CN108352487A - 蓄电设备用分隔件以及使用其的电极体及蓄电设备 - Google Patents
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Abstract
蓄电设备用分隔件包含多孔性基材、以及在前述多孔性基材的至少单面的至少最外表面的一部分配置的热塑性聚合物层,热塑性聚合物层中含有的热塑性聚合物包含:具备具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)作为单体单元的共聚物,并且,将热塑性聚合物层设为100质量%,热塑性聚合物层包含超过3质量%且为100质量%以下的热塑性聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电设备用分隔件。
背景技术
近年来,以锂离子二次电池为代表的蓄电设备的开发活跃进行。通常,蓄电设备中,微多孔膜(分隔件)设置于正负极间。分隔件具有防止正负极之间的直接接触、并且使保持于微多孔中的电解液通过而使离子透过的功能。
以往,对于分隔件要求异常加热时迅速使电池反应停止的特性(熔断特性)、即使处于高温下也维持形状而防止正极物质与负极物质直接反应的危险情况的性能(短路特性)等安全性相关的性能。
出于制造安全性高的电池的目的,专利文献1中记载了形成在聚烯烃微多孔膜上具备包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层的分隔件的技术。
另外,除了这种安全性的改善之外,从充放电电流的均匀化、及锂枝晶抑制的观点出发,对于分隔件也要求与电极的粘接性的提高。
通过改善分隔件与电池电极的密合粘接性,从而不易发生充放电电流的不均匀化,另外,锂枝晶不易析出,因此作为其结果,能够延长充放电循环寿命。
在这种状况下,作为使分隔件具有粘接性的尝试,例如,专利文献2中提出了使颗粒形状的丙烯酸类共聚物的水分散体负载在基材上的技术。另外,出于提高安全性的目的,也公开了使丙烯酸类粘结剂负载于具备包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层的聚烯烃微多孔膜的技术。
另外,为了确保锂离子二次电池的电特性和安全性,并对分隔件赋予各种性质,提出了将源自亚烷基二醇的化合物配置于电极与分隔件之间、或加入到分隔件基材中(专利文献3~10)。
以往,聚亚烷基二醇基作为提高分隔件的离子透过性的官能团而被知晓,被加入到非水电解液用共聚物中时通常在有机溶剂中使用。另一方面,为了得到水系共聚物,通常使用乳液聚合法。聚亚烷基二醇基为亲水性,因此如果在乳液聚合时大量使用,存在无法得到颗粒状共聚物的水系分散体、或在干燥工序中难以去除水的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第5354735号公报
专利文献2:日本特开2015-128059号公报
专利文献3:日本特开平10-275633号公报
专利文献4:日本特开2001-283927号公报
专利文献5:日本特开2002-194133号公报
专利文献6:日本特开2002-241533号公报
专利文献7:日本特开2007-59271号公报
专利文献8:日本特开2003-96232号公报
专利文献9:日本特开2003-100349号公报
专利文献10:日本特许第5708872号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献2中记载的负载有丙烯酸类粘结剂的聚烯烃微多孔膜存在丙烯酸类粘结剂的溶胀度低、用作分隔件时离子透过性低的问题。
专利文献3中记载了,将包含聚偏二氟乙烯或聚乙烯醇、分子中具有1个以上氧亚乙基的离子传导性高分子和N-甲基吡咯烷酮(NMP)等有机溶剂的粘接剂涂覆于分隔件基材,在粘接剂干燥前将分隔件与电极重叠,从而制作层叠体,将有机溶剂蒸发,然后将非水系电解液注入到层叠体中,由此制作电池。
然而,专利文献3中记载的分隔件以在粘接剂中残留有高分子和有机溶剂的状态(即凝胶状态)原样地层叠于电极,因此对于处理性和干粘接性尚有改良的余地。在分隔件的耐热性的观点上也留有课题。另外,由于使用有机溶剂,因此存在生产工序的环境负荷高的问题。
专利文献4中记载了,将电极与分隔件的层叠卷绕体收纳在外壳体中,将由包含电解质盐的非水电解液与作为聚合物前体的乙二醇二丙烯酸酯形成的预凝胶注入到外壳体中,从而在电极与分隔件之间配置预凝胶,然后将预凝胶加热使其交联·聚合从而凝胶化,由此使分隔件与电极一体化。
然而,专利文献4中,由于在电解液的注入后进行预凝胶的加热聚合,因此单独的分隔件欠缺对电极的粘接性,对于电池的生产率也有改良的余地。
专利文献5中记载了由包含聚烯烃树脂、以及作为具有对电解液的亲和性的树脂的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的树脂组合物形成的多孔膜、及使用其的分隔件。
然而,专利文献5中,树脂组合物用于分隔件基材自身的形成,而不是涂覆于基材,因此针对分隔件对电极的粘接性、或由在分隔件基材上配置涂覆膜而导致的离子透过性的降低,完全没有进行验证。分隔件的离子透过性的降低是例如妨碍车载用锂离子二次电池的高功率化及高寿命化的重要原因。
专利文献6、8及9中,为了使分隔件自身具有对电极的粘接性,提出了在分隔件基材上形成高分子凝胶电解质,具体而言,记载有:(i)使含聚醚单元的高分子负载于分隔件基材后,使包含有机溶剂和电解质盐的非水电解液与高分子接触,形成高分子凝胶电解质的方法;或(ii)使含聚醚单元的高分子和电解质盐负载于基材后,作为非水电解液使有机溶剂与高分子和电解质盐接触,形成高分子凝胶电解质的方法。
然而,专利文献6、8及9中,含聚醚单元的高分子是为了形成高分子凝胶电解质而要在有机溶剂中溶胀的物质,因此对于除凝胶以外的形状及除聚醚以外的单元没有详细研究,在生产工序上的处理性或对环境负荷的大小、作为分隔件的耐热性的方面留有课题。
专利文献7中记载了将具有乙二醇二丙烯酸酯等多官能单体作为共聚成分的颗粒状共聚物负载于分隔件基材。
然而,专利文献7中,没有提及有关聚乙二醇二甲基丙烯酸酯作为共聚单体的使用,对于颗粒状共聚物中的聚亚烷基二醇基也完全没有验证,对于所得到的分隔件的离子透过性、耐热性也尚有改良的余地。
专利文献10中记载了,将包含由具有酸性官能团的第一单体、具有酰胺基的第二单体及具有聚亚烷基二醇基的第三单体形成的聚合物颗粒和无机填料的树脂组合物涂覆到负极或分隔件上,在负极或分隔件上形成保护层(合成例6、配混例6、实施例8及实施例16)。
然而,专利文献10中记载的聚合物颗粒是为了使无机填料彼此点粘接而极微量地配混于无机填料、形成用于负极或分隔件的保护层的物质。即,在分隔件的最外表面不存在聚合物,因此不是夹在电极与分隔件之间而主动将两者粘接、或聚合物自身作为耐热性成分发挥作用的物质。
本发明鉴于上述情况,目的在于,提供与电极的粘接性及离子透过性优异的蓄电设备用分隔件、进而耐热性和离子透过性优异的分隔件、具有该分隔件且电池特性优异的蓄电设备及锂离子二次电池。
用于解决问题的方案
本发明人等发现,作为配置在分隔件基材上的树脂粘结剂,使用包含具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体作为单体单元的共聚物粘结剂,从而能够解决上述问题,由此完成了本发明。即,本发明如以下所述。
[1]一种蓄电设备用分隔件,其包含多孔性基材、以及在前述多孔性基材的至少单面的至少最外表面的一部分配置的热塑性聚合物层,
前述热塑性聚合物层中含有的热塑性聚合物包含:具备具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)作为单体单元的共聚物,并且,将前述热塑性聚合物层设为100质量%,前述热塑性聚合物层包含超过3质量%且为100质量%以下的前述热塑性聚合物。
[2]根据[1]所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物层预定与电极直接粘接。
[3]根据[1]或[2]所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述基材至少包含聚烯烃。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述基材与前述热塑性聚合物层直接接触。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,构成前述热塑性聚合物层的前述热塑性聚合物100质量%中,以单体单元换算计包含3~50质量%的前述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)。
[6]根据[5]所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述共聚物具备相对于前述共聚物100质量%为2~50质量%的前述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)、以及能与前述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)共聚的、不具有聚亚烷基二醇基的单体作为单体单元。
[7]根据[6]所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述不具有聚亚烷基二醇基的单体包含相对于前述共聚物100质量%为0.1~10质量%的选自由具有羧基的烯属不饱和单体(b1)、具有酰胺基的烯属不饱和单体(b2)和具有羟基的烯属不饱和单体(b3)组成的组中的至少1种单体。
[8]根据[6]或[7]所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述不具有聚亚烷基二醇基的单体包含交联性单体(b4)。
[9]根据[6]~[8]中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述不具有聚亚烷基二醇基的单体包含具有环烷基的烯属不饱和单体(A)和(甲基)丙烯酸酯单体(b5),
前述(甲基)丙烯酸酯单体(b5)为包含碳数4以上的烷基和(甲基)丙烯酰氧基的(甲基)丙烯酸酯单体,并且,
前述具有环烷基的烯属不饱和单体(A)和前述(甲基)丙烯酸酯单体(b5)的总含有比例相对于前述共聚物100质量%为50~98质量%。
[10]根据[1]~[9]中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物为粒状。
[11]根据[10]中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,使用对前述热塑性聚合物层进行冯洛诺伊分割而得到的冯洛诺伊多边形的面积(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为冯洛诺伊多边形的面积的实测值,m为冯洛诺伊多边形的面积的实测值的平均值,并且n为冯洛诺伊多边形的总数}
[12]根据[1]~[11]中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物层的涂覆面积为95%以下。
[13]根据[1]~[12]中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物层的粘性为20N/m以下。
[14]一种电极体,其包括正极、[1]~[13]中任一项所述的蓄电设备用分隔件、以及负极。
[15]一种蓄电设备,其包含[14]所述的电极体和电解液。
发明的效果
根据本发明,提供对电极的粘接性及离子透过性、耐热性优异的蓄电设备用分隔件。使用本发明的实施方式的分隔件制造蓄电设备及二次电池,从而能够提高蓄电设备及二次电池的生产率和电池特性。
附图说明
[图1]图1示出观察聚合物层的表面而得到的照片的一例。
[图2]图2示出将图1的观察视野中所含的热塑性聚合物用图像处理软件自动识别而得到的结果的一例。
[图3]图3示出对图2中识别的多个颗粒进行冯洛诺伊分割而得到冯洛诺伊多边形的结果的一例。
[图4]图4示出用图像处理软件自动计算图3中得到的冯洛诺伊多边形的面积而得到的结果的一例。
[图5]图5示出设定由观察配置在分隔件上的热塑性聚合物颗粒的95视野之中的19视野形成的1分区的方法的一例。
[图6]图6示出设定包含观察配置在分隔件上的热塑性聚合物颗粒的95视野的5分区的方法的一例。
具体实施方式
<蓄电设备用分隔件>
本发明的蓄电设备用分隔件包含多孔性基材、以及在该多孔性基材、填料多孔层的至少单面的至少最外表面的一部分配置的热塑性聚合物层。该蓄电设备用分隔件可以仅由多孔性基材和热塑性聚合物层组成,也可以除它们之外进一步具有填料多孔层。本发明的蓄电设备用分隔件具有填料多孔层的情况下,该填料多孔层用作多孔性基材、或配置在聚烯烃多孔性基材的单面或者双面、或作为层叠的多孔性基材层的中间层而配置。在具有填料多孔层的面配置热塑性聚合物层时,它们的相互位置关系是任意的,但优选在多孔性基材上依次层叠填料多孔层和热塑性聚合物层。
关于构成本发明的蓄电设备用分隔件的各构件、及蓄电设备用分隔件的制造方法的优选实施方式,在以下详细说明。
另外,本说明书中的“(甲基)丙烯酸”意味着“丙烯酸”及与其对应的“甲基丙烯酸”,“(甲基)丙烯酸酯”意味着“丙烯酸酯”及与其对应的“甲基丙烯酸酯”,“(甲基)丙烯酰基”意味着“丙烯酰基”及与其对应的“甲基丙烯酰基”。
[多孔性基材]
关于本实施方式中使用的基材,其自身可以是以往用作分隔件的物质。作为基材,优选为无电子传导性、有离子传导性、有机溶剂的耐受性高、孔径微细的多孔膜或多孔填料层。作为这种多孔膜,例如可列举出包含聚烯烃系(例如,聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯及聚氯乙烯)、及它们的混合物或共聚物等树脂作为主成分的微多孔膜、包含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、芳族聚酰胺、聚环烯烃、尼龙、聚四氟乙烯等树脂作为主成分的微多孔膜、将聚烯烃系的纤维编织而成的物质(织物)、聚烯烃系的纤维的无纺布、纸、以及绝缘性物质颗粒的聚集体。这些之中,经过涂覆工序得到聚合物层时,从涂覆液的涂覆性优异、使分隔件的膜厚度更薄、提高电池等蓄电设备内的活性物质比率而增大每单位体积的容量的观点出发,优选包含聚烯烃系的树脂作为主成分的聚烯烃微多孔膜。需要说明的是,此处,“包含……作为主成分”意味着包含超过50质量%,优选包含75质量%以上、更优选包含85质量%以上、进一步优选包含90质量%以上、更进一步优选包含95质量%以上、特别优选包含98质量%以上,也可以为100质量%。
本实施方式中,聚烯烃微多孔膜中的聚烯烃树脂的含量没有特别限定,从用作蓄电设备用分隔件时的关断性能等观点出发,优选为由聚烯烃树脂占构成该多孔性基材的全部成分的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。聚烯烃树脂占的比例更优选为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。
