CN106104850A - 蓄电装置用分隔件 - Google Patents

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Abstract

一种蓄电装置用分隔件,其具备至少包含多孔膜的基材、和配置于前述基材的至少一个表面的热塑性聚合物,使用对于前述热塑性聚合物进行沃罗诺伊分割得到的沃罗诺伊多边形的面积(Si)、利用下述数学式定义的方差(σ2)为0.01以上且0.7以下(式中,Si为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值,m为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值的平均值,并且n为沃罗诺伊多边形的总数)。

Description

蓄电装置用分隔件
技术领域
本发明涉及蓄电装置用分隔件(以下也仅称为“分隔件”)。
背景技术
近年,以锂离子电池为中心的非水电解液电池的开发活跃。通常对于非水电解液电池而言,将微多孔膜(分隔件)设置于正负极之间。这种分隔件具有防止正负极之间的直接性的接触、并且使微多孔中所保持的电解液通过而使得离子透过的功能。
为了提高非水电解液电池的循环特性、安全性等,对改良分隔件进行了研究。另外,近年随着便携式仪器的小型化以及薄型化,对于锂离子二次电池等蓄电装置也要求小型化以及薄型化。另一方面,为了能够长时间携带便携式仪器,通过提高体积能量密度,蓄电装置的高容量化也得到实现。
以往对于分隔件要求在异常加热的情况下快速地停止电池反应的特性(熔断(fuse)特性)、即使形成高温也维持形状而防止正极物质与负极物质直接反应的危险事态的性能(短路特性)等关于安全性的性能。除了它们之外,最近从充放电电流的均匀化以及锂枝晶抑制的观点考虑,对于分隔件还要求提高与电极的密合性。
通过分隔件与电池电极的密接性良好,不易产生充放电电流的不均匀化,锂枝晶不易析出,因此作为结果,能够延长充放电循环寿命。
例如专利文献1及2中提出了将多孔膜用浆料涂布于电极上或分隔件上从而将分隔件与电极进行粘接固定。
另外,专利文献3及4中提出了在形成于多孔性基材上的多孔性涂覆层之上进一步涂布聚合物溶液作为点阵图案层从而得到分隔件,将该分隔件的点阵图案层侧与电极进行粘接固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2011/040562号
专利文献2:国际公开第2013/151144号
专利文献3:国际公开第2009/096671号
专利文献4:国际公开第2014/017651号
发明内容
发明要解决的问题
但是,专利文献1及2中,由于以聚合物颗粒密集的方式将多孔膜用浆料涂布于电极上或分隔件上,因此产生电池的循环特性降低的问题。
另外,专利文献2及3中,由于以点阵图案层的形式涂布聚合物溶液,因此对应于聚合物溶液涂布部分的基材的孔闭塞,与上述同样地,产生蓄电装置的循环特性降低的问题。
本发明的目的在于,提供即使介由有机涂布膜将电极与分隔件粘接的情况下,蓄电装置的循环特性也不会降低,高温保存特性提高的同时可以减小电极-分隔件粘接体的厚度的蓄电装置用分隔件。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述问题而进行深入研究。其结果发现,将粒状的热塑性聚合物涂布于分隔件表面时,在涂布层或涂布面的至少一部分的区域中,将该粒状的热塑性聚合物调整为特定的分布或聚集状态,由此上述问题得到解决,从而达成了本发明。具体而言,本发明人等发现,通过在分隔件表面中,将离子电阻均匀化,抑制锂离子的集中,抑制金属锂的产生,由此可以提高蓄电装置的高温保存特性;通过使得粒状聚合物适当聚集来配置于分隔件表面,即使粒状聚合物层为薄膜的情况下,也能够在电极与分隔件之间表现出充分的粘接。而且,基于这种发现达成了本发明。
即,本发明如以下所述:
[1]一种蓄电装置用分隔件,其具备至少包含多孔膜的基材、和配置于前述基材的至少一个表面的热塑性聚合物,
使用对于前述热塑性聚合物进行沃罗诺伊(Voronoi)分割得到的沃罗诺伊多边形的面积(Si)、利用下述数学式定义的方差(σ2)为0.01以上且0.7以下。
σ 2 = Σ i ( S i m - 1 ) 2 n
(式中,Si为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值,m为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值的平均值,并且n为沃罗诺伊多边形的总数)
[2]根据[1]所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述方差(σ2)为0.01以上且0.6以下。
[3]根据[1]所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述方差(σ2)为0.01以上且0.5以下。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物为粒状。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物的平均粒径为10nm~2000nm。
[6]根据[1]~[4]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物的平均粒径为50nm~1500nm。
[7]根据[1]~[4]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物的平均粒径为100nm~1000nm。
[8]根据[1]~[4]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物的平均粒径为130nm~800nm。
[9]根据[1]~[8]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物的面积密度为30%以上且80%以下。
[10]根据[1]~[9]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物实质上不互相重叠地存在。
[11]根据[1]~[10]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物所具有的1720cm-1~1750cm-1波长时的红外吸收峰强度与740cm-1~770cm-1波长时的红外吸收峰强度之比为1~18。
[12]根据[1]~[10]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物所具有的2220cm-1~2260cm-1波长时的红外吸收峰强度与1720cm-1~1750cm-1波长时的红外吸收峰强度之比为0.001~0.320。
[13]根据[1]~[10]中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述热塑性聚合物含有选自由下述(1)~(3)组成的组中的至少一种:
(1)具有(甲基)丙烯酸酯作为单体单元的共聚物(其中下述(2)共聚物和(3)共聚物除外。)、
(2)具备具有氰基的单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物、和
(3)具有芳香族乙烯基化合物和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物。
[14]根据[13]所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述具有氰基的单体为(甲基)丙烯腈。
[15]根据[13]所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述芳香族乙烯基化合物为苯乙烯。
[16]一种蓄电装置,其装载有[1]~[15]中任一项所述的蓄电装置用分隔件。
[17]一种蓄电装置用分隔件的制造方法,其包括:
将含有前述热塑性聚合物的溶液的粘度调整到20mPa·s以上的工序、和
对于包含多孔膜的基材赋予剪切力并且涂布前述调整后的热塑性聚合物溶液的工序。
[18]根据[1]所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述方差(σ2)是由用倍率1万倍的扫描电子显微镜对配置于前述基材的热塑性聚合物进行拍摄得到的拍摄图像算出的。
[19]根据[18]所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述方差(σ2)定义为由如以下那样设定的测定视野分别算出的95个方差(σ2)的平均值,
i)各测定视野:用扫描电子显微镜拍摄得到的图像
ii)视野的设定方法:
a)设定起点的视野,
b)设定包括由相对于前述起点的视野在横向依次邻接的区域构成的视野9个、由相对于前述起点的视野在纵向依次邻接的区域构成的视野9个、和前述起点的视野这19个视野,
c)将被前述19个视野规定的区域设定为起点的分区,
d)设定由相对于前述起点的分区以10mm间隔在单轴向依次邻接的区域构成的分区4个,
e)对于前述4个分区,在与前述起点的分区中的19个视野相似的位置各设定19个视野,接着
f)将前述4个分区和前述起点的分区中的全部95个视野(19个视野×5个分区)设定为测定视野。
[20]根据[19]所述的蓄电装置用分隔件,其中,前述各测定视野为设定成在1个视野观察到的热塑性聚合物颗粒数为80~200个的倍率来拍摄得到的拍摄图像。
发明的效果
根据本发明,分隔件与电极之间的粘接性提高、蓄电装置的高温保存特性和循环特性提高、并且可以达成电极-分隔件粘接体的薄膜化。
附图说明
图1表示观察聚合物层的表面的照片的一例。
图2表示对于图1的观察视野中含有的热塑性聚合物使用图像处理软件自动地进行特定的结果的一例。
图3表示对于图2中特定的多个颗粒进行沃罗诺伊分割而得到沃罗诺伊多边形的结果的一例。
图4表示对于图3中得到的沃罗诺伊多边形的面积使用图像处理软件自动地算出的结果的一例。
图5表示设定包括观察配置于分隔件上的热塑性聚合物颗粒的95个视野中的19个视野的1个分区的方法的一例。
图6表示设定包括观察配置于分隔件上的热塑性聚合物颗粒的95个视野的5个分区的方法的一例。
具体实施方式
以下对用于实施本发明的方式(以下简称为“本实施方式”)进行详细说明。本发明不被以下的实施方式所限定,可以在其主旨的范围内进行各种变形来实施。
对本发明的蓄电装置用分隔件进行说明。
本发明的蓄电装置用分隔件具备至少包含多孔膜的基材、和配置于前述基材的至少一个表面的热塑性聚合物。对于该分隔件而言,对于前述热塑性聚合物进行沃罗诺伊分割得到的沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)为0.01以上且0.7以下。前述热塑性聚合物优选为粒状。该粒状的热塑性聚合物的面积密度优选为30%以上且80%以下。
以下对本发明的蓄电装置用分隔件的各结构进行说明。
[聚合物层]
对含有热塑性聚合物的层(聚合物层)进行说明。
上述聚合物层形成于多孔膜、或在至少一个表面具有含有无机填料和树脂制粘结剂的多孔层的多孔膜(也将它们总称为“基材”)的至少一单面上。聚合物层形成于前述基材的至少单面的至少一部分的区域即可。
上述聚合物层通过经过热压的工序,可以使得电极与分隔件之间粘接。即,前述聚合物层能够作为粘接层发挥功能。
聚合物层对于基材的负载量,按固体成分计优选为0.05g/m2以上且1.50g/m2以下、更优选为0.07g/m2以上且1.00g/m2以下、进一步优选为0.10g/m2以上且0.70g/m2以下。在所得到的分隔件中,从表现出抑制由于基材的孔的闭塞所导致的循环特性(透过性)的降低、并且进一步提高聚合物层与基材的粘接力的效果的观点考虑,优选将聚合物层对于基材的负载量控制于0.05g/m2以上且1.50g/m2以下的范围内。
聚合物层对于基材的负载量例如可以通过变更涂布液中的热塑性聚合物含量、热塑性聚合物溶液的涂布量等来调整。但是,负载量的调整方法不限于上述。
聚合物层相对于基材的每一表面的表面积,优选以80%以下的表面覆盖率存在于基材的表面上,更优选以70%以下、进一步优选以60%以下的表面覆盖率存在于基材的表面上。另外,优选聚合物层以5%以上的表面覆盖率存在于基材的表面上。从进一步抑制由于热塑性聚合物所导致的基材的孔的闭塞、进一步提高分隔件的透过性的观点考虑,优选该聚合物层的表面覆盖率设为80%以下。另一方面,从进一步提高与电极的粘接性的观点考虑,优选表面覆盖率设为5%以上。
聚合物层的表面覆盖率例如可以通过在后述的分隔件的制造方法中,变更涂布于基材的涂布液中的热塑性聚合物含量、涂布液的涂布量、以及涂布方法及涂布条件来调整。但是,表面覆盖率的调整方法不限于它们。
对聚合物层的平均厚度没有特别限定,但是优选为2.0μm以下、更优选为1.0μm以下、进一步优选为0.5μm以下。从抑制由于聚合物层所导致的透过性的降低、并且有效地抑制将分隔件以卷形式保管时的聚合物层之间或聚合物层与基材的粘贴的观点考虑,优选聚合物层的平均厚度设为2.0μm以下。聚合物层的平均厚度例如可以通过变更涂布于基材的涂布液中的热塑性聚合物含量、涂布液的涂布量、以及涂布方法及涂布条件来调整。但是,聚合物层的平均厚度的调整方法不限于它们。
聚合物层中的热塑性聚合物优选含有粒状的热塑性聚合物、更优选热塑性聚合物全部为粒状的热塑性聚合物。
本实施方式的蓄电装置用分隔件中,优选粒状的热塑性聚合物的面积密度为30%以上且80%以下。
粒状的热塑性聚合物的面积密度指的是对于分隔件表面以特定的视野进行观察时,在该观察视野中,通过下式算出的值:
面积密度(%)=100×(所有粒状的热塑性聚合物的投影面积之和/分隔件表面的投影面积)
若该面积密度为30%以上则存在分隔件与电极之间的粘接性优异的倾向。若该面积密度为80%以下则存在蓄电装置的循环特性优异并且可以使得电极-分隔件粘接体变薄的倾向。粒状的热塑性聚合物的面积密度更优选为30%以上且70%以下、进一步优选为30%以上且65%以下。
对于本实施方式的蓄电装置用分隔件,对于热塑性聚合物进行沃罗诺伊分割得到的沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)为0.01以上且0.7以下。在此所称的热塑性聚合物优选为粒状。
沃罗诺伊分割指的是根据对于配置于某距离空间上的任意的位置的多个点(母点),同一空间上的其它点与哪个母点接近来划分区域。包括如此得到的区域的图被称为沃罗诺伊图。通常在沃罗诺伊图中,多个区域的交界线形成各母点的二等分线的一部分,并且各区域形成多边形(沃罗诺伊多边形)。
对于分隔件表面以特定的视野进行观察时,在该观察视野中,将一个热塑性聚合物颗粒看作具有平均直径(l)的一个圆。接着在所邻接的多个热塑性聚合物颗粒之间分别绘制垂直二等分线,对于各颗粒,被前述垂直二等分线包围的多边形称为“沃罗诺伊多边形”。
沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)指的是通过下式{式中,si为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值,m为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值的平均值,并且n为沃罗诺伊多边形的总数}算出的值:
σ 2 = Σ i ( S i m - 1 ) 2 n
在观察视野中进行沃罗诺伊分割时,未封闭的区域不作为上式的计算对象。作为未封闭的区域,可列举出例如在观察视野的交界存在颗粒、没有观察到该颗粒的整体时,通过对于该颗粒进行沃罗诺伊分割而得到的区域。
