JP2015005420A - Cell separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池用セパレータ(以下、「セパレータ」と略記する場合がある)に関するものである。 The present invention relates to a battery separator (hereinafter sometimes abbreviated as “separator”).
従来、リチウム二次電池のセパレータとしては、貫通した微細孔を有するポリオレフィンフィルムが用いられてきた。この電池用セパレータは、電池が異常を起こして発熱した場合に、貫通した微細孔が溶融して閉塞し、電池の内部抵抗を高めることで、発熱を抑制し、電極剤であるコバルト酸リチウムの熱暴走による電池の爆発を抑制する仕組みを担ってきた。 Conventionally, as a separator for a lithium secondary battery, a polyolefin film having fine pores that have penetrated has been used. This battery separator suppresses heat generation by increasing the internal resistance of the battery by increasing the internal resistance of the battery when the battery generates heat due to abnormalities, and the internal resistance of the lithium cobalt oxide as an electrode agent It has been responsible for suppressing battery explosion due to thermal runaway.
しかし、ハイブリッド自動車用電池や無停電電源など、大電流による充放電が必要な用途では、電極剤組成の研究によって、熱暴走爆発の抑制が可能となったことや、逆に、急激な電池内温度の上昇によって、セパレータの熱収縮による電極接触を避けるために、耐熱性の高い、かつ内部抵抗の小さなセパレータの要望が高まっている。 However, in applications that require charging and discharging with a large current, such as batteries for hybrid vehicles and uninterruptible power supplies, research on electrode composition has made it possible to suppress thermal runaway explosions, and conversely, rapid battery internal Due to the increase in temperature, in order to avoid electrode contact due to thermal contraction of the separator, there is an increasing demand for a separator having high heat resistance and low internal resistance.
この要望に対し、特許文献1には、孔の開いた柔軟な多孔性支持体と孔を塞ぐ多孔質セラミック材料からなるセパレータが提案されている。柔軟な多孔性支持体にポリマー繊維を、多孔質セラミック(無機粒子)にジルコニウム、シリカ、アルミナが用いられている。低密度の多孔性支持体と多孔質セラミックを併用することで、セパレータ内の空隙率の向上や耐熱性の向上が図れることが記載されている。 In response to this demand, Patent Document 1 proposes a separator made of a porous porous support having holes and a porous ceramic material that closes the holes. Polymer fibers are used for a flexible porous support, and zirconium, silica, and alumina are used for porous ceramics (inorganic particles). It is described that by using a low-density porous support and a porous ceramic in combination, the porosity in the separator and the heat resistance can be improved.
このようなセパレータは柔軟な多孔性支持体上に多孔質セラミック材料の分散体を塗設して多孔質セラミック層(多孔質膜層)が作製されている。多孔性支持体としては、ポリマー繊維を用いた不織布が挙げられている。しかし、多孔性支持体のポリマー繊維密度が低いと、多孔性支持体の強度が低下するという問題があった。また、塗設した多孔質セラミック材料の分散体が多孔性支持体から脱離してしまい、面方向に均一な多孔質セラミック層が得られず、欠点のあるセパレータとなり、内部ショートが発生するという問題が生じることがあった。反対に、ポリマー繊維密度が高すぎると、厚みが増加してしまうという問題が発生する。特許文献2では、適当なポリマー繊維密度を付与し、厚みの増加を抑制するために、ポリマー繊維の分散性に優れている湿式抄造法を用いて不織布を製造している。これによって、極細の繊維を用いながらも、強度と厚みのバランスをとった多孔性支持体が得られることが開示されている。 In such a separator, a porous ceramic layer (porous membrane layer) is produced by coating a dispersion of a porous ceramic material on a flexible porous support. Examples of the porous support include nonwoven fabrics using polymer fibers. However, when the polymer fiber density of the porous support is low, there is a problem that the strength of the porous support decreases. In addition, the dispersion of the coated porous ceramic material is detached from the porous support, and a uniform porous ceramic layer cannot be obtained in the surface direction, resulting in a defective separator and an internal short circuit. Sometimes occurred. On the other hand, if the polymer fiber density is too high, there arises a problem that the thickness increases. In Patent Document 2, in order to impart an appropriate polymer fiber density and suppress an increase in thickness, a nonwoven fabric is manufactured using a wet papermaking method that is excellent in polymer fiber dispersibility. It is disclosed that a porous support having a balance between strength and thickness can be obtained while using ultrafine fibers.
しかし、ポリマー密度を更に下げて薄い多孔性支持体を得ようとすると、水中での繊維の分散性が得られる多孔質支持体の粗密に影響を与えて、多孔性支持体の強度や繊維密度の分散性を悪化させて、電池特性にも影響を与えることが判明した。特に、特許文献2では、延伸繊維と未延伸繊維という異種の繊維を併用しており、その繊維表面は基本的に疎水性である。この場合、抄紙時に同種繊維間で凝集が発生しやすく、異種繊維間で繊維が全体として均一に分布せずに、多孔質支持体の粗密に影響を与えて、電池特性にも影響が出る場合があった。 However, if the polymer density is further lowered to obtain a thin porous support, the density of the porous support is affected by the density of the porous support, which affects the density of the porous support, which allows the dispersibility of the fibers in water. It has been found that the dispersibility of the battery deteriorates and the battery characteristics are affected. In particular, Patent Document 2 uses different types of fibers, drawn fibers and undrawn fibers, and the fiber surface is basically hydrophobic. In this case, agglomeration is likely to occur between the same type of fibers during papermaking, and the fibers are not uniformly distributed between different types of fibers, affecting the density of the porous support and affecting the battery characteristics. was there.
本発明は、無機微粒子を含有してなる多孔質膜層及び多孔性支持体を有する電池用セパレータ及びその製造方法に関し、多孔性支持体として使用される不織布の繊維を均一に分布させることによって、電池特性を向上させることができる電池用セパレータ及びその製造方法を提供することを課題とする。 The present invention relates to a battery separator having a porous membrane layer containing inorganic fine particles and a porous support, and a method for producing the same, by uniformly distributing the fibers of the nonwoven fabric used as the porous support, It is an object of the present invention to provide a battery separator capable of improving battery characteristics and a method for producing the same.
鋭意検討をした結果、下記に示す本発明により、上記課題を解決できることを見出した。 As a result of intensive studies, it has been found that the above-described problems can be solved by the present invention described below.
[1]無機微粒子を含有してなる多孔質膜層及び多孔性支持体を有する電池用セパレータにおいて、多孔質支持体がポリエステル不織布であり、かつ、当該ポリエステル不織布が、少なくとも脂肪族カルボン酸金属塩とノニオン性界面活性剤とを含有する繊維分散液を用いた湿式抄造法によって製造されてなるポリエステル不織布であることを特徴とする電池用セパレータ。
[2]ノニオン系界面活性剤がポリプロピレングリコールである[1]記載の電池用セパレータ。
[3]少なくとも脂肪族カルボン酸金属塩とノニオン性界面活性剤とを含有する繊維分散液を用いた湿式抄造法によって、ポリエステル不織布を製造する工程と、該ポリエステル不織布を多孔質支持体として、無機微粒子を含有してなる塗工液を多孔質支持体に塗設して多孔質膜層を形成する工程とを含んでなる電池用セパレータの製造方法。
[1] In a battery separator having a porous membrane layer containing inorganic fine particles and a porous support, the porous support is a polyester nonwoven fabric, and the polyester nonwoven fabric is at least an aliphatic carboxylic acid metal salt A battery separator characterized by being a polyester non-woven fabric produced by a wet papermaking method using a fiber dispersion containing a nonionic surfactant.