聚烯烃树脂没有特别限定,通常的挤出、注塑、吹胀、及吹塑成形等中使用的聚烯烃树脂即可,可以使用乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、及1-辛烯等的均聚物及共聚物、多级聚合物等。另外,也可以将选自由这些均聚物及共聚物、多级聚合物组成的组中的聚烯烃单独或混合来使用。
作为聚烯烃树脂的代表例,没有特别限定,例如可列举出低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、等规聚丙烯、无规聚丙烯、乙烯-丙烯无规共聚物、聚丁烯、乙烯丙烯橡胶等。
作为用作蓄电设备用分隔件的聚烯烃多孔性基材的材料,从低熔点、且高强度的方面出发,特别优选使用以高密度聚乙烯作为主成分的树脂。另外,这些聚乙烯也可以出于赋予柔软性的目的而混合2种以上。这些聚乙烯的制造时使用的聚合催化剂也没有特别限制,例如可以列举出Ziegler-Natta系催化剂、Phillips系催化剂及茂金属系催化剂。
为了提高聚烯烃多孔性基材的耐热性,更优选使用由包含聚丙烯和除聚丙烯之外的聚烯烃树脂的树脂组合物形成的多孔膜。
此处,聚丙烯的立体结构没有限定,可以为等规聚丙烯、间规聚丙烯及无规聚丙烯的任意者。
聚烯烃树脂组合物中的聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例没有特别限定,从兼顾耐热性与良好的关断功能的观点出发,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%。
另外,聚合催化剂也没有限制,例如可列举出Ziegler-Natta系催化剂及茂金属系催化剂。
此时,作为除聚丙烯之外的聚烯烃树脂,没有限定,例如可列举出乙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯等烯烃的均聚物或共聚物。具体而言,作为除聚丙烯之外的聚烯烃树脂,可列举出聚乙烯、聚丁烯、乙烯-丙烯无规共聚物等。
从聚烯烃多孔性基材的孔因热熔而闭塞的关断特性的观点出发,作为除聚丙烯之外的聚烯烃树脂,优选使用低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等聚乙烯。它们之中,从强度的观点出发,更优选使用依据JIS K7112测定的密度为0.93g/cm3以上的聚乙烯。
构成聚烯烃多孔性基材的聚烯烃树脂的粘均分子量没有特别限定,优选为3万以上且1200万以下、更优选为5万以上且不足200万、进一步优选为10万以上且不足100万。粘均分子量为3万以上时,熔融成型时的熔体张力变大,成形性良好,并且因聚合物彼此的缠结而存在变为高强度的倾向,故而优选。另一方面,粘均分子量为1200万以下时,容易均匀地进行熔融混炼,存在片的成形性、特别是厚度稳定性优异的倾向,故而优选。进而,粘均分子量不足100万时,在温度上升时容易使孔闭塞,存在能得到良好的关断功能的倾向,故而优选。
例如,也可以使用作为粘均分子量200万的聚烯烃与粘均分子量27万的聚烯烃的混合物、且其粘均分子量不足100万的混合物,来代替单独使用粘均分子量不足100万的聚烯烃。
本实施方式中的聚烯烃多孔性基材可以含有任意的添加剂。这种添加剂没有特别限定,例如可列举出除聚烯烃之外的聚合物;无机颗粒;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。
这些添加剂的总含量相对于聚烯烃树脂组合物100质量份优选为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。
需要说明的是,粘均分子量(Mv)是由依据ASTM-D4020使用十氢萘作为溶剂在测定温度135℃下测定的特性粘度[η]、根据下述式算出的。
聚乙烯:[η]=6.77×10-4Mv0.67(Chiang的算式)
聚丙烯:[η]=1.10×10-4Mv0.80
本实施方式中的聚烯烃多孔性基材的孔隙率没有特别限定,优选为20%以上、更优选为35%以上,优选为90%以下、优选为80%以下。将孔隙率设为20%以上时,从确保分隔件的透过性的观点出发是优选的。另一方面,将孔隙率设为90%以下时,从确保刺穿强度的观点出发是优选的。此处,孔隙率例如可以由聚烯烃多孔性基材试样的体积(cm3)、质量(g)、膜密度(g/cm3)、根据下述数学式求出。
孔隙率=(体积-质量/膜密度)/体积×100
此处,例如由聚乙烯形成的聚烯烃多孔性基材的情况下,可以将膜密度假定为0.95(g/cm3)来进行计算。孔隙率可以通过聚烯烃多孔性基材的拉伸倍率的变更等来调节。
本实施方式中的聚烯烃多孔性基材的透气度没有特别限定,优选为10秒/100cc以上、更优选为50秒/100cc以上,优选为1000秒/100cc以下、更优选为500秒/100cc以下。将透气度设为10秒/100cc以上时,从抑制蓄电设备的自放电的观点出发是优选的。另一方面,将透气度设为1000秒/100cc以下时,从得到良好的充放电特性的观点出发是优选的。此处,透气度为依据JIS P-8117测定的透气抵抗度。透气度可以通过多孔性基材的拉伸温度和/或拉伸倍率的变更等来调节。
本实施方式中的聚烯烃多孔性基材的平均孔径优选为0.15μm以下、更优选为0.1μm以下,下限优选为0.01μm以上。将平均孔径设为0.15μm以下时,从抑制蓄电设备的自放电、抑制容量降低的观点出发是适宜的。平均孔径可以通过制造聚烯烃多孔性基材时的拉伸倍率的变更等来调节。
本实施方式中的聚烯烃多孔性基材的刺穿强度没有特别限定,优选为200g/20μm以上、更优选为300g/20μm以上,优选为2000g/20μm以下、更优选为1000g/20μm以下。刺穿强度为200g/20μm以上时,从抑制在电池卷绕时由脱落的活性物质等造成的膜破裂的观点、及抑制因伴随充放电的电极的膨胀收缩而发生短路的担心的观点出发也是优选的。另一方面,刺穿强度为2000g/20μm以下时,从能够降低由加热时的取向松弛造成的宽度收缩的观点出发是优选的。刺穿强度通过后述实施例记载的方法测定。
上述刺穿强度可以通过调整聚烯烃多孔性基材的拉伸倍率和/或拉伸温度等来调节。
本实施方式中的聚烯烃多孔性基材的膜厚没有特别限定,优选为2μm以上、更优选为5μm以上,优选为100μm以下、更优选为60μm以下、进一步优选为50μm以下。将该膜厚设为2μm以上时,从提高机械强度的观点出发是优选的。另一方面,将该膜厚设为100μm以下时,电池中的分隔件的占有体积减少,因此有在电池的高容量化的方面变得有利的倾向,故而优选。
[填料多孔层]
填料多孔层包含无机填料和树脂粘结剂。
(无机填料)
作为填料多孔层中使用的无机填料,没有特别限定,优选具有200℃以上的熔点、电绝缘性高、且在锂离子二次电池的使用范围内电化学稳定的物质。
作为无机填料,没有特别限定,例如可列举出氧化铝、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、硫酸镁、硫酸铝、氢氧化铝、氧化铝氢氧化物(aluminiumhydroxide oxide)、钛酸钾、滑石、高岭石、地开石、透辉橄无球粒陨石(nakhlite)、多水高岭石、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。它们可以单独使用,也可以组合使用多种。
它们之中,从提高电化学稳定性和分隔件的耐热特性的观点出发,优选的是,
氧化铝、氧化铝氢氧化物等氧化铝化合物;以及
高岭石、地开石、透辉橄无球粒陨石、多水高岭石、叶蜡石等不具有离子交换能力的硅酸铝化合物。
作为氧化铝化合物,特别优选氧化铝氢氧化物(AlO(OH))。作为不具有离子交换能力的硅酸铝化合物,由于廉价且也容易获得,因此更优选主要由高岭土矿物构成的高岭土。高岭土中,已知湿式高岭土及对其进行煅烧处理而形成的煅烧高岭土。本发明中,特别优选煅烧高岭土。煅烧高岭土在煅烧处理时释放了结晶水,进而还去除了杂质,因此在电化学稳定性的方面特别优选。
无机填料的平均粒径优选超过0.01μm且为4.0μm以下、更优选超过0.2μm且为3.5μm以下、进一步优选超过0.4μm且为3.0μm以下。将无机填料的平均粒径调整为上述范围时,从即使在填料多孔层的厚度薄时(例如,7μm以下)也抑制高温下的热收缩的观点出发是优选的。作为调整无机填料的粒径及其分布的方法,例如可列举出使用球磨机、珠磨机、喷磨机等适宜的粉碎装置将无机填料粉碎来减小粒径的方法等。
作为无机填料的形状,例如可列举出板状、鳞片状、针状、柱状、球状、多面体状、块状等。也可以组合使用多种具有这些形状的无机填料。
无机填料在填料多孔层中所占的比例可以从无机填料的粘结性、分隔件的透过性、及耐热性等观点出发来适当确定。填料多孔层中的无机填料的比例优选为20质量%以上且不足100质量%、更优选为50质量%以上且99.99质量%以下、进一步优选为80质量%以上且99.9质量%以下、特别优选为90质量%以上且99质量%以下。
(树脂粘结剂)
作为填料多孔层中含有的树脂粘结剂的种类,没有特别限定,优选使用不溶于锂离子二次电池的电解液、且在锂离子二次电池的使用范围内电化学稳定的树脂粘结剂。
作为这种树脂粘结剂的具体例,例如可列举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃;聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等含氟树脂;偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物等含氟橡胶;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、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、乙烯丙烯橡胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯等橡胶类;乙基纤维素、甲基纤维素、羟基乙基纤维素、羧甲基纤维素等纤维素衍生物;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、聚酯等熔点和/或玻璃化转变温度为180℃以上的树脂等。
为了减少填料多孔层的离子阻力,也优选在填料多孔层中含有后述含聚亚烷基二醇基的热塑性聚合物作为树脂粘结剂。
作为树脂粘结剂,优选使用树脂胶乳粘结剂。作为树脂粘结剂使用树脂胶乳粘结剂时,具备包含该粘结剂和无机填料的填料多孔层的分隔件与经过将树脂粘结剂溶液涂布在基材上的工序而使树脂粘结剂粘结在多孔膜上而成的分隔件相比,离子透过性不易降低,存在得到功率特性高的蓄电设备的倾向。进而,具有该分隔件的蓄电设备即使在异常发热时的温度上升快的情况下也表现出顺利的关断特性,存在容易得到高的安全性的倾向。
作为树脂胶乳粘结剂,从提高电化学稳定性和粘结性的观点出发,优选使脂肪族共轭二烯系单体和不饱和羧酸单体、以及能与它们共聚的其它单体共聚而得到的物质。对此时的聚合方法没有特别限制,优选乳液聚合。作为乳液聚合的方法,没有特别限制,可以使用已知的方法。对于单体及其它成分的添加方法,没有特别限制,可以采用一并添加方法、分批添加方法、及连续添加方法的任一者,聚合方法可以采用一级聚合、二级聚合、或三级以上的多级聚合的任一者。
树脂粘结剂的平均粒径优选为50~500nm、更优选为60~460nm、进一步优选为80~250nm。树脂粘结剂的平均粒径为50nm以上时,具备包含该粘结剂和无机填料的填料多孔层的分隔件的离子透过性不易降低,容易得到高的功率特性的蓄电设备。进而,即使在异常发热时的温度上升快的情况下,也表现出顺利的关断特性,容易得到具有高的安全性的蓄电设备。树脂粘结剂的平均粒径为500nm以下时,表现出良好的粘结性,制成多层多孔膜时热收缩变得良好,存在安全性优异的倾向。
树脂粘结剂的平均粒径可以通过调整聚合时间、聚合温度、原料组成比、原料投入顺序、pH等来控制。
填料多孔层的层厚度从提高耐热性和绝缘性的观点出发优选为0.5μm以上,从提高电池的高容量化和透过性的观点出发优选为50μm以下。
填料多孔层的层密度优选为0.5~3.0g/cm3、更优选为0.7~2.0g/cm3。填料多孔层的层密度为0.5g/cm3以上时,存在高温下的热收缩率变得良好的倾向,为3.0g/cm3以下时,存在透气度降低的倾向。
作为填料多孔层的形成方法,例如可列举出在基材的至少单面涂覆包含无机填料和树脂粘结剂的涂覆液的方法。此时的涂覆液可以为了提高分散稳定性和涂覆性而包含溶剂、分散剂等。
将涂覆液涂覆于基材的方法只要能够实现所需的层厚度和涂覆面积就没有特别限定。可以将包含树脂粘结剂的填料原料与聚合物基材原料通过共挤出法而层叠地挤出,也可以在分别制作基材和填料多孔膜后将它们粘贴。
[热塑性聚合物层]
本实施方式中的热塑性聚合物层配置于多孔性基材、填料多孔层的至少单面的至少最外表面的一部分。热塑性聚合物层可以配置在多孔性基材、填料多孔层的整面,也可以仅配置在基材面、填料多孔层的一部分。为了使所得到的电池表现出高的离子透过性,更优选将热塑性聚合物层仅配置在聚烯烃多孔性基材、填料多孔层的面的一部分。热塑性聚合物层为包含热塑性聚合物作为主成分的层,也可以包含例如无机填料颗粒等。从高粘接性的观点出发,优选热塑性聚合物层与多孔性基材直接接触。
从高效地表现出对电极的粘接性的观点出发,热塑性聚合物在热塑性聚合物层中所占的质量比优选超过3质量%、更优选为10质量%以上、进一步优选为20质量%以上、进一步优选为40质量%以上、进一步优选为60质量%以上、进一步优选为80质量%以上、最优选为90质量%以上。
另外,热塑性聚合物层中包含填料颗粒时,从兼顾粘接性和离子透过性的观点出发,无机填料颗粒在热塑性聚合物层中所占的质量比优选为96质量%以下、进一步优选为90质量%以下、进一步优选为80质量%以下、进一步优选为60质量%以下、进一步优选为40质量%以下、进一步优选为20质量%以下。无机填料颗粒在热塑性聚合物层中所占的质量比的下限值为0质量%、或超过0质量%、或为0.1质量%以上即可。从粘接性的观点出发,无机填料颗粒在热塑性聚合物层中所占的质量比最优选为0质量%。
本实施方式中,热塑性聚合物层优选预定与电极直接粘接、或为耐热性。蓄电设备用分隔件即使除了聚烯烃多孔性基材和热塑性聚合物层之外还包含填料多孔层等其它层,也以至少1个热塑性聚合物层与电极直接粘接的方式来配置,例如以如下方式配置:聚烯烃多孔性基材、填料多孔层的至少单面的至少一部分与电极借助热塑性聚合物层进行粘接;或者,在聚烯烃多孔性基材及填料多孔层上配置的其它层与电极借助热塑性聚合物层进行粘接。
本实施方式中的热塑性聚合物层对于多孔性基材的涂覆量以固体成分计优选为0.05g/m2以上、更优选为0.1g/m2以上。另外,优选为2.0g/m2以下、进一步优选为1.5g/m2以下。将对于多孔性基材的热塑性聚合物的涂覆量设为0.05g/m2以上时,在提高所得到的分隔件中热塑性聚合物层与电极的粘接力、实现均匀的充放电、提高电池特性(循环特性)的方面是优选的。从对分隔件赋予耐热性的方面出发也优选。另一方面,设为2.0g/m2以下时,从抑制离子透过性的降低的观点出发是优选的。