因此,在拍摄分隔件表面的至少一部分的区域得到的图像中,对于位于该图像端部的颗粒,优选确认是否观察到该颗粒整体。
本实施方式中,沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)为表示基材上的粒状的热塑性聚合物的配置的偏差的水平的指标。认为该方差(σ2)表示粒状的热塑性聚合物在涂布面中的分布或聚集状态。若沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)为0.01以上则可以评价粒状的热塑性聚合物适当聚集地配置于分隔件表面。因此,这种情况下,存在电极与分隔件之间的粘接性充分的倾向。若该方差(σ2)为0.7以下则可以评价粒状的热塑性聚合物在分隔件表面中没有过度聚集。因此,这种情况下,分隔件表面中的离子电阻均匀化,锂离子不会集中于表面的特定区域,金属锂的产生得到抑制,因此存在蓄电装置的高温保存特性优异的倾向。该方差(σ2)的值优选为0.01以上且0.6以下、更优选为0.01以上且0.5以下、进一步优选为0.1以上且0.4以下、特别优选为0.1以上且0.35以下。
粒状的热塑性聚合物的平均粒径优选为10nm~2000nm、更优选为50nm~1500nm、进一步优选为100nm~1000nm、特别优选为130nm~800nm、尤其优选为150~800nm、最优选为200~750nm。该平均粒径为10nm以上意味着在至少包含多孔膜的基材上涂布粒状的热塑性聚合物时可确保不会进入到基材的孔的程度的粒状的热塑性聚合物的尺寸。因此,从提高电极与分隔件之间的粘接性、以及蓄电装置的循环特性的观点考虑,优选为该情况。另外,从将对于兼具电极与分隔件的粘接性、以及蓄电装置的循环特性而言必要量的粒状的热塑性聚合物涂布于基材上的观点考虑,优选该平均粒径为2000nm以下。粒状的热塑性聚合物的平均粒径可以根据下述实施例中记载的方法测定。
为了知道粒状的热塑性聚合物(以下也称为“热塑性聚合物颗粒”)的面积密度、和对于热塑性聚合物颗粒进行沃罗诺伊分割得到的沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2),观察分隔件表面。该观察手段根据涂布于分隔件上的热塑性聚合物颗粒的尺寸或分布状态适当选定,可以采用任意的方法。例如可以使用电子显微镜、原子间力显微镜、光学显微镜、微分干涉差显微镜等。它们之中,对本实施方式那样的分散颗粒的分布状态进行操作的情况下,优选使用电子显微镜或原子间力显微镜。
在观察视野内,应该确保涂布于分隔件表面的聚合物层的平均的观察视野。另外,应该适当调整该观察视野中的投影面积以掌握分散颗粒的平均的分布状态。例如作为计算对象采用的分散颗粒优选为约80个~200个/1个视野。该观察视野可以通过利用预先设定的观测手段和倍率观察聚合物层来得到。例如图1为观测手段设为扫描电子显微镜、倍率设为1万倍、观察聚合物层的表面得到的照片的一例。图1明确地捕捉到粒径约500nm的热塑性聚合物颗粒分散、存在于聚合物层的表面的状态。通过如此捕捉到热塑性聚合物颗粒分散于聚合物层的表面的状态,可以通过沃罗诺伊分割分析热塑性聚合物颗粒的分散状态。
使用扫描电子显微镜的观察中,根据热塑性聚合物颗粒的粒径,设定对于利用沃罗诺伊分割的分析而言适当的倍率。具体而言,设定成1个视野中观察到的热塑性聚合物颗粒数优选为40个~300个、更优选为60个~240个、进一步优选为80个~200个的倍率。由此,可以适当进行利用沃罗诺伊分割的分析。例如若粒径为500nm左右则倍率设为1万倍是适当的,若粒径为200nm左右则倍率设定为3万倍左右的倍率对于利用沃罗诺伊分割的分析而言是适当的。
特定通过上述观察方法得到的观察视野中含有的热塑性聚合物颗粒。例如用肉眼或使用图像处理软件、由观察视野特定热塑性聚合物颗粒。图2为表示对于图1的观察视野中含有的热塑性聚合物颗粒使用图像处理软件自动地进行特定的结果的一例。通过在预先设定的方法和倍率的观察视野中特定热塑性聚合物颗粒,计算颗粒的总数、各颗粒的直径、和各颗粒的投影面积(后文叙述、也参照图3)。此时,优选仅特定整体包含于观察视野内的颗粒。
对于分隔件表面的特定的观察视野中特定的热塑性聚合物颗粒,可以进行由上述定义的沃罗诺伊分割。具体而言,拍摄在分隔件表面涂布热塑性聚合物后的涂布膜表面,得到图像。将所得到的图像中特定的热塑性聚合物颗粒看作平均直径(l)的圆,进行沃罗诺伊分割,由此可以描绘沃罗诺伊多边形。例如可以手动或使用图像处理软件描绘沃罗诺伊多边形。而且,算出所描绘的沃罗诺伊多边形的面积。
例如图3为对于图2中特定的多个热塑性聚合物颗粒进行沃罗诺伊分割得到沃罗诺伊多边形的结果的一例。对于图3所示的沃罗诺伊多边形中、封闭的区域和所对应的沃罗诺伊多边形的数量和面积,使用图像处理软件自动地算出的结果如图4所示。
通过上述的观察方法和图像处理方法,确定观察视野中的投影面积并且得到该视野中的热塑性聚合物颗粒的总数、投影面积、和沃罗诺伊多边形的面积。接着,根据上述定义,对于该视野中的热塑性聚合物颗粒,可以算出面积密度、和沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)。
但是,热塑性聚合物颗粒的分布有可能根据观测视野变化而变化。因此,作为面积密度和方差(σ2),优选采用对于多个观察视野分别算出的值的平均值。作为该视野数,优选为3个以上。
特别优选采用对于如下所述确定的95个视野算出的值的平均值。
i)各测定视野:用扫描电子显微镜拍摄得到的图像
ii)视野的设定方法:
a)设定起点的视野,
b)设定包括由相对于前述起点的视野在横向依次邻接的区域构成的视野9个、由相对于前述起点的视野在纵向依次邻接的区域构成的视野9个、和前述起点的视野这19个视野,
c)将被前述19个视野规定的区域设定为起点的分区,
d)设定由相对于前述起点的分区以10mm间隔在单轴向依次邻接的区域构成的分区4个,
e)对于前述4个分区,在与前述起点的分区中的19个视野相似的位置各设定19个视野,接着
f)将前述4个分区和前述起点的分区中的全部95个视野(19个视野×5个分区)设定为测定视野。
前述各测定视野优选为设定成1个视野观察到的热塑性聚合物颗粒数为80~200个的倍率进行拍摄得到的拍摄图像。
以下边参照附图边对本实施方式中的95个视野的优选设定方法进行说明。
i)作为拍摄图像,如上所述,优选采用以倍率1万倍的扫描电子显微镜拍摄的图像。例如为图5所示的图像。图5为模型地示出用倍率1万倍的扫描电子显微镜拍摄的基材上的热塑性聚合物颗粒的图像的一部分的图。
该图5的图像中,首先设定起点的视野(10)。1个视野通过用倍率1万倍的扫描电子显微镜拍摄的图像构成,因此该1个视野的大小为10μm×10μm左右,构成适于将热塑性聚合物颗粒作为基准的沃罗诺伊分割评价的视野。接着,设定相对于前述起点的视野(10)在横向(X轴向)依次邻接的9个视野(1~9)。这些视野(1~9)分别由与起点的视野(10)相同倍率的拍摄图像构成,与邻接的区域的一边作为共通并在同一方向依次设定。接着,设定相对于前述起点的视野(10)在纵向依次邻接的9个视野(11~19)。这些视野(11~19)分别由与起点的视野(10)相同的区域构成,与邻接的区域的一边作为共通并在同一方向依次设定。
接着,将通过前述的19个视野规定的区域设定为起点的分区(I)。该起点的分区(I)由图5中的视野1~10的上边、和视野10~19的右边作为2边的正方形的区域构成,因此1个分区的大小为100μm×100μm左右,相当于用倍率1000倍的扫描电子显微镜拍摄的图像,由构成分区(I)的19个视野算出的方差可以作为更正确地代表分隔件表面的状态的值进行评价。
本实施方式中,为了进一步正确地评价分隔件表面的状态,设置5个与上述1个分区同等的分区来实施评价。具体而言,参照图6。图6为图5所示的基材上的热塑性聚合物颗粒的图像的整体图像。该图6中,相对于前述起点的分区(I)以10mm间隔设定在单轴向依次邻接的4个分区(II~V)。这些4个分区分别由与起点的分区(I)相同的区域构成。
接着,对于这些4个分区(II~V),在与前述起点的分区(I)中的19个视野相似的位置各设定19个视野。接着,将前述4个分区(II~V)和前述起点的视野(I)中的全部95个视野(19个视野×5个分区)设定为基材上的热塑性聚合物颗粒的观察视野。
上述的分隔件表面的观察,优选对于分隔件表面中的不参与离子传导的区域进行。例如可以对于刚制造之后的还没有编入到蓄电元件的状态的分隔件进行观察。蓄电元件为使用中或使用后的情况下,对于分隔件中的所谓“耳”的部分(分隔件的外缘部附近、不参与离子传导的区域)进行观察也为本实施方式中的优选方式。
如由上述评价方法理解那样,将95个视野设为观察对象的情况下,将长度约40mm的分隔件片设为测定对象,因此可以正确地评价分隔件表面中的热塑性聚合物的分散状态。
对于热塑性聚合物颗粒可以进行上述的沃罗诺伊分割表示在形成于基材上的聚合物层中,该热塑性聚合物颗粒实质上不互相重叠、而以单层的颗粒的形式存在。例如在聚合物层中,热塑性聚合物之间互相重叠多层的情况下,单一颗粒所占有的面积的概念不成立,因此不能进行沃罗诺伊分割。
本实施方式中的分隔件,优选形成于基材上的聚合物层中的热塑性聚合物颗粒以实质上不互相重叠的方式配置,并且将上述面积密度和方差(σ2)分别调整到上述范围内。
作为将热塑性聚合物的面积密度和方差(σ2)调整到上述范围内的手段,没有限定,例如可以通过变更涂布于基材的涂布液中的热塑性聚合物含量、涂布液的涂布量、以及涂布方法及涂布条件来调整。更具体而言,通过将热塑性聚合物溶液的粘度调整得高、对于多孔膜的被涂布面施加剪切力的同时进行涂布,由此可以在上述范围内分散、配置热塑性聚合物。
对于聚合物层在基材上的存在形态(图案)没有特别限定,但是优选以满足上述方差的方式使热塑性聚合物颗粒相互分散、存在于基材的全部表面。热塑性聚合物颗粒也可以在一部分的区域形成簇(cluster),但是作为整体需要以满足上述方差的范围的程度分散各颗粒。另外,在其一部分的区域中聚合物颗粒之间也可以重叠,但是作为整体需要以满足上述方差的范围的程度分散各颗粒。
在基材上聚合物层以图案状存在的情况下,上述的面积密度和方差(σ2)优选使用拍摄聚合物层所存在的区域而得到的图像分别进行评价。
作为上述聚合物层中含有的热塑性聚合物的具体例,可列举出以下的1)~4)。
1)共轭二烯系聚合物、
2)丙烯酸系聚合物、
3)聚乙烯醇系树脂、和
4)含氟树脂。
其中,从与电极的相容难易度的观点考虑,优选为上述1)共轭二烯系聚合物,从耐电压性的观点考虑,优选为上述2)丙烯酸系聚合物和4)含氟树脂。
另外,上述聚合物层相对于其总量含有优选60质量%以上、更优选90质量%以上、进一步优选95质量%以上、特别优选98质量%以上的上述热塑性聚合物。
进而,上述聚合物层除了上述热塑性聚合物以外,可以还含有不会损害本发明的问题解决的程度的其它成分。
上述1)共轭二烯系聚合物为含有共轭二烯化合物作为单体单元的聚合物。作为上述共轭二烯化合物,可列举出例如1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、取代直链共轭戊二烯类、取代及侧链共轭己二烯类等,它们可以单独使用一种或组合使用两种以上。其中,特别优选为1,3-丁二烯。
另外,共轭二烯系聚合物也可以含有后述的(甲基)丙烯酸系化合物或其它单体作为单体单元。具体而言,例如为苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其氢化物等。
上述2)丙烯酸系聚合物为含有(甲基)丙烯酸系化合物作为单体单元的聚合物。上述(甲基)丙烯酸系化合物表示选自由(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯组成的组中的至少一种。
作为这种化合物,可列举出例如下述式(P1)所示的化合物。
CH2=CRY1-COO-RY2 (P1)
式(P1)中,RY1表示氢原子或甲基、RY2表示氢原子或一价烃基。RY2为一价烃基的情况下,可以具有取代基并且可以在链内具有杂原子。作为一价烃基,可列举出例如可以为直链或支链的链状烷基、环烷基和芳基。另外,作为取代基,可列举出例如羟基和苯基,作为杂原子,可列举出例如卤原子、氧原子等。(甲基)丙烯酸系化合物单独使用一种或组合两种来使用。
作为这种(甲基)丙烯酸系化合物,可列举出(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸链状烷基酯、(甲基)丙烯酸环烷基酯、具有羟基的(甲基)丙烯酸酯、含有苯基的(甲基)丙烯酸酯等。
对于作为RY2的一种的链状烷基,更具体而言,可列举出甲基、乙基、正丙基和异丙基的、碳数为1~3的链状烷基;正丁基、异丁基、叔丁基、正己基、2-乙基己基和月桂基等的、碳数为4以上的链状烷基。另外,对于作为RY2的一种的芳基,可列举出例如苯基。
作为具有这种RY2的(甲基)丙烯酸酯单体的具体例,可列举出例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯等具有链状烷基的(甲基)丙烯酸酯;
(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯等具有芳香环的(甲基)丙烯酸酯。
它们之中,从提高与电极(电极活性物质)的密合性的观点考虑,优选为具有碳数为4以上的链状烷基的单体,更具体而言,RY2为碳数4以上的链状烷基的(甲基)丙烯酸酯单体。更具体而言,优选为选自由丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸2-乙基己酯组成的组中的至少一种。需要说明的是,对碳数为4以上的链状烷基中的碳数的上限没有特别限定,例如可以为14,但是优选为7。这些(甲基)丙烯酸酯单体单独使用一种或组合两种以上来使用。
对于(甲基)丙烯酸酯单体,替代上述具有碳数为4以上的链状烷基的单体或者除该单体之外,也优选含有具有环烷基作为RY2的单体。由此,与电极的密合性进一步提高。
作为这种具有环烷基的单体,更具体而言,可列举出例如(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸金刚烷基酯等。构成环烷基的脂环的碳原子数优选为4~8、更优选为6和7、特别优选为6。另外,环烷基可以具有或不具有取代基。作为取代基,可列举出例如甲基和叔丁基。它们之中,选自由丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸环己酯组成的组中的至少一种,从丙烯酸系聚合物制造时的聚合稳定性良好的观点考虑优选。它们单独使用一种或组合两种以上来使用。
另外,丙烯酸系聚合物优选作为(甲基)丙烯酸酯单体,替代上述单体或者除此之外、优选除上述单体之外,含有交联性单体。作为交联性单体,没有特别限定,可列举出例如具有两个以上的自由基聚合性的双键的单体、具有聚合中或聚合后赋予自身交联结构的官能团的单体等。它们单独使用一种或组合两种以上来使用。
作为具有两个以上的自由基聚合性的双键的单体,可列举出例如二乙烯基苯、多官能(甲基)丙烯酸酯。上述多官能(甲基)丙烯酸酯可以为选自由双官能(甲基)丙烯酸酯、三官能(甲基)丙烯酸酯和四官能(甲基)丙烯酸酯组成的组中的至少一种。具体而言,可列举出例如聚氧亚乙基二丙烯酸酯、聚氧亚乙基二甲基丙烯酸酯、聚氧亚丙基二丙烯酸酯、聚氧亚丙基二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、丁二醇二丙烯酸酯、丁二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯等。它们单独使用一种或组合两种以上来使用。其中,从与上述同样的观点考虑,优选为选自由三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯组成的组中的至少一种。
