CN113024878A - 多孔质结构体,多孔质结构体的制造方法以及制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多孔质结构体,绝缘层,电极,蓄电元件,多孔质结构体的制造方法,多孔质结构体的制造装置,载置体,分离层,以及反应层。将至少两个多孔质结构体叠层使其一体化场合,存在接合界面易产生剥离等的强度降低的课题。另外,存在接合界面空隙的连通性降低的课题。本发明涉及具有连通的空孔的多孔质结构体,多孔质结构体包括由树脂A形成的多孔质结构部A和由树脂B形成的多孔质结构部B,多孔质结构部A和多孔质结构部B连续地一体化,树脂A和树脂B构成成分不同。

Description

多孔质结构体,多孔质结构体的制造方法以及制造装置
技术领域
本发明涉及多孔质结构体,绝缘层,电极,蓄电元件,多孔质结构体的制造方法,多孔质结构体的制造装置,载置体,分离层,以及反应层。
背景技术
通常,多孔质结构体可以利用于各种各样用途。作为一例,通过合适地选择多孔质结构体中的空孔的形状或大小、骨架部分的表面特性等,能提供只透过或隔断特定物质的分离层。作为另一例,通过利用多孔质结构体具有的广大的表面积及空隙容积,能提供从外部取入的气体或液体的有效的反应场所或储藏场所。
在上述那样的用途中使用多孔质结构体场合,对于多孔质结构体,要求是易取入来自外部的液体或气体的结构,且要求即使在各种各样环境下也具有充分强度等。此外,为了提供具有高次功能的分离层或反应场所等,也要求空孔的形状、空孔的大小、骨架部分的表面特性、表面的湿润性、耐热性等各种特性不同的多孔质结构体叠层化的技术。
在专利文献1中,公开了将至少两层的聚乙烯微多孔质膜叠层的叠层聚乙烯微多孔质膜。
【专利文献1】WO2015-190264号公报
发明内容
但是,将至少两个多孔质结构体叠层使其一体化场合,存在接合界面易产生剥离等的强度降低的课题。另外,存在接合界面空隙的连通性降低的课题。
本发明是鉴于上述课题而提出来的,其目的在于,提供即使是具有多个由构成成分不同的树脂形成的多孔质结构部的多孔质结构体、强度及连通性也优异的多孔质结构体。
根据本发明技术方案1的发明涉及一种具有连通的空孔的多孔质结构体,所述多孔质结构体包括由树脂A形成的多孔质结构部A和由树脂B形成的多孔质结构部B,所述多孔质结构部A和多孔质结构部B连续地一体化,所述树脂A和所述树脂B构成成分不同。
下面说明本发明的效果:
本发明具有即使是具有多个由构成成分不同的树脂形成的多孔质结构部的多孔质结构体、强度及连通性也优异的效果。
附图说明
图1是表示用于实现本实施形态的多孔质结构体的制造方法的多孔质结构体的制造装置一例的模式图。
图2是表示作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体一例的截面模式图。
图3是表示具有作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体的电极一例的截面模式图。
图4是表示具有作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体的蓄电元件一例的截面模式图。
图5的(a)、(b)是说明作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体的形状维持功能及关闭功能的一例的说明图。
具体实施形态
以下,参照附图,对用于实施本发明的形态进行说明。但是,以下实施形态是本发明的合适的实施形态,本发明并不限定于实施形态。
《多孔质结构体》
本实施形态的多孔质结构体是具有多个空孔、这些空孔连通(换言之,多个空孔连续连接)的结构体。这样的结构也称为共连续结构或过滤体结构(monolith structure)。具有多个空孔,通过一个空孔与周围其它空孔连结,具有连通性,连续的空孔三维地扩展。由此,在多孔质结构体中,充分地产生液体或气体的浸入,可以有效地发挥物质分离或反应场所这样的功能。此外,将多孔质结构体作为蓄电元件的绝缘层使用场合,能使得正极及负极之间绝缘,并且提高电解液的浸透性及离子的透过性,有效地进行蓄电元件内部的反应。
作为确认空孔连通的方法,可以列举例如通过扫描电子显微镜(SEM)等对多孔质结构体的截面进行图像观察,确认空孔之间的连接是否连续的方法。另外,作为通过空孔连通得到的物性之一,可以列举透气度。多孔质结构体的透气度例如依据JIS P8117进行测定,优选1000秒/100mL以下场合,更优选500秒/100mL以下场合,进一步优选300秒/100mL以下场合。此时,透气度例如使用Gurley式密度计(东洋精机制作所制)等进行测定。因此,作为一个例子,也可以以透气度在1000秒/100mL以下的情况判断为空孔连通。
空孔的截面形状没有特别的限制,可以列举大致圆形、大致椭圆形、大致多边形等各种形状。另外,空孔的大小也没有特别的限制。在此,所谓空孔的大小是指在截面形状中可取的最长的直线的长度。空孔的大小可以根据用扫描电子显微镜(SEM)等拍摄的截面照片求出。多孔质结构体所具有的空孔的大小优选0.1μm以上、10μm以下,更优选0.1μm以上、1μm以下。通过使得空孔的大小为0.1μm以上、10μm以下,在多孔质结构体中,充分地产生液体或气体的浸入,可以有效地发挥物质分离或反应场所这样的功能。此外,如后所述,使用多孔质结构体作为蓄电元件的绝缘层场合,通过使得空孔的大小为10μm以下,可以防止在蓄电元件内部发生的锂树枝状晶体引起的正极和负极之间的短路,提高安全性。作为多孔质结构体的空隙率,优选30%以上,更优选50%以上。多孔质结构体的空隙率优选90%以下,更优选85%以下。通过使得空隙率为30%以上,在多孔质结构体中,充分地产生液体或气体的浸入,可以有效地发挥物质分离或反应场所这样的功能。此外,使用多孔质结构体作为蓄电元件的绝缘层场合,可以提高电解液的渗透性和离子的透过性,有效地进行蓄电元件内部的反应。另外,通过使得空隙率为90%以下,提高多孔质结构体的强度。作为测定多孔质结构体的空隙率的方法,没有特别的限定,例如,可以列举在多孔质结构体中填充不饱和脂肪酸(市售的黄油),实施锇染色后,用FIB切出内部的截面结构,使用SEM测定空隙率的方法。
本实施形态的多孔质结构体具有多孔质结构部A和多孔质结构部B。多孔质结构部A及多孔质结构部B分别是构成具有连通的空孔的多孔质结构体的一部分的区域。因此,多孔质结构部A及多孔质结构部B也分别具有上述连通的空孔。另外,多孔质结构部A由树脂A形成,多孔质结构部B由树脂B形成。换言之,多孔质结构部A的骨架部分(空孔以外的部分)含有树脂A,根据需要含有其他材料。另外,多孔质结构部B的骨架部分(空孔以外的部分)含有树脂B,根据需要含有其他材料。多孔质结构部A及多孔质结构部B也分别优选空隙率为30%以上,更优选50%以上。另外,分别优选空隙率为90%以下,更优选85%以下。
在本实施形态的多孔质结构体中,形成多孔质结构部A的树脂A和形成多孔质结构部B的树脂B的构成成分不同。由于树脂A和树脂B的构成成分不同,能够实现在由单一的构成成分构成的多孔质结构体中难以实现的功能。在此,所谓构成成分不同是指树脂A和树脂B的化学结构不同。作为化学结构不同的场合,可以列举例如树脂A和树脂B是使用不同种类的聚合性化合物合成的树脂的场合,树脂A和树脂B是使用不同种类的聚合引发剂合成的树脂的场合,树脂A和树脂B是使用不同含量的聚合性化合物合成的树脂的场合,树脂A和树脂B是使用不同含量的聚合引发剂合成的树脂的场合,树脂A和树脂B是使用不同配合比的聚合性化合物合成的树脂的场合,树脂A和树脂B是使用不同配合比的聚合引发剂合成的树脂的场合,以及使得上述组合的场合等。即,关于构成成分不同,不仅包括树脂的结构单元的化学结构上的差异,也包括基于树脂的聚合度的化学结构上的差异等。另外,聚合引发剂的种类、含量、或配合比不同场合,加入到树脂的化学结构的一部分中的聚合引发剂由来的结构的种类、含量、或配合比也不同,因此,这些也包含在所谓构成成分不同中。
树脂A和树脂B的化学结构不同场合,通常,树脂A和树脂B的物性也不同。作为物性,例如可以列举玻化温度、熔点、润湿性、硬度、及耐擦伤性等。
树脂A和树脂B的化学结构不同,通过聚合形成树脂A的液体组合物A的组成和通过聚合形成树脂B的液体组合物B的组成不同。
作为因树脂A和树脂B的化学结构不同导致树脂A和树脂B的物性不同场合的一例,说明树脂A和树脂B的硬度或耐擦伤性不同场合。例如,多孔质结构体的形状为层状(换言之,为薄膜状),一方的表面是由树脂A形成的多孔质结构部A,另一方的面的表面是由树脂B形成的多孔质结构部B的场合,因外部部件的接触等,设想在任一表面都要求高的硬度或耐擦伤性的用途。这种情况下,树脂A及树脂B之中,优选能与外部部件接触的一方的树脂的硬度或耐擦伤性比另一方的树脂的硬度或耐擦伤性高。换言之,多孔质结构部A及多孔质结构部B之中,优选能与外部部件接触的一方的多孔质结构部的硬度或耐擦伤性比另一方的多孔质结构部的硬度或耐擦伤性高。使用具有这种物性的多孔质结构体,与赋予液体组合物A和液体组合物B的混合液后使其固化而得到的多孔质结构体相比,能提供实质上具有高的硬度或耐擦伤性的多孔质结构体。作为硬度的测定方法,可以列举例如用薄膜硬度计(纳米压痕仪)压入测定硬度的方法等。作为耐擦伤性的测定方法,可以列举例如铅笔硬度试验等。
作为得到具有高的硬度或耐擦伤性的树脂及由该树脂形成的多孔质结构部的方法,可以列举例如使相对于液体组合物总量的聚合性化合物的含量多的方法等。
在本实施形态的多孔质结构体中,多孔质结构部A及多孔质结构部B连续地一体化。所谓多孔质结构部A及多孔质结构部B连续地一体化表示形成多孔质结构部A的树脂A和形成多孔质结构部B的树脂B通过中间层一体化。在此,所谓中间层是指“通过聚合形成树脂A的液体组合物A与通过聚合形成树脂B的液体组合物B的混合液”聚合形成的树脂构成的层。换言之,所谓中间层是指“具有液体组合物A中含有的聚合性化合物由来的结构单元和液体组合物B中含有的聚合性化合物由来的结构单元的树脂”,树脂A及树脂B是化学结构不同的树脂。另外,构成中间层的树脂的化学结构并不限定于一种。例如,构成中间层的树脂可以具有从具有类似于树脂A的化学结构的树脂阶段性地变化为具有类似于树脂B的化学结构的树脂的化学结构。此外,可以具有多个中间层。中间层也与多孔质结构部A及多孔质结构部B同样,具有连通的空孔。即使在多孔质结构部A和中间层之间,空孔也连续,并且,即使在多孔质结构部B和中间层之间,空孔也连续。
