JP2010277935A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
有機溶媒や水に代わる新しい媒体として、イオン性液体が注目されている。イオン性液体は、イオン性の化合物、すなわち、塩でありながら融点が低く、常温付近で液体である。明確な定義はされていないが、一般的に、融点が100℃以下の塩が総じてイオン性液体と称されている。イオン性液体は、一般的に、不揮発性、不燃性、熱安定性、化学的安定性、高イオン伝導性などの特徴を有しているが、これらの特徴を利用して、イオン性液体を様々な用途で使用することが提案されている。特に有機合成や電解合成の反応溶媒としての利用や、リチウムイオン電池等の電気化学エネルギーデバイス(以下、「電気化学デバイス」とも称する)の電解質としての利用に関して、盛んに研究が行われている。 An ionic liquid has attracted attention as a new medium replacing an organic solvent or water. The ionic liquid is an ionic compound, that is, a salt, but has a low melting point and is a liquid near room temperature. Although not clearly defined, generally, a salt having a melting point of 100 ° C. or lower is generally called an ionic liquid. Ionic liquids generally have characteristics such as non-volatility, incombustibility, thermal stability, chemical stability, and high ionic conductivity. It has been proposed to be used for various purposes. In particular, active research has been conducted on the use as a reaction solvent for organic synthesis and electrolytic synthesis and the use as an electrolyte of an electrochemical energy device such as a lithium ion battery (hereinafter also referred to as “electrochemical device”).
例えば、特許文献1は、イオン性液体として、アルコキシアルキル基を少なくとも1つ有する4級アンモニウム塩および4級ホスホニウム塩を用いた非水電解質二次電池を開示している。
For example,
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、イオン性液体が高い粘度を有するため、セパレータ内へイオン性液体が十分に拡散せず、高レートにおける充放電特性が不十分であるという問題があった。
However, the technique described in
そこで、本発明は、高レートにおける充放電特性を向上させる手段を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide means for improving charge / discharge characteristics at a high rate.
本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を積み重ねた。その結果、セパレータの表面に親水性を有するグラフトポリマーを含む溶媒拡散層を備えた非水電解質二次電池が上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in view of the above problems. As a result, it has been found that a non-aqueous electrolyte secondary battery provided with a solvent diffusion layer containing a hydrophilic graft polymer on the surface of the separator solves the above problems, and has completed the present invention.
親水性を有するグラフトポリマー鎖が、セパレータ表面上にいわゆるブラシ状に存在するため、グラフトポリマー鎖の間にイオン性液体が浸透する。したがって、イオン性液体がセパレータ内へ拡散しやすくなるため、高レートにおける充放電特性が向上する。 Since the graft polymer chain having hydrophilicity exists in a so-called brush shape on the separator surface, the ionic liquid penetrates between the graft polymer chains. Therefore, since the ionic liquid is easily diffused into the separator, the charge / discharge characteristics at a high rate are improved.
まず、好ましい実施形態である非水電解質リチウムイオン二次電池について説明するが、以下の実施形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 First, although the nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery which is preferable embodiment is demonstrated, it is not restrict | limited only to the following embodiment. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.
非水電解質二次電池の構造・形態で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。 When distinguished by the structure and form of the nonaqueous electrolyte secondary battery, it is not particularly limited, such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery, and can be applied to any conventionally known structure. .
また、電池の電極材料または電極間を移動する金属イオンで見た場合にも、特に制限されず、公知のいずれの電極材料等にも適用されうる。例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池などが挙げられ、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。これは、リチウムイオン二次電池では、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。 Moreover, when it sees in the electrode material of a battery, or the metal ion which moves between electrodes, it does not restrict | limit in particular, It can apply to any well-known electrode material. Examples include lithium ion secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, nickel metal hydride secondary batteries, nickel cadmium secondary batteries, nickel metal hydride batteries, and the like, preferably lithium ion secondary batteries. . This is because in the lithium ion secondary battery, the voltage of the cell (single cell layer) is large, high energy density and high output density can be achieved, and it is excellent as a vehicle driving power source or an auxiliary power source.
[電池の全体構造]
図1は、扁平型(積層型)の非水電解質リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の一実施形態の基本構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態の積層型電池10aは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極集電体11の両面に正極活物質層13が配置された正極と、電解質層17と、負極集電体12の両面に負極活物質層15が配置された負極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの正極活物質層13とこれに隣接する負極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。
[Battery overall structure]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of an embodiment of a flat (stacked) nonaqueous electrolyte lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “stacked battery”). As shown in FIG. 1, the
これにより、隣接する正極、電解質層および負極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、本実施形態の積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに正極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層負極集電体が位置するようにし、該最外層負極集電体の片面または両面に負極活物質層が配置されているようにしてもよい。
Thereby, the adjacent positive electrode, electrolyte layer, and negative electrode constitute one
正極集電体11および負極集電体12は、各電極(正極および負極)と導通される正極集電板25および負極集電板27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出される構造を有している。正極集電板25および負極集電板27はそれぞれ、必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体11および負極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。
The positive electrode
図2は、非水電解質双極型リチウムイオン二次電池10の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図2に示す双極型リチウムイオン二次電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、電池外装材であるラミネートフィルム29の内部に封止された構造を有する。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing the entire structure of the non-aqueous electrolyte bipolar lithium ion secondary battery 10. The bipolar lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 2 has a structure in which a substantially rectangular
図2に示すように、双極型リチウムイオン二次電池10bの発電要素21は、集電体11の一方の面に電気的に結合した正極活物質層13が形成され、集電体11の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層15が形成された複数の双極型電極23を有する。各双極型電極23は、電解質層17を介して積層されて発電要素21を形成する。なお、電解質層17は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15とが電解質層17を介して向き合うように、各双極型電極23および電解質層17が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極23の正極活物質層13と前記一の双極型電極23に隣接する他の双極型電極23の負極活物質層15との間に電解質層17が挟まれて配置されている。
As shown in FIG. 2, the
隣接する正極活物質層13、電解質層17、および負極活物質層15は、一つの単電池層19を構成する。したがって、双極型リチウムイオン二次電池10は、単電池層19が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層19の外周部にはシール部(絶縁層)31が配置されている。なお、発電要素21の最外層に位置する正極側の最外層集電体11aには、片面のみに正極活物質層13が形成されている。また、発電要素21の最外層に位置する負極側の最外層集電体11bには、片面のみに負極活物質層15が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体11aの両面に正極活物質層13が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体11bの両面に負極活物質層15が形成されてもよい。
The adjacent positive electrode
さらに、図2に示す双極型二次電池10では、正極側の最外層集電体11aに隣接するように正極集電板25が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム29から導出している。一方、負極側の最外層集電体11bに隣接するように負極集電板27が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム29から導出している。
Further, in the bipolar secondary battery 10 shown in FIG. 2, a positive electrode
図2に示す非水電解質双極型リチウムイオン二次電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁部31が設けられる。この絶縁部31は、電池内で隣り合う集電体11どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁部31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の双極型リチウムイオン二次電池10が提供されうる。
In the nonaqueous electrolyte bipolar lithium ion secondary battery 10 shown in FIG. 2, the insulating
なお、単電池層19の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、双極型二次電池10では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層19の積層回数を少なくしてもよい。双極型リチウムイオン二次電池10でも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止するために、発電要素21を電池外装材であるラミネートフィルム29に減圧封入し、正極集電板25および負極集電板27をラミネートフィルム29の外部に取り出した構造とするのがよい。
Note that the number of stacks of the unit cell layers 19 is adjusted according to a desired voltage. Further, in the bipolar secondary battery 10, the number of stacking of the single battery layers 19 may be reduced if a sufficient output can be secured even if the thickness of the battery is made as thin as possible. In the bipolar lithium ion secondary battery 10, in order to prevent external impact and environmental degradation during use, the
図3は、上記図1または図2に示す非水電解質二次電池の電解質層17に用いられているセパレータ(第1実施形態)の模式図である。図3に示すセパレータ40aは、セパレータの基材46aの表面上に、親水性を有するグラフトポリマー鎖42を含む溶媒拡散層41aが形成されている。
FIG. 3 is a schematic view of a separator (first embodiment) used in the
電解質の溶媒としてイオン性液体を用いる場合、イオン性液体は通常の電気化学デバイスで使用されている非水溶媒に比べて粘度が相当に高く、セパレータ内に拡散しにくい。 When an ionic liquid is used as an electrolyte solvent, the ionic liquid has a considerably higher viscosity than a non-aqueous solvent used in an ordinary electrochemical device, and hardly diffuses into the separator.
そのため、デバイスの高率充放電特性(例えば、放電レートを1.0Cまたはその近傍としたときに観察される充放電特性;高レート充放電特性ともいう)や低温時の性能が不十分であり、実用上満足して使用することができない。 Therefore, the device has insufficient high-rate charge / discharge characteristics (for example, charge / discharge characteristics observed when the discharge rate is 1.0 C or in the vicinity thereof; also referred to as high-rate charge / discharge characteristics) and low-temperature performance. Can not be used practically satisfied.
図3に示すように、本実施形態のセパレータ40aは、セパレータ基材46の表面上に親水性を有するグラフトポリマー鎖42が、いわゆるブラシ状に存在している。そして、セパレータ40aを挟持するように、電解質を含む正極活物質層および電解質を含む負極活物質層(図示せず)が設けられている。かような構造により、リチウム塩を伴った(溶媒和した)イオン性液体(電解質)48が親水性を有するグラフトポリマー鎖42の中へ入りやすくなる。そして、さらに奥にあるセパレータの内部へ浸透しやすくなり、リチウム塩を伴った(溶媒和した)イオン性液体のセパレータへの濡れ性が良くなる。その結果、リチウムイオンがセパレータ内でより速く拡散できるようになり、高レートにおける充放電特性が向上しうる。さらに、セパレータ内でのリチウムイオンの速い拡散により、充放電に伴うリチウムイオンの出入りがしやすくなり、サイクル特性が向上する。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態のセパレータを、さらに詳細に説明する。 The separator of this embodiment will be described in further detail.