作为具有聚合中或聚合后赋予自身交联结构的官能团的单体,可列举出例如具有环氧基的单体、具有羟甲基的单体、具有烷氧基甲基的单体、具有水解性甲硅烷基的单体等。作为上述具有环氧基的单体,优选为具有烷氧基甲基的烯属不饱和单体,具体而言,可列举出例如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸2,3-环氧环己酯、(甲基)丙烯酸3,4-环氧环己酯、烯丙基缩水甘油基醚等。
作为具有羟甲基的单体,可列举出例如N-羟甲基丙烯酰胺、N-(羟甲基)甲基丙烯酰胺、二羟甲基丙烯酰胺、(二羟甲基)甲基丙烯酰胺等。
作为上述具有烷氧基甲基的单体,优选为具有烷氧基甲基的烯属不饱和单体,具体而言,可列举出例如N-(甲氧基甲基)丙烯酰胺、N-(甲氧基甲基)甲基丙烯酰胺、N-(丁氧基甲基)丙烯酰胺、N-(丁氧基甲基)甲基丙烯酰胺等。
作为上述具有水解性甲硅烷基的单体,可列举出例如乙烯基硅烷、γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷等。
它们单独使用一种或组合两种以上来使用。
另外,上述丙烯酸系聚合物为了改良各种品质和物性,可以还具有上述以外的单体作为单体单元。作为这种单体,可列举出例如具有羧基的单体(其中,(甲基)丙烯酸除外)、具有酰胺基的单体、具有氰基的单体、具有羟基的单体、芳香族乙烯基单体等。
进而,根据需要也可以使用具有磺酸基、磷酸基等官能团的各种乙烯基系单体,以及乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、乙烯基吡咯烷酮、甲基乙烯基酮、丁二烯、乙烯、丙烯、氯乙烯、偏二氯乙烯等。
它们单独使用一种或组合两种以上来使用。另外,上述其它单体可以同时属于上述各单体中两种以上。
作为具有酰胺基的单体,可列举出例如(甲基)丙烯酰胺等。
作为具有氰基的单体,优选为具有氰基的烯属不饱和单体,具体而言,可列举出例如(甲基)丙烯腈等。
作为具有羟基的单体,可列举出例如(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等。
作为芳香族乙烯基单体,可列举出例如苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯等。优选为苯乙烯。
上述丙烯酸系聚合物中含有(甲基)丙烯酸系化合物作为单体单元的比率,相对于丙烯酸系聚合物100质量%,优选为5~95质量%。其下限值更优选为15质量%、进一步优选为20质量%、特别优选为30质量%。若上述单体单元的含有比率为5质量%以上则从对基材的粘合性和耐氧化性的观点考虑优选。另一方面,更优选的上限值为92质量%、进一步优选的上限值为80质量%、特别优选的上限值为60质量%。若上述单体的含有比率为95质量%以下则由于与基材的密合性提高而优选。
丙烯酸系聚合物具有(甲基)丙烯酸链状烷基酯或(甲基)丙烯酸环烷基酯作为单体单元的情况下,对于它们的含有比率的总和,相对于丙烯酸系聚合物100质量%,优选为3~92质量%、更优选为10~90质量%、进一步优选为15~75质量%、特别优选为25~55质量%。若这些单体的含有比率为3质量%以上则从耐氧化性提高的观点考虑优选,若为92质量%以下则由于与基材的粘合性提高而优选。
丙烯酸系聚合物含有(甲基)丙烯酸作为单体单元的情况下,其含有比率相对于丙烯酸系聚合物100质量%,优选为0.1~5质量%。若上述单体的含有比率为0.1质量%以上则分隔件存在溶胀状态下的缓冲性提高的倾向,若为5质量%以下则存在聚合稳定性变得良好的倾向。
丙烯酸系聚合物含有交联性单体作为单体单元的情况下,对于丙烯酸系聚合物中的交联性单体的含有比率,相对于丙烯酸系聚合物100质量%,优选为0.01~10质量%、更优选为0.1~5质量%、进一步优选为0.1~3质量%。若上述单体的含有比率为0.01质量%以上则耐电解液性进一步提高,若为10质量%以下则可以进一步抑制溶胀状态下的缓冲性的降低。
作为本实施方式中的丙烯酸系聚合物,优选为以下的任意一种方式。以下的共聚比率都为将共聚物100质量份作为基准的值。
(1)具有(甲基)丙烯酸酯作为单体单元的共聚物(其中,下述的(2)共聚物和(3)共聚物除外),优选为:
(甲基)丙烯酸5质量%以下(更优选0.1~5质量%),
(甲基)丙烯酸酯单体3~92质量%(更优选10~90质量%、进一步优选15~75质量%、特别优选25~55质量%),
选自由具有酰胺基的单体、具有氰基的单体、和具有羟基的单体组成的组中的至少一种单体15质量%以下(更优选10质量%以下),和
交联性单体10质量%以下(更优选0.01~5质量%、进一步优选0.1~3质量%)的共聚物;
(2)具有芳香族乙烯基单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物,优选为:
芳香族乙烯基单体5~95质量%(更优选10~92质量%、进一步优选25~80质量%、特别优选40~60质量%),
(甲基)丙烯酸5质量%以下(更优选0.1~5质量%),
(甲基)丙烯酸酯单体5~95质量%(更优选15~85质量%、进一步优选20~80质量%、特别优选30~75质量%),
选自由具有酰胺基的单体、具有氰基的单体、和具有羟基的单体组成的组中的至少一种单体10质量%以下(更优选5质量%以下),和
交联性单体10质量%以下(更优选0.01~5质量%、进一步优选0.1~3质量%)的共聚物;以及
(3)具备具有氰基的单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物,优选为:
具有氰基的单体1~95质量%(更优选5~90质量%、进一步优选50~85质量%),
(甲基)丙烯酸5质量%以下(优选0.1~5质量%),
(甲基)丙烯酸酯单体1~95质量%(更优选5~85质量%、进一步优选10~50质量%),
选自由具有酰胺基的单体、具有氰基的单体、和具有羟基的单体组成的组中的至少一种单体10质量%以下(更优选5质量%以下),和
交联性单体10质量%以下(更优选0.01~5质量%、进一步优选0.1~3质量%)的共聚物。
上述(2)共聚物中,作为(甲基)丙烯酸酯单体,优选含有(甲基)丙烯酸的烃酯。此时的(甲基)丙烯酸的烃酯的共聚比率优选为0.1~5质量%。另外,上述(2)共聚物具备具有酰胺基的单体成分的情况下,其共聚比率优选为0.1~5质量%。进而上述(2)共聚物具备具有羟基的单体成分的情况下,其共聚比率优选为0.1~5质量%。
上述(3)共聚物中,作为(甲基)丙烯酸酯单体,优选含有选自由(甲基)丙烯酸链状烷基酯和(甲基)丙烯酸环烷基酯组成的组中的至少一种。作为上述(甲基)丙烯酸链状烷基酯,优选为具有碳数6以上的链状烷基的(甲基)丙烯酸酯。(3)共聚物中的(甲基)丙烯酸链状烷基酯的共聚比率优选为1~95质量%、更优选为3~90质量%、进一步优选为5~85质量%。该共聚比率的上限值可以为60质量%、特别是可以为40质量%或30质量%、特别优选为20质量%。(3)共聚物中的(甲基)丙烯酸环己基烷基酯的共聚比率优选为1~95质量%、更优选为3~90质量%、进一步优选为5~85质量%。该共聚比率的上限值可以为60质量%、特别是可以为50质量%、特别优选为40质量%。
另外,上述(3)共聚物具备具有酰胺基的单体成分的情况下,其共聚比率优选为0.1~10质量%、更优选为2~10质量%。进而上述(3)共聚物具备具有羟基的单体成分的情况下,其共聚比率优选为0.1~10质量%、更优选为1~10质量%。
丙烯酸系聚合物例如通过通常的乳液聚合法得到。关于乳液聚合的方法,没有特别限制,可以使用以往公知的方法。
例如水性介质中在以上述单体、表面活性剂、自由基聚合引发剂、和根据需要使用的其它添加剂成分作为基本组成成分的分散系中,将含有上述各单体的单体组合物聚合,由此得到丙烯酸系聚合物。聚合时,根据需要可以利用所供给的单体组合物的组成在全部聚合过程中恒定的方法、通过在聚合过程中依次或连续地使其变化而提供所生成的树脂分散体的颗粒的形态的组成变化的方法等各种方法。丙烯酸系聚合物通过乳液聚合得到的情况下,例如可以为含有水、和分散于该水中的颗粒状的丙烯酸系聚合物的水分散体(胶乳)的形态。
表面活性剂为一分子中至少具有一个以上亲水基和一个以上亲油基的化合物。各种表面活性剂中存在非反应性表面活性剂和反应性表面活性剂,优选为反应性表面活性剂、更优选为阴离子性的反应性表面活性剂、进一步优选为具有磺酸基的反应性表面活性剂。
上述表面活性剂相对于单体组合物100质量份优选使用0.1~5质量份。表面活性剂单独使用一种或组合两种以上来使用。
作为自由基聚合引发剂,为通过热或还原性物质、进行自由基分解而引发单体的加聚的物质,可以使用无机系引发剂和有机系引发剂中的任意一种。另外,作为自由基聚合引发剂,可以使用水溶性或油溶性的聚合引发剂。
相对于单体组合物100质量份,可以优选使用0.05~2质量份的自由基聚合引发剂。自由基聚合引发剂可以单独使用一种或组合两种以上来使用。
作为上述3)聚乙烯醇系树脂,可列举出例如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯等;
作为上述4)含氟树脂,可列举出例如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物等。
上述热塑性聚合物之中,为了提高分隔件与电极的粘接性、蓄电装置的高温保存特性和循环特性,并且达成电极-分隔件粘接体的薄膜化,优选为由含有单体、乳化剂、引发剂和水的乳液形成的丙烯酸系共聚物胶乳。若将该丙烯酸系共聚物胶乳涂布于基材则在基材上形成粒状并且适当聚集,因此从控制热塑性聚合物颗粒的面积密度和沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)的观点考虑优选。
对热塑性聚合物的玻璃化转变温度(以下也记载为“Tg”)没有特别限定,可以为-50℃以上、优选为20℃以上、更优选为20℃~120℃、进一步优选为20℃~100℃。若热塑性聚合物的Tg为20℃以上则可以抑制具备上述聚合物层的分隔件的最表面发粘,存在操作性提高的倾向。另外,若Tg为120℃以下则存在分隔件与电极(电极活性物质)的密合性变得更良好的倾向。
在此,玻璃化转变温度由利用差示扫描量热测定(DSC)得到的DSC曲线确定。具体而言,通过DSC曲线中的低温侧的基线在高温侧延长的直线、与玻璃化转变的阶梯状变化部分的拐点中的切线的交点确定。
另外,“玻璃化转变”指的是DSC中作为试验片的聚合物的状态变化伴随的热量变化产生于吸热侧。这种热量变化在DSC曲线中以阶梯状变化的形状的形式被观测到。“阶梯状变化”指的是DSC曲线中,曲线由至此的低温侧的基线远离、移动到新的高温侧的基线为止的部分。需要说明的是,阶梯状变化和峰组合的情况也包含于阶梯状变化。
进而,“拐点”指的是DSC曲线的阶梯状变化部分的梯度为最大的点。另外,阶梯状变化部分中,将上侧作为放热侧的情况下,也可以表现为上凸的曲线变化为下凸的曲线的点。“峰”指的是DSC曲线中,曲线由低温侧的基线远离后再次返回到相同的基线为止的部分。“基线”指的是试验片不会产生转变和反应的温度区域的DSC曲线。
热塑性聚合物的Tg例如可以通过变更热塑性聚合物的制造中使用的单体的种类和各单体的配混比来适当调整。热塑性聚合物的Tg,可以由对于其制造中使用的各单体通常所示的其均聚物的Tg(例如记载于“聚合物手册(polymer handbook)”(A WILEY-INTERSCIENCE PUBLICATION))和单体的配混比大体推定。例如以高比率配混赋予约100℃的Tg的聚合物的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、和丙烯腈等单体的热塑性聚合物具有高的Tg。另外,例如以高比率配混赋予约-80℃的Tg的聚合物的丁二烯、赋予约-50℃的Tg的聚合物的丙烯酸正丁酯和丙烯酸2-乙基己酯等单体的热塑性聚合物具有低的Tg。
另外,聚合物的Tg可以由FOX的式子(下述式(2))估算。需要说明的是,作为热塑性聚合物的玻璃化转变温度,采用通过使用上述DSC的方法测定得到的玻璃化转变温度。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+‥‥+Wi/Tgi+‥‥Wn/Tgn (2)
在此,式(2)中,Tg(K)表示共聚物的Tg、Tgi(K)表示各单体i的均聚物的Tg、Wi表示各单体的质量分数。
对热塑性聚合物的凝胶分数没有特别限定,但是从抑制在电解液中的溶解、以及电池内部的热塑性聚合物的强度维持的观点考虑,优选为80质量%以上、更优选为85质量%以上、进一步优选为90质量%以上。在此,凝胶分数通过甲苯不溶成分的测定求出。
凝胶分数可以通过变更进行聚合的单体成分和各单体的投入比、聚合条件来调整。
对于热塑性聚合物,从循环特性等电池特性的观点考虑,优选具有对于电解液的溶胀性。使得电解液浸渗到干燥了的热塑性聚合物(或热塑性聚合物分散液)规定时间,将洗涤后的热塑性聚合物(A)的质量设为Wa、将A静置于150℃的烘箱中1小时后的质量设为Wb时,可以通过以下的式子算出热塑性聚合物对于电解液的溶胀度。溶胀度优选为6倍以下、更优选为5倍以下、进一步优选为4.5倍以下、特别优选为4倍以下。另外,溶胀度优选为1倍以上、更优选为2倍以上。
热塑性聚合物对于电解液的溶胀度(倍)=(Wa-Wb)÷Wb
需要说明的是,聚合物层含有两种以上共聚物的情况下,溶胀度为各共聚物的溶胀度的加权平均。
本实施方式的分隔件中的热塑性聚合物对于电解液的溶胀性,优选使用包含碳酸亚乙酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂(体积比1:2)的混合溶剂、或碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂(质量比2:3)作为电解液的模型来测定。
本实施方式的分隔件中,通过热塑性聚合物对于碳酸亚乙酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂(体积比1:2)的溶胀度处于上述范围内,在所得到的蓄电装置中表现出优异的循环特性。作为本实施方式的分隔件中的热塑性聚合物,含有上述的(1)具有(甲基)丙烯酸酯作为单体单元的共聚物(其中,(2)共聚物和(3)共聚物除外)的情况下,能够容易地将对于该EC:EMC=1:2(体积比)混合溶剂的溶胀度控制于上述范围内。
本实施方式的分隔件中,热塑性聚合物对于碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂(质量比2:3)的溶胀度优选为0.5倍~6.0倍以下、更优选为1.0倍~5.0倍。通过该溶胀度为6.0倍以下,更有效且切实地抑制分隔件的离子电阻降低,由此可以进一步提高蓄电装置的可靠性,提高速率特性的同时也能够进一步提高膜强度。作为本实施方式的分隔件中的热塑性聚合物,含有选自由上述的
(2)具有芳香族乙烯基单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物、和
(3)具备具有氰基的单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物
组成的组中的一种以上的情况下,能够容易地将该对于EC:DEC=2:3(质量比)混合溶剂的溶胀度控制于上述范围内。
另外,优选热塑性聚合物层具有至少两个玻璃化转变温度。由此,可以更良好地兼具对电极的粘接性和操作性的平衡。
热塑性聚合物层具有至少两个玻璃化转变温度的情况下,优选上述玻璃化转变温度中的至少一个存在于低于20℃的区域。由此,与基材的密合性进一步优异。其结果,发挥分隔件与电极的密合性更优异的效果。从同样的观点考虑,更优选所使用的热塑性聚合物的玻璃化转变温度中的至少一个存在于15℃以下的区域。进一步优选存在于-30℃以上且15℃以下的区域。从提高热塑性聚合物与基材的密合性的同时进一步良好地保持操作性的观点考虑,优选存在于低于20℃的区域的玻璃化转变温度仅存在于-30℃以上且15℃以下的区域。
