CN103155218B - 非水系二次电池用隔膜及非水系二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种非水系二次电池用隔膜，其与电极的粘合性优异，且在与电极粘合后也能够确保充分的离子透过性。本发明的非水系二次电池用隔膜的特征在于，具备多孔基材、以及在多孔基材的至少一面形成的含有聚偏氟乙烯系树脂的粘合性多孔层，上述聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量为60万～300万。

Description

非水系二次电池用隔膜及非水系二次电池
技术领域
本发明涉及非水系二次电池用隔膜及非水系二次电池。
背景技术
以锂离子二次电池为代表的非水系二次电池被广泛地用作笔记本电脑、手机、数码相机、摄像放像机等便携式电子设备的电源。此外，近年来，由于具有高能量密度这样的特征，这些电池在汽车等的应用也在研究中。
伴随着便携式电子设备的小型化、轻量化，非水系二次电池外包装在简约化。起初，使用不锈钢电池罐作为外包装，但随后开发出了铝罐外包装，现在还开发出了铝复合包装的软外包装。使用铝复合软外包装时，外包装柔软，因此，伴随着充放电，电极与隔膜之间有时会有间隙形成，存在循环寿命变差这样的技术课题。从解决该课题的观点出发，将电极与隔膜进行粘合的技术是重要的，已有很多技术提案。
作为其中的一个提案，已知有使用将由聚偏氟乙烯系树脂构成的多孔层（以下，也称为粘合性多孔层）成型于作为以往隔膜的聚烯烃微多孔膜上而得的隔膜的技术（例如参见专利文献1）。就粘合性多孔层而言，若在含有电解液的状态下重叠在电极上并热压，则能够使电极与隔膜良好地接合，起到粘合剂的作用。因此，能够改善软包装电池的循环寿命。
另外，在使用以往的金属罐外包装来制作电池的情况下，将电极与隔膜在重合的状态下进行卷绕来制作电池元件，将该元件与电解液一起封入金属罐外装内，制成电池。另一方面，在使用上述专利文献1这样的隔膜来制作软包装电池的情况下，按与上述金属罐外包装电池同样的方法制作电池元件，将其与电解液一起封入软外包装装内，最后加入热压工序，制成电池。由此，在使用如上所述的具有粘合性多孔层的隔膜的情况下，能够按与上述金属罐外装电池同样的方法制作电池元件，因此还具有无需对以往的金属罐外包装电池的制造工序加以大幅变更的优点。
从上述背景出发，就聚烯烃微多孔膜上层叠有粘合性多孔层的隔膜而言，过去已有各种技术提案。例如，在专利文献1中，从确保充分的粘合性与兼顾离子透过性这样的观点出发，着眼于聚偏氟乙烯系树脂层的多孔结构与厚度，提出了新的技术方案。现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第4127989号公报
发明内容
但是，一般的非水系二次电池的正极或者负极由集电体与在该集电体上形成的含有电极活性物质及粘合树脂的活性物质层所构成。而且，上述粘合性多孔层在通过热压与电极接合的情况下，会与电极中的粘合树脂粘合。因此，为了确保更良好的粘合性，优选电极内的粘合树脂量多。
然而，为了进一步提高电池的能量密度，有必要提高电极中的活性物质的含量，优选粘合树脂含量少。因此，在现有技术中为了确保充分的粘合性，有必要在更高的温度、更高的压力之类的严格条件下进行热压。而且，在现有技术中，在这样的严格条件下进行热压时，存在由聚偏氟乙烯系树脂构成的粘合性多孔层的多孔结构崩塌的问题。因此，热压工序后的离子透过性会不充分，难以获得良好的电池特性。
另外，以往用于电极的粘合树脂通常为聚偏氟乙烯系树脂，与此相对，近年来应用苯乙烯-丁二烯橡胶的情况也在增加。对于这样的使用苯乙烯-丁二烯橡胶的电极，若用以往的具备粘合性多孔层的隔膜，则难以兼顾离子透过性与粘合性而获得充分的电池特性。
从这样的背景出发，本发明的目的在于提供一种非水系二次电池用隔膜，其与现有技术相比，与电极的粘合性优异，且在与电极粘合后也能够确保充分的离子透过性。
本发明为了解决上述课题，采用以下构成。
1、一种非水系二次电池用隔膜，其特征在于，具备多孔基材以及在所述多孔基材的至少一面形成的含有聚偏氟乙烯系树脂的粘合性多孔层，
所述聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量为60万～300万。
2、根据上述1所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量为60万～150万。
3、根据上述1或2所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述非水系二次电池用隔膜的Gurley值（葛尔莱值）为50秒/100cc～800秒/100cc。
4、根据上述1～3中任一项所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述非水系二次电池用隔膜的空孔率为30％～60％。
5、根据上述1～4中任一项所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，从形成有所述粘合性多孔层的状态的所述非水系二次电池用隔膜的Gurley值减去所述多孔基材的Gurley值后的值为300秒/100cc以下。
