CN110024202A - 非水电解质电池用无机颗粒 - Google Patents

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伊藤畅浩
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Abstract

本发明目的在于提供一种实用中不可或缺的寿命特性和/或安全性优异的非水电解质电池。本发明的非水电解质电池用碱性无机颗粒包含碱性无机颗粒,上述碱性无机颗粒的亲水性参数A满足下式:0.45≤A(BET1/BET2)≤2.0。式中,BET1是在BET法中,利用使碱性无机颗粒吸附水蒸气所测得的吸附等温线算出的碱性无机颗粒的比表面积。BET2是在BET法中,利用使碱性无机颗粒吸附氮气所测得的吸附等温线算出的碱性无机颗粒的比表面积。

Description

非水电解质电池用无机颗粒
技术领域
本发明涉及一种使非水电解质电池的寿命特性和安全性提高的非水电解质电池用的碱性无机颗粒。
背景技术
随着近年来电子技术的发展以及对环境技术的关心程度的提高,使用各种各样的电化学设备。尤其是对节能化的要求较多,对能够有助于此的电化学设备的期待日益增加。
作为蓄电设备的代表例、同时也是非水电解质电池的代表例的锂离子二次电池此前主要作为小型装置用电源使用,但近年来,其也作为混合动力汽车和电动汽车用电源而受到关注。
锂离子二次电池随着设备的高性能化向高能量密度化发展,确保可靠性变得重要。另外,车载用电源等中型或大型的锂离子二次电池较小型装置而言尤其需要确保可靠性。进一步地,作为车载用电源,变得需要可与制品周期相应地持续长时间维持充放电容量的锂离子二次电池。
在锂离子二次电池中,锂(Li)离子在正极-负极间移动从而完成充放电,但已知当电池内存在除Li离子以外的微量金属离子时,其在负极表面析出,成为电池寿命降低的原因,或者析出的金属割破分隔件到达正极,从而成为短路的原因或致使安全性降低。这样的金属离子源自于电池构成材料的杂质,除此之外,还源自于正极活性物质所含的金属随着电池内的副反应而溶出到非水电解质中。例如,由非水电解质的分解反应等产生氢氟酸(HF),HF导致正极活性物质所含的金属溶出,穿过分隔件而在负极析出,因而关系到上述安全性的降低、电池寿命的降低。进而还指出,该金属溶出在电池暴露于高温下时变得更加显著。因此,对用于去除HF的材料进行了各种研究(例如,参见专利文献1、2)。
研究用于去除HF的材料时,一般采取将材料置于锂离子电池内进行检查的方法(例如,参见专利文献3)。但是,电池的单元组装的操作繁琐,探索材料需要时间。另一方面,提出不组装单元而使用盐酸水溶液评价是否可以捕捉酸的方法(例如,参见专利文献4)。但是,该方法是在水溶液体系中的评价。另外,由于利用盐酸进行评价,难说是否能够再现电池内的状态,因此,对于实际上在锂离子电池内能否有效地发挥作用,归根结底,若不组装电池的单元则无法得知。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-88284号公报
专利文献2:日本专利第4685974号公报
专利文献3:日本专利第4625141号公报
专利文献4:日本特开2014-22329号公报
发明内容
发明要解决的问题
即,已知的HF去除剂无法获得能耐受实际使用的寿命特性或安全性。另外,未确立HF去除剂的有效的评价方法。因此,本发明的目的在于提供一种寿命特性与安全性均优异的非水电解质电池,以及提供一种HF去除剂的有效的评价方法。
用于解决问题的方案
本发明人等研究出HF去除剂的有效的评价方法,发现:通过将物性控制为适当范围的特定的碱性无机颗粒加入非水电解质电池中,可以提供HF去除能力非常优异的非水电解质电池用无机颗粒。另外,发现使用本发明的非水电解质电池用无机颗粒,可以实现寿命特性大幅提高与安全性提高、进而能防止电池的膨胀的非水电解质电池,从而完成了发明。
即,本发明如下。
[1]一种非水电解质电池用无机颗粒,其包含碱性无机颗粒,上述碱性无机颗粒的亲水性参数A满足下式:0.45≤A(BET1/BET2)≤2.0{式中,BET1是在BET法中利用使上述碱性无机颗粒吸附水蒸气所测得的吸附等温线算出的上述碱性无机颗粒的比表面积,BET2是在BET法中利用使上述碱性无机颗粒吸附氮气所测得的吸附等温线算出的上述碱性无机颗粒的比表面积}。
[2]根据项目[1]所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,在以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液100质量份中,以成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式添加上述碱性无机颗粒,在23℃下经过5分钟后的上述HF浓度成为相对于初始的上述HF浓度小于90%。
[3]根据项目[1]或[2]所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,上述碱性无机颗粒包含Be、Mg以及属于碱土金属的元素。
[4]根据项目[1]~[3]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,上述碱性无机颗粒还包含属于主族金属或过渡金属的元素。
[5]根据项目[1]~[4]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒,其还包含非碱性无机颗粒。
[6]根据项目[5]所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,上述非碱性无机颗粒为阴离子吸附材料和/或阳离子吸附材料。
[7]根据项目[6]所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,上述阴离子吸附材料为层状双金属氢氧化物(Mg-Al型、Mg-Fe型、Ni-Fe型、Li-Al型)、层状双金属氢氧化物-氧化铝硅胶复合物、勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、以及锆的氧化物,上述阳离子吸附材料为锆的磷酸盐、钛的磷酸盐、磷灰石、钛酸盐、铌酸盐、以及铌钛酸盐。
[8]根据项目[1]~[7]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,上述碱性无机颗粒为硅酸钙。
[9]根据项目[8]所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,上述硅酸钙为硅灰石或硬硅钙石。
[10]一种非水电解质电池,其具有正极、负极、分隔件、非水电解液、及外壳体,在上述电池内具有项目[1]~[9]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒。
[11]根据项目[10]所述的非水电解质电池,其中,包含上述非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层存在于上述正极与上述负极之间。
[12]一种非水电解质电池用分隔件,其具有项目[1]~[9]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒。
[13]一种非水电解质电池用分隔件,其具有包含项目[1]~[9]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层。
[14]一种非水电解质电池用分隔件,其至少在单面具有包含项目[1]~[9]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层。
[15]根据项目[14]所述的非水电解质电池用分隔件,其中,上述含无机颗粒层中还包含水溶性聚合物。
[16]一种非水电解质电池用涂料,其包含项目[1]~[9]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒。
[17]一种非水电解质电池用树脂固体物质,其包含项目[1]~[9]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒和树脂。
[18]一种锂离子二次电池,其含有层叠体或上述层叠体的卷绕体、且含有非水电解质,所述层叠体依次层叠有正极、包含项目[1]~[9]中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层、分隔件、以及负极。
[19]根据项目[12]~[15]中任一项所述的非水电解质电池用分隔件,其中,在以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液100质量份中,以所述非水电解质电池用碱性无机颗粒的量成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式,放入上述非水电解质电池用分隔件,在23℃下经过5分钟后的上述HF浓度成为相对于初始的上述HF浓度小于90%。
[20]根据项目[12]~[15]中任一项所述的非水电解质电池用分隔件,将以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液作为非水电解液,以上述分隔件所含的碱性无机颗粒的量相对于上述非水电解液100质量份成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式,以250000ml/h/m2的速度使10ml的上述非水电解液通过上述分隔件时,上述HF浓度成为相对于初始的上述HF浓度小于90%。
发明的效果
本发明可以提供一种寿命特性与安全性均优异的非水电解质电池,以及提供一种HF去除剂的有效的评价方法。
附图说明
图1(A)为示出利用X射线衍射测定得到的实施例1中制造的无机颗粒的衍射图案的图,图1(B)和(C)分别为示出实施例2和3中的衍射图案的图。
具体实施方式
以下,针对用于实施本发明的形态(以下,简称为“实施方式”)进行详细说明。以下的本实施方式是用于说明本发明的示例,并非将本发明限定于以下内容。本发明可以在其主旨范围内进行适当变形来实施。
[非水电解质电池用无机颗粒及包含该颗粒的非水电解质电池]
本实施方式所述的非水电解质电池为具备正极、负极、分隔件、非水电解液、以及外壳体等电池构成材料的电池,电池构成构件的至少一者中包含可以提高非水电解质电池的寿命特性和安全性的含有碱性无机颗粒的非水电解质电池用无机颗粒。
关于这些电池构成构件,例如包装材料或外壳体中可使用铝等,正极活性物质中可使用镍、钴、锰、铁、锌、铜、铝等,另外集电箔中可使用铜、铝等。如上所述,由于电池内的副反应,正极活性物质或集电箔中所含的金属溶出,有时产生导致金属溶出的氢氟酸(HF)。这些金属通过与HF接触成为金属离子而溶出。溶出的金属离子在负极被还原而析出,产生含Li化合物而导致容量降低,其结果,产生电池的寿命特性显著降低的不良情况。
与此相对,通过包含本实施方式的碱性无机颗粒,有效地去除电池内产生的HF,抑制金属离子的溶出,从而提高电池的寿命特性。进一步而言,也可以防止负极中的金属析出从而抑制短路。其结果,可以有助于安全性的提高。
[碱性无机颗粒]
本实施方式所述的无机颗粒显示碱性。此处的碱性是指通过以下所示两种测定方法而显示出规定的性质。一种是将无机颗粒分散于水中时,pH显示为碱性。另一种是使用Hammett指示剂时,以26以上的pKa的指示剂显示变色。
碱性的测定方法的详细内容于下文描述,在此,示出无机颗粒的碱性/非碱性的判定方法的一个例子。首先,针对将无机颗粒分散于水中时的pH测定进行说明。在离子交换水中添加无机颗粒10质量%,组合进行搅拌、超声波、球磨使其充分分散。对分散的状态,优选使用粒度分布计等进行测定并确认。调整后在25℃的恒温槽内调整为25℃的恒温。
使用Merck pH测试棒pH0~14,确认pH为8以上。然后,在pH计上连接pH测定用复合电极,通电。作为pH电极内部液,使用饱和氯化钾水溶液(3.33mol/L)。接着,将pH4.01标准液(邻苯二甲酸盐标准液)、pH6.86标准液(中性磷酸盐标准液)、pH9.18标准液(硼酸盐标准液)分别填充至100ml烧杯中,在25℃的恒温槽中浸渍30分钟。将pH测定用电极在调整为恒温的标准液中浸渍3分钟,按照pH6.86、pH9.18、pH4.01的顺序进行校正操作。
例如,pH计可以优选使用HORIBA制造的pH/离子计D-51,pH测定用复合电极可以优选使用HORIBA制造的GRT复合电极。
进行校正操作之后,将pH测定用电极在上述调整为恒温的无机颗粒水分散液中浸渍3分钟,测定pH。
此时,pH为7.5以上时,将无机颗粒视为碱性无机颗粒。另外,pH小于7.5时,将无机颗粒视为非碱性无机颗粒。
接着,对使用Hammett指示剂的碱性的判定进行说明。作为Hammett试剂,使用pKa明显的一组指示剂。使Hammett试剂吸附在固体表面,观察其变色的情况。吸附操作是在苯、环己烷中加入试样,在其中添加指示剂溶液。也可以在真空中使试样与指示剂的蒸气接触。固体碱的情况下,使用酸型指示剂。指示剂的各个pKa值已经确定,此处,将以26以上的pKa的指示剂显示变色时视为碱性。
在混合有非碱性颗粒,难以基于单独分散于水中的pH、Hammett指示剂进行测定的情况下,可以在混合状态下进行上述碱性的判断。另外,可以使用X射线衍射测定等,确定颗粒的组成,综合利用是否为碱性无机颗粒的相关结果进行判断。
本实施方式的碱性无机颗粒的以式:亲水性参数A=BET1/BET2定义的亲水性参数A优选为0.45以上且2.0以下{式中,BET1是指根据使无机颗粒吸附水蒸气所测得的吸附等温线,使用BET法算出的无机颗粒的比表面积,BET2是指根据使无机颗粒吸附氮气所测得的吸附等温线,使用BET法算出的无机颗粒的比表面积}。更优选为0.5以上且2.0以下、更优选为0.65以上且2.0以下、更优选为1.0以上且2.0以下、进一步优选为1.0以上且1.8以下。亲水性参数A的比为0.45以上且2.0以下,则能够得到所需的HF吸附性能。
BET1是反映无机颗粒对于水的化学吸附量的值。具体而言,通过以规定的温度对无机颗粒一边改变水蒸气的分压一边供给水蒸气,使无机颗粒吸附水蒸气。通过测定该操作中无机颗粒上的水蒸气的吸附量,能够得到吸附等温线。吸附等温线被认为反映了无机颗粒对于水的化学吸附量,认为包含了与无机颗粒的亲水性相关的信息。BET2是无机颗粒的比表面积。具体而言,通过以规定的温度对无机颗粒一边改变氮气的分压一边供给氮气,使无机颗粒吸附氮气。通过测定该操作中无机颗粒上的氮气的吸附量,能够得到吸附等温线。通过将BET1除以BET2,能够得到反映无机颗粒每单位比表面积的水的化学吸附量的值。亲水性参数A的值越大,表示无机颗粒表面的亲水性越高。
本实施方式的无机颗粒为碱性颗粒,只要亲水性参数A(=BET1/BET2)满足0.45以上且2.0以下,其材料就没有限定。通过上述亲水性参数A(=BET1/BET2)的值为其下限以上,该无机颗粒显示与HF的良好的相互作用,可以在颗粒的表面有效地吸附HF。另外通过上述A为上限以下,可以抑制电池的膨胀。
如下文所述,本实施方式的非水电解质电池用无机颗粒除碱性无机颗粒以外还包含非碱性无机颗粒,在难以进行碱性无机颗粒单独的亲水性参数评价的情况下,可以在混合状态下算出上述亲水性参数。即使算出的是混合状态下的亲水性参数,不变的是其也表示颗粒附近的亲水性,在判断金属离子的吸附性方面没有问题。
对于能够抑制电池膨胀的理由虽然并不明确,但可以认为,通过亲水性参数为2.0以下,吸附、或水合到碱性无机颗粒上的水的量能够控制为容许范围以下。
作为上述那样的碱性无机颗粒,优选为原本是碱性的物质,例如,含有选自由氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化钙、氧化钡、镧的氧化物、铈的氧化物、氧化锶、钒的氧化物、SiO2-MgO(硅酸镁)、SiO2-CaO(硅酸钙)、水滑石、碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、镧的碳酸盐、铈的碳酸盐、碱式钛酸盐、碱式硅钛酸盐、碱性磷灰石、β-氧化铝、碱式钨酸盐、碱式钼酸盐、碱式乙酸铜、和碱式硫酸铅组成的组中的至少1种物质,但并不限定于此。
在这种碱性无机颗粒中,为了有效地去除HF,优选在金属元素中包含能形成稳定的氟化物的元素,作为具体的元素,可以举出:Ti、Zr、Hf、Sc、Y、镧系元素、Be、Mg、Ca、Sr、Al和Ba。
更具体而言,作为本实施方式中使用的更优选的碱性无机颗粒,可以举出:氧化镁、氧化钙、氧化钡、镧的氧化物、铈的氧化物、氧化锶、SiO2-MgO(硅酸镁)、SiO2-CaO(硅酸钙)、水滑石、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、镧的碳酸盐、铈的碳酸盐、碱式硅钛酸盐、碱性磷灰石、β-氧化铝和碱式钛酸盐。
选自由Ti、Zr、Hf、Sc、Y、镧系元素、Be、Mg、Ca、Sr、Al和Ba组成的组中的至少1种元素优选相对于碱性无机颗粒1摩尔,以摩尔比计以0.05~0.6的比例含有。其下限更优选为0.075以上、进一步优选为0.1以上。作为其上限,优选为0.55以下、进一步优选为0.5以下。
上述元素中,更优选从碱性无机颗粒扩散的金属离子为稳定的。即,上述元素中,更优选包含碱金属或Be、Mg、或者属于碱土金属的元素,进一步优选包含Be、Mg、或属于碱土金属的元素,特别优选包含选自由Mg、Ca、Sr和Ba组成的组中的至少1种元素。通过金属离子稳定,可以有效地去除电解液中扩散的HF。另外不会在负极中再次还原析出,因此对电池特性等无任何影响。另外,从颗粒的稳定性的观点出发,也优选包含Be、Mg、或属于碱土金属的元素。作为满足这些要求的材料,例如可以举出:氧化钙、氧化钡、SiO2-MgO(硅酸镁)、SiO2-CaO(硅酸钙)、水滑石、碳酸镁、碳酸钙、碳酸钡、碱式硅钛酸盐、碱性磷灰石、碱式钛酸盐。
在上述所含元素的基础上,从使颗粒稳定化的观点出发,优选为进一步包含过渡金属或主族金属。过渡金属或主族金属优选相对于碱性无机颗粒1摩尔以0.01mol%~40mol%的比例含有,更优选下限为0.05mol%,进一步优选为0.10mol%。另外,更优选上限为35mol%,进一步优选为30mol%。作为主族金属所含的元素,可以举出Al、Zn、Ga、Cd、In、Sn、Hg、TL、Pb和Bi。另外,作为过渡金属所含的元素,可以举出Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt和Au。
