JP6287862B2 - 二次電池セパレーターの多孔膜用スラリー、二次電池セパレーター用多孔膜及びその製造方法、二次電池用セパレーター並びに二次電池 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は以下の通りである。
前記多孔膜用バインダーが、
粒子状であり、多孔膜形成後における非水電解液に対しての膨潤度が10倍未満となりうる多孔膜用バインダーA、
粒子状であり、多孔膜形成後における非水電解液に対しての膨潤度が10倍〜50倍となりうる多孔膜用バインダーB、及び、
非粒子状であり、多孔膜形成後における非水電解液に対しての膨潤度が5倍未満となりうる多孔膜用バインダーCを含む、二次電池セパレーターの多孔膜用スラリー。
〔2〕 前記多孔膜用バインダーAの個数平均粒子径(a)と前記多孔膜用バインダーBの個数平均粒子径(b)とが、(a)>(b)の関係を満たす、〔1〕記載の多孔膜用スラリー。
〔3〕 前記媒体が、水系媒体である、〔1〕又は〔2〕記載の多孔膜用スラリー。
〔4〕 非導電性粒子及び多孔膜用バインダーを含む、二次電池セパレーター用多孔膜であって、
前記多孔膜用バインダーが、
粒子状であり、非水電解液に対しての膨潤度が10倍未満である多孔膜用バインダーA、
粒子状であり、非水電解液に対しての膨潤度が10倍〜50倍である多孔膜用バインダーB、及び、
非粒子状であり、非水電解液に対しての膨潤度が5倍未満である多孔膜用バインダーCを含む、二次電池セパレーター用多孔膜。
〔5〕 前記二次電池セパレータ用多孔膜における前記多孔膜用バインダーの総量が、1体積%〜50体積%である、〔4〕記載の二次電池セパレーター用多孔膜。
〔6〕 〔4〕又は〔5〕記載の二次電池セパレータ用多孔膜の製造方法であって、〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の多孔膜用スラリーを基材上に塗布してスラリー層を得ること、及び、
前記スラリー層を乾燥させること、を含む、二次電池セパレーター用の多孔膜の製造方法。
〔7〕 有機セパレーター層、及び
前記有機セパレーター層上に形成された、〔4〕又は〔5〕記載の二次電池セパレーター用多孔膜を備える、二次電池用セパレーター。
〔8〕 正極、負極、〔7〕記載の二次電池用セパレーター及び電解液を備える、二次電池。
本発明の二次電池セパレーター用多孔膜を用いることにより、安全性、高温サイクル特性及びレート特性のいずれにも優れる二次電池が得られる。
本発明の二次電池セパレーター用の多孔膜の製造方法によれば、安全性、高温サイクル特性及びレート特性のいずれにも優れる二次電池を実現できる二次電池セパレーター用多孔膜が得られる。
本発明の二次電池用セパレーターを用いることにより、安全性、高温サイクル特性及びレート特性のいずれにも優れる二次電池が得られる。
本発明の二次電池は、安全性、高温サイクル特性及びレート特性のいずれにも優れる。
本発明の多孔膜用スラリーは、非導電性粒子、多孔膜用バインダー及び媒体を含む流体状の組成物である。また、前記の多孔膜用バインダーは、多孔膜用バインダーA、多孔膜用バインダーB及び多孔膜用バインダーCを含む。
非導電性粒子としては、無機粒子を用いてもよく、有機粒子を用いてもよい。
多孔膜用バインダーAは、粒子状のバインダーである。そのため、多孔膜用スラリーにおいて多孔膜用バインダーAの粒子は、媒体中に分散している。このように媒体中で分散可能とするために、多孔膜用バインダーAは、通常、媒体に対して不溶性の材料で形成される。したがって、例えば媒体として水を用いる場合には、多孔膜用バインダーAは、非水溶性の材料で形成されることが好ましい。
試料となるバインダーを含む水分散液又は水溶液を用意し、その固形分濃度を10重量%に調整する。濃度を調整した水分散液又は水溶液を、乾燥厚みが1mmとなるようにシリコン容器に流し入れ、乾燥させて、1cm×1cmの正方形のフィルムを作製する。この際の乾燥は、多孔膜に含まれるのと同様のバインダーが得られる乾燥条件で行う。そして、このフィルムの重量M0を測定する。
その後、前記のフィルムを非水電解液に60℃で72時間浸漬し、浸漬後のフィルムの重量M1を測定する。
測定した重量M0及びM1から、膨潤度を式(M1−M0)/M0より算出する。
また、これらは、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
多孔膜用バインダーBは、粒子状のバインダーである。そのため、多孔膜用スラリーにおいて多孔膜用バインダーBの粒子は、媒体中に分散している。このように媒体中で分散可能とするために、多孔膜用バインダーBは、通常、媒体に対して不溶性の材料で形成される。したがって、例えば媒体として水を用いる場合には、多孔膜用バインダーBは、非水溶性の材料で形成されることが好ましい。
