WO2005015660A1 - 非水系電解液二次電池用セパレータ及びそれを用いた非水系電解液二次電池 - Google Patents

非水系電解液二次電池用セパレータ及びそれを用いた非水系電解液二次電池 Download PDF

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electrolyte secondary
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aqueous electrolyte
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Satoshi Nakashima
Yasushi Usami
Kazutaka Sakaki
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Mitsubishi Chemical Corporation
Mitsubishi Plastics, Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same.
  • Aqueous electrolyte This is related to a secondary battery.
  • the present invention provides a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which realizes a secondary battery having excellent battery performance, in which the discharge efficiency is hardly reduced even during high-load discharge, and a non-aqueous electrolyte using the separator.
  • the present invention relates to an aqueous electrolyte secondary battery.
  • the present invention reduces specific impurities contained in a separator containing an inorganic filler, thereby suppressing the formation of minute short-circuits caused by these impurities, preventing corrosion of the current collector, and the like.
  • Another object of the present invention is to provide a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery which realizes a secondary battery having excellent battery performance such as cycle characteristics, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the separator.
  • Lithium rechargeable batteries which are non-aqueous electrolyte rechargeable batteries that have high energy densities and are lightweight, have been used in a wide range of fields as lighter and smaller electric appliances have become smaller.
  • a lithium secondary battery has a positive electrode in which an active material layer containing a positive electrode active material such as a lithium compound typified by lithium cobalt oxide is formed on a current collector, and a lithium storage cell typified by graphite.
  • a negative electrode active material layer is formed on the current collector containing a negative electrode active material such as a carbon material capable release, the electrolyte such as lithium salt, such as L i PF 6 usually aprotic non-aqueous solvent It is mainly composed of a dissolved non-aqueous electrolyte and a separator composed of a porous membrane.
  • a negative electrode active material such as a carbon material capable release
  • the electrolyte such as lithium salt, such as L i PF 6 usually aprotic non-aqueous solvent It is mainly composed of a dissolved non-aqueous electrolyte and a separator composed of a porous membrane.
  • Separators used in lithium secondary batteries are required to satisfy requirements such as not disturbing ionic conduction between the two electrodes, capable of holding an electrolyte, and having resistance to the electrolyte.
  • Mainly thermoplastics such as polyethylene and polypropylene
  • a porous film made of a conductive resin is used.
  • the extraction method (1) described above as a method for obtaining a porous membrane made of a thermoplastic resin needs to treat a large amount of waste liquid, and is problematic in terms of both environment and economy. In addition, it is difficult to obtain a uniform film due to contraction of the film generated during the extraction process, and there is a problem in productivity such as yield.
  • the stretching method (2) requires a long-time heat treatment to control the pore size distribution by controlling the structure of the crystalline phase and the amorphous phase before stretching, which is problematic in terms of productivity.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-200436 discloses a polyolefin solution containing an ultra-high molecular weight component and having a large molecular weight distribution, which is extruded to form a sheet.
  • the gel-like sheet obtained by forming into a shape and quenching is subjected to stretching and solvent removal operations at a specific temperature to obtain a polyolefin having a sharp pore size distribution with a maximum pore size of 1.5 or less. It is disclosed to obtain a porous membrane.
  • this method requires a large number of steps because it is necessary to perform two stretching operations at different temperatures in order to form a uniform hole and expand it to a practically suitable size. Is more complicated than the extraction method, and there is a problem in productivity. In addition, since the stretching process is performed twice, there may be a problem such as uneven stretching in each process. Furthermore, since this method is essentially an extraction method, it is necessary to treat a large amount of waste liquid as described above, and there is a problem in terms of environment and economy. In addition, it is difficult to obtain a uniform film due to shrinkage of the film generated in the extraction process. There is also a problem in productivity such as ball.
  • the interfacial peeling method (3) has no waste liquid and is excellent in terms of both environment and economy.
  • a porous membrane can be obtained without the need for a pretreatment such as heat treatment, and the productivity is also excellent. It is a technique.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-201298 discloses a porous film composed of a thermoplastic resin and a filler, and having a thickness of Y (; um).
  • the present invention applies a separator composed of a porous membrane made of a filler-containing thermoplastic resin obtained by an interfacial peeling method excellent in environment, economy and productivity to a nonaqueous electrolyte secondary battery. Even in such a case, an object is to realize a non-aqueous electrolyte secondary battery having excellent battery performance such as load characteristics. In addition, the present invention further provides a cycle characteristic It is an object of the present invention to realize a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in the above.
  • the separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a porous film containing a filler in a thermoplastic resin, wherein ASTMF 3 16 -86
  • the ratio d ave / d max between the average pore diameter d ave ( ⁇ ) and the maximum pore diameter d max ( ⁇ m) determined by the above method is 0.6 or more.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte having a positive electrode capable of occluding and releasing lithium ions, a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, an electrolyte containing an electrolyte in a non-aqueous solvent, and a separator.
  • An electrolyte secondary battery is characterized in that such a separator of the present invention is used as a separator.
  • the present inventors have conducted intensive studies on the properties of the filler and the control of the physical properties of the porous film made of a thermoplastic resin containing the filler, and as a result, the filler has not been used industrially as a filler so far.
  • the porous membrane made of thermoplastic resin obtained by the interfacial peeling method has a remarkably uniform pore size and extremely excellent battery performance as a separator for non-aqueous electrolyte secondary batteries. In particular, they have found that the load characteristics can be improved, and have completed the present invention.
  • the particle size distribution of the filler has an extremely large effect on the film structure because the interface between the base resin and the filler is peeled off by a stretching operation to form a porous structure.
  • particles with a wide particle size distribution will be mixed with particles with a large particle size, so the total number of particles will be smaller than that with a narrow particle size distribution. This means that the number of starting points of the holes in the stretching operation is reduced, which is thought to result in an increase in the ion passage resistance due to a decrease in the communication of the holes.
  • the control of the particle size distribution of the filler can be controlled by selecting the shape of the filler, which makes it difficult for those skilled in the art to control the porous state which is very delicate for battery performance. It is very advantageous industrially.
  • a separator having a uniform pore diameter is realized by controlling the particle size distribution of the filler, thereby increasing the ion passage resistance due to a shortage of the opening starting points.
  • the load capacity at discharge rate 6 C is 60% or more of the discharge capacity at discharge rate C / 3.
  • An aqueous electrolyte secondary battery is realized.
  • the present inventors have found that, in a polymer porous membrane obtained by the interfacial peeling method, an inorganic filler remains in the film as it is, so that the influence of impurities that are mainly entrained in the inorganic filler and mixed into the film.
  • the present inventors have found that by suppressing the specific impurities contained in the separator to a predetermined amount or less, it is possible to further suppress a decrease in cycle characteristics at a high temperature, and have reached the present invention.
  • the porous polymer membrane produced by the conventional interfacial peeling method contains a halogen element and an iron element as impurities.
  • the present inventors focused on such impurity elements in the separator, which were inevitably brought along with the inorganic filler, and examined the effects caused by inclusion of these elements in the separator.
  • the reduction in the vital properties at high temperatures can be further suppressed by keeping the halogen element and the iron element, among the impurities, particularly below a predetermined amount.
  • a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a uniform pore diameter which is made of a thermoplastic resin porous membrane containing a filler. Battery performance, especially excellent load characteristics, stable non-aqueous performance A system electrolyte secondary battery is provided.
  • the separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a reduced non-aqueous electrolyte with a reduced content of halogen elements and iron elements, thereby further improving battery performance, especially cycle characteristics at high temperatures. Rechargeable batteries can be provided.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery separator of the present invention comprises a porous film containing a filler in a thermoplastic resin, and has an average pore diameter d ave (m) determined by ASTM F316-86.
  • the ratio d ave Zd raax to the maximum pore diameter d max ( ⁇ ⁇ ) is 0.6 or more.
  • the average pore size and the maximum pore size according to the present invention are those specified in ASTM F316-86.
  • the average pore diameter of the separator of the present invention that is, the lower limit of the average pore diameter d ave of the porous membrane constituting the separator is usually 0.03 / m or more, preferably 0.05 / m or more, and more preferably 0 / m or more. It is at least 1 ⁇ , particularly preferably at least 0.5 im, and the upper limit is usually at most, preferably at most 3 ⁇ , more preferably at most 2 ⁇ . If the average pore diameter d ave is less than 0.03 Aim, it becomes difficult to connect the pores formed by interfacial separation, and clogging due to by-products of the reaction inside the battery is likely to occur.
  • the electric resistance increases and the load characteristics of the obtained secondary battery tend to decrease. If the average pore size d ave exceeds 5 m, the by-products of the reaction inside the battery tend to move, promoting the deterioration of the electrode active material, and the cycle characteristics of the resulting secondary battery tend to decrease. .
  • the ratio of the average pore diameter to the maximum pore diameter of the separator of the present invention that is, the value of the average pore diameter d ave maximum pore diameter d raax of the porous membrane constituting the separator of the present invention is 0.6 or more.
  • This ratio d ave / d max is preferably 0.65 or more, more preferably 0.7 or more. If d ave / d max is less than 0.6, variations in the pore size of the separator may occur. The problem is that the battery performance such as load characteristics decreases.
  • d ave / d max be higher, since the variation in the pore diameter of the separator is smaller and especially the variation to the larger side is smaller, but if the upper limit of d ave Z d max is about 0.95, It is enough.
  • thermoplastic resin that is the base resin of the porous membrane constituting the separator of the present invention is not particularly limited as long as the filler can be dispersed evenly.
  • examples thereof include polyolefin resin and fluorine.
  • Resins, styrene resins such as polystyrene, ABS resins, vinyl chloride resins, vinyl acetate resins, acrylic resins, polyamide resins, acetal resins, polycarbonate resins, and the like.
  • a polyolefin resin is particularly preferred because of its excellent balance of heat resistance, solvent resistance, and flexibility.
  • polyolefin resin examples include monoolefin polymers such as ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-otaten and 1-decene, and ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, and 1-hexene.
  • the main component is a copolymer of octene or 1-decene with another monomer such as 4-methyl-11-pentene or biel acetate.
  • Specific examples thereof include low-density polyethylene, linear Examples include low-density polyethylene, high-density polyethylene, polypropylene, crystalline raw ethylene-propylene block copolymer, polybutene, and ethylene monoacetate vinylinole copolymer.
  • thermoplastic resins such as polyolefin resins may be used alone or in a combination of two or more.
  • the weight average molecular weight of such a thermoplastic resin has a lower limit of usually 50,000 or more, especially 100,000 or more, and an upper limit of usually 500,000 or less, preferably 400,000 or less, more preferably 300,000 or less, and especially 200,000 or less. What is necessary is just about 100,000 or less. If the upper limit is exceeded, in addition to the decrease in fluidity due to the addition of the filler, the melt viscosity of the resin increases, so that melt molding becomes difficult. Also, even when a molded product is obtained, the filler is evenly dispersed in the resin. However, it is not preferable because pore formation due to interfacial peeling becomes non-uniform. Below this lower limit, the mechanical strength is undesirably reduced.
  • the filler contained in the porous membrane according to the present invention is important as a factor affecting the pore size distribution of the separator of the present invention, and it is important to control its particle size distribution as described later. Any filler may be used as long as it meets the conditions, and one type of filler may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the type of the filler is not particularly limited, but it is preferable to use an inorganic filler in that it is difficult to react with the electrolytic solution and is hardly subjected to oxidation and reduction. Among them, those having the property of not decomposing the carbonate-based organic electrolyte used in the lithium secondary battery are preferable.
  • examples of such a filler include sparingly water-soluble sulfates and alumina. Barium sulfate and alumina are preferably used, and barium sulfate is particularly preferably used.
  • the term "poorly water-soluble" as used herein means that the solubility in water at 25 ° C is 5 mgZ1 or less.
  • carbonates such as calcium carbonate, titanium oxide, and silica, which are often used as a filler, are not preferable because they cause decomposition of a nonaqueous electrolyte component of a lithium secondary battery as described later.
  • the decomposition of the organic electrolyte component, 1 ML i PF 6 in EC / EMC 3: 7 in the electrolyte consisting of a mixed nonaqueous solvent solution (volume ratio), the electrolytic solution 1 m 1 per filler added to 85 ° in a ratio of 0. 5 g C, 72 hours the concentration of lithium ions in the electrolyte after the holding is defined as a decrease child below 0. 7 5 m mo 1 / g .
  • the amount of lithium ions is measured by an ion chromatography method.
  • the electrolyte must be placed in a closed container so that it does not come into contact with the outside air during the 72-hour hold. This is because the decomposition of the electrolyte component proceeds by reacting with the moisture in the air.
  • Electrolyte in the table below (1M L i PF 6 / ( EC + EMC) (3: 7, volume ratio) shows the results held by the addition of the seed filler under the conditions described above. Compared to the ionic composition of the electrolyte solution without the addition of filler, there was hardly any change in the composition of barium sulfate-alumina, indicating that it is suitable as the filler in the present invention. On the other hand, carbonates such as calcium carbonate, lithium carbonate, or silica or titanium oxide show a remarkable decrease in lithium ion and an increase in fluorine ions due to the generation of hydrofluoric acid. Is not preferable as a filler
  • the lower limit of the number-based average particle size is usually at least 0.01 / m, preferably at least 0.1 lm, especially at least 0.2 / m, and the upper limit is usually at most Below, preferably 1.5 ⁇ or less, more preferably 1 / m or less. If the number-average particle diameter of the filler exceeds 2 ⁇ m, the diameter of the pores formed by stretching becomes too large, which tends to cause stretching fracture and a decrease in film strength. If the number-based average particle size is smaller than 0.01 im, the filler is likely to aggregate, so that it is difficult to uniformly disperse the filler in the base resin.
  • the lower limit of the amount of the filler in the porous membrane according to the present invention is usually 40 parts by weight or more, preferably 50 parts by weight or more, and more preferably 60 parts by weight, based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin. Parts by weight, more preferably 100 parts by weight or more, and the upper limit is usually 300 parts by weight or less, preferably 200 parts by weight or less, more preferably 1 part by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin. It is 50 parts by weight or less.
  • the amount of the filler is less than 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin in the porous membrane, it is difficult to form a communication hole, and it is difficult to exhibit a function as a separator. It becomes. On the other hand, if the amount exceeds 300 parts by weight, the viscosity at the time of film formation becomes high and the processability is deteriorated. In addition, the film breaks at the time of stretching for making the film porous, which is not preferable.
  • the compounding amount range of the filler is determined by the amount of the filler in the porous film. Agent content range.
  • the number of fillers to be mixed affects the number of pores formed in the porous membrane
  • the lower limit is usually 1 ⁇ 10 10 as the number of fillers per 1 cm 3 of resin volume.
  • the upper limit is usually 1 X 1 0 1 4 or less, preferably 7 X 1 0 1 3 or less. If the number of components exceeds the above upper limit, the number of pores formed becomes too large, the by-products of the reaction inside the battery move easily, and the deterioration of the electrode active material is promoted. Tend to deteriorate the cycle characteristics.
  • the value is below the lower limit, it is difficult to obtain a connection between the formed holes, and as a result, the electric resistance increases, and the load characteristics of the obtained secondary battery tend to decrease.
  • thermoplastic resin examples include those that have been surface-treated with a surface treating agent to enhance dispersibility in a thermoplastic resin.
  • a surface treating agent to enhance dispersibility in a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin is a polyolefin resin, for example, treatment with a fatty acid such as stearic acid or a metal salt thereof, or a polysiloxane / silane coupling agent can be mentioned.
  • a low molecular weight compound having compatibility with the thermoplastic resin may be added.
  • This low molecular weight compound penetrates between the molecules of the thermoplastic resin, reducing the interaction between the molecules and inhibiting crystallization, and as a result, The stretchability of the resin composition at the time of sheet molding is improved.
  • the low molecular weight compound has an effect of appropriately increasing the interfacial adhesive strength between the thermoplastic resin and the filler to prevent the pores from being coarsened by stretching, and has the interfacial adhesive strength between the thermoplastic resin and the filler. This has the effect of preventing the filler from falling off the film.
  • the low molecular weight compound those having a molecular weight of from 200 to 300 are preferably used, and those having a molecular weight of from 200 to 100 are more preferably used. If the molecular weight of the low molecular weight compound exceeds 300, the low molecular weight compound will not easily enter between the molecules of the thermoplastic resin, and the effect of improving the stretchability will be insufficient. If the molecular weight is less than 200, the compatibility is increased, but low molecular weight compounds tend to precipitate on the surface of the porous membrane, so-called blooming is likely to occur, resulting in deterioration of the membrane properties and blocking. Absent.
  • thermoplastic resin when the thermoplastic resin is a polyolefin resin, an aliphatic hydrocarbon or dalyceride is preferably used.
  • polyolefin resin when the polyolefin resin is polyethylene, liquid paraffin or low melting point wax is preferably used.
  • the lower limit of the compounding amount of the low molecular weight compound is usually 1 part by weight or more, preferably 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin.
  • the upper limit is usually 20 parts by weight or less, preferably 15 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin. If the compounding amount of the low molecular weight compound is less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin, the above-mentioned effect due to the compounding of the low molecular weight compound cannot be sufficiently obtained, and also exceeds 20 parts by weight. Interaction between the polymer and the thermoplastic resin is excessively reduced, and sufficient strength cannot be obtained. In addition, smoke is generated at the time of forming the sheet, or slip occurs at the screw portion, and it is difficult to form a stable sheet.
  • additives such as a heat stabilizer can be added to the resin composition as a film-forming material of the porous film according to the present invention.
  • Any known additives can be used without particular limitation.