热塑性聚合物具有至少两个玻璃化转变温度的情况下,优选上述玻璃化转变温度中的至少一个存在于20℃以上的区域。由此,发挥分隔件与电极的粘接性和操作性进一步优异的效果。另外,更优选所使用的热塑性聚合物的玻璃化转变温度中的至少一个存在于20℃以上且120℃以下的区域。进一步优选为50℃以上且120℃以下。通过玻璃化转变温度存在于上述范围内,可以赋予进一步良好的操作性。进而,可以进一步提高通过电池制作时的加压而表现出的电极与分隔件之间的密合性。从进一步提高热塑性聚合物与基材的密合性的同时进一步良好地保持操作性的观点考虑,存在于20℃以上的区域的玻璃化转变温度优选仅存在于20℃以上且120℃以下的区域、更优选仅存在于50℃以上且120℃以下的区域。
热塑性聚合物具有至少两个玻璃化转变温度,例如可以通过将两种以上热塑性聚合物混合的方法、使用具备核壳结构的热塑性聚合物的方法等来达成。但是不限于这些方法。核壳结构指的是属于中心部分的聚合物与属于外壳部分的聚合物由不同组成构成、且为双层结构形态的聚合物。
特别是对于聚合物混合和核壳结构而言,通过将玻璃化转变温度高的聚合物和低的聚合物组合,可以控制热塑性聚合物整体的玻璃化转变温度。另外,可以对热塑性聚合物整体赋予多种功能。
例如混合的情况下,特别是通过将玻璃化转变温度存在于20℃以上的区域的聚合物、和玻璃化转变温度存在于低于20℃的区域的聚合物混合两种以上,可以进一步良好地兼具耐发粘性和对基材的涂布性。作为混合时的混合比,玻璃化转变温度存在于20℃以上的区域的聚合物、与玻璃化转变温度存在于低于20℃的区域的聚合物之比优选处于0.1:99.9~99.9:0.1的范围内、更优选为5:95~95:5、进一步优选为50:50~95:5、特别优选为60:40~90:10。
核壳结构的情况下,通过改变外壳聚合物的种类,可以调整对于其它材料(例如聚烯烃微多孔膜等)的粘接性和相容性。另外,通过变更属于中心部分的聚合物的种类,例如可以调整为对热压后的电极的粘接性提高了的聚合物。或者通过将粘性高的聚合物和弹性高的聚合物组合,也能够控制粘弹性。
需要说明的是,对具备核壳结构的热塑性聚合物的壳的玻璃化转变温度没有特别限定,但是优选低于20℃、更优选为15℃以下、进一步优选为-30℃以上且15℃以下。另外,对具备核壳结构的热塑性聚合物的核的玻璃化转变温度没有特别限定,但是优选为20℃以上、更优选为20℃以上且120℃以下、进一步优选为50℃以上且120℃以下。
对于本实施方式的分隔件的热塑性聚合物进行红外分光分析的情况下,优选满足以下的任意一种条件。
(A)前述热塑性聚合物所具有的1720cm-1~1750cm-1波长时的红外吸收峰强度与740cm-1~770cm-1波长时的红外吸收峰强度之比为1~18,或者
(B)前述热塑性聚合物所具有的2220cm-1~2260cm-1波长时的红外吸收峰强度与1720cm-1~1750cm-1波长时的红外吸收峰强度之比为0.001~0.320。
前述(A)的红外吸收峰强度之比更优选为2~15、进一步优选为5~10。认为波长740~770cm-1的红外峰源自芳香族乙烯基化合物单体的芳香环、波长1720cm-1~1750cm-1的红外峰源自(甲基)丙烯酸酯单体的(甲基)丙烯酰基。因此,在作为热塑性聚合物使用上述(2)具有芳香族乙烯基单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物的情况下,前述(A)的红外吸收峰强度之比容易地实现。对于满足该峰强度比的热塑性聚合物,在芳香族乙烯基化合物单体和(甲基)丙烯酸酯单体的总和设为100质量%的情况下,例如含有约5质量%~50质量%的芳香族乙烯基化合物单体。因此,该热塑性聚合物的使用从对电极的粘接性与操作性的平衡的观点考虑优选。
前述(B)的红外吸收峰强度之比更优选为0.010~0.320、进一步优选为0.170~0.320。认为波长1720cm-1~1750cm-1的红外峰如前文所述源自(甲基)丙烯酸酯单体的(甲基)丙烯酰基。认为另一波长2220cm-1~2260cm-1的红外峰源自前述具有氰基的单体。因此,在作为热塑性聚合物使用上述(3)具备具有氰基的单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物的情况下,前述(B)的红外吸收峰强度之比容易地实现。对于满足该峰强度比的热塑性聚合物,在(甲基)丙烯酸酯单体和具有氰基的单体的总和设为100质量%的情况下,例如含有1质量%~90质量%、优选5质量%~90质量%、更优选50质量%~90质量%的具有氰基的单体。因此,该热塑性聚合物的使用从耐氧化性的观点考虑优选。
上述红外吸收峰强度之比都可以由下述实施例中记载的红外吸收分析求出。
[聚合物层的形成方法]
对于将聚合物层负载于基材的至少一个表面(单面)的方法没有特别限定。
可列举出例如将含有热塑性聚合物的涂布液涂布于基材的至少一个表面后,根据需要去除涂布液的溶剂或分散介质的方法。作为上述涂布液,优选使用聚合物颗粒分散于介质中而成的分散体。
作为上述分散体的固体成分,优选为30质量%~70质量%。
优选分散体中含有玻璃化转变温度不同的多种热塑性聚合物颗粒的混合物。另外,优选多种热塑性聚合物颗粒都具有100nm以上的平均粒径。若将含有上述混合物的分散体涂布于基材则各颗粒在基材上形成粒状、并且适当聚集,因此从控制热塑性聚合物颗粒的面积密度和沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)的观点考虑优选。
具体而言,优选使用具有低于20℃的玻璃化转变温度的热塑性聚合物颗粒(1)、和具有20℃以上的玻璃化转变温度的热塑性聚合物颗粒(2)的混合物。热塑性聚合物颗粒(1)的玻璃化转变温度更优选为15℃以下、进一步优选为-30℃以上且15℃以下。热塑性聚合物颗粒(2)的玻璃化转变温度更优选为20℃以上且120℃以下、进一步优选为50℃以上且120℃以下。此时,优选热塑性聚合物颗粒(1)及(2)都具有约100nm以上的平均粒径、更优选具有100nm以上且1000nm以下的平均粒径、进一步优选具有100nm以上且800nm以下的平均粒径。
作为涂布液中含有的溶剂或分散介质,没有特别限定,但是优选为水。将涂布液涂布于基材时,若涂布液进入至基材的内部则热塑性聚合物闭塞基材的孔的表面及内部,所得到的分隔件的透过性容易降低。从该观点考虑,使用水作为涂布液的溶剂或分散介质的情况下,涂布液不易进入到基材的内部,热塑性聚合物容易主要存在于基材的外表面上。因此,可以更有效地抑制所得到的分隔件的透过性的降低,所以优选。另外,作为该溶剂或分散介质,可以仅使用水、也可以组合使用水、和与水相容的其它溶剂或分散介质。作为能够与水组合使用的溶剂或分散介质,可列举出例如乙醇、甲醇等。
使用水作为介质的情况下,为了保持长期的分散稳定性,优选将其pH调整于5~12的范围内。pH的调整优选使用氨、氢氧化钠、氢氧化钾、二甲基氨基乙醇等胺类,更优选利用氨(水)或氢氧化钠调整pH。
上述分散体中,作为其它成分,可以在不会损害分散体稳定性的范围内含有分散剂、润滑剂、增稠剂、杀菌剂等。
涂布液的粘度优选为20mPa·s以上。通过将涂布液调整为这种粘度,容易实现热塑性聚合物颗粒的优选的面积密度、沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)、以及投影面积(ci)与沃罗诺伊多边形的面积(si)之比(ci/si)。涂布液的粘度更优选为1mPa·s~50mPa·s、进一步优选为10mPa·s~30mPa·s。
本实施方式中,涂布液中含有的热塑性聚合物优选为具有10nm~2000nm这样大的粒径的颗粒。因此,通常含有该热塑性聚合物的涂布液难以形成高粘度。因此,优选在涂布液中含有增稠剂来将涂布液粘度调整到上述范围内。作为在此使用的增稠剂,可列举出例如聚乙二醇类、聚醚类、纤维素类、多糖类、聚丙烯酰胺类、聚N-吡咯烷酮类等。增稠剂的配混比率相对于涂布液的总量优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下。
对于将涂布液涂布于基材的方法,若为可以实现必要的层厚和涂布面积的方法则没有特别限定。可列举出例如照相凹版涂布机法、小径照相凹版涂布机法、逆转辊涂布机法、转送辊涂布机法、吻合辊涂布机法、浸涂机法、刮涂机法、气刀涂布机法、刀片涂布机法、棒涂机法、挤压涂布机法、涂铸机法、模涂机法、丝网印刷法、喷涂法。
在基材上负载聚合物层时,从使得聚合物层的厚度与热塑性聚合物颗粒的直径大致相等的观点考虑,作为涂布装置,优选使用照相凹版涂布机、绕线棒等。特别优选使用照相凹版涂布机、利用逆转辊涂布法对于涂布液施加剪切力的同时进行涂布。
在涂布液的涂布之前对基材表面实施表面处理,从更容易涂布涂布液的同时进一步提高基材与热塑性聚合物的粘接性的观点考虑优选。表面处理的方法,若为不会显著损害基材的结构(例如聚烯烃微多孔膜的多孔结构)的方法则没有特别限定。可列举出例如电晕放电处理法、等离子体处理法、机械的粗糙表面化法、溶剂处理法、酸处理法、紫外线氧化法等。
由涂布于基材的涂布液去除溶剂的情况下,若为对基材不会造成不良影响的方法则没有特别限定。例如使用聚烯烃微多孔膜作为基材的情况下,可列举出将基材固定的同时在其熔点以下的温度下进行干燥的方法、在低温下减压干燥的方法、浸渍于对于热塑性聚合物的不良溶剂而使得热塑性聚合物凝固的同时萃取溶剂的方法等。
[多孔膜]
对本发明中的多孔膜进行说明。
作为上述多孔膜,优选为电子传导性小、具有离子传导性、对于有机溶剂的耐性高、孔径微细的多孔膜。
作为这种多孔膜,可列举出例如含有选自聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚环烯烃、聚醚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、聚芳族聚酰胺、聚环烯烃、尼龙、聚四氟乙烯等中的树脂的多孔膜;聚烯烃系的纤维的编织物(织布);聚烯烃系的纤维的无纺布;聚烯烃系的纤维的纸;绝缘性物质颗粒的集合体等。它们之中,经过涂布工序得到多层多孔膜(分隔件)的情况下,从涂布液的涂布性优异、使得分隔件的膜厚更薄、提高电池等蓄电装置内的活性物质比率而增大单位体积的容量的观点考虑,优选为含有聚烯烃树脂的多孔膜(以下也称为“聚烯烃树脂多孔膜”)。
从提高作为电池用分隔件时的关闭(shutdown)性能等的观点考虑,聚烯烃树脂多孔膜优选为通过聚烯烃树脂占构成多孔膜的树脂成分的50质量%以上且100质量%以下的聚烯烃树脂组合物形成的多孔膜。聚烯烃树脂在聚烯烃树脂组合物中所占的比率更优选为60质量%以上且100质量%以下、进一步优选为70质量%以上且100质量%以下。
作为聚烯烃树脂组合物中含有的聚烯烃树脂,没有特别限定,可列举出例如使用选自乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯等中的α-烯烃作为单体得到的均聚物、共聚物、多段聚合物等。这些聚烯烃树脂可以单独使用或混合两种以上来使用。
其中,从作为电池用分隔件时的关闭特性的观点考虑,作为聚烯烃树脂,优选为聚乙烯、聚丙烯、或者它们的共聚物、或它们的混合物。
作为聚乙烯的具体例,可列举出低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等。
作为聚丙烯的具体例,可列举出全同立构聚丙烯、间规立构聚丙烯、无规立构聚丙烯等。
作为共聚物的具体例,可列举出乙烯-丙烯无规共聚物、乙丙橡胶等。
其中,从作为电池用分隔件时满足低熔点且高强度的要求性能的观点考虑,作为聚烯烃树脂,优选使用聚乙烯、特别优选使用高密度聚乙烯。需要说明的是,本发明中,高密度聚乙烯指的是密度0.942~0.970g/cm3的聚乙烯。需要说明的是,本发明中,聚乙烯的密度指的是根据JIS K7112(1999)中记载的D)密度梯度管法测定得到的值。
另外,从提高多孔膜的耐热性的观点考虑,作为聚烯烃树脂,优选使用聚乙烯和聚丙烯的混合物。此时,聚烯烃树脂组合物中的相对于总聚烯烃树脂的聚丙烯的比率,从兼具耐热性和良好的关闭功能的观点考虑,优选为1~35质量%、更优选为3~20质量%、进一步优选为4~10质量%。
聚烯烃树脂组合物中可以含有任意的添加剂。作为添加剂,可列举出例如聚烯烃树脂以外的聚合物;无机填料;酚系、磷系、硫系等抗氧化剂;硬脂酸钙、硬脂酸锌等金属皂类;紫外线吸收剂;光稳定剂;抗静电剂;防雾剂;着色颜料等。从提高关闭性能等的观点考虑优选这些添加剂的总添加量相对于聚烯烃树脂100质量份为20质量份以下、更优选为10质量份以下、进一步优选为5质量份以下。
多孔膜由于具有很多非常小的孔聚集而形成致密的连通孔的多孔结构,因此具有下述特征:离子传导性非常优异的同时耐电压特性也良好,并且强度高等。
多孔膜可以为包含上述材料的单层膜或层叠膜。
多孔膜的膜厚优选为0.1μm以上且100μm以下、更优选为1μm以上且50μm以下、进一步优选为3μm以上且25μm以下。从机械的强度的观点考虑,优选为0.1μm以上,从电池的高容量化的观点考虑,优选为100μm以下。多孔膜的膜厚可以通过控制模唇间隔、拉伸工序中的拉伸倍率等来调整。
多孔膜的平均孔径优选为0.03μm以上且0.70μm以下、更优选为0.04μm以上且0.20μm以下、进一步优选为0.05μm以上且0.10μm以下、特别优选为0.06μm以上且0.09μm以下。从高的离子传导性和耐电压的观点考虑,优选为0.03μm以上且0.70μm以下。多孔膜的平均孔径可以用后述的测定方法测定。
平均孔径可以通过控制选自组成比、挤出片材的冷却速度、拉伸温度、拉伸倍率、热固定温度、热固定时的拉伸倍率、热固定时的松弛率等中的一种以上来调整。
多孔膜的气孔率优选为25%以上且95%以下、更优选为30%以上且65%以下、进一步优选为35%以上且55%以下。从离子传导性提高的观点考虑,优选为25%以上,从耐电压特性的观点考虑,优选为95%以下。多孔膜的气孔率可以用后述的方法测定。
多孔膜的气孔率可以通过控制选自聚烯烃树脂组合物和增塑剂的混合比率、拉伸温度、拉伸倍率、热固定温度、热固定时的拉伸倍率、热固定时的松弛率等中的一种以上来调整。
多孔膜为聚烯烃树脂多孔膜的情况下,聚烯烃树脂多孔膜的粘均分子量优选为30000以上且12000000以下、更优选为50000以上且不足2000000、进一步优选为100000以上且不足1000000。若粘均分子量为30000以上则熔融成型时的熔体张力增大,成型性变得良好的同时通过聚合物之间的互相缠绕而存在形成高强度的倾向,所以优选。另一方面,若粘均分子量为12000000以下则均匀熔融混炼变得容易,存在片材的成型性、特别是厚度稳定性优异的倾向,所以优选。进而,作为电池用分隔件时,若粘均分子量不足1000000则温度升高时容易闭塞孔、存在得到良好的关闭功能的倾向,所以优选。聚烯烃树脂多孔膜的粘均分子量可以用后述的方法测定。
[多孔膜的制造方法]
作为制造多孔膜的方法,没有特别限制,可以采用公知的制造方法。可列举出例如:
(1)将聚烯烃树脂组合物和孔形成材料熔融混炼并且成型为片材状后,根据需要拉伸后,萃取孔形成材料,由此进行多孔化的方法,
(2)将聚烯烃树脂组合物熔融混炼并且以高牵伸比挤出后,通过热处理和拉伸,使得聚烯烃晶体界面剥离,由此进行多孔化的方法,
(3)将聚烯烃树脂组合物和无机填料熔融混炼并且成型于片材上后,通过拉伸使得聚烯烃与无机填料的界面剥离,由此进行多孔化的方法,
(4)溶解聚烯烃树脂组合物后,浸渍于对于聚烯烃的不良溶剂使得聚烯烃凝固的同时去除溶剂,由此进行多孔化的方法等。
以下作为制造多孔膜的方法的一例,对于将聚烯烃树脂组合物和孔形成材料熔融混炼并且成型为片材状后、萃取孔形成材料的方法进行说明。
