CN107039620A - 非水电解液二次电池用间隔件 - Google Patents

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Abstract

作为倍率特性和循环特性优异的非水电解液二次电池用间隔件,提供一种包含以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的非水电解液二次电池用间隔件,在所述多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度为15秒/mg~21秒/mg,且在所述多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径为20mm以上。

Description

非水电解液二次电池用间隔件
技术领域
本发明涉及包含多孔膜的非水电解液二次电池用间隔件、以及在该多孔膜上层叠多孔层而成的非水电解液二次电池用层叠间隔件。
背景技术
非水电解液二次电池、特别是锂二次电池由于能量密度高而被广泛用作个人电脑、便携电话、便携信息终端等中使用的电池,而且最近作为车载用电池正在进行开发。
已知在非水电解液二次电池中,由于电解液的量的减少,电池性能降低。
作为能够防止上述电池性能的降低的非水电解液二次电池,提出了一种具备被电极(电极活性物质层)与树脂制间隔件直接夹持的电解液保液层从而保持一定量的电解液的非水电解液二次电池(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本公开专利公报“日本专利第5656093号公报(2015年1月21日发行)”
发明内容
发明要解决的问题
然而,对于上述非水电解液二次电池而言,随着时间经过,电解液蒸发而电解液的量减少,结果电池性能、特别是放电倍率特性、循环特性有可能降低。另外,由于在间隔件与电极之间具备电解液保液层,而非水电解液二次电池自身大型化。
用于解决问题的方法
发明者为了解决上述课题,发现通过在不设置电解液保液层的情况下,控制间隔件自身的电解液的保持性,能够制造电池特性、特别是放电倍率特性和循环特性优异的非水电解液二次电池,从而想到本发明。
本发明可包括以下所示的非水电解液二次电池用间隔件、非水电解液二次电池用层叠间隔件、非水电解液二次电池用构件和非水电解液二次电池、以及非水电解液二次电池用间隔件或非水电解液二次电池用层叠间隔件的制造方法。
本发明的非水电解液二次电池用间隔件的特征在于,
是包含以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的非水电解液二次电池用间隔件,
在所述多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度为15秒/mg~21秒/mg,
且在所述多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径为20mm以上。
本发明的非水电解液二次电池用层叠间隔件的特征在于,
在本发明的非水电解液二次电池用间隔件的至少一面层叠有多孔层。
本发明的非水电解液二次电池用间隔件中,优选所述多孔层包含聚偏氟乙烯系树脂。另外,优选所述多孔层包含绝缘性微粒。
本发明的非水电解液二次电池用构件的特征在于,正极、本发明的非水电解液二次电池用间隔件或本发明的非水电解液二次电池用层叠间隔件、和负极依次配置。
本发明的非水电解液二次电池的特征在于,包含本发明的非水电解液二次电池用间隔件或本发明的非水电解液二次电池用层叠间隔件。
本发明的制造方法是本发明的非水电解液二次电池用间隔件或本发明的非水电解液二次电池用层叠间隔件的制造方法,其特征在于,包括:将聚烯烃系树脂组合物在245℃以上且280℃以下的T模挤出温度下,由T模挤出成片状的工序;以及在100℃以上且125℃以下的热固定温度下进行热固定,得到以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的工序。
发明效果
本发明的非水电解液二次电池用间隔件或本发明的非水电解液二次电池用层叠间隔件起到能够对具备该间隔件的非水电解液二次电池赋予优异的放电倍率特性和循环特性的效果。
具体实施方式
以下,对本发明的一个实施方式进行详细说明。需要说明的是,本申请中,“A~B”表示“A以上且B以下”。
[实施方式1:非水电解液二次电池用间隔件、实施方式2:非水电解液二次电池用层叠间隔件]
本发明的实施方式1的非水电解液二次电池用间隔件的特征在于,是包含以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的非水电解液二次电池用间隔件,在所述多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度为15秒/mg~21秒/mg,且在所述多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径为20mm以上。
本发明的实施方式2的非水电解液二次电池用层叠间隔件的特征在于,在本发明的实施方式1的非水电解液二次电池用间隔件(多孔膜)的至少一面层叠有多孔层。
<多孔膜>
本发明中的多孔膜可以成为非水电解液二次电池用间隔件或后述的非水电解液二次电池用层叠间隔件的基材,其以聚烯烃为主成分,在其内部具有多数连结的细孔,能够使气体、液体从一面向另一面透过。多孔膜可以由1层形成,也可以是多个层层叠而形成的。
“以聚烯烃系树脂为主成分”是指,聚烯烃系树脂在多孔膜中所占的比例为多孔膜整体的50体积%以上,优选为90体积%以上,更优选为95体积%以上。另外,在上述聚烯烃系树脂中,更优选包含重均分子量为5×105~15×106的高分子量成分。特别是若在聚烯烃系树脂中包含重均分子量为100万以上的高分子量成分,则作为该多孔膜的非水电解液二次电池用间隔件、和作为包含该多孔膜的层叠体的非水电解液二次电池用层叠间隔件的强度提高,因而更优选。
作为多孔膜的主成分的聚烯烃系树脂没有特别限定,可以举出例如:作为热塑性树脂的、将乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯等单体(共聚)聚合而成的均聚物(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯)或共聚物(例如乙烯-丙烯共聚物)。其中,由于能够以更低温阻止(关闭)过大电流流过,因此更优选聚乙烯。作为该聚乙烯,可以举出低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线状聚乙烯(乙烯-α-烯烃共聚物)、重均分子量为100万以上的超高分子量聚乙烯等,其中,进一步优选重均分子量为100万以上的超高分子量聚乙烯。