本实施方式中,多孔性基材、填料多孔层的面之中的、配置热塑性聚合物层的面相对于总面积的热塑性聚合物层的面积比例优选为100%以下、95%以下、80%以下、75%以下、或70%以下,另外,该面积比例优选为5%以上、10%以上、或15%以上。将该热塑性聚合物层的涂覆面积设为100%以下时,从进一步抑制由热塑性聚合物造成的基材的孔的闭塞、进一步提高分隔件的透过性的观点出发是优选的。另一方面,将涂覆面积设为5%以上时,从进一步提高与电极的粘接性的观点出发是优选的。从对分隔件赋予耐热性的方面出发也优选。该面积比例通过用SEM观察所得到的分隔件的热塑性聚合物层形成面来测定。
另外,热塑性聚合物层为与无机填料混合而成的层时,将热塑性聚合物和无机填料的总面积设为100%,算出热塑性聚合物的存在面积。
本实施方式中的聚合物层的涂覆量、涂覆面积可以通过例如在后述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或共聚物浓度、涂布液的涂布量、涂布方法及涂布条件来调整。但是,涂覆量及涂覆面积的调整方法不限定于这些。另外,本实施方式中的热塑性聚合物层的涂覆面积(表面覆盖率)依据下述实施例中记载的方法来测定。
将热塑性聚合物层仅配置在聚烯烃多孔性基材、填料多孔层的面的一部分时,作为热塑性聚合物层的配置图案,例如可列举出点状、斜线状、条纹状、格子状、带状、龟甲状、无规则状等、及它们的组合。
本实施方式的蓄电设备用分隔件优选的是,对于热塑性聚合物层进行冯洛诺伊分割而得到的冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)为0.01以上且0.7以下。此处所说的热塑性聚合物优选为粒状。
冯洛诺伊分割是指,对于在某个距离空间上的任意位置上配置的多个点(母点),根据同一空间上的其它点靠近哪个母点而划分区域。包含如此得到的区域的图称为冯洛诺伊图。通常,冯洛诺伊图中,多个区域的边界线成为各母点的平分线的一部分,且各区域形成多边形(冯洛诺伊多边形)。
以特定的视野观察分隔件表面时,在该观察视野中,将1个热塑性聚合物颗粒视为具有平均直径(l)的1个圆。然后,在邻接的多个热塑性聚合物颗粒之间分别画出垂直平分线,对于各颗粒,将由前述垂直平分线围成的多边形称为“冯洛诺伊多边形”。
冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)是指,根据下述式算出的值。
{式中,si为冯洛诺伊多边形的面积的实测值,m为冯洛诺伊多边形的面积的实测值的平均值,并且n为冯洛诺伊多边形的总数}
观察视野中进行冯洛诺伊分割时,未封闭的区域不作为上述式的计算对象。作为未封闭的区域,例如可列举出:在观察视野的边界存在颗粒,未观察到该颗粒的整体时,对该颗粒进行冯洛诺伊分割从而得到的区域。
因此,优选的是,在拍摄分隔件表面的至少一部分区域而得到的图像中,对于位于该图像的端部的颗粒,确认是否观察到该颗粒整体。
本实施方式中,冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)是表示基材上的粒状的热塑性聚合物的配置的偏差水平的指标。认为该方差(σ2)表示粒状的热塑性聚合物在涂覆面上的分布或聚集状态。冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)为0.01以上时,可以评价为粒状的热塑性聚合物适度聚集地配置于分隔件表面。因此,此时,存在电极与分隔件之间的粘接性充分的倾向。该方差(σ2)为0.7以下时,可以评价为粒状的热塑性聚合物在分隔件表面没有过度聚集。因此,此时,分隔件表面处的离子阻力均匀化,锂离子不会集中在表面的特定区域,能抑制金属锂的产生,因此存在蓄电设备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。
为了知晓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、及对于热塑性聚合物颗粒进行冯洛诺伊分割而得到的冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2),观察分隔件表面。该观察手段可以根据在分隔件上涂覆的热塑性聚合物颗粒的尺寸或分布状态适当选择,可以采用任意的方法。例如,可以使用电子显微镜、原子力显微镜、光学显微镜、微分干渉显微镜等。它们之中,对待本实施方式这样的分散颗粒的分布状态时,适宜使用电子显微镜或原子力显微镜。
在观察视野内,应确保涂覆于分隔件表面的聚合物层的平均观察视野。另外,该观察视野中的投影面积应以掌握分散颗粒的平均分布状态的方式适当调整。例如,作为计算对象采用的分散颗粒优选为约80个至200个/1视野。该观察视野可以通过利用预先设定的观测手段及倍率观察聚合物层而得到。例如,图1为将观测手段设为扫描型电子显微镜、将倍率设为1万倍、观察聚合物层的表面而得到的照片的一例。图1清晰地捕捉到粒径约500nm的热塑性聚合物颗粒分散地存在于聚合物层的表面的状态。通过这样捕捉热塑性聚合物颗粒分散于聚合物层的表面的状态,能够利用冯洛诺伊分割来分析热塑性聚合物颗粒的分散状态。
使用扫描型电子显微镜的观察中,根据热塑性聚合物颗粒的粒径,设定适合于基于冯洛诺伊分割的分析的倍率。具体而言,设定为1视野中观察的热塑性聚合物颗粒的数量优选为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,可以适当地进行基于冯洛诺伊分割的分析。例如,粒径为500nm左右时,倍率设为1万倍是适当的,粒径为200nm左右时,倍率设定为3万倍左右的倍率适合于基于冯洛诺伊分割的分析。
识别通过上述观察方法得到的观察视野中所含的热塑性聚合物颗粒。例如,用肉眼或使用图像处理软件,从观察视野中识别热塑性聚合物颗粒。图2为示出使用图像处理软件自动识别图1的观察视野中所含的热塑性聚合物颗粒而得到的结果的一例。在预先设定的方法及倍率的观察视野中识别热塑性聚合物颗粒,从而计算颗粒的总数、各颗粒的直径、及各颗粒的投影面积(也参照后述图3)。此时,优选仅识别整体被包含在观察视野内的颗粒。
对于分隔件表面的特定的观察视野中识别的热塑性聚合物颗粒,可以进行上述定义的冯洛诺伊分割。具体而言,拍摄在分隔件表面涂覆热塑性聚合物后的涂覆膜表面,得到图像。将所得到的图像中识别的热塑性聚合物颗粒视为平均直径(l(小写L))的圆,进行冯洛诺伊分割,从而可以绘制冯洛诺伊多边形。例如,手动或使用图像处理软件,绘制冯洛诺伊多边形即可。然后,算出所绘制的冯洛诺伊多边形的面积。
例如,图3为对图2中识别的多个热塑性聚合物颗粒进行冯洛诺伊分割而得到冯洛诺伊多边形的结果的一例。图3中示出的冯洛诺伊多边形之中,使用图像处理软件自动计算与封闭区域对应的冯洛诺伊多边形的数量及面积,将由此得到的结果示于图4。
通过上述观察方法及图像处理方法,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、及冯洛诺伊多边形的面积。然后,根据上述定义,可以对该视野中的热塑性聚合物颗粒算出面积密度、及冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)。
但是,热塑性聚合物颗粒的分布有时根据观测视野而发生变化。因此,作为面积密度及方差(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,优选设为3以上。
特别优选采用对于如下确定的95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的图像
ii)视野的设定方法:
a)设定起点的视野,
b)设定如下的19视野,其包含:由相对于前述起点的视野沿横向依次邻接的区域形成的9个视野、由对于前述起点的视野沿纵向依次邻接的区域形成的9个视野、以及前述起点的视野,
c)设定由前述19视野规定的区域作为起点的分区,
d)设定4个由相对于前述起点的分区以10mm间隔沿单轴方向依次邻接的区域形成的分区,
e)对于前述4个分区,在与前述起点的分区中的19视野相似的位置设定各19视野,然后,
f)设定前述4个分区及前述起点的分区中的全部95视野(19视野×5分区)作为测定视野。
前述各测定视野优选的是设定为在1视野中观察的热塑性聚合物颗粒的数量为80~200个的倍率而拍摄的摄影图像。
以下,参照附图说明本实施方式中的95视野的优选设定方法。
i)作为摄影图像,如上所述,优选采用用倍率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为以模型的方式示出用倍率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视野由用倍率1万倍的扫描电子显微镜拍摄的图像构成,因此该1视野的范围(scale)为10μm×10μm左右,构成适合于以热塑性聚合物颗粒为基准的冯洛诺伊分割评价的视野。接着,设定相对于前述起点的视野(10)沿横向(X轴方向)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)相同的倍率的摄影图像形成,与邻接的区域共有一边地沿一个方向依次设定。接着,设定相对于前述起点的视野(10)沿纵向依次邻接的9个视野(11~19)。这些视野(11~19)分别由与起点的视野(10)相同的区域形成,与邻接的区域共有一边地沿一个方向依次设定。
接着,将由前述19视野限定的区域设定为起点的分区(I)。该起点的分区(I)由图5中的以视野1~10的上边、视野10~19的右边作为2边的正方形的区域形成,因此1分区的范围(scale)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视野算出的方差能够以更准确地代表分隔件表面的状态的值来评价。
本实施方式中,为了进一步准确评价分隔件表面的状态,将与上述1分区同等的分区设置5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,设定相对于前述起点的分区(I)以10mm间隔沿单轴方向依次邻接的4个分区(II~V)。这些4个分区分别由与起点的分区(I)相同的区域形成。
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视野相似的位置设定各19视野。然后,将前述4个分区(II~V)及前述起点的视野(I)中的全部95视野(19视野×5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针对分隔件表面之中的、未参与离子传导的区域来进行。例如,可以对刚制造后的尚未组装到蓄电元件中的状态的分隔件进行观察。在蓄电元件使用中或使用后的情况下,对于分隔件之中的、被称为所谓“耳”的部分(位于分隔件的外缘部附近、且未参与离子传导的区域)进行观察也是本实施方式中的优选方式。
由上述评价方法可以理解,以95视野作为观察对象的情况下,以长度约40mm的分隔件片作为测定对象,因此能够准确评价分隔件表面处的热塑性聚合物的分散状态。
对于热塑性聚合物颗粒,能够进行如上所述的冯洛诺伊分割表示:形成在基材上的聚合物层中,该热塑性聚合物颗粒实质上不重叠而以单层的颗粒的形态存在。例如,在聚合物层中热塑性聚合物彼此多层重叠时,称为单一颗粒所占据的面积的概念不成立,因此无法进行冯洛诺伊分割。
本实施方式中的分隔件优选的是,形成在基材上的聚合物层中的热塑性聚合物颗粒以实质上不重叠的方式配置,并且上述面积密度、及方差(σ2)分别调整为上述范围。
作为将热塑性聚合物的面积密度及方差(σ2)调整为上述范围的手段,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较高,边对多孔膜的被涂覆面施加剪切力边涂覆,能够将热塑性聚合物分散地配置于上述范围。
聚合物层在基材上的存在形态(图案)没有特别限定,优选的是,热塑性聚合物颗粒以满足上述方差的方式彼此分散地存在于基材整面。热塑性聚合物颗粒可以在一部分的区域形成簇,但作为整体,必须各颗粒以满足上述方差的范围的水平分散。另外,在该一部分的区域中聚合物颗粒彼此可以堆积,但作为整体,必须各颗粒以满足上述方差的范围的水平分散。
在聚烯烃多孔性基材、填料多孔层上配置的热塑性聚合物层的厚度在基材的每个单面上优选为0.01μm以上、更优选为0.1μm以上。另外,优选为5μm以下、更优选为3μm以下、进一步优选为1μm以下。将聚合物层的厚度设为0.1μm以上时,在均匀表现电极与多孔性基材间的粘接力的方面优选,其结果能够提高电池特性。厚度0.1μm以上的聚合物层在赋予耐热性的方面也优选。另外,将聚合物层的厚度设为5μm以下时,在抑制离子透过性降低的方面优选。
本实施方式中的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或共聚物浓度、涂布液的涂布量、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定于它们。
(热塑性聚合物)
本实施方式中,热塑性聚合物层包含热塑性聚合物。从兼顾分隔件的离子透过性和对电极的粘接性的观点、以及兼顾分隔件的离子透过性和耐热性的观点出发,优选的是,使用的热塑性聚合物的至少1种包含具备具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体作为单体单元的共聚物。需要说明的是,“烯属不饱和单体”是指,分子内具有1个以上烯属不饱和键的单体。
具备具有聚亚烷基二醇基(也称为“聚氧亚烷基”)的烯属不饱和单体作为单体单元的共聚物为在其结构中具有聚醚单元(也称为“聚亚烷基二醇链”。以下也简写为“PEU”)的热塑性共聚物(以下称为“含PEU热塑性共聚物”)。
本实施方式中,热塑性聚合物层包含含PEU热塑性共聚物,从而能提高分隔件的离子透过性,并且对分隔件赋予对电极的粘接性、耐热性。
包含含PEU热塑性共聚物的热塑性聚合物层例如可以具有单层结构;由含PEU热塑性共聚物和包围其至少一部分的聚合物构成的结构;层叠结构等。
热塑性聚合物层中,优选的是,存在于蓄电设备用分隔件的最外表面的热塑性聚合物的至少一部分为含PEU热塑性共聚物。通过具有这种结构,分隔件与电极的粘接性、耐热性、及离子透过性优异,对于电池制作时的工序时间缩短、电池特性的改善、安全性的改善是有效的。
含PEU热塑性共聚物的聚醚部位中的氧原子与锂(Li)离子配位而促进Li离子的扩散,因此含PEU热塑性共聚物与不具有PEU的丙烯酸类热塑性共聚物相比能够减少离子阻力。因此,在基材的至少单面应用含PEU热塑性共聚物时,存在具备所得到的分隔件的蓄电设备的离子扩散性优异的倾向。
含PEU热塑性共聚物的聚醚部位的水合力高,因此将含PEU热塑性共聚物以水系涂料的形态涂覆于基材时,能抑制共聚物的急剧干燥,确保涂料的涂覆性,并且提高基材与涂覆层的粘结强度。
为了取得涂覆层向多孔性基材上的涂覆性与分隔件对电极的粘接性的平衡,并提高离子扩散性,含PEU热塑性共聚物优选以包含具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)及不具有聚亚烷基二醇基的单体作为共聚成分的方式来设计。
