CN115803943A - 电池用黏合剂和电池用黏合层叠体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于包含硫化物系固态电解质的电池的电池用黏合剂,该电池用黏合剂包含金属化合物和树脂,上述金属化合物相对于上述金属化合物和上述树脂的合计重量为1重量%以上且小于60重量%。上述金属化合物优选为多价金属盐,更优选为铜化合物。本发明还涉及一种用于包含硫化物系固态电解质的电池的电池用黏合层叠体,该电池用黏合层叠体包含基材、和在上述基材上设置的上述电池用黏合剂的层。
Description
技术领域
本发明涉及电池用黏合剂和电池用黏合层叠体。
背景技术
近年来,电动汽车的普及等促使了二次电池的发展。为了将电池结构构件黏合并固定于二次电池的外包装体、或为了通过粘贴于电池结构构件而使构件紧凑地收纳于外包装体等,有时在二次电池的外包装体内使用黏合剂或黏合带(专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2018/180405号;
专利文献2:日本特开2013-149603号公报(对应公报:美国专利申请公开第2013/157086号说明书)。
发明内容
发明要解决的问题
作为二次电池,虽然锂离子二次电池已实用化,但需要可靠性更高、能量密度更大的二次电池。
在这样的需求下,将电解质设为固态电解质来代替现有的溶液系的电解质的全固态二次电池备受瞩目,特别是正在开发使用了硫化物系固态电解质作为固态电解质的电池。在此,硫化物系固态电解质意为包含硫化物的固态电解质。
在制造包含硫化物系固态电解质的电池的工艺中,电池内部有时会混入水分等微量的杂质。结果由于水分等杂质与硫化物系固态电解质的反应,有时电池内部会产生硫化氢。
此外,在对包含硫化物系固态电解质的电池进行充放电时,有时也会产生硫化氢。
当在电池内部产生硫化氢时,有时由硫化氢导致构成电池的金属集流体受到腐蚀,金属集流体的电阻值上升。此外,有时电极间也会产生间隙,或者外包装体发生膨胀等。因此,电池内部的硫化氢成为使电池性能降低的主要原因。
因此,需要降低在电池内部产生的硫化氢的量。另一方面,当在电池中封入专门用于吸收硫化氢的新构件时,由于新构件而需要增大电池的尺寸。因此,考虑对在以往电池内使用的构件(例如,黏合带等黏合层叠体)赋予吸收硫化氢的能力。但是,在将以往电池内使用的构件置换为具有吸收硫化氢的能力的构件的情况下,需要该构件所要求的功能(例如,黏合力)不大幅变化。
因此,需要一种能够吸收在包含硫化物系固态电解质的电池内部产生的硫化氢的电池用材料或构件、且该材料或构件的本来的功能良好的材料或构件。
用于解决问题的方案
本发明人为了解决上述问题进行了深入研究,结果发现,通过使电池所使用的黏合剂以特定范围的量含有金属化合物,能够吸收硫化氢,同时还能够使黏合剂发挥良好的黏合力,从而完成了本发明。
即,本发明提供以下内容。
[1]一种电池用黏合剂,其用于包含硫化物系固态电解质的电池,
该电池用黏合剂包含金属化合物和树脂,
上述金属化合物相对于上述金属化合物和上述树脂的合计重量为1重量%以上且小于60重量%。
[2]根据[1]所述的电池用黏合剂,其中,上述金属化合物为多价金属盐。
[3]根据[1]或[2]所述的电池用黏合剂,其中,上述金属化合物为铜化合物。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的电池用黏合剂,其中,上述树脂包含含有丙烯酰基化合物单元的丙烯酰基系聚合物。
[5]根据[4]所述的电池用黏合剂,其中,上述丙烯酰基系聚合物的量相对于上述树脂的量为50重量%以上且100重量%以下。
[6]根据[1]~[3]中任一项所述的电池用黏合剂,其中,上述树脂包含含有芳香族乙烯基化合物单元和二烯单元的芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物。
[7]根据[6]所述的电池用黏合剂,其中,上述芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物的量相对于上述树脂的量为50重量%以上且100重量%以下。
[8]一种电池用黏合层叠体,其用于包含硫化物系固态电解质的电池,