在上述多孔膜单独成为非水电解液二次电池用间隔件的情况下,多孔膜的膜厚优选为4μm~40μm,更优选为5μm~30μm,进一步优选为6μm~15μm。另外,在将多孔膜用作非水电解液二次电池用层叠间隔件的基材并在多孔膜的单面或两面层叠多孔层而形成非水电解液二次电池用层叠间隔件(层叠体)的情况下,多孔膜的膜厚考虑该层叠体的膜厚适当决定即可,但优选为4~40μm,更优选为5~20μm。
在多孔膜的膜厚小于上述范围的情况下,具备使用该多孔膜的非水电解液二次电池间隔件和非水电解液二次电池用层叠间隔件的非水电解液二次电池中,不能充分防止电池的破损等导致的内部短路。另外,多孔膜中的电解液的保持量降低。另一方面,在多孔膜的膜厚大于上述范围的情况下,使用该多孔膜的非水电解液二次电池间隔件和非水电解液二次电池用层叠间隔件整个区域的锂离子的透过阻抗增加。因此,对于具备该间隔件的非水电解液二次电池而言,若反复充放电循环,则正极劣化,倍率特性、循环特性降低。另外,由于正极与负极之间的距离增加,因而非水电解液二次电池大型化。
多孔膜的每单位面积的重量考虑具备该多孔膜的非水电解液二次电池间隔件或非水电解液二次电池用层叠间隔件的强度、膜厚、重量、和操作性来适当决定即可。具体来说,为了能够提高具备上述非水电解液二次电池用间隔件或上述非水电解液二次电池用层叠间隔件的该电池的重量能量密度、体积能量密度,通常优选为4~20g/m2,更优选为5~12g/m2
多孔膜的透气度以格利(Gurley)值计优选为30~500sec/100mL,更优选为50~300sec/100mL。通过使多孔膜具有上述透气度,具备该多孔膜的非水电解液二次电池间隔件或非水电解液二次电池用层叠间隔件可以得到充分的离子透过性。
为了提高电解液的保持量、并且能够得到以更低温切实地阻止(关闭)过大电流流过的功能,多孔膜的空隙率优选为20~80体积%,更优选为30~75体积%。
若多孔膜的空隙率低于20体积%,则该多孔膜的电阻增加。另外,若多孔膜的空隙率超过80体积%,则该多孔膜的机械强度降低。
另外,为了使具备该多孔膜的非水电解液二次电池间隔件或非水电解液二次电池用层叠间隔件能够得到充分的离子透过性、且能够防止粒子进入正极或负极,多孔膜所具有的细孔的孔径优选为0.3μm以下,更优选为0.14μm以下。
对于本发明中的多孔膜而言,在所述多孔膜上滴加的碳酸二乙酯(以下,也称DEC)的减少速度为15秒/mg~21秒/mg,优选为16秒/mg~20秒/mg,更优选为17秒/mg~19秒/mg。
在将该多孔膜用作非水电解液二次电池用间隔件或非水电解液二次电池用间隔件的构件而构成非水电解液二次电池的情况下,在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度小于15秒/mg显示出多孔膜的保液性欠缺。其结果是,在非水电解液二次电池内容易发生液体枯竭,其循环特性降低。另外,在将该多孔膜用作非水电解液二次电池用间隔件或非水电解液二次电池用间隔件的构件而构成非水电解液二次电池的情况下,在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度大于21秒/mg显示出多孔膜的空孔(空隙)内的、流体(DEC等电解液、充放电时在电池内由电解液产生的气体)的移动速度缓慢。其结果是,招致充放电时电解液向电极的供给不足导致的液体枯竭、以及伴随上述产生气体向上述空隙内的滞留的该间隔件的离子透过阻抗的增大(离子透过性的减少),非水电解液二次电池的循环特性降低。
本说明书中,“在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度”表示,在多孔膜上滴加DEC时的该DEC的蒸发速度,在以下的测定条件下,通过以下的方法进行测定。
测定条件:大气压;室温(约25℃);湿度60~70%;风速0.2m/s以下;
测定方法:
(i)将多孔膜切出50mm×50mm见方的正方形,载置于聚四氟乙烯(PTFE)板上,将载置有所述多孔膜的PTFE板载置于分析天平进行零点补偿。
(ii)使用在顶端安装有移液器管嘴的微量移液器,量取DEC20μL。
(iii)从(i)中进行了零点补偿的上述分析天平上载置的多孔膜的上方高5mm的位置,向所述多孔膜的中心部滴加(ii)中量取的DEC20μL后,测定分析天平的刻度、即DEC的重量。
(iv)测定(iii)中测定的DEC的重量从15mg到5mg为止的时间,将测定的时间除以DEC的重量变化量(10mg),由此算出“在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度”(秒/mg)。
对于本发明中的多孔膜而言,在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径为20mm以上,优选为21mm以上,更优选为22mm以上。另外,上述点径优选为30mm以下。
在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径小于20mm显示出滴加的DEC被导入多孔膜内部的空隙的速度缓慢,多孔膜的与电解液(DEC等)的亲和性低,因此,将该多孔膜用作非水电解液二次电池用间隔件或非水电解液二次电池用间隔件的构件而构成非水电解液二次电池的情况下,多孔膜与电极的界面附近的DEC等电解液的移动速度、特别是充放电时由电极合剂层向多孔膜内部的导入速度变慢,并且向多孔膜内部的电解液浸透力降低,随之多孔膜内部的保液量降低,因此通过反复电池充放电,容易在间隔件与电极的界面、多孔膜内部产生局部的电解液枯竭部。其结果是,招致电池内部的电阻值的增大,非水电解液二次电池的循环特性降低。另外,在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径大于30mm显示出,将该多孔膜用作非水电解液二次电池用间隔件或非水电解液二次电池用间隔件的构件而构成非水电解液二次电池的情况下,多孔膜与电解液的亲和性变得过高,变得过于容易在多孔膜内部保持电解液。其结果是,有时容易发生充放电时向电极的电解液供给不足导致的液体枯竭,非水电解液二次电池的倍率特性和循环特性降低。
本说明书中,“在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径”表示,在多孔膜上滴加DEC20μL后经过10秒钟后,该多孔膜上残留的DEC的滴痕的直径,在以下的测定条件下,通过以下的方法进行测定。
测定条件:大气压;室温(约25℃);湿度60~70%;风速0.2m/s以下;
测定方法:进行与上述的“在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度”的测定方法中的工序(i)~(iii)同样的工序,从多孔膜的上方高5mm的位置向所述多孔膜的中心部滴加DEC20μL,经过10秒钟后,测定该多孔膜上残留的DEC的滴痕的直径。
需要说明的是,上述的碳酸二乙酯的减少速度和上述的点径的测定中,在多孔膜表面存在树脂粉、无机物等附着物时等,可以根据需要在测定前进行将多孔膜浸渍于DEC等有机溶剂和/或水,清洗除去上述附着物等后,将溶剂、水干燥等的前处理。
