JP2013020956A - Separator for nonaqueous electrolyte power storage device, nonaqueous electrolyte power storage device, and manufacturing methods thereof - Google Patents
Separator for nonaqueous electrolyte power storage device, nonaqueous electrolyte power storage device, and manufacturing methods thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013020956A JP2013020956A JP2012133208A JP2012133208A JP2013020956A JP 2013020956 A JP2013020956 A JP 2013020956A JP 2012133208 A JP2012133208 A JP 2012133208A JP 2012133208 A JP2012133208 A JP 2012133208A JP 2013020956 A JP2013020956 A JP 2013020956A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- epoxy resin
- separator
- storage device
- nonaqueous electrolyte
- sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
Description
本発明は、非水電解質蓄電デバイス用セパレータ、非水電解質蓄電デバイス及びそれらの製造方法に関する。本発明は、特に、エポキシ樹脂を用いたセパレータに関する。 The present invention relates to a separator for a nonaqueous electrolyte electricity storage device, a nonaqueous electrolyte electricity storage device, and a method for producing the same. The present invention particularly relates to a separator using an epoxy resin.
地球環境保全、化石燃料の枯渇等の諸問題を背景に、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタなどに代表される非水電解質蓄電デバイスの需要が年々増加している。非水電解質蓄電デバイスのセパレータとして、従来、ポリオレフィン多孔質膜が使用されている。ポリオレフィン多孔質膜は、以下に説明する方法で製造することができる。 Demand for non-aqueous electrolyte electricity storage devices represented by lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors is increasing year by year against the background of various problems such as global environmental conservation and fossil fuel depletion. Conventionally, polyolefin porous membranes have been used as separators for nonaqueous electrolyte electricity storage devices. The polyolefin porous membrane can be produced by the method described below.
まず、溶媒とポリオレフィン樹脂とを混合及び加熱してポリオレフィン溶液を調製する。Tダイ等の金型を用い、ポリオレフィン溶液をシート形状に成形しながら吐出及び冷却し、シート状の成形体を得る。シート状の成形体を延伸するとともに、成形体から溶媒を除去する。これにより、ポリオレフィン多孔質膜が得られる。成形体から溶媒を除去する工程で、有機溶剤が使用される(特許文献1参照)。 First, a solvent and a polyolefin resin are mixed and heated to prepare a polyolefin solution. Using a mold such as a T-die, the polyolefin solution is discharged and cooled while forming into a sheet shape to obtain a sheet-like molded body. While extending | stretching a sheet-like molded object, a solvent is removed from a molded object. Thereby, a polyolefin porous membrane is obtained. An organic solvent is used in the step of removing the solvent from the molded body (see Patent Document 1).
上記製造方法において、有機溶剤として、ジクロロメタンのようなハロゲン化有機化合物を使用することが多い。ハロゲン化有機化合物の使用は、環境に対する負荷が非常に大きいので問題となっている。 In the above production method, a halogenated organic compound such as dichloromethane is often used as the organic solvent. The use of halogenated organic compounds is problematic because the environmental burden is very large.
他方、特許文献2に記載されている方法(いわゆる乾式法)によれば、環境に対する負荷が大きい溶剤を使用せずにポリオレフィン多孔質膜を製造することができる。しかし、この方法には、多孔質膜の孔径を制御するのが難しいという問題がある。また、この方法で製造された多孔質膜をセパレータとして用いると、蓄電デバイスの内部でイオン透過の偏りが発生しやすいという問題もある。 On the other hand, according to the method described in Patent Document 2 (so-called dry method), a polyolefin porous membrane can be produced without using a solvent that has a large environmental load. However, this method has a problem that it is difficult to control the pore diameter of the porous membrane. Moreover, when the porous membrane manufactured by this method is used as a separator, there is also a problem that bias of ion permeation tends to occur inside the electricity storage device.
一方、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタなどの非水電解質蓄電デバイスの電解液として用いられるヘキサフルオロリン酸リチウムLiPF6などのリチウム塩は、炭酸プロピレンや1,2−ジメトキシエタンなどの有機溶媒に溶解させて使用される。しかしこのようなリチウム塩は水分に弱く、水と反応してフッ酸、POF3などのフッ素原子含有ルイス酸を生じる。このようなフッ素原子含有ルイス酸(特にフッ酸)は、電極を溶解する、電解液を分解するなど蓄電デバイスの内部で悪影響を及ぼすことが知られている(例えば、非特許文献1および特許文献3参照)。 On the other hand, lithium salts such as lithium hexafluorophosphate LiPF 6 used as an electrolyte for non-aqueous electrolyte electricity storage devices such as lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors are organic solvents such as propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane. Used by dissolving in However, such lithium salts are vulnerable to moisture, and react with water to produce fluorine-containing Lewis acids such as hydrofluoric acid and POF 3 . Such a fluorine atom-containing Lewis acid (especially hydrofluoric acid) is known to adversely affect the inside of an electricity storage device such as dissolving an electrode or decomposing an electrolytic solution (for example, Non-Patent Document 1 and Patent Document). 3).
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、環境に対する負荷が大きい溶剤の使用を回避できるとともに、孔径などのパラメータの制御も比較的容易な方法により製造することができ、且つフッ素原子含有ルイス酸をトラップ可能な非水電解質蓄電デバイス用セパレータ、およびこれを用いた非水電解質蓄電デバイスを提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention can avoid the use of a solvent having a large environmental load, and can be produced by a method with relatively easy control of parameters such as pore diameter, and fluorine-containing Lewis It aims at providing the separator for nonaqueous electrolyte electrical storage devices which can trap an acid, and the nonaqueous electrolyte electrical storage device using the same.
本発明は、比表面積が5〜60m2/gの多孔構造を有するエポキシ樹脂多孔体を含む非水電解質蓄電デバイス用セパレータであって、当該エポキシ樹脂多孔体が、一級アミノ基、二級アミノ基、および三級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1つのアミノ基を含む、非水電解質蓄電デバイス用セパレータを提供する。 The present invention is a separator for a nonaqueous electrolyte electricity storage device including an epoxy resin porous body having a porous structure with a specific surface area of 5 to 60 m 2 / g, and the epoxy resin porous body includes a primary amino group and a secondary amino group. And a separator for a non-aqueous electrolyte electricity storage device comprising at least one amino group selected from the group consisting of tertiary amino groups.
別の側面において、本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤としてのアミン類及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製する工程と、
エポキシ樹脂シートが得られるように、前記エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する又は前記エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を硬化させる工程と、
ハロゲンフリーの溶剤を用いて前記エポキシ樹脂シートから前記ポロゲンを除去する工程と、
を含む、上記の非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法を提供する。
In another aspect, the present invention comprises preparing an epoxy resin composition comprising an epoxy resin, an amine as a curing agent and a porogen;
A step of molding the cured product of the epoxy resin composition into a sheet shape or curing the sheet-shaped molded product of the epoxy resin composition so as to obtain an epoxy resin sheet;
Removing the porogen from the epoxy resin sheet using a halogen-free solvent;
The manufacturing method of said separator for nonaqueous electrolyte electrical storage devices containing is provided.
さらに別の側面において、本発明は
カソードと、
アノードと、
前記カソードと前記アノードとの間に配置された、上記のセパレータと、
イオン伝導性を有する電解質と、
を備えた、非水電解質蓄電デバイスを提供する。
In yet another aspect, the present invention provides a cathode,
An anode,
The separator disposed between the cathode and the anode;
An electrolyte having ionic conductivity;
A non-aqueous electrolyte electricity storage device is provided.
さらに別の側面において、本発明は、
カソード、アノード及び上記のセパレータを準備する工程と、
前記カソード、前記アノード及び前記セパレータを用いて電極群を組み立てる工程と、
を含み、
前記セパレータを準備する工程が、
(i)エポキシ樹脂、硬化剤としてのアミン類及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製する工程と、
(ii)エポキシ樹脂シートが得られるように、前記エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する又は前記エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を硬化させる工程と、
(iii)ハロゲンフリーの溶剤を用いて前記エポキシ樹脂シートから前記ポロゲンを除去する工程と、
を含む、非水電解質蓄電デバイスの製造方法を提供する。
In yet another aspect, the present invention provides:
Preparing a cathode, an anode and the above separator;
Assembling an electrode group using the cathode, the anode and the separator;
Including
Preparing the separator comprises:
(I) a step of preparing an epoxy resin composition containing an epoxy resin, an amine as a curing agent, and a porogen;
(Ii) a step of molding the cured product of the epoxy resin composition into a sheet shape or curing the sheet-shaped molded product of the epoxy resin composition so that an epoxy resin sheet is obtained;
(Iii) removing the porogen from the epoxy resin sheet using a halogen-free solvent;
A method for producing a non-aqueous electrolyte electricity storage device is provided.
本発明の非水電解質蓄電デバイス用セパレータは、ハロゲンフリーの溶剤を用いてエポキシ樹脂シートからポロゲンを除去して製造することができるため、その製造において環境に対する負荷が大きい溶剤の使用を回避できる。また、ポロゲンを含むエポキシ樹脂シートから製造することができるため、その製造において孔径などのパラメータの制御も比較的容易である。さらに、本発明の非水電解質蓄電デバイス用セパレータは、フッ素原子含有ルイス酸をトラップすることができる。従って、当該セパレータを用いた非水電解質蓄電デバイスは、フッ素原子含有ルイス酸による悪影響が低減されたものとなる。 Since the separator for non-aqueous electrolyte electricity storage devices of the present invention can be produced by removing porogen from an epoxy resin sheet using a halogen-free solvent, it is possible to avoid the use of a solvent with a large environmental load in the production. Moreover, since it can manufacture from the epoxy resin sheet containing a porogen, control of parameters, such as a hole diameter, is comparatively easy in the manufacture. Furthermore, the separator for nonaqueous electrolyte electricity storage devices of the present invention can trap fluorine atom-containing Lewis acid. Therefore, the nonaqueous electrolyte electricity storage device using the separator has reduced adverse effects due to the fluorine atom-containing Lewis acid.