[セパレータの基材]
セパレータの基材は、特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。例えば、電解質(特に電解液)を吸収保持ないし担持するポリマーからなる多孔性シートセパレータ、不織布セパレータなどを用いることができる。多孔性シートセパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製微多孔膜、PP/PE/PPの3層構造をした積層体、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミドなどが挙げられる。不織布セパレータの材質としては、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、またはアラミド樹脂など従来公知のものを用いることができる。セルロース、セラミックからなるセパレータを用いてもよい。好ましくは、ポリエチレンまたはアラミド樹脂である。
[Base material of separator]
The base material of the separator is not particularly limited, and a conventionally known one can be used. For example, a porous sheet separator, a nonwoven fabric separator, or the like made of a polymer that absorbs or holds an electrolyte (particularly, an electrolytic solution) can be used. Examples of the porous sheet separator include a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), a laminate having a three-layer structure of PP / PE / PP, polyethylene terephthalate (PET), and polyimide. It is done. As a material of the nonwoven fabric separator, for example, conventionally known materials such as cotton, rayon, acetate, nylon, polyester, polyolefin such as polypropylene and polyethylene, polyimide, or aramid resin can be used. A separator made of cellulose or ceramic may be used. Polyethylene or aramid resin is preferable.
また、シリコーンが分散しているポリエチレンも好適に用いることができる。 Also, polyethylene in which silicone is dispersed can be suitably used.
[固定化剤]
セパレータをグラフトポリマーに固定化させる前に、予め固定化剤をセパレータの表面に付加させておくことが好ましい。この固定化剤により、グラフトポリマー鎖がセパレータ表面上に固定される。
[Fixing agent]
It is preferable to add a fixing agent to the surface of the separator in advance before immobilizing the separator to the graft polymer. With this fixing agent, the graft polymer chain is fixed on the separator surface.
用いられる固定化剤の例としては、例えば、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルなどが挙げられる。 Examples of the immobilizing agent used include 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl and the like.
固定化剤を付加させる方法は、特に制限されないが、例えば、固定化剤が溶解している溶液に上記のセパレータの基材を浸漬させる方法が挙げられる。この際、浸漬時間は好ましくは1〜24時間であり、浸漬温度は好ましくは10〜50℃である。 The method for adding the fixing agent is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the separator substrate in a solution in which the fixing agent is dissolved. At this time, the immersion time is preferably 1 to 24 hours, and the immersion temperature is preferably 10 to 50 ° C.
また、セパレータの表面に固定化剤を付加させる量は、セパレータの質量に対して1〜15質量%が好ましく、5〜10質量%がより好ましい。1質量%未満であると、グラフトポリマー鎖のグラフト密度が小さくなり過ぎて、セパレータに対して濡れ性を与えるのに十分な機能を発揮することができない場合がある。一方、15質量%を超えると、グラフトポリマー鎖同士が絡み合い、セパレータ内でのリチウムイオンの拡散が不十分となる場合がある。固定化剤を付加させる量は、溶液中の固定化剤の濃度および浸漬時間により、容易に制御されうる。 Moreover, 1-15 mass% is preferable with respect to the mass of a separator, and, as for the quantity which adds a fixing agent to the surface of a separator, 5-10 mass% is more preferable. If it is less than 1% by mass, the graft density of the graft polymer chain becomes too small, and it may not be possible to exhibit a function sufficient to give wettability to the separator. On the other hand, if it exceeds 15% by mass, the graft polymer chains may be entangled with each other and the diffusion of lithium ions in the separator may be insufficient. The amount to which the fixing agent is added can be easily controlled by the concentration of the fixing agent in the solution and the immersion time.
[親水性を有するグラフトポリマー]
溶媒拡散層を形成するグラフトポリマーは、親水性を有する。該グラフトポリマーの形成方法は、特に制限されないが、原子移動ラジカル重合法が好ましい。
[Graft polymer having hydrophilicity]
The graft polymer that forms the solvent diffusion layer has hydrophilicity. The method for forming the graft polymer is not particularly limited, but an atom transfer radical polymerization method is preferred.
用いられる重合開始剤の例としては、例えば、2−ブロモイソ酪酸エチル、2−ブロモプロピオン酸エチル、スルホン酸クロライド、ベンジルクロライド、1−トリクロロシリル−2−(m,p−クロロメチルフェニル)エタン、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリメトキシシラン、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシラン、(3−(2−ブロモイソブチリル)プロピル)ジメチルエトキシシラン、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリック)アシッド、1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)、アゾビスイソ酪酸アミジン塩酸塩 、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、過酸化ジ−tert−ブチルなどが挙げられる。これら重合開始剤は、単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。 Examples of the polymerization initiator used include, for example, ethyl 2-bromoisobutyrate, ethyl 2-bromopropionate, sulfonic acid chloride, benzyl chloride, 1-trichlorosilyl-2- (m, p-chloromethylphenyl) ethane, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane, (3- (2-bromoisobutyryl) propyl) dimethylethoxysilane, 2,2′-azo Bisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 4,4′-azobis (4-cyanovaleric) acid, 1,1′-azobis (1-cyclohexanecarbonitrile), Azobisisobutyric acid amidine hydrochloride, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronite) Ril), benzoyl peroxide, di-tert-butyl peroxide and the like. These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
該重合開始剤の使用量は、モノマーと重合開始剤との総量100質量%に対して、1〜15質量%であることが好ましく、2〜13質量%であることがより好ましい。 The amount of the polymerization initiator used is preferably 1 to 15% by mass and more preferably 2 to 13% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of the monomer and the polymerization initiator.
用いられるモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸テトラデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル、(メタ)アクリル酸アミノメチル、(メタ)アクリル酸アミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノメチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)等の(メタ)アクリル酸エステル類や、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、4−ビニルピリジン等の塩基性重合性モノマー、(メタ)アクリル酸、2−ブテン酸(クロトン酸)、3−ブテン酸(ビニル酢酸)、3−メチル−3−ブテン酸、3−ペンテン酸、4−ペンテン酸、4−メチル−4−ペンテン酸、4−ヘキセン酸、5−ヘキセン酸、5−メチル−5−ヘキセン酸、5−ヘプテン酸、6−ヘプテン酸、6−メチル−6−ヘプテン酸、6−オクテン酸、7−オクテン酸、7−メチル−7−オクテン酸、7−ノネン酸、8−ノネン酸、8−メチル−8−ノネン酸、8−デセン酸、9−デセン酸、3−フェニル−2−プロペン酸(ケイ皮酸)、カルボキシメチル(メタ)アクリレート、カルボキシエチル(メタ)アクリレート、ビニル安息香酸、ビニルフェニル酢酸、ビニルフェニルプロピオン酸、マレイン酸、フマル酸、メチレンコハク酸(イタコン酸)、ヒドロキシスチレン、スチレンスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スルホメチル(メタ)アクリレート、2−スルホエチル(メタ)アクリレート、2−プロペン−1−スルホン酸、2−メチル−2−プロペン−1−スルホン酸、3−ブテン−1−スルホン酸等の酸性重合性モノマーなどが挙げられる。 Examples of the monomer used include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, and (meth) acrylic acid 2- Ethylhexyl, heptyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, nonyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, tetradecyl (meth) acrylate, hexadecyl (meth) acrylate , Octadecyl (meth) acrylate, aminomethyl (meth) acrylate, aminoethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminomethyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, (Meth) acrylic acid (2,2-dimethyl-1,3-dioxolane-4- (Meth) acrylic acid esters such as (R), basic polymerizable monomers such as (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-diethyl (meth) acrylamide, 4-vinylpyridine, (Meth) acrylic acid, 2-butenoic acid (crotonic acid), 3-butenoic acid (vinyl acetic acid), 3-methyl-3-butenoic acid, 3-pentenoic acid, 4-pentenoic acid, 4-methyl-4-pentene Acid, 4-hexenoic acid, 5-hexenoic acid, 5-methyl-5-hexenoic acid, 5-heptenoic acid, 6-heptenoic acid, 6-methyl-6-heptenoic acid, 6-octenoic acid, 7-octenoic acid, 7-methyl-7-octenoic acid, 7-nonenoic acid, 8-nonenoic acid, 8-methyl-8-nonenoic acid, 8-decenoic acid, 9-decenoic acid, 3-phenyl-2-propenoic acid (cinnamic acid ), Carboxy Tyl (meth) acrylate, carboxyethyl (meth) acrylate, vinyl benzoic acid, vinyl phenylacetic acid, vinyl phenylpropionic acid, maleic acid, fumaric acid, methylene succinic acid (itaconic acid), hydroxystyrene, styrene sulfonic acid, vinyl toluene sulfone Acid, vinyl sulfonic acid, sulfomethyl (meth) acrylate, 2-sulfoethyl (meth) acrylate, 2-propene-1-sulfonic acid, 2-methyl-2-propene-1-sulfonic acid, 3-butene-1-sulfonic acid And acidic polymerizable monomers such as
図3に示す溶媒拡散層中のグラフトポリマー鎖は、1種類のモノマーから形成されているが、2種以上のモノマーから形成されてもよい。すなわち、前記グラフトポリマー鎖が2種以上のホモポリマー鎖を含んでもよいし、後述のように2種以上のポリマーブロックを有するブロックコポリマー構造であってもよい。 The graft polymer chain in the solvent diffusion layer shown in FIG. 3 is formed from one type of monomer, but may be formed from two or more types of monomers. That is, the graft polymer chain may include two or more homopolymer chains, or may have a block copolymer structure having two or more polymer blocks as described later.
また、後述する実施形態のように、少なくとも親水性を有するグラフトポリマー鎖が導入されていれば、疎水性を有するグラフトポリマー鎖が導入されてもよい。また、グラフトポリマー鎖が、親水性を有するポリマーブロックと疎水性を有するポリマーブロックとを有するブロックコポリマー構造であってもよい。 Moreover, as long as the graft polymer chain which has hydrophilicity at least is introduce | transduced like embodiment mentioned later, the graft polymer chain which has hydrophobicity may be introduce | transduced. The graft polymer chain may have a block copolymer structure having a hydrophilic polymer block and a hydrophobic polymer block.
これらモノマーの中でも、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)がより好ましい。 Among these monomers, (meth) acrylic acid and (meth) acrylic acid (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl) are more preferable.
