JP6396154B2 - 蓄電デバイス用セパレータ - Google Patents
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Description
本発明のセパレータは、非水電解液二次電池におけるセパレータとして、特に好適に用いられる。
ポリオレフィン樹脂多孔膜は、優れた電気絶縁性及びイオン透過性を示すことから、蓄電デバイスにおけるセパレータとして広く利用されている。特に近年では、多機能化及び軽量化の著しい携帯機器の電源として、出力密度及び容量密度の高いリチウムイオン二次電池等が使用されている。このような電池用のセパレータとしても、主としてポリオレフィン樹脂多孔膜が用いられている。
しかしながら、リチウムイオン二次電池が自動車用途で用いられる場合、携帯機器用の場合と比較して、温度、充放電電流、上限電圧等の使用条件が過酷になるため、電極及びセパレータの経時劣化が問題となる。
この点、特許文献1には、電極及びセパレータの劣化防止を目的として、水酸化物、炭酸塩、リン酸塩、硫酸塩等の金属化合物が担持された電池用セパレータが記載されている。
本発明は、上記の現状に鑑みてなされたものである。従って、本発明は、高温における電池サイクル特性に優れる蓄電デバイス用セパレータを提供することを目的とする。
少なくともその片面側の最外層が、その一部に塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を有していることを特徴とする、前記蓄電デバイス用セパレータ。
[2] 前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の面積が、前記蓄電デバイス用セパレータの塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を有する面の全面積に対して5%以上90%以下である、[1]に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[4] 前記塩基性リン酸塩(c−1)が、リン酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
前記多孔基材層(A)の少なくとも片側に、樹脂バインダー(b−1)及び無機充填材(b−2)を含む多孔層(B)を備え、そして
前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の存在する面が前記多孔層(B)の面である、[1]〜[4]いずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
正極と、
負極と、
電解液と
を有することを特徴とする、蓄電デバイス。
[7] 前記正極の電位がリチウム基準で4.5V以上であり、そして
非水電解液二次電池として使用される、[6]に記載の蓄電デバイス。
本発明のセパレータは、例えば非水電解液電池のセパレータとして好適に使用することができる。
前記セパレータは、少なくとも多孔基材層(A)を有する。該多孔基材層(A)の少なくとも片側に、樹脂バインダー(b−1)及び無機充填材(b−2)を含む多孔層(B)を備えていてもよい。前記セパレータが多孔層(B)を備える場合には、前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の存在する面は、前記多孔層(B)の面であることが好ましい。
本発明における多孔基材層(A)について説明する。
上記多孔基材層(A)としては、電子伝導性が小さく、イオン伝導性を有し、有機溶媒に対する耐性が高く、孔径の微細なものが好ましい。
そのような多孔基材層(A)としては、例えば、ポリオレフィン樹脂を含む多孔膜;ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂を含む多孔膜;ポリオレフィン系の繊維を織ったもの(織布);ポリオレフィン系の繊維の不織布;紙;並びに、絶縁性物質粒子の集合体が挙げられる。これらの中でも、塗工工程を経てセパレータを得る場合に塗工液の塗工性に優れ、セパレータの膜厚をより薄くして、電池等の蓄電デバイス内の活物質比率を高めて体積当たりの容量を増大させる観点から、ポリオレフィン樹脂を含む多孔膜(以下、「ポリオレフィン樹脂多孔膜」ともいう。)が好ましい。
中でも、電池用セパレータとした時のシャットダウン特性の観点から、ポリオレフィン樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、及びこれらの共重合体、並びにこれらの混合物が好ましい。
ポリエチレンの具体例としては、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等、
ポリプロピレンの具体例としては、アイソタクティックポリプロピレン、シンジオタクティックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン等、
共重合体の具体例としては、エチレン−プロピレンランダム共重合体、エチレンプロピレンラバー等、が挙げられる。
多孔基材層(A)の膜厚は、0.1μm以上100μm以下が好ましく、より好ましくは1μm以上50μm以下、さらに好ましくは3μm以上25μm以下である。機械的強度の観点から0.1μm以上が好ましく、電池の高容量化の観点から100μm以下が好ましい。多孔基材層(A)の膜厚は、ダイリップ間隔、延伸工程における延伸倍率等を制御すること等によって調整することができる。
平均孔径は、組成比、押出シートの冷却速度、延伸温度、延伸倍率、熱固定温度、熱固定時の延伸倍率、熱固定時の緩和率を制御することや、これらを組み合わせることにより調整することができる。
多孔基材層(A)の気孔率は、これがポリオレフィン樹脂多孔膜である場合には、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤の混合比率、延伸温度、延伸倍率、熱固定温度、熱固定時の延伸倍率、熱固定時の緩和率を制御することや、これらを組み合わせることによって調整することができる。
(1)ポリオレフィン樹脂組成物と孔形成材とを溶融混練してシート状に成形後、必要に応じて延伸した後、孔形成材を抽出することにより多孔化させる方法、
(2)ポリオレフィン樹脂組成物を溶融混練して高ドロー比で押出した後、熱処理と延伸によってポリオレフィン結晶界面を剥離させることにより多孔化させる方法、
(3)ポリオレフィン樹脂組成物と無機材とを溶融混練してシート上に成形した後、延伸によってポリオレフィンと無機材との界面を剥離させることにより多孔化させる方法、
(4)ポリオレフィン樹脂組成物を溶解後、ポリオレフィンに対する貧溶媒に浸漬させてポリオレフィンを凝固させると同時に溶剤を除去することにより多孔化させる方法
等が挙げられる。
延伸処理としては、一軸延伸又は二軸延伸のいずれも好適に用いることができるが、得られる多孔基材層(A)の膜強度等を向上させる観点から二軸延伸が好ましい。シート状成形体を二軸方向に高倍率延伸すると、分子が面方向に配向し、最終的に得られる多孔基材層(A)が裂けにくくなり、高い突刺強度を有するものとなる。延伸方法としては、例えば、同時二軸延伸、逐次二軸延伸、多段延伸、多数回延伸等の方法を挙げることができる。突刺強度の向上、延伸の均一性、シャットダウン性の観点からは同時二軸延伸が好ましい。また面配向の制御容易性の観点からは遂次二軸延伸が好ましい。
緩和操作は、膜のMD及び/又はTDへの縮小操作のことである。緩和率とは、緩和操作後の膜の寸法を緩和操作前の膜の寸法で除した値のことである。なお、MD、TD双方を緩和した場合は、MDの緩和率とTDの緩和率を乗じた値のことである。緩和率は、1.0以下であることが好ましく、0.97以下であることがより好ましく、0.95以下であることがさらに好ましい。緩和率は膜品位の観点から0.5以上であることが好ましい。緩和操作は、MD、TD両方向で行ってもよいが、MD或いはTD片方だけ行ってもよい。
