WO2013147006A1 - 二次電池用多孔膜、二次電池用多孔膜スラリー、非導電性粒子、二次電池用電極、二次電池用セパレータ及び二次電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a porous film for a secondary battery, a porous film slurry for a secondary battery, non-conductive particles, an electrode for a secondary battery, a separator for a secondary battery, and a secondary battery.
- Electrochemical elements such as lithium ion secondary batteries that are small and lightweight, have high energy density, and can be repeatedly charged and discharged are rapidly expanding their demands by taking advantage of their characteristics.
- Lithium ion secondary batteries are used in fields such as mobile phones, notebook personal computers, and electric vehicles because of their relatively high energy density.
- Such a lithium ion secondary battery usually uses a separator in order to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
- a separator made of a polyolefin-based material such as polyethylene or polypropylene and having physical properties that melts at 200 ° C. or lower is generally used. For this reason, when the lithium ion secondary battery becomes hot, the separator may cause a volume change such as shrinkage or melting. When such a volume change occurs, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, It will cause the release of energy.
- Patent Documents 1 and 2 propose a technique of providing a porous film containing non-conductive particles such as inorganic fine particles on the separator surface or the electrode surface.
- these Patent Documents 1 and 2 by using inorganic fine particles, it is possible to form a porous film having excellent heat resistance and high strength.
- the preparation of inorganic fine particles inevitably contains moisture and metal ions, and therefore it is difficult to reduce the contents of moisture and metal ions.
- moisture and metal ions are mixed in the porous film, the battery performance is adversely affected, so that further improvement of the battery performance by the inorganic fine particles is limited.
- Patent Documents 3 and 4 propose using organic fine particles instead of inorganic fine particles. Since the surface of the organic fine particles can be hydrophobized by selecting the monomer species to be used, it is possible to reduce the moisture mixed into the porous film as compared with the inorganic fine particles. In addition, since it is possible to produce metal ions free, the amount of metal ions mixed can be reduced. Therefore, further improvement in battery performance can be expected by using organic fine particles.
- a porous film containing organic fine particles has a low strength and a low performance to prevent a short circuit of a battery in a high temperature use environment, and a uniform thickness distribution and strength distribution. There is a problem that it is difficult. In particular, if the distribution of film thickness and strength is not uniform, partial cracks are likely to occur, thereby reducing the performance of the battery.
- the porous film containing organic fine particles has a problem that the ion permeability is lowered due to the influence of the organic fine particles.
- JP 2007-294437 A JP 2005-327680 A JP 2006-139978 A JP 2009-64566 A
- An object of the present invention is to provide a porous membrane for a secondary battery having high uniformity of film thickness, excellent reliability in a high temperature environment, and excellent ion permeability.
- the present invention also provides a secondary battery porous membrane slurry and non-conductive particles for producing such a secondary battery porous membrane, and a secondary battery comprising such a secondary battery porous membrane. It is another object of the present invention to provide a battery electrode, a secondary battery separator, and a secondary battery.
- the present inventors have found that the number average particle diameter is 100 to 1000 nm and the BET specific surface area is 14.4 as non-conductive particles for forming a porous membrane for a secondary battery.
- the inventors have found that the above object can be achieved by using polymer particles of 56 to 72.8 m 2 / g, and have completed the present invention.
- a porous membrane for a secondary battery containing non-conductive particles and a binder, wherein the non-conductive fine particles have a number average particle size of 100 to 1000 nm and a BET specific surface area of 14.56 to
- a porous membrane for a secondary battery characterized in that the polymer particle is 72.8 m 2 / g.
- the binder is a (meth) acrylic polymer or a polymer containing a nitrile group, and the (meth) acrylic polymer in the porous membrane for a secondary battery.
- the content of the polymer containing a nitrile group is preferably 3 to 20% by weight.
- a porous membrane slurry for a secondary battery containing non-conductive particles, a binder and a dispersion medium, wherein the non-conductive fine particles have a number average particle size of 100 to 1000 nm and a BET specific surface area.
- a porous membrane slurry for a secondary battery characterized in that the polymer particles are 14.56 to 72.8 m 2 / g.
- the binder is a (meth) acrylic polymer or a polymer containing a nitrile group, and in the solid content contained in the porous membrane slurry for a secondary battery.
- the content ratio of the (meth) acrylic polymer or the polymer containing a nitrile group is preferably 3 to 20% by weight.
- porous membrane for a secondary battery comprising polymer particles having a number average particle diameter of 100 to 1000 nm and a BET specific surface area of 14.56 to 72.8 m 2 / g. Of non-conductive particles.
- an electrode for a secondary battery comprising a current collector, an electrode active material layer, and the porous film for a secondary battery according to any one of the above laminated in this order.
- a separator for a secondary battery wherein the separator is formed by laminating an organic separator and the porous film for a secondary battery according to any one of the above, and
- Secondary battery Is provided.
- a porous membrane for a secondary battery that has high film thickness uniformity, high temperature short circuit resistance (reliability in a high temperature environment), and excellent ion permeability.
- a secondary battery porous membrane slurry and non-conductive particles for producing such a secondary battery porous membrane, and a secondary battery equipped with such a secondary battery porous membrane are provided.
- a battery electrode, a secondary battery separator, and a secondary battery can be provided.
- the porous membrane for a secondary battery of the present invention contains non-conductive particles and a binder, and the non-conductive fine particles have a number average particle diameter of 100 to 1000 nm and a BET specific surface area of 14.56 to 72.8 m 2 / g. It is characterized by comprising polymer particles that are
- Non-conductive particles are composed of polymer particles having a number average particle size of 100 to 1000 nm and a BET specific surface area of 14.56 to 72.8 m 2 / g.
- the non-conductive particles constituting the porous film are those having a number average particle diameter and a BET specific surface area in the above ranges, whereby the secondary battery porous film has a uniform film thickness. It is high and can be excellent in high temperature short circuit resistance (reliability in a high temperature environment) and ion permeability.
- the non-conductive particles by setting the number average particle diameter of the non-conductive particles in the above range, the non-conductive particles have such a degree that the conductive particles have contact portions and the movement of ions is not inhibited. A gap between each other can be formed, thereby improving the high temperature short circuit resistance (reliability in a high temperature environment) while keeping the strength of the porous film high.
- the water permeability of the non-conductive particles is reduced and the ion permeability in the case of the porous film is improved. Can be made.
- the reason why the ion permeability can be improved by setting the BET specific surface area of the non-conductive particles in the above range is not necessarily clear, but by setting the BET specific surface area in the above range, the non-conductive particle is non-conductive.
- the particles have a hollow structure and a structure having a large number of pores connecting the surface of the particles to the hollow portions formed in the particles. It is considered that it is possible to enter through the hollow portion and further through the pore.
- the BET specific surface area of the non-conductive particles includes not only the surface area of the non-conductive particles but also the surface area caused by the pores and hollow portions formed in the non-conductive particles. Will be included.
- the number average particle diameter of the non-conductive particles is 100 to 1000 nm, preferably 300 to 900 nm, more preferably 500 to 900 nm. If the number average particle diameter of the nonconductive particles is too small, the contact portions between the nonconductive particles may be reduced, and the thickness of the porous film may be nonuniform. For this reason, the strength of the porous film is insufficient, and a short circuit of the battery is likely to occur. As a result, the high temperature short circuit resistance (reliability in a high temperature environment) is lowered. On the other hand, if the number average particle size is too large, the gaps between the non-conductive particles are reduced, the ion permeability is lowered, and the rate characteristics are lowered when used in a secondary battery.
- the number average particle diameter of the non-conductive particles is determined by, for example, observing 100 non-conductive particles with a scanning electron microscope, the longest side of the particle image is a, the shortest side is b, and (a + b ) / 2 is calculated for each particle to determine the particle diameter of each particle, and is calculated as an arithmetic average value of the determined particle diameters.
- the nonconductive particles used in the present invention have a BET specific surface area of 14.56 to 72.8 m 2 / g, preferably 14.56 to 36.4 m 2 / g, more preferably 14.56 to 29.12 m 2 / g. If the BET specific surface area is too large, the non-conductive particles become highly hygroscopic, the water content of the non-conductive particles increases, and the cycle characteristics deteriorate when used in a secondary battery. End up. On the other hand, if the BET specific surface area is too small, formation of hollow portions and pores for ions to pass through becomes insufficient, ion permeability decreases, and rate characteristics decrease when used for secondary batteries. .
- the non-conductive particles used in the present invention may have a number average particle diameter and a BET specific surface area within the above ranges, but the average circularity and the coefficient of variation of the particle diameter are preferably within the following ranges.
- the average circularity is preferably 1.05 to 1.60, more preferably 1.07 to 1.45, and still more preferably 1.09 to 1.35.
- the variation coefficient of the particle size is preferably 26% or less, more preferably 23% or less, and still more preferably 20% or less.
- the average circularity is an index indicating how close the observed particle shape is to a circular shape.
- an image obtained by enlarging the non-conductive particles with an electron microscope is taken for the non-conductive particles, 100 particles are arbitrarily selected from the taken images, and the same projected area as the particle image is obtained.
- L 0 / L is circularity
- the average circularity can be calculated from the average of the circularity of 100 particles.
- the coefficient of variation of the particle diameter can be obtained from, for example, the number average particle diameter of the nonconductive particles and the standard deviation thereof.
- the non-conductive particles have a relatively uniform particle size and are more spherical. It is possible to maintain a non-spherical shape, thereby ensuring a contact area between the particles while making the shape of the non-conductive particles relatively uniform. In this case, the film thickness uniformity, strength, and ion permeability can be further improved.
- a method for preparing the non-conductive particles used in the present invention a method in which polymer particles having a number average particle diameter and a BET specific surface area within the above ranges may be employed.
- the monomer mixture containing the above polymerizable monomer is polymerized to obtain seed particles, and the obtained seed particles are used to form hollow portions and pores (between the particle surface and the hollow portion).
- the polymerizable monomer used for producing the seed particles is not particularly limited, but contains at least a polar group from the viewpoint that the adhesion with the binder and the strength of the obtained porous film can be improved. It is preferable to use a monomer.
- the polar group-containing monomer is not particularly limited as long as it contains a polar group in the molecular structure and can be polymerized alone or can be copolymerized with other monomers. Examples of the polar group-containing monomer include a monomer containing a carboxyl group, a monomer containing a sulfonic acid group, a monomer containing a hydroxyl group, a monomer containing an amide group, and a cationic monomer.
- Monomer monomer containing cyano group, monomer containing epoxy group and salts thereof (for example, alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, alkaline earth metal salts such as calcium salt and magnesium salt) And organic amine salts such as ammonium salt, monoethanolamine salt, and triethanolamine salt).
- alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, alkaline earth metal salts such as calcium salt and magnesium salt
- organic amine salts such as ammonium salt, monoethanolamine salt, and triethanolamine salt.
- Examples of the monomer containing a carboxyl group include monocarboxylic acid, dicarboxylic acid, dicarboxylic acid anhydride, and dicarboxylic acid monoester.
- Monocarboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid , ⁇ -diaminoacrylic acid and the like.
- dicarboxylic acid examples include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, and fluoromaleic acid.
- acid anhydride of dicarboxylic acid examples include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, and dimethyl maleic anhydride.
- Dicarboxylic acid monoesters include fumaric acid such as monomethyl maleate, monoethyl maleate, monopropyl maleate, mono n-butyl maleate, monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, monopropyl fumarate, mono n-butyl fumarate
- fumaric acid such as monomethyl maleate, monoethyl maleate, monopropyl maleate, mono n-butyl maleate, monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, monopropyl fumarate, mono n-butyl fumarate
- monoalkyl esters monomethyl citraconic acid, monoethyl citraconic acid, monopropyl citraconic acid, mono n-butyl citraconic acid, monomethyl itaconate, monoethyl itaconate, monopropyl itaconate, mono n-butyl itaconate and the like.
- Examples of the monomer containing a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, (meth) acrylic acid-2-ethyl sulfonate, 2-acrylamide-2- Examples thereof include methylpropane sulfonic acid and 3-allyloxy-2-hydroxypropane sulfonic acid.
- Monomers containing a hydroxyl group include ethylenically unsaturated alcohols such as (meth) allyl alcohol, 3-buten-1-ol, 5-hexen-1-ol; 2-hydroxyethyl acrylate, acrylic acid- Ethylene such as 2-hydroxypropyl, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, di-2-hydroxyethyl maleate, di-4-hydroxybutyl maleate, di-2-hydroxypropyl itaconate Alkanol esters of unsaturated carboxylic acid; general formula CH 2 ⁇ CR 1 —COO— (C n H 2n O) m —H (m is an integer from 2 to 9, n is an integer from 2 to 4, R 1 is An ester of a polyalkylene glycol represented by (representing hydrogen or a methyl group) and (meth) acrylic acid; 2-hydroxyethyl Mono (meth) acrylic acid esters of dihydroxy esters of dicarboxylic acids such as
- Examples of the monomer containing an amide group include acrylamide, methacrylamide, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide and the like.
- Examples of the cationic monomer include dimethylaminoethyl (meth) acrylate and dimethylaminopropyl (meth) acrylate.
- Examples of the monomer containing a cyano group include vinyl cyanide compounds such as acrylonitrile and methacrylonitrile.
- Examples of the monomer containing an epoxy group include glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, and allyl glycidyl ether.
- polar group-containing monomers a monomer containing a carboxyl group, a monomer containing an amide group, a monomer containing a cyano group, and a monomer containing an epoxy group are preferable.
- the blending ratio of the polar group-containing monomer in the monomer mixture used for producing seed particles is preferably 0.05 to 20% by weight, more preferably 0.05 to 15% by weight, Preferably, it is 0.05 to 10% by weight.
- the blending ratio of the monomer containing a carboxyl group as the polar group-containing monomer is preferably 0 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 5% by weight, and a monomer containing an amide group.
- the blending ratio of the monomer is preferably 0 to 5% by weight, more preferably 0.05 to 5% by weight, and the blending ratio of the monomer containing a cyano group is preferably 0 to 10% by weight. More preferably, it is 0 to 5% by weight, and the proportion of the epoxy group-containing monomer is preferably 0 to 10% by weight, more preferably 0.01 to 5% by weight.
- the polymerizable monomer used for producing the seed particles may be used as the polymerizable monomer used for producing the seed particles.
- the non-crosslinkable monomer which does not have crosslinkability can be used preferably.
- non-crosslinkable monomers include aromatic monovinyl compounds such as styrene, ⁇ -methylstyrene, fluorostyrene, and vinylpyridine; methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, Acrylic acid ester monomers such as n-dodecyl acrylate, methoxymethyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, methacryl Methacrylate monomers such as n-dodecyl acid, methoxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate; conjugated double bond compounds such as butadiene and isoprene; vinyl ester compounds such as vinyl acetate; 4-methyl-1 Such as ⁇ - olefin
- the blending ratio of the non-crosslinkable monomer in the monomer mixture used for producing seed particles is preferably 80 to 99.95% by weight, more preferably 85 to 99.95% by weight, More preferably, it is 90 to 99.95% by weight.
- the seed particles can be produced by polymerizing a monomer mixture containing the above-described polymerizable monomer by emulsion polymerization.
- the seed particles can be obtained as a water dispersion.
- commonly used polymerization auxiliary materials such as emulsifiers, polymerization initiators, molecular weight regulators and the like can be used.
- the conditions for the emulsion polymerization are not particularly limited, but may be set such that the number average particle diameter after the hollow portion forming treatment described later is in the above-described range.
- non-conductive particles can be obtained by subjecting the seed particles to a hollow portion forming treatment so that the BET specific surface area is in the above range.
- a method for performing the hollow portion forming treatment is not particularly limited.
- a seed monomer is prepared by adding a crosslinkable monomer and an organic solvent together with a crosslinking agent to an aqueous dispersion of seed particles.
- the resulting particles after the cross-linking reaction have many cross-linked components on the surface, while there are uncross-linked components inside the particles.
- a core-shell structure in which many remain can be obtained.
- the core portion is removed in the core portion, and a hollow structure is formed in the particles.
- pores are formed by removing the organic solvent swollen in the shell portion.
- the resulting particles after the cross-linking reaction have many components cross-linked on the surface,
- a core-shell structure in which many uncrosslinked components remain in the interior of the particle can be obtained.
- a core part is removed and a hollow structure will be formed in particle
- pores are formed by removing the component swollen in the shell part.
- Diacrylate compounds include polyethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,6-hexane glycol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, 2,2′-bis (4-acrylic). Roxypropyloxyphenyl) propane, 2,2′-bis (4-acryloxydiethoxyphenyl) propane, and the like.
- Examples of the triacrylate compound include trimethylolpropane triacrylate, trimethylolethane triacrylate, and tetramethylolmethane triacrylate.
- Examples of the tetraacrylate compound include tetramethylolmethane tetraacrylate.
- Dimethacrylate compounds include ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butylene glycol dimethacrylate, 1,4-butylene glycol dimethacrylate, 1,6-hexane glycol.
- trimethacrylate examples include dimethacrylate, neopentyl glycol dimethacrylate, dipropylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, and 2,2′-bis (4-methacryloxydiethoxyphenyl) propane.
- trimethacrylate compound examples include trimethylolpropane trimethacrylate and trimethylolethane trimethacrylate.
- the blending amount of the crosslinkable monomer is preferably 100 to 10,000 parts by weight, more preferably 500 to 8,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the seed particles.
- the size of the hollow portion formed in the obtained polymer particles can be made appropriate.
- the organic solvent used in the method (1) is not particularly limited as long as it can sufficiently swell the seed particles.
- aliphatic hydrocarbons such as hexane; ethylbenzene, xylene, toluene, benzene
- Aromatic hydrocarbons such as carbon tetrachloride, halogenated hydrocarbons such as trichloroethylene and dichloromethane
- Alcohols such as amyl alcohol, butyl alcohol, cyclohexyl alcohol and benzyl alcohol
- Phenols such as cresol
- Ethers such as diethyl ether
- Ketones such as diisobutyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone
- the compounding amount of the organic solvent is preferably 13 to 40 parts by weight, more preferably 14 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the crosslinkable monomer.
- the crosslinking agent used in the method (1) includes persulfates such as potassium persulfate and ammonium persulfate; 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid), 2,2′-azobis ( 2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide), 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), and 2 Azo compounds such as 2,2'-azobisisobutyronitrile; di-t-butyl peroxide, benzoyl peroxide, t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, t-hexylperoxy-2-ethylbuta Noate, diisopropyl peroxydicarbonate, di-t-butylperoxyisophthalate, t-butylperoxyisobutylate Over organic peroxides such as bets and the like.
- persulfates
- the blending amount of the crosslinking agent is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.2 to 7 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the crosslinkable monomer.
- the seed particles are treated with a crosslinkable monomer, an organic solvent and a crosslinking agent.
- the method for absorbing the crosslinkable monomer, the organic solvent and the crosslinking agent in the seed particles is not particularly limited, but the crosslinkable monomer and the organic solvent are mixed with the crosslinking agent in the aqueous dispersion of the seed particles.
- a method of adding them, preferably stirring them at 50 to 90 ° C. under the conditions of 1 to 10 hours, and the like can be mentioned.
- a known emulsifier surfactant
- the cross-linking monomer, the organic solvent and the cross-linking agent are absorbed by the seed particles, and then the cross-linking reaction is performed.
- the conditions for the crosslinking reaction are not particularly limited and may be appropriately set according to the type and amount of the crosslinking agent to be used.
- the crosslinking temperature is preferably 50 to 90 ° C., and the crosslinking time is preferably 1 to 5 hours. It is.
- non-conductive particles can be obtained by removing uncrosslinked components and organic solvent from the particles after the crosslinking reaction.
- the method for removing the uncrosslinked component and the organic solvent include a method in which steam is passed through an aqueous dispersion of non-conductive particles in a tank (steam aeration method), and a non-conductive particle aqueous method in a multistage tower. Examples include a so-called steam stripping method in which the dispersion and steam are brought into countercurrent contact.
- the multistage stripper method in which the aqueous dispersion is allowed to flow down from the top of the multistage tower and steam is blown from the bottom of the tower can efficiently remove uncrosslinked components and organic solvents.
- uncrosslinked components and organic solvents can be removed by distillation under reduced pressure.
- the crosslinkable monomer used in the method (2) the same monomer as in the above (1) can be used, and the blending amount thereof is preferably 100 with respect to 100 parts by weight of the seed particles. It is ⁇ 10,000 parts by weight, more preferably 500 to 8,000 parts by weight. By setting the blending amount of the crosslinkable monomer in such a range, the size of the hollow portion formed in the obtained polymer particles can be made appropriate.
- the crosslinking agent used in the method (2) the same as the above (1) can be used, and the blending amount thereof is preferably 100 parts by weight of the crosslinkable monomer.
- the amount is 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.2 to 7 parts by weight.
- a mixed solution containing a crosslinkable monomer, a crosslinking agent, and water is prepared, and seed particles are added to the prepared mixed solution to perform a crosslinking reaction.
- the conditions for the crosslinking reaction are not particularly limited and may be appropriately set according to the type and amount of the crosslinking agent used.
- the crosslinking temperature is preferably 50 to 90 ° C., and the crosslinking time is preferably 1 to 10 hours. It is. In this case, a known emulsifier (surfactant) may be added.
- the particles after the crosslinking reaction are subjected to an alkali swelling treatment using an alkaline aqueous solution.
- the particles after the cross-linking reaction are alkali swollen by dispersing them in an alkali solution so that the solid content is preferably 5 to 40% by weight.
- aqueous alkali solution sodium hydroxide aqueous solution etc. can be used, for example.
- the uncrosslinked component is removed from the particles after the crosslinking reaction by heating preferably at 25 to 90 ° C. for 1 to 5 hours, and then cooled to room temperature.
- non-conductive particles can be obtained.
- the content ratio of non-conductive particles is preferably 70 to 97% by weight, more preferably 80 to 95% by weight.
- Binder As the binder used in the present invention, various binders can be used as long as they have binding properties. However, in the present invention, the obtained porous film has excellent non-conductive particle retention and flexibility. In addition, a (meth) acrylic polymer or a polymer containing a nitrile group is preferable because it is easy to obtain a battery that is stable in redox and has excellent life characteristics.
- the (meth) acrylic polymer used in the present invention is a polymer containing polymerized units of an acrylate ester and / or a methacrylic ester monomer.