6、根据上述1～5中任一项所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述粘合性多孔层的重量为0.5g/m2～1.5g/m2。
7、根据上述1～6中任一项所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述粘合性多孔层形成在所述多孔基材的表背两面。
8、根据上述7所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，在所述多孔基材的两面形成的所述粘合性多孔层的两面的总重量为1.0g/m2～3.0g/m2，
所述粘合性多孔层的一面侧的重量与另一面侧的重量之差相对于两面总重量在20％以下。
9、根据上述1～8中任一项所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述多孔基材为含有聚乙烯的聚烯烃微多孔膜。
10、根据上述1～8中任一项所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述多孔基材为含有聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃微多孔膜。
11、根据上述10所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述聚烯烃微多孔膜为至少2层以上的结构，该2层中的一层含有聚乙烯，另一层含有聚丙烯。
12、一种非水系二次电池，其使用上述1～11中任一项所述的隔膜。
根据本发明，能够提供一种非水系二次电池用隔膜，其与现有非水系二次电池用隔膜相比，与电极的粘合性优异，且在与电极粘合后也能够确保充分的离子透过性。使用这样的本发明的隔膜，能够提供能量密度高、高性能的铝复合外包装的非水系二次电池。
附图说明
图1为示出聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量与剥离强度的关系的图。
图2为示出聚偏氟乙烯系树脂的重量与剥离强度的关系的图。
图3为示出聚偏氟乙烯系树脂的重量与电池负荷特性的关系的图。
具体实施方式
本发明的非水系二次电池用隔膜的特征在于，具备多孔基材、以及在上述多孔基材的至少一面形成的含有聚偏氟乙烯系树脂的粘合性多孔层，上述聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量为60万～300万。以下，对于本发明进行详细说明。以下，在数值范围中示出“～”的数值范围是指包含上限值及下限值的数值范围。
〔多孔基材〕
在本发明中，所谓多孔基材是指内部具有空孔或空隙的基材。作为这样的基材，可列举出微多孔膜，无纺布、纸状片材等纤维状物构成的多孔性片材，或者在微多孔膜、多孔性片材上层叠1层以上的其它多孔性层而得的复合多孔片材等。应予说明，所谓微多孔膜是指为内部具有多个微孔且这些微孔连接的结构，气体或者液体能够从一面通到另一面的膜。
构成多孔基材的材料能够使用具有电绝缘性的有机材料或者无机材料中的任一种。从对基材赋予关断功能的观点出发，特别优选使用热塑性树脂作为基材的构成材料。在此，所谓关断功能是指在电池温度升高的情况下，热塑性树脂会熔化并阻塞多孔基材的孔，从而截断离子的移动、防止电池热失控的功能。作为热塑性树脂，优选熔点低于200℃的热塑性树脂，特别优选聚烯烃。
作为使用聚烯烃的多孔基材，优选聚烯烃微多孔膜。作为聚烯烃微多孔膜，可使用具有充分的力学物性与离子透过性的适用于以往的非水系二次电池用隔膜的聚烯烃微多孔膜。而且，就聚烯烃微多孔膜而言，从具有上述关断功能这样的观点出发，优选含有聚乙烯，作为聚乙烯的含量，优选在95重量％以上。
另外，从赋予在暴露于高温时不容易破膜的程度的耐热性的观点出发，优选含有聚乙烯与聚丙烯的聚烯烃微多孔膜。作为这样的聚烯烃微多孔膜，可举出聚乙烯与聚丙烯在1张片材中混杂的微多孔膜。在这样的微多孔膜中，从兼顾关断功能与耐热性的观点出发，优选含有95重量％以上的聚乙烯与5重量％以下的聚丙烯。另外，从兼顾关断功能与耐热性的观点出发，还优选聚烯烃微多孔膜为至少2层以上的结构且为该2层中的一层含有聚乙烯、另一层含有聚丙烯的层叠结构的聚烯烃微多孔膜。
聚烯烃的重均分子量优选10万～500万。若重均分子量小于10万，则有时难以确保充分的力学物性。另外，若大于500万，则有时关断特性变差，有时成型变得困难。
这样的聚烯烃微多孔膜例如可通过以下方法制造。即，可举出如下方法:依次实施（i）将熔融的聚烯烃树脂从T型模挤出、制成片材的工序、（ii）对上述片材实施结晶化处理的工序、（iii）拉伸片材的工序、及（iv）将片材进行热处理的工序，形成微多孔膜。另外，还可举出如下方法等:依次实施（i）将聚烯烃树脂与液体石蜡等增塑剂一起熔融，将其从T型模挤出，再将其冷却、制成片材的工序、（ii）拉伸片材的工序、（iii）从片材提取增塑剂的工序、及（iv）对片材进行热处理的工序，形成微多孔膜。