多孔膜用バインダーCは、非粒子状のバインダーである。この多孔膜用バインダーCは、媒体中に溶解している。この際、多孔膜用スラリーにおいて、多孔膜用バインダーCの一部は媒体中に遊離しているが、別の一部は非導電性粒子の表面に吸着するので、非導電性粒子の分散性を向上させることができる。このように媒体中で溶解可能とするために、多孔膜用バインダーCは、通常、媒体に対して溶解性の材料で形成される。したがって、例えば媒体として水を用いる場合には、多孔膜用バインダーCは、水溶性の材料で形成されることが好ましい。
媒体としては、水系媒体を用いることが好ましい。水系媒体としては、例えば、水;ダイアセトンアルコール、γ−ブチロラクトン等のケトン類;エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール等のアルコール類;プロピレングリコールモノメチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコールターシャリーブチルエーテル、ブチルセロソルブ、3−メトキシー3メチル−1−ブタノール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類;1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキソラン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;などが挙げられる。中でも水は、可燃性がなく、多孔膜用バインダーA及びBの粒子の分散体が得られやすいという観点から、好ましい。また、これらの媒体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
多孔膜用スラリーは、非導電性粒子、多孔膜用バインダー及び媒体以外の任意の成分を含みうる。このような任意の成分としては、電池反応に過度に好ましくない影響を及ぼさないものを用いうる。
多孔膜用スラリーは、例えば、非導電性粒子、多孔膜用バインダーA、多孔膜用バインダーB、多孔膜用バインダーC及び媒体、並びに、必要に応じて用いられる任意の成分を混合して製造しうる。この際の混合順序には特に制限は無い。また、混合方法にも特に制限は無い。通常は、非導電性粒子を速やかに分散させるため、混合装置として分散機を用いて混合を行う。
本発明の多孔膜は、非導電性粒子及び多孔膜用バインダーを含む。多孔膜において非導電性粒子間の空隙は孔を形成しているので、多孔膜は多孔質構造を有する。このため、イオンは多孔膜を透過できる。したがって、二次電池において、多孔膜によっては電池反応は阻害されない。また、非導電性粒子は導電性を有さないので、多孔膜に絶縁性を発現させることができる。
すなわち、柔軟性を有する多孔膜用バインダーAの作用により、多孔膜の柔軟性を高めることができるので、多孔膜の機械的強度を向上させることができる。そのため、温度変化によって多孔膜中に応力が生じたり、多孔膜に外力が加えられたりしても、多孔膜の破損を防止することができる。
また、多孔膜用バインダーCが多孔膜中に均一に存在し、非導電性粒子同士を強力に結着する。そのため、熱による多孔膜の収縮を抑制できる。また、温度変化及び外力による非導電性粒子の多孔膜からの脱落を、生じ難くできる。
さらに、一般に有機セパレーター層は高温になった場合に収縮する傾向がある。他方、多孔膜は、前記のように熱による収縮を生じ難い。この際、本発明の多孔膜では、多孔膜用バインダーAが多孔膜を有機セパレーター層に安定して結着させるので、有機セパレーター層の収縮を防止することができる。
これらの理由により、高温環境のような苛酷な環境下においても本発明の多孔膜を備えるセパレーターは短絡を防止できるので、二次電池の安全性を高めることが可能となっているものと推察される。
図1は、非水電解液に湿潤していない状態の多孔膜の表面近傍を拡大して模式的に示す断面図である。また、図2は、非水電解液に湿潤した状態の多孔膜の表面近傍を拡大して模式的に示す断面図である。図1及び図2に示すように、非水電解液に湿潤していない状態の多孔膜に比べて、非水電解液に湿潤した状態の多孔膜では、非水電解液に膨潤することにより、多孔膜用バインダーB(10)の体積が大きくなる。そのため、多孔膜用バインダーB(10)の一部は多孔膜の表面から突出した状態となる。このような状態では、多孔膜の表面に電極を貼り合わせると、電極の表面に多孔膜用バインダーB(10)が大面積で接触することができる。したがって、多孔膜用バインダーB(10)により、電極と多孔膜とを強力に結着させることができる。