该电池用黏合层叠体包含基材和在上述基材上设置的[1]~[7]中任一项所述的电池用黏合剂的层。
发明效果
根据本发明,能够提供一种能够吸收在包含硫化物系固态电解质的电池内部产生的硫化氢、且具有良好的黏合力的电池用黏合剂,能够提供一种能够吸收在包含硫化物系固态电解质的电池内部产生的硫化氢、且能够发挥与被粘物的良好的黏合力的电池用黏合层叠体。
附图说明
图1为本发明的一个实施方式的电池用黏合层叠体的示意性剖视图。
具体实施方式
以下,示出实施方式和示例物对本发明进行详细地说明。但是,本发明并不限于以下所示的实施方式和示例物,在不脱离本发明的权利要求的范围及其等同的范围的范围内能够任意地变更实施。
在以下的说明中,“试剂”可以由一种物质构成,也可以由两种以上物质构成。
在以下的说明中,“树脂”可以由一种聚合物构成,也可以由两种以上的聚合物构成。
在以下的说明中,“黏合剂”只要没有特别说明,也包括粘附剂(压敏性黏合剂)。
在以下的说明中,术语“(甲基)丙烯酰基”((meth)acrylic、(meth)acryl)包括“丙烯酰基”(acrylic、acryl)、“甲基丙烯酰基”(methacrylic、methacryl)以及它们的组合。例如,术语“(甲基)丙烯酸”包括“丙烯酸”、“甲基丙烯酸”以及它们的组合,术语“(甲基)丙烯酰胺”包括“丙烯酰胺”、“甲基丙烯酰胺”以及它们的组合。
在以下的说明中,术语“(甲基)丙烯酸酯”包括“丙烯酸酯”、“甲基丙烯酸酯”以及它们的组合。
在以下的说明中,术语“(甲基)丙烯((meth)acrylo)”包括“丙烯”、“甲基丙烯”以及它们的组合。
[1.电池用黏合剂]
本发明的一个实施方式的电池用黏合剂包含金属化合物和树脂。以下,也将“电池用黏合剂”简称为“黏合剂”。本实施方式的电池用黏合剂具有吸收硫化氢的能力,同时还具有良好的黏合力。
[1.1.树脂]
树脂由聚合物构成。通过聚合物使黏合剂发挥黏合性。作为聚合物,能够使用能使黏合剂发挥黏合性的任意聚合物。在黏合剂中,能够发挥黏合性的聚合物也被称为基础聚合物。
作为构成树脂的聚合物的优选例子,可举出(1)丙烯酰基系聚合物和(2)橡胶系聚合物。树脂可以由一种单独的聚合物构成,也可以由任意比率的两种以上的聚合物的组合构成。
(1)丙烯酰基系聚合物
丙烯酰基系聚合物意为包含丙烯酰基化合物单元的聚合物。丙烯酰基化合物单元意为具有以丙烯酰基化合物为单体进行聚合而得到的结构的结构单元。丙烯酰基化合物单元不受其制造方法限定,可以是通过任意的制造方法得到的结构单元。
在此,丙烯酰基化合物意为(甲基)丙烯酸及其衍生物。作为(甲基)丙烯酸的衍生物的例子,可举出(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸酐、(甲基)丙烯酰胺以及(甲基)丙烯腈。
作为(甲基)丙烯酸酯的例子,可举出:碳原子数为1~20的烷基与(甲基)丙烯酸的酯(例如:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸仲丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸正壬酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、(甲基)丙烯酸正癸酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸十一烷基酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸十四烷基酯、(甲基)丙烯酸十五烷基酯、(甲基)丙烯酸十六烷基酯、(甲基)丙烯酸十七烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸十九烷基酯以及(甲基)丙烯酸二十烷基酯);(甲基)丙烯酸环烷基酯(例如:(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸叔丁基环己酯、(甲基)丙烯酸环戊酯以及(甲基)丙烯酸异冰片酯);含有芳基的(甲基)丙烯酸酯(例如:(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯以及(