[2] The battery separator according to [1], wherein the nonionic surfactant is polypropylene glycol.
[3] A step of producing a polyester nonwoven fabric by a wet papermaking method using a fiber dispersion containing at least an aliphatic carboxylic acid metal salt and a nonionic surfactant, and using the polyester nonwoven fabric as a porous support, inorganic A method for producing a battery separator, comprising: coating a porous support with a coating liquid containing fine particles to form a porous membrane layer.
湿式抄造法に使用されるポリエステル繊維は、長繊維を水中でカットして、短繊維化して得られる。水中でカットされる理由は、カット時に発生する熱により、繊維の再融着を防止するためであるが、この際に繊維が充分に水に浸漬するように、油剤が用いられる。この油剤は、短繊維を水中から取り出す際にも表面に残存することになり、一般的に過剰に短繊維表面に残る。また、異種のポリエステル繊維では、異なる油剤を使用している場合が多く、そのため、ポリエステル繊維を水に分散させた場合、同種のポリエステル繊維同士が凝集しやすく、更に、過剰の油剤によって再分散時に気泡を抱き込み易く、これにより、繊維凝集体が水中に分散されずに、不均一に存在するようになる。特に、これらの繊維凝集体が水に浮遊するようになると、湿式抄造の工程で、繊維の分布が不均一になる。本発明は、多孔性支持体が、少なくとも脂肪族カルボン酸金属塩とノニオン性界面活性剤とを含有する繊維分散液を用いた湿式抄造法によって製造されてなるポリエステル不織布である。少なくとも脂肪族カルボン酸金属塩とノニオン性界面活性剤とを含有する繊維分散液を用いることによって、ポリエステル繊維製造時の油剤が再分散されて、異種のポリエステル繊維の表面状態を安定化させることができ、繊維の分布が均一な多孔性支持体が得られる。そして、無機微粒子を含有してなる多孔質膜層及び該多孔性支持体を用いた電池用セパレータでは、電池の電池特性を向上させることができる。 The polyester fiber used in the wet papermaking method is obtained by cutting long fibers in water and shortening them. The reason for cutting in water is to prevent re-fusion of the fibers due to heat generated during cutting, but an oil agent is used so that the fibers are sufficiently immersed in water. This oil agent remains on the surface even when the short fiber is taken out from the water, and generally remains excessively on the surface of the short fiber. In addition, different types of polyester fibers often use different oil agents. Therefore, when polyester fibers are dispersed in water, the same type of polyester fibers are likely to aggregate together, and further, when an excess oil agent is used for redispersion. It is easy to embrace bubbles, and thereby the fiber aggregates are not dispersed in water but are present unevenly. In particular, when these fiber aggregates float in water, the fiber distribution becomes uneven in the wet papermaking process. The present invention is a polyester nonwoven fabric in which the porous support is produced by a wet papermaking method using a fiber dispersion containing at least an aliphatic carboxylic acid metal salt and a nonionic surfactant. By using a fiber dispersion containing at least an aliphatic carboxylic acid metal salt and a nonionic surfactant, the oil agent during the production of the polyester fiber can be re-dispersed to stabilize the surface state of different polyester fibers. And a porous support having a uniform fiber distribution can be obtained. In the porous membrane layer containing inorganic fine particles and the battery separator using the porous support, the battery characteristics of the battery can be improved.
本発明の電池用セパレータは、無機微粒子を含有してなる多孔質膜層及び多孔性支持体を有する電池用セパレータであり、多孔質支持体が目付量5〜15g/m2のポリエステル不織布であり、かつ、当該ポリエステル不織布が、少なくとも脂肪族カルボン酸金属塩とノニオン性界面活性剤とを含有する繊維分散液を用いた湿式抄造法によって製造されてなるポリエステル不織布であることを特徴とする。 The battery separator of the present invention is a battery separator having a porous membrane layer containing inorganic fine particles and a porous support, and the porous support is a polyester nonwoven fabric having a basis weight of 5 to 15 g / m 2 . And the said polyester nonwoven fabric is a polyester nonwoven fabric manufactured by the wet papermaking method using the fiber dispersion liquid containing an aliphatic carboxylic acid metal salt and a nonionic surfactant at least.
本発明では、湿式抄造法によって製造されてなるポリエステル不織布(以下、「湿式ポリエステル不織布」と記載する場合がある)である多孔質支持体を構成要素とする。湿式ポリエステル不織布は、延伸ポリエステル繊維を含有してなる。湿式抄造法とは、繊維を水中に低濃度で分散させて、網上に繊維ウェッブを抄き上げ、乾燥及び/又は熱処理によって繊維ウェッブに強度を付与して不織布を得る方法である。ポリエステル繊維は熱溶融法や析出法などによって、予め長繊維状に製造され、次に表面に油剤をコーティングしながら、熱による再融着を防ぐために、水中で所定の長さにカットされて短繊維として用いられる。延伸ポリエステル繊維の繊維長としては1〜30mmであることが好ましく、より好ましくは3〜15mmである。また、細い繊維を用いることによって、高い多孔性を保ちながら、均一性を高めることが可能となるので、繊度1.0デシテックス(dt)以下の延伸ポリエステル繊維を含むことが好ましい。さらに、より薄い電池用セパレータを作製する場合には、0.6dt以下の延伸ポリエステル繊維を含むことがより好ましい。 In this invention, the porous support body which is a polyester nonwoven fabric manufactured by the wet papermaking method (it may be described as "wet polyester nonwoven fabric" hereafter) is used as a component. The wet polyester nonwoven fabric contains stretched polyester fibers. The wet papermaking method is a method in which fibers are dispersed in water at a low concentration, a fiber web is made on a net, and strength is given to the fiber web by drying and / or heat treatment to obtain a nonwoven fabric. Polyester fibers are manufactured in the form of long fibers in advance by the hot-melt method or precipitation method, and then coated with an oil agent on the surface and cut to a predetermined length in water to prevent re-fusion by heat. Used as fiber. The fiber length of the stretched polyester fiber is preferably 1 to 30 mm, more preferably 3 to 15 mm. Moreover, since it becomes possible to improve uniformity while maintaining high porosity by using thin fibers, it is preferable to include stretched polyester fibers having a fineness of 1.0 dtex (dt) or less. Furthermore, when producing a thinner battery separator, it is more preferable to include a stretched polyester fiber of 0.6 dt or less.
