JP2019110064A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2019110064A
JP2019110064A JP2017243283A JP2017243283A JP2019110064A JP 2019110064 A JP2019110064 A JP 2019110064A JP 2017243283 A JP2017243283 A JP 2017243283A JP 2017243283 A JP2017243283 A JP 2017243283A JP 2019110064 A JP2019110064 A JP 2019110064A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
secondary battery
electrolyte secondary
aqueous electrolyte
electrode plate
positive electrode
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.)
Granted
Application number
JP2017243283A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6430619B1 (ja
Inventor
一郎 有瀬
Ichiro Arise
一郎 有瀬
俊彦 緒方
Toshihiko Ogata
俊彦 緒方
孝輔 倉金
Kosuke Kurakane
孝輔 倉金
純次 鈴木
Junji Suzuki
純次 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP2017243283A priority Critical patent/JP6430619B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6430619B1 publication Critical patent/JP6430619B1/ja
Priority to CN201811558868.8A priority patent/CN109980159A/zh
Priority to US16/224,803 priority patent/US20190190080A1/en
Priority to KR1020180164944A priority patent/KR20190074260A/ko
Publication of JP2019110064A publication Critical patent/JP2019110064A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417Polyolefins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/423Polyamide resins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/426Fluorocarbon polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0088Composites
    • H01M2300/0094Composites in the form of layered products, e.g. coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H01M50/406Moulding; Embossing; Cutting
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

【課題】ハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量特性に優れた非水電解液二次電池を実現する。【解決手段】ポリオレフィン多孔質フィルムを含むセパレータと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含有する多孔質層と、活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上の正極板と、前記折り曲げ回数が1650回以上の負極板と、を備え、前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂はα型結晶の含有量が35.0モル%以上である、非水電解液二次電池。【選択図】図1

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関する。
非水電解液二次電池、特にリチウム二次電池は、エネルギー密度が高いのでパーソナルコンピュータ、携帯電話または携帯情報端末などに用いる電池として広く使用されている。またリチウム二次電池は、最近では車載用の電池として開発が進められている。