本発明の二次電池用セパレーターは、有機セパレーター層、及び、この有機セパレーター層上に形成された本発明の多孔膜を備える。二次電池用セパレーターが備える有機セパレーター層及び多孔膜はいずれも多孔質構造を有するので、二次電池用セパレーターによっては電池反応は阻害されない。また、二次電池用セパレーターは本発明の多孔膜を備えるので、この二次電池用セパレーターを用いることにより、安全性、高温サイクル特性及びレート特性のいずれにも優れる二次電池を実現できる。
本発明の二次電池は、正極、負極、本発明の二次電池用セパレーター及び電解液を備える。具体的には、本発明の二次電池は、正極、本発明の二次電池用セパレーター及び負極をこの順に備え、更に電解液を備える。本発明の二次電池は、安全性、高温サイクル特性及びレート特性のいずれにも優れる。
電極としての正極及び負極は、いずれも、通常、集電体と、その集電体上に設けられた電極活物質層とを備える。
集電体は、電極活物質層との接着強度を高めるため、予め粗面化処理して使用するのが好ましい。粗面化方法としては、例えば、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。機械的研磨法においては、例えば、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシ等が使用されうる。
また、電極活物質層との接着強度や導電性を高めるために、集電体表面に中間層を形成してもよい。
また、例えば、鉄系酸化物を炭素源物質の存在下において還元焼成することで、炭素材料で覆われた複合材料を作製し、この複合材料を正極活物質として用いてもよい。鉄系酸化物は電気伝導性に乏しい傾向があるが、前記のような複合材料にすることにより、高性能な正極活物質として使用できる。
さらに、前記の化合物を部分的に元素置換したものを正極活物質として用いてもよい。
これらの正極活物質は、1種類だけを用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。また、前述の無機化合物と有機化合物との混合物を正極活物質として用いてもよい。
電解液としては、例えば、非水系の溶媒に支持電解質としてリチウム塩を溶解したものを使用しうる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。特に溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liは好適に用いられる。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
二次電池の製造方法としては、例えば、電極及び二次電池用セパレーターを適切に組み合わせて重ね、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。また、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、リード板、エキスパンドメタルなどを入れ、過充放電の防止、電池内部の圧力上昇の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、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。
〔多孔膜用バインダーの膨潤度の測定方法〕
多孔膜用バインダーの水分散液又は水溶液を用意し、その固形分濃度を10重量%に調整した。濃度を調整した水分散液又は水溶液をそれぞれ、乾燥厚みが1mmとなるようにシリコン容器に流し入れ、室温で72時間乾燥し、1cm×1cmの正方形のフィルムを作製した。このフィルムの重量M0を測定した。
測定した重量M0及びM1から、膨潤度を式(M1−M0)/M0より算出した。
水分散液に含まれる多孔膜用バインダーの個数平均粒子径を、レーザー回折散乱粒度分布測定装置(ベックマン・コールター社製「LS230」)を用いて測定した。ここで個数平均粒子径とは、粒子径−個数積算分布において、積算分布の値が50%となる粒子径である。
多孔膜付のセパレーターを幅10cm×長さ10cmに切り出し試験片とした。試験片を温度150℃に温調したオーブン内に1時間放置した後、各辺の長さを測定し、最も収縮率の大きい辺の収縮率を下記基準で評価した。熱収縮率が小さいほど、二次電池の安全性に優れることを示している。
A:3.0%未満
B:3.0%以上5.0%未満
C:5.0%以上10.0%未満
D:10.0%以上
多孔膜付のセパレーター及び電極を幅10mm×長さ50mmに切り出した。切り出した電極の活物質層側の面上に、セパレーターを配置して、電極及びセパレーターを備える積層体を得た。
