CN111834590A - 非水电解液二次电池用多孔层 - Google Patents
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Abstract
作为使非水电解液二次电池的长期循环特性提高的非水电解液二次电池用多孔层,提供一种包含含有苯二酚‑醛系树脂的填料的非水电解液二次电池用多孔层。
Description
技术领域
本发明涉及非水电解液二次电池用多孔层。
背景技术
非水电解液二次电池、尤其是锂离子二次电池的能量密度高,因此被广泛用作个人电脑、手机、便携信息终端等中使用的电池,另外,最近作为车载用电池而进行了开发。
作为该非水电解液二次电池的部件,进行了耐热性优异的间隔件的开发。
另外,作为构成耐热性优异的间隔件的非水电解液二次电池用多孔层,开发了包含填料的多孔层。作为其中的一例,专利文献1中公开了一种非水电解液二次电池,其具备间隔件(多孔层),所述间隔件(多孔层)含有包含氧化铝等无机物的填料。另外,专利文献2中公开了一种非水电解液二次电池,其在正极与负极之间设置了具有包含酚醛树脂等有机物的粒状树脂和粘结剂树脂的多孔层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-146822号公报
专利文献2:日本特开2015-215987号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,如上所述的以往的具备间隔件的非水电解液二次电池在长期循环特性方面尚有改善的余地。
用于解决课题的手段
本发明包含以下的[1]~[5]所示的技术方案。
[1]一种非水电解液二次电池用多孔层,其包含:含有苯二酚-醛系树脂的填料。
[2]根据[1]所述的非水电解液二次电池用多孔层,其中,上述填料的含量相对于上述非水电解液二次电池用多孔层的总重量为60重量%以上且99.5重量%以下。
[3]根据[1]或[2]所述的非水电解液二次电池用多孔层,其包含选自聚烯烃、(甲基)丙烯酸酯系树脂、含氟树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂和水溶性聚合物中的1种以上的粘结剂树脂。
[4]根据[3]所述的非水电解液二次电池用多孔层,其中,上述聚酰胺系树脂为芳族聚酰胺树脂。
[5]一种非水电解液二次电池用层叠间隔件,其在聚烯烃多孔膜的至少一面层叠有[1]~[4]中任一项所述的非水电解液二次电池用多孔层。
[6]一种非水电解液二次电池用部件,其依次配置有:正极;[1]~[4]中任一项所述的非水电解液二次电池用多孔层或者[5]所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件;以及负极。
[7]一种非水电解液二次电池,其包含[1]~[4]中任一项所述的非水电解液二次电池用多孔层或者[5]所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件。
发明的效果
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用多孔层起到能够提供100个循环后的放电容量维持率等长期循环特性优异的非水电解液二次电池的效果。
具体实施方式
关于本发明的一个实施方式进行下述说明,但本发明不限定于此。本发明不限定于以下说明的各构成,可以在权利要求书所示的范围内进行各种变更,关于将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式,也包括在本发明的技术范围内。需要说明的是,本说明书中,在没有特别记载的情况下,表示数值范围的“A~B”是指“A以上且B以下”。
[非水电解液二次电池用多孔层]
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用多孔层(以下也简称为“多孔层”)是包含含有苯二酚-醛系树脂的填料的非水电解液二次电池用多孔层。
上述填料是含有苯二酚-醛系树脂的填料。上述填料中的苯二酚-醛系树脂的含量以上述填料的重量为基准优选为50重量%以上,更优选为80重量%以上,更优选为90重量%以上,更优选为95重量%以上,更优选为98重量%以上。
上述苯二酚-醛系树脂是苯二酚系单体与醛系单体聚合而成的聚合物。
作为上述苯二酚系单体,可以举出例如邻苯二酚、间苯二酚(Resorcinol)、对苯二酚等。上述苯二酚系单体更优选为间苯二酚。上述苯二酚系单体可以是1种,也可以是2种以上的混合物。
上述醛系单体只要是醛就没有特别限定,可以举出例如甲醛、乙醛、丙醛、苯甲醛、糠醛、噻吩甲醛等。上述醛系单体更优选为甲醛。在与上述苯二酚系单体的聚合反应时,甲醛的单体也可以由作为甲醛三聚体的三聚甲醛或者作为甲醛多聚体的多聚甲醛进行制备。需要说明的是,上述醛系单体可以是1种,也可以是2种以上的混合物。
上述苯二酚-醛系树脂只要是上述苯二酚系单体与上述醛系单体聚合而成的聚合物就没有特别限定,进一步优选为间苯二酚与甲醛聚合而成的间苯二酚-甲醛树脂(RF树脂)。另外,上述填料可以是包含一种苯二酚-醛系树脂的填料,也可以是包含两种以上苯二酚-醛系树脂的填料。
上述苯二酚-醛系树脂中的苯二酚系单体与醛系单体的单体比率并不限定于此,优选苯二酚系单体与醛系单体的摩尔比率为1∶0.5~1∶3且将苯二酚系单体与醛系单体聚合而成的聚合物。
从抑制上述苯二酚-醛系树脂在电池内部溶解于非水电解液这点、以及防止电池工作时因氧化等副反应而发生劣化这点来看,上述苯二酚-醛系树脂优选具备三维交联结构。此处,本说明书中,上述苯二酚-醛系树脂具备三维交联结构可以通过上述苯二酚-醛系树脂相对于25℃的碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以3∶5∶2(体积比)混合而得的混合溶剂100g的溶解度为10g以下来确认。此处,碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以3∶5∶2(体积比)混合而得的混合溶剂是通常作为构成非水电解液的有机溶剂而使用的溶剂,是与构成非水电解液的一般有机溶剂具有相同溶解性的溶剂。
在使用碱催化剂进行了聚合的苯二酚-醛系树脂的情况下,上述苯二酚-醛系树脂的三维交联结构可以通过加热而形成。另外,也可以通过在固化剂的存在下加热而形成。
通常,非水电解液二次电池用多孔层中,作为质子酸的具有羟基(-OH)的填料可能使正极材料、电解质盐失活,使电池的性能降低,因此不被使用。另外,无论有无质子酸性,具有羟基(-OH)的填料的吸湿性高,因此成为带入电池内的水量增加的原因,这里,水是导致电池的长期循环特性降低的原因。因此,具有羟基(-OH)的填料以往不被用作非水电解液二次电池用多孔层用的主成分的材料,另外,也存在电池组装前必须充分干燥等的制约。然而,本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用多孔层中,使用了包含含羟基(-OH)的苯二酚-醛系树脂的填料,其结果,与上述预测相反,发现了长期循环特性优异。