作为确认多孔质结构部A及多孔质结构部B连续地一体化的方法,没有特别限定,可以列举例如对多孔质结构体的断面进行图像观察、确认在多孔质结构部A和多孔质结构部B之间没有观察到界面的方法。多孔质结构部A及多孔质结构部B连续地一体化场合,在多孔质结构部A和多孔质结构部B之间没有形成界面,因此,能抑制因界面易产生剥离而引起的强度降低。另外,由于中间层具有连通的空孔,因此,抑制在中间层空孔的连通性降低,抑制气体、液体、离子等的透过阻碍。除了对界面进行图像观察以外,作为确认连续地一体化的方法,可以列举对多孔质结构部A、多孔质结构部B、及中间层进行成分分析的方法。
所谓多孔质结构部A及多孔质结构部B不是连续地一体化的场合,可以列举例如使得多孔质结构部A及多孔质结构部B叠层或粘接的场合,通过树脂A及树脂B混合的区域(该区域不包含由上述混合液聚合而形成的树脂,因此,不相当于中间层)使得多孔质结构部A及多孔质结构部B一体化的场合等。
本实施形态的多孔质结构体的形状可根据目的适当选择,例如,优选层状(换言之,薄膜状)。多孔质结构体为层状场合,多孔质结构部A及多孔质结构部B的形状可根据目的适当选择,例如,既可以是相对多孔质结构体的面方向具有大致均一厚度的层状,也可以仅仅在多孔质结构体的部分区域为层状。另外,多孔质结构部A及多孔质结构部B也可以通过中间层反复配置。多孔质结构部A及多孔质结构部B的形状只要多孔质结构部A及多孔质结构部B连续地一体化,就没有特别的限制。例如,可以是在多孔质结构体的面方向,多孔质结构部A及多孔质结构部B通过中间层邻接的形状等。
<树脂>
关于形成多孔质结构部A的树脂A及形成多孔质结构部B的树脂B(以下也称为“树脂”),进行说明。作为可以使用的树脂,没有特别的限制,例如,可以列举作为通过照射电离辐射线、紫外线、和红外线(热)等的活性能量线可形成的树脂的丙烯酸酯树脂、甲基丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、乙烯酯树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、氧杂环丁烷树脂、乙烯醚树脂、以及利用烯-硫醇反应的树脂等,其中,优选能够利用反应性高的自由基聚合形成树脂的丙烯酸酯树脂、甲基丙烯酸酯树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、和乙烯酯树脂,更优选丙烯酸酯树脂、以及甲基丙烯酸酯树脂等的(甲基)丙烯酸系树脂。
作为树脂,优选可以通过照射电离辐射线及紫外线形成树脂者。通过照射电离辐射线以及紫外线能瞬间形成树脂,因此,在将液体组合物A赋予到液体组合物B上后照射活性能量线形成树脂的场合或将液体组合物B赋予到液体组合物A上后照射活性能量线形成树脂的场合中,液体组合物A及液体组合物B接触生成混合液,能降低向所述混合液照射活性能量线而形成的中间层的比例。由此,能使多孔质结构部A及多孔质结构部B的比例增加,能提高因多孔质结构部A及多孔质结构部B各自存在所发挥的功能,换言之,能够进一步提高在单一的多孔质结构部中难以实现的功能。
-液体组合物-
通过聚合形成树脂A的液体组合物A及通过聚合形成树脂B的液体组合物B(以下也称为“液体组合物”)优选含有聚合性化合物、溶剂、聚合引发剂等。
另外,液体组合物通过硬化形成多孔质结构部。在本实施形态中,所谓通过硬化形成多孔质结构部是指不仅在液体组合物中形成多孔质结构部场合,而且也包含在液体组合物中形成多孔质结构体前体,在此后的工序(例如,加热工序等)中形成多孔质结构体的场合等。另外,不仅是液体组合物整体硬化形成多孔质结构体场合,也包含液体组合物中的一部分成分(聚合性化合物等)硬化(聚合)形成多孔质结构体,液体组合物中的其他成分(溶剂等)不硬化、不形成多孔质结构体的场合等。
--聚合性化合物--
聚合性化合物通过聚合形成树脂,在液体组合物中聚合场合,形成多孔质结构。并且,聚合性化合物优选通过照射活性能量线形成树脂。此外,由聚合性化合物形成的树脂优选通过使用2官能团以上的聚合性化合物在分子内具有交联结构。由此,能提高多孔质结构部的玻化温度或熔点,作为结果,提高强度。
作为活性能量线,只要能赋予使得液体组合物中的聚合性化合物的聚合反应进行所需的能量即可,不作特别限定,可以列举例如紫外线、电子束、α线、β线、γ线、X射线等。其中,优选紫外线。特别是在使用高能量光源的情况下,即使不使用聚合引发剂,也可以进行聚合反应。
聚合性化合物优选具有至少一个自由基聚合性官能团。作为其例子,可以列举例如1官能团、2官能团、3官能团、或3官能团以上的自由基聚合性化合物、功能性单体、自由基聚合性低聚物等。其中,特别优选2官能团、2官能团以上的自由基聚合性化合物。
作为1官能团的自由基聚合性化合物,可以列举例如2-(2-乙氧基乙氧基)丙烯酸乙酯、甲氧基聚乙二醇酯、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、苯氧基聚乙烯乙二醇酯、2-羟甲基乙基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、2-羟乙基丙烯酸酯、2-羟丙基丙烯酸酯、四氢糠基丙烯酸酯、2-乙基己基卡必醇丙烯酸酯、3-甲氧基丙烯酸丁酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸异丁酯、甲氧基三甘醇丙烯酸酯、苯氧四甘醇丙烯酸酯、丙烯酸鲸蜡酯、丙烯酸异硬脂酯、丙烯酸硬脂酯、苯乙烯单体等。它们可以单独使用一种,也可以二种或二种以上并用。
作为2官能团的自由基聚合性化合物,可以列举例如1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、新戊基二丙烯酸酯、EO改性双酚A二丙烯酸酯、EO改性双酚F二丙烯酸酯、新戊基二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯等。它们可以单独使用一种,也可以二种或二种以上并用。
作为3官能团或3官能团以上的自由基聚合性化合物,可以列举例如三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、EO改性三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、PO改性三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、己内酯改性三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、HPA改性三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯(PETTA)、甘油三丙烯酸酯、ECH改性甘油三丙烯酸酯、EO改性甘油三丙烯酸酯、PO改性甘油三丙烯酸酯、三(丙烯酰氧基)异氰脲酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、己内酯改性二季戊四醇六丙烯酸酯、二季戊四醇羟基五丙烯酸酯、烷基改性二季戊四醇五丙烯酸酯、烷基改性二季戊四醇四丙烯酸酯、烷基改性二季戊四醇三丙烯酸酯、二羟甲基丙烷四丙烯酸酯(DTMPTA)、季戊四醇乙氧基四丙烯酸酯、EO改性磷酸三丙烯酸酯、2,2,5,5-四羟甲基环戊酮四丙烯酸酯等。它们可以单独使用一种,也可以二种或二种以上并用。
液体组合物中的聚合性化合物的含量相对液体组合物总量,优选5.0质量%以上、70.0质量%以下,更优选10.0质量%以上、50.0质量%以下,进一步优选20.0质量%以上、40.0质量%以下。聚合性化合物的含量为70.0质量%以下场合,所得到的多孔质结构部的空孔大小为数nm以下,不会过小,多孔质结构部具有合适的空隙率,能抑制液体或气体的渗透难以发生的倾向,很合适。另外,聚合性化合物的含量为5.0质量%以上场合,树脂的三维网眼结构能充分形成,多孔质结构能充分形成,可见所得到的多孔质结构部的强度也提高的倾向,因此,很合适。
希望获得具有高的硬度或耐擦伤性的树脂及由该树脂形成的多孔质结构部场合,液体组合物中的聚合性化合物的含量相对液体组合物总量,优选30.0质量%以上、70.0质量%以下,更优选40.0质量%以上、70.0质量%以下,进一步优选50.0质量%以上、70.0质量%以下。这是由于使得聚合性化合物相对液体组合物总量的含量多能实现具有高的硬度或耐擦伤性的树脂及由该树脂形成的多孔质结构部的缘故。在从液体组合物A及液体组合物B选择的至少一方中,液体组合物中的聚合性化合物的含量只要在上述范围即可。
--溶剂--
溶剂(以下,也称为“致孔剂”(porogen))是与聚合性化合物相溶的液体。另外,溶剂是在液体组合物中聚合性化合物聚合过程中与聚合物(树脂)不相溶(产生相分离)的液体。由于液体组合物中含有溶剂,聚合性化合物在液体组合物中聚合时形成多孔质结构部。另外,优选能够通过光或热溶解产生自由基或酸的化合物(后述的聚合引发剂)。溶剂可以单独使用一种,也可以二种或二种以上并用。溶剂不具有聚合性。
作为致孔剂的单独使用一种的沸点或二种或二种以上并用场合的沸点优选在常压下为50℃以上、250℃以下,更优选70℃以上、200℃以下。由于沸点为50℃以上,抑制室温附近时致孔剂的气化,容易处理液体组合物,液体组合物中的致孔剂的含量控制变得容易。另外,由于沸点在250℃以下,因此,缩短聚合后的使得致孔剂干燥的工序时间,多孔质结构体的生产性提高。此外,由于能够抑制多孔质结构部内部残存的致孔剂的量,因此,利用多孔质结构体作为进行物质间分离的分离层或作为反应场所的反应层等的功能层场合,提高品质。
