JP2014520377A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
(式中、
− R1、R2、R3は互いに同じ又は異なり、独立に水素原子及びC1〜C3の炭化水素基から選択され、
− ROHは少なくとも1つのヒドロキシル基を有するC1〜C5の炭化水素基である)で示される少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)と
に由来する繰り返し単位を含有する二次電池に関する。
Description
(式中、
− R1、R2、R3は互いに同じ又は異なり、独立に水素原子及びC1〜C3の炭化水素基から選択され、
− ROHは少なくとも1つのヒドロキシル基を有するC1〜C5の炭化水素基である)の少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)と
に由来する繰り返し単位を含有する、二次電池である。
− 少なくとも1種の金属を含有する負極、
− 電荷輸送媒体と少なくとも1種の金属塩とを含有する電荷輸送電解質、及び
− 正極、
を更に含有する。
− リチウム、ナトリウム、マグネシウム、又はカルシウムを含むアルカリ金属又はアルカリ土類金属、
− 少なくとも1種のアルカリ金属又はアルカリ土類金属を受け入れる、通常は粉末、フレーク、繊維、又は球体(例えばメソカーボンマイクロビーズ)の形態で存在する、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を挿入できる黒鉛質炭素、
− シリコン系合金及びゲルマニウム系合金を含む、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の合金組成物、
− 有利にはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を誘起歪なく挿入するのに好適な、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のチタン酸塩、
が挙げられる。
− リチウムを受け入れる、通常は粉末、フレーク、繊維、又は球体(例えばメソカーボンマイクロビーズ)の形態で存在する、リチウムを挿入できる黒鉛質炭素、
− 金属リチウム
− 特には米国特許第6203944号明細書(3M INNOVATIVE PROPERTIES CO.2001年3月20日)及び/又は国際公開第00/03444号パンフレット(MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING2000年1月20日)に記載されているものを含む、リチウム合金組成物、
− 可動イオン、すなわちLi+、の取り込みに際して低レベルの物理的膨張しか生じない「無歪」挿入物質と一般的に見なされている、一般的には式Li4Ti5O12で表されるチタン酸リチウム、
− 一般的に高いLi/Si比率のリチウムシリサイドとして知られるリチウム−シリコン合金、特には式Li4.4Siのリチウムシリサイド、
− 式Li4.4Geの結晶相を含む、リチウム−ゲルマニウム合金、
が挙げられる。
(式中、
− R’1、R’2、及びR’3は水素原子であり、
− R’OHは少なくとも1つのヒドロキシル基を有するC1〜C5の炭化水素基である)
を満たす。
− 下記式のヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、
− 下記式のうちのいずれかの2−ヒドロキシプロピルアクリレート(HPA)、
− 及びこれらの混合物、
から選択される。
− 1.5〜3.5mol%のヘキサフルオロプロピレン(HFP)由来の繰り返し単位と、
− 0.5〜1.5mol%の、上述した式(I)で表される少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)由来の繰り返し単位と、
を含有し、フッ化ビニリデン(VDF)由来の繰り返し単位が、繰り返し単位合計100mol%の補完成分である、フッ化ポリマー[ポリマー(F1)]である。
− 1.5〜3.5mol%のヘキサフルオロプロピレン(HFP)由来の繰り返し単位と、
− 0.5〜1.5mol%の、ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)由来の繰り返し単位と、
を含有し、フッ化ビニリデン(VDF)由来の繰り返し単位が、繰り返し単位合計100mol%の補完成分である、フッ化ポリマー[ポリマー(F2)]である。
− 1.5〜3.5mol%のヘキサフルオロプロピレン(HFP)由来の繰り返し単位と、
− 0.5〜1.5mol%の、ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)由来の繰り返し単位と、
からなり、フッ化ビニリデン(VDF)由来の繰り返し単位が、繰り返し単位合計100mol%の補完成分である、フッ化ポリマー[ポリマー(F3)]である。
VDF/HFP/HEAポリマーの合成
880rpmの速度で稼働する撹拌翼を備えた4lt.の反応器に、2455gの脱塩水と0.63gのMETHOCEL(登録商標)K100 GR懸濁化剤とを連続して入れた。
反応器を通気して窒素で1barに加圧し、その後t−アミルパーピバレート開始剤の75体積%イソドデカン溶液8.55gを反応器に入れ、次いで107gのHFPモノマーと947gのVDFモノマーとを入れた。その後反応器を徐々に52℃まで加熱して最終圧力を110barにした。温度は試験全体を通して55℃で一定に維持した。圧力は、19.96g/lのHEAモノマー水溶液を総量709mlまで供給することによって試験全体を通して110barで一定に維持した。510分後、大気圧になるまで懸濁液の脱気をすることで重合を停止した。その後、得られたポリマーを回収し、脱塩水で洗浄し、50℃でオーブン乾燥した(814g)。