該原子移動ラジカル重合の際に用いられる溶媒は特に限定されないが、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ピリジン、メタノール、エタノール、プロパノ−ル、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、トリオキサン、テトラヒドロフラン、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、メトキシベンゼン等を使用することができる。これらは単独で使用しても良いし、または2種以上を混合して使用してもよい。 The solvent used in the atom transfer radical polymerization is not particularly limited. For example, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, pyridine, methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, cyclohexanol, methyl Cellosolve, ethyl cellosolve, isopropyl cellosolve, butyl cellosolve, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl propionate, dimethyl ether, diethyl ether, trioxane, tetrahydrofuran, pentane, cyclopentane, hexane, cyclohexane, heptane, Octane, nonane, decane, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, methoxybenzene And the like can be used. These may be used singly or in combination of two or more.
該原子移動ラジカル重合の重合時間は、好ましくは2〜24時間、より好ましくは4〜24時間である。また、該原子移動ラジカル重合の重合温度は、好ましくは20〜100℃、より好ましくは30〜90℃である。 The polymerization time for the atom transfer radical polymerization is preferably 2 to 24 hours, more preferably 4 to 24 hours. Moreover, the polymerization temperature of the atom transfer radical polymerization is preferably 20 to 100 ° C, more preferably 30 to 90 ° C.
こうして得られるグラフトポリマー鎖の重量平均分子量は、好ましくは1万〜100万、より好ましくは10万〜50万である。重量平均分子量が1万未満の場合、セパレータに対して濡れ性を与えるのに十分な機能を発揮することができない場合がある。一方、100万を超えると、グラフトポリマー鎖同士が絡み合い、セパレータ内でのリチウムイオンの拡散が不十分となる場合がある。なお、本明細書において、重量平均分子量は、ポリスチレンを基準物質としたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定した値を採用するものとする。 The weight average molecular weight of the graft polymer chain thus obtained is preferably 10,000 to 1,000,000, more preferably 100,000 to 500,000. When the weight average molecular weight is less than 10,000, there may be a case where a function sufficient to give wettability to the separator cannot be exhibited. On the other hand, when it exceeds 1,000,000, the graft polymer chains are entangled with each other, and the diffusion of lithium ions in the separator may be insufficient. In addition, in this specification, the value measured by GPC (gel permeation chromatography) which used polystyrene as a reference material shall be employ | adopted for a weight average molecular weight.
また、グラフトポリマーのグラフト密度は、0.01〜1鎖/nm2であることが好ましく、0.05〜1鎖/nm2であることがより好ましい。この範囲とすることにより、セパレータのイオン性液体に対する濡れ性が良くなり、リチウムイオンがセパレータ内でより速く拡散できるようになり、高速充放電が可能となる(高レート特性が向上)。さらに、セパレータ内のリチウムイオンの速い拡散により、充放電に伴うリチウムイオンの可逆的な出入りがしやすくなり、サイクル特性が向上する。 The graft density of the graft polymer is preferably 0.01 to 1 chain / nm 2 , and more preferably 0.05 to 1 chain / nm 2 . By setting it in this range, the wettability of the separator with respect to the ionic liquid is improved, lithium ions can be diffused faster in the separator, and high-speed charge / discharge is possible (high rate characteristics are improved). Furthermore, the rapid diffusion of lithium ions in the separator facilitates reversible lithium ion entry / exit associated with charging / discharging, thereby improving cycle characteristics.
該グラフト密度は、セパレータへ固定化させる固定化剤の量により制御することができる。エリプソメトリー法により定量したグラフト量と、フリーポリマーの数平均分子量(Mn)との関係を調べると、グラフト量は、Mnに比例して増大することが分かった。よって、グラフト量は、横軸にポリマー鎖の数平均分子量、縦軸にグラフト量を取り、数点をプロットして得られるグラフの傾きから求めることができる。 The graft density can be controlled by the amount of the fixing agent to be fixed to the separator. When the relationship between the graft amount quantified by ellipsometry and the number average molecular weight (Mn) of the free polymer was examined, it was found that the graft amount increased in proportion to Mn. Therefore, the graft amount can be determined from the slope of the graph obtained by plotting several points, taking the number average molecular weight of the polymer chain on the horizontal axis and the graft amount on the vertical axis.
図3では、セパレータの基材46aの片方の表面にだけグラフトポリマー鎖が導入されているが、もちろん、セパレータの基材の両表面にグラフトポリマー鎖が導入されてもよい。
In FIG. 3, the graft polymer chain is introduced only on one surface of the
図4は、第2実施形態のセパレータ40bを示す模式図である。図4に示すセパレータの基材46bの表面上の溶媒拡散層41bを形成するグラフトポリマー鎖(42、43)は、異なる2種類の親水性モノマーから形成されるジブロックコポリマー構造となっている。図3に示すような、グラフトポリマー鎖がホモポリマー鎖だけの場合、隣り合うグラフトポリマー鎖同士の反発力のみしか働かない。しかしながら、図4に示すように、グラフトポリマー鎖をジブロックコポリマー構造とすることにより、より一層グラフトポリマー鎖同士の反発力が働くようになり、その結果、グラフトポリマー鎖が立ち上がりやすくなりグラフトポリマー鎖間に空間が出来るようになる。そして、セパレータ40bを挟持するように、電解質を含む正極活物質層および電解質を含む負極活物質層(図示せず)が設けられている。かような構造により、リチウム塩を伴ったイオン性液体(電解質)48がセパレータの内部へ浸透しやすくなり、高レートにおける充放電特性が向上しうる。さらに、セパレータ内でのリチウムイオンの速い拡散により、充放電に伴うリチウムイオンの出入りがしやすくなり、サイクル特性が向上する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the
図4は、グラフトポリマー鎖がジブロックコポリマー構造を有する実施形態を示しているが、これに限定されず、トリブロック構造やテトラブロック構造などのマルチブロックコポリマー構造であってもよい。 FIG. 4 shows an embodiment in which the graft polymer chain has a diblock copolymer structure, but the present invention is not limited to this, and a multiblock copolymer structure such as a triblock structure or a tetrablock structure may be used.
図5は、第3実施形態のセパレータ40cを示す模式図である。図5に示すセパレータの基材46cの表面上の溶媒拡散層41cを形成するグラフトポリマー鎖(42、44)は、異なる2種類のモノマーから形成されるジブロックコポリマー構造となっている。しかしながら、セパレータに近接する側のポリマーブロックは、疎水性モノマーから形成される疎水性ポリマー鎖44となっており、セパレータと離間する側に親水性モノマーから形成される親水性ポリマーブロック42が形成されている。本実施形態のように、疎水性ポリマーブロックおよび親水性ポリマー鎖を有するグラフトポリマー鎖の構造とすることにより、より一層グラフトポリマー鎖同士の反発力が働くようになり、その結果、ブラシが立ち上がりやすくなりブラシ間に空間が出来るようになる。そして、セパレータ40cを挟持するように、電解質を含む正極活物質層および電解質を含む負極活物質層(図示せず)が設けられている。かような構造により、リチウム塩を伴ったイオン性液体(電解質)48がセパレータの内部へ浸透しやすくなり、高レートにおける充放電特性が向上しうる。さらに、セパレータ内でのリチウムイオンの速い拡散により、充放電に伴うリチウムイオンの出入りがしやすくなり、サイクル特性が向上する。
FIG. 5 is a schematic view showing a
疎水性ポリマー鎖を形成するモノマーの例としては、例えば、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン等のフッ素含有ビニル系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のアクリロニトリル系モノマー;エチレン、プロピレン等のアルケン類;ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン類;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;塩化ビニル、塩化ビニリデン、塩化アリルなどが挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、2種以上を共重合させても構わない。 Examples of monomers that form a hydrophobic polymer chain include, for example, fluorine-containing vinyl monomers such as tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and vinylidene fluoride; acrylonitrile monomers such as acrylonitrile and methacrylonitrile; and ethylene and propylene. Alkenes; conjugated dienes such as butadiene and isoprene; aromatic vinyl compounds such as styrene and α-methylstyrene; vinyl chloride, vinylidene chloride, and allyl chloride. These may be used alone or two or more of them may be copolymerized.
溶媒拡散層を形成するグラフトポリマー鎖に疎水性ポリマー鎖を導入する場合の導入量は、グラフトポリマー鎖全体に対して10〜50質量%であることが好ましい。また、疎水性ポリマー鎖は、セパレータの近接側に導入することが好ましい。 When the hydrophobic polymer chain is introduced into the graft polymer chain forming the solvent diffusion layer, the amount introduced is preferably 10 to 50% by mass with respect to the entire graft polymer chain. The hydrophobic polymer chain is preferably introduced on the proximity side of the separator.
上述のような、ブロックコポリマー構造のグラフトポリマー鎖を形成する方法としては、特に制限されない。例えば、第1のモノマーを原子移動ラジカル重合法によりポリマー鎖を形成した後、第2のモノマーおよび重合開始剤を追添して原子移動ラジカル重合法により重合し、ポリマー鎖を形成する方法が挙げられる。 The method for forming the graft polymer chain having the block copolymer structure as described above is not particularly limited. For example, a method of forming a polymer chain by forming a polymer chain by an atom transfer radical polymerization method after adding a second monomer and a polymerization initiator to the first monomer is formed. It is done.
(電解質)
電解質は、溶媒であるイオン性液体および電解質塩であるリチウム塩を含み、さらに必要に応じて添加剤を含む。
(Electrolytes)
The electrolyte includes an ionic liquid as a solvent and a lithium salt as an electrolyte salt, and further includes an additive as necessary.
[イオン性液体]
イオン性液体とは、カチオンおよびアニオンのみから構成される塩であるにもかかわらず常温で液体である一連の化合物をいう。
[Ionic liquid]
An ionic liquid refers to a series of compounds that are liquid at room temperature despite being a salt composed only of cations and anions.
イオン性液体を構成するカチオン成分は、置換されているかまたは非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピラゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピペリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のトリアジニウムイオン、および置換されているかまたは非置換のアンモニウムイオンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The cation component constituting the ionic liquid can be substituted or unsubstituted imidazolium ions, substituted or unsubstituted pyridinium ions, substituted or unsubstituted pyrrolium ions, substituted or non-substituted Substituted pyrazolium ion, substituted or unsubstituted pyrrolinium ion, substituted or unsubstituted pyrrolidinium ion, substituted or unsubstituted piperidinium ion, substituted or unsubstituted It is preferably at least one selected from the group consisting of triazinium ions and substituted or unsubstituted ammonium ions.