作为控制上述的碳酸二乙酯的减少速度和上述的点径的方法,可以举出在后述的多孔膜的制造方法中,将“T模挤出温度”和“拉伸后热固定温度”设为特定范围的方法。
另外,在多孔膜上可以具备粘接层、耐热层、保护层等公知的多孔层。本说明书中,将具备非水电解液二次电池用间隔件和多孔层的间隔件称为非水电解液二次电池用层叠间隔件(以下,有时称为层叠间隔件)。在多孔膜上形成所述多孔层、即制作非水电解液二次电池用层叠间隔件的情况下,在形成所述多孔层之前,也就是说,在后述的涂敷涂敷液之前,优选预先实施亲水化处理。通过对多孔膜预先实施亲水化处理,涂敷液的涂敷性进一步提高,由此能够形成更均匀的多孔层。该亲水化处理在涂敷液中所含的溶剂(分散介质)中所占的水的比例高时是有效的。作为上述亲水化处理,具体来说,可以举出例如:基于酸或碱等的药剂处理、电晕处理、等离子处理等公知的处理。上述亲水化处理中,在能够以较短时间使多孔膜亲水化上,从亲水化仅限于多孔膜的表面附近而不使多孔膜的内部变质出发,更优选电晕处理。
[多孔层]
本发明的多孔层可以包含微粒,通常是包含树脂而成的树脂层。本发明的多孔层优选为在多孔膜的单面或两面层叠的耐热层或粘接层。构成多孔层的树脂优选不溶于电池的电解液,而且在该电池的使用范围内电化学稳定。在多孔膜的单面层叠多孔层的情况下,该多孔层优选层叠于形成非水电解液二次电池时的、多孔膜的与正极相对的面,更优选层叠于与正极相接的面。
作为该树脂,具体来说,可以举出例如:聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯-丙烯共聚物等聚烯烃;偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯等含氟树脂;偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物等含氟橡胶;芳香族聚酰胺;全芳香族聚酰胺(芳酰胺树脂);苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物、甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯橡胶、聚乙酸乙烯酯等橡胶类;聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰胺、聚酯等熔点、玻璃化转变温度为180℃以上的树脂;聚乙烯醇、聚乙二醇、纤维素醚、海藻酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸等水溶性聚合物等。
另外,作为上述芳香族聚酰胺,具体来说,可以举出例如:聚(对亚苯基对苯二甲酰胺)、聚(间亚苯基间苯二甲酰胺)、聚(对苯甲酰胺)、聚(间苯甲酰胺)、聚(4,4’-苯甲酰苯胺对苯二甲酰胺)、聚(对亚苯基-4,4’-亚联苯基二羧酸酰胺)、聚(间亚苯基-4,4’-亚联苯基二羧酸酰胺)、聚(对亚苯基-2,6-萘二羧酸酰胺)、聚(间亚苯基-2,6-萘二羧酸酰胺)、聚(2-氯对亚苯基对苯二甲酰胺)、对亚苯基对苯二甲酰胺/2,6-二氯对亚苯基对苯二甲酰胺共聚物、间亚苯基对苯二甲酰胺/2,6-二氯对亚苯基对苯二甲酰胺共聚物等。其中,更优选聚(对亚苯基对苯二甲酰胺)。
上述树脂之中,更优选聚烯烃、含氟树脂、芳香族聚酰胺、和水溶性聚合物。其中,多孔层与正极相对地配置的情况下,为了容易维持基于电池工作时的酸性劣化的、非水电解液二次电池的倍率特性、阻抗特性(液体阻抗)等各种性能,进一步优选含氟树脂或含氟橡胶,特别优选聚偏氟乙烯系树脂(偏氟乙烯的均聚物(即聚偏氟乙烯)、偏氟乙烯与六氟丙烯、四氟乙烯、三氟乙烯、三氯乙烯、和氟乙烯等的共聚物)。水溶性聚合物可以使用水作为形成多孔层时的溶剂,因此从工艺和环境负荷的方面出发更优选,进一步优选纤维素醚、海藻酸钠,特别优选纤维素醚。
作为纤维素醚,具体来说,可以举出例如:羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧乙基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、氰基乙基纤维素、氧基乙基纤维素等,更优选长期使用中的劣化少、化学稳定性优异的CMC和HEC,特别优选CMC。
本说明书中的微粒是指,一般被称为填料的有机微粒或无机微粒。因此,上述树脂具有作为使微粒彼此、以及微粒与多孔膜粘结的粘结剂树脂的功能。另外,上述微粒优选为绝缘性微粒。
作为本发明中多孔层中所含的有机微粒,具体来说,可以举出例如:苯乙烯、乙烯基酮、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸甲酯等单体的均聚物或2种以上的共聚物;聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等含氟树脂;密胺树脂;尿素树脂;聚乙烯;聚丙烯;聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等。这些有机微粒为绝缘性微粒。
作为本发明中多孔层中所含的无机微粒,具体来说,可以举出例如:由碳酸钙、滑石、粘土、高岭土、二氧化硅、水滑石、硅藻土、碳酸镁、碳酸钡、硫酸钙、硫酸镁、硫酸钡、氢氧化铝、勃母石、氢氧化镁、氧化钙、氧化镁、氧化钛、氮化钛、氧化铝(铝氧化物)、氮化铝、云母、沸石、玻璃等无机物构成的填料。这些无机微粒为绝缘性微粒。填料可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。
上述填料中,适宜为由无机物构成的填料,更优选由二氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化铝、云母、沸石、氢氧化铝、勃母石等无机氧化物构成的填料,进一步优选选自二氧化硅、氧化镁、氧化钛、氢氧化铝、勃母石和氧化铝中的至少1种填料,特别优选氧化铝。氧化铝中,存在α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝等多种晶形,均可以适宜地使用。其中,由于热稳定性和化学稳定性特别高,因此最优选α-氧化铝。
填料的形状根据作为原料的有机物或无机物的制造方法、制作用于形成多孔层的涂敷液时的填料的分散条件等而变化,可以是球形、长圆形、矩形、葫芦形等形状、或没有特定形状的无定形等任何形状。
多孔层包含填料的情况下,填料的含量优选为多孔层的1~99体积%,更优选为5~95体积%。通过使填料的含量为上述范围,通过填料彼此的接触而形成的空隙被树脂等闭塞的情况变少,可以得到充分的离子透过性,并且能够使每单位面积的重量成为适当的值。
微粒可以组合使用粒径、比表面积相互不同的2种以上。