首先将聚烯烃树脂组合物和孔形成材料熔融混炼。作为熔融混炼方法,可列举出例如对于聚烯烃树脂和根据需要的其它添加剂,例如使用挤出机、捏合机、LaboplastoMill、混炼辊、班伯里密炼机等树脂混炼装置,将树脂成分加热熔融的同时以任意比率导入孔形成材料并且进行混炼的方法。
作为上述孔形成材料,可列举出增塑剂、无机材料、或它们的组合。
作为增塑剂,没有特别限定,但是优选使用在聚烯烃的熔点以上能够形成均匀溶液的不挥发性溶剂。作为这种不挥发性溶剂的具体例,可列举出例如液体石蜡、石蜡等烃类;邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等酯类;油醇、硬脂醇等高级醇等。特别是从与多成分的相容性以及拉伸时的均匀性的观点考虑,优选为液体石蜡。
作为增塑剂的混合方法,优选在投入到树脂混炼装置之前,预先使用亨舍尔混合机等以规定的比率事先混炼聚烯烃树脂、其它添加剂和增塑剂。更优选在事先混炼中,增塑剂仅投入其一部分,剩余的增塑剂在适当加温的同时侧向给料到树脂混炼装置并且进行混炼。通过使用这种混炼方法,增塑剂的分散性提高,在以后的工序中将树脂组合物和增塑剂的熔融混炼物的片材状成型体拉伸时,可以不会破膜地以高倍率进行拉伸。
对于聚烯烃树脂组合物与增塑剂的比率,若处于可以将它们均匀地熔融混炼并且成型为片材状的范围内则没有特别限定。例如作为增塑剂在包含聚烯烃树脂组合物和增塑剂的组合物中所占的质量分数,优选为20~90质量%、更优选为30~80质量%。若增塑剂的质量分数为90质量%以下则存在熔融成型时的熔体张力对于成型性提高而言充分的倾向。另一方面,若增塑剂的质量分数为20质量%以上则即使将聚烯烃树脂组合物和增塑剂的混合物以高倍率拉伸情况下,也不会产生聚烯烃分子链断裂,容易形成均匀且微细的孔结构,强度也容易增加,所以优选。
作为无机材料,没有特别限定,可列举出例如氧化铝、二氧化硅(硅氧化物)、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化铈、氧化钇、氧化锌、氧化铁等氧化物系陶瓷;氮化硅、氮化钛、氮化硼等氮化物系陶瓷;碳化硅、碳酸钙、硫酸铝、氢氧化铝、钛酸钾、滑石、高岭土粘土、高岭石、多水高岭土、叶蜡石、蒙脱石、绢云母、云母、镁绿泥石、膨润土、石棉、沸石、硅酸钙、硅酸镁、硅藻土、硅砂等陶瓷;玻璃纤维等。它们单独使用一种或组合两种以上来使用。它们之中,从电化学的稳定性的观点考虑,优选为二氧化硅、氧化铝、或二氧化钛,从萃取容易的观点考虑,特别优选为二氧化硅。
对于聚烯烃树脂组合物与无机材料的比率,从得到良好的隔离性的观点考虑,相对于它们的总质量,优选为5质量%以上、更优选为10质量%以上,从确保高的强度的观点考虑,相对于聚烯烃树脂组合物和无机材料的总质量,优选为99质量%以下、更优选为95质量%以下。
接着将熔融混炼物成型为片材状。作为制造片材状成型体的方法,可列举出例如将熔融混炼物介由T模头等以片材状挤出,与导热体接触而冷却至与树脂成分的结晶化温度相比充分低的温度、进行固化的方法。作为冷却固化中使用的导热体,可列举出金属、水、空气、或增塑剂等。它们之中,由于导热的效率高,优选使用金属制的辊。另外,使得所挤出的混炼物与金属制的辊接触时,夹在辊之间,由于存在导热的效率进一步提高的同时片材取向而膜强度增加、片材的表面平滑性也提高的倾向,所以更优选。将熔融混炼物由T模头以片材状挤出时的模唇间隔优选为200μm以上且3000μm以下、更优选为500μm以上且2500μm以下。若模唇间隔为200μm以上则口模焦料等降低,条纹、缺点等对膜品质的影响少,在此后的拉伸工序中,可以降低膜断裂等风险。另一方面,若模唇间隔为3000μm以下则冷却速度快、防止冷却不均的同时,可以维持片材的厚度稳定性。
另外,可以压延片材状成型体。压延例如可以通过使用了双带式加压机等的加压法实施。通过实施压延,特别是可以增加表层部分的取向。压延面倍率优选超过1倍且为3倍以下、更优选超过1倍且为2倍以下。若压延倍率超过1倍则面取向增加,存在最终得到的多孔膜的膜强度增加的倾向。另一方面,若压延倍率为3倍以下则表层部分与中心内部的取向差小,存在可以在膜的厚度方向形成均匀的多孔结构的倾向。
接着,由片材状成型体去除孔形成材料而形成多孔膜。作为去除孔形成材料的方法,可列举出例如在萃取溶剂中浸渍片材状成型体而萃取孔形成材料后,进行充分干燥的方法。萃取孔形成材料的方法可以为间歇式、连续式中的任意一种。为了抑制多孔膜的收缩,优选在包括浸渍和干燥的一系列工序中,预先约束片材状成型体的端部。
由片材状成型体去除孔形成材料时,优选多孔膜中的孔形成材料残留量相对于多孔膜总质量不足1质量%。
作为萃取孔形成材料时使用的萃取溶剂,优选使用对于孔形成材料而言为不良溶剂、并且对于孔形成材料而言为良溶剂、沸点比孔形成材料的熔点低的溶剂。作为这种萃取溶剂,在使用聚烯烃树脂作为孔形成材料的情况下,例如可以使用正己烷、环己烷等烃类;二氯甲烷、1,1,1-三氯乙烷等卤代烃类;氢氟醚、氢氟碳化物等非氯系卤化溶剂;乙醇、异丙醇等醇类;二乙基醚、四氢呋喃等醚类;丙酮、甲乙酮等酮类等作为萃取溶剂;
在使用无机材料作为孔形成材料的情况下,例如可以使用氢氧化钠、氢氧化钾等水溶液作为萃取溶剂。
优选将上述片材状成型体或多孔膜拉伸。拉伸可以在由前述片材状成型体中萃取孔形成材料之前进行,也可以对于由前述片材状成型体中萃取了孔形成材料的多孔膜进行。进而,也可以在由前述片材状成型体中萃取孔形成材料之前和之后进行。
作为拉伸处理,可以合适地使用单轴拉伸或双轴拉伸中的任意一种。从提高所得到的多孔膜的强度等的观点考虑,优选为双轴拉伸。特别是若将片材状成型体在双轴向高倍率拉伸则分子在面方向取向,最终得到的多孔膜不易破裂,具有高的贯穿强度。作为拉伸方法,可列举出例如同时双轴拉伸、依次双轴拉伸、多级拉伸、多次拉伸等方法。从贯穿强度提高、拉伸的均匀性和关闭性的观点考虑,优选为同时双轴拉伸。另外,从面取向的控制容易性的观点考虑,优选为依次双轴拉伸。
对于拉伸倍率,作为面倍率,优选处于20倍以上且100倍以下的范围内、更优选处于25倍以上且70倍以下的范围内。对于各轴向的拉伸倍率,对于MD而言优选处于4倍以上且10倍以下的范围内、对于TD而言优选处于4倍以上且10倍以下的范围内;对于MD而言更优选处于5倍以上且8倍以下的范围内、对于TD而言更优选处于5倍以上且8倍以下的范围内。若总面积倍率为20倍以上则存在可以对所得到的多孔膜赋予充分强度的倾向,另一方面,若总面积倍率为100倍以下则防止拉伸工序中的膜断裂,存在得到高的生产率的倾向。
对于多孔膜,从抑制收缩的观点考虑,为了进行热固定而优选实施热处理。作为热处理的方法,可列举出以物性调整为目的的拉伸操作、以及以降低拉伸应力为目的的松弛操作中的一种以上。也可以在进行拉伸操作后进行松弛操作。这些热处理可以使用拉幅机、辊拉伸机来进行。
从得到进一步高强度且高气孔率的多孔膜的观点考虑,优选的是拉伸操作在膜的MD和TD中的一个以上方向实施1.1倍以上、更优选1.2倍以上的拉伸。
松弛操作中的松弛率(松弛操作后的膜的尺寸除以松弛操作前的膜的尺寸得到的值)优选在膜的MD和TD中的一个以上的方向为1.0以下、更优选为0.97以下、进一步优选为0.95以下。松弛率从膜品质的观点考虑,优选为0.5以上。松弛操作可以对于MD和TD这两方向进行,也可以仅对于MD或TD的单方向进行。
该萃取增塑剂后的拉伸和松弛操作优选在TD进行。拉伸和松弛操作中的温度优选比聚烯烃树脂的熔点(以下也称为“Tm”)低、更优选处于比Tm低1℃~25℃的范围内。若拉伸和松弛操作中的温度处于上述范围内则从热收缩率降低和气孔率的平衡的观点考虑优选。
[含有无机填料和树脂制粘结剂的多孔层]
对于含有无机填料和树脂制粘结剂的多孔层进行说明。
[无机填料]
作为前述多孔层中使用的无机填料,没有特别限定,但是优选为耐热性和电绝缘性高、并且在锂离子二次电池的使用范围内电化学上稳定的无机填料。
作为无机填料,可列举出例如铝化合物、镁化合物、其它化合物。
作为铝化合物,可列举出例如氧化铝、硅酸铝、氢氧化铝、氢氧化氧化铝、铝酸钠、硫酸铝、磷酸铝、水滑石等。
作为镁化合物,可列举出例如硫酸镁、氢氧化镁等。
作为其它化合物,可列举出例如氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、粘土矿物、碳化硅、碳酸钙、钛酸钡、石棉、沸石、硅酸钙、硅酸镁、硅藻土、硅砂、玻璃纤维等。作为氧化物系陶瓷,可列举出例如二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化铈、氧化钇、氧化锌、氧化铁等。作为氮化物系陶瓷,可列举出例如氮化硅、氮化钛、氮化硼等。作为粘土矿物,可列举出例如滑石、蒙脱石、绢云母、云母、镁绿泥石、膨润土等。
它们可以单独使用或组合使用多种。
上述之中,从电化学的稳定性和耐热特性的观点考虑,优选为选自由氧化铝、氢氧化氧化铝和硅酸铝组成的组中的一种以上。作为氧化铝的具体例,可列举出例如氧化铝(alumina)等。作为氢氧化氧化铝的具体例,可列举出例如勃姆石等。作为硅酸铝的具体例,可列举出例如高岭石、地开石、珍珠石、多水高岭土、叶蜡石等。
作为前述氧化铝,从电化学的稳定性的观点考虑,更优选为氧化铝(alumina)。作为构成多孔层的无机填料,采用以氧化铝作为主要成分的颗粒,由此可以维持高的透过性的同时实现非常轻量的多孔层。进而即使多孔层厚度更薄的情况下,多孔膜的高温时的热收缩也会得到抑制,存在表现出优异的耐热性的倾向。氧化铝存在α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝等很多晶体形态,都可以合适地使用。其中,α-氧化铝由于热·化学上稳定而最优选。
作为前述氢氧化氧化铝,从防止起因于锂枝晶产生的内部短路的观点考虑,更优选为勃姆石。作为构成多孔层的无机填料,采用以勃姆石作为主要成分的颗粒,由此可以维持高的透过性的同时实现非常轻量的多孔层。进而,即使多孔层厚度更薄的情况下,多孔膜的高温时的热收缩也会得到抑制,存在表现出优异的耐热性的倾向。进一步优选为可以降低对蓄电元件的特性造成不良影响的离子性的杂质的合成勃姆石。
前述硅酸铝之中,主要由高岭土矿物构成的高岭石(以下也称为高岭土)从轻量性和透气度的观点考虑优选。高岭土存在湿式高岭土和对其进行焙烧处理而得到的煅烧高岭土。它们之中,煅烧高岭土由于除了在焙烧处理时释放结晶水之外还去除杂质,因此从电化学稳定性的观点考虑特别优选。作为构成多孔层的无机填料,采用以煅烧高岭土作为主要成分的颗粒,由此可以维持高的透过性的同时实现非常轻量的多孔层。进而,即使多孔层厚度更薄的情况下,多孔膜的高温时的热收缩也会得到抑制,存在表现出优异的耐热性的倾向。
前述无机填料的平均粒径优选为0.1μm以上且10.0μm以下、更优选为0.2μm以上且5.0μm以下、进一步优选为0.4μm以上且3.0μm以下。将无机填料的平均粒径调整到上述范围内,从提高透气度的同时抑制高温时的热收缩的观点考虑优选。
作为无机填料的粒度分布,优选如以下所述。最小粒径优选为0.02μm以上、更优选为0.05μm以上、进一步优选为0.1μm以上。最大粒径优选为20μm以下、更优选为10μm以下、进一步优选为7μm以下。另外,最大粒径/平均粒径的比率优选为50以下、更优选为30以下、进一步优选为20以下。将无机填料的粒度分布调整到上述范围时从抑制高温时的热收缩的观点考虑优选。无机填料的粒度分布在最大粒径与最小粒径之间可以还具有一个或多个粒径峰。作为调整无机填料的粒度分布的方法,可列举出例如使用球磨机、珠磨机、气流磨等将无机填料粉碎,调整到所希望的粒度分布的方法,调整多种粒径分布的填料后进行混合的方法等。
作为无机填料的形状,可列举出板状、鳞片状、多面体、针状、柱状、球状、纺锤状、块状等。可以将多种具有上述形状的无机填料组合来使用。它们之中,从透过性提高的观点考虑,优选为选自由板状、鳞片状和多面体组成的组中的一种以上形状。
作为前述无机填料在前述多孔层中所占的比率,可以从透过性、耐热性等观点考虑适当确定。上述比率可以优选为50质量%以上、更优选为70质量%以上、进一步优选为80质量%以上、特别优选为95质量%以上、最优选为97质量%以上。另外,上述比率优选不足100质量%、更优选为99.99质量%以下、进一步优选为99.9质量%以下、特别优选为99质量%以下。
[树脂制粘结剂]
树脂制粘结剂为发挥将前述无机填料相互粘合的作用的树脂。优选为除此之外还发挥将无机填料与多孔膜相互粘合的作用的树脂。
作为树脂制粘结剂的种类,优选使用作为分隔件时对于锂离子二次电池的电解液不溶、并且在锂离子二次电池的使用范围的环境中电化学稳定的树脂制粘结剂。
作为树脂制粘结剂的具体例,可列举出例如以下的1)~7)。
1)聚烯烃:例如聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、以及它们的改性体等;
2)共轭二烯系聚合物:例如苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其氢化物等;
3)丙烯酸系聚合物:例如甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物等;
4)聚乙烯醇系树脂:例如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯;
5)含氟树脂:例如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物等;
6)纤维素衍生物:例如乙基纤维素、甲基纤维素、羟基乙基纤维素、羧甲基纤维素等;
7)熔点和/或玻璃化转变温度为180℃以上的树脂、或者不具有熔点但是分解温度为200℃以上的聚合物:例如聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚酯等。特别是从耐久性的观点考虑全芳香族聚酰胺、其中聚间苯二甲酰间苯二胺是合适的。
其中,从与电极的相容难易度的观点考虑,优选为上述2)共轭二烯系聚合物,从耐电压性的观点考虑,优选为选自由上述3)丙烯酸系聚合物和5)含氟树脂组成的组中的一种以上。
上述2)共轭二烯系聚合物为含有共轭二烯化合物作为单体单元的聚合物。
作为上述共轭二烯化合物,可列举出例如1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、取代直链共轭戊二烯类、取代及侧链共轭己二烯类等。它们可以单独使用一种或组合使用两种以上。其中,特别优选为1,3-丁二烯。
上述3)丙烯酸系聚合物为含有(甲基)丙烯酸系化合物作为单体单元的聚合物。上述(甲基)丙烯酸系化合物表示选自由(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯组成的组中的至少一种。
作为上述3)丙烯酸系聚合物中使用的(甲基)丙烯酸,可列举出例如丙烯酸、甲基丙烯酸等。
作为上述3)丙烯酸系聚合物中使用的(甲基)丙烯酸酯,可列举出例如(甲基)丙烯酸烷基酯、例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯等;
含有环氧基的(甲基)丙烯酸酯、例如丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等。它们可以单独使用一种或组合使用两种以上。上述之中,特别优选为选自由丙烯酸和甲基丙烯酸组成的组中的一种以上。
上述2)共轭二烯系聚合物和3)丙烯酸系聚合物可以分别为共聚能够与共轭二烯化合物或(甲基)丙烯酸系化合物共聚的其它单体而得到的。作为所使用的能够共聚的其它单体,可列举出例如不饱和羧酸烷基酯、芳香族乙烯基系单体、乙烯基氰系单体、含有羟基烷基的不饱和单体、不饱和羧酸酰胺单体、巴豆酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸等。它们可以单独使用一种或组合使用两种以上。上述之中,特别优选为不饱和羧酸烷基酯单体。作为不饱和羧酸烷基酯单体,可列举出例如富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、衣康酸二甲酯、富马酸单甲酯、富马酸单乙酯等。它们可以单独使用一种或组合使用两种以上。