本発明におけるセパレータは、上記のような多孔基材層(A)の少なくとも片側に、樹脂バインダー(b−1)及び無機充填材(b−2)を含む多孔層(B)を備えていてもよい。
前記多孔層(B)に使用する無機充填材(b−2)としては、特に限定されないが、耐熱性及び電気絶縁性が高く、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定であるものが好ましい。
無機充填材(b−2)としては、例えば、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、その他化合物が挙げられる。
マグネシウム化合物としては、硫酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。
その他化合物としては、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、粘土鉱物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、チタン酸バリウム、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂、ガラス繊維等が挙げられる。酸化物系セラミックスとしては、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等が挙げられる。窒化物系セラミックスとしては、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等が挙げられる。粘土鉱物としては、タルク、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト等が挙げられる。
これらは単独で用いても良いし、複数を併用してもよい。
樹脂バインダー(b−1)の種類としては、セパレータとしたときにリチウムイオン二次電池の電解液に対して不溶であり、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定なものを用いることが好ましい。
1)ポリオレフィン:例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンラバー、及びこれらの変性体;
2)共役ジエン系重合体:例えば、スチレン−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体及びその水素化物;
3)アクリル系重合体:例えば、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体;
5)含フッ素樹脂: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、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、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−テトラフルオロエチレン共重合体、ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体;
6)融点及び/又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂あるいは融点を有しないが分解温度が200℃以上のポリマー:例えば、ポリフェニレンエーテル、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ィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル。特に、耐久性の観点から全芳香族ポリアミド、中でもポリメタフェニレンイソフタルアミドが好適である。
中でも、電極とのなじみやすさの観点からは上記2)共役ジエン系重合体が好ましく、耐電圧性の観点からは上記3)アクリル系重合体及び5)含フッ素樹脂が好ましい。
上記共役ジエン化合物としては、例えば、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−クロル−1,3−ブタジエン、置換直鎖共役ペンタジエン類、置換及び側鎖共役ヘキサジエン類等が挙げられ、これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。中でも、特に1,3−ブタジエンが好ましい。
上記3)アクリル系重合体は、(メタ)アクリル系化合物をモノマー単位として含む重合体である。上記(メタ)アクリル系化合物とは、(メタ)アクリル酸及び(メタ)アクリル酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも一つを示す。
上記3)アクリル系重合体に用いられる(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、 (メタ)アクリル酸アルキルエステル、例えば、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、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアメタクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート;
エポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート;が挙げられ、これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
なお、上記2)共役ジエン系重合体は、他のモノマーとして上記(メタ)アクリル系化合物を共重合させて得られるものであってもよい。
樹脂バインダー(b−1)が多孔層(B)中に占める割合としては、0.5〜30質量%であることが好ましく、1〜20質量%であることがより好ましく、さらに好ましくは1.5〜10質量%である。この値を0.5質量%以上とすることにより、電極との密着性、多孔基材層(A)との接着強度、及び無機充填材(b−2)の結着強度に優れることとなり、30質量%以下とすることにより、セパレータ最表面のべたつき性、及びハンドリング性に優れることとなる。
本実施形態における多孔層(B)は、上記のような態様を採ることにより、多孔基材層(A)との間の密着性に優れると共に、べたつきを生じず、良好なサイクル特性を示す蓄電デバイスを与えることができ、さらには耐光性にも優れるのである。
本実施形態における蓄電デバイス用セパレータは、
少なくともその片面側の最外層が、その一部に塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を有していることを特徴とする。
本実施形態における蓄電デバイス用セパレータが多孔基材層(A)のみから成る場合には、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)は、該多孔基材層(A)の片面又は両面に形成され;
蓄電デバイス用セパレータが、多孔基材層(A)の両面に多孔層(B)が形成された積層体である場合には、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)は、最外層である多孔層(B)の内の片方又は両方の面上に形成されることができる。
蓄電デバイス用セパレータが、多孔基材層(A)の片面に多孔層(B)が形成された積層体である場合には、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)は、多孔基材層(A)の面上若しくは多孔層(B)の面上、又はこれら双方の面上に形成されることができる。この場合、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)は、多孔層(B)の面上のみに形成されることが好ましい。
