JP2022037399A - Manufacturing method for separator for electrochemical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気化学素子用セパレータの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a separator for an electrochemical element.
リチウムイオン二次電池等の電気化学素子は、繰返しの充放電可能な高容量電池として、携帯電話やノートパソコン等の電子機器の高性能化や長時間作動を可能としてきた。最近では、電気化学素子は、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の環境対応車の駆動用バッテリーとして搭載され、さらなる高性能化が期待されている。 Electrochemical elements such as lithium-ion secondary batteries have made it possible to improve the performance of electronic devices such as mobile phones and notebook computers and to operate them for a long time as high-capacity batteries that can be repeatedly charged and discharged. Recently, electrochemical elements have been installed as driving batteries for environment-friendly vehicles such as electric vehicles and hybrid electric vehicles, and further improvement in performance is expected.
電気化学素子を高性能化するため、電気化学素子を構成する各種材料の改良について種々の検討がなされている。当該材料の一つであるセパレータは、正極と負極の間に配置され、正極と負極の短絡防止と電解液を含浸させて電極間のイオン電導を可能にするといった役割がある。上記役割の他にも、高温下での安全性確保の観点から、セパレータには耐熱性が求められる。 In order to improve the performance of electrochemical devices, various studies have been made on the improvement of various materials constituting the electrochemical devices. The separator, which is one of the materials, is arranged between the positive electrode and the negative electrode, and has a role of preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode and impregnating the electrolytic solution to enable ion conduction between the electrodes. In addition to the above roles, the separator is required to have heat resistance from the viewpoint of ensuring safety at high temperatures.
また、電気化学素子を製造する際に、正極と負極との間にセパレータを配置した積層体にドライヒートプレス(セパレータに電解液を含浸させずに行う熱プレス処理)を施す場合があるが、ドライヒートプレスによりセパレータと電極が良好に接着すれば、電池の製造歩留りを向上させることも可能となる。そのため、ドライヒートプレスにより電極と接着する機能(以下、「ドライ接着性」と称することがある。)に優れたセパレータが望まれている。 Further, when manufacturing an electrochemical element, a dry heat press (a hot press treatment performed without impregnating the separator with an electrolytic solution) may be performed on a laminate in which a separator is arranged between a positive electrode and a negative electrode. If the separator and the electrode are well adhered by the dry heat press, it is possible to improve the manufacturing yield of the battery. Therefore, a separator having an excellent function of adhering to an electrode by a dry heat press (hereinafter, may be referred to as "dry adhesiveness") is desired.
さらに、リチウムイオン電池には長寿命化、高容量化、高出力化といった電池特性の向上が期待され続けている。長寿命化には電極とセパレータ間の内部抵抗増加を抑制することが必要である。これを制御する手法として電極とセパレータ間の電流分布を均一化することが挙げられ、セパレータにこの機能を持たせることで、電池の寿命を向上させることが可能となる。 Furthermore, lithium-ion batteries are expected to have improved battery characteristics such as longer life, higher capacity, and higher output. To extend the life, it is necessary to suppress the increase in internal resistance between the electrode and the separator. One method for controlling this is to make the current distribution between the electrode and the separator uniform, and by giving this function to the separator, it is possible to improve the life of the battery.
セパレータは、通常、多孔質膜基材の少なくとも片面に機能層が積層したものであるが、一つの機能層に、耐熱性、ドライ接着性、電流分布の均一化等の複数の機能を付与するのは容易ではない。 The separator is usually one in which a functional layer is laminated on at least one surface of a porous membrane base material, but one functional layer is imparted with a plurality of functions such as heat resistance, dry adhesiveness, and uniform current distribution. Is not easy.
そこで、セパレータに複数の機能層を付与することが提案されている。
例えば、特許文献1では、多孔性基材の少なくとも一面上に有機/無機複合コーティング層を設け、その表面上に接着性高分子粒子を含む平均直径が0.1mm以下であり互いに規則的に隔離されて配置されたドット形状を有するパターンコーティング層を設けることを特徴とする、二次電池用セパレータが開示されている。
Therefore, it has been proposed to add a plurality of functional layers to the separator.
For example, in Patent Document 1, an organic / inorganic composite coating layer is provided on at least one surface of a porous substrate, and the average diameter containing adhesive polymer particles on the surface thereof is 0.1 mm or less and is regularly separated from each other. A separator for a secondary battery is disclosed, which comprises providing a pattern coating layer having a dot shape arranged in a row.
しかしながら、本発明者らの検討によると、特許文献1に記載のような多孔性基材面上に設けた有機/無機複合コーティング層の表面上に、接着性高分子を含むドット形状を有するパターンコーティング層を設ける場合は、セパレータと電極を接合する熱圧着工程にて、セパレータと電極間にドット凹凸形状に起因する軽微な隙間が発生し、内部抵抗の均一性が低下し電池の寿命が損なわれるという問題があった。 However, according to the study by the present inventors, a pattern having a dot shape containing an adhesive polymer on the surface of the organic / inorganic composite coating layer provided on the surface of the porous substrate as described in Patent Document 1. When the coating layer is provided, in the thermocompression bonding process of joining the separator and the electrode, a slight gap is generated between the separator and the electrode due to the uneven shape of the dots, the uniformity of the internal resistance is lowered, and the battery life is impaired. There was a problem of being patented.
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ドライ接着機能層を設けた場合であっても、電池の寿命を損なうことのない電気化学素子用セパレータの製造方法を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and provides a method for manufacturing a separator for an electrochemical element that does not impair the life of a battery even when a dry adhesive functional layer is provided. It is an issue to be solved.
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の製造方法により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies to achieve the above object, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following manufacturing method, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は下記<1>~<8>に関するものである。
<1>ポリオレフィン製多孔質膜基材の少なくとも片面に第1の機能層および第2の機能層を有する電気化学素子用セパレータを製造する方法であって、
前記第1の機能層をコーティングする第1塗工工程と、第1の塗膜層を固定する前に前記第1機能層の表面に前記第2の機能層を形成する第2塗工工程を含み、
前記第2の塗膜層が存在する領域と前記第2の塗膜層が存在しない領域を形成するように塗工して、第2の塗膜層を形成し、
前記第1、第2の塗膜層を同時に固定させる工程を含むことを特徴とする、
電気化学素子用セパレータの製造方法。
<2>前記第1の塗工液と前記第2の塗工液が互いに相溶する<1>に記載の気化学素子用セパレータの製造方法。
<3>前記第1の塗工液と前記第2の塗工液の表面張力の差が20mN/m以上、 40mN/m未満である<1>または<2>に記載の電気化学素子用セパレータの製造方法。
<4>前記第2塗工工程においてスプレーコート方式、ローターダンプニング方式、ダイコート方式、カーテンコート方式またはインクジェット方式を用いる、<1>~<4>のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータの製造方法。
<5>前記第1塗工工程においてグラビヤコート方式、チャンバードクター方式、DMコーター方式を用いる、<1>~<5>のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータの製造方法。
<6>記第1の塗工液が無機粒子を含む、<1>~<6>のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータの製造方法
<7>前記第2の塗工液がフッ素樹脂、アクリル樹脂およびオレフィン樹脂からなる群から選択される少なくとも一つの樹脂を含む、<1>~<7>のいずれかに記載の電気化学素子用セパレータの製造方法。
That is, the present invention relates to the following <1> to <8>.
<1> A method for producing a separator for an electrochemical device having a first functional layer and a second functional layer on at least one surface of a porous film base material made of polyolefin.
A first coating step of coating the first functional layer and a second coating step of forming the second functional layer on the surface of the first functional layer before fixing the first coating film layer. Including,
A second coating film layer is formed by coating so as to form a region in which the second coating film layer is present and a region in which the second coating film layer is not present.
It is characterized by including a step of fixing the first and second coating film layers at the same time.
A method for manufacturing a separator for an electrochemical element.
<2> The method for producing a separator for a thermochemical element according to <1>, wherein the first coating liquid and the second coating liquid are compatible with each other.
<3> The separator for an electrochemical element according to <1> or <2>, wherein the difference in surface tension between the first coating liquid and the second coating liquid is 20 mN / m or more and less than 40 mN / m. Manufacturing method.
<4> The separator for an electrochemical element according to any one of <1> to <4>, which uses a spray coating method, a rotor dampening method, a die coating method, a curtain coating method or an inkjet method in the second coating step. Production method.
<5> The method for manufacturing a separator for an electrochemical element according to any one of <1> to <5>, which uses a gravure coat method, a chamber doctor method, and a DM coater method in the first coating step.
<6> The method for producing a separator for an electrochemical element according to any one of <1> to <6>, wherein the first coating liquid contains inorganic particles. <7> The second coating liquid is a fluororesin. The method for producing a separator for an electrochemical element according to any one of <1> to <7>, which comprises at least one resin selected from the group consisting of an acrylic resin and an olefin resin.
本発明の製造方法によれば、ドライ接着機能層を設けた場合であっても、電池の寿命を損なうことのない電気化学素子用セパレータを提供することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a separator for an electrochemical element that does not impair the life of the battery even when the dry adhesive functional layer is provided.
以下、本発明について詳述するが、これらは望ましい実施態様の一例を示すものであり、本発明はこれらの内容に特定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail, but these are examples of desirable embodiments, and the present invention is not specified in these contents.
本発明の製造方法によって得られる電気化学素子用セパレータ(以下、「本発明のセパレータ」と称することがある。)は、多孔質膜基材の少なくとも片面に第1の機能層および第2の機能層を有する。 The separator for an electrochemical device (hereinafter, may be referred to as "separator of the present invention") obtained by the production method of the present invention has a first functional layer and a second function on at least one surface of a porous membrane substrate. Has a layer.
