JP2016105398A - 二次電池用セパレータ(separator)及び二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
(リチウムイオン二次電池の構成)
まず、図1に基づいて、第1の実施形態に係るリチウムイオン二次電池10の構成について説明する。
(正極20)
負極30は、集電体31と、負極活物質層32とを含む。集電体31は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、及びニッケルメッキ鋼等で構成される。負極活物質層32は、リチウムイオン二次電池の負極活物質層として使用されるものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、負極活物質層32は、負極活物質を含み、バインダをさらに含んでいてもよい。負極活物質は、例えば、黒鉛活物質(人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、人造黒鉛を被覆した天然黒鉛等)、ケイ素もしくはスズもしくはそれらの酸化物の微粒子と黒鉛活物質との混合物、ケイ素もしくはスズの微粒子、ケイ素もしくはスズを基本材料とした合金、及びLi4Ti5O12等の酸化チタン系化合物等が考えられる。ケイ素の酸化物は、SiOx(0≦x≦2)で表される。負極活物質としては、これらの他に、例えば金属リチウム等が挙げられる。バインダは、正極活物質層22を構成するバインダと同様のものでもある。正極活物質とバインダとの質量比は特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池で採用される質量比が本実施形態でも適用可能である。
セパレータ(separator)40は、基材40aと、コーティング層(フィラー層)40bとを含む。基材40aは、特に制限されず、リチウムイオン二次電池のセパレータとして使用されるものであれば、どのようなものであってもよい。基材40aとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜(多孔性フィルム)や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。基材40aを構成する樹脂としては、例えばポリエチレン(polyethylene),ポリプロピレン(polypropylene)等に代表されるポリオレフィン(polyolefin)系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate),ポリブチレンテレフタレート(polybutylene terephthalate)等に代表されるポリエステル(Polyester)系樹脂、PVDF、フッ化ビニリデン(VDF)−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル(par fluorovinyl ether)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン(trifluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン(fluoroethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン(hexafluoroacetone)共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン(ethylene)共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン(propylene)共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン(trifluoro propylene)共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)−ヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropylene)共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン(ethylene)−テトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene)共重合体等を挙げることができる。
次に、リチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。正極20は、以下のように作製される。まず、正極活物質、導電剤、及びバインダを混合したものを、溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン)に分散させることでスラリーを作製する。次いで、スラリーを集電体21上に展開(例えば塗工)し、乾燥させることで、正極活物質層22を作製する。なお、塗工の方法は、特に限定されない。塗工の方法としては、例えば、ナイフコーター(knife coater)法、グラビアコーター(gravure coater)法等が考えられる。以下の各塗工工程も同様の方法により行われる。次いで、プレス(press)機により正極活物質層22をプレスする。これにより、正極20が作製される。
次に、本実施形態の実施例について説明する。まず、バインダの合成例について説明する。なお、以下で記載するポリアクリル酸ナトリウム(PAANa)等と他のモノマーの配合比は、特に断らない限りモル比を表すものとする。
撹拌子、温度計、冷却管を装着した500mlの4つ口セパラブルフラスコ内に、蒸留水363g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(62.4g,アクリル酸に対して0.9当量)を加えた後、ダイヤフラムポンプで内圧を10mmHgに減圧し、窒素で内圧を常圧に戻す操作を3回繰り返した。ついで、4つ口セパラブルフラスコ内に、アクリル酸(25g,0.347mol)、アクリロニトリル(25g,0.471mol)、過硫酸アンモニウム(0.29g,0.00126mol,0.0015当量)を加え600rpmで撹拌した。反応液の温度が65℃〜70℃の間で安定するように加熱を制御しつつ、4時間、更に温度を80℃に昇温し、4時間反応させた。
蒸留水456g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(52.7g,アクリル酸に対して0.95当量)アクリル酸(20g,0.278mol)、アクリロニトリル(30g,0.565mol)、過硫酸アンモニウム(0.29g,0.00126mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.3質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水362g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(55.2g,メタクリル酸に対して0.95当量)メタクリル酸(25g,0.290mol)、アクリロニトリル(25g,0.471mol)、過硫酸アンモニウム(0.348g,0.00168mol,0.002当量)を用いた以外は、全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ12.0質量%(理論値12質量%)であった。
蒸留水362g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(55.2g,メタクリル酸に対して0.95当量)メタクリル酸(25g,0.290mol)、メタクリロニトリル(25g,0.373mol)、過硫酸アンモニウム(0.30g,0.00133mol,0.002当量)を用いた以外は全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ12.0質量%(理論値12質量%)であった。
