CN117916940A - 非水系二次电池用隔膜及非水系二次电池 - Google Patents
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Abstract
非水系二次电池用隔膜,其具备多孔质基材和位于上述多孔质基材的一面或两面上的粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种。
Description
技术领域
本公开文本涉及非水系二次电池用隔膜及非水系二次电池。
背景技术
以锂离子二次电池为代表的非水系二次电池已作为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等便携型电子设备的电源而被广泛应用。另外,以锂离子二次电池为代表的非水系二次电池由于能量密度高这一特征,作为电力储藏用或电动车辆用电池的应用也在研究中。
伴随着非水系二次电池的普及,越发要求确保安全性和稳定的电池特性。作为用于确保安全性和稳定的电池特性的具体对策,可举出提高电极与隔膜的粘接性。
作为提高了与电极的粘接性的隔膜,已知有具备与电极具有粘接性的含有树脂的粘接层的隔膜。例如,国际公开第2019/130994号及国际公开第2020/246497号中公开的隔膜具备耐热性多孔质层和粘接层这两者。
发明内容
发明所要解决的课题
然而,使用了具有对电极显示出粘接性的粘接层的隔膜的电池的制造方法包括:以在隔膜中不含浸电解液的方式对在正极与负极之间配置隔膜而成的层叠体进行热压(以下,也称为“干式热压”。)的方法;以及,将在正极与负极之间配置隔膜而成的层叠体收纳于外包装材料中,在使隔膜中含浸有电解液的状态下进行热压(以下,也称为“湿式热压”。)的方法。
若通过干式热压而使电极与隔膜良好地粘接,则在电池的制造工序中,电极与隔膜不易发生位置偏移,能提高电池的制造成品率。但是,即使通过干式热压而使电极与隔膜粘接,也有在含浸了电解液时电极与隔膜剥离的情况。若电极与隔膜剥离,则有由于来自外部的冲击、伴随充放电的电极的膨胀及收缩等而发生短路的情况。因此,期望开发出基于湿式热压的与电极的粘接性优异的隔膜。
本公开文本是鉴于如上所述的情况而完成的。
本公开文本的一个实施方式所要解决的课题在于提供基于湿式热压的与电极的粘接性优异的非水系二次电池用隔膜。
本公开文本的其他实施方式所要解决的课题在于提供具备上述非水系二次电池用隔膜的非水系二次电池。
用于解决课题的手段
用于解决课题的具体手段包括以下的方式。
<1>非水系二次电池用隔膜,其具备:
多孔质基材;和
位于上述多孔质基材的一面或两面上的粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种。
<2>如<1>所述的非水系二次电池用隔膜,其中,在上述多孔质基材的表面具有选自由羰基、羧基、羟基、过氧基及环氧基组成的组中的至少1种官能团。
<3>如<1>或<2>所述的非水系二次电池用隔膜,其中,上述多孔质基材具有含有粘结剂树脂及无机粒子的耐热性多孔质层,在上述耐热性多孔质层上形成有上述粘接层。
<4>如<3>所述的非水系二次电池用隔膜,其中,上述耐热性多孔质层的上述粘接层侧的面的算术平均高度Sa为0.7μm以下。
<5>如<3>或<4>所述的非水系二次电池用隔膜,其中,以含浸有电解液的状态进行了热压时的、上述粘接层与上述耐热性多孔质层之间的粘接强度为0.01N/15mm~2.0N/15mm。
<6>如<3>~<5>中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,上述粘结剂树脂包含选自由全芳香族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺及聚酰亚胺组成的组中的至少1种。
<7>如<3>~<6>中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,上述无机粒子包含选自由金属氢氧化物及金属硫酸盐组成的组中的至少1种。
<8>如<1>~<7>中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,包含上述含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子为选自由(iii)作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的粘接性树脂粒子、以及(iv)作为包含丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂的混合物的粘接性树脂粒子组成的组中的至少1种。
<9>如<1>~<8>中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,上述粘接性树脂粒子及上述粘接性树脂粒子的混合物在上述多孔质基材上的合计附着量为0.1g/m2~5.0g/m2。
<10>如<1>~<9>中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,上述粘接层的由傅里叶变换红外光谱法得到的苯基的峰面积S1为0.01~3.0,羰基的峰面积S2为4.0以下,C-F键的峰面积S3为0.1~8。
<11>如<1>~<10>中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,上述粘接性树脂粒子中的上述含苯基的丙烯酸系树脂与上述聚偏氟乙烯系树脂的含有质量比为5:95~95:5,
上述粘接性树脂粒子的混合物中的上述含苯基的丙烯酸系树脂与上述聚偏氟乙烯系树脂的含有质量比为5:95~95:5。
<12>非水系二次电池,其具备正极、负极和配置于上述正极与上述负极之间的<1>~<11>中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,所述非水系二次电池通过锂的掺杂·脱掺杂而获得电动势。
<13>非水系二次电池,其为具备正极、负极和配置于上述正极与上述负极之间的隔膜的非水系二次电池,
上述隔膜具备多孔质基材和位于上述多孔质基材的一面或两面上的粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种,
上述隔膜与上述正极或上述负极介由上述粘接层而粘接,
在将上述隔膜与电极剥离的情况下,上述粘接层中包含的粘接性树脂粒子附着于上述多孔质基材及上述电极这两者。
发明效果
根据本公开文本的一个实施方式,可提供基于湿式热压的与电极的粘接性优异的非水系二次电池用隔膜。
根据本公开文本的其他实施方式,可提供具备上述非水系二次电池用隔膜的非水系二次电池。
具体实施方式
以下,对本公开文本的实施方式进行说明。这些说明及实施例是实施方式的示例,并不限制实施方式的范围。
本公开文本中,使用“~”示出的数值范围表示包含“~”前后所记载的数值分别作为最小值及最大值的范围。
在本公开文本中阶段性地记载的数值范围中,一个数值范围中记载的上限值或下限值可以替换为其他阶段性的记载的数值范围的上限值或下限值。另外,在本公开文本中记载的数值范围中,该数值范围的上限值或下限值也可以替换为实施例中示出的值。
本公开文本中,术语“工序”不仅包括独立的工序,在无法与其他工序明确区分的情况下,只要能达成该工序所期望的目的,则也包括在本术语中。
本公开文本中,在提及组合物中的各成分的量的情况下,在组合物中存在多种属于各成分的物质时,只要没有特别说明,则是指存在于组合物中的该多种物质的总量。
本公开文本中,2个以上的优选方式的组合为更优选的方式。
本公开文本中,术语“固态成分”是指除溶剂之外的成分,除溶剂以外的低分子量成分等液态的成分也包括于本公开文本中的“固态成分”中。
本公开文本中,术语“溶剂”以包括水、有机溶剂、及水与有机溶剂的混合溶剂的含义使用。
本公开文本中,所谓“MD(machine direction)”,是指在制造成长条状的多孔质基材及隔膜中的纵长方向,所谓“TD(transver se direction)”,是指在多孔质基材及隔膜的面方向上与MD正交的方向。本公开文本中,也将“TD”称为“宽度方向”。
本公开文本中,所谓“耐热性树脂”,是指熔点为200℃以上的树脂、或者不具有熔点而分解温度为200℃以上的树脂。即,本公开文本中的耐热性树脂是指在低于200℃的温度区域内不发生熔融及分解的树脂。
本公开文本中,“(甲基)丙烯-”这样的表述是指“丙烯-”或“甲基丙烯-”。
本公开文本中,所谓共聚物或树脂的“单体单元”,是共聚物或树脂的结构单元,是指单体聚合而形成的结构单元。
本公开文本中,也将“利用干式热压进行了粘接时的粘接强度”称为“干式粘接强度”,也将“利用湿式热压进行了粘接时的粘接强度”称为“湿式粘接强度”。
本公开文本中,也将“利用干式热压进行粘接的功能”称为“干式粘接性”,也将“利用湿式热压进行粘接的功能”称为“湿式粘接性”。
[非水系二次电池用隔膜]
本公开文本的非水系二次电池用隔膜(以下,也简称为“隔膜”。)为下述非水系二次电池用隔膜,其具备多孔质基材和位于上述多孔质基材的一面或两面上的粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种。
由于本公开文本的隔膜具有如上所述的构成,因此,基于湿式热压的与电极的粘接性优异。
关于本公开文本的隔膜能发挥这样的效果的理由,虽然并不明确,但本申请的发明人推测如下。但是,以下的推测并不对本公开文本的隔膜进行限定性的解释,而是作为一个例子来进行说明。
本公开文本的隔膜在多孔质基材的一面或两面上具备粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种。构成粘接层中包含的粘接性树脂粒子的、含苯基的丙烯酸系树脂与多孔质基材及电极的亲和性良好,聚偏氟乙烯系树脂与电极的亲和性特别良好,因此,通过两者各自发挥作用,从而在粘接层与多孔质基材之间、以及粘接层与电极之间呈现出高粘接强度,并且,在存在电解液的环境下也可维持粘接性。其结果是,推测本公开文本的隔膜的基于湿式热压的与电极的粘接性优异。
在本公开文本的隔膜的说明中,也将“(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子”称为“粘接性树脂粒子A”,也将“(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物”称为“粘接性树脂粒子混合物A”。另外,有时将“粘接性树脂粒子A及粘接性树脂粒子混合物A”总称为“特定粘接性树脂粒子”。
〔多孔质基材〕
本公开文本的隔膜具备多孔质基材。
本公开文本中,所谓“多孔质基材”,是指在内部具有孔隙或空隙的基材。作为这样的基材,可举出微多孔膜;由纤维状物形成的多孔性片材(例如:无纺布、纸等);在微多孔膜或多孔性片材上层叠1层以上的其他多孔性层而得到的复合多孔质片材;等等。
作为本公开文本中的多孔质基材,从隔膜的薄膜化及强度的观点考虑,优选为微多孔膜。本公开文本中,所谓“微多孔膜”,是指下述膜:形成在内部具有大量微细孔、且这些细孔连接而成的结构,气体或液体可从一侧的面向另一侧的面通过。
作为多孔质基材的材料,优选为具有电绝缘性的材料,可以为有机材料或无机材料中的任意材料。
为了向多孔质基材赋予关闭功能,期望多孔质基材包含热塑性树脂。所谓“关闭功能”,是指下述功能:在电池温度升高时,构成材料熔化,堵塞多孔质基材的孔,由此阻断离子的移动,防止电池的热失控。作为热塑性树脂,优选为熔点低于200℃的热塑性树脂。
作为热塑性树脂,可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃;等等。它们之中,作为热塑性树脂,优选为聚烯烃。
作为多孔质基材,优选为包含聚烯烃的微多孔膜(也称为“聚烯烃微多孔膜”。)。作为聚烯烃微多孔膜,例如可举出适用于现有电池用隔膜的聚烯烃微多孔膜,期望从其中选择具有充分的力学特性及离子透过性的聚烯烃微多孔膜。
从呈现关闭功能的观点考虑,聚烯烃微多孔膜优选为包含聚乙烯的微多孔膜(也称为“聚乙烯微多孔膜”。)。聚烯烃微多孔膜包含聚乙烯的情况下,相对于聚烯烃微多孔膜整体的质量而言,聚乙烯的含量优选为95质量%以上。
从具备在暴露于高温时不容易发生膜破损的耐热性的观点考虑,聚烯烃微多孔膜优选为包含聚丙烯的微多孔膜。
从具备关闭功能和在暴露于高温时不容易发生膜破损的耐热性的观点考虑,聚烯烃微多孔膜优选为包含聚乙烯及聚丙烯的微多孔膜。作为这样的聚烯烃微多孔膜,例如可举出:在1个层中混合存在有聚乙烯和聚丙烯的方式的微多孔膜;以及,具备2层以上的层叠结构、至少1层包含聚乙烯并且至少1层包含聚丙烯的方式的微多孔膜。
聚烯烃微多孔膜为包含聚乙烯及聚丙烯的微多孔膜的情况下,从均衡性良好地兼具关闭功能和上述耐热性的观点考虑,相对于聚烯烃微多孔膜整体的质量而言,聚乙烯的含量及聚丙烯的含量分别优选为95质量%以上及5质量%以下。
聚烯烃微多孔膜中包含的聚烯烃的重均分子量(Mw)优选为10万~500万。若聚烯烃微多孔膜中包含的聚烯烃的Mw为10万以上,则能够向微多孔膜赋予充分的力学特性。另一方面,若聚烯烃微多孔膜中包含的聚烯烃的Mw为500万以下,则微多孔膜的关闭特性变得更良好,并且更容易成型为微多孔膜。
聚烯烃微多孔膜中包含的聚烯烃的重均分子量(Mw)是利用凝胶渗透色谱(GPC)法测定的值。具体而言,可通过下述方式得到:将聚烯烃微多孔膜加热溶解于邻二氯苯中,制成试样溶液,作为测定装置,使用Tosoh(株)制的GPC装置“HLC-8321GPC/HT型”,作为柱,使用Tosoh(株)制的“TSKgel GMH6-HT”及“TSKgel GMH6-HTL”,以及,作为洗脱液,使用邻二氯苯(含有0.025质量%的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚),在柱温为140℃、流速为1.0mL/分钟的条件下进行测定。在分子量的校正中,使用单分散聚苯乙烯〔Tosoh(株)制〕。