[多孔質膜基材]
多孔質膜基材としては、内部に空孔を有する多孔膜、不織布、または繊維状物からなる多孔膜シートなどが挙げられる。多孔質膜基材は、電気絶縁性であり、電気的に安定で、電解液にも安定である樹脂から構成されていることが好ましい。
[Porous membrane substrate]
Examples of the porous membrane base material include a porous membrane having pores inside, a non-woven fabric, and a porous membrane sheet made of a fibrous material. The porous membrane substrate is preferably composed of a resin that is electrically insulating, electrically stable, and stable to an electrolytic solution.
また、シャットダウン機能を付与する観点から、用いる樹脂は熱可塑性樹脂が好ましく、融点が200℃以下の熱可塑性樹脂がより好ましい。ここでのシャットダウン機能とは、リチウムイオン電池が異常発熱した場合に、熱で溶融することで多孔構造を閉鎖し、イオン移動を停止させて、発電を停止させる機能のことである。 Further, from the viewpoint of imparting a shutdown function, the resin used is preferably a thermoplastic resin, and more preferably a thermoplastic resin having a melting point of 200 ° C. or lower. The shutdown function here is a function of closing the porous structure by melting with heat when the lithium ion battery heats up abnormally, stopping the ion movement, and stopping the power generation.
熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン系樹脂が挙げられる。多孔質膜基材はポリオレフィン系樹脂を含むことが好ましく、融点が200℃以下であるポリオレフィン系樹脂を含むことがより好ましい。 Examples of the thermoplastic resin include polyolefin resins. The porous membrane base material preferably contains a polyolefin-based resin, and more preferably contains a polyolefin-based resin having a melting point of 200 ° C. or lower.
ポリオレフィン系樹脂としては、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、これらの共重合体、およびこれらを組み合わせた混合物などが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂を含有する多孔質膜基材としては、例えばポリエチレンを90質量%以上含有する単層の多孔質膜基材、ポリエチレンとポリプロピレンからなる多層の多孔質膜基材などが挙げられる。 Specific examples of the polyolefin-based resin include polyethylene, polypropylene, copolymers thereof, and mixtures thereof. Examples of the porous membrane substrate containing a polyolefin resin include a single-layer porous membrane substrate containing 90% by mass or more of polyethylene, a multilayer porous membrane substrate composed of polyethylene and polypropylene, and the like.
多孔質膜基材の製造方法としては、例えばポリオレフィン系樹脂をシートにした後に延伸することで多孔質化する方法やポリオレフィン系樹脂を流動パラフィンなどの溶剤に溶解させてシートにした後に溶剤を抽出することで多孔質化する方法が挙げられる。 As a method for producing a porous film base material, for example, a method of forming a polyolefin resin into a sheet and then stretching it to make it porous, or a method of dissolving a polyolefin resin in a solvent such as liquid paraffin to form a sheet and then extracting the solvent. There is a method of making it porous.
上記方法で得られた多孔質膜基材には、多孔質膜基材と機能層との密着性の観点から表面処理を行ってもよい。 The porous membrane substrate obtained by the above method may be surface-treated from the viewpoint of adhesion between the porous membrane substrate and the functional layer.
多孔質膜基材の厚みは、3~50μmが好ましく、より好ましくは5~30μmである。多孔質膜基材の厚みが50μmより厚くなると多孔質膜基材の内部抵抗が高くなる場合がある。また、多孔質膜基材の厚みが3μmより薄くなると製造が困難になり、また十分な力学特性が得られない場合がある。 The thickness of the porous membrane substrate is preferably 3 to 50 μm, more preferably 5 to 30 μm. If the thickness of the porous membrane substrate is thicker than 50 μm, the internal resistance of the porous membrane substrate may increase. Further, if the thickness of the porous membrane substrate is thinner than 3 μm, it becomes difficult to manufacture, and sufficient mechanical properties may not be obtained.
多孔質膜基材の透気度は、50~1,000秒/100ccであることが好ましく、より好ましくは50~500秒/100ccである。透気度が1,000秒/100ccよりも大きいと、十分なイオン移動性が得られず、電池特性が低下してしまう場合がある。透気度が50秒/100ccよりも小さいと、十分な力学特性が得られない場合がある。 The air permeability of the porous membrane substrate is preferably 50 to 1,000 seconds / 100 cc, more preferably 50 to 500 seconds / 100 cc. If the air permeability is larger than 1,000 seconds / 100 cc, sufficient ion mobility may not be obtained and the battery characteristics may deteriorate. If the air permeability is less than 50 seconds / 100 cc, sufficient mechanical properties may not be obtained.
[第1の機能層]
第1の機能層は、第1塗工工程及び第1膜固定工程を行うことによって得ることができる。
[First functional layer]
The first functional layer can be obtained by performing the first coating step and the first film fixing step.
(第1塗工工程)
第1塗工工程は、第1の塗工液を多孔質膜基材の少なくとも片面に塗工して第1の塗膜層を形成する工程である。
(1st coating process)
The first coating step is a step of applying the first coating liquid to at least one surface of the porous film substrate to form the first coating film layer.
第1の塗工液は、第1の機能層を形成するためのもので、樹脂を含む。
第1の塗工液に含まれる樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、セルロースおよびその誘導体などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The first coating liquid is for forming the first functional layer and contains a resin.
Examples of the resin contained in the first coating liquid include polyamide resin, polyamideimide resin, polyimide resin, polyvinyl alcohol resin, acrylic resin, fluororesin, polyethylene terephthalate, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylensulfide, and polyallylate. , Polyetherimide, polyetheretherketone, cellulose and derivatives thereof and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
また、接着性の観点からは、第1の塗工液に含まれる樹脂としては、フッ素樹脂が好ましく、フッ化ビニリデン単独重合体、フッ化ビニリデン-フッ化オレフィン共重合体、フッ化ビニル単独重合体及びフッ化ビニル-フッ化オレフィン共重合体がより好ましく、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン単位を含む重合体がさらに好ましい。 From the viewpoint of adhesiveness, the resin contained in the first coating liquid is preferably a fluororesin, and is a vinylidene fluoride homopolymer, a vinylidene fluoride-olefin fluorinated copolymer, or a vinyl fluoride single weight. Combines and fluorovinyl-fluoroolefin copolymers are more preferred, and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers and polymers containing vinylidene fluoride units are even more preferred.
芳香族ポリアミド樹脂としては、例えば、メタ配向芳香族ポリアミド樹脂、パラ配向芳香族ポリアミド樹脂が挙げられる。どちらを用いてもよいが、電気化学素子の電池特性や熱収縮率が優れる点からパラ配向芳香族ポリアミド樹脂が好ましい。 Examples of the aromatic polyamide resin include a meta-oriented aromatic polyamide resin and a para-oriented aromatic polyamide resin. Either of them may be used, but a para-oriented aromatic polyamide resin is preferable from the viewpoint of excellent battery characteristics and heat shrinkage of the electrochemical element.
また、第1の塗工液は、耐異物性の観点から、無機粒子を含むことが好ましい。耐異物性とは、正極又は負極からの活物質の脱落物や電気化学素子の製造工程中に混入する異物に対しての耐性のことをいう。 Further, the first coating liquid preferably contains inorganic particles from the viewpoint of foreign matter resistance. Foreign matter resistance refers to resistance to foreign matter that has fallen off from the positive electrode or negative electrode and is mixed in during the manufacturing process of the electrochemical element.
無機粒子としては、例えば、酸化アルミニウム、ベーマイト、シリカ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウムなどの無機酸化物粒子、窒化アルミニウム、窒化硅素などの無機窒化物粒子、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶粒子などが挙げられる。これらの粒子を1種類で用いてもよく、2種類以上を混合して用いてもよい。 Examples of the inorganic particles include inorganic oxide particles such as aluminum oxide, boehmite, silica, titanium oxide, zirconium oxide, iron oxide and magnesium oxide, inorganic nitride particles such as aluminum nitride and silicon nitride, calcium fluoride and fluoride. Examples thereof include sparingly soluble ionic crystal particles such as barium and barium sulfate. These particles may be used alone or in admixture of two or more.
無機粒子の1次平均粒径は、第1の機能層の強度、空隙率の観点から0.10μm~5.0μmであることが好ましく、より好ましくは、0.10μm~2.5μmである。1次平均粒径の下限を0.10μmとすることで、第1の機能層が緻密になり、多孔質膜基材の孔を閉孔させてしまうことで透気度が高くなり電池特性が悪化することを防止できる。また、1次平均粒径の上限を5.0μmとすることで、第1の機能層が不均一な構造となり十分な熱収縮率が得られなくなることを防ぎ、また第1の機能層の膜厚が増大し、電池特性が低下することを防ぐことができる。なお、1次平均粒径は後述する手法にて算出された体積基準積算率が50%のときの粒子径である。 The primary average particle size of the inorganic particles is preferably 0.10 μm to 5.0 μm, more preferably 0.10 μm to 2.5 μm, from the viewpoint of the strength and porosity of the first functional layer. By setting the lower limit of the primary average particle size to 0.10 μm, the first functional layer becomes dense, and the pores of the porous membrane substrate are closed, so that the air permeability is increased and the battery characteristics are improved. It can be prevented from getting worse. Further, by setting the upper limit of the primary average particle size to 5.0 μm, it is possible to prevent the first functional layer from having a non-uniform structure and not being able to obtain a sufficient heat shrinkage rate, and also to prevent the film of the first functional layer from being obtained. It is possible to prevent the thickness from increasing and the battery characteristics from deteriorating. The primary average particle size is the particle size when the volume-based integration rate calculated by the method described later is 50%.