次に、添付の図面を参照しつつ、本発明の一実施形態を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施形態に係る非水電解質蓄電デバイス100は、カソード2、アノード3、セパレータ4及びケース5を備えている。セパレータ4は、カソード2とアノード3との間に配置されている。カソード2、アノード3及びセパレータ4は、一体的に巻回されて発電要素としての電極群10を構成している。電極群10は、底部を有するケース5に収容されている。蓄電デバイス100は、典型的には、リチウムイオン二次電池である。
As shown in FIG. 1, the nonaqueous electrolyte
本実施形態において、ケース5は円筒の形状を有している。すなわち、蓄電デバイス100は円筒の形状を有している。しかし、蓄電デバイス100の形状は特に限定されない。蓄電デバイス100は、例えば、扁平な角型の形状を有していてもよい。また、電極群10は巻回構造を必須としない。カソード2、セパレータ4及びアノード3が単に積層されることによって、板状の電極群が形成されていてもよい。ケース5は、ステンレス、アルミニウム等の金属で作られている。さらに、電極群10が可撓性を有する材料で作られたケースに入れられていてもよい。可撓性を有する材料は、例えば、アルミニウム箔と、アルミニウム箔の両面に貼り合わされた樹脂フィルムとで構成されている。
In the present embodiment, the
蓄電デバイス100は、さらに、カソードリード2a、アノードリード3a、蓋体6、パッキン9及び2つの絶縁板8を備えている。蓋体6は、パッキン9を介してケース5の開口部に固定されている。2つの絶縁板8は、電極群10の上部と下部とにそれぞれ配置されている。カソードリード2aは、カソード2に電気的に接続された一端と、蓋体6に電気的に接続された他端とを有する。アノードリード3aは、アノード3に電気的に接続された一端と、ケース5の底部に電気的に接続された他端とを有する。蓄電デバイス100の内部にはイオン伝導性を有する非水電解質(典型的には非水電解液)が充填されている。非水電解質は、電極群10に含浸されている。これにより、セパレータ4を通じて、カソード2とアノード3との間でイオン(典型的にはリチウムイオン)の移動が可能となっている。
The
カソード2は、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうるカソード活物質と、バインダーと、集電体とで構成されうる。例えば、バインダーを含む溶液にカソード活物質を混合して合剤を調製し、この合剤をカソード集電体に塗布及び乾燥させることによってカソード2を作製できる。
The
カソード活物質としては、リチウムイオン二次電池のカソード活物質として用いられている公知の材料を使用できる。具体的には、リチウム含有遷移金属酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化物、カルコゲン化合物等をカソード活物質として使用できる。リチウム含有遷移金属酸化物としては、LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、それらの遷移金属の一部が他の金属で置換された化合物が挙げられる。リチウム含有遷移金属リン酸化物としては、LiFePO4、LiFePO4の遷移金属(Fe)の一部が他の金属で置換された化合物が挙げられる。カルコゲン化合物としては、二硫化チタン、二硫化モリブデンが挙げられる。 As a cathode active material, the well-known material used as a cathode active material of a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, lithium-containing transition metal oxides, lithium-containing transition metal phosphates, chalcogen compounds, and the like can be used as the cathode active material. Examples of the lithium-containing transition metal oxide include LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and compounds in which a part of these transition metals is substituted with another metal. Examples of the lithium-containing transition metal phosphorous oxide include compounds in which a part of the transition metal (Fe) of LiFePO 4 and LiFePO 4 is substituted with another metal. Examples of the chalcogen compound include titanium disulfide and molybdenum disulfide.
バインダーとしては、公知の樹脂を使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ヘキサフロロプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマー等の炭化水素系樹脂、それらの混合物をバインダーとして使用できる。導電助剤として、カーボンブラック等の導電性粉末がカソード2に含まれていてもよい。
As the binder, a known resin can be used. For example, fluorine resins such as polyvinylidene fluoride (PVDF), hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, hydrocarbon resins such as styrene butadiene rubber and ethylene propylene terpolymer, and mixtures thereof can be used as the binder. A conductive powder such as carbon black may be contained in the
カソード集電体としては、耐酸化性に優れた金属材料、例えば箔状又はメッシュ状に加工されたアルミニウムが好適に用いられる。 As the cathode current collector, a metal material excellent in oxidation resistance, for example, aluminum processed into a foil shape or a mesh shape is preferably used.
アノード3は、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうるアノード活物質と、バインダーと、集電体とで構成されうる。アノード3も、カソード2と同様の方法で作製できる。カソード2で用いたバインダーと同様のものをアノード3に使用できる。
The
アノード活物質としては、リチウムイオン二次電池のアノード活物質として用いられている公知の材料を使用できる。具体的には、炭素系活物質、リチウムと合金を形成しうる合金系活物質、リチウムチタン複合酸化物(例えばLi4Ti5O12)等をアノード活物質として使用できる。炭素系活物質としては、コークス、ピッチ、フェノール樹脂、ポリイミド、セルロース等の焼成体、人造黒鉛、天然黒鉛等が挙げられる。合金系活物質としては、アルミニウム、スズ、スズ化合物、シリコン、シリコン化合物等が挙げられる。 As the anode active material, a known material used as an anode active material of a lithium ion secondary battery can be used. Specifically, a carbon-based active material, an alloy-based active material capable of forming an alloy with lithium, a lithium-titanium composite oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), or the like can be used as the anode active material. Examples of the carbon-based active material include calcined bodies such as coke, pitch, phenol resin, polyimide, and cellulose, artificial graphite, and natural graphite. Examples of the alloy active material include aluminum, tin, tin compounds, silicon, and silicon compounds.
アノード集電体としては、還元安定性に優れた金属材料、例えば箔状又はメッシュ状に加工された銅又は銅合金が好適に用いられる。リチウムチタン複合酸化物等の高電位アノード活物質を用いる場合には、箔状又はメッシュ状に加工されたアルミニウムもアノード集電体として使用できる。 As the anode current collector, a metal material excellent in reduction stability, for example, copper or copper alloy processed into a foil shape or a mesh shape is preferably used. When a high potential anode active material such as lithium titanium composite oxide is used, aluminum processed into a foil shape or mesh shape can also be used as the anode current collector.
非水電解液は、典型的には、非水溶媒及び電解質を含んでいる。具体的には、リチウム塩(電解質)を非水溶媒に溶解させた電解液を好適に使用できる。また、非水電解液を含むゲル電解質、リチウム塩をポリエチレンオキシド等のポリマーに溶解及び分解させた固体電解質等も非水電解質として使用できる。リチウム塩としては、ホウ四フッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、トリフロロスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)等のフッ素原子含有リチウム塩が挙げられる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、これらの混合物等が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte typically includes a non-aqueous solvent and an electrolyte. Specifically, an electrolytic solution in which a lithium salt (electrolyte) is dissolved in a nonaqueous solvent can be preferably used. A gel electrolyte containing a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte obtained by dissolving and decomposing a lithium salt in a polymer such as polyethylene oxide, and the like can also be used as the non-aqueous electrolyte. Examples of the lithium salt include fluorine atom-containing lithium salts such as lithium borotetrafluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), and lithium trifluorosulfonate (LiCF 3 SO 3 ). Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (γ-BL), and mixtures thereof. It is done.
次に、セパレータ4について詳しく説明する。
Next, the
セパレータ4は、比表面積が5〜60m2/gの多孔構造を有するエポキシ樹脂多孔体を含み、当該エポキシ樹脂多孔体が、一級アミノ基、二級アミノ基、および三級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1つのアミノ基を含む。
The
エポキシ樹脂多孔体が、一級アミノ基、二級アミノ基、および三級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1つのアミノ基を含むことにより、蓄電デバイス内で発生するフッ素原子含有ルイス酸(代表的にはフッ酸)をトラップすることができ、さらに比表面積が5〜60m2/gの多孔構造を有することにより、セパレータ4に電解液が接触する表面積が大きくなってフッ素原子含有ルイス酸をトラップする効率が特に高くなり、その結果、フッ素原子含有ルイス酸の蓄電デバイス100への悪影響を低減することができる。なお、比表面積の上限を60m2/gとしたのは、60m2/gを超えると、エポキシ樹脂多孔体のガーレ値が大きくなりすぎて、蓄電デバイス用セパレータとして用いたときに抵抗が増加するためである。
When the epoxy resin porous body contains at least one amino group selected from the group consisting of a primary amino group, a secondary amino group, and a tertiary amino group, a fluorine atom-containing Lewis acid generated in the electricity storage device (typically In addition, a porous structure having a specific surface area of 5 to 60 m 2 / g increases the surface area where the electrolyte contacts the
ここで、フッ素原子含有ルイス酸をトラップするために酸捕捉剤の使用も考えられるが、酸捕捉剤が電極で副反応を引き起こす懸念がある。従って、本発明のように、セパレータがフッ素原子含有ルイス酸をトラップする機能を有することは、電極の劣化が起こらない点や、蓄電デバイスのエネルギー密度の点において有利である。 Here, it is conceivable to use an acid scavenger to trap the fluorine atom-containing Lewis acid, but there is a concern that the acid scavenger causes a side reaction at the electrode. Therefore, as in the present invention, it is advantageous that the separator has a function of trapping the fluorine atom-containing Lewis acid in that the electrode does not deteriorate and the energy density of the electricity storage device.
エポキシ樹脂多孔体は、エポキシ樹脂を、硬化剤を用いて三次元架橋させることによって製造することができる。多孔体に前記アミノ基を導入する方法としては、アミノ基を含むエポキシ樹脂を用いるか、アミノ基を含む硬化剤を用いればよい。これらのうち、後者の方法が好ましい。従って、エポキシ樹脂多孔体は、エポキシ樹脂を、アミン類を硬化剤に用いて硬化させた硬化物であることが好ましい。エポキシ樹脂およびアミン類の具体例については後述する。 The porous epoxy resin can be produced by three-dimensionally cross-linking an epoxy resin with a curing agent. As a method for introducing the amino group into the porous body, an epoxy resin containing an amino group or a curing agent containing an amino group may be used. Of these, the latter method is preferred. Therefore, the epoxy resin porous body is preferably a cured product obtained by curing an epoxy resin using an amine as a curing agent. Specific examples of the epoxy resin and amine will be described later.
エポキシ樹脂多孔体の平均孔径は、0.05〜0.5μmであることが好ましい。平均孔径がこの範囲である場合には、比表面積が5〜60m2/gの多孔構造を得ることが容易である。また、セパレータとしての機能の観点から、空孔率は20〜80%の範囲にあることが好ましい。 The average pore diameter of the epoxy resin porous body is preferably 0.05 to 0.5 μm. When the average pore diameter is within this range, it is easy to obtain a porous structure having a specific surface area of 5 to 60 m 2 / g. Moreover, it is preferable that a porosity exists in the range of 20 to 80% from a viewpoint of the function as a separator.