例えば特許文献1には、ポリオレフィン多孔質フィルムと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む多孔質層とを備えた非水電解液二次電池が記載されている。
特許第5432417号
上述の従来のポリオレフィン多孔質フィルムと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む多孔質層とを組み込んだ非水電解液二次電池は、ハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量特性の観点から改善の余地があった。
本発明の一態様は、ハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量特性に優れた非水電解液二次電池を実現することを目的とする。
本発明の態様1に係る非水電解液二次電池は、ポリオレフィン多孔質フィルムを含む非水電解液二次電池用セパレータと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含有する多孔質層と、 JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、前記多孔質層は、前記非水電解液二次電池用セパレータと、前記正極板および前記負極板の少なくともいずれかと、の間に配置されており、前記多孔質層に含まれる前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上である。
(ここで、α型結晶の含有量は、前記多孔質層の19F−NMRスペクトルにおける、−76ppm付近にて観測される(α/2)の波形分離、および、−95ppm付近にて観測される{(α/2)+β}の波形分離から算出される。)
また、本発明の態様2に係る非水電解液二次電池は、前記態様1において、前記正極板が、遷移金属酸化物を含む。
また、本発明の態様3に係る非水電解液二次電池は、前記態様1または2において、前記負極板が、黒鉛を含む。
本発明の一態様によれば、ハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量特性に優れた非水電解液二次電池を実現できる。
MIT試験機の概略を示す模式図である。
本発明の一実施形態に関して以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上、B以下」を意味する。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、ポリオレフィン多孔質フィルムを含む非水電解液二次電池用セパレータ(以下、セパレータとも称する)と、ポリフッ化ビニリデン系樹脂(以下、PVDF系樹脂とも称する)を含有する多孔質層と、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、前記多孔質層は、前記非水電解液二次電池用セパレータと、前記正極板および前記負極板の少なくともいずれかと、の間に配置されており、前記多孔質層に含まれる前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上である。
(ここで、α型結晶の含有量は、前記多孔質層の19F−NMRスペクトルにおける、−76ppm付近にて観測される(α/2)の波形分離、および、−95ppm付近にて観測される{(α/2)+β}の波形分離から算出される。)
<正極板>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池における正極板は、後述のように耐折試験において測定される折り曲げ回数が特定の範囲であれば特に限定されない。例えば、正極活物質層として、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極合剤を正極集電体上に担持したシート状の正極板が用いられる。なお、正極板は、正極集電体の両面上に正極合剤を担持してもよく、正極集電体の片面上に正極合剤を担持してもよい。
前記正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料が挙げられる。当該材料としては、遷移金属酸化物が好ましい。遷移金属酸化物として、具体的には、例えば、V、Mn、Fe、CoおよびNi等の遷移金属を少なくとも1種類含んでいるリチウム複合酸化物が挙げられる。
前記導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体等の炭素質材料等が挙げられる。前記導電剤は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
前記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレンおよびポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、アクリル樹脂、並びに、スチレンブタジエンゴムが挙げられる。尚、結着剤は、増粘剤としての機能も有している。