作为聚烯烃微多孔膜的制造方法,可举出下述方法:将已熔融的聚烯烃从T模挤出而制成片材,对其进行结晶化处理,然后进行拉伸,接着进行热处理,从而制成微多孔膜的方法;将已熔融的聚烯烃连同液体石蜡等增塑剂一起从T模挤出,将其冷却而制成片材,进行拉伸后,提取增塑剂,接着进行热处理,从而制成微多孔膜的方法;等等。
作为由纤维状物形成的多孔性片材,可举出由下述纤维状物形成的多孔性片材(例如:无纺布、纸等):聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃;全芳香族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚醚酮、聚醚酰亚胺等耐热性树脂;纤维素;等的纤维状物。
作为复合多孔质片材,例如,可举出在微多孔膜或多孔性片材上层叠功能层而得到的片材。复合多孔质片材从利用功能层附加进一步的功能的观点考虑是优选的。复合多孔质片材可通过下述方法获得:在微多孔膜或多孔性片材上涂敷功能层的方法;利用粘接剂将微多孔膜或多孔性片材与功能层接合的方法;对微多孔膜或多孔性片材和功能层进行热压接的方法;等等。
作为功能层,从向多孔质基材赋予耐热性这样的观点考虑,可举出由耐热性树脂形成的多孔性层、含有粘结剂树脂(优选为耐热性树脂)及无机粒子的多孔性层等耐热性多孔质层。耐热性多孔质层是具有大量微细孔、并且气体或液体可从一侧的面向另一侧的面通过的被膜,并且是具有耐热性的被膜。对于本公开文本的隔膜而言,优选的是,多孔质基材具有含有粘结剂树脂及无机粒子的耐热性多孔质层,在耐热性多孔质层上形成有后述的粘接层。
对于耐热性多孔质层的粘结剂树脂的种类而言,只要能使无机粒子粘结即可,没有特别限制。从提高隔膜的耐热性的观点考虑,耐热性多孔质层的粘结剂树脂优选为耐热性树脂。耐热性多孔质层的粘结剂树脂优选为在电解液中稳定并且在电化学上也稳定的树脂。耐热性多孔质层可以仅包含1种粘结剂树脂,也可以包含2种以上。
作为耐热性多孔质层的粘结剂树脂,可举出聚偏氟乙烯系树脂、全芳香族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚砜、聚砜、聚醚酮、聚酮、聚醚酰亚胺、聚-N-乙烯基乙酰胺、聚丙烯酰胺、共聚聚醚聚酰胺、氟系橡胶、丙烯酸系树脂、苯乙烯-丁二烯共聚物、纤维素、聚乙烯醇等。
耐热性多孔质层的粘结剂树脂可以为粒子形状的树脂,例如,可举出聚偏氟乙烯系树脂、氟系橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物等树脂粒子。耐热性多孔质层的粘结剂树脂可以为纤维素、聚乙烯醇等水溶性树脂。在使用粒子形状的树脂或水溶性树脂作为耐热性多孔质层的粘结剂树脂的情况下,可以使粘结剂树脂分散或溶解于水中从而制备涂敷液,使用该涂敷液,利用干式涂敷法在多孔质基材上形成耐热性多孔质层。
从耐热性优异的观点考虑,耐热性多孔质层的粘结剂树脂优选包含选自由全芳香族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚-N-乙烯基乙酰胺、聚丙烯酰胺、共聚聚醚聚酰胺、聚酰亚胺、及聚醚酰亚胺组成的组中的至少1种,更优选包含选自由全芳香族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺及聚酰亚胺组成的组中的至少1种。
作为耐热性树脂的粘结剂树脂之中,从耐久性的观点考虑,全芳香族聚酰胺适合于耐热性多孔质层。从耐热性的观点考虑,聚酰胺酰亚胺及聚酰亚胺均适合于耐热性多孔质层。
所谓全芳香族聚酰胺,是指主链仅由苯环及酰胺键构成的聚酰胺。在全芳香族聚酰胺中,也可以共聚有少量的脂肪族单体。全芳香族聚酰胺也被称为“芳族聚酰胺”。
全芳香族聚酰胺可以为间位型,也可以为对位型。
作为间位型全芳香族聚酰胺,可举出聚间苯二甲酰间苯二胺等。作为对位型全芳香族聚酰胺,可举出共聚对苯撑·3,4’-氧二苯撑·对苯二甲酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺等。
作为全芳香族聚酰胺,从容易形成耐热性多孔质层的观点及在电极反应中耐氧化还原性优异的观点考虑,优选为间位型全芳香族聚酰胺。
具体而言,全芳香族聚酰胺优选为聚间苯二甲酰间苯二胺或共聚对苯撑·3,4’-氧二苯撑·对苯二甲酰胺,更优选为聚间苯二甲酰间苯二胺。
作为耐热性多孔质层的粘结剂树脂,从耐热性多孔质层与粘接层的密合性这样的观点考虑,优选为聚偏氟乙烯系树脂(PVDF系树脂)。
作为聚偏氟乙烯系树脂,可举出偏氟乙烯的均聚物(即,聚偏氟乙烯);偏氟乙烯与其他单体的共聚物(所谓的聚偏氟乙烯共聚物);聚偏氟乙烯与聚偏氟乙烯共聚物的混合物。作为能与偏氟乙烯共聚的单体,可举出四氟乙烯、六氟丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、三氯乙烯、氟乙烯、三氟全氟丙基醚、乙烯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸酯、乙酸乙烯酯、氯乙烯、丙烯腈等。聚偏氟乙烯共聚物可以仅包含1种来自这些单体的结构单元(所谓的单体单元),也可以包含2种以上。
聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量(Mw)优选为60万~300万。
聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量(Mw)是利用凝胶渗透色谱(GPC)法测定的值。具体而言,作为测定装置,使用日本分光(株)制的GPC装置“GPC-900”,作为柱,使用2根Tosoh(株)制的“TSKgel SUPER AWM-H”,作为洗脱液,使用N,N-二甲基甲酰胺,在柱温为40℃、流速为0.6mL/分钟的条件下进行测定,得到按聚苯乙烯换算的分子量。
聚偏氟乙烯系树脂的酸值优选为3mgKOH/g~20mgKOH/g。聚偏氟乙烯系树脂的酸值例如可以通过向聚偏氟乙烯系树脂中导入羧基来进行控制。对于羧基向聚偏氟乙烯系树脂中的导入及导入量而言,可以通过使用具有羧基的单体作为聚偏氟乙烯系树脂的聚合成分并对其聚合比进行调整来进行控制。作为具有羧基的单体,例如,可举出(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯、马来酸、马来酸酐、马来酸酯、及它们的氟取代物。
相对于耐热性多孔质层的总质量而言,粘结剂树脂在耐热性多孔质层中所占的质量比例优选为10质量%~50质量%,更优选为15质量%~45质量%,进一步优选为20质量%~40质量%。
无机粒子能有助于提高耐热性多孔质层的耐热性。
无机粒子例如以被粘结剂树脂粘合并且覆盖的状态包含于耐热性多孔质层中。
无机粒子优选包含选自由金属氢氧化物、金属氧化物、金属氮化物、金属碳酸盐、及金属硫酸盐组成的组中的至少1种。
作为金属氢氧化物,可举出氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铬、氢氧化锆、氢氧化铈、氢氧化镍、氢氧化硼等,优选为氢氧化镁。作为金属氧化物,可举出二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁等。作为金属氮化物,可举出氮化硼、氮化铝等。作为金属碳酸盐,可举出碳酸钙、碳酸镁等。作为金属硫酸盐,可举出硫酸钡、硫酸钙等,优选为硫酸钡。
从耐热性的提高、膜电阻的降低、及摩擦系数的降低的观点考虑,无机粒子优选包含选自由金属氢氧化物及金属硫酸盐组成的组中的至少1种。耐热性多孔质层可以包含2种以上的材质不同的无机粒子。
无机粒子也可以是利用硅烷偶联剂等进行表面修饰而得到的无机粒子。
无机粒子的粒子形状没有特别限定,例如,可以为球形、椭圆形、板状、针状、或不定形中的任意形状。从对电池短路的抑制的观点考虑,耐热性多孔质层中包含的无机粒子优选为板状的粒子。另外,从同样的观点考虑,耐热性多孔质层中包含的无机粒子优选为未凝集的一次粒子。
无机粒子的体积平均粒径没有特别限定,例如,优选为0.01μm~10μm。若无机粒子的体积平均粒径为0.01μm以上,则可抑制无机粒子彼此的凝集,能形成均匀性更高的耐热性多孔质层。从这样的观点考虑,无机粒子的体积平均粒径优选为0.01μm以上,更优选为0.03μm以上,进一步优选为0.05μm以上。另外,若无机粒子的体积平均粒径为10μm以下,则可进一步抑制暴露于高温时的耐热性多孔质层的收缩,此外,耐热性多孔质层的粘接层侧的面的平滑性提高,作为结果,粘接强度也提高。从这样的观点考虑,无机粒子的体积平均粒径优选为10μm以下,更优选为5μm以下,进一步优选为1μm以下。
耐热性多孔质层可以包含2种以上的体积平均粒径不同的无机粒子。体积平均粒径不同的2种以上的无机粒子的材质可以相同,也可以不同。在耐热性多孔质层包含2种以上的体积平均粒径不同的无机粒子的情况下,优选各自的体积平均粒径在上述范围内,优选各自的体积平均粒径在上述范围内,并且整体(即,体积平均粒径不同的无机粒子的混合粒子)的体积平均粒径在上述范围内。
无机粒子的体积平均粒径是利用以下的方法测定的值。
使无机粒子分散于含有非离子性表面活性剂的水中,使用激光衍射式粒度分布测定装置对粒度分布进行测定。在体积基准的粒度分布中,将从小径侧起累积成为50%的粒径(D50)作为无机粒子的体积平均粒径(μm)。
作为非离子性表面活性剂,例如,可以优选使用Triton(注册商标)X-100〔化合物名称:聚乙二醇叔辛基苯基醚,Dow Chemical公司制〕。另外,作为激光衍射式粒度分布测定装置,例如,可以优选使用Sysmex(株)制的Mastersizer 2000。
供于体积平均粒径的测定的试样是作为耐热性多孔质层的材料的无机粒子、或从隔膜中取出的无机粒子。从隔膜中取出无机粒子的方法没有特别限定,例如,可举出下述方法:将隔膜加热至800℃左右,使粘结剂树脂消失从而将无机粒子取出的方法;将隔膜浸渍于有机溶剂中,利用有机溶剂使粘结剂树脂溶解从而将无机粒子取出的方法;等等。
无机粒子在耐热性多孔质层中所占的质量比例没有特别限定,例如,相对于耐热性多孔质层的总质量而言,优选为50质量%~90质量%。若无机粒子在耐热性多孔质层中所占的质量比例相对于耐热性多孔质层的总质量而言为50质量%以上,则能够适宜地提高隔膜的耐热性。从这样的观点考虑,相对于耐热性多孔质层的总质量而言,无机粒子在耐热性多孔质层中所占的质量比例优选为50质量%以上,更优选为55质量%以上,进一步优选为60质量%以上。另外,若无机粒子在耐热性多孔质层中所占的质量比例相对于耐热性多孔质层的总质量而言为90质量%以下,则例如耐热性多孔质层更不易从与耐热性多孔质层相邻的微多孔膜或多孔性片材剥落。从这样的观点考虑,相对于耐热性多孔质层的总质量而言,无机粒子在耐热性多孔质层中所占的质量比例优选为90质量%以下,更优选为85质量%以下,进一步优选为80质量%以下。
耐热性多孔质层也可以包含表面活性剂等分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂等添加剂。这些添加剂被添加在用于形成耐热性多孔质层的耐热性多孔质层形成用涂敷液中。在耐热性多孔质层形成用涂敷液中,可出于提高分散性、涂敷性或保存稳定性的目的而添加分散剂,出于例如使耐热性多孔质层与相邻的微多孔膜或多孔性片材的亲和性良好的目的而添加润湿剂,出于抑制空气向耐热性多孔质层形成用涂敷液中的混入的目的而添加消泡剂,出于调节耐热性多孔质层形成用涂敷液的pH的目的而添加pH调节剂。
在本公开文本中的多孔质基材是在微多孔膜或多孔性片材上层叠耐热性多孔质层而得到的复合多孔质片材的情况下,耐热性多孔质层可以仅存在于微多孔膜或多孔性片材的一面,也可以存在于微多孔膜或多孔性片材的两面。
若耐热性多孔质层仅存在于微多孔膜或多孔性片材的一面,则隔膜的离子透过性更优异。另外,能够抑制隔膜整体的厚度,能制造能量密度更高的电池。若耐热性多孔质层存在于微多孔膜或多孔性片材的两面,则隔膜的耐热性更优异,能够进一步提高电池的安全性。另外,不易在隔膜中产生卷曲,制造电池时的操作性优异。
从隔膜的耐热性或操作性的观点考虑,耐热性多孔质层的厚度优选在每一面为0.5μm以上,更优选在每一面为1.0μm以上。另外,从隔膜的操作性或电池的能量密度的观点考虑,耐热性多孔质层的厚度优选在每一面为5.0μm以下,更优选在每一面为4.0μm以下。
在微多孔膜或多孔性片材的两面设置有耐热性多孔质层的情况下,耐热性多孔质层的厚度按两面的合计优选为1.0μm以上,更优选为2.0μm以上。另外,耐热性多孔质层的厚度按两面的合计优选为10.0μm以下,更优选为8.0μm以下。
在微多孔膜或多孔性片材的两面设置有耐热性多孔质层的情况下,优选一个面上的耐热性多孔质层的厚度与另一个面上的耐热性多孔质层的厚度之差小,例如,优选为两面合计的厚度的20%以下。
耐热性多孔质层的每单位面积的质量按两面的合计优选为1.0g/m2~10.0g/m2。从隔膜的耐热性或操作性的观点考虑,耐热性多孔质层的每单位面积的质量按两面的合计优选为1.0g/m2以上,更优选为2.0g/m2以上。另外,从隔膜的操作性或电池的能量密度的观点考虑,耐热性多孔质层的每单位面积的质量优选为10.0g/m2以下,更优选为8.0g/m2以下。
在微多孔膜或多孔性片材的两面设置有耐热性多孔质层的情况下,从抑制隔膜的卷曲的观点考虑,一个面上的耐热性多孔质层的每单位面积的质量与另一个面上的耐热性多孔质层的每单位面积的质量之差优选相对于两面合计而言为20质量%以下。
耐热性多孔质层的孔隙率优选为30%~80%。从隔膜的离子透过性的观点考虑,耐热性多孔质层的孔隙率优选为30%以上,更优选为35%以上,进一步优选为40%以上。另外,从耐热性多孔质层的力学强度的观点考虑,耐热性多孔质层的孔隙率优选为80%以下,更优选为70%以下,进一步优选为60%以下。
耐热性多孔质层的孔隙率ε(%)由下式求出。
ε={1-(Wa/da+Wb/db+Wc/dc+…+Wn/dn)/t}×100
式中,耐热性多孔质层的构成材料为a、b、c、…、n,各构成材料的质量为Wa、Wb、Wc、…、Wn(g/cm2),各构成材料的真密度为da、db、dc、…、dn(g/cm3),耐热性多孔质层的厚度为t(μm)。