空孔率は、以下の方法で測定できる。まず、測定対象を一定の寸法(例えば、直径6cmの円形)に切断し、その体積及び重量を求める。得られた結果を次式に代入して空孔率を算出する。
空孔率(%)=100×(V−(W/D))/V
V:体積(cm3)
W:重量(g)
D:構成成分の平均密度(g/cm3)
The porosity can be measured by the following method. First, a measurement object is cut into a certain dimension (for example, a circle having a diameter of 6 cm), and its volume and weight are obtained. The porosity is calculated by substituting the obtained result into the following equation.
Porosity (%) = 100 × (V− (W / D)) / V
V: Volume (cm 3 )
W: Weight (g)
D: Average density of components (g / cm 3 )
平均孔径は、走査型電子顕微鏡でセパレータ4の断面を観察して求めることができる。具体的には、視野幅60μm、かつ表面から所定の深さ(例えば、セパレータ4の厚さの1/5〜1/100)までの範囲内に存在する空孔のそれぞれについて、画像処理を行って孔径を求め、それらの平均値を平均孔径として求めることができる。画像処理は、例えば、フリーソフト「Image J」又はAdobe社製「Photoshop」を使用して行える。
The average pore diameter can be obtained by observing the cross section of the
比表面積は、JIS Z 8830に準拠して、窒素吸着BET法により求めることができる。 The specific surface area can be determined by a nitrogen adsorption BET method according to JIS Z 8830.
セパレータ4の表面と裏面との間でイオンが移動できるように、つまり、カソード2とアノード3との間をイオンが移動できるように、隣り合う空孔は互いに連通していてもよい。
Adjacent holes may be in communication with each other so that ions can move between the front and back surfaces of the
セパレータ4は、例えば、5〜50μmの範囲の厚さを有する。セパレータ4が厚すぎると、カソード2とアノード3との間のイオンの移動が困難となる。5μm未満の厚さのセパレータ4を製造することは不可能ではないが、蓄電デバイス100の信頼性を確保するうえで、5μm以上、特に10μm以上の厚さが好ましい。
For example, the
また、セパレータ4は、例えば1〜1000秒/100cm3、特に10〜1000秒/100cm3の範囲の通気度(ガーレー値)を有していてもよい。セパレータ4がこのような範囲に通気度を有していることにより、カソード2とアノード3との間をイオンが容易に移動しうる。通気度は、日本工業規格(JIS)P8117に規定された方法に従って測定できる。
The
次に、セパレータ4に使用されたエポキシ樹脂多孔体(本実施形態ではエポキシ樹脂多孔質膜)の製造方法を説明する。
Next, the manufacturing method of the epoxy resin porous body (this embodiment epoxy resin porous film) used for the
エポキシ樹脂多孔質膜は、例えば、下記(a)、(b)及び(c)のいずれかの方法で製造することができる。方法(a)及び(b)は、エポキシ樹脂組成物をシート状に成形した後で硬化工程を実施する点で共通している。方法(c)は、エポキシ樹脂のブロック状の硬化体を作り、その硬化体をシート状に成形することを特徴としている。 The porous epoxy resin membrane can be produced, for example, by any of the following methods (a), (b), and (c). The methods (a) and (b) are common in that the curing step is performed after the epoxy resin composition is formed into a sheet. The method (c) is characterized in that an epoxy resin block-shaped cured body is formed and the cured body is formed into a sheet shape.
方法(a)
エポキシ樹脂組成物のシート状成形体が得られるように、エポキシ樹脂、硬化剤としてのアミン類及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を基板上に塗布する。その後、エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を加熱してエポキシ樹脂を三次元架橋させる。その際、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとの相分離により共連続構造が形成される。その後、得られたエポキシ樹脂シートからポロゲンを洗浄によって除去し、乾燥させることにより、三次元網目状骨格と連通する空孔とを有するエポキシ樹脂多孔質膜が得られる。基板の種類は特に限定されず、プラスチック基板、ガラス基板、金属板等を基板として使用できる。
Method (a)
An epoxy resin composition containing an epoxy resin, an amine as a curing agent, and a porogen is applied onto a substrate so that a sheet-like molded body of the epoxy resin composition is obtained. Thereafter, the sheet-like molded body of the epoxy resin composition is heated to three-dimensionally crosslink the epoxy resin. At that time, a co-continuous structure is formed by phase separation of the crosslinked epoxy resin and the porogen. Thereafter, the porogen is removed from the obtained epoxy resin sheet by washing and dried to obtain an epoxy resin porous film having pores communicating with the three-dimensional network skeleton. The kind of board | substrate is not specifically limited, A plastic substrate, a glass substrate, a metal plate, etc. can be used as a board | substrate.
方法(b)
エポキシ樹脂、硬化剤としてのアミン類及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を基板上に塗布する。その後、塗布したエポキシ樹脂組成物の上に別の基板を被せてサンドイッチ構造体を作製する。なお、基板と基板との間に一定の間隔を確保するために、基板の四隅にスペーサー(例えば、両面テープ)を設けてもよい。次に、サンドイッチ構造体を加熱してエポキシ樹脂を三次元架橋させる。その際、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとの相分離により共連続構造が形成される。その後、得られたエポキシ樹脂シートを取り出し、ポロゲンを洗浄によって除去し、乾燥させることにより、三次元網目状骨格と連通する空孔とを有するエポキシ樹脂多孔質膜が得られる。基板の種類は特に制限されず、プラスチック基板、ガラス基板、金属板等を基板として使用できる。特に、ガラス基板を好適に使用できる。
Method (b)
An epoxy resin composition containing an epoxy resin, amines as a curing agent, and a porogen is applied on a substrate. Thereafter, another substrate is placed on the applied epoxy resin composition to produce a sandwich structure. Note that spacers (for example, double-sided tape) may be provided at the four corners of the substrate in order to ensure a certain distance between the substrates. Next, the sandwich structure is heated to cross-link the epoxy resin three-dimensionally. At that time, a co-continuous structure is formed by phase separation of the crosslinked epoxy resin and the porogen. Thereafter, the obtained epoxy resin sheet is taken out, and the porogen is removed by washing, followed by drying, whereby an epoxy resin porous film having pores communicating with the three-dimensional network skeleton is obtained. The kind of board | substrate is not restrict | limited in particular, A plastic substrate, a glass substrate, a metal plate etc. can be used as a board | substrate. In particular, a glass substrate can be suitably used.
方法(c)
エポキシ樹脂、硬化剤としてのアミン類及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を所定形状の金型内に充填する。その後、エポキシ樹脂を三次元架橋させることによって、円筒状又は円柱状のエポキシ樹脂組成物の硬化体を作製する。その際、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとの相分離により共連続構造が形成される。その後、エポキシ樹脂組成物の硬化体を円筒軸又は円柱軸を中心に回転させながら、硬化体の表層部を所定の厚さに切削して長尺状のエポキシ樹脂シートを作製する。そして、エポキシ樹脂シートに含まれたポロゲンを洗浄によって除去し、乾燥させることにより、三次元網目状骨格と連通する空孔とを有するエポキシ樹脂多孔質膜が得られる。
Method (c)
An epoxy resin composition containing an epoxy resin, amines as a curing agent and a porogen is filled into a mold having a predetermined shape. Thereafter, a cured product of the cylindrical or columnar epoxy resin composition is produced by three-dimensionally crosslinking the epoxy resin. At that time, a co-continuous structure is formed by phase separation of the crosslinked epoxy resin and the porogen. Then, while rotating the hardening body of an epoxy resin composition centering on a cylinder axis | shaft or a cylinder axis | shaft, the surface layer part of a hardening body is cut to predetermined thickness, and a long-shaped epoxy resin sheet is produced. Then, the porogen contained in the epoxy resin sheet is removed by washing and dried to obtain an epoxy resin porous film having pores communicating with the three-dimensional network skeleton.
方法(c)を詳細に説明する。なお、エポキシ樹脂組成物を調製する工程、エポキシ樹脂を硬化させる工程、ポロゲンを除去する工程等は、各方法に共通している。また、使用できる材料も各方法に共通である。 The method (c) will be described in detail. In addition, the process of preparing an epoxy resin composition, the process of hardening an epoxy resin, the process of removing a porogen, etc. are common to each method. Moreover, the material which can be used is common to each method.
方法(c)によれば、エポキシ樹脂多孔質膜は、以下の主要な工程を経て製造されうる。
(i)エポキシ樹脂組成物を調製する。
(ii)エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する。
(iii)エポキシ樹脂シートからポロゲンを除去する。
According to the method (c), the porous epoxy resin membrane can be manufactured through the following main steps.
(I) An epoxy resin composition is prepared.
(Ii) A cured product of the epoxy resin composition is formed into a sheet.
(Iii) The porogen is removed from the epoxy resin sheet.
まず、エポキシ樹脂、硬化剤としてのアミン類及びポロゲン(細孔形成剤)を含むエポキシ樹脂組成物を調製する。具体的には、エポキシ樹脂及び硬化剤をポロゲンに溶解させて均一な溶液を調製する。 First, an epoxy resin composition containing an epoxy resin, amines as a curing agent, and a porogen (pore forming agent) is prepared. Specifically, an epoxy resin and a curing agent are dissolved in a porogen to prepare a uniform solution.
エポキシ樹脂としては、芳香族エポキシ樹脂及び非芳香族エポキシ樹脂のいずれも使用可能である。芳香族エポキシ樹脂としては、ポリフェニルベースエポキシ樹脂、フルオレン環を含むエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレートを含むエポキシ樹脂、複素芳香環(例えば、トリアジン環)を含むエポキシ樹脂等が挙げられる。ポリフェニルベースエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラキス(ヒドロキシフェニル)エタンベースエポキシ樹脂等が挙げられる。非芳香族エポキシ樹脂としては、脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂肪族グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the epoxy resin, any of an aromatic epoxy resin and a non-aromatic epoxy resin can be used. Examples of the aromatic epoxy resin include a polyphenyl-based epoxy resin, an epoxy resin containing a fluorene ring, an epoxy resin containing triglycidyl isocyanurate, an epoxy resin containing a heteroaromatic ring (for example, a triazine ring), and the like. Polyphenyl-based epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, brominated bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, bisphenol AD type epoxy resins, stilbene type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, and bisphenol A novolak type epoxy resins. , Cresol novolac type epoxy resin, diaminodiphenylmethane type epoxy resin, tetrakis (hydroxyphenyl) ethane base epoxy resin and the like. Non-aromatic epoxy resins include aliphatic glycidyl ether type epoxy resins, aliphatic glycidyl ester type epoxy resins, alicyclic glycidyl ether type epoxy resins, alicyclic glycidyl amine type epoxy resins, and alicyclic glycidyl ester type epoxy resins. Etc. These may be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、フルオレン環を含むエポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレートを含むエポキシ樹脂、脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルアミン型エポキシ樹脂及び脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1つであって、6000以下のエポキシ当量及び170℃以下の融点を有するものを好適に使用できる。これらのエポキシ樹脂を使用すると、均一な三次元網目状骨格及び均一な空孔を形成できるとともに、エポキシ樹脂多孔質膜に優れた耐薬品性及び高い強度を付与できる。 Among these, bisphenol A type epoxy resin, brominated bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, epoxy resin containing fluorene ring, epoxy resin containing triglycidyl isocyanurate, alicyclic glycidyl At least one selected from the group consisting of an ether type epoxy resin, an alicyclic glycidyl amine type epoxy resin and an alicyclic glycidyl ester type epoxy resin, having an epoxy equivalent of 6000 or less and a melting point of 170 ° C. or less. It can be used suitably. When these epoxy resins are used, a uniform three-dimensional network skeleton and uniform pores can be formed, and excellent chemical resistance and high strength can be imparted to the epoxy resin porous membrane.