另外,作为致孔剂的单独使用一种的沸点或二种或二种以上并用场合的沸点优选在常压下为120℃以上。
作为致孔剂,可以列举例如二乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单异丙醚、二丙二醇单甲醚等的乙二醇类,γ-丁内酯、碳酸丙烯酯等的酯类,NN二甲基乙酰胺等的酰胺类等。另外,也可以列举十四烷酸甲酯、癸酸甲酯、肉豆蔻酸甲酯、十四烷等的分子量大的液体。此外,也可以列举丙酮、2-乙基己醇、1-溴萘等的液体。
上述例示的液体并不总是属于致孔剂。所谓致孔剂如上所述,是与聚合性化合物相溶的液体,并且,在液体组合物中,聚合性化合物聚合过程中,与聚合物(树脂)不相溶(产生相分离)的液体,换言之,某液体是否属于致孔剂,由聚合性化合物和聚合物(通过聚合性化合物聚合而形成的树脂)的关系决定。
液体组合物如上所述,可以至少含有一种与聚合性化合物之间具有上述特定关系的致孔剂,因此,也可以追加含有与聚合性化合物之间不具有上述特定关系的液体(非致孔剂的液体)。但是,与聚合性化合物之间不具有特定关系的液体(非致孔剂的液体)的含量优选相对于液体组合物总量,为10.0质量%以下,更优选5.0质量%以下,进一步优选1.0质量%以下,特别优选不包含。
液体组合物中致孔剂的含量优选相对于液体组合物总量为30.0质量%以上、95.0质量%以下,更优选50.0质量%以上、90.0质量%以下,进一步优选60.0质量%以上、80.0质量%以下。致孔剂含量为30.0质量%以上时,所得到的多孔质结构部的空孔大小为数nm以下,不会过小,多孔质结构部具有合适的空隙率,能抑制液体或气体的渗透难以发生的倾向,很合适。另外,致孔剂的含量为95.0质量%以下场合,树脂的三维网眼结构能充分形成,多孔质结构能充分形成,可见所得到的多孔质结构部的强度也提高的倾向,因此,很合适。
希望获得具有高的硬度或耐擦伤性的树脂及由该树脂形成的多孔质结构部场合,液体组合物中的聚合性化合物的含量相对液体组合物总量,优选30.0质量%以上、70.0质量%以下,更优选30.0质量%以上、60.0质量%以下,进一步优选30.0质量%以上、50.0质量%以下。这是由于使得聚合性化合物相对液体组合物总量的含量多,与此相伴随,使得致孔剂含量相对液体组合物总量减少,能实现具有高的硬度或耐擦伤性的树脂及由该树脂形成的多孔质结构部的缘故。在从液体组合物A及液体组合物B选择的至少一方中,液体组合物中的致孔剂的含量只要在上述范围即可。
液体组合物中的聚合性化合物的含量和致孔剂的含量的质量比(聚合性化合物:致孔剂)优选1.0:0.4~1.0:19.0,更优选1.0:1.0~1.0:9.0,进一步优选1.0:1.5~1.0:4.0。
希望获得具有高的硬度或耐擦伤性的树脂及由该树脂形成的多孔质结构部场合,液体组合物中的聚合性化合物的含量和致孔剂的含量的质量比(聚合性化合物:致孔剂)优选1.0:0.4~1.0:0.9,更优选1.0:0.4~1.0:0.8,进一步优选1.0:0.4~1.0:0.7。这是由于使得相对致孔剂的含量的聚合性化合物的含量多,能实现具有高的硬度或耐擦伤性的树脂及由该树脂形成的多孔质结构部的缘故。在从液体组合物A及液体组合物B选择的至少一方中,聚合性化合物的含量和致孔剂的含量的质量比只要在上述范围即可。
--聚合引发剂--
聚合引发剂是能通过光或热等的能量生成自由基或阳离子等的活性种使得聚合性化合物的聚合开始的材料。作为聚合引发剂,可以单独一种或组合使用二种或二种以上的公知的自由基聚合引发剂或阳离子聚合引发剂、碱发生剂等,其中,优选使用光自由基聚合引发剂。
作为光自由基聚合引发剂,可以使用光自由基发生剂。例如,以商品名Irgacure、Darocur而闻名的米蚩酮、二苯甲酮那样的光自由基聚合引发剂,作为更具体的化合物,可以合适地使用二苯甲酮、苯乙酮衍生物,例如α-羟基苯乙酮、α-氨基苯乙酮、4-芳酰基-1,3-二氧代环戊氧基、苄基缩酮,2,2-二乙氧基苯乙酮、对二甲基氨基乙酰吩、对二甲基氨基苯丙酮、二苯甲酮、2-氯二苯甲酮、4,4'-二氯二苯甲酮、4,4'-双二乙基氨基二苯甲酮、米蚩酮、苯偶酰、苯偶姻、苄基二甲基缩酮、四甲基秋兰姆单硫化物、噻吨酮、2-氯噻吨酮、2-甲基噻吨酮、偶氮二异丁腈、过氧化苯偶姻、二叔丁基过氧化物、1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-酮,1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、甲基苯甲酰甲酯、佐宁异丙醚、苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苄基醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶姻n-丁基醚、苯偶姻n-丙基等的苯偶姻烷基醚或酯、1-羟基-环己基-苯基-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1、1-羟基-环己基-苯基-酮、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮、双(η5-2,4-环戊二烯-1-基)-双(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)-苯基)钛、双(2,4,6-三甲基苯甲酰)-苯基膦氧化物、2-甲基-1[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉丙烷-1-酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮(DAROCUR1173)、双(2,6-二甲氧基苯甲酰)-2,4,4-三甲基-戊基氧化膦、1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-单酰基膦氧化物、双酰基膦氧化物或茂钛、荧光素、蒽醌、硫呫吨酮或呫吨酮、洛芬二聚体、三卤甲基化合物或二卤代甲基化合物、活性酯化合物、有机硼化合物等。
此外,也可以同时含有二叠氮化合物那样的光交联型自由基发生剂。又,使其仅仅热聚合场合,可以使用作为通常的自由基发生剂的azobisisobutyronitrile(AIBN,偶氮二异丁腈)等的热聚合引发剂。
为了得到充分的固化速度,当将聚合性化合物的总质量设为100.0质量%场合,聚合引发剂含量优选0.05质量%以上、10.0质量%以下,更优选0.5质量%以上、5.0质量%以下。
-液体组合物的物性-
液体组合物的粘度从赋予液体组合物时的作业性角度考虑,优选在25℃下,1.0mPa·s以上、200.0mPa·s以下,更优选1.0mPa·s以上、150.0mPa·s以下,进一步优选1.0mPa·s以上、30.0mPa·s以下,特别优选1.0mPa·s以上、25.0mPa·s以下。由于液体组合物的粘度为1.0mPa·s以上、200.0mPa·s以下,即使以喷墨方式适用液体组合物场合,也能得到良好的排出性。在此,粘度可以使用例如粘度计(装置名:RE-550L,东机产业株式会社制)等进行测定。
《多孔质结构体的制造装置,多孔质结构体的制造方法》
图1是表示用于实现本实施形态的多孔质结构体的制造方法的多孔质结构体的制造装置一例的模式图。
<多孔质结构体的制造装置>
多孔质结构体的制造装置100是使用上述液体组合物制造多孔质结构体的装置。多孔质结构体的制造装置100包括实行将液体组合物赋予基材4上的工序的赋予工序部10,实行聚合工序的聚合工序部20,以及实行加热工序的加热工序部30。所述聚合工序通过使得包含将液体组合物赋予基材4上形成的液体组合物层的聚合性化合物聚合,得到多孔质结构体的前躯体6,所述加热工序加热多孔质结构体的前躯体6得到多孔质结构体。多孔质结构体的制造装置100设有输送基材4的输送部5,输送部5按赋予工序部10、聚合工序部20、加热工序部30的顺序以预先设定的速度运送基材4。
-赋予工序部-
赋予工序部10设有作为实现将液体组合物赋予基材4上的赋予工序的赋予手段一例的赋予装置1a、收纳液体组合物的收纳容器1b、以及将储存在收纳容器1b的液体组合物供给赋予装置1a的供给管1c。在此,实现赋予液体组合物的赋予工序的赋予手段包括实现赋予液体组合物A的赋予工序A的赋予手段A以及实现赋予液体组合物B的赋予工序B的赋予手段B。液体组合物A和液体组合物B分别收纳在不同的收纳容器1b,通过不同的供给管1c,供给到不同的赋予装置1a。
收纳容器1b收纳液体组合物7,赋予工序部10从赋予装置1a向基材4的方向排出液体组合物7,赋予液体组合物7,薄膜状地形成液体组合物层。此时,并不限定赋予工序A和赋予工序B的顺序,先实行赋予工序A的场合,先实行赋予工序B的场合,以及同时实行赋予工序A和赋予工序B的场合,可以是上述场合的任一种。但是,优选赋予的液体组合物A和赋予的液体组合物B互相以未固化状态接触。即,先实行赋予工序A的场合,在赋予工序B中,优选赋予液体组合物B,使得与已赋予液体组合物A的区域至少一部分重复。另外,先实行赋予工序B的场合,在赋予工序A中,优选赋予液体组合物A,使得与已赋予液体组合物B的区域至少一部分重复。再有,同时实行赋予工序A和赋予工序B的场合,在赋予工序A和赋予工序B中,优选液体组合物A和液体组合物B的赋予场所靠近。
收纳容器1b可以构成为与多孔质结构体的制造装置100一体化,但也可以构成为能从多孔质结构体的制造装置100卸下。也可以是用于添加到与多孔质结构体的制造装置100一体化的收纳容器或能从多孔质结构体的制造装置100卸下的收纳容器的容器。
赋予装置1a只要能赋予液体组合物7,没有特别限制,可以使用与例如旋涂法、浇注法、微凹版涂布法、凹版涂布法、棒式涂布法、辊式涂布法、线棒式涂布法、浸渍涂布法、狭缝涂布法、毛细涂布法、喷涂法、喷嘴涂布法、凹版印刷法、丝网印刷法、快速印刷法、胶版印刷法、反转印刷法、喷墨印刷法等的各种印刷法对应的任意赋予装置。