多孔层中所含的微粒的含量优选为多孔层的1~99体积%,更优选为5~95体积%。通过使微粒的含量为上述范围,通过微粒彼此的接触而形成的空隙被树脂等闭塞的情况变少,可以得到充分的离子透过性,并且能够使每单位面积的重量成为适当的值。
本发明的多孔层的膜厚考虑作为非水电解液二次电池用层叠间隔件的层叠体的膜厚来适当决定即可,但是在使用多孔膜作为基材并在多孔膜的单面或两面层叠多孔层而形成层叠体的情况下,优选为0.5~15μm(每单面),更优选为2~10μm(每单面)。
若多孔层的膜厚低于1μm,则在将层叠体用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时,不能充分防止电池的破损等导致的内部短路。另外,多孔层中的电解液的保持量降低。另一方面,若多孔层的膜厚以两面的合计超过30μm,则在将层叠体用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时,该间隔件整个区域的锂离子的透过阻抗增加,因此若反复循环,则正极劣化,倍率特性、循环特性降低。另外,由于正极与负极之间的距离增加,因而非水电解液二次电池大型化。
关于多孔层的物性的下述说明中,在多孔膜的两面层叠多孔层的情况下,至少是指形成非水电解液二次电池时的、多孔膜的与正极相对的面上层叠的多孔层的物性。
多孔层的每单位面积的重量(每单面)考虑层叠体的强度、膜厚、重量、和操作性来适当决定即可,但为了能够提高将层叠体用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时的该电池的重量能量密度、体积能量密度,通常优选为1~20g/m2,更优选为2~10g/m2。多孔层的单位面积重量超过上述范围的情况下,将层叠体用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时,非水电解液二次电池变重。
另外,多孔层的每1平方米中所含的多孔层构成成分的体积(每单面)优选为0.5~20cm3,更优选为1~10cm3,进一步优选为2~7cm3。也就是说,多孔层的成分单位面积体积(每单面)优选为0.5~20cm3/m2,更优选为1~10cm3/m2,进一步优选为2~7cm3/m2。多孔层的成分单位面积体积低于0.5cm3/m2的情况下,将层叠体用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时,不能充分防止电池的破损等导致的内部短路。另外,多孔层的成分单位面积体积大于20cm3/m2的情况下,将层叠体用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时,该间隔件整个区域的锂离子的透过阻抗增加,因此若反复循环,则正极劣化,倍率特性、循环特性降低。
上述多孔层的成分单位面积体积利用以下方法算出。
(1)对多孔层的单位面积重量乘以构成该多孔层的各成分的重量浓度(多孔层中的重量浓度),算出各成分的单位面积重量。
(2)将(1)中得到的各成分的单位面积重量分别除以各成分的真比重,将所得到的数值的总和作为多孔层的成分单位面积体积。
为了能够得到充分的离子透过性,多孔层的空隙率优选为20~90体积%,更优选为30~80体积%。另外,为了使上述多孔层和包含上述多孔层的非水电解液二次电池用层叠间隔件能够得到充分的离子透过性,多孔层所具有的细孔的孔径优选为3μm以下,更优选为1μm以下,进一步优选为0.5μm以下。
[层叠体]
作为本发明的非水电解液二次电池用层叠间隔件的层叠体具备在上述多孔膜的单面或两面层叠有上述多孔层的构成。
本发明中的层叠体的膜厚优选为5.5μm~45μm,更优选为6μm~25μm。
本发明中的层叠体的透气度以格利值计优选为30~1000sec/100mL,更优选为50~800sec/100mL。通过使层叠体具有上述透气度,将层叠体用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时,可以得到充分的离子透过性。透气度超过上述范围的情况下,意味着层叠体的空隙率高因而层叠结构变粗,结果是有可能层叠体的强度降低,特别是高温下的形状稳定性变得不充分。另一方面,透气度低于上述范围的情况下,在用作非水电解液二次电池用层叠间隔件时,不能得到充分的离子透过性,有时使非水电解液二次电池的电池特性降低。
需要说明的是,除上述多孔膜和多孔层以外,本发明中的层叠体可以根据需要在不损害本发明的目的的范围内可以包含耐热层、粘接层、保护层等公知的多孔膜。
[实施方式3:非水电解液二次电池用构件、实施方式4:非水电解液二次电池]
本发明的实施方式3的非水电解液二次电池用构件的特征在于,正极、本发明的实施方式1的非水电解液二次电池用间隔件或本发明的实施方式2的非水电解液二次电池用层叠间隔件、和负极依次配置。另外,本发明的实施方式4的非水电解液二次电池的特征在于,包含本发明的实施方式1的非水电解液二次电池用间隔件或本发明的实施方式2的非水电解液二次电池用层叠间隔件,优选包含本发明的实施方式3的非水电解液二次电池用构件。需要说明的是,本发明的实施方式4的非水电解液二次电池还包含非水电解液。
[非水电解液]
本发明中的非水电解液为通常用于非水电解液二次电池的非水电解液,没有特别限定,例如,可以使用将锂盐溶解于有机溶剂而成的非水电解液。作为锂盐,可以举出例如:LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低级脂肪族羧酸锂盐、LiAlCl4等。上述锂盐可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。上述锂盐中,更优选选自LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、和LiC(CF3SO2)3中的至少1种含氟锂盐。
作为构成本发明中的非水电解液的有机溶剂,具体来说,可以举出例如:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、4-三氟甲基-1,3-二氧杂环戊烷-2-酮、1,2-二(甲氧基羰基氧基)乙烷等碳酸酯类;1,2-二甲氧基乙烷、1,3-二甲氧基丙烷、五氟丙基甲基醚、2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等醚类;甲酸甲酯、乙酸甲酯、γ-丁内酯等酯类;乙腈、丁腈等腈类;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等酰胺类;3-甲基-2-噁唑烷酮等氨基甲酸酯类;环丁砜、二甲亚砜、1,3-丙磺酸内酯等含硫化合物;以及在上述有机溶剂中导入氟基而成的含氟有机溶剂等。上述有机溶剂可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。上述有机溶剂中,更优选碳酸酯类,进一步优选环状碳酸酯与非环状碳酸酯的混合溶剂、或环状碳酸酯与醚类的混合溶剂。作为环状碳酸酯与非环状碳酸酯的混合溶剂,从工作温度范围广、且作为负极活性物质使用天然石墨、人造石墨等石墨材料的情况下也显示难分解性出发,进一步优选包含碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂。
