JP2011515799A - 多孔性コーティング層がコートされたセパレータ及びこれを備えた電気化学素子 - Google Patents
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Abstract
本発明のセパレータは、無機物粒子を含む多孔性コーティング層の導入によって電気化学素子の寿命特性が低下し得る問題点を改善するだけでなく、電気化学素子の組立て工程において多孔性基材にコートされた多孔性コーティング層内の無機物粒子が脱離する恐れがある問題点をさらに改善して電気化学素子の安定性を向上させることができる。
Description
本発明のセパレータは、複数(多数)の気孔を有する多孔性基材;及び前記多孔性基材の少なくとも一面に形成(コート)されており、複数(多数)の無機物粒子及びバインダー高分子の混合物で形成された多孔性コーティング層を備えたセパレータであって、前記バインダー高分子は、35℃でアセトンに対して25重量%以上の溶解度を有する第1ポリビニリデンフルオライド系共重合体;35℃でアセトンに対して10重量%以下の溶解度を有する第2ポリビニリデンフルオライド系共重合体;及びシアノ基を有する高分子を含んでなるものである。
35℃でアセトンに対して40重量%の溶解度を有するポリビニリデンフルオライド‐ヘキサフルオロプロピレン(ヘキサフルオロプロピレン18モル%含有)、35℃でアセトンに対して5重量%の溶解度を有するポリビニリデンフルオライド‐クロロトリフルオロエチレン(クロロトリフルオロエチレン20モル%含有)及びシアノエチルプルランをそれぞれ8:2:2の重量比でアセトンに添加し、50℃で約12時間以上溶解させてバインダー高分子溶液を製造した。製造したバインダー高分子溶液に重量比9:1で混合したAl2O3及びBaTiO3粉末をバインダー高分子/無機物粒子=20/80重量比になるように添加し、12時間以上ボールミル法を利用して無機物粉末を破砕及び分散してスラリーを製造した。このように製造されたスラリーをディップコーティング法でポリエチレン/ポリプロピレン/ポリエチレンの多孔性膜にコート及び乾燥し、コーティング厚さは約5μm程度に調節した。
無機物粒子を添加せずに、バインダー高分子として実施例1で使われたポリビニリデンフルオライド‐クロロトリフルオロエチレンバインダーのみを使用して断面約1〜2mmでコートしたことを除いては、実施例1と同一に施した。ポリビニリデンフルオライド‐クロロトリフルオロエチレンバインダーのみでコートされたセパレータは、セルで優れた高温特性を示すので比較例として有用である。
バインダー高分子として実施例1で使われたポリビニリデンフルオライド‐ヘキサフルオロプロピレン及びシアノエチルプルランのみをそれぞれ10:2の重量比で使用したことを除いては、実施例1と同一に施した。
バインダー高分子として実施例1で使われたポリビニリデンフルオライド‐クロロトリフルオロエチレン及びシアノエチルプルランのみをそれぞれ10:2の重量比で使用したことを除いては、実施例1と同一に施した。
アノード活物質として炭素粉末、結合剤としてポリビニリデンフルオライド(PVdF)、導電材としてカーボンブラック(carbon black)をそれぞれ96重量%、3重量%、1重量%にして、溶剤であるN‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)に添加してアノード混合物スラリーを製造した。前記アノード混合物スラリーを、厚さが10μmであるアノード集電体である銅(Cu)薄膜に塗布、乾燥してアノードを製造した後、ロールプレスを行った。
カソード活物質としてリチウムマンガン複合酸化物90重量%、導電材としてカーボンブラック6重量%、結合剤としてPVdF 4重量%を溶剤であるN‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)に添加してカソード混合物スラリーを製造した。前記カソード混合物スラリーを、厚さが20μmであるカソード集電体であるアルミニウム(Al)薄膜に塗布、乾燥してカソードを製造した後、ロールプレスを行った。
前述の方法で製造した実施例1、比較例1及び比較例2の電池を初期充放電後、SOC 50%状態のセルを60℃のチャンバーに貯蔵し、2週単位でセルを取り出して25℃、SOC 50%でのパワー変化を図3に示す。
前述の方法で製造した実施例1、比較例1及び比較例2の電池(各3個)を初期充放電後、高温(45℃)で基本充放電を1C、1000回実施し、200回単位で25℃、SOC 50%でのパワー変化を図4に示す。
Claims (14)
- セパレータであって、
複数の気孔を有する多孔性基材と、
前記多孔性基材の少なくとも一面に形成されてなり、かつ、複数の無機物粒子及びバインダー高分子の混合物で形成されてなる、多孔性コーティング層とを備えてなるものであり、