  • the amount of these additives is usually 0.05 to 1% by weight based on the total amount of the resin composition.
  • the porosity of the porous membrane according to the present invention is usually 30% or more, preferably 40% or more, more preferably 50% or more as the lower limit of the porosity of the porous membrane, and usually 80% or less as the upper limit. It is preferably at most 70%, more preferably at most 65%, particularly preferably at most 60%.
  • the porosity is less than 30%, the ion permeability is insufficient, and the porosity cannot function as a separator, which is not preferable.
  • the porosity exceeds 80%, the actual strength of the film becomes low, so that it is not preferable because breakage at the time of producing the battery, penetration through the active material, and short-circuit occur.
  • the porosity of the porous film is a value calculated by the following formula.
  • Porosity P V (%) 100 X (1 -w / [p ⁇ S. T])
  • the upper limit of the thickness of the porous membrane according to the present invention is usually 100/2 m or less, especially 50 / im or less, preferably 40 / m or less.
  • the lower limit is usually 5 // m or more, preferably 10 m or more.
  • the thickness is less than 5 / xm, since the actual strength is low, the battery may be broken at the time of fabrication, or may be pierced and short-circuited by the active material, which is not preferable. On the other hand, if the thickness exceeds 100 ⁇ , the electric resistance of the separator increases, and the capacity of the battery decreases, which is not preferable. By setting the thickness in the range of 5 to 100 m, a separator having good ion permeability can be obtained.
  • the lower limit of the Gurley air permeability is 20 seconds / 100 cc or more, particularly 100 seconds Z100 cc or more, and the upper limit is 500 seconds / It is preferably at most 100 cc, particularly preferably at most 300 seconds / 100 cc. If the Gurley air permeability is below this lower limit, the porosity is often too high or too thin, and as described above, the actual strength of the film becomes low, causing breakage during battery fabrication and the occurrence of active material. Undesirable penetration and short circuit occur. If it exceeds the upper limit, the ion permeability is not sufficient, and it cannot function as a separator, which is not preferable.
  • the Gurley air permeability is measured according to JISP 8117, and indicates the number of seconds that 100 cc of air permeates the membrane at a pressure of 1.22 kPa.
  • the method for producing the thermoplastic resin-containing porous membrane containing a filler is not particularly limited, and includes the following extraction method (1), stretching method (2), and interfacial peeling method (3), and is particularly preferable. This is the interface peeling method.
  • Extraction method A resin composition obtained by mixing a polymer material, a filler, and a plasticizer that can be removed by solvent extraction in a later step is melted, and this is formed into a film by a molding method such as extrusion molding. After forming into a shape, it is treated with a solvent to remove the plasticizer, thereby making it porous.
  • Interfacial peeling method A resin composition obtained by mixing a polymer material with a filler is melted, formed into a film by a molding method such as extrusion molding, and then stretched to obtain a high-strength material. The interface between the molecular material and the filler is exfoliated to form micropores.
  • a molding method such as extrusion molding
  • the filler contained in the plasticizer is removed together with the plasticizer during extraction. Therefore, it is not efficient compared to the interfacial separation method.
  • the stretching method if a filler is included in the polymer material, pores are formed by stretching in the interface between the polymer material and the filler in addition to the amorphous part, so that it is essentially different from the interface peeling method. . Therefore, in the present invention, it is preferable to employ the interfacial peeling method.
  • the production of the porous membrane is more specifically performed by the following method.
  • a resin composition is prepared by blending a predetermined amount of a filler, a thermoplastic resin, and additives such as a low molecular weight compound and an antioxidant, which are added as required, and melt-kneading.
  • the above resin composition is preliminarily mixed by a Henschel mixer or the like, and then may be prepared by using a commonly used single-screw extruder, twin-screw extruder, mixing wool or twin-screw kneader or the like.
  • the resin composition may be directly prepared by the above-mentioned extruder or the like without pre-mixing.
  • the resin composition is formed into a sheet.
  • the sheet can be formed by a commonly used T-die method using a T-die or an inflation method using a circular die.
  • the formed sheet is stretched. In the stretching, the direction in which the sheet is taken
  • MD uniaxial stretching in the longitudinal direction
  • TD transverse direction
  • TD transverse direction
  • TD transverse direction
  • TD transverse direction
  • TD transverse direction
  • a simultaneous biaxial stretching method in which the film is stretched simultaneously in the machine direction and the transverse direction.
  • the uniaxial stretching can be performed by roll stretching.
  • the stretching can be performed at any temperature at which the resin composition constituting the sheet can be easily stretched to a predetermined stretching ratio, and the resin composition does not melt to close the pores and lose communication.
  • the stretching is performed in a temperature range from the melting point of the resin to 170 ° C to the melting point of the resin to 15 ° C.
  • the stretching ratio is arbitrarily set according to the required pore diameter / strength, but preferably stretching is performed at least 1.2 times or more in one axis direction.
  • the separator of the present invention having a ratio d ave Zd max between the average pore diameter d ave ( ⁇ ) and the maximum pore diameter d max (/ im) determined by ASTM F316-86 of 0.6 or more is manufactured. A method for performing the above will be described.
  • the method for producing the porous film constituting the separator of the present invention may be any method as long as a porous film having a dave / dma ⁇ of 0.6 or more can be obtained, and the molding material and production method are particularly limited. There is no.
  • the separator of the present invention includes a are produced by the manufacturing method similar to the method of a conventional separator mentioned above, in the present invention, a separator which is produced d ave / d ma x 0. 6 or more In order to achieve this, [1] strictly control the particle size distribution of the filler, [2] control the mixing and stretching conditions of the resin and the filler, or adopt both of these measures.
  • Control of filler particle size distribution Control of skewness of number-based particle size distribution of filler
  • the filler compounded in the porous membrane has a skewness of 0 in its number-based particle size distribution. It is preferably at least 5.
  • the particle size distribution is evaluated by the laser diffraction / scattering method.
  • the particle size distribution of the filler may be measured with the filler before kneading with the resin, or may be measured by pulverizing ash collected by baking the porous membrane.
  • the skewness of the particle size distribution of the filler is derived from the particle size distribution using, for example, the formula described in “Statistical Engineering Handbook” edited by the Statistical Engineering Research Group of Tokyo Institute of Technology, pp. 194-195.
  • the skewness of the particle size distribution is 0 or more, it indicates that the particle size distribution is biased toward the low particle size side, but when the skewness is near 0, the deviation of the particle size distribution toward the low particle size side is sufficient. not a, it is difficult to d av e Zd max to obtain a porous membrane of 0.6 or more, skewness is is 0.5 or higher, of large particles against the opening of the resulting porous membrane It is preferable to reduce the contribution and obtain a porous membrane of d ave / dma 5 ⁇ S0.6 or more.
  • the d a ve / d ma x is 0.6 or more porous membranes Difficult to get.
  • the filler used in the present invention preferably has a skewness derived from its number-based particle size distribution of 0.5 or more, more preferably 2 or more, and more preferably. More preferably, the skewness is 2.5 or more.
  • the particle size may be adjusted using a classifier such as a sieve. This grain size adjustment can be repeated multiple times as needed.
  • the mixing and stirring conditions are set so that the filler is sufficiently uniformly dispersed in the thermoplastic resin.
  • the temperature and time of the melt-kneading conditions to be used are strictly controlled.
  • the separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention further comprises a halogen element or a chlorine element contained in the separator of 10 ppm or less and an iron element of 10 O ppm or less. Cycle characteristics, especially at high temperatures, can be improved.
  • the concentration of the halogen element and the iron element in the separator can be determined by the following method. In Examples and Comparative Examples described below, the separator is used by the following methods (i) and (ii). The halogen element and iron element in the constituent polymer porous membrane were quantified.
  • the separator of the present invention To 5 g of the sample (polymer porous membrane constituting the separator), add 1 Oml of hydrochloric acid for 36% EL manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and 2 Om1 of pure water, and perform boiling extraction for 30 minutes. Thereafter, the extract is filtered, and the filtrate is used as a measurement solution, and Fe is quantified using an ICP emission spectrometer.
  • the upper limit of the content of the halogen element, particularly the chlorine element, in the separator measured in this way is lOppm or less, especially 8ppm or less, and especially 5ppm or less. Is preferred. When the content of the halogen element, particularly the chlorine element, exceeds this upper limit, the corrosion of the battery can and the current collector tends to be easily promoted by the halogen element such as C1 eluted in the electrolytic solution.
  • the upper limit of the iron element content in the separator measured in this way is lOO ppm or less, particularly 8 Oppm or less, and more preferably 70 ppm or less. Is preferred. If the iron element content exceeds this upper limit, Fe eluted in the electrolyte will precipitate on the negative electrode surface and micro-shorts will easily form, leading to a reduction in charge / discharge efficiency and deterioration in cycle characteristics. Tends to be easier. As the lower limit of the content of the halogen element and the iron element in the separator, excessively lowering the content of the halogen element and the iron element reduces the content of the halogen element and the iron element in the separator as described later.
  • the number of steps such as purification of inorganic fillers is extremely large, and it is difficult to produce a polymer porous membrane.
  • the lower limit of the content of the halogen element, particularly the chlorine element in the separator may be about 5 ppm, and the lower limit of the content of the iron element may be about 50 ppm.
  • the polymer porous membrane constituting the separator of the present invention is, specifically, The separator is manufactured in the same manner as the general polymer porous membrane described above, but if the content of the halogen element or chlorine element in the separator manufactured in this way is set to 10 ppm or less, the content of the iron element is reduced to 1 ppm.
  • impurities contained in the raw material for producing the polymer porous membrane and brought into the polymer porous membrane, and impurities contained in the polymer porous membrane during the production process of the polymer porous membrane are used. The following method is used to reduce the impurities mixed into the water.
  • a polymer porous membrane is manufactured using an inorganic filler having a reduced content of a halogen element and an iron element.
  • inorganic fillers are usually produced from natural ores, it is inevitable that impurities such as iron and halogen elements are inevitably several hundred ppm for iron and several tens of ppm for halogen elements. It inevitably mixes in about ppm. For this reason, it is possible to reduce the above-mentioned impurities in the produced inorganic filler through steps such as purification and washing with water. Alternatively, it is possible to reduce the amount of impurities in the inorganic filler by incorporating chemical synthesis into the production process of the inorganic filler. When a chemical synthesis is incorporated, a step in which a halide is generated during the synthesis is not preferable because a large amount of the halogen element remains in the final product.
  • the inorganic filler produced using natural ore as a raw material is washed with water
  • a method in which the inorganic filler is put into high water of about 20 to 100 ° C. and stirred may be employed.
  • a cleaning agent may be added to the cleaning water to add a halogen element such as sulfuric acid / nitric acid and iron-free chemicals to enhance the cleaning effect.
  • the concentration of the acid in the washing water is preferably 1 to 20% by weight. In the case of washing with water to which a chemical is added, it is preferable to finally finish and wash with pure water.
  • a method of purifying an inorganic filler produced using natural ore as a raw material for example, a method of separating ground ore in air or water by a difference in specific gravity can be employed.
  • barium sulfide obtained by reducing and sintering barite as a raw material ore is sulfated. It can be produced by reacting with sodium acid or sulfuric acid.
  • sodium hydroxide is added to the raw material ore, poxite, to form sodium aluminate, which is hydrolyzed to precipitate aluminum hydroxide, which is then fired at a high temperature to manufacture. You can also.
  • the inorganic filler is used to separate the halogen element or chlorine element content and the iron element in the separator composed of the polymer porous membrane produced by blending the same.
  • the impurity content can be reduced so that the content is equal to or less than the upper limit specified above.
  • the impurity content of the inorganic filler therefore depends on the amount of the inorganic filler in the polymer porous membrane. When the amount of the inorganic filler is small, the impurity content of the inorganic filler is relatively large. If the content of the inorganic filler is large, the content of impurities in the inorganic filler is preferably minimized.
  • the amount of the inorganic filler is as described above, that is, usually at least 40 parts by weight, preferably at least 50 parts by weight, more preferably at least 60 parts by weight, more preferably at least 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin.
  • 100 parts by weight or more, and the upper limit is usually 300 parts by weight or less, preferably 200 parts by weight or less, more preferably 150 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin.
  • the upper limit of the halogen element or chlorine element content of the inorganic filler is usually 30 ppm or less, preferably 20 ppm or less, more preferably 15 ppm or less, and the upper limit of the iron element content is usually It is preferable to reduce the impurity content so as to be at most 300 ppm, preferably at most 200 ppm, more preferably at most 100 ppm.
  • the lower limit of the impurity content of the inorganic filler is about 7 ppm of the halogen element or chlorine element and about 70 ppm of the iron element for the same reason as the lower limit of the impurity content in the separator described above.
  • the content of the halogen element and the iron element in the inorganic filler can be quantified by the following method in the same manner as the impurity content in the separator (polymer porous membrane) described above.
  • the halogen element and the iron element in the inorganic filler were quantified by the following methods (iii) and (iv).
  • the sample inorganic filler
  • 1 Oml of hydrochloric acid for 36% EL manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and 2 Om1 of pure water After adding 1 Oml of hydrochloric acid for 36% EL manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and 2 Om1 of pure water, and perform boiling extraction for 30 minutes. Then, the extract is filtered, and the filtrate is used as a measurement solution, and Fe is quantified using an ICP emission spectrometer.
  • the content of impurities in the inorganic filler contained in the separator can be measured by the same method as described above.
  • the matrix resin of the polymer porous membrane constituting the separator may be baked at a high temperature, the inorganic filler may be separated from the collected ash, and the same quantification as described above may be performed.
  • the base resin for the polymer porous membrane a resin having a reduced content of a halogen element and an iron element is used.
  • thermoplastic resin used as the base resin of the polymer porous membrane may contain about 4 to 5 ppm of chlorine element derived from the catalyst in the polymerization reaction step.
  • thermoplastic resin polymerization is carried out using a small amount of catalyst by, for example, increasing the catalytic activity, increasing the reaction time, or increasing the reaction temperature, and reducing the amount of catalyst remaining in the thermoplastic resin.
  • impurities derived from the catalyst can be reduced.
  • any of the above-described methods [1] and [2] may be employed.
  • a membrane can be produced, since the halogen element and the iron element in the separator are mainly derived from the inorganic filler, at least the above [1] It is preferable to adopt the impurity reduction method described above.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention as described above will be described.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode capable of storing and releasing lithium ions, a negative electrode capable of storing and releasing lithium ions, an electrolytic solution containing an electrolyte in a non-aqueous solvent, and a separator.
  • any known solvent for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used.
  • anolexylene carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; dimethinolecarbonate, ethynolecarbonate,
  • -Dialkyl carbonates such as n-propyl carbonate and ethyl methyl carbonate (the alkyl group of the dialkyl carbonate is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms); cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; Linear ethers such as toxetane and dimethoxymethane; cyclic carboxylic esters such as ⁇ -butyrolactone and ⁇ -valerolactone; and linear carboxylic esters such as methyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate. These may be used alone or in combination of two or more.
  • any lithium salt which is a solute of the non-aqueous electrolyte, can be used.
  • L i C 10 4 L i inorganic lithium salts such as 6 and i BF 4;? L i CF 3 S0 3, L i N (CF 3 SO 2) 2, L i N (C 2 F 5 S0 2 ) 2 , L i N (CF 3 S0 2 ) (C 4 F 9 S 0 2 ), L i C (CF 3 S 0 2 ) 3 , L i PF 4 (CF 3 ) 2 , L i PF 4 (C 2 F 5) 2, L i PF 4 (CF 3 S 0 2) 2, L i PF 4 (C 2 F 5 SO s) 2, L i BF 2 (CF 3) 2, L i BF 2 (C 2 F 5 ) 2, L i BF 2 (CF 3 SO z) such 2 ⁇ Pi L i BF 2 (C 2 F 5 S_ ⁇ 2) 2 fluorine-containing organic lithium
  • L i PF 6, L i BF 4, L i CF 3 S0 3, L i N (CF 3 SO 2) 2 or L i N (C 2 F 5 S0 2) 2, in particular L i PF 6 Or L i BF 4 is preferred.
  • One type of lithium salt may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • the lower limit of the concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is usually 0.5 mo 1/1 or more, especially 0.75 mo 1 or more, and the upper limit is usually 2 mo 1 or less. Above all, it is less than 1.5 m 0 1/1.
  • the concentration of the lithium salt exceeds this upper limit, the viscosity of the non-aqueous electrolyte increases, and the electric conductivity decreases. Further, when the value is below the lower limit, the electric conductivity becomes low. Therefore, it is preferable to prepare a non-aqueous electrolyte within the above concentration range.
  • the non-aqueous electrolyte according to the present invention may contain other useful components, if necessary, such as conventionally known overcharge preventive agents, dehydrating agents, deoxidizing agents, capacity retention characteristics after high-temperature storage, and cycle characteristics. And various additives such as an auxiliary agent for improving the quality.
  • Auxiliary agents for improving the capacity retention characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage include carbonate compounds such as vinylene carbonate, ethylene carbonate at phenolic outlet, propylene carbonate at trifinoleo, phenylethylene carbonate and erythritan carbonate; Succinic acid, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexandicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, phenylenosuccinic acid Carboxylic anhydrides such as anhydrides; ethylene sanolephite, 1,3-propane snoretone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, psanorephane, snoreholane, snoreholene, dimethinoles noreh
  • the positive electrode one obtained by forming an active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector is usually used.
  • the positive electrode active material examples include materials capable of absorbing and releasing lithium, such as a lithium transition metal composite oxide material such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide. These can be used alone or in combination. You may use together.