[正极]
作为正极,通常使用将包含正极活性物质、导电材和粘结剂的正极合剂担载于正极集电体上的片状的正极。
作为上述正极活性物质,可以举出例如:能够掺杂、去掺杂锂离子的材料。作为该材料,具体来说,可以举出例如至少包含V、Mn、Fe、Co、Ni等过渡金属中的1种的锂复合氧化物。上述锂复合氧化物中,从平均放电电位高出发,更优选镍酸锂、钴酸锂等具有α-NaFeO2型结构的锂复合氧化物、锂锰尖晶石等具有尖晶石型结构的锂复合氧化物。该锂复合氧化物可以包含各种各样的金属元素,进一步优选复合镍酸锂。
进而,若使用按照相对于选自Ti、Zr、Ce、Y、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Ag、Mg、Al、Ga、In和Sn中的至少1种金属元素的摩尔量与镍酸锂中的Ni的摩尔量之和,上述至少1种的金属元素的比例成为0.1~20摩尔%的方式包含该金属元素的复合镍酸锂,则在高容量下使用中的循环特性优异,因而更优选。其中,从具备包含该活性物质的正极的非水电解液二次电池的高容量下的使用中的循环特性优异出发,特别优选包含Al或Mn、且Ni比率为85%以上、进一步优选为90%以上的活性物质。
作为上述导电材,可以举出例如:天然石墨、人造石墨、焦炭类、碳黑、热解碳类、碳纤维、有机高分子化合物烧成体等碳质材料等。上述导电材可以仅使用1种,也可以将例如人造石墨和碳黑混合使用等组合使用2种以上。
作为上述粘结剂,可以举出例如:聚偏氟乙烯、偏氟乙烯的共聚物、聚四氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚的共聚物、乙烯-四氟乙烯的共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯的共聚物、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯、和聚丙烯等热塑性树脂、丙烯酸系树脂、以及苯乙烯丁二烯橡胶。需要说明的是,粘结剂还具有作为增稠剂的功能。
作为得到正极合剂的方法,可以举出例如:将正极活性物质、导电材和粘结剂在正极集电体上加压而得到正极合剂的方法;使用适当的有机溶剂将正极活性物质、导电材和粘结剂制成糊状而得到正极合剂的方法等。
作为上述正极集电体,可以举出例如:Al、Ni、不锈钢等导电体,从容易加工成薄膜、廉价出发,更优选Al。
作为片状的正极的制造方法,即,使正极合剂担载于正极集电体的方法,可以举出例如:将成为正极合剂的正极活性物质、导电材和粘结剂在正极集电体上加压成型的方法;使用适当的有机溶剂将正极活性物质、导电材和粘结剂制成糊状而得到正极合剂后,将该正极合剂涂敷于正极集电体,将干燥而得到的片状的正极合剂加压而固定粘着于正极集电体的方法等。
[负极]
作为负极,通常使用将包含负极活性物质的负极合剂担载于负极集电体上的片状的负极。片状的负极中,优选包含上述导电材和上述粘结剂。
作为上述负极活性物质,可以举出例如:能够掺杂、去掺杂锂离子的材料、锂金属或锂合金等。作为该材料,具体来说,可以举出例如:天然石墨、人造石墨、焦炭类、碳黑、热解碳类、碳纤维、有机高分子化合物烧成体等碳质材料;以比正极低的电位进行锂离子的掺杂、去掺杂的氧化物、硫化物等硫属元素化合物;与碱金属合金化的铝(Al)、铅(Pb)、锡(Sn)、铋(Bi)、硅(Si)等金属、能够将碱金属插入晶格间的立方晶系的金属间化合物(AlSb、Mg2Si、NiSi2)、锂氮化合物(Li3-xMxN(M:过渡金属))等。上述负极活性物质中,从电位平坦性高、而且平均放电电位低因而与正极组合时能够得到大的能量密度出发,更优选以天然石墨、人造石墨等石墨材料为主成分的碳质材料。另外,可以是石墨与硅的混合物,优选Si相对于构成该石墨的碳(C)的比率为5%以上的负极活性物质,更优选Si相对于构成该石墨的碳(C)的比率为10%以上负极活性物质。
作为得到负极合剂的方法,可以举出例如:将负极活性物质在负极集电体上加压而得到负极合剂的方法;使用适当的有机溶剂将负极活性物质制成糊状而得到负极合剂的方法等。
作为上述负极集电体,可以举出例如:Cu、Ni、不锈钢等,尤其从在锂离子二次电池中难以与锂形成合金、且容易加工成薄膜出发,更优选Cu。
作为片状的负极的制造方法,即,使负极合剂担载于负极集电体的方法,可以举出例如:将成为负极合剂的负极活性物质在负极集电体上加压成型的方法;使用适当的有机溶剂将负极活性物质制成糊状而得到负极合剂后,将该负极合剂涂敷于负极集电体,将干燥而得到的片状的负极合剂加压而固定粘着于负极集电体的方法等。上述糊料中,优选包含上述导电材和上述粘结剂。
作为本发明的非水电解液二次电池用构件的制造方法,可以举出例如依次配置上述正极、上述的多孔膜、或上述的层叠体、和负极的方法。另外,作为本发明的非水电解液二次电池的制造方法,例如,利用上述方法形成非水电解液二次电池用构件后,在成为非水电解液二次电池的壳体的容器中放入该非水电解液二次电池用构件,接着,用非水电解液填满该容器内后,进行减压并密闭,由此能够制造本发明的非水电解液二次电池。非水电解液二次电池的形状没有特别限定,可以是薄板(纸)型、圆盘型、圆筒型、长方体等棱柱型等任何形状。需要说明的是,非水电解液二次电池用构件和非水电解液二次电池的制造方法没有特别限定,可以采用现有公知的制造方法。
本发明的非水电解液二次电池用构件和本发明的非水电解液二次电池包括多孔膜,所述多孔膜是上文所示的“在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度”和“在所述多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径”为特定的范围的,即,在非水电解液二次电池内中,非水电解液的保液性和间隔件的空隙内的流体移动速度被控制在一定范围的多孔膜。因此,具备本发明的非水电解液二次电池用构件的非水电解液二次电池以及本发明的非水电解液二次电池具备优异的倍率特性、循环特性。
[实施方式5:非水电解液二次电池用间隔件或非水电解液二次电池用层叠间隔件的制造方法]
本发明的实施方式5的制造方法的特征在于,是本发明的实施方式1的非水电解液二次电池用间隔件或本发明的实施方式2的非水电解液二次电池用层叠间隔件的制造方法,包括:将聚烯烃系树脂组合物在245℃以上且280℃以下的T模挤出温度下,由T模挤出成片状的工序;以及在100℃以上且125℃以下的热固定温度下进行热固定,得到以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的工序。
[多孔膜的制造方法]