具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)能与不具有聚亚烷基二醇基的单体共聚。聚亚烷基二醇基也被称为聚氧亚烷基,例如可以为聚氧亚甲基、聚氧亚乙基、聚氧亚丙基、聚氧亚丁基等。构成聚氧亚烷基的氧亚烷基的碳数优选为1~6、更优选为1~3、进一步优选为2。聚亚烷基二醇基中的烃基可以是直链,也可以是支链,还可以具有环状结构。
具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)中的亚烷基二醇单元的平均重复数(n)没有特别限定,优选为1以上、更优选为3以上。另外,优选为100以下、更优选为30以下、进一步优选为15以下、特别优选为8以下。
平均重复数n为3以上时,存在共聚物的离子透过性变高的倾向。平均重复数n为15以下时,存在乳液聚合时与不具有聚亚烷基二醇基的单体的共聚性提高的倾向。
从兼顾高粘接性和低阻力的观点出发,优选的是,在构成前述热塑性聚合物层的热塑性聚合物100质量%中,以单体单元换算计包含3~50质量%前述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)。
前述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体的检测方法没有特别限定,例如可以通过使用热分解GC-MS的以下的方法来确认。对于分隔件、或电池拆卸后取出的分隔件,用热分解GC-MS进行测定,确认归属于具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体的m/z=59、69、103、113,由此能够检测前述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体,作为热塑性聚合物层中的单体的具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体的比率,可以由GC图的积分比来确定。
作为具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P),例如可列举出聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯、或分子中具有聚亚烷基二醇单元和烯丙基等反应性取代基的单体。
作为聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯,例如可列举出聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇-聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇-聚丁二醇(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇-聚丁二醇(甲基)丙烯酸酯、2-乙基己基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、苯氧基二乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基二乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、丁氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、辛氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、月桂氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、硬脂氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、辛氧基聚乙二醇-聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯等具有聚亚烷基二醇基的(甲基)丙烯酸酯单体,从更有效且可靠地解决本发明的课题的观点出发,它们是优选的。此外,作为单体(P),也包括作为下述段落记载的反应性表面活性剂且具有聚亚烷基二醇链的物质。单体(P)之中,甲氧基二乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、丁氧基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、2-乙基己基聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯在共聚物制备时的聚合稳定性良好的方面优选。
作为聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯,优选列举出聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇-聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等。
作为分子中具有聚亚烷基二醇单元和烯丙基的单体,例如可列举出聚亚烷基二醇单烯丙基醚等,具体而言,可以使用聚乙二醇单烯丙基醚、聚丙二醇单烯丙基醚等。
上述热塑性聚合物中的具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)的含有比例相对于共聚物100质量%优选为2质量%以上、更优选为5质量%以上。另外,为50质量%以下、更优选为40质量%以下、进一步优选为30质量%以下、特别优选为20质量%以下。具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)的含有比例为该范围内时,分隔件的离子透过性提高,故而优选。具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)的含有比例为50质量%以下时,乳液聚合时的共聚性提高,故而优选。
本实施方式中的共聚物优选的是,作为不具有聚亚烷基二醇基的单体,具备具有环烷基的烯属不饱和单体(A)作为单体单元。具有环烷基的烯属不饱和单体(A)是与上述单体(P)不同的单体。
作为具有环烷基的烯属不饱和单体(A),没有特别限定,可列举出具有环烷基、且具有1个烯属不饱和键的物质。其中,本说明书中,环烷基为共聚后的聚合物结构中残留的基团,因此不包括聚合及交联反应中使用的基团、例如环氧基。
作为源自具有环烷基的烯属不饱和单体(A)的含环烷基单体单元(A),没有特别限定,例如可列举出丙烯酸环己酯单元、甲基丙烯酸环己酯单元、丙烯酸异冰片酯单元、甲基丙烯酸异冰片酯单元、丙烯酸金刚烷酯单元、甲基丙烯酸金刚烷酯单元等具有环烷基的(甲基)丙烯酸酯单体单元。它们之中,优选具有环烷基和(甲基)丙烯酰氧基的(甲基)丙烯酸酯单体单元,更优选丙烯酸环己酯单元及甲基丙烯酸环己酯单元。通过使用这种含环烷基单体单元(A),存在能够更有效且可靠地解决本发明的课题的倾向。另外,存在共聚物粘结剂制备时的聚合稳定性进一步提高的倾向。含环烷基单体单元(A)可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
上述说明的单体(A)之中,丙烯酸环己酯、和/或甲基丙烯酸环己酯在乳液聚合时与单体(P)的共聚性良好的方面优选。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。
上述共聚物也可以为了改良各种品质及物性而具备不具有聚亚烷基二醇基且不具有环烷基的其它单体(B)作为单体单元。其它单体(B)为与上述单体(A)和(P)不同的单体,且为能与单体(P)共聚的单体。作为其它单体(B),没有特别限定,例如可列举出具有羧基的烯属不饱和单体(b1)、具有酰胺基的烯属不饱和单体(b2)、具有羟基的烯属不饱和单体(b3)、交联性单体(b4)、(甲基)丙烯酸酯单体(b5)、具有氰基的烯属不饱和单体(b6)等、及其它烯属不饱和单体。其它单体(B)可以单独使用1种或组合使用2种以上。另外,其它单体(B)也可以为同时属于上述单体(b1)~(b6)之中的2种以上的物质。即,其它单体(B)可以为具有选自由羧基、酰胺基、羟基和氰基组成的组中的2种以上基团的烯属不饱和单体,也可以为同时具有选自由羧基、酰胺基、羟基和氰基组成的组中的2种以上基团和烯属不饱和键的交联性单体。
其中,从提高与电极(电极活性物质)的粘接性的观点出发,其它单体(B)优选包含具有羧基的烯属不饱和单体(b1)。作为具有羧基的烯属不饱和单体(b1),例如可列举出丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸的半酯、马来酸的半酯及富马酸的半酯等单羧酸单体、以及衣康酸、富马酸及马来酸等二羧酸单体。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。其中,从同样的观点出发,优选为丙烯酸、甲基丙烯酸及衣康酸,更优选为丙烯酸及甲基丙烯酸。
同样地,从提高与电极(电极活性物质)的粘接性的观点出发,其它单体(B)优选包含具有酰胺基的烯属不饱和单体(b2)。作为具有酰胺基的烯属不饱和单体(b2),没有特别限定,例如可列举出丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、双丙酮甲基丙烯酰胺、马来酰胺及马来酰亚酰。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。其中,优选为丙烯酰胺及甲基丙烯酰胺。通过使用丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺,存在分隔件与电极(电极活性物质)的粘接性进一步提高的倾向。
同样地,从提高与电极(电极活性物质)的粘接性的观点及共聚物的聚合稳定性的观点出发,其它单体(B)优选包含具有羟基的烯属不饱和单体(b3)。作为具有羟基的烯属不饱和单体(b3),例如可列举出丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、丙烯酸羟基丙酯、甲基丙烯酸羟基丙酯等具有羟基的(甲基)丙烯酸酯。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。其中,优选为丙烯酸羟基乙酯及甲基丙烯酸羟基乙酯。通过使用丙烯酸羟基乙酯和/或甲基丙烯酸羟基乙酯,存在共聚物的聚合稳定性提高的倾向。
另外,从提高热塑性聚合物的耐热性来改善电池安全性的观点、及使共聚物在电解液中的不溶成分为适度的量的观点出发,其它单体(B)优选包含交联性单体(b4)。作为交联性单体(b4),没有特别限定,例如可列举出具有2个以上自由基聚合性双键的单体、具有在聚合中或聚合后得到自交联结构的官能团的单体。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。
作为具有2个以上自由基聚合性双键的单体,例如可列举出二乙烯基苯及多官能(甲基)丙烯酸酯。其中,从即使少量也能表现出良好的耐电解液性的观点出发,优选多官能(甲基)丙烯酸酯。
作为多官能(甲基)丙烯酸酯,可列举出2官能(甲基)丙烯酸酯、3官能(甲基)丙烯酸酯、4官能(甲基)丙烯酸酯,例如可列举出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、及季戊四醇四甲基丙烯酸酯。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。其中,从与上述同样的观点出发,优选三羟甲基丙烷三丙烯酸酯及三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
作为具有在聚合中或聚合后得到自交联结构的官能团的单体,例如可列举出具有环氧基的烯属不饱和单体、具有羟甲基的烯属单体、具有烷氧基甲基的烯属不饱和单体、及具有水解性甲硅烷基的烯属不饱和单体。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。
作为具有环氧基的烯属不饱和单体,例如可列举出丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油基醚、丙烯酸甲基缩水甘油酯、及甲基丙烯酸甲基缩水甘油酯。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。其中,优选为甲基丙烯酸缩水甘油酯。
作为具有羟甲基的烯属不饱和单体,例如可列举出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、及二羟甲基甲基丙烯酰胺。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。
作为具有烷氧基甲基的烯属不饱和单体,例如可列举出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、及N-丁氧基甲基甲基丙烯酰胺。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。
作为具有水解性甲硅烷基的烯属不饱和单体,例如可列举出乙烯基硅烷、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、及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷。它们可以单独使用1种或组合使用2种以上。
交联性单体(b4)之中,多官能(甲基)丙烯酸酯在交联度的偏差少的方面特别优选。
另外,从使包含该共聚物的热塑性聚合物的抗氧化性良好的观点及提高乳液聚合时的共聚性的观点出发,其它单体(B)优选包含(甲基)丙烯酸酯单体(b5)。(甲基)丙烯酸酯单体(b5)为与上述单体(b1)~(b4)不同的单体。作为(甲基)丙烯酸酯单体(b5),例如可列举出具有1个烯属不饱和键的(甲基)丙烯酸酯,更具体而言,可列举出丙烯酸甲酯、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、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烷基的(甲基)丙烯酸酯(更优选包含烷基和(甲基)丙烯酰氧基的(甲基)丙烯酸酯)。它们之中,从提高乳液聚合时的共聚性的观点出发,优选包含碳数4以上的烷基和(甲基)丙烯酰氧基的(甲基)丙烯酸酯单体,更优选包含碳数6以上的烷基和(甲基)丙烯酰氧基的(甲基)丙烯酸酯单体。更具体而言,优选甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯,更优选丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯,进一步优选为丙烯酸2-乙基己酯。这些(甲基)丙烯酸酯单体(b5)可以单独使用1种或组合使用2种以上。
作为具有氰基的烯属不饱和单体(b6),例如可列举出丙烯腈、及甲基丙烯腈。另外,作为具有芳香族基团的烯属不饱和单体,例如可列举出苯乙烯、乙烯基甲苯及α-甲基苯乙烯。其中,优选为苯乙烯。