  • the binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and the electrolyte used in the production of the electrode and other materials used in the use of the battery.
  • Specific examples are polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, EPDM (ethylene-propylene-one-diene terpolymer), SBR (styrene-butadiene rubber), and NBR (acrylonitrile-one rubber).
  • Butadiene rubber fluorine rubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, nitrocellulose, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the lower limit of the binder ratio in the positive electrode active material layer is usually at least 0.1% by weight, preferably at least 1% by weight, more preferably at least 5% by weight, and the upper limit is usually at most 80% by weight. It is preferably at most 60% by weight, more preferably at most 40% by weight, even more preferably at most 10% by weight. If the ratio of the binder is small, the active material cannot be sufficiently retained, so that the mechanical strength of the positive electrode may be insufficient and the battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated. Will be lowered.
  • the positive electrode active material layer usually contains a conductive agent to increase conductivity.
  • the conductive agent examples include fine particles of graphite such as natural graphite and artificial black, and carbonaceous materials such as carbon black such as acetylene black and amorphous carbon fine particles such as needle coats. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the lower limit of the proportion of the conductive agent in the positive electrode active material layer is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and the upper limit is usually 50% by weight. %, Preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. If the proportion of the conductive agent is small, the conductivity may be insufficient, while if too large, the battery capacity may be reduced.
  • the positive electrode active material layer may further contain a usual additive for the active material layer such as a thickener.
  • the thickener is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and the electrolyte used in the production of the electrode and other materials used in the use of the battery.
  • a specific example is Karboki Sinoremethylcenorelose, methinoresenorelose, hydroxymethinoresenorelose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • aluminum, stainless steel, Eckerme steel, or the like is used for the current collector of the positive electrode.
  • the positive electrode is formed by applying a slurry of the above-described positive electrode active material, a binder, a conductive agent, and other optional additives to a current collector and drying the slurry. can do.
  • a solvent used for slurrying an organic solvent that dissolves the binder is usually used.
  • N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, getyltriamine, N-N-dimethylaminopropylamine, ethylene Oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but are not limited thereto. These may be used alone or in combination of two or more.
  • a slurry of the active material can be prepared by adding a dispersant, a thickener, and the like to water, and using a latex such as SBR.
  • the thickness of the positive electrode active material layer thus formed is usually about 10 to 200 zni.
  • the active material layer obtained by coating and drying is preferably compacted by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.
  • the negative electrode one obtained by forming an active material layer containing a negative electrode active material and a binder on a current collector is usually used.
  • negative electrode active material pyrolysates of organic substances under various pyrolysis conditions and carbonaceous materials that can absorb and release lithium such as artificial graphite and natural graphite; can absorb and release lithium such as tin oxide and silicon oxide Metal oxide materials; lithium metals; various lithium alloys, and the like.
  • These negative electrode active materials may be used alone or in a combination of two or more.
  • the binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and the electrolyte used in the production of the electrode and other materials used in the use of the battery.
  • Specific examples include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and styrene-butadiene. Rubber, isoprene rubber, butadiene rubber and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the lower limit of the ratio of the binder in the negative electrode active material layer is usually 0.1% by weight or more, and preferably 1% by weight. / 0 or more, more preferably 5% by weight or more, and the upper limit is usually 80% by weight or less, preferably 60% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, and further preferably 10% by weight or less. It is. If the ratio of the binder is small, the active material cannot be sufficiently retained, so that the mechanical strength of the negative electrode is insufficient and the battery performance such as cycle characteristics may be deteriorated.On the other hand, if the ratio is too large, the battery capacity and conductivity are reduced. Will be.
  • the negative electrode active material layer usually contains a conductive agent to increase conductivity.
  • the conductive agent examples include carbonaceous materials such as graphite fine particles such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon fine particles such as a needle coater. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the lower limit of the proportion of the conductive agent in the negative electrode active material layer is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, and more preferably 1% by weight. /.
  • the upper limit is usually 50% by weight or less, preferably 30% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. If the proportion of the conductive agent is small, the conductivity may be insufficient, while if too large, the battery capacity may be reduced.
  • the negative electrode active material layer may further contain a usual additive for the active material layer such as a thickener.
  • the viscosity agent is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the solvent and the electrolyte used in the manufacture of the electrode and other materials used in the use of the battery.
  • Specific examples thereof include carboxy cinolemethinoresenorelose, methylcellulose, hydroxymethinoresenorelose, ethyl lucenorelose, polyvinylinoleanolone, polyacid starch, phosphorylated starch, casein, and the like. . These may be used alone or in combination of two or more. Copper, nickel, stainless steel, nickel plating steel, etc. are used as the current collector of the negative electrode.
  • the negative electrode is prepared by applying a slurry of the above-described negative electrode active material, a binder, a conductive agent, and other additives that are added as necessary with a solvent to a current collector, followed by drying. Can be formed.
  • an organic solvent that dissolves a binder is usually used.
  • N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, getyltriamine, N-N-dimethylaminopropylamine, ethyleneo Oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but are not limited thereto. These may be used alone or in combination of two or more.
  • a slurry of the active material can be formed by adding a dispersant, a thickener, and the like to water and using a latex such as SBR.
  • the thickness of the negative electrode active material layer thus formed is usually about 10 to 200 / m.
  • the active material layer obtained by coating and drying is preferably compacted by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.
  • the lithium secondary battery of the present invention is manufactured by assembling the above-described positive electrode, negative electrode, non-aqueous electrolytic solution, and separator of the present invention into an appropriate shape. Further, if necessary, other components such as an outer case can be used.
  • the shape of the battery is not particularly limited, and can be appropriately selected from various generally employed shapes according to the application.
  • Examples of commonly used shapes include a cylinder type with a sheet electrode and a separator in a spiral shape, a cylinder type with an inside-out structure combining a pellet electrode and a separator, a coin type with a stacked pellet electrode and a separator, and a sheet.
  • Examples include a laminate type in which an electrode and a separator are laminated.
  • the method for assembling the battery is not particularly limited, and can be appropriately selected from various methods generally used in accordance with the shape of the intended battery.
  • the lithium secondary battery of the present invention has been described above.
  • the lithium secondary battery of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • implementation is possible.
  • the use of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and the lithium secondary battery can be used for various known uses. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, e-book players, mobile phones, mobile fax machines, and mobile copy machines. 1.Mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, transceivers, electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting equipment, toys , Game machines, watches, strobes, cameras, and other small devices, and large devices, such as electric vehicles and hybrid vehicles. Example)
  • Air permeability The measurement was performed using a B-type Gurley densaw meter (manufactured by Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.) according to JIS P8117.
  • Pore size The measurement was carried out using a porometer manufactured by Coulter Co. in accordance with ASTM F316-86.
  • polypropylene 1 (homotype, “FY 6C” manufactured by Nippon Polychem Co., Ltd. (MFR: 2.4 g / 1 Om in)) 25.9 parts by weight and polypropylene 2 (copolymer, “I NS P i RE” manufactured by Dow Chemical Company) (MFR: 0.5 g / 1 Om in)) 6.5 parts by weight, hardened castor oil [HY-CASTOR OIL molecular weight 938, manufactured by Toyokuni Oil Co., Ltd.] 2.6 parts by weight, commercially available parium sulfate [as a filler] Number-based average particle size 0.17 m, skewness 2.9.1 1) A resin sheet obtained by blending 65 parts by weight was melt-molded at a temperature of 250 ° C to obtain a raw sheet.
  • the thickness of the raw sheet was 50 on average, and the number of fillers was as shown in Table 2.
  • the obtained raw sheet was stretched 4.5 times in the sheet longitudinal direction (MD) at 80 ° C, and the film thickness, porosity, gas permeability, and pore diameter shown in Table 2 were obtained.
  • Table 2 shows the results of quantifying the halogen (C 1) and Fe contained in the obtained porous membrane and barium sulfate used as the inorganic filler, respectively, according to the above-described quantification method.
  • L i C o 0 2 As the positive electrode active material, L i C o 0 2 8 5 parts by weight carbon black click 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride (Kureha Chemical Co., trade name "KF- 1 00 OJ) 9 Parts by weight, mixed and dispersed with N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry, which was uniformly applied to one side of a 20 / im-thick aluminum foil as a positive electrode current collector and dried. Thereafter, a positive electrode was pressed by a press machine so that the density of the positive electrode active material layer became 1.9 gZcm 3 .
  • KF- 1 00 OJ polyvinylidene fluoride
  • a 2032 type coin cell was produced using the above electrolytic solution, the positive electrode and the negative electrode together. That is, a stainless steel can body also serving as a positive electrode conductor was punched into a disk shape having a diameter of 12.5 mm and the positive electrode impregnated with an electrolyte was accommodated therein. A negative electrode impregnated with an electrolytic solution was mounted on the resultant by punching out a disk having a diameter of 12.5 mm through a separator having a diameter of 18.8 mm impregnated with the electrolytic solution.
  • the can body and the sealing plate also serving as a negative electrode conductor were caulked via an insulating gasket to seal the battery, thereby producing a coin-type battery.
  • the impregnation of the battery member with the electrolytic solution was performed by immersing each member in the electrolytic solution for 2 minutes.
  • CZ3 the current value that discharges the rated capacity per hour with a discharge capacity of 1 hour is 1 C, the same shall apply hereinafter
  • each of 4 C and 6 C discharges
  • the discharge capacity was measured at the speed, and the ratio of the discharge capacity based on the discharge capacity of CZ3 was determined.
  • the results are shown in Table 2.
  • the charge end voltage is 4.2 V
  • the discharge is 3 cycles of charge / discharge with a final voltage of 3 V to stabilize, charge the 4th cycle with a current equivalent to 0.5 C to a final charge voltage of 4.2 V, and a charge current value of 0.05 C Charge until the current value is reached.
  • 4.2 V Constant current constant voltage charge (CCCV charge) (0.05 C cut), then 3 V discharge at a constant current value equivalent to 0.2 C.
  • Table 2 shows the results of quantifying the halogen (C1) and Fe contained in the obtained porous membrane and barium sulfate used as the inorganic filler according to the above-described quantification method.
  • Table 2 shows the results of quantifying the halogen (C1) and Fe contained in the obtained porous membrane and barium sulfate used as the inorganic filler according to the above-described quantification method.
  • a coin-type battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that this porous membrane was used as a separator, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 2.
  • a coin-type battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that this porous membrane was used as a separator, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 2.
  • Table 2 shows the results of quantifying the halogen (C 1) and Fe contained in the obtained porous membrane and barium sulfate used as the inorganic filler, respectively, according to the above-described quantification method.
  • a coin-type battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that this porous membrane was used as a separator, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 2.
  • the discharge capacity of the coin-type battery using the porous membrane obtained in Examples 1 to 4 as a separator was C / 3 at both the discharge rate of 4 C and 6 C. At 60 ° / 0 or more.
  • the discharge capacity of the coin-type battery using the porous membrane of Comparative Example 1 as a separator was less than 50% of that of C3 at any of the discharge rates of 4 C and 6 C. A decrease in performance was observed.
  • barium sulfate in their physical properties, there is provided a variety of things, simply using sulfuric acid Bariumu as a filler, but not to achieve a d ave Zd m ax that specified in the present invention, By managing these physical properties, battery performance can be improved.
  • High-density polyethylene ““HI-ZEX 7000 FP”, manufactured by Mitsui Chemicals, weight average molecular weight: 200,000, density: 0.956 g / cm 3 , menoleto flow rate: 0.04 g Z 10 min] 100 weight Parts, soft polypropylene [PER R 110 EJ, manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd., weight average molecular weight: 330,000] 15.6 parts by weight, hardened castor oil [HY-CASTOR 01, manufactured by Toyokuni Oil Co., molecular weight 9 38] 9 4 parts by weight, Paridium sulfate as an inorganic filler (Saiko Chemical Co., Ltd. "B-55" volume-based average particle size 0.666 1!
  • L i C o 0 2 85 parts by weight Kaponpura click 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride (Kureha Chemical Co., trade name "KF 1000") 9 parts by weight
  • KF 1000 polyvinylidene fluoride
  • the mixture was mixed and dispersed with N-methyl-1-pyrrolidone to form a slurry. This is uniformly coated on one side of a 20-uin thick aluminum foil, which is a positive electrode current collector, dried, and then pressed by a press so that the density of the positive electrode active material layer becomes 3.O gZcm 3.
  • the positive electrode was used.
  • natural graphite powder as a negative electrode active material, 94 parts by weight of natural graphite powder was mixed with 6 parts by weight of polyvinylidene fluoride, and dispersed with N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. This is uniformly coated on one side of a 18 ⁇ thick copper foil, which is the negative electrode current collector, dried, and then pressed by a press so that the density of the negative electrode active material layer is 1.5 gZ cm 3. To form a negative electrode.
  • a 2032-type coin cell was manufactured using the polymer porous membrane as a separator, together with the electrolyte, the positive electrode and the negative electrode. That is, a stainless steel can that also serves as the positive electrode conductor was punched into a disk shape with a diameter of 12.5 mm and impregnated with the electrolyte to collect the positive electrode. Then, a negative electrode impregnated with an electrolytic solution was mounted by punching out a 12.5 mm diameter disc through a 18.8 mm diameter separator impregnated with the electrolytic solution. The can body and the sealing plate also serving as the negative electrode conductor were caulked via an insulating gasket and sealed to produce a coin-type battery. Here, the impregnation of the battery member with the electrolytic solution was performed by immersing each member in the electrolytic solution for 2 minutes. Battery evaluation 1>
  • the charge end voltage is 4.2 V
  • the discharge is 3 cycles of charge / discharge with a final voltage of 3 V to stabilize, charge the 4th cycle with a current equivalent to 0.5 C to a final charge voltage of 4.2 V, and a charge current value of 0.05 C Charge until the current reaches 4.2 V—constant-current constant-voltage charge (CCCV charge) (0.05 C cut), followed by 3 V discharge at a constant current value equivalent to 0.2 C.
  • CCCV charge constant-current constant-voltage charge
  • Example except that barium sulfate (“BA” manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., volume-average particle diameter 8 m, number-average particle diameter 0, skewness 14.1) was used as the inorganic filler.
  • BA barium sulfate
  • a polymer porous membrane having a film thickness of 30 ⁇ m, a porosity of 68%, and a Gurley air permeability of 50 seconds / 100 cc was obtained.
  • the halogen (C 1) and Fe contained in the barium sulfate were determined according to the above-mentioned methods, and the number of fillers, film thickness, porosity, Gurley air permeability and pore diameter were determined. Was as shown in Table 2.
  • a coin-type battery was assembled and evaluated in the same manner as in Example 5 except that this polymer porous membrane was used as a separator. The results were shown in Table 3.
  • Barium sulfate [Sakai Chemical Co., Ltd. “B Cj volume-average particle diameter 10 / im, number-average particle diameter 0.46 m, skewness 15.1”] was extracted with 5% by weight sulfuric acid for 1 hour and filtered. After washing with pure water, ultrasonic extraction for 30 minutes in pure water, filtration, and washing with pure water, the barium sulfate after washing was dried at 120 ° C. for 1 hour, and further dried. , And vacuum drying was performed at 120 ° C. for 12 hours, except that the barium sulfate treated as described above was used as an inorganic filler.
  • a porous polymer membrane having a porosity of 67% and a Gurley air permeability of 40 seconds / 100 cc was obtained, and the halogen contained in the obtained porous polymer membrane and the sulfate barium used as the inorganic filler.
  • Table 2 shows the results of quantifying (C 1) and Fe in accordance with the quantification methods described above, as well as the number of fillers, film thickness, porosity, Gurley air permeability, and pore size. It was as shown.
  • a coin-type battery was assembled in the same manner as in Example 5 except that this polymer porous membrane was used as a separator, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 2.
  • Example 1 except that barium sulfate (“B-1” manufactured by Sakai Chemical Co., volume-based average particle size 0.8 ⁇ , number-based average particle size 0.4, skewness 3.2) was used as the inorganic filler.
  • B-1 barium sulfate
  • the halogen (C 1) and Fe contained in the obtained polymer porous membrane and barium sulfate used as the inorganic filler were quantified according to the above-described quantification method, respectively.
  • the porosity, Gurley air permeability and pore size were as shown in Table 2.
  • a coin-type battery was assembled in the same manner as in Example 5 except that this polymer porous membrane was used as a separator, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 2.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that barium sulfate (“BC” manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., volume-average particle diameter: 10 ⁇ m, number-average particle diameter: 0, skewness: 15.1) was used as the inorganic filler. As a result, a polymer porous membrane having a thickness of 33 ⁇ , a porosity of 66%, and a Gurley air permeability of 40 s / 100 cc was obtained.
  • Halogen (C 1) and Fe contained in the obtained polymer porous membrane and barium sulfate used as the inorganic filler were quantified according to the above-described quantification method, respectively.
  • the porosity, Gurley air permeability and pore size were as shown in Table 2.
  • a coin-type battery was assembled in the same manner as in Example 5 except that this polymer porous membrane was used as a separator, and the same evaluation was performed.
  • the results are shown in Table 2.
  • the discharge capacity of the coin-type battery using the porous membranes obtained in Examples 5 to 9 as a separator was CZ 3 at both the discharge rates of 4 C and 6 C. At 68% or more, it was good as in Examples 1 to 4.
  • Haguchi Genion dissolves the passivation of the metal surface and converts metal oxides to Metal Halide. Since metal halides are easily dissolved, corrosion proceeds. Therefore, as typified by the results of chloride ions, it is considered that when the halogen concentration is high, the corrosion of the can and the current collector proceeds, and the battery characteristics such as cycle characteristics deteriorate.