作为构成非水电解液二次电池的部件,本发明的一个实施方式所述的多孔层可配置于正极和负极中至少任一者与聚烯烃多孔膜之间。上述多孔层可形成于聚烯烃多孔膜的至少一个面。或者,上述多孔层可形成于正极和负极中至少任一者的活性物质层上。或者,上述多孔层也可以在正极和负极中至少任一者与聚烯烃多孔膜之间以与它们接触的方式进行配置。配置于正极和负极中至少任一者与聚烯烃多孔膜之间的多孔层可以是一层,也可以是两层以上。
多孔层层叠于聚烯烃多孔膜的单面的情况下,该多孔层优选层叠于聚烯烃多孔膜的与正极相对的面。更优选该多孔层层叠于与正极接触的面。多孔层优选为绝缘性的多孔层。
本发明的一个实施方式所述的多孔层是在内部具有多个细孔且呈现这些细孔连接而成的结构,且气体或液体能够从一个面通向另一个面的层。另外,在本发明的一个实施方式所述的多孔层被用作构成非水电解液二次电池用层叠间隔件的部件的情况下,上述多孔层可作为该间隔件(层叠体)的最外层而成为与电极接触的层。
本发明的一个实施方式所述的多孔层中,除了包含上述苯二酚-醛系树脂的填料(以下有时简称为“填料A”)之外,还可包含粘结剂树脂。上述粘结剂树脂可作为使上述填料彼此、上述填料与正极或负极、或者上述填料与聚烯烃多孔膜相粘接的树脂而发挥功能。
上述粘结剂树脂优选不溶解于非水电解液二次电池的非水电解液,且在该非水电解液二次电池的使用范围内电化学稳定。作为上述粘结剂树脂,可列举出例如聚烯烃;(甲基)丙烯酸酯系树脂;含氟树脂;聚酰胺系树脂;聚酰亚胺系树脂;聚酯系树脂;橡胶类;熔点或玻璃化转变温度为180℃以上的树脂;水溶性聚合物;聚碳酸酯、聚缩醛、聚醚醚酮等。上述粘结剂树脂之中,优选为聚烯烃、(甲基)丙烯酸酯系树脂、含氟树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂和水溶性聚合物。作为上述粘结剂树脂,具体而言,可列举出例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和乙烯-丙烯共聚物等聚烯烃;聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯共聚物、偏二氟乙烯-氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物等含氟树脂;上述含氟树脂之中的玻璃化转变温度为23℃以下的含氟橡胶;芳香族聚酰胺和全芳香族聚酰胺等芳族聚酰胺树脂等聚酰胺系树脂;苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物、甲基丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙丙橡胶、聚乙酸乙烯酯等橡胶类;聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰胺、聚酯等熔点或玻璃化转变温度为180℃以上的树脂;聚芳酯等芳香族聚酯和液晶聚酯等聚酯系树脂;聚乙烯醇、聚乙二醇、纤维素醚、藻酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸等水溶性聚合物等。
另外,作为本发明的一个实施方式所述的多孔层中所含的粘结剂树脂,也可适合地使用非水溶性聚合物。换言之,在制造本发明的一个实施方式所述的多孔层时,例如也优选使用使丙烯酸酯系树脂等非水溶性聚合物分散于水系溶剂而得的乳液,制造包含作为上述粘结剂树脂的上述非水溶性聚合物和上述填料的本发明的一个实施方式所述的多孔层。
此处,非水溶性聚合物是指不溶解于水系溶剂而成为粒子并分散在水系溶剂中的聚合物。“非水溶性聚合物”是指:在25℃下将该聚合物0.5g与水100g混合时,不溶成分达到90重量%以上的聚合物。另一方面,“水溶性聚合物”是指:在25℃下将该聚合物0.5g与水100g混合时,不溶成分小于0.5重量%的聚合物。上述非水溶性聚合物的粒子形状没有特别限定,优选为球状。
非水溶性聚合物通过例如将包含后述单体的单体组合物在水系溶剂中进行聚合,并制成聚合物的粒子来制造。
作为上述非水溶性聚合物的单体,可列举出苯乙烯、乙烯基酮、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等。
水系溶剂只要是包含水且能够分散上述非水溶性聚合物粒子的溶剂,就没有特别限定。
水系溶剂可以包含能够以任意比例溶解于水的甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、乙腈、N-甲基吡咯烷酮等有机溶剂。另外,也可以包含十二烷基苯磺酸钠等表面活性剂、聚丙烯酸、羧甲基纤维素的钠盐等分散剂等。
需要说明的是,本发明的一个实施方式所述的多孔层所包含的粘结剂树脂可以为1种,也可以为2种以上粘结剂树脂的混合物。
另外,作为上述芳香族聚酰胺和上述全芳香族聚酰胺等上述芳族聚酰胺树脂,具体而言,可列举出例如聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(间苯二甲酰间苯二胺)、聚(对苯甲酰胺)、聚(间苯甲酰胺)、聚(4,4’-苯甲酰苯胺对苯二甲酰胺)、聚(4,4’-联苯二甲酰对苯二胺)、聚(4,4’-联苯二甲酰间苯二胺)、聚(2,6-萘二甲酰对苯二胺)、聚(2,6-萘二甲酰间苯二胺)、聚(对苯二甲酰-2-氯对苯二胺)、对苯二甲酰对苯二胺/对苯二甲酰2,6-二氯对苯二胺共聚物、对苯二甲酰间苯二胺/对苯二甲酰2,6-二氯对苯二胺共聚物等。其中,更优选为聚(对苯二甲酰对苯二胺)。
上述粘结剂树脂之中,更优选为聚烯烃、含氟树脂、芳香族聚酰胺、水溶性聚合物、以及分散在水系溶剂中的粒状的非水溶性聚合物。其中,在多孔层与正极相对配置的情况下,从即使承受电池工作时的酸性劣化也容易维持非水电解液二次电池的倍率特性、高倍率特性、以及例如液体电阻之类的电阻特性等各种性能的方面出发,进一步优选为含氟树脂,特别优选为聚偏二氟乙烯系树脂。作为上述聚偏二氟乙烯系树脂,可举出例如偏二氟乙烯与选自六氟丙烯、四氟乙烯、三氟乙烯、三氯乙烯和氟乙烯中的至少一种单体形成的共聚物、以及聚偏二氟乙烯等。此处,聚偏二氟乙烯是偏二氟乙烯的均聚物。
水溶性聚合物和分散在水系溶剂中的粒状的非水溶性聚合物可以使用水作为形成多孔层时的溶剂,因此,从工艺、环境负荷的方面来看更为优选。上述水溶性聚合物进一步优选为纤维素醚、藻酸钠,特别优选为纤维素醚。
作为纤维素醚,具体而言,可列举出例如羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、羧乙基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、氰基乙基纤维素、氧基乙基纤维素等,更优选长期使用时的劣化少、化学稳定性优异的CMC和HEC,特别优选为CMC。
另外,从填料之间的粘接性的观点出发,分散在上述水系溶剂中的粒状的非水溶性聚合物优选为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等丙烯酸酯系单体的均聚物、或者两种以上单体的共聚物。