蒸留水205g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(39.5g,アクリル酸に対して0.95当量)アクリル酸(15g,0.208mol)、イソボルニルアクリレート(15g,0.072mol)、過硫酸アンモニウム(0.096g,0.00042mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ12.4質量%(理論値12.5質量%)であった。
蒸留水205g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(39.5g,アクリル酸に対して0.95当量)アクリル酸(15g,0.208mol)、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート(15g,0.089mol)、過硫酸アンモニウム(0.102g,0.00045mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ12.4質量%(理論値12.5質量%)であった。
蒸留水235g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(11.9g,アクリル酸に対して0.95当量)アクリル酸(4.5g,0.062mol)、アクリルアミド(10.5g,0.148mol)、過硫酸アンモニウム(0.048g,0.00021mol,0.001当量)を用いた以外は全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ6.0質量%(理論値6.0質量%)であった。
蒸留水235g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(19.8g,アクリル酸に対して0.95当量)アクリル酸(7.5g,0.104mol)、アクリルアミド(7.5g,0.106mol)、過硫酸アンモニウム(0.048g,0.00021mol,0.001当量)を用いた以外は全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ6.0質量%(理論値6.0質量%)であった。
蒸留水235g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(27.7g,アクリル酸に対して0.95当量)アクリル酸(10.5g,0.146mol)、アクリルアミド(4.5g,0.063mol)、過硫酸アンモニウム(0.048g,0.00021mol,0.001当量)を用いた以外は全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ6.0質量%(理論値6.0質量%)であった。
撹拌子、温度計、冷却管を装着した300mlの4つ口セパラブルフラスコ内に、蒸留水89g、分散剤としてポリビニルアルコール(0.92g,クラレ社製RS2217)、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(8.0g,アクリル酸に対して0.9当量)を加え、全てが溶解するまで撹拌した後、ダイヤフラムポンプで内圧を10mmHgに減圧し、窒素で内圧を常圧に戻す操作を3回繰り返した。ついで、4つ口セパラブルフラスコ内に、アクリル酸(3.2g,0.044mol)、アダマンチルアクリレート(4.8g,0.027mol)、過硫酸アンモニウム(0.023g,0.00011mol,0.0015当量)を加え600rpmで撹拌した。反応液の温度が65℃〜70℃の間で安定するように加熱を制御しつつ、4時間、更に温度を80℃に昇温し、4時間反応させた。
蒸留水93g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(9.7g,アクリル酸に対して0.9当量)アクリル酸(3.89g,0.054mol)、アダマンチルアクリレート(4.34g,0.024mol)、過硫酸アンモニウム(0.027g,0.00012mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例10と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ8.9質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水86g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(11.2g,アクリル酸に対して0.9当量)アクリル酸(4.48g,0.062mol)、アダマンチルアクリレート(2.80g,0.016mol)、過硫酸アンモニウム(0.027g,0.00012mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例10と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ8.9質量%(理論値10質量%)であった。
撹拌子、温度計、冷却管を装備した300mlの4つ口セパラブルフラスコ内に、蒸留水81g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(9.7g、アクリル酸に対して0.9当量)、アクリル酸(3.8g,0.054mol)を加え、全てが均一に溶解するまで撹拌した後、ダイヤフラムポンプで内圧を10mmHgに減圧し、窒素で内圧を常圧に戻す操作を3回繰り返した。ついで、4つ口セパラブルフラスコ内にt−ブチルアクリレート(3.08g,0.024mol)、過硫酸アンモニウム(0.027g,0.00012mol,0.0015当量)を加え600rpmで撹拌した。反応液の温度を65℃〜70℃の間で安定するように加熱を制御しつつ、4時間、更に温度を80℃に昇温し、4時間反応させた。室温に冷却後、25質量%アンモニア水溶液を用いて反応液のpHを7〜8反応液調整した。反応液を2ml程度取り、不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水79g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(11.2g、アクリル酸に対して0.9当量)、アクリル酸(4.48g,0.062mol)、t−ブチルアクリレート(2.05g,0.016mol)、過硫酸アンモニウム(0.027g,0.00012mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例13と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水145g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(9.0g、アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の総量に対して0.8当量)、アクリル酸(3.0g,0.042mol)、過硫酸アンモニウム(0.077g,0.00034mol,0.0015当量)、t−ブチルアクリレートの代わりにアクリロニトリル(9.0g,0.170mol)、及び2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(3.0g,0.014mol)を用いた以外は全て合成例13と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水147g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(11.1g、アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の総量に対して0.8当量)、アクリル酸(4.5g,0.062mol)、アクリロニトリル