过渡金属或主族金属中,优选为Al、Fe、Mn、Nb、Ti、Zr、Hf、Zn,从颗粒的稳定性的观点出发,更优选为Al、Fe、Mn、Nb、Ti和Zn。尤其是,优选为Al和/或Fe。
这些金属元素的比率优选可以通过以高频感应耦合等离子体(ICP)作为光源的发射光谱分析法即ICP发射光谱分析法等进行确认。在颗粒被混合,难以分离成单个组成的情况下,可以使用X射线衍射测定、飞行时间型二次离子质谱分析装置等,对所含的颗粒的组成进行综合评价。为了更加直接地确认颗粒中是否含有特定的元素,也可以使用SEM-EDX。
本实施方式所述的碱性磷灰石是指在属于磷灰石超群(Super group)的材料中显示碱性的物质。对其没有特别限定,例如可以举出:硅磷灰石(Ca10(SiO4)1.5(SO4)1.5(OH))、羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2、也称为“羟基磷灰石”)、氟磷灰石(C10(PO4)6F2、也称为“氟磷灰石”)、氯磷灰石(Ca10(PO4)6Cl2)等。其中,例如,可以使用羟基磷灰石。
磷酸根离子(PO4 3-)位点可以被置换为硫酸根离子(SO4 2-)、碳酸根离子(CO3 2-)、磷酸氢根离子(HPO4 2-)、砷酸根离子(AsO4 3-)、钒酸根离子(VO4 3-)、硼酸根离子(BO3 3-)、铬酸根离子(CrO4 2-)、硅酸根离子(SiO4 4-)、锗酸根离子(GeO4 4-)、硼酸根离子(BO4 5-)等元素群。置换元素的量优选为0.01mol%以上、更优选为0.01mol%以上、进一步优选为0.1mol%以上。
氢氧化物离子(OH-)位点可以被置换为F-、Cl-、Br-、I-、O2-、CO3 2-、H2O等元素和/或元素群。置换元素的量优选为0.01mol%以上、更优选为0.01mol%以上、进一步优选为0.1mol%以上。
上述元素和或元素群可以仅包含1种,也可以包含2种以上。通过置换上述磷酸根离子(PO4 3-)位点和/或氢氧化物离子(OH-)位点的元素,可以控制碱性,因而优选。
关于碱性磷灰石是否含有这些各种元素或化学种,优选可以利用以高频感应耦合等离子体(ICP)作为光源的发射光谱分析法、ICP发射光谱分析法等进行确认。对于阴离子,以氧等离去、阴离子分解为单个元素的形式被检测出。然而,综合考虑其检出量以及X射线结构分析、其他各种测定方法,可以检测及鉴别碱性磷灰石的晶体结构中所含的阴离子。例如,尽管根据碱性磷灰石的X射线结构分析的结果观测到单一的晶体结构,但利用ICP发射光谱分析法观测到多种形成阴离子的元素时,可以认为其阳离子交换体含有多种阴离子。作为直接观测阴离子的方法,也可以用酸、碱等溶解无机颗粒,通过离子层析法进行鉴别。
作为得到磷灰石的方法,对其没有特别限定,可以使用公知的方法。作为磷灰石的制造方法,例如可以举出干式法、湿式法。作为干式法,可以举出:将碳酸钙、焦磷酸钙、磷酸氢钙等作为原料,在约1200℃的高温下进行热处理的方法;以及将牛骨/鸡骨等骨头在900℃至1200℃的高温下进行热处理的方法等。干式法由于工艺简便,容易实现低成本化。尤其是如上所述,为了将磷灰石的Ca的一部分用碱金属和/或碱土金属进行置换,或者将磷灰石的PO4 3-的一部分用SO4 2-、CO3 2-、HPO4 2-、SiO4 4-等进行置换,有效的是将牛骨/鸡骨等骨头作为主成分进行合成。另一方面,湿式法是在水溶液中的反应,通过在常压附近、水热条件下钙盐与磷酸和/或磷酸盐在中性到碱性的条件下反应,能够得到磷灰石。与干式法相比,利用湿式法得到的磷灰石更倾向于具有优异的纯度、结晶性。另外,由湿式法得到的磷灰石可以在200~1300℃下进行煅烧处理。通过进行煅烧处理,在非水电解质电池中可以去除成为电池的膨胀原因的吸附水。
本实施方式所述的电池用无机颗粒特别优选为硅酸钙。作为硅酸钙,可以举出:CSH(低结晶度硅酸钙水合物)、Truscottite、Jennite、白钙沸石、托贝莫来石、硅灰石、C2S、硬硅钙石。
本实施方式的硅酸钙中的Ca或Si元素的一部分也可以用其他元素置换。对于置换元素没有特别的限制,例如,将一部分的Si元素置换为Al元素,进一步地,为了电荷补偿也可以同时导入Na、K元素等。为了保持晶体结构,置换为其他元素的置换量相对于置换前的Si和Al元素的总量,优选为40摩尔%以下。
硅酸钙只要是本实施方式的范围的材料,就对其原料、制造方法没有限定。利用天然物质、硅石与石灰石在电炉等中熔融后冷却的方法、在不熔融的温度范围下利用旋转炉进行煅烧的方法、不管是Si源还是Ca源均通过加压水热合成而得到的方法、还可以在加压水热合成后进行煅烧而得到。
本实施方式所述的碱性无机颗粒优选为非金属性、即半导体或绝缘体。尤其是其电阻率优选为103Ω·m以上。电阻率为103Ω·m以上的半导体或绝缘体不会使电池内的充放电特性或安全性恶化,因而优选。
另外,对于碱性无机颗粒的二次粒径,平均粒径(D50)优选为0.05μm~4.0μm。对其下限更优选为0.1μm以上、进一步优选为0.2μm以上。另外,对其上限更优选为3.5另外以下、进一步优选为3.0进一以下。若将平均二次粒径调整为上述范围内,则存在非水电解质电池的能量密度提高的倾向因而优选。需要说明的是,对一次粒径没有特别的限制,优选为10nm~2.0次粒。
作为将碱性无机颗粒的平均二次粒径控制为0.05性无机颗粒的平均的范围内的方法,没有特别限定,可以举出以往公知的方法,例如,轴流型研磨法、环型研磨法、辊磨法、球磨法、喷射研磨法、容器旋转式压缩剪切型研磨法、在瓷研钵中粉碎的方法等。
本实施方式所述的碱性无机颗粒的形状可以为板状、鳞片状、针状、柱状、球状、多面体状、和块状等,优选为板状或针状,对长宽比没有限定。
本实施方式所述的碱性无机颗粒的BET比表面积优选为3m2/g以上。通过BET比表面积为3m2/g以上,可以进一步提高非水电解质电池的寿命特性或安全性。另外,BET比表面积更优选为3m2/g以上且2000m2/g以下。在BET比表面积超过2000m2/g的情况下,该无机颗粒变得容易聚集,存在非水电解质电池的能量密度降低的倾向。
上述说明的碱性无机颗粒可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
需要说明的是,本实施方式所述的碱性无机颗粒通过在非水电解质电池中存在于包含外壳体、正极、负极和分隔件在内的、正极与负极之间的任意构件中,可以更加有效地降低析出的金属离子的不良影响。因此,该无机颗粒优选包含于正极、分隔件或负极中。为了实现该方式,可以举出:与正极活性物质混合的方法、涂布在正极的向电解液的露出面上的方法、混合在分隔件的内部的方法、涂布在分隔件的任意的主面上的方法、涂布在负极的向电解液的露出面上的方法、与负极活性物质混合的方法。另外,尤其为了有效地去除HF,优选为正极/包含碱性无机颗粒的层/分隔件/负极、或者正极/分隔件/包含碱性无机颗粒的层/负极的层叠体(需要说明的是,正极/分隔件/包含碱性无机颗粒的层/负极这类记载表示按该顺序层叠各层,正极/分隔件/包含碱性无机颗粒的层/负极这类记载表示按该顺序层叠各层)。为了实现该方式,可以举出:涂布在正极的向电解液的露出面上的方法、涂布在分隔件的任意的主面上的方法、混合在分隔件的内部的方法、涂布在负极的向电解液的露出面上的方法。其中,从非水电解质电池的制造工序的通用性优异方面而言,更优选混合在分隔件的内部的方法、涂布在分隔件上的方法。尤其是,更优选为涂布在分隔件上。更优选为在与正极相对的面上具有包含碱性无机颗粒的层。
另外,本实施方式所述的碱性无机颗粒如下文所述,优选为在以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液100质量份中,以成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式添加上述碱性无机颗粒,在23℃下经过5分钟后的该HF浓度成为相对于初始的该HF浓度小于90%这样的碱性无机颗粒。HF浓度更优选为小于85%、进一步优选为小于80%。
作为一例,该碱性无机颗粒优选为如下颗粒,即用蒸馏水稀释包含1mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液,在以HF浓度成为800ppm的方式制备的非水电解质溶液100质量份中,添加碱性无机颗粒8质量份,在23℃下经过5分钟后的上述HF浓度成为小于720ppm。在这个例子中,HF浓度更优选为小于680ppm、进一步优选为小于640ppm。
在非水电解质电池用无机颗粒除碱性无机颗粒以外还包含非碱性无机颗粒,难以进行碱性无机颗粒单独的HF浓度的变化评价的情况下,可以在混合状态下进行评价。可以作为非水电解质电池用无机颗粒进行评价,因此可以评价混合状态下的HF浓度的变化。
[其他颗粒]
另外,本实施方式的包含碱性无机颗粒的层优选进一步包含非碱性无机颗粒(以下,称为“其他无机颗粒”)。碱性无机颗粒虽然强力吸附HF,但存在随着吸附而无法保持其晶体结构,碱性无机颗粒的一部分崩解,难以维持形态的情况。尤其是成膜为几微米的薄膜状的情况,该影响变得显著。因此,优选为如本实施方式这样在包含碱性无机颗粒的层的基础上,还包含其他无机颗粒这类与HF缺少反应性的材料。通过这种结构,可以防止由碱性无机颗粒的脱落等导致在电池内产生的不良情况,进而发挥更高的HF吸附能力。
包含碱性无机颗粒的层进一步包含本实施方式的非碱性无机颗粒的情况下,最优选为亲水性参数A仅对碱性无机颗粒进行评价。然而,在碱性无机颗粒与非碱性无机颗粒难以分离的情况下,可以在碱性无机颗粒与非碱性无机颗粒混合的状态下测定。即使在混合状态下,只要亲水性参数A(=BET1/BET2)的值满足0.45以上且2.0以下即可。通过该值为下限以上,碱性无机颗粒显示与HF的良好的相互作用,可以在颗粒的表面有效地吸附HF。另外通过上述A在上限以下可以抑制电池的膨胀。即使加上非碱性无机颗粒,通过控制在上述范围,碱性无机颗粒也能够与HF良好的相互作用,可以抑制电池的膨胀,因此可以在碱性无机颗粒与非碱性无机颗粒的混合状态下进行评价。
本实施方式所述的其他无机颗粒优选为非金属性、即半导体或绝缘体。尤其是其电阻率优选为103Ω·m以上。电阻率为103Ω·m以上的半导体或绝缘体不会损害电池内的充放电特性或安全性,因而优选。
另外,对于其他无机颗粒的二次粒径,其平均粒径(D50)优选为0.05粒的二次粒径,其。对其下限更优选为0.1下限以上、进一步优选为0.2进一以上。另外,对其上限更优选为3.5另外以下、进一步优选为3.0进一以下。若将平均二次粒径调整为上述范围内,则存在非水电解质电池的能量密度提高的倾向。需要说明的是,对一次粒径没有特别的限制,优选为10nm~2.0次粒。
作为将其他无机颗粒的平均二次粒径控制为0.05他无机颗粒的平均的范围内的方法,没有特别限定,可以举出以往公知的方法,例如,轴流型研磨法、环型研磨法、辊磨法、球磨法、喷射研磨法、容器旋转式压缩剪切型研磨法、在瓷研钵中粉碎的方法等。
本实施方式所述的其他无机颗粒的形状可以为板状、鳞片状、针状、柱状、球状、多面体状、块状等,优选为板状或针状,对长宽比没有限定。
本实施方式所述的其他无机颗粒的BET比表面积优选为3m2/g以上。通过BET比表面积为3m2/g以上,可以进一步提高非水电解质电池的寿命特性或安全性。另外,BET比表面积更优选为3m2/g以上且2000m2/g以下。在BET比表面积超过2000m2/g的情况下,其他无机颗粒变得容易聚集,存在非水电解质电池的能量密度降低的倾向。
上述说明的其他无机颗粒可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
其他无机颗粒优选为选自由层状双金属氢氧化物(Mg-Al型、Mg-Fe型、Ni-Fe型、Li-Al型)、层状双金属氢氧化物-氧化铝硅胶复合物、勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、锆的氧化物等阴离子吸附材料;锆的磷酸盐、钛的磷酸盐、磷灰石、非碱式钛酸盐、铌酸盐、铌钛酸盐等阳离子吸附材料、沸石、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝、石膏、硫酸钡等碳酸盐和硫酸盐;三水合氧化铝(ATH)、气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、氧化锆、氧化钇等氧化物类陶瓷;氮化硅、氮化钛、氮化硼等氮化物类陶瓷;碳化硅、滑石、地开石、珍珠石、埃洛石、叶蜡石、蒙脱石、绢云母、镁绿泥石、膨润土等层状硅酸盐;石棉、硅藻土、玻璃纤维、合成层状硅酸盐例如云母或氟云母、和硼酸锌组成的组中的至少1种无机颗粒。
尤其是,上述其他无机颗粒优选为阴离子吸附材料和/或阳离子吸附材料。由此通过上述其他无机颗粒为阴离子吸附材料或阳离子吸附材料,碱性无机颗粒的HF吸附能力进一步提升。
作为非碱性阴离子吸附材料,对其没有限定,例如可以举出:层状双金属氢氧化物(Mg-Al型、Mg-Fe型、Ni-Fe型、Li-Al型)、层状双金属氢氧化物-氧化铝硅胶复合物、勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、以及锆的氧化物等。从水分量较少、防止电池的膨胀的观点出发,作为阴离子吸附材料,优选为勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、镧的氧化物、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、铈的氧化物、以及锆的氧化物。阴离子吸附材料可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
作为非碱性阳离子吸附材料,可以举出:锆的磷酸盐、钛的磷酸盐、磷灰石、非碱式钛酸盐、铌酸盐、以及铌钛酸盐等。
[分隔件]
在本实施方式中,分隔件只要离子的透过性高、且具有电气隔离正极和负极的功能即可。可以使用以往公知的用于非水电解质电池的分隔件,对其没有特别限制。
具体而言,聚烯烃(例如,聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等)、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、以及聚氨酯等这样的、对电池中的非水电解质稳定且电化学稳定的材料构成的微多孔膜或无纺布等可以作为分隔件使用。需要说明的是,分隔件优选在80℃以上(更优选为100℃以上)且180℃以下(更优选为150℃以下)具有其孔封闭的性质(即关闭功能)。因此,分隔件更优选使用含有熔解温度、即按照JIS K 7121的规定使用示差扫描量热仪(DSC)测定的熔解温度范围为80℃以上(更优选为100℃以上)且180℃以下(更优选为150℃以下)的聚烯烃的微多孔膜或无纺布。在这种情况下,成为分隔件的微多孔膜或无纺布例如可仅由PE形成,也可仅由PP形成,并且也可含有2种以上材料。另外,分隔件也可以是PE制微多孔膜和PP制微多孔膜的层叠体(例如PP/PE/PP三层层叠体等)等。
构成上述分隔件的聚合物树脂的粘均分子量(Mv)从表现所需的分隔件的关闭功能的方面而言,优选为10000~1000000。
需要说明的是,作为上述微多孔膜,例如可以使用具有许多孔的离子透过性多孔质膜(作为非水电解质电池的分隔件而通用的微多孔膜),上述孔通过以往已知的溶剂萃取法、干式或湿式拉伸法等形成。
含有上述说明的非水电解质电池用无机颗粒的非水电解质电池用分隔件也是本发明的一种形态。
分隔件中含有本实施方式所述的非水电解质电池用无机颗粒时,不仅可以在上述微多孔膜或无纺布中含有非水电解质电池用无机颗粒从而形成单层结构的分隔件,还可以使用上述微多孔膜或无纺布作为基材,在其单面或双面配置含有电池用无机颗粒的多孔质层从而形成多层结构的分隔件。
另外,非水电解质电池用无机颗粒也可以包含在非水电解质中、外壳体中。
在上述说明的多层结构的分隔件中,作为基材的微多孔膜或无纺布成为防止正极和负极的短路且具有分隔件原本的使离子透过功能的层,含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层起到吸附从正极活性物质溶出到非水电解质中的金属离子的作用。从这样的观点出发,分隔件优选在基材的至少一个面将本实施方式所述的非水电解质电池用无机颗粒均匀地进行成膜。
另外,在上述多层结构的分隔件中,为了确保关闭功能,上述基材优选为以具有上述熔解温度的聚烯烃为主体的微多孔膜或无纺布、更优选为以具有上述熔解温度的聚烯烃为主体的微多孔膜。即,多层结构的分隔件特别优选具有含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层、以及以具有上述熔解温度的聚烯烃为主体的多孔质层。
需要说明的是,在上述多层结构的分隔件中,作为基材的微多孔膜或无纺布可以与含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层成为一体,也可以是各自独立的膜,在电池内叠置而构成分隔件。
在具有含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层、以及以具有上述熔解温度的聚烯烃为主体的多孔质层的多层结构的分隔件中,以聚烯烃为主体的多孔质层的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中,聚烯烃的含量优选为30体积%以上、更优选为50体积%以上、特别优选为100体积%以下。
需要说明的是,对于具有含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层、以及以具有上述熔解温度的聚烯烃为主体的多孔质层的多层结构的分隔件,以聚烯烃为主体的多孔质层(尤其是微多孔膜)在电池内为高温时容易发生热收缩。但是,在上述多层结构的分隔件中,由于难以热收缩的含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层起到了耐热层的作用,分隔件整体的热收缩得以抑制,因此,可以实现在更高温度下安全性优异的非水电解质电池。