A:接着強度が2.0N/m以上
B:接着強度が1.0N/m以上2.0N/m未満
C:接着強度が0.5N/m以上1.0N/m未満
D:接着強度が0.5N/m未満
パウチ型のリチウムイオン二次電池を、24時間静置した後に、0.1Cの充放電レートにて4.2Vまで充電し3.0Vまで放電を行う操作を行った。その後、25℃で0.1Cの充電レートで4.2Vまで充電し、1.0Cの放電レートで3.0Vまで放電する充放電サイクルと、3.0Cの放電レートで3.0Vまで放電する充放電サイクルとを、それぞれ行った。1.0Cにおける電池容量に対する3.0Cにおける電池容量の割合を百分率で算出して充放電レート特性とし、下記の基準で判断した。充放電レート特性の値が高いほど、内部抵抗が小さく、高速充放電が可能であることを示す。
A:70%以上
B:65%以上70%未満
C:60%以上65%未満
D:60%未満
パウチ型のリチウムイオン二次電池を、24時間静置した後に、0.1Cの充放電レートにて4.2Vまで充電し3.0Vまで放電を行う操作を行い、初期容量C0を測定した。さらに、45℃環境下で、0.1Cの充放電レートで4.2Vに充電し、3.0Vまで放電する充放電を繰り返し、100サイクル後の容量C1を測定した。高温サイクル特性はΔC=C1/C0×100(%)で示す容量維持率にて評価した。この容量維持率の値が高いほど、放電容量の低下が少なく、サイクル特性に優れていることを示す。
A:80%以上
B:75%以上80%未満
C:70%以上75%未満
D:70%未満
パウチ型のリチウムイオン二次電池を、24時間静置した後に、0.1Cの充放電レートにて4.2Vまで充電し3.0Vまで放電を行う操作を行った。その後、25℃で0.1Cの充電レートで4.2Vまで充電した。この円筒型のリチウムイオン二次電池に電圧測定端子を接続して、加熱試験装置の内部に置いた。その後、5℃/分の速度で、150℃まで昇温し、150℃で保持した。150℃到達から、短絡が発生するまでの経過時間を測定した。経過時間が長いほど、電池の安全性が高いことを示す。
A:10分以上
B:8分以上10分未満
C:4分以上8分未満
D:1分以上4分未満
E:1分未満
(1−1.粒子状の多孔膜用バインダーAの製造)
撹拌機を備えた反応器に、ドデシル硫酸ナトリウムを0.06部、過硫酸アンモニウムを0.23部、及びイオン交換水を100部入れて混合し混合物Aとし、80℃に昇温した。
一方、別の容器中でアクリル酸ブチル93.8部、メタクリル酸2.0部、アクリロニトリル2.0部、アリルグリシジルエーテル1.0部、N−メチロールアクリルアミド1.2部、ドデシル硫酸ナトリウム0.1部、及びイオン交換水100部を混合して、単量体混合物1の分散体を調製した。
撹拌機を備えた反応器に、ドデシル硫酸ナトリウムを0.2部、過硫酸アンモニウムを0.25部、及びイオン交換水を100部入れて混合し混合物Bとし、70℃に昇温した。
一方、別の容器中でアクリル酸ブチル50.0部、アクリロニトリル32.0部、スチレン12.0部、ジメタクリル酸エチレングリコール5.0部、メタクリル酸1.0部、ドデシル硫酸ナトリウム0.8部、過硫酸アンモニウム0.05部及びイオン交換水100部を混合して、単量体混合物2の分散体を調製した。
非導電性粒子としてアルミナ粒子(住友化学社製「AKP−3000」;個数平均粒子径0.5μm)100部、多孔膜用バインダーAとして工程(1−1)で得た水分散液を固形分換算量で6部、多孔膜用バインダーBとして工程(1−2)で得た水分散液を固形分換算量で6部、多孔膜用バインダーCとしてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(ダイセルファインケム社製「ダイセルCMC1220」)1.5部、及び湿潤剤としてポリエチレングリコール型界面活性剤(サンノプコ株式会社製「SNウエット366」)0.2部を混合し、さらにイオン交換水を混合して固形分濃度が40重量%になるように調整し、撹拌することで、多孔膜用スラリーを得た。この場合、アルミナ粒子100体積部に対し、多孔膜用バインダーAは23.1体積部、多孔膜用バインダーBは23.1体積部、多孔膜用バインダーCは3.7体積部であり、多孔膜中の多孔膜用バインダーの総量は、33体積%である。
湿式法により製造された単層のポリエチレン製セパレーター(厚さ9μm)を、有機セパレーター層として用意した。この有機セパレーター層の両面に、工程(1−3)で得た多孔膜用スラリーを、乾燥後の厚みがそれぞれ2μmとなるように塗布してスラリー層を得た。その後、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、有機セパレーター層の両面に多孔膜を有するセパレーターを得た。