  • the present invention is useful for improving the performance of a nonaqueous electrolyte secondary battery, particularly for improving load characteristics and its stability.

Abstract

本発明の課題は、充填剤を含有する熱可塑性樹脂製多孔質膜で構成されたセパレータを用いた非水系電解液二次電池の負荷特性等の電池性能を改善する。本発明は、熱可塑性樹脂中に、充填剤を含有する多孔質膜よりなり、ASTMF316-86より定められる平均孔径(μm)と最大孔径(μm)との比が0.6以上である非水系電解液二次電池用セパレータ。このセパレータを用いた非水系電解液二次電池に関する。

Description

明 細 書 非水系電解液二次電池用セパレータ及ぴそれを用いた非水系電解液二次電池 ぐ技術分野 > - 本発明は、 非水系電解液二次電池用セパレータ及ぴそれを用いた非水系電解液 二次電池に関するものである。
詳しくは、 本発明は、 高負荷放電時も放電効率が極めて低下しにくく、 電池性 能に優れた二次電池を実現する非水系電解液二次電池用セパレータと、 このセパ レータを用いた非水系電解液二次電池に関するものである。
更に、 本発明は、 無機フィラーを含有するセパレータ中に含有される特定の不 純物を減らすことにより、 これらの不純物が原因で生じる微少短絡の形成ゃ集電 体の腐食などを抑制し、 更に、 サイクル特性等の電池性能にも優れた二次電池を 実現する非水系電解液二次電池用セパレータと、 このセパレータを用いた非水系 電解液二次電池を提供するものである。
<背景技術 >
電気製品の軽量化、 小型化に伴ない高いエネルギー密度を持ち且つ軽量な非水 電解液二次電池であるリチウム二次電池が広い分野で使用されている。 リチウム 二次電池は、 コバルト酸リチウムに代表されるリチウム化合物などの正極活物質 を含有する活物質層を集電体上に形成させた正極と、 黒鉛などに代表されるリチ ゥムの吸蔵 ·放出が可能な炭素材料などの負極活物質を含有する活物質層を集電 体上に形成させた負極と、 L i P F 6等のリチウム塩等の電解質を通常非プロトン 性の非水系溶媒に溶解した非水電解液と、 多孔質膜からなるセパレータとから主 として構成される。
リチウム二次電池で使用されるセパレータには、 両極間のイオン伝導を妨げな いこと、 電解液を保持できること、 電解液に対して耐性を有すること、 などの要 件を満たすことが求められ、 主としてポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑 性樹脂からなる多孔質膜が用いられている。
従来、 これらの多孔質膜を製造する方法としては、 例えば以下の手法が公知技 術として知られている。
( 1 ) 高分子材料に後工程で容易に抽出除去可能な可塑剤を加えて成形を行 い、 その後可塑剤を適当な溶媒で除去して多孔化する抽出法。
( 2 ) 結晶性高分子材料を成形した後、 構造的に弱い非晶部分を選択的に延 伸して微細孔を形成する延伸法。
( 3 ) 高分子材料に充填剤を加えて成形を行い、 その後の延伸操作により高 分子材料と充填剤との界面を剥離させて微細孔を形成する界面剥離法。
熱可塑性樹脂製多孔質膜を得る方法として上述の （1 ) の抽出法は、 大量の廃 液を処理する必要があり、 環境 '経済性の両面において問題がある。 また抽出ェ 程で発生する膜の収縮のために均等な膜を得ることが難しく、 歩留まりなど生産 性においても問題がある。 （2 ) の延伸法は、延伸前の結晶相 '非晶相の構造制御 により孔径分布を制御するために、 長時間の熱処理が必要であり、 生産性の面で 問題がある。
なお、 （1 ) の改良技術として特開平 6— 2 4 0 0 3 6号公報には、超高分子量 成分を含有し、 分子量分布の大きいポリオレフインの溶液を調製し、 これを押出 加工してシート状に成形し、 急冷して得られたゲル状シートに、 特定温度で延伸 及び溶媒除去操作を施すことにより、 最大孔径ノ平均貫通孔径の値が 1 . 5以下 のシャープな孔径分布を有するポリオレフイン多孔質膜を得ることが開示されて いる。
しかしながら、 この方法は均一な孔の形成とそれを実用上の適当な大きさに拡 大するために、 温度が異なる 2度の延伸操作を施すことが必須であることにより 工程数が多く、 通常の抽出法に比較して工程が煩雑で生産性の面で問題がある。 また、 延伸工程が 2回あるために、 それぞれの工程での延伸ムラの発生などの問 題も考えられる。 更には、 本法は本質的には抽出法であるため、 上述したように 大量の廃液を処理する必要があり、 環境 '経済性の面で問題がある。 また、 抽出 工程で発生するフィルムの収縮により均等なフィルムを得ることが難しく、 歩留 まりなど生産性においても問題がある。
これに対して、 （3) の界面剥離法は、廃液の発生などはなく、 環境.経済性の 両面において優れた方法である。 また、 高分子材料と充填剤との界面は延伸操作 により容易に剥離することができるため、 熱処理などの前処理を必要とせずに多 孔質膜を得ることができ、 生産性の面でも優れた手法である。 界面剥離法による 多孔質膜として、 例えば、 特開 2002— 20 1 298号公報には、 熱可塑性樹 脂と充填剤とで構成された多孔質膜であって、その厚さを Y (； u m)、ガーレ値（ガ 一レー透気度） を TGUR (秒/ 1 00 c c；)、 平均孔径を d (/ m) とするとき、 XR= 2 5 XTGURX d 2÷Yにより定義される XRを 5未満とする多孔質膜が開 示されている。
〔特許文献 1〕 特開平 6— 240036号公報
〔特許文献 2〕 特開 2002— 20 1 298号公報
<発明の開示 >
しかしながら、 従来の界面剥離法による多孔質膜では、 上記特開 2002— 2 01 298号公報にも記載されているように、 多孔化のために配合される充填剤 の平均粒径には注意を払っていても、その粒度分布にまで関心を向けた例はなく、 結果として大粒径粒子の比率の大きな充填剤を使用することによって、 後述する ような理由で孔の連通性を低下させ、 望ましい性能を持つセパレータを得ること ができなかった。 例えば、 特開 2002— 20 1 2 98号公報の実施例 1に示す ように、 電池の負荷特性として、 放電速度 C/3における放電容量に対して、 約 4 Cの放電容量で、 高々 40%程度のものしか得られなかった。
また、 界面剥離法によって得られる多孔質膜を二次電池のセパレータとして適 用した場合、 電池性能、 特に高温でのサイクル特性が低下しやすかつた。
従って、 本発明は、 環境 ·経済性及び生産性に優れた界面剥離法によって得ら れた充填剤含有熱可塑性樹脂製多孔質膜で構成されたセパレータを非水系電解液 二次電池に適用した場合であっても、 負荷特性等の電池性能に優れた非水系電解 液二次電池を実現することを目的とする。 また、 本発明は、 更に、 サイクル特性 にも優れた非水系電解液二次電池を実現することを目的とする。
本発明の非水系電解液二次電池用セパレータは、 熱可塑性樹脂中に、 充填剤を 含有する多孔質膜よりなる非水系電解液二次電池用セパレータであって、 A S T M F 3 1 6 - 8 6より定められる平均孔径 d a v e ( μ ηχ ) と最大孔径 d m a x ( μ m) との比 d a v e / d m a xが、 0 . 6以上であることを特徴とする。
本発明の非水系電解液二次電池は、 リチウムイオンを吸蔵 ·放出可能な正極、 リチウムイオンを吸蔵 ·放出可能な負極、電解質を非水溶媒中に含有する電解液、 及びセパレータを有する非水系電解液二次電池において、 セパレータとして、 こ のような本発明のセパレータを用いたことを特徴とする。
本発明者らは、 充填剤の性状と、 これを含む熱可塑性樹脂製多孔質膜の膜物性 の制御について鋭意検討を行なった結果、 これまで、 充填剤として工業的に用い られることがなかった特定な粒径分布の充填剤を用いることにより、 界面剥離法 によって得られる熱可塑性樹脂製多孔質膜は、 著しく孔径が均一で、 非水系電解 液二次電池用セパレータとして極めて優れた電池性能、 特に負荷特性の改善を図 ることができることを見出して本発明を完成した。
本発明の非水電解液二次電池用セパレータを用いることで、 負荷特性に優れた 非水系電解液二次電池を得ることができる理由は次のように考えられる。
即ち、 界面剥離法においては、 基材樹脂と充填剤の界面を延伸操作によって剥 離して多孔構造を形成する関係上、 充填剤の粒径分布が膜構造に極めて大きな影 響を持つ。 例えば、 同じ平均粒径を持つ充填剤を用いても、 粒径分布が広いもの は、 大粒径の粒子が混ざるため、 粒子の総個数は粒径分布の狭いものに比べて減 少する。 これは、 延伸操作における開孔の起点数が減ることを意味しており、 孔 の連通性の低下によるィォン通過抵抗の増加をもたらすと考えられる。 充填剤の 粒径分布の制御は、 界面剥離法においては、 充填剤の形状選択による管理が可能 となるため、 電池性能にとって非常に微妙な多孔状態の制御を当業者がしゃすく なる点で、 工業的に非常に有利となる。
本発明では、 例えば、 充填剤の粒径分布を制御することにより均一孔径のセパ レータを実現し、 これにより、 開孔起点数の不足によるイオン通過抵抗の増大を 防止すると共に、 イオン通過抵抗の不均一性を改善し、 放電速度 C / 3における 放電容量に対して、 放電速度 6 Cにおける放電容量が 6 0 %以上であるような、 負荷特性に優れた非水系電解液二次電池を実現する。
また、 本発明者等は、 界面剥離法によって得られる高分子多孔質膜では、 無機 フィラーがそのままフィルム中に残ることから、 主に無機フイラ一中に同伴され てフィルム中に混入する不純物の影響に着目して鋭意検討した結果、 セパレータ に含まれる特定の不純物を所定量以下に抑えることにより、 高温でのサイクル特 性の低下を更に抑制できることを見出し、 本発明に至った。
即ち、 後述する実施例 8及び 9に示すように、 従来の界面剥離法で用いられる 無機フィラーとして工業的に製造されているものの多く力 S、 自然採石を原料とし て調製されることから、ハロゲン元素、鉄元素といった不純物を含み、この結果、 従来の界面剥離法で製造された高分子多孔質膜は不純物としてハロゲン元素や鉄 元素を含むものとなる。 本発明者らは、 このような、 主に無機フィラーに同伴さ れて不可避的に持ち込まれていたセパレータ中の不純物元素に着目し、 これらが セパレータに含有されることによって引き起こされる影響を検討し、 不純物のう ち、 特にハロゲン元素と鉄元素を所定量以下におさえることにより、 高温でのサ イタル特性の低下を更に抑制できることを見出した。
セパレータ中に含有されるハロゲン元素と鉄元素がもたらす影響のメカェズム の詳細は明らかではないが、 鉄元素については、 セパレータから電解液中に F e が溶出すると、 これが負極表面で析出して微少な短絡が形成される結果、 充放電 効率の低下やサイクル特性劣化が起こりやすくなることが考えられる。 また、 ハ ロゲン元素については、 セパレータから電解液中にハロゲン元素が溶出すると、 電池の外缶や、 集電体の腐食が促進され、 電池性能が低下しやすくなることが考 えられる。 後述の実施例及び比較例の結果からも明らかなように、 本発明によれば、 充填 剤を含有する熱可塑性樹脂製多孔質膜よりなる、 孔径が均一な非水系電解液二次 電池用セパレータにより、 電池性能、 特に負荷特性に優れ、 性能の安定した非水 系電解液二次電池が提供される。 また、 本発明の非水系電解液二次電池用セパレ ータは、ハロゲン元素と鉄元素含有量が低減されることにより、更に、電池性能、 特に高温でのサイクル特性を向上した非水系電解液二次電池を提供することがで きる。
<発明を実施するための最良の形態〉
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[本発明のセパレータの孔径]
本発明の非水系電解液二次電池用セパレータは、 熱可塑性樹脂中に充填剤を含 有する多孔質膜よりなり、 AS TM F 3 1 6 - 8 6より定められる平均孔径 d a v e ( m) と最大孔径 dmax ( μ τχχ) との比 d aveZdraa xが、 0. 6以上であ るものである。 本発明に係る平均孔径及び最大孔径は、 AS TM F 3 1 6 - 8 6に規定されるものである。
本発明のセパレータの平均孔径、 即ち、 セパレータを構成する多孔質膜の平均 孔径 d a v eの下限は、 通常 0. 0 3 / m以上、 好ましくは 0. 0 5 / m以上、 更 に好ましくは 0. 1 μ πι以上、 特に好ましくは 0. 5 i m以上であり、 上限は、 通常 以下、 好ましくは 3 μ πι以下、 更に好ましくは 2 μ πι以下である。 こ の平均孔径 d a v eが 0. 0 3 Ai m未満では、 界面剥離によって形成される孔同士 の連結が得られにくくなつたり、 電池内部の反応の副生成物による目詰まりが起 こりやすくなり、 その結果として電気抵抗が増加して、 得られる二次電池の負荷 特性が低下する傾向にある。 平均孔径 d av eが 5 mを超えると電池内部の反応 の副生成物の移動が起こりやすくなり電極活物質の劣化を促進して、 得られる二 次電池のサイクル特性などが低下する傾向にある。
本発明のセパレータの平均孔径と最大孔径との比、 即ち、 本発明のセパレータ を構成する多孔質膜の平均孔径 d a v e 最大孔径 draa xの値は、 0. 6以上であ る。 この比 d a v e/dma xは、 好ましくは 0. 6 5以上、 更に好ましくは 0. 7 以上である。 d a v e/dma xが 0. 6未満では、 セパレータの孔径のばらつきが 大きくなり、 負荷特性等の電池性能の低下の問題がある。
d a v e / d m a xは、 高ければ高いほどセパレータの孔径のばらつきが小さく、 特に大きい側へのばらつきが小さいので望ましいが、 d a v e Z d m a xの上限とし ては、 0 . 9 5程度であれば十分である。
[本発明のセパレータの構成成分及び物性等]
本発明のセパレータを構成する多孔質膜の基材樹脂である熱可塑性樹脂として は、 充填剤が均等に分散されうるものであれば特に限定されることはないが、 例 えば、 ポリオレフイン樹脂、 フッ素樹脂、 ポリスチレン等のスチレン系樹脂、 A B S樹脂、 塩化ビニル樹脂、 酢酸ビュル樹脂、 アクリル樹脂、 ポリアミ ド樹脂、 ァセタール樹脂、 ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。 これらの中でも、 耐 熱性、 耐溶剤性、 可撓性のバランスに優れていることから、 特に好ましいのはポ リオレフイン樹脂である。 ポリオレフイン樹脂としては、 例えば、 エチレン、 プ ロピレン、 1ープテン、 1—へキセン、 1—オタテン又は 1—デセン等のモノォ レフイン重合体や、 エチレン、 プロピレン、 1—プテン、 1一へキセン、 1ーォ クテン又は 1—デセンと 4—メチルー 1一ペンテン又は酢酸ビエル等の他のモノ マーとの共重合体等を主成分とするものが挙げられ、 具体的には、 低密度ポリエ チレン、 線状低密度ポリエチレン、 高密度ポリエチレン、 ポリプロピレン、 結晶 †生エチレン一プロピレンブロック共重合体、 ポリブテン、 エチレン一酢酸ビニノレ 共重合体等が挙げられる。 本発明においては、 上記ポリオレフイン樹脂の中でも 高密度ポリエチレン又はポリプロピレンを用いるのが好ましい。 上記ポリオレフ ィン樹脂等の熱可塑性樹脂は 1種を単独で用いても 2種以上を混合して用いても 良い。
このような熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、 下限が通常 5万以上、 中でも 1 0万以上、 上限が通常 5 0万以下、 好ましくは 4 0万以下、 更に好ましくは 3 0 万以下、 中でも 2 0万以下程度であれば良い。 この上限を超えると、 充填剤添加 による流動性の低下に加えて、 樹脂の溶融粘度が高くなるため溶融成形が困難と なる。 また、 成形物が得られた場合であっても、 充填剤が樹脂中に均等に分散さ れず、 界面剥離による孔形成が不均一となるため好ましくない。 この下限を下回 ると、 機械的強度が低下するため好ましくない。
本発明に係る多孔質膜に含まれる充填剤は、 本発明のセパレータの孔径分布を 左右する因子として、 後述するようにその粒度分布を管理することが重要である が、 本発明においては、 上記条件に適合する充填剤であれば良く、 充填剤は 1種 を単独で用いることもでき又は 2種以上を混合して用いることもできる。
充填剤の種類としては特に制限はないが、 電解液と反応しにくくかつ酸化還元 を受けにくいという点で、 無機充填剤を用いることが好ましい。 中でもリチウム 二次電池で用いられるカーボネート系有機電解液を分解しない性質を有するもの が好ましい。 そのような充填剤としては、 難水溶性の硫酸塩、 アルミナ等が挙げ られるが、 硫酸バリウムやアルミナが好適に用いられ、 特に硫酸バリウムが好適 に用いられる。 ここに云う難水溶性とは、 25 °Cの水に対する溶解度が 5 m gZ 1以下であることを指す。
一般に充填剤として用いられることの多い炭酸カルシウムなどの炭酸塩や酸化 チタン、 シリカなどは、 後述するようにリチゥム二次電池の非水電解液成分の分 解を招くため好ましくない。 ここで有機電解液成分の分解とは、 1 M L i P F 6の EC/EMC= 3 ： 7 (体積比） の混合非水溶媒溶液よりなる電解液に、 電 解液 1 m 1当たり充填剤を 0. 5 gの比率で添加して 85 °C、 72時間保持した 後の電解液中のリチウムイオンの濃度が 0. 7 5mmo 1 /g以下に減少するこ とと定義する。リチウムイオンの量はイオンクロマト法により測定される。なお、 72時間の保持中に電解液は外気に接しないように密閉容器に入れる必要がある。 これは空気中の水分と反応して電解液成分の分解が進むためである。