在使用上述多层结构的分隔件时,为了使颗粒彼此粘结或使含有非水电解质电池用无机颗粒的层与基材(上述无纺布或微多孔膜)粘结,优选在含有非水电解质电池用无机颗粒的层中含有粘结剂。
上述作为粘结剂,对其没有特别限定,例如,选自由非导电性聚合物或具有核壳结构的聚合物的颗粒组成的组中的至少1种。
非导电性聚合物或具有核壳结构的聚合物的颗粒包括大致分类为下述(b1)~(b4)的树脂:
(b1)腈系树脂
(b2)丙烯酸系树脂
(b3)脂肪族共轭二烯系树脂
(b4)与上述(b1)~(b3)不同的树脂
(b1)腈系树脂
腈系树脂是包含具有腈基的聚合单元作为主成分的树脂。本说明书中,作为主成分包含的聚合单元是指相对于聚合时加入的所有单体的总摩尔为50摩尔%以上。腈系树脂根据所需在包含具有腈基的聚合单元的基础上,还可以包含选自由烯属不饱和化合物、碳数4以上的直链亚烷基聚合单元、具有亲水性基团的聚合单元、具有反应性基团的聚合单元、芳香族乙烯基聚合单元、具有热交联性基团的聚合单元所组成的中的至少1种。作为热交联性基团,例如可以举出:环氧基、N-羟甲基酰胺基、噁唑啉基、烯丙基等。具有热交联性基团的情况下,腈系树脂中的具有热交联性基团的单体单元的存在量优选相对于(甲基)丙烯腈单体单元和(甲基)丙烯酸酯单体单元的总量100质量份为0.01质量份以上且4质量份以下。
腈系树脂的碘值优选为3~60mg/100mg、更优选为3~30mg/100mg、进一步优选为3~10mg/100mg。
腈系树脂可以通过具有腈基的单体的聚合、或者具有腈基的单体与其他单体的共聚而得到。具有腈基的单体例如为(甲基)丙烯腈等。(甲基)丙烯腈是指丙烯腈或甲基丙烯腈。
其他单体可以举出:烯属不饱和化合物,例如,丙烯酸、2-甲基丙烯酸、2-戊烯酸、2,3-二甲基丙烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、衣康酸、及它们的碱金属盐等(甲基)丙烯酸等。(甲基)丙烯酸酯是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,在(甲基)丙烯酸酯单体中,可以是烷基的一部分或全部的氢被氟等卤素取代的卤代烷基。(甲基)丙烯酸烷基酯的与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数优选为1~14、更优选为1~5。
作为与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为1~5的(甲基)丙烯酸烷基酯,可以举出:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、和(甲基)丙烯酸2-乙基己酯等丙烯酸烷基酯;乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等具有2个以上碳-碳双键的羧酸酯类。
作为其他(甲基)丙烯酸烷基酯,可以举出:丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸环己酯、和丙烯酸异冰片酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的丙烯酸烷基酯;甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、和甲基丙烯酸环己酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的甲基丙烯酸烷基酯;丙烯酸2-(全氟己基)乙酯、丙烯酸2-(全氟辛基)乙酯、丙烯酸2-(全氟壬基)乙酯、丙烯酸2-(全氟癸基)乙酯、丙烯酸2-(全氟十二烷基)乙酯、丙烯酸2-(全氟十四烷基)乙酯、及丙烯酸2-(全氟十六烷基)乙酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的丙烯酸2-(全氟烷基)乙酯;甲基丙烯酸2-(全氟己基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟辛基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟壬基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟癸基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟十二烷基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟十四烷基)乙酯、和甲基丙烯酸2-(全氟十六烷基)乙酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的甲基丙烯酸2-(全氟烷基)乙酯。
碳数4以上的直链亚烷基聚合单元例如为丁二烯、异戊二烯、戊二烯等。
亲水性基团是指在水性溶剂中使质子游离的官能团以及质子被阳离子取代的盐,具体而言,可以举出:羧酸基、磺酸基、羟基、磷酸基及它们的盐等。上述亲水性基团的含有比例优选为0.05~10质量%的范围内。
向腈系树脂中导入亲水性基团可以使包含羧酸基、磺酸基、羟基、磷酸基及它们的金属盐、铵盐等的单体聚合而进行。
作为具有羧酸基的单体,可以举出:单羧酸及其衍生物、二羧酸、及它们的衍生物等。作为单羧酸,可以举出:丙烯酸、甲基丙烯酸、3-丁烯酸、及巴豆酸等。作为单羧酸衍生物,可以举出:2-乙基丙烯酸、异巴豆酸、α-乙酰氧基丙烯酸、β-反式-芳氧基丙烯酸、α-氯-β-E-甲氧基丙烯酸、β-二氨基丙烯酸、反式丁烯二酸、及顺式丁烯二酸等。作为二羧酸,可以举出:马来酸、富马酸、及衣康酸等。作为二羧酸衍生物,可以举出:甲基马来酸、二甲基马来酸、苯基马来酸、氯代马来酸、二氯马来酸、和氟代马来酸等,进一步地,可以举出:马来酸甲基烯丙酯、马来酸二苯酯、马来酸壬酯、马来酸癸酯、马来酸十二烷基酯、马来酸十八烷基酯、和马来酸氟代烷基酯等马来酸酯。另外,也可以使用通过水解生成羧基的酸酐。作为二羧酸的酸酐,可以举出:马来酸酐、丙烯酸酐、甲基马来酸酐、及二甲基马来酸酐等。
作为具有磺酸基的单体,可以举出:乙烯基磺酸、甲基乙烯基磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、(甲基)丙烯酸-2-磺酸乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、和3-烯丙氧基-2-羟基丙磺酸等。
作为具有羟基的单体,可以举出:(甲基)烯丙醇、3-丁烯-1-醇、和5-己烯-1-醇等烯属不饱和醇;丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸2-羟丙酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-羟丙酯、马来酸二-2-羟乙酯、马来酸二-4-羟丁酯、及衣康酸二-2-羟丙酯等烯属不饱和羧酸的烷醇酯类;通式CH2=CR1-COO-((CH2)nO)m-H(m表示2至9的整数,n表示2至4的整数,R1表示氢或甲基)所示的聚亚烷基二醇与(甲基)丙烯酸的酯类;2-羟乙基-2’-(甲基)丙烯酰氧基邻苯二甲酸酯、2-羟乙基-2’-(甲基)丙烯酰氧基琥珀酸酯等二羧酸的二羟基酯的单(甲基)丙烯酸酯类;2-羟乙基乙烯基醚、2-羟丙基乙烯基醚等乙烯基醚类;(甲基)烯丙基-2-羟基乙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-3-羟基丙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-3-羟基丁基醚、(甲基)烯丙基-4-羟基丁基醚、和(甲基)烯丙基-6-羟基己基醚等亚烷基二醇的单(甲基)烯丙基醚类;二乙二醇单(甲基)烯丙基醚、二丙二醇单(甲基)烯丙基醚等聚氧亚烷基二醇(甲基)单烯丙基醚类、甘油单(甲基)烯丙基醚;(甲基)烯丙基-2-氯-3-羟丙基醚、(甲基)烯丙基-2-羟基-3-氯丙基醚等(聚)亚烷基二醇的卤素和羟基取代体的单(甲基)烯丙基醚;丁香酚、异丁香酚等多元酚的单(甲基)烯丙基醚及其卤素取代体;(甲基)烯丙基-2-羟乙基硫醚、(甲基)烯丙基-2-羟丙基硫醚等亚烷基二醇的(甲基)烯丙基硫醚类等。
作为具有磷酸基的单体,可以举出:2-(甲基)丙烯酰氧基乙基磷酸酯、甲基-2-(甲基)丙烯酰氧基乙基磷酸酯、及乙基-(甲基)丙烯酰氧基乙基磷酸酯等。
可以加入具有反应性基团的聚合单元,以改善与无机颗粒的表面官能团的反应性、提高制造浆料时无机颗粒的分散性。作为具有反应性基团的聚合单元,无机颗粒的表面官能团为氨基的情况下,作为腈系树脂的反应性基团优选为环氧基、羰基、及羧基,更优选为环氧基。
另外,上述无机颗粒的表面官能团为环氧基的情况下,作为腈树脂的反应性基团优选为磺酸基、氨基、磷酸基、羟基、巯基、及异氰酸酯基,更优选为磺酸基、氨基。
另外,上述无机颗粒的表面官能团为巯基的情况下,作为腈系树脂的反应性基团优选为环氧基、巯基。
另外,上述无机颗粒的表面官能团为异氰酸酯基的情况下,作为腈系树脂的反应性基团优选为环氧基、羟基。
另外,上述无机颗粒的表面官能团为羟基或羧基的情况下,优选为碳二亚胺基、环氧基、噁唑啉基、酰肼基、及异氰酸基。
进一步地,腈系树脂除了上述重复单元(即,(甲基)丙烯腈单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元和具有热交联性基团的单体单元)以外,可以包含其他任意重复单元。若列举与上述任意重复单元对应的单体的例子,则可以举出:苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯基萘、氯甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、及二乙烯基苯等苯乙烯系单体;乙烯、丙烯等烯烃类;氯乙烯、偏二氯乙烯等含卤素原子的单体;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、及丁酸乙烯酯等乙烯基酯类;甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、及丁基乙烯基醚等乙烯基醚类;甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、丁基乙烯基酮、己基乙烯基酮、及异丙烯基乙烯基酮等乙烯基酮类;N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、和乙烯基咪唑等含杂环的乙烯基化合物;丙烯酰胺等酰胺系单体、丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等磺酸酯;亚氨基化合物、马来酰亚胺、不饱和聚亚烷基二醇醚系单体、乙烯官能性含硅单体、螯合化合物、异噻唑啉类、硅氧烷类、磺基琥珀酸酯及其盐等。需要说明的是,腈系树脂可以仅包含1种上述任意重复单元,也可以以任意的比率组合包含2种以上。其中,从显著发挥包含如上所述的(甲基)丙烯腈单体单元和(甲基)丙烯酸酯单体单元所带来的优势的观点出发,上述任意重复单元的量优选为较少,特别优选为不包含上述任意重复单元。
腈系树脂的重均分子量优选为10000以上、更优选为20000以上,优选为2000000以下、更优选为500000以下。若腈系树脂的重均分子量在上述范围内,则容易使本发明的多孔膜的强度和非导电性聚合物的分散性良好。
腈系树脂的体积平均粒径D50优选为0.01μm以上、以及优选为0.5μm以下、更优选为0.2μm以下。通过将腈系树脂的体积平均粒径D50设为上述范围的下限值以上,可以较高地维持本发明的多孔膜的多孔性,抑制多孔膜的电阻,从而保持良好的电池物性,另外,通过设为上述范围的上限值以下,可以使非导电性颗粒与非水溶性颗粒状聚合物的粘接点变多,从而提高粘结性。
腈系树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选为20℃以下、更优选为15℃以下、特别优选为5℃以下。通过上述玻璃化转变温度(Tg)为上述范围,本发明的多孔膜的柔软性增加,电极和分隔件的耐弯曲性提高,从而可以降低因本发明的多孔膜的破裂而导致的次品率。另外,在将本发明的多孔膜、分隔件和电极卷取成卷时、卷绕时,也可以抑制裂纹、缺口等。需要说明的是,非水溶性颗粒状聚合物的玻璃化转变温度可以通过将各种单体组合来进行调整。腈系树脂的玻璃化转变温度的下限没有特别限定,可以设为-50℃以上。
在腈系树脂的制造工序中,聚合法所使用的分散剂可以是常规合成中使用的物质,作为具体实例,可以列举:十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯基醚磺酸钠等苯磺酸盐;十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠等烷基硫酸盐;二辛基磺基琥珀酸钠、二己基磺基琥珀酸钠等磺基琥珀酸盐;月桂酸钠等脂肪酸盐;聚氧乙烯十二烷基醚硫酸钠盐、聚氧乙烯壬基苯基醚硫酸钠盐等乙氧基硫酸盐;烷磺酸盐;烷基醚磷酸酯钠盐;聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯脱水山梨糖醇月桂酯、及聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物等非离子性乳化剂;明胶、马来酸酐-苯乙烯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、以及聚合度700以上且皂化度75%以上的聚乙烯醇等水溶性高分子等,它们可以单独使用,也可以同时使用2种以上。其中优选为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯基醚磺酸钠等苯磺酸盐;十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠等烷基硫酸盐,从耐氧化性优异的观点出发,进一步优选为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯基醚磺酸钠等苯磺酸盐。分散剂的添加量可以任意设定,相对于单体总量100质量份,通常为0.01~10质量份左右。
腈系树脂分散在分散介质中时的pH优选为5~13、进一步为5~12、最优选为10~12。通过腈系树脂的pH为上述范围内,腈系树脂的保存稳定性提高,进而机械稳定性提高。
调节腈系树脂的pH的pH调节剂,可以列举:氢氧化锂、氢氧化钠、和氢氧化钾等碱金属氢氧化物、作为第2族元素氧化物的氢氧化镁、氢氧化钙、和氢氧化钡等碱土金属氧化物、氢氧化铝等长周期表中属于第IIIA族的金属的氢氧化物等氢氧化物;碳酸钠、碳酸钾等碱金属碳酸盐、碳酸镁等第2族元素碳酸盐等碳酸盐等,作为有机胺,可以举出:乙基胺、二乙基胺、和丙基胺等烷基胺类;单甲醇胺、单乙醇胺、和单丙醇胺等醇胺类;氨水等氨类等。其中,从粘结性、操作性的观点出发,优选碱金属氢氧化物,尤其是,优选氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂。
腈系树脂可以含有交联剂。作为交联剂的例子,可以举出:碳二亚胺化合物、多官能环氧化合物、噁唑啉化合物、多官能酰肼化合物、异氰酸酯化合物、三聚氰胺化合物、尿素化合物、及它们的混合物。
腈系树脂具体而言,是聚丙烯腈、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、或它们的氢化物等。
(b2)丙烯酸系树脂
丙烯酸系树脂是将丙烯酸化合物作为主要单体使用而得到的树脂。作为主要单体使用是指相对于聚合时加入的所有单体的总摩尔为50摩尔%以上。丙烯酸化合物是具有丙烯酰基或甲基丙烯酰基即(甲基)丙烯酰基的单体。
丙烯酸系树脂根据所需,在包含具有丙烯酰基的聚合单元的基础上,还可以包含选自由包括(甲基)丙烯腈的烯属不饱和化合物、碳数4以上的直链亚烷基聚合单元、具有亲水性基团的聚合单元、具有反应性基团的聚合单元、芳香族乙烯基聚合单元、具有热交联性基团的聚合单元所组成的中的至少1种。作为热交联性基团,例如可以举出:环氧基、N-羟甲基酰胺基、噁唑啉基、及烯丙基等。具有热交联性基团的情况下,丙烯酸系树脂中的具有热交联性基团的单体单元的存在量优选相对于(甲基)丙烯腈单体单元和(甲基)丙烯酸酯单体单元的总量100质量份为0.01质量份以上且4质量份以下。
丙烯酸系树脂可以通过丙烯酸化合物的聚合、或者丙烯酸化合物与其他单体的共聚而得到。
作为丙烯酸化合物,可以使用以下单体:
若列举(甲基)丙烯酸的例子,例如可以举出:丙烯酸、2-甲基丙烯酸、2-戊烯酸、2,3-二甲基丙烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、衣康酸、及它们的碱金属盐等。
若列举(甲基)丙烯酸酯的例子,例如可以举出:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、和(甲基)丙烯酸-2乙基己酯等(甲基)丙烯酸烷基酯;乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等具有2个以上碳-碳双键的二丙烯酸酯化合物;三丙烯酸酯化合物、四丙烯酸酯化合物、二甲基丙烯酸酯化合物、和三甲基丙烯酸酯化合物等。另外,还可以举出:含氟丙烯酸酯、含酰胺基的(甲基)丙烯酸或含酰胺基的(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯酸官能性含硅单体等。
其他单体,可以举出烯属不饱和化合物,例如以(甲基)丙烯腈为代表,作为(甲基)丙烯酸烷基酯,可以举出:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、和(甲基)丙烯酸-2乙基己酯等丙烯酸烷基酯;乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等具有2个以上碳-碳双键的羧酸酯类。