收纳容器1b和供给管1c只要能稳定地储存及供给液体组合物7,可以任意选择。构成收纳容器1b和供给管1c的材料优选在紫外线及可见光的较短波长区域中具有遮光性。由此,可以防止液体组合物7因外光而开始聚合。
-聚合工序部-
聚合工序部20如图1所示,具有作为固化手段一例的光照射装置2a和使聚合惰性气体循环的聚合惰性气体循环装置2b。所述光照射装置2a实现通过将热、光等活性能量线照射液体组合物使其固化的固化工序。光照射装置2a对于由赋予工序部10形成的液体组合物层,在存在聚合惰性气体的情况下,照射光,使其光聚合,得到多孔质结构体的前躯体6。在此,在固化工序中使用的固化手段使得互相接触的赋予的液体组合物A和液体组合物B同时固化。所谓“使其同时固化”是指液体组合物A的固化工序和液体组合物B的固化工序的至少一部分重复即可,例如,固化的开始时刻没有必要同时,但是,优选固化的开始时刻实质上同时。
光照射装置2a根据包含在液体组合物层中的光聚合引发剂的吸收波长适当选择,只要能够使液体组合物中的化合物的聚合开始和进行,没有特别的限制,可以列举例如高压水银灯、金属卤化物灯、热阴极管、冷阴极管、LED等的紫外线光源。但是,由于短波长的光具有一般容易到达深部的倾向,因此,优选根据所形成的多孔质膜的厚度选择光源。
接下来,关于光照射装置2a的光源的照射强度,若照射强度过强,则在相分离充分发生前,聚合会急剧进行,因此,存在难以得到多孔质结构的倾向。另外,照射强度过弱场合,相分离为微观尺度以上,容易发生多孔质的偏差和粗大化。另外,照射时间也变长,存在生产性下降的倾向。因此,作为照射强度,优选10mW/cm2以上、1W/cm2以下,更优选30mW/cm2以上、300mW/cm2以下。
接下来,聚合惰性气体循环装置2b具有以下作用:使大气中含有的聚合活性氧浓度降低,不阻碍液体组合物层表面附近的聚合性化合物的聚合反应,使其进行。因此,所使用的聚合惰性气体只要满足上述功能,就没有特别的限制,可以列举例如氮、二氧化碳、氩等。
另外,作为其流量,考虑能有效地得到减少阻害效果,优选O2浓度不足20%(氧气浓度比大气低的环境),更优选0%以上、15%以下,进一步优选0%以上、5%以下。另外,为了使聚合惰性气体循环装置2b实现稳定的聚合进行条件,优选设置可调节温度的温度调节手段。
-加热工序部-
加热工序部30如图1所示,具有加热装置3a,包括通过加热装置3a加热由聚合工序部20形成的多孔质结构体的前躯体6中残存的溶剂、使其干燥除去的溶剂除去工序。由此,能够形成多孔质结构体。加热工序部30可以在减压下实施溶剂除去工序。
另外,加热工序部30也包括聚合促进工序以及引发剂除去工序,所述聚合促进工序通过加热装置3a加热多孔质结构体的前驱体6,进一步促进在聚合工序部20中实施的聚合反应,所述引发剂除去工序将残留于多孔质结构体的前驱体6的光聚合引发剂由加热装置3a加热并使其干燥除去。上述聚合促进工序和引发剂除去工序可以不与溶剂除去工序同时实施,可以在溶剂除去工序之前或之后实施。
再有,加热工序部30在溶剂除去工序后,包括在减压下加热多孔质结构体的聚合完成工序。加热装置3a只要能满足上述功能,就没有特别的限制,可以列举例如IR加热器、热风加热器等。
另外,关于加热温度和时间,可以根据多孔质结构体的前驱体6中所含溶剂的沸点和形成膜厚进行适当选择。
-基材-
作为基材4的材料,不管是透明还是不透明,可以使用任何材料。即,作为透明基材,可以使用玻璃基材、各种塑料薄膜等树脂薄膜基材或其复合基板等,作为不透明基材,可以使用硅基材、不锈钢等的金属基材,或将其层叠而成等各种基材。
基材4可以是普通纸、光泽纸、特殊纸、布等的记录介质。另外,作为记录介质,也可以是低浸透性基材(低吸收性基材)。所谓低浸透性基材是指具有透水性、吸收性、或吸附性低的表面的基材,也包含即使内部有多个空洞也不向外部开口的材质。作为低渗透性基材,可以列举用于商业印刷的涂层纸,将废纸浆配合在中间层、里层并在表面施以涂层的纸板那样的记录介质等。
另外,关于形状,不管是曲面还是具有凹凸形状,只要是能适用于赋予工序部10、聚合工序部20的基材,都可以使用。
《多孔质结构体的用途》
本实施形态的多孔质结构体能展开用于多样用途。以下,说明可展开用途一例,但并不限定于此。
<蓄电元件用途或发电元件用途>
本实施形态的多孔质结构体可以用作蓄电元件用或发电元件用的绝缘层(separator)。在此,所谓“绝缘层”是隔离正极和负极、且确保正极和负极之间的离子传导性的部件。此外,在本说明书中表示为绝缘层场合,并不局限于层形状,也可以是其它形状。
将本实施形态的多孔质结构体用作绝缘层用途场合,作为形成多孔质结构体的场所,只要位于电极基体上或电极复合材料部上等形成电极的部件上,没有特别限定,但从提高安全性角度考虑,优选例如在电极基体上预先形成电极复合材料部,将液体组合物赋予电极复合材料部上,通过使其固化,形成作为绝缘层的多孔质结构体。所谓“电极复合材料部”是包含活性物质的部件。通过在电极复合材料部上形成作为绝缘层的多孔质结构体,能有效抑制发生短路。
首先,参照图2~图4说明将本实施形态的多孔质结构体用作绝缘层场合。
图2是表示作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体一例的截面模式图。多孔质结构体200包括多孔质结构部201(多孔质结构部A),中间层202,以及多孔质结构部203(多孔质结构部B)。如图2所示,多孔质结构部201(多孔质结构部A)和多孔质结构部203(多孔质结构部B)由中间层202连续地一体化。
图3是表示具有作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体的电极一例的截面模式图。电极300包括多孔质结构部201(多孔质结构部A),中间层202,多孔质结构部203(多孔质结构部B),负极的电极复合材料部204,以及负极的电极基体205。另外,负极的电极复合材料部204包含负极的活性物质206。在此,图3的多孔质结构体与图2的多孔质结构体不同,形成在负极的电极复合材料部204上。如上所述,在电极基体上预先形成电极复合材料部,将液体组合物赋予电极复合材料部上,通过使其固化,形成作为绝缘层的多孔质结构体场合,如图3所示,多孔质结构体的一部分区域与电极复合材料部的一部分区域重复。这是由于已赋予的固化前的液体组合物浸入电极复合材料部内部,此后固化形成多孔质结构体的缘故。上述重复的区域的浸入深度(层厚方向的长度)优选相对电极复合材料部的区域的层厚方向的长度为5%以上,更优选30%以上。作为使得固化前的液体组合物浸入电极复合材料部内部的方法,没有特别限定,可以列举调整液体组合物粘度的方法等。例如,液体组合物的粘度优选在25℃下,1.0mPa·s以上、200.0mPa·s以下,更优选1.0mPa·s以上、150.0mPa·s以下,进一步优选1.0mPa·s以上、30.0mPa·s以下,特别优选1.0mPa·s以上、25.0mPa·s以下。此外,作为调整粘度的方法,没有特别限定,可以列举调整液体组合物中的聚合性化合物的含量的方法等。例如,聚合性化合物的含量优选相对液体组合物的总量为5.0质量%以上、70.0质量%以下,更优选10.0质量%以上、50.0质量%以下,进一步更优选20.0质量%以上、40.0质量%以下。
图4是表示具有作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体的蓄电元件一例的截面模式图。蓄电元件400包括多孔质结构部201(多孔质结构部A),中间层202,多孔质结构部203(多孔质结构部B),负极的电极复合材料部204,负极的电极基体205,正极的电极复合材料部207,以及正极的电极基体208。另外,正极的电极复合材料部207包含正极的活性物质209。
参照图2~图4说明的作为绝缘层的多孔质结构体不管哪一个都使用层状的多孔质结构部A和多孔质结构部B,但并不局限于这些形状。例如,也可以是在多孔质结构体的面方向,多孔质结构部A及多孔质结构部B通过中间层邻接的形状等。
下面,说明将本实施形态的多孔质结构体优选用于蓄电元件及发电元件中的绝缘层用途的理由。
近年来,在蓄电元件及发电元件相关的技术领域中,高输出化、高容量化及高寿命化等的要求迅速提高。但是,在实现这些要求时,存在与蓄电元件及发电元件的安全性相关的各种课题。作为需要提高安全性的部件的一个例子,可以列举具有多孔质结构的绝缘层(separator)。通常,作为绝缘层所要求的安全性的功能,可以列举关闭功能。所谓“关闭功能”是指蓄电元件等发热时绝缘层熔融,通过使得绝缘层的开孔部堵塞从而抑制蓄电元件等的反应的功能。该功能可以通过例如使用通用的聚丙烯树脂(PP树脂)或聚乙烯树脂(PE树脂)等的材料制作具有多孔质结构的绝缘层实现。但是,使用PP树脂或PE树脂那样的高温时熔融的材料制作的绝缘层虽然易发挥关闭功能,但在更高的高温状态下难以维持绝缘层的形状,具有易发生电极间短路的特征。因此,要求即使在更高的温度下也能一边维持形状一边能发挥关闭功能的绝缘层。即,要求形状维持功能和关闭功能兼顾的绝缘层,如果使用本实施形态的多孔质结构体,例如,通过使多孔质结构部A具有形状维持功能,多孔质结构部B具有关闭功能可以实现。进而,本实施形态的多孔质结构体的多孔质结构部A和多孔质结构部B连续地一体化,没有界面,因此,抑制剥离,强度优异,且抑制空隙的连通性降低,离子透过性也优异。将多孔质结构体作为绝缘层使用时可实现的功能并不限定于形状维持功能和关闭功能,只要能分配给多孔质结构部A及多孔质结构部B的至少二种功能即可。
具有上述形状维持功能的多孔质结构部例如以由具有高的硬度或耐擦伤性的树脂形成的多孔质结构部形成。作为得到具有高的硬度或耐擦伤性的树脂形成的多孔质结构部的方法,可以列举例如,如上所述,使得相对于液体组合物总量的聚合性化合物含量多的方法等。