本実施形態において用いられる塩基性リン酸塩(c−1)としては、特に限定されないが、例えば、従来公知の塩基性を示すリン酸塩であることができる。
この「塩基性」は、従来公知の判定方法により判断できる。従来公知の判定方法としては、特に限定されないが、
例えば塩基性リン酸塩が水溶性であれば、塩基性リン酸塩に含まれるアニオンの塩基解離定数(pKb)を測定する方法;
例えば塩基性リン酸塩が非水溶性又は難水溶性であれば、酸性ガスであるCO2の昇温離脱法によって測定する方法
等が挙げられる。塩基性リン酸塩に含まれるアニオンの塩基解離定数(pKb)は、10.83以下が好ましく、7.65以下がより好ましく、2.00以下がさらに好ましい。酸性ガスであるCO2の昇温離脱法におけるCO2の脱離温度は、100℃以上が好ましく、150℃以上がより好ましく、200℃以上がさらに好ましい。pKb又はCO2の脱離温度が上記範囲内であることにより、当該リン酸塩は塩基性であると判定できる。
pKb又はCO2の脱離温度が上記範囲内であるリン酸塩を使用することにより、高温における電池特性及び安全性により優れる蓄電デバイスを与えるセパレータを得ることができる。
塩基性リン酸塩(c−1)が、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれる対カチオンを含むことにより、高温特性がより優れるセパレータを得ることができる。これらの中でも、Li塩及びNa塩から選ばれる1種以上の塩が好ましく、さらにはLi塩が含まれることが好ましい。塩基性リン酸塩(c−1)がナトリウム塩及びリチウム塩から選ばれる1種以上の塩を含むことにより、高温特性がより優れるセパレータを得ることができる。また、単一の金属カチオンを含む塩基性リン酸塩は、構造が安定であるため、高温特性がさらに優れるセパレータを得ることができ、好ましい。
塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)は、上記のような塩基性リン酸塩(c−1)のみからなっていてもよく、塩基性リン酸塩(c−1)と共に、その他の成分を含んでいてもよい。
塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)として特に好ましくは、上記のような塩基性リン酸塩(c−1)が樹脂バインダー(c−2)により結着されて、本実施形態のセパレータ上にパターン状塗工されている場合である。
ポリエチレン、ポリプロピレン、α−ポリオレフィン等のポリオレフィン樹脂;
ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂;
ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン等を含むコポリマー;
ブタジエン、イソプレン等の共役ジエンをモノマー単位として含むジエン系ポリマー;
上記ジエン系ポリマーの水素化物;
アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル等をモノマー単位として含むアクリル系ポリマー;
上記アクリル系ポリマーの水素化物;
エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類;
ポリフェニレンエーテル、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ィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル等の、融点若しくはガラス転移温度又はこれらの双方が180℃以上の樹脂;
及びこれらの混合物等が挙げられる。上記熱可塑性ポリマーの共重合モノマーとして、例えばヒドロキシル基、スルホン酸基、カルボキシル基、アミド基、シアノ基等の官能基を有するモノマーを用いてもよい。
前記したとおり、本実施形態におけるセパレータは、その少なくとも最外層の片面が、その一部に塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を有する。この塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の面積割合(%)は、前記蓄電デバイス用セパレータの塩基性リン酸塩に(c−1)を含む層(C)を有する面の全面積に対して、90%以下が好ましく、より好ましくは70%以下、さらに好ましくは60%以下である。この面積割合(%)は、5%以上が好ましく、15%以上がより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。この面積割合が90%以下であることにより、塩基性リン酸塩(c−1)による多孔機材層(A)の孔の閉塞を抑制し、イオンの透過性を維持することができる。また、面積割合が5%以上であることにより、高温におけるサイクル特性をより向上させることができる。
一つ一つのドットの大きさとしては、特に限定されないが、ドット平均長径として、10μm以上1,000μm以下が好ましく、より好ましくは20μm以上800μm以下であり、さらに好ましくは、50μm以上500μm以下である。ドット平均長径が10μm以上1,000μm以下であることが、電極への密着性と高温サイクル特性の両立の点で好ましい。
また、各ドットの平均間隔は、1μm以上1,000μm以下であることが好ましく、1μm以上500μm以下であることがより好ましく、3μm以上200μm以下であることがさらに好ましく、5μm以上100μm以下であることが特に好ましい。各ドットの平均間隔は、1μm以上1,000μm以下であることが、電極への密着性と高温サイクル特性の両立の点から好ましい。
塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)から成るドットの平均長径は、塗工する液の塩基性リン酸塩(c−1)濃度、塩基性リン酸塩(c−1)溶液の塗工量、版のドット形状、並びに塗工方法及び塗工条件を変更することにより、任意に調整することができる。
平行四辺形による平面充填、平行六辺形による平面充填、アルキメデスの平面充填(8種類)、ペンローズ・タイル、ヴォルダーベルクのタイル等の、多角形による平面充填における各多角形の頂点に相当する位置にドットを配置するパターン等を例示することができる。
このようなドット配置において、単位格子の一辺の長さと、ドットの大きさと、を適宜に調整することにより、所望の面積割合の塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)のパターンをデザインすることが可能である。
塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の厚みは、電池の高温サイクル特性及び透気性の観点から、0.05〜15μmとすることが好ましく、0.1〜5μmとすることがより好ましく、0.1〜3μmとすることがさらに好ましい。塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の厚みを0.05μm以上にすることで電池の高温サイクル特性が向上し、また厚みを15μm以下にすることでセパレータの良好な透気度が維持できる。
前記の塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)は、
セパレータの少なくとも片面上に、
塩基性リン酸塩(c−1)と、好ましくはさらに樹脂バインダー(c−2)と溶媒とを、各所定量含有する組成物(塗工液)をパターン状に塗工して塗膜を形成し、次いで該塗膜から溶媒を除去することにより、形成することができる。
