) * 2017-12-15 2019-06-20 주식회사 엘지화학 다공성 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR102388261B1 (ko) 2018-10-12 2022-04-18 주식회사 엘지에너지솔루션 다공성 분리막 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN110938228B (zh) * 2019-11-26 2020-09-08 武汉理工大学 一种沸石/聚酰亚胺复合膜的制备方法及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058119A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Mitsubishi Chemicals Corp 二次電池用非水電解液の精製方法
JP2003221227A (ja) * 2002-01-29 2003-08-05 Kawai Sekkai Kogyo Kk ベーマイトの製造方法
JP2006056754A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Mitsui Mining Co Ltd 燐酸アンモニウム鉄及びリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法、並びにリチウムイオン二次電池
JP2007157723A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Hitachi Maxell Ltd 電気化学素子用セパレータおよび電気化学素子
JP2008123996A (ja) * 2006-10-16 2008-05-29 Hitachi Maxell Ltd 非水電解質電池用セパレータおよび非水電解質電池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5698176A (en) * 1995-06-07 1997-12-16 Duracell, Inc. Manganese dioxide for lithium batteries
US6190800B1 (en) * 1998-05-11 2001-02-20 The Gillette Company Lithiated manganese dioxide
JPH11329475A (ja) * 1998-05-21 1999-11-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 固体電池材料の洗浄方法
US6878489B2 (en) * 2002-05-06 2005-04-12 The Gillette Company Lithium cell with improved cathode
KR101166091B1 (ko) * 2005-12-08 2012-07-23 히다치 막셀 가부시키가이샤 전기화학소자용 세퍼레이터

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058119A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Mitsubishi Chemicals Corp 二次電池用非水電解液の精製方法
JP2003221227A (ja) * 2002-01-29 2003-08-05 Kawai Sekkai Kogyo Kk ベーマイトの製造方法
JP2006056754A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Mitsui Mining Co Ltd 燐酸アンモニウム鉄及びリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法、並びにリチウムイオン二次電池
JP2007157723A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Hitachi Maxell Ltd 電気化学素子用セパレータおよび電気化学素子
JP2008123996A (ja) * 2006-10-16 2008-05-29 Hitachi Maxell Ltd 非水電解質電池用セパレータおよび非水電解質電池

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2012002359A1 (ja) * 2010-06-28 2013-08-22 株式会社村田製作所 蓄電デバイスとその製造方法
JP2012124029A (ja) * 2010-12-08 2012-06-28 Sony Corp 積層型微多孔膜、電池用セパレータおよび非水電解質電池
WO2012114843A1 (ja) * 2011-02-24 2012-08-30 株式会社日立製作所 リチウムイオン電池およびその製造方法
JP2012190784A (ja) * 2011-02-24 2012-10-04 Hitachi Ltd リチウムイオン電池およびその製造方法
CN103348528A (zh) * 2011-02-24 2013-10-09 株式会社日立制作所 锂离子电池及其制造方法
JP2013073678A (ja) * 2011-09-26 2013-04-22 Toyota Motor Corp 非水系二次電池
JP2013131343A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Toyota Motor Corp 非水電解質二次電池およびその製造方法
WO2013187458A1 (ja) * 2012-06-12 2013-12-19 三菱製紙株式会社 リチウムイオン電池用セパレータ
JPWO2013187458A1 (ja) * 2012-06-12 2016-02-08 三菱製紙株式会社 リチウムイオン電池用セパレータ
JP2014154447A (ja) * 2013-02-12 2014-08-25 Toyota Motor Corp 二次電池
US10283747B2 (en) 2014-03-17 2019-05-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Nonaqueous electrolyte secondary battery and battery pack
JPWO2016072420A1 (ja) * 2014-11-05 2017-04-27 積水化学工業株式会社 耐熱性合成樹脂微多孔フィルム及びセパレータの製造方法
US10381626B2 (en) 2014-11-05 2019-08-13 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Heat-resistant synthetic resin microporous film and method for producing the same
JP7281402B2 (ja) 2017-09-07 2023-05-25 株式会社エンビジョンAescジャパン 電極および二次電池
WO2019049937A1 (ja) * 2017-09-07 2019-03-14 Necエナジーデバイス株式会社 電極および二次電池
JPWO2019049937A1 (ja) * 2017-09-07 2020-10-15 株式会社エンビジョンAescエナジーデバイス 電極および二次電池
US11961992B2 (en) 2017-09-07 2024-04-16 Aesc Japan Ltd. Electrode and secondary battery
CN110364661A (zh) * 2018-04-11 2019-10-22 宁德新能源科技有限公司 隔离膜及储能装置
CN110364661B (zh) * 2018-04-11 2022-11-25 宁德新能源科技有限公司 隔离膜及储能装置
US12347824B2 (en) 2018-04-11 2025-07-01 Ningde Amperex Technology Limited Separator and energy storage device
US12424653B2 (en) 2018-04-11 2025-09-23 Ningde Amperex Technology Limited Separator and energy storage device
JPWO2020261742A1 (ja) * 2019-06-26 2020-12-30
JP7466154B2 (ja) 2019-06-26 2024-04-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 二次電池用電極、二次電池用セパレータ、及び二次電池
WO2020261742A1 (ja) * 2019-06-26 2020-12-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 二次電池用電極、二次電池用セパレータ、及び二次電池
CN116111277A (zh) * 2023-02-17 2023-05-12 广东炬盛新材料科技有限公司 田菁胶/凹凸棒土锂离子电池隔膜及其制备方法与应用

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