前記正極集電体としては、例えば、Al、Ni、ステンレス等の導電体が挙げられる。なかでも、薄膜に加工し易く、安価であることから、Alがより好ましい。
<負極板>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池における負極板は、後述のように耐折試験において測定される折り曲げ回数が特定の範囲であれば特に限定されない。例えば、負極活物質層として、負極活物質を含む負極合剤を負極集電体上に担持したシート状の負極が用いられる。シート状の負極板には、好ましくは前記導電剤および前記結着剤が含まれる。なお、負極板は、負極集電体の両面上に負極合剤を担持してもよく、負極集電体の片面上に負極合剤を担持してもよい。
前記負極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料、リチウム金属またはリチウム合金等が挙げられる。当該材料としては、例えば、炭素質材料等が挙げられる。炭素質材料としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、コークス類、カーボンブラックおよび熱分解炭素類等が挙げられる。導電剤、結着剤としては、前記正極活物質層に含まれ得る導電剤、結着剤として記載したものを使用することができる。
前記負極集電体としては、例えば、Cu、Ni、ステンレス等が挙げられ、特にリチウムイオン二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、かつ薄膜に加工し易いことから、Cuがより好ましい。
<折り曲げ回数>
本発明の一実施形態における正極板および負極板は、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠して実施した耐折試験において、活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が特定の範囲である。前記耐折試験は、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施される。非水電解液二次電池では、充放電サイクルの過程で、活物質の膨張および収縮が起こり得る。前記耐折試験により測定された、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が多いほど、電極活物質層内部に含まれる成分(活物質、導電剤およびバインダー)同士の密着性、および、電極活物質層と集電体との密着性が維持されやすいことを表す。それゆえ、充放電サイクルの過程での非水電解液二次電池の劣化が抑制される。
前記耐折試験において、正極板は、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上であることが好ましく、150回以上であることがより好ましい。また、前記耐折試験において、負極板は、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上であることが好ましく、1800回以上であることがより好ましく、2000回以上であることがさらに好ましい。
図1は、MIT試験機法に用いられるMIT試験機の概略を示す模式図である。x軸は水平方向を表し、y軸は鉛直方向を表す。MIT試験機法の概要を以下に説明する。試験片の長手方向の一端をばね荷重クランプで挟み、もう一端を折り曲げクランプで挟んで固定する。ばね荷重クランプは錘とつながっている。前記耐折試験では、この錘による荷重が1Nである。これにより試験片は、長手方向にテンションがかかった状態となる。この状態において、試験片の長手方向は鉛直方向と平行である。そして、折り曲げクランプを回転させることにより、試験片を折り曲げる。前記耐折試験では、この際の折り曲げ角度が45°である。すなわち、試験片は左右に45°に折り曲げられる。また、試験片を折り曲げる速度は、175往復/分である。
<正極板および負極板の製造方法>
シート状の正極板の製造方法としては、例えば、正極活物質、導電剤および結着剤を正極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて正極活物質、導電剤および結着剤をペースト状にした後、当該ペーストを正極集電体に塗工し、次いで、湿潤状態で、または乾燥した後に加圧することにより、正極集電体に固着する方法;等が挙げられる。
同様に、シート状の負極板の製造方法としては、例えば、負極活物質を負極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて負極活物質をペースト状にした後、当該ペーストを負極集電体に塗工し、次いで、湿潤状態で、または乾燥した後に加圧することにより、負極集電体に固着する方法;等が挙げられる。前記ペーストには、好ましくは前記導電剤および前記結着剤が含まれる。