(9.0g,0.170mol)、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(1.5g,0.007mol)、過硫酸アンモニウム(0.082g,0.00036mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ8.9質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水148g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(12.2g、アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の総量に対して0.8当量)、アクリル酸(5.25g,0.073mol)、アクリロニトリル(9.0g,0.170mol)、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(0.75g,0.004mol)、過硫酸アンモニウム(0.084g,0.00037mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水147g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(10.6g、アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の総量に対して0.8当量)、アクリル酸(3.75g,0.052mol)、アクリロニトリル(8.25g,0.155mol)、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(3.0g,0.014mol)、過硫酸アンモニウム(0.076g,0.00033mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ8.8質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水149g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(12.8g、アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の総量に対して0.8当量)、アクリル酸(5.25g,0.073mol)、アクリロニトリル(8.25g,0.155mol)、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(1.5g,0.007mol)、過硫酸アンモニウム(0.081g,0.00035mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水150g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(13.9g、アクリル酸と2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の総量に対して0.8当量)、アクリル酸(6.0g,0.083mol)、アクリロニトリル(8.25g,0.155mol)、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(0.75g,0.004mol)、過硫酸アンモニウム(0.083g,0.00036mol,0.0015当量)を用いた以外は全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水143g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(14.2g,アクリル酸とマレイン酸の2倍の合計mol量に対して0.8当量)アクリル酸(5.40g,0.075mol)、アクリロニトリル(8.10g,0.153mol)、マレイン酸(0.69g,0.007mol)、過硫酸アンモニウム(0.08g,0.00035mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例13と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ8.8質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水149g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(13.3g,アクリル酸に対して0.8当量)アクリル酸(6.00g,0.083mol)、アクリロニトリル(6.75g,0.127mol)、アクリロイソブチルPOSS(2.25g,0.0024mol)、過硫酸アンモニウム(0.073g,0.00032mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水149g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(13.3g,アクリル酸に対して0.8当量)アクリル酸(6.00g,0.083mol)、アクリロニトリル(7.50g,0.141mol)、アクリロイソブチルPOSS(1.50g,0.0016mol)、過硫酸アンモニウム(0.077g,0.00034mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水150g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(13.3g,アクリル酸に対して0.8当量)アクリル酸(6.00g,0.083mol)、アクリロニトリル(8.25g,0.155mol)、アクリロイソブチルPOSS(0.75g,0.0008mol)、過硫酸アンモニウム(0.082g,0.00036mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ8.9質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水167g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(30.0g,アクリル酸に対して0.9当量)アクリル酸(12.0g,0.167mol)、アクリロニトリル(3.0g,0.057mol)、過硫酸アンモニウム(0.076g,0.00033mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例1と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ9.0質量%(理論値10質量%)であった。
蒸留水181g、20質量%水酸化ナトリウム水溶液(5.2g,アクリル酸に対して0.9当量)アクリル酸(2.10g,0.029mol)、ブチルアクリレート(16.8g,0.131mol)、グリシジルメタクリレート(0.6g,0.004mol)、過硫酸アンモニウム(0.056g,0.00036mol,0.0015当量)を用いた以外は、全て合成例15と同様にして合成した。反応液の不揮発分(NV)を測定したところ8.9質量%(理論値10質量%)であった。
(比較例1)
ベーマイトC20(大明化学工業社製)61.4g、ベーマイトACTILOX−200SM(ナバルテック社製)6.8gに蒸留水164g、バインダとして10質量%ポリアクリル酸ナトリウム水溶液(アルドリッチ社製,68.3g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を加え、スラリー状になるまで撹拌し、その後ビーズミル(社製、ジルコニアビーズ,0.5φ,充填率60体積%,2000rpm,4回パス)にて分散させ、ベーマイト/バインダ混合溶液を作製した。