硬化剤としてのアミン類は、芳香族アミン類及び非芳香族アミン類のいずれも使用可能である。芳香族アミン類としては、芳香族アミン(例えば、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジルジメチルアミン、ジメチルアミノメチルベンゼン)、複素芳香環を含むアミン(例えば、トリアジン環を含むアミン)等が挙げられる。非芳香族アミン類としては、脂肪族アミン(例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、1,3,6−トリスアミノメチルヘキサン、ポリメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ポリエーテルジアミン)、脂環族アミン(例えば、イソホロンジアミン、メンタンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカンアダクト、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、これらの変性品)、ポリアミン類とダイマー酸とを含む脂肪族ポリアミドアミン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the curing agent, both aromatic amines and non-aromatic amines can be used. Aromatic amines include aromatic amines (eg, metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, benzyldimethylamine, dimethylaminomethylbenzene), amines containing heteroaromatic rings (eg, amines containing triazine rings), etc. Is mentioned. Non-aromatic amines include aliphatic amines (eg, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, iminobispropylamine, bis (hexamethylene) triamine, 1,3,6-trisaminomethylhexane, Polymethylene diamine, trimethylhexamethylene diamine, polyether diamine), alicyclic amines (eg, isophorone diamine, menthane diamine, N-aminoethylpiperazine, 3,9-bis (3-aminopropyl) 2,4,8, Fat containing 10-tetraoxaspiro (5,5) undecane adduct, bis (4-amino-3-methylcyclohexyl) methane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, modified products thereof), polyamines and dimer acid Group polyamide Emissions, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
上記例示したアミン類の中でも、分子内に一級アミンを2つ以上有するアミン化合物を好適に使用できる。具体的には、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ポリメチレンジアミン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン及びビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンからなる群より選ばれる少なくとも1つを好適に使用できる。これらのアミン化合物を使用すると、均一な三次元網目状骨格及び均一な空孔を形成できるとともに、エポキシ樹脂多孔質膜に高い強度及び適切な弾性を付与できる。 Among the amines exemplified above, an amine compound having two or more primary amines in the molecule can be preferably used. Specifically, at least one selected from the group consisting of metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, polymethylenediamine, bis (4-amino-3-methylcyclohexyl) methane and bis (4-aminocyclohexyl) methane. Can be suitably used. When these amine compounds are used, a uniform three-dimensional network skeleton and uniform pores can be formed, and high strength and appropriate elasticity can be imparted to the epoxy resin porous membrane.
エポキシ樹脂とアミン類との組み合わせとしては、芳香族エポキシ樹脂と脂肪族アミンとの組み合わせ、芳香族エポキシ樹脂と脂環族アミンとの組み合わせ、又は脂環族エポキシ樹脂と芳香族アミンとの組み合わせが好ましい。これらの組み合わせにより、エポキシ樹脂多孔質膜に優れた耐熱性を付与できる。 Combinations of epoxy resins and amines include combinations of aromatic epoxy resins and aliphatic amines, combinations of aromatic epoxy resins and alicyclic amines, or combinations of alicyclic epoxy resins and aromatic amines. preferable. By these combinations, excellent heat resistance can be imparted to the epoxy resin porous membrane.
ポロゲンは、エポキシ樹脂及び硬化剤を溶かすことができる溶剤でありうる。ポロゲンは、また、エポキシ樹脂と硬化剤とが重合した後、反応誘起相分離を生じさせることができる溶剤として使用される。具体的には、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等のセロソルブ類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類、ポリオキシエチレンモノメチルエーテル、ポリオキシエチレンジメチルエーテル等のエーテル類をポロゲンとして使用できる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The porogen can be a solvent that can dissolve the epoxy resin and the curing agent. Porogens are also used as solvents that can cause reaction-induced phase separation after the epoxy resin and curing agent are polymerized. Specifically, cellosolves such as methyl cellosolve and ethyl cellosolve, esters such as ethylene glycol monomethyl ether acetate and propylene glycol monomethyl ether acetate, glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, polyoxyethylene monomethyl ether and polyoxyethylene Ethers such as dimethyl ether can be used as the porogen. These may be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、分子量600以下のポリエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンモノメチルエーテル及びポリオキシエチレンジメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1つを好適に使用できる。特に、分子量200以下のポリエチレングリコール、分子量500以下のポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートからなる群より選ばれる少なくとも1つを好適に使用できる。これらのポロゲンを使用すると、均一な三次元網目状骨格及び均一な空孔を形成できる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Among these, at least one selected from the group consisting of methyl cellosolve, ethyl cellosolve, polyethylene glycol having a molecular weight of 600 or less, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, polypropylene glycol, polyoxyethylene monomethyl ether, and polyoxyethylene dimethyl ether. Can be preferably used. In particular, at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol having a molecular weight of 200 or less, polypropylene glycol having a molecular weight of 500 or less, polyoxyethylene monomethyl ether, and propylene glycol monomethyl ether acetate can be preferably used. When these porogens are used, a uniform three-dimensional network skeleton and uniform pores can be formed. These may be used alone or in combination of two or more.
また、個々のエポキシ樹脂又は硬化剤と常温で不溶又は難溶であっても、エポキシ樹脂と硬化剤との反応物が可溶となる溶剤についてはポロゲンとして使用可能である。このようなポロゲンとしては、例えば、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製「エピコート5058」)が挙げられる。 Moreover, even if it is insoluble or hardly soluble at room temperature with each epoxy resin or curing agent, a solvent in which a reaction product of the epoxy resin and the curing agent is soluble can be used as a porogen. Examples of such porogen include brominated bisphenol A type epoxy resin (“Epicoat 5058” manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.).
エポキシ樹脂多孔質膜の空孔率、平均孔径及び孔径分布は、原料の種類、原料の配合比率及び反応条件(例えば、反応誘起相分離時における加熱温度及び加熱時間)に応じて変化する。そして、エポキシ樹脂多孔質膜の比表面積は、空孔率、平均孔径及び孔径分布に応じて変化する。そのため、目的とする空孔率、平均孔径、孔径分布、さらには比表面積を得るために、最適な条件を選択することが好ましい。また、相分離時におけるエポキシ樹脂架橋体の分子量、分子量分布、溶液の粘度、架橋反応速度等を制御することにより、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとの共連続構造を特定の状態で固定し、安定した多孔質構造を得ることができる。なお、エポキシ樹脂多孔体の平均孔径を、0.05〜0.5μmとすると、比表面積が5〜60m2/gの多孔構造を得ることが容易である。 The porosity, average pore size, and pore size distribution of the epoxy resin porous membrane vary depending on the type of raw material, the mixing ratio of the raw material, and the reaction conditions (for example, heating temperature and heating time during reaction-induced phase separation). And the specific surface area of an epoxy resin porous membrane changes according to a porosity, an average hole diameter, and a hole diameter distribution. Therefore, it is preferable to select optimum conditions in order to obtain the target porosity, average pore size, pore size distribution, and specific surface area. In addition, by controlling the molecular weight, molecular weight distribution, solution viscosity, crosslinking reaction rate, etc. of the crosslinked epoxy resin during phase separation, the co-continuous structure of the crosslinked epoxy resin and porogen is fixed in a specific state and stable. A porous structure can be obtained. In addition, when the average pore diameter of the epoxy resin porous body is 0.05 to 0.5 μm, it is easy to obtain a porous structure having a specific surface area of 5 to 60 m 2 / g.
エポキシ樹脂に対する硬化剤の配合比率は、例えば、エポキシ基1当量に対して硬化剤当量が0.6〜1.5である。適切な硬化剤当量は、エポキシ樹脂多孔質膜の耐熱性、化学的耐久性、力学特性等の特性の向上に寄与する。 As for the compounding ratio of the curing agent to the epoxy resin, for example, the curing agent equivalent is 0.6 to 1.5 with respect to 1 equivalent of epoxy group. Appropriate curing agent equivalent contributes to improvement of properties such as heat resistance, chemical durability and mechanical properties of the porous epoxy resin membrane.
硬化剤の他に、目的とする多孔質構造を得るために、溶液中に硬化促進剤を添加してもよい。硬化促進剤としては、トリエチルアミン、トリブチルアミン等の三級アミン、2−フェノール−4−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェノール−4,5−ジヒドロキシイミダゾール等のイミダゾール類が挙げられる。 In addition to the curing agent, a curing accelerator may be added to the solution in order to obtain the desired porous structure. Examples of the curing accelerator include tertiary amines such as triethylamine and tributylamine, and imidazoles such as 2-phenol-4-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, and 2-phenol-4,5-dihydroxyimidazole. It is done.
エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンの総重量に対して、例えば40〜80重量%のポロゲンを使用できる。適切な量のポロゲンを使用することにより、所望の空孔率、平均孔径及び通気度を有するエポキシ樹脂多孔質膜を形成しうる。 For example, 40 to 80% by weight of the porogen can be used with respect to the total weight of the epoxy resin, the curing agent and the porogen. By using an appropriate amount of porogen, an epoxy resin porous membrane having a desired porosity, average pore diameter and air permeability can be formed.
エポキシ樹脂多孔質膜の平均孔径を所望の範囲に調節する方法の1つとして、エポキシ当量の異なる2種以上のエポキシ樹脂を混合して用いる方法が挙げられる。その際、エポキシ当量の差は100以上であることが好ましく、常温で液状のエポキシ樹脂と常温で固形のエポキシ樹脂とを混合して用いる場合もある。 One method for adjusting the average pore diameter of the porous epoxy resin membrane to a desired range is a method of using a mixture of two or more epoxy resins having different epoxy equivalents. In this case, the difference in epoxy equivalent is preferably 100 or more, and there are cases where an epoxy resin that is liquid at normal temperature and an epoxy resin that is solid at normal temperature are mixed and used.
