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WO2011108235A1 - 電池用セパレータ、それを用いた電池および電池の製造方法 - Google Patents

電池用セパレータ、それを用いた電池および電池の製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2011108235A1
WO2011108235A1 PCT/JP2011/001072 JP2011001072W WO2011108235A1 WO 2011108235 A1 WO2011108235 A1 WO 2011108235A1 JP 2011001072 W JP2011001072 W JP 2011001072W WO 2011108235 A1 WO2011108235 A1 WO 2011108235A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
separator
battery
porous
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2011/001072
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
さお里 谷崎
典博 山本
康司 中桐
靖幸 柴野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to US13/254,296 priority Critical patent/US8652671B2/en
Priority to CN201180001283.6A priority patent/CN102341937B/zh
Priority to JP2011538191A priority patent/JP5340408B2/ja
Publication of WO2011108235A1 publication Critical patent/WO2011108235A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49115—Electric battery cell making including coating or impregnating

Definitions

  • the present invention relates to a battery separator, a battery using the same, and a method for manufacturing the battery, and more particularly to improvement of the separator.
  • a battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed therebetween, and an electrolytic solution.
  • the separator normally has a porous structure because it is required to have a function of electrically insulating the positive and negative electrodes while ensuring ionic conductivity. Further, the separator is required to have a property (hereinafter referred to as “shutdown property”) to soften and clog vacancies when the battery is abnormal as described above, thereby losing ionic conductivity and stopping the battery reaction.
  • shutdown property a property to soften and clog vacancies when the battery is abnormal as described above, thereby losing ionic conductivity and stopping the battery reaction.
  • separators having shutdown properties separators made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene are frequently used.
  • Patent Document 1 pays attention to a separator using a polypropylene having a relatively high melting point and good thermal stability among polyolefins.
  • a separator having a multilayer structure in which an outermost layer is a polypropylene layer and a polyethylene layer is provided inside has been proposed.
  • the wound electrode group is formed by winding a belt-like positive electrode, a belt-like negative electrode, and a pair of separators separating them in a spiral shape using a winding core. Usually, winding is performed such that the ends of the pair of separators are sandwiched between winding cores, and positive electrodes and negative electrodes are alternately interposed between the separators. After winding, the winding core is pulled out by loosening the holding of the separator portion at the start of winding.
  • Patent Document 2 proposes to provide a resin layer containing polyethylene, a fluororesin, or the like having good slipperiness at the winding start portion of the separator.
  • Patent Document 3 proposes to use polypropylene containing 50 ppm or more of calcium stearate as an outer layer of a porous separator having a multilayer structure.
  • Patent Document 1 when polypropylene is used for the outermost layer, the surface slipperiness is low, so that when the electrode group is formed by winding, the winding core cannot be pulled out smoothly. For this reason, the separator is damaged at the winding start portion, deviated in the winding direction of the core, or jumps out of the electrode group starting from the winding start portion. Even if these defects are small, current leakage may occur, resulting in product defects.
  • a separator having a different layer structure only at the winding start portion increases the manufacturing process of the separator or becomes complicated. Further, in order to impart slipperiness only to the winding start portion, it is necessary to accurately align the separators and align the separators with the positive electrode and / or the negative electrode. Therefore, the productivity and yield of the battery are reduced, and the manufacturing cost is increased.
  • One of the objects of the present invention is to improve the slipperiness of the surface of the separator, so that when the wound electrode group is formed, the core is smoothly removed from the electrode group, and the separator is prevented from being damaged or misaligned. Thus, the defect rate such as current leakage is reduced.
  • One aspect of the present invention includes a porous polymer film having a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the first surface has openings distributed in communication with the pores of the porous polymer film.
  • the present invention relates to a battery separator in which the ratio of the total area of holes (that is, the total area of the hole areas) in the first surface is 89% or more and 96% or less.
  • Another aspect of the present invention is an electrode group obtained by spirally winding a first electrode, a second electrode, and a pair of separators separating the first electrode and the second electrode, and non-water An electrolyte, wherein the first electrode and the second electrode each include a strip-shaped current collector and an active material layer attached to the surface of the current collector, and the innermost inner surface of the electrode group has the separator It is related with the battery which is said 1st surface.
  • Still another aspect of the present invention provides: The first electrode including the first active material layer attached to the surface of the first current collector and the first current collector, and the second electrode attached to the surfaces of the second current collector and the second current collector Preparing a second electrode including an active material layer; Preparing a pair of strip-shaped separators, The first electrode, the second electrode, and the separator are separated by a separator between the first electrode and the second electrode, and the end of the separator in the longitudinal direction is sandwiched between the winding cores.
  • the present invention relates to a method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery, including a step of extracting a winding core from an electrode group, and a step of housing the electrode group together with a non-aqueous electrolyte in a battery case.
  • the separator and the core are formed even when the wound electrode group is formed. Can reduce friction. Therefore, the winding core can be smoothly extracted from the electrode group.
  • the battery separator of the present invention includes a porous polymer film having a first surface and a second surface opposite to the first surface. Openings communicating with the pores of the porous polymer film are distributed on the first surface.
  • the ratio of the total area of the holes (opening ratio) in the first surface is 89% or more and 96% or less.
  • the holes communicating with the holes are also distributed on the second surface.
  • the 2nd surface may have such a hole area ratio and may remove
  • the first surface will be mainly described, the second surface may be the same as the first surface.
  • Such a separator can reduce the frictional resistance on the surface (first surface) even if it is formed of a material having inferior slipperiness. Therefore, when forming the wound electrode group, the separator is arranged so that the first surface is in contact with the peripheral surface of the core, that is, the innermost inner surface of the electrode group is the first surface.
  • the winding core can be smoothly extracted from the electrode group after the winding. Therefore, it is possible to effectively suppress the separator from being pulled out or damaged as the winding core is removed. Therefore, current leakage due to separator displacement and damage can be suppressed, and a battery with excellent safety and high reliability can be provided.
  • the first surface is excessive with respect to the roller when the separator is supplied to the winding device using the roller while maintaining the slipperiness with respect to the winding core. It is possible to suppress the occurrence of sliding. For this reason, the separator can be smoothly supplied to the winding device, and the winding deviation of the separator can be effectively prevented during winding.
  • the separator balances the appropriate slipperiness with respect to the core and the appropriate slip resistance (or friction) with respect to the roller on the first surface, and has the appropriate slipperiness required for the production of the electrode group. is doing. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of displacement and damage of the separator when the winding core is extracted from the electrode group, and the occurrence of winding displacement of the separator during winding. As a result, the defective rate of batteries (occurrence rate of defective batteries) can be greatly reduced, and the productivity and yield of the batteries can be improved.
  • the porosity of the separator surface is not uniformly determined based on the porosity of the porous polymer film (for example, the porosity in the region of the predetermined thickness on the first surface side). That is, even if the porosity is the same, the open area ratio varies greatly depending on the shape of the holes, the hole diameter, and / or the hole diameter distribution. Therefore, even if the porosity is the same, the slipperiness of the separator surface varies greatly depending on the state of the separator surface.
  • the aperture ratio on the first surface is less than 89%, the surface slipperiness is insufficient, and when the core is extracted, the separator is pulled out in the winding direction of the core at the winding start portion of the electrode group. Or it may be misaligned or damaged. Also, if the hole area ratio exceeds 96%, the slipperiness of the surface becomes too high, and excessive slip occurs between the roller and the roller that supplies the separator to the winding device, and the separator can be smoothly fed to the winding device. Cannot be supplied. As a result, the winding of the separator occurs during winding.
  • the opening ratio on the first surface is preferably 90% or more, more preferably 91% or more. In such a range, the shift
  • the open area ratio is preferably 95% or less, more preferably 94% or less. In such a range, the slip of the separator with respect to the roller can be more effectively suppressed.
  • the hole area ratio can be calculated by photographing a predetermined region of the first surface using a scanning electron microscope (SEM) and binarizing the obtained image data. Specifically, in the image data, the opening A communicating with the pores of the porous polymer film and the other non-opening region B are separated by binarization processing, and occupy the area of the predetermined region. It can be calculated as a percentage of the ratio of the total area of the aperture A.
  • SEM scanning electron microscope
  • the open area ratio is the production condition of the porous polymer film, for example, the draw ratio (TD / MD ratio) of the film, the draw ratio, the ratio of the draw ratio in biaxial stretching, the temperature of the stretching treatment, the particle size of the pore former, It can be controlled by adjusting the ratio.
  • an unstretched film can be used as the porous polymer film, a stretched film is often used. Therefore, it is advantageous to control the opening ratio by adjusting stretching conditions such as a stretching ratio and a stretching ratio in biaxial stretching. Since the surface state of the separator can be optimized by a simple method such as adjusting the stretching conditions, an increase in cost in separator manufacture can be suppressed.
  • the distribution width of the aperture diameter is small on the first surface.
  • the pore diameter range is preferably 0.8 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, for example. This means that all the aperture diameters of the apertures arbitrarily extracted in the predetermined region of the first surface are in the above range.
  • the opening diameter range is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more, and particularly 3 ⁇ m or more.
  • the pore diameter range is preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 20 ⁇ m or less, and particularly 15 ⁇ m or less. These upper limit numerical values and lower limit numerical values may be arbitrarily combined.
  • the range of the aperture diameter can be controlled by adjusting the production conditions of the above-mentioned porous polymer film, similarly to the aperture ratio.
  • the aperture diameter range can be measured based on an SEM image obtained by photographing a predetermined region of the first surface using an SEM, for example. Specifically, for example, it can be measured by the following method or a method according to this method. First, a photographic image is recorded by selecting a field of view in which 200 or more apertures can be confirmed among SEM fields of view with a resolution of 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m. In the recorded photograph, 200 or more apertures are extracted at random, and each aperture diameter is measured.
  • the number of apertures having an aperture diameter in that range is calculated. Then, a range in which all the extracted apertures are distributed is obtained, and this range is set as the aperture diameter range.
  • the dynamic friction coefficient of the first surface of the porous polymer film is, for example, 0.05 to 0.4, preferably 0.1 to 0.3, and more preferably 0.15 to 0.28.
  • a porous polymer film having a dynamic friction coefficient in such a range is used, the winding core can be extracted more smoothly.
  • the slipperiness of the separator surface does not depend only on the dynamic friction coefficient, but also depends on the aperture ratio and the aperture diameter range described above.
  • the dynamic friction coefficient can be measured by, for example, a method based on JIS K7125.
  • the separator may have an aperture diameter range and / or a dynamic friction coefficient as described above on the second surface of the porous polymer film.
  • the material of the porous polymer film is not particularly limited.
  • the material of the region of the predetermined thickness at least on the first surface side is a synthetic polymer such as olefin resin, acrylic resin, vinyl resin (styrene resin, vinyl chloride resin, etc.), polyamide resin, polyimide resin, polyester resin, silicone resin. May be. These synthetic polymers can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the region of the predetermined thickness on the first surface side means a region from the first surface to the position of the predetermined thickness in the porous polymer film including the first surface.
  • the material of the porous polymer film having a predetermined thickness at least on the first surface side is a polymer having propylene as a structural unit.
  • a polymer having propylene as a structural unit examples include polypropylene, a copolymer of propylene and another copolymerizable monomer. These polymers can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the copolymer may be a random copolymer or a block copolymer. When a polymer containing propylene as a structural unit is used, an appropriate shutdown effect and high thermal stability can be achieved more reliably.
  • copolymerizable monomers include ⁇ -olefins other than propylene such as ethylene, butene and methylpentene; vinyl monomers (aromatic vinyl monomers such as styrene, vinyl cyanide monomers such as acrylonitrile, etc.); (meth) acrylic acid Examples thereof include acrylic monomers such as (meth) acrylic acid esters. These copolymerizable monomers can be used singly or in combination of two or more. Of these copolymerizable monomers, ⁇ -olefins (ethylene, ⁇ -C 4-6 olefins, etc.), particularly ethylene is preferred.
  • (meth) acrylic acid generically refers to acrylic acid and methacrylic acid
  • (meth) acrylic ester generically refers to acrylic acid ester and methacrylic acid ester.