耐热性多孔质层的粘接层侧的面的算术平均高度Sa优选为0.7μm以下,更优选为0.5μm以下,进一步优选为0.4μm以下。另外,耐热性多孔质层的粘接层侧的面的算术平均高度Sa优选为0.01μm以上,更优选为0.05μm以上。若耐热性多孔质层的粘接层侧的面的算术平均高度Sa为0.7μm以下,则设置于耐热性多孔质层上的粘接层表面的凹凸变小,在与电极进行热压处理时,粘接层与电极的粘接面积变大,因此粘接强度变高,其结果是,隔膜与电极的干式粘接强度及湿式粘接强度变高。另一方面,若耐热性多孔质层的粘接层侧的面的算术平均高度为0.01μm以上,则附着于微小凹凸的凸部上的特定粘接性树脂粒子的一部分进入至电极内,利用锚定效应而提高粘接强度,因此是优选的。
对于耐热性多孔质层的粘接层侧的面的算术平均高度Sa(μm)而言,依照ISO25178,利用下述的条件进行测定。在任意选择的4处不同的观察范围内进行测定,求出它们的平均值。
-条件-
测定装置:激光显微镜〔VK-X1000,(株)KEYENCE制〕
观察倍率:3600倍
观察范围:71μm×94μm
对于多孔质基材,可以在不损害多孔质基材的性质的范围内实施各种表面处理。若对多孔质基材实施表面处理,则能提高与用于形成粘接层的树脂粒子分散液的润湿性。作为表面处理,可举出电晕处理、等离子体处理、火焰处理、电子束处理、紫外线照射处理等。
从提高润湿性的观点考虑,多孔质基材优选在表面上导入有官能团。多孔质基材优选在其表面具有选自由羰基、羧基、羟基、过氧基及环氧基组成的组中的至少1种官能团。作为向多孔质基材的表面导入官能团的方法,可举出对多孔质基材的表面进行前文所述的表面处理的方法。
从提高电池的能量密度的观点考虑,多孔质基材的厚度优选为20.0μm以下,更优选为15.0μm以下。另外,从隔膜的制造成品率及电池的制造成品率的观点考虑,多孔质基材的厚度优选为3.0μm以上,更优选为5.0μm以上。
多孔质基材的厚度是使用接触式的厚度计(LITEMATIC,(株)Mitutoyo制)、利用直径为5mm的圆柱状的测定端子测得的值。测定中,以施加0.01N的负荷的方式进行调整,对10cm×10cm内的任意20个点进行测定,算出其平均值。
从获得良好的离子透过性的观点考虑,多孔质基材的Gurley值优选为50秒/100mL以上,更优选为60秒/100mL以上。另外,从抑制电池的短路的观点考虑,多孔质基材的Gurley值优选为500秒/100mL以下,更优选为400秒/100mL以下。
多孔质基材的Gurley值是依照JIS P8117:2009测定的值。作为测定装置,例如,可以优选使用东洋精机(株)制的Gurley式透气度测定仪G-B2C。
从获得适当的膜电阻及关闭功能的观点考虑,多孔质基材的孔隙率优选为20%~60%。
多孔质基材的孔隙率由下式求出。需要说明的是,所谓单位面积重量,是每单位面积的质量。
ε={1-Ws/(ds·t)}×100
式中,Ws表示多孔质基材的单位面积重量(g/m2),ds表示多孔质基材的真密度(g/cm3),t表示多孔质基材的厚度(μm)。
从隔膜的制造成品率及电池的制造成品率的观点考虑,多孔质基材的戳穿强度优选为200g以上,更优选为250g以上。
多孔质基材的戳穿强度是指:使用Kato Tech公司制的KES-G5手持式压缩试验器,在针尖端的曲率半径为0.5mm、戳穿速度为2mm/秒的条件下进行戳穿试验而测定的最大戳穿负荷(g)。
〔粘接层〕
本公开文本中的粘接层是配置于多孔质基材的一面或两面上的层,作为隔膜的最外层而存在。本公开文本中的粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子〔即,粘接性树脂粒子A〕、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物〔即,粘接性树脂粒子混合物A〕组成的组中的至少1种〔即,特定粘接性树脂粒子〕,并且是特定粘接性树脂粒子附着于多孔质基材而形成的层。
本公开文本的隔膜中,粘接层可以具有特定粘接性树脂粒子在多孔质基材的面上彼此相邻地大量排列从而形成了层的结构,也可以具有大量特定粘接性树脂粒子散布于多孔质基材的面上的结构。另外,粘接层具有特定粘接性树脂粒子在多孔质基材的面上彼此相邻地大量排列从而形成了层的结构的情况下,可以具有特定粘接性树脂粒子在厚度方向上不重叠的单层结构,也可以使多个特定粘接性树脂粒子在厚度方向上重叠从而具有2层以上的多层结构。从与电极的粘接性更优异的观点考虑,本公开文本中的粘接层优选具有特定粘接性树脂粒子在多孔质基材的面上彼此相邻地大量排列的结构,从提高电池的能量密度、并且确保离子透过性的观点考虑,优选具有特定粘接性树脂粒子在厚度方向上不重叠的单层结构。
本公开文本中的粘接层利用存在于特定粘接性树脂粒子间的间隙而使得气体或液体可从一侧的面向另一侧的面通过。
所谓特定粘接性树脂粒子附着于多孔质基材的结构,除了在所完成的隔膜中、树脂保持了粒子形状的方式以外,还包括在使用树脂粒子作为粘接层的材料而完成的隔膜中、利用热处理或干燥处理使树脂粒子的一部分熔融而未保持粒子形状的方式。
由于本公开文本中的粘接层为特定粘接性树脂粒子附着于多孔质基材的结构,因此不易发生多孔质基材(在多孔质基材具有耐热性多孔质层的情况下为耐热性多孔质层)与粘接层之间的界面破坏。另外,本公开文本中的粘接层为特定粘接性树脂粒子彼此相互附着并连接的结构的情况下,粘接层的韧性优异,不易发生粘接层的内聚破坏。
特定粘接性树脂粒子是对于电池的电极具有粘接性的粒子形状的树脂。特定粘接性树脂粒子优选为在电解液中稳定并且在电化学上也稳定的树脂粒子。
构成特定粘接性树脂粒子的含苯基的丙烯酸系树脂与多孔质基材及电极的亲和性良好。另外,构成特定粘接性树脂粒子的聚偏氟乙烯系树脂尤其与电极的亲和性良好。通过使含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂存在于粘接层中并各自发挥作用,从而能提高隔膜与电极的湿式粘接强度。
本公开文本中的粘接层可以仅含有(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子〔即,粘接性树脂粒子A〕,也可以仅含有(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物〔即,粘接性树脂粒子混合物A〕,也可以含有粘接性树脂粒子A及粘接性树脂粒子混合物A这两者。
本公开文本中,“丙烯酸系树脂”是指包含丙烯酸系单体单元的树脂。
粘接性树脂粒子A中包含的含苯基的丙烯酸系树脂优选为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物。含苯基的丙烯酸系树脂也可以为包含除丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元以外的单体单元作为单体单元的共聚物。
作为丙烯酸系单体,优选为选自由(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸盐、及(甲基)丙烯酸酯组成的组中的至少1种。
作为(甲基)丙烯酸盐,可举出(甲基)丙烯酸钠、(甲基)丙烯酸钾、(甲基)丙烯酸镁、(甲基)丙烯酸锌等。作为(甲基)丙烯酸酯,可举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)甲基丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂基酯、(甲基)丙烯酸硬脂基酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸双环戊酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(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4-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸2-(二乙基氨基)乙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯等。
粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中,作为单体单元,可以仅包含1种丙烯酸系单体单元,也可以包含2种以上。
苯乙烯系单体为具有苯基的单体。
作为苯乙烯系单体,可举出苯乙烯、间氯苯乙烯、对氯苯乙烯、对氟苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、间叔丁氧基苯乙烯、对叔丁氧基苯乙烯、对乙烯基苯甲酸、对甲基-α-甲基苯乙烯、苯乙烯磺酸及其盐(例如:苯乙烯酸钠)等。它们之中,作为苯乙烯系单体,优选为苯乙烯。
粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中,作为单体单元,可以仅包含1种苯乙烯系单体单元,也可以包含2种以上。
关于粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中包含的苯乙烯系单体单元的含量,从同时实现干式粘接性和湿式粘接性的观点考虑,相对于苯乙烯系单体单元及丙烯酸系单体单元的合计含量而言,优选为10质量%~99质量%,更优选为20质量%~95质量%,进一步优选为30质量%~90质量%。
对于粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂而言,从制备共聚物时的分散稳定性的观点考虑,作为单体单元,优选包含含酸基的单体单元。
作为含酸基的单体,可举出(甲基)丙烯酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、衣康酸等具有羧基的单体;乙烯基磺酸、甲基乙烯基磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、(甲基)丙烯酸-2-磺酸乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、3-烯丙基氧基-2-羟基丙磺酸等具有磺酸基的单体;磷酸-2-(甲基)丙烯酰基氧基乙酯、磷酸甲基-2-(甲基)丙烯酰基氧基乙酯、磷酸乙基-(甲基)丙烯酰基氧基乙酯等具有磷酸基的单体;(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4-羟基丁酯等具有羟基的单体;等等。它们之中,作为含酸基的单体,优选为具有羧基的单体。
粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中,作为单体单元,可以仅包含1种含酸基的单体单元,也可以包含2种以上。
关于粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中包含的含酸基的单体单元的含量,相对于全部结构单元而言,优选为0.1质量%~20质量%,更优选为1质量%~10质量%,进一步优选为3质量%~7质量%。
粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中,从调整在电解液中的溶胀度的观点考虑,作为单体单元,优选包含交联性单体单元。所谓交联性单体单元,是能通过加热或能量射线的照射而在聚合中或聚合后形成交联结构的单体。
作为交联性单体,例如,可举出具有2个以上的聚合反应性基团的单体(所谓的多官能单体)。作为这样的多官能单体,可举出二乙烯基苯等二乙烯基化合物;二乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯等二(甲基)丙烯酸酯化合物;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等三(甲基)丙烯酸酯化合物;烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯等含有环氧基的烯键式不饱和单体;等等。它们之中,作为交联性单体,从容易控制溶胀度的观点考虑,优选为选自由二甲基丙烯酸酯化合物及含有环氧基的烯键式不饱和单体组成的组中的至少1种,更优选为选自二甲基丙烯酸酯化合物中的至少1种。
粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中,作为单体单元,可以仅包含1种交联性单体单元,也可以包含2种以上。
若粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂中的交联性单体单元的比例增加,则有该聚合物在电解液中的溶胀度变小的倾向。因此,关于含苯基的丙烯酸系树脂中包含的交联性单体单元的含量,相对于全部结构单元而言,优选为0.1质量%~5质量%,更优选为0.2质量%~4质量%,进一步优选为0.5质量%~3质量%。
作为粘接性树脂粒子A中包含的聚偏氟乙烯系树脂,可举出偏氟乙烯的均聚物(即聚偏氟乙烯)、偏氟乙烯与其他单体的共聚物(聚偏氟乙烯共聚物)、聚偏氟乙烯与聚偏氟乙烯共聚物的混合物等。作为能与偏氟乙烯共聚的单体,例如,可举出四氟乙烯、六氟丙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、三氯乙烯、氟乙烯、三氟全氟丙基醚、乙烯、乙酸乙烯酯、氯乙烯、丙烯腈等。共聚物可以仅包含1种来自这些单体的结构单元(单体单元),也可以包含2种以上。
从获得可耐受制造电池时的加压及加热的机械强度的观点考虑,聚偏氟乙烯共聚物优选包含50摩尔%以上的来自偏氟乙烯的结构单元(所谓的偏氟乙烯单元)。