ここで、加圧を行う時間、圧力、または加圧方法等を調整することにより、上述の折り曲げ回数を制御することができる。加圧を行う時間は、1〜3600秒が好ましく、より好ましくは1〜300秒である。加圧は、正極板または負極板を拘束することにより、行われてもよい。本明細書では、拘束による圧力を拘束圧とも称する。拘束圧は、0.01〜10MPaが好ましく、より好ましくは0.01〜5MPaである。また、有機溶媒を用いて正極板または負極板を湿潤させた状態で加圧してもよい。これによって、電極活物質層内部に含まれる成分同士の密着性、および、電極活物質層と集電体との密着性が向上し得る。有機溶媒としては、例えば、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、アミド類、カーバメート類および含硫黄化合物、並びにこれらの有機溶媒にフッ素基が導入されてなる含フッ素有機溶媒等が挙げられる。
<非水電解液二次電池用セパレータ>
本発明の一実施形態における非水電解液二次電池用セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムを含む。なお、以下では、ポリオレフィン多孔質フィルムを多孔質フィルムということがある。
前記多孔質フィルムは、単独で非水電解液二次電池用セパレータとなり得る。また、後述する多孔質層が積層された非水電解液二次電池用積層セパレータの基材ともなり得る。前記多孔質フィルムは、ポリオレフィン系樹脂を主成分とし、その内部に連結した細孔を多数有しており、一方の面から他方の面に気体および液体を通過させることが可能となっている。
本発明の一実施形態における非水電解液二次電池用セパレータは、少なくとも一方の面上に、後述するポリフッ化ビニリデン系樹脂を含有する多孔質層が積層され得る。この場合、前記非水電解液二次電池用セパレータの少なくとも一方の面上に、前記多孔質層が積層されてなる積層体を、本明細書において、「非水電解液二次電池用積層セパレータ」または「積層セパレータ」と称する。また、本発明の一実施形態における非水電解液二次電池用セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムの他に、接着層、耐熱層、保護層等のその他の層をさらに備えていてもよい。
(ポリオレフィン多孔質フィルム)
多孔質フィルムに占めるポリオレフィンの割合は、多孔質フィルム全体の50体積%以上であり、90体積%以上であることがより好ましく、95体積%以上であることがさらに好ましい。また、前記ポリオレフィンには、重量平均分子量が5×10〜15×10の高分子量成分が含まれていることがより好ましい。特に、ポリオレフィンに重量平均分子量が100万以上の高分子量成分が含まれていると、非水電解液二次電池用セパレータの強度が向上するのでより好ましい。
熱可塑性樹脂である前記ポリオレフィンとしては、具体的には、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテンおよび1−ヘキセン等の単量体を重合してなる、単独重合体または共重合体が挙げられる。前記単独重合体としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンを挙げることができる。また、前記共重合体としては、例えばエチレン−プロピレン共重合体を挙げることができる。
このうち、過大電流が流れることをより低温で阻止(シャットダウン)することができるため、ポリエチレンがより好ましい。当該ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレン(エチレン−α−オレフィン共重合体)、重量平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレン等が挙げられ、このうち、重量平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレンがさらに好ましい。
多孔質フィルムの膜厚は、4〜40μmであることが好ましく、5〜30μmであることがより好ましく、6〜15μmであることがさらに好ましい。
多孔質フィルムの単位面積当たりの目付は、強度、膜厚、重量およびハンドリング性を考慮して適宜決定すればよい。ただし、非水電解液二次電池の重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を高くすることができるように、前記目付は、4〜20g/mであることが好ましく、4〜12g/mであることがより好ましく、5〜10g/mであることがさらに好ましい。
多孔質フィルムの透気度は、ガーレ値で30〜500sec/100mLであることが好ましく、50〜300sec/100mLであることがより好ましい。多孔質フィルムが上記透気度を有することにより、充分なイオン透過性を得ることができる。