- “(Meth) acrylic polymer” means “acrylic polymer and / or methacrylic polymer”, and the same applies to (meth) acrylic acid ester monomers and the like.
- acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester monomers include methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, 2 -Acrylic acid alkyl esters such as ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl Methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl
- non-carbonyl oxygen is shown because it exhibits lithium ion conductivity by moderate swelling into the electrolyte without eluting into the electrolyte, and in addition, it is difficult to cause bridging aggregation by the polymer in the dispersion of the active material.
- Heptyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate and lauryl acrylate which are alkyl acrylates having 7 to 13 carbon atoms in the alkyl group bonded to the atom, are preferred, and bonded to a non-carbonyl oxygen atom More preferred are octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, and nonyl acrylate having 8 to 10 carbon atoms in the alkyl group.
- the content ratio of the polymer unit of the (meth) acrylic acid ester monomer in the (meth) acrylic polymer is preferably 50 to 98% by weight, more preferably 60 to 97.5% by weight, particularly preferably 70 to 95% by weight. is there.
- the (meth) acrylic polymer used by this invention contains the polymerization unit of another arbitrary monomer in addition to the polymerization unit of a (meth) acrylic acid ester monomer.
- the polymerization unit of an arbitrary monomer include a polymerization unit of a vinyl monomer having an acidic group, a polymerization unit of a monomer having a crosslinkable group, and the like.
- Examples of the vinyl monomer having an acidic group include a monomer having a carboxylic acid group, a monomer having a hydroxyl group, a monomer having a sulfonic acid group, a monomer having a —PO 3 H 2 group, and —PO (OH ) (OR) group (R represents a hydrocarbon group) and a monomer having a lower polyoxyalkylene group.
- generates a carboxylic acid group by a hydrolysis can be used similarly.
- Examples of the monomer having a carboxylic acid group include monocarboxylic acid, dicarboxylic acid, dicarboxylic acid anhydride, and derivatives thereof.
- Monocarboxylic acids include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, 2-ethylacrylic acid, isocrotonic acid, ⁇ -acetoxyacrylic acid, ⁇ -trans-aryloxyacrylic acid, ⁇ -chloro- ⁇ -E-methoxyacrylic acid , ⁇ -diaminoacrylic acid and the like.
- Dicarboxylic acids include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, methylmaleic acid, dimethylmaleic acid, phenylmaleic acid, chloromaleic acid, dichloromaleic acid, fluoromaleic acid, methylallyl maleate, diphenylmaleate, nonylmaleate, And maleate esters such as decyl maleate, dodecyl maleate, octadecyl maleate and fluoroalkyl maleate.
- Examples of the acid anhydride of dicarboxylic acid include maleic anhydride, acrylic anhydride, methyl maleic anhydride, and dimethyl maleic anhydride.
- Examples of the monomer having a hydroxyl group include ethylenically unsaturated alcohols such as (meth) allyl alcohol, 3-buten-1-ol and 5-hexen-1-ol; 2-hydroxyethyl acrylate, acrylic acid-2 Ethylenic acid such as hydroxypropyl, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, di-2-hydroxyethyl maleate, di-4-hydroxybutyl maleate, di-2-hydroxypropyl itaconate Alkanol esters of unsaturated carboxylic acids; general formula CH 2 ⁇ CR 1 —COO— (CnH 2 nO) m—H (m is an integer from 2 to 9, n is an integer from 2 to 4, R 1 is hydrogen or methyl An ester of a polyalkylene glycol represented by the following formula: (meth) acrylic acid; Mono (meth) acrylic esters of dihydroxy esters of dicarboxylic acids such as til-2 ′-(
- Examples of monomers having a sulfonic acid group include vinyl sulfonic acid, methyl vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, (meth) acrylic acid-2-ethyl sulfonate, 2-acrylamido-2-methyl. Examples thereof include propanesulfonic acid and 3-allyloxy-2-hydroxypropanesulfonic acid.
- Monomers having a —PO 3 H 2 group and / or —PO (OH) (OR) group include 2- (meth) acryloyloxyethyl phosphate, methyl phosphate Examples include -2- (meth) acryloyloxyethyl and ethyl phosphate- (meth) acryloyloxyethyl.
- Examples of the monomer having a lower polyoxyalkylene group include poly (alkylene oxide) such as poly (ethylene oxide).
- a monomer having a carboxylic acid group is preferable from the viewpoint that the binding force can be further increased, and among them, a monocarboxylic acid having 5 or less carbon atoms having a carboxylic acid group such as acrylic acid and methacrylic acid, and the like.
- Dicarboxylic acids having 5 or less carbon atoms having two carboxylic acid groups per molecule such as maleic acid and itaconic acid are preferred.
- the content of the polymer units of the vinyl monomer having an acidic group is preferably 1.0 to 3.0% by weight, more preferably 1.5 to 2.5% by weight.
- Monomers having a crosslinkable group include a crosslinkable group, a monofunctional monomer having one olefinic double bond per molecule, and a polyfunctional having two or more olefinic double bonds per molecule.
- the crosslinkable group contained in the monofunctional monomer having a crosslinkable group and one olefinic double bond per molecule is selected from the group consisting of an epoxy group, an N-methylolamide group, an oxetanyl group, and an oxazoline group. At least one selected from the above is preferable, and an epoxy group is more preferable in terms of easy crosslinking and adjustment of the crosslinking density.
- Examples of the monomer containing an epoxy group contained in the monomer having a crosslinkable group include a monomer containing a carbon-carbon double bond and an epoxy group and a monomer containing a halogen atom and an epoxy group. It is done.
- Examples of the monomer containing a carbon-carbon double bond and an epoxy group include unsaturated glycidyl ethers such as vinyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, butenyl glycidyl ether, o-allylphenyl glycidyl ether; butadiene monoepoxide, Diene or polyene monoepoxides such as chloroprene monoepoxide, 4,5-epoxy-2-pentene, 3,4-epoxy-1-vinylcyclohexene, 1,2-epoxy-5,9-cyclododecadiene; Alkenyl epoxides such as epoxy-1-butene, 1,
- Examples of the monomer having a halogen atom and an epoxy group include epihalohydrin such as epichlorohydrin, epibromohydrin, epiiodohydrin, epifluorohydrin, ⁇ -methylepichlorohydrin; p-chlorostyrene oxide; dibromo Phenyl glycidyl ether;
- Examples of the monomer containing an N-methylolamide group include (meth) acrylamides having a methylol group such as N-methylol (meth) acrylamide.
- Monomers containing an oxetanyl group include 3-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane, 3-((meth) acryloyloxymethyl) -2-trifluoromethyloxetane, and 3-((meth) acryloyloxymethyl). ) -2-phenyloxetane, 2-((meth) acryloyloxymethyl) oxetane, 2-((meth) acryloyloxymethyl) -4-trifluoromethyloxetane, and the like.
- Monomers containing an oxazoline group include 2-vinyl-2-oxazoline, 2-vinyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-vinyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-2- Examples thereof include oxazoline, 2-isopropenyl-4-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-methyl-2-oxazoline, 2-isopropenyl-5-ethyl-2-oxazoline and the like.
- Polyfunctional monomers having two or more olefinic double bonds per molecule include allyl acrylate or allyl methacrylate, trimethylolpropane-triacrylate, trimethylolpropane-methacrylate, dipropylene glycol diallyl ether, polyglycol diallyl Ethers, triethylene glycol divinyl ether, hydroquinone diallyl ether, tetraallyloxyethane, or other allyl or vinyl ethers of polyfunctional alcohols, tetraethylene glycol diacrylate, triallylamine, trimethylolpropane-diallyl ether, methylenebisacrylamide and / or Or divinylbenzene is preferable.
- allyl acrylate, allyl methacrylate, trimethylolpropane-triacrylate and / or trimethylolpropane-methacrylate and the like can be mentioned.
- crosslinking density is easily improved, a polyfunctional monomer having two or more olefinic double bonds per molecule is preferable, and further, the crosslinking density is improved and the copolymerization property is high. For this reason, acrylates or methacrylates having an allyl group such as allyl acrylate or allyl methacrylate are preferred.
- the content of the polymer units of the monomer having a crosslinkable group is preferably 0.01 to 2.0% by weight, more preferably 0.05 to 1.5% by weight. %, Particularly preferably in the range of 0.1 to 1.0% by weight.
- the (meth) acrylic polymer used in the present invention may contain a polymer unit based on a monomer copolymerizable therewith in addition to the polymer unit based on the monomer described above.
- Monomers copolymerizable with these include halogen atom-containing monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate and vinyl butyrate; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether Vinyl ethers such as methyl vinyl ketone, ethyl vinyl ketone, butyl vinyl ketone, hexyl vinyl ketone, isopropenyl vinyl ketone and the like; heterocycle-containing vinyl compounds such as N-vinyl pyrrolidone, vinyl pyridine and vinyl imidazole; acrylamide; Is mentioned.
- the (meth) acrylic polymer used in the present invention can be produced by polymerizing the above monomers.
- the polymerization method any method such as a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, and an emulsion polymerization method can be used.
- the polymerization reaction any reaction such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used.
- polymerization initiator used for the polymerization examples include lauroyl peroxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate, 3,3,5-trimethylhexanoyl peroxide, and the like.
- the polymer containing a nitrile group used in the present invention is not particularly limited as long as it contains a nitrile group.
- a homopolymer of an unsaturated nitrile monomer an unsaturated nitrile monomer And copolymers with other monomers copolymerizable with the polymer.
- the unsaturated nitrile monomer is not limited as long as it is an unsaturated compound having a nitrile group, such as acrylonitrile; ⁇ -halogenoacrylonitrile such as ⁇ -chloroacrylonitrile and ⁇ -bromoacrylonitrile; methacrylonitrile, ethacrylonitrile, etc. ⁇ -alkylacrylonitrile; and the like.
- acrylonitrile and methacrylonitrile are preferable, and acrylonitrile is particularly preferable.
- the content of unsaturated nitrile monomer units in the nitrile group-containing polymer used in the present invention is preferably 1 to 100% by weight, more preferably 1 to 50% by weight.
- Examples of other copolymerizable monomers include conjugated diene monomers, unsaturated monocarboxylic acid monomers, unsaturated carboxylic acid ester monomers, unsaturated dicarboxylic acid monoester monomers, Examples include unsaturated polyvalent carboxylic acid monomers and aromatic vinyl monomers.
- Examples of the conjugated diene monomer include 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene and the like.
- Examples of the unsaturated monocarboxylic acid monomer include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid.
- Examples of unsaturated carboxylic acid ester monomers include methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, n-butyl acrylate, n-pentyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, ethyl methacrylate, and propyl methacrylate. Can be mentioned.
- Examples of unsaturated dicarboxylic acid monoester monomers include monomethyl maleate, monoethyl maleate, monopropyl maleate, mono n-butyl maleate, monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, monopropyl fumarate, mono n-fumarate Examples include butyl.
- Examples of the unsaturated polyvalent carboxylic acid monomer include itaconic acid, fumaric acid and maleic acid.
- Examples of the aromatic vinyl monomer include styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyl pyridine and the like.
- the nitrile group-containing polymer used in the present invention is produced by polymerizing an unsaturated nitrile monomer alone or with another monomer copolymerizable with the unsaturated nitrile monomer. be able to.
- the polymerization method any method such as a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a bulk polymerization method, and an emulsion polymerization method can be used.
- the polymerization reaction any reaction such as ionic polymerization, radical polymerization, and living radical polymerization can be used.
- polymerization the thing similar to the (meth) acrylic polymer mentioned above can be used, for example.
- the polymer containing a nitrile group used in the present invention is a nitrile rubber containing at least an unsaturated nitrile monomer unit and a conjugated diene monomer unit
- an aliphatic carbon-carbon Hydrogenated nitrile rubber may be obtained by hydrogenating unsaturated bonds.
- the binder content is preferably 3 to 20% by weight, more preferably 3 to 15% by weight.
- the ratio of the content of non-conductive particles and the content of the binder is a weight ratio of “non-conductive particle weight / binder weight for porous membrane”. It is preferably in the range of 2 to 100, and more preferably in the range of 10 to 100. By setting these weight ratios within such a range, it is possible to maintain both high-temperature short-circuit resistance and excellent cycle characteristics.
- the binder used in the present invention is usually prepared and stored as a dispersion in the form of particles dispersed in a dispersion medium.
- a dispersion medium it is preferable to use water from the viewpoint of low environmental load and high drying speed.
- an organic solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) can be used.
- the number average particle diameter (dispersion particle diameter) of the binder is preferably 50 to 500 nm, more preferably 70 to 400 nm, and still more preferably 100 to 250 nm. is there.
- the number average particle diameter of the binder is in such a range, the strength and flexibility of the obtained porous film are good.
- the content of the binder in the dispersion is preferably 15 to 70% by weight, more preferably 20 to 65% by weight.
- the content ratio of the binder is within such a range, workability in manufacturing a porous membrane slurry for a secondary battery, which will be described later, can be improved.
- the glass transition temperature (Tg) of the binder used in the present invention is preferably ⁇ 50 to 25 ° C., more preferably ⁇ 45 to 15 ° C., and particularly preferably ⁇ 40 to 5 ° C.
- Tg of the binder is in such a range, the resulting porous film can have excellent strength and flexibility.
- the porous membrane for a secondary battery of the present invention may contain a heavy metal capturing compound.
- a heavy metal capturing compound By containing the heavy metal capturing compound, when the porous membrane for a secondary battery of the present invention is used for a secondary battery, it is possible to capture transition metal ions that elute in the electrolyte during charge / discharge of the secondary battery. Therefore, it is possible to prevent a decrease in cycle characteristics and safety of the secondary battery due to the transition metal ions.
- the heavy metal scavenging compound is not particularly limited as long as it has a heavy metal scavenging function, but preferably from the group consisting of an aminocarboxylic acid chelate compound, a phosphonic acid chelate compound, gluconic acid, citric acid, malic acid and tartaric acid. Selected. Among these, chelate compounds that can selectively capture transition metal ions without capturing lithium ions are used, and aminocarboxylic acid chelate compounds and phosphonic acid chelate compounds are particularly preferably used.
- aminocarboxylic acid chelate compounds include ethylenediaminetetraacetic acid (hereinafter sometimes referred to as “EDTA”), nitrilotriacetic acid (hereinafter sometimes referred to as “NTA”), trans-1,2-diamino.
- EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
- NTA nitrilotriacetic acid
- trans-1,2-diamino trans-1,2-diamino.
- Cyclohexanetetraacetic acid hereinafter sometimes referred to as “DCTA”
- DCTA diethylene-triaminepentaacetic acid
- DTPA diethylene-triaminepentaacetic acid
- EGTA bis- (aminoethyl) glycol ether-N, N, N ', N'-tetraacetic acid
- HEDTA N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine-N, N ′, N′-triacetic acid
- DHEG dihydroxyethylglycine
- HEDP 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid
- the compounding amount of the heavy metal capturing compound is preferably 0.001 to 1.0 part by weight, more preferably 0.005 to 0.5 part by weight, and particularly preferably 0.01 to 0.00 part by weight with respect to 100 parts by weight of the binder. 3 parts by weight.
- the porous membrane for a secondary battery of the present invention may contain arbitrary components.
- optional components include dispersants, leveling agents, antioxidants, binders other than the binders described above, thickeners, antifoaming agents, and electrolytic solution additives having functions such as suppression of electrolytic solution decomposition. And the like.
- dispersant examples include anionic compounds, cationic compounds, nonionic compounds, and polymer compounds.
- a dispersing agent is selected according to the nonelectroconductive particle to be used.
- the content ratio of the dispersing agent in the porous film is preferably within a range that does not affect the battery characteristics, and specifically 10% by weight or less.
- leveling agents include surfactants such as alkyl surfactants, silicon surfactants, fluorosurfactants, and metal surfactants. By mixing such surfactants, coating is possible. It is possible to prevent repelling that sometimes occurs and to improve the smoothness of the porous membrane.
- antioxidants examples include a phenol compound, a hydroquinone compound, an organic phosphorus compound, a sulfur compound, a phenylenediamine compound, and a polymer type phenol compound.
- the polymer type phenol compound is a polymer having a phenol structure in the molecule, and a polymer type phenol compound having a weight average molecular weight of 200 to 1000, preferably 600 to 700 is preferably used.
- PTFE polytetrafluoroethylene
- polyacrylic acid derivatives polyacrylonitrile derivatives
- soft polymers soft polymers
- thickeners include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, and ammonium salts and alkali metal salts thereof; (modified) poly (meth) acrylic acid and ammonium salts and alkali metal salts thereof; ) Polyvinyl alcohols such as polyvinyl alcohol, copolymers of acrylic acid or acrylate and vinyl alcohol, maleic anhydride or copolymers of maleic acid or fumaric acid and vinyl alcohol; polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, modified Examples thereof include polyacrylic acid, oxidized starch, phosphoric acid starch, casein, various modified starches, acrylonitrile-butadiene copolymer hydride, and the like.
- cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, and ammonium salts and alkali metal salts thereof; (modified) poly (meth) acrylic acid and ammonium salt
- the content ratio of these optional components in the porous membrane for a secondary battery of the present invention is preferably in a range that does not affect the battery characteristics, specifically, preferably 10% by weight or less,
- the total content of the arbitrary components to be blended is preferably 40% by weight or less, more preferably 20% by weight or less.
- the porous membrane for a secondary battery of the present invention is obtained by, for example, (1) obtaining a porous membrane slurry for a secondary battery containing non-conductive particles, a binder and a dispersion medium, A method of forming a slurry layer by coating on a base material of the substrate, and then drying the slurry layer; (2) obtaining a porous membrane slurry for a secondary battery containing non-conductive particles, a binder and a dispersion medium, And a method of drying the substrate after immersing the substrate in the porous membrane slurry.
- the porous membrane slurry for a secondary battery is a composition containing the above-described non-conductive particles, the above-described binder, the dispersion medium, and any of the above-described optional components that are added as necessary.
- the dispersion medium is not particularly limited as long as it can disperse non-conductive particles, a binder, and optional components uniformly, and an organic solvent can be used in addition to water.
- organic solvents include cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, and ethylbenzene; ketones such as acetone, ethyl methyl ketone, diisopropyl ketone, cyclohexanone, methylcyclohexane, and ethylcyclohexane.
- Chlorinated aliphatic hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride; Esters such as ethyl acetate, butyl acetate, ⁇ -butyrolactone and ⁇ -caprolactone; Acylonitriles such as acetonitrile and propionitrile; Tetrahydrofuran, Ethers such as ethylene glycol diethyl ether: alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, ethylene glycol and ethylene glycol monomethyl ether; N-methyl And amides such as lupyrrolidone and N, N-dimethylformamide.
- These dispersion media may be used alone, or two or more of these dispersion media may be mixed and used as a mixed medium.
- these those having particularly excellent non-conductive particle dispersibility, low boiling point and high volatility are preferable.
- acetone, toluene, cyclohexanone, cyclopentane, tetrahydrofuran, cyclohexane, xylene, water, N— Methyl pyrrolidone and the like are preferable.
- the solid content concentration in the porous membrane slurry for a secondary battery can be appropriately adjusted to such a concentration that the viscosity of the slurry composition can be applied and immersed and has fluidity. However, it is generally about 10 to 50% by weight.
- the component other than the solid component is a component that volatilizes in the drying process, and includes, in addition to the dispersion medium, for example, a medium in which these are dissolved or dispersed during the preparation of the non-conductive particles and the binder. It is.
- the method for preparing the porous membrane slurry for the secondary battery is not particularly limited, and by mixing the above-described non-conductive particles, the above-mentioned binder, the dispersion medium, and any of the above-described optional components added as necessary. Obtainable.
- the mixing method and mixing order in mixing these are not particularly limited.
- the mixing device is not particularly limited as long as it can uniformly mix the above-described components, and includes a homomixer, ball mill, sand mill, pigment disperser, crusher, ultrasonic disperser, homogenizer, planetary mixer, etc. However, it is particularly preferable to use a homomixer from the viewpoint that an appropriate dispersion share can be added.
- the viscosity of the porous membrane slurry for a secondary battery is preferably 10 mPa ⁇ S to 10,000 mPa ⁇ S, more preferably 50 to 500 mPa ⁇ s, from the viewpoints of uniform coatability and slurry aging stability.
- the viscosity can be measured using a B-type viscometer at 25 ° C. and a rotation speed of 60 rpm.
- the porous membrane for a secondary battery of the present invention may be, for example, one that can maintain the shape as a membrane independently of the one that maintains the shape as a membrane while being supported by a substrate. It is preferable that the substrate is supported by the substrate, that is, is formed into a film on the substrate to form a composite.
- a base material for forming a porous film for a secondary battery it is particularly preferable to use a constituent element in the secondary battery, specifically, an electrode (positive electrode or negative electrode) or an organic separator as the base material. preferable. That is, it is particularly preferable to use an electrode or an organic separator as a base material, and form the porous membrane for a secondary battery of the present invention thereon.
- the secondary battery porous membrane of the present invention when the secondary battery porous membrane of the present invention is formed on a substrate other than an electrode or an organic separator, the secondary battery porous membrane is peeled off from the substrate and assembled into a secondary battery. It can be used by stacking on top or on an organic separator. In addition, a well-known peeling film etc. can be used as base materials other than an electrode and an organic separator.
- the method for forming a slurry layer by applying a porous membrane slurry for a secondary battery onto a substrate is not particularly limited.
- methods such as brushing and brushing.
- the dipping method and the gravure method are preferable from the viewpoint that a uniform porous film for a secondary battery can be obtained.
- Examples of the method for drying the slurry layer obtained by coating include drying by warm air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams.
- the drying temperature may be set according to the type of the dispersion medium to be used. For example, in the case of using a low-volatility dispersion medium such as N-methylpyrrolidone, the temperature is higher than 120 ° C. with a blower dryer. It is preferable to dry. Alternatively, when a highly volatile dispersion medium is used, it can be dried at a low temperature of 100 ° C. or lower. In addition, when forming the porous film for secondary batteries on an organic separator, since it is necessary to dry without causing shrinkage of an organic separator, drying at a low temperature of 100 ° C. or less is preferable.
- a press using a die press or a roll press is used as necessary. Processing may be performed.