また、第1の機能層の空隙率と強度を両立するためには、1次平均粒径の異なる粒子を2種類以上含むことが好ましく、0.30μm~2.5μmの1次平均粒径の無機粒子と0.10μm以上0.30μm未満の1次平均粒径の無機粒子が含まれていることがより好ましい。 Further, in order to achieve both the porosity and the strength of the first functional layer, it is preferable to contain two or more kinds of particles having different primary average particle sizes, and the primary average particle size is 0.30 μm to 2.5 μm. It is more preferable that the inorganic particles and the inorganic particles having a primary average particle size of 0.10 μm or more and less than 0.30 μm are contained.
用いる無機粒子の形状としては、球状、板状、針状、棒状、楕円状などが挙げられ、いずれの形状であってもよい。その中でも、表面修飾性、分散性、塗工性の観点から球状であることが好ましい。 Examples of the shape of the inorganic particles used include a spherical shape, a plate shape, a needle shape, a rod shape, an elliptical shape, and the like, and any shape may be used. Among them, it is preferable that it is spherical from the viewpoint of surface modifier, dispersibility, and coatability.
第1の塗工液中の無機粒子の含有量は、電池特性の観点から、50~98質量%が好ましく、60~95質量%がより好ましい。 The content of the inorganic particles in the first coating liquid is preferably 50 to 98% by mass, more preferably 60 to 95% by mass, from the viewpoint of battery characteristics.
第1の塗工液には、樹脂と無機粒子以外にも、必要に応じて、分散剤、増粘剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等のその他の成分を添加してもよい。 In addition to the resin and the inorganic particles, other components such as a dispersant, a thickener, a stabilizer, a defoaming agent, and a leveling agent may be added to the first coating liquid, if necessary. ..
第1の塗工液を調製する方法は特に限定はされないが、無機粒子を均一分散し、塗工液中の無機粒子の1次平均粒子径を均一にする観点から、溶媒に樹脂を混合及び溶解させた溶解液(樹脂溶解液)と、溶媒に無機粒子を分散させた分散液(無機粒子分散液)を混合し、さらに必要に応じてその他の添加剤等を添加し、無機粒子分散液中に樹脂溶解液を分散させて塗工液を調製することが好ましい。 The method for preparing the first coating liquid is not particularly limited, but from the viewpoint of uniformly dispersing the inorganic particles and making the primary average particle size of the inorganic particles in the coating liquid uniform, a resin is mixed with the solvent and used. A dissolved solution (resin solution) and a dispersion in which inorganic particles are dispersed in a solvent (inorganic particle dispersion) are mixed, and if necessary, other additives are added to the inorganic particle dispersion. It is preferable to prepare a coating liquid by dispersing the resin dissolution liquid in the coating liquid.
第1の塗工液中の溶媒としては、水、グリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、エチレンカーボネート、フルフリルアルコール、及びメタノール等の極性溶媒を用いることができる。 As the solvent in the first coating liquid, polar solvents such as water, glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, ethylene carbonate, flufuryl alcohol, and methanol can be used.
樹脂溶解液の分散方法としては、特に限定はされないが、耐熱性、電解液の濡れ性の観点から、塗工液中の無機粒子が均一分散し、無機粒子の1次平均粒子径が均一であることが重要であり、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、ロールミルなどを用いて、無機粒子を溶媒に分散したのち、当該溶媒に樹脂溶解液を分散させることが好ましい。 The method for dispersing the resin solution is not particularly limited, but from the viewpoint of heat resistance and wettability of the electrolytic solution, the inorganic particles in the coating liquid are uniformly dispersed, and the primary average particle size of the inorganic particles is uniform. It is important that the particles are dispersed in a solvent using a ball mill, a bead mill, a sand mill, a roll mill, or the like, and then the resin solution is dispersed in the solvent.
特に、塗工液中の無機粒子の1次平均粒子径の均一性の観点からは、ビーズミルを用いて分散することが好ましく、ビーズミルに用いるビーズ径は0.1~1mmが好ましく、使用するビーズの材質は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ジルコニア強化アルミナなどを用いることが好ましい。 In particular, from the viewpoint of uniformity of the primary average particle size of the inorganic particles in the coating liquid, it is preferable to disperse using a bead mill, and the bead diameter used for the bead mill is preferably 0.1 to 1 mm, and the beads to be used. As the material of, it is preferable to use aluminum oxide, zirconium oxide, zirconia-reinforced alumina and the like.
また、分散工程は複数回行うことが好ましく、さらに樹脂を溶媒と混合する際に使用する混合装置の周速は、無機粒子を溶媒に分散する速度より高速でかつ、段階的に高速にすることが、塗工液中の無機粒子の1次平均粒子径の均一性の観点から好ましい。 Further, the dispersion step is preferably performed a plurality of times, and the peripheral speed of the mixing device used when mixing the resin with the solvent is higher than the speed at which the inorganic particles are dispersed in the solvent and is gradually increased. However, it is preferable from the viewpoint of the uniformity of the primary average particle size of the inorganic particles in the coating liquid.
第1の塗工液の固形分濃度は、第1の塗工液を均一に塗工できる濃度であれば特に制限されないが、10~90質量%が好ましく、20~80質量%がさらに好ましい。固形分濃度が10質量%未満では第1の機能層が脆くなる場合がある。また、固形分濃度が80質量%を超えると塗工性が低下する場合がある。 The solid content concentration of the first coating liquid is not particularly limited as long as it can uniformly coat the first coating liquid, but is preferably 10 to 90% by mass, more preferably 20 to 80% by mass. If the solid content concentration is less than 10% by mass, the first functional layer may become brittle. Further, if the solid content concentration exceeds 80% by mass, the coatability may be deteriorated.
第1の塗工液の粘度は、3cP以上、200cP以下であることが好ましく、5cP以上、150cP以下であることがより好ましく、10cP以上、100cP以下であることがさらに好ましい。第1の塗工液の粘度が200cP以下であると、高速塗工が可能であり良好な生産性が得られる。塗工液が低粘度であれば高速塗工に適するため好ましいが、例えば安定な塗膜形成の観点から3cPを下回らないことが好ましい。第1の塗工液の粘度は、第1の塗工液の固形分濃度、有機樹脂と無機粒子の混合比率、有機樹脂の分子量によって制御することができる。 The viscosity of the first coating liquid is preferably 3 cP or more and 200 cP or less, more preferably 5 cP or more and 150 cP or less, and further preferably 10 cP or more and 100 cP or less. When the viscosity of the first coating liquid is 200 cP or less, high-speed coating is possible and good productivity can be obtained. If the coating liquid has a low viscosity, it is suitable for high-speed coating, so it is preferable. However, for example, from the viewpoint of stable coating film formation, it is preferable that the coating liquid does not fall below 3 cP. The viscosity of the first coating liquid can be controlled by the solid content concentration of the first coating liquid, the mixing ratio of the organic resin and the inorganic particles, and the molecular weight of the organic resin.
得られた第1の塗工液を多孔質膜基材の少なくとも片面に塗工する際に用いる塗工方法としては、例えば、ディップコーティング、グラビアコーティング、チャンバードクターコーティング、スリットダイコーティング、ナイフコーティング、コンマコーティング、キスコーティング、ロールコーティング、バーコーティング、吹き付け塗装、浸漬コーティング、スピンコーティング、スクリーン印刷、パット印刷などの方式が挙げられる。これらの中でも、第1の塗膜層の量産性の観点から、グラビアコーティング、チャンバードクターコーティング、スリットダイコーティングが好ましく、第1の塗工液をポリオレフィン製多孔質膜の両面に塗工する場合は、グラビアコーティング、チャンバードクターコーティングが特に好ましい。
上記のようにして、第1塗工工程において第1の塗膜層を形成することができる。
Examples of the coating method used when applying the obtained first coating liquid to at least one surface of the porous membrane substrate include dip coating, gravure coating, chamber doctor coating, slit die coating, and knife coating. Methods such as chamber coating, kiss coating, roll coating, bar coating, spray coating, dip coating, spin coating, screen printing, and pad printing can be mentioned. Among these, gravure coating, chamber doctor coating, and slit die coating are preferable from the viewpoint of mass productivity of the first coating film layer, and when the first coating liquid is applied to both surfaces of the porous polyolefin film. , Gravure coating, chamber doctor coating are particularly preferred.
As described above, the first coating film layer can be formed in the first coating step.
連続的に第1塗工工程を行う場合、多孔質膜基材の搬送速度は例えば5m/分~200m/分の範囲に設定でき、生産性と塗膜の厚みの均一性の点から、塗工方式に応じて適宜設定することができる。 When the first coating step is continuously performed, the transport speed of the porous film substrate can be set in the range of, for example, 5 m / min to 200 m / min, and the coating can be applied from the viewpoint of productivity and uniformity of coating film thickness. It can be set as appropriate according to the construction method.
[第2の機能層]
第2の機能層は、第2塗工工程及び第2膜固定工程を行うことによって得ることができる。
[Second functional layer]
The second functional layer can be obtained by performing the second coating step and the second film fixing step.
(第2塗工工程)
第2塗工工程は、第2の塗工液を第1の塗膜層の少なくとも片面に、第2の塗工液によって形成される第2の塗膜層が存在する領域(以下、「存在領域」「存在面積」と称することがある。)と第2の第2の塗膜層が存在しない領域(以下、「非存在領域」と称することがある。)を形成するように塗工して、第2の塗膜層を形成する工程である。
(Second coating process)
In the second coating step, the second coating film is applied to at least one surface of the first coating film layer, and the area where the second coating film layer formed by the second coating film is present (hereinafter, “existence”). It is coated so as to form a region "" and "existing area") and a region where the second second coating film layer does not exist (hereinafter, may be referred to as "non-existing region"). This is the step of forming the second coating film layer.