次に、エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含む溶液からエポキシ樹脂組成物の硬化体を作製する。具体的には、溶液を金型に充填し、必要に応じて加熱する。エポキシ樹脂を三次元架橋させることによって、所定の形状を有する硬化体が得られる。その際、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとが相分離することにより、共連続構造が形成される。 Next, the hardening body of an epoxy resin composition is produced from the solution containing an epoxy resin, a hardening | curing agent, and a porogen. Specifically, the solution is filled in a mold and heated as necessary. A cured body having a predetermined shape is obtained by three-dimensionally crosslinking the epoxy resin. In that case, a co-continuous structure is formed by phase-separation of a crosslinked epoxy resin and a porogen.
硬化体の形状は特に限定されない。円柱状又は円筒状の金型を使用すれば、円筒又は円柱の形状を有する硬化体を得ることができる。硬化体が円筒又は円柱の形状を有していると、後述する切削工程(図2参照)を実施しやすい。 The shape of the cured body is not particularly limited. If a columnar or cylindrical mold is used, a cured body having a cylindrical or columnar shape can be obtained. When the cured body has a cylindrical or columnar shape, it is easy to carry out a cutting step (see FIG. 2) described later.
エポキシ樹脂組成物を硬化させるために必要な温度及び時間は、エポキシ樹脂及び硬化剤の種類に応じて変化するので特に限定されない。均一な分布及び均一な孔径を持った空孔を有するエポキシ樹脂多孔質膜を得るために、室温にて硬化処理を実施することができる。室温硬化の場合、温度は20〜40℃程度であり、時間は3〜100時間程度、好ましくは20〜50時間程度である。加熱硬化の場合、温度は40〜120℃程度、好ましくは60〜100℃程度であり、時間は10〜300分程度、好ましくは30〜180分程度である。硬化処理後、エポキシ樹脂架橋体の架橋度を高めるためにポストキュア(後処理)を行ってもよい。ポストキュアの条件は特に制限されないが、温度は室温又は50〜160℃程度であり、時間は2〜48時間程度である。 The temperature and time required to cure the epoxy resin composition are not particularly limited because they vary depending on the type of epoxy resin and curing agent. In order to obtain an epoxy resin porous membrane having pores having a uniform distribution and a uniform pore size, a curing treatment can be performed at room temperature. In the case of room temperature curing, the temperature is about 20 to 40 ° C., and the time is about 3 to 100 hours, preferably about 20 to 50 hours. In the case of heat curing, the temperature is about 40 to 120 ° C, preferably about 60 to 100 ° C, and the time is about 10 to 300 minutes, preferably about 30 to 180 minutes. After the curing treatment, post-cure (post-treatment) may be performed to increase the degree of crosslinking of the crosslinked epoxy resin. The post-curing conditions are not particularly limited, but the temperature is room temperature or about 50 to 160 ° C., and the time is about 2 to 48 hours.
硬化体の寸法は特に限定されない。硬化体が円筒又は円柱の形状を有している場合、エポキシ樹脂多孔質膜の製造効率の観点から、硬化体の直径は、例えば20cm以上であり、好ましくは30〜150cmである。硬化体の長さ(軸方向)も、得るべきエポキシ樹脂多孔質膜の寸法を考慮して適宜設定することができる。硬化体の長さは、例えば20〜200cmであり、取扱いやすさの観点から20〜150cmであることが好ましく、20〜120cmであることがより好ましい。 The dimension of a hardening body is not specifically limited. When the cured body has a cylindrical or columnar shape, the diameter of the cured body is, for example, 20 cm or more, and preferably 30 to 150 cm, from the viewpoint of manufacturing efficiency of the epoxy resin porous membrane. The length (axial direction) of the cured body can also be appropriately set in consideration of the dimensions of the epoxy resin porous film to be obtained. The length of the cured body is, for example, 20 to 200 cm, and is preferably 20 to 150 cm, and more preferably 20 to 120 cm from the viewpoint of ease of handling.
次に、硬化体をシート状に成形する。円筒又は円柱の形状を有する硬化体は、以下の方法でシート状に成形されうる。具体的には、図2に示すように、硬化体12をシャフト14に取り付ける。長尺の形状を有するエポキシ樹脂シート16が得られるように、切削刃18(スライサー)を用いて、硬化体12の表層部を所定の厚さで切削(スライス)する。詳細には、硬化体12の円筒軸O(又は円柱軸)を中心として、切削刃18に対して硬化体12を相対的に回転させながら硬化体12の表層部を切削する。この方法によれば、効率的にエポキシ樹脂シート16を作製することができる。
Next, the cured body is formed into a sheet. The cured body having a cylindrical or columnar shape can be formed into a sheet shape by the following method. Specifically, the cured
硬化体12を切削するときのライン速度は、例えば2〜70m/minの範囲にある。エポキシ樹脂シート16の厚さは、エポキシ樹脂多孔質膜の目標厚さ(5〜50μm)に応じて決定される。ポロゲンを除去して乾燥させると厚さが若干減少するので、エポキシ樹脂シート16は、通常、エポキシ樹脂多孔質膜の目標厚さよりも若干厚い。エポキシ樹脂シート16の長さは特に限定されないが、エポキシ樹脂シート16の製造効率の観点から、例えば100m以上であり、好ましくは1000m以上である。
The line speed when cutting the cured
最後に、エポキシ樹脂シート16からポロゲンを抽出し、除去する。具体的には、ハロゲンフリーの溶剤にエポキシ樹脂シート16を浸漬することによって、エポキシ樹脂シート16からポロゲンを除去することができる。これにより、セパレータ4として利用できるエポキシ樹脂多孔質膜が得られる。
Finally, the porogen is extracted from the
エポキシ樹脂シート16からポロゲンを除去するためのハロゲンフリーの溶剤として、水、DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)、DMSO(ジメチルスルホキシド)及びTHF(テトラヒドロフラン)からなる群より選ばれる少なくとも1つをポロゲンの種類に応じて使用できる。また、水、二酸化炭素等の超臨界流体もポロゲンを除去するための溶剤として使用できる。エポキシ樹脂シート16からポロゲンを積極的に除去するために、超音波洗浄を行ってもよく、また、溶剤を加熱して用いてもよい。
As the halogen-free solvent for removing the porogen from the
ポロゲンを除去するための洗浄装置も特に限定されず、公知の洗浄装置を使用できる。エポキシ樹脂シート16を溶剤に浸漬することによってポロゲンを除去する場合には、洗浄槽を複数備えた多段洗浄装置を好適に使用できる。洗浄の段数としては、3段以上がより好ましい。また、カウンターフローを利用することによって、実質的に多段洗浄を行ってもよい。さらに、各段の洗浄で、溶剤の温度を変えたり、溶剤の種類を変えたりしてもよい。
A cleaning apparatus for removing the porogen is not particularly limited, and a known cleaning apparatus can be used. When removing the porogen by immersing the
ポロゲンを除去した後、エポキシ樹脂多孔質膜の乾燥処理を行う。乾燥条件は特に限定されず、温度は通常40〜120℃程度であり、50〜100℃程度が好ましく、乾燥時間は10秒〜5分程度である。乾燥処理には、テンター方式、フローティング方式、ロール方式、ベルト方式等の公知のシート乾燥方法を採用した乾燥装置を使用できる。複数の乾燥方法を組み合わせてもよい。 After removing the porogen, the porous epoxy resin membrane is dried. The drying conditions are not particularly limited, and the temperature is usually about 40 to 120 ° C, preferably about 50 to 100 ° C, and the drying time is about 10 seconds to 5 minutes. For the drying treatment, a drying apparatus employing a known sheet drying method such as a tenter method, a floating method, a roll method, or a belt method can be used. A plurality of drying methods may be combined.
本実施形態の方法によれば、セパレータ4として使用できるエポキシ樹脂多孔質膜を極めて簡単に製造できる。従来のポリオレフィン多孔質膜の製造時に必要だった工程、例えば延伸工程を省略できるため、高い生産性でエポキシ樹脂多孔質膜を製造できる。また、従来のポリオレフィン多孔質膜は、その製造過程において、高い温度及び高いせん断力を受けるので、酸化防止剤等の添加剤を使用する必要がある。これに対し、本実施形態の方法によれば、高い温度及び高いせん断力を加えることなく、エポキシ樹脂多孔質膜を製造できる。そのため、従来のポリオレフィン多孔質膜に含まれていた酸化防止剤等の添加剤を使用せずに済む。また、エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンとして、低廉な材料を使用できるため、セパレータ4の生産コストを低減できる。
According to the method of this embodiment, an epoxy resin porous membrane that can be used as the
なお、セパレータ4は、エポキシ樹脂多孔質膜のみで構成されていてもよいし、エポキシ樹脂多孔質膜と他の多孔質材料との積層体で構成されていてもよい。他の多孔質材料としては、ポリエチレン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜等のポリオレフィン多孔質膜、セルロース多孔質膜、フッ素樹脂多孔質膜等が挙げられる。他の多孔質材料は、エポキシ樹脂多孔質膜の片面にのみ設けられていてもよいし、両面に設けられていてもよい。
In addition, the
同様に、セパレータ4は、エポキシ樹脂多孔質膜と補強材との積層体で構成されていてもよい。補強材としては、織布、不織布等が挙げられる。補強材は、エポキシ樹脂多孔質膜の片面にのみ設けられていてもよいし、両面に設けられていてもよい。
Similarly, the
さらに、このようにしてセパレータ4を準備するとともにカソード2およびアノード3を準備し、常法に従いこれらを用いて電極群を組み立てることにより、非水電解質蓄電デバイス100を製造することができる。
Furthermore, the non-aqueous electrolyte
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these Examples.
[実施例1]
70重量部のビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製、jER(登録商標)828)、10重量部のビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製、jER(登録商標)1001)、20重量部のビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製、jER(登録商標)1009)及び197重量部のポリエチレングリコール(三洋化成社製、PEG200)を混合し、エポキシ樹脂のポリエチレングリコール溶液を調製した。
[Example 1]
70 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, jER (registered trademark) 828), 10 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, jER (registered trademark) 1001), 20 parts by weight of Bisphenol A type epoxy resin (Mitsubishi Chemical Corporation, jER (registered trademark) 1009) and 197 parts by weight of polyethylene glycol (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., PEG200) were mixed to prepare a polyethylene glycol solution of the epoxy resin.