NMRによる測定から、得られたポリマーは、2.3mol%のHFPと、1.0mol%のHEAとを含有していた。
VDF/HFP/アクリル酸(AA)ポリマーの合成
880rpmの速度で稼働する撹拌翼を備えた4lt.の反応器に、2460gの脱塩水と0.63gのMETHOCEL(登録商標)K100 GR懸濁化剤とを連続して入れた。
反応器を通気して窒素で1barに加圧し、その後t−アミルパーピバレート開始剤の75体積%イソドデカン溶液9.98gと5.35gの炭酸ジエチルとを反応器に入れ、次いで0.5gのアクリル酸(AA)モノマーと、107gのHFPモノマーと、949gのVDFモノマーとを入れた。その後反応器を徐々に55℃まで加熱して最終圧力を110barにした。温度は試験全体を通して55℃で一定に維持した。圧力は、17.44g/lのAAモノマー水溶液を総量750mlまで供給することによって試験全体を通して110barで一定に維持した。516分後、大気圧になるまで懸濁液の脱気をすることで重合を停止した。その後、得られたポリマーを回収し、脱塩水で洗浄し、50℃でオーブン乾燥した(852g)。
NMRによる測定から、得られたポリマーは、2.5mol%のHFPと、1.0mol%のAAとを含有していた。
ポリマーのフィルムを1MのLiPF6の炭酸エチレン/炭酸プロピレン(重量比1:1)電解質溶液に浸漬し、乾燥グローブボックス中、室温で24時間保管した。得られたポリマー電解質を2つのステンレス鋼製電極の間に挟み、容器に封入した。
ポリマー電解質の抵抗を測定し、以下の式を用いてイオン電導率([σ])を計算した。
式中、dはフィルムの厚さであり、Rbはバルク抵抗であり、Sはステンレス鋼電極の面積である。
6個の温度ゾーンと4mm−2穴ダイとを備えた2軸スクリュー押出機であるLEISTRITZ LSM 30/34で押出しすることによってポリマー粉末を加工した。
設定温度は下の表1に詳述されている通りに設定した。
高密度セパレータを製造するために、ペレットを200℃に設定された5個の温度ゾーンと0.5mm×100mmのテープダイとを備えた単軸スクリューBraebender押出機(スクリュー速度=25rpm)で加工した。ダイから出た溶融テープは60℃の温度に保持されている2つの連続した冷却ロールに巻き取った。巻取り速度は約20〜25μmの厚さのフィルムが得られるように調整した。
上で詳述したように得られた高密度セパレータを150℃のオーブン中に15〜42時間置いた。セパレータの熱安定性を確かめるために、UV/VIS分光光度計を用いて熱劣化試験前と後の450nmでの透過率の値を測定した。
高密度セパレータは、実施例1及び比較例1に従って合成したポリマーのペレットから、リップ長450mm、リップ幅0.55mmのフィルムダイと、3つのカレンダーロールとを備えた直径45mmの単軸スクリュー押出機を用いた押出によっても製造された。
Claims (11)
- 少なくとも1つのセパレータを含有し、前記セパレータは少なくとも1種のフッ化ポリマー[ポリマー(F)]を含有し、前記ポリマー(F)はフッ化ビニリデン(VDF)と、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)と、下記式(I)
(式中、
− R1、R2、R3は互いに同じ又は異なり、独立に水素原子及びC1〜C3の炭化水素基から選択され、
− ROHは少なくとも1つのヒドロキシル基を有するC1〜C5の炭化水素基である)で示される少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)と
に由来する繰り返し単位を含有する二次電池であって、前記ポリマー(F)は、0.5〜10mol%、好ましくは1〜5mol%、より好ましくは1.5〜3.5mol%のヘキサフルオロプロピレン(HFP)由来の繰り返し単位を含有する、二次電池。 - 前記ポリマー(F)が、0.1〜5mol%の式(I)で示される少なくとも1種の(メタ)アクリルモノマー(MA)由来の繰り返し単位を含有する、請求項1に記載の二次電池。
- 前記(メタ)アクリルモノマー(MA)が、下記式(II)
(式中、
− R’1、R’2、及びR’3は水素原子であり、
− R’OHは少なくとも1つのヒドロキシル基を有するC1〜C5の炭化水素基である)
を満たす、請求項1又は2に記載の二次電池。 - 前記(メタ)アクリルモノマー(MA)がヒドロキシエチルアクリレート(HEA)である、請求項3に記載の二次電池。
- 前記ポリマー(F)が、
− 1.5〜3.5mol%のヘキサフルオロプロピレン(HFP)由来の繰り返し単位と、
− 0.5〜1.5mol%のヒドロキシエチルアクリレート(HEA)由来の繰り返し単位と、
からなるフッ化ポリマー[ポリマー(F3)]であって、
フッ化ビニリデン(VDF)由来の繰り返し単位が、繰り返し単位合計100mol%の補完成分である、請求項4に記載の二次電池。 - 前記セパレータが多孔質セパレータである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記多孔質セパレータが微孔性平膜又は不織布である、請求項6に記載の二次電池。
- 前記セパレータが高密度セパレータである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記高密度セパレータが、少なくとも1種のポリマー(F)が電荷移動媒体で膨潤したポリマー電解質である、請求項8に記載の二次電池。
- 前記電池がアルカリ二次電池又はアルカリ土類二次電池である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記電池がリチウムイオン二次電池である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の二次電池。
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