- the film thickness of the porous membrane for a secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 to 10 ⁇ m, more preferably 2 to 7 ⁇ m. By setting the film thickness in such a range, the effect of forming the porous film for the secondary battery of the present invention can be appropriately obtained while keeping the capacity per volume (weight) of the obtained secondary battery high. .
- the electrode for a secondary battery of the present invention is formed by laminating a current collector, an electrode active material layer, and the above-described porous film for a secondary battery of the present invention in this order.
- the secondary battery electrode of the present invention is, for example, made of an electrode composed of a current collector and an electrode active material layer as a base material, and the secondary battery porous film slurry is used on the electrode. It can be manufactured by forming a porous film.
- the porous membrane for a secondary battery of the present invention is formed on a substrate other than an electrode, and the obtained porous membrane for a secondary battery is peeled from the substrate, and this is used as a current collector and an electrode active material layer
- the secondary battery electrode of the present invention can also be obtained by laminating the electrodes on the electrode.
- the current collector is not particularly limited as long as it is an electrically conductive and electrochemically durable material. From the viewpoint of heat resistance, for example, iron, copper, aluminum, nickel, stainless steel, and the like. Metal materials such as titanium, tantalum, gold, and platinum can be preferably used. Among these, aluminum is particularly preferable for the positive electrode of the lithium ion secondary battery, and copper is particularly preferable for the negative electrode of the lithium ion secondary battery.
- the shape of the current collector is not particularly limited, but a sheet shape having a thickness of about 0.001 to 0.5 mm is preferable.
- the electrode active material layer usually contains an electrode active material and a binder for the electrode active material layer, and may contain a conductivity imparting material, a reinforcing material, and the like as necessary.
- the electrode active material for forming the electrode active material layer is not particularly limited, but when the secondary battery electrode of the present invention is used for a positive electrode of a lithium ion secondary battery, the following inorganic compound A positive electrode active material made of or a positive electrode active material made of an organic compound can be used.
- examples of the positive electrode active material made of an inorganic compound include transition metal oxides, composite oxides of lithium and transition metals, and transition metal sulfides.
- transition metal Fe, Co, Ni, Mn and the like are used.
- Specific examples of the inorganic compound used for the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiFeVO 4, and other lithium-containing composite metal oxides; TiS 2 , TiS 3 , non- Transition metal sulfides such as crystalline MoS 2 ; transition metal oxides such as Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O—P 2 O 5 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13 It is done. These compounds may be partially element-substituted.
- a conductive polymer compound such as polyacetylene or poly-p-phenylene
- examples of the electrode active material for forming the electrode active material layer include amorphous carbon, graphite, and natural graphite.
- Carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads and pitch-based carbon fibers, and conductive polymer compounds such as polyacene can be used.
- metals such as silicon, tin, zinc, manganese, iron and nickel, alloys thereof, oxides and sulfates of the metals or alloys, metal lithium, Li—Al, Li—Bi—Cd Lithium alloys such as Li—Sn—Cd, lithium transition metal nitrides, silicon and the like can also be used.
- nickel hydroxide particles or the like are used as the electrode active material for forming the electrode active material layer.
- the nickel hydroxide particles may be solid-solved with cobalt, zinc, cadmium, or the like, or may be coated with a cobalt compound whose surface is subjected to an alkali heat treatment.
- nickel hydroxide particles include cobalt compounds such as cobalt oxide, metal cobalt and cobalt hydroxide, zinc compounds such as metal zinc, zinc oxide and zinc hydroxide, and rare earth compounds such as erbium oxide.
- the additive may be contained.
- hydrogen storage alloy particles may be used as the electrode active material for forming the electrode active material layer. It can.
- the hydrogen storage alloy particles are not particularly limited as long as they can store hydrogen generated electrochemically in an alkaline electrolyte during battery charging and can easily release the stored hydrogen during discharge.
- AB 5 type system preferably particles made of TiNi system and TiFe system hydrogen absorbing alloy.
- hydrogen storage having a composition represented by the general formula: L m Ni w Co x Mn y Al z (the total value of the atomic ratios w, x, y, z is 4.80 ⁇ w + x + y + z ⁇ 5.40)
- the alloy particles are suitable because the pulverization accompanying the progress of the charge / discharge cycle is suppressed and the charge / discharge cycle life is improved.
- the binder for the electrode active material layer for forming the electrode active material layer various resin components can be used.
- polyethylene polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), polyacrylic acid derivatives, polyacrylonitrile derivatives, and the like can be used.
- the soft polymer illustrated below can also be used as a binder for electrode active material layers. That is, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyhydroxyethyl methacrylate, polyacrylamide, polyacrylonitrile, butyl acrylate / styrene copolymer, butyl acrylate / acrylonitrile copolymer, butyl acrylate / acrylonitrile / glycidyl methacrylate copolymer, etc.
- An acrylic soft polymer which is a homopolymer of acrylic acid or a methacrylic acid derivative, or a copolymer of monomers copolymerizable therewith;
- Isobutylene-based soft polymers such as polyisobutylene, isobutylene-isoprene rubber, isobutylene-styrene copolymer;
- Olefinic soft polymers of Vinyl-based soft polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl stearate, vinyl acetate / styrene copolymer; Epoxy-based soft polymers such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, epichlorohydrin rubber; Fluorine-containing soft polymers such as vinylidene fluoride rubber and tetrafluoroethylene-propylene rubber; Other soft polymers such as natural rubber, polypeptide, protein, polyester-based thermoplastic elastomer, vinyl chloride-based thermoplastic elastomer, polyamide-based thermoplastic elastomer, and the like can also be used.
- the electrode active material layer may contain a conductivity imparting material or a reinforcing material as necessary.
- the conductivity imparting material include graphite, acetylene black, ketjen black, carbon black, graphite, vapor grown carbon fiber, and conductive carbon such as carbon nanotube.
- the reinforcing material include various inorganic and organic spherical, plate-like, rod-like, or fibrous fillers.
- the electrode active material layer is usually an electrode slurry obtained by dispersing an electrode active material, a binder for the electrode active material layer, and a conductivity-imparting material and a reinforcing material added as necessary in a dispersion medium. Can be formed on the current collector and dried as necessary.
- an organic solvent can be used in addition to water.
- organic solvents include cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; ketones such as ethyl methyl ketone and cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -Esters such as caprolactone; Acylonitriles such as acetonitrile and propionitrile; Ethers such as tetrahydrofuran and ethylene glycol diethyl ether: Alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, ethylene glycol and ethylene glycol monomethyl ether; N-methyl Amides such as pyrrolidone and N, N-dimethylformamide may be mentioned. These media can be used alone or in combination of two or more,
- the electrode slurry is prepared by mixing the electrode active material, the binder for the electrode active material layer, and the conductivity-imparting material and reinforcing material added as necessary, and the dispersion medium using a mixer. can get.
- a mixer a ball mill, sand mill, pigment disperser, crusher, ultrasonic disperser, homogenizer, planetary mixer, Hobart mixer, etc. can be used. It is preferable because aggregation of the resin can be suppressed.
- the separator for a secondary battery of the present invention is formed by laminating the organic separator and the above-described porous film for a secondary battery of the present invention.
- the separator for a secondary battery of the present invention is produced, for example, by forming the porous film for a secondary battery of the present invention on the organic separator as a base material and using the porous film slurry for the secondary battery thereon. be able to.
- the porous membrane for a secondary battery of the present invention is formed on a substrate other than the organic separator, the obtained porous membrane for a secondary battery is peeled from the substrate, and this is laminated on the organic separator.
- the separator for a secondary battery of the present invention can also be obtained.
- the porous film for secondary batteries may be formed only in the single side
- organic separator a known separator comprising a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or an aromatic polyamide resin can be used.
- a porous membrane having high resistance and a fine pore diameter can be preferably used.
- organic separators include microporous membranes made of polyolefin resins (polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride), and mixtures or copolymers thereof, polyethylene terephthalate, polycycloolefins, polyethers, and the like.
- Microporous membrane made of resin such as sulfone, polyamide, polyimide, polyimide amide, polyaramid, polycycloolefin, nylon, polytetrafluoroethylene or the like, or non-woven fabric, aggregate of insulating substance particles Etc.
- resin such as sulfone, polyamide, polyimide, polyimide amide, polyaramid, polycycloolefin, nylon, polytetrafluoroethylene or the like, or non-woven fabric, aggregate of insulating substance particles Etc.
- the coating property of the porous membrane slurry for the secondary battery is excellent, and the film thickness of the entire separator can be reduced, thereby increasing the active material ratio in the secondary battery and increasing the capacity per volume.
- a microporous film made of a polyolefin-based resin is preferable because it can be used.
- the thickness of the organic separator is preferably 0.5 to 40 ⁇ m, more preferably 1 to 35 ⁇ m, and still more preferably 5 to 30 ⁇ m. When the thickness is in such a range, the resistance due to the organic separator in the secondary battery can be reduced while the coating property to the organic separator is good.
- examples of the polyolefin resin used as the material for the organic separator include homopolymers such as polyethylene and polypropylene, copolymers, and mixtures thereof.
- examples of the polyethylene include low density, medium density, and high density polyethylene, and high density polyethylene is preferable from the viewpoint of piercing strength and mechanical strength. These polyethylenes may be used in combination of two or more for the purpose of imparting flexibility.
- the polymerization catalyst used for these polyethylenes is not particularly limited, and examples thereof include Ziegler-Natta catalysts, Phillips catalysts, and metallocene catalysts.
- the viscosity average molecular weight of polyethylene used as the material for the organic separator is preferably 100,000 to 12 million, more preferably 200,000 to 3 million, from the viewpoint of achieving both mechanical strength and high permeability.
- examples of polypropylene include homopolymers, random copolymers, and block copolymers, and one kind or a mixture of two or more kinds can be used.
- the polymerization catalyst is not particularly limited, and examples thereof include Ziegler-Natta catalysts and metallocene catalysts.
- the stereoregularity is not particularly limited, and isotactic, syndiotactic or atactic can be used. However, it is desirable to use isotactic polypropylene because it is inexpensive.
- a known method can be employed. For example, after forming a melt-extruded film of polypropylene and polyethylene, annealing at low temperature to grow a crystal domain, stretching in this state, and extending the amorphous region to form a microporous film; hydrocarbon After mixing a solvent or other low molecular weight material with polypropylene or polyethylene, a film is formed, and then a film in which the solvent or low molecular weight has gathered in the amorphous phase and has started to form an island phase is used. And a wet method in which a microporous film is formed by removing using a solvent that easily volatilizes.
- the organic separator used in the present invention may contain any filler or fiber compound for the purpose of controlling strength, hardness, and heat shrinkage rate.
- the organic separator used in the present invention is preliminarily prepared with a low molecular compound or a high molecular weight compound. Coating treatment with a molecular compound, electromagnetic radiation treatment such as ultraviolet rays, or plasma treatment such as corona discharge / plasma gas may be performed.
- a polymer compound containing a polar group such as a carboxylic acid group, a hydroxyl group, and a sulfonic acid group because it has a high impregnation property with an electrolytic solution and is easy to obtain adhesion with a porous membrane for a secondary battery. It is preferable.
- the secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, and includes the above-described porous membrane for a secondary battery of the present invention in at least one of the positive electrode, the negative electrode, and the separator. That is, the secondary battery of this invention is comprised using the electrode for secondary batteries or the separator for secondary batteries of this invention mentioned above as at least any one of a positive electrode, a negative electrode, or a separator.
- Examples of the secondary battery of the present invention include a lithium ion secondary battery, a nickel-hydrogen secondary battery, etc., but there is a high demand for improving safety and the introduction effect of the porous film for a secondary battery of the present invention is high.
- To lithium ion secondary batteries are preferred.
- the case where it uses for a lithium ion secondary battery is illustrated and demonstrated.
- an organic electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is used as the electrolytic solution for the lithium ion secondary battery.
- a lithium salt is used as the supporting electrolyte.
- the lithium salt is not particularly limited, LiPF 6, LiAsF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAlCl 4, LiClO 4, CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and the like.
- the organic solvent used in the electrolyte for the lithium ion secondary battery is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte, but dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC).
- Carbonates such as propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), and methyl ethyl carbonate (MEC); esters such as ⁇ -butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfolane, Sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide are preferably used.
- a positive electrode and a negative electrode are overlapped via a separator, and this is wound into a battery container according to the shape of the battery.
- the method of injecting and sealing is mentioned.
- the shape of the secondary battery may be any of a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, and the like.
- the secondary battery of the present invention thus obtained comprises the porous film for a secondary battery of the present invention described above, the excellent characteristics of the porous film for a secondary battery of the present invention, that is, the film thickness High uniformity, high-temperature short-circuit resistance (reliability in high-temperature environments), and excellent ion permeability, high reliability in high-temperature environments, and excellent cycle and rate characteristics is there.
- the BET specific surface area of the non-conductive particles was measured by a gas adsorption method using a fully automatic BET specific surface area measuring device (product name “Macsorb HM model-1208”, manufactured by Mountec Co., Ltd.).
- ⁇ Number average particle size of non-conductive particles, coefficient of variation of particle size> 100 particles are arbitrarily selected from SEM photographs taken at 25,000 times magnification with an electron microscope, the longest side of the particle image is a, the shortest side is b, and (a + b) / 2 was calculated for each particle to determine the particle diameter of each particle, and the number average particle diameter was calculated as the arithmetic average value of the determined particle diameters.
- the standard deviation was calculated for the number average particle diameter, and the coefficient of variation of the particle diameter was calculated based on the number average particle diameter and the standard deviation.
- Non-conductive particles 100 particles are arbitrarily selected from SEM photographs taken at a magnification of 25000 times with an electron microscope, and the circumference of a circle having the same projected area as the particle image is L 0 .
- L 0 / L was defined as the circularity
- the average circularity was calculated from the average of 100 pieces.
- EC ethylene carbonate
- DEC diethyl carbonate
- the laminate obtained above was sealed in a 2032 type coin cell, a lead wire was taken from the coin cell, and a thermocouple was attached and placed in an oven. While applying an alternating current with an amplitude of 10 mV and a frequency of 1 kHz, the temperature was raised to 200 ° C. at a temperature rising rate of 1.6 ° C./min, and the cell resistance during this time was measured to confirm the occurrence of a short circuit. In this test, as the temperature rises, the resistance value increases due to shutdown, the resistance value becomes at least 1000 ⁇ / cm 2 or more, and then the resistance value rapidly decreases to 10 ⁇ / cm 2 or less. In some cases, a short circuit occurred. This test was performed on 20 samples and evaluated according to the following criteria.
- Electrode with porous membrane An organic separator (single-layer polypropylene separator, porosity 55%, thickness 25 ⁇ m) is punched into a 19 mm diameter circle and immersed in a 3% by weight methanol solution of a nonionic surfactant (Emulgen 210P, manufactured by Kao Corporation). And air dried. Separately, the electrode with a porous film to be measured is punched into a circle having a diameter of 19 mm, a circular organic separator and a circular electrode with a porous film are impregnated with an electrolyte, and these are overlapped to form a pair of circles.
- a nonionic surfactant Emulgen 210P
- a full-cell coin type lithium ion secondary battery is charged to 4.2 V by a constant current method of 0.1 C, and then discharged to 3.0 V at 0.1 C to obtain a discharge capacity of 0.1 C. It was. Subsequently, it charged to 4.2V at 0.1C, discharged to 3.0V at 1C, and calculated
- These measurements are performed on 10 cells of a full-cell coin-type lithium ion secondary battery, and the average value of each measurement value is 0.1 C for the discharge capacity of 0.1 C and 1 C for the discharge capacity of 1 C.
- Example 1 Manufacture of seed polymer particles>
- a reactor equipped with a stirrer 93.8 parts of butyl acrylate, 2 parts of acrylonitrile, 2 parts of methacrylic acid, 1 part of allyl glycidyl ether, 1 part of N-methylolacrylamide, 122 parts of ion-exchanged water, and 0.
- Two parts were added and polymerized at 70 ° C. for 6 hours.
- an aqueous dispersion of seed polymer particles (A-1) having an average particle diameter of 400 nm was obtained.
- ⁇ Binder production> In a reactor equipped with a stirrer, 70 parts of ion-exchanged water, 0.4 part of sodium dodecylbenzenesulfonate and 0.3 part of potassium persulfate were added and mixed to obtain a mixture A, which was obtained at 60 ° C. The temperature was raised to. On the other hand, in a separate container, 50 parts of ion exchanged water, 0.8 part of sodium dodecylbenzenesulfonate, 77.7 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 19.85 parts of acrylonitrile, 2 parts of methacrylic acid, and 0.2 parts of allyl methacrylate Parts were mixed to obtain a monomer mixture.
- the obtained monomer mixture was polymerized by adding continuously in the mixture A obtained above over 4 hours.
- the polymerization reaction was carried out by maintaining the temperature of the reaction system at 60 ° C. Then, after the addition of the monomer mixture was completed, the reaction was further continued at 70 ° C. for 3 hours to obtain an aqueous dispersion containing the acrylic polymer binder (C-1).
- composition of the obtained acrylic polymer binder (C-1) was as follows: 2-ethylhexyl acrylate unit 77.9%, acrylonitrile unit 19.9%, methacrylic acid unit 2%, and allyl methacrylate unit 0.2%. there were.
- the resulting mixture is mixed with 1.0 part of carboxymethyl cellulose and water as a dispersion medium, and mixed with a planetary mixer to obtain a slurry for a negative electrode.
- a single-layer polypropylene organic separator (porosity 55%, thickness 25 ⁇ m) produced by a dry method was prepared, and the slurry for the porous membrane obtained above was prepared on one surface of the polypropylene organic separator.
- the slurry layer was formed by apply
- the formed slurry layer was dried at 50 ° C. for 10 minutes to form a porous film. And the same operation was performed also on the other surface of the organic separator made of polypropylene, whereby a porous film was formed in the same manner, and an organic separator with a porous film having a porous film on both surfaces was obtained.
- the positive electrode, the negative electrode, and the organic separator with a porous film obtained above were cut into circles with diameters of 13 mm, 14 mm, and 18 mm, respectively, and on the inner bottom surface of a stainless steel coin-type outer container provided with polypropylene packing.
- a circular positive electrode with a diameter of 13 mm, an organic separator with a porous film with a diameter of 18 mm, and a circular negative electrode with a diameter of 14 mm were laminated in this order, and these were stored in a coin-type outer container.
- the positive electrode was placed so that the surface on the aluminum foil side faced the bottom surface side of the outer container, and the surface on the positive electrode active material layer side faced the organic separator with a porous film. Further, the negative electrode was placed so that the surface on the negative electrode active material layer side faced toward the organic separator with a porous film and the surface on the copper foil side faced upward.
- a full cell coin-type lithium ion secondary battery (coin cell CR2032) having a diameter of 20 mm and a thickness of about 3.2 mm was manufactured.
- EC ethylene carbonate
- DEC diethyl carbonate
- LiPF 6 1 mol / liter concentration
- Example 2 Manufacture of seed polymer particles> In the same manner as in Example 1, seed polymer particles (A-1) were obtained.
- Example 3 Manufacture of non-conductive particles> Except that the blending amount of ethylene glycol dimethacrylate was changed from 83.3 parts to 85.7 parts and the blending amount of toluene was changed from 16.7 parts to 14.3 parts, An aqueous dispersion of polymer particles (B-3) having an average particle diameter of 700 nm was obtained. The polymer particles (B-3) thus obtained were measured for BET specific surface area, particle size variation coefficient, and average circularity. The results are shown in Table 1.
- Example 4 ⁇ Manufacture of non-conductive particles> The number average particle size was the same as in Example 1 except that the blending amount of ethylene glycol dimethacrylate was changed from 83.3 parts to 75 parts and the blending amount of toluene was changed from 16.7 parts to 25 parts. An aqueous dispersion of polymer particles (B-4) having a diameter of 700 nm was obtained. The polymer particles (B-4) thus obtained were measured for BET specific surface area, particle size variation coefficient, and average circularity. The results are shown in Table 1.
- Example 5 Manufacture of non-conductive particles> An aqueous dispersion of polymer particles (B-5) having a number average particle size of 950 nm was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.33% NaOH aqueous solution was used instead of 4% NaOH aqueous solution. It was.
- Example 6 Manufacture of non-conductive particles> An aqueous dispersion of polymer particles (B-6) having a number average particle diameter of 200 nm was obtained in the same manner as in Example 1 except that a 6.67% NaOH aqueous solution was used instead of the 4% NaOH aqueous solution. It was.
- a porous membrane-attached organic separator and a secondary battery were obtained in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry for a porous membrane was used and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.
- a porous membrane-attached organic separator and a secondary battery were obtained in the same manner as in Example 1 except that the obtained slurry for a porous membrane was used and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.
- Example 9 ⁇ Binder production> The amount of sodium dodecylbenzenesulfonate was changed from 0.8 part to 0.4 part, except that 64 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 2 parts of methacrylic acid, and 34 parts of styrene were used as monomers used for polymerization.
- an aqueous dispersion of acrylic polymer binder (C-2) was obtained.
- the composition of the obtained acrylic polymer binder (C-2) was 64% 2-ethylhexyl acrylate unit, 2% methacrylic acid unit, and 34% styrene unit.
- Example 1 ⁇ Preparation of slurry for porous membrane, production of secondary battery> Then, in preparing the slurry for the porous membrane, Example 1 and Example 1 were used except that the acrylic polymer binder (C-2) obtained above was used instead of the acrylic polymer binder (C-1). Similarly, a porous membrane slurry was prepared, and the porous membrane-attached organic separator and the secondary battery were obtained in the same manner as in Example 1 except that the obtained porous membrane slurry was used. went. The results are shown in Table 1.
- Example 10 In the same manner as in Example 1, an aqueous dispersion of polymer particles (B-1) was obtained, and the obtained aqueous dispersion of polymer particles (B-1) was replaced with N-methyl 2-pyrrolidone. An N-methyl 2-pyrrolidone dispersion of polymer particles (B-1) was obtained.
- Example 11 Example except that acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer (trade name “HB-69”, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., 97% acrylonitrile unit, 3% methyl methacrylate unit) was used instead of hydrogenated nitrile rubber.