作为由纤维状物构成的多孔性片材，可使用由包括聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯，聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃，芳香族聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚醚酮、聚醚酰亚胺等耐热性高分子等纤维状物，或者这些纤维状物的混合物构成的多孔性片材。
作为复合多孔片材，可采用在由微多孔膜、由纤维状物构成的多孔性片材上层叠功能层而得的构成。从可利用功能层而附加进一步的功能的方面出发，优选这样的复合多孔片材。作为功能层，例如从赋予耐热性的观点出发，可使用由耐热性树脂构成的多孔层、由耐热性树脂及无机填料构成的多孔层。作为耐热性树脂，可举出选自芳香族聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚醚酮、及聚醚酰亚胺中的1种或2种以上的耐热性高分子。作为无机填料，可良好地使用氧化铝等金属氧化物、氢氧化镁等金属氢氧化物等。其中，作为复合化的方法，可举出对多孔性片材涂覆功能层的方法、用粘合剂进行接合的方法、热压合的方法等。
在本发明中，从获得良好的力学物性与内部电阻的观点出发，多孔基材的膜厚优选在5～25μm的范围。从防止电池短路、获得充分的离子透过性的观点出发，多孔基材的Gurley值（JISP8117）优选在50～800秒/100cc的范围内。从使制造成品率提高的观点出发，多孔基材的穿刺强度优选在300g以上。
〔聚偏氟乙烯系树脂〕
本发明的非水系二次电池用隔膜中使用重均分子量为60万～300万的聚偏氟乙烯系树脂。若应用重均分子量为60万以上的聚偏氟乙烯系树脂，则与电极的粘合力充分高，与电极粘合后的离子透过性也充分。在粘合力弱的情况下，必须施用进行更严酷热压的接合条件，进行这样严酷热压时，粘合性多孔层的多孔结构会被破坏，产生因堵塞而导致离子透过性受到阻碍、或粘合性多孔层熔融、从电极与聚烯烃微多孔膜的界面被挤出之类的不良情况。聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量进一步优选为80万以上。另外，若重均分子量为300万以下，则成型时的粘度不会升高，可得到良好的成型性，另外，可得到适合粘合性多孔层良好结晶的多孔结构。从这样的观点出发，重均分子量更优选在200万以下，进一步优选在150万以下。在此，聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量可利用凝胶渗透色谱法（GPC法）求得。
在本发明中，作为聚偏氟乙烯系树脂，可使用偏氟乙烯的均聚物（即聚偏氟乙烯）、偏氟乙烯与其它能够共聚的单体的共聚物，或者它们的混合物。作为能够与偏氟乙烯共聚的单体，例如可使用四氟乙烯、六氟丙烯、三氟乙烯、三氯乙烯或者氟乙烯等的一种或两种以上。聚偏氟乙烯系树脂优选含有70mol％以上的偏氟乙烯作为构成单元。进而，从在与电极的接合工序中确保充分的力学物性的观点出发，优选含有98mol％以上的偏氟乙烯作为构成单元的聚偏氟乙烯树脂。
上述分子量较高的聚偏氟乙烯系树脂可优选通过乳液聚合或者悬浮聚合、特别优选通过悬浮聚合获得。
〔非水系二次电池用隔膜〕
如上所述，本发明的非水系二次电池用隔膜具备多孔基材、以及在多孔基材的至少一面形成的含有聚偏氟乙烯系树脂的粘合性多孔层。在此，所谓粘合性多孔层是指如下多孔层:含有聚偏氟乙烯系树脂，为内部具有多个微孔且这些微孔连接的结构，气体或者液体可从一表面流通到另一表面。另外，粘合性多孔层为在含有电解液的状态下通过热压而与电极粘合的粘合层，因此有必要作为隔膜的最外层存在。当然，从循环寿命的观点出发，优选使正极及负极两方与隔膜进行粘合，因此优选在多孔基材的表面和背面形成粘合性多孔层。
在本发明中，从离子透过性的观点出发，粘合性多孔层优选为充分多孔化的结构。具体而言，从形成有粘合性多孔层的状态的非水系二次电池用隔膜的Gurley值减去多孔基材的Gurley值后的值优选在300秒/100cc以下，更优选在150秒/100cc以下，尤其优选在100秒/100cc以下。该差大于300秒/100cc时，有时粘合性多孔层过于致密而阻碍离子透过，不能得到充分的电池特性。
从获得充分的电池性能的观点出发，本发明的非水系二次电池用隔膜的Gurley值优选在50秒/100cc～800秒/100cc的范围内。
另外，从良好地获得本发明的效果与隔膜的力学物性的观点出发，非水系二次电池用隔膜的空孔率宜在30％～60％的范围内。
从与电极的粘合性、离子透过性及电池的负荷特性的观点出发，该聚偏氟乙烯系树脂在一个表面上的重量优选为0.5g/m2～1.5g/m2。在表背两面形成粘合性多孔层的情况下，聚偏氟乙烯系树脂的总重量优选为1.0g/m2～3.0g/m2。