前記置換されているかまたは非置換のイミダゾリウムイオンの具体例としては、例えば、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1,3−ジメチルイミダゾリウムイオン、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,3−ジエチルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−デシル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−テトラデシル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムイオン、等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted imidazolium ion include, for example, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-hexyl-2, 3-dimethylimidazolium, 1,3-dimethylimidazolium ion, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1,3-diethylimidazolium ion, 1-butyl-3-methylimidazolium ion, 1-hexyl- 3-methylimidazolium ion, 1-octyl-3-methylimidazolium ion, 1-decyl-3-methylimidazolium ion, 1-tetradecyl-3-methylimidazolium ion, 1-hexadecyl-3-methylimidazolium ion 1-octadecyl-3-methylimidazolium ion, 1 2,3-trimethylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium ion, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium ion, etc. Can be mentioned. However, it is not limited to these.
前記置換されているかまたは非置換のアンモニウムイオンの具体例としては、例えば、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルプロピルアンモニウムイオン、トリメチルヘキシルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムイオン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted ammonium ion include, for example, trimethylethylammonium ion, trimethylpropylammonium ion, trimethylhexylammonium ion, tetrapentylammonium ion, N, N-diethyl-N-methyl-N -(2-methoxyethyl) ammonium ion etc. are mentioned. However, it is not limited to these.
前記置換されているかまたは非置換のピリジニウムイオンの具体例としては、例えば、N−メチルピリジニウムイオン、N−エチルピリジニウムイオン、N−プロピルピリジニウムイオン、N−ブチルピリジニウムイオン、N−ヘキシルピリジニウムイオン、1−エチル−2−メチルピリジニウムイオン、1−ブチル−3−メチルピリジニウムイオン、1−ブチル−4−メチルピリジニウムイオン、1−ヘキシル−4−メチルピリジニウムイオン、1−ヘキシル−3−メチルピリジニウムイオン、1−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウムイオン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted pyridinium ion include, for example, N-methylpyridinium ion, N-ethylpyridinium ion, N-propylpyridinium ion, N-butylpyridinium ion, N-hexylpyridinium ion, 1 -Ethyl-2-methylpyridinium ion, 1-butyl-3-methylpyridinium ion, 1-butyl-4-methylpyridinium ion, 1-hexyl-4-methylpyridinium ion, 1-hexyl-3-methylpyridinium ion, 1 -Butyl-2,4-dimethylpyridinium ion etc. are mentioned. However, it is not limited to these.
前記置換されているかまたは非置換のピロリウムイオンの具体例としては、例えば、1,1−ジメチルピロリウムイオン、1−エチル−1−メチルピロリウムイオン、1−メチル−1−プロピルピロリウムイオン、1−ブチル−1−メチルピロリウムイオン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted pyrrolium ion include, for example, 1,1-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-1-methylpyrrolium ion, 1-methyl-1-propylpyrrolium ion, 1-butyl. Examples include -1-methylpyrrolium ion. However, it is not limited to these.
前記置換されているかまたは非置換のピラゾリウムイオンの具体例としては、例えば、1,2−ジメチルピラゾリウムイオン、1−エチル−2−メチルピラゾリウムイオン、1−プロピル−2−メチルピラゾリウムイオン、1−ブチル−2−メチルピラゾリウムイオン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted pyrazolium ion include, for example, 1,2-dimethylpyrazolium ion, 1-ethyl-2-methylpyrazolium ion, 1-propyl-2-methylpyrazolium ion 1-butyl-2-methylpyrazolium ion and the like. However, it is not limited to these.
前記置換されているかまたは非置換のピロリニウムイオンの具体例としては、例えば、1,2−ジメチルピロリニウムイオン、1−エチル−2−メチルピロリニウムイオン、1−プロピル−2−メチルピロリニウムイオン、1−ブチル−2−メチルピロリニウムイオン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted pyrrolium ion include, for example, 1,2-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-2-methylpyrrolium ion, 1-propyl-2-methylpyrrolium ion. 1-butyl-2-methylpyrrolium ion, and the like. However, it is not limited to these.
前記置換されているかまたは非置換のピロリジニウムイオンの具体例としては、例えば、1,1−ジメチルピロリジニウムイオン、1−エチル−1−メチルピロリジニウムイオン、1−メチル−1−プロピルピロリジニウムイオン、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムイオン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted pyrrolidinium ion include, for example, 1,1-dimethylpyrrolidinium ion, 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium ion, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium ion. 1-butyl-1-methylpyrrolidinium ion and the like. However, it is not limited to these.
前記置換されているかまたは非置換のピペリジニウムイオンの具体例としては、例えば、1,1−ジメチルピペリジニウムイオン、1−エチル−1−メチルピペリジニウムイオン、1−メチル−1−プロピルピペリジニウムイオン、1−ブチル−1−メチルピペリジニウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted piperidinium ion include, for example, 1,1-dimethylpiperidinium ion, 1-ethyl-1-methylpiperidinium ion, 1-methyl-1-propylpiperidinium ion. 1-butyl-1-methylpiperidinium ion and the like, but is not limited thereto.
前記置換されているかまたは非置換のトリアジニウムイオンの具体例としては、例えば、1,3−ジエチル−5−メチルトリアジニウムイオン、1,3−ジエチル−5−ブチルトリアジニウムイオン、1,3−ジメチル−5−エチルトリアジニウムイオン、1,3、5−トリブチルトリアジニウムイオン等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the substituted or unsubstituted triazinium ion include 1,3-diethyl-5-methyltriazinium ion, 1,3-diethyl-5-butyltriazinium ion, 1,3- Examples thereof include dimethyl-5-ethyltriazinium ion and 1,3,5-tributyltriazinium ion. However, it is not limited to these.
これらの中でも、前記カチオン成分は、置換されているかまたは非置換のイミダゾリウムイオン、置換されているかまたは非置換のピリジニウムイオン、置換されているかまたは非置換のピロリジニウムイオン、および置換されているかまたは非置換のアンモニウムイオンからなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。 Among these, the cation component is a substituted or unsubstituted imidazolium ion, a substituted or unsubstituted pyridinium ion, a substituted or unsubstituted pyrrolidinium ion, and a substituted or More preferably, it is at least one selected from the group consisting of unsubstituted ammonium ions.
イオン性液体を構成するアニオン成分の具体例としては、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどのハロゲン化物イオン、硝酸イオン(NO3 −)、テトラフルオロホウ酸イオン(BF4 −)、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF6 −)、(FSO2)2N−、AlCl3 −、乳酸イオン、酢酸イオン(CH3COO−)、トリフルオロ酢酸イオン(CF3COO−)、メタンスルホン酸イオン(CH3SO3 −)、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CF3SO3 −)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン((CF3SO2)2N−)、ビス(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドイオン((C2F5SO2)2N−)、BF3C2F5 −、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸イオン((CF3SO2)3C−)、過塩素酸イオン(ClO4 −)、ジシアンアミドイオン((CN)2N−)、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、R1COO−、HOOCR1COO−、−OOCR1COO−、NH2CHR1COO−(この際、R1は置換基であり、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基、エーテル基、エステル基、またはアシル基であり、前記の置換基はフッ素原子を含んでいてもよい。)などが挙げられる。
Specific examples of the anion component constituting the ionic liquid include halide ions such as fluoride ion, chloride ion, bromide ion and iodide ion, nitrate ion (NO 3 − ), tetrafluoroborate ion (BF 4 − ), Hexafluorophosphate ion (PF 6 − ), (FSO 2 ) 2 N − , AlCl 3 − , lactate ion, acetate ion (CH 3 COO − ), trifluoroacetate ion (CF 3 COO − ), methane sulfonate ion (CH 3 SO 3 -),
これらの中でも、前記アニオン成分は、ハロゲン化物イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、有機硫酸イオン、および有機スルホン酸イオンからなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。 Among these, the anion component is composed of halide ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ion, trifluoromethanesulfonate ion, organic sulfate ion, and organic sulfonate ion. More preferably, it is at least one selected from the group.
上記のイオン性液体の具体例としては、例えば、以下に示す化合物が挙げられる。 Specific examples of the ionic liquid include the compounds shown below.
1,3−ジメチルイミダゾリウムメタンスルホネート、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムメタンスルホネート、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド
1−アリル−3−エチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(L)−乳酸塩、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、
1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、
1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、
1−オクチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、
1−デシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−テトラデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド、
1−オクタデシル−3−メチルイミダゾリウムクロライド
1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、
1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、
1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、
1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、
1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、
1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、
1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムクロライド、
1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトラフルオロボレート、
1−ヘキシル−2,3−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート
1−エチルピリジニウムクロライド、
1−エチルピリジニウムブロマイド、
1−ブチルピリジニウムクロライド、
1−ブチルピリジニウムブロマイド、
1−ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、
1−ブチルピリジニウムテトラフルオロボレート、
1−ブチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−ヘキシルピリジニウムクロライド、
1−ヘキシルピリジニウムブロマイド、
1−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、
1−ヘキシルピリジニウムテトラフルオロボレート、
1−ヘキシルピリジニウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−ブチル−4−メチルピリジニウムテトラフルオロボレート、
N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムテトラフルオロボレート、
N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムテトラフルオロボレート、
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムテトラクロロアルミネート、
1−ヘキシルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、
1−メチル−1−プロピルピロリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
1−メチル−1−プロピルピペリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、
N,N−ジエチル−N−メチル−N−(2−メトキシエチル)アンモニウムヘキサフルオロホスフェート、
N,N,N−トリメチル−N−プロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド。
1,3-dimethylimidazolium methanesulfonate,
1-ethyl-3-methylimidazolium chloride,
1-ethyl-3-methylimidazolium bromide,
1-ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate,
1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate,
1-ethyl-3-methylimidazolium (L) -lactate,
1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate,
1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate,
1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide 1-allyl-3-ethylimidazolium tetrafluoroborate,
1-butyl-3-methylimidazolium chloride,
1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate,
1-butyl-3-methylimidazolium (L) -lactate,
1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,
1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate,
1-hexyl-3-methylimidazolium chloride,
1-hexyl-3-methylimidazolium bromide,
1-hexyl-3-methylimidazolium iodide,
1-hexyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate,
1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate,
1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate,
1-octyl-3-methylimidazolium chloride,
1-octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate,
1-octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate,
1-decyl-3-methylimidazolium chloride,
1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride,
1-tetradecyl-3-methylimidazolium chloride,
1-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride,
1-octadecyl-3-methylimidazolium chloride 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium chloride,
1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium bromide,
1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bromide,
1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride,
1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate,
1-butyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate,
1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium bromide,
1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium chloride,
1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoroborate,
1-hexyl-2,3-dimethylimidazolium trifluoromethanesulfonate 1-ethylpyridinium chloride,
1-ethylpyridinium bromide,
1-butylpyridinium chloride,
1-butylpyridinium bromide,
1-butylpyridinium hexafluorophosphate,
1-butylpyridinium tetrafluoroborate,
1-butylpyridinium trifluoromethanesulfonate,
1-hexylpyridinium chloride,
1-hexylpyridinium bromide,
1-hexylpyridinium hexafluorophosphate,
1-hexylpyridinium tetrafluoroborate,
1-hexylpyridinium trifluoromethanesulfonate,
1-butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate,
N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium tetrafluoroborate,
N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium tetrafluoroborate,
1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate 1-butyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate,
1-hexylpyridinium hexafluorophosphate,
1-methyl-1-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,
1-methyl-1-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,
N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,
N, N-diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium hexafluorophosphate,
N, N, N-trimethyl-N-propylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide.