  • the proportion of the other copolymerizable monomer can be selected, for example, from the range of about 0.1 to 40 mol% relative to the copolymer, and may be about 1 to 30 mol%.
  • the porous polymer film may be a single layer film. Further, it may be a multilayer film including a porous layer formed of the exemplified synthetic polymer at least in a region of a predetermined thickness on the first surface side.
  • a preferred porous polymer film is a multilayer film comprising a porous polypropylene layer.
  • the porous polypropylene layer is a porous layer formed of the polymer exemplified above having propylene as a structural unit.
  • the layer structure of the multilayer film is not particularly limited, and may be a two-layer structure, which is a structure of three or more layers including a pair of outermost layers and one or more inner layers interposed therebetween. Also good.
  • the multilayer film may be a multilayer film having only two or three or more porous polypropylene layers different in material composition (type of copolymerizable monomer, copolymerization ratio, etc.) and porosity, etc. It may be a multilayer film having a polypropylene layer and a porous layer formed of another polymer.
  • the layer having the first surface is preferably a porous polypropylene layer. Both the layer having the first surface and the layer having the second surface may be porous polypropylene layers.
  • the multilayer film preferably has a layer structure of 2 to 5 layers, more preferably 2 to 4 layers, especially 2 or 3 layers.
  • examples of the other polymer include olefin resins and fluororesins whose main constituent monomers are ⁇ -olefins other than propylene (such as ethylene and ⁇ -C 4-6 olefins), as well as the synthetic polymers exemplified above. Etc. can be used.
  • the porous layer formed of another polymer preferably has a shutdown property. Therefore, among other polymers, a polymer having a melting point or softening point of, for example, 100 to 200 ° C., preferably 110 to 170 ° C. is preferable.
  • olefin resins particularly polymers containing ethylene units as a base, for example, polyethylene, copolymers containing ethylene units as a base, etc. are preferable.
  • the content of ethylene units in such a polymer is, for example, 70 mol% or more.
  • the copolymer include an ethylene-vinyl acetate copolymer and an ethylene-propylene copolymer containing an ethylene unit as a base (such as a copolymer having an ethylene unit content of 70 to 99.9 mol%).
  • polymers containing ethylene units as bases include, for example, low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), and ultra high molecular weight polyethylene. (Such as polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more).
  • a preferred multilayer film has a porous polypropylene layer and a porous polyethylene layer.
  • a porous polyethylene layer is a porous layer formed with the polymer illustrated above which has ethylene as a structural unit.
  • the film having a two-layer structure preferably includes a porous polypropylene layer and a porous polyethylene layer laminated on this layer.
  • at least one of the inner layers may be a porous polyethylene layer.
  • the porosity of the single layer porous polymer film is, for example, 30 to 80%, preferably 35 to 70%.
  • the porosity of the porous polypropylene layer can be selected from the same range.
  • the porosity of the porous layer formed of another polymer such as a porous polyethylene layer is, for example, 40 to 90%, preferably 45 to 85%.
  • the average pore diameter of the porous layer can be selected from the range of 0.01 to 10 ⁇ m, for example, and preferably 0.05 to 5 ⁇ m.
  • the thickness of the separator is, for example, 5 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or more, and more preferably 12 ⁇ m or more. Further, from the viewpoint of securing battery capacity, the thickness of the separator is, for example, 35 ⁇ m or less, preferably 30 ⁇ m or less, and more preferably 25 ⁇ m or less.
  • the thickness of each layer is adjusted so that the thickness of the multilayer film falls within such a range.
  • the thickness of the predetermined thickness region including the first surface is small.
  • the thickness of such a region is 40% or less, preferably 35% or less, more preferably 30% or less with respect to the thickness of the separator. From the viewpoint of ensuring slipperiness and film formability, the thickness of the region is, for example, 10% or more, preferably 15% or more, and more preferably 20% or more with respect to the thickness of the separator. These upper limit numerical values and lower limit numerical values may be arbitrarily combined.
  • the region corresponds to a porous layer including a first surface, such as a porous polypropylene layer.
  • the thickness of each outermost layer can be selected from the above range, but the total thickness of the inner layers is It is preferably 40% or more, particularly 45% or more or 50% or more with respect to the thickness.
  • the thickness per one polypropylene layer in the multilayer film is, for example, 7 ⁇ m or less, preferably 6 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the region is, for example, 1 ⁇ m or more, preferably 2 ⁇ m or more, and more preferably 3 ⁇ m or more.
  • the porous polymer film can be produced by a conventional method according to the layer structure or material. For example, it can be produced by forming a film by extrusion molding, coating or the like using a constituent polymer and a pore forming agent, and removing the pore forming agent by washing with water. In order to form pores, a nucleating agent (such as a ⁇ crystal nucleating agent) may be used in place of or in combination with the pore forming agent. When the film is formed, stretching may be appropriately performed.
  • the porous polymer film can also be obtained by preparing an unstretched film using a constituent polymer and stretching the unstretched film at low temperature and / or high temperature.
  • the multilayer film may be produced by coextrusion or by using extrusion and coating.
  • a multilayer film may be produced by forming each layer separately, superimposing them, and bonding each layer by a known welding method (such as heat welding).
  • a known welding method such as heat welding
  • the porous polymer film may contain a conventional additive (such as an antioxidant).
  • a conventional additive such as an antioxidant
  • the additive may be contained in any layer.
  • an outermost layer may contain an antioxidant.
  • the oxidation resistance of the separator can be increased.
  • examples of such an antioxidant include at least one selected from the group consisting of a phenolic antioxidant, a phosphoric acid antioxidant, and a sulfur antioxidant. You may use together a phenolic antioxidant, a phosphoric acid type antioxidant, and / or a sulfur type antioxidant. Sulfur-based antioxidants are highly compatible with olefin resins. Therefore, it is preferable to contain antioxidant in the layer containing olefin resin, such as a porous polypropylene layer and a porous polyethylene layer.
  • phenolic antioxidants examples include 2,6-di-t-butyl-p-cresol, 2,6-di-t-butyl-4-ethylphenol, triethylene glycol-bis [3- (3- Examples thereof include hindered phenol compounds such as [t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl) propionate] and n-octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate.
  • sulfur-based antioxidant examples include dilauryl thiodipropionate, distearyl thiodipropionate, and dimyristyl thiodipropionate.
  • phosphoric acid antioxidant tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite is preferable.
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of a cylindrical lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the battery of FIG. 1 includes an electrode group 14 in which a first electrode 5, a second electrode 6, and a pair of separators 7 separating them are wound in a spiral shape.
  • the electrode group 14 is housed in a bottomed cylindrical metal battery case 1 together with a nonaqueous electrolyte (not shown).
  • the first electrode 5 is a positive electrode
  • the second electrode 6 is a negative electrode
  • a positive electrode lead terminal 5 a is electrically connected to the first electrode (positive electrode) 5
  • a negative electrode lead terminal 6 a is electrically connected to the second electrode (negative electrode) 6.
  • the electrode group 14 is housed in the battery case 1 together with the lower insulating plate 9 with the positive electrode lead terminal 5a led out, and the end of the positive electrode lead terminal 5a is welded to the sealing plate 2 by laser welding or the like.
  • the sealing plate 2 includes a positive electrode terminal 12 and a safety mechanism for a PTC element and an explosion-proof valve (not shown).
  • the lower insulating plate 9 is disposed between the bottom surface of the electrode group 14 and the negative electrode lead terminal 6a led out downward from the electrode group 14, and the negative electrode lead terminal 6a is welded to the inner bottom surface of the battery case 1 by resistance welding or the like. Is done.
  • An upper insulating ring (not shown) is placed on the upper surface of the electrode group 14, and an inwardly protruding step 8 is formed on the upper side surface of the battery case 1 above the upper insulating ring. Thereby, the electrode group 14 is held in the battery case 1.
  • a predetermined amount of nonaqueous electrolyte is injected into the battery case 1.
  • the sealing board 2 provided with the gasket 13 in the peripheral part is mounted.
  • a cylindrical lithium ion secondary battery is manufactured by caulking and sealing the opening end of the battery case 1 inward.
  • the end portions (winding start end portions) in the longitudinal direction of the pair of separators 7 are sandwiched by the winding core, and the first surface of one separator is in contact with the circumferential surface of the winding core.
  • the first electrode 5, the second electrode 6, and a pair of separators 7 that separate them are wound, and then the core is removed.
  • the first electrode 5 Prior to the production of the electrode group 14, the first electrode 5 having a strip-shaped first current collector and a first active material layer attached to the surface thereof, and the strip-shaped second current collector and the first electrode attached to the surface thereof.
  • a second electrode 6 including two active material layers is prepared.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the separator 7.
  • the separator 7 interposed between the first electrode (positive electrode) 5 and the second electrode (negative electrode) 6 includes a pair of porous polypropylene layers 7a as outermost layers and an inner layer sandwiched therebetween.
  • 3 is a porous polymer film having a three-layer structure.
  • the porous polymer film has a first surface 7 c facing the positive electrode 5 and a second surface 7 d facing the negative electrode 6. Both the first surface 7c and the second surface 7d are surfaces of the porous polypropylene layer 7a. Therefore, in the first surface 7c and the second surface 7d, the openings communicating with the pores of the porous polymer film are distributed and have the above-described opening ratio.
  • the separator of the present invention Prior to the production of the electrode group, the separator of the present invention is prepared.
  • the order of the step of preparing the separator is not particularly limited, and may be after or before the step of preparing the first electrode and the second electrode. Further, the separator and the first electrode and / or the second electrode may be prepared in parallel.
  • the end portions (winding start end portions) of the pair of separators 7 protrude from the longitudinal end portions of the first electrode 5 and the second electrode 6.
  • the winding start end portion is sandwiched and wound by one or a pair of winding cores, neither the first electrode 5 nor the second electrode 6 is included on the winding axis side of the electrode group, and the pair of separators 7 A portion formed at the winding start end is formed.
  • a portion formed at the winding start end of the separator 7 is shown in FIG.
  • Separator portion 16 includes at least one turn of winding.
  • the winding start end is sandwiched by the core so that the first surface 7c of each of the pair of separators 7 and the core are in contact with each other.
  • the peripheral surface of the winding core is in contact with only the first surface 7c having high slipperiness, and the innermost inner surface of the electrode group becomes the first surface 7c.
  • the winding core is pulled out by loosening the holding of the separator 7. Since the circumferential surface of the winding core is in contact with only the first surface 7c, the winding core can be extracted very smoothly. Therefore, it can suppress effectively that a separator shifts or it is pulled out in the extraction direction of a core. As a result, current leakage can be suppressed and yield reduction can be suppressed.
  • the outermost layer of the porous polymer film shown in FIG. 2 is a porous polypropylene layer, high thermal stability can be obtained and an appropriate shutdown effect can be obtained.
  • the inner layer has the porous polyethylene layer, a more excellent shutdown effect can be obtained.
  • both outermost layers are porous polypropylene layers, the shape of the separator can be maintained even when the inner porous polyethylene layer is softened or melted. Furthermore, when the porous polypropylene layer faces the positive electrode, oxidation of the separator surface can be suppressed.
  • the separator portion formed by winding has a plurality of circumferences, in particular, the stress applied to the separator portion increases, and the frictional resistance between the separator surfaces increases. Even in such a case, by using the separator of the present invention, the core can be extracted from the electrode group without shifting or pulling out the separator.
  • the separator portion is preferably 2 to 6 turns, more preferably 3 to 5 turns.
  • the number of windings of the electrode group depends on the type of the battery, but is, for example, 15 to 40 times, preferably 20 to 35 times.
  • the winding by the winding core may be loosened by slightly rotating the winding core in a direction opposite to the winding direction.
  • the winding core may have one member in which a sandwiching portion (notch or the like) is formed so that the separator can be sandwiched. Further, the winding core may have a pair of members that sandwich the separator. The portion of the core that sandwiches the separator is flattened so that the separator can be held.