在本发明中，在将粘合性多孔层形成在多孔基材的两面的情况下，其表面和背面的重量差也是重要的。具体而言，优选在多孔基材的表面和背面形成的粘合性多孔层的两面总重量为1.0～3.0g/m2，且粘合性多孔层的一面侧的重量与另一面侧的重量之差相对于两面总重量在20％以下。若其超过20％，则有时翘曲显著，还存在影响操作、或循环特性下降的情况。
在粘合性多孔层中，在不阻碍本发明的效果的范围内，也可加入由无机物或有机物构成的填料、其它添加物。通过添加这样的填料，可改善隔膜的滑动性、耐热性。作为无机填料，例如可使用氧化铝等金属氧化物、氢氧化镁等金属氢氧化物等。作为有机填料，例如可使用丙烯酸树脂。
〔非水系二次电池用隔膜的制造方法〕
上述本发明的非水系二次电池用隔膜能够通过如下方法制作，即，将含有聚偏氟乙烯系树脂的溶液直接涂布于多孔基材上，使聚偏氟乙烯系树脂固化，从而将粘合性多孔层一体地形成在多孔基材上。
具体而言，首先，将聚偏氟乙烯系树脂溶解于溶剂中，制作涂布液。将该涂布液涂布在多孔基材上，浸渍于恰当的凝固液中。由此，在诱发相分离现象的同时，使聚偏氟乙烯系树脂固化。在该工序中，由聚偏氟乙烯系树脂构成的层成为多孔结构。然后，通过水洗除去凝固液，再进行干燥，从而可将粘合性多孔层一体地形成在多孔基材上。
作为上述涂布液，可使用将聚偏氟乙烯系树脂溶解的良溶剂。作为这样的良溶剂，例如，可优选使用N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺等极性酰胺溶剂。从形成良好的多孔结构的观点出发，优选在上述良溶剂的基础上混合诱发相分离的相分离剂。作为这样的相分离剂，可举出水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丁二醇、乙二醇、丙二醇、或者三丙二醇等。这样的相分离剂优选在能够确保适于涂布的粘度的范围内进行添加。另外，在将填料、其它添加物加入粘合性多孔层的情况下，使它们混合或溶解在上述涂布液中即可。
在涂布液的组成中，优选以3～10重量％的浓度含有聚偏氟乙烯系树脂。作为溶剂，从形成适宜的多孔结构的观点出发，优选使用含有60重量％以上的良溶剂、40重量％以下的相分离剂的混合溶剂。
作为凝固液，可使用水，水与上述良溶剂的混合溶剂，或者水、上述良溶剂与上述相分离剂的混合溶剂。特别优选水、良溶剂与相分离剂的混合溶剂，在该情况下，从生产率的观点出发，良溶剂与相分离剂的混合比优选与用于溶解聚偏氟乙烯系树脂的混合溶剂的混合比相适应。从形成良好的多孔结构、使生产率提高的观点出发，水的浓度优选为40～90重量％。从控制结晶度的观点出发，凝固温度优选在-20～60℃左右。
涂布液对多孔基材的涂布可应用迈耶棒、模涂布机、逆辊涂布机、凹版涂布机等以往的涂布方式。在将粘合性多孔层形成于多孔基材的两面的情况下，也可将涂布液一个单面一个单面地涂布后进行凝固、水洗及干燥，但是从生产率的观点出发，优选将涂布液同时涂布于多孔基材两面后进行凝固、水洗及干燥。
就本发明的隔膜而言，除了上述湿式涂布法以外，也可用干式涂布法进行制造。在此，所谓干式涂布法是指如下方法:将含有聚偏氟乙烯系树脂与溶剂的涂布液涂布于多孔基材上，将其干燥，从而挥发除去溶剂，由此得到多孔膜。但是，在干式涂布法的情况下，与湿式涂布法相比，涂布膜易于成为致密膜，若不在涂布液中添加填料等，则几乎不可能得到多孔层。另外，即使添加这样的填料等，也难以得到良好的多孔结构。由此，若从这样的观点出发，则在本发明中优选使用湿式涂布法。
另外，本发明的隔膜也可通过预先分别制作粘合性多孔层与多孔基材、将这些片材重合并用热压合、粘合剂进行复合化的方法等来制作。作为以独立片材的方式得到粘合性多孔层的方法，可举出将涂布液涂布于剥离片材上、使用上述湿式涂布法或者干式涂布法来形成粘合性多孔层、仅剥离粘合性多孔层的方法等。
〔非水系二次电池〕
本发明的非水系二次电池的特征在于使用上述本发明的隔膜。
在本发明中，非水系二次电池为如下构成:隔膜配置在正极及负极之间，这些电池元件与电解液一起被封入包装内。作为非水系二次电池，优选锂离子二次电池。
作为正极，可采用将由正极活性物质、粘合树脂及导电助剂构成的电极层形成于正极集电体上的构成。作为正极活性物质，例如可举出钴酸锂、镍酸锂、尖晶石结构的锰酸锂、或者橄榄石结构的磷酸铁锂等。在本发明中，在将隔膜的粘合性多孔层配置于正极侧的情况下，由于聚偏氟乙烯系树脂的耐酸化性优异，因此还具有如下优点:易于使用能够在4.2V以上的高电压下工作的LiMn1/2Ni1/2O2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2之类的正极活性物质。作为粘合树脂，例如可列举出聚偏氟乙烯系树脂等。作为导电助剂，例如可举出乙炔黑、科琴黑、石墨粉末等。作为集电体，例如可举出厚度为5～20μm的铝箔等。
作为负极，可采用将由负极活性物质和粘合树脂构成的电极层形成于负极集电体上的构成，根据需要，可在电极层中添加导电助剂。作为负极活性物质，例如可使用能够将锂以电化学方式进行吸留的碳材料、硅或者锡等与锂合金化的材料等。作为粘合树脂，例如可举出聚偏氟乙烯系树脂、丁烯-苯乙烯橡胶等。在使用本发明的非水系二次电池用隔膜的情况下，粘合性良好，因此不仅在使用聚偏氟乙烯系树脂作为负极粘结剂的情况下可确保充分的粘合性，在使用丁烯-苯乙烯橡胶作为负极粘结剂的情况下也可确保充分的粘合性。另外，作为导电助剂，例如可举出乙炔黑，科琴黑，石墨粉末等。作为集电体，例如可举出厚度为5～20μm的铜箔等。另外，也可使用金属锂箔作为负极来代替上述负极。