作为其他(甲基)丙烯酸烷基酯,可以举出:丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸环己酯、和丙烯酸异冰片酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的丙烯酸烷基酯;甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、和甲基丙烯酸环己酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的甲基丙烯酸烷基酯;丙烯酸2-(全氟己基)乙酯、丙烯酸2-(全氟辛基)乙酯、丙烯酸2-(全氟壬基)乙酯、丙烯酸2-(全氟癸基)乙酯、丙烯酸2-(全氟十二烷基)乙酯、丙烯酸2-(全氟十四烷基)乙酯、和丙烯酸2-(全氟十六烷基)乙酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的丙烯酸2-(全氟烷基)乙酯;甲基丙烯酸2-(全氟己基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟辛基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟壬基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟癸基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟十二烷基)乙酯、甲基丙烯酸2-(全氟十四烷基)乙酯、和甲基丙烯酸2-(全氟十六烷基)乙酯等与非羰基性氧原子键合的烷基的碳数为6~18的甲基丙烯酸2-(全氟烷基)乙酯。
进一步地,丙烯酸系树脂除了上述重复单元(即,(甲基)丙烯酸单体单元、(甲基)丙烯腈单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元和具有热交联性基团的单体单元)以外,可以包含其他任意重复单元。若列举与上述任意重复单元对应的单体的例子,则可以举出:碳数4以上的直链亚烷基聚合单元、具有羧酸基的单体、具有磺酸基的单体、具有羟基的单体、具有磷酸基的单体、反应性聚合单元、苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯基萘、氯甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、及二乙烯基苯等苯乙烯系单体;乙烯、丙烯等烯烃类;氯乙烯、偏二氯乙烯等含卤素原子的单体;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、及丁酸乙烯酯等乙烯基酯类;甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、及丁基乙烯基醚等乙烯基醚类;甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、丁基乙烯基酮、己基乙烯基酮、及异丙烯基乙烯基酮等乙烯基酮类;N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、和乙烯基咪唑等含杂环的乙烯基化合物;丙烯酰胺等酰胺系单体、丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等磺酸酯;亚氨基化合物、马来酰亚胺、不饱和聚亚烷基二醇醚系单体、乙烯官能性含硅单体、螯合化合物、异噻唑啉类、硅氧烷类、磺基琥珀酸酯及其盐等。需要说明的是,丙烯酸系树脂可以仅包含1种上述任意重复单元,也可以以任意的比率组合包含2种以上。其中,从显著发挥包含如上所述的(甲基)丙烯腈单体单元和(甲基)丙烯酸酯单体单元所带来的优势的观点出发,上述任意重复单元的量优选为较少,特别优选为不包含上述任意重复单元。
丙烯酸系树脂的重均分子量优选为10000以上、更优选为20000以上,优选为2000000以下、更优选为500000以下。若丙烯酸系树脂的重均分子量在上述范围内,则容易使本发明的多孔膜的强度和非导电性聚合物的分散性良好。
丙烯酸系树脂的体积平均粒径D50优选为0.01μm以上,另外,优选为0.5μm以下、更优选为0.2μm以下。通过将丙烯酸系树脂的体积平均粒径D50设为上述范围的下限值以上,可以较高地维持本发明的多孔膜的多孔性,抑制多孔膜的电阻,从而保持良好的电池物性,另外,通过设为上述范围的上限值以下,可以使非导电性聚合物与非水溶性颗粒状聚合物的粘接点变多,从而提高粘结性。
丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选为20℃以下、更优选为15℃以下、特别优选为5℃以下。通过上述玻璃化转变温度(Tg)为上述范围,本发明的多孔膜的柔软性增加,电极和分隔件的耐弯曲性提高,从而可以降低因本发明的多孔膜的破裂而导致的次品率。另外,在将本发明的多孔膜、分隔件和电极卷取成卷时、卷绕时,也可以抑制裂纹、缺口等。需要说明的是,非水溶性颗粒状聚合物的玻璃化转变温度可以通过将各种单体组合来进行调整。丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度的下限没有特别限定,可以设为-50℃以上。
在丙烯酸系树脂的制造工序中,聚合法所使用的分散剂可以是常规合成中使用的物质。
丙烯酸系树脂分散在分散介质中时的pH优选为5~13、进一步为5~12、最优选为10~12。通过丙烯酸系树脂的pH为上述范围内,丙烯酸系树脂的保存稳定性提高,进而机械稳定性提高。
丙烯酸系树脂的pH可以利用pH调节剂进行调节。
丙烯酸系树脂可以含有交联剂。
丙烯酸系树脂具体而言,是丙烯酸软质聚合物、丙烯酸硬质聚合物、丙烯酸-苯乙烯共聚物、磺化丙烯酸聚合物、或它们的种子聚合物、氢化物或接枝物等。
丙烯酸系树脂可以是非导电性有机颗粒的形式。丙烯酸系树脂在由丙烯酸化合物和含硅单体形成时,可以是水溶性的。丙烯酸系树脂可以含有羧甲基纤维素作为增粘剂。
(b3)脂肪族共轭二烯系树脂
脂肪族共轭二烯系树脂是将具有共轭二烯的脂肪族单体作为主成分使用而得到的树脂。本说明书中,作为主成分使用是指相对于聚合时加入的所有单体的总摩尔为50摩尔%以上。
具有共轭二烯的脂肪族单体是取代或未取代的链状二烯,且可以是直链或支链。具有共轭二烯的脂肪族单体具体而言,是1,3-丁二烯、1,3-异戊二烯、1,4-二甲基-1,3-丁二烯、1,2-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,2,3-三甲基-1,3-丁二烯、1,3,5-己三烯、和别罗勒烯等。
脂肪族共轭二烯系树脂可以通过具有共轭二烯的脂肪族单体的聚合、或具有共轭二烯的脂肪族单体与其他单体的共聚合而得到。
作为其他单体,可以使用乙烯系不飽和羧酸、含磺酸基单体、含腈基单体、芳香族乙烯基单体、具有热交联性基团的单体、和芳香族乙烯基化合物等。
脂肪族共轭二烯系树脂具体而言,可以是1,3-丁二烯聚合物、二烯系橡胶、热塑性弹性体、或它们的无规共聚物、嵌段共聚物、氢化物或或酸改性物。脂肪族共轭二烯系树脂根据所需,可以包含酚系与硫醚系的组合、或酚系化合物与亚磷酸酯系化合物的组合等抗老化剂。
(b4)与树脂(b1)~(b3)不同的树脂
与树脂(b1)~(b3)不同的树脂(b4)例如为烯烃系树脂、氟树脂、含磺酸基树脂、和纤维素系树脂等。树脂(b4)可以是有机聚合物的颗粒、接枝聚合物、聚合物乳液和含硅聚合物等形式。
烯烃系树脂具体而言,可以举出:聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、乙烯-α-烯烃共聚物、丙烯-α-烯烃共聚物、乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)、以及乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物等、烯烃化合物的均聚物或其与可共聚单体的共聚物等。
作为氟树脂,可以举出:聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、全氟烷氧基氟树脂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏二氟乙烯系橡胶、以及四氟乙烯-丙烯共聚物等。
作为含磺酸基树脂,可以举出磺化聚合物例如,磺化聚醚砜、磺化聚砜等。
作为纤维素系树脂,例如可以举出纤维素系半合成高分子、及其钠盐或铵盐等。纤维素系树脂可以具有硫原子、阳离子型基团、酸基和炔丙基等。
作为含硅聚合物,例如可以举出二甲基聚硅氧烷、二苯基聚硅氧烷和二羟基聚硅氧烷等。
[具有核壳结构的聚合物的颗粒]
具有核壳结构的聚合物的颗粒具有包含聚合物的核部和包含聚合物的壳部。另外,具有核壳结构的树脂优选具有对非水电解质显示相容性的链段和不显示相容性的链段。作为核部或壳部的聚合物,可以使用上述说明的树脂(b1)~(b4)。
具有核壳结构的聚合物的颗粒例如可以通过使用形成核部的聚合物的单体和形成壳部的聚合物的单体,随时间而改变这些单体的比率并阶段性地进行聚合来制造。具体而言,首先,将形成核部的聚合物的单体进行聚合从而制造种子聚合物颗粒。该种子聚合物颗粒成为颗粒的核部。然后,在包含种子聚合物颗粒的聚合体系中,将形成壳部的聚合物的单体进行聚合。由此,在核部的表面形成有壳部,因此能够得到具有核壳结构的聚合物的颗粒。此时,根据需要,可以使用例如反应介质、聚合引发剂、表面活性剂等。
(核部)
颗粒的核部一般在175℃以上、优选为220℃以上、更优选为225℃以上具有软化起始点或分解点。在175℃以上的温度范围具有软化起始点或分解点的核部在二次电池的使用环境以及热压时不易变形,可以抑制微多孔性薄膜的孔的堵塞。另外,由于可以抑制微多孔性薄膜的刚性降低,也可以抑制分隔件的收缩。因此,能够稳定地防止在高温环境中的短路。另外,核部的软化起始点或分解点的上限没有限制,通常为450℃以下。
以下,对软化起始点的测定方法进行说明。
首先,称量10mg测定样品在铝盘中,利用示差热分析测定装置,用空铝盘作为参考,在测定温度范围-100℃~500℃之间,以升温速度10℃/分钟,在常温常湿下测定DSC曲线。在该升温过程中,将微分信号(DDSC)成为0.05mW/分钟/mg以上的DSC曲线的吸热峰即将出现前的基线与吸热峰之后最初出现的拐点处的DSC曲线的切线之间的交点设为玻璃化转变点(Tg)。进一步地,将比该玻璃化转变点高25℃的温度设为软化起始点。
需要说明的是,当分解点低于非导电性颗粒的核部的软化起始点时,有时因分解无法观测到软化起始点。
以下,对分解点的测定方法进行说明。
在氮气氛下,将测定试样利用差热热重同时测定装置从30℃以升温速度10℃/分钟进行加热。此时,将减量比例达到10质量%的温度设为分解点。
需要说明的是,当颗粒的核部的软化起始点和分解点均被观测到时,将较低的温度视为核部的软化起始点。
作为形成核部的聚合物,例如可以举出树脂(b1)~(b4)的高度交联聚合物。通过高度的交联,即使在聚合物的玻璃化转变点以上的温度,聚合物的分子运动也得以抑制,因此核部可以维持形状。
形成核部的聚合物优选为通过将交联性乙烯基单体进行聚合而得到。作为交联性乙烯基单体,例如可以举出通常具有2个以上、优选为具有2个共聚性双键的化合物。另外,交联性乙烯基单体可以单独使用1种,也可以以任意的比率组合使用2种以上。
作为优选的交联性乙烯基单体,例如可以举出非共轭二乙烯基化合物、多元丙烯酸酯化合物等。
作为非共轭二乙烯基化合物的例子,可以举出二乙烯基苯等。
作为多元丙烯酸酯的例子,可以举出:聚乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、2,2’-双(4-丙烯酰氧基丙氧基苯基)丙烷、和2,2’-双(4-丙烯酰氧基二乙氧基苯基)丙烷等二丙烯酸酯化合物;三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三丙烯酸酯、和四羟甲基甲烷三丙烯酸酯等三丙烯酸酯化合物;四羟甲基甲烷四丙烯酸酯等四丙烯酸酯化合物;乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、二丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、和2,2’-双(4-甲基丙烯酰氧基二乙氧基苯基)丙烷等二甲基丙烯酸酯化合物;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三甲基丙烯酸酯等三甲基丙烯酸酯化合物等。
交联性乙烯基单体的比例相对于形成核部的聚合物的所有单体,优选为20质量%以上、更优选为25质量%以上、进一步优选为30质量%以上。通过将交联性乙烯基单体的比例设为20质量%以上,可以提高核部的硬度、耐热性和耐溶剂性。另外,上限通常优选为100质量%以下、更优选为98质量%以下、进一步优选为95质量%以下。此处,交联性乙烯基单体的量例如通过除去稀释剂和杂质等的纯物质换算得出。
(壳部)
颗粒的壳部的软化起始点优选为85℃以上、更优选为87℃以上、进一步优选为89℃以上,另一方面,优选为145℃以下、更优选为125℃以下、进一步优选为115℃以下。通过软化起始点为85℃以上,可以提高微多孔性薄膜的耐粘连性。另外,由于在二次电池的使用温度下壳部不易熔解,可以抑制分隔件的孔的堵塞,由此,可以提高二次电池的倍率特性。另外,通过软化起始点为145℃以下,在热压时可以使壳部易于熔解,因而提高分隔件的粘接性,由此,可以提高二次电池的循环特性。
作为形成壳部的聚合物,优选使用包含(甲基)丙烯酸酯单元的聚合物。通过利用包含(甲基)丙烯酸酯单元的聚合物形成壳部,可以提高多孔膜的电稳定性。作为丙烯酸酯,例如可以举出:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、和丙烯酸2-乙基己基乙酯等。作为甲基丙烯酸酯,例如可以举出:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、和甲基丙烯酸2-乙基己酯等。
形成壳部的聚合物中的(甲基)丙烯酸酯单元的比率从电稳定性的观点出发,优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上、进一步优选为70质量%以上,100质量%以下。
(具有核壳结构的聚合物的颗粒的尺寸)
具有核壳结构的聚合物的颗粒的数均粒径优选为30nm以上、更优选为50nm以上、进一步优选为100nm以上,另一方面,优选为1500nm以下、更优选为1200nm以下、进一步优选为1000nm以下。通过将颗粒的数均粒径设为这样的范围,颗粒彼此具有接触部,并且可以不阻碍离子的移动的程度形成颗粒彼此的间隙。因此,微多孔性薄膜的强度提高,且可以防止电池的短路,并且可以提高二次电池的循环特性。
颗粒的数均粒径可以通过如下方式测定。从使用场致发射型扫描电子显微镜以25000倍的倍率所拍摄的照片中任意选择200个颗粒。将其颗粒图像的最长边设为La、最短边设为Lb时,将(La+Lb)/2设为粒径。求出200个颗粒的粒径的平均作为平均粒径。
壳部的厚度相对于颗粒的数均粒径优选为3%以上、更优选为5%以上、进一步优选为7%以上,另外,优选为18%以下、更优选为16%以下、进一步优选为14%以下。若壳部的厚度相对于数均粒径为3%以上,则可以提高分隔件的粘接性从而提高二次电池的循环特性。另外,若壳部的厚度相对于数均粒径为18%以下,则分隔件的孔径可以增大到不妨碍离子的移动的程度,由此可以提高二次电池的倍率特性。另外,通过使壳部变薄可以相对地使核部变大,从而可以提高颗粒的刚性。因此,可以提高微多孔性薄膜的刚性,从而抑制分隔件的收缩。
壳部的厚度(S)例如可以由形成壳部之前的种子聚合物颗粒的数均粒径(D1)和形成壳部之后的非导电性颗粒的数均粒径(D2)根据下式算出:
(D2-D1)/2=S。
(具有核壳结构的聚合物的颗粒的量)
多孔膜中的具有核壳结构的聚合物的颗粒的含有比例通常优选为70质量%以上、更优选为75质量%以上、进一步优选为80质量%以上,通常优选为98质量%以下、更优选为96质量%以下、进一步优选为94质量%以下。若颗粒的含有比例在上述范围内,则颗粒彼此具有接触部,并且可以不阻碍离子的移动的程度形成颗粒彼此的间隙,由此,可以提高分隔件强度,从而稳定地防止电池的短路。
分隔件含有非水电解质电池用无机颗粒的情况下,分隔件中的非水电解质电池用无机颗粒的含量从良好地确保其使用效果的观点出发,例如,以分隔件的单位面积的量计,优选为0.1g/m2以上、更优选为0.5g/m2以上。其中,若分隔件中的非水电解质电池用无机颗粒的含量过多,则分隔件变厚,容易成为导致电池能量密度降低或内部电阻升高的原因。因此,分隔件中的非水电解质电池用无机颗粒的含量例如,以分隔件的单位面积的量计,优选为15g/m2以下、更优选为10g/m2以下。
另外,在分隔件具有含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层的情况下,多孔质层中的非水电解质电池用无机颗粒在多孔质层的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中的含量从良好地确保其使用效果的观点出发,优选为1体积%以上、更优选为5体积%以上且100体积%以下。
进一步地,可以使分隔件中含有其他无机颗粒或树脂微粒。通过分隔件含有这些微粒,例如可以进一步提高高温下的分隔件整体的形状稳定性。
其他无机颗粒优选为选自由层状双金属氢氧化物(Mg-Al型、Mg-Fe型、Ni-Fe型、Li-Al型)、层状双金属氢氧化物-氧化铝硅胶复合物、勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、锆的氧化物等阴离子吸附材料、锆的磷酸盐、钛的磷酸盐、磷灰石、非碱式钛酸盐、铌酸盐、铌钛酸盐等阳离子吸附材料、沸石、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝、石膏、硫酸钡等碳酸盐和硫酸盐;三水合氧化铝(ATH)、气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、氧化锆、和氧化钇等氧化物类陶瓷;氮化硅、氮化钛、和氮化硼等氮化物类陶瓷;碳化硅、滑石、地开石、珍珠石、埃洛石、叶蜡石、蒙脱石、绢云母、镁绿泥石、膨润土等层状硅酸盐;石棉、硅藻土、玻璃纤维、合成层状硅酸盐、例如,云母或氟云母、和硼酸锌组成的组中的至少1种无机颗粒。
尤其是,上述其他无机颗粒优选为阴离子吸附材料和/或阳离子吸附材料。由此通过上述其他无机颗粒为阴离子吸附材料或阳离子吸附材料,碱性无机颗粒的HF吸附能力进一步提升。