第1の塗膜層と第2の塗膜層はそれぞれに異なった機能を有しており、主たる機能としては、第1の塗膜層は耐熱性とイオン透過性、第2の塗膜層は電極との接着性である。第2の塗膜層の非存在領域が形成されることによって、第1の塗膜層が有する耐熱性とイオン透過性、および第2の塗膜層が有する電極との接着性の両方の機能を備えた多孔質層を形成した電気化学素子用セパレータを得ることができる。 The first coating film layer and the second coating film layer have different functions, and the main functions are that the first coating film layer has heat resistance and ion permeability, and the second coating film layer. Is the adhesiveness with the electrode. By forming the non-existent region of the second coating film layer, both the heat resistance and ion permeability of the first coating film layer and the adhesiveness of the second coating film layer with the electrode are functions. It is possible to obtain a separator for an electrochemical element having a porous layer provided with the above.
なお、第2の塗膜層の存在領域及び非存在領域は、以下の方法により判別することができる。すなわち、製造した電気化学素子用セパレータから、0.5cm×0.5cmの小片を切り出し、後述する条件にて、大気暴露下でセパレータ表面SEM-EDXを、場所を変えて10視野測定した。得られたSEM-EDX画像について、画像解析ソフトHALCON(Ver.13.0,MVtec社製)にて読み込みを行い、輪郭強調(微分フィルタ(emphasize、ローパスマスクの幅:3/ローパスマスクの高さ:3/コントラストの強調の強度:0.3)、エッジ強調フィルタ(shock_filter、時間ステップ長:0.5/繰り返し回数:1/エッジ検出のタイプ:canny/エッジ検出の平滑化:1)の順で処理)を行った後、2値化した。2値化について、グレイ値に対する閾値の下限を180、上限を255に設定し、180以上の部分はアルミナが存在する部分とした。さらに、それらアルミナが存在している領域のグレイ値を255、その他の領域のグレイ値を0に置き換え、グレイ値255を持つ連続したピクセル同士を連結し、アルミナが存在する領域面積を抽出後積算し、元画像の合計ピクセル数で除算し、100から減算することによって当該SEM-EDX画像における第2の塗膜層が主成分として含有するフッ素含有樹脂の面積比率を算出する。これらの平均値をとったものを、測定した電気化学素子用セパレータの膜表面全体に対する第2の塗膜層、つまりは第2の機能層の存在面積比率とした。 The existing region and the non-existing region of the second coating film layer can be discriminated by the following method. That is, a small piece of 0.5 cm × 0.5 cm was cut out from the manufactured separator for an electrochemical device, and the separator surface SEM-EDX was measured in 10 fields at different locations under the conditions described later. The obtained SEM-EDX image is read by the image analysis software HALCON (Ver. 13.0, manufactured by MVtec), and the contour is enhanced (differential filter (emphasize, width of low-pass mask: 3 / height of low-pass mask). : 3 / Contrast enhancement intensity: 0.3), Edge enhancement filter (shock_filter, Time step length: 0.5 / Number of repetitions: 1 / Edge detection type: canny / Edge detection smoothing: 1) After processing), binarization was performed. Regarding binarization, the lower limit of the threshold value for the gray value was set to 180 and the upper limit was set to 255, and the portion of 180 or more was defined as the portion where alumina was present. Furthermore, the gray value in the region where the alumina is present is replaced with 255, the gray value in the other regions is replaced with 0, continuous pixels having the gray value 255 are connected to each other, and the region area where the alumina is present is integrated after extraction. Then, the area ratio of the fluorine-containing resin contained in the second coating film layer as the main component in the SEM-EDX image is calculated by dividing by the total number of pixels of the original image and subtracting from 100. The average value of these values was taken as the area ratio of the second coating film layer, that is, the second functional layer, to the entire film surface of the measured electrochemical element separator.
また、本発明では、第2塗工工程は、第1の塗膜層に含まれる溶媒が多孔質膜基材の表面に残った状態で、第1塗工工程と第1膜固定工程との間に行われることを特徴とする。その結果、第1膜固定工程と後述の第2膜固定工程を共通の固定工程として同時に行うことができ、本発明のセパレータの製造コスト及び製造にかかる時間を低減させることができる。加えて、第1の塗膜層に含まれる溶媒が残った状態で第2塗工工程を行うことで、第1の機能層と第2の機能層が界面を介しポリオレフィン製多孔質膜基材上の同一膜表面上に混在して存在する状態を形成することができる。 Further, in the present invention, in the second coating step, the first coating step and the first film fixing step are performed in a state where the solvent contained in the first coating film layer remains on the surface of the porous film substrate. It is characterized by being done in between. As a result, the first film fixing step and the second film fixing step described later can be simultaneously performed as a common fixing step, and the manufacturing cost and the manufacturing time of the separator of the present invention can be reduced. In addition, by performing the second coating step with the solvent contained in the first coating film layer remaining, the first functional layer and the second functional layer are made of a polyolefin porous film substrate via an interface. It is possible to form a state in which they coexist on the same film surface as above.
第2の塗工液は、第2の機能層を形成するためのもので、樹脂を含むことが好ましい。
第2の塗工液に含まれる樹脂としては、例えば、フッ素樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、スチレン-ブタジエン樹脂、架橋ポリスチレン樹脂、メチルメタクリレート-スチレン共重合体、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、カルボキシメチルセルロース樹脂などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The second coating liquid is for forming the second functional layer, and preferably contains a resin.
Examples of the resin contained in the second coating liquid include fluororesins, acrylic resins, olefin resins, styrene-butadiene resins, crosslinked polystyrene resins, methylmethacrylate-styrene copolymers, polyimide resins, melamine resins, and phenol resins. Examples thereof include polyacrylonitrile resin, silicon resin, urethane resin, polycarbonate resin, and carboxymethyl cellulose resin. These may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
これらの中でも、電気的安定性と耐酸化性の観点から、フッ素樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂が好ましく、フッ素樹脂、アクリル樹脂がさらに好ましい。 Among these, fluororesins, acrylic resins and olefin resins are preferable, and fluororesins and acrylic resins are even more preferable, from the viewpoint of electrical stability and oxidation resistance.
フッ素樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレンなどのホモポリマー、エチレン-テトラフルオロエチレンポリマー、エチレン-クロロトリフルオロエチレンポリマーなどのコポリマーが挙げられる。また、ホモポリマーとテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロエチレンなどとのコポリマーなども挙げられる。 Examples of the fluororesin include homopolymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride and polychlorotrifluoroethylene, and copolymers such as ethylene-tetrafluoroethylene polymer and ethylene-chlorotrifluoroethylene polymer. .. Moreover, a copolymer of a homopolymer and tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene and the like can also be mentioned.
これらの中でも、電気的安定性と耐酸化性の観点から、ポリフッ化ビニリデンが好ましく、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体からなる樹脂がより好ましい。 Among these, polyvinylidene fluoride is preferable from the viewpoint of electrical stability and oxidation resistance, and a resin made of a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene is more preferable.
フッ素樹脂の重量平均分子量は、好ましくは5万~200万であり、より好ましくは、10万~150万であり、さらに好ましくは、20万~100万である。フッ素樹脂の重量平均分子量が5万より小さい場合、十分な電極との接着性が得られない場合がある。また、フッ素樹脂の重量平均分子量が200万より大きい場合、粘度上昇によりハンドリング性、塗工性が低くなる場合がある。 The weight average molecular weight of the fluororesin is preferably 50,000 to 2,000,000, more preferably 100,000 to 1,500,000, and even more preferably 200,000 to 1,000,000. If the weight average molecular weight of the fluororesin is less than 50,000, sufficient adhesion to the electrode may not be obtained. Further, when the weight average molecular weight of the fluororesin is larger than 2 million, the handleability and coatability may be lowered due to the increase in viscosity.
アクリル樹脂としては、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。ここで、「(メタ)アクリル」とは、アクリル又はメタクリルを意味する。 Examples of the acrylic resin include poly (meth) acrylic acid and poly (meth) acrylic acid ester. Here, "(meth) acrylic" means acrylic or methacrylic.
ポリ(メタ)アクリル酸の単量体としてはアクリル酸、メタクリル酸が挙げられ、ポリ(メタ)アクリル酸エステルの単量体としてはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレートなどが挙げられる。 Examples of the poly (meth) acrylic acid monomer include acrylic acid and methacrylic acid, and examples of the poly (meth) acrylic acid ester monomer include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, and butyl. Examples include methacrylate.
オレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。 Examples of the olefin resin include polyethylene and polypropylene.
第2の塗工液中の樹脂の含有量は、電池特性の観点から、3~15質量%が好ましく、5~10質量%がより好ましい。 The content of the resin in the second coating liquid is preferably 3 to 15% by mass, more preferably 5 to 10% by mass, from the viewpoint of battery characteristics.
第2の塗工液には、樹脂以外にも、必要に応じて、上述の無機粒子、分散剤、増粘剤、安定化剤、消泡剤、レベリング剤等のその他の成分を添加してもよい。 In addition to the resin, other components such as the above-mentioned inorganic particles, dispersants, thickeners, stabilizers, defoamers, leveling agents, etc. are added to the second coating liquid, if necessary. May be good.
第2の塗工液を調製する方法は特に限定はされないが、溶媒に樹脂を混合及び溶解させた溶解液(樹脂溶解液)に、必要に応じてその他の添加剤等を添加し調製することができる。溶媒としては、第1の塗工液で用いたものと同様のものを用いることができる。 The method for preparing the second coating liquid is not particularly limited, but it is prepared by adding other additives or the like to the dissolution liquid (resin dissolution liquid) in which the resin is mixed and dissolved in the solvent, if necessary. Can be done. As the solvent, the same solvent as that used in the first coating liquid can be used.
第2の塗工液中の溶媒としては、水、グリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、エチレンカーボネート、フルフリルアルコール、アセトン、及びメタノール等の極性溶媒から選ばれる2種類以上の溶媒を用いることができる。 As the solvent in the second coating liquid, two kinds selected from polar solvents such as water, glycerol, ethylene glycol, propylene glycol, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, ethylene carbonate, furfuryl alcohol, acetone, and methanol. The above solvents can be used.