下表に電解液 （1M L i PF6/ (EC + EMC) (3 : 7， 容量比）） に各 種充填剤を上述の条件下で添加して保持した結果を示す。 充填剤を添加しなかつ た電解液のイオン組成と比較して硫酸バリゥムゃアルミナは殆ど組成の変化が見 られず、 本発明における充填剤として好適なことが分かる。 これに対して炭酸力 ルシゥムゃ炭酸リチウムなどの炭酸塩、 或いはシリカや酸化チタンはリチウムィ オンの著しい減少ゃフッ酸生成によるフッ素イオンの増加が見られ、 本発明にお ける充填剤として好ましくないことが分かる,
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充填剤の粒径としては、 数基準平均粒径の下限が、 通常 0. 0 1 /m以上、 好 ましくは 0. l m以上、 中でも 0. 2 / m以上であり、 上限が、 通常 以 下、 好ましくは 1. 5 μΐη以下、 中でも 1 / m以下であることが好ましい。 充填 剤の数基準平均粒径が 2 μ mを超えると、 延伸で形成される孔の径が大きくなり すぎ、延伸破断ゃフィルム強度の低下を招きやすい。また、数基準平均粒径が 0. 0 1 imより小さいと充填剤が凝集し易くなるため、 基材樹脂に均等に充填剤を 分散させることが難しくなりやすい。
本発明においては、 上記条件に適合する無機充填剤であれば、 1種を単独で用 いることもでき、 2種以上を混合して用いることもできる。 本発明に係る多孔質膜中の上記充填剤の配合量は、 下限が熱可塑性樹脂 1 0 0 重量部に対して通常 4 0重量部以上、 好ましくは 5 0重量部以上、 中でも 6 0重 量部以上、 より好ましくは 1 0 0重量部以上であり、 上限が熱可塑性樹脂 1 0 0 重量部に対して通常 3 0 0重量部以下、 好ましくは 2 0 0重量部以下、 より好ま しくは 1 5 0重量部以下である。 多孔質膜中の熱可塑性樹脂 1 0 0重量部に対す る充填剤の配合量が 4 0重量部未満であると連通孔を形成することが難しく、 セ パレータとしての機能を発現することが困難となる。 また、 3 0 0重量部を超え るとフィルム成形時の粘度が高くなり加工性に劣るばかりでなく、 多孔化のため の延伸時にフィルム破断を生じるため好ましくない。 なお、 本発明においては、 多孔質膜の作製の際に配合した充填剤は、 実質的に成形された多孔質膜中に残る ため、 上記充填剤の配合量範囲は、 多孔質膜中の充填剤含有量範囲となる。 また、充填剤の配合個数は、多孔質膜に形成される孔数を左右するものであり、 その配合個数は樹脂容積 1 c m 3当たりの充填剤の個数として、 下限が、 通常 1 X 1 0 1 1個以上、 好ましくは 3 X 1 0 1 1個以上、 更に好ましくは 5 X 1 0 1 1個 以上であり、 上限は、 通常 1 X 1 0 1 4個以下、 好ましくは 7 X 1 0 1 3個以下であ る。 この配合個数が上記上限を超えると形成される空孔が多くなりすぎて電池内 部の反応の副生成物の移動が起こりやすぐなり電極活物質の劣化を促進して、 得 られる二次電池のサイクル特性などが低下する傾向にある。 また、 下限を下回る と、 形成される孔同士の連結が得られにくくなり、 その結果として電気抵抗が増 加して、 得られる二次電池の負荷特性が低下する傾向にある。
なお、 充填剤としては、 熱可塑性樹脂への分散性を高めるために表面処理剤に より表面処理されているものを用いることもできる。 この表面処理としては、 熱 可塑性樹脂がポリオレフイン樹脂の場合、 例えばステアリン酸等の脂肪酸又はそ の金属塩、 或いはポリシロキサンゃシラン力ップリング剤による処理が挙げられ る。
本発明に係る多孔質膜の成形時には、 前記熱可塑性樹脂との相溶性を有する低 分子量化合物を添加しても良い。 この低分子量化合物は熱可塑性榭脂の分子間に 入り込み、 分子間の相互作用を低下させると共に結晶化を阻害し、 その結果、 シ ート成形時の樹脂組成物の延伸性を向上させる。 また、 低分子量化合物は熱可塑 性樹脂と充填剤との界面接着力を適度に高めて、 延伸による孔の粗大化を防止す る作用を奏すると共に、 熱可塑性樹脂と充填剤との界面接着力を高めることでフ イルムからの充填剤の脱落を防止する作用を奏する。
この低分子量化合物としては分子量 2 0 0〜3 0 0 0のものが好適に用いられ、 より好ましくは 2 0 0〜 1 0 0 0のものが用いられる。 この低分子量化合物の分 子量が 3 0 0 0を超えると低分子量化合物が熱可塑性樹脂の分子間に入りにくく なるため、 延伸性の向上効果が不充分となる。 また、 分子量が 2 0 0未満では、 相溶性は上がるが、 低分子量化合物が多孔質膜表面に析出する、 いわゆるブルー ミングが起こりやすくなり、 膜性状の悪化ゃブロッキングを起こしゃすくなり好 ましくない。
低分子量化合物としては、 熱可塑性樹脂がポリオレフイン樹脂の場合、 脂肪族 炭化水素又はダリセライドなどが好ましく使われる。 特に、 ポリオレフイン樹脂 がポリエチレンの場合は、 流動パラフィンや低融点ワックスが好ましく用いられ る。
本発明に係る多孔質膜の成膜材料としての樹脂組成物における、 上記低分子量 化合物の配合量は、 下限が熱可塑性樹脂 1 0 0重量部に対し通常 1重量部以上、 好ましくは 5重量部以上であり、 上限が熱可塑性樹脂 1 0 0重量部に対し通常 2 0重量部以下、 好ましくは 1 5重量部以下である。 低分子量化合物の配合量が熱 可塑性樹脂 1 0 0重量部に対して 1重量部未満であると、 低分子量化合物を配合 することによる上記効果が十分に得られず、 また 2 0重量部を超えると熱可塑性 樹脂の分子間の相互作用を低下させ過ぎて、十分な強度が得られなくなる。また、 シート成形時に発煙が生じたり、 スクリュー部分での滑りが生じて、 安定なシー ト成形が難しくなる。
本発明に係る多孔質膜の成膜材料としての樹脂組成物には、 更に必要に応じて 熱安定剤等の他の添加剤を添加することができる。 上記添加剤としては、 公知の ものであれば特に制限されず用いられる。 これらの添加剤の配合量は、 樹脂組成 物の全量に対して、 通常 0 . 0 5〜1重量％である。 本発明に係る多孔質膜の多孔度は、 多孔質膜の空孔率の下限として通常 30% 以上、 好ましくは 40%以上、 更に好ましくは 50%以上であり、 上限として通 常 80%以下、 好ましくは 70%以下、 更に好ましくは 6 5%以下、 特に好まし くは 60%以下である。 空孔率が 30%未満であるとイオンの透過性が充分でな く、 セパレータとしての機能を果たすことができず、 好ましくない。 また、 空孔 率が 80%を超えると、 フィルムの実強度が低くなるため、 電池作成時の破断や 活物質による突き抜けと短絡が生じ、 好ましくない。
なお、 多孔質膜の空孔率とは、 以下の計算式によって算出される値である。 空孔率 P V (%) = 100 X ( 1 -w/ 〔p ■ S . t〕）
S ：多孔質膜の面積
t ：多孔質膜の厚み
w：多孔質膜の重さ
P ：多孔質膜の真比重 なお、 高分子多孔質膜を構成する成分 i (樹脂や充填剤など） のブレンド重量 を Wi、 比重を p i とすると真比重 pは以下の式で求められる。 式中、 ∑は全て の成分の和を表す。 多孔質膜の真比重 p =∑W i /∑ (W i p i ) 本発明に係る多孔質膜の厚みの上限値は、 通常、 100 /2 m以下、 中でも 50 /im以下、 好ましくは 40 / m以下であり、 下限値は、 通常 5 //m以上、 好まし くは 10 m以上である。 厚みが 5 /xm未満であると、 実強度が低いため、 電池 の作成時の破断や活物質による突き抜けと短絡が生じ、 好ましくない。 また、 厚 みが 100 μΐηを超えるとセパレータの電気抵抗が高くなるため、 電池の容量が 低下し、 好ましくない。 厚みを 5〜100 mの範囲とすることにより、 良好な イオン透過性を有するセパレータとすることができる。 また、 本発明に係る多孔質膜は、 ガーレー透気度の下限値が 2 0秒/ 1 0◦ c c以上、特に 1 0 0秒 Z l 0 0 c c以上で、上限値が 5 0 0秒 / 1 O O c c以下、 特に 3 0 0秒/ 1 0 0 c c以下であることが好ましい。 ガーレー透気度がこの下 限値を下回る場合は、 空孔率が高すぎるか厚みが薄すぎることが多く、 前述の通 りフィルムの実強度が低くなって電池作成時の破断や活物質による突き抜けと短 絡が生じて好ましくない。上限値を超える場合は、イオンの透過性が充分でなく、 セパレータとしての機能を果たすことができず、 好ましくない。 なお、 ガーレー 透気度は J I S P 8 1 1 7に準拠して測定され、 1 . 2 2 k P a圧で 1 0 0 c cの空気が膜を透過する秒数を示す。
[セパレータの製造方法]
次に、 本発明のセパレータの製造方法を説明するが、 それに先立ち、 充填剤を 含有する熱可塑性樹脂製多孔質膜よりなるセパレータの一般的な製造方法につい て説明する。
<ー般的なセパレータの製造方法 >
充填剤を含有する熱可塑性樹脂製多孔質膜の製造方法としては特に制限はなく、 下記の抽出法 （1 )、 延伸法 （2 )、 及び界面剥離法 （3 ) が挙げられるが、 特に 好ましいのは界面剥離法である。
( 1 ) 抽出法：高分子材料と、 充填剤と、 後工程で溶媒抽出除去が可能な可 塑剤とを混合してなる樹脂組成物を溶融し、 これを押出成形などの成形法により 膜状に成形した後、 これを溶媒で処理して可塑剤を除去することにより、 多孔化 する。
( 2 ) 延伸法：結晶性高分子材料に充填剤を混合してなる樹脂組成物を溶融 し、これを押出成形などの成形法により膜状に成形した後、延伸することにより、 構造的に弱い非晶部分を切断することにより微細孔を形成する。
( 3 ) 界面剥離法：高分子材料に充填剤を混合してなる樹脂組成物を溶融し、 これを押出成形などの成形法により膜状に成形した後、 延伸することにより、 高 分子材料と充填剤との界面を剥離させて微細孔を形成する。 上記製造方法のうち、 抽出法では、 成形の際に充填剤を高分子材料側に選択的 に含有させることは難しく、 可塑剤部分に含有された充填剤が抽出時に可塑剤と 共に除去されてしまうため、 界面剥離法に比較すると効率的でない。 また、 延伸 法においては、 高分子材料に充填剤を含有させると、 非晶部分以外に高分子材料 と充填剤界面でも延伸による開孔が生じるため、 本質的に界面剥離法と異ならな くなる。 従って、 本発明では界面剥離法を採用することが好ましい。
なお、 多孔質膜の製造は、 より具体的には、 次のような方法で行われる。
まず、 充填剤と熱可塑性樹脂、 及び必要に応じて添加される低分子量化合物や 酸化防止剤等の添加剤の所定量を配合し、 溶融混練することにより榭脂組成物を 調製する。 ここで上記樹脂組成物はヘンシェルミキサー等によって予備混合を行 い、 しかる後に通常用いられる一軸スクリュー押出機、 二軸スクリュー押出機、 ミキシング口ール又は二軸混練機等を用いて調製しても良く、 或いは予備混練を 省略して直接上記押出機等で樹脂組成物を調製しても良い。
次いで、 上記樹脂組成物をシート成形する。 シート成形は通常用いられる Tダ ィによる Tダイ法や円形ダイによるインフレーション法により行うことができる。 次いで、 成形されたシートの延伸を行う。 該延伸には、 シートの引き取り方向
(MD ) に延伸する縦一軸延伸、 テンター延伸機等により横方向 （T D ) に延伸 する横一軸延伸、 MDへの一軸延伸後引き続きテンター延伸機等により T Dに延 伸する逐次二軸延伸法、 又は縦方向及び横方向を同時に延伸する同時二軸延伸法 がある。 上記一軸延伸はロール延伸により行うことができる。 上記延伸は、 シー トを構成する樹脂組成物が所定の延伸倍率に容易に延伸でき、 かつ樹脂組成物が 融解して孔を閉塞させ連通性を失わせることのない任意の温度で行うことができ るが、 好ましくは樹脂の融点一 7 0 °C〜樹脂の融点一 5 °Cの温度範囲で延伸され る。 延伸倍率は必要とされる孔径ゃ強度に応じて任意に設定されるが、 好ましく は少なくとも一軸方向に 1 . 2倍以上の延伸を行う。 <本発明のセパレータの製造方法 >
次に、 ASTM F 3 1 6— 86より定められる平均孔径 d a v e (μπι) と最 大孔径 dmax (/im) との比 d aveZdmaxが、 0· 6以上の本発明のセパレータ を製造する方法について説明する。
本発明のセパレータを構成する多孔質膜の製造方法は、 d a v e / d ma χが 0. 6以上の多孔質膜が得られる方法であれば良く、 その成形材料や製造方法には特 に制限はない。 本発明のセパレータは、 上述した従来の一般的なセパレータの製 造方法と同様な方法で製造されるが、 本発明においては、 製造されるセパレータ の dave/dma xを 0. 6以上とするために、 [1] 充填剤の粒度分布管理を厳し く行う、 [2]樹脂と充填剤との混合、延伸の条件を制御する、或いはこれらの双 方を採用するなどの工夫を行う。
[ 1 ] 充填剤の粒度分布管理：充填剤の数基準粒径分布の歪度の制御 本発明において、 多孔質膜に配合される充填剤は、 その数基準粒径分布におい て歪度が 0. 5以上であることが好ましい。 粒径分布はレーザー回折 ·散乱法で 評価される。 充填剤の粒径分布は樹脂に混練する前の状態の充填剤で測定しても 良く、 多孔質膜を焼いて採取される灰分を粉碎して測定しても良い。 充填剤の粒 径分布の歪度は例えば東京工業大学統計工学研究会編 「統計工学ハンドプック」 1 94- 1 95頁などに記載される公式を用いて、 粒径分布から導き出される。 粒径分布の歪度が 0以上の時、 粒径分布は低粒径側に偏っていることを示してい るが、 歪度が 0近傍では粒径分布の低粒径側への偏りが充分ではないため、 d a v eZdmaxが 0. 6以上の多孔質膜を得ることは難しく、 歪度が 0. 5以上である ことが、 得られる多孔質膜の開孔に対する大粒径粒子の寄与を減少させ、 da ve /dma 5^S0. 6以上の多孔質膜を得るために好ましい。 また、 歪度が 0より小 さくなると、 粒径分布が大粒径側に偏り、 大粒径粒子の寄与が大きくなるため、 d a ve/dma xが 0. 6以上の多孔質膜を得ることが難しい。
従って、 本発明に用いられる充填剤は、 その数基準粒径分布より導かれる歪度 が 0. 5以上であることが好ましく、 更に好ましくは歪度 2以上であり、 より好 ましくは歪度 2 . 5以上である。
このような粒度分布の充填剤を調製するには、 篩等の分級装置を用いて、 粒径 調整を行うことが挙げられる。 この粒度調整は、 必要に応じて複数回繰り返し行 うことができる。
[ 2 ] 樹脂と充填剤との混合、 延伸条件の制御
充填剤が熱可塑性樹脂中に十分に均一分散するような混合攪拌条件を設定する。 例えば、 用いる溶融混練条件の温度、 時間等を厳密に制御する。
また、 延伸操作においては、 フィルム全体が均一に延伸されるように温度ゃ延 伸速度を適切に設定することが必要である。 条件を適切に設定しないと延伸ムラ が生じて形成される孔の孔径分布が広くなり、 本発明の企図する d a v eZ d m a x が 0 . 6以上の多孔質膜を得ることが難しくなる。
<本発明のセパレータの態様 一 不純物含有量 >
本発明の非水系電解液二次電池用セパレータは、 セパレータ中に含有されるハ ロゲン元素或いは塩素元素を 1 0 p p m以下で、 且つ、 鉄元素が 1 0 O p p m以 下とすることにより、 更に、 サイクル特性、 特に、 高温でのサイクル特性を向上 させることができる。
このセパレータ中のハロゲン元素及び鉄元素の含有濃度は次のような方法で定 量することができ、 後述の実施例及び比較例では、 下記（i)、 （ii)の方法で、 セパ レータを構成する高分子多孔質膜中のハロゲン元素と鉄元素を定量した。
(i) セパレータ中のハロゲン元素の定量
試料 （セパレータを構成する高分子多孔質膜） 2 gに純水 2 5 m 1を添加して 1 5分間超音波抽出する。 超音波抽出には、 例えば、 シャープ （株） 製超音波洗 浄機 「UT~104 SILENT SONIC」 （出力は中程度） を用いることができる。 そ の後、 抽出液を濾過し、 濾液を測定溶液としてイオンクロマトグラフィーにてハ ロゲン元素を定量する。 (ii) セパレータ中の鉄元素の定量
試料 （セパレータを構成する高分子多孔質膜） 5 gに三菱化学 （株） 製 36% EL用塩酸 1 Om l と純水 2 Om 1を添加して 30分間煮沸抽出を行う。その後、 抽出液を濾過し、濾液を測定溶液として I C P発光分析装置にて F eを定量する。 本発明のセパレータは、 このようにして測定されるセパレータ中のハロゲン元 素、 特に塩素元素の含有量の上限を、 l O p pm以下、 中でも 8 p pm以下、 更 に中でも 5 p pm以下とすることが好ましい。 ハロゲン元素、 特に塩素元素の含 有量がこの上限値を超えると、 電解液中に溶出した C 1等のハロゲン元素により 電池缶ゃ集電体の腐食が促進されやすくなる傾向がある。