多孔質フィルムの空隙率は、電解液の保持量を高めると共に、過大電流が流れることをより低温で確実に阻止(シャットダウン)する機能を得ることができるように、20〜80体積%であることが好ましく、30〜75体積%であることがより好ましい。また、多孔質フィルムが有する細孔の孔径は、充分なイオン透過性を得ることができ、かつ、正極および負極への粒子の入り込みを防止することができるように、0.3μm以下であることが好ましく、0.14μm以下であることがより好ましい。
また、多孔質フィルムは、American Standards Test Methods(以下、「ASTM」と略記する)のE313に規定されているホワイトインデックス(WI)(以下、単に「ホワイトインデックス(WI)」または「WI」と記載する場合がある)が85以上、98以下であることが好ましく、より好ましくは90以上であり、さらに好ましくは97以下である。
WIは、サンプルの色味(白味)を表す指標であり、染料の退色性、および、透明・白色系樹脂の、加工時における酸化劣化度の指標として用いられる。WIが高いほど白色度が高いことになる。また、WIが低いほど白色度が低いことになる。そして、WIが低いほど、多孔質フィルムに形成されている細孔の表面等の、多孔質フィルムと空気(酸素)とが接する面にカルボキシ基などの官能基の量が多いと考えられる。当該官能基によってLiイオンの透過が阻害され、その結果、Liイオンの透過性が低くなる。また、WIの値が高い場合、反射、散乱の波長依存性が低い多孔質フィルムであると言える。
多孔質フィルムは、例えば、(1)ポリオレフィン等の樹脂にフィラー(孔形成剤)を加えてシートを成形した後、フィラーを適当な溶媒で除去し、フィラーを除去したシートを延伸して多孔質フィルムを得る方法;(2)ポリオレフィン等の樹脂にフィラーを加えてシートを成形した後、当該シートを延伸し、延伸したシートからフィラーを除去して多孔質フィルムを得る方法、等により製造することができる。すなわち、得られた多孔質フィルムは、通常、フィラーを含まない。
本発明者は、このとき、BET比表面積が大きいフィラーを用いることによって、フィラーの分散性を高め、熱加工時の分散不良に伴う局所的な酸化劣化を抑えることで、カルボキシル基等の官能基の発生を抑制し、さらに多孔質フィルムの緻密性を向上させることにより、多孔質フィルムのWIを85以上、98以下とすることができることを見出した。
前記「BET比表面積が大きいフィラー」とは、BET比表面積が6m/g以上、16m/g以下のフィラーを言う。BET比表面積が6m/g未満であると、粗大な孔が発達する傾向があるため好ましくない。また、BET比表面積が16m/gを超えると、フィラー同士の凝集を生じて分散不良を生じるため、緻密な細孔が発達しない傾向がある。BET比表面積は、好ましくは8m/g以上、15m/g以下であり、より好ましくは10m/g以上、13m/g以下である。
フィラーとしては、具体的には、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、または硫酸バリウム等の無機物からなるフィラーが挙げられる。フィラーは、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、BET比表面積が大きいという観点から、フィラーは、炭酸カルシウムであることが特に好ましい。
前記多孔質フィルムのWIが85以上、98以下であることは、例えば積分球分光測色計を用いてWIを測定することによって確認することができる。前記多孔質フィルムは、表面、裏面共にWIが85以上、98以下との要件を満たす。
前記多孔質フィルムのWIが85以上、98以下である場合は、多孔質フィルムと空気(酸素)とが接する面におけるカルボキシ基等の官能基の量が適正となるため、イオン透過性を適正な範囲で向上させることができる。
前記多孔質フィルムのWIが85未満の場合は、前記官能基量が多いため、該多孔質フィルムのイオン透過性が阻害されることになる。
前記多孔質フィルムのWIが98を超える場合は、多孔質フィルムと空気(酸素)とが接する面における表面官能基の量が少なくなりすぎることで、膜の電解液への親和性が低下するため、好ましくない。
多孔質フィルムに多孔質層またはその他の層が積層されている場合、当該多孔質フィルムの物性値は、多孔質フィルムと多孔質層またはその他の層とを含む積層体から、当該多孔質層およびその他の層を取り除いて測定することができる。積層体から多孔質層およびその他の層を取り除く方法としては、N−メチルピロリドンまたはアセトン等の溶剤によって多孔質層およびその他の層を構成する樹脂を溶解除去する方法などが挙げられる。
<多孔質層>
本発明の一実施形態において、前記多孔質層は、非水電解液二次電池を構成する部材として、前記非水電解液二次電池用セパレータと、前記正極板及び前記負極板の少なくともいずれかとの間に配置されている。前記多孔質層は、非水電解液二次電池用セパレータの片面又は両面に形成され得る。或いは、前記多孔質層は、前記正極板および前記負極板の少なくともいずれかの活物質層上に形成され得る。或いは、前記多孔質層は、前記非水電解液二次電池用セパレータと、前記正極板及び前記負極板の少なくともいずれかとの間に、これらと接するように配置されてもよい。非水電解液二次電池用セパレータと、正極板および負極板の少なくともいずれかと、の間に配置される多孔質層は1層でもよく2層以上であってもよい。