作为聚偏氟乙烯共聚物,优选为偏氟乙烯与四氟乙烯的共聚物、偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物、或偏氟乙烯与三氟乙烯的共聚物,更优选为偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物。作为偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物,优选为包含0.1摩尔%~10摩尔%(优选为0.5摩尔%~5摩尔%)的来自六氟丙烯的结构单元(所谓的六氟丙烯单元)的共聚物。
聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量(Mw)优选为1000~500万,更优选为1万~300万,进一步优选为5万~200万。
聚偏氟乙烯系树脂的重均分子量(Mw)的测定方法如前文所述。
聚偏氟乙烯系树脂的熔点优选为110℃~180℃。若聚偏氟乙烯系树脂的熔点为110℃~180℃,则能够同时实现粘接性和耐粘连性。从这样的观点考虑,聚偏氟乙烯系树脂的熔点更优选为120℃~170℃,进一步优选为130℃~160℃。
聚偏氟乙烯系树脂的熔点由进行差示扫描量热测定(DSC:Dif ferentialScanning Calorimetry)而得到的差示扫描量热曲线(DSC曲线)求出。作为测定装置,使用差示扫描量热计,将聚偏氟乙烯系树脂10mg作为试样。在氮气气氛下,将试样以5℃/分钟的升温速度从30℃升温至200℃后,以2℃/分钟的降温速度从200℃降温至30℃,进一步以2℃/分钟的升温速度从30℃升温至200℃,将此时所得到的吸热峰的峰顶作为聚偏氟乙烯系树脂的熔点。作为差示扫描量热计,例如,可以优选使用TA Instruments公司制的Q20 Differential Scanning Calorimeter。
粘接性树脂粒子混合物A是包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物。
粘接性树脂粒子混合物A中的包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子只要包含前文所述的含苯基的丙烯酸系树脂即可,没有特别限制。粘接性树脂粒子混合物A中的包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子也可以在不阻碍本公开文本的效果的范围内包含除含苯基的丙烯酸系树脂以外的成分(所谓的其他成分),其他成分在粘接性树脂粒子中所占的比例优选为粘接性树脂粒子的总质量的10质量%以下,更优选为5质量%以下。更优选的方式为包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子实质上不含其他成分的方式,特别优选为其他成分在粘接性树脂粒子中所占的比例为0质量%的方式。
粘接性树脂粒子混合物A中的包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子只要包含前文所述的聚偏氟乙烯系树脂即可,没有特别限制。粘接性树脂粒子混合物A中的包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子可以在不阻碍本公开文本的效果的范围内包含除聚偏氟乙烯系树脂以外的成分(所谓的其他成分),其他成分在粘接性树脂粒子中所占的比例优选为粘接性树脂粒子的总质量的10质量%以下,更优选为5质量%以下。更优选的方式为包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子实质上不含其他成分的方式,特别优选为其他成分在粘接性树脂粒子中所占的比例为0质量%的方式。
粘接性树脂粒子混合物A中所含的包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子优选为选自由(iii)作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的粘接性树脂粒子、以及(iv)作为包含丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂的混合物的粘接性树脂粒子组成的组中的至少1种。
以下,也将(iii)作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的粘接性树脂粒子称为“粘接性树脂粒子X”,将(iv)作为包含丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂的混合物的粘接性树脂粒子称为“粘接性树脂粒子Y”。
粘接性树脂粒子X为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的粒子。粘接性树脂粒子X也可以为包含除丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元以外的单体单元作为单体单元的共聚物的粒子。
粘接性树脂粒子X中的丙烯酸系单体与前文所述的丙烯酸系单体同义,优选方式也同样,因此,此处省略说明。
粘接性树脂粒子X中的苯乙烯系单体与前文所述的苯乙烯系单体同义,优选方式也同样,因此,此处省略说明。
相对于苯乙烯系单体单元及丙烯酸系单体单元的合计含量而言,共聚物中的苯乙烯系单体单元的含量优选为10质量%~99质量%,更优选为20质量%~95质量%,进一步优选为30质量%~90质量%。
粘接性树脂粒子Y为包含丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂的混合物的粒子。粘接性树脂粒子Y也可以为包含除丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂以外的树脂的混合物的粒子。
粘接性树脂粒子Y例如可以为丙烯酸系树脂粒子的表面的一部分或整体被苯乙烯系树脂被覆而成的树脂粒子,也可以为苯乙烯系树脂粒子的表面的一部分或整体被丙烯酸系树脂被覆而成的树脂粒子,也可以为在1个粒子整体中混合存在丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂的树脂粒子。从耐粘连性的观点考虑,粘接性树脂粒子Y优选为丙烯酸系树脂粒子的表面的一部分或整体被苯乙烯系树脂被覆而成的树脂粒子。
粘接性树脂粒子Y中的丙烯酸系树脂可以为仅使丙烯酸系单体聚合而得到的聚合物,也可以为使丙烯酸系单体与其他单体聚合而得到的共聚物。
丙烯酸系树脂中包含的丙烯酸系单体单元的含量优选相对于全部单体单元而言为50质量%~100质量%。
粘接性树脂粒子Y中的丙烯酸系单体与前文所述的丙烯酸系单体同义,优选方式也同样,因此,此处省略说明。
本公开文本中,“苯乙烯系树脂”是指包含苯乙烯系单体单元的树脂。
粘接性树脂粒子Y中的苯乙烯系树脂可以为仅使苯乙烯系单体聚合而得到的聚合物,也可以为使苯乙烯系单体与其他单体聚合而得到的共聚物。
苯乙烯系树脂中包含的苯乙烯系单体单元的含量优选相对于全部单体单元而言为50质量%~100质量%。
粘接性树脂粒子Y中的苯乙烯系单体与前文所述的苯乙烯系单体同义,优选方式也同样,因此,此处省略说明。
相对于混合物中的丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂的合计含量而言,混合物中的苯乙烯系树脂的含量优选为10质量%~99质量%,更优选为20质量%~95质量%,进一步优选为30质量%~90质量%。
粘接性树脂粒子混合物A含有包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子。粘接性树脂粒子混合物A中的聚偏氟乙烯系树脂与粘接性树脂粒子A中的聚偏氟乙烯系树脂同义,优选方式也同样。
从基于湿式热压的与电极的优异粘接性的观点考虑,粘接性树脂粒子A中的含苯基的丙烯酸系树脂与聚偏氟乙烯系树脂的含有质量比优选为5:95~95:5,更优选为10:90~90:10,进一步优选为20:80~80:20。另外,从同样的观点考虑,粘接性树脂粒子混合物A中的含苯基的丙烯酸系树脂与聚偏氟乙烯系树脂的含有质量比优选为5:95~95:5,更优选为10:90~90:10,进一步优选为20:80~80:20。
含苯基的丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度优选为10℃~150℃。若含苯基的丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度为10℃~150℃,则能够抑制粘接层的粘连,并且提高粘接层对于电极的粘接性(干式粘接性及湿式粘接性)。含苯基的丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度更优选为20℃~130℃,进一步优选为30℃~110℃。
含苯基的丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度可以通过以FOX式为准则对共聚物或树脂中的丙烯酸系单体、苯乙烯系单体等的共聚比进行调整来控制。
含苯基的丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度由进行差示扫描量热测定(DSC:Differential Scanning Calorimetry)而得到的差示扫描量热曲线(DSC曲线)求出。作为测定装置,使用差示扫描量热计〔Q20 Differential Scanning Calorimeter,TAInstruments公司制〕,将含苯基的丙烯酸系树脂10mg作为试样。将使低温侧的基线向高温侧延长而成的直线、与阶梯状变化部分的曲线的切线中的斜率最大的切线相交的点的温度作为含苯基的丙烯酸系树脂的玻璃化转变温度。
从形成良好的多孔结构的观点考虑,特定粘接性树脂粒子的体积平均粒径优选为0.01μm以上,更优选为0.05μm以上,进一步优选为0.1μm以上。另外,从抑制粘接层的厚度的观点考虑,特定粘接性树脂粒子的体积平均粒径优选为1.2μm以下,更优选为1.0μm以下,进一步优选为0.8μm以下。
需要说明的是,在粘接性树脂粒子混合物A的情况下,优选包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子及包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子中的任意粘接性树脂粒子的体积平均粒径均被包括在上述的范围内。
特定粘接性树脂粒子的体积平均粒径利用下述的方法求出。
使特定粘接性树脂粒子分散于含有非离子性表面活性剂的水中,使用激光衍射式粒度分布测定装置对粒度分布进行测定。在体积基准的粒度分布中,将从小径侧起累积成为50%的粒径(D50)作为特定粘接性树脂粒子的体积平均粒径(μm)。
作为非离子性表面活性剂,例如,可以优选使用Triton(注册商标)X-100〔化合物名称:聚乙二醇叔辛基苯基醚,Dow Chemical公司制〕。另外,作为激光衍射式粒度分布测定装置,例如,可以优选使用Sysmex(株)制的Mastersizer 2000。
特定粘接性树脂粒子在多孔质基材上的附着量〔即,粘接性树脂粒子A及树脂粒子混合物A的合计附着量〕优选为0.1g/m2~5.0g/m2。若特定粘接性树脂粒子在多孔质基材上的附着量为0.1g/m2以上,则能进一步提高粘接层与多孔质基材及电极之间的湿式粘接强度。从这样的观点考虑,特定粘接性树脂粒子在多孔质基材上的附着量优选为0.1g/m2以上,更优选为0.2g/m2以上,进一步优选为0.3g/m2以上。另外,若特定粘接性树脂粒子在多孔质基材上的附着量为5.0g/m2以下,则可抑制由电解液导致的特定粘接性树脂粒子的溶胀,能更良好地维持粘接层与多孔质基材及电极之间的湿式粘接性。从这样的观点考虑,特定粘接性树脂粒子在多孔质基材上的附着量优选为5.0g/m2以下,更优选为4.0g/m2以下,进一步优选为3.0g/m2以下,特别优选为1.0g/m2以下。
从充分地确保粘接层内的离子透过性的观点考虑,特定粘接性树脂粒子在电解液中的溶胀度优选为450%以下,更优选为400%以下,进一步优选为350%以下,特别优选为300%以下。特定粘接性树脂粒子在电解液中的溶胀度的下限例如可以为110%以上。
特定粘接性树脂粒子在电解液中的溶胀度利用下述的方法求出。
将特定粘接性树脂粒子的水分散液浇注到附带有内部尺寸为50mm×70mm的金属框的玻璃板上,于150℃进行1小时干燥,制作片状的测定用样品。将所制作的测定用样品切出约1g量,利用电子天平准确地测定其重量W1(g)后,在60℃的电解液〔1mol/L Li BF4碳酸亚乙酯:碳酸甲乙酯(体积比3:7)〕中浸渍24小时。将浸渍后的测定用样品从电解液中取出,拭去附着于表面的电解液后,利用电子天平测定其重量W2(g),利用下式求出特定粘接性树脂粒子的溶胀度(%)。
溶胀度(%)=(W2/W1)×100
粘接层也可以包含除特定粘接性树脂粒子以外的树脂粒子。
作为除特定粘接性树脂粒子以外的树脂粒子,例如,可举出包含氟系橡胶、乙烯基腈化合物(丙烯腈、甲基丙烯腈等)的均聚物或共聚物、羧甲基纤维素、羟烷基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚(聚环氧乙烷、聚环氧丙烷等)或它们中的2种以上的混合物的粒子。
粘接层可以在不阻碍本公开文本的效果的范围内包含除前文所述的树脂粒子以外的成分(所谓的其他成分),其他成分在粘接层中所占的比例优选为粘接层的总质量的10质量%以下,更优选为5质量%以下。更优选的方式是粘接层实质上不含其他成分的方式。
作为其他成分,可举出在用于形成粘接层的粘接性树脂粒子分散液中添加的添加剂。作为这样的添加剂,可举出表面活性剂等分散剂、润湿剂、消泡剂、pH调节剂等。
在用于形成粘接层的粘接性树脂粒子分散液中,可出于提高分散性、涂敷性或保存稳定性的目的而添加分散剂,出于使得与多孔质基材(在多孔质基材具有耐热性多孔质层的情况下为耐热性多孔质层)的亲和性良好的目的而添加润湿剂,出于抑制空气向粘接性树脂粒子分散液中的混入的目的而添加消泡剂,出于调节pH的目的而添加pH调节剂。