其次,参照图5,详细说明在本实施形态的多孔质结构体中使多孔质结构部A具有形状维持功能而使多孔质结构部B具有关闭功能的场合。
图5的(a)、(b)是说明作为绝缘层使用的本实施形态的多孔质结构体的形状维持功能及关闭功能的一例的说明图。图5(a)所示的多孔质结构体200包括多孔质结构部201(多孔质结构部A)、中间层202、多孔质结构部203(多孔质结构部B)。在此,多孔质结构部201(多孔质结构部A)具有形状维持功能,多孔质结构部203(多孔质结构部B)具有关闭功能。
在具有这种多孔质结构体的蓄电元件中,因异常充电/放电等产生过剩电流,蓄电元件异常发热时,如图5(b)所示,具有关闭功能的多孔质结构部203(多孔质结构部B)在层厚方向收缩,多孔质结构部203(多孔质结构部B)内部的空孔闭塞。结果,妨害电解液内的离子在多孔质结构体内的移动,抑制蓄电元件内的电化学反应的进行。由此,隔断电流流动,抑制温度上升。
另一方面,蓄电元件的周围成为高温环境,由此蓄电元件的内部温度成为160℃以上温度场合,由于SEI覆膜的分解,在负极和电解液之间进行电化学反应。之后,若蓄电元件的内部温度达到180℃以上的温度,则正极和电解液之间的电化学反应进行。若进行基于这样的电化学反应的热失控反应,则蓄电元件的内部温度急剧上升,成为200℃以上的温度。但是,多孔质结构部201(多孔质结构部A)具有形状维持功能场合,即使在高温环境下,多孔质结构部201(多孔质结构部A)在层厚方向不收缩,维持形状。由此,能够抑制正极和负极之间的短路。
如上所述,使多孔质结构部A具有形状维持功能时,优选构成多孔质结构部A的树脂A的玻化温度或熔点高。具体来说,树脂A的玻化温度或熔点优选为160℃以上,更优选180℃以上,特别优选200℃以上。
另一方面,使多孔质结构部B具有关闭功能时,优选构成多孔质结构部B的树脂B的玻化温度或熔点低。具体来说,树脂A玻化温度或熔点优选为不足160℃,更优选100℃以下,进一步优选50℃以下,特别优选30℃以下。
其次,说明在使多孔质结构部A具有形状维持功能而使多孔质结构部B具有关闭功能场合,树脂A的玻化温度或熔点与树脂B的玻化温度或熔点的关系。
因异常充电/放电等产生过剩电流,蓄电元件发热时,如上所述,具有关闭功能的多孔质结构部203(多孔质结构部B)在层厚方向收缩,多孔质结构部203(多孔质结构部B)内部的空孔闭塞。结果,妨害电解液内的离子在多孔质结构体内的移动,抑制蓄电元件内的电化学反应的进行。由此,隔断电流流动,抑制温度上升。但是,多孔质结构部203(多孔质结构部B)在层厚方向收缩后,蓄电元件的内部温度在一定时间缓慢上升。因此,优选在电流的流动隔断后的温度上升范围,多孔质结构部A发挥形状维持功能,防止正极和负极之间的短路。为此,优选树脂A的玻化温度或熔点高于树脂B的玻化温度或熔点,更优选高20℃以上,进一步优选高50℃以上,特别优选高100℃以上。
下面,说明蓄电元件及发电元件具有的绝缘层以外的构成。蓄电元件及发电元件除了绝缘层以外,具有电极基体及电极复合材料部。此外,电极复合材料部包含活性物质。
作为电极基体,只要是具有导电性的基体,没有特别的限制,可以使用铝箔、铜箔、不锈钢箔、钛箔、以及将它们进行蚀刻而开有微细孔的蚀刻箔,以及锂离子电容器中使用的开孔电极基体等。这样的电极基体可以合适地用于作为一般蓄电元件的二次电池、电容器等,其中能更合适地用于锂离子二次电池。
另外,作为另一种电极基体,可以使用将碳纸等纤维状的电极设为无纺布或织布为平面者、或在上述开孔电极基体中具有微细孔者。这样的电极基体可以合适地用于燃料电池等的发电元件。
再有,作为又一种电极基体,可以使用在玻璃、塑料等平面基体上形成铟/钛类氧化物或锌氧化物那样的透明半导体薄膜者,或者将导电性电极膜薄薄地蒸镀而成的材料等。这样的电极基体可以合适地用于太阳能电池等的发电元件。
活性物质包含在电极复合材料部(也称为活性物质层)。活性物质层是将粉体状的活性物质和催化剂组成物分散在液体中,将所得的液体涂布、固定在电极基体上,干燥形成,通常采用喷涂、分配器、模涂、提拉涂布等进行涂布。
正极活性物质只要是能可逆地吸留及放出碱金属离子的材料,就没有特别的限制。作为典型,可以使用含碱金属的过渡金属化合物,作为正极用活性物质。作为含有例如锂的过渡金属化合物,可以列举含有选自钴、锰、镍、铬、铁及钒的组中的至少一种元素和锂的复合氧化物。可以列举例如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等含锂过渡金属氧化物、LiFePO4等的橄榄石型锂盐、二硫化钛、二硫化钼等的硫属化合物、二氧化锰等。含锂过渡金属氧化物是含有锂和过渡金属的金属氧化物,或该金属氧化物中的过渡金属的一部分被异种元素取代的金属氧化物。作为异种元素,例如可以列举Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、B等,其中,优选Mn、Al、Co、Ni及Mg。异种元素可以单独使用一种,也可以使用二种或二种以上。上述正极活性物质可以单独使用,也可以将二种或二种以上组合使用。作为镍氢电池中的上述活性物质,可以列举氢氧化镍等。
负极活性物质只要是能可逆地吸留及放出碱金属离子的材料,就没有特别的限制。作为典型,可以使用含有具有石墨型晶体结构的石墨的碳质材料,作为负极活性物质。作为这样的碳质材料,例如,可以列举天然石墨,球状或纤维状的人造石墨,难石墨化性碳(硬碳),易石墨化性碳(软碳)等。作为上述碳质材料以外的材料,可以列举例如钛酸锂。又,从提高锂离子电池的能量密度角度考虑,硅、锡、硅合金、锡合金、氧化硅、氮化硅、氧化锡等的高容量材料也可以作为负极活性物质合适地使用。
作为镍氢电池中的上述活性物质,可以列举例如氢吸留合金,作为上述氢吸留合金,可以列举AB2类或A2B类的氢吸留合金。
作为正极或负极的粘结剂,可以使用例如PVDF、PTFE、聚乙烯、聚丙烯、芳纶树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚、聚醚砜、六氟聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、羧甲基纤维素等。又,也可以使用选自四氟乙烯、六氟乙烯、六氟丙烯、全氟烷基乙烯基醚、偏二氟乙烯、三氟氯乙烯、乙烯、丙烯、五氟丙烯、氟甲基乙烯基醚、丙烯酸、己二烯的至少二种材料的共聚物。也可以将从上述材料中选择的二种或二种以上混合使用。作为包含在电极中的导电剂,可以使用例如天然石墨或人造石墨的石墨类,乙炔黑、科琴黑、通道黑、炉黑、灯黑、热碳黑等的碳黑类,碳纤维或金属纤维等的导电性纤维类,氟化碳、铝等的金属粉末类,氧化锌或钛酸钾等的导电性晶须类,氧化钛等的导电性金属氧化物,亚苯基衍生物、石墨烯衍生物等的有机导电性材料等。
燃料电池用的活性物质,一般使用使得铂、钌、铂合金等的金属微粒担载在碳等的催化剂载体上,作为阴极电极和阳极电极的催化剂。为了使得催化剂粒子担载在催化剂载体表面,例如将催化剂载体悬浮在水中,将催化剂粒子的前体(包含氯铂酸、双硝基二氨基铂、氯化二铂、氯化一铂、双乙酰丙酮铂、二氯二氨合铂、二氯四胺铂、硫酸二铂、二氯二氨合铂、氯化铑、氯化二铁、氯化钴、氯化钯、氯化金、硝酸银、氯化钴、氯化铬、氯化金、硝酸银、硝酸铑、氯化钯、硝酸镍、硫酸铁、氯化铜等合金组分者)添加到上述悬浮液中,使其溶解后,加碱,使其生成金属氢氧化物,同时,得到担载在催化剂载体表面的催化剂载体。将所述催化剂载体涂布在电极上,在氢气氛下等还原,得到表面涂覆有催化剂粒子(活性物质)的电极。
太阳能电池等场合,活性物质可以列举例如氧化钨粉末、氧化钛粉末,此外,还可以列举SnO2、ZnO、ZrO2、Nb2O5、CeO2、SiO2、Al2O3之类的氧化物半导体层,在半导体层中,可以担载色素,例如,可以列举钌-三型的过渡金属络合物、钌-双型过渡金属络合物、锇-三型过渡金属络合物、锇-双型过渡金属络合物、钌-顺式-二水代-联吡啶络合物、酞菁和卟啉、有机-无机的钙钛矿晶体等的化合物。
接着,说明作为蓄电元件使用时所填充的电解液。电解液是包含下述溶剂及电解质的液体。
作为溶剂,可以使用例如碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、乙腈、γ-丁内酯、环丁砜、二氟乙烯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-乙氧基甲氧基乙烷、聚乙二醇、醇类、以及它们的混合物等。
作为电解质,可以列举能溶解于溶剂的固体电解质以及离子液体等的液体电解质等。
作为固体电解质,只要能够溶解于溶剂,没有特别限制,例如,可以使用碱金属盐及碱土类金属盐等的无机离子盐、季铵盐、酸类的支持盐、以及碱类的支持盐等,更具体地说,可以列举LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3COO、KCl、NaClO3、NaCl、NaBF4、NaSCN、KBF4、Mg(ClO4)2、Mg(BF4)2等。
作为液体电解质,可以列举含有阳离子成分和阴离子成分的各种离子液体。离子液体优选在包括室温在内的广泛温度区域能维持液体状态。作为阳离子成分,可以列举例如,N,N-二甲基咪唑盐、N,N-甲基咪唑盐、N,N-甲基丙基咪唑盐等的咪唑衍生物;N,N-二甲基吡啶鎓盐、N,N-甲基丙基吡啶鎓盐等的吡啶鎓衍生物等的芳香族类的盐;三甲基丙基铵盐、三甲基己基铵盐、三乙基己基铵盐等的四烷基铵盐等的脂肪族季铵类化合物等。作为阴离子成分,例如,从大气中的稳定性方面考虑,优选含有氟的化合物,可以列举BF4-、CF3SO3 -、PF4 -、(CF3SO2)2N-、B(CN4)-等。
电解质的含量没有特别限制,可以根据目的适当选择,优选在电解液中为0.7mol/L以上、4.0mol/L以下,更优选1.0mol/L以上、3.0mol/L以下,从兼顾蓄电元件的容量及输出角度考虑,更优选1.0mol/L以上、2.5mol/L以下。
<担载体用途>