これらイオン性液体は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。 These ionic liquids can be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも、1−メチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(以下、単に「EMI−TFSI」とも称する)、またはN−メチル−N−プロピルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(以下、単に「Py13−FSI」とも称する)がより好ましい。 Among these, 1-methyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (hereinafter also simply referred to as “EMI-TFSI”), or N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Hereinafter, also simply referred to as “Py13-FSI”) is more preferable.
イオン性液体の製造方法としては、例えば、有機アミンにハロゲン化アルキルを付加させてイオン液体を製造する方法や、この後さらに目的のアニオンを有する塩を用いてアニオン交換反応を行なう製造方法が挙げられる。また、有機アミンと目的のアニオンを有する酸とを、中和させることにより製造する方法もある。イオン性液体の製造方法はこれら以外の製造方法であってもよく、また、イオン性液体は市販品を用いてもよい。 Examples of the production method of the ionic liquid include a method of producing an ionic liquid by adding an alkyl halide to an organic amine, and a production method of further performing an anion exchange reaction using a salt having a target anion. It is done. There is also a method of producing by neutralizing an organic amine and an acid having a target anion. The production method of the ionic liquid may be a production method other than these, and a commercially available product may be used as the ionic liquid.
[電解質塩]
電解質塩(リチウム塩)としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiAlCl4、Li2B10Cl10等の無機酸陰イオン塩、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。
[Electrolyte salt]
As the electrolyte salt (lithium salt), for example, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiAlCl 4, Li 2 B 10 Cl 10 inorganic acid anion salts such as, LiCF 3 SO 3, Li ( Examples thereof include organic acid anion salts such as CF 3 SO 2 ) 2 N and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N.
電解質塩の濃度は、0.1〜2.0Mであることが好ましく、0.8〜1.2Mであることがより好ましい。 The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.1 to 2.0M, and more preferably 0.8 to 1.2M.
[添加剤]
電解質は、上記イオン性液体、電解質塩(リチウム塩)以外に、さらに添加剤を含んでもよい。添加剤を含むことにより、高レートでの充放電特性およびサイクル特性がより向上しうる。
[Additive]
The electrolyte may further contain an additive in addition to the ionic liquid and the electrolyte salt (lithium salt). By including an additive, charge / discharge characteristics and cycle characteristics at a high rate can be further improved.
添加剤の具体的な例としては、例えば、ビニレンカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、メチルジグライム、スルホラン、トリメチルホスフェイト、トリエチルホスフェイト、メトキシメチルエチルカーボネート、フッ素化エチレンカーボネートなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。 Specific examples of the additive include, for example, vinylene carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyllactone, γ-valerolactone, methyl diglyme, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, methoxymethyl ethyl carbonate, Examples thereof include fluorinated ethylene carbonate. These may be used alone or in combination of two or more.
添加剤を使用する場合の使用量は、イオン性液体に対して、好ましくは0.5〜10質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。 The amount of the additive used is preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the ionic liquid.
イオン性液体、リチウム塩、および必要に応じて添加剤を含む電解質の調製方法は、特に制限されず、例えば、イオン性液体、リチウム塩、および添加剤を順次に混合する方法、イオン性液体、リチウム塩、および添加剤を一度に混合する方法などが挙げられる。 The method for preparing an electrolyte containing an ionic liquid, a lithium salt, and, if necessary, an additive is not particularly limited. For example, a method of sequentially mixing an ionic liquid, a lithium salt, and an additive, an ionic liquid, Examples include a method of mixing a lithium salt and an additive at a time.
上記で説明した非水電解質二次電池は、セパレータおよび電解質の構成に特徴を有する。以下、その他の主要な構成部材について説明する。 The non-aqueous electrolyte secondary battery described above is characterized by the configuration of the separator and the electrolyte. Hereinafter, other main components will be described.
(集電体)
集電体は導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。
(Current collector)
The current collector is made of a conductive material. The size of the current collector is determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used. There is no particular limitation on the thickness of the current collector. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm.
集電体を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅が好ましい。 There is no particular limitation on the material constituting the current collector. For example, a metal or a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material can be employed. Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, and copper. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum, stainless steel, and copper are preferable from the viewpoints of electronic conductivity and battery operating potential.
また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。 Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.
非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン(PE;高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)など)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、またはポリスチレン(PS)などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 Non-conductive polymer materials include, for example, polyethylene (PE; high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), etc.), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyamide (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), polyacrylonitrile (PAN), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) , Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVdF), or polystyrene (PS). Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.
上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。 A conductive filler may be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin. The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing. The conductive carbon is not particularly limited, but is at least selected from the group consisting of acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. It is preferable that 1 type is included. The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass.
(活物質層)
[正極(正極活物質層)および負極(負極活物質層)]
活物質層13または15は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
(Active material layer)
[Positive electrode (positive electrode active material layer) and negative electrode (negative electrode active material layer)]
The
正極活物質層13は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni−Co−Mn)O2およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
The positive electrode
負極活物質層15は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、Li4Ti5O12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
The negative electrode
各活物質層13、15に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmである。
The average particle diameter of each active material contained in each
正極活物質層13および負極活物質層15は、バインダを含む。
The positive electrode
活物質層に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。 Although it does not specifically limit as a binder used for an active material layer, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene-butadiene rubber (SBR) ), Isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof, styrene / isoprene / styrene block copolymer and hydrogenated product thereof Thermoplastic polymers such as products, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FE) ), Tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) , Fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene Fluoro rubber (VDF-PFP-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber Examples thereof include vinylidene fluoride-based fluororubber such as (VDF-CTFE-based fluororubber), an epoxy resin, and the like. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two.
活物質層中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。 The amount of the binder contained in the active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but is preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the active material layer. Yes, more preferably 1 to 10% by mass.
また、活物質層は、イオン性液体、電解質塩、および必要に応じて添加剤を含む電解質を含んでいる。電解質の具体的な例は、上述の通りであるため、ここでは説明を省略する。 The active material layer contains an electrolyte containing an ionic liquid, an electrolyte salt, and, if necessary, an additive. Since specific examples of the electrolyte are as described above, description thereof is omitted here.
さらに、活物質層に含まれうる他の添加剤としては、例えば、導電助剤が挙げられる。 Furthermore, as another additive that can be included in the active material layer, for example, a conductive additive can be mentioned.
導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。 The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and vapor grown carbon fiber. When the active material layer contains a conductive additive, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement of the output characteristics of the battery.
正極活物質層および負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。各活物質層の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。 The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is not particularly limited. The mixing ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about the non-aqueous solvent secondary battery. The thickness of each active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. For example, the thickness of each active material layer is about 2 to 100 μm.
(最外層集電体)
最外層集電体の材質としては、例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。電気の取り出しやすさの観点からは、好適には金属材料が用いられる。具体的には、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。
(Outermost layer current collector)
As the material of the outermost layer current collector, for example, a metal or a conductive polymer can be adopted. From the viewpoint of ease of taking out electricity, a metal material is preferably used. Specifically, metal materials, such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned, for example. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum and copper are preferable from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential.
(タブおよびリード)
電池外部に電流を取り出す目的で、タブを用いてもよい。タブは最外層集電体や集電板に電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
(Tabs and leads)
A tab may be used for the purpose of taking out the current outside the battery. The tab is electrically connected to the outermost layer current collector or current collector plate, and is taken out of the laminate sheet which is a battery exterior material.
タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。 The material which comprises a tab in particular is not restrict | limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a tab for lithium ion secondary batteries can be used. As a constituent material of the tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), and alloys thereof are preferable, and aluminum, copper, and the like are more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. Is preferred. Note that the same material may be used for the positive electrode tab and the negative electrode tab, or different materials may be used.
正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材29から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
The positive terminal lead and the negative terminal lead are also used as necessary. As the material of the positive terminal lead and the negative terminal lead, a terminal lead used in a known lithium ion secondary battery can be used. It should be noted that the part taken out from the battery
(電池外装材)
電池外装材29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素(電池要素)を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。
(Battery exterior material)
As the
(絶縁部)
絶縁部31は、電解質層17からの電解液の漏れによる液絡を防止する。また、絶縁部31は、電池内で隣り合う集電体どうしが接触したり、発電要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。
(Insulation part)
The insulating
絶縁部31を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性(密封性)、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよい。例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ(製膜性)、経済性などの観点から、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂が、絶縁部31の構成材料として好ましく用いられる。
The material constituting the insulating
なお、上記の非水電解質二次電池は、従来公知の製造方法により製造することができる。 In addition, said non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured with a conventionally well-known manufacturing method.