本发明的一个实施方式所述的多孔层中的粘结剂树脂的含量的下限值相对于上述多孔层的总重量优选大于0.5重量%、更优选为1重量%以上、进一步优选为2重量%以上。另一方面,本发明的一个实施方式所述的多孔层中的粘结剂树脂的含量的上限值相对于上述多孔层的总重量优选小于40重量%、更优选为10重量%以下。从提高填料之间的密合性的观点、即防止填料从上述多孔层脱落的观点出发,上述粘结剂树脂的含量优选大于0.5重量%,从电池特性(尤其是离子透过阻力)和耐热性的观点出发,上述粘结剂树脂的含量优选小于40重量%。
本发明的一个实施方式所述的多孔层中,上述填料A的含量相对于上述多孔层的总重量优选为60重量%以上、更优选为90重量%以上。另外,上述填料A的含量相对于多孔层的总重量优选为99.5重量%以下、更优选为99重量%以下、进一步优选为98重量%以下。
通过使上述填料A的含量为60重量%以上,上述多孔层的耐热性优异。另外,通过使上述填料A的含量为99.5重量%以下,上述多孔层的填料之间的密合性优异。进而,通过含有上述填料A,能够提高包含上述多孔层的非水电解液二次电池用层叠间隔件的滑动性和耐热性。
本发明的一个实施方式所述的多孔层中,上述填料A的体积粒度分布的D50的值(以下也简称为“D50”)优选为3μm以下、更优选为1μm以下。另外,上述填料A的D50优选为0.01μm以上、更优选为0.05μm以上、进一步优选为0.1μm以上。
另外,上述填料A的体积粒度分布的D10的值(以下也简称为“D10”)优选为0.01μm以上且0.7μm以下,更优选为0.05μm以上且0.6μm以下。进而,上述填料A的体积粒度分布的D90的值(以下也简称为“D90”)优选为0.3μm以上且7μm以下,更优选为0.4μm以上且6μm以下。
本发明的一个实施方式所述的多孔层中,通过使上述填料A的D10、D50和D90在上述优选范围内,上述多孔层能够确保良好的粘接性、良好的滑动性和良好的通气性,且能够具备优异的成形性。
另外,上述填料A的压坏强度优选为100MPa~2000MPa。对上述填料A而言,其压坏强度在上述范围内时,与以往的用于非水电解液二次电池用多孔层的无机填料相比,更软、更富有柔软性。由此,本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用多孔层与包含以往的无机填料的非水电解液二次电池用多孔层相比,对于与反复充放电相伴的电极的膨胀和收缩的追随性更高,能够良好地维持其结构。因此,本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用多孔层与包含以往的无机填料的非水电解液二次电池用多孔层相比,长期循环特性更优异。上述填料A的压坏强度更优选为200MPa以上,进一步优选300MPa以上。另外,上述填料A的压坏强度更优选为1800MPa以下,进一步优选为1500MPa以下。
上述填料A的形状是任意的,没有特别限定。上述填料A的形状可以为粒状,可列举出例如球状;椭圆形状;板状;棒状;不规则形状;纤维状;以及花生状和四角锥状那样地由球状、柱状的粒子结合而成的形状。
除了含有苯二酚-醛系树脂的填料之外,本发明的一个实施方式所述的多孔层可以包含除了含有苯二酚-醛系树脂的填料以外的填料(以下称为“其它填料”)。
作为上述其它填料,可举出包含有机物的有机填料和不含有机物的无机填料。
作为构成上述有机填料的有机物,可以列举例如聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物等含氟树脂;三聚氰胺树脂;脲树脂等。上述有机填料可以包含1种有机物,也可以包含2种以上有机物的混合物。
作为上述无机填料,可列举出滑石、粘土、高岭土、二氧化硅、水滑石、硅藻土、碳酸镁、碳酸钡、硫酸镁、硫酸钡、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化镁、氧化钛、氧化铝、云母、沸石、玻璃、碳酸钙、硫酸钙、氧化钙等。上述无机填料可以仅包含1种,也可以混合包含2种以上。
本发明的一个实施方式所述的多孔层可以包含1种其它填料,也可以包含2种以上的其它填料。
另外,本发明的一个实施方式所述的多孔层可以包含上述填料A、其它填料和粘结剂树脂以外的其它成分。作为上述其它成分,可列举出例如表面活性剂和蜡等。另外,上述其它成分的含量相对于多孔层的总重量优选为0重量%~10重量%。
从确保与电极粘接的粘接性和高能量密度的观点出发,本发明的一个实施方式所述的多孔层的膜厚优选每一层为0.5μm~10μm的范围,更优选每一层为1μm~7μm的范围。
从离子透过性的观点出发,本发明的一个实施方式所述的多孔层优选为充分多孔化的结构。具体而言,空孔率优选为30%~70%的范围。
作为上述空孔率的测定方法,可列举出例如基于下述式(1)由固定体积(8cm×8cm×膜厚dcm)的多孔层的重量W(g)、该多孔层的膜厚d(μm)和多孔层的真比重ρ(g/cm3)算出的方法。
空孔率(%)=(1-{(W/ρ)/(8×8×d)})×100 (1)
另外,本发明的一个实施方式所述的多孔层的平均孔径优选为20nm~100nm的范围。
上述平均孔径的测定方法可以如下算出:例如,利用扫描电子显微镜(SEM)从上面观察本发明的一个实施方式所述的多孔层,测定随机选择的多个空孔的孔径,并取其平均值。
<含有苯二酚-醛系树脂的填料的制造方法>
本发明的一个实施方式中的含有苯二酚-醛系树脂的填料可利用例如包含以下所示的工序(i)和(ii)的方法来制备。
(i)将上述苯二酚系单体、上述醛系单体、催化剂和溶剂混合,在恒定的温度下搅拌保温,从而进行聚合反应,得到含有苯二酚-醛系树脂的填料的悬浮液。
(ii)从通过工序(i)得到的含有苯二酚-醛系树脂的填料的悬浮液中分离含有苯二酚-醛系树脂的填料。
作为上述工序(i)中的溶剂,例如可以使用水。另外,作为上述工序(i)中的催化剂,例如可以使用碳酸钠。从形成上述三维交联结构的观点来看,上述工序(i)中的催化剂优选为碱性催化剂。
上述工序(i)中,上述苯二酚系单体与上述醛系单体的摩尔比优选为1∶0.5~1∶3。
另外,也可以使用成为上述醛系单体的供给源的化合物来代替上述醛系单体。作为该化合物,可以举出例如多聚甲醛、乙二醛。
上述工序(ii)中,作为从上述悬浮液分离含有苯二酚-醛系树脂的填料的方法,没有特别限定,可以采用离心分离法等公知的方法。
<非水电解液二次电池用多孔层的制造方法>
作为本发明的一个实施方式所述的多孔层的制造方法,没有特别限定,可列举出例如使用以下所示的工序(1)~(3)中的任一工序,在基材上形成包含上述填料A和上述粘结剂树脂的多孔层的方法。在以下所示的工序(2)和工序(3)的情况下,使上述粘结剂树脂析出后进一步使之干燥而去除溶剂,由此可以制造上述多孔层。工序(1)~(3)中的涂布液可以为分散有上述填料A且溶解有上述粘结剂树脂的状态。上述基材没有特别限定,可列举出例如正极、负极和后述本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件的基材、即聚烯烃多孔膜等。需要说明的是,也可以说上述溶剂是溶解粘结剂树脂的溶剂,并且是分散粘结剂树脂或填料A的分散介质。