电解液为将锂盐溶于适宜溶剂的构成。作为锂盐，例如可举出LiPF6、LiBF4、LiClO4等。作为溶剂，例如可优选使用碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、氟代碳酸亚乙酯、二氟代碳酸亚乙酯等环状碳酸酯，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯及其氟取代物等链状碳酸酯，γ-丁内酯、γ-戊内酯等环状酯，或者它们的混合溶剂。特别优选将0.5～1.5M的锂盐溶解于环状碳酸酯/链状碳酸酯=20～40/80～60重量比的溶剂中而得的电解液。此外，具备以往的粘合性多孔层的隔膜有时会有由于使用的电解液的种类而难以发挥与电极的粘合性的情况，但是，若利用本发明的隔膜，则还具有不论电解液种类如何，都能发挥良好的粘合性这样的很大的优点。
本发明的非水系二次电池用隔膜还可适用于金属罐外包装的电池，由于与电极的粘合性良好，可良好地用于铝复合膜外包装的软包装电池。制作这样的电池的方法是，使上述正极及负极介由隔膜而接合，加入电解液，再封入铝复合膜内。通过将其热压，能够得到非水系二次电池。通过这样的本发明的构成，可得到能够使电极与隔膜良好地粘合、循环寿命优异的非水系二次电池。另外，由于电极与隔膜的粘合性良好，电池的安全性也优异。电极与隔膜的接合方法有使电极与隔膜层叠的堆叠方式、将电极与隔膜一起卷绕的方式等，本发明可应用任一种方法。
实施例
以下，通过实施例来说明本发明。但是，本发明并不由以下实施例所限定。
〔测定方法〕
（聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量的测定方法）
聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量如下测定。使用日本分光公司生产的GPC装置“GPC-900”，色谱柱使用两根Tosoh公司生产的TSKgelSUPERAWM-H，溶剂使用DMF，在温度40℃、流量10ml/分的条件下通过凝胶渗透色谱法（GPC法）测定换算为聚苯乙烯的分子量。
（膜厚的测定方法）
用接触式厚度计（LITEMATIC，Mitutoyo公司产品）进行测定。测定端子为直径5mm的圆柱状端子，在荷重调整为7g的条件下进行测定。
（单位面积重量）
将样品切出10cm×10cm，测定其重量。通过将重量除以面积而求出单位面积重量。
（聚偏氟乙烯系树脂的重量）
使用能量分散型荧光X射线分析装置（EDX-800HS岛津制作所），从FKα的光谱强度测出聚偏氟乙烯系树脂的重量。在该测定中，测定X射线所照射的面上的聚偏氟乙烯系树脂的重量。由此，在将由聚偏氟乙烯系树脂构成的多孔层形成于表面和背面两面的情况下，通过对表面和背面分别进行测定，测出表面和背面各自的聚偏氟乙烯系树脂的重量，再将其统合，从而可测出表面和背面的总重量。
（空孔率）
非水系二次电池用隔膜及多孔基材的空孔率由下述式1求得。
ε={1-Ws/（ds·t）}×100…（式1）
在此，ε:空孔率（％），Ws:单位面积重量（g/m2），ds:真密度（g/cm3），t:膜厚（μm）。
具体而言，对于例如使聚乙烯多孔基材与仅由聚偏氟乙烯系树脂构成的多孔层层叠而成的复合隔膜，该复合隔膜的空孔率ε（％）由以下的式2算出。
ε={1―（Wa/0.95+Wb/1.78）/t}×100…（式2）
在此，Wa为基材的单位面积重量（g/m2），Wb为聚偏氟乙烯系树脂的重量（g/m2），t为膜厚（μm）。
（Gurley值）
按照JISP8117，用Gurley式Densometer（G-B2C，东洋精机公司产品）进行测定。
〔实施例1〕
作为聚偏氟乙烯系树脂，使用重均分子量157万的聚偏氟乙烯（KF聚合物W#7300：Kureha化学公司产品）。将该聚偏氟乙烯以5重量％溶解于二甲基乙酰胺/三丙二醇=7/3重量比的混合溶剂，制作涂布液。将该涂布液等量涂布于膜厚9μm、Gurley值160秒/100cc、空孔率43％的聚乙烯微多孔膜（TN0901:SK公司产品）的两面，浸渍于水/二甲基乙酰胺/三丙二醇=57/30/13重量比的凝固液（40℃）中，使聚合物固化。将其水洗、干燥，得到聚烯烃系微多孔膜的表背两面形成有由聚偏氟乙烯系树脂构成的多孔层的本发明的非水系二次电池用隔膜。将该隔膜的膜厚、单位面积重量、空孔率、粘合性多孔层（PVdF层）的重量（两面的合计重量、表面的重量、背面的重量、表面侧的重量与背面侧的重量之差相对于两面合计重量的比例）、Gurley值的测定结果示于表1中。将以下的实施例及比较例的隔膜也一并示于表1。
〔实施例2〕
作为聚偏氟乙烯系树脂，使用重均分子量63万的聚偏氟乙烯（KF聚合物W#7200：Kureha化学公司产品），除此以外，与实施例1同样进行，得到本发明的非水系二次电池用隔膜。