关于表面活性剂,记载于国际公开第2019/130994号的[0142]及[0143]段中。这些记载通过参照被并入本说明书中。
对于粘接层而言,优选的是,由傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)得到的苯基的峰面积S1为0.01~3.0,由FT-IR得到的羰基的峰面积S2为4.0以下,由FT-IR得到的C-F键的峰面积S3为0.1~8。
若由FT-IR得到的苯基的峰面积S1为0.01以上,则粘接层能对于多孔质基材(在多孔质基材具有耐热性多孔质层的情况下为耐热性多孔质层)及电极呈现出更充分的湿式粘接强度。从这样的观点考虑,由FT-IR得到的苯基的峰面积S1优选为0.01以上,更优选为0.02以上,进一步优选为0.05以上。若由FT-IR得到的苯基的峰面积S1为3.0以下,则能进一步提高粘接层相对于电解液的耐溶胀性。从这样的观点考虑,由FT-IR得到的苯基的峰面积S1优选为3.0以下,更优选为2.5以下,进一步优选为2.0以下,特别优选为0.5以下。
若由FT-IR得到的羰基的峰面积S2为4.0以下,则粘接层能对于多孔质基材(在多孔质基材具有耐热性多孔质层的情况下为耐热性多孔质层)及电极呈现出更充分的湿式粘接强度。另外,能进一步提高粘接层相对于电解液的耐溶胀性。从这样的观点考虑,由FT-IR得到的羰基的峰面积S2优选为4.0以下,更优选为3以下,进一步优选为2.0以下,特别优选为1.0以下。由FT-IR得到的羰基的峰面积S2例如可以为0.01以上。
若由FT-IR得到的C-F键的峰面积S3为0.1~8,则粘接层对于尤其是电极呈现出更充分的湿式粘接强度,能够抑制在电解液中的溶胀。从这样的观点考虑,由FT-IR得到的C-F键的峰面积S3优选为0.1以上,更优选为0.3以上,进一步优选为0.5以上。另外,由FT-IR得到的C-F键的峰面积S3优选为8以下,更优选为6以下,进一步优选为4以下,特别优选为2以下。
粘接层的由傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)得到的苯基的峰面积S1利用下述的方法求出。利用下述条件的傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)获得粘接层的吸收光谱后,对苯基的吸收峰(694cm-1~710cm-1)进行基线校正,求出被基线和吸收光谱线包围的范围的面积(单位:无量纲)。对由任意选择的8处不同范围的吸收光谱得到的值进行平均,作为粘接层的苯基的峰面积S1。
另外,粘接层的由傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)得到的羰基的峰面积S2利用下述的方法求出。利用下述条件的傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)获得粘接层的吸收光谱后,对羰基的吸收峰(1707cm-1~1753cm-1)进行基线校正,求出被基线和吸收光谱线包围的范围的面积(单位:无量纲)。对由任意选择的8处不同范围的吸收光谱得到的值进行平均,作为粘接层的羰基的峰面积S2。
另外,粘接层的由傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)得到的C-F键的峰面积S3利用下述的方法求出。利用下述条件的傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)获得粘接层的吸收光谱后,对C-F键的吸收峰(862cm-1~901cm-1)进行基线校正,求出被基线和吸收光谱线包围的范围的面积(单位:无量纲)。对由任意选择的8处不同范围的吸收光谱得到的值进行平均,作为粘接层的C-F键的峰面积S3。
各面积利用测定装置的功能算出。
在1707cm-1~1753cm-1的范围内观察到的羰基的吸收峰被认为是来自粘接层的(甲基)丙烯酸系化合物的羰基。另外,在862cm-1~901cm-1的范围内观察到的C-F键的吸收峰被认为是来自粘接层的偏氟乙烯的C-F键。
-条件-
测定装置:傅里叶变换红外分光光度计〔IRAffinity-1,(株)岛津制作所制〕
测定波长范围:400cm-1~4000cm-1
测定模式:透过率
变迹函数:Happ-Genzel
分辨率:4cm-1
累积次数:10次
测定样品数:n=8
[隔膜的特性]
从隔膜的机械强度的观点考虑,本公开文本的隔膜的厚度优选为6.0μm以上,更优选为7.0μm以上。另外,从电池的能量密度的观点考虑,本公开文本的隔膜的厚度优选为20.0μm以下,更优选为15.0μm以下。
隔膜的厚度是使用接触式的厚度计(LITEMATIC,(株)Mitut oyo制)、利用直径为5mm的圆柱状的测定端子测得的值。测定中,以施加0.01N的负荷的方式进行调整,对10cm×10cm内的任意20个点进行测定,算出其平均值。
从隔膜的机械强度及电池的耐短路性的观点考虑,本公开文本的隔膜的戳穿强度优选为200g~1000g,更优选为250g~600g。
隔膜的戳穿强度是指:使用Kato Tech公司制的KES-G5手持式压缩试验器,在针尖端的曲率半径为0.5mm、戳穿速度为2mm/秒的条件下进行戳穿试验而测定的最大戳穿负荷(g)。
从与电极的粘接性、隔膜的操作性、离子透过性、及机械强度的观点考虑,本公开文本的隔膜的孔隙率优选为30%~60%。
隔膜的孔隙率ε(%)由下式求出。
ε={1-(Wa/da+Wb/db+Wc/dc+…+Wn/dn)/t}×100
式中,隔膜的构成材料为a、b、c、…、n,各构成材料的质量为Wa、Wb、Wc、…、Wn(g/cm2),各构成材料的真密度为da、db、dc、…、dn(g/cm3),隔膜的厚度为t(cm)。
从电池的负载特性的观点考虑,本公开文本的隔膜的膜电阻优选为0.5ohm·cm2~10ohm·cm2,更优选为1ohm·cm2~8ohm·cm2。
隔膜的膜电阻是指在隔膜中含浸有电解液的状态下的电阻值,是利用交流法测定的值。测定是使用1mol/L LiBF4碳酸亚丙酯/碳酸亚乙酯(1/1[质量比])作为电解液、于20℃进行的。
从机械强度与离子透过性的均衡性的观点考虑,本公开文本的隔膜的Gurley值优选为50秒/100mL~800秒/100mL,更优选为80秒/100mL~500秒/100mL,进一步优选为100秒/100mL~400秒/100mL。
隔膜的Gurley值是依照JIS P8117:2009测定的值。作为测定装置,例如,可以优选使用东洋精机(株)制的Gurley式透气度测定仪G-B2C。
对于本公开文本的隔膜而言,从离子透过性的观点考虑,从隔膜(在多孔质基材上形成了耐热性多孔质层及粘接层的状态)的Gu rley值减去多孔质基材的Gurley值而得到的值优选为300秒/100mL以下,更优选为280秒/100mL以下,进一步优选为275秒/100mL以下。另外,对于本公开文本的隔膜而言,从具备足以粘接至电极的量的粘接性树脂粒子的观点考虑,从隔膜的Gurley值减去多孔质基材的Gurley值而得到的值优选为20秒/100mL以上,更优选为50秒/100mL以上。
对于本公开文本的隔膜而言,于130℃进行60分钟热处理时的MD方向的收缩率(也称为“热收缩率”。)优选为15%以下,更优选为12%以下,进一步优选为9%以下。本公开文本的隔膜的热收缩率的下限例如可以为1%以上,优选为2%以上。
隔膜的热收缩率利用下述的方法求出。
将隔膜以MD方向100mm×TD方向100mm切出。接着,以从切出的隔膜的中心通过的方式,沿MD方向划出70mm的长度的基准线,制成试验片。在2张A4尺寸的纸张之间配置试验片后,在130℃的烘箱中静置60分钟。对热处理前后的试验片的MD方向的长度进行测定,利用下式算出热收缩率。将以上的操作进一步实施2次,对3张试验片的热收缩率进行平均,求出隔膜的热收缩率。
热收缩率(%)={(热处理前的MD方向的长度-热处理后的MD方向的长度)÷热处理前的MD方向的长度}×100
对于本公开文本的隔膜而言,以含浸有电解液的状态进行了热压(所谓的湿式热压)时的粘接层与耐热性多孔质层之间的粘接强度(也称为“湿式粘接强度”。)优选为0.01N/15mm~2.0N/15mm。若粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度为0.01N/15mm以上,则粘接层与耐热性多孔质层充分粘接,因此,在电池中不易在粘接层与耐热性多孔质层之间发生剥离。另外,存在抑制由于粘接层与耐热性多孔质层的粘接强度不足而导致的离子在隔膜与电极的界面中扩散不均的倾向。从这样的观点考虑,粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度优选为0.01N/15mm以上,更优选为0.03N/15mm以上,进一步优选为0.05N/15mm以上。另外,若粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度为2.0N/15mm以下,则存在抑制由于过度粘接而导致的离子在电池中的扩散阻碍的倾向。从这样的观点考虑,粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度优选为2.0N/15mm以下,更优选为1.8N/15mm以下,进一步优选为1.6N/15mm以下。
对于粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度而言,准备2张同种的隔膜。使用热压机在电解液中对2张隔膜进行热压(温度为85℃,负荷为1MPa,加压时间为5分钟)而使其粘接,并将所得到的层叠体作为测定用试样。针对测定用试样,使用Tensilon作为测定装置,进行将粘接层与耐热性多孔质层之间剥离的180°剥离试验。180°剥离试验的拉伸速度设定为100mm/分钟,在测定开始后以0.4mm间隔采集从10mm至40mm的负荷(N),算出其平均值。进一步对3张试验片的负荷进行平均,作为粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度(N/15mm)。详细而言,粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度利用后述的实施例中记载的方法求出。
[隔膜的制造方法]
本公开文本的隔膜例如可利用下述的制造方法A或制造方法B来制造。制造方法A及制造方法B中,多孔质基材所具有的耐热性多孔质层的形成方法可以为湿式涂敷法,也可以为干式涂敷法。
制造方法B可以为下述的方式B-1~B-7中的任意方式。方式B-1~B-4是利用湿式涂敷法形成耐热性多孔质层的方式。方式B-5~B-7是利用干式涂敷法形成耐热性多孔质层的方式。
本公开文本中,所谓湿式涂敷法,是使涂敷层在凝固液中固化的方法,所谓干式涂敷法,是使涂敷层干燥并使涂敷层固化的方法。
制造方法A(不连续的制造方法):
在从卷轴抽出的微多孔膜或多孔性片材上形成耐热性多孔质层,得到微多孔膜或多孔性片材与耐热性多孔质层的层叠体之后,暂时将层叠体卷绕于另一个卷轴。接着,在从卷轴抽出的层叠体上形成粘接层而得到隔膜,将制成的隔膜卷绕于另一个卷轴。
制造方法B(连续的制造方法):
在从卷轴抽出的微多孔膜或多孔性片材上,连续地或同时形成耐热性多孔质层和粘接层,将制成的隔膜卷绕于另一个卷轴。
方式B-1:
在微多孔膜或多孔性片材上涂敷耐热性多孔质层形成用涂敷液,浸渍于凝固液中,使涂敷层固化,从凝固液中提起,进行水洗及干燥,接着,涂敷粘接性树脂粒子分散液,进行干燥。
方式B-2:
在微多孔膜或多孔性片材上涂敷耐热性多孔质层形成用涂敷液,浸渍于凝固液中,使涂敷层固化,从凝固液中提起,进行水洗,接着,涂敷粘接性树脂粒子分散液,进行干燥。
方式B-3:
将耐热性多孔质层形成用涂敷液及粘接性树脂粒子分散液同时以两层涂敷于微多孔膜或多孔性片材上,浸渍于凝固液中,使前者的涂敷层固化,从凝固液中提起,进行水洗及干燥。
方式B-4:
在微多孔膜或多孔性片材上涂敷耐热性多孔质层形成用涂敷液,浸渍于凝固液中,使涂敷层固化,从凝固液中提起,在包含粘接性树脂粒子的水浴中输送,由此进行水洗及粘接性树脂粒子的附着,从水浴中提起,进行干燥。
方式B-5:
在微多孔膜或多孔性片材上涂敷耐热性多孔质层形成用涂敷液,进行干燥,接着,涂敷粘接性树脂粒子分散液,进行干燥。
方式B-6:
在微多孔膜或多孔性片材上涂敷耐热性多孔质层形成用涂敷液,接着,涂敷粘接性树脂粒子分散液,进行干燥。
方式B-7:
将耐热性多孔质层形成用涂敷液及粘接性树脂粒子分散液同时以两层涂敷于微多孔膜或多孔性片材上,进行干燥。
以下,举出方式B-1的制造方法B为例,对制造方法中包括的工序的详情进行说明。
方式B-1的制造方法B中,利用湿式涂敷法而在微多孔膜或多孔性片材的至少一个面形成耐热性多孔质层,得到微多孔膜或多孔性片材与耐热性多孔质层的层叠体,接着,利用干式涂敷法而在层叠体的至少一个面形成粘接层。方式B-1的制造方法B包括下述的工序(1)~(7),依次进行工序(1)~(7)。
工序(1):耐热性多孔质层形成用涂敷液的制作
耐热性多孔质层形成用涂敷液(以下,在制造方法的说明中称为“涂敷液”。)通过使粘结剂树脂及无机粒子溶解或分散于溶剂中而制作。在涂敷液中,根据需要而溶解或分散除粘结剂树脂及无机粒子以外的成分。
用于制备涂敷液的溶剂包含将粘结剂树脂溶解的溶剂(以下,也称为“良溶剂”。)。作为良溶剂,可举出N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺等极性酰胺溶剂。
从形成具有良好的多孔结构的耐热性多孔质层的观点考虑,用于制备涂敷液的溶剂优选包含诱发相分离的相分离剂。因此,用于制备涂敷液的溶剂优选为良溶剂与相分离剂的混合溶剂。相分离剂优选以能够确保适于涂敷的粘度的范围的量与良溶剂混合。作为相分离剂,可举出水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丁二醇、乙二醇、丙二醇、三丙二醇等。