(1)将包含形成上述多孔层的上述填料A和上述粘结剂树脂的涂布液涂布于基材上,并干燥去除上述涂布液中的溶剂,从而形成多孔层的工序。
(2)将包含形成上述多孔层的上述填料A和上述粘结剂树脂的涂布液涂布于上述基材的表面后,将该基材浸渍于相对于上述粘结剂树脂为贫溶剂的析出溶剂中,从而使上述粘结剂树脂析出并形成多孔层的工序。
(3)将包含形成上述多孔层的上述填料A和上述粘结剂树脂的涂布液涂布于上述基材的表面后,使用低沸点有机酸,使上述涂布液的液体性质变为酸性,从而使上述粘结剂树脂析出,形成多孔层的工序。
上述涂布液中的溶剂优选为不对上述基材造成不良影响、且能够使上述粘结剂树脂均匀且稳定地溶解或分散、使上述填料A均匀且稳定地分散的溶剂。作为上述溶剂,可列举出例如N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮和水。
作为上述析出溶剂,优选使用例如异丙醇或叔丁醇。
上述工序(3)中,作为低沸点有机酸,可以使用例如对甲苯磺酸、醋酸等。
从与电极(电极片)粘接的粘接性和离子透过性的观点出发,多孔层的涂布量(单位面积重量)在上述基材的单面通常以固体成分计优选为0.5~20g/m2、更优选为0.5~10g/m2、优选为0.5g/m2~7g/m2的范围。即,优选以所得多孔层的涂布量(单位面积重量)达到上述范围的方式调节在上述基材上涂布的上述涂布液的量。
在上述工序(1)~(3)中,通过使溶解或分散有形成多孔层的粘结剂树脂的溶液中的粘结剂树脂量发生变化,可以调节浸渍于电解液后每1平方米多孔层所含的吸收了电解液的粘结剂树脂的体积。
另外,通过使要溶解或分散形成多孔层的粘结剂树脂的溶剂量发生变化,可以调节浸渍于电解液后的多孔层的空孔率、平均孔径。
上述涂布液的适合的固体成分浓度因填料的种类等而发生变化,一般来说,优选大于10重量%且为40重量%以下。
将上述涂布液涂布在基材上时的涂布剪切速度因填料的种类等而发生变化,一般来说,优选为2(1/s)以上、更优选为4(1/s)~50(1/s)。
[非水电解液二次电池用层叠间隔件]
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件中,在聚烯烃多孔膜的至少一面层叠有本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用多孔层。
<聚烯烃多孔膜>
本发明的一个实施方式中的聚烯烃多孔膜(以下也简称为“多孔膜”)以聚烯烃系树脂作为主成分,且在其内部具有多个连接的细孔,能够使气体和液体从一个面通向另一个面。上述多孔膜可单独形成非水电解液二次电池用间隔件。另外,也可以形成层叠了上述多孔层的非水电解液二次电池用层叠间隔件的基材。
在上述聚烯烃多孔膜的至少一个面上层叠上述多孔层而得的层叠体在本说明书中也称为“非水电解液二次电池用层叠间隔件”。另外,本发明的一个实施方式中的非水电解液二次电池用间隔件中,除了聚烯烃多孔膜之外,可以进一步具备粘接层、耐热层、保护层等其它层。
聚烯烃在多孔膜中所占的比例为多孔膜整体的50体积%以上、优选为90体积%以上、更优选为95体积%以上。另外,上述聚烯烃中更优选包含重均分子量为5×105~15×106的高分子量成分。尤其是,若聚烯烃中包含重均分子量为100万以上的高分子量成分,则非水电解液二次电池用间隔件和非水电解液二次电池用层叠间隔件的强度提高,故而更优选。
作为属于热塑性树脂的上述聚烯烃,具体而言,可列举出例如由乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯和1-己烯等单体聚合而成的均聚物或共聚物。作为上述均聚物,可以列举例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯。另外,作为上述共聚物,可以列举例如乙烯-丙烯共聚物。
其中,从能够以更低温度阻止过大电流流通的方面出发,更优选为聚乙烯。需要说明的是,将该阻止过大电流流通也称作关闭(shut down)。作为上述聚乙烯,可列举出低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线状聚乙烯(乙烯-α-烯烃共聚物)、重均分子量为100万以上的超高分子量聚乙烯等。其中,进一步优选重均分子量为100万以上的超高分子量聚乙烯。
多孔膜的膜厚优选为4~40μm、更优选为5~30μm、进一步优选为6~15μm。
多孔膜的单位面积的单位面积重量可以考虑强度、膜厚、重量和操作性来适当决定。其中,为了能够提高非水电解液二次电池的重量能量密度和体积能量密度,上述单位面积重量优选为4~20g/m2,更优选为4~12g/m2、进一步优选为5~10g/m2。
多孔膜的透气度以葛利(Gurley)值计优选为30~500sec/100mL、更优选为50~300sec/100mL。通过使多孔膜具有上述透气度,能够获得充分的离子透过性。使上述多孔层层叠于多孔膜而得的非水电解液二次电池用层叠间隔件的透气度以葛利值计优选为30~1000sec/100mL、更优选为50~800sec/100mL。通过使非水电解液二次电池用层叠间隔件具有上述透气度,非水电解液二次电池中能够得到充分的离子透过性。
为了能够获得在提高电解液保持量的同时,在更低温下可靠地阻止过大电流流通的功能,多孔膜的空隙率优选为20~80体积%、更优选为30~75体积%。另外,为了能够获得充分的离子透过性、且能够防止粒子进入正极和负极,多孔膜所具有的细孔的孔径优选为0.30μm以下、更优选为0.14μm以下、进一步优选为0.10μm以下。
[聚烯烃多孔膜的制造方法]
上述聚烯烃多孔膜的制造方法没有特别限定。例如,通过将聚烯烃系树脂、无机填充剂和增塑剂等成孔剂、以及任选的抗氧化剂等混炼后进行挤出,制作片状的聚烯烃树脂组合物。可以利用适当的溶剂将该成孔剂从该片状的聚烯烃树脂组合物中去除后,将去除了该成孔剂的聚烯烃树脂组合物进行拉伸,从而制造聚烯烃多孔膜。
作为上述无机填充剂,没有特别限制,可列举出无机填料,具体而言,可列举出碳酸钙等。作为上述增塑剂,没有特别限制,可列举出液体石蜡等低分子量的烃。
具体而言,可以列举包含以下示出那样的工序的方法。
(A)将超高分子量聚乙烯、重均分子量为1万以下的低分子量聚烯烃、碳酸钙或增塑剂等成孔剂、抗氧化剂进行混炼,得到聚烯烃树脂组合物的工序;
(B)用一对压延辊对所得聚烯烃树脂组合物进行压延,一边用改变了速度比的卷取辊进行拉伸一边阶段性地进行冷却,从而成形为片的工序;
(C)利用适当的溶剂从所得片中去除成孔剂的工序;
(D)将去除成孔剂后的片以适当的拉伸倍率进行拉伸的工序。
<非水电解液二次电池用层叠间隔件的制造方法>
作为本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件的制造方法,可列举出例如下述方法:在上述“多孔层的制造方法”中,使用上述聚烯烃多孔膜作为涂布上述涂布液的基材。
[非水电解液二次电池用部件、非水电解液二次电池]