作为非碱性阴离子吸附材料,对其没有限定,例如可以举出:层状双金属氢氧化物(Mg-Al型、Mg-Fe型、Ni-Fe型、Li-Al型)、层状双金属氢氧化物-氧化铝硅胶复合物、勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、以及锆的氧化物等。从水分量较少、防止电池的膨胀的观点出发,作为阴离子吸附材料,优选为勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、镧的氧化物、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、铈的氧化物、以及锆的氧化物。阴离子吸附材料可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
尤其是从水分量较少、防止电池的膨胀的观点出发,优选为勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、镧的氧化物、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物、铈的氧化物、以及锆的氧化物。
作为非碱性阳离子吸附材料,可以举出锆的磷酸盐、钛的磷酸盐、磷灰石、非碱式钛酸盐、铌酸盐、以及铌钛酸盐等。
另外,作为树脂微粒,优选由具有耐热性和电绝缘性、相对于电池中的非水电解质稳定、且在电池的工作电压范围内难以氧化还原的电化学稳定的树脂构成。作为用于形成这种树脂微粒的材料,可以列举选自由苯乙烯树脂(聚苯乙烯等)、丁苯橡胶、丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲酯等)、聚环氧烷(聚环氧乙烷等)、氟树脂(聚偏二氟乙烯等)及它们的衍生物组成的组中的至少1种树脂的交联体、尿素树脂、以及聚氨酯等。树脂微粒中可以单独使用上述列举的树脂中的1种,也可以同时使用2种以上。另外,树脂微粒根据需要,也可以含有能够添加到树脂中的公知添加剂,例如抗氧化剂等。
其他无机颗粒或树脂微粒的形态可以为板状、鳞片状、针状、柱状、球状、多面体状、和块状等中的任一形态。具有上述形态的无机颗粒或树脂微粒可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。从提高透过性的观点出发,优选为由多个面构成的多面体状。
另外,作为其他无机颗粒或树脂微粒的粒径,平均粒径(D50)优选为0.1μm~4.0μm、更优选为0.2μm~3.5μm、进一步优选为0.4μm~3.0μm。通过将平均粒径调整为这样的范围存在进一步抑制高温下的热收缩的倾向。
在含有其他无机颗粒或树脂微粒时,这些微粒也可以包含于例如(i)含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层中,或者(ii)与含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层以及作为基材的无纺布或微多孔膜不同的多孔质层(含有除碱性的非水电解质电池用无机颗粒以外的无机颗粒或树脂微粒作为主体的多孔质层)(以下,简称为别的层)中。
需要说明的是,在(i)含有非水电解质电池用无机颗粒的层中含有其他无机颗粒或树脂微粒时,优选以非水电解质电池用无机颗粒的含量在上述说明的优选范围内的方式对其他无机颗粒或树脂微粒的含量进行调整。
另外,在(ii)别的层中含有其他无机颗粒或树脂微粒时,含有这些微粒的多孔质层例如可以以与作为基材的无纺布或微多孔膜的单面(与包含非水电解质电池用无机颗粒作为主体的多孔质层接触的面的相反侧的面)接触的方式配置、或者配置在含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层与基材之间、或者配置在配置于基材表面的含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层的与基材接触的面的相反侧的面上。
另外,别的层可以与作为基材的无纺布或纺布、或含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层进行一体化,也可以作为独立的膜存在,通过在电池内与其他层(独立膜)叠置从而构成分隔件。
另外,在(ii)别的层中含有其他无机微粒或树脂微粒时,在含有这些微粒的多孔质层中,这些微粒的含量优选为该层的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中的5体积%以上、更优选为10体积%以上、进一步优选为50体积%以上。
需要说明的是,在(ii)别的层中含有其他无机微粒、树脂微粒时,该层优选含有粘结剂。粘结剂可以使用之前作为可用于含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层列举的各种的粘结剂相同的粘结剂。
别的层中的粘结剂的含量在该层的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中,优选为0.5体积%以上。因此,别的层中的其他颗粒、树脂微粒的含量优选为99.5体积%以下。
另外,本实施方式中的非水电解质电池在分隔件以外的位置含有非水电解质电池用无机颗粒时,作为其分隔件,也可以使用以上述无纺布或微多孔膜作为基材并在其单面或双面具有包含其他无机微粒或树脂微粒作为主体的多孔质层的分隔件。
需要说明的是,其他无机颗粒、树脂微粒也可以包含在非水电解质中、外壳体中。
为了确保非水电解质的保持量并使离子透过性良好,本实施方式的非水电解质电池所述的分隔件的孔隙率在分隔件的干燥状态下,优选为30%以上、更优选为40%以上。另一方面,从确保分隔件强度和防止内部短路的观点出发,分隔件的孔隙率在分隔件的干燥状态下,优选为80%以下、更优选为70%以下。需要说明的是,分隔件的孔隙率P(%)可以基于分隔件的厚度、单位面积的质量以及构成成分的密度并使用下式求出各成分i的总和来计算:
P={1-(m/t)/(Σai·ρi)}×100
{式中,ai为以整体质量为1时的成分i的比率,ρi为成分i的密度(g/cm3),m为分隔件的每单位面积的质量(g/cm2),且t为分隔件的厚度(cm)。}
本实施方式中的分隔件的厚度在单层结构和多层结构中均优选为2μm以上且200μm以下、更优选为3μm以上且100μm以下、进一步优选为4μm以上且30μm以下。通过分隔件的厚度为2μm以上,存在分隔件的机械强度进一步提高的倾向。另外,通过分隔件的厚度为200μm以下,由于电池内分隔件的占用体积减小,因此存在非水电解质电池进一步高容量化、离子透过性进一步提高的倾向。
本实施方式中的分隔件的透气度优选为10秒/100cc以上且500秒/100cc以下、更优选为20秒/100cc以上且450秒/100cc以下、进一步优选为30秒/100cc以上且450秒/100cc以下。通过透气度为10秒/100cc以上,存在分隔件用于非水电解质电池时的自放电变得更少的倾向。另外,通过透气度为500秒/100cc以下,存在能够获得更加良好的充放电特性的倾向。
另外,在分隔件具有含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层以及作为基材的无纺布或微多孔膜时,含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层的厚度优选为1μm~10μm。
进一步地,在分隔件具有含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层以及作为基材的无纺布或微多孔膜时,或在这些层的基础上,具有别的层(包含其他无机颗粒或树脂微粒作为主体的多孔质层)时,作为基材的无纺布或多孔质膜的厚度优选为5μm~40μm。
另外,在分隔件具有别的层时,相应的多孔质层的厚度优选为1μm~10μm。
含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层可以通过下述工序形成,将非水电解质电池用无机颗粒、粘结剂等分散或溶解于水或有机溶剂中而制备组合物(例如糊剂、浆料等),将上述组合物涂布在该多孔质层的预定形成位置并干燥,或者在树脂薄膜等基材上涂布上述组合物并干燥后进行剥离从而形成独立膜。
另外,别的层也可以通过下述工序形成,将上述颗粒、粘结剂等分散或溶解于水或有机溶剂中而制备组合物(例如糊剂、浆料等),将上述组合物涂布在该多孔质层的预定形成位置并干燥,或者在树脂薄膜等基材上涂布上述组合物并干燥后进行剥离从而形成独立膜。
含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层中优选进一步包含水溶性聚合物。通过包含水溶性聚合物,HF扩散到该聚合物中,变得容易与该多孔质层中所含的非水电解质电池用无机颗粒接触,非水电解质电池用无机颗粒可以有效地去除HF。水溶性聚合物可以使用通常已知为水系分散剂、水系增粘剂的公知常规水系分散剂、水系增粘剂。
作为水系分散剂,例如可以举出:有机硅氧烷聚合物KP341(信越化学工业(株)制造)、甲基丙烯酸系或丙烯酸系(共)聚合物Polyflow No.75、No.90、No.95(均为共荣社化学(株)制造)、W001(裕商(株))等阳离子系表面活性剂;聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚乙二醇二月桂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、和脱水山梨糖醇脂肪酸酯等非离子系表面活性剂;W004、W005、和W017(均为裕商(株))等阴离子系表面活性剂;EFKA-46、EFKA-47、EFKA-47EA、EFKA聚合物100、EFKA聚合物400、EFKA聚合物401、EFKA聚合物450(均为Ciba Specialty Chemicals公司制造);Disperse Aid 6、Disperse Aid 8、Disperse Aid 15、Disperse Aid 9100、SNDispersant 5040、5033、5034、5468、5020(均为SAN NOPCO(株)制造)、和Solsperse 3000、5000、9000、12000、13240、13940、17000、24000、26000、28000、和41000等各种Solsperse 分散剂(均为Lubrizol公司制造)等高分子分散剂;Adeka Pluronic L31、F38、L42、L44、L61、L64、F68、L72、P95、F77、P84、F87、P94、L101、P103、F108、L121、和P-123(均为ADEKA(株)制造)、Ionet S-20(三洋化成工业(株)制造)、以及DISPERBYK 101、103、106、108、109、110、111、112、116、118、130、140、142、162、163、164、166、167、170、171、174、176、180、182、184、190、191、194N、2000、2001、2010、2015、2050、2055、2150、2152、2155、和2164(均为BYK-Chemie公司制造)等分散剂;Demol EP、Poiz 520、Poiz 521、Poiz 530、Poiz 535、和DemolP(均为花王公司制造)等分散剂;Aron T-50、-6012、A-6017、AT-40H、A-6001、A-30SL、A-6114、A-210、SD-10、A-6712、A-6330、CMA-101、和JURYMER(注册商标)AC-10NPD(均为东亚合成(株)制造)、以及Nuosperse FX-605、FX-609、FX-600、和FX-504(均为Elementis公司制造)等各种聚羧酸系分散剂。另外,作为分散剂,除上述以外还可以举出在丙烯酸系共聚物等分子末端或侧链具有极性基团的低聚物或聚合物。分散剂可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
作为水系增粘剂,例如可以举出:SEPIGEL 305、NS、EG、FL、SEPIPLUS 265、S、400、SEPINOV EMT10、P88、和SEPIMAX ZEN(均为成和化成公司制造);Aron A-10H、A-20P-X、A-20L、A-30、A-7075、A-7100、A-7185、A-7195、A-7255、B-300K、B-500K、JURYMER(注册商标)AC-10LHPK、AC-10SHP、RHEOGIC 260H、845H、和JUNRONPW-120(均为东亚合成公司制造);DISPERBYK 410、411、415、420、425、428、430、431、7410ET、7411ES、7420ES、和OPTIFLO-L1400(均为BYK-Chemie公司制造)、Kosukatto GA468(大阪有机化学工业公司制造)、纤维素衍生物系材料(羧甲基纤维素、甲基纤维素、和羟基纤维素等)、蛋白质系材料(酪蛋白、酪蛋白酸钠、和酪蛋白酸铵等)、海藻酸系材料(海藻酸钠等)、聚乙烯系材料(聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、和聚乙烯苄基醚共聚合物等)、聚丙烯酸系材料(聚丙烯酸钠、聚丙烯酸-聚甲基丙烯酸共聚合物等)、聚醚系材料(普朗尼克(Pluronic)聚醚、聚醚二烷基酯、聚醚二烷基醚、聚醚氨基甲酸酯改性物、和聚醚环氧改性物等)、以及马来酸酐共聚物系材料(乙烯醚-马来酸酐共聚物的偏酯、干性油脂肪酸烯丙醇酯-马来酸酐的半酯等)。作为增粘剂,除上述以外还可以举出:聚酰胺蜡盐、乙炔二醇、黄原胶(Xanthan gum)、在分子末端或侧链具有极性基团的低聚物或聚合物。
增粘剂可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
成膜的含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层的水溶性聚合物的含量相对于非水电解质电池用无机颗粒的总固体成分,优选为0.1质量%~100质量%的范围、更优选为0.2质量%~10质量%的范围。
具有本实施方式所述的碱性无机颗粒的分隔件如下文所述,优选具有含有如下无机颗粒的多孔质层:在以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液100质量份中,以上述碱性无机颗粒的量成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式,放入非水电解质电池用分隔件,在23℃下经过5分钟后的上述HF浓度成为相对于初始的上述HF浓度小于90%。HF浓度更优选为小于85%、进一步优选为小于80%。
作为一例,上述碱性无机颗粒优选为如下颗粒,即用蒸馏水稀释包含1mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液,在以HF浓度成为800ppm的方式制备的非水电解质溶液100质量份中,以上述碱性无机颗粒成为8质量份的方式添加含有碱性无机颗粒的分隔件,在23℃下经过5分钟后的上述HF浓度成为小于720ppm。HF浓度更优选为小于680ppm、进一步优选为小于640ppm。
[正极]
正极优选包含正极活性物质、导电材料、粘合材料和集电体。
作为可包含于正极中的正极活性物质,可以使用能够电化学地吸藏和释放锂离子的公知物质。其中,作为正极活性物质,优选为含锂的材料。作为正极活性物质,例如可以举出:
下述通式(1)所示的氧化物:
LixMn2-yMyOz (1)
{式中,M表示选自由过渡金属元素组成的组中的至少1种元素,0<x≤1.3、0.2<y<0.8、且3.5<z<4.5。};
下述通式(2)所示的层状氧化物:
LixMyOz (2)
{式中,M表示选自由过渡金属元素组成的组中的至少1种元素,0<x≤1.3、0.8<y<1.2、且1.8<z<2.2。};
下述通式(3)所示的尖晶石型氧化物:
LiMn2-xMaxO4 (3)
{式中,Ma表示选自由过渡金属元素组成的组中的至少1种元素,且0.2≤x≤0.7。};
下述通式(4)所示的氧化物:
Li2McO3 (4)
{式中,Mc表示选自由过渡金属元素组成的组中的至少1种元素。}与下述通式(5)所示的氧化物:
LiMdO2 (5)
{式中,Md表示选自由过渡金属元素组成的组中的至少1种元素。}的复合氧化物,所述复合氧化物为下述通式(6)所示的Li过量的层状氧化物正极活性物质:
zLi2McO3-(1-z)LiMdO2 (6)
{式中,Mc和Md分别与上述式(4)、(5)中的Mc和Md含义相同,且0.1≤z≤0.9。};
下述通式(7)所示的橄榄石型正极活性物质:
LiMb1-yFeyPO4 (7)
{式中,Mb表示选自由Mn和Co组成的组中的至少1种元素,且0≤y≤1.0。};以及
下述通式(8)所示的化合物:
Li2MePO4F (8)
{式中,Me表示选自由过渡金属元素组成的组中的至少1种元素。}。这些正极活性物质可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
上述说明的正极活性物质中,优选能在更高电势下工作从而提高电池的能量密度的物质。进一步地,由于能够有效地吸附从正极活性物质溶出并在负极上析出而导致电池特性降低或引起短路的根本原因的HF,由此可以抑制电池性能降低,本实施方式所述的非水电解质电池优选使用选自由上述通式(3)所示的尖晶石型锂锰复合氧化物和上述通式(2)所示的层状化合物组成的组中的至少1种。
需要说明的是,为了形成本实施方式中所使用的正极,可以使用本技术领域已知的导电材料、粘合材料和集电体。
作为在正极中含有非水电解质电池用无机颗粒的方法,没有特别限定,例如可以举出:在由正极活性物质和粘合材料构成的正极合剂层中含有非水电解质电池用无机颗粒的方法,或者在正极的表面(正极合剂层中或正极合剂层的表面)上形成含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层的方法等。前者的方法的情况下,可以是与正极活性物质混合的状态,也可以以被涂布在正极活性物质表面的方式含有。后者的方法的情况下,含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层可以通过与对上述多层结构分隔件进行说明时的含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层相同的方法来形成,其结构也可以设定为与该多孔质层相同。