- acrylonitrile-methyl methacrylate copolymer trade name “HB-69”, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., 97% acrylonitrile unit, 3% methyl methacrylate unit
- Example 12 In the same manner as in Example 1, an aqueous dispersion of acrylic polymer binder (C-1) was obtained, and the obtained aqueous dispersion of acrylic polymer binder (C-1) was replaced with N-methyl 2-pyrrolidone. Thus, an N-methyl 2-pyrrolidone dispersion of acrylic polymer binder (C-1) was obtained.
- a porous membrane was obtained in the same manner as in Example 10 except that the N-methyl 2-pyrrolidone dispersion of the acrylic polymer binder (C-1) obtained above was used.
- An organic separator with a porous membrane and a secondary battery were obtained and evaluated in the same manner as in Example 10 except that the slurry for a porous membrane was prepared and the obtained slurry for a porous membrane was used. The results are shown in Table 1.
- Example 13 A porous membrane slurry was prepared in the same manner as in Example 10 except that polyvinylidene fluoride (manufactured by Arkema) was used in place of the hydrogenated nitrile rubber, except that the obtained porous membrane slurry was used.
- polyvinylidene fluoride manufactured by Arkema
- an organic separator with a porous film and a secondary battery were obtained and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.
- Example 14 Manufacture of electrode with porous membrane> A slurry for a porous membrane produced in the same manner as in Example 1 was applied to the negative electrode active material layer side surface of the negative electrode produced in the same manner as in Example 1 so that the thickness of the porous membrane after drying was 5 ⁇ m. A slurry layer was obtained. The slurry layer was formed so that the negative electrode active material layer was completely covered. And the formed slurry layer was dried at 110 degreeC for 10 minute (s), and the electrode with a porous film (negative electrode with a porous film) was obtained by making it into a porous film. In addition, the obtained electrode with a porous film had a layer structure of porous film / negative electrode active material layer / copper foil.
- Example 3 Manufacture of non-conductive particles>
- the number average particle size was the same as in Example 1 except that the blending amount of ethylene glycol dimethacrylate was changed from 83.3 parts to 50 parts and the blending amount of toluene was changed from 16.7 parts to 50 parts.
- the polymer particles (B-8) thus obtained were measured for BET specific surface area, particle size variation coefficient, and average circularity. The results are shown in Table 1.
- the number average particle diameter is 700 nm in the same manner as in Example 1 except that the aqueous dispersion of seed polymer particles (A-2) was used instead of the aqueous dispersion of seed polymer particles (A-1).
- An aqueous dispersion of polymer particles (B-9) was obtained.
- the polymer particles (B-9) thus obtained were measured for BET specific surface area, particle size variation coefficient, and average circularity. The results are shown in Table 1.
- the organic separator with a porous film formed by the organic separator and the porous film for a secondary battery of the present invention has a uniform film thickness and reliability in a high temperature environment (high temperature short circuit characteristics).
- the obtained secondary battery when used as a separator for a secondary battery, the obtained secondary battery was excellent in cycle characteristics and rate characteristics (Examples 1 to 13).
- the electrode with the porous film formed by the electrode and the porous film for the secondary battery of the present invention is also excellent in the uniformity of the film thickness and the reliability in the high temperature environment (high temperature short circuit resistance).
- the obtained secondary battery was excellent in cycle characteristics and rate characteristics (Example 14).
- the obtained organic separator with a porous membrane is inferior in reliability (high temperature short circuit resistance) in a high temperature environment, and when used as a separator for a secondary battery.
- the obtained secondary batteries were inferior in cycle characteristics and rate characteristics (Comparative Examples 2 to 4).
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Abstract
【課題】膜厚の均一性が高く、高温環境下における信頼性、及びイオン透過性に優れた二次電池用多孔膜を提供すること。 【解決手段】非導電性粒子及びバインダを含む二次電池用多孔膜であって、前記非導電性微粒子が、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子であることを特徴とする二次電池用多孔膜を提供する。
Description
本発明は、二次電池用多孔膜、二次電池用多孔膜スラリー、非導電性粒子、二次電池用電極、二次電池用セパレータ及び二次電池に関する。
小型で軽量であり、エネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能なリチウムイオン二次電池などの電気化学素子は、その特性を活かして急速に需要を拡大している。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が比較的に大きいことから携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ、電気自動車などの分野で利用されている。
このようなリチウムイオン二次電池には、通常、正極と負極との間の短絡を防ぐために、セパレータが用いられている。このようなセパレータとしては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の材料からなり、200℃以下で溶融する物性を有しているものが一般的に用いられている。そのため、リチウムイオン二次電池が高温になった際には、セパレータは、収縮や溶融などの体積変化を起こすおそれがあり、このような体積変化が起こると、正極・負極間の短絡や、電気エネルギーの放出などの原因となってしまう。
このような問題を解決するために、たとえば、特許文献1,2では、セパレータ表面、あるいは電極表面に、無機微粒子などの非導電性粒子を含有する多孔膜を設ける技術が提案されている。これら特許文献1,2では、無機微粒子を用いることにより、耐熱性に優れ、強度の高い多孔膜の形成を可能としている。しかしながら、無機微粒子の調製物は、水分及び金属イオンを不可避に含有するものであり、そのため、水分及び金属イオンの含有量を低減することは困難である。特に、多孔膜に水分及び金属イオンが混入すると電池性能に悪影響を及ぼすため、無機微粒子による電池性能のさらなる向上には限界がある。
これに対して、特許文献3,4では、無機微粒子に代えて、有機微粒子を使うことが提案されている。有機微粒子は、使用するモノマー種を選択することにより表面を疎水化できるため、多孔膜に混入する水分を、無機微粒子に比べて低減することが可能となる。また、金属イオンフリーでの製造が可能であるため、金属イオンの混入量も低減することができる。従って、有機微粒子を用いることで、電池性能のさらなる向上が期待できる。
しかしながら、有機微粒子を含有する多孔膜は、その強度が低く、高温の使用環境での電池の短絡を防止する性能が低いという課題や、その膜厚の分布及び強度の分布を均一にすることが難しいという課題がある。特に、膜厚及び強度の分布が不均一であると、部分的な割れが生じたりしやすく、これにより、電池の性能が低下してしまうこととなる。加えて、有機微粒子を含有する多孔膜は、有機微粒子の影響により、イオン透過性が低くなってしまうという課題もあった。
本発明の目的は、膜厚の均一性が高く、高温環境下における信頼性、及びイオン透過性に優れた二次電池用多孔膜を提供することにある。また、本発明は、このような二次電池用多孔膜を製造するための二次電池用多孔膜スラリー及び非導電性粒子、さらには、このような二次電池用多孔膜を備える二次電池用電極、二次電池用セパレータ及び二次電池を提供することも目的とする。
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、二次電池用多孔膜を形成するための非導電性粒子として、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子を用いることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明によれば、非導電性粒子及びバインダを含む二次電池用多孔膜であって、前記非導電性微粒子が、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子であることを特徴とする二次電池用多孔膜が提供される。
本発明の二次電池用多孔膜においては、前記バインダが、(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体であり、前記二次電池用多孔膜中における、前記(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体の含有割合が3~20重量%であることが好ましい。
本発明の二次電池用多孔膜においては、前記バインダが、(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体であり、前記二次電池用多孔膜中における、前記(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体の含有割合が3~20重量%であることが好ましい。
また、本発明によれば、非導電性粒子、バインダ及び分散媒を含む二次電池用多孔膜スラリーであって、前記非導電性微粒子が、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子であることを特徴とする二次電池用多孔膜スラリーが提供される。
本発明の二次電池用多孔膜スラリーにおいては、前記バインダが、(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体であり、前記二次電池用多孔膜スラリーに含有される固形分中における、前記(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体の含有割合が3~20重量%であることが好ましい。
本発明の二次電池用多孔膜スラリーにおいては、前記バインダが、(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体であり、前記二次電池用多孔膜スラリーに含有される固形分中における、前記(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体の含有割合が3~20重量%であることが好ましい。
あるいは、本発明によれば、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子からなることを特徴とする二次電池用多孔膜用の非導電性粒子が提供される。
さらに、本発明によれば、集電体と、電極活物質層と、上記いずれかに記載の二次電池用多孔膜とを、この順に積層してなることを特徴とする二次電池用電極、
有機セパレータと、上記いずれかに記載の二次電池用多孔膜とを積層してなることを特徴とする二次電池用セパレータ、ならびに、
正極、負極、セパレータ及び電解液を含む二次電池であって、前記正極、前記負極、及び前記セパレータの少なくともいずれかに、上記いずれかに記載の二次電池用多孔膜を備えることを特徴とする二次電池、
が提供される。
有機セパレータと、上記いずれかに記載の二次電池用多孔膜とを積層してなることを特徴とする二次電池用セパレータ、ならびに、
正極、負極、セパレータ及び電解液を含む二次電池であって、前記正極、前記負極、及び前記セパレータの少なくともいずれかに、上記いずれかに記載の二次電池用多孔膜を備えることを特徴とする二次電池、
が提供される。
本発明によれば、膜厚の均一性が高く、耐高温短絡特性(高温環境下における信頼性)、及びイオン透過性に優れた二次電池用多孔膜を提供することができる。また、本発明によれば、このような二次電池用多孔膜を製造するための二次電池用多孔膜スラリー及び非導電性粒子、ならびに、このような二次電池用多孔膜を備える二次電池用電極、二次電池用セパレータ及び二次電池を提供することができる。
本発明の二次電池用多孔膜は、非導電性粒子及びバインダを含み、前記非導電性微粒子が、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子からなることを特徴とする。
(非導電性粒子)
本発明で用いる非導電性粒子は、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子からなるものである。
本発明で用いる非導電性粒子は、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子からなるものである。
本発明によれば、多孔膜を構成する非導電性粒子として、個数平均粒子径及びBET比表面積が上記範囲にあるものを用いることにより、二次電池用多孔膜を、膜厚の均一性が高く、耐高温短絡特性(高温環境下における信頼性)、及びイオン透過性に優れたものとすることができる。特に、本発明によれば、非導電性粒子の個数平均粒子径を上記範囲とすることにより、導電性粒子同士が接触部を有しつつ、イオンの移動が阻害されない程度に、非導電性粒子同士の隙間を形成することができ、これにより、多孔膜の強度を高く保ちながら、耐高温短絡特性(高温環境下における信頼性)を向上させることができる。加えて、本発明によれば、非導電性粒子のBET比表面積を上記範囲とすることにより、非導電性粒子の水分含有量を低減しながら、多孔膜とした場合における、イオン透過性を向上させることができる。なお、非導電性粒子のBET比表面積を上記範囲とすることにより、イオン透過性を向上させることができる理由としては、必ずしも明らかではないが、BET比表面積を上記範囲とすることにより、非導電性粒子を中空構造を有し、かつ、粒子表面から粒子内に形成された中空部とを結ぶ多数の細孔を備えるような構造とすることができ、これにより、イオンが細孔から中空部に入り、さらには、中空部から細孔を通って移動することが可能となるためであると考えられる。すなわち、非導電性粒子内に形成された細孔及び中空部をイオンが通ることにより、非導電性粒子内においてもイオン伝導が行われ、これにより、イオン透過性が向上するものと考えられる。そのため、本発明においては、非導電性粒子のBET比表面積には、非導電性粒子の粒子表面の面積に加えて、非導電性粒子内に形成された細孔及び中空部に起因する表面積も含まれることとなる。
非導電性粒子の個数平均粒子径は、100~1000nmであり、好ましくは300~900nm、より好ましくは500~900nmである。非導電性粒子の個数平均粒子径が小さすぎると、非導電性粒子同士の接触部が少なくなり、かつ、多孔膜の厚みが不均一となることがある。そのため、多孔膜の強度が不足し、電池の短絡が発生しやすくなり、結果として、耐高温短絡特性(高温環境下における信頼性)が低下してしまう。一方、個数平均粒子径が大きすぎると、非導電性粒子間の隙間が小さくなってしまい、イオン透過性が低下し、二次電池に用いた場合に、レート特性が低下してしまう。なお、非導電性粒子の個数平均粒子径は、たとえば、走査型電子顕微鏡で100個の非導電性粒子を観察して、その粒子像の最長辺をaとし、最短辺をbとし、(a+b)/2を各粒子について算出することで各粒子の粒子径を求め、求めた粒子径の算術平均値として算出される。
また、本発明で用いる非導電性粒子は、BET比表面積が、14.56~72.8m2/gであり、好ましくは14.56~36.4m2/g、より好ましくは14.56~29.12m2/gである。BET比表面積が大きすぎると、非導電性粒子が吸湿性の高いものとなってしまい、非導電性粒子の水分含有量が増大し、二次電池に用いた場合に、サイクル特性が低下してしまう。一方、BET比表面積が小さすぎると、イオンが通るための中空部や細孔の形成が不十分となり、イオン透過性が低下し、二次電池に用いた場合に、レート特性が低下してしまう。
なお、本発明で用いる非導電性粒子は、個数平均粒子径及びBET比表面積が上記範囲にあればよいが、平均円形度及び粒径の変動係数が以下の範囲内であることが好ましい。
すなわち、平均円形度が、好ましくは1.05~1.60であり、より好ましくは1.07~1.45、さらに好ましくは1.09~1.35である。また、粒径の変動係数が、好ましくは26%以下、より好ましくは23%以下、さらに好ましくは20%以下である。
平均円形度とは、観察される粒子の形状が、円形にどれだけ近いかを示す指標である。平均円形度は、非導電性粒子について、電子顕微鏡にて非導電性粒子を拡大した画像を撮影し、撮影した画像から100個の粒子を任意に選択し、その粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長をL0、粒子像の周囲長をLとしたとき、L0/Lを円形度とし、100個の粒子の円形度の平均から平均円形度を算出することができる。また、粒径の変動係数は、たとえば、非導電性粒子の個数平均粒子径とその標準偏差から求めることができる。
本発明においては、非導電性粒子の平均円形度及び粒径の変動係数を上記範囲とすることにより、非導電性粒子を、粒径が比較的均一であり、かつ、より球形に近いが依然非球形の形状を保つものとすることができ、これにより、非導電性粒子の形状を比較的均一なものとしながら、粒子同士の接触面積を確保することができ、その結果として、多孔膜とした場合に、膜厚の均一性、強度、およびイオン透過性をより向上させることができる。
本発明で用いる非導電性粒子の調製方法としては、個数平均粒子径及びBET比表面積が上記範囲にあるような重合体粒子が得られるような方法を採用すればよいが、たとえば、一または二以上の重合性単量体を含有する単量体混合物を重合し、シード粒子を得て、得られたシード粒子を用いて、粒子内に中空部及び細孔(粒子表面と中空部との間を結ぶ細孔)を形成するための中空部形成処理を行うことにより製造することができる。
シード粒子を製造するために用いる重合性単量体としては、特に限定されないが、バインダとの接着性及び得られる多孔膜の強度を良好なものとすることができるという点より、少なくとも極性基含有単量体を用いることが好ましい。極性基含有単量体としては、分子構造中に極性基を含有し、単独で重合可能な、あるいは、他の単量体と共重合可能な単量体であれば特に限定されない。極性基含有単量体としては、たとえば、カルボキシル基を含有する単量体、スルホン酸基を含有する単量体、水酸基を含有する単量体、アミド基を含有する単量体、カチオン性単量体、シアノ基を含有する単量体、エポキシ基を含有する単量体及びこれらの塩(たとえば、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、モノエタノールアミン塩、トリエタノールアミン塩等の有機アミン塩)などが挙げられる。
カルボキシル基を含有する単量体としては、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ジカルボン酸の無水物、及びジカルボン酸モノエステルなどが挙げられる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、β-ジアミノアクリル酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、及びフルオロマレイン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸モノエステルとしては、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノプロピル、マレイン酸モノn-ブチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、フマル酸モノプロピル、フマル酸モノn-ブチルなどのフマル酸モノアルキルエステル、シトラコン酸モノメチル、シトラコン酸モノエチル、シトラコン酸モノプロピル、シトラコン酸モノn-ブチル、イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸モノプロピル、イタコン酸モノn-ブチルなどが挙げられる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、β-ジアミノアクリル酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、及びフルオロマレイン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸モノエステルとしては、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノプロピル、マレイン酸モノn-ブチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、フマル酸モノプロピル、フマル酸モノn-ブチルなどのフマル酸モノアルキルエステル、シトラコン酸モノメチル、シトラコン酸モノエチル、シトラコン酸モノプロピル、シトラコン酸モノn-ブチル、イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸モノプロピル、イタコン酸モノn-ブチルなどが挙げられる。
スルホン酸基を含有する単量体としては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸-2-スルホン酸エチル、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸などが挙げられる。
水酸基を含有する単量体としては、(メタ)アリルアルコール、3-ブテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オールなどのエチレン性不飽和アルコール;アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、マレイン酸ジ-2-ヒドロキシエチル、マレイン酸ジ-4-ヒドロキシブチル、イタコン酸ジ-2-ヒドロキシプロピルなどのエチレン性不飽和カルボン酸のアルカノールエステル類;一般式CH2=CR1-COO-(CnH2nO)m-H(mは2~9の整数、nは2~4の整数、R1は水素又はメチル基を表す)で表されるポリアルキレングリコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類;2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシフタレート、2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシサクシネートなどのジカルボン酸のジヒドロキシエステルのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテルなどのビニルエーテル類;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-4-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-6-ヒドロキシヘキシルエーテルなどのアルキレングリコールのモノ(メタ)アリルエーテル類;ジエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アリルエーテルなどのポリオキシアルキレングリコール(メタ)モノアリルエーテル類;グリセリンモノ(メタ)アリルエーテル、(メタ)アリル-2-クロロ-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシ-3-クロロプロピルエーテルなどの、(ポリ)アルキレングリコールのハロゲン及びヒドロキシ置換体のモノ(メタ)アリルエーテル;オイゲノール、イソオイゲノールなどの多価フェノールのモノ(メタ)アリルエーテル及びそのハロゲン置換体;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルチオエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルチオエーテルなどのアルキレングリコールの(メタ)アリルチオエーテル類;などが挙げられる。
アミド基を含有する単量体としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミドなどが挙げられる。
カチオン性単量体としては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
シアノ基を含有する単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物が挙げられる。
エポキシ基を含有する単量体としては、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。
これら極性基含有単量体のなかでも、カルボキシル基を含有する単量体、アミド基を含有する単量体、シアノ基を含有する単量体、エポキシ基を含有する単量体が好ましい。
シード粒子を製造するために用いる単量体混合物中における、極性基含有単量体の配合割合は、好ましくは0.05~20重量%であり、より好ましくは0.05~15重量%、さらに好ましくは0.05~10重量%である。極性基含有単量体の配合割合を、このような範囲とすることにより、バインダとの接着性を良好なものとしながら、得られる多孔膜を優れた強度を有するものとすることができる。
また、極性基含有単量体としてのカルボキシル基を含有する単量体の配合割合は、好ましくは0~10重量%であり、より好ましくは0.1~5重量%、アミド基を含有する単量体の配合割合は、好ましくは0~5重量%であり、より好ましくは0.05~5重量%、シアノ基を含有する単量体の配合割合は、好ましくは0~10重量%であり、より好ましくは0~5重量%、エポキシ基を含有する単量体の配合割合は、好ましくは0~10重量%であり、より好ましくは0.01~5重量%である。これらの単量体の配合割合を、このような範囲とすることにより、バインダとの接着性及び得られる多孔膜の強度をより高めることができる。
また、シード粒子を製造するために用いる重合性単量体としては、上述した極性基含有単量体に加えて、極性基含有単量体と共重合可能なその他の単量体を用いることが好ましい。その他の単量体としては、特に限定されないが、架橋性を有しない非架橋性の単量体を好ましく用いることができる。
このような非架橋性の単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、フルオロスチレン、ビニルピリジンなどの芳香族モノビニル化合物;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n-ドデシル、アクリル酸メトキシメチル、アクリル酸2-ヒドロキシエチル、アクリル酸2-ヒドロキシプロピルなどのアクリル酸エステルモノマー;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n-ドデシル、メタクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチルなどのメタクリル酸エステルモノマー;ブタジエン、イソプレンなどの共役二重結合化合物;酢酸ビニルなどのビニルエステル化合物;4-メチル-1-ペンテンなどのα-オレフィン化合物などが挙げられる。