前記バインダー高分子が、
35℃でアセトンに対して25重量%以上の溶解度を有する第1ポリビニリデンフルオライド系共重合体と、
35℃でアセトンに対して10重量%以下の溶解度を有する第2ポリビニリデンフルオライド系共重合体と、及び
シアノ基を有する高分子を含んでなるものである、セパレータ。 - 前記第1ポリビニリデンフルオライド系共重合体が、ポリビニリデンフルオライド‐ヘキサフルオロプロピレンである、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記第2ポリビニリデンフルオライド系共重合体が、ポリビニリデンフルオライド‐クロロトリフルオロエチレンである、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記第1ポリビニリデンフルオライド系共重合体、第2ポリビニリデンフルオライド系共重合体及びシアノ基を有する高分子の含量が、多孔性コーティング層の全体重量を基準にして、それぞれ5ないし30重量%、1ないし10重量%及び0.1ないし5重量%である、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記シアノ基を有する高分子が、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース及びシアノエチルスクロースからなる群より選択された何れか一種又は二種以上の混合物である、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記無機物粒子のサイズが、0.001ないし10μmである、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記無機物粒子が、誘電率定数が5以上である無機物粒子、リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子及びこれらの混合物からなる群より選択されるものである、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記誘電率定数が5以上である無機物粒子が、BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1−xLaxZr1−yTiyO3(PLZT)、Pb(Mg3Nb2/3)O3‐PbTiO3(PMN‐PT)、hafnia(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、SiO2、Y2O3、Al2O3、SiC及びTiO2からなる群より選択された何れか一種又は二種以上の混合物である、請求項7に記載のセパレータ。
- 前記リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子が、リチウムフォスフェイト(Li3PO4)、リチウムチタンフォスフェイト(LixTiy(PO4)3、0<x<2、0<y<3)、リチウムアルミニウムチタンフォスフェイト(LixAlyTiz(PO4)3、0<x<2、0<y<1、0<z<3)、(LiAlTiP)xOy系列ガラス(0<x<4、0<y<13)、リチウムランタンチタネート(LixLayTiO3、0<x<2、0<y<3)、リチウムゲルマニウムチオフォスフェイト(LixGeyPzSw、0<x<4、0<y<1、0<z<1、0<w<5)、リチウムナイトライド(LixNy、0<x<4、0<y<2)、SiS2系列ガラス(LixSiySz、0<x<3、0<y<2、0<z<4)及びP2S5系列ガラス(LixPySz、0<x<3、0<y<3、0<z<7)からなる群より選択された何れか一種又は二種以上の混合物である、請求項7に記載のセパレータ。
- 前記無機物粒子とバインダー高分子との重量比が、50:50ないし99:1である、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記多孔性基材が、ポリオレフイン系多孔性基材である、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフイン系多孔性基材が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン及びポリペンテンからなる群より選択された何れか一種の高分子又は二種以上の混合物で形成されてなるものである、請求項1に記載のセパレータ。
- カソードと、アノードと、前記カソードとアノードとの間に介在してなるセパレータと備えてなる、電気化学素子であって、
前記セパレータが、請求項1ないし12の何れか一項に記載のセパレータである、電気化学素子。 - 前記電気化学素子が、リチウム二次電池である、請求項13に記載の電気化学素子。
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