本实施形态的多孔质结构体可以通过在多孔质结构部的表面担载功能性物质,作为担载体使用。在此,所谓“多孔质结构部的表面”不仅是指多孔质结构部的外部表面,也包含与外部连通的内部表面。这样,可以使得功能性物质担载在与外部连通的空隙,因此,能够担载功能性物质的表面积增加。
另外,本实施形态的多孔质结构体的多孔质结构部A及多孔质结构部B连续地一体化,没有界面,因此,可以提供剥离受到抑制且强度优异的担载体,并且,抑制空隙的连通性降低,因此,可以提供使得功能性物质担载在与外部连通的空隙中的担载体。
在此,本实施形态的担载体具有由构成成分不同的树脂形成的多孔质结构部A及多孔质结构部B。由此,与担载体由单一的多孔质结构部构成场合相比,能够提高担载体的性能方面的设计自由度。例如,形成多孔质结构部A及多孔质结构部B的树脂的构成成分的不同点起因在于为合成这些树脂而使用的液体组合物中所含的聚合性化合物所具有的官能团的种类或数量的差异场合,结果,多孔质结构部A及多孔质结构部B所具有的官能团的种类或数量产生不同。于是,多孔质结构部A及多孔质结构部B基于各自的多孔质结构部所具有的官能团与各自的多孔质结构部所担载的功能性物质的相互作用,可以控制由功能性物质所发挥的功能。例如,即使多孔质结构部A及多孔质结构部B担载相同或类似的功能性物质场合,也可以根据各自的多孔质结构部所具有的官能团的种类或数量的差异,对于在多孔质结构部内发挥的功能性物质的功能量以及从多孔质结构部内释放到多孔质结构部外的功能性物质的释放速度设定差异。
另外,形成多孔质结构部A及多孔质结构部B的树脂的构成成分的不同点起因在于为合成这些树脂而使用的液体组合物中所含的聚合引发剂的种类或量(浓度)的差异场合,聚合速度产生差异,结果,使得多孔质结构部A及多孔质结构部B中的空孔大小产生差异。于是,利用这个状况,例如,可以提供根据在多孔质结构部A和多孔质结构部B的各自中设为目的的功能性物质的功能量或功能性物质的释放速度调整空孔大小的担载体。
本实施形态的担载体通过仅在液体组合物A中含有功能性物质,制作多孔质结构部,可以制作功能性物质担载在多孔质结构部A而没有担载在多孔质结构部B的担载体。同样,可以制作功能性物质担载在多孔质结构部B而没有担载在多孔质结构部A的担载体。由此,可以进一步提高担载体的性能方面的设计自由度。
功能性物质是直接或间接地发挥规定功能的物质,优选伴随担载在多孔质结构体的面积的增加该功能也增加或提高的物质,更优选通过使得担载的功能性物质位于外部表面和/或与外部连通的内部表面能发挥该功能的物质(换言之,位于与外部不连通的内部表面场合,该功能的发挥受到抑制的物质)。作为功能性物质的一个例子,没有特别的限制,可以列举光催化剂、生理活性物质等。
光催化剂是通过照射处于特定波长范围的光(具有光催化剂的价带和导电带之间的带隙以上的能量的激发光)而显示光催化剂活性的物质。光催化剂通过显示该光催化剂活性,能发挥抗菌作用、消臭/除臭作用、挥发性有机化合物(VOC)等的有害物质分解作用等的各种作用。
作为光催化剂,可以列举例如锐钛矿型或金红石型的氧化钛(IV)(TiO2)、氧化钨(III)(W2O3)、氧化钨(IV)(WO2)、氧化钨(VI)(WO3)、氧化锌(ZnO)、氧化铁(III)(Fe2O3)、钛酸锶(SrTiO3)、三氧化二铋(III)(Bi2O3)、钒酸铋(BiVO4)、氧化锡(II)(SnO)、氧化锡(IV)(SnO2)、氧化锡(VI)(SnO3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(II)(CeO)、二氧化铈(IV)(CeO2)、钛酸钡(BaTiO3)、氧化铟(III)(In2O3)、氧化铜(I)(Cu2O)、氧化铜(II)(CuO)、钽酸钾(KTaO3)、铌酸钾(KNbO3)等的金属氧化物;硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)、硫化铟(InS)等的金属硫化物;硒酸镉(CdSeO4)、硒化锌(ZnSe)等的金属硒化物;氮化镓(GaN)等的金属氮化物等。优选含有从氧化钛(IV)(TiO2)、氧化锡(IV)(SnO2)、氧化钨(III)(W2O3)、氧化钨(IV)(WO2)、以及氧化钨(VI)(WO3)选择的至少一种,更优选含有锐钛矿型的氧化钛(IV)(TiO2)。
生理活性物质是有助于发现生理性效果的有效成分,可以列举例如用于低分子医药品、食品、化妆品等的低分子化合物,用于生物医药品的抗体、酵素等的蛋白质,以及DNA、RNA等的核酸等的高分子化合物等。此外,所谓“生理性效果”是指生理活性物质在目的部位发挥作用而产生的效果,例如,在生物体、组织、细胞、蛋白质、DNA、RNA等中带来量的以及/或者质的变化、影响。另外,所谓“生理活性物质在目的部位发挥作用”是指例如生理活性物质对目标组织等赋予变化、影响。作为目的部位,优选例如构成细胞表面或细胞内存在的受体的蛋白质等。这种情况下,生理活性物质通过与特定的高次结构蛋白质结合,在细胞内产生信号传递,结果表现出生理上的效果。生理活性物质可以是因生物体内的酶作用,改性为活性型,与特定的结合部位结合,对生理性效果作出贡献的物质。在这种情况下,在本发明中,改性为活性型之前的物质也包含在生理活性物质中。生理活性物质既可以是生物(人或人以外的生物)作出的物质,也可以是人工合成的物质。
<分离层用途或反应层用途>
本实施形态的多孔质结构体能够透过液体或气体等流体时,可以将该多孔质结构体作为流体的流路使用。可以将多孔质结构体作为流体的流路使用场合,多孔质结构体可以作为从流体中分离规定物质的分离层的用途以及作为向流体提供微小反应场所的反应层(微反应器)的用途等。用于上述用途的多孔质结构体优选在多孔质结构体内部能均一且有效地透过流体。这一点,本实施形态的多孔质结构体由于具有连通的空孔,因此,具有可使流体均匀且有效地透过的结构。
多孔质结构体能够透过液体或气体等流体的场合,不作特别限定,但优选例如依据JIS P8117测定的透气度为500秒/100mL以下场合,更优选300秒/100mL以下场合。此时,透气度例如使用Gurley式密度计(东洋精机制作所制)等测量。
所谓“分离”是指能够除去或浓缩在作为流体的混合物中所含的规定物质。另外,除去并不限于从作为流体的混合物中完全除去规定物质的场合,也可以是除去一部分量的场合。
所谓“反应场所”是指流体中所含的规定物质通过而进行规定的化学反应的场所。
在本发明中表示为分离层及反应层时,不限于层状的形状,也可以是其他形状。
另外,本实施形态的分离层及反应层的多孔质结构部A及多孔质结构部B连续地一体化,没有界面,因此,剥离受到抑制,能提供强度优异的分离层及反应层,且抑制空隙的连通性降低,因此,能提供能均一且有效地透过流体的担载体。
用于分离层用途时,本实施形态的多孔质结构体优选具有能与流体中所含的规定物质相互作用的官能团。具体而言,多孔质结构部的表面(内部表面及外部表面)配置能与规定物质相互作用的官能团,从而能有效地进行规定物质的分离。
在此,本实施形态的分离层具有由构成成分不同的树脂形成的多孔质结构部A及多孔质结构部B。由此,与分离层由单一的多孔质结构部构成场合相比,可以提高分离层性能方面的设计自由度。例如,形成多孔质结构部A及多孔质结构部B的树脂的构成成分的不同点起因在于为合成这些树脂而使用的液体组合物中所含的聚合性化合物所具有的官能团的种类不同场合,结果,多孔质结构部A及多孔质结构部B所具有的官能团的种类产生不同。于是,可用多孔质结构部A及多孔质结构部B提供能分离不同种类的物质的分离层。
另外,形成多孔质结构部A及多孔质结构部B的树脂的构成成分的不同点起因在于为合成这些树脂而使用的液体组合物中所含的聚合引发剂的种类或量(浓度)的差异场合,聚合速度产生差异,结果,使得多孔质结构部A及多孔质结构部B中的空孔大小产生差异。于是,利用这个状况,例如,可以提供与多孔质结构部A和多孔质结构部B所具有的官能团的种类差异相合适、进行物质分离且调整为合适大小的空孔大小的分离层。
用于反应层用途时,本实施形态的多孔质结构体优选具有为流体提供反应场所的官能团。具体而言,在多孔质结构部的表面(内部表面及外部表面)配以向流体提供反应场所的官能团,可以有效地提供反应场所。
在此,本实施形态的反应层具有由构成成分不同的树脂形成的多孔质结构部A及多孔质结构部B。由此,与反应层由单一的多孔质结构部构成场合相比,可以提高反应层性能方面的设计自由度。例如,形成多孔质结构部A及多孔质结构部B的树脂的构成成分的不同点起因在于为合成这些树脂而使用的液体组合物中所含的聚合性化合物所具有的官能团的种类的差异场合,结果,多孔质结构部A及多孔质结构部B所具有的官能团的种类产生不同。于是,可用多孔质结构部A及多孔质结构部B提供促进不同反应的反应层。
另外,形成多孔质结构部A及多孔质结构部B的树脂的构成成分的不同点起因在于为合成这些树脂而使用的液体组合物中所含的聚合引发剂的种类或量(浓度)的差异场合,聚合速度产生差异,结果,使得多孔质结构部A及多孔质结构部B中的空孔大小产生差异。于是,利用这个状况,例如,可以提供与多孔质结构部A和多孔质结构部B所具有的官能团的种类差异相合适、促进反应且调整为合适大小的空孔大小的反应层。
上述分离层及反应层例如将液体组合物填充到玻璃管等的可形成流体流入部及流体流出部的容器中使其硬化而形成。另外,也可以将液体组合物用喷墨方式等相对基材进行印刷,制作(绘制)具有由多孔质结构体形成的所需形状的流路的分离层及反应层。由于分离层及反应层的流路可印刷,可以根据目的提供能合适地变更流路的分离层及反应层。
【实施例】
以下列举本发明的实施例,但本发明并不局限于这些实施例。
<液体组合物的调整例>
以如下所示的比例混合材料,制备液体组合物。在后述的多孔质结构体的制作中,将先赋予的液体组合物作为先涂液,将后赋予的液体组合物作为后涂液。
(先涂液E1的调整例)
三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯(大赛璐·奥奈克斯株式会社制):29.0质量%
二丙二醇单甲醚(关东化学工业株式会社制):70.0质量%