在正极具有非水电解质电池用无机颗粒的情况下,正极中的非水电解质电池用无机颗粒的含量从良好地确保其使用效果的观点出发,例如,在除集电体以外的正极的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中,优选为0.5体积%以上、更优选为1体积%以上。另一方面,若正极中的非水电解质电池用无机颗粒的含量过多,则容易成为导致电池能量密度降低或内部电阻升高的原因。因此,正极中的非水电解质电池用无机颗粒的含量例如在除集电体以外的正极的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中,优选为10体积%以下、更优选为6体积%以下。
另外,在正极所述的正极合剂层中,正极合剂层不含有非水电解质电池用无机颗粒的情况下,优选正极活性物质的含量调整为87质量%~99质量%、导电助剂的含量调整为0.5质量%~10质量%、且/或粘结剂的含量调整为0.5质量%~10质量%。
另一方面,在正极合剂层含有非水电解质电池用无机颗粒的情况下,将正极合剂层中的除非水电解质电池用无机颗粒以外的成分的合计量设为100质量%时,优选正极活性物质的含量调整为87质量%~99质量%、导电助剂的含量调整为0.5质量%~10质量%、且/或粘结剂的含量调整为0.5质量%~10质量%。
[负极]
用于本实施方式的负极优选包含负极活性物质、粘合材料和集电体。
作为可包含于负极中的负极活性物质,可以使用能够电化学地吸藏和释放锂离子的公知物质。作为这种负极活性物质,没有特别限定,例如优选为石墨粉末、中间相碳纤维和中间相小球体等碳材料;以及金属、合金、氧化物和氮化物。其可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
作为可包含于负极中的粘合材料,可以使用能够粘结负极活性物质、可包含于负极中的导电材料、以及可包含于负极中的集电体中的至少两者的公知物质。作为这样的粘合材料,没有特别限定,例如优选为,羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯的交联橡胶乳液、丙烯酸系乳液和聚偏二氟乙烯。其可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
作为可包含于负极中的集电体,没有特别限定,例如可以举出:铜、镍和不锈钢等金属箔;金属板网;冲孔金属;发泡金属;碳布;以及碳纸。其可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
在负极中含有非水电解质电池用无机颗粒时,没有特别限定,例如可以举出:在由负极活性物质和粘合材料构成的负极合剂层中含有非水电解质电池用无机颗粒的方法,或者在负极的表面(负极合剂层或负极合剂层的表面)形成含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层的方法。前者的方法的情况下,可以是与负极活性物质混合的状态,也可以以被涂布在负极活性物质表面的方式含有。后者的方法的情况下,含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层可以通过与对上述多层结构分隔件进行说明时的含有非水电解质电池用无机颗粒的多孔质层相同的方法来形成,其结构也可以设定为与该多孔质层相同。
在负极具有非水电解质电池用无机颗粒的情况下,负极中非水电解质电池用无机颗粒的含量从良好地确保其使用效果的观点出发,例如,在除集电体以外的负极的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中,优选为1.5体积%以上、更优选为2体积%以上。然而,若负极中的非水电解质电池用无机颗粒的量过多,则容易成为导致电池能量密度降低或内部电阻升高的原因。因此,负极中的非水电解质电池用无机颗粒的含量在除集电体以外的负极的构成成分的总体积(除去孔隙部分的总体积)中,优选为25体积%以下、更优选为15体积%以下。
另外,在负极所述的负极合剂层中,负极合剂层不含有非水电解质电池用无机颗粒的情况下,优选负极活性物质的含量调整为88质量%~99质量%、且/或粘结剂的含量调整为0.5质量%~12质量%,在使用导电助剂的情况下,优选导电助剂的含量调整为0.5质量%~12质量%。
另一方面,在负极合剂层含有非水电解质电池用无机颗粒的情况下,将负极合剂层中的除非水电解质电池用无机颗粒以外的成分的合计量设为100质量%时,优选负极活性物质的含量调整为68质量%~99质量%、且/或粘结剂的含量调整为0.5质量%~12质量%,在使用导电助剂的情况下,优选导电助剂的含量调整为0.5质量%~12质量%。
[非水电解质]
作为本实施方式使用的非水电解质,例如可使用有机溶剂中溶解有锂盐的溶液(非水电解液)。作为锂盐没有特别限定,可以使用以往公知的物质。作为这种锂盐,没有特别限定,例如可以举出:LiPF6(六氟磷酸锂)、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2CkF2k+1〔式中,k为1~8的整数〕、LiN(SO2CkF2k+1)2〔式中,k为1~8的整数〕、LiPFn(CkF2k+1)6-n〔式中,n为1~5的整数,且k为1~8的整数〕、LiPF4(C2O4)、和LiPF2(C2O4)2。其中,优选为LiPF6。通过使用LiPF6,即使在高温时也存在电池特性和安全性更加优异的倾向。这些锂盐可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
作为用于本实施方式中的非水电解质的非水溶剂,对其没有特别限定,可以使用以往公知的物质。作为这样的非水溶剂,没有特别限定,例如优选为非质子性极性溶剂。
作为非质子性极性溶剂,没有特别限定,例如可以举出:碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、1,2-碳酸亚丁酯、2,3-碳酸亚丁酯、1,2-碳酸亚戊酯、2,3-碳酸亚戊酯、三氟甲基碳酸亚乙酯、氟代碳酸亚乙酯和4,5-二氟碳酸亚乙酯等环状碳酸酯;γ-丁内酯和γ-戊内酯等内酯;环丁砜等环状砜;四氢呋喃和二噁烷等环状醚;碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、甲基异丙基碳酸酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、碳酸乙丙酯和甲基三氟乙基碳酸酯等链状碳酸酯;乙腈等腈;二甲醚等链状醚;丙酸甲酯等链状羧酸酯;以及二甲氧基乙烷等链状醚碳酸酯化合物。这些可以单独使用1种,也可以同时使用2种以上。
非水电解质根据需要,可以含有其他添加剂。作为这样的添加剂,没有特别限定,例如可以举出:除上述列举的以外的锂盐、含有不饱和键的碳酸酯、含卤素原子的碳酸酯、羧酸酐、含硫原子的化合物(例如,硫化物、二硫化物、磺酸酯、亚硫酸盐、硫酸盐、磺酸酐等)、含腈基化合物等。
其他添加剂的具体例如下:
锂盐:例如,单氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双(草酸根)硼酸锂、二氟(草酸根)硼酸锂、四氟(草酸根)磷酸锂、二氟双(草酸根)磷酸锂等;
含有不饱和键的碳酸酯:例如,碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯等;
含卤素原子的碳酸酯:例如,氟代碳酸亚乙酯、三氟甲基碳酸亚乙酯等;
羧酸酐:例如,乙酸酐、苯甲酸酐、琥珀酸酐、马来酸酐等;
含硫原子的化合物:例如,硫化乙烯、1,3-丙烷磺内酯、1,3-丙烯磺内酯、1,4-丁烷磺内酯、硫酸乙烯酯、硫酸亚乙烯酯等;
含腈基化合物:例如,丁二腈等。
通过非水电解质包含这样的其他添加剂,存在电池的循环特性进一步提高的倾向。
其中,从进一步提高电池的循环特性的观点出发,优选为选自由二氟磷酸锂和单氟磷酸锂组成的组中的至少1种。选自由二氟磷酸锂和单氟磷酸锂组成的组中的至少1种的添加剂的含量相对于非水电解质100质量%,优选为0.001质量%以上、更优选为0.005质量%以上、进一步优选为0.02质量%以上。若该含量为0.001质量%以上,则存在锂离子二次电池的循环寿命进一步提高的倾向。另外,该含量优选为3质量%以下、更优选为2质量%以下、进一步优选为1质量%以下。若该含量为3质量%以下,则存在锂离子二次电池的离子传导性进一步提高的倾向。
非水电解质中的其他添加剂的含量例如可以通过31P-NMR、19F-NMR等NMR测定进行确认。
非水电解质中的锂盐的浓度优选为0.5mol/L~6.0mol/L。在3.0~6.0mol/l的高浓度电解盐的非水电解质的情况下,通过锂盐的浓度为上述范围内,可以有效地防止金属离子的溶出,因而更优选。从非水电解液的低粘度化的观点出发,非水电解质中的锂盐的浓度更优选为0.9mol/L~1.25mol/L。锂盐的非水电解质中的浓度可以根据目的进行选择。
需要说明的是,在本实施方式中,非水电解质可以是液体电解质,也可以是固体电解质。
在非水电解质中含有非水电解质电池用无机颗粒时,非水电解质中的非水电解质电池用无机颗粒的含量从良好地确保其使用效果的观点出发,在每1mL非水电解质中优选为5mg以上、更优选为10mg以上。
[非水电解质电池用涂料和树脂固体物质]
用于非水电解质电池且含有上述说明的碱性无机颗粒和其他无机颗粒和/或树脂微粒的涂料或树脂固体物质也是本发明的一种形态。
在本实施方式中,涂料可以是在包含影响电池的寿命特性和/或安全性的物质即HF吸附无机材料的基础上,还包含树脂、分散剂、水、有机溶剂等附加成分的液体涂料,或者是在HF吸附无机材料的基础上还包含树脂等成膜成分的粉末涂料。作为涂料所含的树脂,可以使用上述说明的用于形成非水电解质电池的构成要素的各种树脂涂料可以通过例如混合、搅拌、分散等已知方法形成。
在本实施方式中,树脂固体物质在包含影响电池的寿命特性或安全性的物质的HF吸附无机材料的基础上还包含至少1种树脂。作为树脂固体物质所含的树脂,可以使用上述说明的用于形成非水电解质电池的构成要素的各种树脂。树脂固体物质可以通过例如混炼、混合、挤出、成型等已知方法形成。
[非水电解质电池的构成、形态和用途]
在本实施方式所述的非水电解质电池中,可以以正极和负极隔着分隔件层叠而成的层叠体的形式、或者以进一步卷绕层叠体而成的卷绕电极体的形式使用。
作为本实施方式所述的非水电解质电池的形态,可以举出将钢罐、铝罐等作为外装罐使用的筒形(例如,方筒形、圆筒形等)等。另外,也可以使用沉积有金属的层压薄膜作为外壳体,并形成本实施方式所述的非水电解质电池。
在本实施方式所述的非水电解质电池为锂离子二次电池的情况下,锂离子二次电池优选含有层叠体或其卷绕体、以及非水电解质,该层叠体依次层叠有正极、上述说明的至少含有非水电解质电池用无机颗粒的层、分隔件、以及负极。通过以这种顺序排列锂离子二次电池的多个构成要素,能够确保电池内的锂离子的移动,且显著吸附影响电池的寿命特性或安全性的物质。含有无机颗粒的层可以使用上述说明的非水电解质电池用涂料和树脂固体物质形成,或者作为上述说明的多层结构的分隔件的一部分形成。
[测定和评价方法]
<碱性>
无机颗粒的碱性的测定方法如下。在离子交换水中添加后述的实施例和比较例中使用的无机颗粒10质量%,用脱泡混炼机(日本精机制作所制造,NBK-1)以转数1500rpm搅拌5分钟。接着,在80ml氧化锆容器中加入无机颗粒水分散液40g和φ3mm的球100g,置于行星式球磨机(FRISCH制造,P-5)中,以转数100rpm破碎30分钟。使用粒度分布计(HORIBA制造,LA-920)进行测定,通过粒度分布得到一次粒径的峰,确认分散的状态。制备后在25℃的恒温槽内调整为25℃的恒温。
首先,使用Merck pH测试棒pH0~14确认pH。然后,在pH计(HORIBA制造,pH/离子计D-51)上连接pH测定用复合电极(GRT复合电极),通电。作为pH电极内部液,使用饱和氯化钾水溶液(3.33mol/L)。接着,将pH4.01标准液(邻苯二甲酸盐标准液)、pH6.86标准液(中性磷酸盐标准液)、pH9.18标准液(硼酸盐标准液)分别填充至100ml烧杯中,在25℃的恒温槽中浸渍30分钟。将pH测定用电极在调整为恒温的标准液中浸渍3分钟,按照pH6.86、pH9.18、pH4.01的顺序进行校正操作。
进行校正操作之后,将pH测定用电极在上述制备为恒温的无机颗粒水分散液中浸渍3分钟,测定pH。
将通过上述测定方法得到的pH为7.5以上的颗粒视为碱性无机颗粒,此外的颗粒视为非碱性。
<X射线衍射测定>
无机颗粒的X射线衍射测定方法如下:使用X射线衍射装置(Bruker Co.制造D2PHASER),利用Cu-Kα射线,在加速电压30kV、管电流10mA、发散狭缝1mm、索勒狭缝4°、空气散射屏1mm、Kβ滤光器0.5mm、计数时间0.15秒、0.02°步进以及测定范围5°~40°的条件下进行粉末X射线衍射测定。需要说明的是,X射线衍射装置的校正使用标准硅粉。
<水蒸气吸附BET比表面积测定>
无机颗粒的水蒸气吸附BET比表面积测定使用如下装置,利用定容法对水蒸气的吸附等温线进行测定。在吸附温度下,在放入有经过预处理的无机颗粒的玻璃管中,一边升高水蒸气的相对压力一边供给水蒸气直至水蒸气的相对压力成为约0.3。一边供给水蒸气,一边测定无机颗粒上的水蒸气的吸附量,得到吸附等温线。接着,一边降低玻璃管内的水蒸气的相对压力,一边测定无机颗粒上的水蒸气的吸附量,直至水蒸气的相对压力变为约0.1。接着,对该无机颗粒在测定装置内在吸附温度下进行脱气2小时。
根据得到的吸附等温线,通过BET法(多点法、相对压力约0.1~0.3范围的7点)算出无机颗粒的比表面积(BET1)。
(装置)
测定装置:BELSORP-aquaIII(NIPPON BEL(株)制造)
预处理装置:BELPREP-vacII(NIPPON BEL(株)制造)
<预处理方法>
对置于玻璃管中的无机颗粒,在200℃下进行真空脱气8小时。
<测定条件>
吸附温度:298.15K
饱和蒸气压:3.169kPa
吸附质截面积:0.125nm2
吸附质:纯水
水的分子量:18.020
平衡等待时间:500秒※
※距达到吸附平衡状态(吸附脱附时的压力变化成为规定的值以下的状态)的等待时间
<氮气吸附BET比表面积测定>
无机颗粒的氮气吸附BET比表面积测定利用定容法对氮气的吸附等温线进行测定。在吸附温度下,在放入有经过预处理的无机颗粒的玻璃管中,一边升高氮气的相对压力,一边供给氮气,直至氮气的相对压力成为约0.5。一边供给氮气,一边测定无机颗粒上的氮气的吸附量。根据在升高氮气的相对压力的工序中测得的无机颗粒上的氮气的吸附量、以及氮气的相对压力,得到吸附等温线。
根据得到的吸附等温线,通过BET法(多点法、相对压力约0.1~0.2范围的5点)算出无机颗粒的比表面积(BET2)。
<装置>
测定装置:BELSORP-mini(NIPPON BEL(株)制造)
预处理装置:BELPREP-vacII(NIPPON BEL(株)制造)
<预处理方法>
对置于玻璃管中的无机颗粒,在200℃下进行真空脱气8小时。
<测定条件>
吸附温度:77K
吸附质:氮气
饱和蒸气压:实测
吸附质截面积:0.162nm2
平衡等待时间:500秒※
※距达到吸附平衡状态(吸附脱附时的压力变化成为规定的值以下的状态)的等待时间
<HF吸附能力的评价>
本实施方式所述的非水电解质电池用无机颗粒的HF吸附能力的评价方法例如可以通过包括以下工序的非水电解质电池用无机颗粒的检查方法进行评价:
在包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液中添加蒸馏水,从而制备HF浓度为10~10000ppm的非水电解液的工序;
在露点-40℃以下,制备相对于该非水电解液100质量份添加有碱性无机颗粒0.1~100质量份的非水电解质混合液的工序;
将该非水电解质混合液在15~45℃下搅拌10秒~96小时的工序;
将搅拌后的该非水电解质混合液用孔径0.1~1.0μm的过滤器过滤的工序;以及
对滤液中的氟化物离子浓度进行定量的工序。
另外,本实施方式所述的分隔件的HF吸附能力的评价方法例如可以通过包括以下工序的分隔件的检查方法进行评价:
在包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯混合液中添加蒸馏水,从而制备HF浓度为10~10000ppm的非水电解液的工序;
在露点-40℃以下,以分隔件所含的碱性无机颗粒的量相对于该非水电解液100质量份成为0.1~100质量份的方式,将该分隔件浸渍在100质量份的该非水电解液中的工序;
将该分隔件在0~45℃下该溶液中搅拌10秒~96小时的工序;以及
对搅拌后的该非水电解液中的氟化物离子浓度进行定量的工序。
进一步地,本实施方式所述的分隔件的HF吸附能力的评价方法例如可以通过包括以下工序的分隔件的检查方法进行评价:
通过在包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯混合液中添加蒸馏水,从而制备HF浓度成为10~10000ppm的非水电解液的工序;
在露点-40℃以下,以分隔件所含的碱性无机颗粒的量相对于该非水电解液100质量份成为0.1~100质量份的方式,以100ml/h/m2以上且10000000ml/h/m2以下的速度使10μl~1l的该非水电解液通过分隔件的工序;以及
对通过的该非水电解液中的氟化物离子浓度用离子色谱分析进行定量的工序。
需要说明的是,作为向分隔件添加碱性无机颗粒的具体方法,分隔件为单层结构时,如上所述可以在微多孔膜或无纺布中添加该碱性无机颗粒,另外分隔件为多层结构时,使用微多孔膜或无纺布作为基材,可以向配置在其单面或双面的多孔质层中添加碱性无机颗粒。
评价分隔件时,无机颗粒的量只要在上述范围内即可。分隔件可以是一片,也可以进行分割。
由于LiPF6若暴露于H2O则会分解,产生HF,因此为了对HF吸附能力进行定量,优选在去除水分的气氛下进行评价。作为露点,优选为-40℃以下、更优选为-45℃以下、进一步优选为-50℃以下。对气体成分没有特别限定,尤其是更优选在惰性气体气氛下评价HF吸附能力,进一步优选在氮气、氩气中进行评价,最优选在氩气气氛下进行评价。