円筒状の金型(ステンレス製、内径20cm、高さ30cm)の内面に離型剤(ナガセケムテックス社製、QZ−13)を薄く塗布し、金型を40〜100℃に設定した乾燥機中で乾燥させた。この金型にエポキシ樹脂のポリエチレングリコール溶液を充填し、22重量部のビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンを加えた。このようにして、エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製した。 A dryer in which a mold release agent (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, QZ-13) is thinly applied to the inner surface of a cylindrical mold (stainless steel, inner diameter 20 cm, height 30 cm), and the mold is set at 40 to 100 ° C Dried in. This mold was filled with a polyethylene glycol solution of an epoxy resin, and 22 parts by weight of bis (4-aminocyclohexyl) methane was added. Thus, the epoxy resin composition containing an epoxy resin, a hardening | curing agent, and a porogen was prepared.
次に、アンカー翼で300rpmにてエポキシ樹脂組成物を30分間撹拌した。次に、真空盤(アズワン社製、VZ型)を用いて、約0.1MPaにて泡が消失するまで真空脱泡した。約2時間放置後、再度約30分間撹拌し、再度真空脱泡した。次に、20〜22℃で70.5時間放置して、エポキシ樹脂組成物を硬化させた。そして、130℃に設定した熱風循環乾燥機で17時間二次硬化を行った。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化体を得た。 Next, the epoxy resin composition was stirred for 30 minutes at 300 rpm with an anchor blade. Next, vacuum deaeration was performed using a vacuum disk (manufactured by AS ONE, VZ type) at about 0.1 MPa until the bubbles disappeared. After standing for about 2 hours, the mixture was again stirred for about 30 minutes and vacuum degassed again. Next, the epoxy resin composition was cured by being left at 20 to 22 ° C. for 70.5 hours. Then, secondary curing was performed for 17 hours with a hot air circulating dryer set at 130 ° C. Thereby, the hardening body of the epoxy resin composition was obtained.
次に、切削旋盤装置(東芝機械社製)を用い、図2を参照して説明した方法に従って、硬化体の表層部を厚さ30μmで連続的にスライスし、エポキシ樹脂シートを得た。エポキシ樹脂シートを50体積%のDMF水溶液及び純水でこの順番に洗浄してポリエチレングリコールを除去し、その後、70℃で2分間、80℃で1分間、90℃で1分間乾燥して実施例1のエポキシ樹脂多孔質膜を得た。実施例1のエポキシ樹脂多孔質膜の厚さは、約27μmであった。 Next, using a cutting lathe device (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.), according to the method described with reference to FIG. 2, the surface layer portion of the cured body was continuously sliced with a thickness of 30 μm to obtain an epoxy resin sheet. The epoxy resin sheet was washed with 50% by volume DMF aqueous solution and pure water in this order to remove polyethylene glycol, and then dried at 70 ° C. for 2 minutes, 80 ° C. for 1 minute, and 90 ° C. for 1 minute. 1 porous epoxy resin membrane was obtained. The thickness of the porous epoxy resin membrane of Example 1 was about 27 μm.
[実施例2]
70重量部の脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂(アデカ社製、EP4080E)、及び120重量部のポリオキシプロピレングリコール(三洋化成工業社製、サンニックスPP−400)を混合し、エポキシ樹脂のポリオキシプロピレングリコール溶液を調製した。
[Example 2]
70 parts by weight of an alicyclic glycidyl ether type epoxy resin (manufactured by Adeka, EP4080E) and 120 parts by weight of polyoxypropylene glycol (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., Sannix PP-400) are mixed, An oxypropylene glycol solution was prepared.
円筒状の金型(ステンレス製、内径20cm、高さ30cm)の内面に離型剤(ナガセケムテックス社製、QZ−13)を薄く塗布し、金型を40〜100℃に設定した乾燥機中で乾燥させた。この金型にエポキシ樹脂のポリオキシプロピレングリコール溶液を充填し、21重量部のビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンを加えた。このようにして、エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製した。 A dryer in which a mold release agent (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, QZ-13) is thinly applied to the inner surface of a cylindrical mold (stainless steel, inner diameter 20 cm, height 30 cm), and the mold is set at 40 to 100 ° C Dried in. This mold was filled with a polyoxypropylene glycol solution of an epoxy resin, and 21 parts by weight of bis (4-aminocyclohexyl) methane was added. Thus, the epoxy resin composition containing an epoxy resin, a hardening | curing agent, and a porogen was prepared.
次に、アンカー翼で300rpmにてエポキシ樹脂組成物を30分間撹拌した。次に、真空盤(アズワン社製、VZ型)を用いて、約0.1MPaにて泡が消失するまで真空脱泡した。約2時間放置後、再度約30分間撹拌し、再度真空脱泡した。次に、40℃で48時間放置して、エポキシ樹脂組成物を硬化させた。そして、60℃に設定した熱風循環乾燥機で24時間二次硬化を行った。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化体を得た。 Next, the epoxy resin composition was stirred for 30 minutes at 300 rpm with an anchor blade. Next, vacuum deaeration was performed using a vacuum disk (manufactured by AS ONE, VZ type) at about 0.1 MPa until the bubbles disappeared. After standing for about 2 hours, the mixture was again stirred for about 30 minutes and vacuum degassed again. Next, the epoxy resin composition was cured by being left at 40 ° C. for 48 hours. And secondary curing was performed for 24 hours with a hot air circulating dryer set to 60 ° C. Thereby, the hardening body of the epoxy resin composition was obtained.
次に、切削旋盤装置(東芝機械社製)を用い、図2を参照して説明した方法に従って、硬化体の表層部を厚さ30μmで連続的にスライスし、エポキシ樹脂シートを得た。エポキシ樹脂シートを50体積%のDMF水溶液及び純水でこの順番に洗浄してポリオキシプロピレングリコールを除去し、その後、70℃で2分間、80℃で1分間、90℃で1分間乾燥して実施例2のエポキシ樹脂多孔質膜を得た。実施例2のエポキシ樹脂多孔質膜の厚さは、約27μmであった。 Next, using a cutting lathe device (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.), according to the method described with reference to FIG. 2, the surface layer portion of the cured body was continuously sliced with a thickness of 30 μm to obtain an epoxy resin sheet. The epoxy resin sheet is washed with 50% by volume DMF aqueous solution and pure water in this order to remove polyoxypropylene glycol, and then dried at 70 ° C. for 2 minutes, 80 ° C. for 1 minute, and 90 ° C. for 1 minute. The porous epoxy resin membrane of Example 2 was obtained. The thickness of the porous epoxy resin membrane of Example 2 was about 27 μm.
[実施例3]
70重量部の脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂(アデカ社製、EP4080E)、及び150重量部のポリエチレングリコール(三洋化成社製、PEG200)を混合し、エポキシ樹脂のポリエチレングリコール溶液を調製した。
[Example 3]
70 parts by weight of an alicyclic glycidyl ether type epoxy resin (manufactured by Adeka, EP4080E) and 150 parts by weight of polyethylene glycol (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., PEG200) were mixed to prepare a polyethylene glycol solution of the epoxy resin.
円筒状の金型(ステンレス製、内径20cm、高さ30cm)の内面に離型剤(ナガセケムテックス社製、QZ−13)を薄く塗布し、金型を40〜100℃に設定した乾燥機中で乾燥させた。この金型にエポキシ樹脂のポリエチレングリコール溶液を充填し、20重量部の4,4‘−ジアミノジフェニルメタンを加えた。このようにして、エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製した。 A dryer in which a mold release agent (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, QZ-13) is thinly applied to the inner surface of a cylindrical mold (stainless steel, inner diameter 20 cm, height 30 cm), and the mold is set at 40 to 100 ° C Dried in. This mold was filled with a polyethylene glycol solution of an epoxy resin, and 20 parts by weight of 4,4′-diaminodiphenylmethane was added. Thus, the epoxy resin composition containing an epoxy resin, a hardening | curing agent, and a porogen was prepared.
次に、アンカー翼で300rpmにてエポキシ樹脂組成物を30分間撹拌した。次に、真空盤(アズワン社製、VZ型)を用いて、約0.1MPaにて泡が消失するまで真空脱泡した。約2時間放置後、再度約30分間撹拌し、再度真空脱泡した。次に、20〜22℃で70.5時間放置して、エポキシ樹脂組成物を硬化させた。そして、130℃に設定した熱風循環乾燥機で17時間二次硬化を行った。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化体を得た。 Next, the epoxy resin composition was stirred for 30 minutes at 300 rpm with an anchor blade. Next, vacuum deaeration was performed using a vacuum disk (manufactured by AS ONE, VZ type) at about 0.1 MPa until the bubbles disappeared. After standing for about 2 hours, the mixture was again stirred for about 30 minutes and vacuum degassed again. Next, the epoxy resin composition was cured by being left at 20 to 22 ° C. for 70.5 hours. Then, secondary curing was performed for 17 hours with a hot air circulating dryer set at 130 ° C. Thereby, the hardening body of the epoxy resin composition was obtained.
次に、切削旋盤装置(東芝機械社製)を用い、図2を参照して説明した方法に従って、硬化体の表層部を厚さ30μmで連続的にスライスし、エポキシ樹脂シートを得た。エポキシ樹脂シートを50体積%のDMF水溶液及び純水でこの順番に洗浄してポリエチレングリコールを除去し、その後、70℃で2分間、80℃で1分間、90℃で1分間乾燥して実施例3のエポキシ樹脂多孔質膜を得た。実施例3のエポキシ樹脂多孔質膜の厚さは、約25μmであった。 Next, using a cutting lathe device (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.), according to the method described with reference to FIG. 2, the surface layer portion of the cured body was continuously sliced with a thickness of 30 μm to obtain an epoxy resin sheet. The epoxy resin sheet was washed with 50% by volume DMF aqueous solution and pure water in this order to remove polyethylene glycol, and then dried at 70 ° C. for 2 minutes, 80 ° C. for 1 minute, and 90 ° C. for 1 minute. 3 epoxy resin porous membrane was obtained. The thickness of the porous epoxy resin membrane of Example 3 was about 25 μm.
[比較例1]
比較例1の多孔質膜として、ポリプロピレン多孔質膜(セルガード社製、Celgard2400、厚さ25μm)を準備した。
[Comparative Example 1]
As a porous membrane of Comparative Example 1, a polypropylene porous membrane (Celgard 2400, thickness 25 μm, manufactured by Celgard) was prepared.