上述2)共轭二烯系聚合物也可以为共聚作为其它单体的上述(甲基)丙烯酸系化合物而得到的。
[多孔层的结构及形成方法]
多孔层的层厚从提高耐热性、绝缘性的观点考虑,优选为1μm以上、更优选为1.0μm以上、进一步优选为1.2μm以上、特别优选为1.5μm以上、尤其优选为1.8μm以上、最优选为2.0μm以上。另外,从提高电池的高容量化和透过性的观点考虑,优选为50μm以下、更优选为20μm以下、进一步优选为10μm以下、特别优选为7μm以下。
作为多孔层中的无机填料的填充率,从轻量性和高透过性的观点考虑,优选为95体积%以下、更优选为80体积%以下、进一步优选为70体积%以下、特别优选为60体积%以下。从抑制热收缩和抑制枝晶的观点考虑,作为无机填料填充率的下限,优选为20体积%以上、更优选为30体积%以上、进一步优选为40体积%以上。无机填料的填充率可以由多孔层的层厚、以及无机填料的质量及比重算出。
多孔层可以仅形成于多孔膜的单面或形成于两面。
作为多孔层的形成方法,可列举出例如在以聚烯烃树脂作为主要成分的多孔膜的至少单面涂布含有无机填料和树脂制粘结剂的涂布液从而形成多孔层的方法等。
作为涂布液中的树脂制粘结剂的形态,可以为溶解或分散于水而成的水系溶液或分散液、或者溶解或分散于通常的有机介质而成的有机介质系溶液或分散液,但是优选为树脂制胶乳。“树脂制胶乳”指的是树脂分散于介质的状态的分散液。使用树脂制胶乳作为粘结剂的情况下,将含有无机填料和粘结剂的多孔层层叠于聚烯烃多孔膜的至少单面时,离子透过性不易降低,容易得到高输出功率特性的分隔件。并且,即使异常放热时的温度升高快的情况下,也示出顺利的关闭特性,容易得到高的安全性。
树脂制胶乳粘结剂的平均粒径优选为50~1000nm、更优选为60~500nm、进一步优选为80~250nm。平均粒径为50nm以上的情况下,将含有无机填料和粘结剂的多孔层层叠于聚烯烃多孔膜的至少单面时,表现出良好的粘合性,作为分隔件的情况下热收缩变得良好,存在安全性优异的倾向。平均粒径为1000nm以下的情况下,离子透过性不易降低,容易得到高输出功率特性。并且即使异常放热时的温度升高快的情况下,也示出顺利的关闭特性,容易得到高的安全性。平均粒径可以通过调整制造树脂制粘结剂时的聚合时间、聚合温度、原料组成比、原料投入顺序、pH、搅拌速度等来控制。
作为涂布液的介质,优选为可以将前述无机填料和前述树脂制粘结剂均匀且稳定地分散或溶解的介质。具体而言,可列举出例如N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、水、乙醇、甲苯、热二甲苯、二氯甲烷、己烷等。
涂布液中,为了提高分散稳定化、涂布性等,可以加入表面活性剂等分散剂;增稠剂;润湿剂;消泡剂;含有酸或碱的pH调整剂等各种添加剂。这些添加剂的总添加量相对于无机填料100质量份,按其有效成分(添加剂溶解于溶剂的情况下所溶解的添加剂成分的质量)量计,优选为20质量份以下、更优选为10质量份以下、进一步优选为5质量份以下。
对于将无机填料和树脂制粘结剂分散或溶解于涂布液的介质的方法,若为在涂布工序可以实现必要的涂布液的分散特性的方法则没有特别限定。可列举出例如球磨机、珠磨机、行星球磨机、振动球磨机、砂磨机、胶体磨、超微磨碎机、辊磨机、高速叶轮分散、分散机、均化器、高速冲击磨、超声波分散、利用搅拌叶片等的机械搅拌等。
对于将涂布液涂布于多孔膜的方法,若为可以实现必要的层厚和涂布面积的方法则没有特别限定。可列举出例如照相凹版涂布机法、小径照相凹版涂布机法、逆转辊涂布机法、转送辊涂布机法、吻合辊涂布机法、浸涂机法、刮涂机法、气刀涂布机法、刀片涂布机法、棒涂机法、挤压涂布机法、涂铸机法、模涂机法、丝网印刷法、喷涂法等。
进而,若在涂布液的涂布之前,对多孔膜表面实施表面处理则变得容易涂布涂布液,并且涂布后的含有无机填料的多孔层与多孔膜表面的粘接性提高,所以优选。作为表面处理的方法,若为不会显著损害多孔膜的多孔结构的方法则没有特别限定。可列举出例如电晕放电处理法、等离子体放电处理法、机械的粗糙表面化法、溶剂处理法、酸处理法、紫外线氧化法等。
对于涂布后由涂布膜去除介质的方法,若为不会对多孔膜造成不良影响的方法则没有特别限定。可列举出例如将多孔膜固定的同时在其熔点以下的温度下干燥的方法、在低温下减压干燥的方法、萃取干燥等。另外,可以在不会显著对电池特性造成影响的范围内残留一部分溶剂。从控制多孔膜和层叠有多孔层的多孔膜的MD方向的收缩应力的观点考虑,优选适当调整干燥温度、卷取张力等。
[蓄电装置用分隔件]
本发明的分隔件通过在基材上具有聚合物层,与电极活性物质的粘接性优异。
上述分隔件的透气度优选为10秒/100cc以上且650秒/100cc以下、更优选为20秒/100cc以上且500秒/100cc以下、进一步优选为30秒/100cc以上且450秒/100cc以下、特别优选为50秒/100cc以上且400秒/100cc以下。若透气度为10秒/100cc以上则存在作为电池用分隔件使用时的自身放电减少的倾向,若为650秒/100cc以下则存在得到良好的充放电特性的倾向。
上述分隔件的最终的膜厚优选为2μm以上且200μm以下、更优选为5μm以上且100μm以下、进一步优选为7μm以上且30μm以下。若膜厚为2μm以上则存在机械强度充分的倾向。另外若为200μm以下则分隔件的占有体积减小,因此存在从电池的高容量化的观点考虑有利的倾向。
对于上述分隔件的剥离强度(分隔件与电极的粘接性),作为将分隔件的含有热塑性聚合物的层侧在80℃下以10MPa的压力加压到正极集电体的铝箔2分钟时的剥离强度(以下也称为“加热剥离强度”)测定。作为上述分隔件的剥离强度,优选前述加热剥离强度的值为4mN/mm以上。加热剥离强度处于上述范围内的分隔件从适用于后述的蓄电装置时电极与分隔件的密合性优异的观点考虑优选。上述的加热剥离强度的测定方法具体记载于后述的实施例。
另外,对于本实施方式中的分隔件而言,将两块该分隔件重叠,在其层叠方向上、在温度25℃下以压力5MPa加压3分钟后的90°剥离强度(以下也称为“常温剥离强度”)优选为40mN/mm以下、更优选为20mN/mm以下。通过满足这种条件,分隔件得到耐粘连性进一步优异,其操作性变得更良好的效果。
常温剥离强度的具体的测定方法记载于后述的实施例。
若常温剥离强度和加热剥离强度处于上述范围内则从将上述分隔件加热加压到电极时的密合性进一步提高的观点考虑优选。得到这种效果的理由不明确。但是本发明人等如下所述推测其理由。
常温剥离强度处于上述范围内时认为表示在上述分隔件的含有热塑性聚合物的层中,在其最表面侧存在很多玻璃化转变温度高的热塑性树脂、并且在基材侧存在很多玻璃化转变温度低的热塑性树脂。即,通过在含有热塑性聚合物的层的最表面侧存在很多玻璃化转变温度高的热塑性树脂,发粘性得到抑制。另外,玻璃化转变温度高的热塑性树脂与电极的密合性优异。作为其结果,推测能够得到兼具发粘性低、以及对电极的密合性优异这两者的分隔件。
另一方面,通过在含有热塑性聚合物的层的基材侧存在很多玻璃化转变温度低的热塑性树脂,基材与热塑性聚合物的粘接性提高。其结果,基材与热塑性树脂的界面中的剥离得到抑制,作为结果,推测能够得到对电极的密合性优异的分隔件。
[蓄电装置]
接着对于本实施方式中的蓄电装置进行说明。
上述蓄电装置具备上述分隔件。除此之外的结构可以与以往已知的结构相同。
作为本实施方式中的蓄电装置,没有特别限定,例如可以为非水电解液电池等电池、冷凝器、电容器等。它们之中,优选为非水电解液电池、更优选为非水电解液二次电池、进一步优选为锂离子二次电池。以下对蓄电装置为非水电解液电池时的优选方式进行说明。
具备上述分隔件的非水电解液电池除了分隔件以外还具备正极、负极、和非水电解液。作为正极、负极和非水电解液,分别没有特别限定,可以使用公知物。
作为正极材料(正极活性物质),没有特别限定,可列举出例如LiCoO2、LiNiO2、尖晶石型LiMnO4、橄榄石型LiFePO4等含锂复合氧化物。另外,作为负极材料,没有特别限定,可列举出例如石墨质、难石墨化碳质、易石墨化碳质、复合碳体等碳材料;硅、锡、金属锂等;以及各种合金材料。正极和负极可以分别具备集电体。作为正极集电体,可列举出例如铝箔,作为负极集电体,可列举出例如铜箔。
作为非水电解液,没有特别限定,可以使用电解质溶解于有机溶剂而成的电解液。作为有机溶剂,可列举出例如碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等、以及它们的混合溶剂。另外,作为电解质,可列举出例如LiClO4、LiBF4、LiPF6等锂盐。
对于上述蓄电装置没有特别限定,例如如下所述制造。
将上述分隔件制作为宽度10~500mm(优选80~500mm)、长度200~4000m(优选1000~4000m)的纵长形状的分隔件。接着,将该分隔件与正极和负极一起以正极-分隔件-负极-分隔件、或负极-分隔件-正极-分隔件的顺序重叠得到层叠物。接着,将该层叠物缠绕为圆筒形的或扁平的螺旋状得到缠绕体。接着,将该缠绕体容纳于外壳体内,进而经过注入电解液等工序,由此得到蓄电装置。
上述蓄电装置也可以通过将分隔件、正极和负极形成为平板状后,以正极-分隔件-负极-分隔件-正极、或负极-分隔件-正极-分隔件-负极的顺序层叠得到层叠体后,容纳于外壳体内,经过向其中注入电解液等工序来制造。
作为上述外壳体,可以使用金属罐(电池罐)、袋状的薄膜等。它们之中,从更有效地得到利用上述分隔件的作用效果实现的利益的观点考虑,优选使用方型电池罐或袋状的薄膜。
上述蓄电装置中,上述分隔件优选与电极粘接。以下也将上述分隔件和电极粘接得到的粘接体称为“电极-分隔件粘接体”、或仅称为“粘接体”。在此,“粘接”指的是分隔件与电极的剥离强度优选为4mN/mm以上、更优选为6mN/mm以上、进一步优选为8mN/mm以上。
对于用于制造上述粘接体的方法,没有特别限定,例如可以通过将上述分隔件和电极重叠后,进行加热和加压中的至少一种加工来制造。
上述的加热和加压可以分别以将电极和分隔件重叠的状态进行。例如可以形成上述的缠绕体或层叠体、进行加热和加压中的至少一种加工。
上述加热和加压可以分别在将电极和分隔件容纳于外壳体之前进行、也可以在容纳于外壳体后进行,进而也可以在容纳于外壳体之前以及之后这两者进行。
加热和加压中的至少一种加工在将电极和分隔件容纳于外壳体之后进行的情况下,可以在向外壳体注入电解液之前进行,也可以在注入后进行,进而也可以在注入电解液之前以及之后这两者进行。
特别是使用袋状的薄膜作为外壳体的情况下,优选在将电极和分隔件容纳于外壳体,进而注入电解液后,进行加热和加压中的至少一种加工。此时,从防止电极和分隔件偏移的观点考虑,优选在将它们容纳于外壳体之前进行加热和加压中的至少一种加工。
作为上述加热时的温度,优选为40~120℃。加热时间优选为5秒~5小时。
作为上述加压时的压力,优选为1~30MPa。加压时间优选为5秒~5小时。
另外,进行加热和加压这两者的情况下,其顺序可以进行加热后进行加压、进行加压后进行加热、或者同时进行加压和加热。其中,优选同时进行加压和加热。
实施例
接着,列举出实施例和比较例对本实施方式进行更具体的说明。但是,只要本实施方式不超过其主旨则不被以下的实施例所限定。
实施例或比较例中的物性分别通过以下的方法测定。需要说明的是,没有特别明确记载测定气氛时,在23℃、1个大气压和相对湿度50%的大气中测定。
(1)聚烯烃的粘均分子量(Mv)
根据ASTM-D4020,求出十氢化萘溶剂中的135℃时的特性粘度[η](dl/g)。
聚乙烯的Mv通过下式算出。
[η]=6.77×10-4Mv0.67
聚丙烯的Mv通过下式算出。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
(2)厚度
(2-1)基材和蓄电装置用分隔件层的厚度(μm)
由基材和蓄电装置用分隔件分别切出MD10mm×TD10mm的样品。在该样品面上以格子状选择9个部位(3点×3点),对于各部位的膜厚使用微小测厚器(东洋精机制作所(株)类型KBM)在室温23±2℃下进行测定。分别将9个部位的测定值的平均值作为基材和蓄电装置用分隔件的膜厚(μm)。
(2-2)聚合物层的厚度(μm)
对于聚合物层的厚度,使用扫描电子显微镜(SEM)“型号S-4800、HITACHI公司制”,通过分隔件的截面观察进行测定。以1.5mm×2.0mm左右切下分隔件的样品,进行钌染色。向明胶胶囊内加入染色样品和乙醇,通过液态氮冷冻后,用锤子割断样品。对于该样品蒸镀锇之后,以加速电压1.0kV、30000倍进行观察,算出聚合物层的厚度。需要说明的是,通过SEM图像没有发现基材截面的多孔结构的最表面区域作为聚合物层的区域。
(2-3)多孔膜和多孔层的厚度
基材为含有多孔膜和多孔层的多层多孔膜的情况下,各膜厚如以下所述测定。由多孔膜和多层多孔膜分别切出MD10mm×TD10mm的样品,以格子状选择9个部位(3点×3点),使用千分表(尾崎制作所制PEACOCK No.25(注册商标))测定膜厚,将9个部位的测定值的平均值作为多孔膜和多层多孔膜的膜厚(μm)。另外,如此测定的多层多孔膜的膜厚与多孔膜的膜厚之差作为多孔层的层厚(μm)。
(3)多孔膜的气孔率
由多孔膜切下10cm×10cm见方的样品,求出其体积(cm3)和质量(g)。使用这些值,将多孔膜的密度设为0.95(g/cm3),通过下式计算气孔率。
气孔率(%)=(1-质量/体积/0.95)×100
(4)平均孔径(μm)
对于多孔膜的毛细管内部的流体而言,已知流体的平均自由程比毛细管的孔径大的情况下按照克努曾流、小的情况下按照泊肃叶流。因此,微多孔膜的透气度测定中的空气的流体假定按照克努曾流、微多孔膜的透水度测定中的水的流体假定按照泊肃叶流。
平均孔径d(μm)由空气的透过速度常数Rgas(m3/(m2·秒·Pa))、水的透过速度常数Rliq(m3/(m2·秒·Pa))、空气的分子速度ν(m/秒)、水的粘度η(Pa·秒)、和标准压力Ps(=101325Pa)使用下式求出。
d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3Ps)×106
在此,Rgas和Rliq分别使用下式求出。
Rgas=0.0001/(透气度×(6.424×10-4)×(0.01276×101325))
Rliq=透水度/100
需要说明的是,透气度和透水度分别如下所述求出。
[透气度]
在此所称的透气度可以通过对于微多孔膜根据后述的“(5)基材和分隔件的透气度”的记载测定,作为透气抵抗度得到。
[透水度]
在直径41mm的不锈钢制的透液池安装预先浸渍于乙醇的微多孔膜,用水洗涤该膜的乙醇。然后,以约50000Pa的差压透过水,由经过120秒时的透水量(cm3),计算每单位时间·单位压力·单位面积的透水量,将其作为透水度。
另外,ν由气体常数R(=8.314)、绝对温度T(K)、圆周率π、和空气的平均分子量M(=2.896×10-2kg/摩尔),使用下式求出。
ν={(8R×T)/(π×M)}1/2
(5)基材的透气度
使用基于JIS P-8117的葛尔莱式透气度计(东洋精机制G-B2(商标)、内筒质量:567g),对于645mm2的面积(直径28.6mm的圆)的基材,测定通过空气100cc的时间(秒),将其作为基材的透气度(秒/100cc)。
(6)贯穿强度(g)
使用KATO TECH CO.,LTD.制的手动型压缩试验仪KES-G5(商标),用开口部的直径11.3mm的试样夹持器固定多孔膜(基材)。接着,对于所固定的多孔膜的中央部,使用前端的曲率半径0.5mm的针,以贯穿速度2mm/秒在25℃气氛下进行贯穿试验,由此作为最大贯穿负荷,得到贯穿强度(g)。