  • the material of the core is not particularly limited, and for example, it may be made of metal such as stainless steel or plastic.
  • the surface (particularly the peripheral surface) of the core may be plated if necessary, or may be surface-treated with a coating agent or the like.
  • the separator of the present invention is also useful when an electrode group is produced by using an electrode (positive electrode and / or negative electrode) with a large amount of active material filling or winding with high tension. This is because, in such an electrode group, the close contact between the core and the separator becomes strong, making it difficult to remove the core.
  • the wound electrode group may be a flat electrode group whose end surface perpendicular to the winding axis is oval.
  • the electrode group 14 is subjected to drying prior to or after accommodation in the battery case 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the separator 7.
  • a separator 7 interposed between a first electrode (positive electrode) 5 and a second electrode (negative electrode) 6 has a porous polypropylene layer 7a and a porous polyethylene layer 7b laminated thereon.
  • a porous polymer film having a layer structure is provided.
  • the porous polymer film has a first surface 7 c facing the positive electrode 5 and a second surface 7 d facing the negative electrode 6.
  • the first surface 7c is the surface of the porous polypropylene layer 7a
  • the second surface 7d is the surface of the porous polyethylene layer 7b.
  • the openings communicating with the pores of the porous polymer film are distributed and have the above-described opening ratio.
  • the winding start end is sandwiched between the winding cores so that the first surfaces 7c of each of the pair of separators 7 are in contact with the winding core, and the positive electrode 5, the negative electrode 6, and the pair of separators 7 are wound around the winding core.
  • the electrode group can be formed by turning and then extracting the core.
  • the separator of the present invention can be used for various batteries using a wound electrode group.
  • batteries include lithium primary batteries such as graphite fluoride lithium batteries and manganese dioxide lithium batteries; secondary batteries such as alkaline secondary batteries and lithium ion secondary batteries.
  • lithium primary batteries such as graphite fluoride lithium batteries and manganese dioxide lithium batteries
  • secondary batteries such as alkaline secondary batteries and lithium ion secondary batteries.
  • the first electrode may be either a positive electrode or a negative electrode.
  • the second electrode is an electrode having a polarity opposite to that of the first electrode.
  • the positive electrode has at least a positive electrode active material layer.
  • the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer attached to the surface of the positive electrode current collector.
  • the positive electrode has a strip shape.
  • the positive electrode includes a strip-shaped positive electrode current collector and a positive electrode active material layer attached to the surface of the positive electrode current collector.
  • a conventional metal foil or the like can be used depending on the type of battery.
  • aluminum or an alloy thereof is preferable from the viewpoints of workability and practical strength.
  • the positive electrode active material layer may contain a conductive agent, a binder, a thickener and the like in addition to the positive electrode active material.
  • a conventional active material can be used depending on the type of battery.
  • a lithium-containing transition metal compound that accepts lithium ions as a guest can be used in a lithium ion secondary battery.
  • a lithium-containing transition metal compound that accepts lithium ions as a guest can be used in a lithium ion secondary battery.
  • a lithium-containing transition metal compound that accepts lithium ions as a guest can be used.
  • LiCo x Ni (1-x) O 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), LiCo y M 1-y O 2 (0.6 ⁇ y ⁇ 1), LiNi z M 1-z O 2 (0.6 ⁇ Examples include oxides such as z ⁇ 1), LiCrO 2 , ⁇ LiFeO 2 , and LiVO 2 .
  • M is at least one element selected from the group consisting of Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Cr, Pb, Sb, and B (particularly, , Mg and / or Al).
  • a positive electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the binder is not particularly limited as long as it can be dissolved or dispersed in the dispersion medium by kneading and has little influence on the battery characteristics.
  • the binder include fluororesins, rubbers, acrylic polymers or vinyl polymers (such as homopolymers or copolymers of monomers such as acrylic monomers such as methyl acrylate and acrylonitrile, vinyl monomers such as vinyl acetate).
  • the fluororesin include polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and propylene hexafluoride, and polytetrafluoroethylene.
  • Examples of rubbers include acrylic rubber, modified acrylonitrile rubber, and styrene butadiene rubber. You may use a binder individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the binder may be used in the form of a dispersion dispersed in a dispersion medium.
  • Examples of the conductive agent include acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black and other carbon blacks; various graphites such as natural graphite and artificial graphite; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers Can be used.
  • Examples of the thickener include ethylene-vinyl alcohol copolymers, cellulose derivatives (carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, etc.) and the like.
  • the dispersion medium is not particularly limited as long as the binder can be dissolved or dispersed, and either an organic solvent or water (including warm water) can be used depending on the affinity of the binder for the dispersion medium.
  • Organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone; ethers such as tetrahydrofuran; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone; amides such as N, N-dimethylformamide and dimethylacetamide; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; tetramethylurea and the like Can be illustrated. You may use a dispersion medium individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the positive electrode active material layer is prepared as a positive electrode active material, and if necessary, a slurry-like mixture in which a binder, a conductive agent and / or a thickener are kneaded together with a dispersion medium. It can form by making it adhere to a base material.
  • the positive electrode active material layer can be formed by applying the mixture to the surface of the positive electrode current collector or the substrate by a known coating method, drying, and rolling if necessary. Part of the positive electrode current collector is formed with a portion where the surface of the current collector is exposed without forming the positive electrode active material layer, and the positive electrode lead is welded to the exposed portion.
  • the positive electrode is preferably superior in flexibility.
  • the positive electrode active material layer can be formed on one side or both sides of the positive electrode current collector (or base material).
  • the thickness of the positive electrode is, for example, 70 to 250 ⁇ m, preferably 100 to 200 ⁇ m.
  • the negative electrode has at least a negative electrode active material layer.
  • the negative electrode may have a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer attached to the surface.
  • the negative electrode may be strip-shaped.
  • the negative electrode includes a strip-shaped negative electrode current collector and a negative electrode active material layer attached to the surface of the negative electrode current collector.
  • a conventional metal foil can be used depending on the type of battery.
  • a copper foil, a copper alloy foil, and the like are preferable from the viewpoints of workability and practical strength.
  • the current collector may be a rolled foil, an electrolytic foil, or the like.
  • the current collector may be a perforated foil, an expanded material, a lath material, or the like.
  • the negative electrode active material layer may contain a conductive agent, a binder, a thickener and the like in addition to the negative electrode active material.
  • a conventional active material can be used depending on the type of battery.
  • a material having a graphite type crystal structure capable of reversibly occluding and releasing lithium ions such as natural graphite, spherical or fibrous artificial graphite, non-graphitizable carbon (hard carbon) Examples thereof include carbon materials such as graphitizable carbon (soft carbon).
  • a carbon material having a graphite-type crystal structure in which a lattice spacing (002) interval (d002) is 0.3350 to 0.3400 nm is preferable.
  • silicon; silicon-containing compounds such as silicon oxide and silicide; lithium alloys including at least one selected from the group consisting of tin, aluminum, zinc, and magnesium, and various alloy composition materials can also be used.
  • binder conductive agent, thickener, and dispersion medium, those exemplified for the positive electrode can be used.
  • the negative electrode active material layer can be formed by a known method.
  • the negative electrode active material layer may be formed by depositing the negative electrode active material on the current collector surface by a vapor phase method such as vacuum deposition, sputtering, or ion plating. Good.
  • a slurry-like mixture containing a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive agent may be formed by the same method as that for the positive electrode active material layer.
  • the negative electrode is preferably superior in flexibility.
  • the negative electrode active material layer may be formed on one side of the negative electrode current collector or on both sides.
  • the thickness of the negative electrode is, for example, 100 to 250 ⁇ m, preferably 110 to 210 ⁇ m.
  • a conventional liquid or solid electrolyte can be used depending on the type of battery.
  • the liquid electrolyte contains a solvent and salts dissolved therein.
  • the liquid electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte depending on the type of battery.
  • a non-aqueous electrolyte is used in a lithium primary battery or a lithium ion secondary battery.
  • the nonaqueous electrolyte is prepared by dissolving a lithium salt in a nonaqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate; lactones such as ⁇ -butyrolactone; 1,2-dichloroethane Halogenated alkanes such as; alkoxyalkanes such as 1,2-dimethoxyethane; ketones such as 4-methyl-2-pentanone; ethers such as 1,4-dioxane and tetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile; sulfolane, 3-methyl- Examples include sulfolane; dimethylformamide; dimethyl sulfoxide; and alkyl phosphates such as trimethyl phosphate.
  • lithium salts having a strong electron-withdrawing property such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ). 2 and LiC (SO 2 CF 3 ) 3 .
  • a lithium salt can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte is, for example, 0.5 to 1.5M.
  • the electrolyte may contain conventional additives as appropriate.
  • vinylene carbonate, cyclohexylbenzene, and modified products thereof may be used to form a good film on the positive and negative electrodes.
  • an additive that acts when the lithium ion secondary battery is overcharged for example, terphenyl, cyclohexylbenzene, diphenyl ether, or the like may be used. You may use an additive individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the ratio of these additives is not particularly limited, but is, for example, about 0.05 to 10% by weight of the whole nonaqueous electrolyte.
  • the material and shape of the battery case can be selected according to the type of battery.
  • the battery case is usually made of metal.
  • the battery case material is preferably an aluminum alloy containing a trace amount of a metal such as manganese or copper, or a steel plate with an inexpensive nickel plating.
  • the shape of the battery case may be a cylindrical shape, a square shape, or the like depending on the shape of the electrode group.
  • the separator of the present invention is suitable for, for example, a 18650 type high capacity cylindrical lithium ion secondary battery.
  • the nominal capacity of this 18650 type battery is 1800 mA or more, preferably 2000 mA or more.
  • Example 1 A cylindrical lithium ion secondary battery (battery A) provided with the wound electrode group shown in FIG. 1 was produced.
  • This battery is a 18650 type having a diameter of 18.1 mm and a height of 65.0 mm, and has a nominal capacity of 2600 mAh.
  • As the battery case 1 a metal case (diameter 17.8 mm, total height 64.8 mm) obtained by press-molding a nickel-plated steel plate (thickness 0.20 mm) was used.
  • the non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio 2: 1) to a concentration of 1.0 M, and cyclohexylbenzene at a concentration of 0.5 wt%. It was prepared by adding as follows.
  • the wound electrode group was produced as described in (1) to (4) below.
  • porous polypropylene films Two porous polypropylene films were prepared, a porous polyethylene film (porosity 38%, thickness 10 ⁇ m) was sandwiched between these films, and heat-welded to obtain a laminated film.
  • the obtained laminated film was further cut into a size of 61 mm in width to obtain a long hoop of the separator 7.
  • the dynamic friction coefficient on the surface of the obtained separator was 0.27.
  • the aperture ratio, the aperture diameter range, and the dynamic friction coefficient on the surface of the porous polypropylene film were measured as follows.
  • the surface of the separator (the surface of the porous polypropylene film layer) was photographed using a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • the predetermined area (0.12 mm ⁇ 0.12 mm)
  • the obtained image data was binarized, and the opening A on the separator surface and the other non-opening area B were separated. Based on the obtained data, the ratio of the total area of the apertures A to the area of the predetermined region was calculated as a percentage.
  • a predetermined area on the separator surface (the surface of the porous polypropylene film layer) was photographed using an SEM, and the pore diameter range was determined by the above-described method based on the obtained SEM image.
  • the dynamic friction coefficient on the surface of the separator 7 was measured by a method based on JIS K7125.
  • the positive electrode lead terminal 5a made of aluminum was ultrasonically welded to the exposed portion of the aluminum foil to which the mixture was not applied.
  • an insulating tape made of polypropylene resin was attached so as to cover the positive electrode lead terminal 5a.
  • the negative electrode lead terminal 6a made of nickel was resistance-welded to the exposed portion of the copper foil to which the mixture was not applied.
  • an insulating tape made of polypropylene resin was attached so as to cover the negative electrode lead terminal 6a.