从兼顾分隔件的粘接性和离子透过性的观点出发,以含PEU热塑性共聚物的质量作为基准,含PEU热塑性共聚物中的(甲基)丙烯酸酯单体的共聚比例(总含有比例)优选为50~99.9质量%、更优选为60~99.9质量%、进一步优选为70~99.9质量%、更进一步优选为80~99.9质量%。在该段落,(甲基)丙烯酸酯单体包括全部的如下物质:具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)之中属于(甲基)丙烯酸酯的物质、具有环烷基的(甲基)丙烯酸酯单体(A)之中属于(甲基)丙烯酸酯的物质、以及不具有聚亚烷基二醇基且不具有环烷基的(甲基)丙烯酸酯单体(b5)。(甲基)丙烯酸酯单体的含有比例处于上述范围内时,分隔件用于非水系电解液二次电池时,存在与电极的粘接性、热塑性聚合物的抗氧化性更良好的倾向。
其它单体(B)包含具有羧基的烯属不饱和单体(b1)或具有酰胺基的烯属不饱和单体(b2)或具有羟基的烯属不饱和单体(b3)的情况下,共聚物中的(b1)、(b2)、(b3)的总含有比例相对于共聚物100质量%优选为0.1质量%以上。另外,优选为10质量%以下、更优选为7质量%以下、进一步优选为5质量%以下。上述3种的总含有比例为0.1质量%以上时,存在分隔件与电极的粘接性提高的倾向,为10质量%以下时,存在容易从水分散体去除水的倾向。
此外,其它单体(B)包含具有羧基的烯属不饱和单体(b1)的情况下,共聚物中的单体(b1)的含有比例优选为5质量%以下。单体(b1)的含有比例为5质量%以下时,存在水分散体的分散稳定性提高的倾向。
其它单体(B)包含交联性单体(b4)的情况下,共聚物中的交联性单体(b4)的含有比例相对于共聚物100质量%优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上。另外,为10质量%以下、更优选为5质量%以下、进一步优选为3质量%以下。交联性单体(b4)的含有比例为0.01质量%以上时,耐电解液性进一步提高,为10质量%以下时,能够进一步抑制分隔件与电极的粘接性的降低。
本实施方式中,从分隔件对电极的粘接性及离子透过性的观点出发,含PEU热塑性共聚物优选的是,作为不具有聚亚烷基二醇基的单体,包含具有环烷基的烯属不饱和单体(A)和(甲基)丙烯酸酯单体(b5)。具有环烷基的烯属不饱和单体(A)和(甲基)丙烯酸酯单体(b5)的总含有比例相对于含PEU热塑性共聚物100质量%优选为50~98质量%、51~97质量%、或55~95质量%。
含PEU热塑性共聚物也可以包含除上述说明过的单体之外的单体作为共聚单元。
热塑性聚合物层中,也可以与含PEU热塑性共聚物一起共混有除含PEU热塑性共聚物之外的热塑性聚合物。
作为除含PEU热塑性共聚物之外的热塑性聚合物,例如可列举出:
聚乙烯、聚丙烯、α-聚烯烃等聚烯烃树脂;
聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等氟系聚合物或包含它们的共聚物;
包含丁二烯、异戊二烯等共轭二烯作为单体单元的二烯系聚合物或包含它们的共聚物、或它们的氢化物;
包含(甲基)丙烯酸酯等作为单体单元、且不具有PEU的丙烯酸类聚合物或包含它们的共聚物、或其氢化物;
乙烯丙烯橡胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯等橡胶类;
乙基纤维素、甲基纤维素、羟基乙基纤维素、羧甲基纤维素等纤维素衍生物;
聚乙二醇、聚丙二醇等不具有聚合性官能团的聚亚烷基二醇;
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、聚酯等树脂:以及
它们的组合。
它们之中,优选二烯系聚合物、丙烯酸类聚合物或氟系聚合物,从与电极活性物质的粘接性、热塑性聚合物层的强度、及柔软性、涂覆性的观点出发,特别优选丙烯酸类聚合物。
以热塑性聚合物层的质量作为基准,热塑性聚合物层中的含PEU热塑性共聚物的含量可以为2质量%以上、5质量%以上、10质量%以上、15质量%、或20质量%以上,其含量可以为100质量%以下、99质量%以下、或98质量%以下。
本实施方式中使用的热塑性聚合物的玻璃化转变温度(Tg)从与电极的粘接性及离子透过性的观点出发优选为-50℃以上、更优选为-30℃以上、进一步优选为-30℃~150℃的范围内。
本实施方式中的玻璃化转变温度由通过差示扫描量热测定(DSC)得到的DSC曲线来确定。具体而言,可以采用将DSC曲线的低温侧的基线延长至高温侧而得到的直线与玻璃化转变的阶梯状变化部分的拐点处的切线的交点的温度作为玻璃化转变温度。更详细而言,可以参照实施例中记载的方法。
另外,“玻璃化转变”是指,DSC中作为试验片的聚合物的伴随状态变化的热量变化在吸热侧发生。这种热量变化在DSC曲线中以阶梯状变化的形状而被观测到。“阶梯状变化”表示,在DSC曲线中,曲线从此前的低温侧的基线离开并移动至新的高温侧的基线为止的部分。需要说明的是,阶梯状变化与峰组合而成的形状也包括在阶梯状变化之中。
进而,“拐点”表示,阶梯状变化部分的DSC曲线的梯度达到最大的点。另外,阶梯状变化部分中,将上侧作为放热侧的情况下,也可以表达为向上凸的曲线变为向下凸的曲线的点。“峰”表示,在DSC曲线中,曲线从低温侧的基线离开后再次回到同一基线为止的部分。“基线”表示,试验片不发生转变及反应的温度区域的DSC曲线。
本实施方式中,热塑性聚合物的玻璃化转变温度Tg例如可以通过变更制造热塑性聚合物时使用的单体成分及各单体的投入比来适当调整。即,对于热塑性聚合物的制造中使用的各单体,可以根据通常示出的其均聚物的Tg(例如,记载在“聚合物手册”(A WILEY-INTERSCIENCE PUBLICATION)中)和单体的配混比例推定玻璃化转变温度的大概。例如,以高比率共聚有能得到约100℃的Tg的均聚物的甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、甲基丙烯酸等单体的共聚物的Tg变高;例如,以高比率共聚有能得到约-50℃的Tg的均聚物的丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯等单体的共聚物的Tg变低。
另外,共聚物的Tg也可以通过下述数学式(1)所示的FOX式来估算。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+……+Wi/Tgi+……Wn/Tgn (1)
{式中,Tg(K)为共聚物的Tg,Tgi(K)为单体i的均聚物的Tg,Wi为各单体的质量分数。}
其中,作为本实施方式中的热塑性聚合物的玻璃化转变温度Tg,采用通过使用上述DSC的方法测定的值。
从在聚烯烃微多孔膜上的润湿性、聚烯烃微多孔膜与热塑性聚合物层的粘结性、及与电极的粘接性的观点出发,更优选在热塑性聚合物层中共混有玻璃化转变温度不足20℃的聚合物,从抗粘连性及离子透过性的观点出发,更优选还混合有玻璃化转变温度为20℃以上的聚合物。即,热塑性聚合物层中,优选具有至少2个玻璃化转变温度。玻璃化转变温度不足20℃的热塑性聚合物特别优选玻璃化转变温度为15℃以下、更优选为0℃以下,另外,玻璃化转变温度优选为-30℃以上。另一方面,玻璃化转变温度为20℃以上的热塑性聚合物尤其更优选玻璃化转变温度为30℃以上、进一步优选为40℃以上、最优选为50℃以上,另外,玻璃化转变温度优选为120℃以下。由此,发挥分隔件与电极的粘接性及处理性更优异的效果。
热塑性聚合物具有至少2个玻璃化转变温度可以通过共混2种以上的热塑性聚合物的方法、使用具备核壳结构的热塑性聚合物的方法等来达成,没有特别限定。
核壳结构是指,属于中心部分的聚合物、以及属于外壳部分的聚合物由不同组成构成的、呈双层结构的形态的聚合物。
尤其是通过在聚合物共混及核壳结构中组合玻璃化转变温度高的聚合物和玻璃化转变温度低的聚合物,能够控制热塑性聚合物整体的玻璃化转变温度。另外,能够对热塑性聚合物整体赋予多种功能。
本实施方式中,从兼顾分隔件的粘连抑制性及离子透过性与粘接性的观点出发,含PEU热塑性共聚物更优选包含玻璃化转变温度为20℃以上的、颗粒状物质。另外,玻璃化转变温度不足20℃的粘结剂也可以为含PEU热塑性共聚物。
此处,“颗粒状”是指,在扫描型电子显微镜(SEM)的测定中各个热塑性聚合物具有轮廓的状态,被观察的颗粒可以为细长形状、球状、多边形状等任意形状。
通过使热塑性聚合物层中含有颗粒状热塑性共聚物,能够确保配置在基材上的热塑性聚合物层的多孔性及分隔件的抗粘连性。
含PEU热塑性共聚物的平均粒径优选为10nm以上、更优选为50nm以上、进一步优选为100nm以上。另外,为1000nm以下、更优选为800nm以下、进一步优选为700nm以下。使该平均粒径为10nm以上意味着:在至少包含多孔膜的基材上涂覆颗粒状热塑性聚合物时能够确保不会进入到基材的孔中的程度的颗粒状热塑性聚合物的尺寸、且维持涂覆层自身的离子透过性。因此,此时,从提高电极与分隔件之间的粘接性、及蓄电设备的循环特性、倍率特性的观点出发是优选的。另外,使该平均粒径为1000nm以下时,从确保水分散体的分散稳定性的观点出发是优选的,另外,从能够灵活地控制涂覆层厚度的观点出发是优选的。颗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来测定。
为了获取分隔件的粘接性与抗粘连性的平衡,也优选在热塑性聚合物层中含有具有彼此不同的平均粒径的2种以上热塑性聚合物颗粒。更优选使用具有10nm~300nm的平均粒径的热塑性聚合物颗粒(以下称为“小粒径颗粒”)和具有超过100nm且为2000nm以下的平均粒径的热塑性聚合物颗粒(以下称为“大粒径颗粒”)的组合。
含PEU热塑性共聚物可以作为小粒径颗粒和大粒径颗粒中的一者或两者使用。
上述说明过的颗粒状热塑性聚合物除了使用上述说明过的单体之外,可以通过已知的聚合方法来制造。作为聚合方法,例如可以采用溶液聚合、乳液聚合、本体聚合等适宜的方法。
尤其是出于以颗粒形状的分散体的形态获得的目的,优选乳液聚合法。关于乳液聚合的方法没有特别限制,可以使用现有公知的方法。例如,在水性介质中以上述单体、表面活性剂、自由基聚合引发剂、及根据需要而使用的其它添加剂成分作为基本组成成分的分散体系中,使包含上述各单体的单体组合物聚合,从而得到共聚物。在聚合时,可以根据需要利用如下方法:使供给的单体组合物的组成在整个聚合过程中恒定的方法;使供给的单体组合物的组成在聚合过程中逐次或连续变化,从而赋予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。通过乳液聚合得到共聚物时,例如可以为包含水和分散于该水中的颗粒状的共聚物的水分散体(胶乳)的形态。
表面活性剂为一分子中具有至少1个以上亲水基和1个以上亲油基的化合物。作为表面活性剂,例如可列举出非反应性的烷基硫酸酯、聚氧乙烯烷基醚硫酸酯盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基磺基琥珀酸盐、烷基二苯基醚二磺酸盐、萘磺酸福尔马林缩合物、聚氧乙烯多环苯基醚硫酸酯盐、聚氧乙烯二苯乙烯化苯基醚硫酸酯盐、脂肪酸盐、烷基磷酸盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸酯盐等阴离子性表面活性剂、及非反应性的聚氧乙烯烷基醚、聚氧亚烷基烷基醚、聚氧乙烯多环苯基醚、聚氧乙烯二苯乙烯化苯基醚、山梨聚糖脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺、烷基烷醇酰胺、聚氧乙烯烷基苯基醚等非离子性表面活性剂。除了这些之外,也可以使用在具有亲水基和亲油基的表面活性剂的化学结构式中导入烯属双键而成的、所谓的反应性表面活性剂。
作为反应性表面活性剂中的阴离子性表面活性剂,例如可列举出具有磺酸基、磺酸酯基或硫酸酯基及它们的盐的烯属不饱和单体,优选的是,具有磺酸基、或为其铵盐或者碱金属盐的基团(磺酸铵基、或碱金属磺酸盐基)的化合物。具体而言,例如可列举出烷基烯丙基磺基琥珀酸盐(例如,可列举出三洋化成株式会社制EREMINOR(商标)JS-20、花王株式会社制LATEMUL(商标。以下同样。)S-120、S-180A、S-180。)、聚氧乙烯烷基丙烯基苯基醚硫酸酯盐(例如,可列举出第一工业制药株式会社制Aquaron(商标。以下同样。)HS-10。)、α-〔1-〔(烯丙氧基)甲基〕-2-(壬基苯氧基)乙基〕-ω-聚氧乙烯硫酸酯盐(例如,可列举出株式会社ADEKA制ADEKAREASOAP(商标。以下同样。)SE-10N。)、铵=α-磺酸根合-ω-1-(烯丙氧基甲基)烷氧基聚氧乙烯(例如,可列举出第一工业制药株式会社制Aquaron KH-10。)、苯乙烯磺酸盐(例如,可列举出东曹有机化学株式会社制SPINOMAR(商标)NaSS。)、α-〔2-〔(烯丙氧基)-1-(烷氧基甲基)乙基〕-ω-聚氧乙烯硫酸酯盐(例如,可列举出株式会社ADEKA制ADEKAREASOAP SR-10。)、聚氧乙烯聚氧丁烯(3-甲基-3-丁烯基)醚的硫酸酯盐(例如,可列举出花王株式会社制LATEMUL PD-104。)等。
另外,作为反应性表面活性剂中的非离子性表面活性剂,例如可列举出α-〔1-〔(烯丙氧基)甲基〕-2-(壬基苯氧基)乙基〕-ω-羟基聚氧乙烯(例如,可列举出株式会社ADEKA制ADEKAREASOAP NE-20、NE-30、NE-40。)、聚氧乙烯烷基丙烯基苯基醚(例如,可列举出第一工业制药株式会社制Aquaron RN-10、RN-20、RN-30、RN-50。)、α-〔2-〔(烯丙氧基)-1-(烷氧基甲基)乙基〕-ω-羟基聚氧乙烯(例如,可列举出株式会社ADEKA制ADEKAREASOAP ER-10。)、聚氧乙烯聚氧丁烯(3-甲基-3-丁烯基)醚(例如,可列举出花王株式会社制LATEMUL PD-420。)等。
上述各种表面活性剂中,优选反应性表面活性剂,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。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。表面活性剂可以单独使用1种或组合使用2种以上。
作为自由基聚合引发剂,为利用热或还原性物质发生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任意者。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。作为水溶性的聚合引发剂,例如可列举出过二硫酸盐、过氧化物、水溶性的偶氮双化合物、过氧化物-还原剂的氧化还原系。作为过二硫酸盐,例如可列举出过氧二硫酸钾(KPS)、过氧二硫酸钠(NPS)、及过氧二硫酸铵(APS),作为过氧化物,例如可列举出过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化马来酸叔丁酯、过氧化琥珀酸、及过氧化苯甲酰,作为水溶性的偶氮双化合物,例如可列举出2,2-偶氮双(N-羟基乙基异丁酰胺)、2,2-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、4,4-偶氮双(4-氰基戊酸),作为过氧化物-还原剂的氧化还原系,例如可列举使上述过氧化物与甲醛次硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、羟基甲烷亚磺酸钠、L-抗坏血酸、及其盐、亚铜盐、以及亚铁盐等还原剂的1种或2种以上组合而成的物质。