これらのなかでも、アクリル酸エステルモノマー、メタクリル酸エステルモノマーが好ましく、アクリル酸エステルモノマーがより好ましい。
これらのなかでも、アクリル酸エステルモノマー、メタクリル酸エステルモノマーが好ましく、アクリル酸エステルモノマーがより好ましい。
シード粒子を製造するために用いる単量体混合物中における、非架橋性の単量体の配合割合は、好ましくは80~99.95重量%であり、より好ましくは85~99.95重量%、さらに好ましくは90~99.95重量%である。非架橋性の単量体の配合割合を、このような範囲とすることにより、バインダとの接着性を良好なものとしながら、得られる多孔膜を優れた強度を有するものとすることができる。
シード粒子は、乳化重合により、上述した重合性単量体を含有する単量体混合物を重合することにより製造することができ、この場合には、シード粒子は水の分散液として得ることができる。乳化重合に際しては、乳化剤、重合開始剤、分子量調整剤等の通常用いられる重合副資材を使用することができる。なお、乳化重合の条件としては、特に制限はないが、後述する中空部形成処理を行った後における、個数平均粒子径が上述した範囲となるような条件とすればよい。
そして、このようにして得られるシード粒子について、BET比表面積が上記範囲となるように中空部形成処理を行うことにより、非導電性粒子を得ることができる。中空部形成処理を行うための手法としては、特に限定されないが、たとえば、(1)シード粒子の水分散液中に、架橋性の単量体及び有機溶媒を、架橋剤とともに添加し、シード粒子に、架橋性の単量体、有機溶媒及び架橋剤を吸収させた後、架橋反応を行い、次いで、スチームなどにより未架橋の成分及び有機溶媒を除去する方法、(2)架橋性の単量体、架橋剤及び水を含有する混合溶液を調製し、調製した混合溶液に、シード粒子を添加し、次いで、架橋反応を行い、アルカリ水溶液を用いてアルカリ膨潤させた後、加熱することで、未架橋の成分を除去する方法などが挙げられる。
なお、上記(1)の方法においては、反応条件を制御することにより、得られる架橋反応後の粒子を、その表面については架橋した成分が多く、一方で、粒子内部については未架橋の成分が多く残存しているようなコアシェル構造とすることができる。そして、未架橋の成分及び有機溶媒を除去することで、コア部分においては、コア部分が除去され、粒子内に中空構造が形成されることとなる。一方、シェル部分においては、シェル部分に膨潤されていた有機溶媒が除去されることにより、細孔が形成されることなる。
また、上記(2)の方法においても、上記(1)の方法と同様に、反応条件を制御することにより、得られる架橋反応後の粒子を、その表面については架橋した成分が多く、一方で、粒子内部については未架橋の成分が多く残存しているようなコアシェル構造とすることができる。そして、アルカリにより、未架橋の成分を除去することで、コア部分においては、コア部分が除去され、粒子内に中空構造が形成されることとなる。一方、シェル部分においては、シェル部分に膨潤されていた成分が除去されることにより、細孔が形成されることなる。
上記(1)の方法において用いる架橋性の単量体としては、特に限定されないが、たとえば、ジアクリレート化合物、トリアクリレート化合物、テトラアクリレート化合物、ジメタクリレート化合物、及びトリメタクリレート化合物などが挙げられる。
ジアクリレート化合物としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’-ビス(4-アクリロキシプロピロキシフェニル)プロパン、及び2,2’-ビス(4-アクリロキシジエトキシフェニル)プロパンなどが挙げられる。
トリアクリレート化合物としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、及びテトラメチロールメタントリアクリレートなどが挙げられる。
テトラアクリレート化合物としては、テトラメチロールメタンテトラアクリレートなどが挙げられる。
ジメタクリレート化合物としては、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,4-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、及び2,2’-ビス(4-メタクリロキシジエトキシフェニル)プロパンなどが挙げられる。
トリメタクリレート化合物としては、トリメチロールプロパントリメタクリレート、及びトリメチロールエタントリメタクリレートなどが挙げられる。
ジアクリレート化合物としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’-ビス(4-アクリロキシプロピロキシフェニル)プロパン、及び2,2’-ビス(4-アクリロキシジエトキシフェニル)プロパンなどが挙げられる。
トリアクリレート化合物としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、及びテトラメチロールメタントリアクリレートなどが挙げられる。
テトラアクリレート化合物としては、テトラメチロールメタンテトラアクリレートなどが挙げられる。
ジメタクリレート化合物としては、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,4-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、及び2,2’-ビス(4-メタクリロキシジエトキシフェニル)プロパンなどが挙げられる。
トリメタクリレート化合物としては、トリメチロールプロパントリメタクリレート、及びトリメチロールエタントリメタクリレートなどが挙げられる。
架橋性の単量体の配合量は、シード粒子100重量部に対して、好ましくは100~10,000重量部、より好ましくは500~8,000重量部である。架橋性の単量体の配合量をこのような範囲とすることにより、得られる重合体粒子中に形成される中空部の大きさを適切なものとすることができる。
上記(1)の方法において用いる有機溶媒としては、シード粒子を十分に膨潤させることができるものであればよく特に限定されないが、たとえば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素;エチルベンゼン、キシレン、トルエン、ベンゼン等の芳香族炭化水素;四塩化炭素、トリクロロエチレン、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素;アミルアルコール、ブチルアルコール、シクロヘキシルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類;クレゾール等のフェノール類;ジエチルエーテル等のエーテル類;ジイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;アミルアセテート、ブチルアセテート、プロピルアセテート、エチルアセテート、メチルアセテート、エチルプロピオネート等の飽和カルボン酸エステル類等;が挙げられる。
有機溶媒の配合量は、架橋性の単量体100重量部に対して、好ましくは13~40重量部、より好ましくは14~40重量部である。有機溶媒の配合量をこのような範囲とすることにより、得られる重合体粒子に形成される細孔の大きさや量を適切なものとすることができる。
また、上記(1)の方法において用いる架橋剤としては、過硫酸カリウム、及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩;4,4’-アゾビス(4-シアノバレリック酸)、2,2’-アゾビス(2-メチル-N-(2-ヒドリキシエチル)プロピオンアミド)、2,2’-アゾビス(2-アミジノプロパン)ジヒドロクロライド、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、及び2,2’-アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物;ジ-t-ブチルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ヘキシルパーオキシ-2-エチルブタノエート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-t-ブチルパーオキシオキシイソフタレート、t-ブチルパーオキシイソブチレート等の有機過酸化物が挙げられる。
架橋剤の配合量は、架橋性の単量体100重量部に対して、好ましくは0.1~10重量部、より好ましくは0.2~7重量部である。架橋剤の配合量をこのような範囲とすることにより、得られる重合体粒子中に形成される中空部の大きさを適切なものとすることができる。
上記(1)の方法においては、まず、架橋性の単量体、有機溶媒及び架橋剤をシード粒子に吸収させる処理を行う。架橋性の単量体、有機溶媒及び架橋剤をシード粒子に吸収させる方法としては、特に限定されないが、シード粒子の水分散液中に、架橋性の単量体及び有機溶媒を、架橋剤とともに添加し、好ましくは50~90℃で、1~10時間の条件にて、これらを撹拌する方法などが挙げられる。なお、この際においては、公知の乳化剤(界面活性剤)を添加してもよい。
次いで、上記(1)の方法においては、架橋性の単量体、有機溶媒及び架橋剤をシード粒子に吸収させた後、架橋反応を行う。架橋反応の条件としては特に限定されず、使用する架橋剤の種類や量に応じて適宜設定すればよいが、架橋温度は、好ましくは50~90℃、架橋時間は、好ましくは1~5時間である。
そして、上記(1)の方法においては、架橋反応後の粒子から、未架橋の成分及び有機溶媒を除去することで、非導電性粒子を得ることができる。未架橋の成分及び有機溶媒を除去する方法としては、たとえば、タンク内で非導電性粒子の水系分散液にスチームを通気させる方法(スチーム通気法)や 、多段塔内で非導電性粒子の水系分散液とスチームを向流接触させるいわゆるスチームストリッピング法などが挙げられる。特に多段塔の塔頂から該水系分散液を流下させ、塔底から水蒸気を吹き込む多段塔ストリッパー方式は効率的に未架橋の成分及び有機溶媒を除去することができる。また、本発明においては、これらの方法の他、たとえば、減圧蒸留により未架橋の成分及び有機溶媒を除去することもできる。
また、上記(2)の方法において用いる架橋性の単量体としては、上記(1)と同様のものを用いることができ、その配合量は、シード粒子100重量部に対して、好ましくは100~10,000重量部、より好ましくは500~8,000重量部である。架橋性の単量体の配合量をこのような範囲とすることにより、得られる重合体粒子中に形成される中空部の大きさを適切なものとすることができる。
同様に、上記(2)の方法において用いる架橋剤としては、上記(1)と同様のものを用いることができ、その配合量は、架橋性の単量体100重量部に対して、好ましくは0.1~10重量部、より好ましくは0.2~7重量部である。架橋剤の配合量をこのような範囲とすることにより、得られる重合体粒子中に形成される中空部の大きさを適切なものとすることができる。
上記(2)の方法においては、まず、架橋性の単量体、架橋剤及び水を含有する混合溶液を調製し、調製した混合溶液にシード粒子を添加し、架橋反応を行う。架橋反応の条件としては特に限定されず、使用する架橋剤の種類や量に応じて適宜設定すればよいが、架橋温度は、好ましくは50~90℃、架橋時間は、好ましくは1~10時間である。なお、この際においては、公知の乳化剤(界面活性剤)を添加してもよい。
次いで、上記(2)の方法においては、架橋反応後の粒子について、アルカリ水溶液を用いてアルカリ膨潤させる処理を行う。具体的には、架橋反応後の粒子を固形分濃度が、好ましくは5~40重量%となるように、アルカリ溶液に分散させることにより、アルカリ膨潤させる。なお、アルカリ水溶液としては、たとえば、水酸化ナトリウム水溶液などを用いることができる。そして、アルカリ膨潤させた後、好ましくは25~90℃、1~5時間の条件にて、加熱することで、架橋反応後の粒子から、未架橋の成分を除去し、次いで、室温まで冷却することで、非導電性粒子を得ることができる。
本発明の二次電池用多孔膜中における、非導電性粒子の含有割合は、好ましくは70~97重量%であり、より好ましくは80~95重量%である。非導電性粒子の含有割合を、このような範囲とすることで、得られる多孔膜を、電極間の短絡を防止しながら、高い強度を有するものとすることができる。
(バインダ)
本発明で用いるバインダとしては、結着性を有するものであれば種々のものを用いることができるが、本発明においては、得られる多孔膜における非導電性粒子の保持性や、柔軟性に優れ、かつ、酸化還元に安定であり寿命特性が優れる電池を得易い点から、(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体が好ましい。
本発明で用いるバインダとしては、結着性を有するものであれば種々のものを用いることができるが、本発明においては、得られる多孔膜における非導電性粒子の保持性や、柔軟性に優れ、かつ、酸化還元に安定であり寿命特性が優れる電池を得易い点から、(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体が好ましい。
また、本発明で用いる(メタ)アクリル重合体は、アクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルモノマーの重合単位を含む重合体である。なお、「(メタ)アクリル重合体」とは、「アクリル重合体及び/又はメタクリル重合体」の意味であり、以下、(メタ)アクリル酸エステルモノマーなどにおいても同様である。
アクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルモノマーとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、n-テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレートなどのアクリル酸アルキルエステル;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、n-テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレートなどのメタクリル酸アルキルエステルが挙げられる。これらの中でも、電解液に溶出せずに電解液への適度な膨潤によるリチウムイオンの伝導性を示すこと、加えて活物質の分散においてポリマーによる橋架け凝集を起こしにくいことから、非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が7~13のアクリル酸アルキルエステルである、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレートが好ましく、非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が8~10のオクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレートがより好ましい。
(メタ)アクリル重合体における(メタ)アクリル酸エステルモノマーの重合単位の含有割合は、好ましくは50~98重量%、より好ましくは60~97.5重量%、特に好ましくは70~95重量%である。
また、本発明で用いる(メタ)アクリル重合体は、(メタ)アクリル酸エステルモノマーの重合単位に加えて他の任意のモノマーの重合単位を含むことが好ましい。
任意のモノマーの重合単位としては、酸性基を有するビニルモノマーの重合単位、架橋性基を有するモノマーの重合単位などが挙げられる。
任意のモノマーの重合単位としては、酸性基を有するビニルモノマーの重合単位、架橋性基を有するモノマーの重合単位などが挙げられる。
酸性基を有するビニルモノマーとしては、カルボン酸基を有する単量体、水酸基を有する単量体、スルホン酸基を有する単量体、-PO3H2基を有する単量体、-PO(OH)(OR)基(Rは炭化水素基を表す)を有する単量体、及び低級ポリオキシアルキレン基を有する単量体が挙げられる。また、加水分解によりカルボン酸基を生成する酸無水物も同様に使用することができる。
カルボン酸基を有する単量体としては、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ジカルボン酸の無水物、及びこれらの誘導体などが挙げられる。モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2-エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α-アセトキシアクリル酸、β-trans-アリールオキシアクリル酸、α-クロロ-β-E-メトキシアクリル酸、β-ジアミノアクリル酸などが挙げられる。ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸、マレイン酸メチルアリル、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、マレイン酸フルオロアルキルなどのマレイン酸エステル;が挙げられる。ジカルボン酸の酸無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。
水酸基を有する単量体としては、(メタ)アリルアルコール、3-ブテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オールなどのエチレン性不飽和アルコール;アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、マレイン酸ジ-2-ヒドロキシエチル、マレイン酸ジ-4-ヒドロキシブチル、イタコン酸ジ-2-ヒドロキシプロピルなどのエチレン性不飽和カルボン酸のアルカノールエステル類;一般式CH2=CR1-COO-(CnH2nO)m-H(mは2ないし9の整数、nは2ないし4の整数、R1は水素又はメチル基を表す)で表されるポリアルキレングリコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類;2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシフタレート、2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシサクシネートなどのジカルボン酸のジヒドロキシエステルのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテルなどのビニルエーテル類;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-4-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-6-ヒドロキシヘキシルエーテルなどのアルキレングリコールのモノ(メタ)アリルエーテル類;ジエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アリルエーテルなどのポリオキシアルキレングリコール(メタ)モノアリルエーテル類;グリセリンモノ(メタ)アリルエーテル、(メタ)アリル-2-クロロ-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシ-3-クロロプロピルエーテルなどの、(ポリ)アルキレングリコールのハロゲン及びヒドロキシ置換体のモノ(メタ)アリルエーテル;オイゲノール、イソオイゲノールなどの多価フェノールのモノ(メタ)アリルエーテル及びそのハロゲン置換体;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルチオエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルチオエーテルなどのアルキレングリコールの(メタ)アリルチオエーテル類;などが挙げられる。
水酸基を有する単量体としては、(メタ)アリルアルコール、3-ブテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オールなどのエチレン性不飽和アルコール;アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸-2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、マレイン酸ジ-2-ヒドロキシエチル、マレイン酸ジ-4-ヒドロキシブチル、イタコン酸ジ-2-ヒドロキシプロピルなどのエチレン性不飽和カルボン酸のアルカノールエステル類;一般式CH2=CR1-COO-(CnH2nO)m-H(mは2ないし9の整数、nは2ないし4の整数、R1は水素又はメチル基を表す)で表されるポリアルキレングリコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類;2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシフタレート、2-ヒドロキシエチル-2’-(メタ)アクリロイルオキシサクシネートなどのジカルボン酸のジヒドロキシエステルのモノ(メタ)アクリル酸エステル類;2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、2-ヒドロキシプロピルビニルエーテルなどのビニルエーテル類;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-3-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-4-ヒドロキシブチルエーテル、(メタ)アリル-6-ヒドロキシヘキシルエーテルなどのアルキレングリコールのモノ(メタ)アリルエーテル類;ジエチレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アリルエーテルなどのポリオキシアルキレングリコール(メタ)モノアリルエーテル類;グリセリンモノ(メタ)アリルエーテル、(メタ)アリル-2-クロロ-3-ヒドロキシプロピルエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシ-3-クロロプロピルエーテルなどの、(ポリ)アルキレングリコールのハロゲン及びヒドロキシ置換体のモノ(メタ)アリルエーテル;オイゲノール、イソオイゲノールなどの多価フェノールのモノ(メタ)アリルエーテル及びそのハロゲン置換体;(メタ)アリル-2-ヒドロキシエチルチオエーテル、(メタ)アリル-2-ヒドロキシプロピルチオエーテルなどのアルキレングリコールの(メタ)アリルチオエーテル類;などが挙げられる。
スルホン酸基を有する単量体としては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、(メタ)アクリル酸-2-スルホン酸エチル、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、3-アリロキシ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸などが挙げられる。
-PO3H2基及び/又は-PO(OH)(OR)基(Rは炭化水素基を表す)を有する単量体としては、リン酸-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル-2-(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸エチル-(メタ)アクリロイルオキシエチルなどが挙げられる。
低級ポリオキシアルキレン基を有する単量体としては、ポリ(エチレンオキシド)等のポリ(アルキレンオキシド)などが挙げられる。
これらの中でも、結着力をより高めることができるという点より、カルボン酸基を有する単量体が好ましく、中でも、アクリル酸、メタクリル酸などのカルボン酸基を有する炭素数5以下のモノカルボン酸や、マレイン酸、イタコン酸などのカルボン酸基を一分子あたり2つ有する炭素数5以下のジカルボン酸が好ましい。
(メタ)アクリル重合体中における、酸性基を有するビニルモノマーの重合単位の含有割合は、好ましくは1.0~3.0重量%、より好ましくは1.5~2.5重量%である。
架橋性基を有するモノマーとしては、架橋性基と、一分子あたり1つのオレフィン性二重結合を持つ単官能性単量体、一分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を持つ多官能性単量体が挙げられる。
架橋性基と一分子あたり1つのオレフィン性二重結合を持つ単官能性単量体に含まれる架橋性基としては、エポキシ基、N-メチロールアミド基、オキセタニル基、及びオキサゾリン基からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、エポキシ基が架橋及び架橋密度の調節が容易な点でより好ましい。
架橋性基と一分子あたり1つのオレフィン性二重結合を持つ単官能性単量体に含まれる架橋性基としては、エポキシ基、N-メチロールアミド基、オキセタニル基、及びオキサゾリン基からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、エポキシ基が架橋及び架橋密度の調節が容易な点でより好ましい。
架橋性基を有するモノマーに含まれる、エポキシ基を含有する単量体としては、炭素-炭素二重結合及びエポキシ基を含有する単量体とハロゲン原子及びエポキシ基を含有する単量体が挙げられる。
炭素-炭素二重結合及びエポキシ基を含有する単量体としては、たとえば、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブテニルグリシジルエーテル、o-アリルフェニルグリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテル;ブタジエンモノエポキシド、クロロプレンモノエポキシド、4,5-エポキシ-2-ペンテン、3,4-エポキシ-1-ビニルシクロヘキセン、1,2-エポキシ-5,9-シクロドデカジエンなどのジエン又はポリエンのモノエポキシド;3,4-エポキシ-1-ブテン、1,2-エポキシ-5-ヘキセン、1,2-エポキシ-9-デセンなどのアルケニルエポキシド;グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、グリシジルクロトネート、グリシジル-4-ヘプテノエート、グリシジルソルベート、グリシジルリノレート、グリシジル-4-メチル-3-ペンテノエート、3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステル、4-メチル-3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステルなどの不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類;が挙げられる。
ハロゲン原子及びエポキシ基を有する単量体としては、たとえば、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリン、エピフルオロヒドリン、β-メチルエピクロルヒドリンなどのエピハロヒドリン;p-クロロスチレンオキシド;ジブロモフェニルグリシジルエーテル;が挙げられる。
炭素-炭素二重結合及びエポキシ基を含有する単量体としては、たとえば、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブテニルグリシジルエーテル、o-アリルフェニルグリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテル;ブタジエンモノエポキシド、クロロプレンモノエポキシド、4,5-エポキシ-2-ペンテン、3,4-エポキシ-1-ビニルシクロヘキセン、1,2-エポキシ-5,9-シクロドデカジエンなどのジエン又はポリエンのモノエポキシド;3,4-エポキシ-1-ブテン、1,2-エポキシ-5-ヘキセン、1,2-エポキシ-9-デセンなどのアルケニルエポキシド;グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、グリシジルクロトネート、グリシジル-4-ヘプテノエート、グリシジルソルベート、グリシジルリノレート、グリシジル-4-メチル-3-ペンテノエート、3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステル、4-メチル-3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステルなどの不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類;が挙げられる。
ハロゲン原子及びエポキシ基を有する単量体としては、たとえば、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリン、エピフルオロヒドリン、β-メチルエピクロルヒドリンなどのエピハロヒドリン;p-クロロスチレンオキシド;ジブロモフェニルグリシジルエーテル;が挙げられる。
N-メチロールアミド基を含有する単量体としては、N-メチロール(メタ)アクリルアミドなどのメチロール基を有する(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。
オキセタニル基を含有する単量体としては、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-トリフロロメチルオキセタン、3-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-2-フェニルオキセタン、2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)オキセタン、2-((メタ)アクリロイルオキシメチル)-4-トリフロロメチルオキセタンなどが挙げられる。
オキサゾリン基を含有する単量体としては、2-ビニル-2-オキサゾリン、2-ビニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-ビニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-4-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-メチル-2-オキサゾリン、2-イソプロペニル-5-エチル-2-オキサゾリン等が挙げられる。
一分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を持つ多官能性単量体としてはアリルアクリレート又はアリルメタクリレート、トリメチロールプロパン-トリアクリレート、トリメチロールプロパン-メタクリレート、ジプロピレングリコールジアリルエーテル、ポリグリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキノンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、又は多官能性アルコールの他のアリル又はビニルエーテル、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリアリルアミン、トリメチロールプロパン-ジアリルエーテル、メチレンビスアクリルアミド及び/又はジビニルベンゼンが好ましい。特にアリルアクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパン-トリアクリレート及び/又はトリメチロールプロパン-メタクリレート等が挙げられる。
これらの中でも、架橋密度が向上しやすいことから、一分子あたり2つ以上のオレフィン性二重結合を有する多官能性単量体が好ましく、更に架橋密度の向上及び共重合性が高いという観点の理由でアリルアクリレート又はアリルメタクリレート等のアリル基を有するアクリレート又はメタアクリレートが好ましい。
本発明で用いる(メタ)アクリル重合体中における、架橋性基を有するモノマーの重合単位の含有割合は、好ましくは0.01~2.0重量%、より好ましくは0.05~1.5重量%、特に好ましくは0.1~1.0重量%の範囲である。架橋性基を有するモノマーの重合単位の含有割合をこのような範囲とすることにより、得られる多孔膜の強度を優れたものとしながら、二次電池に用いた場合におけるサイクル特性を向上させることができる。