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用部件依次配置有正极、本发明的一个实施方式所述的多孔层或本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件、以及负极。
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池包含:本发明的一个实施方式所述的多孔层或本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件。
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池是例如通过锂的嵌入/脱嵌而得到电动势的非水系二次电池,其是具备依次层叠正极、本发明的一个实施方式所述的多孔层、聚烯烃多孔膜和负极而成的非水电解液二次电池用部件的锂离子二次电池,即具备依次层叠正极、本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件和负极而成的非水电解液二次电池用部件的锂离子二次电池。需要说明的是,除了多孔层之外的非水电解液二次电池的构成要素不限定于下述说明的构成要素。
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池通常具有在外壳材料内封入有电池要素的结构,所述电池要素是在由负极与正极隔着本发明的一个实施方式所述的多孔层或本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件相对而成的结构体中浸渗电解液而得到的。本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池优选为非水电解质二次电池,特别优选为锂离子二次电池。需要说明的是,嵌入是指吸储、担载、吸附或插入,是指锂离子进入至正极等电极的活性物质中的现象。
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用部件具备包含填料的本发明的一个实施方式所述的多孔层且该填料含有苯二酚-醛系树脂,因此,在组装至非水电解液二次电池时,起到能够提高该非水电解液二次电池的长期循环特性的效果。本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池具备包含填料的本发明的一个实施方式所述的多孔层且该填料含有苯二酚-醛系树脂,因此,起到长期循环特性优异的效果。
<正极>
作为本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用部件和非水电解液二次电池中的正极,只要是通常作为非水电解液二次电池的正极而使用的正极,就没有特别限定,可以使用例如具备在集电体上成形有包含正极活性物质和粘结剂的活性物质层的结构的正极片。需要说明的是,上述活性物质层可以进一步包含导电剂。
作为上述正极活性物质,可列举出例如能够嵌入/脱嵌锂离子的材料。作为该材料,具体而言,可列举出例如包含至少1种V、Mn、Fe、Co、Ni等过渡金属的锂复合氧化物。上述锂复合氧化物之中,从平均放电电位高的方面来看,更优选为镍酸锂、钴酸锂等具有α-NaFeO2型结构的锂复合氧化物;锂锰尖晶石等具有尖晶石型结构的锂复合氧化物。该锂复合氧化物可以包含各种金属元素,进一步优选为复合镍酸锂。
进而,如果使用以选自Ti、Zr、Ce、Y、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Ag、Mg、Al、Ga、In和Sn中的至少1种金属元素相对于上述至少1种金属元素的摩尔数与镍酸锂中的Ni的摩尔数之和的比例达到0.1~20摩尔%的方式包含该金属元素的复合镍酸锂,则在高容量下使用中的循环特性优异,故而更优选。其中,包含Al或Mn且Ni比率为85%以上、进一步优选为90%以上的活性物质从具备包含该活性物质的正极的非水电解液二次电池在高容量下使用中的循环特性优异的方面来看是特别优选的。
作为上述导电剂,可列举出例如天然石墨、人造石墨、焦炭类、炭黑、热分解碳类、碳纤维、有机高分子化合物烧结体等碳质材料等。上述导电剂可以仅使用1种,例如,也可以将人造石墨和炭黑混合使用等,组合使用2种以上。
作为上述粘结剂,可列举出例如聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯的共聚物、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚的共聚物、乙烯-四氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯-四氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯的共聚物、偏二氟乙烯-氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯的共聚物、热塑性聚酰亚胺、聚乙烯和聚丙烯等热塑性树脂;丙烯酸类树脂和苯乙烯丁二烯橡胶。需要说明的是,粘结剂还具有作为增稠剂的功能。
作为获得正极合剂的方法,可列举出例如:将正极活性物质、导电剂和粘结剂在正极集电体上进行加压而得到正极合剂的方法;使用适当的有机溶剂将正极活性物质、导电剂和粘结剂制成糊剂状而得到正极合剂的方法等。
作为上述正极集电体,可列举出例如Al、Ni、不锈钢等导电体,从容易加工成薄膜且廉价的方面来看,更优选为Al。
作为片状正极的制造方法、即使正极合剂担载于正极集电体的方法,可列举出例如:将形成正极合剂的正极活性物质、导电剂和粘结剂在正极集电体上进行加压成型的方法;使用适当的有机溶剂将正极活性物质、导电剂和粘结剂制成糊剂状而得到正极合剂后,将该正极合剂涂布于正极集电体并干燥,将由此得到的片状的正极合剂进行加压而固定于正极集电体的方法等。
<负极>
作为本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用部件和非水电解液二次电池中的负极,只要是通常作为非水电解液二次电池的负极而使用的负极,就没有特别限定,可以使用例如具备在集电体上成形有包含负极活性物质和粘结剂的活性物质层的结构的负极片。需要说明的是,上述活性物质层可以进一步包含导电剂。
作为上述负极活性物质,可列举出例如能够嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属或锂合金等。作为该材料,具体而言,可列举出例如天然石墨、人造石墨、焦炭类、炭黑、热分解碳类、碳纤维、有机高分子化合物烧结体等碳质材料;以比正极更低的电位进行锂离子的嵌入/脱嵌的氧化物、硫化物等硫属化合物;与碱金属进行合金化的铝(Al)、铅(Pb)、锡(Sn)、铋(Bi)、硅(Si)等金属、能够将碱金属嵌入晶格间的立方晶系的金属间化合物(AlSb、Mg2Si、NiSi2)、锂氮化合物(Li3-xMxN(M:过渡金属))等。上述负极活性物质之中,因电位平坦性高或平均放电电位低而在与正极进行组合时能够得到大的能量密度,因此,更优选以天然石墨、人造石墨等石墨材料作为主成分的碳质材料。另外,可以是石墨与硅的混合物,优选Si相对于构成该石墨的碳(C)的比率为5%以上的负极活性物质,更优选该比率为10%以上的负极活性物质。