分散安定化及び塗工性向上のための分散剤(界面活性剤等);
増粘剤;
湿潤剤;
消泡剤;
pH調製剤(酸、アルカリ等)等
を挙げることができる。これらの添加剤は、溶媒除去の際に除去できるものが好ましいが、リチウムイオン二次電池の使用範囲において電気化学的に安定で、電池反応を阻害せず、且つ200℃程度まで安定ならば、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)内に残存してもよい。
樹脂バインダー(c−2)としてポリビニルアルコールを使用する場合、この溶媒としては、例えば水;エタノール、イソプロパノール等のアルコール;テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル;ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン
等を例示することができる。溶媒の使用量は、塗工液の固形分濃度が5〜60質量%となる量とすることが好ましく、10〜50質量%となる量とすることがより好まし好ましく、15〜40質量%となる量とすることがさらに好ましい。
前記塗工液の塗工に先立って、多孔基材層(A)の表面に表面処理を施してもよい。表面処理により、塗工液を塗布し易くなると共に、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)とセパレータ表面との接着性が向上するため好ましい。表面処理の方法は、セパレータの多孔質構造を著しく損なわない方法であれば特に限定はない。例えば、コロナ放電処理法、機械的粗面化法、溶剤処理法、酸処理法、紫外線酸化法等が挙げられる。
次に、本実施形態のセパレータについて説明する。
本実施形態のセパレータは、蓄電デバイスのセパレータとして好適である。
最外層の一部に塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を有する上記セパレータは、耐熱性に優れ、シャットダウン機能を有している。そのため、本実施形態のセパレータは、電池の中で正極と負極とを隔離する機能を発現すべき電池用セパレータに適している。 上記セパレータは、高温においても短絡し難いため、特に、高起電力電池用のセパレータとしても安全に使用できる。
前述のとおり、本実施形態のセパレータは、蓄電デバイスのセパレータとして好適である。
該蓄電デバイスは、本実施形態のセパレータを備えるものである。それ以外の構成は、従来知られているものと同様であってよい。この蓄電デバイスは、例えば、正極と、負極と、電解液とを有するものであることができる。
蓄電デバイスとして、具体的には、特に限定されないが、例えば、非水電解液電池等の電池、コンデンサー、キャパシタ等が挙げられる。それらの中でも、本実施形態の作用効果による利益がより有効に得られる観点から、非水電解液電池が好ましく、非水電解液二次電池がより好ましく、リチウムイオン二次電池がさらに好ましい。以下、蓄電デバイスが非水電解液電池である場合についての好適な態様について説明する。
本実施形態における非水電解液電池は、
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータと、、正極と、負極と、非水電解液とを有する。これらの正極、負極、及び非水電解液としては、特に限定はなく、公知のものを用いることができる。
正極は、例えば集電体上に、正極活物質、導電材、及び結着材から成る正極活物質層を形成したものであることができる。
正極活物質層に含まれる正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出可能な公知のものを用いることができる。その中でも、正極活物質としては、リチウムを含む材料が好ましい。正極活物質としては、例えば、式(1):
LixMn2−yMyOz (1)
(式中、Mは、遷移金属元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<x≦1.3、0.2<y<0.8、3.5<z<4.5である。)
で表される酸化物、式(2):
LixMyOz (2)
(式中、Mは遷移金属元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0<x≦1.3、0.8<y<1.2、1.8<z<2.2である。)
で表される層状酸化物、式(3):
LiMn2−xMaxO4 (3)
(式中、Maは遷移金属元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0.2≦x≦0.7である。)
で表されるスピネル型酸化物、式(4):
Li2McO3 (4)
(式中、Mcは、遷移金属元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で表される酸化物と、式(5):
LiMdO2 (5)
(式中、Mdは、遷移金属元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で表される酸化物との複合酸化物であって、式(6):
zLi2McO3 −(1−z)LiMdO2 (6)
(式中、Mc及びMdは、それぞれ上記式(4)及び(5)におけるものと同義であり、0.1≦z≦0.9である。)
で表されるLi過剰層状酸化物正極活物質、式(7):
LiMb1−yFeyPO4 (7)
(式中、Mbは、Mn及びCoからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、0≦y≦1.0である。)
で表されるオリビン型正極活物質、式(8):
Li2MePO4F (8)
(式中、Meは、遷移金属元素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。)で表される化合物等が挙げられる。これらの正極活物質は、1種を単独で用いても又は2種以上を併用してもよい。
さらに、正極活物質の電位は、リチウム基準で4.5V以上であることが好ましい。正極活物質の電位がリチウム基準で4.5V以上であることにより、電解質が分解したとしても、付随して発生するフッ酸を塩基性化合物により除去できるので、より効果的である。
正極活物質層における正極活物質の割合は、0.5〜30質量%が好ましく、より好ましくは1〜25質量%、さらに好ましくは3〜20質量%である。
正極活物質層における導電材の割合は、0.5〜30質量%が好ましく、より好ましくは1〜25質量%、さらに好ましくは3〜20質量%である。
正極活物質層における結着材の割合は、0.5〜20質量%が好ましく、より好ましくは0.7〜15質量%、さらに好ましくは1.0〜8.0質量%である。二次電池正極形成用バインダーの含有量は、活物質と導電材との間、及び集電体相互間の接触抵抗の観点から、15質量%以下が好ましく、
正極活物質と、導電材および集電体との接着性の観点から、0.5質量%以上が好ましい。
エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等の、箔以外の金属材料;
カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料
等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても又は2種以上を併用してもよい。アルミニウム箔を用いることが最も好ましい。
集電体の厚みは、例えば1〜500μmとすることができる。
本実施形態に用いられる負極は、例えば集電体上に、負極活物質及び結着材から成る負極活物質層を形成したものであることができる。
S、Sn、Ge、Bi、Sb、In等の元素及びその合;
リチウム含有窒化物等のリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物;
リチウム金属;