作为用于制备涂敷液的溶剂,从形成具有良好的多孔结构的耐热性多孔质层的观点考虑,优选为下述混合溶剂,其是良溶剂与相分离剂的混合溶剂,包含60质量%以上的良溶剂,包含5质量%~40质量%的相分离剂。
从形成具有良好的多孔结构的耐热性多孔质层的观点考虑,涂敷液中的粘结剂树脂的浓度优选为1质量%~20质量%。
从形成具有良好的多孔结构的耐热性多孔质层的观点考虑,涂敷液中的无机粒子的浓度优选为2质量%~50质量%。
工序(2):粘接性树脂粒子分散液的制作
粘接性树脂粒子分散液通过使特定粘接性树脂粒子分散于水中而制作。在粘接性树脂粒子分散液中,可以为了提高特定粘接性树脂粒子在水中的分散性而添加表面活性剂。粘接性树脂粒子分散液可以为市售品或市售品的稀释液。
从涂敷适应性的观点考虑,粘接性树脂粒子分散液中的特定粘接性树脂粒子的浓度优选为1质量%~60质量%。
工序(3):涂敷液的涂敷
将涂敷液涂敷于微多孔膜或多孔性片材的至少一个面,在微多孔膜或多孔性片材上形成涂敷层。作为涂敷液向微多孔膜或多孔性片材上的涂敷方法,可举出刀涂法、迈耶棒式涂布法、模涂法、逆转辊涂布法、辊涂法、凹版涂布法、丝网印刷法、喷墨法、喷雾法等。在微多孔膜或多孔性片材的两面形成耐热性多孔质层的情况下,从生产率的观点考虑,优选将涂敷液同时向微多孔膜或多孔性片材的两面涂敷。
工序(4):涂敷层的固化
将形成有涂敷层的微多孔膜或多孔性片材浸渍于凝固液中,在涂敷层中诱发相分离的同时,使芳香族系树脂固化,形成耐热性多孔质层。由此,得到作为由耐热性多孔质层和微多孔膜或多孔性片材形成的多孔质基材的层叠体。
凝固液通常包含在涂敷液的制备中使用的良溶剂及相分离剂、和水。在生产方面来看,良溶剂和相分离剂的混合比优选与在涂敷液的制备中使用的混合溶剂的混合比相一致。从多孔结构的形成及生产率的观点考虑,凝固液中的水的含量优选为40质量%~90质量%。凝固液的温度例如为20℃~50℃。
工序(5):涂敷层的水洗及干燥
将层叠体从凝固液中提起,进行水洗。通过进行水洗,从而从层叠体中除去凝固液。进而,通过进行干燥,从而从层叠体中除去水。水洗例如通过在水洗浴中输送层叠体来进行。干燥例如通过在高温环境中输送层叠体、对层叠体吹送风、使层叠体接触热辊等来进行。干燥温度优选为40℃~80℃。
工序(6):粘接性树脂粒子分散液的涂敷
在层叠体的至少一个面涂敷粘接性树脂粒子分散液。作为涂敷粘接性树脂粒子分散液的方法,可举出刀涂法、凹版涂布法、迈耶棒式涂布法、模涂法、逆转辊涂布法、辊涂法、丝网印刷法、喷墨法、喷雾法等。
工序(7):粘接性树脂粒子分散液的干燥
使层叠体上的粘接性树脂粒子分散液干燥,使特定粘接性树脂粒子附着于层叠体的表面。干燥例如通过在高温环境中输送层叠体、对层叠体吹送风等来进行。干燥温度优选为40℃~100℃。
用于制造隔膜的制造方法A或方式B-2~方式B-7的制造方法B可以通过对上述的工序(1)~(7)的一部分进行省略或变更而实施。
[非水系二次电池]
本公开文本的非水系二次电池是通过锂的掺杂·脱掺杂而获得电动势的非水系二次电池,具备正极、负极和配置于正极与负极之间的本公开文本的非水系二次电池用隔膜。
所谓“掺杂”,是指吸藏、担载、吸附、或插入,是指锂离子进入正极等电极的活性物质中的现象。
另外,本公开文本的非水系二次电池为具备正极、负极和配置于正极与负极之间的隔膜的非水系二次电池,所述非水系二次电池中,隔膜具备多孔质基材和位于多孔质基材的一面或两面上的粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种,隔膜与正极或负极介由粘接层而粘接,在将隔膜与电极剥离的情况下,粘接层中包含的粘接性树脂粒子附着于多孔质基材及电极这两者。此处所谓的“隔膜”与本公开文本的非水系二次电池用隔膜同义,优选方式也同样。
本公开文本的非水系二次电池所具备的隔膜介由粘接层而与电极粘接,在粘接层中,包含选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种。含苯基的丙烯酸系树脂与多孔质基材及电极的亲和性良好,聚偏氟乙烯系树脂尤其与电极的亲和性良好,因此,通过使两者存在于粘接层中并各自发挥作用,从而能提高隔膜与电极的湿式粘接强度。
在本公开文本的非水系二次电池的说明中,与本公开文本的隔膜的说明同样地,也将“(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子”称为“粘接性树脂粒子A”,也将“(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子及包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物”称为“粘接性树脂粒子混合物A”。另外,有时将“粘接性树脂粒子A及粘接性树脂粒子混合物A”总称为“特定粘接性树脂粒子”。
所谓“粘接层中包含的粘接性树脂粒子”,在粘接层仅含有粘接性树脂粒子A的情况下,是指粘接性树脂粒子A,在粘接层仅含有粘接性树脂粒子混合物A的情况下,是指粘接性树脂粒子混合物A,在粘接层含有粘接性树脂粒子A及粘接性树脂粒子混合物A这两者的情况下,是指粘接性树脂粒子A及粘接性树脂粒子混合物A。
“多孔质基材”在例如多孔质基材为复合多孔质片材的情况下,是指多孔质基材在粘接层侧所具有的层(例如,耐热性多孔质层)。
本公开文本的非水系二次电池所具备的隔膜介由粘接层而与电极粘接,粘接层由于含苯基的丙烯酸系树脂的作用而与多孔质基材的湿式粘接强度高,由于聚偏氟乙烯系树脂的作用而与电极的湿式粘接强度高。因此,本公开文本的非水系二次电池中,在将隔膜与电极剥离的情况下,不会发生层间剥离,而产生粘接层中包含的特定粘接性树脂粒子附着于多孔质基材及电极这两者的现象。
将隔膜与电极剥离时的多孔质基材及电极上的、粘接层中包含的粘接性树脂粒子A及粘接性树脂粒子混合物A〔特定粘接性树脂粒子〕的附着量之比(多孔质基材/电极)优选为10/90~90/10,更优选为15/85~85/10,进一步优选为45/55~70/30。
将隔膜与电极剥离时的多孔质基材及电极上的、粘接层中包含的特定粘接性树脂粒子的附着量之比(多孔质基材/电极)利用下述的方法求出。
针对已粘接的隔膜和电极,沿着隔膜的MD方向以100mm/分钟的拉伸速度进行180°剥离。使用扫描型电子显微镜,以10000倍的倍率对多孔质基材的剥离面及电极的剥离面进行拍摄。拍摄范围设定为12μm×8μm。求出所得到的图像的在多孔质基材的剥离面观察到的特定粘接性树脂粒子部分的面积A1及多孔质基材部分(即,多孔质基材露出的部分)的面积A2、以及所得到的图像的在电极的剥离面观察到的特定粘接性树脂粒子部分的面积B1及电极部分(即,电极露出的部分)的面积B2。各面积通过下述方式求出:使用图像处理软件〔例如,Adobe Systems Incorporated制的Photoshop(注册商标)〕识别特定粘接性树脂粒子部分与多孔质基材及电极的边界,利用面积测定功能求出。分别对由任意选择的10个视野的图像求出的“A1/A2”及“B1/B2”进行平均,将“(A1/A2)的平均值/(B1/B2)的平均值”作为将隔膜与电极剥离时的多孔质基材及电极上的、粘接层中包含的特定粘接性树脂粒子的合计附着量之比(多孔质基材上的特定粘接性树脂粒子的附着量/电极上的特定粘接性树脂粒子的附着量)。
本公开文本的非水系二次电池例如具有电池元件(其是使负极与正极隔着隔膜对置而成的)与电解液一同被封入到外包装材料内的结构。本公开文本的非水系二次电池适合于非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池。
就本公开文本的非水系二次电池而言,由于本公开文本的隔膜的基于湿式热压的与电极的粘接性优异,因此电池的循环特性(容量保持率)优异。
以下,对本公开文本的非水系二次电池所具备的正极、负极、电解液及外包装材料的方式例进行说明。
作为正极的实施方式例,可举出包含正极活性物质及粘结剂树脂的活性物质层被成型于集电体上而成的结构。活性物质层可以还包含导电助剂。
作为正极活性物质,例如,可举出含锂的过渡金属氧化物,具体而言,可举出LiCoO2、LiNiO2、LiMn1/2Ni1/2O2、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2、LiMn2O4、LiFePO4、LiCo1/2Ni1/2O2、LiAl1/ 4Ni3/4O2等化合物。
作为粘结剂树脂,例如,可举出聚偏氟乙烯系树脂、苯乙烯-丁二烯共聚物等树脂。
作为导电助剂,例如,可举出乙炔黑、科琴黑、石墨粉末等碳材料。
作为集电体,例如,可举出厚度为5μm~20μm的铝箔、钛箔、不锈钢箔等金属箔。
作为负极的实施方式例,可举出包含负极活性物质及粘结剂树脂的活性物质层被成型于集电体上而成的结构。活性物质层可以还包含导电助剂。
作为负极活性物质,可举出能以电化学方式吸藏锂的材料,具体而言,可举出碳材料;硅、锡、铝等与锂的合金;伍德合金;等等。
作为粘结剂树脂,例如,可举出聚偏氟乙烯系树脂、苯乙烯-丁二烯共聚物等树脂。
作为导电助剂,例如,可举出乙炔黑、科琴黑、石墨粉末等碳材料。
作为集电体,例如,可举出厚度为5μm~20μm的铜箔、镍箔、不锈钢箔等金属箔。另外,也可以代替上述负极而使用金属锂箔作为负极。
电解液是将锂盐溶解于非水系溶剂中而得到的溶液。
作为锂盐,例如,可举出LiPF6、LiBF4、LiClO4等化合物。锂盐可以单独使用一种,也可以混合使用两种以上。
作为非水系溶剂,例如,可举出碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、氟代碳酸亚乙酯、二氟代碳酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯等环状碳酸酯;碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、它们的氟取代物等链状碳酸酯;γ-丁内酯、γ-戊内酯等环状酯;等溶剂。非水系溶剂可以单独使用一种,也可以混合使用两种以上。
作为电解液,将环状碳酸酯与链状碳酸酯以20:80~40:60的质量比(环状碳酸酯:链状碳酸酯)混合、且以0.5mol/L~1.5mol/L的范围溶解锂盐而得到的溶液是合适的。
作为外包装材料,可举出金属外壳、铝层压膜制包装等。
电池的形状包括例如方型、圆筒型、纽扣型等形状,本公开文本的隔膜适合于任意形状。
[非水系二次电池的制造方法]
作为本公开文本的非水系二次电池的制造方法,例如,可举出包括下述工序的第1制造方法:层叠工序,制造在正极与负极之间配置本公开文本的隔膜而成的层叠体;干式粘接工序,对层叠体进行干式热压而使正极及负极中的至少一者与隔膜粘接;和密封工序,将经过了干式粘接工序的层叠体与电解液一同密封在外包装材料的内部。
另外,作为本公开文本的非水系二次电池的制造方法,例如,可举出包括下述工序的第2制造方法:层叠工序,制造在正极与负极之间配置本公开文本的隔膜而成的层叠体;密封工序,将层叠体与电解液一同密封在外包装材料的内部;和湿式粘接工序,从外包装材料之上对经过了密封工序的层叠体进行湿式热压,使正极及负极中的至少一者与隔膜粘接。
(第1制造方法)
层叠工序是制造在正极与负极之间配置本公开文本的隔膜而成的层叠体的工序。层叠工序例如可以是在正极与负极之间配置本公开文本的隔膜并沿长度方向卷绕从而制造卷绕体(所谓的卷绕型的层叠体)的工序,也可以是将正极、隔膜、负极依次各层叠至少1层从而制造层叠体的工序。
干式粘接工序是对层叠体进行干式热压而使正极及负极中的至少一者与隔膜粘接的工序。
干式粘接工序可以在将层叠体收纳于外包装材料(例如,铝层压膜制包装)之前进行,也可以在将层叠体收纳于外包装材料之后进行。即,可以将通过干式热压将电极与隔膜粘接而成的层叠体收纳于外包装材料中,也可以在将层叠体收纳于外包装材料之后,从外包装材料之上进行干式热压,使电极与隔膜粘接。
干式粘接工序中的加压温度优选为50℃~120℃,更优选为60℃~110℃,进一步优选为70℃~100℃。
若干式粘接工序中的加压温度在上述范围内,则电极与隔膜的粘接适度地良好,隔膜能在宽度方向上适度地膨胀,因此有不易发生电池的短路的倾向。另外,由于电极与隔膜适度地粘接,因此有不易阻碍电解液的含浸的倾向。
干式粘接工序中的加压压力优选为0.1MPa~10MPa,更优选为0.5MPa~5MPa。
干式粘接工序中的加压时间优选根据加压温度及加压压力来调节,例如在0.1分钟~60分钟的范围内调节。
在层叠工序之后、干式粘接工序之前,可以对层叠体实施常温加压(常温下的加压),将层叠体临时粘接。
密封工序是将经过了干式粘接工序的层叠体与电解液一同密封在外包装材料的内部的工序。
密封工序中,例如,向收纳有层叠体的外包装材料中注入电解液之后,将外包装材料的开口部密封。外包装材料的开口部的密封例如可通过下述方式进行:用粘接剂对外包装材料的开口部进行粘接;或者,对外包装材料的开口部进行加热加压而进行热压接。在外包装材料的开口部的密封前,优选使外包装体的内部为真空状态。
密封工序中,优选在对外包装材料的开口部进行加热加压而进行热压接的同时,从外包装材料之上对层叠体进行热压处理。通过在层叠体与电解液共存的状态下进行热压处理(所谓的湿式热压),从而电极与隔膜的粘接更坚固。
在密封工序中进行的湿式热压的加压温度优选为60℃~110℃,加压压力优选为0.5MPa~5MPa,加压时间优选根据加压温度及加压压力来调节,例如在0.5分钟~60分钟的范围内调节。
(第2制造方法)
层叠工序是制造在正极与负极之间配置本公开文本的隔膜而成的层叠体的工序。层叠工序与第1制造方法中的层叠工序同样地,例如可以是在正极与负极之间配置本公开文本的隔膜并沿长度方向卷绕从而制造卷绕体(所谓的卷绕型的层叠体)的工序,也可以是将正极、隔膜、负极依次各层叠至少1层从而制造层叠体的工序。
密封工序是将层叠体与电解液一同密封在外包装材料的内部的工序。
密封工序中,例如,向收纳有层叠体的外包装材料(例如,铝层压膜制包装)中注入电解液之后,将外包装材料的开口部密封。外包装材料的开口部的密封例如可通过下述方式进行:用粘接剂对外包装材料的开口部进行粘接;或者,对外包装材料的开口部进行加热加压而进行热压接。在外包装材料的开口部的密封前,优选使外包装体的内部为真空状态。