作为获得负极合剂的方法,可列举出例如:将负极活性物质在负极集电体上进行加压而得到负极合剂的方法;使用适当的有机溶剂将负极活性物质制成糊剂状而得到负极合剂的方法等。
作为上述负极集电体,可列举出例如Cu、Ni、不锈钢等导电体,尤其是,从在锂离子二次电池中难以与锂形成合金、且容易加工成薄膜的方面来看,更优选为Cu。
作为片状负极的制造方法、即使负极合剂担载于负极集电体的方法,可列举出例如:将形成负极合剂的负极活性物质在负极集电体上进行加压成型的方法;使用适当的有机溶剂将负极活性物质制成糊剂状而得到负极合剂后,将该负极合剂涂布于负极集电体并干燥,将由此得到的片状的负极合剂进行加压而固定于负极集电体的方法等。上述糊剂优选包含上述导电剂和上述粘结剂。
<非水电解液>
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池中的非水电解液是通常在非水电解液二次电池中使用的非水电解液,没有特别限定,可以使用例如将锂盐溶解于有机溶剂而成的非水电解液。作为锂盐,可列举出例如LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低级脂肪族羧酸锂盐、LiAlCl4等。上述锂盐可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。上述锂盐之中,更优选为选自LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2和LiC(CF3SO2)3中的至少1种含氟锂盐。
作为构成本发明中的非水电解液的有机溶剂,具体而言,可列举出例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、4-三氟甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、1,2-二(甲氧基羰基氧基)乙烷等碳酸酯类;1,2-二甲氧基乙烷、1,3-二甲氧基丙烷、五氟丙基甲基醚、2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等醚类;甲酸甲酯、乙酸甲酯、γ-丁内酯等酯类;乙腈、丁腈等腈类;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等酰胺类;3-甲基-2-噁唑烷酮等氨基甲酸酯类;环丁砜、二甲基亚砜、1,3-丙磺酸内酯等含硫化合物;以及向上述有机溶剂中导入氟基而成的含氟有机溶剂等。上述有机溶剂可以仅使用1种,也可以组合使用2种以上。上述有机溶剂之中,更优选为碳酸酯类,进一步优选为环状碳酸酯与非环状碳酸酯的混合溶剂、或者环状碳酸酯与醚类的混合溶剂。作为环状碳酸酯与非环状碳酸酯的混合溶剂,从工作温度范围宽且即使在使用天然石墨、人造石墨等石墨材料作为负极活性物质时也显示难分解性的方面来看,进一步优选为包含碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂。
<非水电解液二次电池用部件和非水电解液二次电池的制造方法>
作为本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用部件的制造方法,可列举出例如将上述正极、本发明的一个实施方式所述的多孔层或本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件、以及负极依次配置的方法。
另外,作为本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池的制造方法,通过例如利用上述方法而形成非水电解液二次电池用部件后,向成为非水电解液二次电池的壳体的容器中放入该非水电解液二次电池用部件,接着,将该容器内用非水电解液填满后,一边减压一边密闭,由此能够制造本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池。
非水电解液二次电池的形状没有特别限定,可以为薄板(纸)型、圆盘型、圆筒型、长方体等棱柱型等任意形状。需要说明的是,非水电解液二次电池用部件和非水电解液二次电池的制造方法没有特别限定,可以采用现有公知的制造方法。
本发明不限定于上述的各实施方式,可在权利要求书所示的范围内进行各种变更,关于将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式,也包括在本发明的技术范围内。进而,通过将在各实施方式中分别公开的技术手段加以组合,能够形成新的技术特征。
实施例
以下,通过实施例和比较例,更详细地说明本发明,但本发明不限定于这些实施例。
利用下述方法来测定实施例和比较例中的非水电解液二次电池用层叠间隔件、A层(聚烯烃多孔膜)、B层(多孔层)和非水电解液二次电池的物性等。
(1)膜厚(单位:μm)
使用MITUTOYO公司制的高精度数字测长机,测定非水电解液二次电池用层叠间隔件的整体膜厚、A层的膜厚和B层的膜厚。
(2)单位面积重量(单位:g/m2)
从非水电解液二次电池用层叠间隔件中切取一边长度为6.4cm×4cm的长方形的样品,测定该样品的重量W(g)。并且,按照下式,算出非水电解液二次电池用层叠间隔件的单位面积重量。
单位面积重量(g/m2)=W/(0.064×0.04)
相同地算出A层的单位面积重量。B层的单位面积重量通过由非水电解液二次电池用层叠间隔件的单位面积重量减去A层的单位面积重量而算出。
(3)平均粒径、体积基准的粒度分布(D10、D50、D90)(单位:μm)
使用日挥装株式会社制的MICROTRAC(型号:MT-3300EXII)测定填料的粒径D10、D50、D90。
(4)粒子的压坏强度(单位:MPa)
使用Nano Seeds Corporation制(NS-A100型)测定微粒的压坏力。将样品通过自由落体而散布至台上,并利用压坏针测定压坏力。记录压坏针的按入力的波形图,将压坏时的峰值与基线之差作为压坏力F(N)。通过下式计算压坏强度(Pa)。
压坏强度=2.8×F/(π·D2)
F为压坏力(N),D(m)为粒径。
粒径D使用图像解析软件(LeiCa EZ)通过测定时的图像进行测量。
(5)长期循环特性(单位:%)
对于由实施例、比较例制造的未经充放电循环的崭新的非水电解液二次电池,以电压范围:2.7~4.1V、充电电流值0.2C和终止电流条件0.02C的CC-CV充电、放电电流值0.2C的CC放电作为1个循环,在25℃下实施4个循环的初始充放电。此处,1C表示将基于1小时率的放电容量的额定容量用1小时放出的电流值。另外,CC-CV充电是以设定的恒定电流进行充电,到达规定的电压后,一边将电流减小至终止电流条件,一边维持其电压的充电方法。进而,CC放电是以设定的恒定电流放电至规定电压为止的方法。“1C”、“CC-CV充电”和“CC放电”的含义以下也相同。