また、 本発明のセパレータは、 このようにして測定されるセパレータ中の鉄元 素の含有量の上限を、 l O O p pm以下、 中でも 8 O p pm以下、 更に中でも 7 0 p pm以下とすることが好ましい。鉄元素の含有量が、この上限値を超えると、 電解液中に溶出した F eが負極表面に析出して微少短絡が形成されやすくなり、 充放電効率の低下やサイクル特性劣化の原因に繋がりやすくなる傾向がある。 セパレータ中のハロゲン元素及び鉄元素の含有量の下限として、 ハロゲン元素 及び鉄元素の含有量を過度に低くすることは、 後述の如く、 セパレータ中のハロ ゲン元素及び鉄元素の含有量を低減するための無機フィラーの精製等の工程数が 徒に多くなり、 また、 高分子多孔質膜の製造も困難となる一方で、 ハロゲン元素 及び鉄元素の含有量は、 上記上限値を下回っていれば、 電池性能を確保すること ができることから、 セパレータ中のハロゲン元素、 特に塩素元素の含有量につい ては、 下限は 5 p pm程度、 鉄元素の含有量については下限は 50 p pm程度で よい。
<本発明のセパレータの態様一不純物含有量調整 >
次に、 ハロゲン元素含有量又は塩素元素含有量が 1 0 p pm以下で、 鉄元素含 有量が 100 p pm以下とする場合の本発明のセパレータを製造する方法につい て説明する。
本発明のセパレータを構成する高分子多孔質膜は、 具体的には、 上述した従来 の一般的な高分子多孔質膜と同様な方法で製造されるが、 このようにして製造さ れるセパレータ中のハロゲン元素又は塩素元素含有量を 1 0 p p m以下とすると 共に鉄元素含有量を 1 0 0 p p m以下とするには、 高分子多孔質膜の製造原料中 に含まれて高分子多孔質膜中に持ち込まれる不純物や、 高分子多孔質膜の製造ェ 程で高分子多孔質膜中に混入する不純物を次のような方法で低減することが挙げ られる。
[ 1 ] ハロゲン元素及び鉄元素含有量が低減された無機フィラーを用いて高分 子多孔質膜を製造する。
前述の如く、 通常、 無機フイラ一は自然鉱石を原料として製造されるため、 必 然的に鉄やハロゲン元素などの不純物が、 例えば鉄であれば数百 p p m、 ハロゲ ン元素であれば数十 p p m程度不可避的に混入してくる。 このため、 製造された 無機フィラーについて、 精製、 水洗などの工程を経て上述の不純物を低減させる ことが挙げられる。 或いは、 無機フィラーの製造工程に化学合成を組み入れるこ とにより、 無機フィラーの不純物量を低減することが挙げられる。 なお、 化学合 成を組み込まれる場合、 合成途中でハロゲン化物が生成するような工程は最終製 品にハロゲン元素が多量に残存するため、 好ましくない。
自然鉱石を原料として製造された無機フィラーを水洗する場合、 例えば 2 0〜 1 0 0 °C程度の高い水中に投入して攪拌するなどの方法を採用することができる。 この場合、 洗浄水中には硫酸ゃ硝酸などのハロゲン元素及び鉄を含まない薬剤を 添加して洗浄効果を高めるようにしても良い。 洗浄水の酸の濃度は 1〜2 0重 量％が好ましい。 薬剤を添加した水で洗浄する場合は、 最後に更に純水で仕上げ 洗浄することが好ましい。
また、自然鉱石を原料として製造される無機フィラーを精製する方法としては、 例えば、 粉砕した鉱石を空気中や水中で比重の違いによって分離する方法を採用 することができる。
また、 化学合成工程を組み入れる場合には、 例えば、 硫酸バリウムフィラーの 場合であれば、 原料鉱石である重晶石を還元培焼して得られる硫化バリゥムを硫 酸ナトリウム又は硫酸と反応させることにより製造することができる。 また、 ァ ルミナフイラ一であれば原料鉱石であるポーキサイ トに水酸化ナトリゥムを加え てアルミン酸ナトリウムとし、 これを加水分解して水酸化アルミ-ゥムを沈殿さ せ、 これを高温焼成して製造することもできる。
無機フイラ一は、 このように、 水洗又は精製、 或いは化学合成工程を組み込む ことにより、 これを配合して製造された高分子多孔質膜よりなるセパレータ中の ハロゲン元素又は塩素元素含有量と鉄元素含有量が、 前述の規定する上限値以下 となるように、 不純物含有量を低減することができる。
この無機フィラーの不純物含有量は、 従って、 高分子多孔質膜への無機フイラ 一配合量によっても異なり、 無機フィラー配合量が少ない場合には、 無機フイラ 一の不純物含有量は比較的多くても良く、 また、 無機フィラー配合量が多い場合 には、 無機フィラーの不純物含有量は極力少なくするのがよい。
本発明では、 前述した無機フィラー配合量、 即ち、 熱可塑性樹脂 1 0 0重量部 に対して通常 4 0重量部以上、 好ましくは 5 0重量部以上、 中でも 6 0重量部以 上、 より好ましくは 1 0 0重量部以上であり、 上限が、 熱可塑性樹脂 1 0 0重量 部に対して通常 3 0 0重量部以下、 好ましくは 2 0 0重量部以下、 より好ましく は 1 5 0重量部以下の無機フィラー配合量において、 無機フィラーのハロゲン元 素又は塩素元素含有量の上限が通常 3 0 p p m以下、好ましくは 2 0 p p m以下、 より好ましくは 1 5 p p m以下で、鉄元素含有量の上限が通常 3 0 0 p p m以下、 好ましくは 2 0 0 p p m以下、 より好ましくは 1 0 0 p p m以下となるように不 純物含有量を低減することが好ましい。 無機フィラーの不純物含有量の下限は、 前述のセパレータ中の不純物含有量の下限と同様の理由から、 ハロゲン元素又は 塩素元素含有量 7 p p m程度、 鉄元素含有量 7 0 p p m程度である。
なお、 無機フイラ一中のハロゲン元素及ぴ鉄元素の含有濃度は、 前述のセパレ ータ （高分子多孔質膜） 中の不純物含有濃度と同様に次のような方法で定量する ことができ、 後述の実施例及び比較例では、 下記（iii)、 （iv)の方法で無機フイラ 一中のハロゲン元素と鉄元素を定量した。 (iii) 無機フイラ一中のハロゲン元素の定量
試料 （無機フイラ一） 2 gに、 純水 2 5 m lを添加して 1 5分間超音波抽出す る。超音波抽出には、例えば、 シャープ（株）製超音波洗浄機「UT-104 SILENT SONIC」 （出力は中程度） を用いることができる。 その後、 抽出液を濾過し、 濾 液を測定溶液としてイオンクロマトグラフィ一にてハロゲン元素を定量する。
(iv) 無機フイラ一中の鉄元素の定量
試料 （無機フィラー） 5 gに、 三菱化学 （株） 製 3 6 % E L用塩酸 1 O m l と 純水 2 O m 1を添加して 3 0分間煮沸抽出を行う。 その後、 抽出液を濾過し、 濾 液を測定溶液として I C P発光分析装置にて F eを定量する。 なお、 セパレータに含まれる無機フイラ一中の不純物含有量も、 上記と同様の 方法で測定することができる。 この場合には、 セパレータを構成する高分子多孔 質膜のマトリックス樹脂を高温で焼き、 採取される灰分より無機フィラーを分取 し、 上記と同様の定量を行えば良い。
[ 2 ] 高分子多孔質膜の基材樹脂として、 ハロゲン元素及び鉄元素含有量が低 減された榭脂を用いる。
高分子多孔質膜の基材樹脂として用いる熱可塑性樹脂には、 その重合反応工程 において、 触媒由来の塩素元素が 4〜 5 p p m程度混入する恐れがある。
従って、 熱可塑性樹脂の製造時に例えば触媒活性を上げる、 反応時間を長くす る、 或いは反応温度を上げるなどの方法で、 少ない触媒使用量で重合を行い、 熱 可塑性樹脂中に残存する触媒量を低減して触媒由来の不純物を低減することがで きる。
本発明のセパレータにおいて、 不純物含有量を低減する場合には、 上記 [ 1 ] 及び [ 2 ] の不純物低減方法のいずれの方法を採用しても良く、 これらを共に採 用して高分子多孔質膜を製造することもできるが、 セパレータ中のハロゲン元素 及び鉄元素は、 主として無機フィラーに由来することから、少なくとも上記 [ 1 ] の不純物低減方法を採用することが好ましい。
[非水系電解液二次電池]
次に、 上述のような本発明の非水系電解液二次電池用セパレータを用いる本発 明の非水系電解液二次電池について説明する。本発明の非水系電解液二次電池は、 リチウムイオンを吸蔵 ·放出可能な正極、 リチウムイオンを吸蔵 .放出可能な負 極、 電解質を非水溶媒中に含有する電解液、 及びセパレータを有する。
本発明の非水系電解液二次電池に使用される電解液の非水系溶媒としては、 非 水系電解液二次電池の溶媒として公知の任意のものを用いることができる。 例え ば、 エチレンカーボネート、 プロピレンカーボネート、 プチレンカーボネート等 のァノレキレンカーボネート ；ジメチノレカーボネート、 ジェチノレカーボネート、 ジ
― n一プロピルカーボネート、 ェチルメチルカーボネート等のジアルキルカーボ ネート （ジアルキルカーボネートのアルキル基は、 炭素数 1〜4のアルキル基が 好ましい） ；テ トラヒ ドロフラン、 2—メチルテトラヒ ドロフラン等の環状エーテ ル； ジメ トキシェタン、 ジメ トキシメタン等の鎖状エーテル； γ—プチロラク ト ン、 γ—バレロラク トン等の環状カルボン酸エステル；酢酸メチル、 プロピオン 酸メチル、 プロピオン酸ェチル等の鎖状カルボン酸エステルなどが挙げられる。 これらは 1種を単独で用いても良く、 2種類以上を併用しても良い。
非水系電解液の溶質であるリチウム塩としては、 任意のものを用いることがで きる。 例えば、 L i C 104、 L i ? 6及び i BF4等の無機リチウム塩； L i CF3S03、 L i N (CF3SO2) 2、 L i N (C2F5S02) 2、 L i N (C F3S02) (C4F9S02)、 L i C (CF3S02) 3、 L i PF4 (CF3) 2、 L i P F4 (C2F5) 2、 L i P F4 (C F 3 S 02) 2、 L i P F4 (C2F5 SOs) 2、 L i BF2 (CF3) 2、 L i BF2 (C2F5) 2、 L i B F2 (CF3SOz) 2 及ぴ L i B F2 (C2F5S〇2) 2等の含フッ素有機リチウム塩などが挙げられる。 これらのうち、 L i P F6、 L i BF4、 L i CF3S03、 L i N (CF3SO2) 2又は L i N (C2F5S02) 2、特に L i P F6又は L i BF4が好ましい。なお、 リチウム塩についても 1種を単独で用いても良く、 2種以上を併用しても良い。 これらのリチウム塩の非水系電解液中の濃度の下限値としては、 通常 0 . 5 m o 1 / 1以上、 中でも 0 . 7 5 m o 1ノ 1以上、 上限値としては、 通常 2 m o 1 以下、 中でも 1 . 5 m 0 1 / 1以下である。 リチウム塩の濃度がこの上限値 を超えると非水系電解液の粘度が高くなり、 電気伝導率も低下する。 また、 下限 値を下回ると電気伝導率が低くなるので、 上記濃度範囲内で非水系電解液を調製 することが好ましい。
なお、 本発明に係る非水系電解液には、 必要に応じて他の有用な成分、 例えば 従来公知の過充電防止剤、 脱水剤、 脱酸剤、 高温保存後の容量維持特性ゃサイク ル特性を改善するための助剤等の各種の添加剤を含有させても良い。
高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を改善するための助剤としては、 ビ 二レンカーボネート、 フノレオ口エチレンカーボネート、 トリフノレオ口プロピレン カーボネート、 フエニルエチレンカーボネート及びェリスリタンカーボネート等 のカーボネート化合物；無水コハク酸、 '無水グルタル酸、 無水マレイン酸、 無水 シトラコン酸、 無水グルタコン酸、 無水ィタコン酸、 無水ジグリコール酸、 シク 口へキサンジカルボン酸無水物、 シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、 フ ェニノレコハク酸無水物等のカルボン酸無水物；エチレンサノレファイ ト、 1， 3— プロパンスノレトン、 1， 4—ブタンスルトン、 メタンスルホン酸メチル、 プサノレ ファン、 スノレホラン、 スノレホレン、 ジメチノレスノレホン、 テトラメチノレチウラムモ ノスルフィ ド等の含硫黄化合物； 1ーメチルー 2—ピロリジノン、 1ーメチルー 2—ピぺリ ドン、 3—メチルー 2—ォキサゾリジノン、 1， 3—ジメチルー 2— ィミダゾリジノン、 N—メチルスクシィミ ド等の含窒素化合物；ヘプタン、 オタ タン、 シク口ヘプタン等の炭化水素化合物などが挙げられる。 非水系電解液がこ れらの助剤を含有する場合、 その濃度は、 通常 0 . 1〜5重量％でぁる。
正極は、 通常、 正極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成 させたものが用いられる。
正極活物質としては、 リチウムコバルト酸化物、 リチウムニッケル酸化物、 リ チゥムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物材料などのリチウムを吸 蔵及び放出可能な材料が挙げられる。 これらは 1種を単独で用いても、 複数種を 併用しても良い。
バインダーとしては、 電極製造時に使用する溶媒や電解液、 電池使用時に用い る他の材料に対して安定な材料であれば、 特に限定されない。 その具体例として はポリフッ化ビニリデン、 ポリテトラフルォロエチレン、 フッ素化ポリフッ化ビ ニリデン、 E P D M (エチレン一プロピレン一ジェン三元共重合体）、 S B R (ス チレン一ブタジエンゴム）、 N B R (アクリロニトリル一ブタジエンゴム）、 フッ 素ゴム、 ポリ酢酸ビニル、 ポリメチルメタタリレート、 ポリエチレン、 ニトロセ ルロース等が挙げられる。 これらは 1種を単独で用いても、 複数種を併用しても 良い。
正極活物質層中のバインダーの割合は、 下限値が通常 0 . 1重量％以上、 好ま しくは 1重量％以上、 より好ましくは 5重量％以上であり、 上限値が通常 8 0重 量％以下、 好ましくは 6 0重量％以下、 より好ましくは 4 0重量％以下、 更に好 ましくは 1 0重量％以下である。 バインダーの割合が少ないと、 活物質を十分に 保持できないので、 正極の機械的強度が不足し、 サイクル特性等の電池性能を悪 化させることがあり、 逆に多すぎると電池容量や導電性を下げることになる。 正極活物質層は、 通常、 導電性を高めるため導電剤を含有する。 導電剤として は、 天然黒铅、 人造黒齡等の黒鉛の微粒子や、 アセチレンブラック等のカーボン ブラック、 ニードルコータス等の無定形炭素微粒子等等の炭素質材料を挙げるこ とができる。 これらは 1種を単独で用いても、 複数種を併用しても良い。 正極活 物質層中の導電剤の割合は、 下限値が通常 0 . 0 1重量％以上、 好ましくは 0 . 1重量％以上、 更に好ましくは 1重量％以上であり、 上限値が通常 5 0重量％以 下、 好ましくは 3 0重量％以下、 更に好ましくは 1 5重量％以下である。 導電剤 の割合が少ないと導電性が不十分になることがあり、 逆に多すぎると電池容量が 低下することがある。
正極活物質層には、 その他、 増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させる ことができる。
増粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、 電池使用時に用いる他の材料に 対して安定な材料であれば、 特に限定されない。 その具体例としては、 カルボキ シノレメチルセノレロース、 メチノレセノレロース、 ヒ ドロキシメチノレセノレロース、 ェチ ルセルロース、 ポリビニルアルコール、 酸化スターチ、 リン酸化スターチ、 カゼ イン等が挙げられる。これらは 1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。 正極の集電体には、 アルミニウム、 ステンレス鋼、 エッケルメツキ鋼等が使用 される。
正極は、 前述の正極活物質とバインダーと導電剤、 必要に応じて添加されるそ の他の添加剤とを溶媒でスラリ一化したものを集電体に塗布して乾燥することに より形成することができる。 スラリー化のために用いる溶媒としては、 通常はバ ィンダーを溶解する有機溶剤が使用される。 例えば、 N—メチルピロリ ドン、 ジ メチルホルムァミ ド、 ジメチルァセトアミ ド、 メチルェチルケトン、 シクロへキ サノン、 酢酸メチル、 アクリル酸メチル、 ジェチルトリアミン, N— N—ジメチ ルァミノプロピルァミン、 エチレンォキシド、 テトラヒ ドロフラン等が用いられ るがこれらに限定されない。 これらは 1種を単独で用いても、 複数種を併用して も良い。 また、 水に分散剤、 増粘剤等を加えて S B R等のラテックスで活物質を スラリー化することもできる。
このようにして形成される正極活物質層の厚さは、 通常 1 0〜2 0 0 z ni程度 である。 なお、 塗布 ·乾燥によって得られた活物質層は、 活物質の充填密度を上 げるために、 ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。
負極は、 通常、 負極活物質とバインダーを含有する活物質層を集電体上に形成 させたものが用いられる。
負極活物質としては様々な熱分解条件での有機物の熱分解物や人造黒鉛、 天然 黒鉛等のリチウムを吸蔵 ·放出可能な炭素質材料；酸化錫、 酸化珪素等のリチウ ムを吸蔵 ·放出可能な金属酸化物材料； リチウム金属；種々のリチウム合金など を用いることができる。 これらの負極活物質は、 1種を単独で用いても良く、 2 種類以上を混合して用いても良い。
バインダーとしては、 電極製造時に使用する溶媒や電解液、 電池使用時に用い る他の材料に対して安定な材料であれば、 特に限定されない。 その具体例として は、 ポリフッ化ビ二リデン、 ポリテトラフノレォロエチレン、 スチレン ·ブタジェ ンゴム、 イソプレンゴム、 ブタジエンゴム等を挙げることができる。 これらは 1 種を単独で用いても、 複数種を併用しても良い。