本发明中的多孔膜、即本发明的实施方式1的非水电解液二次电池用间隔件的制造方法可以是,作为除了将聚烯烃系树脂组合物在245℃以上且280℃以下的T模挤出温度下由T模挤出成片状的工序;以及在100℃以上且125℃以下的热固定温度下进行热固定而得到以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的工序以外的工序,组合了用于制造多孔膜的一般方法中可包括的适当工序的方法。作为上述方法,可以举出例如:向聚烯烃等树脂中添加增塑剂而成形为膜后,用适当的溶剂除去增塑剂的方法。
具体来说,例如,使用包含超高分子量聚乙烯和重均分子量为1万以下的低分子量聚烯烃的聚烯烃树脂来制造多孔膜的情况下,从制造成本的观点出发,优选通过以下所示的方法制造该多孔膜。
(1)将超高分子量聚乙烯100重量份、重均分子量为1万以下的低分子量聚烯烃5~200重量份、和造孔剂100~400重量份混炼而得到聚烯烃树脂组合物的工序;
(2)使用上述聚烯烃树脂组合物,在245℃以上且280℃以下的T模挤出温度下,由T模成形片材的工序;
接着,
(3)从工序(2)中得到的片材除去造孔剂的工序;
(4)对工序(3)中除去了造孔剂的片材进行拉伸的工序;
(5)对于工序(4)中拉伸的片材,在100℃以上且125℃以下的热固定温度下进行热固定,得到多孔膜的工序。
或者,
(3’)对工序(2)中得到的片材进行拉伸的工序;
(4’)从工序(3’)中拉伸的片材除去造孔剂的工序;
(5’)对于工序(4’)中得到的片材,在100℃以上且125℃以下的热固定温度下进行热固定,得到多孔膜的工序。
作为上述造孔剂,可以举出无机填充剂和增塑剂等。
作为上述无机填充剂,没有特别限定,可以举出:分别可溶于含有酸的水系溶剂、含有碱的水系溶剂、主要由水构成的水系溶剂的无机填料等。作为可溶于含有酸的水系溶剂的无机填料,可以举出例如:碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、氧化锌、氧化钙、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、硫酸钙等,从廉价且容易得到微细的粉末的方面出发优选碳酸钙。作为可溶于含有碱的水系溶剂的无机填料,可以举出例如:硅酸、氧化锌等,由于廉价且容易得到微细的粉末而优选硅酸。作为可溶于主要由水构成的水系溶剂的无机填料,可以举出例如:氯化钙、氯化钠、硫酸镁等。
作为上述增塑剂,没有特别限定,可以举出液体石蜡等低分子量的烃。
上述工序(2)中的T模挤出温度是将聚烯烃树脂组合物挤出成片状时的T模的温度,为245℃以上且280℃以下,优选为245℃以上且260℃以下。
通过使T模挤出温度为上述范围,构成所得到的片材的树脂被适度氧化,对电解液的亲和性提高。其结果是,得到的多孔膜对电解液的保液性适度提高。
上述工序(5)和(5’)中的热固定温度为100℃以上且125℃以下,优选为100℃以上且120℃以下。
通过使热固定温度为上述范围,得到的多孔膜内部的空孔(空隙)的孔径、孔路(弯曲度)被控制,多孔膜内部的电解液的蒸发速度(电解液的移动)被控制。其结果是,所得到的多孔膜的保液性、上述空隙中的流体的移动速度被抑制在规定范围。
通过使上述T模挤出温度和热固定温度为上述范围,所制造的多孔膜对电解液的保液性、内部的空隙中的流体移动速度被控制在优选范围,可制造在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度为15秒/mg~21秒/mg、且在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径为20mm以上的多孔膜。
[多孔层、层叠体的制造方法]
作为本发明中的多孔层和层叠体的制造方法,可以举出例如:将后述的涂敷液涂布在上述多孔膜的表面,使其干燥从而使多孔层析出的方法。
本发明中的多孔层的制造方法中使用的涂敷液通常可通过使本发明中的多孔层中所含的树脂溶解于溶剂中,并且使本发明中的多孔层中所含的微粒分散从而制备。
上述溶剂(分散介质)只要不对多孔膜产生不良影响、能够均匀且稳定地溶解上述树脂、使上述微粒均匀且稳定地分散即可,没有特别限定。作为上述溶剂(分散介质),具体来说,可以举出例如:水;甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、叔丁醇等低级醇;丙酮、甲苯、二甲苯、己烷、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺等。上述溶剂(分散介质)可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。
涂敷液若能满足为了得到所期望的多孔层所必要的树脂固体成分(树脂浓度)、微粒量等条件,则可以利用任何方法形成。作为涂敷液的形成方法,具体来说,可以举出例如:机械搅拌法、超声波分散法、高压分散法、介质分散法等。另外,例如,可以使用三一马达(Three-One Motor)、均质器、介质型分散机、压力式分散机等现有公知的分散机使微粒分散于溶剂(分散介质)中。此外,还可以在用于得到具有所期望的平均粒径的微粒的湿式粉碎时,将使树脂溶解或溶胀的液体、或树脂的乳化液供给到湿式粉碎装置内,与微粒的湿式粉碎同时制备涂敷液。也就是说,可以用一个工序同时进行微粒的湿式粉碎和涂敷液的制备。另外,上述涂敷液在不损害本发明目的的范围内,作为上述树脂和微粒以外的成分,可以包含分散介质、增塑剂、表面活性剂、pH调节剂等添加剂。需要说明的是,添加剂的添加量在不损害本发明的目的的范围内即可。
涂敷液向多孔膜的涂布方法、即向根据需要实施过亲水化处理的多孔膜的表面形成多孔层的方法没有特别限制。在多孔膜的两面层叠多孔层的情况下,可以进行在多孔膜的一面形成多孔层后,在另一面形成多孔层的逐次层叠方法;在多孔膜的两面同时形成多孔层的同时层叠方法。作为多孔层的形成方法、即层叠体的制造方法,可以举出例如:将涂敷液直接涂布于多孔膜的表面后,除去溶剂(分散介质)的方法;将涂敷液涂布于适当的支承体,除去溶剂(分散介质)而形成多孔层后,使该多孔层与多孔膜压接,然后将支承体剥下的方法;将涂敷液涂布于适当的支承体后,使多孔膜压接于涂布面,然后将支承体剥下后除去溶剂(分散介质)的方法;在涂敷液中浸渍多孔膜,进行浸涂后除去溶剂(分散介质)的方法等。多孔层的厚度可以通过调节涂敷后的湿润状态(湿)的涂敷膜的厚度、树脂与微粒的重量比、涂敷液的固体成分浓度(树脂浓度与微粒浓度之和)等来控制。需要说明的是,作为支承体,可以使用例如:树脂制的膜、金属制的带、鼓(drum)等。
将上述涂敷液涂布于多孔膜或支承体的方法只要是能够实现必要的单位面积重量、涂敷面积的方法即可,没有特别限制。作为涂敷液的涂布方法,可以采用现有公知的方法,具体来说,可以举出例如:凹版涂布法、小径凹版涂布法、逆转辊涂布法、转印辊涂布法、吻合涂布法、浸涂法、刮刀涂布法、气刀涂布法、刮板涂布法、杆涂法、挤压涂布法、流延涂布法、棒涂法、模涂法、丝网印刷法、喷涂法等。