LiPF6与环状和/或链状碳酸酯的混合液的组成只要是上述电解液所示的组成,就没有特别限定。
在包含LiPF6的环状和/或链状碳酸酯混合液中添加H2O,使HF产生。H2O的添加中,只要是杂质较少的H2O,就可以任意使用,没有特别限定。例如,可以使用蒸馏水、离子交换水等。该H2O的添加可以预先在大气中添加。
只要H2O与LiPF6的反应进行,就对其保持时间没有特别限定。然而,为了可靠地进行反应,优选添加H2O之后马上静置,优选为放置1天、更优选为放置7天、进一步优选为放置2周。
从定量的精度的观点出发,上述非水电解液中的HF的浓度优选为比固定浓度更浓,优选为10ppm以上、更优选为50ppm以上、进一步优选为100ppm以上。另外对于其上限,为了再现实际电池内的状态,优选为10000ppm以下、优选为5000ppm以下、进一步优选为1000ppm以下。
用于反应的容器只要具有耐化学性,尤其是耐酸性,就没有特别限定。
从定量精度的观点出发,碱性无机颗粒的量优选为比固定浓度更浓,相对于该非水电解液100质量份,优选大于0.1质量份、优选大于1质量份。另外,对于其上限,从不损害该非水电解质液的流动性的观点出发,优选为100质量份以下、更优选为50质量份以下、进一步优选为30质量份以下。
反应的温度从流动性的观点出发,优选为0℃以上、更优选为20℃以上,另外对于上限,优选为该非水电解液不易蒸发的温度,优选为45℃以下、更优选为35℃以下、进一步优选为30℃以下。
优选为螺旋搅拌、振动搅拌、混合转子、涡旋、超声波等经常搅拌以使该非水电解液中不会产生HF的浓度梯度,但对其搅拌方法没有特别限定。分散充分的情况下,不需要搅拌。搅拌时间从充分吸附的观点出发,优选为10秒以上、更优选为30秒以上、进一步优选为1分钟以上。另外对于其上限,从评价的总量的观点出发,优选为96小时以下、更优选为48小时以下、进一步优选为24小时以下。
该非水电解液中残留粉体时,优选通过过滤器过滤。例如,可以使用膜过滤器。孔径从过滤的观点出发,优选为0.1~1.0μm。为了可靠地过滤颗粒,过滤器直径更优选为0.5μm以下、进一步优选为0.2μm以下。另外对于其下限,从评价的总量的观点出发,优选为0.1μm以上。可以使用的过滤器的种类只要是能够实现上述粉体过滤,就没有特别限定。例如,可以使用PP、PTFE制膜过滤器等。
滤液中的氟化物离子浓度的测定只要氟化物离子能够定量,就没有特别限定。例如,可以使用中和滴定、离子色谱分析等。从微小量的定量性的观点出发,优选为离子色谱分析。
如果粉末不会从分隔件上掉落,则过滤工序不是必需的。另一方面,如果担心粉末掉落,则优选包括过滤工序。
评价分隔件的HF吸附能力时,可以将分隔件作为隔膜,使电解液通过,测定电解液中的HF浓度。例如,可以通过将分隔件载置于Swinnex保持器,用注射器压送电解液,测定通过分隔件的电解液的HF浓度,评价如上所述的无机颗粒的HF吸附能力。
电解液每单位时间通过每单位面积的分隔件的量从总量的观点出发,优选为100ml/h/m2以上、优选为500ml/h/m2以上、更优选为1000ml/h/m2以上。其上限从使分隔件吸附HF的观点出发,优选为10000000ml/h/m2以下、更优选为5000000ml/h/m2以下、更优选为1000000ml/h/m2以下。
通过的电解液从定量性的观点出发,优选为测定10μl以上的量的平均值、更优选为100μl以上、进一步优选为500μl以上。另外从总量和碱性无机颗粒的HF的中和量的观点出发,其上限优选为1l以下、更优选为500ml以下、进一步优选为250ml以下。
使用上述方法评价分隔件时,优选为如下非水电解质电池用分隔件:将以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液作为非水电解液,以上述分隔件所含的碱性无机颗粒的量相对于上述非水电解液100质量份成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式,以250000ml/h/m2的速度使10ml的该非水电解液通过分隔件时,该HF浓度成为相对于初始的该HF浓度小于90%。HF浓度更优选为小于85%、进一步优选为小于80%。
<HF吸附能力的测定>
在本实施方式中,通过以下顺序对HF吸附能力进行评价。在氩气气氛下,在上述非水电解质电池使用的非水电解质(液)中添加蒸馏水后,在23℃下保存2周,从而制备包含800ppm的HF的非水电解质。将该非水电解质100质量份以及实施例和比较例所使用的无机颗粒8质量份投入聚丙烯制密闭容器中,在23℃下振动搅拌5分钟。之后,用孔径0.2μm的PTFE制膜过滤器进行过滤。通过离子色谱分析对该滤液中的氟化物离子浓度进行定量,并计算HF浓度,HF浓度低于720ppm的记为HF吸附能力:“有”,720ppm以上的记为HF吸附能力:“无”。
<非水电解质二次电池的寿命特性的评价>
(初始充放电)
将所得非水电解质二次电池(以下,简称为“电池”)收纳在设定为25℃的恒温槽(二叶科学公司制造,恒温槽PLM-73S)中,并与充放电装置(Asuka电子(株)制造,充放电装置ACD-01)连接。然后,以0.05C的恒定电流对这一电池进行充电,达到4.35V之后以4.35V的恒定电压充电2小时,以0.2C的恒定电流放电至3.0V。需要说明的是,1C指的是电池放电1小时的电流值。
(循环试验)
将上述初始充放电后的电池收纳在设定为50℃的恒温槽(二叶科学公司制造,恒温槽PLM-73S)中,并与充放电装置(Asuka电子(株)制造,充放电装置ACD-01)连接。然后,以1C的恒定电流将这一电池充电至4.35V,达到4.35V之后以4.35V的恒定电压充电1小时,以1C的恒定电流放电至3.0V。将这一系列的充放电设为1次循环,并进一步进行99次循环充放电。此时,对于放电容量维持率以及有无微短路进行评价。
需要说明的是,放电容量维持率(单位:%)是基于第1次循环的放电容量和第40次循环的放电容量并通过下式计算的。
放电容量维持率=(第40次循环的放电容量/第1次循环的放电容量)×100
另外,对于有无微短路,在从第1次循环到第100次循环为止的期间,将充电容量为额定容量的2倍以上的情况评价为微短路的有无:“有”、“×”。另外,低于2倍的情况评价为微短路的有无:“无”、“○”。进一步将即使超过125次循环也低于2倍的情况评价为微短路的有无:“无”、“◎”。
<电池膨胀的评价>
另外,对于电池的膨胀,在循环试验后的电池的体积相对于初始充放电前的体积增加10%以上的情况评价为电池的膨胀:“有”、低于10%的情况评价为电池的膨胀:“无”。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更详细的说明,本发明不限于这些实施例。另外,如无特殊说明,各种测定和评价在室温23℃、1气压以及相对湿度50%的条件下进行。
[实施例1]
<硅酸钙的制作>
将二氧化硅、氧化钙熔融并冷却。此处,C/S(CaO/SiO2摩尔比)比为1.0。利用球磨机将试样粉碎并干燥,从而得到硅酸钙A。
对得到的硅酸钙A进行X射线衍射测定,从所得的衍射图案在23.2°(2θ)附近、26.9°(2θ)附近、28.9°(2θ)附近看到衍射峰,确认为硅灰石的结构。图1(A)中示出所得的衍射图案。
将硅酸钙A以规定的浓度,经过脱泡混炼、球磨制备浆料。使用粒度分布计(HORIBA;LA-920)进行测定,通过粒度分布得到一次粒径的峰,确认分散的状态。制备后在25℃的恒温槽内调整为25℃的恒温。首先,使用Merck pH测试棒pH0~14确认pH为10。然后,用pH计测定pH时,结果测量为10.48,确认为碱性颗粒。
根据硅酸钙A的吸附等温线通过BET法(多点法、相对压力约0.1~0.3范围的7点)算出无机颗粒的比表面积(BET1)。计算出BET1为1.75m2/g。
另外,根据氮气的吸附等温线通过BET法(多点法、相对压力约0.1~0.2范围的5点)算出无机颗粒的比表面积(BET2)。计算出BET2为1.21m2/g。因此,计算出BET1/BET2的值为1.45。
上述记载的HF吸附能力的评价结果,HF吸附能力为80ppm以上,判定为HF吸附能力“有”。
为了对以摩尔比计0.01%以上的比例含有的碱金属或Mg、Be、碱土金属以外的金属种类进行鉴别和定量,使用ICP发射分析法。硅灰石A分别包含0.05%、0.03%的Fe和Al。
<分隔件的制作>
使用转鼓式混合机将Mv(粘均分子量)700000的聚乙烯均聚物47.5质量份、Mv250000的聚乙烯均聚物47.5质量份、以及Mv400000的聚丙烯均聚物5质量份干混,得到聚烯烃树脂混合物。相对于所得聚烯烃树脂混合物99质量%,添加1质量%的四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基)]苯丙酸季戊四醇酯作为抗氧化剂,并再次使用转鼓式混合机进行干混,从而得到聚烯烃树脂组合物。
用氮气对所得聚烯烃树脂组合物进行置换后,在氮气气氛下通过给料机供给至双螺杆挤出机中。另外利用柱塞泵将液体石蜡(37.78℃下的动粘度:7.59×10-5m2/s)注入挤出机机筒中。在双螺杆挤出机中熔融混炼,以挤出的全部混合物中液体石蜡所占量比为66质量%(树脂组合物浓度为34%)的方式调整给料机和泵。熔融混炼条件为:设定温度200℃、螺杆转速100rpm、以及吐出量12kg/h。
接下来,经由T型模具将熔融混炼物挤出到表面温度控制为25℃的冷却辊上并进行铸造,从而得到厚度1600μm的凝胶片。然后,将所得凝胶片导入同时双轴拉幅机中,并进行双轴拉伸。设定拉伸条件为:MD倍率7.0倍、TD倍率6.1倍、以及设定温度123℃。然后,将双轴拉伸后的凝胶片导入甲乙酮槽中,在甲乙酮中充分浸渍并萃取除去液体石蜡,之后干燥除去甲乙酮。最后,将干燥后的凝胶片导入TD拉幅机并进行拉伸和热松弛,从而得到聚烯烃微多孔膜。拉伸温度为125℃,热松弛温度为133℃,TD最大倍率为1.65倍,且松弛率为0.9。所得聚烯烃微多孔膜的厚度为12μm,且孔隙率为40%。
另外,在离子交换水100质量份中混合硅酸钙A 29质量份和聚羧酸铵水溶液(圣诺普科公司制造SN Dispersant 5468)0.29质量份。将平均粒径(D50)调整为1.5μm,从而得到分散液。进而,相对于所得分散液100质量份,混合2.2质量份的丙烯酸系乳浊液(固体成分浓度40%、平均粒径150nm)作为粘结剂,制备均匀的多孔质层形成用组合物。需要说明的是,上述分散液中的层状的硅酸钙A的平均粒径使用激光式粒度分布测定装置(日机装(株)制造microtrac MT3300EX)来测定粒度分布,将体积累积频度成为50%的粒径设为平均粒径(μm)。另外,树脂制乳液粘结剂的平均粒径是使用利用光散射法的粒径测定装置(LEED&NORTHRUP公司制造MICROTRACTMUPA150)测定体积平均粒径(nm)而作为平均粒径求出。
然后,使用微凹版印刷涂布机在上述聚烯烃微多孔膜的表面涂布上述多孔质层形成用组合物,在60℃下干燥并除去离子交换水,在聚烯烃微多孔膜上配置厚度3μm的包含硅酸钙A的多孔质层,得到具有包含硅酸钙A的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙A的多孔质层中的硅酸钙A的体积比例为97体积%。
<正极的制作>
将作为正极活性物质的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、作为导电助剂的乙炔黑粉末、作为粘结剂的聚偏二氟乙烯溶液以固体成分比计为93.9:3.3:2.8的质量比混合。将分散溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮以固体成分为35质量%的方式投入所得混合物中并进一步混合,从而制备浆料状的溶液。在厚度10μm的铝箔两面涂布该浆料状溶液。此时,使铝箔的一部分露出。然后,干燥除去溶剂,利用辊压进行压延。裁剪压延后的试样,使涂布部分的尺寸为30mm×50mm且包括铝箔的露出部分,并且,将用于导出电流的铝制引线片焊接于铝箔的露出部分而得到正极。
<负极的制作>
将作为负极活性物质的石墨粉末、作为粘结剂的丁苯橡胶以及羧甲基纤维素水溶液以97.5:1.5:1.0的固体成分质量比混合。将所得混合物以固体成分浓度为45质量%的方式添加到作为分散溶剂的水中,从而制备浆料状的溶液。在厚度10μm的铜箔的单面和双面涂布该浆料状的溶液。此时,使铜箔的一部分露出。然后,干燥除去溶剂,利用辊压进行压延。裁剪压延后的试样,使涂布部分的尺寸为32mm×52mm且包括铜箔的露出部分,进而,将用于导出电流的镍制引线片焊接于铜箔的露出部分而得到负极。
<非水电解质的制作>
在氩气气氛下,将LiPF6以成为1mol/L的方式溶解在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)以1:2的体积比混合得到的混合溶剂中,从而得到非水电解质(非水电解液)。
<非水电解质电池的制作>
将上述正极和上述负极隔着上述分隔件层叠而制成层叠电极体。需要说明的是,分隔件以使包含包含硅酸钙A的多孔质层与正极相对的方式配置。将该层叠电极体插入80×60mm的铝层压外壳体内。接下来,将上述非水电解质(非水电解液)注入外壳体内,之后密封外壳体的开口部,从而制作内部具有层叠电极体的非水电解质电池(锂离子二次电池)(以下,简称为“电池”)。得到的非水电解质电池的额定容量为90mAh。上述记载的寿命特性的评价的结果为,利用电池的循环试验的放电容量维持率为94%、微短路为“◎”。另外,电池的膨胀为“无”。
[实施例2]
将二氧化硅、氧化钙分散在水中形成浆料后,使用高压釜,在220℃的饱和水蒸气下熟化40小时,然后,在900℃下煅烧。此处,C/S比为0.98。利用球磨机将试样粉碎并干燥,从而得到硅酸钙B。得到的硅酸钙B的BET1为19.3m2/g、BET2为29.9m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为0.57。另外,以与实施例1相同的方法进行X射线衍射测定,从所得的衍射图案在23.2°(2θ)附近、26.9°(2θ)附近、28.9°(2θ)附近看到衍射峰,确认为硅灰石的结构。图1(B)中示出所得的衍射图案。
使用硅酸钙B以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙B的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙B的多孔质层中的硅酸钙B的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例3]
将二氧化硅、氧化钙分散在水中形成浆料后,使用高压釜,在180℃的饱和水蒸气下熟化40小时,然后,在900℃下煅烧。此处,C/S比为0.83。利用球磨机将试样粉碎并干燥,从而得到硅酸钙C。得到的硅酸钙C的BET1为23.3m2/g、BET2为22.8m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.02。从所得的衍射图案在11.5°(2θ)付近和30.1°(2θ)附近看到衍射峰,确认为硅灰石的结构。图1(C)中示出所得的衍射图案。
使用硅酸钙C以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙C的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙C的多孔质层中的硅酸钙C的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例4]
将硅灰石(Kansai matec制造,KAP-150)利用球磨机进行粉碎并干燥,得到硅酸钙D。得到的硅酸钙D的BET1为1.9m2/g、BET2为1.1m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.70。
使用硅酸钙D以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙D的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙D的多孔质层中的硅酸钙D的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例5]
除了将硅酸钙A与作为其他无机颗粒的勃姆石以前者和后者的质量比为1:9的方式进行混合以外,以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙A和勃姆石的多孔质层的多层结构的分隔件。对勃姆石,利用上述方法进行碱性的测定,确认为非碱性。需要说明的是,该分隔件的、含无机颗粒层中的无机颗粒的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。水蒸气吸附BET比表面积、氮气吸附BET比表面积、HF吸附能力评价和含有金属种类的鉴别和定量是对硅酸钙A和勃姆石的混合粉末进行测定。水蒸气吸附BET比表面积、氮气吸附BET比表面积、HF吸附能力评价是以与实施例1相同的方法,在混合颗粒的状态下进行评价的。碱性无机颗粒中的含有金属种类的鉴别和定量使用SEM/EDX进行评价。
[实施例6]
使用以5:5(质量比)混合硅酸钙A与作为其他无机颗粒的氧化铝的混合物,以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙A和氧化铝的多孔质层的多层结构的分隔件和电池。对氧化铝,利用上述方法进行碱性的测定,确认为非碱性。需要说明的是,该分隔件的、含无机颗粒层中的无机颗粒的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。水蒸气吸附BET比表面积和氮气吸附BET比表面积是对硅酸钙A和氧化铝的混合粉末进行测定的。水蒸气吸附BET比表面积、氮气吸附BET比表面积、HF吸附能力评价是以与实施例1相同的方法,在混合颗粒的状态下进行评价的。碱性无机颗粒中的含有金属种类的鉴别和定量使用SEM/EDX进行评价。
[实施例7]
将二氧化硅、氧化钙分散在水中形成浆料后,使用高压釜,在180℃的饱和水蒸气下熟化40小时,然后,在700℃下煅烧。此处,C/S比为0.83。利用球磨机将试样粉碎并干燥,从而得到硬硅钙石(硅酸钙E)。得到的硅酸钙E的BET1为75.2m2/g、BET2为40.1m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.87。