多孔質層は、樹脂を含む絶縁性の多孔質層であることが好ましい。
前記多孔質層に含まれ得る樹脂は、電池の電解液に不溶であり、また、その電池の使用範囲において電気化学的に安定であることが好ましい。多孔質フィルムの片面に多孔質層が積層される場合には、当該多孔質層は、好ましくは、多孔質フィルムにおける非水電解液二次電池の正極板と対向する面に積層され、より好ましくは、前記正極板と接する面に積層される。
本発明の一実施形態における多孔質層は、PVDF系樹脂を含有する多孔質層であって、前記PVDF系樹脂中の、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上である。
ここで、α型結晶の含有量は、前記多孔質層の19F−NMRスペクトルにおける、−76ppm付近にて観測される(α/2)の波形分離、および、−95ppm付近にて観測される{(α/2)+β}の波形分離から算出される。
多孔質層は、内部に多数の細孔を有し、これら細孔が連結された構造となっており、一方の面から他方の面へと気体或いは液体が通過可能となった層である。また、本発明の一実施形態における多孔質層が非水電解液二次電池用積層セパレータを構成する部材として使用される場合、前記多孔質層は、当該セパレータの最外層として、電極と接着する層となり得る。
PVDF系樹脂としては、例えば、フッ化ビニリデンのホモポリマー;フッ化ビニリデンと他の共重合可能なモノマーとの共重合体;これらの混合物;が挙げられる。フッ化ビニリデンと共重合可能なモノマーとしては、例えば、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、トリクロロエチレン、フッ化ビニル等が挙げられ、1種類または2種類以上を用いることができる。PVDF系樹脂は、乳化重合または懸濁重合で合成され得る。
PVDF系樹脂は、その構成単位としてフッ化ビニリデンが通常、85モル%以上、好ましくは90モル%以上、より好ましくは95モル%以上、更に好ましくは98モル%以上含まれている。フッ化ビニリデンが85モル%以上含まれていると、電池製造時の加圧および加熱に耐え得る機械的強度と耐熱性とを確保し易い。
また、多孔質層は、例えば、ヘキサフルオロプロピレンの含有量が互いに異なる2種類のPVDF系樹脂(下記第一の樹脂と第二の樹脂)を含有する態様も好ましい。
・第一の樹脂:ヘキサフルオロプロピレンの含有量が0モル%を超え、1.5モル%以下であるフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、またはフッ化ビニリデン単独重合体。
・第二の樹脂:ヘキサフルオロプロピレンの含有量が1.5モル%を超えるフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体。
前記2種類のPVDF系樹脂を含有する多孔質層は、何れか一方を含有しない多孔質層に比べて、電極との接着性が向上する。また、前記2種類のPVDF系樹脂を含有する多孔質層は、何れか一方を含有しない多孔質層に比べて、非水電解液二次電池用セパレータを構成する他の層(例えば、多孔質フィルム層)との接着性が向上し、これら層間の剥離力が向上する。第一の樹脂と第二の樹脂との質量比は、15:85〜85:15の範囲が好ましい。
PVDF系樹脂は、重量平均分子量が20万〜300万の範囲であることが好ましく、より好ましくは20万〜200万の範囲であり、さらに好ましくは50万〜150万の範囲である。重量平均分子量が20万以上であると、多孔質層と電極との十分な接着性が得られる傾向がある。一方、重量平均分子量が300万以下であると、成形性に優れる傾向がある。
前記多孔質層は、PVDF系樹脂以外の他の樹脂として、スチレン−ブタジエン共重合体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類の単独重合体または共重合体;ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル類;等を含み得る。
本発明の一実施形態における多孔質層は、金属酸化物微粒子等の無機フィラーおよび有機フィラーなどのフィラーを含み得る。前記フィラーの含有量は、前記PVDF系樹脂および前記フィラーの総量に占める前記フィラーの割合が、1質量%以上、99質量%以下であることが好ましく、10質量%以上、98質量%以下であることがより好ましい。前記フィラーの割合の下限値は、50質量%以上でもよく、70質量%以上でもよく、90質量%以上でもよい。有機フィラーおよび無機フィラー等のフィラーとしては、従来公知のものを使用することができる。
前記多孔質層の平均膜厚は、電極との接着性および高エネルギー密度を確保する観点から、一層あたり0.5μm〜10μmの範囲であることが好ましく、1μm〜5μmの範囲であることがより好ましい。