ポリエステル不織布は、強度を保持させるために、未延伸ポリエステル繊維を複合させることができる。未延伸ポリエステル繊維は、結晶化処理を行っていないので、180℃から220℃程度で加熱加圧すると、未延伸ポリエステル繊維同士間や延伸ポリエステル繊維と未延伸ポリエステル間で融着されて、不織布強度を著しく増大させることができる。未延伸ポリエステル繊維も、延伸ポリエステル繊維と同様に、予め長繊維状に製造され、次に油剤をコーティングしながら、水中で所定の長さにカットされ、短繊維として用いられる。 In order to maintain the strength of the polyester nonwoven fabric, unstretched polyester fibers can be combined. Since the unstretched polyester fiber has not been crystallized, when heated and pressurized at about 180 ° C. to 220 ° C., it is fused between the unstretched polyester fibers or between the stretched polyester fiber and the unstretched polyester, and the strength of the nonwoven fabric Can be significantly increased. Similarly to the stretched polyester fiber, the unstretched polyester fiber is produced in the form of a long fiber in advance, and then cut into a predetermined length in water while being coated with an oil, and used as a short fiber.
短繊維化する際の油剤としては、ノニオン系のアルキル・ポリオキシエチレンエーテル体(アルキル基はC12からC24、ポリオキシエチレンユニットは8個から15個)、アニオン系のアルキル・ポリオキシエチレンエーテル硫酸塩、アルキル・ポリオキシエチレンリン酸エステル体(アルキル基はC12からC24、ポリオキシエチレンユニットは8個から15個、対イオンはナトリウム、カリウムなどの金属イオン;アンモニウムイオン、トリエタノールアンモニウムイオンなど)などが用いられる。 Nonionic alkyl / polyoxyethylene ethers (alkyl groups are C12 to C24, polyoxyethylene units are 8 to 15), anionic alkyl / polyoxyethylene ether sulfate Salt, alkyl polyoxyethylene phosphate ester (alkyl group is C12 to C24, polyoxyethylene unit is 8 to 15, metal ions such as sodium and potassium as counter ions; ammonium ion, triethanolammonium ion, etc.) Etc. are used.
一般的な湿式抄造法では、繊維を0.01〜0.2質量%程度の低濃度で水中に分散させた後、長網、短網、円網などの網で水から抄き上げて、繊維ウェッブを形成する。この際、元来疎水性表面を持つポリエステル繊維に過剰の油剤が存在していると、主に気泡を抱き込んだ繊維凝集体が形成される。また、この繊維凝集体は同種の繊維で構成される場合が多い。すなわち、延伸ポリエステル繊維を主に含む繊維凝集体と未延伸ポリエステル繊維を主に含む繊維凝集体とが形成される。これらの繊維凝集体は、気泡を抱き込んでいるため、水に浮きやすく、水中に安定に分散することが難しく、湿式抄造の工程で、繊維の分布が不均一になる。そのため、過剰な油剤を水中に再分散させて、繊維表面の状態を均一化させ、抱き込む気泡の量を少なくし、異種間のポリエステル繊維同士を水中に安定に分散させる必要がある。本発明では、繊維分散液に、少なくとも脂肪族カルボン酸塩とノニオン系界面活性剤とを含有させる。 In a general wet papermaking method, fibers are dispersed in water at a low concentration of about 0.01 to 0.2% by mass, and then made from water using a net such as a long net, a short net, or a circular net, Form a fiber web. At this time, if an excess oil agent is present in the polyester fiber originally having a hydrophobic surface, a fiber aggregate mainly including air bubbles is formed. Moreover, this fiber aggregate is often composed of the same type of fibers. That is, a fiber aggregate mainly containing stretched polyester fibers and a fiber aggregate mainly containing unstretched polyester fibers are formed. Since these fiber aggregates enclose bubbles, they tend to float in water and are difficult to disperse stably in water, and the fiber distribution becomes uneven in the wet papermaking process. Therefore, it is necessary to redisperse excess oil agent in water to make the fiber surface state uniform, to reduce the amount of bubbles to be embraced, and to disperse dissimilar polyester fibers stably in water. In the present invention, the fiber dispersion contains at least an aliphatic carboxylate and a nonionic surfactant.
本発明に有効な脂肪族カルボン酸塩としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸などのナトリウム塩、カリウム塩などが利用できる。しかし、カプリン酸ナトリウムでは、油剤の種類によっては、油剤の疎水性部分への浸透性が弱い場合がある。また、ミリスチン酸ナトリウム以上の炭素数を有する脂肪族カルボン酸塩では、逆に脂肪族カルボン酸塩同士の相互作用が強くなって、油剤への浸透性が低下する場合がある。そのため、好ましい脂肪族カルボン酸塩はラウリン酸塩であり、すなわち、ラウリン酸ナトリウムまたはラウリン酸カリウムである。 As an aliphatic carboxylate effective for the present invention, sodium salts such as capric acid, lauric acid, myristic acid and palmitic acid, potassium salts and the like can be used. However, in the case of sodium caprate, the penetrability into the hydrophobic part of the oil may be weak depending on the type of the oil. On the other hand, in the case of an aliphatic carboxylate having a carbon number equal to or greater than that of sodium myristate, the interaction between the aliphatic carboxylates is strengthened, and the permeability to the oil may be reduced. Therefore, the preferred aliphatic carboxylate is laurate, i.e. sodium laurate or potassium laurate.
ノニオン系界面活性剤は、繊維表面から引き剥がされた油剤を、水中でミセル化して安定化させるために用いられる。このような材料としては、繊維の表面への再吸着を抑制する必要があることから、水への溶解性は高いが、構造の一部が均一には溶解せず、油剤の疎水性部分とある程度の親和性を有する必要がある。油剤の疎水性部分とある程度の親和性を有し、油剤をミセル化させるユニットとしては、アルキレンオキサイド基が好ましく、特にプロピレンオキサイド基が優れている。本発明に有効なノニオン性界面活性剤としては、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのブロック重合体、ジオールタイプやトリオールタイプのプロプロピレングリコールなどが挙げられる。特に、ポリプロピレングリコールは、油剤をミセル化させる効果が高く、また、コスト的にも好ましいノニオン系界面活性剤である。さらに、ポリアルキレンオキサイド(例えばユニット数10のポリエチレンオキサイド:EO10、ユニット数8のポリエチレンオキサイドとユニット数2のポリプロピレンオキサイド:EO8+PO2など)とラウリルエーテル体、ミリスチルエーテル体、ステアリルエーテル体などを併用することができる。 The nonionic surfactant is used to stabilize the oil agent peeled off from the fiber surface into micelles in water. As such a material, since it is necessary to suppress the re-adsorption to the fiber surface, the solubility in water is high, but a part of the structure does not dissolve uniformly, and the hydrophobic part of the oil agent It needs to have some affinity. As a unit having a certain degree of affinity with the hydrophobic part of the oil agent and for micelleizing the oil agent, an alkylene oxide group is preferable, and a propylene oxide group is particularly excellent. Nonionic surfactants effective for the present invention include block polymers of ethylene oxide and propylene oxide, diol type and triol type propylene glycol, and the like. In particular, polypropylene glycol is a nonionic surfactant that is highly effective in micelleizing an oil agent and is preferable in terms of cost. Furthermore, polyalkylene oxides (for example, polyethylene oxide with 10 units: EO 10 , polyethylene oxide with 8 units and polypropylene oxide with 2 units: EO 8 + PO 2 ), lauryl ether, myristyl ether, stearyl ether, etc. Can be used in combination.