第2の塗工液の表面張力は、存在領域と非存在領域を形成するために、第1の塗工液の表面張力よりも高い表面張力であることが好ましい。第1の塗工液と第2の塗工液の表面張力差は20mN/m以上、40mN/m未満であることが好ましく、25mN/m以上、35mN/m未満であることがより好ましい。第2の塗工液の表面張力は、塗工液の固形分濃度、極性溶媒種の混合比率によって制御することができる。 The surface tension of the second coating liquid is preferably higher than the surface tension of the first coating liquid in order to form the existing region and the non-existing region. The surface tension difference between the first coating liquid and the second coating liquid is preferably 20 mN / m or more and less than 40 mN / m, and more preferably 25 mN / m or more and less than 35 mN / m. The surface tension of the second coating liquid can be controlled by the solid content concentration of the coating liquid and the mixing ratio of the polar solvent species.
第1の塗工液と第2の塗工液の表面張力差が20mN/m以上であると、第1の塗膜層に含まれる溶媒が多孔質膜基材の表面に残った状態で第2塗工工程が行われた際に、第1の塗膜層上において第2の塗膜層が拡散濡れ広がることが抑制される。拡散濡れ広がりが大きくなると、第2の塗膜層に含まれる樹脂の存在領域大きくなりイオン透過性が低下し、電池特性が損なわれる可能性が高くなる。また、拡散濡れ広がりが小さければ、少量の第2の塗工液で目的とするドライ接着機能を発現させることが可能となり、製造コストを低減させることができる。 When the surface tension difference between the first coating liquid and the second coating liquid is 20 mN / m or more, the solvent contained in the first coating film layer remains on the surface of the porous film substrate. When the two coating steps are performed, it is suppressed that the second coating film layer is diffused, wet and spread on the first coating film layer. When the diffusion wet spread becomes large, the region where the resin contained in the second coating film layer exists becomes large, the ion permeability decreases, and there is a high possibility that the battery characteristics are impaired. Further, if the diffusion wet spread is small, the desired dry adhesion function can be exhibited with a small amount of the second coating liquid, and the manufacturing cost can be reduced.
第1の塗工液と第2の塗工液の表面張力差が40mN/m未満であると、第1の塗膜層に含まれる溶媒が多孔質膜基材の表面に残った状態で第2塗工工程が行われた際に、第1の塗膜層上において第2の塗膜層が形成するドライ接着機能層と第1の塗膜層が形成する耐熱層との間に発生する高低差を小さくすることが可能となる。高低差を小さくすることで、電気化学素子用セパレータと電極を接合する熱圧着工程において、電気化学素子用セパレータ表面と電極表面間に第2の機能層由来の凹凸形状に起因する隙間が発生しにくく、内部抵抗が上昇することが抑制され、電池特性が損なわれることを軽減させることができる。 When the surface tension difference between the first coating liquid and the second coating liquid is less than 40 mN / m, the solvent contained in the first coating film layer remains on the surface of the porous film substrate. 2 Generated between the dry adhesive functional layer formed by the second coating film layer and the heat-resistant layer formed by the first coating film layer on the first coating film layer when the coating step is performed. It is possible to reduce the height difference. By reducing the height difference, in the thermocompression bonding process of joining the separator for the electrochemical element and the electrode, a gap due to the uneven shape derived from the second functional layer is generated between the surface of the separator for the electrochemical element and the surface of the electrode. It is difficult, the increase in internal resistance is suppressed, and the deterioration of battery characteristics can be reduced.
よって、第1の塗工液と第2の塗工液の表面張力差が20mN/m以上、40mN/m未満であると、ドライ接着機能を発現させる必要最小量の第2の塗工液を用い、ドライ接着機能を発現させつつ、イオン透過性を損なわない範囲の第2の塗工液に含まれるドライ接着機能を有する樹脂の存在領域を制御することが可能となる。加えて、電気化学素子用セパレータと電極を接合する熱圧着工程において、第2の塗膜層が形成するドライ接着機能層と第1の塗膜層が形成する耐熱層との間の高低差を小さくすることが可能となる。結果、内部抵抗が上昇する原因の1つである電気化学素子用セパレータ表面と電極表面間に発生する隙間を抑制し、ひいては電池特性を損なわない電気化学素子用セパレータを形成することが可能となる。 Therefore, when the surface tension difference between the first coating liquid and the second coating liquid is 20 mN / m or more and less than 40 mN / m, the minimum amount of the second coating liquid required to exhibit the dry adhesive function is used. By using this, it is possible to control the region where the resin having the dry adhesive function contained in the second coating liquid is present within the range that does not impair the ion permeability while exhibiting the dry adhesive function. In addition, in the thermocompression bonding step of joining the separator for an electrochemical element and the electrode, the height difference between the dry adhesive functional layer formed by the second coating film layer and the heat-resistant layer formed by the first coating film layer is determined. It can be made smaller. As a result, it becomes possible to suppress the gap generated between the surface of the separator for an electrochemical element and the surface of the electrode, which is one of the causes of the increase in internal resistance, and to form a separator for an electrochemical element that does not impair the battery characteristics. ..
第2の塗工液の粘度は、存在領域と非存在領域を形成するために、第1の塗工液の粘度よりも低い粘度であることが好ましい。第1の塗工液と第2の塗工液の粘度差は20mPa・s以上が好ましく、15mPa・s以上であることがより好ましい。第2の塗工液の粘度は、塗工液の固形分濃度、樹脂の含有比率、樹脂の分子量によって制御することができる。 The viscosity of the second coating liquid is preferably lower than the viscosity of the first coating liquid in order to form the existing region and the non-existing region. The viscosity difference between the first coating liquid and the second coating liquid is preferably 20 mPa · s or more, and more preferably 15 mPa · s or more. The viscosity of the second coating liquid can be controlled by the solid content concentration of the coating liquid, the content ratio of the resin, and the molecular weight of the resin.
第2の塗工液の固形分濃度は、3~15質量%が好ましく、電池特性の観点から5~10質量%がさらに好ましい。 The solid content concentration of the second coating liquid is preferably 3 to 15% by mass, more preferably 5 to 10% by mass from the viewpoint of battery characteristics.
得られた第2の塗工液を第1の塗膜層の少なくとも片面に塗工する際に用いる塗工方法としては、例えば、スプレーコート、ダイコート、カーテンコート、インクジェット、ローターダンプニングなどの方式が挙げられる。これらの中でも、第1の機能層と前記第2の機能層が混在している構造を形成する観点から、スプレーコート、ローターダンプニング方式が好ましい。 As a coating method used when applying the obtained second coating liquid to at least one surface of the first coating film layer, for example, a method such as spray coating, die coating, curtain coating, inkjet, rotor dampening and the like. Can be mentioned. Among these, the spray coat and rotor dampening methods are preferable from the viewpoint of forming a structure in which the first functional layer and the second functional layer coexist.
存在領域と非存在領域は、例えば、イオン透過性の低下を十分に抑制できるように存在領域と非存在領域の形成ヶ所を予め設定し、設定した存在領域のヶ所に対応する場所に第2の塗工液を噴霧することで形成することができる。 For the existing region and the non-existent region, for example, the formation location of the existing region and the non-existent region is set in advance so that the decrease in ion permeability can be sufficiently suppressed, and the second existing region corresponds to the location of the set existing region. It can be formed by spraying a coating liquid.
多孔質層表層の同一膜表面上に混在して存在する第2の機能層と前記第1の機能層の存在比率は、上述の方法で存在領域及び非存在領域を判別する際に求めることができる。多孔質層表層の膜表面全体に対する第2の機能層の存在面積率は5%以上55%未満であることが好ましく、15%以上40%未満がより好ましい。上記範囲であれば、期待される耐熱性、および電極とのドライ接着性が得られ、また均一にイオンが透過できることから期待される電池特性を得ることが可能となる。 The abundance ratio of the second functional layer and the first functional layer that coexist on the same film surface of the surface layer of the porous layer can be obtained when discriminating the existing region and the non-existing region by the above-mentioned method. can. The abundance area ratio of the second functional layer with respect to the entire film surface of the surface layer of the porous layer is preferably 5% or more and less than 55%, and more preferably 15% or more and less than 40%. Within the above range, the expected heat resistance and dry adhesiveness with the electrode can be obtained, and the expected battery characteristics can be obtained because ions can be uniformly transmitted.
第2塗工工程においてスプレーコート方式を用いる際には、広範囲の粘度の第2の塗工液に対応する観点から、2流体系スプレーノズルを用いることが好ましく、均一塗工の観点から、外部混合方式を用いることが好ましい。スプレーノズルの直径は、3~20mmが好ましく、第2の塗工液の供給安定性の観点から、8~20mmが好ましい。 When the spray coating method is used in the second coating step, it is preferable to use a two-fluid spray nozzle from the viewpoint of dealing with the second coating liquid having a wide range of viscosities, and from the viewpoint of uniform coating, the outside is used. It is preferable to use a mixing method. The diameter of the spray nozzle is preferably 3 to 20 mm, and is preferably 8 to 20 mm from the viewpoint of supply stability of the second coating liquid.
第2の塗工液の塗布量は、5~100mL/m2が好ましく、電池特性の観点から、5~50mL/m2が好ましい。外部混合方式を用いる場合のスプレー角度は、30~70°が好ましく、エア圧力は、0.02~0.1MPaが好ましい。
上記のようにして、第2塗工工程において第2の塗膜層を形成することができる。
The coating amount of the second coating liquid is preferably 5 to 100 mL / m 2 , and preferably 5 to 50 mL / m 2 from the viewpoint of battery characteristics. When the external mixing method is used, the spray angle is preferably 30 to 70 °, and the air pressure is preferably 0.02 to 0.1 MPa.
As described above, the second coating film layer can be formed in the second coating step.