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯);含有羟基的(甲基)丙烯酸酯(例如:(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸-4-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸-6-羟基己酯、(甲基)丙烯酸-8-羟基辛酯、(甲基)丙烯酸-10-羟基癸酯、(甲基)丙烯酸-12-羟基月桂酯以及(甲基)丙烯酸-4-(羟基甲基)环己酯);以及含有烷氧基的(甲基)丙烯酸酯(例如:(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸乙氧基乙酯)。
作为(甲基)丙烯酰胺的例子,可举出:(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二乙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N-丁基(甲基)丙烯酰胺、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-羟基丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(甲氧基甲基)(甲基)丙烯酰胺、N-(丁氧基甲基)(甲基)丙烯酰胺、以及双丙酮(甲基)丙烯酰胺。
丙烯酰基系聚合物所包含的丙烯酰基化合物单元可以是一种,也可以是两种以上的任意比率的组合。
丙烯酰基系聚合物优选为包含(甲基)丙烯酸烷基酯单元的聚合物。(甲基)丙烯酸烷基酯单元中的烷基的碳原子数优选为1~20,更优选为1~10,进一步优选为1~5。
(甲基)丙烯酸烷基酯单元的重量相对于丙烯酰基系聚合物中的丙烯酰基化合物单元的总重量的比率优选为80重量%以上,更优选为90重量%以上,进一步优选为95重量%以上,通常为100重量%以下,也可以为100重量%。
丙烯酰基系聚合物除丙烯酰基化合物单元以外,还能够包含任意的单体单元。丙烯酰基系聚合物的全部结构单元中的丙烯酰基化合物单元的重量比率优选为50重量%以上,更优选为60重量%以上,进一步优选为80重量%以上,特别优选为90重量%以上,通常为100重量%以下,也可以为100重量%。
作为丙烯酰基系聚合物能够包含的任意的单体单元的例子,可举出:乙烯基酯单元;乙烯基醚单元;烯烃单元;取代烯烃单元;除(甲基)丙烯酸以外的烯属不饱和单羧酸单元;烯属不饱和二羧酸单元(例如马来酸、富马酸、衣康酸以及柠康酸)及其酸酐单元。
(2)橡胶系聚合物
作为橡胶系聚合物,能够使用具有橡胶弹性的聚合物。
作为橡胶系聚合物的例子,可举出:天然橡胶;聚丁二烯;聚异戊二烯;聚氯丁二烯;乙烯-丙烯共聚物;丙烯腈-丁二烯共聚物以及芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物。
芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物意为包含芳香族乙烯基化合物单元和二烯单元的共聚物。芳香族乙烯基化合物单元意为具有使芳香族乙烯基化合物聚合而得到的结构的结构单元。二烯单元意为具有使二烯聚合而得到的结构的结构单元。芳香族乙烯基化合物单元和二烯单元分别不受其制造方法的限定,可以是通过任意的制造方法得到的结构单元。
作为用于形成芳香族乙烯基化合物单元的芳香族乙烯基化合物的例子,可举出苯乙烯、苯乙烯衍生物(例如α-甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯)和乙烯基萘(例如1-乙烯基萘、2-乙烯基萘),它们可以单独使用一种,也可以以任意的比率组合使用两种以上。作为芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物,优选芳香族乙烯基化合物单元为选自苯乙烯单元和苯乙烯衍生物单元中的一种以上的共聚物,更优选芳香族乙烯基化合物单元为苯乙烯单元的共聚物。
作为用于形成二烯单元的二烯的例子,可举出1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯,它们可以单独使用一种,也可以以任意的比率组合使用两种以上。作为芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物,优选二烯单元为1,3-丁二烯单元的共聚物。