多孔質層の膜厚が一層あたり0.5μm以上であると、非水電解液二次電池の破損等による内部短絡を充分に抑制することができ、また、多孔質層における電解液の保持量が充分となる。
一方、多孔質層の膜厚が一層あたり10μmを超えると、非水電解液二次電池において、リチウムイオンの透過抵抗が増加するので、サイクルを繰り返すと非水電解液二次電池の正極が劣化し、レート特性およびサイクル特性が低下する。また、正極および負極間の距離が増加するので非水電解液二次電池の内部容積効率が低下する。
本実施形態における多孔質層は、非水電解液二次電池用セパレータと正極板が備える正極活物質層との間に配置されるのが好ましい。多孔質層の物性に関する下記説明においては、非水電解液二次電池としたときに、非水電解液二次電池用セパレータと正極板が備える正極活物質層との間に配置された多孔質層の物性を少なくとも指す。
多孔質層の単位面積当たりの目付(一層あたり)は、多孔質層の強度、膜厚、重量およびハンドリング性を考慮して適宜決定すればよい。多孔質層の単位面積当たりの目付は、一層あたり、0.5〜20g/mであることが好ましく、0.5〜10g/mであることがより好ましい。
多孔質層の単位面積当たりの目付(一層あたり)をこれらの数値範囲とすることにより、非水電解液二次電池の重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を高くすることができる。多孔質層の目付が上記範囲を超える場合には、非水電解液二次電池が重くなる。
多孔質層の空隙率は、充分なイオン透過性を得ることができるように、20〜90体積%であることが好ましく、30〜80体積%であることがより好ましい。また、多孔質層が有する細孔の孔径は、1.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。細孔の孔径をこれらのサイズとすることにより、非水電解液二次電池は、充分なイオン透過性を得ることができる。
当該多孔質層を含む非水電解液二次電池用積層セパレータの透気度は、ガーレ値で30〜1000sec/100mLであることが好ましく、50〜800sec/100mLであることがより好ましい。非水電解液二次電池用積層セパレータは、上記透気度を有することにより、非水電解液二次電池において、充分なイオン透過性を得ることができる。
透気度が上記範囲を超える場合には、非水電解液二次電池用積層セパレータの空隙率が高いために非水電解液二次電池用積層セパレータの積層構造が粗になっていることを意味する。結果として非水電解液二次電池用積層セパレータの強度が低下して、特に高温での形状安定性が不充分になるおそれがある。一方、透気度が上記範囲未満の場合には、非水電解液二次電池用積層セパレータは、充分なイオン透過性を得ることができず、非水電解液二次電池の電池特性を低下させることがある。
(PVDF系樹脂の結晶形)
本発明の一実施形態に使用される多孔質層に含まれるPVDF系樹脂において、α型結晶およびβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合のα型結晶の含有量は、35.0モル%以上であり、好ましくは37.0モル%以上であり、より好ましくは40.0モル%以上であり、さらに好ましくは44.0モル%以上である。また、好ましくは90.0モル%以下である。前記α型結晶の含有量が上述の範囲である前記多孔質層は、ハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量に優れた非水二次電池を構成する部材として好適に利用され得る。
非水電解液二次電池は、充放電時に電池の内部抵抗により発熱し、発熱量は電流が大きい程、換言すると高レート条件ほど大きくなる。また、充放電を繰り返す場合は電池はさらに高温状態となる。PVDF系樹脂の融点は、α型結晶の方が、β型結晶よりも高く、熱による塑性変形を起こし難い。
本発明の一実施形態における多孔質層では、多孔質層を構成するPVDF系樹脂のα型結晶の割合を一定以上の割合にすることにより、充放電時、特に高レート条件での作動時の発熱または充放電を繰り返す際の発熱によるPVDF系樹脂の変形に起因した多孔質層内部構造の変形および空隙の閉塞等を低減させることができる。さらに、LiイオンとPVDF系樹脂との相互作用によるLiイオンの偏在化を回避することができ、結果として電池の性能低下を抑制することができる。
α型結晶のPVDF系樹脂は、PVDF系樹脂を構成する重合体に含まれるPVDF骨格において、前記骨格中の分子鎖にある1つの主鎖炭素原子に結合するフッ素原子(または水素原子)に対し、一方の隣接する炭素原子に結合した水素原子(またはフッ素原子)がトランスの位置に存在し、かつ、もう一方(逆側)に隣接する炭素原子に結合する水素原子(またはフッ素原子)がゴーシュの位置(60°の位置)に存在し、その立体構造の連鎖が2つ以上連続する
Figure 2019110064
