JP2000223106A - 電池用セパレータおよびそれを用いた電池 - Google Patents

電池用セパレータおよびそれを用いた電池

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JP2000223106A
JP2000223106A JP11022053A JP2205399A JP2000223106A JP 2000223106 A JP2000223106 A JP 2000223106A JP 11022053 A JP11022053 A JP 11022053A JP 2205399 A JP2205399 A JP 2205399A JP 2000223106 A JP2000223106 A JP 2000223106A
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Japan
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battery
battery separator
molecular weight
aqueous electrolyte
weight polyethylene
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JP11022053A
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English (en)
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Akira Otani
彰 大谷
Yoshihiro Uetani
慶裕 植谷
Junichi Moriyama
順一 森山
Takashi Yamamura
隆 山村
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン透過性に優れる非水電解液電池用の電
池用セパレータを提供する。 【解決手段】 超高分子量ポリエチレン製多孔性シート
を用いた電池用セパレータにおいて、JIS L 10
96のフラジール形試験機で測定される通気性を、10
cm/(cm2・s)以上に設定する。この電池用セパ
レータは、超高分子量ポリエチレン粉末を焼結し、これ
をシート状に切削することにより作製できる。超高分子
量ポリエチレンの粘度平均分子量は、50万〜1600
万の範囲が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液電池に
使用する電池用セパレータおよびそれを用いた非水電解
液電池に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム二次電池などの非水電解液電池
は、軽量、高起電力、高エネルギーが得られ、しかも自
己放電が少ないことから、各種電気・電子機器の電源と
して汎用され、また電気自動車の電源としても期待され
ている。
【0003】非水電解液電池に使用される電池用セパレ
ータとしては、ポリオレフィン製多孔性シートが使用さ
れている(例えば、特開平5−25305号公報、特開
平8−64194号公報、特開平6−212006号公
報、特開平8−138644号公報)。
【0004】しかしながら、従来の非水電解液電池用セ
パレータは、イオン透過性に問題があった。特に、電気
自動車に使用される電池に対しては、格段に高い出力が
要求されるため、それに用いる電池用セパレータに対し
てもイオン透過性の向上が求められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、非水電解液電池に使用される電池用セパレータであ
って、イオン透過性に優れる電池用セパレータを提供す
ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の電池用セパレータは、非水電解液電池に使
用される電池用セパレータであって、超高分子量ポリエ
チレン(以下「UHPE」という)製多孔性シートを用
いており、JIS L 1096のフラジール形試機で
測定される通気性が、10cm/(cm2・s)以上で
あるという構成を有する。
【0007】このように、UHPE製多孔性シートを用
いた電池用セパレータにおいて、通気性を前記所定の範
囲に設定すれば、イオン透過性は十分なものとなり、電
気自動車用電池にも十分対応できる。前記通気性の好適
範囲は、10〜50cm/(cm2・s)であり、最適
範囲は10〜30cm/(cm2・s)である。また、
前記UHPEの粘度平均分子量は、50万〜1600万
の範囲が好ましい。
【0008】前記UHPE製多孔性シートは、複数のU
HPE粒子が連結し、前記粒子間の空隙により多孔構造
が形成されているシートであることが好ましい。このよ
うなシートを用いた電池用セパレータは、従来の電池用
セパレータに比べ、孔径が大きくまた耐熱収縮性にも優
れる。耐熱収縮性が優れることにより、電気自動車用電
池のような大出力電池にこの電池用セパレータを用いる
ことにより、高温時の短絡が防止され、安全性が向上す
る。
【0009】つぎに、本発明の電池は、正負両極間に介
在する電池用セパレータとして前記本発明の電池用セパ
レータを用いた非水電解液電池である。前述のように、
本発明の電池用セパレータは、イオン透過性に優れるか
ら、本発明の非水電解液電池は高出力が可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に使用される電池用セパレ
ータは、例えば、次のようにして作製できる。