リチウム/アルミニウム合金等を挙げることができる。これらは1種を単独で用いても又は2種以上を併用してもよい。
負極活物質層における結着材の割合は、0.5〜15質量%が好ましく、より好ましくは0.7〜10質量%、さらに好ましくは1.0〜8.0質量%である。結着材の含有量は、負極活物質と導電材との間、及び集電体相互間の接触抵抗の観点から、15質量%以下が好ましく、負極活物質と、導電材および集電体との接着性の観点から、0.5質量%以上が好ましい。
エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等の、箔以外の金属材料;
カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料
等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても又は2種以上を併用してもよい。
本実施形態における非水電解液は、電解質又はその塩、及び非水溶媒を含有する。
本実施形態で用いる非水電解液に含まれる電解質(塩)としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。このような電解質としては、特に限定されないが、例えば、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2CkF2k+1〔kは1〜8の整数〕、LiN(SO2CkF2k+1)2〔kは1〜8の整数〕、LiPFn(CkF2k+1)6−n〔nは1〜5の整数、kは1〜8の整数〕、LiPF4(C2O4)、LiPF2(C2O4)2等が挙げられる。この中でもLiPF6が好ましい。LiPF6を用いることにより、高温においても電池特性及び安全性により優れる傾向にある。これらの電解質は、1種を単独で用いても又は2種以上を併用してもよい。
γープチロラクトン、γーバレロラクトン等のラクトン;
スルホラン等の環状スルホン;
テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル;
エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロビルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;
アセトニトリル等のニトリル;
ジメチルエーテル等の鎖状エーテル;
プロピオン酸メチル等の鎖状カルボン酸エステル;
ジメトキシエタン等の鎖状エーテルカーボネート化合物
等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても又は2種以上を併用してもよい。
前述のとおり、本実施形態の非水電解液電池の完全充電状態における開回路電圧は、4.50V以上6.00V以下が好ましく、4.55V以上5.50V以下がより好ましく、4.60V以上5.00V以下がさらに好ましい。開回路電圧が上記範囲内であることにより、高温特性が優れる傾向にある。
従来知られている非水電解液電池においては、開回路電圧が4.5V以上ではサイクル容量の低下が著しく大きい。公知の電池は、例えば4.2Vではサイクル容量の低下が比較的少ないものの、開回路電圧を4.5Vとすると、充放電に伴って容量が急激に低下するのである。
これに対して、本実施形態に係る電池であれば、開回路電圧が4.5V以上であっても、サイクル容量の低下をより抑制することができる。この有利な現象は、セパレータの最外層に、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)が部分的に形成されたセパレータを用いたことの効果であると考えられる。
また、本実施形態の電池は、開回路電圧が4.5V未満の場合であっても、サイクル容量の低下をより高いレベルで抑制することができる。
本実施形態に係る非水電解液電池は、製造した後、初充電後に加熱処理を実施してから使用に供することが好ましい。この加熱処理を実施することにより、電池の高温特性が向上するのみならず、例えば25℃程度の常温付近においてもサイクル特性等の寿命特性に改善が見られる。
加熱処理前に行う初充電の際の到達電圧としては、4.4V以上が好ましく、より好ましくは4.5V以上であり、さらに好ましくは4.6V以上である。初充電の際の到達電圧の上限は、好ましくは6.0V以下であり、より好ましくは5.5V以下であり、さらに好ましくは5.2V以下である。初充電時の到達電圧が上記範囲内であることにより、加熱処理による改善効果により優れる傾向にある。
加熱処理温度は、好ましくは50℃以上であり、より好ましくは55℃以上であり、さらに好ましくは60℃以上である。加熱処理温度の上限は特に限定されないが、85℃以下が好ましい。加熱処理温度が上記範囲内であることにより、加熱処理による改善効果により優れる傾向にある。
本実施形態の蓄電デバイスは、特に限定されないが、例えば、下記のようにして製造される。蓄電デバイスは、例えば巻回体状、積層体状等の形態であることができる。
−巻回体状の蓄電デバイスを製造する場合−
すなわち、上記セパレータを、例えば、幅10〜500mm(好ましくは80〜500mm)、長さ200〜4,000m(好ましくは1,000〜4,000m)の縦長形状のセパレータとして作製する。次に、このセパレータを、正極−セパレータ−負極−セパレータ、又は負極−セパレータ−正極−セパレータの順で重ねて積層物を得る。ここで、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を片面のみに形成したセパレータを使用する場合には、該塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)が負極に接するように積層する。
次いで、この積層物を、渦巻状に巻回して巻回体を得る。巻回の方向は、渦巻きの軸方向が、セパレータの長辺方向及び短辺方向のどちらとなってもよいが、よりコンパクトな電池を得るためには、渦巻きの軸方向をセパレータの短辺方向と一致させた扁平な巻回体とすることが好ましい。
そして、当該巻回体を外装体内に収納し、さらに電解液を注入する等の工程を経ることにより、蓄電デバイスが得られる。外装体としては、電池缶や袋状のフィルムを用いることができる。
また、上記蓄電デバイスは、セパレータ、正極、及び負極を、それぞれ平板状に形成した後、正極−セパレータ−負極−セパレータ−正極、又は負極−セパレータ−正極−セパレータ−負極のように順次に積層して、積層体を得た後、外装体内に収容し、そこに電解液を注入する等の工程を経て製造することもできる。外装体としては、電池缶や袋状のフィルムを用いることができる。
(1)多孔基材層(A)の気孔率(体積%)
多孔基材層(A)から10cm×10cm角の試料を切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を測定し、膜密度を0.95(g/cm3)として、下記数式を用いて計算した。
気孔率(%)=(体積−質量/膜密度)/体積×100
JIS P−8117に準拠し、(株)東洋精機製作所製のガーレー式デンソメータG−B2(商標)により測定した透気抵抗度を透気度とした。
キャピラリー内部の流体は、流体の平均自由工程がキャピラリーの孔径より大きいときはクヌーセンの流れに、小さい時はポアズイユの流れに従うことが知られている。そこで、樹脂多孔膜の透気度測定における空気の流れはクヌーセンの流れに、多孔膜の透水度測定における水の流れはポアズイユの流れに、それぞれ従うと仮定する。
平均孔径d(μm)は、空気の透過速度定数Rgas(m3/(m2・sec・Pa))、水の透過速度定数Rliq(m3/(m2・sec・Pa))、空気の分子速度ν(m/sec)、水の粘度η(Pa・sec)、及び標準圧力Ps(=101,325Pa)から、下記数式を用いて求めた。
d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3Ps)×106