本発明で用いる(メタ)アクリル重合体は、上述した単量体に基づく重合単位以外に、これらと共重合可能な単量体に基づく重合単位を含んでいてもよい。これらと共重合可能な単量体としては、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン原子含有単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビエルエーテル等のビニルエーテル類;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ブチルビニルケトン、ヘキシルビニルケトン、イソプロペニルビニルケトン等のビニルケトン類;N-ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環含有ビニル化合物;アクリルアミド;が挙げられる。
本発明で用いる(メタ)アクリル重合体は、上記した各単量体を重合することにより製造することができる。重合方法としては、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法も用いることができる。重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの反応も用いることができる。重合に用いる重合開始剤としては、たとえば過酸化ラウロイル、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシピバレート、3,3,5-トリメチルヘキサノイルパーオキサイドなどの有機過酸化物、α,α’-アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物、又は過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどがあげられる。
本発明で用いるニトリル基を含有する重合体としては、ニトリル基を含有するものであればよく特に制限はないが、たとえば、不飽和ニトリル単量体の単独重合体の他、不飽和ニトリル単量体と共重合可能な他の単量体との共重合体が挙げられる。
不飽和ニトリル単量体としては、ニトリル基を有する不飽和化合物であれば限定されず、アクリロニトリル;α-クロロアクリロニトリル、α-ブロモアクリロニトリルなどのα-ハロゲノアクリロニトリル;メタクリロニトリル、エタクリロニトリルなどのα-アルキルアクリロニトリル;などが挙げられる。これらのなかでも、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルが好ましく、アクリロニトリルが特に好ましい。
本発明で用いるニトリル基を含有する重合体中における、不飽和ニトリル単量体の単位の含有割合は、好ましくは1~100重量%であり、より好ましくは1~50重量%である。
また、共重合可能な他の単量体としては、たとえば、共役ジエン単量体、不飽和モノカルボン酸単量体、不飽和カルボン酸エステル単量体、不飽和ジカルボン酸モノエステル単量体、不飽和多価カルボン酸単量体、芳香族ビニル単量体などが挙げられる。
共役ジエン単量体としては、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエンなどが挙げられる。
不飽和モノカルボン酸単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
不飽和カルボン酸エステル単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸n-ペンチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピルなどが挙げられる。
不飽和モノカルボン酸単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。
不飽和カルボン酸エステル単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸n-ペンチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピルなどが挙げられる。
不飽和ジカルボン酸モノエステル単量体としては、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノプロピル、マレイン酸モノn-ブチル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、フマル酸モノプロピル、フマル酸モノn-ブチルなどが挙げられる。
不飽和多価カルボン酸単量体としては、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸などが挙げられる。
芳香族ビニル単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルピリジンなどが挙げられる。
不飽和多価カルボン酸単量体としては、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸などが挙げられる。
芳香族ビニル単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルピリジンなどが挙げられる。
本発明で用いるニトリル基を含有する重合体は、不飽和ニトリル単量体を単独で、あるいは、不飽和ニトリル単量体と共重合可能な他の単量体とを重合することにより、製造することができる。重合方法としては、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法も用いることができる。重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの反応も用いることができる。重合に用いる重合開始剤としては、たとえば、上述した(メタ)アクリル重合体と同様なものを用いることができる。
また、本発明で用いるニトリル基を含有する重合体が、少なくとも、不飽和ニトリル単量体の単位と共役ジエン単量体の単位とを含有するニトリルゴムである場合には、脂肪族炭素-炭素不飽和結合を水素化することにより水素化ニトリルゴムとしてもよい。
本発明の二次電池用多孔膜中における、バインダの含有割合は、好ましくは3~20重量%であり、より好ましくは3~15重量%である。バインダの含有割合を、このような範囲とすることで、得られる多孔膜を、電極間の短絡を防止しながら、高い強度を有するものとすることができる。
また、本発明の二次電池用多孔膜においては、非導電性粒子の含有量と、バインダの含有量との比率が、「非導電性粒子重量/多孔膜用バインダ重量」の重量比で、2~100の範囲内であることが好ましく、10~100の範囲内であることがより好ましい。これらの重量比をこのような範囲とすることにより、耐高温短絡性と、優れたサイクル特性とを両立して維持することができる。
本発明で用いるバインダは、通常、分散媒に粒子状で分散した状態の分散液として調製及び保存される。分散媒としては、環境への負荷が少なく、乾燥速度が速いという観点から水を用いることが好ましい。あるいは、分散媒として有機溶媒を用いる場合、N-メチルピロリドン(NMP)等の有機溶剤を用いることができる。
バインダが分散媒に粒子状で分散している場合における、バインダの個数平均粒径(分散粒子径)は、好ましくは50~500nmであり、より好ましくは70~400nm、さらに好ましくは100~250nmである。バインダの個数平均粒径が、このような範囲であると、得られる多孔膜の強度及び柔軟性が良好となる。
分散液中のバインダの含有割合は、好ましくは15~70重量%であり、より好ましくは20~65重量%である。バインダの含有割合が、このような範囲であると、後述する二次電池用多孔膜スラリーを製造する際における作業性を良好なものとすることができる。
また、本発明で用いるバインダのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは-50~25℃、より好ましくは-45~15℃、特に好ましくは-40~5℃である。バインダのTgがこのような範囲にあることにより、得られる多孔膜を優れた強度と柔軟性を有するものとすることができる。
(その他の成分)
なお、本発明の二次電池用多孔膜には、非導電性粒子及びバインダに加えて、重金属捕捉化合物を含有していてもよい。重金属捕捉化合物を含有することにより、本発明の二次電池用多孔膜を、二次電池に用いた場合に、二次電池の充放電時に電解液中に溶出する遷移金属イオンを捕捉することができるため、遷移金属イオンに起因した二次電池のサイクル特性と安全性の低下を防ぐことができる。
なお、本発明の二次電池用多孔膜には、非導電性粒子及びバインダに加えて、重金属捕捉化合物を含有していてもよい。重金属捕捉化合物を含有することにより、本発明の二次電池用多孔膜を、二次電池に用いた場合に、二次電池の充放電時に電解液中に溶出する遷移金属イオンを捕捉することができるため、遷移金属イオンに起因した二次電池のサイクル特性と安全性の低下を防ぐことができる。
重金属捕捉化合物としては、重金属捕捉機能を有する化合物であれば特に限定されないが、好ましくは、アミノカルボン酸系キレート化合物、ホスホン酸系キレート化合物、グルコン酸、クエン酸、リンゴ酸及び酒石酸からなる群より選択される。これらの中でも特に、リチウムイオンを捕捉することなく、遷移金属イオンを選択的に捕捉可能なキレート化合物が用いられ、特に、アミノカルボン酸系キレート化合物及びホスホン酸系キレート化合物が好ましく用いられる。
アミノカルボン酸系キレート化合物としては、エチレンジアミン四酢酸(以下において「EDTA」と表すことがある。)、ニトリロ三酢酸(以下において「NTA」と表すことがある。)、トランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン四酢酸(以下において「DCTA」と表すことがある。)、ジエチレン-トリアミン五酢酸(以下において「DTPA」と表すことがある。)、ビス-(アミノエチル)グリコールエーテル-N,N,N’,N’-四酢酸(以下において「EGTA」と表すことがある。)、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン-N,N’,N’-三酢酸(以下において「HEDTA」と表すことがある。)及びジヒドロキシエチルグリシン(以下において「DHEG」と表すことがある。)からなる群より選択されることが好ましい。
ホスホン酸系キレート化合物としては、1-ヒドロキシエタン-1,1-ジホスホン酸(以下において「HEDP」と表すことがある。)が好ましい。
重金属捕捉化合物の配合量は、バインダ100重量部に対して、好ましくは0.001~1.0重量部、より好ましくは0.005~0.5重量部、特に好ましくは0.01~0.3重量部である。重金属捕捉化合物の配合量をこのような範囲とすることにより、他の特性を損なうことなく、重金属捕捉機能を十分に発揮させることができる。
また、本発明の二次電池用多孔膜には、上記各成分に加えて、任意の成分が含まれていてもよい。このような任意の成分としては、分散剤、レベリング剤、酸化防止剤、上述したバインダ以外の結着剤、増粘剤、消泡剤や、電解液分解抑制等の機能を有する電解液添加剤等の成分が挙げられる。
分散剤としてはアニオン性化合物、カチオン性化合物、非イオン性化合物、高分子化合物が例示される。分散剤は用いる非導電性粒子に応じて選択される。多孔膜中の分散剤の含有割合は、電池特性に影響が及ばない範囲が好ましく、具体的には10重量%以下である。
レベリング剤としてはアルキル系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、金属系界面活性剤などの界面活性剤が挙げられ、このような界面活性剤を混合することにより、塗工時に発生するはじきを防止したり、多孔膜の平滑性を向上させることができる。
酸化防止剤としてはフェノール化合物、ハイドロキノン化合物、有機リン化合物、硫黄化合物、フェニレンジアミン化合物、ポリマー型フェノール化合物等が挙げられる。ポリマー型フェノール化合物は、分子内にフェノール構造を有する重合体であり、重量平均分子量が200~1000、好ましくは600~700のポリマー型フェノール化合物が好ましく用いられる。
上述のバインダ以外の結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリロニトリル誘導体、軟質重合体などを用いることができる。
増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマー及びこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリ(メタ)アクリル酸及びこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリビニルアルコール、アクリル酸又はアクリル酸塩とビニルアルコールの共重合体、無水マレイン酸又はマレイン酸もしくはフマル酸とビニルアルコールの共重合体などのポリビニルアルコール類;ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、変性ポリアクリル酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプン、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体水素化物などが挙げられる。
本発明の二次電池用多孔膜中における、これら任意の成分の含有割合は、電池特性に影響が及ばない範囲が好ましく、具体的には、それぞれ10重量%以下であることが好ましく、また、任意の成分を複数配合する場合には、配合する任意の成分の含有割合の合計が、好ましくは40重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。
本発明の二次電池用多孔膜は、たとえば、(1)非導電性粒子、バインダ及び分散媒を含む二次電池用多孔膜スラリーを得て、得られた二次電池用多孔膜スラリーを所定の基材上に塗布してスラリー層を形成し、次いでスラリー層を乾燥する方法;(2)非導電性粒子、バインダ及び分散媒を含む二次電池用多孔膜スラリーを得て、二次電池用多孔膜スラリー中に基材を浸漬後、これを乾燥する方法;などが挙げられる。
二次電池用多孔膜スラリーは、上述した非導電性粒子、上述したバインダ、及び分散媒、ならびに必要に応じて添加される上述した任意の成分を含む組成物である。
分散媒としては、非導電性粒子、及びバインダ、ならびに、任意の成分を均一に分散可能なものであれば特に限定されず、水の他、有機溶媒を使用することができる。
有機溶媒としては、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの環状脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;アセトン、エチルメチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどのケトン類;メチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素など塩素系脂肪族炭化水素;芳酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、プロピオニトリルなどのアシロニトリル類;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類:メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミドなどのアミド類;が挙げられる。
これらの分散媒は、単独で使用しても、これらを2種以上混合して混合媒体として使用してもよい。これらの中でも、特に非導電性粒子の分散性に優れ、沸点が低く揮発性が高いものが好ましく、具体的には、アセトン、トルエン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、キシレン、水、N-メチルピロリドンなどが好ましい。
有機溶媒としては、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの環状脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;アセトン、エチルメチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどのケトン類;メチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素など塩素系脂肪族炭化水素;芳酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、プロピオニトリルなどのアシロニトリル類;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類:メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミドなどのアミド類;が挙げられる。
これらの分散媒は、単独で使用しても、これらを2種以上混合して混合媒体として使用してもよい。これらの中でも、特に非導電性粒子の分散性に優れ、沸点が低く揮発性が高いものが好ましく、具体的には、アセトン、トルエン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサン、キシレン、水、N-メチルピロリドンなどが好ましい。
二次電池用多孔膜スラリー中における、固形分濃度は、該スラリー組成物の粘度が、塗布や浸漬が可能な程度でかつ、流動性を有するものとなるような濃度に適宜調整することができるが、一般的には10~50重量%程度である。なお、固形分以外の成分としては、乾燥工程により揮発する成分であり、分散媒の他、たとえば、非導電性粒子及びバインダの調製時等に、これらを溶解又は分散させていた媒質なども含まれる。
二次電池用多孔膜スラリーの調製方法としては特に限定されず、上述した非導電性粒子、上述したバインダ、及び分散媒、ならびに必要に応じて添加される上述した任意の成分を混合することにより得ることができる。これらを混合する際における、混合方法や混合順序は特に限定されない。また、混合装置としては、上記各成分を均一に混合できる装置であれば特に限定されず、ホモミキサー、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどを使用することができるが、中でも適度な分散シェアを加えることができるという点より、ホモミキサーを使用することが特に好ましい。
二次電池用多孔膜スラリーの粘度は、均一塗工性、スラリー経時安定性の観点から、好ましくは10mPa・S~10,000mPa・S、さらに好ましくは50~500mPa・sである。粘度は、B型粘度計を用いて25℃、回転数60rpmで測定することができる。
本発明の二次電池用多孔膜としては、たとえば、基材により支持された状態で膜としての形状を保つものの他、独立して膜としての形状を保つことができるものであってもよいが、基材により支持された状態、すなわち、基材上に膜状に形成されて複合体を形成しているものであることが好ましい。
本発明においては、二次電池用多孔膜を形成するための基材として、二次電池中の構成要素、具体的には、電極(正極又は負極)又は有機セパレータを基材として用いることが特に好ましい。すなわち、基材として電極又は有機セパレータを用い、この上に、本発明の二次電池用多孔膜を形成することが特に好ましい。
あるいは、本発明の二次電池用多孔膜を、電極や有機セパレータ以外の基材上に形成した場合は、二次電池用多孔膜を基材から剥離し、二次電池を組み立てる際に、電極上や有機セパレータ上に積層することにより使用することができる。なお、電極や有機セパレータ以外の基材としては、公知の剥離フィルム等を用いることができる。
二次電池用多孔膜スラリーを基材上へ塗布し、スラリー層を形成する方法としては特に制限されないが、たとえば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。これらのなかでも、均一な二次電池用多孔膜が得られるという観点から、ディップ法やグラビア法が好ましい。
塗布により得られたスラリー層を乾燥する方法としては、たとえば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。乾燥温度は、使用する分散媒の種類に応じて設定すればよく、たとえば、N-メチルピロリドン等の揮発性の低い分散媒を用いる場合には、送風式の乾燥機で120℃以上の高温で乾燥させることが好ましい。あるいは、揮発性の高い分散媒を用いる場合には、100℃以下の低温において乾燥させることもできる。なお、二次電池用多孔膜を、有機セパレータ上に形成する際には、有機セパレータの収縮を起こさずに乾燥させることが必要となることから、100℃以下の低温での乾燥が好ましい。
また、二次電池用多孔膜を、電極上に形成する際には、電極活物質層との密着性を向上させるために、必要に応じて、金型プレスやロールプレスなどを用い、加圧処理を行ってもよい。
本発明の二次電池用多孔膜の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1~10μmであり、より好ましくは2~7μmである。膜厚を、このような範囲とすることにより、得られる二次電池の体積(重量)あたりの容量を高く保ちながら、本発明の二次電池用多孔膜の形成効果を適切に得ることができる。
(二次電池用電極)
本発明の二次電池用電極は、集電体と、電極活物質層と、上述した本発明の二次電池用多孔膜とを、この順に積層してなるものである。
本発明の二次電池用電極は、集電体と、電極活物質層と、上述した本発明の二次電池用多孔膜とを、この順に積層してなるものである。
本発明の二次電池用電極は、たとえば、集電体及び電極活物質層からなる電極を基材とし、この上に、二次電池用多孔膜スラリーを用いて、本発明の二次電池用多孔膜を形成することにより製造することができる。あるいは、本発明の二次電池用多孔膜を、電極以外の基材上に形成し、得られた二次電池用多孔膜を基材から剥離し、これを、集電体及び電極活物質層からなる電極上に積層することで、本発明の二次電池用電極を得ることもできる。
集電体としては、電気導電性を有しかつ電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有するという観点から、たとえば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などの金属材料を好ましく用いることができる。これらのなかでも、リチウムイオン二次電池の正極用としてはアルミニウムが特に好ましく、リチウムイオン二次電池の負極用としては銅が特に好ましい。集電体の形状は特に制限されないが、厚さ0.001~0.5mm程度のシート状のものが好ましい。
電極活物質層は、通常、電極活物質、及び電極活物質層用結着剤を含有してなり、必要に応じて、導電性付与材や補強材などが含有されていてもよい。
電極活物質層を形成するための電極活物質としては、特に限定されないが、本発明の二次電池用電極を、リチウムイオン二次電池の正極用に用いる場合には、次のような無機化合物からなる正極活物質、あるいは、有機化合物からなる正極活物質を用いることができる。
すなわち、無機化合物からなる正極活物質としては、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物などが挙げられる。上記の遷移金属としては、Fe、Co、Ni、Mn等が使用される。正極活物質に使用される無機化合物の具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiFeVO4などのリチウム含有複合金属酸化物;TiS2、TiS3、非晶質MoS2等の遷移金属硫化物;Cu2V2O3、非晶質V2O-P2O5、MoO3、V2O5、V6O13などの遷移金属酸化物が挙げられる。これらの化合物は、部分的に元素置換したものであってもよい。
また、有機化合物からなる正極活物質としては、たとえば、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレンなどの導電性高分子化合物を用いることができる。
また、有機化合物からなる正極活物質としては、たとえば、ポリアセチレン、ポリ-p-フェニレンなどの導電性高分子化合物を用いることができる。
あるいは、本発明の二次電池用電極を、リチウムイオン二次電池の負極用に用いる場合には、電極活物質層を形成するための電極活物質としては、たとえば、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メゾカーボンマイクロビーズ、ピッチ系炭素繊維などの炭素質材料、ポリアセン等の導電性高分子化合物などを用いることができる。また、これらに加えて、ケイ素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の金属やこれらの合金、前記金属又は合金の酸化物や硫酸塩や、金属リチウム、Li-Al、Li-Bi-Cd、Li-Sn-Cd等のリチウム合金、リチウム遷移金属窒化物、シリコン等を使用することもできる。
さらに、本発明の二次電池用電極を、ニッケル-水素二次電池の正極用に用いる場合には、電極活物質層を形成するための電極活物質としては、水酸化ニッケル粒子などを用いることができる。なお、水酸化ニッケル粒子は、コバルト、亜鉛、カドミウム等を固溶していてもよく、あるいは表面がアルカリ熱処理されたコバルト化合物で被覆されていてもよい。また、水酸化ニッケル粒子には、酸化イットリウムの他に、酸化コバルト、金属コバルト、水酸化コバルト等のコバルト化合物、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物、酸化エルビウム等の希土類化合物等の添加剤が含まれていてもよい。
また、本発明の二次電池用電極を、ニッケル-水素二次電池の負極用に用いる場合には、電極活物質層を形成するための電極活物質としては、水素吸蔵合金粒子を用いることができる。水素吸蔵合金粒子としては、電池の充電時にアルカリ電解液中で電気化学的に発生させた水素を吸蔵でき、なおかつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出できるものであればよく、特に限定はされないが、AB5型系、TiNi系及びTiFe系の水素吸蔵合金からなる粒子が好ましい。具体的には、LaNi5、MmNi5(Mmはミッシュメタル)、LmNi5(Lmは希土類元素から選ばれる少なくとも一種)及びこれらの合金のNiの一部をAl,Mn,Co,Ti,Cu,Zn,Zr,Cr及びB等から選択される1種以上の元素で置換した多元素系の水素吸蔵合金粒子を用いることができる。特に、一般式:LmNiwCoxMnyAlz(原子比w,x,y,zの合計値は4.80≦w+x+y+z≦5.40である)で表される組成を有する水素吸蔵合金粒子が、充放電サイクルの進行に伴う微粉化が抑制されて充放電サイクル寿命が向上するので好適である。
電極活物質層を形成するための電極活物質層用結着剤としては、様々な樹脂成分を用いることができる。たとえば、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリロニトリル誘導体などを用いることができる。
また、電極活物質層用結着剤としては、上記した樹脂成分に加えて、下記に例示する軟質重合体を用いることもできる。
すなわち、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ブチルアクリレート・スチレン共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル・グリシジルメタクリレート共重合体などの、アクリル酸又はメタクリル酸誘導体の単独重合体又はそれと共重合可能な単量体との共重合体である、アクリル系軟質重合体;
ポリイソブチレン、イソブチレン・イソプレンゴム、イソブチレン・スチレン共重合体などのイソブチレン系軟質重合体;
ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン・スチレンランダム共重合体、イソプレン・スチレンランダム共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、イソプレン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・イソプレン・スチレン・ブロック共重合体などジエン系軟質重合体;
ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、ジヒドロキシポリシロキサンなどのケイ素含有軟質重合体;
液状ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ-1-ブテン、エチレン・α-オレフィン共重合体、プロピレン・α-オレフィン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(EPDM)、エチレン・プロピレン・スチレン共重合体などのオレフィン系軟質重合体;
ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリステアリン酸ビニル、酢酸ビニル・スチレン共重合体などビニル系軟質重合体;
ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エピクロルヒドリンゴムなどのエポキシ系軟質重合体;
フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン-プロピレンゴムなどのフッ素含有軟質重合体;
天然ゴム、ポリペプチド、蛋白質、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーなどのその他の軟質重合体;などを用いることもできる。
すなわち、ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ブチルアクリレート・スチレン共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル・グリシジルメタクリレート共重合体などの、アクリル酸又はメタクリル酸誘導体の単独重合体又はそれと共重合可能な単量体との共重合体である、アクリル系軟質重合体;
ポリイソブチレン、イソブチレン・イソプレンゴム、イソブチレン・スチレン共重合体などのイソブチレン系軟質重合体;
ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン・スチレンランダム共重合体、イソプレン・スチレンランダム共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、イソプレン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・イソプレン・スチレン・ブロック共重合体などジエン系軟質重合体;
ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、ジヒドロキシポリシロキサンなどのケイ素含有軟質重合体;
液状ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ-1-ブテン、エチレン・α-オレフィン共重合体、プロピレン・α-オレフィン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(EPDM)、エチレン・プロピレン・スチレン共重合体などのオレフィン系軟質重合体;
ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリステアリン酸ビニル、酢酸ビニル・スチレン共重合体などビニル系軟質重合体;
ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エピクロルヒドリンゴムなどのエポキシ系軟質重合体;
フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン-プロピレンゴムなどのフッ素含有軟質重合体;
天然ゴム、ポリペプチド、蛋白質、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーなどのその他の軟質重合体;などを用いることもできる。
また、電極活物質層には、必要に応じて、導電性付与材や補強材を含有させてもよい。導電性付与材としては、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボン繊維、カーボンナノチューブ等の導電性カーボンなどが挙げられる。また、補強材としては、各種の無機及び有機の球状、板状、棒状又は繊維状のフィラーなどが挙げられる。
電極活物質層は、通常、電極活物質、電極活物質層用結着剤、及び、必要に応じて添加される導電性付与材や補強材を、分散媒に分散させることにより得られる電極スラリーを、集電体上に付着させ、必要に応じて乾燥することにより形成することができる。