[膜固定工程]
(第1膜固定工程)
第1の機能層は、第1の塗膜層を膜固定して第1の機能層とする第1膜固定工程を行うことによって得ることができる。膜固定とは、第1の塗工液に含まれる溶媒を乾燥によって除去し、第1の機能層を得ることをいう。第1の機能層は、イオン透過性の観点から、多孔質層であることが好ましく、第1膜固定工程によって多孔質層とすることができる。
第1膜固定工程は、塗工液に含まれる溶媒が揮発する手法であれば限定されることなく、温風乾燥、赤外線乾燥、吸引乾燥、真空乾燥、マイクロ波乾燥から選択される少なくとも一つの工程を含むことが好ましい。
[Membrane fixing process]
(First film fixing step)
The first functional layer can be obtained by performing a first film fixing step of fixing the first coating film layer to form the first functional layer. Membrane fixing means removing the solvent contained in the first coating liquid by drying to obtain a first functional layer. The first functional layer is preferably a porous layer from the viewpoint of ion permeability, and can be made into a porous layer by the first membrane fixing step.
The first film fixing step is not limited as long as the solvent contained in the coating liquid volatilizes, and at least one selected from warm air drying, infrared drying, suction drying, vacuum drying, and microwave drying. It is preferable to include a step.
乾燥は、例えば100℃以下の熱風で行うことができる。 Drying can be performed, for example, with hot air of 100 ° C. or lower.
上記のようにして、第1膜固定工程において第1の機能層を形成することができる。
第1の機能層の1層当たりの膜厚と第2の機能層の1層当たりの膜厚の合計膜厚は、好ましくは0.4~5.0μm、より好ましくは1.5~4.0μmである。合計膜厚が1.5μm以上であれば、電極に対する接着性が確保される他、多孔質膜基材が融点以上で溶融収縮することを防ぎ、破膜強度と絶縁性を確保できる。合計膜厚が5.0μm以下であれば、巻き嵩を抑えることができ、電気化学素子の高容量化に適している。
As described above, the first functional layer can be formed in the first film fixing step.
The total film thickness of the first functional layer per layer and the second functional layer per layer is preferably 0.4 to 5.0 μm, more preferably 1.5 to 4. It is 0 μm. When the total film thickness is 1.5 μm or more, the adhesiveness to the electrode is ensured, the porous membrane substrate is prevented from melting and shrinking at the melting point or higher, and the film breaking strength and the insulating property can be ensured. When the total film thickness is 5.0 μm or less, the winding bulk can be suppressed, which is suitable for increasing the capacity of the electrochemical element.
(第2膜固定工程)
第2の機能層は、第2の塗膜層を膜固定して第2の機能層とする第2膜固定工程を行うことによって得ることができる。膜固定とは、第2の塗工液に含まれる溶媒を乾燥によって除去し、第2の機能層を得ることをいう。
(Second film fixing process)
The second functional layer can be obtained by performing a second film fixing step of fixing the second coating film layer to form the second functional layer. Membrane fixing means removing the solvent contained in the second coating liquid by drying to obtain a second functional layer.
第2膜固定工程は、1膜固定工程と同様に、塗工液に含まれる溶媒が揮発する手法であれば限定されることなく、温風乾燥、赤外線乾燥、吸引乾燥、真空乾燥、マイクロ波乾燥から選択される少なくとも一つの工程を含むことが好ましい。第2の機能層は、イオン透過性の観点から、多孔質層であることが好ましく、第2膜塗布および固定工程によって多孔質層とすることができる。 The second film fixing step is not limited as long as the solvent contained in the coating liquid is volatilized, as in the one film fixing step, and is not limited as long as it is hot air drying, infrared drying, suction drying, vacuum drying, and microwave drying. It preferably comprises at least one step selected from drying. The second functional layer is preferably a porous layer from the viewpoint of ion permeability, and can be made into a porous layer by a second film coating and fixing step.
第2膜固定工程と第1膜固定工程は、別々に行ってもよいが、本発明のセパレータにおける第1の機能層と第2の機能層の高低差が生み出すセパレータと電極間の内部抵抗を低減させる目的、および製造コスト及び製造にかかる時間を低減させる観点から、第1膜固定工程と第2膜固定工程を共通の固定工程として同時に行うことが好ましい。 The second film fixing step and the first film fixing step may be performed separately, but the internal resistance between the separator and the electrode created by the height difference between the first functional layer and the second functional layer in the separator of the present invention can be obtained. From the viewpoint of reducing the production cost and reducing the manufacturing cost and the time required for manufacturing, it is preferable to simultaneously perform the first film fixing step and the second film fixing step as a common fixing step.
[電気化学素子用セパレータ]
上記のようにして、多孔質膜基材の少なくとも片面に第1の機能層および第2の機能層を有する電気化学素子用セパレータを製造することができる。
[Separator for electrochemical device]
As described above, a separator for an electrochemical device having a first functional layer and a second functional layer on at least one surface of a porous membrane substrate can be manufactured.
電気化学素子は、電気化学反応を行うあらゆる素子を含み、例えば、一次電池、二次電池、燃料電池、太陽電池、スーパーキャパシタ素子のようなキャパシタ等が挙げられる。本発明のセパレータは、これらの中でも、二次電池に好ましく用いられ、リチウム金属二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等のリチウム二次電池により好ましく用いられる。 The electrochemical element includes all elements that carry out an electrochemical reaction, and examples thereof include a primary battery, a secondary battery, a fuel cell, a solar cell, a capacitor such as a supercapacitor element, and the like. Among these, the separator of the present invention is preferably used for a secondary battery, and is more preferably a lithium secondary battery such as a lithium metal secondary battery, a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, or a lithium ion polymer secondary battery. Used.
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。本実施例で用いた測定法を以下に示す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. The measurement method used in this example is shown below.
[測定方法]
(1)塗工液の表面張力
各実施例及び比較例にて調製した第1の塗工液と前記第2の塗工液の表面張力は、ペンダントドロップ法を利用した表面張力計として、自動接触角計(協和界面科学社製、CA-V型)を用い、液温および測定室温が25℃、相対湿度(RH)65%の環境領域にて測定した。なお、ペンダントドロップ法はドロップが形成されると同時に時間経過で界面張力が低下していく。そのため、ドロップが形成されドロップが安定化するまでの保持時間1秒後の測定値を塗工液の表面張力とした。
[Measuring method]
(1) Surface tension of coating liquid The surface tensions of the first coating liquid and the second coating liquid prepared in each Example and Comparative Example are automatically measured as a tensiometer using the pendant drop method. Using a contact angle meter (CA-V type manufactured by Kyowa Surface Science Co., Ltd.), measurements were taken in an environmental region where the liquid temperature and the measured room temperature were 25 ° C. and the relative humidity (RH) was 65%. In the pendant drop method, the interfacial tension decreases with the passage of time as soon as the drop is formed. Therefore, the measured value after the holding time of 1 second until the drop was formed and the drop was stabilized was taken as the surface tension of the coating liquid.
(2)電極との接着性
活物質が天然黒鉛、バインダーがフッ化ビニリデン樹脂、導電助剤がカーボンブラックの負極25mm×100mmと、電気化学素子用セパレータを、活物質と第2の機能層が接触するように設置し、熱プレス機にて6.0MPa、60℃、1秒間熱プレスを行い、(株)イマダ製のフォースゲージZP5N及びMX2-500N(製品名)を用いて、電極を固定し、セパレータの端部を把持して剥離確度が180度となる剥離方式によって、剥離速度300mm/分にて剥離試験を行い、剥離強度を調べた。このとき、上記の条件で行った長さ60mm分の剥離試験における剥離強度の平均値を剥離強度とした。
電極との接着性を下記4段階にて評価を行った。
(2) Adhesion to electrodes The active material is natural graphite, the binder is vinylidene fluoride resin, the conductive additive is carbon black negative electrode 25 mm x 100 mm, the separator for electrochemical elements is used, and the active material and the second functional layer are. Install so that they are in contact with each other, perform hot pressing at 6.0 MPa, 60 ° C. for 1 second with a hot press machine, and fix the electrodes using Force Gauge ZP5N and MX2-500N (product name) manufactured by Imada Co., Ltd. Then, a peeling test was conducted at a peeling speed of 300 mm / min by a peeling method in which the end portion of the separator was gripped and the peeling accuracy was 180 degrees, and the peeling strength was examined. At this time, the average value of the peel strength in the peel test for a length of 60 mm performed under the above conditions was taken as the peel strength.
The adhesiveness with the electrode was evaluated in the following four stages.
評価基準
S(最良):30N/25mm以上
A(良):20N/25mm以上30N/25mm以上未満
B(可):10N/25mm以上20N/25mm以上未満
C(不可):5N/25mm以上未満
Evaluation criteria S (best): 30N / 25mm or more A (good): 20N / 25mm or more and less than 30N / 25mm B (possible): 10N / 25mm or more and less than 20N / 25mm or more C (impossible): 5N / 25mm or more
(3)サイクル特性
電池作製
正極シートは、正極活物質としてLi(Ni5/10Mn2/10Co3/10)O2を92質量部、正極導電助剤としてアセチレンブラックとグラファイトを2.5質量部ずつ、正極結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部を、プラネタリーミキサーを用いてN-メチル-2-ピロリドン中に分散させた正極スラリーを、アルミ箔上に塗布、乾燥、圧延して作製した(塗布目付:9.5mg/cm2)。
(3) Fabrication of cycle characteristic battery The positive electrode sheet contains 92 parts by mass of Li (Ni 5/10 Mn 2/10 Co 3/10 ) O 2 as the positive electrode active material, and 2.5 parts of acetylene black and graphite as the positive electrode conductive aid. A positive electrode slurry in which 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a positive electrode binder was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone using a planetary mixer was applied, dried and rolled on an aluminum foil. It was prepared (applied grain: 9.5 mg / cm 2 ).