Rgas=0.0001/(透気度×(6.424×10−4)×(0.01276×101,325))
Rliq=透水度/100
透気度及び透水度は、それぞれ、次のように求められる。
[透気度]
ここでいう透気度は、多孔基材層(A)について前記「(2)セパレータの透気度」の記載に準拠して測定することにより、透気抵抗度として得ることができる。
[透水度]
直径41mmのステンレス製の透液セルに、予めエタノールに浸しておいたポリオレフィン樹脂多孔膜をセットし、該膜のエタノールを水で洗浄した。その後、約50,000Paの差圧で水を透過させ、120sec経過した際の透水量(cm3)より、単位時間・単位圧力・単位面積当たりの透水量を計算し、これを透水度とした。
また、νは気体定数R(=8.314)、絶対温度T(K)、円周率π、及び空気の平均分子量M(=2.896×10−2kg/mol)から、下記数式を用いて求められる。
ν={(8R×T)/(π×M)}1/2
(4)−1 多孔基材層(A)及びセパレータの厚み(μm)
多孔基材層(A)及びセパレータから、それぞれ、10cm×10cm角のサンプルを切り出し、格子状に選んだ9箇所(3点×3点)の膜厚を、微小測厚器(東洋精機製作所(株) タイプKBM)を用いて室温23±2℃において測定した。9箇所の測定値の平均値を、多孔基材層(A)、及びセパレータの厚み(μm)とした。
(4)−2 多孔層(B)、及び塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の厚み(μm)
多孔層(B)、及び塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の厚さは、走査型電子顕微鏡(SEM)「型式S−4800、HITACHI社製」を用い、セパレータの断面観察により測定した。サンプルのセパレータを1.5mm×2.0mm程度に切り取り、ルテニウム染色した。ゼラチンカプセル内に染色サンプル及びエタノールを入れて液体窒素により凍結させた後、ハンマーでサンプルを割断した。サンプルをルテニウム染色し、加速電圧1.0kV、30,000倍にて観察し、多孔層(B)及び塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の厚さを算出した。この時、SEM画像において、多孔基材層(A)断面の多孔構造が見えない領域のうち、構造の違い(連続構造又は海島構造)により、多孔層(B)と塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)と峻別し、それぞれの領域とした。
樹脂バインダー(b−1)含有ラテックスを、アルミ皿に適量とり、130℃の熱風乾燥機で30分間乾燥し、乾燥皮膜を得た。得られた乾燥皮膜約17mgを測定用アルミ容器に詰め、DSC測定装置(島津製作所社製、DSC6220)を用いて、窒素雰囲気下におけるDSC曲線及びDDSC(DSCの微分)曲線を得た。測定条件は下記の通りとした。
(1段目昇温プログラム)
70℃スタート、毎分15℃の割合で昇温。110℃に到達後5分間維持。
(2段目降温プログラム)
110℃から毎分40℃の割合で降温。−70℃に到達後5分間維持。
(3段目昇温プログラム)
−70℃から毎分15℃の割合で300℃まで昇温。この3段目の昇温時にDSC及びDDSC(DSCの微分)のデータを取得。DDSCのピークトップ温度をガラス転移温度とした。
多層多孔膜の断面走査型電子顕微鏡(SEM)像を観察し、任意に10点選出した塩基性リン酸塩(c−1)の粒子状の凝集体の各最大距離の平均値を凝集粒径とした。「最大距離」は、1凝集粒子の外周における任意の2点間の最大距離とした。0.1μm単位以下で測定し、平均値はμm単位で表した。
(7−1)評価用サンプルの作製
[電極の作製]
(負極の作製)
負極活物質としてグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製、OMAC1.2H/SS)90質量%及びグラファイト粉末(TIMCAL社製、SFG6)10質量部、並びにバインダーとしてカルボキシメチルセルロース1.8質量%(固形分換算)及びスチレン−ブタジエンコポリマーラテックス(ガラス転移温度:−40℃、粒径:80nm、40質量%水溶液)1.5質量%(固形分換算)を精製水中に分散させて、固形分45質量%のスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体となる厚み18μmの銅箔の片面にダイコーターで塗工し、120℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形することにより、負極を得た。この時、負極の活物質塗工量は106g/m2、活物質嵩密度は1.35g/cm3になるようにした。
LiNi0.5Mn1.5O4の合成
遷移金属元素のモル比として1:3の割合の硫酸ニッケルと硫酸マンガンとを水に溶解し、金属イオン濃度の総和が2mol/Lになるようにニッケル−マンガン混合水溶液を調製した。次いで、このニッケル−マンガン混合水溶液を、70℃に加温した濃度2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液3L中に、12.5mL/minの添加速度で120分間かけて滴下した。滴下時には、攪拌の下、200mL/minの流量の空気を水溶液中にバブリングしながら吹き込んだ。この操作により析出物質が生成した。生成した析出物質を回収し、蒸留水で十分洗浄し、乾燥して、ニッケルマンガン化合物を得た。得られたニッケルマンガン化合物と粒子径2μmの炭酸リチウムとを、リチウム:ニッケル:マンガンのモル比が1:0.5:1.5になるように秤量し、1時間乾式混合した後、酸素雰囲気下、1,000℃において5時間焼成することにより、LiNi0.5Mn1.5O4で表される正極活物質を得た。
(正極の作製)
上述のようにして得られた正極活物質80質量部と、導電助剤としてグラファイトの粉末(TIMCAL社製、KS−6)5質量部及びアセチレンブラックの粉末(電気化学工業社製、HS−100)5質量部と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン10質量部(固形分換算と)を、分散溶媒としてのN−メチル−2−ピロリドン中に混合・分散させて、固形分35質量%のスラリーを調製した。このスラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にダイコーターで塗工し、130℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形することにより、正極を得た。この時、正極の活物質塗工量は250g/m2、活物質嵩密度は3.00g/cm3になるようにした。
[非水電解液の調製]
非水電解液は、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=1/2(体積比)からなる混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.0モル/リットルとなるように溶解させることにより調製した。
[セパレータの作製]
実施例及び比較例で得られた各セパレータを60mmに切断して帯状にすることにより、評価用セパレータを作製した。
[電池の組立て]
(7−1)で得られた、電極及びセパレータを、負極、セパレータ、正極、セパレータの順に重ね、巻取張力を250gf、捲回速度を45mm/秒として、渦巻状に複数回捲回して、電極積層体を作製した。ここで、セパレータは、リン酸塩パターンを形成した面を負極側として積層した。この電極積層体を、外径18mm、高さ65mmのステンレス製容器に収納し、正極集電体から導出したアルミニウム製タブを容器蓋端子部に、負極集電体から導出したニッケル製タブを容器壁に溶接した。その後、真空下、80℃で12時間の乾燥を行った。アルゴンボックス内において、組立てた電池容器内に前記の非水電解液を注入し、封口することにより、評価用電池を作製した。