電極用スラリーに含有させる分散媒としては、水の他、有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの環状脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;エチルメチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、プロピオニトリルなどのアシロニトリル類;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類:メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミドなどのアミド類が挙げられる。これらの媒体は、単独又は2種以上を混合して、乾燥速度や環境上の観点から適宜選択して用いることができる。
電極用スラリーは、電極活物質、電極活物質層用結着剤、及び、必要に応じて添加される導電性付与材や補強材、ならびに、分散媒を、混合機を用いて混合することにより得られる。混合機としては、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサーなどを用いることができるが、ボールミルを用いると導電性付与材や電極活物質の凝集を抑制できるので好ましい。
(二次電池用セパレータ)
本発明の二次電池用セパレータは、有機セパレータと、上述した本発明の二次電池用多孔膜とを積層してなるものである。
本発明の二次電池用セパレータは、有機セパレータと、上述した本発明の二次電池用多孔膜とを積層してなるものである。
本発明の二次電池用セパレータは、たとえば、有機セパレータを基材とし、この上に、二次電池用多孔膜スラリーを用いて、本発明の二次電池用多孔膜を形成することにより製造することができる。あるいは、本発明の二次電池用多孔膜を、有機セパレータ以外の基材上に形成し、得られた二次電池用多孔膜を基材から剥離し、これを有機セパレータ上に積層することで、本発明の二次電池用セパレータを得ることもできる。なお、本発明の二次電池用セパレータとしては、有機セパレータの片面にのみ、二次電池用多孔膜を形成したものであってもよいし、あるいは、両面に二次電池用多孔膜を形成したものであってもよい。
有機セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂や芳香族ポリアミド樹脂を含んでなる公知のセパレータを用いることができるが、本発明においては、電子伝導性がなくイオン伝導性があり、有機溶媒の耐性が高い、孔径の微細な多孔質膜を好ましく用いることができる。このような有機セパレータとしては、たとえば、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)、及びこれらの混合物あるいは共重合体等の樹脂からなる微多孔膜、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルフォン、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からなる微多孔膜又はポリオレフィン系の繊維を織ったもの、又はその不織布、絶縁性物質粒子の集合体等が挙げられる。これらの中でも、二次電池用多孔膜スラリーの塗工性が優れ、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、二次電池内の活物質比率が上がり、体積当たりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。
有機セパレータの厚みは、好ましくは0.5~40μm、より好ましくは1~35μm、さらに好ましくは5~30μmである。厚みが、このような範囲であると、有機セパレータに対する塗工性を良好なものとしながら、二次電池内における、有機セパレータに起因する抵抗を小さなものとすることができる。
また、本発明において、有機セパレータの材料として用いるポリオレフィン系の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のホモポリマー、コポリマー、更にはこれらの混合物が挙げられる。ポリエチレンとしては、低密度、中密度、高密度のポリエチレンが挙げられ、突き刺し強度や機械的な強度の観点から、高密度のポリエチレンが好ましい。また、これらのポリエチレンは柔軟性を付与する目的から2種以上を混合してもよい。これらポリエチレンに用いる重合触媒も特に制限はなく、チーグラー・ナッタ系触媒やフィリップス系触媒やメタロセン系触媒などが挙げられる。有機セパレータの材料として用いるポリエチレンの粘度平均分子量は、機械強度と高透過性を両立させるという観点より、好ましくは10万~1200万であり、より好ましくは20万~300万である。
また、ポリプロピレンとしては、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーが挙げられ、一種類又は二種類以上を混合して使用することができる。また重合触媒も特に制限はなく、チーグラー・ナッタ系触媒やメタロセン系触媒などが挙げられる。また立体規則性にも特に制限はなく、アイソタクチックやシンジオタクチックやアタクチックを使用することができるが、安価である点からアイソタクチックポリプロピレンを使用するのが望ましい。
ポリオレフィン系の有機セパレータを作製する方法としては、公知の方法を採用することができる。たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレンを溶融押し出しフィルム製膜した後に、低温でアニーリングさせ結晶ドメインを成長させて、この状態で延伸を行い、非晶領域を延ばす事で微多孔膜を形成する乾式法;炭化水素溶媒やその他低分子材料とポリプロピレン、ポリエチレンを混合した後に、フィルム形成させて、次いで、非晶相に溶媒や低分子が集まり島相を形成し始めたフィルムを、この溶媒や低分子を他の揮発し易い溶媒を用いて除去する事で微多孔膜を形成する湿式法;などが挙げられる。
また、本発明で用いる有機セパレータは、強度や硬度、熱収縮率を制御する目的で、任意のフィラーや繊維化合物を含有していてもよい。あるいは、二次電池用多孔膜との密着性を向上させたり、電解液との表面張力を下げて液の含浸性を向上させる目的で、本発明で用いる有機セパレータに、予め低分子化合物や高分子化合物で被覆処理したり、紫外線などの電磁線処理、コロナ放電・プラズマガスなどのプラズマ処理を行ってもよい。特に、電解液の含浸性が高く、二次電池用多孔膜との密着性を得やすいという点から、カルボン酸基、水酸基及びスルホン酸基などの極性基を含有する高分子化合物で被覆処理することが好ましい。
(二次電池)
本発明の二次電池は、正極、負極、セパレータ及び電解液を含み、正極、負極、及びセパレータの少なくともいずれかに、上述した本発明の二次電池用多孔膜を備える。すなわち、本発明の二次電池は、正極、負極又はセパレータの少なくともいずれかとして、上述した本発明の二次電池用電極又は二次電池用セパレータを用いて構成される。
本発明の二次電池は、正極、負極、セパレータ及び電解液を含み、正極、負極、及びセパレータの少なくともいずれかに、上述した本発明の二次電池用多孔膜を備える。すなわち、本発明の二次電池は、正極、負極又はセパレータの少なくともいずれかとして、上述した本発明の二次電池用電極又は二次電池用セパレータを用いて構成される。
本発明の二次電池としては、リチウムイオン二次電池、ニッケル-水素二次電池等が挙げられるが、安全性向上の要求が高く、本発明の二次電池用多孔膜の導入効果が高いことからリチウムイオン二次電池が好ましい。以下、リチウムイオン二次電池に使用する場合を例示して説明する。
リチウムイオン二次電池用の電解液としては、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、特に制限はないが、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。
また、リチウムイオン二次電池用の電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(MEC)などのカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチルなどのエステル類;1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフランなどのエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物類;などが好適に用いられる。
リチウムイオン二次電池の具体的な製造方法としては、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口する方法が挙げられる。二次電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など何れであってもよい。このようにして得られる本発明の二次電池は、上述した本発明の二次電池用多孔膜を備えるものであるため、本発明の二次電池用多孔膜の優れた特性、すなわち、膜厚の均一性が高く、耐高温短絡特性(高温環境下における信頼性)、及びイオン透過性に優れているという特性により、高温環境下における信頼性が高く、サイクル特性及びレート特性に優れたものである。
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。各例中の「部」及び「%」は、特に断りのない限り、重量基準である。
なお、各特性の定義及び評価方法は、以下のとおりである。
なお、各特性の定義及び評価方法は、以下のとおりである。
<非導電性粒子のBET比表面積の測定>
非導電性粒子のBET比表面積を、全自動BET比表面積測定装置(製品名「Macsorb HM model-1208」、マウンテック社製)を用い、ガス吸着法により測定した。
非導電性粒子のBET比表面積を、全自動BET比表面積測定装置(製品名「Macsorb HM model-1208」、マウンテック社製)を用い、ガス吸着法により測定した。
<非導電性粒子の個数平均粒子径、粒径の変動係数>
非導電性粒子について、電子顕微鏡にて25000倍の倍率で撮影したSEM写真から100個の粒子を任意に選択し、その粒子像の最長辺をa、最短辺をbとし、(a+b)/2を各粒子について算出することで各粒子の粒子径を求め、求めた粒子径の算術平均値として、個数平均粒子径を算出した。また、個数平均粒子径において、標準偏差を算出し、個数平均粒子径と標準偏差とに基づいて、粒径の変動係数を算出した。
非導電性粒子について、電子顕微鏡にて25000倍の倍率で撮影したSEM写真から100個の粒子を任意に選択し、その粒子像の最長辺をa、最短辺をbとし、(a+b)/2を各粒子について算出することで各粒子の粒子径を求め、求めた粒子径の算術平均値として、個数平均粒子径を算出した。また、個数平均粒子径において、標準偏差を算出し、個数平均粒子径と標準偏差とに基づいて、粒径の変動係数を算出した。
<非導電性粒子の平均円形度>
非導電性粒子について、電子顕微鏡にて25000倍の倍率で撮影したSEM写真から100個の粒子を任意に選択し、その粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長をL0、粒子像の周囲長をLとしたとき、L0/Lを円形度とし、100個の平均から平均円形度を算出した。
非導電性粒子について、電子顕微鏡にて25000倍の倍率で撮影したSEM写真から100個の粒子を任意に選択し、その粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長をL0、粒子像の周囲長をLとしたとき、L0/Lを円形度とし、100個の平均から平均円形度を算出した。
<多孔膜の均一性>
多孔膜付有機セパレータ又は多孔膜付電極を、幅6cm×長さ1mに切り出して、切り出した多孔膜付有機セパレータ又は多孔膜付電極の厚みを、幅方向3点×長さ方向5cmおきに20点の60点において測定し、膜厚の標準偏差と平均値から、下記式に基づきばらつきを計算し、下記の基準で評価した。なお、下記式において、xは膜厚の平均値、nは測定数を示す。
A:3%未満
B:3%以上、10%未満
C:10%以上
多孔膜付有機セパレータ又は多孔膜付電極を、幅6cm×長さ1mに切り出して、切り出した多孔膜付有機セパレータ又は多孔膜付電極の厚みを、幅方向3点×長さ方向5cmおきに20点の60点において測定し、膜厚の標準偏差と平均値から、下記式に基づきばらつきを計算し、下記の基準で評価した。なお、下記式において、xは膜厚の平均値、nは測定数を示す。
B:3%以上、10%未満
C:10%以上
<多孔膜付有機セパレータの信頼性試験>
多孔膜付有機セパレータを直径19mmの円形に打ち抜き、非イオン性界面活性剤(エマルゲン210P、花王社製)の3重量%メタノール溶液中に浸漬して風乾した。そして、この円形の多孔膜付有機セパレータに電解液を含浸させ、一対の円形のSUS板(直径15.5mm)に挟み、SUS板/円形の多孔膜付有機セパレータ/SUS板という構成の積層体を得た。また、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(EC:DEC=1:2(20℃での容積比))に、LiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。
多孔膜付有機セパレータを直径19mmの円形に打ち抜き、非イオン性界面活性剤(エマルゲン210P、花王社製)の3重量%メタノール溶液中に浸漬して風乾した。そして、この円形の多孔膜付有機セパレータに電解液を含浸させ、一対の円形のSUS板(直径15.5mm)に挟み、SUS板/円形の多孔膜付有機セパレータ/SUS板という構成の積層体を得た。また、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(EC:DEC=1:2(20℃での容積比))に、LiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。
次いで、上記にて得られた積層体を、2032型コインセルに封入し、コインセルからリード線をとり、熱電対を付けてオーブンの中に入れた。振幅10mV、1kHzの周波数の交流を印加しながら、昇温速度1.6℃/分で200℃まで昇温させ、この間のセル抵抗を測定することで短絡の発生状況を確認した。本試験では、温度上昇に伴い、シャットダウンが発生することにより抵抗値の上昇が起こり、抵抗値が、少なくとも1000Ω/cm2以上になり、その後、抵抗値が10Ω/cm2以下まで急激に低下した場合に短絡が発生したものとした。なお、この試験を20個の試料について行ない、下記の基準で評価した。短絡発生数が少ないほど信頼性に優れることを示す。
A:短絡発生数0個
B:短絡発生数1個
C:短絡発生数2~3個
D:短絡発生数4個以上
A:短絡発生数0個
B:短絡発生数1個
C:短絡発生数2~3個
D:短絡発生数4個以上
<多孔膜付電極の信頼性試験>
有機セパレータ(単層のポリプロピレン製セパレーター、気孔率55%、厚さ25μm)を直径19mmの円形に打ち抜き、非イオン性界面活性剤(エマルゲン210P、花王社製)の3重量%メタノール溶液中に浸漬して風乾した。また、これとは別に、測定対象の多孔膜付電極を直径19mmの円形に打ち抜き、円形の有機セパレータと、円形の多孔膜付電極とを電解液を含浸させ、これらを重ねて、一対の円形のSUS板(直径15.5mm)に挟み、SUS板/円形の有機セパレータ/円形の多孔膜付電極/SUS板という構成の積層体を得た。円形の多孔膜付電極は、その多孔膜側の面が有機セパレータ側となるよう配置した。また、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(EC:DEC=1:2(20℃での容積比))に、LiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。
有機セパレータ(単層のポリプロピレン製セパレーター、気孔率55%、厚さ25μm)を直径19mmの円形に打ち抜き、非イオン性界面活性剤(エマルゲン210P、花王社製)の3重量%メタノール溶液中に浸漬して風乾した。また、これとは別に、測定対象の多孔膜付電極を直径19mmの円形に打ち抜き、円形の有機セパレータと、円形の多孔膜付電極とを電解液を含浸させ、これらを重ねて、一対の円形のSUS板(直径15.5mm)に挟み、SUS板/円形の有機セパレータ/円形の多孔膜付電極/SUS板という構成の積層体を得た。円形の多孔膜付電極は、その多孔膜側の面が有機セパレータ側となるよう配置した。また、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(EC:DEC=1:2(20℃での容積比))に、LiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。
次いで、上記にて得られた積層体を、2032型コインセルに封入し、コインセルからリード線をとり、熱電対を付けてオーブンの中に入れ、上述した「多孔膜付有機セパレータの信頼性試験」と同様に、短絡の発生状況を確認した。なお、この試験を20個の試料について、下記の基準で評価した。短絡発生数が少ないほど信頼性に優れることを示す。
A:短絡発生数0個
B:短絡発生数1個
C:短絡発生数2~3個
D:短絡発生数4個以上
A:短絡発生数0個
B:短絡発生数1個
C:短絡発生数2~3個
D:短絡発生数4個以上
<二次電池のサイクル特性>
フルセルコイン型のリチウムイオン二次電池について、20℃、0.2Cで3Vから4.3Vまで充電し、次いで0.2Cで4.3Vから3Vまで放電する充放電を、100サイクル繰り返した。2サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を百分率で算出した値を容量維持率とし、下記の基準で判断した。この値が大きいほど放電容量の低下が少なく、サイクル特性に優れていると判断できる。
A:95%以上
B:90%以上、95%未満
C:85%以上、90%未満
D:80%以上、85%未満
E:80%未満
フルセルコイン型のリチウムイオン二次電池について、20℃、0.2Cで3Vから4.3Vまで充電し、次いで0.2Cで4.3Vから3Vまで放電する充放電を、100サイクル繰り返した。2サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を百分率で算出した値を容量維持率とし、下記の基準で判断した。この値が大きいほど放電容量の低下が少なく、サイクル特性に優れていると判断できる。
A:95%以上
B:90%以上、95%未満
C:85%以上、90%未満
D:80%以上、85%未満
E:80%未満
<二次電池のレート特性>
フルセルコイン型のリチウムイオン二次電池について0.1Cの定電流法によって4.2Vまで充電し、次いで、0.1Cにて3.0Vまで放電することで、0.1Cの放電容量を求めた。次いで、0.1Cにて4.2Vまで充電し、1Cにて3.0Vまで放電し、1Cの放電容量を求めた。これらの測定をフルセルコイン型のリチウムイオン二次電池10セルについて行い、各測定値の平均値を、0.1Cの放電容量を「C0.1C」、1Cの放電容量を「C1C」とし、1Cの放電容量C1Cと0.1Cの放電容量C0.1Cとの電気容量の比((C1C/C0.1C)×100(%))で表される容量保持率を求め、これをレート特性の評価基準とした。この値が高いほどレート特性に優れていると判断することができる。
A:90%以上
B:80%以上、90%未満
C:50%以上、80%未満
D:30%以上、50%未満
E:30%未満
フルセルコイン型のリチウムイオン二次電池について0.1Cの定電流法によって4.2Vまで充電し、次いで、0.1Cにて3.0Vまで放電することで、0.1Cの放電容量を求めた。次いで、0.1Cにて4.2Vまで充電し、1Cにて3.0Vまで放電し、1Cの放電容量を求めた。これらの測定をフルセルコイン型のリチウムイオン二次電池10セルについて行い、各測定値の平均値を、0.1Cの放電容量を「C0.1C」、1Cの放電容量を「C1C」とし、1Cの放電容量C1Cと0.1Cの放電容量C0.1Cとの電気容量の比((C1C/C0.1C)×100(%))で表される容量保持率を求め、これをレート特性の評価基準とした。この値が高いほどレート特性に優れていると判断することができる。
A:90%以上
B:80%以上、90%未満
C:50%以上、80%未満
D:30%以上、50%未満
E:30%未満
(実施例1)
<シードポリマー粒子の製造>
撹拌機を備えた反応器に、アクリル酸ブチル93.8部、アクリロニトリル2部、メタクリル酸2部、アリルグリシジルエーテル1部、N-メチロールアクリルアミド1部、イオン交換水122部、及び過硫酸アンモニウム0.2部を入れ、70℃で6時間重合させた。これにより、平均粒子径400nmのシードポリマー粒子(A-1)の水分散液を得た。
<シードポリマー粒子の製造>
撹拌機を備えた反応器に、アクリル酸ブチル93.8部、アクリロニトリル2部、メタクリル酸2部、アリルグリシジルエーテル1部、N-メチロールアクリルアミド1部、イオン交換水122部、及び過硫酸アンモニウム0.2部を入れ、70℃で6時間重合させた。これにより、平均粒子径400nmのシードポリマー粒子(A-1)の水分散液を得た。
<非導電性粒子の製造>
次いで、撹拌機を備えた反応器に、上記にて得られたシードポリマー粒子(A-1)の水分散液を固形分基準(すなわち、シードポリマー粒子(A-1)重量基準)で10部、エチレングリコールジメタクリレート(商品名「ライトエステルEG」、共栄社化学社製)83.3部、トルエン16.7部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1部、架橋剤としてt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名「パーブチルO」、日油社製)5部、及びイオン交換水200部を入れ、35℃で12時間撹拌することで、シードポリマー粒子(A-1)に、エチレングリコールジメタクリレート、トルエン及び架橋剤を完全に吸収させた。次いで、これを90℃で5時間重合させ、その後、スチームを導入して未反応の単量体を除去することにより、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-1)の水分散液を得た。
次いで、撹拌機を備えた反応器に、上記にて得られたシードポリマー粒子(A-1)の水分散液を固形分基準(すなわち、シードポリマー粒子(A-1)重量基準)で10部、エチレングリコールジメタクリレート(商品名「ライトエステルEG」、共栄社化学社製)83.3部、トルエン16.7部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1部、架橋剤としてt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名「パーブチルO」、日油社製)5部、及びイオン交換水200部を入れ、35℃で12時間撹拌することで、シードポリマー粒子(A-1)に、エチレングリコールジメタクリレート、トルエン及び架橋剤を完全に吸収させた。次いで、これを90℃で5時間重合させ、その後、スチームを導入して未反応の単量体を除去することにより、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-1)の水分散液を得た。
そして、得られた重合体粒子(B-1)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<バインダの作製>
撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部及び過硫酸カリウム0.3部を入れて混合することで、混合物Aを得て、これを60℃に昇温した。一方、別の容器中で、イオン交換水50部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.8部、2-エチルヘキシルアクリレート77.7部、アクリロニトリル19.85部、メタクリル酸2部、及びアリルメタクリレート0.2部を混合して単量体混合物を得た。そして、得られた単量体混合物を4時間かけて、上記にて得られた混合物A中に、連続的に添加することで重合させた。単量体混合物を混合物A中に添加する際においては、反応系の温度を60℃に維持することで、重合反応を行った。そして、単量体混合物の添加終了後、さらに70℃で3時間反応を継続させることで、アクリル重合体バインダ(C-1)を含む水分散液を得た。
撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部及び過硫酸カリウム0.3部を入れて混合することで、混合物Aを得て、これを60℃に昇温した。一方、別の容器中で、イオン交換水50部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.8部、2-エチルヘキシルアクリレート77.7部、アクリロニトリル19.85部、メタクリル酸2部、及びアリルメタクリレート0.2部を混合して単量体混合物を得た。そして、得られた単量体混合物を4時間かけて、上記にて得られた混合物A中に、連続的に添加することで重合させた。単量体混合物を混合物A中に添加する際においては、反応系の温度を60℃に維持することで、重合反応を行った。そして、単量体混合物の添加終了後、さらに70℃で3時間反応を継続させることで、アクリル重合体バインダ(C-1)を含む水分散液を得た。
そして、得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液を25℃に冷却した後、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整し、その後スチームを導入して未反応の単量体を除去した。その後、直ちに、バインダの固形分100部に対して、エチレンジアミン四酢酸0.25部を添加し、これらを混合し、イオン交換水で固形分濃度調整を更に行いながら、200メッシュ(目開 約77μm)のステンレス製金網でろ過を行い、平均粒子径100nm、固形分濃度40%のアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液を得た。
なお、得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の組成は、2-エチルヘキシルアクリレート単位77.9%、アクリロニトリル単位19.9%、メタクリル酸単位2%、及びアリルメタクリレート単位0.2%であった。
<多孔膜用スラリーの調製>
上記にて得られた重合体粒子(B-1)の水分散液、及び上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液及びカルボキシメチルセルロース(商品名「ダイセル1220」、ダイセル化学社製)を、固形分重量比が「重合体粒子(B-1):バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=83.1:12.3:4.6となるように水中で混合して、多孔膜用スラリーを得た。
上記にて得られた重合体粒子(B-1)の水分散液、及び上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液及びカルボキシメチルセルロース(商品名「ダイセル1220」、ダイセル化学社製)を、固形分重量比が「重合体粒子(B-1):バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=83.1:12.3:4.6となるように水中で混合して、多孔膜用スラリーを得た。
<正極の製造>
正極活物質としてのスピネル構造を有するマンガン酸リチウム95部に、正極用バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(KF-1100、呉羽化学工業社製)を固分換算量で3部となるように加え、さらに、アセチレンブラック2部、及びN-メチル
ピロリドン20部を加えて、これらをプラネタリーミキサーで混合して、正極用スラリーを得た。そして、得られた正極用スラリーを、厚さ18μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、120℃で3時間乾燥した後、ロールプレスを行い、全厚みが100μmの正極活物質層を有する正極を得た。
正極活物質としてのスピネル構造を有するマンガン酸リチウム95部に、正極用バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(KF-1100、呉羽化学工業社製)を固分換算量で3部となるように加え、さらに、アセチレンブラック2部、及びN-メチル
ピロリドン20部を加えて、これらをプラネタリーミキサーで混合して、正極用スラリーを得た。そして、得られた正極用スラリーを、厚さ18μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、120℃で3時間乾燥した後、ロールプレスを行い、全厚みが100μmの正極活物質層を有する正極を得た。
<負極の製造>
負極活物質としてのグラファイト(平均粒子径20μm、比表面積4.2m2/g)98部に、負極用バインダとしてのスチレン-ブタジエンゴム(ガラス転移温度:-10℃)を固分換算量で1部となるように加えて、これらを混合し、次いで得られた混合物に、カルボキシメチルセルロース1.0部及び分散媒としての水を加えて、これらをプラネタリーミキサーで混合することで、負極用スラリーを得た。そして、得られた負極用スラリーを、厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、120℃で3時間乾燥した後、ロールプレスを行い、全厚みが60μmの負極活物質層を有する負極を得た。
負極活物質としてのグラファイト(平均粒子径20μm、比表面積4.2m2/g)98部に、負極用バインダとしてのスチレン-ブタジエンゴム(ガラス転移温度:-10℃)を固分換算量で1部となるように加えて、これらを混合し、次いで得られた混合物に、カルボキシメチルセルロース1.0部及び分散媒としての水を加えて、これらをプラネタリーミキサーで混合することで、負極用スラリーを得た。そして、得られた負極用スラリーを、厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、120℃で3時間乾燥した後、ロールプレスを行い、全厚みが60μmの負極活物質層を有する負極を得た。
<多孔膜付有機セパレータの製造>
乾式法により製造された単層のポリプロピレン製有機セパレータ(気孔率55%、厚さ25μm)を準備し、このポリプロピレン製有機セパレータの一方の面に、上記にて得られた多孔膜用スラリーを、乾燥後の厚みが5μmとなるようにワイヤーバーを用いて塗布することで、スラリー層を形成した。次いで、形成したスラリー層を50℃で10分間乾燥することで、多孔膜を形成した。そして、同様の操作を、ポリプロピレン製有機セパレータのもう一方の面にも行うことで、同様に多孔膜を形成し、両面に多孔膜を有する、多孔膜付有機セパレータを得た。
乾式法により製造された単層のポリプロピレン製有機セパレータ(気孔率55%、厚さ25μm)を準備し、このポリプロピレン製有機セパレータの一方の面に、上記にて得られた多孔膜用スラリーを、乾燥後の厚みが5μmとなるようにワイヤーバーを用いて塗布することで、スラリー層を形成した。次いで、形成したスラリー層を50℃で10分間乾燥することで、多孔膜を形成した。そして、同様の操作を、ポリプロピレン製有機セパレータのもう一方の面にも行うことで、同様に多孔膜を形成し、両面に多孔膜を有する、多孔膜付有機セパレータを得た。
<二次電池の作製>
そして、上記にて得られた正極、負極及び多孔膜付有機セパレータを、それぞれ、直径13mm、14mm、18mmの円形に切り抜き、ポリプロピレン製パッキンを設けたステンレス鋼製のコイン型外装容器の内底面上に、直径13mmの円形の正極、直径18mmの円形の多孔膜付有機セパレータ、及び直径14mmの円形の負極を、この順に積層し、これらをコイン型外装容器内に収納した。なお、正極は、アルミニウム箔側の面が外装容器の底面側に向き、正極活物質層側の面が多孔膜付有機セパレータ側に向くように載置した。また、負極は、負極活物質層側の面が多孔膜付有機セパレータ側に向き、銅箔側の面が上側に向くように載置した。
そして、上記にて得られた正極、負極及び多孔膜付有機セパレータを、それぞれ、直径13mm、14mm、18mmの円形に切り抜き、ポリプロピレン製パッキンを設けたステンレス鋼製のコイン型外装容器の内底面上に、直径13mmの円形の正極、直径18mmの円形の多孔膜付有機セパレータ、及び直径14mmの円形の負極を、この順に積層し、これらをコイン型外装容器内に収納した。なお、正極は、アルミニウム箔側の面が外装容器の底面側に向き、正極活物質層側の面が多孔膜付有機セパレータ側に向くように載置した。また、負極は、負極活物質層側の面が多孔膜付有機セパレータ側に向き、銅箔側の面が上側に向くように載置した。