在一个实施方式中,树脂中的丙烯酰基系聚合物的量相对于上述树脂的量优选为50重量%以上,更优选为70重量%以上,进一步优选为90重量%以上,通常为100重量%以下。
在另一个实施方式中,树脂中的芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物的量相对于上述树脂的量优选为50重量%以上,更优选为70重量%以上,进一步优选为90重量%以上,通常为100重量%以下。
树脂所包含的聚合物的重均分子量(Mw)优选为10000以上,更优选为50000以上,进一步优选为80000以上,优选为1000000以下,更优选为800000以下,进一步优选为700000以下。在此,重均分子量能够通过凝胶渗透色谱(GPC),以四氢呋喃(THF)为流动相,以聚苯乙烯为基准求出。
构成树脂的聚合物能够通过任意的方法制造。作为制造方法的例子,没有特别限定,可举出溶液聚合法、悬浮聚合法、本体聚合法以及乳液聚合法。
[1.2.金属化合物]
作为金属化合物的例子,可举出一价金属盐和二价以上的多价金属盐,优选多价金属盐。在此,盐是指能够通过酸与碱的反应而生成的化合物。
作为构成金属化合物的金属原子的例子,可举出铜原子、锌原子、铁原子等属于过渡金属元素的原子。
作为多价金属盐且包含价数(II)以上的过渡金属原子和有机化合物的金属化合物的例子,可举出:作为有机物的铜化合物(例如二甲基二硫代氨基甲酸铜(II)、乙醇铜(II)、乙基乙酰乙酸铜(II)、2-乙基己酸铜(II)、葡萄糖酸铜(II)、异丁酸铜(II)、异丙醇铜(II)、甲基丙烯酸铜(II)、邻苯二甲酸铜(II)、酞菁铜(II)、硬脂酸铜(II));作为有机物的锡化合物(例如乙酸锡、乙酰丙酮锡、乙醇锡、2-乙基己酸锡、硬脂酸锡);作为有机物的铁化合物(例如乙酸铁、乙酰丙酮铁、丙烯酸铁、乙醇铁、富马酸铁、硬脂酸铁);作为有机物的锌化合物(例如乙酸锌、丙酸锌、酞菁锌、水杨酸锌、硬脂酸锌)。
作为多价金属盐且包含价数(II)以上的过渡金属原子和无机离子的金属化合物的例子,可举出:作为无机物的铜化合物(例如亚铬酸铜、硝酸铜(II)、硫酸铜(II)、硫氰酸铜(II));作为无机物的锡化合物(例如硫酸锡);作为无机物的铁化合物(例如二磷酸铁、硝酸铁、硫酸铁);作为无机物的锌化合物(例如碳酸锌、硫酸锌、硫氰酸锌)。
金属化合物可以一种单独包含在黏合剂中,也可以作为两种以上的任意的比率的组合包含在黏合剂中。
金属化合物优选为选自铜化合物、锌化合物以及铁化合物中的一种以上,更优选为选自铜化合物和锌化合物中的一种以上,进一步优选为铜化合物,特别优选为硫酸铜(II)或硬脂酸铜(II)。
此外,在另一个实施方式中,金属化合物优选为锌化合物,更优选为硬脂酸锌(II)。
金属化合物优选为都不含羟基、羟基离子和水的化合物。由此,能够抑制硫化氢与金属化合物反应而产生水。
金属化合物优选不含氯化物离子。由此,能够抑制氯化物离子与锂离子反应而形成稳定的化合物。
金属化合物的重量比例相对于黏合剂所包含的金属化合物和树脂的合计重量通常为1重量%以上,优选为10重量%以上,更优选为20重量%以上,通常小于60重量%,优选为50重量%以下,更优选为45重量%以下。通过使金属化合物的重量比例为上述下限值以上,黏合剂能够有效地发挥吸收硫化氢的能力。通过使金属化合物的重量比例为上述上限值以下,能够提高黏合剂的黏合力。
[1.3.任意成分]
本实施方式的黏合剂除上述金属化合物和树脂以外,还能够含有任意的成分。
作为任意的成分的例子,可举出除上述金属化合物以外的气体吸附剂(例如活性炭)、增粘剂、软化剂等各种添加剂。黏合剂中的这些添加剂相对于100重量份的树脂的比例能够为0~10重量份。
[1.4.电池用黏合剂的制造方法]
黏合剂的制造方法没有特别限定,能够通过以往公知的方法制造。
例如,将包含聚合物的树脂和其它任意成分溶解于溶剂,在得到的溶解液中添加金属化合物,搅拌使金属化合物分散,由此能够制造黏合剂。
[1.5.电池用黏合剂的用途]
本实施方式的黏合剂通常用于包含硫化物系固态电解质的电池。在此,硫化物系固态电解质意为包含硫化物的固态电解质。