正極活物質としてLiCoO2を95部用意し、これに、正極用バインダーとしてのPVDF(ポリフッ化ビニリデン;呉羽化学社製「KF−1100」)を固形分換算量で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。この正極用スラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、ローラで圧延して、正極シートを作製した。正極シートを所定のサイズに切断し、加工し、正極リードを溶接して正極を得た。
負極活物質としての粒子径20μm、比表面積4.2m2/gのグラファイト98部を用意した。これに、負極用バインダーとしてのSBR(スチレン−ブタジエンゴム;ガラス転移点が−10℃)を固形分換算量で1部混合した。この混合物にさらにカルボキシメチルセルロースを1.0部加えて、これらをプラネタリーミキサーで混合して、負極用スラリーを調製した。この負極用スラリーを厚さ10μmの銅箔の両面に塗布し、乾燥後、ローラで圧延して、負極シートを作製した。負極シートを所定のサイズに切断し、加工し、負極リードを溶接して、負極を得た。
工程(1−5)で得た正極と、工程(1−6)で得た負極とを、工程(1−4)で得た多孔膜付のセパレーターとともにゼリーロール(Jelly Roll)状に捲回して、電極群を作製した。この電極群をパウチ型の電池ケース内に挿入し、電解液を注液した後に、ヒートシーラーで電池ケースの開口を封口した。さらに、この二次電池を100℃、1MPaの条件で60秒間プレスすることで、電池を完成させた。電池の設計容量は2000mAhとした。ここで、電解液は、濃度1.0MのLiPF6溶液にVC(ビニレンカーボネート)を2容量%添加したものを用いた。前記LiPF6溶液の溶媒は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(EC/EMC=3/7重量比)である。
得られた多孔膜付セパレーターについて、熱収縮試験及び電解液中での電極への接着性試験を行った。
また、得られた二次電池のレート特性、高温サイクル特性及び安全性の評価試験を行った。
工程(1−1)において、モノマーの量を下記表1のように変更した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−2)において、モノマーの量を下記表1のように変更した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−3)において、多孔膜用バインダーCとしてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(ダイセルファインケム社製「ダイセルCMC1220」)の代わりに、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(第一工業製薬社製「セロゲンBSH−6」)を用いた。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−1)において、モノマーの量を下記表1のように変更した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−2)において、モノマーの量を下記表1のように変更した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−2)において、モノマーの量を下記表2のように変更した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−3)において、多孔膜用バインダーCとしてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(ダイセルファインケム社製「ダイセルCMC1220」)の代わりに、ポリビニルピロリドン(東京化成工業社製「K−15」)を用いた。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−3)において、非導電性粒子としてアルミナ粒子の代わりにベーマイト粒子(河合石灰工業社製「BMM」;個数平均粒子径0.9μm)を用いた。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
撹拌機を備えた反応器に、ドデシル硫酸ナトリウムを0.06部、過硫酸アンモニウムを0.23部、及びイオン交換水を100部入れて混合し混合物Xとし、80℃に昇温した。