<非水電解質二次電池の外観構成>
図6は、非水電解質二次電池の代表的な実施形態である積層型の扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
<External configuration of nonaqueous electrolyte secondary battery>
FIG. 6 is a perspective view showing the appearance of a stacked flat lithium ion secondary battery which is a typical embodiment of a nonaqueous electrolyte secondary battery.
図6に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池50では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ58、負極タブ59が引き出されている。発電要素(電池要素)57は、リチウムイオン二次電池50の電池外装材52によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素(電池要素)57は、正極タブ58および負極タブ59を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素(電池要素)57は、先に説明した図1および図2に示す非水電解質二次電池10の発電要素(電池要素)21に相当するものである。発電要素(電池要素)57は、正極(正極活物質層)13、電解質層17および負極(負極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。
As shown in FIG. 6, the laminated flat lithium ion
なお、上記リチウムイオン電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。好ましくは、発電要素(電池要素)がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化が達成されうる。 The lithium ion battery is not limited to a laminated flat shape, and a wound lithium ion battery may have a cylindrical shape, or such a cylindrical shape. There is no particular limitation such that the object may be deformed into a rectangular flat shape. In the said cylindrical shape thing, a laminate film may be used for the exterior material, and the conventional cylindrical can (metal can) may be used, for example, It does not restrict | limit. Preferably, the power generation element (battery element) is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction can be achieved.
また、図6に示すタブ58、59の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ58と負極タブ59とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ58と負極タブ59をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図6に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。
6 is not particularly limited, and the
上記リチウムイオン電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。 The lithium ion battery is suitable as a power source for driving a vehicle or an auxiliary power source that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source for an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, a hybrid fuel cell vehicle, etc. Can be used.
<組電池>
組電池は、上記非水電解質二次電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
<Battery assembly>
The assembled battery is formed by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series.
図7は、組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図7Aは組電池の平面図であり、図7Bは組電池の正面図であり、図7Cは組電池の側面図である。 7 is an external view of a typical embodiment of an assembled battery, FIG. 7A is a plan view of the assembled battery, FIG. 7B is a front view of the assembled battery, and FIG. 7C is a side view of the assembled battery. is there.
図7に示すように、組電池300は、非水電解質二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池250を形成する。この装脱着可能な小型の組電池250をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池300を形成することもできる。図7Aは、組電池の平面図、図7Bは正面図、図7Cは側面図を示しているが、作成した装脱着可能な小型の組電池250は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池250は接続治具310を用いて複数段積層される。何個の非水電解質二次電池を接続して組電池250を作製するか、また、何段の組電池250を積層して組電池300を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。
As shown in FIG. 7, the assembled
<車両>
車両は、上記非水電解質二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、非水電解質二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。非水電解質二次電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることにより高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
<Vehicle>
A vehicle is equipped with the non-aqueous electrolyte secondary battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these. Since a long-life battery excellent in long-term reliability and output characteristics can be configured, a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage and an electric vehicle having a long charge mileage can be formed by installing such a battery. In other words, the non-aqueous electrolyte secondary battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these can be used as a power source for driving the vehicle. A non-aqueous electrolyte secondary battery or a combination battery composed of a plurality of these is used, for example, in the case of automobiles, such as hybrid cars, fuel cell cars, electric cars (all automobiles such as automobiles, trucks, buses, etc. (In addition to automobiles, etc.), motorcycles (including motorcycles) and tricycles) can be used to provide a long-life and highly reliable automobile. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.
図8は、組電池を搭載した車両の概念図である。 FIG. 8 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with an assembled battery.
図8に示したように、組電池300を電気自動車400のような車両に搭載するには、電気自動車400の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池300を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池300を用いた電気自動車400は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。
As shown in FIG. 8, in order to mount the assembled
本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。 The present invention will be described in further detail using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.
(実施例1)
1.ポリマーがグラフトされたセパレータの作製
基材であるポリエチレン製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランを重合開始剤として用い、アクリル酸 1.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)。重合はトルエン中、60℃で24時間行い、グラフトポリマー鎖を形成した(アクリル酸から形成されたグラフトポリマーを、本明細書では「親水性ポリマー1」とも称する)。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
Example 1
1. Production of Polymer-Grafted Separator A polyethylene separator as a base material was immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxy was deposited on the surface of the separator. Silyl) hexyl was immobilized. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put into toluene, and 1.5 g of acrylic acid was polymerized by an atom transfer radical polymerization method using 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane as a polymerization initiator (polymerization initiator and monomer). The mass ratio is 5:95). The polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 24 hours to form a graft polymer chain (the graft polymer formed from acrylic acid is also referred to herein as “
2.電解質層の作製工程
電解液として、1.0M LiPF6を含有するPy13−FSIを用いた。上記セパレータを、電解液に40℃で減圧含浸させることで、電解質層(厚さ20μm)を得た。
2. Electrolyte Layer Fabrication Step Py13-FSI containing 1.0 M LiPF 6 was used as the electrolyte. An electrolyte layer (thickness 20 μm) was obtained by impregnating the separator with an electrolytic solution at 40 ° C. under reduced pressure.
3.正極層の形成工程
正極活物質として、LiMn2O4(平均粒子径:10μm)85質量%、導電助剤としてアセチレンブラック 5質量%、およびバインダとしてPVdF 10質量%からなる固形分を用意した。この固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極スラリーを作製した。
3. Step of forming positive electrode layer As a positive electrode active material, a solid content of 85% by mass of LiMn 2 O 4 (average particle size: 10 μm), 5% by mass of acetylene black as a conductive additive, and 10% by mass of PVdF as a binder was prepared. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the solid content to prepare a positive electrode slurry.
上記正極スラリーを、集電体であるステンレス箔の片側に塗布し乾燥させて正極層を形成した。この正極層の厚みが片面で36μmになるようにプレスを行った。 The positive electrode slurry was applied to one side of a stainless steel foil as a current collector and dried to form a positive electrode layer. Pressing was performed so that the thickness of this positive electrode layer was 36 μm on one side.
4.負極層の形成および双極型電極の完成工程
負極活物質として、ハードカーボン(平均粒子径:10μm)90質量%およびバインダとしてPVdF 10質量%からなる固形分に対し、スラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量添加して、負極スラリーを作製した。
4). Formation of negative electrode layer and completion process of bipolar electrode NMP, which is a slurry viscosity adjusting solvent, is used as a negative electrode active material with respect to a solid content of 90% by mass of hard carbon (average particle size: 10 μm) and 10% by mass of PVdF as a binder. An appropriate amount was added to prepare a negative electrode slurry.
上記負極スラリーを、片面に正極層が形成された上記集電体の、正極層が形成されていない面に塗布し乾燥させて負極層を形成した。負極層の厚みは片面で30μmになるようにプレスを行った。これにより集電体の片面に正極層、もう一方の片面に負極層が形成された双極型電極を形成した。 The negative electrode slurry was applied to the surface of the current collector on which one side of the positive electrode layer was formed, on which the positive electrode layer was not formed, and dried to form a negative electrode layer. Pressing was performed so that the thickness of the negative electrode layer was 30 μm on one side. This formed a bipolar electrode in which a positive electrode layer was formed on one side of the current collector and a negative electrode layer was formed on the other side.
得られた双極型電極を140mm×90mmに切断し、電極の周辺部10mmはあらかじめ電極層(正極層、負極層ともに)を塗布していない部分のあるものを作成した。これにより、120mm×70mmの電極部と、周辺部に10mmのシールしろができた双極型電極を作製した。 The obtained bipolar electrode was cut into 140 mm × 90 mm, and the peripheral portion of the electrode 10 mm was prepared with a portion where no electrode layer (both positive electrode layer and negative electrode layer) was previously applied. As a result, a bipolar electrode having a 120 mm × 70 mm electrode portion and a 10 mm seal margin in the peripheral portion was produced.
上記電解液(1.0M LiPF6を含有するN−メチル−N−プロピルピロリジウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を、双極型電極両面の正極層および負極層の電極部の全面に塗布することにより、電解質の染み込んだ双極型電極を完成させた。なお、正極層の厚さは36μm、負極層の厚さは30μmのままであった。 Applying the electrolytic solution (N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide containing 1.0M LiPF 6 ) to the entire surface of the positive electrode layer and the negative electrode layer on both sides of the bipolar electrode. Thus, a bipolar electrode infiltrated with electrolyte was completed. Note that the thickness of the positive electrode layer remained 36 μm, and the thickness of the negative electrode layer remained 30 μm.
5.積層工程
上記で得られた双極型電極の正極層上に電解質層をのせ、その周りに幅12mmm厚さ100μmのポリエチレン製フィルムをおきシール材とした。このような双極型電極を6層積層したのちにシール材を上下からプレス(熱と圧力)をかけ融着し、各層をシールして(プレス条件:0.2MPa、160℃、5s)、シール部を形成した。
5). Lamination Step An electrolyte layer was placed on the positive electrode layer of the bipolar electrode obtained above, and a polyethylene film having a width of 12 mm and a thickness of 100 μm was placed around it as a sealing material. After laminating 6 layers of such bipolar electrodes, the sealing material is pressed (heat and pressure) from above and below, and each layer is sealed (press conditions: 0.2 MPa, 160 ° C., 5 s) to seal Part was formed.
得られた電池要素の投影面全体を覆うことのできる130mm×80mmの100μm厚さのAl板(電極集電板)の一部が、電池要素の投影面外部まで伸びている部分(電極タブ:幅20mm)がある電極集電板(強電端子)を作製した。この集電板で電池要素を挟み込みこれらを覆うように、電池外装材としてアルミニウムを含むラミネートフィルムで真空密封し、これにより電池要素全体が、大気圧で両面が押され加圧された。そして、電極集電板−電池要素間の接触が高められた5直構造(5セルが直列に接続された構成)の双極型二次電池が完成した。 A part (electrode tab: electrode tab: part of a 130 μm × 80 mm 100 μm thick Al plate (electrode current collector plate) that can cover the entire projection surface of the obtained battery element. An electrode current collector (high voltage terminal) having a width of 20 mm was produced. The battery element was sandwiched between and covered with the current collector plate, and was vacuum-sealed with a laminate film containing aluminum as a battery exterior material, whereby both sides of the battery element were pressed and pressurized at atmospheric pressure. Then, a bipolar secondary battery having a five-line structure (a structure in which five cells are connected in series) with improved contact between the electrode current collector plate and the battery element was completed.