【0011】まず、UHPE粉末を保形具に充填する。
前記UHPE粉末の平均粒子径は、通常、10〜200
μmの範囲、好ましくは20〜180μmの範囲であ
る。そして、前記UHPE粉末を、その融点以上に加熱
された水蒸気雰囲気中で焼結する。この時、減圧雰囲気
であれば、前記水蒸気が速やかにUHPE粉末中に浸透
し、均一に焼結することができる。そして、この焼結体
を冷却した後、切削などによりシート状に成形すること
により、多孔性シート(電池用セパレータ)が得られ
る。このシートは、複数のUHPE粒子が相互に連結
し、前記粒子間の空隙により多孔構造が形成されてい
る。そして、このシートの孔径は、従来の非水電解液電
池用のセパレータよりはるかに大きく、前述のように、
JIS L 1096のフラジール形試験機で測定され
る通気性が10cm/(cm2・s)以上である。ま
た、このUHPE製多孔性シートは、通常、気孔率25
〜70体積%、厚み25〜100μmである。また、こ
のシートは高温下での収縮が少なく、170℃で10分
間処理後のシート面積(A2)と前記加熱処理前のシー
ト面積(A1)との比(A2/A1)が、通常、A2/
A1≧0.9であり、好ましくはA2/A1≧0.95
である。これに対し、従来の電池用セパレータの前記比
(A2/A1)は、通常、A2/A1≦0.4である。
【0012】本発明にかかるUHPE製多孔性シート
は、前記通気性を確保できることを条件として、UHP
E以外の成分を含んでいてもよい。
【0013】つぎに、本発明の非水電解液電池は、電池
用セパレータとして、前記本発明のセパレータを使用す
る以外は、特に制限はない。本発明の非水電解液電池に
おいて、電池用セパレータ以外の各構成部材としては、
例えば、以下のものが使用できる。
【0014】正極材料としては、例えば、Ti,Mo,
Co,Nb,V,Mn,Cr,Ni,Fe,Pなどの金
属の酸化物、硫化物、セレン化物であって、必要に応じ
Liを含有させたものや、LiMnO4,LiNi
22,LiCoO2,LiCrO2,LiFeO2,Li
VO2などが使用できる。また、ポリピロールやポリア
ニリンのような導電性高分子も好ましい。正極は、これ
らの活物質、必要に応じて配合されるアセチレンブラッ
ク、ケッチェンブラック、黒鉛などの導電性材料や、ポ
リフッ化ビニリデン等の結着剤等を用いてキャステイン
グ等により形成できる。
【0015】負極材料としては、例えば、カーボン、特
に黒鉛系の材料や、Li系、酸化錫などがあげられる。
Li系材料としては、例えば、リチウム金属、リチウム
合金などがあげられる。リチウム合金としては、Li
と、Al,Pb,Sn,IN,Bi,Ag,Ba,C
a,Hg,Pt,Sr,Teなどの金属との2元または
3元以上の合金があげられ、さらに必要に応じ、Si,
Cd,Zn,Laなどを添加したものも使用できる。負
極は、結着剤を使用して形成してもよいが、前記金属の
金属箔をそのまま使用してもよい。
【0016】非水電解液としては、例えば、エステルや
エーテルなどの有機溶剤にリチウム塩を溶解させたもの
が使用できる。有機溶剤としては、例えば、プロピレン
カーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボ
ネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネ
ート、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジメチ
ルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチルラクトン、
1,2−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、酢酸エ
チル、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトニトリ
ル、またはこれらの混合物があげられる。リチウム塩と
しては、例えば、LiPF6,LiBF4,LiI,Li
ClO4,LiCF3SO3,LiAsF6などがあげられ
る。非水電解液中のリチウム塩の濃度は、特に制限され
ず、通常、0.5〜3mol/Lである。
【0017】
【実施例】つぎに、実施例について比較例と併せて説明
する。
【0018】(実施例1)UHPE粉末(粘度平均分子
量440万、融点135℃、平均粒子径35μm(メッ
シュ分級品))2kgを保形具に充填した。この保形具
は、その内周面にポリテトラフルオロエチレン多孔性フ
ィルムが貼着された多数の孔を有する金属製円筒状外型
と、この外型の底部に配置され、これを固定する固定型
とから構成される。この保形具を金属製耐熱耐圧容器
(水蒸気の導入管およびその開閉バルブを備える)に入
れ、真空ポンプにより雰囲気圧を1.3kPaとした。
このとき要した時間は30分間であった。そして、ポン
プを停止後、バルブを開き、水蒸気(温度145℃、圧
力0.4MPa)を導入し、このまま1時間加熱焼結し
た。その後、冷却して、円柱状の多孔質体を得た。得ら
れた多孔質体を切削旋盤によりシート状に切削し、厚み
54μm、気孔率51体積%の電池用セパレータを作製
した。この電池用セパレータのJIS L 1096の
フラジール形試験機で測定される通気性は、14cm3
/(cm2・s)であった。また、この電池用セパレー
タの水銀ポロシメータ法による平均孔径(ユアサアイオ
ニクス株式会社製オートスキャン水銀圧入式細孔分布測
定装置:オートスキャン−33)は、12μmであっ
た。この電池用セパレータを用い、以下のようにして非
水電解液電池を作製し、その放電特性を調べた。この結