(硫化物系固态电解质)
作为包含硫化物的固态电解质的例子,可举出使用含有Li2S和元素周期表第13族~第15族元素的硫化物的原料组合物制造的硫化物材料。作为原料组合物的具体例子,可举出包含Li2S和P2S5的组合物、包含Li2S和SiS2的组合物、包含Li2S和GeS2的组合物以及包含Li2S和Al2S3的组合物。在这些之中,从锂离子传导性优异的方面出发,优选包含Li2S和P2S5的组合物。
在不使离子传导性降低的程度下,硫化物系固态电解质的原料组合物除上述Li2S和P2S5以外,还可以包含选自Al2S3、B2S3和SiS2中的一种以上硫化物。由此,能够使硫化物系固态电解质中的玻璃成分稳定化。硫化物系固态电解质的原料组合物除Li2S和P2S5以外,还可以包含选自Li3PO4、Li4SiO4、Li4GeO4、Li3BO3和Li3AlO3中的一种以上原含氧酸锂。由此,能够使硫化物系固态电解质中的玻璃成分稳定化。
从能够更可靠地得到具有交联硫的硫化物系固态电解质的观点出发,包含Li2S和P2S5的组合物、包含Li2S和SiS2的组合物、包含Li2S和GeS2的组合物以及包含Li2S和Al2S3的组合物等硫化物系固态电解质的原料组合物中的Li2S的摩尔百分数优选为50%以上,更优选为60%以上,优选为74%以下。
作为由上述的原料组合物制造硫化物系固态电解质的方法的例子,可举出机械研磨法、熔融骤冷法等非晶化法。
硫化物系固态电解质可以是硫化物玻璃,也可以是晶化硫化物玻璃。硫化物玻璃能够通过例如上述的非晶化法而得到。晶化硫化物玻璃能够通过例如对硫化物玻璃进行热处理而得到。
作为硫化物系固态电解质,从发挥优异的Li离子传导性的观点出发,优选用Li7P3S11表示的晶化硫化物玻璃。作为制造用Li7P3S11表示的晶化硫化物玻璃的方法的例子,可举出以摩尔比70:30混合Li2S和P2S5,用球磨机进行非晶化,得到硫化物玻璃,将得到的硫化物玻璃在150℃~360℃进行热处理而制造的方法。
本实施方式的黏合剂用于例如包含上述的硫化物系固态电解质的电池。包含硫化物系固态电解质的电池通常具有正极和负极,在正极和负极之间配置有硫化物系固态电解质的层作为电解质层。正极通常具有包含正极活性物质的层和正极集流体。负极通常具有包含负极活性物质的层和负极集流体。
电池可以是具有将正极、固态电解质的层、负极以及间隔件层叠后将其卷绕而成的结构的卷绕式电池,也可以是具有将如下的多个层叠体进一步层叠而成的结构的层叠式电池,上述层叠体是将正极、固态电解质的层、负极以及间隔件层叠而成的。此外,电池的外包装体可以是圆筒型、方型以及层压型中的任一种。
优选包含硫化物系固态电解质的电池是电解质为硫化物系固态电解质的锂离子全固态二次电池。
本实施方式的黏合剂用于黏合包含硫化物系固态电解质的电池的结构构件,例如,能够使用本实施方式的黏合剂代替电池中使用的以往的黏合剂。例如,本实施方式的黏合剂能够用于电池的外包装体与包含电极和硫化物系固态电解质的电极卷绕体或层叠体的黏合、用于电池的外包装体与从构成电极的集流体延伸的极耳的黏合。此外,也能够将黏合剂用于作为电池用黏合层叠体的方式而在[2.电池用黏合层叠体]一项中说明的用途。
通过使用本实施方式的黏合剂代替电池中使用的以往的黏合剂,具有以下优点。
·例如,当使间隔件等膜状的电池结构构件含有金属化合物时,有时电池结构构件会变脆。另一方面,在黏合剂中,由于能够进一步增加金属化合物的含有比例,因此能够进一步期待硫化氢的吸收效果。
·当在电池内新配置含有金属化合物的膜构件时,电池整体的厚度有可能会变大、电池的输出效率可能会降低等。另一方面,如果使用本实施方式的黏合剂代替以往的黏合剂,则能够期待不改变电池的厚度也能够维持电池的输出效率。
从使电池整体的厚度变薄并且减少输出效率的降低的观点出发,黏合剂优选用于外包装体与包含电极和硫化物系固态电解质的电极层叠体的黏合。
从抑制极耳的劣化、抑制极耳的电阻值变化的观点出发,优选用于黏合极耳与其他结构构件。
[2.电池用黏合层叠体]
本发明的一个实施方式的电池用黏合层叠体包含基材和在上述基材上设置的上述电池用黏合剂的层。本实施方式的电池用黏合层叠体由于包含上述电池用黏合剂的层,因此具有与上述电池用黏合剂同样的效果。即,电池用黏合层叠体具有吸收硫化氢的能力,同时还与被粘物的黏合力良好。