次いで、容器中に、電解液を空気が残らないように注入し、ポリプロピレン製パッキンを介してコイン型外装容器に厚さ0.2mmのステンレス鋼のキャップをかぶせて固定し、電池缶を封止して、直径20mm、厚さ約3.2mmのフルセルコイン型のリチウムイオンニ次電池(コインセルCR2032)を製造した。なお、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(EC:DEC=1:2(20℃での容積比))に、LiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。
そして、上記にて得られた多孔膜付有機セパレータについて、上記した方法にしたがい信頼性の評価を、また、上記にて得られた二次電池について、上記した方法にしたがいサイクル特性及びレート特性の評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例2)
<シードポリマー粒子の製造>
実施例1と同様にして、シードポリマー粒子(A-1)を得た。
<シードポリマー粒子の製造>
実施例1と同様にして、シードポリマー粒子(A-1)を得た。
<非導電性微粒子の前駆体の製造>
撹拌機を備えた反応器に、エチレングリコールジメタクリレート80部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1部、及びt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート2部を投入して溶解させ、この溶液に、200部の水を加え、強攪拌下に5分間混合を行なうことで、前駆体溶液を得た。
撹拌機を備えた反応器に、エチレングリコールジメタクリレート80部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1部、及びt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート2部を投入して溶解させ、この溶液に、200部の水を加え、強攪拌下に5分間混合を行なうことで、前駆体溶液を得た。
<非導電性微粒子の製造>
次いで、上記にて得られた前駆体溶液に、上記にて得られたシードポリマー粒子(A-1)20部を添加し、50℃で30分間穏やかに攪拌を行なった後、60℃で4時間重合を行い、さらに90℃で8時間熟成し、重合体粒子の分散液を得た。そして、得られた重合体粒子の分散液を吸引ろ過して脱水を行い、重合体粒子のウェット状のケーキを得た後、固形分濃度が20%となるように、4%NaOH水溶液に再分散させ、その後、90℃で2時間加熱を行なった。その後、冷却することで、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-2)の水分散液(固形分濃度20%)を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-2)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
次いで、上記にて得られた前駆体溶液に、上記にて得られたシードポリマー粒子(A-1)20部を添加し、50℃で30分間穏やかに攪拌を行なった後、60℃で4時間重合を行い、さらに90℃で8時間熟成し、重合体粒子の分散液を得た。そして、得られた重合体粒子の分散液を吸引ろ過して脱水を行い、重合体粒子のウェット状のケーキを得た後、固形分濃度が20%となるように、4%NaOH水溶液に再分散させ、その後、90℃で2時間加熱を行なった。その後、冷却することで、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-2)の水分散液(固形分濃度20%)を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-2)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-2)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-2)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例3)
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から85.7部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から14.3部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-3)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-3)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から85.7部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から14.3部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-3)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-3)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-3)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-3)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例4)
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から75部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から25部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-4)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-4)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から75部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から25部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-4)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-4)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-4)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-4)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例5)
<非導電性粒子の製造>
4%NaOH水溶液の代わりに、3.33%NaOH水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が950nmである重合体粒子(B-5)の水分散液を得た。
<非導電性粒子の製造>
4%NaOH水溶液の代わりに、3.33%NaOH水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が950nmである重合体粒子(B-5)の水分散液を得た。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-5)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-5)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例6)
<非導電性粒子の製造>
4%NaOH水溶液の代わりに、6.67%NaOH水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が200nmである重合体粒子(B-6)の水分散液を得た。
<非導電性粒子の製造>
4%NaOH水溶液の代わりに、6.67%NaOH水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が200nmである重合体粒子(B-6)の水分散液を得た。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-6)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-6)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例7)
上記にて得られた重合体粒子(B-1)の水分散液、及び上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液及びカルボキシメチルセルロースを、固形分重量比が「重合体粒子(B-1):バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=83.1:4:4.6となるように配合した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
上記にて得られた重合体粒子(B-1)の水分散液、及び上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液及びカルボキシメチルセルロースを、固形分重量比が「重合体粒子(B-1):バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=83.1:4:4.6となるように配合した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例8)
上記にて得られた重合体粒子(B-1)の水分散液、及び上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液及びカルボキシメチルセルロースを、固形分重量比が「重合体粒子(B-1):バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=83.1:8:4.6となるように配合した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
上記にて得られた重合体粒子(B-1)の水分散液、及び上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液及びカルボキシメチルセルロースを、固形分重量比が「重合体粒子(B-1):バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=83.1:8:4.6となるように配合した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例9)
<バインダの作製>
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの配合量を0.8部から0.4部に変更し、重合に用いる単量体として、2-エチルヘキシルアクリレート64部、メタクリル酸2部、及びスチレン34部を使用した以外は、実施例1と同様にして、アクリル重合体バインダ(C-2)の水分散液を得た。なお、得られたアクリル重合体バインダ(C-2)の組成は、2-エチルヘキシルアクリレート単位64%、メタクリル酸単位2%、及びスチレン単位34%であった。
<バインダの作製>
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの配合量を0.8部から0.4部に変更し、重合に用いる単量体として、2-エチルヘキシルアクリレート64部、メタクリル酸2部、及びスチレン34部を使用した以外は、実施例1と同様にして、アクリル重合体バインダ(C-2)の水分散液を得た。なお、得られたアクリル重合体バインダ(C-2)の組成は、2-エチルヘキシルアクリレート単位64%、メタクリル酸単位2%、及びスチレン単位34%であった。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、アクリル重合体バインダ(C-1)の代わりに、上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-2)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、アクリル重合体バインダ(C-1)の代わりに、上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-2)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例10)
実施例1と同様にして、重合体粒子(B-1)の水分散液を得て、得られた重合体粒子(B-1)の水分散液をN-メチル2-ピロリドンで置換し、重合体粒子(B-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を得た。
実施例1と同様にして、重合体粒子(B-1)の水分散液を得て、得られた重合体粒子(B-1)の水分散液をN-メチル2-ピロリドンで置換し、重合体粒子(B-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を得た。
そして、重合体粒子(B-1)の水分散液の代わりに、重合体粒子(B-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を使用するとともに、アクリル重合体バインダ(C-1)の代わりに、水素化ニトリルゴム(商品名「BM-720H」、日本ゼオン社製)を使用し、固形分重量比が「重合体粒子(B-1):水素化ニトリルゴム:N-メチル2-ピロリドン」=36.6:3.4:60となるように配合した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例11)
水素化ニトリルゴムの代わりに、アクリロニトリル-メタクリル酸メチル共重合体(商品名「HB-69」、日本ゼオン社製、アクリロニトリル単位97%、メタクリル酸メチル単位3%)を使用した以外は、実施例10と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例10と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
水素化ニトリルゴムの代わりに、アクリロニトリル-メタクリル酸メチル共重合体(商品名「HB-69」、日本ゼオン社製、アクリロニトリル単位97%、メタクリル酸メチル単位3%)を使用した以外は、実施例10と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例10と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例12)
実施例1と同様にして、アクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液を得て、得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液をN-メチル2-ピロリドンで置換し、アクリル重合体バインダ(C-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を得た。
実施例1と同様にして、アクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液を得て、得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液をN-メチル2-ピロリドンで置換し、アクリル重合体バインダ(C-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を得た。
そして、水素化ニトリルゴムの代わりに、上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を使用した以外は、実施例10と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例10と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例13)
水素化ニトリルゴムの代わりに、ポリフッ化ビニリデン(アルケマ社製)を使用した以外は、実施例10と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例10と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
水素化ニトリルゴムの代わりに、ポリフッ化ビニリデン(アルケマ社製)を使用した以外は、実施例10と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例10と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(実施例14)
<多孔膜付電極の製造>
実施例1と同様にして製造した負極の負極活物質層側の面に、実施例1と同様にして作製した多孔膜用スラリーを、乾燥後の多孔膜厚みが5μmとなるように塗布してスラリー層を得た。なお、スラリー層は、負極活物質層が完全に覆われるように形成した。そして、形成したスラリー層を110℃で10分間乾燥し、多孔膜とすることで、多孔膜付電極(多孔膜付負極)を得た。なお、得られた多孔膜付電極は、多孔膜/負極活物質層/銅箔の層構成を有するものであった。
<多孔膜付電極の製造>
実施例1と同様にして製造した負極の負極活物質層側の面に、実施例1と同様にして作製した多孔膜用スラリーを、乾燥後の多孔膜厚みが5μmとなるように塗布してスラリー層を得た。なお、スラリー層は、負極活物質層が完全に覆われるように形成した。そして、形成したスラリー層を110℃で10分間乾燥し、多孔膜とすることで、多孔膜付電極(多孔膜付負極)を得た。なお、得られた多孔膜付電極は、多孔膜/負極活物質層/銅箔の層構成を有するものであった。
そして、得られた多孔膜付電極について、上記した方法にしたがい信頼性の評価を行った。結果を表1に示す。
<二次電池の製造>
また、多孔膜付有機セパレータの代わりに、乾式法により製造された単層のポリプロピレン製有機セパレータ(気孔率55%、厚さ25μm、多孔膜を形成していないこと以外は、実施例1と同様のセパレータ)を用い、かつ、負極として、上記にて得られた多孔膜付電極(多孔膜付負極)を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
また、多孔膜付有機セパレータの代わりに、乾式法により製造された単層のポリプロピレン製有機セパレータ(気孔率55%、厚さ25μm、多孔膜を形成していないこと以外は、実施例1と同様のセパレータ)を用い、かつ、負極として、上記にて得られた多孔膜付電極(多孔膜付負極)を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例1)
多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、アルミナ(商品名「HIT-70」、住友化学社製、個数平均粒子径150nm、BET比表面積20m2/g)を使用し、かつ、固形分重量比が「アルミナ:バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=94.8:1.42:3.78となるように調製した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、アルミナ(商品名「HIT-70」、住友化学社製、個数平均粒子径150nm、BET比表面積20m2/g)を使用し、かつ、固形分重量比が「アルミナ:バインダ(C-1):カルボキシメチルセルロース」=94.8:1.42:3.78となるように調製した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例2)
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から93.75部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から6.25部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-7)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-7)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から93.75部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から6.25部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-7)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-7)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-7)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-7)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例3)
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から50部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から50部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-8)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-8)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<非導電性粒子の製造>
エチレングリコールジメタクリレートの配合量を83.3部から50部に変更し、トルエンの配合量を16.7部から50部に変更した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-8)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-8)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-8)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-8)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例4)
<シードポリマー粒子の製造>
重合条件を、70℃、6時間から、80℃、3時間に変更した以外は、実施例1と同様にして、平均粒子径50nmのシードポリマー粒子(A-2)の水分散液を得た。
<シードポリマー粒子の製造>
重合条件を、70℃、6時間から、80℃、3時間に変更した以外は、実施例1と同様にして、平均粒子径50nmのシードポリマー粒子(A-2)の水分散液を得た。
<非導電性粒子の製造>
シードポリマー粒子(A-1)の水分散液の代わりに、シードポリマー粒子(A-2)の水分散液を使用した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-9)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-9)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
シードポリマー粒子(A-1)の水分散液の代わりに、シードポリマー粒子(A-2)の水分散液を使用した以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒子径が700nmである重合体粒子(B-9)の水分散液を得た。
このようにして得られた重合体粒子(B-9)について、BET比表面積、粒径の変動係数、及び平均円形度の測定を行った。結果を表1に示す。
<多孔膜用スラリーの調製、二次電池の作製>
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-9)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
そして、多孔膜用スラリーを調製する際に、重合体粒子(B-1)の代わりに、上記にて得られた重合体粒子(B-9)を使用した以外は、実施例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例5)
実施例1と同様にして、アクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液を得て、得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液をN-メチル2-ピロリドンで置換し、アクリル重合体バインダ(C-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を得た。
実施例1と同様にして、アクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液を得て、得られたアクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液をN-メチル2-ピロリドンで置換し、アクリル重合体バインダ(C-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を得た。
そして、アクリル重合体バインダ(C-1)の水分散液の代わりに、上記にて得られたアクリル重合体バインダ(C-1)のN-メチル2-ピロリドン分散液を使用するとともに、カルボキシメチルセルロースを配合せずに、固形分重量比が「アルミナ:アクリル重合体バインダ(C-1)」=94.8:5.2となるように配合して、N-メチル2-ピロリドン中にて混合を行った以外は、比較例1と同様にして、多孔膜用スラリーを調製し、得られた多孔膜用スラリーを用いた以外は、比較例1と同様にして、多孔膜付有機セパレータ及び二次電池を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
(比較例6)
<多孔膜付電極の製造>
実施例1と同様にして製造した負極の負極活物質層側の面に、比較例5と同様にして作製した多孔膜用スラリーを、乾燥後の多孔膜厚みが5μmとなるように塗布してスラリー層を得た。なお、スラリー層は、負極活物質層が完全に覆われるように形成した。そして、形成したスラリー層を110℃で10分間乾燥し、多孔膜とすることで、多孔膜付電極(多孔膜付負極)を得た。なお、得られた多孔膜付電極は、多孔膜/負極活物質層/銅箔の層構成を有するものであった。
<多孔膜付電極の製造>
実施例1と同様にして製造した負極の負極活物質層側の面に、比較例5と同様にして作製した多孔膜用スラリーを、乾燥後の多孔膜厚みが5μmとなるように塗布してスラリー層を得た。なお、スラリー層は、負極活物質層が完全に覆われるように形成した。そして、形成したスラリー層を110℃で10分間乾燥し、多孔膜とすることで、多孔膜付電極(多孔膜付負極)を得た。なお、得られた多孔膜付電極は、多孔膜/負極活物質層/銅箔の層構成を有するものであった。
そして、得られた多孔膜付電極について、上記した方法にしたがい信頼性の評価を行った。結果を表1に示す。
<二次電池の製造>
また、多孔膜付有機セパレータの代わりに、乾式法により製造された単層のポリプロピレン製有機セパレータ(気孔率55%、厚さ25μm、多孔膜を形成していないこと以外は、実施例1と同様のセパレータ)を用い、かつ、負極として、上記にて得られた多孔膜付電極(多孔膜付負極)を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
また、多孔膜付有機セパレータの代わりに、乾式法により製造された単層のポリプロピレン製有機セパレータ(気孔率55%、厚さ25μm、多孔膜を形成していないこと以外は、実施例1と同様のセパレータ)を用い、かつ、負極として、上記にて得られた多孔膜付電極(多孔膜付負極)を使用した以外は、実施例1と同様にして、二次電池を製造し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
表1に示すように、有機セパレータと本発明の二次電池用多孔膜とで形成してなる多孔膜付有機セパレータは、膜厚の均一性、及び高温環境下における信頼性(高温短絡特性)に優れ、また、二次電池用のセパレータとして使用した場合に、得られる二次電池は、サイクル特性及びレート特性に優れたものであった(実施例1~13)。
また、電極と本発明の二次電池用多孔膜とで形成してなる多孔膜付電極も、膜厚の均一性、及び高温環境下における信頼性(耐高温短絡特性)に優れ、また、二次電池用の電極として使用した場合に、得られる二次電池は、サイクル特性及びレート特性に優れたものであった(実施例14)。
また、電極と本発明の二次電池用多孔膜とで形成してなる多孔膜付電極も、膜厚の均一性、及び高温環境下における信頼性(耐高温短絡特性)に優れ、また、二次電池用の電極として使用した場合に、得られる二次電池は、サイクル特性及びレート特性に優れたものであった(実施例14)。
一方、二次電池用多孔膜を構成するための非導電性粒子として、無機粒子としてのアルミナを用いた場合には、二次電池用のセパレータとして使用した場合に、得られる二次電池は、サイクル特性及びレート特性に劣るものであった(比較例1)。なお、このような傾向は、分散媒として、N-メチル2-ピロリドンを用いた場合や、多孔膜付電極とした場合も同様であり、特に、これらの場合においては、得られる多孔膜付有機セパレータ及び多孔膜付電極は、高温環境下における信頼性(耐高温短絡特性)にも劣る結果となった(比較例5,6)。
また、二次電池用多孔膜を構成するための非導電性粒子として、BET比表面積が本発明所定の範囲外である重合体粒子を用いた場合、及び個数平均粒径が本発明所定の範囲外である重合体粒子を用いた場合には、得られる多孔膜付有機セパレータは、高温環境下における信頼性(耐高温短絡特性)に劣り、さらに、二次電池用のセパレータとして使用した場合に、得られる二次電池は、サイクル特性及びレート特性に劣るものであった(比較例2~4)。
Claims (8)
- 非導電性粒子及びバインダを含む二次電池用多孔膜であって、
前記非導電性微粒子が、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子であることを特徴とする二次電池用多孔膜。 - 前記バインダが、(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体であり、
前記二次電池用多孔膜中における、前記(メタ)アクリル重合体またはニトリル基を含有する重合体の含有割合が3~20重量%であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池用多孔膜。 - 非導電性粒子、バインダ及び分散媒を含む二次電池用多孔膜スラリーであって、
前記非導電性微粒子が、個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子であることを特徴とする二次電池用多孔膜スラリー。 - 前記バインダが、ニトリル基を含有する重合体または(メタ)アクリル重合体であり、
前記二次電池用多孔膜スラリーに含有される固形分中における、前記ニトリル基を含む重合体または(メタ)アクリル重合体の含有割合が3~20重量%であることを特徴とする請求項3に記載の二次電池用多孔膜スラリー。 - 個数平均粒子径が100~1000nm、BET比表面積が14.56~72.8m2/gである重合体粒子からなることを特徴とする二次電池用多孔膜用の非導電性粒子。
- 集電体と、電極活物質層と、請求項1又は2に記載の二次電池用多孔膜とを、この順に積層してなることを特徴とする二次電池用電極。
- 有機セパレータと、請求項1又は2に記載の二次電池用多孔膜とを積層してなることを特徴とする二次電池用セパレータ。
- 正極、負極、セパレータ及び電解液を含む二次電池であって、前記正極、前記負極、及び前記セパレータの少なくともいずれかに、請求項1又は2に記載の二次電池用多孔膜を備えることを特徴とする二次電池。
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