負極活物質層中の上述のバインダーの割合は、下限値が通常 0 . 1重量％以上、 好ましくは 1重量。 /0以上、 より好ましくは 5重量％以上であり、 上限値が通常 8 0重量％以下、 好ましくは 6 0重量％以下、 より好ましくは 4 0重量％以下、 更 に好ましくは 1 0重量％以下である。 バインダーの割合が少ないと、 活物質を十 分に保持できないので負極の機械的強度が不足し、 サイクル特性等の電池性能を 悪化させることがあり、 逆に多すぎると電池容量や導電性を下げることになる。 負極活物質層は、 通常、 導電性を高めるため導電剤を含有する。 導電剤として は、 天然黒鉛、 人造黒鉛等の黒鉛の微粒子や、 アセチレンブラック等のカーボン ブラック、 ニードルコータス等の無定形炭素微粒子等等の炭素質材料を挙げるこ とができる。 これらは 1種を単独で用いても、 複数種を併用しても良い。 負極活 物質層中の導電剤の割合は、 下限値が通常 0 . 0 1重量％以上、 好ましくは 0 . 1重量％以上、 更に好ましくは 1重量。/。以上であり、 上限値が通常 5 0重量％以 下、 好ましくは 3 0重量％以下、 更に好ましくは 1 5重量％以下である。 導電剤 の割合が少ないと導電性が不十分になることがあり、 逆に多すぎると電池容量が 低下することがある。
負極活物質層には、 その他、 増粘剤等の通常の活物質層の添加剤を含有させる ことができる。
增粘剤は電極製造時に使用する溶媒や電解液、 電池使用時に用いる他の材料に 対して安定な材料であれば、 特に限定されない。 その具体例としては、 カルボキ シノレメチノレセノレロース、 メチルセルロース、 ヒ ドロキシメチノレセノレロース、 ェチ ルセノレロース、 ポリ ビニノレアノレコーノレ、 酸ィ匕スターチ、 リン酸化スターチ、 カゼ イン等が挙げられる。これらは 1種を単独で用いても、複数種を併用しても良い。 負極の集電体には、 銅、 ニッケル、 ステンレス鋼、 ニッケルメツキ鋼等が使用 される。
負極は、 前述の負極活物質とバインダーと導電剤、 必要に応じて添加されるそ の他の添加剤とを溶媒でスラリ一化したものを集電体に塗布して乾燥することに より形成することができる。
スラリー化する溶媒としては、 通常はバインダーを溶解する有機溶剤が使用さ れる。 例えば、 N—メチルピロリ ドン、 ジメチルホルムアミ ド、 ジメチルァセト アミ ド、 メチルェチルケトン、 シク口へキサノン、 酢酸メチル、 アクリル酸メチ ル、 ジェチルトリアミン， N— N—ジメチルァミノプロピルァミン、 エチレンォ キシド、 テトラヒ ドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。 これらは 1種を単独で用いても、 複数種を併用しても良い。 また、 水に分散剤、 增粘剤等 を加えて S B R等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。
このようにして形成される負極活物質層の厚さは、 通常、 1 0〜2 0 0 / m程 度である。 なお、 塗布 '乾燥によって得られた活物質層は、 活物質の充填密度を 上げるために、 ローラープレス等により圧密化するのが好ましい。
本発明のリチウム二次電池は、 上述した正極と、 負極と、 非水系電解液と、 本 発明のセパレータとを、 適切な形状に組み立てることにより製造される。 更に、 必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。
その電池形状は特に制限されず、 一般的に採用されている各種形状の中から、 その用途に応じて適宜選択することができる。 一般的に採用されている形状の例 としては、 シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、 ペレツト電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアゥト構造のシリンダー タイプ、 ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ、 シート電極及び セパレータを積層したラミネートタイプなどが挙げられる。 また、 電池を組み立 てる方法も特に制限されず、 目的とする電池の形状に合わせて、 通常用いられて いる各種方法の中から適宜選択することができる。
以上、 本発明のリチウム二次電池の一般的な実施形態について説明したが、 本 発明のリチウムニ次電池は上記実施形態に制限されるものではなく、 その要旨を 越えない限りにおいて、 各種の変形を加えて実施することが可能である。
本発明のリチウム二次電池の用途は特に限定されず、 公知の各種の用途に用い ることが可能である。 具体例としては、 ノートパソコン、 ペン入力パソコン、 モ パイルパソコン、 電子ブックプレーヤー、 携帯電話、 携帯ファックス、 携帯コピ 一、携帯プリンター、 ヘッドフォンステレオ、 ビデオムービー、 液晶テレビ、 ハ ンディークリーナー、 ポータブル CD、 ミニディスク、 トランシーバー、 電子手 帳、電卓、 メモリーカード、携帯テープレコーダー、 ラジオ、バックアップ電源、 モーター、 照明器具、玩具、 ゲーム機器、 時計、 ストロボ、 カメラ等の小型機器、 及び、 電気自動車、 ハイブリッド自動車等の大型機器を挙げることができる。 ぐ実施例〉
以下に、 実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、 本発明 は、 その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。 なお、 以下において、 セパレータの透気度と孔径は以下の方法で評価した。 透気度： J I S P 8 1 1 7に準じて B型ガーレーデンソーメーター （東洋精 機製作所製） を使用して測定を行った。
孔径： コールター社製ポロメーターを使用して AS TM F 3 1 6 - 86に準 拠して測定を行った。
〔実施例 1〕
<多孔質膜の製造 >
市販のポリプロピレン 1 (ホモタイプ、日本ポリケム社製「F Y 6 C」 （MFR： 2. 4 g/ 1 Om i n)) 25. 9重量部とポリプロピレン 2 (コポリマー、 ダウ ケミカル社製 「I NS P i RE」 （MFR : 0. 5 g/ 1 Om i n)) 6. 5重量 部、硬化ひまし油 〔豊国製油社製「HY— CASTOR O I L」分子量 938〕 2. 6重量部、充填剤として市販の硫酸パリゥム〔数基準平均粒径 0. 1 7 m、 歪度 2. 9 1〕 6 5重量部を配合して得られた樹脂組成物を、 温度 250°Cで溶 融成形して原反シートを得た。 この原反シートの厚みは平均 50 であり、 充 填剤配合個数は表 2に示す通りであつた。 次に、 得られた原反シートを 80 °Cで シート長手方向 （MD) に 4. 5倍の延伸を行い、 表 2に示す膜厚、 空孔率、 ガ 一レー透気度、 及び孔径の多孔質膜を得た。 得られた多孔質膜と無機充填剤として用いた硫酸バリゥムに含有されるハロゲ ン （C 1 ) と F eを前述の定量方法に従って、 それぞれ定量した結果を表 2に示 す。
<電解液の調製〉
乾燥アルゴン雰囲気下、 エチレンカーボネートとェチルメチルカーボネートと の混合物 （容量比 3 ： 7) に、 十分に乾燥した L i PF6を 1. 0モルノリット ルの割合となるように溶解して電解液とした。
<正極の作製 >
正極活物質として L i C o 02を用い、 L i C o 028 5重量部にカーボンブラ ック 6重量部及びポリフッ化ビニリデン（呉羽化学社製商品名「KF— 1 00 OJ) 9重量部を加えて混合し、 N—メチルー 2—ピロリ ドンで分散し、 スラリー状と した。 これを、 正極集電体である厚さ 20 /i mのアルミニウム箔の片面に均一に 塗布し、 乾燥後、 プレス機により正極活物質層の密度が 1. 9 gZc m3になる ようにプレスして正極とした。
<負極の作製 >
負極活物質として天然黒鉛粉末を用い、 天然黒鉛粉末 94重量部にポリフッ化 ビニリデン 6重量部を混合し、 N—メチルー 2—ピロリ ドンで分散させてスラリ 一状とした。これを負極集電体である厚さ 1 8 mの銅箔の片面に均一に塗布し、 乾燥後、 プレス機により負極活物質層の密度が 1. 3 g/cm3になるようにプ レスして負極とした。 く電池の組立 >
上記多孔質膜をセパレータとして、 上記電解液、 正極及び負極と共に用いて 2 032型コインセルを作製した。 即ち、 正極導電体を兼ねるステンレス鋼製の缶 体に直径 1 2. 5 mmの円盤状に打ち抜いて電解液を含浸させた正極を収容し、 その上に電解液を含浸させた直径 1 8. 8 mmのセパレータを介して直径 1 2. 5 mmの円盤状に打ち抜いて電解液を含浸させた負極を載置した。 この缶体と負 極導電体を兼ねる封口板とを、 絶縁用のガスケットを介してかしめて密封するこ とによりコイン型電池を作製した。 ここで電池部材への電解液の含浸は、 各部材 を電解液に 2分間浸漬することより行った。 ぐ電池の評価 1 >
作製したコイン型電池の初期充放電を行った後、 CZ3 (1時間率の放電容量 による定格容量を 1時間で放電する電流値を 1 Cとする、 以下同様） 及び 4C、 6 Cの各放電速度で放電容量の測定を行い、 CZ 3の放電容量を基準とした放電 容量の割合を求め、 結果を表 2に示した。 ぐ電池の評価 2 >
25°Cにおいて 0. 2 C (1時間率の放電容量による定格容量を 1時間で放電 する電流値を 1 Cとする、以下同様）に相当する定電流で充電終止電圧 4. 2 V、 放電終止電圧 3 Vで充放電を 3サイクル行って安定させ、 4サイクル目を 0. 5 Cに相当する電流で充電終止電圧 4. 2 Vまで充電し、 充電電流値が 0. 05 C に相当する電流値になるまで充電を行う 4. 2 V—定電流定電圧充電 （CCCV 充電） （0. 05 Cカット）後、 0. 2 Cに相当する定電流値で 3 V放電を行った。 さらに、 60°Cで充放電電流値が 2 Cに相当する定電流で充電終止電圧 4.2V、 放電終止電圧 3 Vで充放電を 100サイクル行い、 各サイクル時の放電容量の変 化を調べた。 結果を表 2に示した。
〔実施例 2〕
ポリプロピレン 1を 30. 8重量部と、ポリプロンピレン 2を 1. 6重量部と、 硬化ひまし油を 2. 6重量部と、 硫酸バリウム 〔数基準平均粒径 0. 1 7 /ζπι、 歪度 2. 9 1〕 を 65重量部用い、 原反シートの長手方向 （MD) の延伸を 3. 5倍としたこと以外は、実施例 1と同様にして表 2に示す物性の多孔質膜を得た。 この多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 1と同様にしてコ イン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 2に示した。
得られた多孔質膜と無機充填剤として用いた硫酸バリゥムに含有されるハロゲ ン （C 1) と F eを前述の定量方法に従って、 それぞれ定量した結果を表 2に示 す。
〔実施例 3〕
実施例 1で用いた市販のポリプロピレン 1を 46. 3重量部と、 実施例 1で用 いた硬化ひまし油を 3. 7重量部と、 充填剤として市販の硫酸バリウム 〔数基準 平均粒径 0. 18 111、 歪度 3. 57〕 を 50重量部用いて、 樹脂組成物を配合 し、 この樹脂組成物を温度 250°Cで溶融成形して厚み平均 180 μιηで、 表 2 に示す充填剤配合個数の原反シートを得た。 得られた原反シートを 70°Cでシー ト長手方向 （MD) に 4. 5倍の延伸を行い、次いで 120°Cでシート幅方向 （T D) に 4. 4倍の延伸を行って、 表 2に示す物性の多孔質膜を得た。
得られた多孔質膜と無機充填剤として用いた硫酸バリゥムに含有されるハロゲ ン （C 1) と F eを前述の定量方法に従って、 それぞれ定量した結果を表 2に示 す。
この多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 1と同様にしてコ イン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 2に示した。
〔実施例 4〕
実施例 1で用いた市販のポリプロピレン 1を 46. 3重量部と、 実施例 1で用 いた硬化ひまし油 3. 7重量部と、 充填剤として市販の硫酸バリウム 〔数基準平 均粒径 0. 46 /x;m、 歪度 1. 1 5〕 を 50重量部用いて樹脂組成物を配合し、 この樹脂組成物を温度 250°Cで溶融成形して厚み平均 170 μπιで、 表 2に示 す充填剤配合個数の原反シートを得た。 得られた原反シートを 70°Cでシート長 手方向 （MD) に 4. 0倍の延伸を行い、 次いで 120°Cでシート幅方向 （TD) に 3. 5倍の延伸を行って、 表 2に示す物性の多孔質膜を得た。 得られた多孔質膜と無機充填剤として用いた硫酸バリウムに含有されるハロゲ ン （C 1 ) と F eを前述の定量方法に従って、 それぞれ定量した結果を表 2に示 す。
この多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 1と同様にしてコ イン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 2に示した。
〔比較例 1〕
実施例 1で用いた市販のポリプロピレン 1を 46. 3重量部と、 実施例 1で用 いた硬化ひまし油を 3. 7重量部と、 充填剤として市販の硫酸バリウム 〔数基準 平均粒径 1. 07 μιη、 歪度— 0. 67〕 を 50重量部用いて樹脂組成物を配合 し、 この樹脂組成物を温度 250 °Cで溶融成形して厚み平均 1 80 μ mで、 表 2 に示す充填剤配合個数の原反シートを得た。 得られた原反シートを 70°Cでシー ト長手方向 （MD) に 3. 5倍の延伸を行い、次いで 120°Cでシート幅方向 （T D) に 3. 0倍の延伸を行って表 2に示す物性の多孔質膜を得た。
得られた多孔質膜と無機充填剤として用いた硫酸バリゥムに含有されるハロゲ ン （C 1 ) と F eを前述の定量方法に従って、 それぞれ定量した結果を表 2に示 す。
この多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 1と同様にしてコ イン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 2に示した。
表 2
原反
充填剤 セハ 'レータ（多孔質膜） C/3の場合に 多孔質膜中 放電容量比（％) シート 無機フイラ一
対する放電 フイルムに
+も 中の濃度
数基準 充填 平均 最大 容量の割合 対する; 度
例 空孔 (ppm) 数 の配合 ί Ι Γ-み u r i U1 サイクル
(%) (ppm)
率
粒径 個数 ） (秒/ 100cc)
(%)
) (個/ cms) (口 m) (μπι) 4し し re し I re し I Ί O enU IUU 実施例 1 0.17 2.91 5χ1013 22 53 220 0.134 0.178 0.75 (0 o l . 1 1UU o /4 実施例 2 0.17 2.91 5χ1013 26 47 390 0.111 0.167 0.66 00 bU l .o 1 L 1UU U 実施例 3 0.18 3.57 2χ1013 27 67 170 0.101 0.150 0.67 04 7Π . 1 1 i. ιυυ 00 / 0 実施例 4 0.46 1.15 8x10" 29 61 210 0.212 0.341 0.62 76 65 <0.5 34 <0.5 55 100 77 61
CO
to
比較例 1 1.07 -0.67 3x10" 30 41 620 0.626 1.182 0.53 48 37 く 0.5 32 <0.5 52 100 75 58 実施例 5 0.40 1.8 6χ1012 25 60 110 0.185 0.291 0.64 79 68 1.3 0.6 2.4 1 100 89 82 実施例 6 0.48 14.1 5χ1011 30 68 50 0.241 0.332 0.73 83 72 7.3 2 12 3 100 84 76 実施例 7 0.46 15.1 5x10" 34 67 40 0.238 0.325 0.73 83 72 1.5 0.6 3 1 100 90 82 実施例 8 0.42 3.2 5χ1013 22 62 100 0.188 0.266 0.71 84 71 <0.5 34 ぐ 0.5 54 100 78 60 実施例 9 0.46 15.1 5χ1011 33 66 40 0.240 0.322 0.75 83 72 370 26 580 40 100 73 50
表 2より明らかなように、 実施例 1〜4で得られた多孔質膜をセパレータとし て用いたコイン型電池の放電容量は、 4 C、 6 C何れの放電速度においても C/ 3の場合の 60°/0以上で良好であった。 これに対して、 比較例 1の多孔質膜をセ パレータとして用いたコイン型電池の放電容量は、 4 C、 6 C何れの放電速度に おいても C 3の場合の 50%を下回り、 電池性能の低下が認められた。
即ち、 市販の硫酸バリウムにも、 その物性において、 様々なものが提供されて おり、単に充填剤として硫酸バリゥムを用いても、本発明で特定する d aveZdm axを達成し得ないが、 この物性を管理することにより、 電池性能の改善を図るこ とができる。
また、 実施例 1~3と実施例 4とを対比すると、 ハロゲン元素、 特に塩素元素 と鉄元素という、 特定の不純物含有量を制限することにより、 更に高温でのサイ クル特性を改善できることがわかる。
〔実施例 5 ]