图1为本发明的一个实施方式的电池用黏合层叠体的示意性剖视图。
如图1所示,电池用黏合层叠体100具有基材10和电池用黏合剂的层20,上述电池用黏合剂的层20以与基材10的一个面10U接触的方式设置在基材10上。
虽然本实施方式的电池用黏合层叠体100仅具有一层电池用黏合剂的层,但在另一个实施方式中,电池用黏合层叠体包含基材和两层电池用黏合剂的层,电池用黏合剂的层也可以分别设置在基材的两个面上。
[2.1.基材]
作为基材,能够使用由任意的材料形成的基材。例如,作为基材,能够使用由包含聚合物的树脂形成的基材。
作为用于形成基材的树脂的例子,可举出:聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯);聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物);聚乙烯醇;聚偏二氯乙烯;聚氯乙烯;氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;聚乙酸乙烯酯;聚酰胺;聚酰亚胺;纤维素系树脂;氟系树脂;聚醚;聚醚酰胺;聚苯硫醚;聚苯乙烯系树脂(例如聚苯乙烯);聚碳酸酯以及聚醚砜。也可以组合使用它们的两种以上。
基材可以具有单层结构,也可以具有多层结构。
也可以对基材进行铬酸处理、臭氧处理、电晕处理等表面处理。
基材的厚度能够为任意厚度,可以为例如1μm~200μm,优选为5μm~50μm。
基材可以为带状,电池用黏合层叠体可以为黏合带的形态。
基材能够通过任意的方法制造,也可以使用市售品。
[2.2.电池用黏合剂的层]
电池用黏合剂的层是由上述电池用黏合剂形成的层,通常包含上述电池用黏合剂。通常,电池用黏合剂的层包含金属化合物和树脂,上述金属化合物相对于上述金属化合物和上述树脂的合计重量为1重量%以上且小于60重量%。
电池用黏合剂的层能够通过任意的方法形成。例如电池用黏合剂的层能够通过将上述电池用黏合剂直接或用溶剂稀释后,涂覆在基材上形成涂膜,根据需要干燥涂膜来形成。此外例如,也能够通过将电池用黏合剂或其稀释液涂覆在剥离膜上,形成电池用黏合剂的层,将该层转印到基材上来形成。
作为涂覆的方法,能够采用任意的方法,可以通过使用例如凹版辊涂敷机、逆辊涂敷机、辊舐涂敷机(kiss roll coater)、浸渍辊涂敷机、棒涂机、刮刀涂敷机、喷涂机、缺角轮涂敷机(comma coater)、直接涂敷机、模涂机等任意的涂敷机的涂敷法进行涂敷。
此外,电池用黏合剂的层也可以通过将基材和黏合剂熔融共挤出成型为膜状来形成。
电池用黏合剂的层的厚度能够为任意的厚度,可以为例如2μm~100μm,优选为5μm~20μm。
[2.3.电池用黏合层叠体的特性]
电池用黏合层叠体具有吸收硫化氢的能力,同时还具有与被粘物的良好的黏合力。
例如,电池用黏合层叠体根据JIS Z0237测定的、被粘物为铜板时的剥离强度优选为40N/m以上,更优选为50N/m以上,越大越优选,但可以为例如500N/m以下。
[2.4.电池用黏合层叠体的用途]
电池用黏合层叠体通常用于包含硫化物系固态电解质的电池。作为具体的用途的例子,除上述电池用黏合剂的用途以外,还能够用于粘贴在电池的结构构件上。作为这样的电池用黏合层叠体的使用方法的具体例子,可举出粘贴在包含电极和固态电解质的电极层叠体的周围而将电极层叠体的构成要素集中的用途、粘贴在从集流体延伸的极耳的周围的用途。
实施例
以下示出实施例对本发明进行具体说明。但是,本发明并不限定于以下所示的实施例,在不脱离本发明的权利要求及其等同的范围的范围内能够任意地变更实施。
在以下说明中,只要没有另外说明,表示量的“%”和“份”为重量基准。此外,只要没有另外说明,以下所说明的操作在常温和常压的条件进行。
[评价方法]
(重均分子量)
通过将THF作为流动相的GPC测定聚合物的重均分子量。基准物质为聚苯乙烯。
(硫化氢吸收能力确认试验)
使实施例和比较例中得到的黏合层叠体与包含10ppm(重量基准)的硫化氢的氩气接触10分钟。接着,目视确认黏合层叠体具有的黏合剂的层是否变色。
在黏合剂的层变色的情况下,判断为黏合层叠体具有吸收硫化氢的能力。
在黏合剂的层没有变色的情况下,判断为黏合层叠体不具有吸收硫化氢的能力。
(黏合层叠体的黏合力评价)