(7)热塑性聚合物的玻璃化转变温度
将适量热塑性聚合物的涂布液(不挥发成分=38~42%、pH=9.0)取于铝皿,用130℃的热风干燥机干燥30分钟。将干燥后的干燥覆膜约17mg装入到测定用铝容器,利用DSC测定装置(株式会社岛津制作所制、DSC6220),得到氮气气氛下的DSC曲线和DDSC曲线。需要说明的是,测定条件如下所述。
(第一段升温程序)
70℃开始、以每分钟15℃的比率升温,达到110℃后维持5分钟。
(第二段降温程序)
由110℃以每分钟规定的比率降温,达到-50℃后维持规定时间。
上述第二段降温程序中的降温速度、和-50℃的维持时间分别如下所述。
(制造例A1和A2)
降温速度 40℃/分钟
维持时间 5分钟
(制造例A3~A23及A25)
降温速度 30℃/分钟
维持时间 4分钟
(第三段升温程序)
由-50℃以每分钟15℃的比率升温至130℃。在该第三段的升温时获得DSC和DDSC的数据。
接着将基线(所得到的DSC曲线中的基线在高温侧延长的直线)、与拐点(上凸的曲线变化为下凸的曲线的点)中的切线的交点作为玻璃化转变温度(Tg)。
(8)热塑性聚合物的凝胶分数(甲苯不溶成分、制造例A1及A2)
向特氟隆(注册商标)板上用吸管滴加热塑性聚合物的涂布液(不挥发成分=38~42%、pH=9.0)(直径5mm以下),用130℃的热风干燥机干燥30分钟。干燥后,精密称量干燥覆膜约0.5g(a),将其取于50mL聚乙烯容器,向其中注入30mL的甲苯,在室温下振荡3小时。然后,用325目筛过滤内容物,对于残留于筛上的甲苯不溶成分连同筛一起,用130℃的热风干燥机干燥1小时。需要说明的是,在此使用的325目筛预先测定其干燥质量。
接着将甲苯挥发后,由甲苯不溶成分的干燥体和325目筛的总质量减去预先测得的325目筛质量,由此得到甲苯不溶成分的干燥质量(b)。凝胶分数(甲苯不溶成分)使用以下的计算式算出。
热塑性聚合物的凝胶分数(甲苯不溶成分)(%)=(b)/(a)×100
(9)热塑性聚合物对于电解液的溶胀度(倍)
将热塑性聚合物或分散有热塑性聚合物的溶液在130℃的烘箱中静置1小时后,以所干燥的热塑性聚合物为0.5g的方式切下,与规定的成分和混合比的混合溶剂10g一起装入到50mL的小瓶,浸渗规定时间后,取出样品,用上述混合溶剂洗涤,测定质量(Wa)。然后,在150℃的烘箱中静置1小时后,测定质量(Wb),由下式测定热塑性聚合物对于电解液的溶胀度。
热塑性聚合物对于电解液的溶胀度(倍)=(Wa-Wb)/(Wb)
上述混合溶剂的成分、混合比和浸渗时间分别如下所述。
混合比为碳酸亚乙酯:碳酸甲乙酯=1:2(体积比)
浸渗时间为3小时
(10)聚合物层的观察方法(沃罗诺伊分割)
i)使用3个视野的评价
使用扫描电子显微镜S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation制),根据聚合物颗粒的粒径以倍率1万倍或3万倍对于分隔件上的聚合物层表面在3个视野下拍摄照片。对于这些3个视野中含有的粒状的热塑性聚合物的面积密度、沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)、以及投影面积(ci)与沃罗诺伊多边形的面积(si)之比(ci/si)分别以3个视野的平均值得到。在此,面积密度、沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)、以及比(ci/si)使用图像处理软件“A像くん”(注册商标、Asahi Kasei Engineering Corporation.制)自动地算出。另外,在观察视野中进行沃罗诺伊分割时,未封闭的区域不作为用于计算沃罗诺伊多边形的面积的对象。
ii)使用95个视野的评价
使用扫描电子显微镜S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation制),根据聚合物颗粒的粒径以倍率1万倍或3万倍对于分隔件上的聚合物层表面拍摄照片。使用所得到的图像,如图5和6所示那样设定5个分区95个视野。对于这些95个视野中含有的粒状的热塑性聚合物的面积密度、沃罗诺伊多边形的面积密度、沃罗诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)、以及投影面积(ci)与沃罗诺伊多边形的面积(si)之比(ci/si),与上述i)同样地分别以95个视野的平均值得到。
(11)热塑性聚合物的平均粒径
对于热塑性聚合物的平均粒径,使用粒径测定装置(日机装株式会社制、Microtrac UPA150)测定。作为测定条件,负荷指数=0.15~0.3、测定时间设为300秒,将所得到的数据中的50%粒径的数值作为粒径记载。
(12)聚合物层的单位面积重量(聚合物层对于基材的负载量)
由基材(聚烯烃微多孔膜、或聚烯烃微多孔膜+无机填料多孔层)切下10cm×10cm见方的试样,使用(株)岛津制作所制的电子天平AEL-200测定质量。将所得到的质量乘以100倍,由此算出每1m2的基材的单位面积重量(g/m2)。接着,由分隔件(聚合物层+基材)切下10cm×10cm见方的试样,使用(株)岛津制作所制的电子天平AEL-200测定质量。将所得到的质量乘以100倍,由此算出每1m2的分隔件的单位面积重量(g/m2)。由每1m2的分隔件的单位面积重量(g/m2)减去每1m2的基材的单位面积重量(g/m2),由此算出每1m2的聚合物层的单位面积重量(聚合物层对于基材的负载量、g/m2)。
(13)共聚物的红外吸收分析
使用BIO RAD制的红外吸收分析装置(产品名“FTS-60A/896 UMA 300”),如下所述测定。
将共聚物的水分散液在60℃真空干燥24小时,得到白色的测定样品。将其用玛瑙制乳钵分散。同样地准备KBr,用玛瑙制乳钵分散。对于KBr 100mg加入测定样品0.5mg,将测定样品和KB用玛瑙制乳钵充分研磨混合后,制作片剂。该片剂作为样品,在下述条件下进行测定。需要说明的是,测定前进行背景的测定。
测定模式:显微透过法
检测器:MCT
分束器:KBr(溴化钾)
扫描速度:20kHz
累积次数:64次
分辨能力:4cm-1
测定波长:4000~700cm-1
由所得到的红外吸收光谱,如下所述求出A(Ac)、A(An)和A(Ar),计算红外吸收峰强度比A(An)/A(Ac)或A(Ar)/A(Ac)。
A(Ac):1720cm-1~1750cm-1的波长范围内强度最大的红外吸收峰的强度
A(An):2220cm-1~2260cm-1的波长范围内强度最大的红外吸收峰的强度
A(Ar):740cm-1~770cm-1的波长范围内强度最大的红外吸收峰的强度
(14)加热剥离强度
作为被粘接体,以30mm×150mm切下正极集电体(富士加工纸(株)制铝箔、厚度:20μm)。另一方面,在碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯以2:3的比率(体积比)混合而成的电解液(富山药品工业制)浸渍分隔件(尺寸:宽度20mm、长度100mm),充分弄湿后提升。接着,在上述集电体上重叠充分弄湿的基材后,将它们用2块特氟隆(注册商标)片材(NICHIAS Corporation(株)制naflon PTFE片材TOMBO-No.9000(产品名))夹着。对于它们在80℃、10MPa的条件下进行2分钟加压,所得到的层叠体作为加热剥离强度试验用的样品。所得到的试验用样品的分隔件与集电体之间的90°剥离强度,使用IMADA CO.,LTD.制的测力计ZP5N和MX2-500N(产品名),以拉伸速度50mm/分钟测定,按照以下的基准进行评价。
加热剥离强度的评价基准
◎(极其良好):剥离强度为8mN/mm以上
○(良好):剥离强度为6mN/mm以上且不足8mN/mm
△(及格):剥离强度为4mN/mm以上且不足6mN/mm
×(不好):剥离强度不足4mN/mm
(15)分隔件的粘接性评价
在上述“(14)加热剥离强度中,分别使用各实施例和比较例中得到的分隔件来替代基材,以其聚合物层侧作为粘接面来将其重叠于集电体,除此之外与上述同样地评价。
(16)速率特性
a.正极的制作
将作为正极活性物质的镍、锰、钴复合氧化物(NMC)(Ni:Mn:Co=1:1:1(元素比)、密度4.70g/cm3)90.4质量%、作为导电助剂的石墨粉末(KS6)(密度2.26g/cm3、数均粒径6.5μm)1.6质量%和乙炔黑粉末(AB)(密度1.95g/cm3、数均粒径48nm)3.8质量%、以及作为粘结剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)(密度1.75g/cm3)4.2质量%混合,将它们分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制造浆料。使用模涂机,将该浆料涂布于成为正极集电体的厚度20μm的铝箔的单面,在130℃下干燥3分钟后,使用辊压机进行压缩成型,由此制作正极。此时的正极活性物质涂布量为109g/m2
b.负极的制作
将作为负极活性物质的石墨粉末A(密度2.23g/cm3、数均粒径12.7μm)87.6质量%和石墨粉末B(密度2.27g/cm3、数均粒径6.5μm)9.7质量%、以及作为粘结剂的羧甲基纤维素的铵盐1.4质量%(固体成分换算)(固体成分浓度1.83质量%水溶液)和二烯橡胶系胶乳1.7质量%(固体成分换算)(固体成分浓度40质量%水溶液)分散于纯化水中,制造浆料。用模涂机将该浆料涂布于成为负极集电体的厚度12μm的铜箔的单面,120℃下干燥3分钟后,用辊压机进行压缩成型,由此制作负极。此时的负极活性物质涂布量为5.2g/m2
c.非水电解液的制造
在碳酸亚乙酯:碳酸甲乙酯=1:2(体积比)的混合溶剂中以浓度1.0摩尔/L溶解作为溶质的LiPF6,由此制造非水电解液。
d.电池装配
将作为分隔件的基材切出24mmφ、将正极和负极分别切出16mmφ的圆形。使得正极与负极的活性物质面对置来以负极、分隔件、正极的顺序重叠,容纳于带盖的不锈钢金属制容器。将容器与盖绝缘,容器与负极的铜箔连接、盖与正极的铝箔连接。向该容器内注入前述非水电解液0.4ml并进行密闭,由此装配电池。
e.速率特性的评价
对于d.中装配的简易电池通过在25℃下以电流值3mA(约0.5C)充电至电池电压4.2V后、保持4.2V开始将电流值由3mA缩小的方法,进行电池制成后的最初的充电总和约6小时。然后以电流值3mA放电至电池电压3.0V。
接着通过25℃下以电流值6mA(约1.0C)充电至电池电压4.2V后,保持4.2V开始将电流值由6mA缩小的方法,进行总和约3小时充电。然后,以电流值6mA放电至电池电压3.0V时的放电容量作为1C放电容量(mAh)。
接着通过25℃下以电流值6mA(约1.0C)充电至电池电压4.2V后,保持4.2V开始将电流值由6mA缩小的方法,进行总和约3小时充电。然后以电流值12mA(约2.0C)放电至电池电压3.0V时的放电容量作为2C放电容量(mAh)。
接着算出2C放电容量与1C放电容量的比率,将该值作为速率特性。
速率特性(%)=(2C放电容量/1C放电容量)×100
速率特性(%)的评价基准
◎(极其良好):速率特性超过90%
○(良好):速率特性超过85%且为90%以下
△(及格):速率特性超过80%且为85%以下
×(不好):速率特性为80%以下
(17)循环特性
利用使用各实施例和比较例中得到的分隔件作为分隔件、除此之外如上述(17)a~d那样装配的简易电池,进行循环特性的评价。
对于上述电池以1/3C的电流值进行恒定电流充电直至电压4.2V后,进行4.2V的恒定电压充电8小时,然后以1/3C的电流进行放电直至3.0V的终止电压。接着以1C的电流值进行恒定电流充电直至电压4.2V后,进行4.2V的恒定电压充电3小时,进而以1C的电流进行放电直至3.0V的终止电压。最后以1C的电流值进行恒定电流充电直至4.2V后,进行4.2V的恒定电压充电3小时,作为前处理。需要说明的是,1C指的是将电池的基准容量用1小时放电的电流值。
对于进行了上述前处理的电池在温度25℃的条件下以放电电流1A进行放电直至放电终止电压3V后,以充电电流1A进行充电直至充电终止电压4.2V。将此作为1个循环,重复充放电。接着使用相对于初始容量(第1次循环中的容量)的200次循环后的容量保持率,按照以下的基准评价循环特性。
循环特性的评价基准
◎(极其良好):容量保持率为95%以上且100%以下
○(良好):容量保持率为90%以上且不足95%
△(及格):容量保持率为85%以上且不足90%
×(不好):容量保持率不足85%
(18)高温保存特性
利用分别使用各实施例和比较例中得到的分隔件作为分隔件、除此之外如上述(16)a~d那样装配的简易电池,进行高温保存特性的评价。
对于上述电池,通过在25℃气氛下以3mA(约0.5C)的电流值充电至电池电压4.2V、达到后保持4.2V开始将电流值由3mA缩小的方法,进行总和6小时的充电。然后以3mA的电流值放电至电池电压3.0V。
接着通过25℃气氛下以6mA(约1.0C)的电流值充电至电池电压4.2V,达到后保持4.2V开始将电流值由6mA缩小的方法,进行总和3小时充电。然后,以6mA电流值放电至电池电压3.0V时的放电容量作为A(mAh)。
接着通过25℃气氛下以6mA(约1.0C)的电流值充电至电池电压4.2V,达到后保持4.2V开始将电流值由6mA缩小的方法,进行总和3小时充电。将保持于充电状态的电池单元在60℃气氛下保持7天。然后取出电池单元,在25℃气氛下以6mA的电流值放电至电池电压3.0V。接着通过在25℃气氛下,以6mA(约1.0C)的电流值充电至电池电压4.2V,达到后保持4.2V开始将电流值由6mA缩小的方法,进行总和3小时充电。进而以6mA的电流值放电至电池电压3.0V时的放电容量作为B(mAh)。
接着,使用B与A的比率,通过以下基准评价高温保存特性。
高温保存特性的评价基准
○(良好):B与A的比率为70%以上。
×(不好):B与A的比率不足70%。
(19)耐氧化性
观察利用NC电池单元的涓流试验后的分隔件表面的黑色化情况来评价耐氧化性。
具体如以下所述。
将各实施例和比较例中得到的分隔件分别切出18mmφ。另外,将与上述“(16)速率特性”同样地制作的正极和负极分别切出16mmφ的圆形(圆板)。接着使得正极与负极的活性物质面对置来以正极、分隔件、以及负极的顺序层叠后,容纳于带盖的不锈钢金属制容器。将容器与盖绝缘,以容器与负极的铜箔连接、盖与正极的铝箔连接的方式配置。向该容器内注入上述电解液并进行密闭,以该状态在室温下放置1天,由此制作电池。在此,作为电解液,使用通过在碳酸亚乙酯/碳酸甲乙酯=1/2(体积比)的混合溶剂中以浓度1.0摩尔/L溶解作为溶质的LiPF6而制造的电解液。
接着,对于上述电池,通过在25℃气氛下以6mA(1.0C)的电流值充电至电池电压4.2V、进而保持4.2V开始将电流值由6mA缩小的方法,进行总和3小时的充电。接着以6mA(1.0C)的电流值放电至电池电压3.0V。接着通过60℃气氛下以6mA(1.0C)的电流值充电至电池电压4.2V,进而保持4.2V开始将电流值由6mA缩小的方法,进行总和3小时充电。接着在以保持4.2V的方式连续充电的状态下,在60℃的气氛下保存4天后,以6mA(1.0C)的电流值放电至电池电压3.0V。由该电池取出分隔件,为了去除附着物而在二甲氧基乙烷、乙醇和1N的盐酸中依次各进行15分钟的超声波洗涤。然后在空气中干燥,肉眼观察分隔件的正极接触面侧的水分散液涂布部的黑色变色情况,进行耐氧化性的评价。
变色为黑色的比率在单位面积为5%以下的情况判定为◎(极其良好)、超过5%且为10%以下的情况判定为○(良好)、超过10%的情况判定为×(不良)。
<基材的制造>
制造例B1
(基材B1-1的制造)