一方、別の容器中でアクリル酸ブチル93.8部、メタクリル酸2.0部、アクリロニトリル2.0部、アリルグリシジルエーテル1.0部、N−メチロールアクリルアミド1.2部、ドデシル硫酸ナトリウム0.1部、及びイオン交換水100部を混合して、単量体混合物X1の分散体を調製した。
この単量体混合物X1の分散体を、4時間かけて、上で得た混合物X中に、連続的に添加して重合させた。単量体混合物X1の分散体の連続的な添加中の反応系の温度は80℃に維持し、反応を行った。連続的な添加の終了後、さらに90℃で3時間反応を継続させた。
これにより、個数平均粒子径370nmのシードポリマー粒子の水分散体を得た。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−1)において、アクリル酸ブチル93.8部、メタクリル酸2.0部、アクリロニトリル2.0部、アリルグリシジルエーテル1.0部及びN−メチロールアクリルアミド1.2部に代えて、アクリル酸エチル93.8部、メタクリル酸2.0部、スチレン2.0部及びジメタクリル酸エチレングリコール2.2部を用いた。
また、工程(1−2)において、アクリル酸ブチル50.0部、アクリロニトリル32.0部、スチレン12.0部、ジメタクリル酸エチレングリコール5.0部及びメタクリル酸1.0部に代えて、エチルアクリレート10.0部、メチルメタクリレート50.0部、メタクリル酸4.0部、アクリロニトリル15.0部、スチレン19.0部及びジメタクリル酸エチレングリコール2.0部を用いた。
また、工程(1−3)において、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(ダイセルファインケム社製「ダイセルCMC1220」)に代えて、ポリアクリル酸のナトリウム塩(東亞合成社製「レオジック260H」)を用いた。
以上の事項以外は、実施例1と同様にして、多孔膜付セパレータ及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−1)において、モノマーの量を下記表2のように変更した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−2)において、モノマーの量を下記表3のように変更した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
撹拌機を備えた反応器に、ドデシル硫酸ナトリウムを0.1部、過硫酸アンモニウムを0.15部、及びイオン交換水を100部入れて混合し混合物Cとし、70℃に昇温した。
一方、別の容器中でアクリル酸ブチル50.0部、メタクリル酸25.0部、アクリロニトリル5.0部、スチレン15.0部、アリルグリシジルエーテル5.0部、ドデシル硫酸ナトリウム0.4部、過硫酸アンモニウム0.05部及びイオン交換水100部を混合して、単量体混合物3の分散体を調製した。
また、工程(1−3)において、多孔膜用バインダーCとしてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩(ダイセルファインケム社製「ダイセルCMC1220」)の代わりに、比較例3で製造した前記の非粒子状の多孔膜用バインダーCの水溶液を固形分換算量で1.5部用いた。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−3)において、多孔膜用バインダーAの水分散液を用いなかった。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−3)において、多孔膜用バインダーBの水分散液を用いなかった。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
工程(1−3)において、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩を用いなかった。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
撹拌機を備えた反応器に、ドデシル硫酸ナトリウムを0.2部、過硫酸アンモニウムを0.2部、及びイオン交換水を100部入れて混合し混合物Dとし、70℃に昇温した。
一方、別の容器中でアクリル酸ブチル25.0部、メタクリル酸25.0部、アクリロニトリル25.0部、スチレン20.0部、アリルグリシジルエーテル5.0部、ドデシル硫酸ナトリウム0.3部及びイオン交換水100部を混合して、単量体混合物4の分散体を調製した。
以上の事項以外は実施例1と同様にして、多孔膜付セパレーター及び二次電池を製造し、評価した。
上述した実施例及び比較例で用いた多孔膜用バインダーの構成を、下記の表1〜表3に示す。また、上述した実施例及び比較例の結果を、表4〜表7に示す。