蒸留水175g、バインダとして、25質量%のPVDF水分散液(Solvay社製 Solef90000)27.2g(NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、比較例2のコーティングセパレータを得た。
蒸留水171g、合成例1で作製したバインダ(59.9g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例1のコーティングセパレータを得た。
蒸留水158g、合成例2で作製したバインダ(73.4g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例2のコーティングセパレータを得た。
蒸留水175g、合成例3で作製したバインダ(73.4g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例3のコーティングセパレータを得た。
蒸留水175g、合成例4で作製したバインダ(56.9g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例4のコーティングセパレータを得た。
蒸留水177g、合成例5で作製したバインダ(55.0g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例5のコーティングセパレータを得た。
蒸留水177g、合成例6で作製したバインダ(55.0g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例6のコーティングセパレータを得た。
蒸留水118g、合成例7で作製したバインダ(113.8g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例7のコーティングセパレータを得た。
蒸留水118g、合成例8で作製したバインダ(113.8g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例8のコーティングセパレータを得た。
蒸留水118g、合成例9で作製したバインダ(113.8g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例9のコーティングセパレータを得た。
蒸留水188g、合成例1で作製したバインダ(29.9g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)と、25質量%のPVDF水分散液(Solvay社製 Solef90000,13.7g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例10のコーティングセパレータを得た。
蒸留水188g、合成例2で作製したバインダ(36.7g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)と、25質量%のPVDF水分散液(Solvay社製 Solef90000,13.7g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例11のコーティングセパレータを得た。
蒸留水182g、合成例1で作製したバインダ(29.9g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)と、16.9質量%の非水溶性アクリル水分散液(日立化成社製 SSE2G,20.2g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例12のコーティングセパレータを得た。
蒸留水174g、合成例2で作製したバインダ(36.7g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)と、16.9質量%の非水溶性アクリル水分散液(日立化成社製 SSE2G,20.2g,NV換算3.4g,ベーマイト全重量に対して5質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例13のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例10で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例14のコーティングセパレータを得た。
蒸留水156g、合成例11で作製したバインダ(76.4g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例15のコーティングセパレータを得た。
蒸留水156g、合成例12で作製したバインダ(76.4g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例16のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例13で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例17のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例14で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例18のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例15で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例19のコーティングセパレータを得た。
蒸留水156g、合成例16で作製したバインダ(76.4g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例20のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例17で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例21のコーティングセパレータを得た。
蒸留水155g、合成例18で作製したバインダ(77.3g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例22のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例19で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例23のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例20で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例24のコーティングセパレータを得た。
蒸留水155g、合成例21で作製したバインダ(77.3g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例25のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例22で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例26のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例23で作製したバインダ(75.6,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例27のコーティングセパレータを得た。
蒸留水156g、合成例24で作製したバインダ(76.4,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例28のコーティングセパレータを得た。
蒸留水157g、合成例25で作製したバインダ(75.6g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、実施例29のコーティングセパレータを得た。