使用桶混机,将Mv为70万的均聚物的高密度聚乙烯45质量份、Mv为30万的均聚物的高密度聚乙烯45质量份、和Mv为40万的均聚物的聚丙烯5质量份干式混合。
向所得到的聚烯烃混合物99质量份中添加作为抗氧化剂的四-[亚甲基-(3’,5’-二-叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸酯]甲烷1质量份,再次使用桶混机干式混合,由此得到混合物。
氮气气氛下,通过给料器将所得到的混合物供给到双轴挤出机。
另外,通过柱塞泵将液体石蜡(37.78℃时的运动粘度7.59×10-5m2/s)注入到挤出机料筒。
使得所挤出的全部混合物中的液体石蜡的比率为65质量份、以及聚合物浓度为35质量份来调整给料器和泵的运转条件。
接着,将它们在双轴挤出机内加热到230℃的同时熔融混炼,将所得到的熔融混炼物经过T-模头挤出到表面温度控制于80℃的冷却辊上,使得该挤出物与冷却辊接触,进行成型(cast)、冷却固化,由此得到片材状成型物。
利用同时双轴拉伸机将该片材在温度112℃下拉伸到倍率7×6.4倍。然后,将拉伸物浸渍于二氯甲烷,萃取去除液体石蜡后,进行干燥,进而使用拉幅机在温度130℃下在横向拉伸2倍。
然后将该拉伸片材在宽度方向松弛约10%,进行热处理,得到作为聚烯烃树脂多孔膜的基材B1-1。
对于所得到的基材B1-1,通过上述方法测定各种物性。所得到的结果如表1所示。
制造例B2
(基材B2-1的制造)
用上述方法制造基材B1-1。接着将氢氧化氧化铝(平均粒径1.0μm)96.0质量份、丙烯酸胶乳(固体成分浓度40%、平均粒径145nm、最低成膜温度0℃以下)4.0质量份、和聚羧酸铵水溶液(SAN NOPCO LIMITED.制SN dispersant5468)1.0质量份均匀地分散于100质量份的水,制造涂布液。接着使用照相凹版涂布机将该涂布液涂布于聚烯烃树脂多孔膜(基材B1-1)的表面。然后,在60℃下干燥去除水。如此在聚烯烃树脂多孔膜(基材B1-1)上以厚度2μm形成氢氧化铝(无机填料的多孔层),由此得到基材B2-1。
对于所得到的基材,分别通过上述方法测定各种物性。所得到的结果如表1所示。
表1
<原料聚合物的制造>
制造例A1水分散体(表中记载为“原料聚合物”。以下相同。)A1的合成
向安装有搅拌机、回流冷凝器、滴加槽和温度计的反应容器中投入离子交换水70.4质量份、“AQUALON KH1025”(注册商标、第一工业制药株式会社制25%水溶液、表中记载为“KH1025”。以下相同。)0.5质量份、和“ADEKAREASOAP SR1025”(注册商标、株式会社ADEKA制、25%水溶液、表中记载为“SR1025”。以下相同。)0.5质量份,将反应容器内部温度升温到80℃。然后,在保持80℃的容器内部温度的状态下,添加过硫酸铵(2%水溶液)(表中记载为“APS(aq)”。以下相同。)7.5质量份。
另一方面,将甲基丙烯酸甲酯(表中记载为“MMA”。以下相同。)38.5质量份、丙烯酸正丁酯(表中记载为“BA”。以下相同。)19.6质量份、丙烯酸2-乙基己酯(表中记载为“EHA”。以下相同。)31.9质量份、甲基丙烯酸(表中记载为“MAA”。以下相同。)0.1质量份、丙烯酸(表中记载为“AA”。以下相同。)0.1质量份、甲基丙烯酸2-羟基乙酯(表中记载为“HEMA”。以下相同。)2质量份、丙烯酰胺(表中记载为“AM”。以下相同。)5质量份、甲基丙烯酸缩水甘油酯(表中记载为“GMA”。以下相同。)2.8质量份、“AQUALONKH1025”(注册商标、第一工业制药株式会社制25%水溶液)3质量份、“ADEKAREASOAP SR1025”(注册商标、株式会社ADEKA制25%水溶液)3质量份、对苯乙烯磺酸钠(表中记载为“NaSS”。以下相同。)0.05质量份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(新中村化学工业株式会社制、表中记载为“A-TMPT”。以下相同。)0.7质量份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(表中记载为“MPTMS”。以下相同。)0.3质量份、过硫酸铵(2%水溶液)7.5质量份和离子交换水52质量份的混合物,利用均质混合器混合5分钟,制作乳化液。
将所得到的乳化液由滴加槽滴加到上述反应容器。在向反应容器添加过硫酸铵水溶液5分钟后开始滴加,用150分钟滴加乳化液的总量。乳化液的滴加中将容器内部温度维持于80℃。
乳化液的滴加结束后,在将反应容器内部温度保持于80℃的状态下维持90分钟,然后冷却至室温,得到乳液。对于所得到的乳液,使用氢氧化铵水溶液(25%水溶液)调整为pH=9.0,得到浓度40质量%的丙烯酸系共聚物胶乳(原料聚合物A1)。对于所得到的原料聚合物(水分散体)A1,通过上述方法评价。所得到的结果如表2所示。
制造例A2~18水分散体A2~18的合成
单体以及其它使用原料的组成分别如表2记载那样变更,除此之外与原料聚合物(水分散体)A1同样地分别得到共聚物胶乳(原料聚合物A2~18)。对于所得到的原料聚合物(水分散体)A2~18,分别通过上述方法评价。所得到的结果如表2所示。
表2(全部四张之一)
(表2.有后续)
表2(全部四张之二)
(表2.有后续)
表2(全部四张之三)
(表2.有后续)
表2(全部四张之四)
(表2结束)
制造例A2-1
取上述制造例A2中得到的水分散体A2的一部分,进行将其作为种子聚合物的多段聚合,由此合成水分散体A2-1。
向安装有搅拌机、回流冷凝器、滴加槽和温度计的反应容器中投入按固体成分换算计为20质量份的上述水分散体A2,将反应容器内部温度升温到80℃。然后,在保持80℃的容器内部温度的状态下,添加过硫酸铵(2%水溶液)7.5质量份。以上为初期投料。
另一方面,将甲基丙烯酸甲酯71.5质量份、丙烯酸正丁酯18.9质量份、丙烯酸2-乙基己酯2质量份、甲基丙烯酸0.1质量份、丙烯酸0.1质量份、甲基丙烯酸2-羟基乙酯2质量份、丙烯酰胺5质量份、甲基丙烯酸缩水甘油酯0.4质量份、AQUALON KH1025(注册商标、25%水溶液)3质量份、ADEKAREASOAP SR1025(注册商标、25%水溶液)3质量份、对苯乙烯磺酸钠0.05质量份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.4质量份、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.3质量份、过硫酸铵(2%水溶液)7.5质量份和离子交换水52质量份的混合物,利用均质混合器混合5分钟,制作乳化液。
将所得到的乳化液由滴加槽滴加到上述反应容器。在向反应容器添加过硫酸铵水溶液5分钟后开始滴加,用150分钟滴加乳化液的总量。乳化液的滴加中将容器内部温度维持于80℃。
乳化液的滴加结束后,在将反应容器内部温度保持于80℃的状态下维持90分钟,然后冷却至室温,得到乳液。对于所得到的乳液,使用氢氧化铵水溶液(25%水溶液)调整为pH=9.0,得到浓度40质量%的丙烯酸系共聚物胶乳(原料聚合物A2-1)。对于所得到的原料聚合物(水分散体)A1,通过上述方法评价。所得到的结果如表2所示。
制造例A2-2~A18-2
种子聚合物、单体和其它使用原料的组成分别如表3记载那样变更,除此之外与原料聚合物(水分散体)A2-1同样地通过多段聚合得到各共聚物胶乳。对于所得到的原料聚合物(水分散体),分别通过上述方法评价。所得到的结果如表3所示。
表3(全部五张之一)
(表3.有后续)
表3(全部五张之二)
(表3.有后续)
表3(全部五张之三
(表3.有后续)
表3(全部五张之四)
(表3.有后续)
表3(全部五张之五)
(表3.结束)
上述表2及3中的原材料名的简称分别为以下的意思。
<乳化剂>
KH1025:AQUALON KH1025、第一工业制药株式会社制、25%水溶液
SR1025:ADEKAREASOAP SR1025、株式会社ADEKA制、25%水溶液
NaSS:对苯乙烯磺酸钠
<引发剂>
APS:过硫酸铵(2%水溶液)
<单体>
(酸单体)
MAA:甲基丙烯酸
AA:丙烯酸
((甲基)丙烯酸酯)
MMA:甲基丙烯酸甲酯
BA:丙烯酸正丁酯
BMA:甲基丙烯酸正丁酯
EHA:丙烯酸2-乙基己酯
CHMA:甲基丙烯酸环己酯
(芳香族乙烯基单体)
St:苯乙烯
(含有氰基的单体)
AN:丙烯腈
(其它含有官能团的单体)
HEMA:甲基丙烯酸2-羟基乙酯
AM:丙烯酰胺
(交联性单体)
GMA:甲基丙烯酸缩水甘油酯
A-TMPT:三羟甲基丙烷三丙烯酸酯
AcSi:γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
[实施例1]
将按固体成分计80质量份的水分散体A2、和按固体成分计20质量份的水分散体A1均匀地分散于水,制造含有热塑性聚合物的涂布液(固体成分10质量%)。此时,添加相对于涂布液为1质量%的作为增稠剂的羧甲基纤维素,将涂布液的粘度调整为20mPa·s。接着使用照相凹版涂布机,利用逆转辊涂布,在基材B1-1单面的整面涂布涂布液。然后,60℃下将涂布后的涂布液干燥去除水。进而,在基材B1-1的另一单面也同样地涂布涂布液,再次与上述同样地干燥。如此得到在基材B1-1的两面形成有聚合物层的分隔件。
[实施例2]
使得聚合物负载量为0.5g/m2来调整涂布条件,除此之外与实施例1同样地制作分隔件。
[实施例3~10及13~26]
基材和涂布液的组成分别如表4中记载那样变更,除此之外与实施例1同样地得到分隔件。
[实施例11]
增稠剂的种类设为黄原胶,除此之外与实施例2同样地得到分隔件。
[实施例12]
增稠剂的种类设为改性聚氨酯系聚醚,除此之外与实施例2同样地得到分隔件。
[比较例1及2]
涂布条件如表4那样,涂布方法设为直接涂布,除此之外与实施例1同样地得到分隔件。
[比较例3]
涂布条件如表4那样,涂布方法设为直接涂布,除此之外与实施例1同样地得到分隔件。
[比较例4]
涂布条件如表4那样,涂布方法设为喷涂,除此之外与实施例1同样地得到分隔件。
[评价结果]
对于上述各实施例和比较例中得到的分隔件,分别通过上述方法评价各种特性。
所得到的结果如表4所示。
表4中的增稠剂的简称分别为以下的意思。
CMC:羧甲基纤维素
XTG:黄原胶
MPE:改性聚氨酯系聚醚

Claims (20)

1.一种蓄电装置用分隔件,其具备至少包含多孔膜的基材、和配置于所述基材的至少一个表面的热塑性聚合物,
使用对于所述热塑性聚合物进行沃罗诺伊分割得到的沃罗诺伊多边形的面积(Si)、利用下述数学式定义的方差(σ2)为0.01以上且0.7以下,
&sigma; 2 = &Sigma; i ( S i m - 1 ) 2 n
式中,Si为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值,m为沃罗诺伊多边形的面积的实际测定值的平均值,并且n为沃罗诺伊多边形的总数。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述方差(σ2)为0.01以上且0.6以下。
3.根据权利要求1所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述方差(σ2)为0.01以上且0.5以下。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物为粒状。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物的平均粒径为10nm~2000nm。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物的平均粒径为50nm~1500nm。
7.根据权利要求1~4中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物的平均粒径为100nm~1000nm。
8.根据权利要求1~4中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物的平均粒径为130nm~800nm。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物的面积密度为30%以上且80%以下。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物实质上不互相重叠地存在。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物所具有的1720cm-1~1750cm-1波长时的红外吸收峰强度与740cm-1~770cm-1波长时的红外吸收峰强度之比为1~18。
12.根据权利要求1~10中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物所具有的2220cm-1~2260cm-1波长时的红外吸收峰强度与1720cm-1~1750cm-1波长时的红外吸收峰强度之比为0.001~0.320。
13.根据权利要求1~10中任一项所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述热塑性聚合物含有选自由下述(1)~(3)组成的组中的至少一种:
(1)具有(甲基)丙烯酸酯作为单体单元的共聚物,其中下述(2)共聚物和(3)共聚物除外、
(2)具备具有氰基的单体和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物、和
(3)具有芳香族乙烯基化合物和(甲基)丙烯酸酯单体作为单体单元的共聚物。
14.根据权利要求13所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述具有氰基的单体为(甲基)丙烯腈。
15.根据权利要求13所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述芳香族乙烯基化合物为苯乙烯。
16.一种蓄电装置,其装载有权利要求1~15中任一项所述的蓄电装置用分隔件。
17.一种蓄电装置用分隔件的制造方法,其包括:
将含有所述热塑性聚合物的溶液的粘度调整到20mPa·s以上的工序、和
对于包含多孔膜的基材赋予剪切力并且涂布所述调整后的热塑性聚合物溶液的工序。
18.根据权利要求1所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述方差(σ2)是由用扫描电子显微镜对配置于所述基材的热塑性聚合物进行拍摄得到的拍摄图像算出的。
19.根据权利要求18所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述方差(σ2)定义为由如以下那样设定的测定视野分别算出的95个方差(σ2)的平均值,
i)各测定视野:用扫描电子显微镜拍摄得到的图像
ii)视野的设定方法:
a)设定起点的视野,
b)设定包括由相对于所述起点的视野在横向依次邻接的区域构成的视野9个、由相对于所述起点的视野在纵向依次邻接的区域构成的视野9个、和所述起点的视野这19个视野,
c)将被所述19个视野规定的区域设定为起点的分区,
d)设定由相对于所述起点的分区以10mm间隔在单轴向依次邻接的区域构成的分区4个,
e)对于所述4个分区,在与所述起点的分区中的19个视野相似的位置各设定19个视野,接着
f)将所述4个分区和所述起点的分区中的全部95个视野(19个视野×5个分区)设定为测定视野。
20.根据权利要求19所述的蓄电装置用分隔件,其中,所述各测定视野为设定成在1个视野观察到的热塑性聚合物颗粒数为80~200个的倍率来拍摄得到的拍摄图像。
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