ポリエステル繊維に対する脂肪族カルボン酸塩とノニオン性界面活性剤の合計添加量は、ポリエステル繊維の繊維径にもよるが、好ましくはポリエステル繊維1kgあたり0.1〜10.0gであり、更に好ましくは0.4〜2.0gである。合計添加量が0.1g未満であると、ポリエステル繊維の分散性を向上させる効果が発現しにくい場合がある。また、10.0gを超えると、気泡を抑制する効果が減少するだけでなく、反対に気泡が発生し易くなる場合がある。 The total addition amount of the aliphatic carboxylate and the nonionic surfactant to the polyester fiber is preferably 0.1 to 10.0 g per kg of the polyester fiber, more preferably 0, although it depends on the fiber diameter of the polyester fiber. .4 to 2.0 g. If the total addition amount is less than 0.1 g, the effect of improving the dispersibility of the polyester fiber may be difficult to be exhibited. On the other hand, if it exceeds 10.0 g, not only the effect of suppressing bubbles is decreased, but bubbles may be easily generated.
多孔性支持体は、熱カレンダー、カレンダー等の処理によって、強度を付与して、厚みを薄くすることや均等にすることができる。多孔性支持体は、目付量が3〜25g/m2であることが好ましく、厚みが5〜50μmであることが好ましく、空隙率が30〜80%であることが好ましい。更に好ましくは、目付量が5〜15g/m2であり、厚みが8〜25μmであり、空隙率が40〜70%である。多孔性支持体中には、延伸ポリエステル繊維、未延伸ポリエステル繊維などのポリエステル繊維の他に、レーヨン、セルロースアセテート、リヨセル、パルプ、アクリル、アラミド、ポリオレフィンなどを併用することが可能である。本発明において、ポリエステル不織布とは、ポリエステル繊維の含有率が60質量%以上の不織布のことをいう。 The porous support can be imparted with strength and thinned or made uniform by a treatment such as thermal calendering or calendering. The porous support preferably has a basis weight of 3 to 25 g / m 2 , preferably a thickness of 5 to 50 μm, and a porosity of 30 to 80%. More preferably, the basis weight is 5 to 15 g / m 2 , the thickness is 8 to 25 μm, and the porosity is 40 to 70%. In the porous support, in addition to polyester fibers such as stretched polyester fibers and unstretched polyester fibers, rayon, cellulose acetate, lyocell, pulp, acrylic, aramid, polyolefin and the like can be used in combination. In the present invention, the polyester nonwoven fabric refers to a nonwoven fabric having a polyester fiber content of 60% by mass or more.
無機微粒子を含有してなる多孔質膜層を構成する無機微粒子としては、ベーマイトなどの水酸化酸化アルミニウム;酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物;硫酸バリウムなどの難溶性塩の微粒子が用いられる。好ましくは、ベーマイトまたは酸化アルミニウムなどのアルミニウム系材料である。無機微粒子の粒子径は、好ましくは10nm〜10μmであり、更に好ましくは0.1μm〜5μmである。粒子径は、無機微粒子を水で充分に希釈し、これをレーザー散乱タイプの粒度測定機(マイクロトラック社製、商品名:3300EX2)によって測定し、得られた中心粒子径(D50、体積平均)を粒子径とした。 Examples of the inorganic fine particles constituting the porous membrane layer containing inorganic fine particles include aluminum hydroxide oxide such as boehmite; aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide, aluminum silicate, magnesium silicate, titanium oxide, zinc oxide, etc. Metal oxides: Fine particles of sparingly soluble salts such as barium sulfate are used. An aluminum-based material such as boehmite or aluminum oxide is preferable. The particle diameter of the inorganic fine particles is preferably 10 nm to 10 μm, more preferably 0.1 μm to 5 μm. The particle size is obtained by sufficiently diluting the inorganic fine particles with water, and measuring this with a laser scattering type particle size measuring device (trade name: 3300EX2 manufactured by Microtrac Co., Ltd.). Was the particle diameter.
無機微粒子は分散された後、多孔質膜層を形成する。製造プロセス中で有機溶剤を用いると、製造機の制約が大きくなるので、無機微粒子は水中で分散させて塗工液を調製し、この塗工液を多孔性支持体に塗設して電池用セパレータを製造するのが好ましい。 After the inorganic fine particles are dispersed, a porous membrane layer is formed. If an organic solvent is used in the manufacturing process, restrictions on the manufacturing machine will increase, so inorganic fine particles are dispersed in water to prepare a coating solution, and this coating solution is applied to a porous support for battery use. It is preferred to produce a separator.
無機微粒子の水への分散は、分散助剤を併用して、粘性を調整して行われる。無機微粒子は、その表面特性から、アニオンまたはカチオンに帯電して水中で安定に分散する。無機微粒子がアルミニウム系材料の場合、分散性の観点からは、特にベーマイトが好ましい材料である。分散助剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性の界面活性剤、リン酸塩などの水溶性塩が用いられる。 The dispersion of the inorganic fine particles in water is performed by adjusting the viscosity by using a dispersion aid together. The inorganic fine particles are charged with anions or cations due to their surface properties and are stably dispersed in water. When the inorganic fine particle is an aluminum-based material, boehmite is a particularly preferable material from the viewpoint of dispersibility. As the dispersion aid, an anionic, cationic or nonionic surfactant, a water-soluble salt such as a phosphate is used.
塗工液の粘性の調整、塗工液の多孔性支持体へのセット性などを考慮して、水溶性セルロース誘導体を用いることが好ましい。特にカルボキシメチルセルロースナトリウムやカルボキシメチルセルロースアンモニウムなどのカルボキシメチルセルロース(CMC)塩はアニオン性界面活性剤と併用するのに有効な材料である。その他、メチルセルロース、カチオン化セルロースなども利用できる。これら水溶性セルロース誘導体の添加量は、固形分換算で、好ましくは無機微粒子の0.01〜5.00質量%であり、より好ましくは0.10〜2.00質量%である。 It is preferable to use a water-soluble cellulose derivative in consideration of adjustment of the viscosity of the coating liquid and setting of the coating liquid on a porous support. In particular, carboxymethyl cellulose (CMC) salts such as sodium carboxymethyl cellulose and carboxymethyl cellulose ammonium are effective materials for use in combination with an anionic surfactant. In addition, methyl cellulose, cationized cellulose, and the like can be used. The addition amount of these water-soluble cellulose derivatives is preferably 0.01 to 5.00% by mass, more preferably 0.10 to 2.00% by mass in terms of solid content.
多孔質膜層には膜強度を付与するために、水溶性セルロース誘導体の他に、ポリオレフィン、スチレンブタジエン、アクリル、ポリエステル等の粒子間結着剤を使用することが好ましい。これらの粒子間結着剤はラテックスとして使用することが好ましい。多孔性支持体の非繊維状有機バインダーを粒子間結着剤として用いると、多孔性支持体表面と無機微粒子との接合性も向上できるので、より好ましい方法である。粒子間結着剤は、固形分換算で、無機微粒子の0.5〜20.0質量%が好ましく、更に好ましくは1.0〜10.0質量%である。 In order to impart film strength to the porous membrane layer, it is preferable to use an interparticle binder such as polyolefin, styrene butadiene, acrylic, polyester, etc. in addition to the water-soluble cellulose derivative. These interparticle binders are preferably used as latex. The use of the non-fibrous organic binder of the porous support as an interparticle binder is a more preferable method because the bonding property between the surface of the porous support and the inorganic fine particles can be improved. The interparticle binder is preferably 0.5 to 20.0% by mass, more preferably 1.0 to 10.0% by mass of the inorganic fine particles in terms of solid content.