  • electrode group 14 The positive electrode 5 and the negative electrode 6, and the separator 7 which isolates these were wound in the shape of a spiral, and the electrode group 14 was comprised. The end of the separator in the longitudinal direction was projected 35 to 40 mm from the ends of the positive electrode 5 and the negative electrode 6. At the time of winding, the end of the protruding separator is sandwiched between winding cores (material: SUS), and the winding is wound around the winding core using the winding core as the separator is fed out by a roller. 14 was formed. After winding, the other end of the separator was cut, the clamping by the winding core was loosened, and the winding core was extracted from the electrode group.
  • winding cores material: SUS
  • a separator portion 16 composed only of a separator in which a positive electrode and a negative electrode are not interposed between the separators was used.
  • the length of the separator was 820 to 850 mm. 300 electrode groups 14 were produced and used for producing a lithium ion secondary battery.
  • Example 2 and Comparative Example 1 On the surface of the porous polypropylene film, a separator having a three-layer structure was produced in the same manner as in Example 1 except that the pore ratio and the pore diameter range were changed to the values shown in Table 1. 300 electrode groups were produced for each example in the same manner as in Example 1 except that the obtained separator was used. Batteries B to L were produced using the remaining electrode groups, excluding the electrode groups in which the separators were not properly fed by the rollers during winding, and the windings were misaligned due to poor winding of the separators. In Table 1, the number of electrode groups that had a winding failure in 300 electrode groups was shown as “winding defect”.
  • the open area ratio and open hole diameter range were adjusted by adjusting the stretching conditions of the porous polypropylene film.
  • the thickness of each separator 7 was 20 ⁇ m.
  • Batteries G to L are all comparative examples.
  • the separator surface did not slide excessively with respect to the roller, and no winding failure was observed. That is, in the separator of the example, the surface has a moderate slipperiness with respect to the winding core and a moderate slip resistance with respect to the roller, and has a proper slipperiness required for the production of the electrode group. I can say that.
  • the batteries G to I of the comparative examples had a separator surface with an opening rate of 85%, and the incidence of leakage failure was large. This is presumably because the coefficient of friction increased because the porosity of the separator surface was small, and the separator could not be smoothly extracted from the electrode group after winding.
  • the battery in which current leakage was confirmed was disassembled and the separator part 16 at the start of winding was visually observed. As a result, the separator part 16 was displaced or damaged in the direction of pulling out the winding core. From this result, it is considered that current leaked at the winding start portion.
  • the porosity of the separator surface is 98%, and the coefficient of friction is small. Therefore, although the incidence of leakage failure is relatively low, the constituent elements of the electrode group ( Separation of the separator, the positive electrode and / or the negative electrode) occurred, and the incidence of winding failure was significantly increased.
  • the reason for the increase in the occurrence of winding failure is that the slipperiness of the separator surface is excessively high and slippage occurs between the roller and the separator surface, and the separator is not smoothly fed out by the roller. It is considered that the separator was not smoothly wound up.
  • the surface condition of the separator has a great influence on the pullability of the winding core and the winding property of the electrode group, and becomes a cause of failure of the winding electrode group. Therefore, by controlling the surface state of the separator, it is possible to reduce the incidence of manufacturing defects of electrode groups and batteries.
  • it is important to control the surface state of the separator and in the above-described embodiment, an example using a separator having a three-layer structure is shown. Similar results can be obtained for the separator having the above multilayer structure.
  • the cylindrical lithium ion secondary battery is used.
  • various types of batteries having a wound electrode group for example, a square battery, other primary batteries, alkaline storage batteries, etc. The same effect can be obtained with a secondary battery.
  • the battery separator of the present invention is useful for use in a battery (for example, a lithium ion secondary battery) provided with a wound electrode group.

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Abstract

　電池用セパレータは、第１表面および前記第１表面の反対側の第２表面を有する多孔質ポリマーフィルムを含み、第１表面には、多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布しており、第１表面に占める、開孔の合計面積の割合が、８９％以上で、かつ９６％以下である。開孔径範囲は、０．８μｍ以上で、かつ４０μｍ以下であってよい。多孔質ポリマーフィルムの少なくとも第１表面側の所定厚さの領域は、ポリプロピレン、およびプロピレンと他の共重合性モノマーとの共重合体からなる群より選択された少なくとも一種を含むのがよい。

Description

電池用セパレータ、それを用いた電池および電池の製造方法
　本発明は、電池用セパレータ、それを用いた電池および電池の製造方法に関し、特に、セパレータの改良に関する。
　リチウムイオン二次電池に代表される、高容量の、またはエネルギー密度が大きい電池は、様々な用途において需要が高まっている。しかし、このような電池に、過剰の電流が流れると、電池温度が著しく上昇することがある。このような異常時の安全性の向上を目指した電池の開発が進められている。
　一般に、電池は、正極と、負極と、これらの間に介在するセパレータと、電解液とを具備する。セパレータは、通常時に、イオン伝導性を確保しながら、正負極間を電気的に絶縁させる機能が求められるため、多孔質構造を有する。また、セパレータには、上記のような電池の異常時に、軟化して空孔を目詰まりさせることにより、イオン伝導性を消失させ、電池反応を停止させる性質（以下、シャットダウン性と称す）が求められることもある。シャットダウン性を有するセパレータとしては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン製のセパレータが多用されている。
　しかし、シャットダウン後も、電池温度が上昇した場合には、セパレータが溶融するメルトダウンが生じ、結果として、正負極間で短絡が起こる。そのため、シャットダウン性と、耐メルトダウン性とのバランスに優れたセパレータを用いることが望ましい。そこで、特許文献１は、ポリオレフィンの中でも、融点が比較的高く、良好な熱安定性を有するポリプロピレンを用いたセパレータに注目している。例えば、最外層がポリプロピレン層で、内部にポリエチレン層を有する多層構造のセパレータが提案されている。
　また、電池のさらなる高容量化に伴い、巻回式電極群を用いた電池が汎用されている。巻回式電極群は、帯状の正極と帯状の負極と、これらの間を隔離する一対のセパレータとを、巻芯を用いて渦巻状に巻回することにより形成される。通常、一対のセパレータの端部を巻芯で挟持し、セパレータの間に、正極および負極が交互に介在するように、巻回が行われる。巻回後、巻芯は、巻き始めのセパレータ部分の挟持を緩めて、抜き取られる。
　しかし、セパレータ表面の滑り性が低いと、セパレータ表面と巻芯との間の摩擦が大きくなり、巻芯を抜き取る際に、セパレータが巻芯とともに電極群から引き出されたり、セパレータが損傷したりする。また、セパレータのズレや損傷は、電流のリークを伴う製品不良につながる。