根据JIS Z0237“黏合带·粘合片试验方法”,通过90°剥离法测定剥离强度。
将黏合层叠体的黏合剂层侧的面粘贴于铜板,使手动压接装置(2.0kg辊)往复两次,制成评价用样品。
作为试验装置(拉伸试验机),使用协和界面科学株式会社制“角度自由型粘附·皮膜剥离分析装置(VPA-2S)”。
剥离强度越大,黏合剂和黏合层叠体的黏合力越强。
(试验用电池单元的电阻值变化)
按照下述步骤制造粘结剂溶液。
在带有搅拌机的玻璃容器中添加50份的丙烯酸正丁酯、50份的丙烯酸乙酯、1份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、150份的离子交换水以及0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸钾,充分搅拌,接着,加热至70℃引发聚合。在聚合转化率达到96%的时刻添加10份的甲醇,终止反应后进行冷却,得到粘结剂聚合物的水分散液。
接着,使用10重量%的NaOH水溶液将得到的水分散液的pH调节至7。此外,为了除去未反应单体进行加热减压处理。
在100g的固体成分浓度调节为43重量%的粘结剂聚合物的水分散液中添加500g的二甲苯,在减压下使水蒸发。由此,将粘结剂聚合物的溶剂从水置换为有机溶剂,得到水分量28ppm(重量基准)的粘结剂溶液。
在氩气环境下的手套箱(水分浓度0.6ppm(重量基准)、氧浓度1.8ppm(重量基准))中,混合100份的作为固态电解质颗粒的由Li2S和P2S5形成的硫化物玻璃(Li2S/P2S5=70mol%/30mol%、数均粒径:1.2μm、累积90%的粒径:2.1μm)和按照上述步骤制造的粘结剂溶液(固体成分为2份)。
在混合物中加入使固体成分浓度为65重量%的量的作为有机溶剂的二甲苯,接着用行星式混合机混合,制备固体成分浓度为65重量%的固态电解质层用浆料组合物。
将得到的浆料组合物用间隙100μm的刮刀涂覆于厚度为12μm的铜箔。接着,用50℃的热板干燥20分钟,在铜箔上形成由固态电解质构成的涂膜。将形成的涂膜除去40mm见方以外的部分并从铜箔刮掉,在铜箔上留下一边为40mm的正方形状的涂膜。
以夹着留下的正方形状的涂膜的方式在涂膜上重叠铜箔,进行压制。压制的压力设定为20MPa。在压制后,加工成具有一边为40mm的正方形状部和带状的两个极耳的形状。两个极耳分别设置成从与正方形状部相对的两边各自的中央延伸。由此,得到一边为40mm的正方形状的、具有固态电解质的涂膜被一边为40mm的两片铜箔夹着的结构的电池单元。
将电池单元的除极耳以外的正方形状部的周围用黏合层叠体包裹。接着,从黏合层叠体的上方用铝层压膜密封正方形状部,得到试验用电池单元。
将得到的试验用电池单元的极耳与电阻计连接,测定电阻值,将其作为初始电阻值R0。接着,将试验用电池单元在60℃的环境中保持500小时后,测定电阻值R1。根据初始电阻值R0和电阻值R1,通过下式求出从初始电阻值起的增加率(%)。
电阻值增加率(%)=(R1-R0)/R0×100
从初始电阻值起的增加率越小,表示试验用电池单元被黏合层叠体保护得越好。从初始电阻值起的增加率为在包含硫化物系固态电解质的电池中硫化氢被黏合层叠体吸收而抑制电池的劣化的指标。
[制造例1]
在带有搅拌机和冷却器的2L的玻璃容器中投入400g的甲苯、85g的丙烯酸-2-乙基己酯和15g的丙烯酸丁酯,进行混合并升温使其回流。向其中加入将0.1g的过氧化二异丙苯溶解在5g的甲苯中而成的引发剂溶液,引发聚合。在单体转化率达到98%的时刻冷却反应液,投入到甲醇中,通过过滤回收聚合物。由此得到作为丙烯酰基系聚合物的丙烯酸酯系共聚物(重均分子量(Mw)15万)。
[制造例2]
在具有搅拌机和温度调节用夹套的容量2L的不锈钢制加压容器中加入500g的正己烷、90g的1,3-丁二烯和10g的苯乙烯,一边搅拌一边加热至50℃。接着,添加0.2ml的作为引发剂的正丁基锂的5%己烷溶液,进行溶液聚合,终止反应,回收聚合物,得到作为橡胶系聚合物的作为芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物的苯乙烯-丁二烯系共聚物(重均分子量(Mw)18万)。
[实施例1~4、比较例3~4]