湿式粘接工序为下述工序:从外包装材料之上对经过了密封工序的层叠体、即与电解液一同被收纳于外包装材料中的层叠体进行热压处理(所谓的湿式热压),使正极及负极中的至少一者与隔膜粘接。
湿式粘接工序中的加压温度优选为60℃~110℃,更优选为70℃~100℃,进一步优选为70℃~90℃。
若湿式粘接工序中的加压温度在上述范围内,则能够抑制电解液的分解,并且电极与隔膜的粘接变得良好,另外,隔膜能在宽度方向上适度地膨胀,因此有不易发生电池的短路的倾向。
湿式粘接工序中的加压压力优选为0.1MPa~5MPa,更优选为0.5MPa~3MPa。
湿式粘接工序中的加压时间优选根据加压温度及加压压力来调节,例如在0.1分钟~60分钟的范围内调节。
实施例
以下,举出实施例来更具体地说明本公开文本的隔膜及非水系二次电池。只要不脱离本发明的主旨,以下的实施例中示出的材料、使用量、比例、处理步骤等可以适当变更。因此,本公开文本的隔膜及非水系二次电池的范围不应基于以下所示的具体例而作限定性解释。
[测定方法及评价方法]
实施例及比较例中应用的测定方法及评价方法如下所述。
〔微多孔膜及隔膜的厚度〕
微多孔膜及隔膜的厚度(μm)使用接触式的厚度计〔LITEMAT IC VL-50,(株)Mitutoyo制〕进行测定。
作为测定端子,使用直径为5mm的圆柱状的端子,在测定中以施加0.01N的负荷的方式进行了调整。对10cm×10cm内的任意20个点的厚度进行测定,求出它们的平均值。
〔单位面积重量〕
对于单位面积重量(每1m2的质量,g/m2)而言,将样品切成10cm×30cm,对质量进行测定,将质量除以面积从而求出。
〔耐热性多孔质层的每单位面积的质量〕
对于耐热性多孔质层的每单位面积的质量(g/m2)而言,从层形成后的单位面积重量(g/m2)减去层形成前的单位面积重量(g/m2)从而求出。
〔粘接性树脂粒子在耐热性多孔质层上的附着量〕
对于粘接层中包含的粘接性树脂粒子在耐热性多孔质层上的附着量(g/m2)而言,从层形成后的单位面积重量(g/m2)减去层形成前的单位面积重量(g/m2)从而求出。
〔Gurley值〕
微多孔膜及隔膜的Gurley值(秒/100mL)利用依照JIS P 8117:2009的方法来测定。作为测定装置,使用Gurley式透气度测定仪〔G-B2C,东洋精机(株)制〕。
〔多孔质基材的孔隙率〕
多孔质基材的孔隙率ε(%)由下式求出。
ε={1-(Wa/da+Wb/db+Wc/dc+…+Wn/dn)/t}×100
式中,多孔质基材的构成材料为a、b、c、…、n,各构成材料的质量为Wa、Wb、Wc、…、Wn(g/cm2),各构成材料的真密度为da、db、dc、…、dn(g/cm3),多孔质基材(微多孔膜+耐热性多孔质层)的厚度为t(μm)。
〔耐热性多孔质层的粘接层侧的面的算术平均高度Sa〕
对于耐热性多孔质层的粘接层侧的面的算术平均高度Sa(μm)而言,依照ISO25178,利用下述的条件进行测定。在任意选择的4处不同的观察范围内进行测定,求出它们的平均值。
-条件-
测定装置:激光显微镜〔VK-X1000,(株)KEYENCE制〕
观察倍率:3600倍
观察范围:71μm×94μm
〔粘接层中包含的树脂粒子的玻璃化转变温度〕
粘接层中包含的树脂粒子的玻璃化转变温度由进行差示扫描量热测定(DSC:Differential Scanning Calorimetry)而得到的差示扫描量热曲线(DSC曲线)求出。作为测定装置,使用差示扫描量热计〔Q20 Differential Scanning Calorimeter,TAInstruments公司制〕,将树脂粒子10mg作为试样。将使低温侧的基线向高温侧延长而成的直线、与阶梯状变化部分的曲线的切线中的斜率最大的切线相交的点的温度作为树脂粒子的玻璃化转变温度。
〔粘接层中包含的树脂粒子的熔点〕
粘接层中包含的树脂粒子的熔点由进行差示扫描量热测定(DS C:DifferentialScanning Calorimetry)而得到的差示扫描量热曲线(DSC曲线)求出。作为测定装置,使用差示扫描量热计〔Q20 Di fferential Scanning Calorimeter,TA Instruments公司制〕,将树脂粒子10mg作为试样。在氮气气氛下,将试样以5℃/分钟的升温速度从30℃升温至200℃后,以2℃/分钟的降温速度从200℃降温至30℃,进一步以2℃/分钟的升温速度从30℃升温至200℃,将此时所得到的吸热峰的峰顶作为树脂粒子的熔点。
〔耐热性多孔质层中包含的无机粒子的体积平均粒径〕
使无机粒子分散于含有作为非离子性表面活性剂的Triton(注册商标)X-100〔化合物名称:聚乙二醇叔辛基苯基醚,Dow Chemi cal公司制〕的水中,使用激光衍射式粒度分布测定装置〔Mastersiz er 2000,Sysmex(株)制〕对粒度分布进行测定。在体积基准的粒度分布中,将从小径侧起累积成为50%的粒径(D50)作为无机粒子的体积平均粒径(μm)。
〔粘接层中包含的树脂粒子的体积平均粒径〕
使树脂粒子分散于含有作为非离子性表面活性剂的Triton(注册商标)X-100〔化合物名称:聚乙二醇叔辛基苯基醚,Dow Chemi cal公司制〕的水中,使用激光衍射式粒度分布测定装置〔Mastersiz er 2000,Sysmex(株)制〕对粒度分布进行测定。在体积基准的粒度分布中,将从小径侧起累积成为50%的粒径(D50)作为树脂粒子的体积平均粒径(μm)。
〔由傅里叶变换红外光谱法得到的粘接层的苯基的峰面积S1〕
利用下述条件的傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)获得粘接层的吸收光谱后,对苯基的吸收峰(694cm-1~710cm-1)进行基线校正,求出被基线和吸收光谱线包围的范围的面积(单位:无量纲)。对由任意选择的8处不同范围的吸收光谱得到的值进行平均,作为粘接层的苯基的峰面积S1。以下示出FT-IR的条件。
-条件-
测定装置:傅里叶变换红外分光光度计〔IRAffinity-1,(株)岛津制作所制〕
测定波长范围:400cm-1~4000cm-1
测定模式:透过率
变迹函数:Happ-Genzel
分辨率:4cm-1
累积次数:10次
测定样品数:n=8
〔羰基的峰面积S2〕
利用下述条件的傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)获得粘接层的吸收光谱后,对羰基的吸收峰(1707cm-1~1753cm-1)进行基线校正,求出被基线和吸收光谱线包围的范围的面积(单位:无量纲)。对由任意选择的8处不同范围的吸收光谱得到的值进行平均,作为粘接层的羰基的峰面积S2。FT-IR的条件与峰面积S1同样。
〔C-F键的峰面积S3〕
利用下述条件的傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)获得粘接层的吸收光谱后,对C-F键的吸收峰(862cm-1~901cm-1)进行基线校正,求出被基线和吸收光谱线包围的范围的面积(单位:无量纲)。对由任意选择的8处不同范围的吸收光谱得到的值进行平均,作为粘接层的C-F键的峰面积S3。FT-IR的条件与峰面积S1同样。
〔粘接层中包含的树脂粒子的溶胀度〕
将树脂粒子的水分散液浇注到附带有内部尺寸为50mm×70mm的金属框的玻璃板上,于150℃进行1小时干燥,制作片状的测定用样品。将上文中制作的测定用样品切出约1g量,利用电子天平准确地测定其重量W1(g)后,在60℃的电解液〔1mol/L LiBF4碳酸亚乙酯:碳酸甲乙酯(体积比3:7)〕中浸渍24小时。将浸渍后的测定用样品从电解液中取出,拭去附着于表面的电解液后,利用电子天平测定其重量W2(g),利用下式求出树脂粒子的溶胀度(%)。
溶胀度(%)=(W2/W1)×100
〔隔膜的热收缩率〕
将隔膜以MD方向100mm×TD方向100mm切出。接着,以从切出的隔膜的中心通过的方式,沿MD方向划出70mm的长度的基准线,制成试验片。在2张A4尺寸的纸张之间配置试验片后,在130℃的烘箱中静置60分钟。对热处理前后的试验片的MD方向的长度进行测定,利用下式算出热收缩率。将以上的操作进一步实施2次,对3张试验片的热收缩率进行平均,求出隔膜的热收缩率。
热收缩率(%)={(热处理前的MD方向的长度-热处理后的MD方向的长度)÷热处理前的MD方向的长度}×100
〔粘接层与耐热性多孔质层之间的粘接强度:湿式热压〕
将隔膜以TD方向18mm、MD方向75mm、TD方向15mm×MD方向70mm切出合计2张,将厚度为20μm的铝箔以宽度15mm、长度70mm切出。按隔膜/隔膜/铝箔的顺序重叠从而制作层叠体,将该层叠体收纳于作为外包装材料的铝层压件制包装中之后,注入电解液(1mol/L的LiBF4-碳酸亚乙酯:碳酸二乙酯:碳酸亚丙酯[质量比为1:1:1]),重复实施5次真空脱泡。接着,将多余的电解液除去,将包装密封后,放置24小时。接着,使用热压机,连同包装一起对层叠体进行热压(温度为85℃,负荷为1MPa,加压时间为5分钟),使包装中的2张隔膜粘接。然后,将包装开封,取出层叠体,将从层叠体除去铝箔而得到的产物作为试验片。
在试验片的长度方向(即,隔膜的MD方向)的一端,将耐热性多孔质层从粘接层剥离少许,将分离成2部分的端部的粘接层侧固定于Tensilon〔STB-1225S,A&D Co.,Ltd.制〕的下部卡盘。此时,以试验片的长度方向(即,隔膜的MD方向)成为重力方向的方式固定。将耐热性多孔质层自下部的一端从粘接层剥离2cm左右,将该端部固定至上部卡盘,进行180°剥离试验。180°剥离试验的拉伸速度设定为100mm/分钟,在测定开始后以0.4mm间隔采集从10mm至40mm的负荷(N),算出其平均值。进一步对3张试验片的负荷进行平均,作为进行了湿式热压时的粘接层与耐热性多孔质层之间的粘接强度(N/15mm)。表2中,将进行了湿式热压时的粘接层与耐热性多孔质层之间的粘接强度表述为“粘接层与耐热性多孔质层之间的湿式粘接强度”。
〔电极与隔膜的粘接强度:干式热压〕
利用双臂式混合机将作为正极活性物质的钴酸锂粉末97g、作为导电助剂的乙炔黑1.5g、作为粘结剂的聚偏氟乙烯1.5g、及适量的N-甲基吡咯烷酮搅拌混合,制作正极用浆料。将该正极用浆料涂布于厚度为20μm的铝箔的一面,在干燥后进行加压,得到具有正极活性物质层的正极(单面涂敷)。
将上文中得到的正极以宽度15mm、长度70mm切出,将隔膜以TD方向18mm、MD方向75mm切出,将厚度为20μm的铝箔以宽度15mm、长度70mm切出。按正极/隔膜/铝箔的顺序重叠从而制作层叠体,将该层叠体收纳于作为外包装材料的铝层压件制包装中。接着,使用真空密封机使包装内成为真空状态后,将包装密封。接着,使用热压机,连同包装一起对层叠体进行热压(温度为85℃,负荷为1MPa,加压时间为30秒),使包装中的正极与隔膜粘接。然后,将包装开封,取出层叠体,将从层叠体除去铝箔而得到的产物作为试验片。
将试验片的隔膜固定于Tensilon〔STB-1225S,A&D Co.,Lt d.制〕的下部卡盘。此时,以试验片的长度方向(即,隔膜的MD方向)成为重力方向的方式将隔膜固定于Tensilon。将正极自下部的一端从隔膜剥离2cm左右,将该端部固定至上部卡盘,进行180°剥离试验。180°剥离试验的拉伸速度设定为100mm/分钟,在测定开始后以0.4mm间隔采集从10mm至40mm的负荷(N),算出其平均值。进一步对3张试验片的负荷进行平均,作为进行了干式热压时的电极与隔膜的粘接强度(N/15mm)。表2中,将进行了干式热压时的电极与隔膜的粘接强度表述为“电极与隔膜的干式粘接强度”。
〔电极与隔膜的粘接强度:湿式热压〕
利用双臂式混合机将作为正极活性物质的钴酸锂粉末97g、作为导电助剂的乙炔黑1.5g、作为粘结剂的聚偏氟乙烯1.5g、及适量的N-甲基吡咯烷酮搅拌混合,制作正极用浆料。将该正极用浆料涂布于厚度为20μm的铝箔的一面,在干燥后进行加压,得到具有正极活性物质层的正极(单面涂敷)。
将上文中得到的正极以宽度15mm、长度70mm切出,将隔膜以TD方向18mm、MD方向75mm切出,将厚度为20μm的铝箔以宽度15mm、长度70mm切出。按正极/隔膜/铝箔的顺序重叠从而制作层叠体,将该层叠体收纳于作为外包装材料的铝层压件制包装中之后,注入电解液(1mol/L的LiBF4-碳酸亚乙酯:碳酸二乙酯:碳酸亚丙酯[质量比为1:1:1]),重复实施5次真空脱泡。接着,将多余的电解液除去,将包装密封后,放置24小时。接着,使用热压机,连同包装一起对层叠体进行热压(温度为85℃,负荷为1MPa,加压时间为15秒),使包装中的正极与隔膜粘接。然后,将包装开封,取出层叠体,将从层叠体除去铝箔而得到的产物作为试验片。
将试验片的隔膜固定于Tensilon〔STB-1225S,A&D Co.,Lt d.制〕的下部卡盘。此时,以试验片的长度方向(即,隔膜的MD方向)成为重力方向的方式将隔膜固定于Tensilon。将正极自下部的一端从隔膜剥离2cm左右,将该端部固定至上部卡盘,进行180°剥离试验。180°剥离试验的拉伸速度设定为100mm/分钟,在测定开始后以0.4mm间隔采集从10mm至40mm的负荷(N),算出其平均值。进一步对3张试验片的负荷进行平均,作为进行了湿式热压时的电极与隔膜的粘接强度(N/15mm)。表2中,将进行了湿式热压时的电极与隔膜的粘接强度表述为“电极与隔膜的湿式粘接强度”。
〔将隔膜与电极剥离时的树脂粒子的附着量之比〕
将隔膜与电极剥离时的耐热性多孔质层及电极上的树脂粒子的附着量的比例(耐热性多孔质层/电极)利用下述的方法求出。