〔实施例3〕
作为聚偏氟乙烯系树脂，使用重均分子量157万的聚偏氟乙烯（KF聚合物W#7300：Kureha化学公司产品）。将该聚偏氟乙烯以5重量％溶解于NMP，再将无机固形填料Al2O3（AL160SG-3:昭和电工公司产品）以与聚偏氟乙烯树脂同等的重量分散，制成涂布液。将其等量涂布于膜厚9μm、Gurley值160秒/100cc、空孔率43％的聚乙烯微多孔膜（TN0901:SK公司产品）的两面，在100℃下使之真空干燥12小时，得到本发明的非水系二次电池用隔膜。
〔实施例4～7〕
使用与实施例1同样的涂布液及聚乙烯微多孔膜，用同样的方法，如表1所示仅使涂布量变化，得到本发明的非水系二次电池用隔膜。
〔实施例8、9〕
使用与实施例1与同样的涂布液及聚乙烯微多孔膜，用同样的方法，如表1所示仅使表面和背面的涂布量变化，得到本发明的非水系二次电池用隔膜。
〔实施例10〕
代替实施例1中的聚乙烯微多孔膜而使用由聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的3层结构构成且膜厚12μm、Gurley值425秒/100cc、空孔率38％的聚烯烃微多孔膜（M824，Celgard公司产品），除此以外，与实施例1同样进行，得到本发明的非水系二次电池用隔膜。
〔比较例1〕
作为聚偏氟乙烯系树脂，使用重均分子量35万的聚偏氟乙烯（KF聚合物W#1300：Kureha化学公司产品），除此以外，与实施例1同样进行，得到非水系二次电池用隔膜。
〔比较例2〕
通过乳液聚合制作共聚组成为偏氟乙烯/六氟丙烯/氯三氟乙烯=92.0/4.5/3.5重量比的聚偏氟乙烯系树脂。该聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量41万。将该聚偏氟乙烯以8重量％溶解于二甲基乙酰胺/三丙二醇=55/45重量比的混合溶剂，制作涂布液。将其等量涂布于膜厚9μm、Gurley值160秒/100cc、空孔率43％的聚乙烯微多孔膜（TN0901：SK公司产品）的两面，浸渍于水/二甲基乙酰胺/三丙二醇=50/30/20重量比的凝固液（40℃）中，使之固化，再将其水洗、干燥，得到聚烯烃系微多孔膜上形成有由聚偏氟乙烯系树脂构成的多孔层的非水系二次电池用隔膜。
〔比较例3〕
作为聚偏氟乙烯系树脂，使用重均分子量50万的聚偏氟乙烯（KF聚合物#1700：Kureha化学公司产品），除此以外，与实施例1同样进行，得到非水系二次电池用隔膜。
〔比较例4〕
通过悬浮聚合法聚合了重均分子量为310万的聚偏氟乙烯。使用该聚合物，除此以外，与实施例1同样进行，以在聚乙烯微多孔膜的两面形成粘合性多孔层。然而，非常难以成形，未能制成非水系二次电池用隔膜。
〔比较例5〕
作为聚偏氟乙烯系树脂，使用重均分子量157万的聚偏氟乙烯（KF聚合物W#7300：Kureha化学公司产品）。将该聚偏氟乙烯以5重量％溶解于NMP，制作涂布液。将其等量涂布于膜厚9μm、Gurley值160秒/100cc、空孔率43％的聚乙烯微多孔膜（TN0901:SK公司产品）的两面，在100℃下使之真空干燥12小时。然而，所得到的聚偏氟乙烯膜致密，未能形成粘合性多孔层。测定该复合膜的Gurley值，结果为2000秒/100cc以上，透过性显著差。
〔与电极的粘合性试验〕
（负极的制作）
将作为负极活性物质的人造石墨（MCMB25-28，OsakaGasChemicals公司产品）300g、作为粘结剂的日本Zeon公司生产的“BM-400B”（含有40重量％的苯乙烯-丁二烯共聚物改性体的水溶性分散液）7.5g、作为增粘剂的羧甲基纤维素3g、适量的水用双臂式混合机搅拌，制作负极用浆料。将该负极用浆料涂布于作为负极集电体的厚度10μm的铜箔上，将所得到的涂膜干燥，加压，制成具有负极活性物质层的负极。
（正极的制作）
将作为正极活性物质的钴酸锂（CellseedC，日本化学工业公司产品）粉末89.5g、作为导电助剂的乙炔黑（Denkablack，电气化学工业公司产品）4.5g、在NMP中溶解％作为粘结剂的聚偏氟乙烯（KF聚合物W#1100，Kureha化学公司产品）6.0g而得的溶液％用双臂式混合机进行搅拌，制作聚偏氟乙烯为6重量％的正极用浆料。将该正极用浆料涂布于作为正极集电体的厚度20μm的铝箔，将所得到的涂膜进行干燥、加压，制成具有正极活性物质层的正极。
（粘合性试验的方法）
使上述制成的正极与负极介由隔膜进行接合，使电解液浸入其中，将该电池元件用真空封口机封入铝复合包装，制成试验电池。在此，电解液使用1MLiPF6碳酸亚乙酯/碳酸甲乙酯（3/7重量比）。将该试验电池用热压机压制后，将电池拆解，测定剥离强度，评价粘合性。压制条件为在每1cm2电极上施加20kg荷重，温度为90℃，时间为2分钟。
〔聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量与粘合性的关系〕
对实施例1、2及比较例1、2、3的隔膜进行上述粘合性试验。结果示于图1。