以电压范围:2.7~4.2V、充电电流值1C和终止电流条件0.02C的CC-CV充电、放电电流值10C的CC放电作为1个循环,在55℃下对上述初始充放电后的非水电解液二次电池实施100个循环的充放电。此处,测定第1个循环的放电容量(单位:mAh)和第100个循环的放电容量(单位:mAh),并基于以下的式(3)由其结果计算100个循环后的容量维持率(单位:%)。
100个循环后的容量维持率(%)=第100个循环的放电容量(mAh)/第1个循环的放电容量(mAh)×100 (3)
[实施例1]
使用下述A层(多孔膜)和B层(多孔层),形成非水电解液二次电池用层叠间隔件。
<A层>
使用聚乙烯,制作聚烯烃多孔膜。具体而言,将超高分子量聚乙烯粉末(340M、三井化学株式会社制)70重量份与重均分子量为1000的聚乙烯蜡(FNP-0115、日本精蜡株式会社制)30重量份进行混合而得到混合聚乙烯。对于所得的混合聚乙烯100重量份,添加抗氧化剂(Irg1010、Ciba Specialty Chemicals公司制)0.4重量份、抗氧化剂(P168、CibaSpecialty Chemicals公司制)0.1重量份和硬脂酸钠1.3重量份,进而,以在全部体积中所占的比例达到38体积%的方式,添加平均粒径为0.1μm的碳酸钙(丸尾钙株式会社制)。将该组合物以粉末的状态用亨舍尔搅拌器进行混合后,利用双螺杆混炼机进行熔融混炼,由此得到聚乙烯树脂组合物。接下来,通过利用表面温度设定为150℃的一对辊将该聚乙烯树脂组合物进行压延而制作片。通过使该片浸渍于将0.5重量%的非离子系表面活性剂配合至4mol/L的盐酸而制备的盐酸水溶液中,将碳酸钙溶解从而去除。接着,通过将去除了上述碳酸钙的片以105℃拉伸至6倍,从而制作聚烯烃多孔膜(A层)。
<B层>
混合水、间苯二酚、37%的福尔马林、以及作为催化剂的碳酸钠,使得该间苯二酚与该福尔马林中的甲醛的摩尔比率达到2∶1。将所得的混合物于80℃进行搅拌保温从而进行聚合反应,得到包含间苯二酚-甲醛树脂(RF树脂)的微粒的悬浮液。通过将所得悬浮液进行离心分离而使RF树脂的微粒沉降,其后,一边残留已沉降的RF树脂的微粒一边去除上清的分散介质。进而,将向RF树脂的微粒中添加作为清洗液的水并搅拌、离心分离而去除清洗液的清洗操作反复2次,由此清洗RF树脂的微粒。即,将清洗操作合计进行2次。将经清洗的RF树脂的微粒浸渍于叔丁醇后,利用冷冻干燥去除叔丁醇,得到填料1。上述填料1实质上仅由苯二酚-醛系树脂构成。即,填料1中的苯二酚-醛系树脂的含量为98%以上。填料1的粒度分布:D10为0.69μm、D50为1.47μm、D90为6.1μm。填料1的压坏强度为700MPa。
将上述填料1、CMC、水和异丙醇的混合溶剂以达到下述比例的方式进行混合。即,以相对于100重量份的填料1混合CMC 8重量份、所得混合液中的固体成分浓度(即,填料1和CMC的合计浓度)达到20.0重量%、且溶剂组成为水95重量%和异丙醇5重量%的方式,混合填料1、CMC以及水和异丙醇的混合溶剂,得到混合液。所得的混合液为填料1的分散液。使用高压分散装置(SUGINO MACHINE公司制;Star Burst),将该所得分散液进行高压分散(高压分散条件:100MPa×3道次),由此制作涂布液1。
<非水电解液二次电池用层叠间隔件>
在上述A层的单面以20W/(m2/分钟)实施电晕处理。接着,使用凹版涂布机,在实施了电晕处理的A层的面涂布上述涂布液1。此时,为了能够将涂布液1均匀地涂布至A层,用夹送辊夹住涂布位置的前后而给予A层张力。其后,通过将涂膜干燥而形成B层。由此,得到在A层的单面层叠了B层的非水电解液二次电池用层叠间隔件1。
上述非水电解液二次电池用层叠间隔件1中,整体的膜厚为18.3μm,A层的膜厚为12.0μm,B层的膜厚为6.3μm。另外,上述非水电解液二次电池用层叠间隔件1中,整体的单位面积重量为12.3g/m2,A层的单位面积重量为6.8g/m2,B层的单位面积重量为5.5g/m2。
<非水电解液二次电池的制作>
(正极的制作)
使用了通过将LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/导电剂/PVDF(重量比为92/5/3)涂布于铝箔而制造的市售正极。关于上述正极,以形成有正极活性物质层的部分的尺寸为45mm×30mm、且在其外周残留有宽度13mm的未形成正极活性物质层的部分的方式,切取铝箔来作为正极。正极活性物质层的厚度为58μm、密度为2.50g/cm3、正极容量为174mAh/g。
(负极的制作)
使用了通过将石墨/苯乙烯-1,3-丁二烯共聚物/羧甲基纤维素钠(重量比为98/1/1)涂布于铜箔而制造的市售负极。关于上述负极,以形成有负极活性物质层的部分的尺寸为50mm×35mm、且在其外周残留有宽度13mm的未形成负极活性物质层的部分的方式,切取铜箔来作为负极。负极活性物质层的厚度为49μm、密度为1.40g/cm3、负极容量为372mAh/g。
<非水电解液二次电池的组装>
在层压软包袋内,以非水电解液二次电池用层叠间隔件1的B层与正极的正极活性物质层接触的方式、且以非水电解液二次电池用层叠间隔件1的A层与负极的负极活性物质层接触的方式,将上述正极、非水电解液二次电池用层叠间隔件1和负极依次层叠(配置),由此得到非水电解液二次电池用部件1。此时,以正极的正极活性物质层的全部主面包含于负极的负极活性物质层的主面范围的方式,配置正极和负极。即,所得的非水电解液二次电池用部件1中,以正极的正极活性物质层的全部主面与负极的负极活性物质层的主面重叠的方式,配置正极和负极。
接着,将上述非水电解液二次电池用部件1放入层叠铝层和热封层而成的袋中,进一步向该袋中装入0.23mL非水电解液。上述非水电解液通过将LiPF6以LiPF6的浓度达到1mol/L的方式溶解于使碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以3∶5∶2(体积比)混合而成的混合溶剂来制备。并且,通过将袋内进行减压且将该袋进行热封来制作非水电解液二次电池1。
[实施例2]
混合水、间苯二酚、37%的福尔马林、以及作为催化剂的碳酸钠,使得该间苯二酚与该福尔马林中的甲醛的摩尔比率达到1∶2,除此以外,与实施例1同样地得到填料。将所得的填料设为填料2。上述填料2实质上仅由苯二酚-醛系树脂构成。即,填料2中的苯二酚-醛系树脂的含量为98%以上。所得的填料2的粒度分布:D10为0.27μm、D50为0.43μm、D90为0.66μm。填料2的压坏强度为1200MPa。
除了使用填料2代替填料1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池用层叠间隔件2。其后,除了使用非水电解液二次电池用层叠间隔件2代替非水电解液二次电池用层叠间隔件1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池2。
上述非水电解液二次电池用层叠间隔件2中,整体的膜厚为17.6μm,A层的膜厚为12.0μm,B层的膜厚为5.6μm。另外,上述非水电解液二次电池用层叠间隔件2中,整体的单位面积重量为13.3g/m2,A层的单位面积重量为6.8g/m2,B层的单位面积重量为6.5g/m2。