(実施例2)
電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用したこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 2)
A bipolar secondary battery in the same manner as in Example 1 except that a mixed solvent of Py13-FSI (99% by mass) and vinylene carbonate (1% by mass) as an additive was used as a solvent for the electrolytic solution. Was completed. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 1.0 chain / nm 2 .
(実施例3)
セパレータの基材としてアラミド樹脂製セパレータを用いたこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 3)
A bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1 except that an aramid resin separator was used as the separator substrate. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 1.0 chain / nm 2 .
(実施例4)
セパレータの基材としてアラミド樹脂製セパレータを用い、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。これらのこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
Example 4
A separator made of an aramid resin was used as the separator substrate, and a mixed solvent of Py13-FSI (99% by mass) and vinylene carbonate (1% by mass) as an additive was used as a solvent for the electrolytic solution. Except for these, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 1.0 chain / nm 2 .
(実施例5)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランを重合開始剤として用い、メタクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)を原子移動ラジカル重合法により重合させた。重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95であった。重合はトルエン中、60℃で24時間行い、セパレータ上にグラフトポリマー鎖を形成した(メタクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)から形成したグラフトポリマーを、本明細書では「親水性ポリマー2」とも称する)。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は350,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 5)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator is put in toluene, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane is used as a polymerization initiator, and methacrylic acid (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl) is atomized. Polymerization was performed by a transfer radical polymerization method. The mass ratio of the polymerization initiator to the monomer was 5:95. The polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 24 hours, and a graft polymer chain was formed on the separator (the graft polymer formed from methacrylic acid (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl) (Also referred to as “hydrophilic polymer 2”). The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 350,000, and the graft density of the graft polymer was 1.0 chain / nm 2 .
これ以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 Other than this, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1.
(実施例6)
電解液の溶媒としてEMI−TFSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。これ以外は、実施例5と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は350,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 6)
A mixed solvent of EMI-TFSI (99% by mass) and vinylene carbonate (1% by mass) as an additive was used as a solvent for the electrolytic solution. Except for this, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 5. The weight average molecular weight of the graft polymer chains 350,000, the graft density of the graft polymer chains was 1.0 chain / nm 2.
(実施例7)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランを重合開始剤として用い、アクリル酸 0.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた。重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95であった。重合はトルエン中、60℃で12時間行い、セパレータ上に親水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。次いで、メタクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル) 0.5gを60℃、12時間重合させ、セパレータ上に親水性ポリマー2のポリマー鎖を導入した。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は210,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2(親水性ポリマー1のグラフト密度は0.5鎖/nm2、親水性ポリマー2のグラフト密度は0.5鎖/nm2)であった。
(Example 7)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put in toluene, and 0.5 g of acrylic acid was polymerized by an atom transfer radical polymerization method using 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane as a polymerization initiator. The mass ratio of the polymerization initiator to the monomer was 5:95. Polymerization was performed in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of
また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。 Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution.
上記以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 A bipolar secondary battery was completed in the same manner as Example 1 except for the above.
(実施例8)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランを重合開始剤として用い、メタクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル) 0.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた。重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95であった。重合はトルエン中、60℃で12時間行い、セパレータ上に親水性ポリマー2のポリマー鎖を導入した。次いで、重合開始剤である過酸化ベンゾイルとスチレン 0.5gとを反応系内に追加した。重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95であった。重合を60℃で12時間行い、セパレータ上にポリスチレンのポリマー鎖を導入した。これ以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は180,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2(親水性ポリマー2のグラフト密度は0.5鎖/nm2、ポリスチレンのグラフト密度は0.5鎖/nm2)であった。なお、本明細書では、スチレンから形成したグラフトポリマーを、「疎水性ポリマー1」とも称する。
(Example 8)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put in toluene, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane was used as a polymerization initiator, and methacrylic acid (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl). 5 g was polymerized by an atom transfer radical polymerization method. The mass ratio of the polymerization initiator to the monomer was 5:95. Polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of hydrophilic polymer 2 was introduced onto the separator. Next, benzoyl peroxide as a polymerization initiator and 0.5 g of styrene were added to the reaction system. The mass ratio of the polymerization initiator to the monomer was 5:95. Polymerization was carried out at 60 ° C. for 12 hours, and polystyrene polymer chains were introduced onto the separator. Other than this, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1. The weight average molecular weight of the graft polymer chain is 180,000, the graft density of the graft polymer is 1.0 chain / nm 2 (the graft density of hydrophilic polymer 2 is 0.5 chain / nm 2 , and the graft density of polystyrene is 0.00. 5 chains / nm 2 ). In the present specification, the graft polymer formed from styrene is also referred to as “
また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。 Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution.
上記以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 A bipolar secondary battery was completed in the same manner as Example 1 except for the above.
(実施例9)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランを重合開始剤として用い、アクリル酸 0.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた。重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95であった。重合はトルエン中、60℃で12時間行い、セパレータ上に親水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。次いで、重合開始剤である2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランとメタクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)0.5gとを反応系内に追加した。重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95であった。重合を60℃で12時間行い、親水性ポリマー1のポリマー鎖を伸長させるようにして親水性ポリマー2のポリマー鎖を導入した。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は240,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
Example 9
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put in toluene, and 0.5 g of acrylic acid was polymerized by an atom transfer radical polymerization method using 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane as a polymerization initiator. The mass ratio of the polymerization initiator to the monomer was 5:95. Polymerization was performed in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of
また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。 Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution.
上記以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 A bipolar secondary battery was completed in the same manner as Example 1 except for the above.
(実施例10)
先にメタクリル酸(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)を重合させ、後からアクリル酸を重合させたこと以外は、実施例9と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は220,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 10)
A bipolar secondary battery was prepared in the same manner as in Example 9 except that methacrylic acid (2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl) was polymerized first and acrylic acid was polymerized later. Completed. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 220,000, and the graft density of the graft polymer chain was 1.0 chain / nm 2 .
(実施例11)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、過酸化ベンゾイルを重合開始剤として用い、スチレンを原子移動ラジカル重合法により重合させた(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)。重合はトルエン中、60℃で12時間行い、セパレータ上に親水性ポリマー2のポリマー鎖を導入した。次いで、重合開始剤である2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランと、アクリル酸 0.5gとを反応系内に追加した。重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95であった。重合はトルエン中、60℃で12時間行い、疎水性ポリマー1のポリマー鎖を伸長させるようにして親水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は160,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 11)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put in toluene, benzoyl peroxide was used as a polymerization initiator, and styrene was polymerized by an atom transfer radical polymerization method (mass ratio of polymerization initiator to monomer was 5:95). Polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of hydrophilic polymer 2 was introduced onto the separator. Next, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane, which is a polymerization initiator, and 0.5 g of acrylic acid were added to the reaction system. The mass ratio of the polymerization initiator to the monomer was 5:95. The polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of the
また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。 Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution.
上記以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 A bipolar secondary battery was completed in the same manner as Example 1 except for the above.
(実施例12)
セパレータの基材としてシリコーン分散ポリエチレン製セパレータを用いたこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 12)
A bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1 except that a silicone-dispersed polyethylene separator was used as the separator substrate. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 1.0 chain / nm 2 .
(実施例13)
セパレータの基材としてシリコーン分散ポリエチレン製セパレータを用い、また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。これらのこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 13)
A separator made of silicone-dispersed polyethylene was used as the separator substrate, and a mixed solvent of Py13-FSI (99% by mass) and vinylene carbonate (1% by mass) as an additive was used as a solvent for the electrolytic solution. Except for these, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 1.0 chain / nm 2 .
(実施例14)
アクリル酸の使用量を0.75gとし、アクリル酸の重合時間を15時間とし、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。これらのこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、0.5鎖/nm2であった。
(Example 14)
The amount of acrylic acid used is 0.75 g, the polymerization time of acrylic acid is 15 hours, the solvent of the electrolyte solution is Py13-FSI (99% by mass) and vinylene carbonate (1% by mass) as an additive. A mixed solvent was used. Except for these, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 0.5 chain / nm 2 .
(実施例15)
アクリル酸の使用量を0.15gとし、アクリル酸の重合時間を4時間とし、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。これらのこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、0.1鎖/nm2であった。
(Example 15)
The amount of acrylic acid used is 0.15 g, the polymerization time of acrylic acid is 4 hours, and Py13-FSI (99% by mass) and vinylene carbonate (1% by mass) as an additive are used as a solvent for the electrolytic solution. A mixed solvent was used. Except for these, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 0.1 chain / nm 2 .
(実施例16)
アクリル酸の使用量を0.015gとし、アクリル酸の重合時間を2時間とし、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。これらのこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、0.01鎖/nm2であった。
(Example 16)
The amount of acrylic acid used is 0.015 g, the polymerization time of acrylic acid is 2 hours, the solvent of the electrolytic solution is Py13-FSI (99% by mass) and vinylene carbonate (1% by mass) as an additive. A mixed solvent was used. Except for these, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 0.01 chain / nm 2 .
(実施例17)
セパレータの基材としてポリエチレン製セパレータを用い、アクリル酸の使用量を0.012gとし、アクリル酸の重合時間を30分とした。また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。これらのこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は250,000、グラフトポリマー鎖のグラフト密度は、0.008鎖/nm2であった。
(Example 17)
A polyethylene separator was used as the separator substrate, the amount of acrylic acid used was 0.012 g, and the polymerization time of acrylic acid was 30 minutes. Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution. Except for these, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1. The weight average molecular weight of the graft polymer chain was 250,000, and the graft density of the graft polymer chain was 0.008 chain / nm 2 .
(実施例18)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロシランを重合開始剤として用い、アクリル酸 0.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)。重合はトルエン中、60℃、12時間行い、セパレータ上に親水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。次いで、重合開始剤である過酸化ベンゾイルとスチレン 0.5gとを反応系内に追加した(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)。重合はトルエン中、60℃で12時間行い、親水性ポリマー1のポリマー鎖を伸長させるようにして疎水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は170,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Example 18)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put into toluene, and 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane was used as a polymerization initiator, and 0.5 g of acrylic acid was polymerized by an atom transfer radical polymerization method (polymerization initiator and monomer). The mass ratio is 5:95). Polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of
また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。 Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution.