图1的横轴为聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量，纵轴为将由实施例1的隔膜得到的剥离强度设为100时的剥离强度的相对值。由图1可知:正极侧、负极侧均是聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量越高，粘合性越良好，优选重均分子量在60万以上，更优选重均分子量在80万以上。这可能是由于若分子量低，则聚偏氟乙烯层无法耐受热压条件从而不能维持其多孔结构。正极中使用的树脂为与在粘合性多孔层中使用的树脂相同的树脂系，负极侧的粘结剂为苯乙烯-丁二烯共聚物的改性体，为与聚偏氟乙烯不同的树脂系。因此，若要得到充分的粘合力，则需要严酷的压制条件。然而，即使不采用这样严酷的压制条件，若使用重均分子量60万以上的聚偏氟乙烯系树脂，则也能够维持粘合性多孔层的多孔结构，且获得与两电极的充分的粘合力。
表1中示出了全部的实施例及比较例的粘合性的评价结果。在此，将实施例1的隔膜与正极和负极的剥离强度的平均值设为100，相对地评价各隔膜与正极和负极的剥离强度的平均值，对于与正极和负极的剥离强度的平均值为70以上的，记为〇，对于50以上且不足70的，记为△，对于不足50的，记为×。
〔聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量与粘合后的离子透过性的关系〕
对于各样品，为了评价粘合后的离子透过性，如下进行电池负荷特性试验。首先，按照与在上述“与电极的粘合性试验”中使用的电极同样的方法，制作正极与负极。在该正极与负极上焊接引线极耳（leadtab），介由隔膜，使这些正负极接合，使电解液浸入，用真空封口机封入铝包装中。在此，电解液使用1MLiPF6碳酸亚乙酯/碳酸甲乙酯（3/7重量比）。将其用热压机在每1cm2电极上施加20kg的荷重，在90℃下进行2分钟的热压，制成试验电池。电池的负荷特性是在25℃下测定的以0.2C的放电容量为基准的2C的相对放电容量，将其作为粘合后的离子透过性的指标。将各样品的测定结果示于表1中。
由表1的结果也可知，在使用本发明的隔膜的情况下，即使通过热压将电极与隔膜粘合后，粘合性多孔层的多孔结构也得到维持，可得到良好的负荷特性。即，表1结果表明:通过使聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量为60万以上，与电极粘合后的离子透过性也变得良好。
〔关于粘合条件的研究〕
为了研究在使粘合条件严酷的情况下的粘合性与离子透过性，使用实施例1、2及比较例1～3的隔膜，使压制条件为在每1cm2电极上施加20kg的荷重，温度设为110℃，时间设为2分钟，除此以外，用同样的方法，评价上述“与电极的粘合性试验”与“粘合后的离子透过性”。将其结果示于表2中。粘合性的判断基准与表1的情况同样。另外，将表1中的粘合条件下的结果称作“粘合性1”及“负荷特性1”，将表2中的粘合条件下的结果称作“粘合性2”及“负荷特性2”。
表2中的粘合条件与表1的粘合条件相比，压制温度高。然而，比较例1～3的粘合性没有提高，仅负荷特性下降。这可能是由于比较例1～3中使用的聚偏氟乙烯系树脂的多孔结构被破坏，进而熔融，一部分流到外部。而在实施例1中，在这样的压制条件下也维持着充分的粘合性与粘合后的离子透过性。由此可知，在兼顾与电极的粘合性、粘合后的离子透过性方面，优选将聚偏氟乙烯系树脂的平均分子量设为60万以上。
〔聚偏氟乙烯系树脂重量与粘合性的关系〕
对于实施例1及4～7，将上述与电极的粘合性试验的结果示于图2中。图2的横轴为单面的聚偏氟乙烯系树脂的重量，纵轴为将在使用实施例1的样品时得到的剥离强度设为100时所示的相对剥离强度。由图2可知:聚偏氟乙烯系树脂的重量与分子量相比，其影响小，但是对粘合性影响很大。而且，确认了若单面的重量小于0.5g/m2，则有粘合性下降的倾向。由此，从确保充分的粘合性的观点出发，单面的聚偏氟乙烯系树脂的重量更优选为0.5g/m2以上。
〔聚偏氟乙烯系树脂重量与负荷特性的关系〕
对实施例1及4～7进行上述电池负荷特性试验。将其结果示于图3中。横轴为单面的聚偏氟乙烯系树脂的重量，纵轴为以0.2C放电容量为基准的2C的相对放电容量。确认了若聚偏氟乙烯系树脂重量变多，则放电性下降的倾向。这可能是由于由聚偏氟乙烯系树脂构成的多孔层使电池内部电阻增加的缘故。由于单面的聚偏氟乙烯系树脂的重量大于1.5g/m2时放电性下降，因此单面的聚偏氟乙烯系树脂的重量特别优选在1.5g/m2以下。
〔聚偏氟乙烯系树脂在表面和背面的重量之差与循环特性的关系〕
对于使用实施例1、8、9的隔膜的电池，制作与上述电池负荷特性试验同样的电池，在25℃下实施循环试验。充电条件设为1C、4.2V的恒定电流恒定电压充电，放电条件设为1C、2.75V截止的恒定电流放电。在此，循环特性的指标设为100循环后的容量维持率。将其结果示于表3中。
由表3可知，若聚偏氟乙烯系树脂重量的表面和背面之差变大，则循环特性下降。这可能是由于粘合性、离子的移动性在表面和背面不同，因此重复充放电循环会使该不均匀性的影响更显著地出现。另外，实施例8、9的隔膜存在稍微翘曲的倾向，还存在这样的力学应变也造成影响的可能性。从这样的观点出发，上述结果表明:聚偏氟乙烯系树脂重量在表面和背面之差在将{|表面的重量-背面的重量|}/合计重量}×100作为指标的情况下，更优选在20％以下。