この正極シートを40mm×40mmに切り出した。このとき、活物質層の付いていない集電用のタブ接着部が、前記活物質面の外側に5mm×5mmの大きさになるように切り出した。幅5mm、厚み0.1mmのアルミ製のタブをタブ接着部に超音波溶接した。 This positive electrode sheet was cut out to a size of 40 mm × 40 mm. At this time, the tab adhesive portion for current collection without the active material layer was cut out so as to have a size of 5 mm × 5 mm on the outside of the active material surface. An aluminum tab having a width of 5 mm and a thickness of 0.1 mm was ultrasonically welded to the tab adhesive portion.
負極シートは、負極活物質として天然黒鉛98質量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを1質量部、負極結着剤としてスチレン-ブタジエン共重合体1質量部を、プラネタリーミキサーを用いて水中に分散させた負極スラリーを、銅箔上に塗布、乾燥、圧延して作製した(塗布目付:5.5mg/cm2)。 In the negative electrode sheet, 98 parts by mass of natural graphite as a negative electrode active material, 1 part by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener, and 1 part by mass of a styrene-butadiene copolymer as a negative electrode binder are dispersed in water using a planetary mixer. The negative electrode slurry was coated, dried, and rolled on a copper foil (applied grain: 5.5 mg / cm 2 ).
この負極シートを45mm×45mmに切り出した。この時、活物質層の付いていない集電用のタブ接着部が、前記活物質面の外側に5mm×5mmの大きさになるように切り出した。正極タブと同サイズの銅製のタブをタブ接着部に超音波溶接した。 This negative electrode sheet was cut out to a size of 45 mm × 45 mm. At this time, the tab adhesive portion for current collection without the active material layer was cut out so as to have a size of 5 mm × 5 mm on the outside of the active material surface. A copper tab of the same size as the positive electrode tab was ultrasonically welded to the tab adhesive portion.
次に、電気化学素子用セパレータを55mm×55mmに切り出し、電気化学素子用セパレータの両面に上記正極と負極を活物質層が電気化学素子用セパレータを隔てるように重ね、正極塗布部が全て負極塗布部と対向するように配置して電極群を得た。1枚の90mm×200mmのアルミラミネートフィルムに上記正極・負極・電気化学素子用セパレータを挟み込み、アルミラミネートフィルムの長辺を折り、アルミラミネートフィルムの長辺2辺を熱融着し、袋状とした。 Next, the separator for an electrochemical element is cut out to a size of 55 mm × 55 mm, and the positive electrode and the negative electrode are laminated on both sides of the separator for an electrochemical element so that the active material layer separates the separator for the electrochemical element, and the positive electrode coating portion is entirely coated with the negative electrode. A group of electrodes was obtained by arranging them so as to face each other. The positive electrode / negative electrode / electrochemical element separator is sandwiched between one 90 mm × 200 mm aluminum laminated film, the long sides of the aluminum laminated film are folded, and the two long sides of the aluminum laminated film are heat-sealed to form a bag. did.
ジエチルカーボネート:ジエチルカーボネート=1:1(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1モル/リットルとなるように溶解させ、電解液を作製した。袋状にしたアルミラミネートフィルムに電解液1.5gを注入し、減圧含浸させながらアルミラミネートフィルムの短辺部を熱融着させてラミネート型電池とした。 An electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 as a solute in a mixed solvent of diethyl carbonate: diethyl carbonate = 1: 1 (volume ratio) so as to have a concentration of 1 mol / liter. 1.5 g of an electrolytic solution was injected into a bag-shaped aluminum laminated film, and the short sides of the aluminum laminated film were heat-sealed while impregnated under reduced pressure to form a laminated battery.
作製したラミネート型電池の放電レート特性を下記手順にて試験を行い、放電容量維持率にて評価した。
充電条件が3C、4.25Vの定電流充電、放電条件が3C、2.7Vの定電流放電を500回行った。
The discharge rate characteristics of the manufactured laminated battery were tested by the following procedure and evaluated by the discharge capacity retention rate.
Constant current charging with a charging condition of 3C and 4.25V and constant current discharging with a discharging condition of 3C and 2.7V were performed 500 times.
〈放電容量維持率の算出〉
(500回後の放電容量)/(1回目の放電容量)×100で放電容量維持率を算出した。上記ラミネート型電池を5個作製し、その平均値を放電容量維持率とした。
○(良):放電容量維持率が70%以上、△(可):放電容量維持率が60%以上70%未満、×(不可):放電容量維持率が60%未満で判断した。
<Calculation of discharge capacity maintenance rate>
The discharge capacity retention rate was calculated by (discharge capacity after 500 times) / (discharge capacity of the first time) × 100. Five of the above laminated batteries were produced, and the average value was taken as the discharge capacity retention rate.
◯ (good): Discharge capacity retention rate was 70% or more, Δ (possible): Discharge capacity retention rate was 60% or more and less than 70%, × (impossible): Discharge capacity retention rate was less than 60%.
(4)多孔質層表層の膜表面全体に対する第2の機能層の存在面積率
表面SEM-EDX画像を画像処理することにより測定した。詳細を以下に記載する。
(4) Existence area ratio of the second functional layer with respect to the entire film surface of the surface layer of the porous layer The surface SEM-EDX image was measured by image processing. Details are given below.
〈多孔質層表面SEM-EDX測定〉
電気化学素子用セパレータから0.5cm×0.5cmの小片を切り出し、以下に示す条件にて、大気暴露下でセパレータ表面SEM-EDXを、場所を変えて10視野測定した。
<Measurement of porous layer surface SEM-EDX>
A small piece of 0.5 cm × 0.5 cm was cut out from the separator for an electrochemical element, and the separator surface SEM-EDX was measured in 10 different fields under atmospheric exposure under the conditions shown below.
〈SEM-EDX測定条件〉
・測定装置SEM:日立ハイテクノロジー製電解放出型走査型電子顕微鏡 FE-SEM S-4800、EDX:Bruker AXS製 QUANTAX FLAT QUAD System Xflash 5060FQ
・SEM観察加速電圧:1.5kV
・EDX観察加速電圧:3.5kV
・エミッション電流:10μA
・測定倍率:300倍
・電子線入射角度:0°
・X線取出角度:35°~
・デッドタイム:1%
・マッピング元素:Al
・測定画素数:600×450ピクセル
・測定時間:600sec.
・明るさ:最大輝度に達する画素がなく、明るさの平均値が輝度40%~60%の範囲に入るように輝度及びコントラストを調整
<SEM-EDX measurement conditions>
-Measuring device SEM: Electron emission scanning electron microscope manufactured by Hitachi High Technology FE-SEM S-4800, EDX: QUANTAX FLAT QUAD System Xflash 5060FQ manufactured by Bruker AXS
・ SEM observation acceleration voltage: 1.5kV
・ EDX observation acceleration voltage: 3.5kV
・ Emission current: 10μA
・ Measurement magnification: 300 times ・ Electron beam incident angle: 0 °
・ X-ray extraction angle: 35 ° ~
・ Dead time: 1%
-Mapping element: Al
-Number of measurement pixels: 600 x 450 pixels-Measurement time: 600 sec.
-Brightness: Adjust the brightness and contrast so that there are no pixels that reach the maximum brightness and the average value of the brightness falls within the range of 40% to 60% brightness.
〈画像処理〉
上記で得られたSEM-EDX画像について、画像解析ソフトHALCON(Ver.13.0,MVtec社製)にて読み込みを行い、輪郭強調(微分フィルタ(emphasize、ローパスマスクの幅:3/ローパスマスクの高さ:3/コントラストの強調の強度:0.3)、エッジ強調フィルタ(shock_filter、時間ステップ長:0.5/繰り返し回数:1/エッジ検出のタイプ:canny/エッジ検出の平滑化:1)
の順で処理)を行った後、2値化した。
なお、輪郭強調に用いる微分フィルタの「emphasize」、エッジ強調フィルタの「shock_filter」はHALCONに含まれる画像処理フィルタである。
<Image processing>
The SEM-EDX image obtained above is read by the image analysis software HALCON (Ver. 13.0, manufactured by MVtec), and contour enhancement (differential filter (emphasize, low-pass mask width: 3 / low-pass mask width: 3 / low-pass mask). Height: 3 / Contrast enhancement intensity: 0.3), Edge enhancement filter (shock_filter, Time step length: 0.5 / Number of repetitions: 1 / Edge detection type: canny / Edge detection smoothing: 1)
After performing the processing in the order of), binarization was performed.
The differential filter "emphasize" used for contour enhancement and the edge enhancement filter "shock_filter" are image processing filters included in HALCON.
2値化について、グレイ値に対する閾値の下限を180、上限を255に設定し、180以上の部分はアルミナが存在する部分とした。さらに、それらアルミナが存在している領域のグレイ値を255、その他の領域のグレイ値を0に置き換え、グレイ値255を持つ連続したピクセル同士を連結し、アルミナが存在する領域面積を抽出後積算し、元画像の合計ピクセル数で除算し、100から減算することによって当該SEM-EDX画像における第2の塗膜層が主成分として含有するフッ素含有樹脂の面積比率を算出する。 Regarding binarization, the lower limit of the threshold value for the gray value was set to 180 and the upper limit was set to 255, and the portion of 180 or more was defined as the portion where alumina was present. Furthermore, the gray value in the region where the alumina is present is replaced with 255, the gray value in the other regions is replaced with 0, continuous pixels having the gray value 255 are connected to each other, and the region area where the alumina is present is integrated after extraction. Then, the area ratio of the fluorine-containing resin contained in the second coating film layer as the main component in the SEM-EDX image is calculated by dividing by the total number of pixels of the original image and subtracting from 100.