溶剂(分散介质)的除去方法一般是基于干燥的方法。作为干燥方法,可以举出:自然干燥、送风干燥、加热干燥、减压干燥等,若能够充分除去溶剂(分散介质)则可以是任何方法。另外,可以在将涂敷液中所含的溶剂(分散介质)置换为其它溶剂后进行干燥。作为将溶剂(分散介质)置换为其它溶剂后除去的方法,可以举出例如:使用溶于涂敷液中所含的溶剂(分散介质)、且不溶解涂敷液中所含的树脂的其它溶剂(以下,溶剂X),将涂布涂敷液而形成涂膜的多孔膜或支承体浸渍于上述溶剂X中,用溶剂X置换多孔膜上或支承体上的涂膜中的溶剂(分散介质)后,使溶剂X蒸发的方法。该方法能够从涂敷液高效地除去溶剂(分散介质)。需要说明的是,在从形成于多孔膜或支承体的涂敷液的涂膜中除去溶剂(分散介质)或溶剂X时进行加热的情况下,为了避免多孔膜的细孔收缩而透气度降低,理想的是在多孔膜的透气度不降低的温度,具体来说,10~120℃、更优选20~80℃下进行。
作为溶剂(分散介质)的除去方法,特别优选在将涂敷液涂布于基材后,使该涂敷液干燥从而形成多孔层。通过上述构成,多孔层的空隙率的变动率变得更小,另外,能够实现褶皱少的多孔层。
上述干燥中,可以使用通常的干燥装置。
本发明不限于上述的各实施方式,在技术方案所示范围内可以进行各种变更,适当组合不同实施方式中分别公开的技术方法而得到的实施方式也包含于本发明的技术范围。而且,通过组合各实施方式中分别公开的技术方法,能够形成新的技术特征。
实施例
以下,通过实施例和比较例,进一步详细说明本发明,但本发明不受这些实施例限定。
在以下的各实施例和比较例中,在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度、在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径、循环特性等物性按照以下方法测定。
(在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度)
通过以下方法,测定实施例和比较例中制造的非水电解液二次电池用间隔件的“在多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度(以下,也称“减少速度”)”。
将实施例和比较例中制造的非水电解液二次电池用间隔件切出50mm×50mm见方的正方形,在大气压、室温(约25℃)、湿度60~70%、风速0.2m/s以下的条件下,在聚四氟乙烯(PTFE)板上,载置用于测定的非水电解液二次电池用间隔件,将它们载置于分析天平(株式会社岛津制作所制、型号:AUW220)进行零点补偿。另外,用顶端安装有移液器管嘴(艾本德株式会社制、品名:Standard、0.5~20μL用黄色管嘴)的微量移液器(艾本德株式会社制、型号:Reference、20μL用)量取碳酸二乙酯(DEC)。零点补偿后,将量取的DEC从高度5mm的位置向非水电解液二次电池用间隔件中心部滴加20μL,测定重量变化。即,测定DEC的重量从15mg到5mg为止的时间(以下,也称“蒸发时间”)。然后将所测定的“蒸发时间”除以DEC的重量变化量(10mg),由此将得到的值作为“减少速度”的测定值。
(在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径)
通过以下方法,测定实施例和比较例中制造的非水电解液二次电池用间隔件的“在多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径(以下,也称“点径”)”。
通过与上述“减少速度”的测定同样的测定条件、测定方法,将量取的DEC从高度5mm的位置向实施例和比较例中制造的非水电解液二次电池用间隔件的中心部滴加20μL,经过10秒钟后,测定该非水电解液二次电池用间隔件上残留的DEC的滴痕的直径。并且将该值作为“点径”的测定值。
对实施例、比较例中制造的各个非水电解液二次电池用间隔件分别实施3次上述的“减少速度”和“点径”的测定,取所得到的3个测定值的平均值,从而算出上述“减少速度”和上述“点径”的值。
(循环特性)
对于实施例、比较例中制造的未经充放电循环的新的非水电解液二次电池,以25℃电压范围;4.1~2.7V、电流值;0.2C(将以1小时对基于1小时率的放电容量的额定容量进行放电的电流值设为1C,以下也同样)为1循环,进行4循环的初期充放电。
接着,在55℃,按照以下的式(1),算出初期电池特性维持率。
初期电池特性维持率(%)=(20C放电容量/0.2C放电容量)×100 (1)
接着,将在55℃以充电电流值;1C、放电电流值;10C的恒电流进行充放电作为1循环,进行100循环的充放电。然后,按照以下的式(2),算出100循环后的电池特性维持率。
电池特性维持率(%)=(第100循环的20C放电容量/第100循环的0.2C放电容量)×100 (2)
[实施例1]
<非水电解液二次电池用间隔件的制造>
按照超高分子量聚乙烯粉末(GUR4032、Ticona公司制)71.5重量%、重均分子量1000的聚乙烯蜡(FNP-0115、日本精蜡株式会社制)28.5重量%的比例将两者混合后,将该超高分子量聚乙烯与聚乙烯蜡的合计设为100重量份,加入抗氧化剂(Irg1010、CibaSpecialty Chemicals公司制)0.4重量份、抗氧化剂(P168、Ciba Specialty Chemicals公司制)0.1重量份、硬脂酸钠1.3重量份,进一步按照在总体积中所占的比例成为37体积%的方式加入平均孔径0.1μm的碳酸钙(丸尾钙公司制),将它们以粉末的状态用亨舍尔混合机混合,得到混合物1。然后,将混合物1用双螺杆混炼机进行熔融混炼而得到聚烯烃树脂组合物1。将聚烯烃树脂组合物1由设定为250℃的T模挤出成片状,在表面温度为150℃的条件下用一对辊进行压延,制成压延片1。接着,使压延片1浸渍于盐酸水溶液(盐酸4mol/L、非离子系表面活性剂0.5重量%)中,从而由压延片1除去碳酸钙,接着拉伸成7.0倍,进一步以123℃进行热固定,得到多孔膜1。将多孔膜1作为非水电解液二次电池用间隔件1。
<非水电解液二次电池的制作>
(正极的制作)
使用通过将LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/导电材/PVDF(重量比92/5/3)涂布于铝箔而制造的市售的正极。对于上述正极,按照形成了正极活性物质层的部分的大小为40mm×35mm、且其外周以宽度13mm残留未形成正极活性物质层的部分的方式,切取铝箔作为正极。正极活性物质层的厚度为58μm、密度为2.50g/cm3
(负极的制作)
使用通过将石墨/苯乙烯-1,3-丁二烯共聚物/羧甲基纤维素钠(重量比98/1/1)涂布于铜箔而制造的市售的负极。对于上述负极,按照形成了负极活性物质层的部分的大小为50mm×40mm、且其外周以宽度13mm残留未形成负极活性物质层的部分的方式,切取铜箔作为负极。负极活性物质层的厚度为49μm、密度为1.40g/cm3