Irgacure184(BASF公司制):1.0质量%
(后涂液E1的调整例)
三(2-羟乙基)三丙烯酸异氰脲酸酯(Alchema(Sartmer)公司制):29.0质量%
二丙二醇单甲醚(关东化学工业株式会社制):70.0质量%
Irgacure184(BASF制造):1.0质量%
(先涂液E2~E16、先涂液C1~8的调整例)
在先涂液E1的调整例中,变更为表1~3的组分,除此之外,与先涂液E1的调整例一样,得到先涂液E2~E16、先涂液C1~8。表1~3组分中各数字的单位为“质量%”。
(后涂液E2~E16、后涂液C1~8的调整例)
在后涂液E1的调整例中,变更为表1~3的组分,除此之外,与后涂液E1的调整例一样,得到后涂液E2~E16、后涂液C1~8。表1~3组分中各数字的单位为“质量%”。
先涂液E1~E16、先涂液C1~8、后涂液E1~E16、后涂液C1~8的在25℃下的粘度用粘度计(装置名:RE-550L,东机产业株式会社制)测定,根据以下评价基准,表示在表1~3。
(评价基准)
a:液体组合物的粘度为30.0mPa·s以下
b:液体组合物的粘度大于30.0mPa·s
在表1~3中,以下材料的商品名及制造厂商如下:
EBECRYL4101(大赛璐·奥奈克斯株式会社制)
EBECRYL4201(大赛璐·奥奈克斯株式会社制)
IrgacureTPO(BASF公司制)
<多孔质结构体的制作例>
(实施例1)
将先涂液E1及后涂液E1充填到搭载GEN5打印头(理光印刷系统公司制)的喷墨排出装置中,对于玻璃基材,排出先涂液E1,形成实心图像状的涂布区域。接着,立即排出后涂液E1,使得相对玻璃基材上的该涂布区域不重叠,形成实心图像状的涂布区域。此后,立即在N2气氛下对先涂液E1及后涂液E1的涂布区域进行UV照射(光源:UV-LED(Phoseon公司制,商品名:FJ800),波长:365nm,光照强度:30mW/cm2,光照时间:20s),使其同时固化。然后,使用加热板,将固化物在120℃下加热1分钟,除去致孔剂,得到多孔质结构体。
(实施例2~4、15~16)
在实施例1中,将先涂液E1及后涂液E1变更为表1的先涂液及后涂液,除此之外,与实施例1相同,得到实施例2~4、15~16的多孔质结构体。
(比较例1)
将先涂液C1及后涂液C1充填到搭载GEN5打印头(理光印刷系统公司制)的喷墨排出装置中,对于玻璃基材,排出先涂液C1,形成实心图像状的涂布区域。接着,立即在N2气氛下对先涂液C1的涂布区域进行UV照射(光源:UV-LED(Phoseon公司制,商品名:FJ800),波长:365nm,光照强度:30mW/cm2,光照时间:20s),使其固化。然后,排出后涂液C1,使得相对玻璃基材上的固化区域重叠,形成实心图像状的涂布区域。此后,立即在N2气氛下对后涂液C1的涂布区域进行UV照射(光源:UV-LED(Phoseon公司制,商品名:FJ800),波长:365nm,光照强度:30mW/cm2,光照时间:20s),使其固化。然后,使用加热板,将固化物在120℃下加热1分钟,除去致孔剂,得到多孔质结构体。
(比较例2~4)
在比较例1中,将先涂液C1及后涂液C1变更为表1的先涂液及后涂液,除此之外,与比较例1相同,得到比较例2~4的多孔质结构体。
接下来,对于得到的实施例1~4、15~16、比较例1~4的多孔质结构体,进行空孔的大小、有无界面、空隙率、强度及连通性的评价。
[空孔大小的评价]
制作多孔质结构体的截面,用SEM观察截面。结果,在实施例1~4、15~16、比较例1~4的所有多孔质结构体中,在整个多孔质结构体中观察到空孔大小为0.1~1.0μm左右。另外,先涂液的固化区域内的各空孔连通,后涂液的固化区域内的各空孔也连通。
[界面有无的评价]
制作多孔质结构体的截面,用SEM观察先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间有无界面。结果按照以下的评价基准如表1所示。
(评价基准)
a:没有观察到界面
b:观察到界面
[空隙率的评价]
向多孔质结构体填充不饱和脂肪酸(市售的黄油),进行锇染色后,用FIB切取内部的截面结构,用SEM测定多孔结构体中的孔隙率。空隙率分别在先涂液的固化区域及后涂液的固化区域进行测定。孔隙率的结果按照以下评价基准表示在表1中。
(评价基准)
a:空隙率在30%以上
b:空隙率不足30%
[强度评价]
在多孔质结构体的表面贴上粘胶带后,实施剥离试验。之后,制作多孔质结构体的截面,通过SEM观察本试验产生的剥离面的位置。结果按照以下评价基准表示在表1中。
(评价基准)
a:没有发生剥离,或者剥离在先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间(包括界面)以外的位置产生。
b:剥离在先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间(包括界面)产生。
[连通性的评价]
制作多孔质结构体的截面,用SEM观察先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间的空孔的连通性。结果按照以下评价基准表示在表1中。
(评价基准)
a:先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间的空孔连续连接
b:先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间的空孔没有连续连接
<负极的制作例>
将作为负极活性物质的石墨粒子(平均粒径为10μm)97.0质量份、作为增稠剂的纤维素1.0质量份、以及作为粘结剂的丙烯酸树脂2.0质量份均匀分散在水中,得到负极活性物质分散体。将该分散体涂布在作为负极电极基体的厚度8μm的铜箔上,将得到的涂膜在120℃下干燥10分钟,经加压得到厚度为60μm的电极复合材料部。接着,以50mm×33mm对其进行切取,制作负极。
<正极的制作例>
将作为正极活性物质的镍、钴、铝的混合颗粒94.0质量份、作为导电助剂的科琴黑3.0质量份、作为粘合剂的聚偏二氟乙烯树脂3.0质量份均匀分散在作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮中,制备正极活性物质分散体。将该分散体用模涂涂布在作为电极基体的厚度15μm的铝箔上,将得到的涂膜在120℃下干燥10分钟,经加压得到厚度为50μm的电极复合材料部。接着,以43mm×29mm对其进行切取,制作正极。
<多孔质结构体、电极、蓄电元件的制作例>
(实施例5)
将先涂液E5及后涂液E5充填到搭载GEN5打印头(理光印刷系统公司制)的喷墨排出装置中,对于如上所述制作的负极,排出先涂液E5,形成实心图像状的涂布区域。接着,立即排出后涂液E5,使得相对负极上的该涂布区域重叠,形成实心图像状的涂布区域。此后,立即在N2气氛下对先涂液E5及后涂液E5的涂布区域进行UV照射(光源:UV-LED(Phoseon公司制,商品名:FJ800),波长:365nm,光照强度:30mW/cm2,光照时间:20s),使其同时固化。然后,使用加热板,将固化物在120℃下加热1分钟,除去致孔剂,得到与多孔质结构体一体化的负极。
接下来,使得与多孔质结构体一体化的负极和如上所述制作的正极对向,注入电解液,使用层叠外装材料作为外装进行密封,制作蓄电元件。作为电解液,使用以下溶液:对于碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC)的混合物(质量比“EC:DMC=1:1”的混合物),添加作为电解质的LiPF6,使得浓度成为1.5mol/L。
(实施例6~14)
在实施例5中,将先涂液E5及后涂液E5变更为表2~3的先涂液及后涂液,除此之外,与实施例5相同,得到实施例6~14的蓄电元件。
(比较例5)
将先涂液C5充填到搭载GEN5打印头(理光印刷系统公司制)的喷墨排出装置中,对于如上所述制作的负极,排出先涂液C5,形成实心图像状的涂布区域。接着,立即在N2气氛下对先涂液C5的涂布区域进行UV照射
(光源:UV-LED(Phoseon公司制,商品名:FJ800),波长:365nm,光照强度:30mW/cm2,光照时间:20s),使其固化。然后,使用加热板,将固化物在120℃下加热1分钟,除去致孔剂,得到与多孔质结构体一体化的负极。
接着,使得与多孔质结构体一体化的负极和如上所述制作的正极对向,注入电解液,使用层叠外装材料作为外装进行密封,制作蓄电元件。作为电解液,使用以下溶液:对于碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC)的混合物(质量比“EC:DMC=1:1”的混合物),添加作为电解质的LiPF6,使得浓度成为1.5mol/L。
(比较例6~8)
在比较例5中,将先涂液E5变更为表3的先涂液,除此之外,与比较例5相同,得到比较例6~8的蓄电元件。
(比较例9)
在如上所述制作的负极上配置厚度为25μm的由聚丙烯树脂构成的微多孔膜作为绝缘层,得到配置绝缘层的负极。
接着,使得配置绝缘层的负极和如上所述制作的正极对向,注入电解液,使用层叠外装材料作为外装进行密封,制作蓄电元件。作为电解液,使用以下溶液:对于碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC)的混合物(质量比“EC:DMC=1:1”的混合物),添加作为电解质的LiPF6,使得浓度成为1.5mol/L。
下面,在所得到的实施例5~14、比较例5~9的蓄电元件中的多孔质结构体,用差示扫描量热计(DSC)测定先涂液的固化区域的玻化温度或熔点、后涂液的固化区域的玻化温度或熔点。但是,对于没有使用后涂液的例子,不测定后涂液的固化区域的玻化温度或熔点,因此,在表3中,表示为“-”。关于比较例9,测定由聚丙烯树脂构成的微多孔膜的玻化转移点或熔点。玻化温度或熔点由差示扫描量热计(DSC)测定。结果表示在表2~3。