無機微粒子の分散で使用する装置としては、濃度が低い場合は1000rpm以下の回転数での通常の撹拌機で充分であるが、濃度が20質量%を超えるような場合は、ホモジナイザーなど2000rpm以上の回転数を持つ、強力な撹拌機が好ましい。この他に、ビーズミルなども利用可能である。分散順序としては、まず、分散助剤を溶解させて、無機微粒子を添加して、最後に水溶性セルロース誘導体液を添加するのが好ましい。 As an apparatus used for dispersion of inorganic fine particles, a normal stirrer with a rotation speed of 1000 rpm or less is sufficient when the concentration is low, but when the concentration exceeds 20% by mass, a homogenizer or the like of 2000 rpm or more is used. A strong stirrer with a rotational speed is preferred. In addition, a bead mill or the like can be used. As the order of dispersion, it is preferable to first dissolve the dispersion aid, add the inorganic fine particles, and finally add the water-soluble cellulose derivative solution.
得られた無機微粒子の分散液は、塗工液として多孔性支持体に塗設されて、多孔質膜層が形成される。塗設方法としては、エアドクターコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、ロッドコーター、スクイズコーター、含浸コーター、グラビアコーター、キスロールコーター、ダイコーター、リバースロールコーター、トランスファーロールコーター、スプレーコーター等を用いた方法を使用することができる。多孔質膜層の塗工量は、乾燥質量で1〜50g/m2であることが好ましく、より好ましくは2〜30g/m2である。乾燥後、カレンダー処理や熱カレンダー処理を施して、得られた電池用セパレータの厚みを調整することも可能である。多孔質支持体を有する電池用セパレータの好ましい厚みは10〜30μmであり、より好ましくは12〜25μmである。 The obtained dispersion liquid of inorganic fine particles is applied as a coating liquid on a porous support to form a porous membrane layer. As a coating method, a method using an air doctor coater, blade coater, knife coater, rod coater, squeeze coater, impregnation coater, gravure coater, kiss roll coater, die coater, reverse roll coater, transfer roll coater, spray coater, etc. Can be used. The coating amount of the porous membrane layer is preferably 1 to 50 g / m 2 by dry mass, more preferably 2 to 30 g / m 2 . After drying, it is also possible to adjust the thickness of the battery separator obtained by subjecting it to calendar treatment or thermal calendar treatment. The preferable thickness of the battery separator having a porous support is 10 to 30 μm, more preferably 12 to 25 μm.
得られた電池用セパレータは、裁断されてリチウム二次電池用の電極材料間に挟み込まれて、電解液を注入し、電池を封止して、リチウム二次電池となる。正極を構成する材料は主に、活物質とカーボンブラック等の導電剤、ポリフッ化ビニリデンやスチレンブタジエンゴム等のバインダーであって、活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム(NMC)やアルミニウムマンガン酸リチウム(AMO)などのリチウムマンガン複合酸化物、鉄リン酸リチウムなどが用いられる。これらは、混合されて集電体であるアルミニウム箔上に塗布されて正極となる。 The obtained battery separator is cut and sandwiched between electrode materials for a lithium secondary battery, an electrolyte is injected, the battery is sealed, and a lithium secondary battery is obtained. The material constituting the positive electrode is mainly an active material and a conductive agent such as carbon black, a binder such as polyvinylidene fluoride and styrene butadiene rubber, and as the active material, lithium cobaltate, lithium nickelate, lithium manganate, A lithium manganese composite oxide such as lithium nickel manganese cobaltate (NMC) or lithium aluminum manganate (AMO), lithium iron phosphate, or the like is used. These are mixed and applied onto an aluminum foil as a current collector to form a positive electrode.
負極を構成する材料は主に、活物質と導電剤、バインダーであって、活物質としては、黒鉛、非晶質炭素材料、珪素、リチウム、リチウム合金などが用いられる。これらは混合されて、集電体である銅箔上に塗布されて負極となる。リチウム二次電池は、正極、負極間に電池用セパレータを挟み込み、ここに電解液を含浸させて、イオン伝導性を持たせて、導通させる。リチウム二次電池では非水系電解液が用いられるが、一般的に、これは溶媒と支持電解質で構成させる。溶媒として用いられるのは、例えばエチレンカーボネイト(EC)、プロピレンカーボネイト(PC)、ジエチルカーボネイト(DEC)、ジメチルカーボネイト(DMC)、エチルメチルカーボネイト(EMC)及び添加剤的な働きを有するビニレンカーボネイト、ビニルエチレンカーボネイトなどのカーボネイト系である。ジメトキシエタン(DME)を用いることもできる。支持電解質としては、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウムのほかに、LiN(SO2CF3)2などの有機リチウム塩なども用いられる。イオン液体も利用できる。 The material constituting the negative electrode is mainly an active material, a conductive agent, and a binder. As the active material, graphite, amorphous carbon material, silicon, lithium, lithium alloy, or the like is used. These are mixed and applied onto a copper foil as a current collector to form a negative electrode. In a lithium secondary battery, a battery separator is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode, and an electrolytic solution is impregnated therein to provide ionic conductivity and conduct. In the lithium secondary battery, a non-aqueous electrolyte solution is used. Generally, this is composed of a solvent and a supporting electrolyte. As the solvent, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) and vinylene carbonate having an additive function, vinyl Carbonate system such as ethylene carbonate. Dimethoxyethane (DME) can also be used. As the supporting electrolyte, in addition to lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate, an organic lithium salt such as LiN (SO 2 CF 3 ) 2 is also used. Ionic liquids can also be used.
外装体としては、アルミニウムやステンレススチール等の金属円筒缶や角形缶、アルミニウム箔をポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等でラミ加工したラミネートフィルムを用いたシート型の外装体が利用できる。また、積層化してスタッキングして用いることや、円柱状に回旋して用いることもできる。 As the exterior body, a metal cylindrical can such as aluminum or stainless steel, a rectangular can, a sheet-type exterior body using a laminate film obtained by laminating aluminum foil with polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, or the like can be used. Further, it can be used by stacking and stacking, or it can be used by rotating in a cylindrical shape.
次に、本発明を実施例によって、更に詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these at all.
(実施例1)
[多孔性支持体の作製]
以下の構成比で繊維と粘剤を混合し、繊維分散液を調製した。
Example 1
[Preparation of porous support]
Fibers and adhesives were mixed at the following composition ratios to prepare fiber dispersions.