前記のように組立てた電池を55℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、恒温槽PLM−73S)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、充放電装置ACD−01)に接続した。次いで、その電池を0.05Cの定電流で充電し、4.8Vに到達した後、4.8Vの定電圧で2時間充電し、0.3Cの定電流で3.0Vまで放電し、初期充放電を行った。
なお、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表す。
上記前処理(初期充放電)を行った電池につき、55℃に設定した恒温槽(二葉科学社製、恒温槽PLM−73S)に収容し、充放電装置(アスカ電子(株)製、充放電装置ACD−01)に接続した。次いで、その電池を0.5Cの定電流で4.8Vまで充電し、0.5Cの定電流で3.0Vまで放電した。この一連の充放電を1サイクルとし、更に28サイクル充放電した。続いて、その電池を0.1Cの定電流で充電し、4.8Vに到達した後、4.8Vの定電圧で1時間充電し、0.1Cの定電流で3.0Vまで放電した(30サイクル目)。
この試験における1サイクル後及び30サイクル後の放電容量を、表1にそれぞれ示した。1サイクル目の放電容量に対する30サイクル目の放電容量の放電容量維持率が80%以上である場合、短絡なしで高温サイクル特性が良好であると評価することができる。
上記30目の放電時において、放電10秒後の電圧値から下記数式によりDC−IRを算出した。
DC−IR(Ω)=(4.8−放電10秒後の電圧)/放電電流値
この値が60Ω以下である場合、正負極間の絶縁抵抗性は良好であると評価することができる。
[合成例1]アクリル系ポリマーラテックスの製造
攪拌機、還流冷却器、滴下槽、及び温度計を取り付けた反応容器に、初期仕込みとして、水74質量部、アクアロンKH1025(ポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩:25質量%水溶液/第一工業製薬(株)製)0.125質量部(固形分換算)、及びアデカリアソープSR1025(25質量%水溶液/(株)ADEKA製)0.125質量部(固形分換算)を投入し、反応容器中の温度を75℃に保ち、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(10質量水溶液)0.15質量部(固形分換算)を添加した。添加した5分後に、非架橋性モノマーとして、メチルメタクリレート11.8質量部、シクロヘキシルメタクリレート5質量部、ブチルメタクリレート1質量部、ブチルアクリレート33質量部、2−エチルヘキシルメタクリレート42質量部、メタクリル酸0.1質量部、アクリル酸0.1質量部、グリシジルメタクリレート0.8質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート5質量部、及びγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.2質量部;
架橋性モノマーとして、トリメチロールプロパントリアクリレート1質量部;
乳化剤として、アクアロンKH1025:0.15質量部(固形分換算)、及びアデカリアソープSR1025(25質量%水溶液):0.15質量部(固形分換算);
開始剤として、ペルオキソ二硫酸アンモニウム10%水溶液:0.15質量部(固形分換算)、並びに水65質量部からなる乳化混合液を、2.5時間かけて反応容器へ追添した。その間反応液温度が75℃になるようにコントロールした。乳化混合液添加終了後、75℃で1時間撹拌し、次に75℃から85℃まで1時間で昇温し、さらに85℃で1時間撹拌し、反応を完結させた。その後反応液を室温まで冷却した。反応開始から完結までの間、反応液のpHは4以下に維持した。
冷却後、反応液を200メッシュの金網でろ過を行いし、凝集物等を除去した。ろ過後、25質量%のアンモニア水でpHを8に調整し、固形分が40質量%となるように水を添加した。調整終了後次いで、325メッシュの金網でろ過を行なうことにより、アクリル系ポリマー(1a)を含有するラテックスを得た。
透過型電子顕微鏡(TEM)による観察の結果、このアクリル系ポリマー(1a)は、粒子径141nmの球形粒子が単分散しており、該ポリマーのガラス転移温度は−40℃であった。
[合成例2]アクリル系ポリマーラテックスの製造
以下の成分の使用量を以下に記載したとおりに変更した他は、前記合成例1と同様に操作することにより、固形分濃度40質量%のアクリル系ポリマー(1b)を含有するラテックスを得た。
[初期仕込み]
アクアロンKH1025:0.45質量部(固形分換算)
アデカリアソープSR1025:0.45質量部(固形分換算)
過硫酸アンモニウム(2質量%水溶液):0.15質量部(固形分換算)
メタクリル酸メチル:44.3質量部
アクリル酸n−ブチル:47.0質量部
アクリル酸2−エチルヘキシル:2質量部
メタクリル酸:1質量部
アクリル酸:1.5質量部
メタクリル酸2−ヒドロキシエチル:2質量部
アクリルアミド:0.2質量部
メタクリル酸グリシジル:2質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート:0.7質量部
透過型電子顕微鏡(TEM)による観察の結果、アクリル系ポリマー(1b)は、粒子径119nmの球形粒子が単分散しており、該ポリマーのガラス転移温度は5℃であった。
[多孔基材層(A)の製造]
体積平均分子量70万のホモポリマーのポリエチレン47.5質量部と体積平均分子量30万のホモポリマーのポリエチレン47.5質量部と体積平均分子量40万のホモポリマーのポリプ口ピレン5質量部とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られたポリマー混合物99質量部に対して、酸化防止剤としてペンタエリスリチルーテトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネー卜]を1質量部添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマ一等混合物を得た。
塩基性リン酸塩(c−1)としてLi3PO4を70重量部、及び樹脂バインダー(c−2)としてポリビニルアルコール(平均重合度1,700、ケン化度99%以上)20質量(固形分換算)を、250質量部の水に均一に分散させて塗工液を調製した。
次いで、この塗工液を、上記で得たポリオレフィン樹脂多孔膜(A1)の片面上に、ドット加工したグラビアコーターを用いてドット状に塗工した。次いで、60℃に加熱して水を除去することにより、前記多孔基材層(A1)の片面上に、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)のパターンを厚み2μmにて形成したセパレータを得た。
ここで採用したドットパターンは、以下の「パターン1」である。
[パターン1]
ドット形状:円形
ドット配置パターン:三角格子状
単位格子の大きさ(三角格子における三角形の一辺の長さ):135μm
ドットの直径:100μm
面積割合:50%
塩基性リン酸塩(c−1)の凝集粒径は3μmであった。
上記で得られたセパレータについて、上記方法により評価した。得られた結果を表1に示した。
本実施例においては、実施例1と同様にして得たポリオレフィン樹脂多孔膜(A1)の片面に多孔層(B)を形成し、該多孔層(B)上に塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)をパターン状に塗工したものを、セパレータとして使用した。