<高分子多孔質膜の製造 >
高密度ポリエチレン 〔三井化学社製「H I— ZEX 7000 FP」、重量平均分 子量： 20万、 密度； 0. 956 g/cm3、 メノレトフローレート ； 0. 04 g Z 10m i n〕 100重量部、軟質ポリプロピレン〔出光石油化学社製「PER R 1 10EJ、 重量平均分子量： 33万〕 1 5. 6重量部、 硬化ひまし油 〔豊国製油 社製 「HY— CASTOR 01し」、 分子量9 38〕 9. 4重量部、 無機フイラ 一として硫酸パリゥム〔堺化学社製「B— 5 5」体積基準平均粒径 0. 66 1!1、 数基準平均粒径 0. 、 歪度 1. 8〕 1 8 7. 5重量部を配合して溶融混 練し、 得られた樹脂組成物を温度 210°Cでインフレーション成形を行い原反シ 一トを得た。 原反シートの厚みは平均 105 μ mであり、 充填剤配合個数は表 2 に示す通りであった。 次に、 得られた原反シートを 70°Cでシート長手方向 （M D) に 1. 3 1倍、 次いで 1 10°Cで幅方向 （TD) に 2. 9 5倍の逐次延伸を 行い、 膜厚 25 m、 空孔率 60 %、 ガーレー透気度 1 1 0秒ノ 100 c cの高 分子多孔質膜を得た。 得られた高分子多孔質膜と無機フイラ一として用いた硫酸 バリウムに含有されるハロゲン （C 1 ) と F eを前述の定量方法に従って、 それ ぞれ定量した結果、 並びに充填剤の配合個数、 膜厚、 空孔率、 ガーレー透気度及 ぴ孔径は、 表 2に示す通りであった。 く電解液の調製 >
乾燥アルゴン雰囲気下、 エチレンカーボネートとェチルメチルカーボネートと の混合物 （容量比 3 ： 7) に、 十分に乾燥した L i P F6を 1. 0モル/リ ッ ト ルの割合となるように溶解して電解液とした。 く正極の作製 >
正極活物質として L i C o 02を用い、 L i C o 0285重量部にカーポンプラ ック 6重量部及びポリフッ化ビニリデン（呉羽化学社製商品名「 K F— 1000」） 9重量部を加えて混合し、 N—メチル一 2—ピロリ ドンで分散し、 スラリー状と した。 これを、 正極集電体である厚さ 20 ^uinのアルミニウム箔の片面に均一に 塗布し、 乾燥後、 プレス機により正極活物質層の密度が 3. O gZcm3になる ようにプレスして正極とした。
<負極の作製 >
負極活物質として天然黒鉛粉末を用い、 天然黒鉛粉末 94重量部にポリフッ化 ビニリデン 6重量部を混合し、 N—メチルー 2 _ピロリ ドンで分散させてスラリ 一状とした。これを負極集電体である厚さ 1 8 μπιの銅箔の片面に均一に塗布し、 乾燥後、 プレス機により負極活物質層の密度が 1. 5 gZ cm3になるようにプ レスして負極とした。
<電池の組立 >
上記高分子多孔質膜をセパレータとして、 上記電解液、 正極及び負極と共に用 いて 2032型コインセルを作製した。 即ち、 正極導電体を兼ねるステンレス鋼 製の缶体に直径 1 2. 5 mmの円盤状に打ち抜いて電解液を含浸させた正極を収 容し、 その上に電解液を含浸させた直径 1 8. 8mmのセパレータを介して直径 1 2. 5mmの円盤状に打ち抜いて電解液を含浸させた負極を載置した。 この缶 体と負極導電体を兼ねる封口板とを、 絶縁用のガスケットを介してかしめて密封 することによりコイン型電池を作製した。 ここで電池部材への電解液の含浸は、 各部材を電解液に 2分間浸漬することより行った。 ぐ電池の評価 1 >
作製したコイン型電池の初期充放電を行った後、 CZ3 (1時間率の放電容量 による定格容量を 1時間で放電する電流値を 1 Cとする、 以下同様） 及び 4 C、 6 Cの各放電速度で放電容量の測定を行い、 C/ 3の放電容量を基準とした放電 容量の割合を求め、 結果を表 2に示した。 ぐ電池の評価 2 >
25°Cにおいて 0. 2 C (1時間率の放電容量による定格容量を 1時間で放電 する電流値を 1 Cとする、以下同様）に相当する定電流で充電終止電圧 4. 2 V、 放電終止電圧 3 Vで充放電を 3サイクル行って安定させ、 4サイクル目を 0. 5 Cに相当する電流で充電終止電圧 4. 2 Vまで充電し、 充電電流値が 0. 05 C に相当する電流値になるまで充電を行う 4. 2 V—定電流定電圧充電 （CCCV 充電） （0. 05 Cカツト）後、 0. 2 Cに相当する定電流値で 3 V放電を行った。 さらに、 60°Cで充放電電流値が 2 Cに相当する定電流で充電終止電圧 4.2V、 放電終止電圧 3 Vで充放電を 100サイクル行い、 各サイクル時の放電容量の変 化を調べた。 結果を表 2に示した。
〔実施例 6〕
無機フイラ一として硫酸バリウム 〔堺化学社製 「BA」 体積基準平均粒径 8 m、 数基準平均粒径 0. 、 歪度 14. 1〕 を使用したこと以外は実施例
1と同様にして、 膜厚 30 μ m、 空孔率 6 8%、 ガーレー透気度 50秒/ 100 c cの高分子多孔質膜を得た。 得られた高分子多孔質膜と無機フイラ一として用 いた硫酸バリウムに含有されるハロゲン （C 1 ) と F eを、 前述の定量方法に従 つてそれぞれ定量した結果、 並びに充填剤の配合個数、 膜厚、 空孔率、 ガーレー 透気度及ぴ孔径は、 表 2に示す通りであった。
この高分子多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 5と同様に してコイン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 3に示した。
〔実施例 7〕
硫酸バリウム 〔堺化学社製 「B Cj 体積基準平均粒径 1 0 /i m、 数基準平均粒 径 0. 4 6 m、 歪度 1 5. 1〕 を 5重量％硫酸で 1時間抽出後濾過して純水で 洗浄し、 更に、 純水中で 3 0分間の超音波抽出後濾過して純水で洗浄した。 この 洗浄後の硫酸バリウムを 1 2 0°Cで 1時間乾燥した後、 更に、 1 2 0 °Cで真空乾 燥を 1 2時間行った。 以上の処理を行った硫酸バリウムを無機フイラ一として使 用したこと以外は実施例 1と同様にして膜厚 3 4 / m、 空孔率 6 7 %、 ガーレー 透気度 4 0秒/ 1 0 0 c cの高分子多孔質膜を得た。 得られた高分子多孔質膜と 無機フィラーとして用いた硫酸バリゥムに含有されるハロゲン（C 1 )と F eを、 前述の定量方法に従ってそれぞれ定量した結果、並びに充填剤の配合個数、膜厚、 空孔率、 ガーレー透気度及び孔径は、 表 2に示す通りであった。
この高分子多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 5と同様に してコイン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 2に示した。
〔実施例 8〕
無機フィラーとして硫酸バリゥム〔堺化学社製「B— 1」体積基準平均粒径 0. 8 μ ηχ, 数基準平均粒径 0. 4 、 歪度 3. 2〕 を使用したこと以外は実施 例 1と同様にして、 膜厚 2 2 m、 空孔率 6 2 %、 ガーレー透気度 1 0 0秒/ 1 0 0 c cの高分子多孔質膜を得た。 得られた高分子多孔質膜と無機フィラーとし て用いた硫酸バリウムに含有されるハロゲン （C 1 ) と F eを、 前述の定量方法 に従ってそれぞれ定量した結果、 並びに充填剤の配合個数、 膜厚、 空孔率、 ガー レー透気度及び孔径は、 表 2に示す通りであった。 この高分子多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 5と同様に してコイン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 2に示した。
〔実施例 9〕
無機フイラ一として硫酸バリウム 〔堺化学社製 「B C」 体積基準平均粒径 1 0 u m、 数基準平均粒径 0 . 、 歪度 1 5 . 1〕 を使用したこと以外は実施 例 1と同様にして、 膜厚 3 3 μ ιη、 空孔率 6 6 %、 ガーレー透気度 4 0秒/ 1 0 0 c cの高分子多孔質膜を得た。 得られた高分子多孔質膜と無機フィラーとして 用いた硫酸バリウムに含有されるハロゲン （C 1 ) と F eを、 前述の定量方法に 従ってそれぞれ定量した結果、 並びに充填剤の配合個数、 膜厚、 空孔率、 ガーレ 一透気度及び孔径は、 表 2に示す通りであった。
この高分子多孔質膜をセパレータとして用いたこと以外は、 実施例 5と同様に してコイン型電池を組み立て、 同様に評価を行って、 結果を表 2に示した。 表 2より明らかなように、 実施例 5〜 9で得られた多孔質膜をセパレータとし て用いたコイン型電池の放電容量は、 4 C、 6 Cいずれの放電速度においても、 CZ 3の場合の 6 8 %以上で、 前記実施例 1〜4と同様に、 良好であった。
また、 実施例 5〜 7と実施例 8及び 9とを対比すると、 ハロゲン元素、 特に塩 素元素と鉄元素という、 特定の不純物含有量を制限することにより、 更に高温で のサイクル特性を改善できることがわかる。
一般に、 ハ口ゲンィオンは金属表面の不動態を溶解して金属酸化物を金属ハ口 ゲン化物へ変える。 金属ハロゲン化物は溶解し易いため腐食が進行する。 よって 塩化物イオンの結果に代表されるように、 ハロゲン濃度が高いと缶ゃ集電体の腐 食が進行してサイクル特性などの電池特性が低下するものと考えられる。
従って、 実施例 1〜3の結果、 及び実施例 5〜 7の結果より、 ハロゲン元素全 般について制限することより、 同様の発明の効果が奏されると考えられる。 本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、 本発明の意図と範囲を離れる ことなく様々な変更おょぴ変形が可能であることは、 当業者にとつて明らかであ る。
なお、 本出願は、 2003年 8月 6日付けで出願された日本特許出願 （特願 2 003— 28 790 3)、 2003年 8月 6日付けで出願された日本特許出願（特 願 2003— 287 904 )に基づいており、その全体が引用により援用される。
<産業上の利用可能性 >
本発明は、 非水系電解液二次電池の性能、 特に、 負荷特性及びその安定性の向 上に有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 熱可塑性樹脂中に、 充填剤を含有する多孔質膜よりなる非水系電解液 二次電池用セパレータであって、 ASTM F 3 16— 86より定められる平均 孔径 d a v e ( im) と最大孔径 d m a x ( im) との比 d a v eZ d ^ xが、 0. 6以 上であることを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
2. 請求の範囲第 1項に記載の非水系電解液二次電池用セパレータにおい て、 平均孔径 d a v eが 0. 03〜5 μπιであることを特徴とする非水系電解液二 次電池用セパレータ。
3. 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の非水系電解液二次電池用セパレ ータにおいて、 空孔率が 30〜70%であることを特徴とする非水系電解液二次 電池用セパレータ。
4 · 請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれかに記載の非水系電解液二次電池 用セパレータにおいて、充填剤の配合量力 S、熱可塑性樹脂 100重量部に対して、
40重量部以上、 300重量部以下であることを特徴とする非水系電解液二次電 池用セパレータ。
5. 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の非水系電解液二次電池 用セパレータにおいて、 熱可塑性樹脂が、 ポリオレフイン樹脂、 フッ素樹脂、 ス チレン系樹脂、 AB S樹脂、 塩化ビュル樹脂、 酢酸ビュル樹脂、 アクリル樹脂、 ポリアミド樹脂、 ァセタール樹脂及びポリカーボネート樹脂からなる群からえら ばれたものであることを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
6. 請求の範囲第 1項〜第 5項のいずれかに記載の非水系電解液二次電池 用セパレータにおいて、 熱可塑性樹脂が、 高密度ポリエチレン及びポリプロピレ ンなる群からえらばれたものであることを特徴とする非水系電解液二次電池用セ パレータ。
7. 請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれかに記載の非水系電解液二次電池 用セパレ一タにおいて、 熱可塑性樹脂が、 重量平均分子量 50万以下であること を特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
8. 請求の範囲第 1項〜第 7項のいずれかに記載の非水系電解液二次電池 用セ レータにおいて、 充填剤の数基準平均粒径が 0. 01〜2 /mであって、 歪度が 0. 5以上であることを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
9. 請求の範囲第 1項〜第 8項のいずれかに記載の非水系電解液二次電池 用セパレータにおいて、 充填剤が、 エチレンカーボネートとェチルメチルカーボ ネートの 3 ： 7 (体積比） の混合非水溶媒に 1Mの濃度で L i PF6 を含む混合 非水溶媒溶液よりなる電解液に、 該電解液 1m l当たり 0. 5 gの比率で前記充 填剤を添加して、 85°C、 72時間保持した後の電解液中のリチウムイオンの濃 度が 0. 75mm0 1 / g以下となる充填剤であることを特徴とする非水系電解 液二次電池用セパレータ。
10. 請求の範囲第 1項〜第 9項のいずれかに記載の非水系電解液二次電 池用セパレータにおいて、 充填剤が、 硫酸バリウム及びアルミナからなる群から 選ばれるものであることを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
1 1. 請求の範囲第 1項〜第 10項のいずれかに記載の非水系電解液二次 電池用セパレータにおいて、充填剤の配合個数が、 1 X 1 011個ノ<：1113以上でぁ ることを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
1 2. 請求の範囲第 1項〜第 1 1項のいずれかに記載の非水系電解液二次 電池用セパレータにおいて、 充填剤が、 脂肪酸又はその金属塩、 ポロシロキサン 及びシラン力ップリング剤からなる群から選ばれるもので表面処理されているこ とを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
1 3 . 請求の範囲第 1項〜第 1 2項のいずれかに記載の非水系電解液二次 電池用セパレータにおいて、 熱可塑性樹脂中に、 分子量 2 0 0以上、 3 0 0 0以 下の低分子量化合物を熱可塑性樹脂 1 0 0重量部に対して 2 0重量部以下で含有 することを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
1 4 . 請求の範囲第 1項〜第 1 3項のいずれかに記載の非水系電解液二次 電池用セパレータにおいて、 セパレータのガーレー透気度が、 2 0秒 Z l 0 0 c c以上、 5 0 0秒 / 1 0 0 c c以下であるであることを特徴とする非水系電解液 二次電池用セパレータ。
1 5 . 請求の範囲第 1項〜第 1 4項のいずれかに記載の非水系電解液二次 電池用セパレータにおいて、 セパレータ中に含有されるハロゲン元素が 1 0 p p m以下で、 且つ、 鉄元素が 1 0 0 p p m以下であることを特徴とする非水系電解 液二次電池用セパレータ。
1 6 . 請求の範囲第 1項〜第 1 5項のいずれかに記載の非水系電解液二次 電池用セパレータにおいて、 セパレータ中に含有される塩素元素が 1 0 p p m以 下であることを特徴とする非水系電解液二次電池用セパレータ。
1 7 . リチウムイオンを吸蔵 '放出可能な正極、 リチウムイオンを吸蔵 . 放出可能な負極、 電解質を非水溶媒中に含有する電解液、 及びセパレータを有す る非水系電解液二次電池において、 セパレータとして、 請求の範囲第 1項〜第 1 6項のいずれかに記載のセパレータを用いたことを特徴とする非水系電解液二次 電池。
1 8 . 請求の範囲第 1 7項に記載の非水系電解液二次電池において、 電解 液の非水系溶媒が、 アルキレンカーボネート、 ジアルキルカーボネート、 環状ェ 一テル、 .鎖状エーテル、 環状カルボン酸エステル、 鎖状カルボン酸エステルから なる群から選ばれるものを含有することを特徴とする非水系電解液二次電池。
1 9 . 請求の範囲第 1 7項又は第 1 8項に記載の非水系電解液二次電池に おいて、 正極の活物質として、 リチウム遷移金属複合酸化物を用いることを特徴 とする非水系電解液二次電池。
2 0 . 請求の範囲第 1 7項〜第 1 9項のいずれかに記載の非水系電解液二 次電池において、 負極の活物質として、 炭素質材料、 金属酸化物材料、 リチウム 金属及びリチウム合金からなる群から選ばれるものを用いることを特徴とする非 水系電 液二次電池。
2 1 . 請求の範囲第 1 7項〜第 2 0項のいずれかに記載の非水系電解液二 次電池において、 放電速度 C / 3における放電容量に対して、 放電速度 6 Cにお ける放電容量が、 6 0 %以上であることを特徴とする非水系電解液二次電池。
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