下面,对于所得到的实施例5~14、比较例5~9的蓄电元件,进行空孔的大小、有无界面、空隙率、强度、连通性、高温时的绝缘性、及阻抗的评价。
[空孔大小的评价]
制作多孔质结构体的截面,用SEM观察截面。结果,在实施例5~14、比较例5~9的蓄电元件中的所有多孔质结构体中,在整个多孔质结构体中观察到空孔大小为0.1~1.0μm左右。另外,先涂液的固化区域内的各空孔连通,后涂液的固化区域内的各空孔也连通。
[界面有无的评价]
制作多孔质结构体的截面,用SEM观察先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间有无界面。结果按照以下的评价基准如表2~3所示。对于没有使用后涂液的比较例5~8,没有进行观察,因此,在表3中,表示为“-”。关于比较例9,观察由聚丙烯树脂构成的微多孔膜的界面有无。
(评价基准)
a:没有观察到界面
b:观察到界面
[空隙率的评价]
向多孔质结构体填充不饱和脂肪酸(市售的黄油),进行锇染色后,用FIB切取内部的截面结构,用SEM测定多孔结构体中的孔隙率。空隙率分别在先涂液的固化区域及后涂液的固化区域进行测定。孔隙率的结果按照以下评价基准表示在表2~3中。对于没有使用后涂液的比较例5~8,不存在后涂液的固化区域,因此,在表3中,表示为“-”。关于比较例9,测定由聚丙烯树脂构成的微多孔膜的空隙率。
(评价基准)
a:空隙率在30%以上
b:空隙率不足30%
[强度评价]
在多孔质结构体的表面贴上粘胶带后,实施剥离试验。之后,制作多孔质结构体的截面,通过SEM观察本试验产生的剥离面的位置。结果按照以下评价基准表示在表2~3中。本评价是用于判断先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间(包含界面)的强度的评价,因此,在比较例5~9中没有实施。因此,关于比较例5~9,在表3中,表示为“-”。
(评价基准)
a:没有发生剥离,或者剥离在先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间(包括界面)以外的位置产生。
b:剥离在先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间(包括界面)产生。
[连通性的评价]
制作多孔质结构体的截面,用SEM观察先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间的空孔的连通性。结果按照以下评价基准表示在表2~3中。本评价是用于判断先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间(包含界面)的连通性的评价,因此,在比较例5~9中没有实施。因此,关于比较例5~9,在表3中,表示为“-”。
(评价基准)
a:先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间的空孔连续连接
b:先涂液的固化区域和后涂液的固化区域之间的空孔没有连续连接
[高温时的绝缘性的评价]
使得铜箔与多孔质结构体一体化的负极(实施例5~14、比较例5~8)以及配置有绝缘层的负极(比较例9)的绝缘层侧抵接,在200℃下加热15分钟。此后,测定铜箔和负极之间(电极间)的直流电阻值,评价多孔质结构体在高温时的形状维持功能。结果按照以下评价基准表示在表2~3中。
(评价基准)
a:电极间的直流电阻值为1MΩ以上。
b:电极间的直流电阻值为1KΩ以上、不足1MΩ。
c:电极间的直流电阻值不足1KΩ。
[阻抗的评价]
首先,测定制作的蓄电元件的25℃的阻抗。接着,将蓄电元件在200℃下加热15分钟后,冷却到25℃,再次测定在25℃的阻抗,评价多孔质结构体在高温时的关闭功能。结果按照以下评价基准表示在表2~3中。
(评价基准)
a:加热后的阻抗值相对加热前为10倍以上。
b:加热后的阻抗值相对加热前不足10倍。
表1
Figure BDA0002841114570000331
表2
Figure BDA0002841114570000341
表3
Figure BDA0002841114570000351
根据表1,实施例1~4、15~16的多孔质结构体的强度及连通性优异。可以认为,这些效果是相当于液体组合物A及液体组合物B的先涂液及后涂液在固化前接触,并且它们同时固化,形成没有观察到界面的、连续地一体化的多孔质结构体实现。
另外,比较例1~4虽然使用与实施例1~4、15~16同样的材料构成的先涂液及后涂液,但强度及连通性差。可以认为,这是使得先涂液及后涂液分别在不同的时间固化并层叠,形成可观察到界面的没有连续地一体化的多孔质结构体而引起的。
根据表2~3,实施例5~14的蓄电元件所具有的多孔质结构体的强度及连通性优异。可以认为,这些效果是相当于液体组合物A及液体组合物B的先涂液及后涂液在固化前接触,并且它们同时固化,形成没有观察到界面的、连续地一体化的多孔质结构体实现。
根据表2,实施例5~12的蓄电元件在高温时的绝缘性及阻抗优异。高温时的绝缘性优异表示多孔质结构体在高温时的形状维持功能优异。可以认为,这是由于多孔质结构体的至少一部分由玻化温度或熔点高的树脂形成,即使在高温时也能抑制多孔质结构体的变形。另外,阻抗优异表示多孔质结构体的高温时的关闭功能优异。可以认为,这是由于多孔质结构体的至少一部分由玻化温度或熔点低的树脂形成,高温时多孔质结构体内部的空孔被熔融树脂封闭。
根据表3,比较例5~8的蓄电元件没有使用后涂液制作,并不是具有多个由原本构成成分不同的树脂形成的多孔质结构部的多孔质结构体。因此,高温时的绝缘性或阻抗差。可以认为,这是由于多孔质结构体只含有玻化温度或熔点高的树脂及低的树脂之中某一方的树脂而引起。
以上,对优选实施形态等进行了详细说明,但本发明并不受上述实施形态限定,在不脱离权利要求书所记载的范围,对于上述实施形态可以进行各种变形及替换。

Claims (19)

1.一种具有连通的空孔的多孔质结构体,其特征在于:
所述多孔质结构体包括由树脂A形成的多孔质结构部A和由树脂B形成的多孔质结构部B;
所述多孔质结构部A和所述多孔质结构部B连续地一体化;
所述树脂A和所述树脂B的构成成分不同。
2.根据权利要求1中记载的多孔质结构体,其特征在于,从所述树脂A和所述树脂B选择的至少一个在分子内具有交联结构。
3.根据权利要求1或2中记载的多孔质结构体,其特征在于,所述树脂A的玻化温度或熔点比所述树脂B的玻化温度或熔点高。
4.根据权利要求1~3中任一项所记载的多孔质结构体,其特征在于,所述树脂A的玻化温度或熔点比所述树脂B的玻化温度或熔点高20℃以上。
5.根据权利要求1~4中任一项所记载的多孔质结构体,其特征在于:
所述树脂A的玻化温度或熔点为160℃以上,所述树脂B的玻化温度或熔点不足160℃。
6.根据权利要求1~5中任一项所记载的多孔质结构体,其特征在于:
所述树脂A为(甲基)丙烯酸类树脂。
7.一种绝缘层,其特征在于,具有权利要求1~6中任一项所记载的多孔质结构体。
8.一种电极,其特征在于:
在电极基体上,形成包含活性物质的电极复合材料部,
在所述电极复合材料部上形成权利要求1~6中任一项所记载的多孔质结构体。
9.根据权利要求8中记载的电极,其特征在于,所述多孔质结构体的一部分区域和所述电极复合材料部的一部分区域重复。
10.一种蓄电元件,其特征在于,具有权利要求8或9中所记载的电极。
11.一种多孔质结构体的制造方法,所述多孔质结构体具有多孔质结构部A及多孔质结构部B,其特征在于:
所述多孔质结构体的制造方法包括:
赋予工序A,赋予通过固化形成所述多孔质结构部A的液体组合物A;
赋予工序B,赋予通过固化形成所述多孔质结构部B的液体组合物B;以及
固化工序,使得互相接触的已赋予的所述液体组合物A及所述液体组合物B同时固化,
所述液体组合物A及所述液体组合物B的组分不同。
12.根据权利要求11中记载的多孔质结构体的制造方法,其特征在于:
所述赋予工序A是以喷墨方式排出所述液体组合物A的工序,所述赋予工序B是以喷墨方式排出所述液体组合物B的工序。
13.根据权利要求11或12中记载的多孔质结构体的制造方法,其特征在于,所述液体组合物A及所述液体组合物B在25℃的粘度为1mPa·s以上、200mPa·s以下。
14.一种多孔质结构体的制造装置,所述多孔质结构体具有多孔质结构部A及多孔质结构部B,其特征在于:
所述多孔质结构体的制造装置包括:
赋予机构A,赋予通过固化形成所述多孔质结构部A的液体组合物A;
赋予机构B,赋予通过固化形成所述多孔质结构部B的液体组合物B;以及
固化机构,使得互相接触的已赋予的所述液体组合物A及所述液体组合物B同时固化,
所述液体组合物A及所述液体组合物B的组分不同。
15.根据权利要求14中记载的多孔质结构体的制造装置,其特征在于:
所述赋予机构A是以喷墨方式排出所述液体组合物A的机构,所述赋予机构B是以喷墨方式排出所述液体组合物B的机构。
16.根据权利要求14或15中记载的多孔质结构体的制造装置,其特征在于,所述液体组合物A及所述液体组合物B在25℃的粘度为1mPa·s以上、200mPa·s以下。
17.一种担载体,其特征在于:
所述担载体具有权利要求1~6中任一项所记载的多孔质结构体以及功能性物质,
所述功能性物质担载在从所述多孔质结构部A及所述多孔质结构部B选择的至少一方。
18.一种分离层,其特征在于:
所述分离层具有权利要求1~6中任一项所记载的多孔质结构体,
所述分离层能透过流体,
当所述流体透过时,在所述流体中含有从所述多孔质结构部A及所述多孔质结构部B选择的至少一方。
19.一种反应层,其特征在于:
所述反应层具有权利要求1~6中任一项所记载的多孔质结构体,
所述反应层能透过流体,
当所述流体透过时,从所述多孔质结构部A及所述多孔质结构部B选择的至少一方向所述流体提供反应场所。
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