[多孔層(B)形成用塗工液の調製]
無機充填材(b−2)としての水酸化酸化アルミニウム(平均粒径0.9μm)を95.0質量部、
樹脂バインダー(b−1)として、前記合成例1で得たアクリル系ポリマー(1a)ラテックス4質量部(固形分換算)、及び
ポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製、SNディスパーサント5468)1.0質量部(固形分換算)と
を100質量部の水に均一に分散させることにより、固形分50質量%の塗工液を調製した。
前記[多孔基材層(A)の製造]と同様にして得たポリオレフィン樹脂多孔膜(A1)の片面にコロナ放電処理(放電量50W)を施した後、前記の塗工液を、マイクログラビアコーターにより塗工した。得られた塗膜を、60℃において乾燥して水を除去することにより、ポリオレフィン樹脂多孔膜(A1)の片面に厚み2.0μmの多孔層(B)を形成した。
[塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)から成るパターンの形成]
実施例1の[塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)から成るパターンの形成]において、ドットパターンを以下の「パターン2」にしたほかは実施例1と同様にして、多孔層上にリン酸塩のパターンを厚み2μmにて被覆したセパレータを得た。
[パターン2]
ドット形状:円形
ドット配置パターン:三角格子状
単位格子の大きさ(三角格子における三角形の一辺の長さ):103μm
ドット直径:100μm
面積割合:85%
塩基性リン酸塩(c−1)の凝集粒径は3μmであった。
得られたセパレータについて、上記方法により評価した。得られた結果を表1に示した。
実施例3及び4においては、塩基性リン酸塩(c−1)として、それぞれ表1に記載のものを使用し、ドットパターンとして「パターン1」を採用した他は実施例2と同様にして、セパレータを得た。これらの実施例における塩基性リン酸塩(c−1)の凝集粒径は3μmであった。
比較例2においては、塩基性リン酸塩(c−1)の代わりに非塩基性リン酸塩であるLi2CO3を用いた他は、上記と同様に行った。Li2CO3の凝集粒径は3μmであった。
得られた各セパレータについて、上記方法により評価した。得られた結果を表1に示した。
塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)に使用する樹脂バインダー(c−2)として、上記合成例2で得たアクリル系ポリマー(1b)を用い、ドットパターンとして「パターン1」を採用した以外は、実施例2と同様にして、セパレータを得た。塩基性リン酸塩(c−1)の凝集粒径は3μmであった。
得られたセパレータについて、上記方法により評価した。得られた結果を表1に示した。
ドットパターンとして「パターン1」を採用し、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の厚みを0.5μmに変更した以外は、実施例2と同様にして、セパレータを得た。塩基性リン酸塩(c−1)の凝集粒径は3μmであった。
得られたセパレータについて、上記方法により評価した。得られた結果を表1に示した。
塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)のドットパターンを、それぞれ、以下のパターン3〜5とした以外は、実施例2と同様にして、セパレータを得た。塩基性リン酸塩(c−1)の凝集粒径は、いずれも、3μmであった。
[パターン3]
ドット形状:円形
ドット配置パターン:三角格子状
単位格子の大きさ(三角格子における三角形の一辺の長さ):213μm
ドット直径:100μm
面積割合:20%
[パターン4]
ドット形状:円形
ドット配置パターン:三角格子状
単位格子の大きさ(三角格子における三角形の一辺の長さ):301μm
ドット直径:100μm
面積割合:10%
[パターン5]
ドット形状:円形
ドット配置パターン:三角格子状
単位格子の大きさ(三角格子における三角形の一辺の長さ):674μm
ドット直径:100μm
面積割合:2%
得られた各セパレータについて、上記方法により評価した。得られた結果を表1に示した。
塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)から成るパターンの形成において、ドットパターンを採用せず、全面塗工とした他は、実施例2と同様にしてセパレータを得た。なお、本比較例における塩基性リン酸塩酸塩(c−1)を含む塗工液の塗工にはグラビアロールを用いた。
得られたセパレータについて、上記方法により評価した。得られた結果を表1に示した。
実施例2において、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を形成する前の((C)層を有さない)セパレータを評価に供した。得られた結果を表1に示した。
Claims (7)
- 多孔基材層(A)を有する蓄電デバイス用セパレータであって、
少なくともその片面側の最外層が、その一部に塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を有し、
前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)は、塩基性リン酸塩(c−1)からなるか、又は塩基性リン酸塩(c−1)が樹脂バインダー(c−2)により結着されてなる、厚みが0.05〜5μmの層であり、かつ、
前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)がドット状に存在することを特徴とする、前記蓄電デバイス用セパレータ。 - 前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の面積割合が、前記蓄電デバイス用セパレータの塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)を有する面の全面積に対して50%以上85%以下である、請求項1に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記ドット状が、前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)が島状に存在し、塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)が存在しない部分が海状になっている海島構造の状態である、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記塩基性リン酸塩(c−1)が、リン酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記蓄電デバイス用セパレータが、
前記多孔基材層(A)の少なくとも片側に、樹脂バインダー(b−1)及び無機充填材(b−2)を含む多孔層(B)を備え、そして
前記塩基性リン酸塩(c−1)を含む層(C)の存在する面が前記多孔層(B)の面である、請求項1〜4いずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。 - 請求項1〜5いずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータと、
正極と、
負極と、
電解液と
を有することを特徴とする、蓄電デバイス。 - 前記正極の電位がリチウム基準で4.5V以上であり、そして
非水電解液二次電池として使用される、請求項6に記載の蓄電デバイス。
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