(1)空孔率
実施形態で説明した方法に従って、実施例及び比較例の多孔質膜の空孔率を算出した。実施例及び比較例の空孔率を算出するために、各実施例において多孔質膜の作製に用いた物と同様のエポキシ樹脂とアミン(硬化剤)とを用いてエポキシ樹脂の無孔体を作製し、この無孔体の比重を平均密度Dとして用いた。結果を表1に示す。
(1) Porosity The porosity of the porous films of Examples and Comparative Examples was calculated according to the method described in the embodiment. In order to calculate the porosity of the examples and comparative examples, a non-porous epoxy resin was prepared using the same epoxy resin and amine (curing agent) as those used in the preparation of the porous membrane in each example. The specific gravity of this nonporous material was used as the average density D. The results are shown in Table 1.
(2)通気度
日本工業規格(JIS)P8117で規定された方法に従って、実施例及び比較例の多孔質膜の通気度(ガーレー値)を測定した。結果を表1に示す。
(2) Air permeability The air permeability (Gurley value) of the porous membranes of Examples and Comparative Examples was measured according to the method defined in Japanese Industrial Standard (JIS) P8117. The results are shown in Table 1.
(3)HF量
代表的なフッ素原子含有ルイス酸であるHFのトラップ性能を次のようにして評価した。電解液(1.4M LiPF6/EC2DEC、富山薬品工業社製)を1.5ccのみ(比較例2とする)、あるいは80℃で2時間真空乾燥した実施例1〜3及び比較例1の試料0.15gに対して、電解液(1.4M LiPF6/EC2DEC、富山薬品工業社製)を1.5cc加えた物を、不活性ガス(Ar)置換型グローブボックス内でアルミラミネート袋内に封入して、室温にて6日間静置した。次いでこれを不活性ガス(N2)置換型グローブボックス内に搬入し、前記グローブボックス内で、アルミラミネート袋に切れ目を入れ、電解液を押し出して採取容器へ移した。次いで、電解液約0.1gを秤取し、超純水20mLを加えて振り混ぜた。この溶液を固相抽出用カートリッジ(GLサイエンス製GL−Pak PLS−3)でろ過した液について、イオンクロマトグラフ分析法を用いてF-の定量分析を行い、電解液中のHF含有量を求めた。
(3) HF amount The trap performance of HF, which is a typical fluorine atom-containing Lewis acid, was evaluated as follows. Samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 in which the electrolytic solution (1.4 M LiPF 6 / EC2DEC, manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) was only 1.5 cc (referred to as Comparative Example 2) or vacuum dried at 80 ° C. for 2 hours. 0.15 g of an electrolyte solution (1.4 M LiPF 6 / EC2DEC, manufactured by Toyama Pharmaceutical Co., Ltd.) 1.5 cc added to an aluminum laminated bag in an inert gas (Ar) substitution glove box Sealed and allowed to stand at room temperature for 6 days. Next, this was carried into an inert gas (N 2 ) -substituted glove box, and a cut was made in an aluminum laminate bag in the glove box, and the electrolyte was pushed out and transferred to a collection container. Next, about 0.1 g of the electrolytic solution was weighed, and 20 mL of ultrapure water was added and shaken and mixed. About the liquid which filtered this solution with the cartridge for solid-phase extraction (GL Science-made GL-Pak PLS-3), quantitative analysis of F < - > is performed using an ion chromatograph analysis method, and HF content in electrolyte solution is calculated | required. It was.
(4)比表面積
日本工業規格(JIS)Z8830に準拠し、島津マイクロメリテックスASAP−2400((株)島津製作所製)を用いてN2ガス吸着法により、BET比表面積を求めた。具体的には、実施例1〜3及び比較例1の試料約0.4gを短冊状に裁断し、折りたたんで、大容量セルに採取した。次いで試料を前記装置の前処理部で、温度約80℃で約15時間、脱ガス処理(減圧乾燥)を行った後、測定を行った。
(4) conforms to the specific surface area Japanese Industrial Standards (JIS) Z8830, the N 2 gas adsorption method using a Shimadzu Micromeritics Tex ASAP-2400 ((Ltd.) manufactured by Shimadzu Corporation) to determine the BET specific surface area. Specifically, about 0.4 g of the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were cut into strips, folded, and collected in a large capacity cell. Next, the sample was subjected to degassing treatment (vacuum drying) at a temperature of about 80 ° C. for about 15 hours in the pretreatment section of the apparatus, and then the measurement was performed.
(5)平均孔径
平均孔径は、走査型電子顕微鏡を用い、実施形態で説明した方法により求めた。
(5) Average pore diameter The average pore diameter was determined by the method described in the embodiment using a scanning electron microscope.
[リチウム二次電池の作製]
次に、実施例1のエポキシ樹脂多孔質膜をセパレータとして使用し、以下に説明する方法に従って、実施例1のリチウムイオン二次電池を作製した。
[Production of lithium secondary battery]
Next, using the epoxy resin porous membrane of Example 1 as a separator, a lithium ion secondary battery of Example 1 was produced according to the method described below.
89重量部のコバルト酸リチウム(日本化学工業社製、セルシードC−10)、10重量部のアセチレンブラック(電気化学工業社製、デンカブラック)、5重量部のPVDF(呉羽化学工業社製、KFポリマーL#1120)を混合し、固形分濃度が15重量%となるようにN−メチル−2−ピロリドンを加えてカソード用スラリーを得た。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔(集電体)上に200μmの厚さで塗布した。塗膜を80℃で1時間、120℃で2時間真空乾燥した後、ロールプレスにて加圧した。これにより、100μmの厚さのカソード活物質層を有するカソードを得た。 89 parts by weight of lithium cobaltate (manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd., Cellseed C-10), 10 parts by weight of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Co., Ltd., Denka Black), 5 parts by weight of PVDF (manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd., KF) Polymer L # 1120) was mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone was added so that the solid content concentration was 15% by weight to obtain a cathode slurry. This slurry was applied to a thickness of 200 μm on an aluminum foil (current collector) having a thickness of 20 μm. The coating film was vacuum dried at 80 ° C. for 1 hour and 120 ° C. for 2 hours, and then pressed by a roll press. As a result, a cathode having a cathode active material layer having a thickness of 100 μm was obtained.
80重量部のメソカーボンマイクロビーズ(大阪ガスケミカル社製、MCMB6−28)、10重量部のアセチレンブラック(電気化学工業社製、デンカブラック)、10重量部のPVDF(呉羽化学工業社製、KFポリマーL#1120)を混合し、固形分濃度が15重量%となるようにN−メチル−2−ピロリドンを加えてアノード用スラリーを得た。このスラリーを厚さ20μmの銅箔(集電体)上に200μmの厚さで塗布した。塗膜を80℃で1時間、120℃で2時間真空乾燥した後、ロールプレスにて加圧した。これにより、100μmの厚さのアノード活物質層を有するアノードを得た。 80 parts by weight of mesocarbon microbeads (manufactured by Osaka Gas Chemical Co., MCMB6-28), 10 parts by weight of acetylene black (manufactured by Denki Black), 10 parts by weight of PVDF (manufactured by Kureha Chemical Industries, KF Polymer L # 1120) was mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone was added so that the solid concentration was 15% by weight to obtain an anode slurry. This slurry was applied to a thickness of 200 μm on a copper foil (current collector) having a thickness of 20 μm. The coating film was vacuum dried at 80 ° C. for 1 hour and 120 ° C. for 2 hours, and then pressed by a roll press. As a result, an anode having an anode active material layer having a thickness of 100 μm was obtained.
次に、カソード、アノード及びセパレータを用いて電極群を組み立てた。具体的には、カソード、実施例1のエポキシ樹脂多孔質膜(セパレータ)及びアノードを積層し、電極群を得た。電極群をアルミニウムラミネートパッケージに入れた後、パッケージに電解液を注入した。電解液として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを1:2の体積比で含む溶媒にLiPF6を1.4mol/リットルの濃度で溶解させたものを用いた。最後に、パッケージを封口して、実施例1のリチウムイオン二次電池を得た。 Next, an electrode group was assembled using a cathode, an anode, and a separator. Specifically, the cathode, the epoxy resin porous membrane (separator) of Example 1 and the anode were laminated to obtain an electrode group. After the electrode group was put in an aluminum laminate package, an electrolytic solution was injected into the package. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.4 mol / liter in a solvent containing ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 2 was used. Finally, the package was sealed to obtain the lithium ion secondary battery of Example 1.
実施例1と同様にして、実施例2、実施例3及び比較例1の多孔質膜を用いてリチウムイオン二次電池を作製した。 In the same manner as in Example 1, lithium ion secondary batteries were produced using the porous films of Examples 2, 3 and Comparative Example 1.
実施例1〜3及び比較例1の各電池について、連続充電試験及び高温保存試験を実施した。各試験には、他の試験を受けていない新しい電池を使用した。なお、連続充電試験及び高温保存試験に供する前に、25℃の温度、0.2CmAの電流で各電池の充放電を2回繰り返した。 For each battery of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, a continuous charge test and a high temperature storage test were performed. Each test used a new battery that had not undergone other tests. In addition, before using for a continuous charge test and a high temperature storage test, charging / discharging of each battery was repeated twice with the temperature of 25 degreeC, and the electric current of 0.2 CmA.
(6)連続充電試験
電池を温度60℃の恒温槽に入れ、0.2CmA、4.25Vの定電流定電圧充電を行なった。0.2CmAの電流での充電において、電池の電圧が4.25Vに達すると、電流値は減衰する。しかし、一旦減少した電流値が再び上昇する現象が観測されることがある。この現象は、高電圧で活性の高いカソードの近傍で何らかの化学反応が起こっていることを示唆していると考えられる。従って、セパレータの耐酸化性を評価する指標として、上記の連続充電における電流挙動を7日間観測した。7日間の観測で電流値の再上昇が観測されなかった場合には「○」、観測された場合には「×」と評価した。結果を表1に示す。
(6) Continuous charge test The battery was placed in a thermostatic bath at a temperature of 60 ° C., and a constant current and constant voltage charge of 0.2 CmA, 4.25 V was performed. In charging with a current of 0.2 CmA, when the battery voltage reaches 4.25 V, the current value attenuates. However, a phenomenon in which the current value once decreased increases again may be observed. This phenomenon is thought to suggest that some chemical reaction is occurring in the vicinity of the cathode having high activity at high voltage. Therefore, the current behavior in the continuous charging was observed for 7 days as an index for evaluating the oxidation resistance of the separator. When the current value did not rise again after 7 days of observation, it was evaluated as “◯”, and when it was observed, it was evaluated as “×”. The results are shown in Table 1.