　セパレータのズレを抑制するため、特許文献２は、セパレータの巻回開始部分に滑り性のよい、ポリエチレンやフッ素樹脂などを含む樹脂層を設けることを提案している。また、特許文献３は、多層構造を有する多孔質セパレータの外層に、ステアリン酸カルシウムを５０ｐｐｍ以上含有するポリプロピレンを用いることを提案している。
特開２００２－２４６０００号公報 特開２００８－１０８４９２号公報 特開２００３－１５７８２４号公報
　しかし、特許文献１のように、最外層にポリプロピレンを用いると、表面の滑り性が低いため、巻回により電極群を形成する場合には、巻芯をスムーズに抜き取ることができない。そのため、セパレータが、巻き始め部分において損傷したり、巻芯の抜き取り方向にズレたり、巻き始め部分を起点に電極群から飛び出したりする。これらの不具合は、その程度が小さくても、電流のリークを生じ、製品不良を招く場合がある。
　また、特許文献２のような、巻き始め部分のみ層構造の異なるセパレータは、セパレータの製造工程が増加したり、煩雑になったりする。また、巻き始め部分にのみ滑り性を付与するため、セパレータ同士の位置合わせ、並びにセパレータと正極および／または負極との位置合わせを、正確に行う必要がある。そのため、電池の生産性および歩留まりが低下し、製造コストが上昇する。
　特許文献３のように、少量のステアリン酸カルシウムを添加しただけでは、巻回した電極群からの、巻芯の抜き取り性を十分に改善することは困難である。また、滑り性を高めるためにステアリン酸カルシウムの含有量を多くすると、フィルム成形性が低下し、セパレータの機能を損なう場合がある。また、巻回の際には、セパレータは、ローラを用いて、巻回装置に供給される。しかし、セパレータ表面の滑り性が高くなりすぎると、ローラとセパレータ表面との間で滑りが生じ、ローラによるセパレータの送り出しをスムーズに行うことができなくなる。その結果、巻回がスムーズに行われずに、セパレータがズレた状態で巻回される巻きズレが起こる。従って、この場合にも、電池の生産性および歩留まりが低下する。
　本発明の目的の１つは、セパレータの表面の滑り性を向上させることにより、巻回式電極群を形成する場合に、巻芯を電極群からスムーズに抜き取り、セパレータの損傷やズレなどを抑制して、電流のリークなどの不良率を低減することにある。
　本発明の一局面は、第１表面および第１表面と反対側の第２表面を有する多孔質ポリマーフィルムを含み、第１表面には、多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布しており、第１表面に占める、開孔の合計面積（すなわち、開孔領域の面積の総和）の割合が、８９％以上で、かつ９６％以下である、電池用セパレータに関する。
　本発明の他の一局面は、第１電極と、第２電極と、第１電極および第２電極の間を隔離する一対の上記セパレータとを、渦巻状に巻回した電極群、ならびに非水電解質を備え、第１電極および第２電極が、それぞれ、帯状の集電体と前記集電体の表面に付着した活物質層とを含み、電極群の最内周の内面が、前記セパレータの前記第１表面である、電池に関する。
　本発明のさらに他の一局面は、
　帯状の第１集電体および第１集電体の表面に付着した第１活物質層を含む第１電極と、帯状の第２集電体および第２集電体の表面に付着した第２活物質層を含む第２電極とを準備する工程、
　一対の帯状の上記セパレータを準備する工程、
　第１電極と、第２電極と、セパレータとを、第１電極および第２電極の間をセパレータで隔離して、かつセパレータの長手方向における端部を巻芯で挟持するとともに、一方のセパレータの前記第１表面を巻芯の周面に当接させた状態で、渦巻状に巻回して電極群を形成する工程、
　巻芯を電極群から抜き取る工程、並びに
　電極群を、非水電解質とともに電池ケースに収容する工程を含む、非水電解質二次電池の製造方法に関する。
　本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
　本発明によれば、多孔質ポリマーフィルムの一方の表面において、空孔に連通する開孔の合計面積の割合が大きいため、巻回式電極群を形成する場合であっても、セパレータと巻芯との摩擦を低減できる。よって、巻芯を電極群からスムーズに抜き取ることができる。
本発明の電池の一例を示す一部切り欠き斜視図である。 本発明の一実施形態における三層構造のセパレータと、正極および負極との配置を示す断面模式図である。 本発明の一実施形態における二層構造のセパレータと、正極および負極との配置を示す断面模式図である。
　（セパレータ）
　本発明の電池用セパレータは、第１表面および第１表面と反対側の第２表面を有する多孔質ポリマーフィルムを含む。第１表面には、多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布している。第１表面に占める、開孔の合計面積の割合（開孔率）は、８９％以上で、かつ９６％以下である。通常、第２表面にも、第１表面と同様に、空孔に連通する開孔が分布している。また、第２表面は、このような開孔率を有していてもよく、上記範囲を外れていてもよい。
　以下、第１表面について主に説明するが、第２表面も、第１表面と同じであってもよい。
　このようなセパレータは、例え、滑り性に劣る材料で形成される場合であっても、表面（第１表面）での摩擦抵抗を小さくすることができる。そのため、巻回式電極群を形成する場合、第１表面が巻芯の周面に当接するように、つまり、電極群の最内周の内面が第１表面となるように、セパレータを配置して巻回することにより、巻回後に、電極群から巻芯をスムーズに抜き取ることができる。そのため、巻芯の抜き取りに伴って、セパレータが引き出されたり、損傷したりすることを有効に抑制できる。よって、セパレータのズレや損傷に伴う電流のリークを抑制することができ、安全性に優れ、信頼性の高い電池を提供できる。
　また、開孔率が上記の範囲である場合、第１表面は、巻芯に対する滑り性を保持しながらも、ローラを用いて巻回装置にセパレータを供給する際には、ローラに対して過度の滑りが生じるのを抑制できる。そのため、セパレータを巻回装置にスムーズに供給することができるとともに、巻回の際に、セパレータの巻きズレを有効に防止できる。
　このように、セパレータは、第１表面において、巻芯に対する適度な滑り性と、ローラに対する適度な耐滑り性（または摩擦）とがバランスされ、電極群の作製に求められる適度な滑り性を有している。そのため、電極群から巻芯を抜き取る際に、セパレータのズレや損傷が生じたり、巻回の際にセパレータの巻きズレが生じたりするのを抑制できる。その結果、電池の不良率（不良電池の発生率）を大幅に低減でき、電池の生産性や歩留まりを向上できる。
　セパレータ表面の開孔率は、多孔質ポリマーフィルムの空隙率（例えば、第１表面側の所定厚さの領域における空隙率）に基づいて一律に決定されるものではない。つまり、空隙率が同じであっても、空孔の形状、空孔径および／または空孔径分布などに依存して、開孔率は大きく異なる。従って、空隙率が同じでも、セパレータ表面の滑り性は、セパレータ表面の状態によって、大きく異なる。
　第１表面における開孔率が８９％未満では、表面の滑り性が不十分であり、巻芯を抜き取る際に、電極群の巻き始め部分において、セパレータが、巻芯の抜き取り方向に引き出されたりもしくはズレたりし、または損傷したりする。また、開孔率が、９６％を超えると、表面の滑り性が高くなり過ぎて、セパレータを巻回装置に供給するローラとの間に過度の滑りが生じて、セパレータを巻回装置にスムーズに供給できなくなる。その結果、巻回の際に、セパレータの巻きズレが生じる。
　第１表面における開孔率は、好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９１％以上である。このような範囲では、巻芯の抜き取りに伴うセパレータのズレや損傷をより有効に抑制できる。また、開孔率は、好ましくは９５％以下、さらに好ましくは９４％以下である。このような範囲では、セパレータのローラに対する滑りをより有効に抑制できる。これらの上限の数値と下限の数値とは任意に組み合わせてもよい。
　開孔率は、第１表面の所定領域を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、得られた画像データを、二値化処理することにより、算出することができる。具体的には、画像データにおいて、多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔Ａと、これ以外の非開孔領域Ｂとを、二値化処理により分別し、所定領域の面積に占める、開孔Ａの合計面積の割合の百分率として算出できる。
　開孔率は、多孔質ポリマーフィルムの作製条件、例えば、フィルムのドロー比（ＴＤ／ＭＤ比）、延伸倍率、２軸延伸における延伸倍率の比、延伸処理の温度、造孔剤の粒径や割合などを調節することにより制御できる。多孔質ポリマーフィルムとしては、未延伸フィルムを用いることもできるが、延伸フィルムを用いる場合が多い。そのため、開孔率は、延伸倍率や２軸延伸における延伸倍率比などの延伸条件を調節することにより、制御するのが有利である。延伸条件を調節するなどの簡便な方法により、セパレータの表面状態を最適化できるため、セパレータ製造におけるコストの増加を抑制できる。
　第１表面において、開孔径の分布幅は小さいことが好ましい。例えば、開孔径範囲は、例えば、０．８μｍ以上で、かつ４０μｍ以下であることが好ましい。これは、第１表面の所定領域において任意抽出した開孔の全ての開孔径が、上記の範囲にあることを意味する。
　第１表面において、開孔径の分布幅（つまり、開孔径範囲）が小さくなると、非開孔領域の分布も均一となり、これにより、一部の表面に大きな非開孔領域が形成されることをより有効に防止でき、電極群から、巻芯をよりスムーズに抜き取ることができる。開孔径範囲は、好ましくは１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上、特に３μｍ以上である。上記開孔径範囲は、好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下、特に１５μｍ以下である。これらの上限の数値と下限の数値とは任意に組み合わせてもよい。開孔径範囲は、上記開孔率と同様に、前述の多孔質ポリマーフィルムの作製条件などを調節することにより制御できる。
　開孔径範囲は、例えば、第１表面の所定領域を、ＳＥＭを用いて撮影し、得られたＳＥＭ像に基づいて計測できる。具体的には、例えば、次のような方法またはこれに準じる方法で計測することができる。まず、分解能０．５μｍ～５μｍにおけるＳＥＭ視野のうち、開孔が２００個以上確認できる視野を選んで写真画像を記録する。記録した写真において、無作為に２００個またはそれ以上の開孔を抽出し、各開孔径を計測する。そして、０．５μｍ未満、０．５μｍ以上かつ１μｍ未満、１μｍ以上かつ３μｍ未満、３μｍ以上かつ１０μｍ未満、１０μｍ以上かつ１５μｍ未満、１５μｍ以上かつ３０μｍ未満、３０μｍ以上かつ４５μｍ未満、４５μｍ以上かつ６０μｍ未満、および６０μｍ以上の開孔径の範囲に分類し、各範囲について、その範囲の開孔径を有する開孔の個数を算出する。そして、抽出した全ての開孔が分布する範囲を求め、この範囲を開孔径範囲とする。
　多孔質ポリマーフィルムの第１表面の動摩擦係数は、例えば、０．０５～０．４、好ましくは０．１～０．３、さらに好ましくは０．１５～０．２８である。このような範囲の動摩擦係数を有する多孔質ポリマーフィルムを用いる場合、よりスムーズに巻芯を抜き取ることができる。ただし、セパレータ表面の滑り性は、動摩擦係数だけに依存するのではなく、上記の開孔率や開孔径範囲にも依存する。動摩擦係数は、例えば、ＪＩＳ　Ｋ７１２５に準拠した方法により測定できる。
　なお、セパレータは、第１表面に加え、多孔質ポリマーフィルムの第２表面においても、上記のような開孔径範囲および／または動摩擦係数を有していてもよい。
　多孔質ポリマーフィルムの材質は、特に制限されない。少なくとも第１表面側の所定厚さの領域の材質は、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、ビニル樹脂（スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂など）、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの合成ポリマーであってもよい。これらの合成ポリマーは、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。第１表面側の所定厚さの領域とは、第１表面を含み、多孔質ポリマーフィルムにおける、第１表面から所定厚さの位置までの領域を意味する。
　好ましい態様において、多孔質ポリマーフィルムの、少なくとも第１表面側の所定厚さの領域の材質は、プロピレンを構成単位として有するポリマーである。このようなポリマーとしては、例えば、ポリプロピレン、プロピレンと他の共重合性モノマーとの共重合体が例示できる。これらのポリマーは、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。共重合体は、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーのいずれであってもよい。プロピレンを構成単位として含むポリマーを用いると、適切なシャットダウン効果と高い熱安定性とをより確実に達成することができる。
　他の共重合性モノマーとしては、エチレン、ブテン、メチルペンテンなどのプロピレン以外のα－オレフィン；ビニルモノマー（スチレンなどの芳香族ビニルモノマー、アクリロニトリルなどのシアン化ビニルモノマーなど）；（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリル酸エステルなどのアクリルモノマーなどが例示できる。これらの共重合性モノマーは、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。これらの共重合性モノマーのうち、通常、α－オレフィン（エチレン、α－Ｃ4-6オレフィンなど）、特にエチレンが好ましい。なお、本明細書中、「（メタ）アクリル酸」は、アクリル酸およびメタクリル酸を総称し、「（メタ）アクリル酸エステル」は、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルを総称する。他の共重合性モノマーの割合は、共重合体に対して、例えば、０．１～４０ｍｏｌ％程度の範囲から選択でき、１～３０ｍｏｌ％程度であってもよい。
　多孔質ポリマーフィルムは、単層フィルムであってもよい。また、少なくとも第１表面側の所定厚さの領域において、前記例示の合成ポリマーで形成された多孔質層を含む多層フィルムであってもよい。