将表1所示的共聚物(制造例1或制造例2中制造的共聚物)溶解于二甲苯中,使共聚物的浓度成为10重量%,向其中配合表1记载的金属化合物(硬脂酸锌或硫酸铜),使其分散。金属化合物的配合量为金属化合物的重量相对于分散液中的聚合物和金属化合物的合计重量成为表1的重量百分数的量。由此,得到作为黏合剂的分散液。将得到的分散液涂覆在厚度为50μm的作为基材的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上,得到涂膜。通过将涂膜在60℃的热板上加热20分钟使其干燥,得到具有(PET膜)/(黏合剂的层)的层结构的黏合层叠体。黏合剂的层的厚度为20μm。
通过上述的方法评价得到的黏合层叠体。将结果示于表1。
[比较例1~2]
将表1所示的共聚物溶解在二甲苯中,使共聚物的浓度成为10重量%,得到黏合剂。将得到的黏合剂涂覆在厚度50μm的PET膜上,得到涂膜。通过将涂膜在60℃的热板上加热20分钟使其干燥,得到具有(PET膜)/(黏合剂的层)的层结构的黏合层叠体。黏合剂的层的厚度为20μm。
通过上述的方法评价得到的黏合层叠体。将结果示于表1。
[评价结果]
下表中的记载表示以下含义。
“黏合剂组成”作为相对于金属化合物和树脂的合计重量的各成分的重量百分数而示出。
“苯乙烯-丁二烯系共聚物”:制造例2中得到的共聚物。
“丙烯酰基系聚合物”:制造例1中得到的共聚物。
“硬脂酸锌”:关东化学株式会社制硬脂酸锌(II)
“硫酸铜”:关东化学株式会社制硫酸铜(II)
在硫化氢吸收能力的项目中,“有”表示有变色,“无”表示没有变色。
“剥离强度”:表示(黏合层叠体的黏合力评价)中的剥离强度的值。
“电阻值增加率”:表示(试验用电池单元的电阻值变化)评价中的从初始电阻值起的增加率。
[表1]
基于以上结果,可知以下事项。
金属化合物的量相对于聚合物和树脂的合计重量为60重量%以上的比较例3和比较例4的黏合层叠体,其剥离强度的值显著低。
金属化合物的量相对于聚合物和树脂的合计重量为0重量%的比较例1和比较例2的黏合层叠体,不具有吸收硫化氢的能力,电阻值增加率高。
另一方面,金属化合物的量相对于聚合物和树脂的合计重量为1重量%以上且小于60重量%的实施例1~4的黏合层叠体,具有吸收硫化氢的能力且剥离强度的值良好,进而电阻值增加率低。
此外,使用作为多价金属盐的包含过渡金属原子和有机化合物的硬脂酸锌(II)和作为多价金属盐的包含过渡金属原子和无机离子的硫酸铜(II)中的任一种,均可得到黏合层叠体具有吸收硫化氢的能力且剥离强度的值良好、进而电阻值增加率低的结果。
附图标记说明
10 基材 10U 面
20 电池用黏合剂的层 100 电池用黏合层叠体
Claims (8)
1.一种电池用黏合剂,其用于包含硫化物系固态电解质的电池,
所述电池用黏合剂包含金属化合物和树脂,
所述金属化合物相对于所述金属化合物和所述树脂的合计重量为1重量%以上且小于60重量%。
2.根据权利要求1所述的电池用黏合剂,其中,所述金属化合物为多价金属盐。
3.根据权利要求1或2所述的电池用黏合剂,其中,所述金属化合物为铜化合物。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的电池用黏合剂,其中,所述树脂包含含有丙烯酰基化合物单元的丙烯酰基系聚合物。
5.根据权利要求4所述的电池用黏合剂,其中,所述丙烯酰基系聚合物的量相对于所述树脂的量为50重量%以上且100重量%以下。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的电池用黏合剂,其中,所述树脂包含含有芳香族乙烯基化合物单元和二烯单元的芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物。
7.根据权利要求6所述的电池用黏合剂,其中,所述芳香族乙烯基化合物-二烯系共聚物的量相对于所述树脂的量为50重量%以上且100重量%以下。
8.一种电池用黏合层叠体,其用于包含硫化物系固态电解质的电池,
所述电池用黏合层叠体包含基材和在所述基材上设置的权利要求1~7中任一项所述的电池用黏合剂的层。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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