自由基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。自由基聚合引发剂可以单独使用1种或组合使用2种以上。
需要说明的是,将包含具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)、具有环烷基的烯属不饱和单体(A)和其它单体(B)的单体组合物进行乳液聚合,形成聚合体颗粒分散在溶剂(水)中而成的分散体时,作为所得到的分散体的固体成分,优选为30质量%~70质量%。
另外,分散体为了保持长期的分散稳定性而优选将其pH调整至5~12的范围。pH的调整优选使用氨、氢氧化钠、氢氧化钾、及二甲基氨基乙醇等胺类,更优选利用氨(水)或氢氧化钠来调整pH。
本实施方式中的水分散体以分散在水中的颗粒(共聚物颗粒)的形态包含使含有上述特定单体的单体组合物共聚而得到的共聚物。水分散体中,除了水和共聚物之外,还可以包含甲醇、乙醇、异丙醇等溶剂、分散剂、润滑剂、增稠剂、杀菌剂等。
本实施方式中,可以通过涂覆容易地形成热塑性聚合物层,因此优选利用乳液聚合形成颗粒状热塑性聚合物,将由此得到的热塑性聚合物乳液以水系胶乳的形态使用。
(任意成分)
本实施方式中的热塑性聚合物层可以仅含有热塑性聚合物,也可以在热塑性聚合物的基础上还含有除此之外的任意成分。作为任意成分,例如可列举出用于形成填料多孔层而在上述说明过的无机填料等。
<蓄电设备用分隔件的制造方法>
[聚烯烃多孔性基材的制造方法]
制造本实施方式中的聚烯烃多孔性基材的方法没有特别限定,可以采用公知的制造方法。例如,可列举出:将聚烯烃树脂组合物与增塑剂熔融混炼并成形为片状后,根据情况进行拉伸后,提取出增塑剂,从而使其多孔化的方法;将聚烯烃树脂组合物熔融混炼并以高拉伸比挤出后,通过热处理与拉伸使聚烯烃晶体界面剥离,从而使其多孔化的方法;将聚烯烃树脂组合物与无机填料熔融混炼并成形为片状后,通过拉伸使聚烯烃与无机填料的界面剥离,从而使其多孔化的方法;将聚烯烃树脂组合物溶解后,浸渍于聚烯烃的不良溶剂中使聚烯烃凝固,同时去除溶剂,从而使其多孔化的方法等。
另外,制作作为基材的无纺布或纸的方法可以是公知的。作为其制作方法,例如可列举出:将纤维网浸渍于粘结剂,进行干燥使纤维间结合的化学粘合法;在纤维网(web)中混入热熔性纤维,使该纤维局部熔融而使纤维间结合的热粘合法;使带刺的针反复刺穿纤维网,使纤维机械性缠结的针刺法;从喷嘴将高压的水流隔着网(丝网)喷射于纤维网,使纤维间缠结的水刺法。
以下,作为制造聚烯烃多孔性基材的方法的一例,说明将聚烯烃树脂组合物与增塑剂熔融混炼并成形为片状后提取出增塑剂的方法。
首先,将聚烯烃树脂组合物与增塑剂熔融混炼。作为熔融混炼方法,例如可列举出:将聚烯烃树脂及根据需要的其它添加剂投入至挤出机、捏合机、LABO PLASTOMILL、混炼辊、班伯里密炼机等树脂混炼装置中,一边将树脂成分加热熔融一边以任意的比率导入增塑剂并进行混炼的方法。此时,优选在将聚烯烃树脂、其它添加剂及增塑剂投入到树脂混炼装置中之前,预先使用亨舍尔混合机等以规定的比例进行事先混炼。更优选的是,在事先混炼中仅投入增塑剂的一部分,一边将剩余的增塑剂侧向进料至树脂混炼装置一边进行混炼。
作为增塑剂,可以使用能在聚烯烃的熔点以上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,例如可列举出液体石蜡、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。它们之中,优选液体石蜡。
关于聚烯烃树脂组合物与增塑剂的比率,只要是能够将它们均匀熔融混炼并成形为片状的范围就没有特别限定。例如,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30~80质量%、更优选为40~70质量%。通过使增塑剂的质量分数为该范围,从兼顾熔融成型时的熔体张力与均匀且微细的孔结构的形成性的观点出发是优选的。
接着,将熔融混炼物成形为片状。作为制造片状成形体的方法,例如可列举出:将熔融混炼物藉由T模头等挤出成片状,与导热体接触而冷却至比树脂成分的结晶温度足够低的温度,从而固化的方法。作为冷却固化所使用的导热体,可以使用金属、水、空气、增塑剂自身等,金属制的辊由于导热的效率高,故而优选。此时,与金属制的辊接触时,若夹在辊间,则导热的效率进一步升高,并且片发生取向而使膜强度增加,片的表面平滑性也提高,故更优选。利用T模头挤出成片状时的模唇间隔优选为400μm以上且3000μm以下、进一步优选为500μm以上且2500μm以下。
优选将如此得到的片状成形体接着进行拉伸。作为拉伸处理,可以适宜使用单轴拉伸或双轴拉伸的任一者。从得到的多孔性基材的强度等的观点出发,优选双轴拉伸。若将片状成形体沿双轴方向高倍率拉伸,则分子在面方向发生取向,最终得到的多孔性基材不易破裂,具有高的刺穿强度。作为拉伸方法,例如可列举出同时双轴拉伸、逐次双轴拉伸、多阶段拉伸、多次拉伸等方法。从刺穿强度的提高、拉伸的均匀性、关断性的观点出发,优选同时双轴拉伸。
拉伸倍率以面倍率计优选为20倍以上且100倍以下的范围、进一步优选为25倍以上且50倍以下的范围。各轴方向的拉伸倍率优选为沿MD方向4倍以上且10倍以下、沿TD方向4倍以上且10倍以下的范围,进一步优选为沿MD方向5倍以上且8倍以下、沿TD方向5倍以上且8倍以下的范围。通过设为该范围的总面积倍率,在能够赋予充分的强度、并且防止拉伸工序中的膜断裂、得到高生产率的方面是优选的。
可以将如上所述得到的片状成形体进一步进行压延。压延例如可以通过使用双带压机等的压制法来实施。压延尤其能够增加表层部分的取向。压延面倍率优选大于1倍且为3倍以下、更优选大于1倍且为2倍以下。通过设为该范围的压延倍率,在最终得到的多孔性基材的膜强度增加、且能够形成在膜的厚度方向上均匀的多孔结构的方面是优选的。
接着,从片状成形体去除增塑剂,而制成多孔性基材。作为去除增塑剂的方法,例如可列举出在萃取溶剂中浸渍片状成形体来提取出增塑剂并使其充分干燥的方法。提取出增塑剂的方法可以为分批式、连续式的任一种。为了抑制多孔性基材的收缩,优选在浸渍、干燥的一系列工序中约束片状成形体的端部。另外,优选使多孔性基材中的增塑剂残留量不足1质量%。
作为萃取溶剂,优选使用对于聚烯烃树脂为不良溶剂、且对于增塑剂为良溶剂、沸点低于聚烯烃树脂的熔点的物质。作为这种萃取溶剂,例如可列举出正己烷、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、氢氟烃等非氯系卤化溶剂;乙醇、异丙醇等醇类;二乙醚、四氢呋喃等醚类;丙酮、甲乙酮等酮类。需要说明的是,这些萃取溶剂可以利用蒸馏等操作来回收并再利用。
为了抑制多孔性基材的收缩,可以在拉伸工序后、或多孔性基材形成后进行热固定、热松弛等热处理。对于多孔性基材,也可以进行利用表面活性剂等的亲水化处理、利用电离性辐射线等的交联处理等后处理。
[热塑性聚合物层的配置方法]
在如上所述制造的聚烯烃多孔性基材的至少单面上配置热塑性聚合物层。作为在聚烯烃多孔性基材上配置热塑性聚合物的方法,没有特别限定,例如可列举出将含有该热塑性聚合物的涂布液涂布于聚烯烃多孔性基材的方法。另外,在设置于聚烯烃多孔性基材上的填料多孔层上配置热塑性聚合物层的方法也同样。
作为涂布液,可以优选使用将热塑性聚合物分散于不溶解该聚合物的溶剂中而成的分散体。特别优选的是,利用乳液聚合来合成热塑性聚合物,将通过该乳液聚合得到的乳液直接用作涂布液。
对于在聚烯烃多孔性基材上涂布含有热塑性聚合物的涂布液的方法,只要是能够实现期望的涂布图案、涂布膜厚、及涂布面积的方法,就没有特别限定。例如可列举出凹版涂布机法、小直径凹版涂布机法、逆转辊涂布机法、转移辊涂机法、吻涂机法、浸涂机法、刀涂机法、气刀涂布机法、刮刀涂布机法、棒涂机法、挤压涂布机法、流延涂布机法、模涂机法、丝网印刷法、喷涂法、喷墨涂布法等。它们之中,从热塑性聚合物的涂覆形状的自由度高、且容易得到优选的面积比例的观点出发,优选凹版涂布机法或喷涂法。
作为涂布液的介质,优选水、或包含水和水溶性有机介质的混合溶剂。作为水溶性有机介质,没有特别限定,例如可列举出乙醇、甲醇等。它们之中更优选水。将涂布液涂布于基材时,若涂布液进入至基材的内部,则包含共聚物的热塑性聚合物使基材的孔的表面及内部闭塞,透过性容易降低。关于这一点,在使用水作为涂布液的溶剂或分散介质时,涂布液难以进入至基材的内部,包含共聚物的热塑性聚合物容易主要存在于基材的外表面上,因此能够更有效地抑制透过性的降低,故而优选。另外,作为能与水组合使用的溶剂或分散介质,例如可列举出乙醇及甲醇。
在涂布之前,预先对聚烯烃多孔性基材表面实施表面处理时,使涂布液变得容易涂布,并且聚烯烃多孔性基材与热塑性聚合物的粘接性提高,故而优选。作为表面处理的方法,例如可列举出电晕放电处理法、等离子体处理法、机械粗糙化法、溶剂处理法、酸处理法、紫外线氧化法等。
对于在涂布后从涂布膜去除溶剂的方法,只要是不对多孔性基材及聚合物层产生不良影响的方法就没有特别限定。例如,可以列举出:将聚烯烃多孔性基材固定并以其熔点以下的温度进行干燥的方法、在低温下减压干燥的方法、浸渍于热塑性聚合物的不良溶剂而使该热塑性聚合物凝固成颗粒状同时提取出溶剂的方法等。
<蓄电设备用分隔件>
具备本实施方式的蓄电设备用分隔件的蓄电设备没有特别限定,例如可列举出非水系电解液二次电池等电池、电容器(condenser)及电容器(capacitor)。它们之中,从能更有效地得到本发明的作用效果所带来的利益的观点出发,优选电池、更优选非水系电解液二次电池、进一步优选锂离子二次电池。本实施方式的蓄电设备用分隔件在多孔性基材上具备热塑性聚合物层,该热塑性聚合物层包含具备具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体作为单体单元的共聚物,所述分隔件与电极活性物质的粘接性、及透过性优异。
关于本实施方式的蓄电设备用分隔件,将其与电极重叠并用电解液润湿,以压制温度100℃、压制压力1.0MPa、压制时间2分钟的条件进行压制时的剥离强度优选为2N/m以上。电解液使用在碳酸亚乙酯(EC)与碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂(EC:DEC(质量比)=2:3)中含有1mol/L的LiPF6的溶液。这意味着,本实施方式的分隔件具有对电极的粘接性。通过将剥离强度设定为该范围,能够充分确保分隔件与电极间的粘接性,抑制与由充放电导致的电极的膨胀收缩相伴的分隔件与电极间的剥离、以及电池厚度的增大。其结果,使均匀的锂离子的来去成为可能,抑制锂枝晶的产生,能达成良好的循环特性。
上述剥离强度的测定中使用的电极可以为正极和负极中的任一者,为了适当地把握本实施方式的蓄电设备用分隔件的效果,使用正极是适合的。特别适合的是,将在正极集电体上形成有包含正极活性物质的正极活性物质层的锂离子二次电池用正极以前述正极活性物质层与分隔件的热塑性聚合物层形成面相对的方式重叠,并如上所述地热压,然后测定。
对于该锂离子二次电池用正极,在后文中说明。
将铝箔在温度25℃及压力5MPa的条件下经3分钟按压于存在热塑性聚合物层的分隔件最外表面时,分隔件与铝箔之间的剥离强度(以下也称为“常温剥离强度”或“粘性”)优选为20N/m以下、更优选为8N/m以下、进一步优选为7N/m以下、特别优选为6N/m以下。
铝箔用作电极集电体,因此通过常温剥离强度的测定,能简便地确认常温下的分隔件对电极的粘接性及抗粘连性(分隔件的处理性)。常温剥离强度超过20N/m时,观察到分隔件的粘性,对分隔件的切开性或卷绕性产生阻碍。因此,作为常温剥离强度,优选为20N/m以下。
将铝箔在温度80℃及压力10MPa的条件下经3分钟按压于存在热塑性聚合物层的分隔件最外表面时,分隔件与铝箔之间的剥离强度(以下也称为“加热剥离强度”)优选为9.8N/m以上、更优选为14.7N/m以上、进一步优选为19.6N/m以上。
铝箔用作电极集电体,因此通过加热剥离强度的测定,能够简便地确认加热时的分隔件对电极的粘接性。加热剥离强度不足9.8N/m时,在蓄电设备的组装工序或使用时观察到电极与分隔件的剥离,成为蓄电设备的性能降低的原因。
常温剥离强度及加热剥离强度通过实施例中记载的方法来测定。
本实施方式的蓄电设备用分隔件的透气度优选为10~10000秒/100cc、更优选为10~1000秒/100cc、进一步优选为50~500秒/100cc。由此,将该分隔件用于锂离子二次电池时,显示出大的离子透过性。
其透气度与聚烯烃多孔性基材的透气度同样地为依据JIS P-8117测定的透气抵抗度。
<蓄电设备>
本实施方式的蓄电设备具备蓄电设备用分隔件,除此之外的构成可以与现有已知的设备同样。蓄电设备可以包含由正极、本实施方式的分隔件和负极形成的电极体、以及电解液。蓄电设备没有特别限定,例如可列举出非水系电解液二次电池等电池、电容器(condenser)及电容器(capacitor)。它们之中,从更有效地得到本发明的作用效果所带来的利益的观点出发,优选电池、更优选为非水系电解液二次电池、进一步优选锂离子二次电池。以下,对于蓄电设备为非水系电解液二次电池的情况下的优选方式进行说明。
使用本实施方式的分隔件制造锂离子二次电池时,对正极、负极、及非水电解液没有限定,分别可以使用公知的物质。
作为正极,可以适宜地使用在正极集电体上形成包含正极活性物质的正极活性物质层而成的正极。分别地,作为正极集电体,例如可列举出铝箔等;作为正极活性物质,例如可列举出LiCoO2、LiNiO2、尖晶石型LiMnO4、橄榄石型LiFePO4等含锂复合氧化物等。正极活性物质层中,除了正极活性物质之外,还可以包含粘结剂、导电材料等。
作为负极,可以适宜地使用在负极集电体上形成包含负极活性物质的负极活性物质层而成的负极。分别地,作为负极集电体,例如可列举出铜箔等;作为负极活性物质,例如可列举出石墨质、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、各种合金材料等。
作为非水电解液,没有特别限定,可以使用将电解质溶解于有机溶剂而成的电解液。作为有机溶剂,例如可列举出碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。作为电解质,例如可列举出LiClO4、LiBF4、LiPF6等锂盐。
使用本实施方式的蓄电设备用分隔件制造蓄电设备的方法没有特别限定。例如可例示出以下的方法。
将本实施方式的分隔件制造成宽度10~500mm(优选为80~500mm)、长度200~4000m(优选为1000~4000m)的纵长形状的分隔件,将该分隔件以正极-分隔件-负极-分隔件、或负极-分隔件-正极-分隔件的顺序进行层叠,卷绕成圆或扁平的漩涡状而得到卷绕体,将该卷绕体收纳于电池罐内,进而注入电解液,从而可以制造。或者,也可以通过如下的方法来制造:将由片状的分隔件及电极形成的层叠体(例如以正极-分隔件-负极-分隔件-正极、或负极-分隔件-正极-分隔件-负极的顺序呈平板状层叠而成的物体)、或将电极和分隔件折叠并制成卷绕体而成的物体放入到电池容器(例如铝制薄膜)中,注入电解液的方法。