　好ましい多孔質ポリマーフィルムは、多孔質ポリプロピレン層を含む多層フィルムである。多孔質ポリプロピレン層とは、プロピレンを構成単位として有する上記で例示したポリマーで形成された多孔質層である。
　多層フィルムの層構造は、特に制限されず、二層構造であってもよく、一対の最外層と、これらの間に介在する１または２以上の内層とを含む三層以上の構造であってもよい。多層フィルムは、材料の組成（共重合性モノマーの種類、共重合比など）や空隙率などの異なる二層または三層以上の多孔質ポリプロピレン層のみを有する多層フィルムであってもよく、多孔質ポリプロピレン層と、他のポリマーで形成された多孔質層とを有する多層フィルムであってもよい。多層フィルムでは、第１表面を有する層が、多孔質ポリプロピレン層であるのが好ましい。第１表面を有する層および第２表面を有する層の双方が、多孔質ポリプロピレン層であってもよい。多層フィルムは、好ましくは２～５層、さらに好ましくは２～４層、特に２または３層の層構造を有する。
　多層フィルムにおいて、上記他のポリマーとしては、例えば、主たる構成モノマーがプロピレン以外のα－オレフィン（エチレン、α－Ｃ4-6オレフィンなど）であるオレフィン樹脂やフッ素樹脂の他、前記例示の合成ポリマーなどが使用できる。他のポリマーで形成された多孔質層は、シャットダウン性を有するのが好ましい。そのため、他のポリマーのうち、融点または軟化点が、例えば、１００～２００℃、好ましくは１１０～１７０℃であるポリマーが好ましい。
　シャットダウン性およびセパレータの性能などの観点から、上記他のポリマーのうち、オレフィン樹脂、特に、エチレン単位をベースとして含むポリマー、例えば、ポリエチレン、エチレン単位をベースとして含む共重合体などが好ましい。このようなポリマーのエチレン単位の含有量は、例えば、７０ｍｏｌ％以上である。共重合体としては、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン単位をベースとして含むエチレン－プロピレン共重合体（エチレン単位の含有量が７０～９９．９ｍｏｌ％の共重合体など）などが例示できる。エチレン単位をベースとして含むポリマーの具体例としては、例えば、低密度ポリエチレン（LDPE）、直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）、中密度ポリエチレン（MDPE）、高密度ポリエチレン（HDPE）、超高分子量ポリエチレン（重量平均分子量が１００万以上のポリエチレンなど）などが例示できる。
　好ましい多層フィルムは、多孔質ポリプロピレン層と、多孔質ポリエチレン層とを有している。多孔質ポリエチレン層とは、エチレンを構成単位として有する上記で例示したポリマーで形成された多孔質層である。具体的に、二層構造のフィルムとしては、多孔質ポリプロピレン層と、この層に積層された多孔質ポリエチレン層とを含むものが好ましい。また、三層以上の多層フィルムでは、内層の少なくとも１つが、多孔質ポリエチレン層であってもよい。また、一対の最外層として、多孔質ポリプロピレン層と多孔質ポリエチレン層とを組み合わせてもよい。
　単層の多孔質ポリマーフィルムの空隙率は、例えば、３０～８０％、好ましくは３５～７０％である。多孔質ポリプロピレン層の空隙率も、同様の範囲から選択できる。
　また、多孔質ポリエチレン層などの他のポリマーで形成された多孔質層の空隙率は、例えば、４０～９０％、好ましくは４５～８５％である。また、この多孔質層の平均孔径は、例えば、０．０１～１０μｍの範囲から選択でき、好ましくは０．０５～５μｍである。
　短絡抑制と、機械的強度などの観点から、セパレータの厚みは、例えば、５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１２μｍ以上である。また、電池容量確保などの観点から、セパレータの前記厚みは、例えば、３５μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下である。セパレータが多層フィルムの場合、多層フィルムの厚みがこのような範囲となるように、各層の厚みを調整する。これらの厚みの下限の数値と上限の数値とは、任意に組み合わせてもよい。
　本発明のセパレータでは、第１表面の開孔率が高いため、十分なシャットダウン効果を得るためには、第１表面を含む所定厚みの領域の厚みが小さい方が有利である。このような領域の厚みは、セパレータの厚みに対して４０％以下、好ましくは３５％以下、さらに好ましくは３０％以下である。滑り性確保やフィルム成形性などの観点から、上記領域の厚みは、セパレータの厚みに対して、例えば、１０％以上、好ましくは１５％以上、さらに好ましくは２０％以上である。これらの上限の数値と下限の数値とは任意に組み合わせてもよい。多層フィルムでは、上記領域は、多孔質ポリプロピレン層などの、第１表面を含む多孔質層に該当する。例えば、三層以上の多層フィルムで、一対の最外層が、いずれも多孔質ポリプロピレン層である場合、各最外層の厚みは、上記の範囲から選択できるが、内層の厚みの合計は、セパレータの厚みに対して、４０％以上、特に、４５％以上または５０％以上であるのが好ましい。
　多層フィルムにおけるポリプロピレン層１層あたりの厚みは、具体的には、例えば、７μｍ以下、好ましくは６μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。また、フィルム成形性や滑り性確保などの観点から、上記領域の厚みは、例えば、１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上、さらに好ましくは３μｍ以上である。これらの上限の数値と下限の数値とは、任意に組み合わせてもよい。
　多孔質ポリマーフィルムは、層構造や材料などに応じて、慣用の方法により作製できる。例えば、構成ポリマーおよび造孔剤などを用いて、押出成形、コーティングなどによりフィルム成形し、水洗などにより造孔剤を除去することにより製造できる。空孔を形成するために、造孔剤に代えて、または造孔剤と組み合わせて、核剤（β晶核剤など）を用いてもよい。フィルム成形の際に、適宜、延伸処理を行ってもよい。また、多孔質ポリマーフィルムは、構成ポリマーを用いて未延伸フィルムを作製し、未延伸フィルムを、低温延伸および／または高温延伸することにより得ることもできる。多層フィルムは、共押出成形や、押出成形とコーティングとを利用することにより作製してもよい。また、多層フィルムは、各層を別々に形成し、重ね合わせて、公知の溶着方法（熱溶着など）などにより各層を貼り合わせることにより作製してもよい。第１表面での滑り性と、セパレータとしてのシャットダウン性とを両立するため、第１表面の開孔率と、セパレータの空隙構造とを精度よく制御することが好ましい。
　多孔質ポリマーフィルムは、慣用の添加剤（酸化防止剤など）を含有してもよい。多層フィルムの場合、添加剤は、どの層に含有させてもよい。三層以上の多層フィルムでは、最外層に酸化防止剤を含有させてもよい。この場合、セパレータの耐酸化性を高めることができる。このような酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン酸系酸化防止剤および硫黄系酸化防止剤からなる群より選択された少なくとも一種が挙げられる。フェノール系酸化防止剤と、リン酸系酸化防止剤および／または硫黄系酸化防止剤とを併用してもよい。硫黄系酸化防止剤は、オレフィン樹脂との相溶性が高い。そのため、酸化防止剤を、多孔質ポリプロピレン層や多孔質ポリエチレン層などのオレフィン樹脂を含む層に含有させることが好ましい。
　フェノール系酸化防止剤としては、例えば、２，６－ジ－ｔ－ブチル－ｐ－クレゾール、２，６－ジ－ｔ－ブチル－４－エチルフェノール、トリエチレングリコール－ビス[３－（３－ｔ－ブチル－５－メチル－４－ヒドロキシフェニル）プロピオネート]、ｎ－オクタデシル－３－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシフェニル）プロピオネート等のヒンダードフェノール化合物が例示できる。硫黄系酸化防止剤としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネートなどが例示できる。リン酸系酸化防止剤としては、トリス（２，４－ジ－ｔ－ブチルフェニル）ホスファイトなどが好ましい。
　以下、本発明のセパレータおよび電池について図面を参照して説明する。
　図１は本発明の一実施形態である円筒型リチウムイオン二次電池の構成を示した一部切り欠き斜視図である。図１の電池は、第１電極５と、第２電極６と、これらの間を隔離する一対のセパレータ７とを、渦巻状に巻回した電極群１４を備えている。電極群１４は、非水電解質（図示せず）とともに有底円筒型の金属製電池ケース１に収容されている。
　図１では、第１電極５は、正極であり、第２電極６は、負極である。
　第１電極（正極）５には正極リード端子５ａが電気的に接続され、第２電極（負極）６には負極リード端子６ａが電気的に接続されている。電極群１４は、正極リード端子５ａを導出した状態で、下部絶縁板９とともに電池ケース１に収納され、正極リード端子５ａの端部は、レーザー溶接などにより封口板２に溶接される。封口板２は、正極端子１２と、ＰＴＣ素子および防爆弁（図示せず）の安全機構とを備えている。
　下部絶縁板９は、電極群１４の底面と、電極群１４から下方へ導出された負極リード端子６ａとの間に配され、負極リード端子６ａは電池ケース１の内底面に抵抗溶接などにより溶接される。電極群１４の上面に上部絶縁リング（図示せず）を載置し、上部絶縁リングの上方の電池ケース１の上部側面に、内方に突出した段部８を形成する。これにより、電極群１４を電池ケース１内に保持する。次いで、所定量の非水電解質を、電池ケース１内に注入する。段部８の上には、周縁部にガスケット１３を備えた封口板２を載置する。そして、電池ケース１の開口端部を内方にかしめ封口することにより、円筒型リチウムイオン二次電池を作製する。
　電極群１４は、一対のセパレータ７の長手方向における端部（巻き始め端部）を、巻芯で挟持するとともに、一方のセパレータの第１表面を巻芯の周面に当接させた状態で、第１電極５と、第２電極６と、これらを隔離する一対のセパレータ７とを巻回し、次いで巻芯を抜き取ることにより作製される。電極群１４の作製に先立って、帯状の第１集電体とその表面に付着した第１活物質層とを備える第１電極５、および帯状の第２集電体とその表面に付着した第２活物質層とを備える第２電極６を準備する。
　図２に、セパレータ７の一実施形態を示す断面模式図を示す。図２では、第１電極（正極）５と第２電極（負極）６との間に介在するセパレータ７は、一対の最外層としての多孔質ポリプロピレン層７ａと、これらの間に挟持された内層としての多孔質ポリエチレン層７ｂとを有する三層構造の多孔質ポリマーフィルムである。多孔質ポリマーフィルムは、正極５と対向する第１表面７ｃと、負極６と対向する第２表面７ｄとを有している。第１表面７ｃおよび第２表面７ｄは、いずれも多孔質ポリプロピレン層７ａの表面である。そのため、第１表面７ｃおよび第２表面７ｄでは、多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布しており、前述の開孔率を有している。
　電極群の作製に先立って、本発明のセパレータを準備する。セパレータを準備する工程の順序は、特に制限されず、第１電極および第２電極の準備する工程の後でも、前でもよい。また、セパレータと、第１電極および／または第２電極とを並行して準備してもよい。
　図２では、一対のセパレータ７の端部（巻き始め端部）は、第１電極５および第２電極６の長手方向の端部よりも突出している。巻き始め端部を、１つまたは一対の巻芯で挟持して巻回すると、電極群の巻回軸側に、第１電極５および第２電極６のいずれも含まず、一対のセパレータ７の巻き始め端部で形成された部分が形成される。このセパレータ７の巻き始め端部で形成された部分を、セパレータ部分１６として図１中に示す。セパレータ部分１６は、巻回の少なくとも１周分を含む。
　巻回の際、一対のセパレータ７のそれぞれの第１表面７ｃと巻芯とが接するように、巻き始め端部を巻芯で挟持する。次いで、巻芯を軸に巻回すると、巻芯の周面が、滑り性が高い第１表面７ｃのみと接した状態となり、電極群の最内周の内面は第１表面７ｃとなる。巻芯は、電極群の巻回後、セパレータ７の挟持を緩めて抜き取る。巻芯の周面が第１表面７ｃのみと接した状態であるため、極めてスムーズに巻芯を抜き取ることができる。よって、巻芯の抜き取り方向に、セパレータがずれたり、引き出されたりすることを効果的に抑制できる。その結果、電流のリークを抑制でき、歩留まりの低下を抑制できる。
　図２に示す多孔質ポリマーフィルムは、最外層が多孔質ポリプロピレン層であるため、高い熱安定性を得ることができるとともに、適切なシャットダウン効果を得ることができる。また、内層に多孔質ポリエチレン層を有するため、より優れたシャットダウン効果を得ることができる。両最外層が多孔質ポリプロピレン層であることにより、内層の多孔質ポリエチレン層が軟化または溶融しても、セパレータの形状を維持することができる。さらに、多孔質ポリプロピレン層が正極と対向することにより、セパレータ表面の酸化を抑制することができる。
　電極群において、巻回により形成されるセパレータ部分が、複数周である場合には、特に、セパレータ部分に負荷される応力が大きくなり、セパレータ表面同士の摩擦抵抗が増加する。このような場合であっても、本発明のセパレータを用いることにより、セパレータをずらしたり、引き出したりすることなく、電極群から巻芯を抜き取ることができる。セパレータ部分は、好ましくは２～６周、さらに好ましくは３～５周である。電極群の巻回の回数は、電池の種類などにも依存するが、例えば、１５～４０回、好ましくは２０～３５回である。
　電極群から巻芯を抜き取る際には、巻芯を巻回方向に対して反対の方向に、僅かに回転させることにより、巻芯による挟持を緩めてもよい。巻芯は、セパレータを挟持できるように、挟持部分（切り込みなど）が形成された１つの部材を有するものであってもよい。また、巻芯は、セパレータを挟持する一対の部材を有するものであってもよい。巻芯の、セパレータを挟持する部分は、セパレータを保持できるように平坦にされている。
　巻芯の材質は、特に制限されず、例えば、ステンレス鋼などの金属製の他、プラスチック製などであってもよい。巻芯の表面（特に周面）は、必要により、メッキ処理されていてもよく、コーティング剤などで表面処理されていてもよい。