果を下記の表1に示す。また、前記電池用セパレータに
ついて、以下に示す方法により、耐熱収縮性を調べた。
この結果を下記の表2に示す。
【0019】正極は、コバルト酸リチウム(活物質)、
ポリフッ化ビニリデン(バインダー)および黒鉛(導電
助剤)を混合し、この混合物をアルミ箔(集電体)上に
塗布して作製した。負極は、黒鉛(活物質)とポリフッ
化ビニリデン(バインダー)を混合し、この混合物を銅
箔(集電体)上に塗布して作製した。電解液は、エチレ
ンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを容量比
1:1で混合し、この混合液に、六フッ化リン酸リチウ
ムを、1.0mol/lの濃度で溶解して調製した。そ
して、前記電池用セパレータ、前記正極、前記負極およ
び前記電解液を用いて密閉式の電池を作製した。この電
池について、最初に0.544mA/cm2で充放電
し、つづいて慣らし充放電として1.36mA/cm2
で8サイクルの充放電を行った後、13.6mA/cm
2の放電試験を行った。電池の充放電は、いずれも25
℃の恒温器内で行った。
【0020】(耐熱収縮性)硝子板上にポリテトラフル
オロエチレン製のシートを置き、その上に面積(A1)
を測定した電池用セパレータを置いた。そして、これを
170℃の乾燥機中に10分間放置した後、取り出して
室温まで冷却し、前記電池用セパレータの面積(A2)
を測定し、面積比(A2/A1)を算出した。
【0021】(比較例1)UHPE(粘度平均分子量2
00万、融点134℃)5重量%、高密度ポリエチレン
粉末(粘度平均分子量20万、融点131℃)10重量
%および溶媒(流動パラフィン、40℃における動粘度
が59cst)85重量%をスラリー状に均一に混合
し、これを二軸押出機にて160℃で混練した。この混
練物を0℃以下に冷却されたロールに挟み、結晶化しつ
つシート状に成形した。この成形物を、縦横4×4倍に
同時延伸し(約115℃)、塩化メチレンを使用して溶
媒を除去して、多孔性シートを得た。この多孔性シート
を120℃で10秒間ヒートセットすることにより、電
池用セパレータを得た。この電池用セパレータは、厚み
44μm、気孔率41体積%、BET平均孔径(比表面
積・細孔分布測定器ASAP2010、島津製作所社
製)0.04μmである。また、この電池用セパレータ
の通気性は、0.1cm3/(cm2・s)以下であっ
た。この電池用セパレータを用い、実施例1と同様にし
て電池を作製してその放電特性を調べた。この結果を、
下記の表1に示す。また、実施例1と同様にして、前記
電池用セパレータの耐熱収縮性を調べた。この結果を下
記の表2に示す。
【0022】
【表1】 放電容量A 放電容量B 容量比 (mA.h) (mA.h) (B/A) 実施例1 5.3 1.1 0.21 比較例1 5.0 0.6 0.12 放電容量A:1.36mA/cm2での放電容量 放電容量B:13.6mA/cm2での放電容量
【0023】
【表2】
【0024】前記表1からわかるように、実施例1のほ
うが比較例1より、放電特性が優れていた。また、前記
表2からわかるように、実施例1の電池用セパレータ
は、比較例1の電池用セパレータに比べて、高温での収
縮が著しく少なかった。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明の電池用セパレー
タは、イオン透過性が高い。したがって、これを用いた
非水電解液電池は、放電特性が優れ、電気自動車用電池
のような高出力が要求される電池に好適に使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森山 順一 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 山村 隆 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日東 電工株式会社内 Fターム(参考) 4F074 AA17 AB01 CA52 CC03X CC12Y CC47 CC62 DA10 DA49 5H021 CC00 EE04 HH00 HH07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超高分子量ポリエチレン製多孔性シート
    を用いた電池用セパレータであって、非水電解液電池に
    使用され、JIS L 1096のフラジール形試験機
    で測定される通気性が、10cm/(cm2・s)以上
    である電池用セパレータ。
  2. 【請求項2】 超高分子量ポリエチレン製多孔性シート
    が、複数の超高分子量ポリエチレン粒子が連結し、前記
    粒子間の空隙により多孔構造が形成されているシートで
    ある請求項1記載の電池用セパレータ。
  3. 【請求項3】 超高分子量ポリエチレンの粘度平均分子
    量が、50万〜1600万の範囲である請求項1または
    2記載の電池用セパレータ。
  4. 【請求項4】 非水電解液電池であって、正負両極間に
    介在する電池用セパレータとして請求項1〜3のいずれ
    か一項に記載の電池用セパレータを用いた電池。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002124237A (ja) * 2000-10-18 2002-04-26 Nitto Denko Corp 電池用セパレータおよびその製造方法
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