(7)高温保存試験
実施例1〜3及び比較例1の電池を室温にて0.2CmAの定電流、4.2Vの定電圧で20時間連続して充電した。次に、満充電状態を維持しつつ、80℃の温度の恒温槽に4日間保持した後、80℃の温度で電池の電圧を測定した。結果を表1に示す。
(7) High-temperature storage test The batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were continuously charged at room temperature with a constant current of 0.2 CmA and a constant voltage of 4.2 V for 20 hours. Next, the battery voltage was measured at a temperature of 80 ° C. after being kept in a constant temperature bath at a temperature of 80 ° C. for 4 days while maintaining a fully charged state. The results are shown in Table 1.
また、実施例1〜3及び比較例1の各電池について、サイクル特性を評価した。サイクル特性評価には、他の試験を受けていない新しい電池を使用した。なお、サイクル特性試験に供する前に、25℃の温度、0.2CmAの電流で各電池の充放電を2回繰り返した。 In addition, the cycle characteristics of the batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were evaluated. A new battery that had not undergone other tests was used for cycle characteristics evaluation. In addition, before using for a cycle characteristic test, charging / discharging of each battery was repeated twice with the temperature of 25 degreeC, and the electric current of 0.2 CmA.
(8)サイクル特性
実施例1〜3及び比較例1の各電池を、60℃の温度の恒温槽に保持し、まず4.2Vに到達するまでは、1Cに相当する定電流で充電し、4.2Vに到達した後は、4.2V定電圧で電流値が1C相当の5%に減衰するまで充電を行って、これを1充電とし、次いで1Cに相当する電流値で電圧が2.75Vに到達するまで放電を行って、これらを1充放電サイクルとした。この充放電サイクルを100回行った。このとき、1回目の放電容量に対する100回目の放電容量の比を、100サイクル時容量維持率として評価した。結果を表1に示す。
(8) Cycle characteristics Each battery of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 is held in a constant temperature bath at a temperature of 60 ° C., and charged with a constant current corresponding to 1 C until it reaches 4.2 V, After reaching 4.2 V, charging is performed until the current value is attenuated to 5% corresponding to 1 C at a constant voltage of 4.2 V, this is set to 1 charging, and then the voltage is set to 2. with a current value corresponding to 1 C. Discharge was performed until it reached 75 V, and these were defined as one charge / discharge cycle. This charge / discharge cycle was performed 100 times. At this time, the ratio of the 100th discharge capacity to the first discharge capacity was evaluated as the capacity retention rate during 100 cycles. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、実施例のエポキシ樹脂多孔質膜は、比較例に比べHF量が少なかった。従って、本発明によれば、環境に対する負荷が大きい溶剤の使用を回避できるとともに、孔径などのパラメータの制御も比較的容易な方法により製造することができ、かつ、フッ素原子含有ルイス酸をトラップ可能な非水電解質蓄電デバイス用セパレータを提供することができ、また特性の高い非水電解質蓄電デバイスを提供することができることがわかる。 As shown in Table 1, the epoxy resin porous membrane of the example had a smaller amount of HF than the comparative example. Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid the use of a solvent having a large environmental load, to control the parameters such as the pore diameter by a relatively easy method, and to trap the fluorine-containing Lewis acid. It can be seen that a non-aqueous electrolyte electricity storage device separator can be provided, and a non-aqueous electrolyte electricity storage device having high characteristics can be provided.
本発明によって提供されたセパレータは、リチウムイオン二次電池等の非水電解質蓄電デバイスに好適に使用でき、特に、車両、オートバイ、船舶、建設機械、産業機械、住宅用蓄電システム等に必要とされる大容量の二次電池に好適に使用できる。 The separator provided by the present invention can be suitably used for nonaqueous electrolyte power storage devices such as lithium ion secondary batteries, and is particularly required for vehicles, motorcycles, ships, construction machinery, industrial machinery, residential power storage systems, and the like. It can be suitably used for a large capacity secondary battery.
2 カソード
3 アノード
4 セパレータ
12 硬化体
16 エポキシ樹脂シート
18 切削刃
100 非水電解質電池
2
Claims (10)
エポキシ樹脂シートが得られるように、前記エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する又は前記エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を硬化させる工程と、
ハロゲンフリーの溶剤を用いて前記エポキシ樹脂シートから前記ポロゲンを除去する工程と、
を含む、請求項1に記載の非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 A step of preparing an epoxy resin composition comprising an epoxy resin, amines as a curing agent and a porogen;
A step of molding the cured product of the epoxy resin composition into a sheet shape or curing the sheet-shaped molded product of the epoxy resin composition so as to obtain an epoxy resin sheet;
Removing the porogen from the epoxy resin sheet using a halogen-free solvent;
The manufacturing method of the separator for nonaqueous electrolyte electrical storage devices of Claim 1 containing this.
前記硬化体をシート状に成形する工程が、長尺の形状を有する前記エポキシ樹脂シートが得られるように、前記硬化体の表層部を所定の厚さに切削する工程を含む、請求項4に記載の非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 The cured body has a cylindrical or cylindrical shape;
The step of forming the cured body into a sheet shape includes a step of cutting a surface layer portion of the cured body to a predetermined thickness so that the epoxy resin sheet having a long shape is obtained. The manufacturing method of the separator for nonaqueous electrolyte electrical storage devices of description.
アノードと、
前記カソードと前記アノードとの間に配置された、請求項1〜3のいずれかに記載のセパレータと、
イオン伝導性を有する電解質と、
を備えた、非水電解質蓄電デバイス。 A cathode,
An anode,
The separator according to any one of claims 1 to 3, disposed between the cathode and the anode;
An electrolyte having ionic conductivity;
A non-aqueous electrolyte electricity storage device.
前記カソード、前記アノード及び前記セパレータを用いて電極群を組み立てる工程と、
を含み、
前記セパレータを準備する工程が、
(i)エポキシ樹脂、硬化剤としてのアミン類及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製する工程と、
(ii)エポキシ樹脂シートが得られるように、前記エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する又は前記エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を硬化させる工程と、
(iii)ハロゲンフリーの溶剤を用いて前記エポキシ樹脂シートから前記ポロゲンを除去する工程と、
を含む、非水電解質蓄電デバイスの製造方法。 Providing a cathode, an anode and the separator of claim 1;
Assembling an electrode group using the cathode, the anode and the separator;
Including
Preparing the separator comprises:
(I) a step of preparing an epoxy resin composition containing an epoxy resin, an amine as a curing agent, and a porogen;
(Ii) a step of molding the cured product of the epoxy resin composition into a sheet shape or curing the sheet-shaped molded product of the epoxy resin composition so that an epoxy resin sheet is obtained;
(Iii) removing the porogen from the epoxy resin sheet using a halogen-free solvent;
A method for producing a nonaqueous electrolyte electricity storage device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012133208A JP2013020956A (en) | 2011-06-13 | 2012-06-12 | Separator for nonaqueous electrolyte power storage device, nonaqueous electrolyte power storage device, and manufacturing methods thereof |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011131555 | 2011-06-13 | ||
JP2011131555 | 2011-06-13 | ||
JP2012133208A JP2013020956A (en) | 2011-06-13 | 2012-06-12 | Separator for nonaqueous electrolyte power storage device, nonaqueous electrolyte power storage device, and manufacturing methods thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013020956A true JP2013020956A (en) | 2013-01-31 |
Family
ID=47692162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012133208A Pending JP2013020956A (en) | 2011-06-13 | 2012-06-12 | Separator for nonaqueous electrolyte power storage device, nonaqueous electrolyte power storage device, and manufacturing methods thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013020956A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015168714A (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Resin structure, and prepreg, resin sheet, metal foil-clad laminate, and printed wiring board prepared using the same |
JP2021134291A (en) * | 2020-02-27 | 2021-09-13 | 大成プラス株式会社 | Production method for porous molded article and production method for semiclosed container |
-
2012
- 2012-06-12 JP JP2012133208A patent/JP2013020956A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015168714A (en) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Resin structure, and prepreg, resin sheet, metal foil-clad laminate, and printed wiring board prepared using the same |
JP2021134291A (en) * | 2020-02-27 | 2021-09-13 | 大成プラス株式会社 | Production method for porous molded article and production method for semiclosed container |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4940367B1 (en) | Separator for nonaqueous electrolyte electricity storage device, nonaqueous electrolyte electricity storage device, and production method thereof | |
JP5934580B2 (en) | Epoxy resin porous membrane, separator for nonaqueous electrolyte electricity storage device, nonaqueous electrolyte electricity storage device, composite semipermeable membrane, and production method thereof | |
WO2012172789A1 (en) | Separator for nonaqueous electrolyte electricity storage devices, nonaqueous electrolyte electricity storage device, method for producing separator for nonaqueous electrolyte electricity storage devices, and method for manufacturing nonaqueous electrolyte electricity storage device | |
WO2012172782A1 (en) | Separator for nonaqueous electrolytic electricity storage device and nonaqueous electrolytic electricity storage device | |
JP2013020957A (en) | Nonaqueous electrolyte power storage device, and method for manufacturing the same | |
WO2012172785A1 (en) | Nonaqueous electrolytic electricity storage device and production method therefor | |
WO2012172784A1 (en) | Method for manufacturing separator for non-aqueous electrolyte accumulator and method for manufacturing non-aqueous electrolyte accumulator | |
WO2012172786A1 (en) | Method for fabricating separator for non-aqueous electrolyte electricity storage device and method for fabricating non-aqueous electrolyte electricity storage device | |
JP2015170394A (en) | Separator for power storage device, method of manufacturing the same, and power storage device using the same | |
JP2013020956A (en) | Separator for nonaqueous electrolyte power storage device, nonaqueous electrolyte power storage device, and manufacturing methods thereof | |
WO2012172783A1 (en) | Production method for separator for nonaqueous electrolytic electricity storage device and production method for nonaqueous electrolytic electricity storage device | |
WO2012172787A1 (en) | Separator for non-aqueous electrolyte accumulators, non-aqueous electrolyte accumulator and manufacturing methods therefor | |
JP6405187B2 (en) | Separator for nonaqueous electrolyte electricity storage device, nonaqueous electrolyte electricity storage device, and production method thereof | |
JP2013020958A (en) | Nonaqueous electrolyte power storage device, and method for manufacturing the same | |
JP2015168694A (en) | Porous epoxy resin membrane, separator for electricity storage device using the same and methods of producing them | |
JP2015084297A (en) | Separator for nonaqueous electrolyte power storage devices, nonaqueous electrolyte power storage device, and manufacturing method thereof | |
JP2015170393A (en) | Separator for power storage device and manufacturing method therefor, and power storage device using the same |