使用硅酸钙E以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙E的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙E的多孔质层中的硅酸钙E的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例8]
将二氧化硅、氧化钙分散在水中形成浆料后,使用高压釜,在180℃的饱和水蒸气下熟化40小时,然后,在850℃下煅烧。此处,C/S比为0.95。利用球磨机将试样粉碎并干燥,从而得到硅灰石(硅酸钙F)。得到的硅酸钙F的BET1为15.2m2/g、BET2为19.0m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为0.80。
使用硅酸钙F以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙F的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙F的多孔质层中的硅酸钙F的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例9]
将纯化二氧化硅、纯化氧化钙分散在水中形成浆料后,使用高压釜,在180℃的饱和水蒸气下熟化40小时,然后,在850℃下煅烧。此处,C/S比为0.95。利用球磨机将试样粉碎并干燥,从而得到硅灰石(硅酸钙G)。得到的硅酸钙G的BET1为3.2m2/g、BET2为2.4m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.33。
使用硅酸钙G以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙G的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙G的多孔质层中的硅酸钙G的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例10]
将含有2%铪的氧氯化锆八水合物溶解在水中后,溶解草酸二水合物。此处,含有2%铪的氧氯化锆八水合物与草酸二水合物的摩尔比为1:2.9,将它们的合计质量设为1时,水的质量比例为4.5。一边搅拌该溶液一边加入磷酸,并搅拌回流8小时。此处,以含有2%铪的氧氯化锆八水合物与磷酸的摩尔比成为1:2.1的方式添加磷酸。冷却后,用水清洗所得到的沉淀物,之后浸渍在0.1N的LiOH水溶液中8小时,在700℃下煅烧12小时,从而得到碱式磷酸锆。得到的碱式磷酸锆的BET1为7.7m2/g、BET2为4.0m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.93。
[实施例11]
将二氧化硅、氧化钙、γ-氧化铝、氢氧化钠以39.5:43.3:6.5:10.7的质量比分散在水中形成浆料后,使用高压釜,在190℃的饱和水蒸气下熟化20小时,然后,在850℃下煅烧。此处,C/S比为0.99。利用球磨机将试样粉碎并干燥,从而得到硅灰石(硅酸钙H)。得到的硅酸钙H的BET1为30.8m2/g、BET2为26.8m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.15。
使用硅酸钙H以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙H的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙H的多孔质层中的硅酸钙H的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例12]
将硅灰石(NYCO制造,M-9000)利用球磨机进行粉碎并干燥,得到硅酸钙I。得到的硅酸钙I的BET1为2.8m2/g、BET2为2.4m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.18。
使用硅酸钙I以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸钙I的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸钙I的多孔质层中的硅酸钙I的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例13]
将牛骨粉碎至合适的大小,切割成易于煅烧的大小,投入压缩釜(压力釜)中,在300℃下煮沸约90分钟。然后,将煮沸的牛骨放入煅烧炉中,在1100℃下煅烧80分钟后,直接在炉内自然冷却60分钟以恢复到室温。将煅烧的牛骨制成粒径1~5mm的大小的细片,用粉末机制成约1微米大小的粉状体,从而制备碱性磷灰石。得到的碱性磷灰石的BET1为10.3m2/g、BET2为6.2m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.67。
使用碱性磷灰石以与实施例1相同的方法,得到具有包含碱性磷灰石的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含碱性磷灰石的多孔质层中的碱性磷灰石的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例14]
将硅钛酸钠(UOP制造,IE-911)利用球磨机进行粉碎并干燥,得到硅钛酸钠。得到的硅钛酸钠的BET1为5.2m2/g、BET2为5.3m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.02。
使用硅钛酸钠以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅钛酸钠的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅钛酸钠的多孔质层中的硅钛酸钠的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例15]
将Katakura&Co-op Agri公司制造的ME-100干燥,得到碱性云母。得到的碱性云母的BET1为25.2m2/g、BET2为12.9m2/g。因此计算出BET1/BET2的值为1.95。
使用碱性云母以与实施例1相同的方法,得到具有包含碱性云母的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含碱性云母的多孔质层中的碱性云母的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[实施例16~22]
使用以5:5(质量比)分别混合实施例9至实施例15中记载的颗粒和作为其他无机颗粒的氧化铝、勃姆石而得到的混合物以与实施例1相同的方法,得到具有包含各种碱性无机颗粒和各种其他无机颗粒的多孔质层的多层结构的分隔件和电池。需要说明的是,该分隔件的、含无机颗粒层中的无机颗粒的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。水蒸气吸附BET比表面积和氮气吸附BET比表面积是对各种碱性无机颗粒和各种其他无机颗粒的混合粉末进行测定的。HF吸附能力评价是以与实施例1相同的方法,在混合颗粒的状态下进行评价的。碱性无机颗粒中的含有金属种类的鉴别和定量使用SEM/EDX进行评价。
[实施例23~25]
除了将实施例5、18和20中使用的分隔件的多孔质层朝向负极侧以外以与实施例1相同的方法,制作实施例23、24和25的非水电解质电池,进行寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例1]
除了使用沸石(比表面积:550m2/g)代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到具有包含沸石的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含沸石的多孔质层中的沸石的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例2]
除了使用硅酸铝(Al2O3·2SiO2)代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到具有包含硅酸铝的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含硅酸铝的多孔质层中的硅酸铝A的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例3]
除了使用勃姆石(AlO(OH))代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到具有包含勃姆石的多孔质层的多层结构的分隔件和电池。需要说明的是,该分隔件的、包含勃姆石的多孔质层中的勃姆石的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例4]
除了使用托贝莫来石代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到具有包含托贝莫来石的多孔质层的多层结构的分隔件和电池。需要说明的是,该分隔件的、包含托贝莫来石的多孔质层中的托贝莫来石的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例5]
除了使用在500℃下煅烧的托贝莫来石代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到具有包含托贝莫来石的多孔质层的多层结构的分隔件和电池。需要说明的是,该分隔件的、包含托贝莫来石的多孔质层中的托贝莫来石的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例6]
除了使用在500℃下煅烧的MgO代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到具有包含MgO的多孔质层的多层结构的分隔件和电池。需要说明的是,该分隔件的、包含MgO的多孔质层中的MgO的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例7]
除了使用磷酸锂(比表面积:15m2/g)代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到具有包含磷酸锂的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含磷酸锂的多孔质层中的磷酸锂的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
[比较例8]
除了使用水滑石代替硅酸钙A以外以与实施例1相同的方法,得到包含水滑石的多孔质层的多层结构的分隔件。需要说明的是,该分隔件的、包含水滑石的多孔质层中的水滑石的体积比例为97体积%。另外,以与实施例1相同的方法进行碱性的测定、水蒸气吸附BET比表面积测定、氮气吸附BET比表面积测定、HF吸附能力评价、含有金属种类的鉴别和定量、寿命特性评价和电池膨胀的评价。
实施例1~7和比较例1~8的测定和评价结果示于下述表1中。
[表1]
[表2]
表2
从表1可知,使用包含碱性无机颗粒的混合物的实施例1~22,即使在电解盐的存在下也具有HF吸附能力,寿命特性中的放电容量维持率高达94%以上,且未发生微短路。进而可知,可以制作不易产生气体的电池单元,实现兼顾电池特性与形状保持。结果可知,寿命特性与安全性优异,且可两者兼顾。尤其是含有Mg、Ca等“Be、Mg或碱土金属”中包含的元素时,尤其是放电容量维持率能够保持较高。认为其原因在于可以更加有效地吸附电池中的HF。另外与不含过渡金属或主族金属的实施例相比,含有的实施例存在放电容量维持率略有增加的倾向。另外,混合有其他无机颗粒时,可以看出放电容量维持率均上升,有效吸附HF。另一方面,可知比较例1~8在电解盐存在下的寿命特性、放电容量维持率差,且还容易发生微短路。可知即使使用碱性无机颗粒,若亲水性参数A的值为不合适的范围,则难以维持放电容量、或电池膨胀。尤其是比较例7中,分解电池观察分隔件时,可知一部分颗粒消失。因此,可以认为对微短路的耐受性降低,变得难以维持放电容量。
产业上的可利用性
根据本实施方式的非水电解质二次电池可以用作各种民用设备用电源、汽车用电源等。

Claims (20)

1.一种非水电解质电池用无机颗粒,其包含碱性无机颗粒,所述碱性无机颗粒的亲水性参数A满足下式:0.45≤A(BET1/BET2)≤2.0,
式中,BET1是在BET法中利用使所述碱性无机颗粒吸附水蒸气所测得的吸附等温线算出的所述碱性无机颗粒的比表面积,BET2是在BET法中利用使所述碱性无机颗粒吸附氮气所测得的吸附等温线算出的所述碱性无机颗粒的比表面积。
2.根据权利要求1所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,在以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液100质量份中,以成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式添加所述碱性无机颗粒,在23℃下经过5分钟后的所述HF浓度成为相对于初始的所述HF浓度小于90%。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,所述碱性无机颗粒包含Be、Mg以及属于碱土金属的元素。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,所述碱性无机颗粒还包含属于主族金属或过渡金属的元素。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒,其还包含非碱性无机颗粒。
6.根据权利要求5所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,所述非碱性无机颗粒为阴离子吸附材料和/或阳离子吸附材料。
7.根据权利要求6所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,所述阴离子吸附材料为层状双金属氢氧化物(Mg-Al型、Mg-Fe型、Ni-Fe型、Li-Al型)、层状双金属氢氧化物-氧化铝硅胶复合物、勃姆石、氧化铝、锌的氧化物、铅的氧化物、铁的氧化物、羟基氧化铁、赤铁矿、铋的氧化物、锡的氧化物、钛的氧化物以及锆的氧化物,所述阳离子吸附材料为锆的磷酸盐、钛的磷酸盐、磷灰石、钛酸盐、铌酸盐、以及铌钛酸盐。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,所述碱性无机颗粒为硅酸钙。
9.根据权利要求8所述的非水电解质电池用无机颗粒,其中,所述硅酸钙为硅灰石或硬硅钙石。
10.一种非水电解质电池,其具有正极、负极、分隔件、非水电解液、及外壳体,在所述电池内具有权利要求1~9中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒。
11.根据权利要求10所述的非水电解质电池,其中,包含所述非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层存在于所述正极与所述负极之间。
12.一种非水电解质电池用分隔件,其具有权利要求1~9中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒。
13.一种非水电解质电池用分隔件,其具有包含权利要求1~9中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层。
14.一种非水电解质电池用分隔件,其至少在单面具有包含权利要求1~9中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层。
15.根据权利要求14所述的非水电解质电池用分隔件,其中,所述含无机颗粒层中还包含水溶性聚合物。
16.一种非水电解质电池用涂料,其包含权利要求1~9中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒。
17.一种非水电解质电池用树脂固体物质,其包含权利要求1~9中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒和树脂。
18.一种锂离子二次电池,其含有层叠体或层叠体的卷绕体、且含有非水电解质,所述层叠体依次层叠有正极、包含权利要求1~9中任一项所述的非水电解质电池用无机颗粒的含无机颗粒层、分隔件、以及负极。
19.根据权利要求12~15中任一项所述的非水电解质电池用分隔件,其中,在以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液100质量份中,以所述非水电解质电池用碱性无机颗粒的量成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式,放入所述非水电解质电池用分隔件,在23℃下经过5分钟后的所述HF浓度成为相对于初始的所述HF浓度小于90%。
20.根据权利要求12~15中任一项所述的非水电解质电池用分隔件,其中,将以HF浓度成为10~10000ppm的方式制备的包含0.1~6.0mol/L的LiPF6的环状和/或链状碳酸酯溶液作为非水电解液,以所述分隔件所含的所述碱性无机颗粒的量相对于所述非水电解液100质量份成为[HF浓度(ppm)]/100质量份的方式,以250000ml/h/m2的速度使10ml的所述非水电解液通过所述分隔件时,所述HF浓度成为相对于初始的所述HF浓度小于90%。
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