(非水电解液二次电池的制造)
在层压袋内,依次层叠(配置)上述正极、多孔膜1(电解液二次电池用间隔件1)、和负极,从而得到非水电解液二次电池用构件1。此时,按照正极的正极活性物质层的主面的全部包含于负极的负极活性物质层的主面的范围(重叠于主面)的方式,配置正极和负极。
接着,将非水电解液二次电池用构件1放入事先制作的铝层与热封层层叠而成的袋中,进一步向该袋中加入非水电解液0.25mL。上述非水电解液通过在将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以3∶5∶2(体积比)混合而成的混合溶剂中,将LiPF6按照成为1mol/L的方式溶解而制备。然后,对袋内进行减压,并且将该袋热封,由此制作非水电解液二次电池1。
[实施例2]
将超高分子量聚乙烯粉末(GUR4032、Ticona公司制)的使用量设为70重量%,将重均分子量1000的聚乙烯蜡(FNP-0115、日本精蜡株式会社制)的使用量设为30重量%,将平均孔径0.1μm的碳酸钙(丸尾钙公司制)的添加量设为在总体积中所占的比例为36体积%,将拉伸倍率设为6.2倍,并且将热固定温度设为120℃,除此以外,与实施例1同样地得到多孔膜2。将多孔膜2作为非水电解液二次电池用间隔件2。
除了使用多孔膜2代替多孔膜1以外,通过与实施例1同样的方法,制作非水电解液二次电池2。
[实施例3]
除了将热固定温度变为110℃以外,与实施例2同样地得到多孔膜3。将多孔膜3作为非水电解液二次电池用间隔件3。
除了使用多孔膜3代替多孔膜1以外,通过与实施例1同样的方法,制作非水电解液二次电池3。
[比较例1]
按照超高分子量聚乙烯粉末(GUR2024、Ticona公司制)68重量%、重均分子量1000的聚乙烯蜡(FNP-0115、日本精蜡株式会社制)32重量%的比例将两者混合后,将该超高分子量聚乙烯与聚乙烯蜡的合计设为100重量份,加入抗氧化剂(Irg1010、Ciba SpecialtyChemicals公司制)0.4重量份、抗氧化剂(P168、Ciba Specialty Chemicals公司制)0.1重量份、硬脂酸钠1.3重量份,进一步按照在总体积中所占的比例成为38体积%的方式加入平均孔径0.1μm的碳酸钙(丸尾钙公司制),将它们以粉末的状态用亨舍尔混合机混合,得到混合物4。然后,用双螺杆混炼机将混合物4熔融混炼而作为聚烯烃树脂组合物4。接着,将聚烯烃树脂组合物4由设定为240℃的T模挤出成片状,在表面温度为150℃的条件下用一对辊进行压延,制成压延片4。然后,使压延片4浸渍于盐酸水溶液(盐酸4mol/L、非离子系表面活性剂0.5重量%),从而由压延片4除去碳酸钙,接着拉伸成6.2倍,进一步以126℃进行热固定,得到多孔膜4。将多孔膜4作为非水电解液二次电池用间隔件4。
除了使用多孔膜4代替多孔膜1以外,通过与实施例1同样的方法,制作非水电解液二次电池4。
[比较例2]
将市售的聚烯烃制间隔件作为多孔膜5(非水电解液二次电池用间隔件5)。
除了使用多孔膜5代替多孔膜1以外,通过与实施例1同样的方法,制作非水电解液二次电池5。
将实施例1~3和比较例1中的T模挤出温度、热固定温度示于以下的表1。
【表1】
T模挤出温度[℃] 热固定温度[℃]
实施例1 250 123
实施例2 250 120
实施例3 250 110
比较例1 240 126
[测定结果]
利用上述方法测定实施例1~3和比较例1、2中得到的非水电解液二次电池用间隔件1~5的“蒸发时间”、“减少速度”和“点径”。将其结果示于表2。
另外,利用上述方法测定实施例1~3和比较例1、2中得到的非水电解液二次电池1~5的循环特性。将其结果示于表2。
【表2】
[结论]
如表2所示,确认了包含“蒸发时间”小于150秒、即“减少速度”小于15秒/mg的比较例1中制造的非水电解液二次电池用间隔件4的非水电解液二次电池4的初期电池特性维持率为60%,且100循环后的电池特性维持率为37%而显著低。另外,确认了包含蒸发时间大于210秒、即“减少速度”大于21秒/mg、“点径”小于20mm的比较例2中制造的非水电解液二次电池用间隔件5的非水电解液二次电池5的初期电池特性维持率为48%,且100循环后的电池特性维持率为18%而显著低。
与此相对,确认了包含“蒸发时间”为151~204秒、即“减少速度”为15秒/mg~21秒/mg的范围内、且“点径”为20mm以上的实施例1~3中制造的非水电解液二次电池用间隔件1~3的非水电解液二次电池1~3的初期电池特性维持率为75%以上,且100循环后的电池特性维持率为45%以上,循环特性更优异。
产业上的可利用性
本发明的非水电解液二次电池用间隔件、非水电解液二次电池用层叠间隔件可以适宜地用于放电倍率特性和循环特性优异的非水电解液二次电池的制造。

Claims (7)

1.一种非水电解液二次电池用间隔件,其特征在于,是包含以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的非水电解液二次电池用间隔件,
在所述多孔膜上滴加的碳酸二乙酯的减少速度为15秒/mg~21秒/mg,
且在所述多孔膜上滴加10秒后的碳酸二乙酯的点径为20mm以上。
2.一种非水电解液二次电池用层叠间隔件,其在权利要求1所述的非水电解液二次电池用间隔件的至少一面层叠有多孔层。
3.如权利要求2所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件,其特征在于,所述多孔层包含聚偏氟乙烯系树脂。
4.如权利要求2所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件,其特征在于,所述多孔层包含绝缘性微粒。
5.一种非水电解液二次电池用构件,其特征在于,正极、权利要求1所述的非水电解液二次电池用间隔件或权利要求2~4中任一项所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件、和负极依次配置。
6.一种非水电解液二次电池,其特征在于,包含权利要求1所述的非水电解液二次电池用间隔件或权利要求2~4中任一项所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件。
7.一种权利要求1所述的非水电解液二次电池用间隔件或权利要求2~4中任一项所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件的制造方法,其特征在于,包括:将聚烯烃系树脂组合物在245℃以上且280℃以下的T模挤出温度下,由T模挤出成片状的工序;以及在100℃以上且125℃以下的热固定温度下进行热固定,得到以聚烯烃系树脂为主成分的多孔膜的工序。
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