蒸留水159g、合成例26で作製したバインダ(73.1g,NV換算6.8g,ベーマイト全重量に対して10質量%)を用いた以外は全て比較例1と同様に行い、比較例3のコーティングセパレータを得た。
ステンレス板上に固定したコーティングセパレータに、幅1.5cmの粘着テープ(ニチバン社製セロテープ(登録商標) No.405)を張り付けた。そして、剥離試験機(島津製作所社製SHIMAZU EZ−S)を用いて、180°引き剥がしにおけるピール強度を測定した。密着性評価結果を表1にまとめて示す。
図2に示すように、コーティングセパレータをTD*MD=60mm*80mmとなるように切り出し、TD/MD方向にノギスを用いて50mmの間隔で印を入れた。セパレータを二つ折りにしたアルミ箔の間にはさみ、130℃の恒温槽中に60分静置した。セパレータを取り出した後、TD/MDそれぞれの印の間隔をノギスで読み取り、次式にしたがって熱収縮率を算出した。熱収縮評価結果をまとめて表1に示す。なお、次式において、加熱後の間隔はTD方向の間隔を使用した。
東洋精機社製ガーレー式デンソメーター(内筒重量(圧力)567g、透過面穴径28.6mm(6.45平方センチメートル)にて空気100ccの透過する時間を測定することで、透気度を評価した。透過時間が短いほど透気度が高い。
(実施例30)
(負極合剤スラリーの作製)
人造黒鉛96質量%、アセチレンブラック2質量%、スチレンブタジエン共重合体(SBR)バインダ1質量%、カルボキシメチルセルロース(CMC)1質量%を混合し、混合物に粘度調整のために水を加えることで、負極合剤スラリーを作製した。なお、負極合剤スラリー中の不揮発分はスラリー総質量に対して48質量%であった。
次いで、乾燥後の合剤塗工量(面密度)が9.55mg/cm2になるようにバーコータのギャップを調整し、このバーコータにより負極合剤スラリーを銅箔(集電体、厚さ10μm)へ均一に塗工した。次いで、負極合剤スラリーを80℃に設定した送風型乾燥機で15分乾燥した。ついで、乾燥後の負極合剤をロールプレス機により合剤密度が1.65g/cm3となるようにプレスした。ついで、負極合剤を150℃で6時間真空乾燥することで、負極集電体と負極活物質層とからなるシート状の負極を作製した。
固溶体酸化物Li1.20Mn0.55Co0.10Ni0.15O2 96質量%、ケッチェンブラック2質量%、ポリフッ化ビニリデン2質量%をN−メチル−2−ピロリドンに分散させることで、正極合剤スラリーを形成した。なお、正極合剤スラリー中の不揮発分はスラリー総質量に対して50質量%であった。
次いで、乾燥後の合剤塗工量(面密度)が22.7mg/cm2になるようにバーコータのギャップを調整し、このバーコータにより正極合剤スラリーを集電体であるアルミニウム集電箔上に塗工した。ついで、正極合剤スラリーを80℃に設定した送風型乾燥機で15分乾燥した。ついで、乾燥後の正極合剤をロールプレス機により合剤密度が3.9g/cm3となるようにプレスした。ついで、正極合剤を80℃で6時間真空乾燥することで、正極集電体と正極活物質層とからなるシート状の正極を作製した。
負極作製例で示した負極を直径1.55cmの円形に、正極作製例で示した正極を直径1.3cmの円形に各々切断した。ついで、実施例1で作製したコーティングセパレータを直径1.8cmの円形に切断した。直径2.0cmのステンレス製コイン外装容器内で、直径1.3cmの円形に切断した正極、直径1.8cmの円形に切断した実施例1のコーティングセパレータ、直径1.55cmの円形に切断した負極、さらにスペーサーとして直径1.5cmの円形に切断した厚さ200μmの銅箔をこの順番に重ね合わせた。ついで、容器に電解液(1.4MのLiPF6 エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート/フルオロエチレンカーボネート=10/70/20混合溶液(体積比))を150μL加えた。ついで、ポリプロピレン製のパッキンを介して、ステンレス製のキャップを容器に被せ、コイン電池作製用のかしめ器で容器を密封した。これにより、実施例30に係るリチウムイオン二次電池(コインセル)を作製した。
表2に示したセパレータを使用した以外は全て実施例30と同様の処理を行うことで、実施例31〜58、及び比較例4〜6に係るリチウムイオン二次電池を作製した。
各実施例及び比較例に係るリチウムイオン二次電池を25℃で0.2Cで1回充放電した。その後、1.0Cでリチウムイオン二次電池を充放電する充放電サイクルを100回繰り返した。100サイクル時(1.0C充放電サイクルの100回目)の放電容量を1サイクル時(1.0C充放電サイクルの1回目)の放電容量で除することで、放電容量維持率(百分率)を算出した。容量維持率が大きいほどサイクル寿命が良いことを示す。評価結果をまとめて表2に示す。
20 正極
30 負極
40 セパレータ
40a 基材
40b コーティング層
Claims (11)
- 基材と、少なくとも前記基材の表面に形成されたコーティング層と、を備える二次電池用セパレータにおいて、
前記コーティング層が、カルボキシル基含有アクリルモノマーと、アクリル酸誘導体モノマーとを必須モノマーとするアクリル樹脂を含む二次電池用バインダを含み、
前記カルボキシル基含有アクリルモノマーと前記アクリル酸誘導体モノマーとの配合比が、モル比で20/80〜80/20であることを特徴とする、二次電池用セパレータ。 - 前記カルボキシル基含有アクリルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、モノメチルマレイン酸、2−カルボキシエチルアクリレート、及び2−カルボキシエチルメタクリレートからなる群のうち、いずれか1種以上であることを特徴とする、請求項1に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記アクリル酸誘導体モノマーが、ニトリル基含有アクリルモノマー、アクリル酸エステルおよびアクリルアミドからなる群より選ばれる少なくともいずれか一種であることを特徴とする、請求項1または2に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記ニトリル基含有アクリルモノマーが、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、2−シアノエチルアクリレート、及び2−シアノエチルメタアクリレートからなる群のうち、いずれか1種以上であることを特徴とする、請求項3に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記カルボキシル基含有アクリルモノマーの少なくとも一部が、アルカリ金属塩またはアンモニウム塩であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記コーティング層が、前記二次電池用バインダとして、非水溶性の樹脂をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記非水溶性の樹脂が、ポリフッ化ビニリデンと非水溶性のアクリル樹脂のいずれか一方または両方を含むことを特徴とする、請求項6に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記コーティング層が、前記二次電池用バインダとして、ポリビニルアルコールをさらに含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記コーティング層が、無機粒子をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の二次電池用セパレータ。
- 前記無機粒子が、アルミナとベーマイトのいずれか一方または両方であることを特徴とする、請求項9に記載の二次電池用セパレータ。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のセパレータを備えることを特徴とする、二次電池。
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