延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)短繊維 70.0質量部
(繊度0.3dt、繊維長3mm)
未延伸ポリエチレンテレフタレート短繊維 30.0質量部
(繊度0.2dt、繊維長3mm)
ラウリン酸ナトリウム 0.05質量部
ポリプロピレングリコール(トリオールタイプ、分子量3000) 0.05質量部
粘剤(第一工業製薬製、商品名:セロゲン(登録商標)BSH−12) 0.20質量部
Stretched polyethylene terephthalate (PET) short fiber 70.0 parts by mass (fineness 0.3 dt, fiber length 3 mm)
30.0 parts by mass of unstretched polyethylene terephthalate short fiber (fineness 0.2 dt, fiber length 3 mm)
Sodium laurate 0.05 parts by mass Polypropylene glycol (triol type, molecular weight 3000) 0.05 parts by mass (Daiichi Kogyo Seiyaku, trade name: Cellogen (registered trademark) BSH-12) 0.20 parts by mass
この繊維分散液を用いて、円網、短網コンビネーション抄紙機で漉き上げて、ヤンキー温度160℃で乾燥させて、目付量8.0g/m2のウェッブを作製した。次に190℃の熱圧ロールで強度を付与し、厚み15μmの湿式ポリエステル不織布である多孔質支持体(1)を得た。 Using this fiber dispersion, it was rolled up with a circular net and short net combination paper machine and dried at a Yankee temperature of 160 ° C. to prepare a web having a basis weight of 8.0 g / m 2 . Next, strength was imparted with a hot-press roll at 190 ° C. to obtain a porous support (1) which is a wet polyester nonwoven fabric having a thickness of 15 μm.
[ベーマイト塗工液の作製]
下記の材料をホモジナイザー(プライミクス製、T.K.HOMODISPER Model 2.5、回転数2500rpm)で2時間撹拌して、ベーマイト分散液を作製した。
[Preparation of boehmite coating solution]
The following materials were stirred for 2 hours with a homogenizer (Primics, TK HODISPER Model 2.5, rotation speed 2500 rpm) to prepare a boehmite dispersion.
ベーマイト(大明化学工業製、商品名:C20) 100質量部
メタリン酸ナトリウム 0.13質量部
蒸留水 100質量部
Boehmite (trade name: C20, manufactured by Daimei Chemical Industry Co., Ltd.) 100 parts by mass Sodium metaphosphate 0.13 parts by mass Distilled water 100 parts by mass
得られたベーマイト分散液に、濃度0.9質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液(日本製紙ケミカル製、商品名:MAC500LC)100質量部とアクリルラテックス(JSR製、商品名:TRD202A、濃度40.3質量%)を7.5質量部添加して、塗工液(1)を作製した。 To the obtained boehmite dispersion, 100 parts by mass of a 0.9 mass% aqueous solution of sodium carboxymethylcellulose (manufactured by Nippon Paper Chemicals, trade name: MAC500LC) and acrylic latex (manufactured by JSR, trade name: TRD202A, concentration: 40.3% by weight) ) Was added in an amount of 7.5 parts by mass to prepare a coating liquid (1).
[セパレータの作製]
多孔質支持体(1)を塗工液(1)に含浸させて、85℃で乾燥させて、厚み24μmのセパレータを得た。
[Preparation of separator]
The porous support (1) was impregnated with the coating liquid (1) and dried at 85 ° C. to obtain a separator having a thickness of 24 μm.
(実施例2)
[多孔性支持体の作製]
以下の構成比で繊維と粘剤を混合し、繊維分散液を調製した。
(Example 2)
[Preparation of porous support]
Fibers and adhesives were mixed at the following composition ratios to prepare fiber dispersions.
延伸PET短繊維(繊度0.3dt、繊維長3mm) 70.0質量部
未延伸PET短繊維(繊度0.2dt、繊維長3mm) 30.0質量部
ミリスチン酸ナトリウム 0.05質量部
ポリプロピレングリコール(ジオールタイプ、分子量400) 0.10質量部
粘剤(第一工業製薬製、商品名:セロゲン(登録商標)BSH−12) 0.20質量部
Stretched PET staple fiber (fineness 0.3 dt, fiber length 3 mm) 70.0 parts by mass Unstretched PET staple fiber (fineness 0.2 dt, fiber length 3 mm) 30.0 parts by mass Sodium myristate 0.05 part by mass polypropylene glycol ( Diol type, molecular weight 400) 0.10 parts by mass (Daiichi Kogyo Seiyaku, trade name: Serogen (registered trademark) BSH-12) 0.20 parts by mass
この繊維分散液を用いて、円網・短網コンビネーション抄紙機で漉き上げて、目付量8.0g/m2の繊維ウェッブを作製し、乾燥後、190℃での熱圧ロールで強度を付与し、15μm厚の湿式ポリエステル不織布である多孔性支持体(2)を得た。次に、塗工液(1)を含浸させて、85℃で乾燥させ、厚み24μmのセパレータを得た。 Using this fiber dispersion, a fiber web having a weight per unit area of 8.0 g / m 2 is produced by rolling up with a circular / short net combination paper machine, and after drying, strength is imparted by a hot press roll at 190 ° C. And the porous support body (2) which is a 15-micrometer-thick wet polyester nonwoven fabric was obtained. Next, the coating liquid (1) was impregnated and dried at 85 ° C. to obtain a separator having a thickness of 24 μm.
(実施例3)
[多孔性支持体の作製]
以下の構成比で繊維と粘剤を混合し、繊維分散液を調製した。
Example 3
[Preparation of porous support]
Fibers and adhesives were mixed at the following composition ratios to prepare fiber dispersions.
延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)短繊維 70.0質量部
(繊度0.3dt、繊維長3mm)
未延伸ポリエチレンテレフタレート短繊維 30.0質量部
(繊度0.2dt、繊維長3mm)
ラウリン酸ナトリウム 0.05質量部
ポリプロピレングリコール(トリオールタイプ、分子量3000) 0.04質量部
ポリアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド(EO)8+プロピレンオキサイド(PO)2)のラウリルエーテル体 0.04質量部
粘剤(第一工業製薬製、商品名:セロゲン(登録商標)BSH−12) 0.20質量部
Stretched polyethylene terephthalate (PET) short fiber 70.0 parts by mass (fineness 0.3 dt, fiber length 3 mm)
30.0 parts by mass of unstretched polyethylene terephthalate short fiber (fineness 0.2 dt, fiber length 3 mm)
Sodium laurate 0.05 parts by mass Polypropylene glycol (triol type, molecular weight 3000) 0.04 parts by mass Polyalkylene oxide (ethylene oxide (EO) 8 + propylene oxide (PO) 2) lauryl ether 0.04 parts by mass (Daiichi Kogyo Seiyaku, trade name: Serogen (registered trademark) BSH-12) 0.20 parts by mass
この繊維分散液を用いて、円網・短網コンビネーション抄紙機で漉き上げて、目付量8.5g/m2の繊維ウェッブを作製し、乾燥後、190℃での熱圧ロールで強度を付与し、15μm厚の湿式ポリエステル不織布である多孔性支持体(3)を得た。次に、塗工液(1)を含浸させて、85℃で乾燥させ、厚み24μmのセパレータを得た。 Using this fiber dispersion, a fiber web having a basis weight of 8.5 g / m 2 is produced by rolling up with a circular / short mesh combination paper machine, and after drying, strength is imparted by a hot press roll at 190 ° C. And the porous support body (3) which is a 15-micrometer-thick wet polyester nonwoven fabric was obtained. Next, the coating liquid (1) was impregnated and dried at 85 ° C. to obtain a separator having a thickness of 24 μm.