上記の処理を得られたSEM-EDX画像10枚すべてについて行うことで第2の塗膜層が主成分として含有するフッ素含有樹脂の存在面積比率を各々10個得た。これらの平均値をとったものを、測定した電気化学素子用セパレータの膜表面全体に対する第2の機能層の存在面積比率とした。 By performing the above treatment on all 10 SEM-EDX images obtained, 10 abundant area ratios of fluorine-containing resins contained in the second coating film layer as a main component were obtained. The average value of these values was taken as the ratio of the abundance area of the second functional layer to the entire film surface of the measured electrochemical element separator.
(5)多孔質層の膜厚
ミクロトームにてセパレータからサンプル断面を切り出し、その断面を電界放射型走査電子顕微鏡にて観察して、その観察領域内において、多孔質層内の最も高い点を選択し、多孔質層の底面(ポリエチレン製多孔質膜基材側)から当該最も高い点までの距離を多孔質層の膜厚として計測した。100mm×100mmサイズのサンプルから任意の5ヶ所についてそれぞれ観察、選択、計測し平均した値を多孔質層の膜厚とした。
なお、計測した多孔質層の膜厚は、第1の機能層の1層当たりの膜厚と第2の機能層の1層当たりの膜厚の合計膜厚である。
(5) Thickness of Porous Layer A sample cross section is cut out from the separator with a microtome, the cross section is observed with a field emission scanning electron microscope, and the highest point in the porous layer is selected in the observation region. Then, the distance from the bottom surface of the porous layer (on the side of the porous film substrate made of polyethylene) to the highest point was measured as the film thickness of the porous layer. The film thickness of the porous layer was defined as the average value obtained by observing, selecting, and measuring each of five arbitrary locations from a sample having a size of 100 mm × 100 mm.
The measured film thickness of the porous layer is the total film thickness of the first functional layer per layer and the second functional layer per layer.
(6)透気抵抗度
100mm×100mmサイズの多孔複合フィルム試料3枚からそれぞれ無作為に抽出した一箇所を選び、王研式透気度測定装置(旭精工(株)社製EG01-5-1MR)を用いて、JIS P 8117(2009)に準拠して測定し、その平均値を電気化学素子用セパレータの透気度(秒/100cm3)とした。
(6) Air permeability resistance Select one location randomly selected from each of the three porous composite film samples with a size of 100 mm x 100 mm, and use the Oken type air permeability measuring device (EG01-5, manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.). It was measured according to JIS P 8117 (2009) using 1MR), and the average value was taken as the air permeability (seconds / 100 cm 3 ) of the separator for an electrochemical element.
(7)無機粒子の1次平均粒径
無機粒子の平均粒径は、JISZ8825(2013)に従いレーザー回折式粒度分布測定装置((株)堀場製作所製、LA-960V2)を用い、体積基準積算率が50%のときの粒子径D50(μm)を測定し、得られた値を無機粒子の1次平均粒径とした。
(7) Primary average particle size of inorganic particles The average particle size of inorganic particles is a volume-based integration rate using a laser diffraction type particle size distribution measuring device (LA-960V2, manufactured by Horiba Seisakusho Co., Ltd.) according to JISZ8825 (2013). The particle size D50 (μm) was measured when the particle size was 50%, and the obtained value was taken as the primary average particle size of the inorganic particles.
(実施例1)
第1の機能層の塗工液はVDF-HFP共重合体(HFP単量体成分のモル比7%、重量平均分子量25万)2.6g、VDF-CTFE共重合体(CTFE単量体成分のモル20%比、重量平均分子量25万)0.8を54.0gの純水に添加し、ディスパーで撹拌し溶解させた。ここに、アルミナ(平均粒径0.5μm)41.8g分散材0.8gを添加し、ボールミル法を利用して無機物粉末を破砕及び分散して塗工液(スラリー)を製造した。
(Example 1)
The coating liquid of the first functional layer is 2.6 g of VDF-HFP copolymer (molar ratio of HFP monomer component 7%, weight average molecular weight 250,000), VDF-CTFE copolymer (CTFE monomer component). (20% by molar ratio, weight average molecular weight of 250,000) 0.8 was added to 54.0 g of pure water, and the mixture was stirred with a disper and dissolved. To this, 41.8 g of alumina (average particle size 0.5 μm) and 0.8 g of a dispersant were added, and the inorganic powder was crushed and dispersed by a ball mill method to produce a coating liquid (slurry).
第2の機能層の塗工液は、アクリル樹脂(ダイセルファインケム製 アクリルエマルジョン ガラス転移温度50℃)が10質量%となるように純水、アセトンをそれぞれ98%、2%の割合にて混合調合し、攪拌機で分散して作製した。 The coating liquid for the second functional layer is a mixture of pure water and acetone at a ratio of 98% and 2%, respectively, so that the acrylic resin (Acrylic emulsion glass transition temperature 50 ° C. manufactured by Daicel FineChem) is 10% by mass. Then, it was dispersed and produced with a stirrer.
ポリエチレン多孔質膜基材(厚み5μm、透気度120秒/100cc)の片面に第1の機能層の塗工液をグラビアコートにて塗工した。純水を含んだ状態の第1の機能層の塗工液の表面に、第2の機能層の塗工液を外部混合方式の2流体スプレーノズル(ノズル径:1mm)を使用して、スプレー角度が60°、エア圧力が0.04MPaとなるようにスプレーコートで片面に塗布した。その後、純水、および第2の機能層の塗工液に含まれるアセトンが揮発するまで乾燥することで第1の機能層および第2の機能層を形成し、電気化学素子用セパレータを得た。得られた電気化学素子用セパレータの特性の測定結果を表1に示す。 The coating liquid of the first functional layer was coated on one side of a polyethylene porous membrane substrate (thickness 5 μm, air permeability 120 seconds / 100 cc) with a gravure coat. The coating liquid of the second functional layer is sprayed on the surface of the coating liquid of the first functional layer containing pure water using an external mixing type two-fluid spray nozzle (nozzle diameter: 1 mm). It was applied to one side with a spray coat so that the angle was 60 ° and the air pressure was 0.04 MPa. Then, the pure water and the acetone contained in the coating liquid of the second functional layer were dried until volatilized to form the first functional layer and the second functional layer, and a separator for an electrochemical element was obtained. .. Table 1 shows the measurement results of the characteristics of the obtained separator for an electrochemical device.
(比較例1)
第2の機能層の塗工液調合に用いた純水、アセトンの混合比率をそれぞれ95%、5%の割合とし第2の機能層の塗工液を混合調合した以外は、実施例1と同様に、第1の機能層の塗工液、および第2の機能層の塗工液をグラビアコート、および2流体スプレーノズルを用いて、ポリエチレン多孔質膜基材の片面に塗布し、純水およびアセトンが揮発するまで乾燥することで、第1の機能層および第2の機能層を形成し、電気化学素子用セパレータを得た。得られた電気化学素子用セパレータの特性の測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
Except for the fact that the mixing ratios of pure water and acetone used for preparing the coating liquid for the second functional layer were 95% and 5%, respectively, and the coating liquid for the second functional layer was mixed and mixed, the same as in Example 1. Similarly, the coating liquid of the first functional layer and the coating liquid of the second functional layer are applied to one side of the polyethylene porous film substrate by using a gravure coat and a two-fluid spray nozzle, and pure water is applied. And by drying until the acetone volatilized, a first functional layer and a second functional layer were formed, and a separator for an electrochemical element was obtained. Table 1 shows the measurement results of the characteristics of the obtained separator for an electrochemical device.
(比較例2)
実施例1で得られた第1の機能層の塗工液と第2の機能層の塗工液を2層ダイコートにて、ポリエチレン多孔質膜基材(厚み5μm、透気度120秒/100cc)の片面に塗工した後、純水が揮発するまで乾燥することで第1の機能層と第2の機能層を形成し、電気化学素子用セパレータを得た。得られた電気化学素子用セパレータの特性の測定結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
The coating liquid of the first functional layer and the coating liquid of the second functional layer obtained in Example 1 were subjected to a two-layer die coating to a polyethylene porous membrane substrate (thickness 5 μm, air permeability 120 seconds / 100 cc). ), Then dried until the pure water volatilized to form a first functional layer and a second functional layer, and a separator for an electrochemical element was obtained. Table 1 shows the measurement results of the characteristics of the obtained separator for an electrochemical device.
表1から、実施例1では、電極との接着性と電池の寿命の指針であるサイクル特性が良好である二次電池用セパレータに適した電気化学素子用セパレータが得られることが分かった。
From Table 1, it was found that in Example 1, a separator for an electrochemical element suitable for a separator for a secondary battery having good adhesiveness to an electrode and a good cycle characteristic which is a guideline for battery life can be obtained.
Claims (7)
前記第1の機能層をコーティングする第1塗工工程と、第1の塗膜層を固定する前に前記第1機能層の表面に前記第2の機能層を形成する第2塗工工程を含み、
前記第2の塗膜層が存在する領域と前記第2の塗膜層が存在しない領域を形成するように塗工して、第2の塗膜層を形成し、
前記第1、第2の塗膜層を同時に固定させる工程を含むことを特徴とする、
電気化学素子用セパレータの製造方法。 A method for producing a separator for an electrochemical device having a first functional layer and a second functional layer on at least one surface of a polyolefin porous membrane substrate.
A first coating step of coating the first functional layer and a second coating step of forming the second functional layer on the surface of the first functional layer before fixing the first coating film layer. Including,
A second coating film layer is formed by coating so as to form a region in which the second coating film layer is present and a region in which the second coating film layer is not present.
It is characterized by including a step of fixing the first and second coating film layers at the same time.
A method for manufacturing a separator for an electrochemical element.
The method for producing a separator for an electrochemical element according to any one of claims 1 to 7, wherein the second coating liquid contains at least one resin selected from the group consisting of a fluororesin, an acrylic resin and an olefin resin.
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