これ以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 Other than this, a bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1.
(比較例1)
グラフトポリマー鎖が形成されていないポリエチレン製セパレータを用いたこと以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。
(Comparative Example 1)
A bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 1 except that a polyethylene separator having no graft polymer chain was used.
(比較例2)
グラフトポリマー鎖が形成されていないシリコーン分散ポリエチレン製セパレータを用いたこと以外は、実施例2と同様にして双極型二次電池を完成させた。
(Comparative Example 2)
A bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 2 except that a silicone-dispersed polyethylene separator in which no graft polymer chain was formed was used.
(比較例3)
グラフトポリマー鎖が形成されていないアラミド樹脂製セパレータを用いたこと以外は、実施例3と同様にして双極型二次電池を完成させた。
(Comparative Example 3)
A bipolar secondary battery was completed in the same manner as in Example 3 except that an aramid resin separator having no graft polymer chain was used.
(比較例4)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、過酸化ベンゾイルを重合開始剤として用い、スチレン 0.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)。重合はトルエン中、60℃、12時間行い、セパレータ上に疎水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は150,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Comparative Example 4)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put into toluene, benzoyl peroxide was used as a polymerization initiator, and 0.5 g of styrene was polymerized by an atom transfer radical polymerization method (mass ratio of polymerization initiator to monomer was 5:95). The polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of the
上記以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 A bipolar secondary battery was completed in the same manner as Example 1 except for the above.
(比較例5)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、過酸化ベンゾイルを重合開始剤として用い、スチレン 0.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)。重合はトルエン中、60℃、12時間行い、セパレータ上に疎水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。次いで、テトラフルオロエチレン 0.5gを、60℃で12時間重合させ、セパレータ上にポリテトラフルオロエチレンのポリマー鎖を導入した。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は130,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2(親水性ポリマー2のグラフト密度は0.5鎖/nm2、ポリテトラフルオロエチレンのグラフト密度は0.5鎖/nm2)であった。なお、本明細書では、テトラフルオロエチレンから形成したグラフトポリマー(ポリテトラフルオロエチレン)を、「疎水性ポリマー2」とも称する。
(Comparative Example 5)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put into toluene, benzoyl peroxide was used as a polymerization initiator, and 0.5 g of styrene was polymerized by an atom transfer radical polymerization method (mass ratio of polymerization initiator to monomer was 5:95). The polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of the
また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。 Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution.
上記以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 A bipolar secondary battery was completed in the same manner as Example 1 except for the above.
(比較例6)
基材であるアラミド樹脂製セパレータを、2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルのトルエン溶液に浸漬し、セパレータの表面に2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルを固定化させた。固定化した2−ブロモイソ酪酸(6−トリエトキシシリル)へキシルの量は、セパレータに対して10質量%の量であった。次に、このセパレータをトルエンに入れ、過酸化ベンゾイルを重合開始剤として用い、スチレン 0.5gを原子移動ラジカル重合法により重合させた(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)。重合はトルエン中、60℃、12時間行い、セパレータ上に疎水性ポリマー1のポリマー鎖を導入した。次いで、重合開始剤である過酸化ベンゾイルとテトラフルオロエチレン 0.5gとを反応系内に追加し(重合開始剤とモノマーとの質量比は5:95)、60℃、12時間重合させ、疎水性ポリマー1のポリマー鎖を伸長させるようにして疎水性ポリマー2のポリマー鎖を導入した。グラフトポリマー鎖の重量平均分子量は130,000、グラフトポリマーのグラフト密度は、1.0鎖/nm2であった。
(Comparative Example 6)
The base aramid resin separator is immersed in a toluene solution of 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl, and 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl is immobilized on the surface of the separator. I let you. The amount of immobilized 2-bromoisobutyric acid (6-triethoxysilyl) hexyl was 10% by mass relative to the separator. Next, this separator was put into toluene, benzoyl peroxide was used as a polymerization initiator, and 0.5 g of styrene was polymerized by an atom transfer radical polymerization method (mass ratio of polymerization initiator to monomer was 5:95). The polymerization was carried out in toluene at 60 ° C. for 12 hours, and the polymer chain of the
また、電解液の溶媒として、Py13−FSI(99質量%)と、添加剤であるビニレンカーボネート(1質量%)との混合溶媒を使用した。 Moreover, the mixed solvent of Py13-FSI (99 mass%) and the vinylene carbonate (1 mass%) which is an additive was used as a solvent of electrolyte solution.
上記以外は、実施例1と同様にして双極型二次電池を完成させた。 A bipolar secondary battery was completed in the same manner as Example 1 except for the above.
(評価)
レート特性は、通常用いられる電解液(1.0M LiPF6、エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=2/3)の0.2Cの値を1とした時の相対値を求めた。また、サイクル特性は、0.2C、20サイクル目の放電容量を測定した。表1のサイクル特性のデータは、1回目の放電容量を100%とした時の相対値である。
(Evaluation)
For the rate characteristics, a relative value was obtained when the value of 0.2 C of a commonly used electrolyte (1.0 M LiPF 6 , ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate (DEC) = 2/3) was set to 1. As for cycle characteristics, 0.2 C, the discharge capacity at the 20th cycle was measured. The data of the cycle characteristics in Table 1 are relative values when the first discharge capacity is 100%.
評価結果を下記表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1 below.
親水性ポリマーの種類の比較では、親水性ポリマー2の方が親水性が強く、かつ電気化学的安定性が良いため、レート特性およびサイクル特性が向上した(実施例4、5)。イオン性液体の種類で比較すると、EMI−TFSIに比べて、Py13−FSIの方が粘度が低く、かつ電気化学的安定性が優れるためレート特性およびサイクル特性が向上した(実施例5、6)。また、グラフト密度が大きいほど、レート特性およびサイクル特性が向上した(実施例4、実施例14〜17)。 In the comparison of the types of hydrophilic polymers, since the hydrophilic polymer 2 has stronger hydrophilicity and better electrochemical stability, rate characteristics and cycle characteristics were improved (Examples 4 and 5). Compared with the type of ionic liquid, Py13-FSI has lower viscosity and better electrochemical stability than EMI-TFSI, so that rate characteristics and cycle characteristics are improved (Examples 5 and 6). . Moreover, rate characteristics and cycle characteristics improved as the graft density increased (Example 4, Examples 14 to 17).
実施例7は、グラフトポリマー鎖が親水性ポリマー1のみの実施例4と、グラフトポリマー鎖が親水性ポリマー2のみの実施例5との間の性能となった。また、実施例7と実施例8とを比較すると、疎水性ポリマー鎖を有していない実施例7のほうが性能は優れていた。
In Example 7, the performance was between Example 4 in which the graft polymer chain was only
グラフトポリマー鎖がジブロックコポリマー構造である場合を比較すると、親水性が強い親水性ポリマー2がセパレータと離間する側にある方が性能は優れていた(実施例9〜11)。さらに、グラフトポリマー鎖がホモポリマー鎖のみであるよりもジブロックコポリマー構造のほうがより性能は優れていた(実施例7、9)。 Comparing the case where the graft polymer chain has a diblock copolymer structure, the performance was better when the hydrophilic polymer 2 having a strong hydrophilicity was on the side away from the separator (Examples 9 to 11). Furthermore, the performance of the diblock copolymer structure was superior to that of the graft polymer chain having only the homopolymer chain (Examples 7 and 9).
添加剤有無の比較では、添加剤を加えたほうが、レート特性およびサイクル特性の両方において、性能が優れていた(実施例1〜4、実施例12〜13)。 In the comparison of the presence or absence of the additive, the performance was superior in both rate characteristics and cycle characteristics when the additive was added (Examples 1 to 4 and Examples 12 to 13).
10a、10b、50 非水電解質二次電池、
11 集電体、
11a 正極側の最外層集電体、
11b 負極側の最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21、57 発電要素、
23 双極型電極、
25 正極集電板、
27 負極集電板、
29 ラミネートフィルム、
31 シール部、
40a、40b、40c セパレータ、
41a、41b、41c 溶媒拡散層、
42、43 親水性を有するグラフトポリマー鎖、
44 疎水性を有するグラフトポリマー鎖、
46a、46b、46c セパレータの基材、
48 リチウム塩を伴ったイオン性液体(電解質)、
52 電池外装材、
58 正極タブ、
59 負極タブ、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
10a, 10b, 50 non-aqueous electrolyte secondary battery,
11 Current collector,
11a The outermost layer current collector on the positive electrode side,
11b The outermost layer current collector on the negative electrode side,
13 positive electrode active material layer,
15 negative electrode active material layer,
17 electrolyte layer,
19 cell layer,
21, 57 power generation element,
23 Bipolar electrode,
25 positive current collector,
27 negative current collector,
29 Laminated film,
31 seal part,
40a, 40b, 40c separators,
41a, 41b, 41c solvent diffusion layer,
42, 43 Graft polymer chain having hydrophilicity,
44 Graft polymer chain having hydrophobicity,
46a, 46b, 46c separator base material,
48 Ionic liquid (electrolyte) with lithium salt,
52 Battery exterior material,
58 positive electrode tab,
59 Negative electrode tab,
250 small battery pack,
300 battery packs,
310 connection jig,
400 Electric car.
Claims (5)
集電体の表面に負極活物質および電解質を含む負極活物質層が形成されてなる負極と、が電解質を含むセパレータを介して積層されてなる単電池層を含む電池要素を有する非水電解質二次電池であって、
前記電解質がイオン性液体とリチウム塩とを含み、
前記セパレータの表面に親水性を有するグラフトポリマー鎖を含む溶媒拡散層が形成される、非水電解質二次電池。 A positive electrode in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and an electrolyte is formed on the surface of a current collector;
A non-aqueous electrolyte having a battery element including a single battery layer in which a negative electrode formed by forming a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material and an electrolyte on a surface of a current collector, and a separator containing an electrolyte A secondary battery,
The electrolyte includes an ionic liquid and a lithium salt;
A non-aqueous electrolyte secondary battery in which a solvent diffusion layer including a hydrophilic graft polymer chain is formed on the surface of the separator.
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