(比較例1)
[多孔性支持体の作製]
以下の構成比で繊維と粘剤を混合し、繊維分散液を調製した。
(Comparative Example 1)
[Preparation of porous support]
Fibers and adhesives were mixed at the following composition ratios to prepare fiber dispersions.
延伸PET短繊維(繊度0.3dt、繊維長3mm) 70.0質量部
未延伸PET短繊維(繊度0.2dt、繊維長3mm) 30.0質量部
ラウリン酸ナトリウム 0.10質量部
粘剤(第一工業製薬製、商品名:セロゲン(登録商標)BSH−12) 0.20質量部
Stretched PET short fiber (fineness 0.3 dt, fiber length 3 mm) 70.0 parts by weight Unstretched PET short fiber (fineness 0.2 dt, fiber length 3 mm) 30.0 parts by weight Sodium laurate 0.10 parts by weight ( Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name: Serogen (registered trademark) BSH-12) 0.20 parts by mass
この繊維分散液を用いて、円網・短網コンビネーション抄紙機で漉き上げて、目付量8.0g/m2の繊維ウェッブを作製し、乾燥後、190℃での熱圧ロールで強度を付与し、15μm厚の湿式ポリエステル不織布である多孔性支持体(4)を得た。次に、塗工液(1)を含浸させて、85℃で乾燥させ、厚み25μmの比較セパレータを得た。 Using this fiber dispersion, a fiber web having a weight per unit area of 8.0 g / m 2 is produced by rolling up with a circular / short net combination paper machine, and after drying, strength is imparted by a hot press roll at 190 ° C. And the porous support body (4) which is a 15-micrometer-thick wet polyester nonwoven fabric was obtained. Next, the coating liquid (1) was impregnated and dried at 85 ° C. to obtain a comparative separator having a thickness of 25 μm.
(比較例2)
以下の構成比で繊維と粘剤を混合し、繊維分散液を調製した。
延伸PET短繊維(繊度0.3dt、繊維長3mm) 70.0質量部
未延伸PET短繊維(繊度0.2dt、繊維長3mm) 30.0質量部
ポリプロピレングリコール(トリオールタイプ、分子量3000) 0.20質量部
粘剤(第一工業製薬製、商品名:セロゲン(登録商標)BSH−12) 0.20質量部
(Comparative Example 2)
Fibers and adhesives were mixed at the following composition ratios to prepare fiber dispersions.
Stretched PET short fibers (fineness 0.3 dt, fiber length 3 mm) 70.0 parts by mass Unstretched PET short fibers (fineness 0.2 dt, fiber length 3 mm) 30.0 parts by mass polypropylene glycol (triol type, molecular weight 3000) 0. 20 parts by mass (Daiichi Kogyo Seiyaku, trade name: Serogen (registered trademark) BSH-12) 0.20 parts by mass
この繊維分散液を用いて、円網・短網コンビネーション抄紙機で漉き上げて、目付量8.0g/m2の繊維ウェッブを作製し、乾燥後、190℃での熱圧ロールで強度を付与し、15μm厚の湿式ポリエステル不織布である多孔性支持体(5)を得た。次に、塗工液(1)を含浸させて、85℃で乾燥させ、厚み25μmの比較セパレータを得た。 Using this fiber dispersion, a fiber web having a weight per unit area of 8.0 g / m 2 is produced by rolling up with a circular / short net combination paper machine, and after drying, strength is imparted by a hot press roll at 190 ° C. And the porous support body (5) which is a 15 micrometer-thick wet polyester nonwoven fabric was obtained. Next, the coating liquid (1) was impregnated and dried at 85 ° C. to obtain a comparative separator having a thickness of 25 μm.
(比較例3)
以下の構成比で繊維と粘剤を混合し、繊維分散液を調製した。
延伸PET短繊維(繊度0.3dt、繊維長3mm) 70.0質量部
未延伸PET短繊維(繊度0.2dt、繊維長3mm) 30.0質量部
ラウリン酸グリセリル 0.05質量部
ポリプロピレングリコール(トリオールタイプ、分子量3000) 0.05質量部
粘剤(第一工業製薬製、商品名:セロゲン(登録商標)BSH−12) 0.20質量部
(Comparative Example 3)
Fibers and adhesives were mixed at the following composition ratios to prepare fiber dispersions.
Stretched PET short fibers (fineness 0.3 dt, fiber length 3 mm) 70.0 parts by mass Unstretched PET short fibers (fineness 0.2 dt, fiber length 3 mm) 30.0 parts by mass Glyceryl laurate 0.05 parts by mass polypropylene glycol ( Triol type, molecular weight 3000) 0.05 part by mass (Daiichi Kogyo Seiyaku, trade name: Serogen (registered trademark) BSH-12) 0.20 part by mass
この繊維分散液を用いて、円網・短網コンビネーション抄紙機で漉き上げて、目付量8.0g/m2の繊維ウェッブを作製し、乾燥後、190℃での熱圧ロールで強度を付与し、15μm厚の湿式ポリエステル不織布である多孔性支持体(6)を得た。次に、塗工液(1)を含浸させて、85℃で乾燥させ、厚み25μmの比較セパレータを得た。 Using this fiber dispersion, a fiber web having a weight per unit area of 8.0 g / m 2 is produced by rolling up with a circular / short net combination paper machine, and after drying, strength is imparted by a hot press roll at 190 ° C. And the porous support body (6) which is a 15-micrometer-thick wet polyester nonwoven fabric was obtained. Next, the coating liquid (1) was impregnated and dried at 85 ° C. to obtain a comparative separator having a thickness of 25 μm.
(比較例4)
以下の構成比で繊維と粘剤を混合し、繊維分散液を調製した。
延伸PET短繊維(繊度0.3dt、繊維長3mm) 70.0質量部
未延伸PET短繊維(繊度0.2dt、繊維長3mm) 30.0質量部
ラウリン酸グリセリル 0.10質量部
粘剤(第一工業製薬製、商品名:セロゲン(登録商標)BSH−12) 0.20質量部
(Comparative Example 4)
Fibers and adhesives were mixed at the following composition ratios to prepare fiber dispersions.
Stretched PET staple fiber (fineness 0.3 dt, fiber length 3 mm) 70.0 parts by mass Unstretched PET staple fiber (fineness 0.2 dt, fiber length 3 mm) 30.0 parts by mass Glyceryl laurate 0.10 parts by mass Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., trade name: Serogen (registered trademark) BSH-12) 0.20 parts by mass
この繊維分散液を用いて、円網・短網コンビネーション抄紙機で漉き上げて、目付量8.0g/m2の繊維ウェッブを作製し、乾燥後、190℃での熱圧ロールで強度を付与し、15μm厚の湿式ポリエステル不織布である多孔性支持体(7)を得た。次に、塗工液(1)を含浸させて、85℃で乾燥させ、厚み25μmの比較セパレータを得た。 Using this fiber dispersion, a fiber web having a weight per unit area of 8.0 g / m 2 is produced by rolling up with a circular / short net combination paper machine, and after drying, strength is imparted by a hot press roll at 190 ° C. And the porous support body (7) which is a 15-micrometer-thick wet polyester nonwoven fabric was obtained. Next, the coating liquid (1) was impregnated and dried at 85 ° C. to obtain a comparative separator having a thickness of 25 μm.