针对测定了上述“电极与隔膜的粘接强度:湿式热压”后的隔膜的耐热性多孔质层的剥离面及电极的剥离面,使用扫描型电子显微镜〔VE-8800,(株)KEYENCE制〕,以10000倍的倍率进行拍摄。拍摄范围设定为12μm×8μm。求出所得到的图像的在耐热性多孔质层的剥离面观察到的树脂粒子部分的面积A1及耐热性多孔质层部分(即,耐热性多孔质层露出的部分)的面积A2、以及所得到的图像的在电极的剥离面观察到的树脂粒子部分的面积B1及电极部分(即,电极露出的部分)的面积B2。各面积通过下述方式求出:使用图像处理软件〔Adobe Systems Incorporated制的Photoshop(注册商标)〕识别树脂粒子与耐热性多孔质层及电极的边界,利用面积测定功能求出。分别对由任意选择的10个视野的图像求出的“A1/A2”及“B1/B2”进行平均,将“(A1/A2)的平均值/(B1/B2)的平均值”作为将隔膜与电极剥离时的耐热性多孔质层及电极上的树脂粒子的附着量的比例(耐热性多孔质层上的树脂粒子的附着量/电极上的树脂粒子的附着量)。
[隔膜的制作]
(实施例1)
将间位型芳族聚酰胺〔聚间苯二甲酰间苯二胺,帝人(株)制的Conex(注册商标);粘结剂树脂〕和氢氧化镁粒子〔体积平均粒径为0.8μm;无机粒子〕以两者的质量比为20:80、并且间位型芳族聚酰胺浓度成为5质量%的方式在二甲基乙酰胺(DMAc)与三丙二醇(TPG)的混合溶剂(DMAc:TPG=90:10[质量比])中搅拌混合,得到耐热性多孔质层形成用涂敷液。
准备了包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子(A)〔作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的树脂粒子,共聚物中的含有质量比(苯乙烯系单体单元:丙烯酸系单体单元)为62:38,玻璃化转变温度为52℃,体积平均粒径为0.5μm〕与聚偏氟乙烯(PVDF)系树脂粒子〔熔点为140℃,体积平均粒径为0.25μm〕以50:50的混合质量比分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%)。
在一对迈耶棒上装载适量的耐热性多孔质层形成用涂敷液,使聚乙烯微多孔膜(厚度为8μm,孔隙率为33%,Gurley值为160秒/100mL)从迈耶棒间通过,在两面涂敷等量的耐热性多孔质层形成用涂敷液。将其浸渍于凝固液(DMAc:TPG:水=30:8:62[质量比],液温为25℃)中,使涂敷层固化,接着,在水温为25℃的水洗槽中洗涤,进行干燥。接着,使其从装载有适量的粘接层形成用树脂粒子分散液的一对棒涂机间通过,在两面涂敷等量的粘接层形成用树脂粒子分散液,进行干燥。如上所述地操作,得到在多孔质基材(其在聚乙烯微多孔膜的两面具有耐热性多孔质层〔每单位面积的质量为3.0g/m2(两面合计)〕)的两面形成有粘接层〔每单位面积的质量为0.5g/m2(两面合计)〕的隔膜〔构成:粘接层/多孔质基材(耐热性多孔质层/聚乙烯微多孔膜/耐热性多孔质层)/粘接层〕。
(实施例2)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子(B)〔作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的树脂粒子,共聚物中的含有质量比(苯乙烯系单体单元:丙烯酸系单体单元)为89:11,玻璃化转变温度为50℃,体积平均粒径为0.5μm〕分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例3)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子(C)〔作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的树脂粒子,共聚物中的含有质量比(苯乙烯系单体单元:丙烯酸系单体单元)为18:82,玻璃化转变温度为54℃,体积平均粒径为0.5μm〕分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例4)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子(A)〔作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的树脂粒子,共聚物中的含有质量比(苯乙烯系单体单元:丙烯酸系单体单元)为62:38,玻璃化转变温度为52℃,体积平均粒径为0.5μm〕与聚偏氟乙烯(PVDF)系树脂粒子〔熔点为140℃,体积平均粒径为0.25μm〕以70:30的混合质量比分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例5)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子(A)〔作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的树脂粒子,共聚物中的含有质量比(苯乙烯系单体单元:丙烯酸系单体单元)为62:38,玻璃化转变温度为52℃,体积平均粒径为0.5μm〕与聚偏氟乙烯(PVDF)系树脂粒子〔熔点为140℃,体积平均粒径为0.25μm〕以30:70的混合质量比分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例6)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子(A)〔作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的树脂粒子,共聚物中的含有质量比(苯乙烯系单体单元:丙烯酸系单体单元)为62:38,玻璃化转变温度为52℃,体积平均粒径为0.5μm〕与聚偏氟乙烯(PVDF)系树脂粒子〔熔点为140℃,体积平均粒径为0.25μm〕以90:10的混合质量比分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例7)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子(A)〔作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的树脂粒子,共聚物中的含有质量比(苯乙烯系单体单元:丙烯酸系单体单元)为62:38,玻璃化转变温度为52℃,体积平均粒径为0.5μm〕与聚偏氟乙烯(PVDF)系树脂粒子〔熔点为140℃,体积平均粒径为0.25μm〕以10:90的混合质量比分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例8)
将耐热性多孔质层形成用涂敷液变更成将间位型芳族聚酰胺〔聚间苯二甲酰间苯二胺,帝人(株)制的Conex(注册商标);芳香族系树脂〕和氢氧化镁粒子〔体积平均粒径为0.5μm;无机粒子〕以两者的质量比为20:80、并且间位型芳族聚酰胺浓度成为5质量%的方式在二甲基乙酰胺(DMAc)与三丙二醇(TPG)的混合溶剂(DMAc:TPG=90:10[质量比])中搅拌混合而得到的耐热性多孔质层形成用涂敷液,除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例9)
将耐热性多孔质层的每单位面积的质量变更成4.0g/m2(两面合计),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例10)
将耐热性多孔质层形成用涂敷液变更成将聚酰胺酰亚胺〔Torlo n(注册商标)4000TF,Solvay公司制;芳香族系树脂〕和氢氧化镁粒子〔体积平均粒径为0.8μm;无机粒子〕以两者的质量比为20:80、并且聚酰胺酰亚胺浓度成为8质量%的方式在二甲基乙酰胺(DMAc)与三丙二醇(TPG)的混合溶剂(DMAc:TPG=90:10[质量比])中搅拌混合而得到的耐热性多孔质层形成用涂敷液,除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例11)
将耐热性多孔质层形成用涂敷液变更成将聚酰亚胺〔Q-VR-X1444,(株)PI技术研究所;芳香族系树脂〕和氢氧化镁粒子〔体积平均粒径为0.8μm;无机粒子〕以两者的质量比为20:80、并且聚酰亚胺浓度成为6质量%的方式在二甲基乙酰胺(DMAc)与三丙二醇(TPG)的混合溶剂(DMAc:TPG=90:10[质量比])中搅拌混合而得到的耐热性多孔质层形成用涂敷液,除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例12)
将粘接层的每单位面积的质量变更成1.0g/m2(两面合计),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(实施例13)
将粘接层的每单位面积的质量变更成0.3g/m2(两面合计),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(比较例1)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成不含苯基的丙烯酸系树脂粒子〔玻璃化转变温度为56℃,体积平均粒径为0.5μm〕分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
(比较例2)
将粘接层形成用树脂粒子分散液变更成聚偏氟乙烯(PVDF)系树脂粒子〔熔点为140℃,体积平均粒径为0.25μm〕分散于水中而得到的粘接层形成用树脂粒子分散液(固态成分浓度为7质量%),除此以外,与实施例1同样地操作从而制作隔膜。
[表1]
[表2]
如表1及表2所示,就实施例的隔膜而言,基于湿式热压的与电极的粘接性优异。
于2021年9月10日提出申请的日本专利申请2021-148163的全部公开内容通过参照被并入本说明书中。
本说明书中记载的所有文献、专利申请及技术标准通过参照被并入本说明书中,各文献、专利申请及技术标准通过参照被并入的程度与具体且分别地记载的情况的程度相同。
Claims (13)
1.非水系二次电池用隔膜,其具备:
多孔质基材;和
位于所述多孔质基材的一面或两面上的粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种。
2.如权利要求1所述的非水系二次电池用隔膜,其中,在所述多孔质基材的表面具有选自由羰基、羧基、羟基、过氧基及环氧基组成的组中的至少1种官能团。
3.如权利要求1或权利要求2所述的非水系二次电池用隔膜,其中,所述多孔质基材具有含有粘结剂树脂及无机粒子的耐热性多孔质层,在所述耐热性多孔质层上形成有所述粘接层。
4.如权利要求3所述的非水系二次电池用隔膜,其中,所述耐热性多孔质层的所述粘接层侧的面的算术平均高度Sa为0.7μm以下。
5.如权利要求3或权利要求4所述的非水系二次电池用隔膜,其中,以含浸有电解液的状态进行了热压时的、所述粘接层与所述耐热性多孔质层之间的粘接强度为0.01N/15mm~2.0N/15mm。
6.如权利要求3~权利要求5中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,所述粘结剂树脂包含选自由全芳香族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺及聚酰亚胺组成的组中的至少1种。
7.如权利要求3~权利要求6中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,所述无机粒子包含选自由金属氢氧化物及金属硫酸盐组成的组中的至少1种。
8.如权利要求1~权利要求7中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,包含所述含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子为选自由(iii)作为包含丙烯酸系单体单元及苯乙烯系单体单元的共聚物的粘接性树脂粒子、以及(iv)作为包含丙烯酸系树脂及苯乙烯系树脂的混合物的粘接性树脂粒子组成的组中的至少1种。
9.如权利要求1~权利要求8中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,所述粘接性树脂粒子及所述粘接性树脂粒子的混合物在所述多孔质基材上的合计附着量为0.1g/m2~5.0g/m2。
10.如权利要求1~权利要求9中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,所述粘接层的由傅里叶变换红外光谱法得到的苯基的峰面积S1为0.01~3.0,羰基的峰面积S2为4.0以下,C-F键的峰面积S3为0.1~8。
11.如权利要求1~权利要求10中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,其中,所述粘接性树脂粒子中的所述含苯基的丙烯酸系树脂与所述聚偏氟乙烯系树脂的含有质量比为5:95~95:5,
所述粘接性树脂粒子的混合物中的所述含苯基的丙烯酸系树脂与所述聚偏氟乙烯系树脂的含有质量比为5:95~95:5。
12.非水系二次电池,其具备正极、负极和配置于所述正极与所述负极之间的权利要求1~权利要求11中任一项所述的非水系二次电池用隔膜,所述非水系二次电池通过锂的掺杂·脱掺杂而获得电动势。
13.非水系二次电池,其为具备正极、负极和配置于所述正极与所述负极之间的隔膜的非水系二次电池,
所述隔膜具备多孔质基材和位于所述多孔质基材的一面或两面上的粘接层,所述粘接层含有选自由(i)包含含苯基的丙烯酸系树脂及聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子、以及(ii)包含含苯基的丙烯酸系树脂的粘接性树脂粒子与包含聚偏氟乙烯系树脂的粘接性树脂粒子的混合物组成的组中的至少1种,
所述隔膜与所述正极或所述负极介由所述粘接层而粘接,
在将所述隔膜与电极剥离的情况下,所述粘接层中包含的粘接性树脂粒子附着于所述多孔质基材及所述电极这两者。
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