　本発明のセパレータは、活物質の充填量が多い電極（正極および／または負極）を用いたり、高いテンションで巻回したりして、電極群を作製する場合にも有用である。これは、このような電極群では、巻芯と、セパレータとの密着が強くなり、巻芯を抜き取り難くなるためである。
　図１では、円筒型の電極群について説明したが、巻回された電極群は、巻回軸に垂直な端面が長円形である扁平形状の電極群であってもよい。
　電極群１４は、電池ケース１への収容に先立って、または収容後に、乾燥に供される。
　図３は、セパレータ７の他の実施形態を示す断面模式図である。図３では、第１電極（正極）５と第２電極（負極）６との間に介在するセパレータ７は、多孔質ポリプロピレン層７ａと、これに積層された多孔質ポリエチレン層７ｂとを有する二層構造の多孔質ポリマーフィルムを備えている。多孔質ポリマーフィルムは、正極５と対向する第１表面７ｃ、および負極６と対向する第２表面７ｄを有する。図３では、第１表面７ｃは、多孔質ポリプロピレン層７ａの表面であり、第２表面７ｄは、多孔質ポリエチレン層７ｂの表面である。第１表面７ｃでは、多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布しており、前述の開孔率を有している。一対のセパレータ７のそれぞれの第１表面７ｃと巻芯とが接するように、巻き始め端部を巻芯で挟持し、巻芯を軸にして、正極５、負極６および一対のセパレータ７を巻回し、次いで巻芯を抜き取ることにより、電極群を形成できる。
　このようなセパレータ７を用いた場合にも、その第１表面と、巻芯の周面とが接しているため、図２の場合と同様に、巻回された電極群から巻芯をスムーズに抜き取ることができる。また、多孔質ポリプロピレン層と、多孔質ポリエチレン層とを有する二層構造のフィルムを用いるため、適切なシャットダウン効果と高い熱安定性とを両立できる。
　本発明のセパレータは、巻回式電極群を使用する種々の電池に利用できる。このような電池としては、例えば、フッ化黒鉛リチウム電池、二酸化マンガンリチウム電池などのリチウム一次電池；アルカリ二次電池、リチウムイオン二次電池などの二次電池などが挙げられる。セパレータの材質として、プロピレンを構成単位として有するポリマーやエチレン単位をベースとして含むポリマーを用いる場合、熱安定性やシャットダウン性に優れるため、特に、繰り返し充放電を行う二次電池に使用するのに適している。また、上記ポリマーは、水系電解質よりも、非水電解質に対する親和性が高いため、二次電池の中でも、リチウムイオン二次電池に用いるのに好適である。
　以下、本発明の電池の各構成要素について、さらに詳細に説明する。
　（第１電極および第２電極）
　第１電極は、正極および負極のいずれであってもよい。第２電極は、第１電極とは反対の極性を有する電極である。
　（正極）
　正極は、少なくとも正極活物質層を有する。電池の種類によって、正極は、正極集電体と正極集電体の表面に付着した正極活物質層とを含んでもよい。正極は、帯状である。好ましい態様では、正極は、帯状の正極集電体と、正極集電体の表面に付着した正極活物質層とを含む。
　正極集電体としては、電池の種類などに応じて慣用の金属箔などが使用できる。例えば、リチウムイオン二次電池では、加工性、実用強度などの観点から、アルミニウムまたはその合金が好ましい。
　正極活物質層は、正極活物質の他、導電剤、結着剤、増粘剤などを含有してもよい。正極活物質としては、電池の種類に応じて、慣用の活物質が利用できる。例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンをゲストとして受け入れるリチウム含有遷移金属化合物などが使用できる。このような化合物としては、例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムからなる群より選択された少なくとも一種の金属とリチウムとの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＣｏxＮｉ(1-x)Ｏ2（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｏyＭ1-yＯ2（０．６≦ｙ＜１）、ＬｉＮｉzＭ1-zＯ2（０．６≦ｚ＜１）、ＬｉＣｒＯ2、αＬｉＦｅＯ2、ＬｉＶＯ2などの酸化物が例示できる。上記組成式において、Ｍは、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢからなる群より選択された少なくとも１つの元素（特に、Ｍｇおよび／またはＡｌ）を示す。正極活物質は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
　結着剤は、分散媒に混練により溶解または分散でき、電池特性に対する影響が小さいものであれば特に限定されない。結着剤としては、例えば、フッ素樹脂、ゴム類、アクリルポリマーまたはビニルポリマー（アクリル酸メチル、アクリロニトリルなどのアクリルモノマー、酢酸ビニルなどのビニルモノマーなどのモノマーの単独重合体または共重合体など）などが例示できる。フッ素樹脂としては、例えばポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどが例示できる。ゴム類としては、アクリルゴム、変性アクリロニトリルゴム、スチレンブタジエンゴムなどが例示できる。結着剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。結着剤は、分散媒に分散したディスパージョンの形態で使用してもよい。
　導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック；天然黒鉛、人造黒鉛などの各種グラファイト；炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維などが使用できる。
　増粘剤としては、エチレン－ビニルアルコール共重合体、セルロース誘導体（カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなど）などが例示できる。
　分散媒としては、結着剤が溶解または分散可能であれば特に制限されず、結着剤の分散媒に対する親和性に応じて、有機溶媒および水（温水を含む）のいずれも使用できる。有機溶媒としては、Ｎ－メチル－２－ピロリドン；テトラヒドロフランなどのエーテル；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン；Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド；テトラメチル尿素などが例示できる。分散媒は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。
　正極活物質層は、正極活物質、必要により、結着剤、導電剤および／または増粘剤を、分散媒とともに混練したスラリー状の合剤を調製し、この合剤を正極集電体または基材に付着させることにより形成できる。具体的には、正極集電体または基材の表面に、合剤を公知のコーティング方法により塗布し、乾燥し、必要により圧延することにより正極活物質層を形成できる。正極集電体の一部には、正極活物質層が形成されずに集電体の表面が露出した部位が形成されており、この露出部に正極リードが溶接される。正極は、柔軟性に優れる方が好ましい。
　スラリー状の合剤の混練の際に、必要に応じて、各種分散剤、界面活性剤、安定剤などを添加してもよい。
　正極活物質層は、正極集電体（または基材）の片面または両面に形成することができる。
　正極の厚みは、例えば、７０～２５０μｍ、好ましくは１００～２００μｍである。
　（負極）
　負極は、少なくとも負極活物質層を有する。電池の種類によって、負極は、負極集電体と、この表面に付着した負極活物質層とを有してもよい。また、負極活物質層のみで負極を形成してもよい。負極は、帯状であってもよい。好ましい態様では、負極は、帯状の負極集電体と、負極集電体の表面に付着した負極活物質層とを含む。
　負極集電体としては、電池の種類などに応じて慣用の金属箔が使用できる。例えば、リチウムイオン二次電池では、加工性、実用強度などの観点から、銅箔、銅合金箔などが好ましい。集電体は、圧延箔、電解箔などであってもよい。また、集電体は、孔開き箔、エキスパンド材、ラス材などであってもよい。
　負極活物質層は、負極活物質の他、導電剤、結着剤、増粘剤などを含有してもよい。負極活物質としては、電池の種類に応じて、慣用の活物質が利用できる。例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出し得る黒鉛型結晶構造を有する材料、例えば、天然黒鉛や球状または繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）などの炭素材料が例示できる。特に、格子面（００２）の面間隔（ｄ００２）が０．３３５０～０．３４００ｎｍである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料が好ましい。さらに、ケイ素；ケイ素酸化物、シリサイドなどのケイ素含有化合物；スズ、アルミニウム、亜鉛、およびマグネシウムからなる群より選択された少なくとも一種を含むリチウム合金および各種合金組成材料を用いることもできる。
　結着剤、導電剤、増粘剤および分散媒としては、それぞれ、正極について例示したものなどが使用できる。
　負極活物質層は、公知の方法により形成することができる。例えば、負極活物質の種類に応じて、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの気相法により負極活物質を集電体表面に堆積させることにより負極活物質層を形成してもよい。また、正極活物質層と同様の方法により、負極活物質、結着剤、および必要により導電剤などを含むスラリー状の合剤を用いて、形成してもよい。負極は、柔軟性に優れる方が好ましい。
　負極活物質層は、負極集電体の片面に形成してもよく、両面に形成してもよい。
　負極の厚みは、例えば、１００～２５０μｍ、好ましくは１１０～２１０μｍである。
　電極群とともに、電池ケースに収容する電解質としては、電池の種類に応じて、慣用の液体または固体の電解質が使用できる。液体の電解質は、溶媒と、これに溶解した塩類とを含有する。液体の電解質は、電池の種類に応じて、水系電解質であってもよく、非水電解質であってもよい。例えば、リチウム一次電池やリチウムイオン二次電池では、非水電解質が使用される。
　リチウム一次電池やリチウム二次電池では、非水電解質は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状カーボネート；ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート；γ－ブチローラクトンなどのラクトン；１，２－ジクロロエタンなどのハロゲン化アルカン；１，２－ジメトキシエタンなどのアルコキシアルカン；４－メチル－２－ペンタノンなどのケトン；１，４－ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル；アセトニトリルなどのニトリル；スルホラン、３－メチル－スルホラン；ジメチルホルムアミド；ジメチルスルホキシド；リン酸トリメチルなどのリン酸アルキルエステルなどが例示できる。非水溶媒は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。
　リチウム塩としては、電子吸引性の強いリチウム塩、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3などが挙げられる。リチウム塩は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。非水電解質中のリチウム塩の濃度は、例えば、０．５～１．５Ｍである。
　電解質には、適宜、慣用の添加剤を含有させてもよい。例えば、リチウムイオン二次電池では、正負極上に良好な皮膜を形成させたりするために、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、およびこれらの変性体などを用いてもよい。リチウムイオン二次電池が過充電状態になったときに作用する添加剤として、例えば、ターフェニル、シクロヘキシルベンゼン、ジフェニルエーテルなどを使用してもよい。添加剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの添加剤の割合は、特に制限されないが、例えば、非水電解質全体の０．０５～１０重量％程度である。
　電池ケースは、電池の種類に応じて材質や形状を選択できる。電池ケースは、通常、金属製である。耐圧強度の観点から、電池ケースの材料としては、マンガン、銅等の金属を微量含有するアルミニウム合金、安価なニッケルメッキを施した鋼鈑などが好ましい。電池ケースの形状は、電極群の形状に応じて、円筒型、角型などであってもよい。本発明のセパレータは、例えば、１８６５０型の高容量の円筒型リチウムイオン二次電池などに好適である。この１８６５０型電池の公称容量は、１８００ｍＡ以上、好ましくは２０００ｍＡ以上である。
　以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
　実施例１
　図１に示す巻回式電極群を備えた円筒型リチウムイオン二次電池（電池Ａ）を作製した。この電池は、直径１８．１ｍｍ、高さ６５．０ｍｍの１８６５０型で、公称容量２６００ｍＡｈである。電池ケース１としては、ニッケルメッキした鋼鈑（肉厚０．２０ｍｍ）をプレス成型することにより得られた金属製のケース（直径１７．８ｍｍ、総高６４．８ｍｍ）を用いた。
　非水電解質は、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合溶媒（容積比２：１）に、ＬｉＰＦ6を１．０Ｍの濃度となるように溶解し、シクロヘキシルベンゼンを０．５重量％の濃度となるように添加することにより調製した。
　なお、巻回式電極群は、下記（１）～（４）のようにして作製した。
　（１）セパレータの作製
　図２に示すような、内層の多孔質ポリエチレン層７ａと、この内層を挟持する最外層の一対の多孔質ポリプロピレン層７ｂとを有する３層構造のセパレータ７（厚み２０μｍ）を形成した。
　具体的には、ポリプロピレンの未延伸シートを、得られる多孔質ポリプロピレンフィルムの表面における開孔の合計面積の割合（開孔率）が９０％となるように、延伸条件を調節しながら、加熱下で延伸することにより、多孔質ポリプロピレンフィルムを作製した。得られた多孔質ポリプロピレンフィルムは、開孔径範囲３～１５μｍ、空隙率３８％、厚み５μｍを有していた。この多孔質ポリプロピレンフィルムを２枚用意し、これらのフィルム間に、多孔質ポリエチレンフィルム（空隙率３８％、厚み１０μｍ）を挟持して、熱溶着することにより、積層フィルムを得た。得られた積層フィルムを、さらに、幅６１ｍｍのサイズにカットすることにより、上記セパレータ７の長尺フープを得た。得られたセパレータの表面における動摩擦係数は、０．２７であった。