[实施例3]
混合水、间苯二酚、37%的福尔马林、以及作为催化剂的碳酸钠,使得该间苯二酚与该福尔马林中的甲醛的摩尔比率达到1∶3,除此以外,与实施例1同样地得到填料。将所得的填料设为填料3。上述填料3实质上仅由苯二酚-醛系树脂构成。即,填料3中的苯二酚-醛系树脂的含量为98%以上。填料3的粒度分布:D10为0.33μm、D50为0.89μm、D90为1.70μm。
除了使用填料3代替填料1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池用层叠间隔件3。其后,除了使用非水电解液二次电池用层叠间隔件3代替非水电解液二次电池用层叠间隔件1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池3。
上述非水电解液二次电池用层叠间隔件3中,整体的膜厚为17.8μm,A层的膜厚为12.0μm,B层的膜厚为5.8μm。另外,上述非水电解液二次电池用层叠间隔件3中,整体的单位面积重量为13.3g/m2,A层的单位面积重量为6.8g/m2,B层的单位面积重量为6.5g/m2。
[实施例4]
混合水、间苯二酚、37%的福尔马林、以及作为催化剂的碳酸钠,使得该间苯二酚与该福尔马林中的甲醛的摩尔比率达到1∶1,除此以外,与实施例1同样地得到填料。将所得的填料设为填料4。上述填料4实质上仅由苯二酚-醛系树脂构成。即,填料4中的苯二酚-醛系树脂的含量为98%以上。填料4的粒度分布:D10为0.32μm、D50为0.55μm、D90为2.58μm。
除了使用填料4代替填料1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池用层叠间隔件4。其后,除了使用非水电解液二次电池用层叠间隔件4代替非水电解液二次电池用层叠间隔件1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池4。
上述非水电解液二次电池用层叠间隔件4中,整体的膜厚为17.9μm,A层的膜厚为12.0μm,B层的膜厚为5.9μm。另外,上述非水电解液二次电池用层叠间隔件4中,整体的单位面积重量为13.8g/m2,A层的单位面积重量为6.8g/m2,B层的单位面积重量为7.0g/m2。
[比较例1]
将作为填料5的市售的氧化铝(住友化学公司制:AKP-3000)、CMC、水和异丙醇的混合溶剂以达到下述比例的方式进行混合。即,以相对于100重量份的上述填料混合CMC 3重量份、所得混合液中的固体成分浓度(即,上述填料和CMC的合计浓度)达到27.7重量%、且溶剂组成为水95重量%和异丙醇5重量%的方式,混合上述填料、CMC以及水和异丙醇的混合溶剂,得到混合液。所得的混合液为上述填料的分散液。使用高压分散装置(SUGINOMACHINE公司制;Star Burst),将该所得分散液进行高压分散(高压分散条件:100MPa×3道次),由此制作涂布液5。
除了使用涂布液5代替涂布液1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池用层叠间隔件5。其后,除了使用非水电解液二次电池用层叠间隔件5代替非水电解液二次电池用层叠间隔件1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池5。
填料5的粒度分布:D10为0.39μm、D50为0.86μm、D90为2.23μm。填料5的压坏强度为2400MPa。
上述非水电解液二次电池用层叠间隔件5中,整体的膜厚为17.6μm,A层的膜厚为12.0μm,B层的膜厚为5.6μm。另外,上述非水电解液二次电池用层叠间隔件5中,整体的单位面积重量为13.1g/m2,A层的单位面积重量为6.8g/m2,B层的单位面积重量为6.3g/m2。
[比较例2]
除了使用市售的酚醛树脂(群荣化学工业公司制)作为填料6来代替填料1以外,利用与实施例1同样的方法,制作涂布液,并设为涂布液6。
除了使用涂布液6代替涂布液1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池用层叠间隔件6。其后,除了使用非水电解液二次电池用层叠间隔件6代替非水电解液二次电池用层叠间隔件1以外,利用与实施例1同样的方法,得到非水电解液二次电池6。
填料6的粒度分布:D10为6.45μm、D50为8.62μm、D90为11.51μm。填料6的压坏强度为1400MPa。
上述非水电解液二次电池用层叠间隔件6中,整体的膜厚为28.6μm,A层的膜厚为12.0μm,B层的膜厚为16.6μm。另外,上述非水电解液二次电池用层叠间隔件6中,整体的单位面积重量为13.3g/m2,A层的单位面积重量为6.8g/m2,B层的单位面积重量为6.5g/m2。
[结果]
[表1]
如表1所记载,与比较例1中制作的具备包含无机填料的多孔层的非水电解液二次电池5、以及比较例2中制作的具备包含填料的多孔层且该填料含有酚醛树脂的非水电解液二次电池6相比,实施例1~4中制作的具备包含填料的多孔层且该填料含有苯二酚-醛系树脂的非水电解液二次电池1~4的长期循环特性优异。
因此可知:本发明的一个实施方式所述的包含含有苯二酚-醛系树脂的填料的多孔层能够提高具备该多孔层的非水电解液二次电池的长期循环特性。
产业上的可利用性
本发明的一个实施方式所述的非水电解液二次电池用多孔层可利用于制造长期循环特性优异的非水电解液二次电池。
Claims (7)
1.一种非水电解液二次电池用多孔层,其包含:含有苯二酚-醛系树脂的填料。
2.根据权利要求1所述的非水电解液二次电池用多孔层,其中,所述填料的含量相对于所述非水电解液二次电池用多孔层的总重量为60重量%以上且99.5重量%以下。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解液二次电池用多孔层,其包含选自聚烯烃、(甲基)丙烯酸酯系树脂、含氟树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂和水溶性聚合物中的1种以上的粘结剂树脂。
4.根据权利要求3所述的非水电解液二次电池用多孔层,其中,所述聚酰胺系树脂为芳族聚酰胺树脂。
5.一种非水电解液二次电池用层叠间隔件,其在聚烯烃多孔膜的至少一面层叠有权利要求1~4中任一项所述的非水电解液二次电池用多孔层。
6.一种非水电解液二次电池用部件,其依次配置有:
正极;
权利要求1~4中任一项所述的非水电解液二次电池用多孔层或者权利要求5所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件;以及
负极。
7.一种非水电解液二次电池,其包含权利要求1~4中任一项所述的非水电解液二次电池用多孔层或者权利要求5所述的非水电解液二次电池用层叠间隔件。
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