此时,对于前述层叠体或卷绕体,可以进行压制。具体而言,可以例示出:将本实施方式的蓄电设备用分隔件与具有集电体及在该集电体的至少单面上形成的活性物质层的电极以前者的热塑性聚合物层与活性物质层相对的方式重叠并进行压制的方法。
关于压制温度,作为能够有效地表现出粘接性的温度,例如优选为20℃以上。另外,在抑制由热压造成的分隔件孔的堵塞或热收缩的方面,压制温度优选低于聚烯烃多孔性基材的熔点,进一步优选为120℃以下。压制压力从抑制分隔件孔的堵塞的观点出发优选为20MPa以下。对于压制时间,使用辊压时可以为1秒以下,也可以为几小时的面压制。使用本实施方式的蓄电设备用分隔件,经历上述的制造工序时,能够抑制对由电极及分隔件形成的卷绕体进行压制成形时的弹性后效。另外,能够防止对由片状电极及片状分隔件形成的层叠体进行压制成形后的剥离及位置偏移。因此,能够抑制电池组装工序中的成品率降低,缩短生产工序时间,是优选的。
另外,对于前述层叠体或卷绕体,也可以在注入电解液后进行热压。此时,关于压制温度,作为能有效地表现出粘接性的温度,例如优选为20℃以上。另外,在抑制由热压造成的分隔件孔的堵塞或热收缩的方面,优选为120℃以下。压制压力从抑制分隔件孔的堵塞的观点出发优选为20MPa以下。压制时间从生产率的观点出发优选为2小时以下。
如上所述制造的锂离子二次电池具备具有高粘接性且降低了离子阻力的分隔件,因此具有优异的电池特性(倍率特性)且长期连续运行耐受性(循环特性)优异。
实施例
通过以下的方法进行以下的实验例的物性评价。
(1)固体成分
将所得到的共聚物的水分散体在铝盘上精确称量约1g,将此时称取的水分散体的质量设为(a)g。将其用130℃的热风干燥机进行1小时干燥,将干燥后的共聚物的干燥质量设为(b)g。利用下述式算出固体成分。
固体成分=(b)/(a)×100[%]
(2)粒径的测定
热塑性聚合物颗粒的平均粒径使用粒径测定装置(日机装株式会社制、MicrotracUPA150)来测定。作为测定条件,设为负荷指标=0.15~0.3、测定时间300秒,将所得到的数据中的50%粒径的数值记作粒径。
(3)玻璃化转变温度的测定
取适量包含共聚物的水分散体(固体成分=38~42质量%、pH=9.0)在铝盘上,用130℃的热风干燥机进行30分钟干燥。将干燥后的干燥皮膜约17mg装入测定用铝容器,用DSC测定装置(岛津公司制、DSC6220)得到氮气气氛下的DSC曲线及DDSC曲线。测定条件如下所述。
第一阶段升温程序:70℃起始,以每分钟15℃的比例升温。到达110℃后维持5分钟。
第二阶段降温程序:自110℃起以每分钟40℃的比例降温。到达-50℃后维持5分钟。
第三阶段升温程序:自-50℃起以每分钟15℃的比例升温至130℃为止。在该第三阶段的升温时取得DSC及DDSC的数据。
将基线(将所得到的DSC曲线中的基线向高温侧延长而成的直线)与拐点(向上凸的曲线变为向下凸的曲线的点)处的切线的交点作为玻璃化转变温度(Tg)。
(4)粘均分子量Mv
依据ASRM-D4020,求出十氢萘溶剂中、135℃下的特性粘度[η]。使用该[η]值,根据下述数学式的关系算出粘均分子量Mv。
聚乙烯的情况:[η]=0.00068×Mv0.67
聚丙烯的情况:[η]=1.10×Mv0.80
(5)膜厚(μm)
从聚烯烃微多孔膜切取10cm×10cm见方的试样,以格子状选择9个位置(3点×3点),使用微小测厚仪(株式会社东洋精机制作所型号KBM)在室温23±2℃下测定膜厚。算出所得到的9个位置的测定值的平均值作为聚烯烃微多孔膜的膜厚。
(6)孔隙率
从聚烯烃多孔性基材切取10cm×10cm见方的样品,求出其体积(cm3)及质量(g)。使用这些值,将该多孔性基材的密度设为0.95(g/cm3),利用下述数学式计算孔隙率。
孔隙率(%)=(1-质量/体积/0.95)×100
(7)透气度(秒/100cc)
将依据JIS P-8117用东洋精器株式会社制的Gurley式透气度计G-B2(商标)测定的透气抵抗度作为透气度。
(8)刺穿强度(g)
使用Kato Tech制的手持压缩试验器KES-G5(商标),用开口部的直径11.3mm的试样保持件固定聚烯烃多孔性基材。接着,对于被固定的多孔性基材的中央部,使用前端的曲率半径0.5mm的针以刺穿速度2mm/秒、在25℃气氛下进行刺穿试验,从而以最大刺穿载载荷的形式得到刺穿强度(g)。
(9)聚合物层的观察方法(冯洛诺伊分割)
i)使用3视野的评价
使用扫描型电子显微镜S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation制),根据聚合物颗粒的粒径以1万倍或3万倍的倍率、对于分隔件上的聚合物层表面在3个视野中拍摄照片。分别以3个视野的平均值的形式得到关于这3个视野中所含的粒状的热塑性聚合物的面积密度、冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)。此处,面积密度、冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)使用图像处理软件“A像君”(注册商标;Asahi Kasei EngineeringCo.,Ltd.制)自动算出。另外,在观察视野中进行冯洛诺伊分割时,未封闭的区域不作为用于计算冯洛诺伊多边形的面积的对象。
ii)使用95视野的评价
使用扫描型电子显微镜S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation制),根据聚合物颗粒的粒径以1万倍或3万倍的倍率、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及图6所示那样设定5分区95视野。与上述i)同样地分别以95视野的平均值的形式得到关于这95个的视野中所含的粒状的热塑性聚合物的面积密度、冯洛诺伊多边形的面积密度、冯洛诺伊多边形的面积(si)的方差(σ2)。
(10)交流电阻
将6片切成的测定样品充分浸渍于电解液(1M高氯酸锂碳酸亚丙酯/碳酸二甲酯=1/1),将其中1片收纳于带盖的不锈钢金属制容器。容器与盖利用Teflon(注册商标)密封件和的Teflon(注册商标)引导件绝缘而不直接接触,仅通过按压而与SUS制的电极接触。盖使用扭矩扳手(紧固扭矩:0.8Nm)来关闭。使用日置电机制“3522-50LCR Hitester”,在频率100Hz、开路电压0.01V的条件下、在-30℃的恒温槽内设置测定单元来测定。将此处得到的电阻值设为R1。接着,将测定容器分解,将经浸渗的其余5片样品重叠地放置在容器内,再次组装后,以同样的条件测定6片的电阻。将此处得到的膜电阻设为R6。由得到的R1及R6、根据下述式(2)算出每1片样品的膜电阻R(Ω·cm2)。
R=(R6-R1)/5 (2)
将用式(2)得到的分隔件的交流电阻(Ω/cm2)以换算为20μm膜厚的电阻值的形式算出,由涂覆前的基材的交流电阻Ra和涂覆后的交流电阻Rb根据下述式(3)求出电阻上升率。
电阻上升率(%)={(Rb-Ra)/Ra}×100 (3)
将电阻上升率根据以下的评价基准进行分级。
S(显著良好):电阻上升率不足50%
A(良好):电阻上升率为50%以上且不足100%
B(允许):电阻上升率为100%以上且不足200%
C(不良):电阻上升率为200%以上
(11)TD热收缩率(%)
将分隔件以各边与MD和TD平行的方式切成100mm见方,在调温至130℃的烘箱内放置1小时后,测定TD热收缩率。
(12)与电极的粘接性
将各实施例和比较例中得到的蓄电设备用分隔件和作为被粘物的正极(enertech公司制、正极材料:LiCoO2、导电助剂:乙炔黑、粘结剂:PVDF、LiCoO2/乙炔黑/PVDF(重量比)=95/2/3、L/W:两侧36mg/cm2、密度:3.9g/cc、Al集电体的厚度:15μm、压制后的正极的厚度:107μm)分别切成宽度15mm及长度60mm的长方形状,以分隔件的热塑性聚合物层与正极活性物质相对的方式重叠而得到层叠体后,将该层叠体在以下的条件下压制。
压制压力:1MPa
温度:100℃
压制时间:2分钟
对于压制后的层叠体,使用IMADA CO.,LTD.制的测力计ZP5N及MX2-500N(产品名),通过将电极固定、握持分隔件进行拉伸的方式以剥离速度50mm/分钟进行90°剥离试验,调查剥离强度。此时,采用以上述条件进行的长度40mm的量的剥离试验中的剥离强度的平均值作为剥离强度,以以下的基准评价与电极的粘接性。
S(显著良好):剥离强度为10N/m以上。
A(良好):剥离强度为2N/m以上且不足10N/m。
C(不良):剥离强度不足2N/m。
(13)加热剥离强度
将基材或分隔件及作为被粘物的正极集电体(冨士加工纸株式会社制铝箔即UACJ制箔的A1N30铝箔、厚度:20μm)分别切成30mm×150mm,重叠而得到层叠体后,将层叠体用Teflon(注册商标)片(NICHIAS株式会社制Nafion(商标)PTFE片TOMBO-No.9000)夹持而得到样品。对于所得到的各样品,在温度80℃及压力10MPa的条件下经3分钟沿层叠方向进行压制,从而得到试验用压制体。
使用Shimadzu Corporation制Autograph AG-IS型(商标),依据JIS K6854-2以拉伸速度200mm/分钟测定得到的各试验用压制体的基材或分隔件与正极集电体之间的剥离强度。基于剥离强度的值,按照下述评价基准评价与电极的粘接性。
<评价基准>
A(良好):9.8N/m以上
B(允许):5N/m以上且不足9.8N/m
C(不良):不足5N/m
(14)分隔件的处理性(抗粘连性、常温剥离强度)
在温度25℃及压力5MPa的条件下经3分钟进行压制,除此之外与上述(12)同样地得到试验用压制体。使用Shimadzu Corporation制Autograph AG-IS型(商标),依据JISK6854-2以拉伸速度200mm/分钟测定试验用压制体的基材或分隔件与正极集电体之间的剥离强度。基于剥离强度的值,按照下述评价基准评价处理性。
<评价基准>
A(良好):8N/m以下
B(允许):超过8N/m
C(不可):超过20/m
(15)倍率特性
a.正极的制作
以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%及乙炔黑粉末(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%的比率进行混合,使它们分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,制备浆料。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形,从而制作正极。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%及石墨粉末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)及二烯橡胶系胶乳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,制备浆料。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,在120℃下干燥3分钟后,用辊压机进行压缩成形,从而制作负极。此时的负极活性物质涂布量为5.2g/m2。
c.非水电解液的制备
在碳酸亚乙酯:碳酸甲乙酯=1:2(体积比)的混合溶剂中溶解作为溶质的LiPF6使得浓度成为1.0mol/L,从而制备非水电解液。
d.电池组装
分别将各实施例及比较例中得到的蓄电设备用分隔件切成的圆形、将正极及负极切成的圆形。以正极与负极的活性物质面相对的方式将负极、分隔件、正极依次重叠,进行压制或热压,收纳至带盖的不锈钢金属制容器。容器与盖绝缘,分别地,容器与负极的铜箔相接,盖与正极的铝箔相接。在该容器内注入前述非水电解液0.4ml并密闭,从而组装电池。
e.倍率特性的评价
对于d.中组装的简易电池,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并使电流值从3mA开始缩减的方法,进行总计约6小时的电池制作后的最初充电。然后,以电流值3mA放电至电池电压3.0V。
接着,通过在25℃下以电流值6mA(约1.0C)充电至电池电压4.2V后保持4.2V并使电流值从6mA开始缩减的方法,进行总计约3小时充电。然后,将以电流值6mA放电至电池电压3.0V时的放电容量设为1C放电容量(mAh)。
接着,通过在25℃下以电流值6mA(约1.0C)充电至电池电压4.2V后保持4.2V并使电流值从6mA开始缩减的方法,进行总计约3小时充电。然后,将以电流值12mA(约2.0C)放电至电池电压3.0V时的放电容量设为2C放电容量(mAh)。
然后,算出2C放电容量相对于1C放电容量的比例,将该值设为倍率特性。
倍率特性(%)=(2C放电容量/1C放电容量)×100
倍率特性(%)的评价基准如下。
S(显著良好):倍率特性为95%以上。
A(良好):倍率特性为85%以上且不足95%。
B(允许):倍率特性为80%以上且不足85%。
C(不良):倍率特性不足80%。
(16)循环特性
使用除了分别使用实施例及比较例中得到的分隔件之外如上述(15)a~d那样组装的简易电池,进行循环特性的评价。
对于上述电池,以1/3C的电流值恒流充电至电压4.2V后,进行8小时4.2V的恒压充电,然后以1/3C的电流进行放电至3.0V的终止电压。接着,以1C的电流值恒流充电至电压4.2V后,进行3小时4.2V的恒压充电,进而以1C的电流进行放电至3.0V的终止电压。最后以1C的电流值恒流充电至4.2V后,进行3小时4.2V的恒压充电,作为前处理。需要说明的是,1C是指用1小时将电池的基准容量放电的电流值。
将进行过上述前处理的电池在温度25℃的条件下、以放电电流1A进行放电至放电终止电压3V后,以充电电流1A进行充电至充电终止电压4.2V。将其作为1循环,重复充放电。然后,使用200循环后相对于初始容量(第1次循环时的容量)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>
S(显著良好):90%以上且100%以下的容量保持率
A(良好):85%以上且不足90%的容量保持率
B(允许):80%以上且不足85%的容量保持率
C(不良):不足80%的容量保持率
(17)钉刺试验
测量使直径2.5mm的钉从侧面以5mm/秒的速度贯通进行过上述前处理的电池时的电池表面的温度。
钉刺试验按照以下的基准进行评价。
最高到达温度不足100℃:A
最高到达温度为100℃以上:C
<热塑性聚合物颗粒的合成>
[合成例1]
(水分散体a1)
在安装有搅拌机、回流冷凝器、滴加槽及温度计的反应容器中投入离子交换水70.4质量份、作为乳化剂的“Aquaron KH1025”(注册商标、第一工业制药株式会社制25%水溶液、表中表述为“KH1025”。以下同样。)0.5质量份、和“ADEKAREASOAP SR1025”(注册商标、株式会社ADEKA制25%水溶液、表中表述为“SR1025”。以下同样。)0.5质量份。接着,将反应容器内部的温度升温至80℃,在保持80℃的温度不变的状态下添加过硫酸铵的2%水溶液(表中表述为“APS(aq)。以下同样。”)7.5质量份。过硫酸铵水溶液添加结束的5分钟后,用150分钟将乳化液从滴加槽滴加至反应容器中。