[平均細孔径の測定]
得られたセパレータの平均細孔径をPorous Materials Inc.製Capiillary Flow Porometer CEP−1500Aで測定した。結果を表1に与えた。
[Measurement of average pore diameter]
The average pore diameter of the obtained separator was measured using Porous Materials Inc. Measured with a Capillary Flow Porometer CEP-1500A. The results are given in Table 1.
[膜抵抗の測定]
直径3cmと直径1.5cmの円柱形の銅の間に電解液を含浸させたセパレータを挟み込みこんだ。電解液は、宇部興産製のリチウム二次電池用電解液(商品名:ピュアライト、溶媒:EC/DEC/DME=1/1/1(体積比)、支持電解質:六フッ化リン酸リチウム1mol/l)を用いた。両銅を電極として、Solatron製 Electrochemical Mesurement Unit SI−1280Bを用いて、電極間の抵抗値を20kHz、10mVのバイアス電圧で測定した。結果を表1に与えた。
[Measurement of membrane resistance]
A separator impregnated with an electrolyte was sandwiched between cylindrical copper having a diameter of 3 cm and a diameter of 1.5 cm. The electrolyte is an electrolyte for a lithium secondary battery manufactured by Ube Industries (trade name: Purelite, solvent: EC / DEC / DME = 1/1/1 (volume ratio), supporting electrolyte: 1 mol of lithium hexafluorophosphate / L) was used. The resistance value between the electrodes was measured at a bias voltage of 20 kHz and 10 mV using Electrochemical Measurement Unit SI-1280B manufactured by Solatron using both coppers as electrodes. The results are given in Table 1.
[電池特性の評価]
アルミニウム箔上にマンガン酸リチウム、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを100/5/3の質量比で、約200g/m2を塗工し、溶剤を乾燥して更にプレスをかけて正極を作製した。一方、銅箔上に球状人造黒鉛、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを85/15/5の質量比で、100g/m2を塗工し、乾燥後プレスをかけて負極を作製した。
[Evaluation of battery characteristics]
On the aluminum foil, lithium manganate, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were applied at a mass ratio of 100/5/3 at a mass ratio of about 200 g / m 2 , the solvent was dried, and further pressed to produce a positive electrode. On the other hand, spherical artificial graphite, acetylene black, and polyvinylidene fluoride were coated on a copper foil at a mass ratio of 85/15/5 in an amount of 100 g / m 2 , dried and pressed to prepare a negative electrode.
得られた両電極間に実施例で得られたセパレータを挟み込み、宇部興産製のリチウム二次電池用電解液(商品名:ピュアライト、溶媒:EC/DEC/DME=1/1/1(体積比)、支持電解質:六フッ化リン酸リチウム1mol/l)を滴下し、減圧化でアルミニウム箔ラミネートフィルム中に封止して、リチウム二次電池を作製した。次に作製したリチウム二次電池を0.2Cで4.2Vまで充電し、その後0.2Cで放電を行った。この時、最初に0.2Cの条件で行った放電容量の充電容量に対する比率を測定した。また、0.2C(300分の放電時間)の条件での放電開始から30分後の電圧時を電圧降下値として内部抵抗を測定した。結果を表1に与えた。 The separator obtained in the example was sandwiched between the obtained electrodes, and an electrolyte for a lithium secondary battery manufactured by Ube Industries (trade name: Purelite, solvent: EC / DEC / DME = 1/1/1 (volume Ratio), supporting electrolyte: lithium hexafluorophosphate 1 mol / l) was dropped, and sealed in an aluminum foil laminate film under reduced pressure to produce a lithium secondary battery. Next, the produced lithium secondary battery was charged to 4.2 V at 0.2 C, and then discharged at 0.2 C. At this time, the ratio of the discharge capacity initially performed under the condition of 0.2 C to the charge capacity was measured. Further, the internal resistance was measured with the voltage drop value taken as the voltage 30 minutes after the start of discharge under the condition of 0.2 C (discharge time of 300 minutes). The results are given in Table 1.
表1から、少なくとも脂肪族カルボン酸金属塩とノニオン性界面活性剤とを含有する繊維分散液を用いた湿式抄造法によって製造されたポリエステル不織布を多孔質支持体とした実施例1〜3のセパレータでは、繊維の分散性が向上したことにより、平均細孔径が小さくなり、その結果、電池特性である初期の充放電比率(放電容量/充電容量)が向上していることが分かる。 From Table 1, the separator of Examples 1-3 which made the polyester nonwoven fabric manufactured by the wet papermaking method using the fiber dispersion liquid containing an aliphatic carboxylic acid metal salt and a nonionic surfactant at least as a porous support body Then, it can be seen that the average pore diameter is reduced by improving the dispersibility of the fibers, and as a result, the initial charge / discharge ratio (discharge capacity / charge capacity), which is battery characteristics, is improved.
これに対し、脂肪族カルボン酸金属塩を含有するが、ノニオン性界面活性剤を含有しない繊維分散液を用いた湿式抄造法によって製造されたポリエステル不織布を多孔質支持体とした比較例1のセパレータ、脂肪族カルボン酸金属塩を含有していないが、ノニオン性界面活性剤を含有する繊維分散液を用いた湿式抄造法によって製造されたポリエステル不織布を多孔質支持体とした比較例2及び3のセパレータでは、平均細孔径が大きく、実施例のセパレータに比べて、電池特性である初期の充放電比率(放電容量/充電容量)が低いものであった。 On the other hand, the separator of the comparative example 1 which made the polyester nonwoven fabric manufactured by the wet papermaking method using the fiber dispersion liquid containing an aliphatic carboxylic acid metal salt but not containing a nonionic surfactant as the porous support body. In Comparative Examples 2 and 3, the polyester nonwoven fabric produced by a wet papermaking method using a fiber dispersion containing a nonionic surfactant but not containing an aliphatic carboxylic acid metal salt was used as a porous support. In the separator, the average pore diameter was large, and the initial charge / discharge ratio (discharge capacity / charge capacity), which is battery characteristics, was lower than that of the separator of the example.
本発明の電池用セパレータは、リチウム二次電池用のセパレータとして使用できるほか、キャパシター用セパレータとして利用できる。 The battery separator of the present invention can be used as a separator for a lithium secondary battery or a capacitor separator.
Claims (3)
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---|---|---|---|---|
JP2015015096A (en) * | 2013-07-03 | 2015-01-22 | 旭化成株式会社 | Battery separator and nonaqueous electrolyte battery |
JP2017218701A (en) * | 2016-06-09 | 2017-12-14 | 三菱製紙株式会社 | Heat-resistant wet type nonwoven fabric |
-
2013
- 2013-06-21 JP JP2013130249A patent/JP2015005420A/en active Pending
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