〔耐热性评价〕
将实施例1的隔膜与实施例10的隔膜耐热性通过热机械物性测定（TMA）进行比较。具体而言，将各个隔膜以宽度4mm切出并用夹具固定，使夹具间距离为10mm。使施加荷重为10mN，以升温速度10℃/min使之升温，测定隔膜断裂时的温度。实施例1的隔膜被确认在155℃断裂，而实施例10的隔膜被确认在180℃断裂。由此可知，从耐热性的观点出发，优选使用含有聚丙烯的聚乙烯微多孔膜。
〔电解液的种类与粘合性〕
对于实施例1与比较例1～3的隔膜，使用各种电解液，与上述同样，实施与电极的粘合性试验。作为电解液A，使用1MLiPF6碳酸亚乙酯/碳酸甲乙酯（3/7重量比），作为电解液B，使用1MLiPF6碳酸亚乙酯/碳酸亚丙酯/碳酸甲乙酯（3/2/5重量比），作为电解液C，使用1MLiPF6碳酸亚乙酯/碳酸亚丙酯（1/1重量比）。将结果示于表4中。粘合性的判断基准与表1的情况同样。
〔表1〕
〔表2〕
〔表3〕
100个循环后的容量维持率
实施例1 98％
实施例8 97％
实施例9 93％
〔表4〕
产业上的可利用性
本发明的非水系二次电池隔膜可适用于非水系二次电池，特别适于与电极的接合重要的铝复合外包装的非水系二次电池。

Claims (11)

1.非水系二次电池用隔膜，其特征在于，具备由聚烯烃微多孔膜构成的多孔基材、以及在所述多孔基材的至少一面形成的含有聚偏氟乙烯系树脂的粘合性多孔层，
所述聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量为60万～300万，
从形成有所述粘合性多孔层的状态的所述非水系二次电池用隔膜的葛尔莱值减去所述多孔基材的葛尔莱值后的值在300秒/100cc以下。
2.根据权利要求1所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量为60万～150万。
3.根据权利要求1或2所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述非水系二次电池用隔膜的葛尔莱值为50秒/100cc～800秒/100cc。
4.根据权利要求1所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述非水系二次电池用隔膜的空孔率为30％～60％。
5.根据权利要求1所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述粘合性多孔层的单位面积重量为0.5g/m2～1.5g/m2。
6.根据权利要求1所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述粘合性多孔层形成在所述多孔基材的表面和背面。
7.根据权利要求6所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，在所述多孔基材的两面形成的所述粘合性多孔层的两面的总单位面积重量为1.0g/m2～3.0g/m2，
所述粘合性多孔层的一面侧的单位面积重量与另一面侧的单位面积重量之差相对于两面总单位面积重量在20％以下。
8.根据权利要求1所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述多孔基材为含有聚乙烯的聚烯烃微多孔膜。
9.根据权利要求1所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述多孔基材为含有聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃微多孔膜。
10.根据权利要求9所述的非水系二次电池用隔膜，其特征在于，所述聚烯烃微多孔膜为至少2层以上的结构，该2层中的一层含有聚乙烯，另一层含有聚丙烯。
11.非水系二次电池，其使用权利要求1～10中任一项所述的隔膜。
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Application publication date: 20130612

Assignee: SHANGHAI ENJIE NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: TEIJIN Ltd.

Contract record no.: X2022990000978

Denomination of invention: Diaphragm for non-aqueous secondary battery and non-aqueous secondary battery

Granted publication date: 20160120

License type: Common License

Record date: 20221210