需要说明的是,乳化液是用均质混合器将作为构成含环烷基单体单元(A)的单体的甲基丙烯酸环己酯(表中表述为“CHMA”。以下同样。)25质量份、作为构成含羧基单体单元(b1)的单体的甲基丙烯酸(表中表述为“MAA”。以下同样。)1质量份、丙烯酸(表中表述为“AA”。以下同样。)1质量份、作为构成含酰胺基单体单元(b2)的单体的丙烯酰胺(表中表述为“AM”。以下同样。)0.1质量份、作为构成含羟基单体单元(b3)的单体的甲基丙烯酸2-羟基乙酯(表中表述为“2HEMA”。以下同样。)5质量份、作为构成交联性单体单元(b4)的单体的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(A-TMPT、新中村化学工业株式会社制商品名、表中表述为“A-TMPT”。以下同样。)0.5质量份、作为构成上述以外的(甲基)丙烯酸酯单体单元(b5)的单体的甲基丙烯酸甲酯(表中表述为“MMA”。以下同样。)4.9质量份、甲基丙烯酸丁酯(表中表述为“BMA”。以下同样。)1.5质量份、丙烯酸丁酯(表中表述为“BA”。以下同样。)1.0质量份、丙烯酸2-乙基己酯(表中表述为“2EHA”。以下同样。)60质量份、作为乳化剂的“AquaronKH1025”(注册商标、第一工业制药株式会社制25%水溶液)3质量份和“ADEKAREASOAPSR1025”(注册商标、株式会社ADEKA制25%水溶液)3质量份和对苯乙烯磺酸钠(表中表述为“NaSS”。以下同样。)0.05质量份、过硫酸铵的2%水溶液3.75质量份、及离子交换水52质量份的混合物混合5分钟而制备的。
乳化液的滴加结束后,将反应容器内部的温度保持80℃不变地维持90分钟,然后冷却至室温。将所得到的乳液用氢氧化铵水溶液(25%水溶液)调整至pH=8.0,添加少量的水,得到固体成分40%的水分散体(水分散体a1)。对于所得到的水分散体a1中的共聚物,通过上述方法测定平均粒径、及玻璃化转变温度。将所得到的结果示于表7。
[合成例2~46]
(水分散体A1~A40、a2~a6)
除了将原材料的种类及配混比如表1~表7所示进行变更之外,与合成例1同样地操作,得到水分散体A1~A40、a2~a6。
对于所得到的水分散体A1~A40、a2~a6的共聚物,通过上述方法,测定粒径及玻璃化转变温度。将所得到的结果示于表1~表7。需要说明的是,表中,原材料的组成为质量基准。
另外,表中记载的使用原料的简称分别为以下的含义。
交联性单体
GMA:甲基丙烯酸缩水甘油酯
MAPTMS:甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
关于含聚亚烷基二醇基单体(P)的简称,在表8中示出。
[表1]
表1
[表2]
表2
[表3]
表3
[表4]
表4
[表5]
表5
[表6]
表6
[表7]
表7
[表8]
表8
名称 | 平均重复单元数(n) | 物质名称 |
M-20G | 2 | 甲氧基二乙二醇甲基丙烯酸酯 |
M-40G | 4 | 甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 |
M-90G | 9 | 甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 |
M-230G | 23 | 甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 |
AM-30G | 3 | 甲氧基三乙二醇丙烯酸酯 |
M-30PG | 3 | 甲氧基聚丙二醇甲基丙烯酸酯 |
4G | 4 | 聚乙二醇二甲基丙烯酸酯 |
9G | 9 | 聚乙二醇二甲基丙烯酸酯 |
<聚烯烃多孔性基材的制造>
聚烯烃多孔性基材B1
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、以及
Mv为40万的均聚物的聚丙烯5质量份进行干混。
在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,再次使用桶混机进行干混,从而得到混合物。
将所得到的混合物在氮气气氛下用进料机供给至双螺杆挤出机。
另外,将液体石蜡(37.78℃下的动态粘度7.59×10-5m2/s)用柱塞泵注入至挤出机料筒。
以被挤出的全部混合物中的、液体石蜡的比例为65质量份、及聚合物浓度为35质量份的方式调整进料机及泵的运行条件。
接着,将它们在双螺杆挤出机内边加热至230℃边熔融混炼,将得到的熔融混炼物经由T-模头挤出至被控制为表面温度80℃的冷却辊上,使该挤出物接触冷却辊进行成形(浇铸)并冷却固化,从而得到片状成形物。
用同时双轴拉伸机将该片在温度112℃下以倍率7×6.4倍进行拉伸。然后,将拉伸物浸渍于二氯甲烷,将液体石蜡提取去除后进行干燥,进而使用拉幅拉伸机在温度130℃下沿横向拉伸2倍。
然后,将该拉伸片沿宽度方向松弛约10%并进行热处理,得到聚烯烃多孔性基材B1。
聚烯烃多孔性基材B2
用超级混合器将以下的材料进行预混合,从而制备聚烯烃第一微多孔层的原料:
SiO2“DM10C”(商标、Tokuyama Corporation制)6.4质量份、
粘均分子量为70万的高密度聚乙烯12.2质量份、
粘均分子量为25万的高密度聚乙烯12.2质量份、
粘均分子量40万的均聚聚丙烯1.3质量份、
作为增塑剂添加的、液体石蜡37.1质量份、以及
作为抗氧化剂添加的、季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]0.3质量份。
用超级混合器将以下的原料进行预混合,从而制备聚烯烃第二微多孔层的原料:
粘均分子量为70万的高密度聚乙烯10.8质量份、粘均分子量为25万的高密度聚乙烯10.8质量份、
粘均分子量40万的均聚聚丙烯1.1质量份、
作为增塑剂的、液体石蜡46.3质量份、以及
作为抗氧化剂的、季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]0.3质量份。
用进料机将上述各原料供给至2台双轴同向螺杆式挤出机进料口。此时,以与各原料一起进行熔融混炼并挤出的全部混合物中增塑剂所占的量比率成为60质量%的方式,将液体石蜡侧向进料至双螺杆挤出机料筒。
挤出机的熔融混炼条件如下。
第一微多孔层的原料
设定温度:200℃
螺杆转速:100rpm
喷出量:5kg/h
第二微多孔层的原料
设定温度:200℃
螺杆转速:120rpm
喷出量:16kg/h
接着,将熔融混炼物分别经由温度设定为220℃的齿轮泵、导管及能进行2种3层的共挤出的T模头挤出到控制为表面温度30℃的一对辊间,得到以由前述第一微多孔层的原料形成的第1层作为表层的片状的组合物。然后,进行拉伸温度和松弛率的调整,除此之外,进行与聚烯烃多孔性基材B1的制造例同样的操作,从而得到聚烯烃多孔性基材B2。
聚烯烃多孔性基材B3
作为聚烯烃多孔性基材B3,准备作为聚丙烯单层膜的Celgard的型号“CG2500”。
聚烯烃多孔性基材B4
与聚烯烃多孔性基材B1的制造例同样地操作,制造聚烯烃多孔性基材B1。
接着,使氧化铝氢氧化物(平均粒径1.0μm)97.0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)3.0质量份、及多羧酸铵水溶液(SAN NOPCOLIMITED制SN Dispersant5468)1.0质量份均匀地分散于100质量份的水中,制备涂布液。接着,使用凹版涂布机将该涂布液涂布于聚烯烃多孔性基材B1的表面。然后,在60℃下干燥来去除水。如此,在聚烯烃多孔性基材B1上以厚度2μm形成氧化铝氢氧化物层(无机填料的多孔层),从而得到聚烯烃多孔性基材B4。
聚烯烃多孔性基材B5
在聚烯烃多孔性基材B1的双面,通过与B4同样的方法逐一以厚度2μm形成氧化铝氢氧化物层,从而得到厚度16μm的基材B5。
聚烯烃多孔性基材B6
与聚烯烃多孔性基材B1的制造例同样地操作,制造聚烯烃多孔性基材B1。
接着,使氧化铝氢氧化物(平均粒径1.0μm)97.0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)1.0质量份、及多羧酸铵水溶液(SAN NOPCOLIMITED制SN Dispersant5468)1.0质量份均匀地分散于100质量份的水中,制备涂布液。接着,使用凹版涂布机将该涂布液涂布于聚烯烃多孔性基材B1的表面。然后,在60℃下干燥来去除水。如此,在聚烯烃多孔性基材B1上以厚度2μm形成氧化铝氢氧化物层(无机填料的多孔层),从而得到聚烯烃多孔性基材B6。
将基材B1~B6的物性分别示于下述表9。
[表9]
表9
<实施例及比较例>
[包含聚烯烃多孔性基材的分隔件(不包括实施例2b)]
使用凹版涂布机,将下述表10~18的任一者记载的涂布液以对应的涂覆单位面积重量及涂覆面积比率涂布于对应的聚烯烃多孔性基材的双面上,接着以50℃加热1分钟来进行干燥,从而在聚烯烃多孔性基材上形成热塑性聚合物颗粒层,得到蓄电设备用分隔件。
需要说明的是,表10~17使用反向凹版涂布机、表18使用直接凹版涂布机来形成热塑性聚合物颗粒层。
对于实施例,对在聚烯烃多孔性基材的单面或双面具备无机填料多孔层的基材B4、基材B5及基材B6的双面涂布涂布液。
对于实施例及比较例,将含有包含作为无机填料的氧化铝氢氧化物和热塑性聚合物的水分散体的涂布液以单面厚度2μm逐一涂布于聚烯烃多孔性基材B1的双面上。
[不含聚烯烃多孔性基材的分隔件层(实施例2b)]
[实施例2b]
在上述“(15)倍率特性”的项目“a.正极的制作”中得到的正极活性物质层的表面,使用棒涂机以对应的涂覆单位面积重量及涂覆面积比率涂布下述表15的项目[实施例2b]所述的涂布液,接着以50℃加热1分钟来进行干燥,从而在正极活性物质层表面上制作热塑性聚合物颗粒层。
接着,在热塑性聚合物层上使用棒涂机涂覆使氧化铝氢氧化物(平均粒径1.0μm)97.0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)3.0质量份、及多羧酸铵水溶液(SAN NOPCO LIMITED制SN Dispersant5468)1.0质量份均匀地分散于10质量份的水中而制作的涂布液。然后,在60℃下干燥来去除水,形成厚度14μm的无机层。进而,再次使用棒涂机以对应的涂覆单位面积重量及涂覆面积比率涂布下述表15的项目[实施例2b]所述的涂布液,接着以50℃加热1分钟来进行干燥,从而在无机层表面上制作热塑性聚合物颗粒层。
如此,在正极上制作不含聚烯烃微多孔膜的分隔件层,进而载置负极,切成的圆形,从而得到电极体。
[评价结果]
使用所得到的分隔件或电极体如上所述地组装锂离子二次电池,进行各种评价。评价结果示于表10~18。
[表10]
[表11]
[表12]
[表13]
[表14]
[表15]
[表16]
[表17]
表17
[表18]
Claims (15)
1.一种蓄电设备用分隔件,其包含多孔性基材、以及在所述多孔性基材的至少单面的至少最外表面的一部分配置的热塑性聚合物层,
所述热塑性聚合物层中含有的热塑性聚合物包含:具备具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)作为单体单元的共聚物,并且,将所述热塑性聚合物层设为100质量%,所述热塑性聚合物层包含超过3质量%且为100质量%以下的所述热塑性聚合物。
2.根据权利要求1所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物层预定与电极直接粘接。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述基材至少包含聚烯烃。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述基材与所述热塑性聚合物层直接接触。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,在构成所述热塑性聚合物层的所述热塑性聚合物100质量%中,以单体单元换算计包含3~50质量%的所述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)。
6.根据权利要求5所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述共聚物具备相对于所述共聚物100质量%为2~50质量%的所述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)、以及能与所述具有聚亚烷基二醇基的烯属不饱和单体(P)共聚的、不具有聚亚烷基二醇基的单体作为单体单元。
7.根据权利要求6所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述不具有聚亚烷基二醇基的单体包含相对于所述共聚物100质量%为0.1~10质量%的选自由具有羧基的烯属不饱和单体(b1)、具有酰胺基的烯属不饱和单体(b2)和具有羟基的烯属不饱和单体(b3)组成的组中的至少1种单体。
8.根据权利要求6或7所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述不具有聚亚烷基二醇基的单体包含交联性单体(b4)。
9.根据权利要求6~8中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述不具有聚亚烷基二醇基的单体包含具有环烷基的烯属不饱和单体(A)和(甲基)丙烯酸酯单体(b5),
所述(甲基)丙烯酸酯单体(b5)为包含碳数4以上的烷基和(甲基)丙烯酰氧基的(甲基)丙烯酸酯单体,并且,
所述具有环烷基的烯属不饱和单体(A)和所述(甲基)丙烯酸酯单体(b5)的总含有比例相对于所述共聚物100质量%为50~98质量%。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物为粒状。
11.根据权利要求10所述的蓄电设备用分隔件,其中,使用对所述热塑性聚合物层进行冯洛诺伊分割而得到的冯洛诺伊多边形的面积(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为冯洛诺伊多边形的面积的实测值,m为冯洛诺伊多边形的面积的实测值的平均值,并且n为冯洛诺伊多边形的总数。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物层的涂覆面积为95%以下。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物层的粘性为20N/m以下。
14.一种电极体,其包括正极、权利要求1~13中任一项所述的蓄电设备用分隔件、以及负极。
15.一种蓄电设备,其包含权利要求14所述的电极体和电解液。
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