　なお、多孔質ポリプロピレンフィルムの表面における、開孔率、および開孔径範囲、ならびに動摩擦係数は、以下のようにして測定した。
　（開孔率）
　セパレータ表面（多孔質ポリプロピレンフィルムの層の表面）を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した。所定領域（０．１２ｍｍ×０．１２ｍｍ）について、得られた画像データを二値化処理し、セパレータ表面における開孔Ａと、これ以外の非開孔領域Ｂとを、分別した。得られたデータに基づいて、所定領域の面積に占める、開孔Ａの合計面積の割合を百分率で算出した。
　（開孔径範囲）
　セパレータ表面（多孔質ポリプロピレンフィルムの層の表面）の所定領域を、ＳＥＭを用いて撮影し、得られたＳＥＭ像に基づいて、既述の方法により、開孔径範囲を求めた。
　（動摩擦係数）
　セパレータ７の表面における動摩擦係数を、ＪＩＳ　Ｋ７１２５に準拠した方法により、測定した。
　（２）正極５の作製
　適量のＮ－メチル－２－ピロリドンに、正極活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部、導電剤としてアセチレンブラックを２重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデンを３重量部加えて混練し、これらの成分が分散したスラリー状の合剤を調製した。このスラリーを、帯状のアルミニウム箔（厚さ１５μｍ）の両面に塗布し、乾燥した。次いで、線圧１０００ｋｇｆ／ｃｍ（９．８ｋＮ／ｃｍ）で、２～３回圧延を行い、厚みを１８０μｍに調整した。幅５７ｍｍ、長さ６２０ｍｍのサイズに裁断することにより、両表面に正極活物質層を有する正極５を作製した。
　合剤が塗布されていないアルミニウム箔の露出部には、アルミニウム製の正極リード端子５ａを超音波溶接した。この超音波溶接した部分において、正極リード端子５ａを覆うようにポリプロピレン樹脂製の絶縁テープを貼り付けた。
　（３）負極６の作製
　適量の水に、負極活物質としてリチウムを吸蔵および放出可能な鱗片状黒鉛を１００重量部、結着剤としてスチレンブタジエンゴムの水性ディスパージョンを固形分として１重量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩を１重量部加えて混練し、これらの成分を分散させてスラリー状の合剤を調製した。このスラリーを、帯状の銅箔（厚さ１０μｍ）の両面に塗布し、１１０℃で３０分間乾燥した。次いで、線圧１１０ｋｇｆ／ｃｍ（１．０８ｋＮ／ｃｍ）で、２～３回圧延を行い、厚みを１７４μｍに調整した。幅５９ｍｍ、長さ６４５ｍｍのサイズに裁断することにより、両表面に負極活物質層を有する負極６を作製した。
　合剤が塗布されていない銅箔の露出部には、ニッケル製の負極リード端子６ａを抵抗溶接した。この抵抗溶接した部分において、負極リード端子６ａを覆うようにポリプロピレン樹脂製の絶縁テープを貼り付けた。
　（４）電極群１４の作製
　正極５と負極６と、これらを隔離するセパレータ７とを、渦巻状に巻回して電極群１４を構成した。セパレータの長手方向における端部は、正極５および負極６の端部よりも３５～４０ｍｍ突出させた状態にした。巻回の際には、突出したセパレータの端部を巻芯（材質：ＳＵＳ）で挟持し、ローラでセパレータを送り出しながら、巻芯を巻回軸として、巻回することにより渦巻状の電極群１４を形成した。巻回後、セパレータの他方の端部を裁断し、巻芯による挟持を緩め、電極群から巻芯を抜き取った。なお、電極群１４の最内周から３周目までは、セパレータ間に正極および負極が介在しないセパレータのみからなるセパレータ部分１６とした。また、セパレータの長さは、８２０～８５０ｍｍであった。電極群１４は、３００個作製し、リチウムイオン二次電池の作製に供した。
　実施例２および比較例１
　多孔質ポリプロピレンフィルムの表面において、開孔率および開孔径範囲を、表１に示す値に変更する以外は、実施例１と同様にして三層構造を有するセパレータを作製した。得られたセパレータを用いる以外は、実施例１と同様にして、各例について３００個の電極群を作製した。巻回時に、ローラによるセパレータの送り出しが良好に行われずに、セパレータの巻き取り不良により巻きズレが生じた電極群を除外し、残る電極群を用いて、電池Ｂ～電池Ｌを作製した。表１には、電極群３００個中の、巻き取り不良となった電極群の個数を、「巻回不良」として示した。
　なお、開孔率および開孔径範囲は、多孔質ポリプロピレンフィムの延伸条件を調節することにより、調整した。セパレータ７の厚みは、いずれも２０μｍとした。電池Ｇ～Ｌはいずれも比較例である。
　（リーク検査）
　実施例および比較例のリチウムイオン二次電池について、電流のリークを検査した。
　リーク検査は、二次電池の作製において、非水電解質を注入する前に、正極リード端子と負極端子である電池ケースとの間に高電圧（２５０Ｖ）を印加し、その際の電流波形により、電流のリークを検出する方法で行った。検査時の電流波形が所定の良品設定幅から外れた場合のみリーク不良と判定した。
　評価結果を表１に示す。リーク検査の不良率は、リチウムイオン二次電池全体の個数に対して、リーク不良だった電池の個数で表した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例の電池Ａ～Ｆでは、巻回不良およびリーク不良が顕著に少なくなった。実施例でリーク不良が少なくなったのは、セパレータ表面の摩擦係数を適度に小さくすることができたためと考えられる。そのため、電極群の巻回後に、巻芯をスムーズに抜き取ることができ、巻き始めのセパレータ部分１６が、巻芯を抜き取る方向にズレたり、損傷したりすることを抑制できたと推定される。なお、リーク検査後、電流のリークが見られなかった電池を分解し、巻き始めのセパレータ部分１６を目視で観察したところ、セパレータ部分１６が巻芯を抜き取る方向にズレた形跡や損傷した形跡は見られなかった。
　また、実施例では、セパレータの表面は、ローラに対して過度の滑りを生じず、巻回不良は全く見られなかった。つまり、実施例のセパレータは、表面において、巻芯に対する適度な滑り性と、ローラに対する適度な耐滑り性とが、バランスされ、電極群の作製に求められる適度な滑り性を有していると言える。
　実施例の結果に対して、比較例の電池Ｇ～Ｉは、セパレータ表面の開孔率が８５％であり、リーク不良の発生率が大きくなった。これは、セパレータ表面の開孔率が小さいため、摩擦係数が大きくなり、巻回後に、セパレータを電極群からスムーズに抜き取ることができなかったためと考えられる。リーク検査後、電流のリークが確認された電池を分解し、巻き始めのセパレータ部分１６を目視で観察したところ、セパレータ部分１６が、巻芯を抜き取る方向にズレたり、損傷したりしていた。この結果から、巻き始め部分において、電流がリークしていたと考えられる。
　比較例の電池Ｊ～Ｌでは、セパレータ表面の開孔率が９８％であり、摩擦係数が小さいため、リーク不良の発生率は比較的低いものの、巻回の際に、電極群の構成要素（セパレータ、正極および／または負極）の巻きズレが生じ、巻回不良の発生率が顕著に増加した。巻回不良の発生率が増加した理由は、セパレータ表面の滑り性が過度に高すぎて、ローラとセパレータ表面との間で滑りが生じ、ローラによるセパレータの送り出しがスムーズに行われず、これに伴いセパレータの巻き取りもスムーズに行われなかったことによるものと考えられる。
　実施例および比較例では、開孔径範囲が小さくなると、リーク不良の発生率が低くなった。これは、開孔径の分布が均一になるほど、セパレータの表面において、非開孔部分の分布も均一になり、これにより表面の滑り性が均一になるためと考えられる。つまり、巻芯に対して滑り性の低い部分や高い部分が不均一に形成されるのを抑制でき、巻芯の抜き取りをスムーズに行うことができるため、抜き取り方向にセパレータ部分１６がズレるのを抑制できる。
　上記の結果は、セパレータの表面状態が、巻芯の抜き取り性や電極群の巻回性に大きく影響し、巻回式電極群の不良要因となることを示している。そのため、セパレータの表面状態を制御することにより、電極群や電池の製造不良の発生率を低減することができる。つまり、本発明においては、セパレータの表面状態を制御することが重要であり、上記実施例では、三層構造のセパレータを用いた例を示したが、単層構造の他、二層または四層以上の多層構造を有するセパレータについても同様の結果が得られる。
　また、上記実施例では、円筒型リチウムイオン二次電池を用いたが、巻回式電極群を備える各種電池、例えば、角型電池であっても、また、一次電池や、アルカリ蓄電池などの他の二次電池などでも同様の効果が得られる。
　本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
　本発明の電池用セパレータは、巻回式電極群を備えた電池（例えば、リチウムイオン二次電池）に使用するのに有用である。
　１　　　　電池ケース
　２　　　　封口板
　５　　　　第１電極（または正極）
　５ａ　　　正極リード端子
　６　　　　第２電極（または負極）
　６ａ　　　負極リード端子
　７　　　　セパレータ
　７ａ　　　多孔質ポリプロピレン層
　７ｂ　　　多孔質ポリエチレン層
　８　　　　段部
　９　　　　下部絶縁板
　１２　　　正極端子
　１３　　　ガスケット
　１４　　　電極群
　１６　　　セパレータ部分

Claims (14)

  1. 　第１表面および前記第１表面の反対側の第２表面を有する多孔質ポリマーフィルムを含み、
    　前記第１表面には、前記多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布しており、
    　前記第１表面に占める、前記開孔の合計面積の割合が、８９％以上で、かつ９６％以下である、電池用セパレータ。
  2. 　前記開孔の合計面積の割合が、９０％以上で、かつ９５％以下である、請求項１に記載の電池用セパレータ。
  3. 　前記開孔の開孔径範囲が、０．８μｍ以上で、かつ４０μｍ以下である、請求項１または２に記載の電池用セパレータ。
  4. 　前記開孔の開孔径範囲が、１μｍ以上で、かつ３０μｍ以下である、請求項３に記載の電池用セパレータ。
  5. 　前記多孔質ポリマーフィルムの少なくとも前記第１表面側の所定厚さの領域が、ポリプロピレン、およびプロピレンと他の共重合性モノマーとの共重合体からなる群より選択された少なくとも一種を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
  6. 　前記多孔質ポリマーフィルムが、多孔質ポリプロピレン層を含む多層フィルムであり、前記第１表面を有する層が、前記多孔質ポリプロピレン層である、請求項１～４のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
  7. 　前記多層フィルムが、さらに、前記多孔質ポリプロピレン層に積層された多孔質ポリエチレン層を含む、請求項６に記載の電池用セパレータ。
  8. 　前記多層フィルムが、一対の最外層と、前記一対の最外層間に介在する１または２以上の内層とを含む三層以上を有し、前記第１表面を有する層が、前記多孔質ポリプロピレン層である、請求項６に記載の電池用セパレータ。
  9. 　前記内層の少なくとも１つが、多孔質ポリエチレン層である、請求項８に記載の電池用セパレータ。
  10. 　前記多孔質ポリプロピレン層が、ポリプロピレン、およびプロピレンと他の共重合性モノマーとの共重合体からなる群より選択された少なくとも一種を含む、請求項６～９のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
  11. 　前記多層フィルムの厚みが、１０μｍ以上かつ３５μｍ以下であり、前記多孔質ポリプロピレン層の厚みが、前記多層フィルムの厚みに対して１０％以上かつ４０％以下である、請求項６～１０のいずれか１項に記載の電池用セパレータ。
  12. 　第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間を隔離する一対のセパレータとを、渦巻状に巻回した電極群、ならびに
    　非水電解質を備え、
    　前記第１電極および第２電極が、それぞれ、帯状の集電体と前記集電体の表面に付着した活物質層とを含み、
    　前記セパレータが、前記第１電極と対向する第１表面、および前記第２電極と対向し、かつ前記第１表面の反対側の第２表面を有する多孔質ポリマーフィルムを含み、
    　前記第１表面には、前記多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布しており、
    　前記第１表面に占める、前記開孔の合計面積の割合が、８９％以上で、かつ９６％以下であり、
    　前記電極群の最内周の内面が、前記セパレータの前記第１表面である、電池。
  13. 　前記電極群が、巻回軸側に、前記第１電極および前記第２電極のいずれも含まず、かつ前記一対のセパレータで形成された複数周を有する、請求項１２に記載の電池。
  14. 　帯状の第１集電体および前記第１集電体の表面に付着した第１活物質層を含む第１電極と、帯状の第２集電体および前記第２集電体の表面に付着した第２活物質層を含む第２電極とを準備する工程、
    　前記第１電極と対向する第１表面、および前記第２電極と対向し、かつ前記第１表面の反対側の第２表面を有する多孔質ポリマーフィルムを含み、前記第１表面には、前記多孔質ポリマーフィルムの空孔に連通する開孔が分布しており、前記第１表面に占める、前記開孔の合計面積の割合が、８９％以上で、かつ９６％以下である、一対の帯状のセパレータを準備する工程、
    　前記第１電極と、前記第２電極と、前記セパレータとを、前記第１電極および前記第２電極の間を前記セパレータで隔離し、かつ前記セパレータの長手方向における端部を巻芯で挟持するとともに、一方のセパレータの前記第１表面を前記巻芯の周面に当接させた状態で、渦巻状に巻回して電極群を形成する工程、
    　前記巻芯を前記電極群から抜き取る工程、並びに
    　前記電極群を、非水電解質とともに電池ケースに収容する工程を含む、電池の製造方法。
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