下記の表において、略称の意味は、以下の通りである。
BA:アクリル酸ブチル
EA:エチルアクリレート
MAA:メタクリル酸
AN:アクリロニトリル
AGE:アリルグリシジルエーテル
NMA:N−メチロールアクリルアミド
SDS Na:ドデシル硫酸ナトリウム
APS:過硫酸アンモニウム
ST:スチレン
EDMA:ジメタクリル酸エチレングリコール
MMA:メチルメタクリレート
固形分:バインダーの水分散液又はバインダーを含む水溶液の固形分濃度
バインダー粒子径の関係:多孔膜用バインダーAの個数平均粒子径(a)と多孔膜用バインダーBの個数平均粒子径(b)との関係
バインダー総量:多孔膜における多孔膜用バインダーの合計割合
CMC Na:カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩
PVP:ポリビニルピロリドン
PAA Na:ポリアクリル酸のナトリウム塩
前記の実施例及び比較例から分かるように、本発明の多孔膜を備えたセパレーターを用いることにより、安全性、高温サイクル特性及びレート特性のいずれにも優れる二次電池を実現することができる。
20 多孔膜用バインダーA
30 非導電性粒子
40 多孔膜用バインダーC
Claims (6)
- 非導電性粒子、多孔膜用バインダー及び媒体を含み、
前記多孔膜用バインダーが、
粒子状であり、多孔膜形成後における非水電解液に対しての膨潤度が10倍未満である多孔膜用バインダーA、
粒子状であり、多孔膜形成後における非水電解液に対しての膨潤度が10倍〜50倍である多孔膜用バインダーB、及び、
非粒子状であり、多孔膜形成後における非水電解液に対しての膨潤度が5倍未満である多孔膜用バインダーCを含み、
前記多孔膜用バインダーAの個数平均粒子径(a)と前記多孔膜用バインダーBの個数平均粒子径(b)とが、(a)>(b)の関係を満たし、
前記媒体が、水系媒体であり、
前記多孔膜用バインダーA、前記多孔膜用バインダーB及び前記多孔膜用バインダーCの多孔膜形成後における非水電解液に対しての膨潤度が、前記多孔膜用バインダーA、前記多孔膜用バインダーB及び前記多孔膜用バインダーCのフィルムを形成し、乾燥後、溶媒がエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを重量比エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=3/7で含む混合溶媒である1.0MのLiPF6溶液に、ビニレンカーボネートを2容量%添加した非水電解液に、60℃で72時間浸漬した膨潤度である、二次電池セパレーターの多孔膜用スラリー。 - 非導電性粒子及び多孔膜用バインダーを含む、二次電池セパレーター用多孔膜であって、
前記多孔膜用バインダーが、
粒子状であり、非水電解液に対しての膨潤度が10倍未満である多孔膜用バインダーA、
粒子状であり、非水電解液に対しての膨潤度が10倍〜50倍である多孔膜用バインダーB、及び、
非粒子状であり、非水電解液に対しての膨潤度が5倍未満である多孔膜用バインダーCを含み、
前記多孔膜用バインダーA、前記多孔膜用バインダーB及び前記多孔膜用バインダーCの非水電解液に対しての膨潤度が、前記多孔膜用バインダーA、前記多孔膜用バインダーB及び前記多孔膜用バインダーCのフィルムを形成し、乾燥後、溶媒がエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを重量比エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート=3/7で含む混合溶媒である1.0MのLiPF 6 溶液に、ビニレンカーボネートを2容量%添加した非水電解液に、60℃で72時間浸漬した膨潤度である、二次電池セパレーター用多孔膜。 - 前記二次電池セパレータ用多孔膜における前記多孔膜用バインダーの総量が、1体積%〜50体積%である、請求項2記載の二次電池セパレーター用多孔膜。
- 請求項2又は3記載の二次電池セパレータ用多孔膜の製造方法であって、
請求項1に記載の多孔膜用スラリーを基材上に塗布してスラリー層を得ること、及び、
前記スラリー層を乾燥させること、を含む、二次電池セパレーター用の多孔膜の製造方法。 - 有機セパレーター層、及び
前記有機セパレーター層上に形成された、請求項2又は3記載の二次電池セパレーター用多孔膜を備える、二次電池用セパレーター。 - 正極、負極、請求項5記載の二次電池用セパレーター及び電解液を備える、二次電池。
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