であることを特徴とするものであって、分子鎖が、
Figure 2019110064
型でC−F、C−H結合の双極子能率が分子鎖に垂直な方向と平行な方向とにそれぞれ成分を有している。
α型結晶のPVDF系樹脂は、19F−NMRスペクトルにおいて、−95ppm付近、−78ppm付近に特徴的なピークを有する。
β型結晶のPVDF系樹脂は、PVDF系樹脂を構成する重合体に含まれるPVDF骨格において、前記骨格中の分子鎖の1つの主鎖炭素に隣り合う炭素原子に結合したフッ素原子と水素原子がそれぞれトランスの立体配置(TT型構造)、すなわち隣り合う炭素原子に結合するフッ素原子と水素原子とが、炭素−炭素結合の方向から見て180°の位置に存在することを特徴とする。
β型結晶のPVDF系樹脂は、PVDF系樹脂を構成する重合体に含まれるPVDF骨格において、前記骨格全体が、TT型構造を有していてもよい。また、前記骨格の一部がTT型構造を有し、かつ、少なくとも4つの連続するPVDF単量体単位のユニットにおいて前記TT型構造の分子鎖を有するものであってもよい。何れの場合もTT型構造の部分がTT型の主鎖を構成する炭素−炭素結合は、平面ジグザグ構造を有し、C−F、C−H結合の双極子能率が分子鎖に垂直な方向の成分を有している。
β型結晶のPVDF系樹脂は、19F−NMRスペクトルにおいて、−95ppm付近に特徴的なピークを有する。
(PVDF系樹脂におけるα型結晶、β型結晶の含有率の算出方法)
本発明の一実施形態における多孔質層において、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、α型結晶の含有率およびβ型結晶の含有率は、前記多孔質層から得られる19F−NMRスペクトルから算出され得る。具体的な算出方法は、例えば、以下の通りである。
(1)PVDF系樹脂を含有する多孔質層に対して、以下の条件にて19F−NMRスペクトルを測定する。
測定条件
測定装置:Bruker Biospin社製 AVANCE400
測定方法:シングルパルス法
観測核:19F
スペクトル幅:100kHz
パルス幅:3.0s(90°パルス)
パルス繰り返し時間:5.0s
基準物質:C(外部基準:−163.0ppm)
温度:22℃
試料回転数:25kHz
(2)(1)にて得られた19F−NMRスペクトルにおける−78ppm付近のスペクトルの積分値を算出し、α/2量とする。
(3)(2)と同様に、(1)にて得られた19F−NMRスペクトルにおける−95ppm付近のスペクトルの積分値を算出し、{(α/2)+β}量とする。
(4)(2)および(3)にて得られた積分値から、以下の式(ii)にて、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合のα型結晶の含有率(α比とも称する)を算出する。
α比(モル%)=〔(−78ppm付近の積分値)×2/{(−95ppm付近の積分値)+(−78ppm付近の積分値)}〕×100 (ii)
(5)(4)にて得られたα比の値から、以下の式(iii)にて、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合のβ型結晶の含有率(β比とも称する)を算出する。
β比(モル%)=100(モル%)−α比(モル%) (iii)。
(多孔質層、非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法)
本発明の一実施形態における多孔質層および非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法としては、特に限定されず、種々の方法が挙げられる。
例えば、基材となる多孔質フィルムの表面上に、以下に示す工程(1)〜(3)の何れかの1つの工程を用いて、PVDF系樹脂および任意でフィラーを含む多孔質層を形成する。工程(2)および(3)の場合においては、多孔質層を析出させた後にさらに乾燥させることにより溶媒を除去することによって、製造され得る。なお、工程(1)〜(3)における塗工液は、フィラーを含む多孔質層の製造に使用する場合には、フィラーが分散しており、かつ、PVDF系樹脂が溶解している状態であることが好ましい。
本発明の一実施形態における多孔質層の製造方法に使用される塗工液は、通常、前記多孔質層に含まれる樹脂を溶媒に溶解させると共に、前記多孔質層に含まれるフィラーを分散させることにより調製され得る。
(1)前記多孔質層を形成するPVDF系樹脂および任意でフィラーを含む塗工液を、多孔質フィルム上に塗工し、前記塗工液中の溶媒(分散媒)を乾燥除去することによって多孔質層を形成させる工程。
(2)(1)に記載の塗工液を、前記多孔質フィルムの表面に塗工した後、その多孔質フィルムを前記PVDF系樹脂に対して貧溶媒である、析出溶媒に浸漬することによって、多孔質層を析出させる工程。
(3)(1)に記載の塗工液を、前記多孔質フィルムの表面に塗工した後、低沸点有機酸を用いて、前記塗工液の液性を酸性にすることによって、多孔質層を析出させる工程。
前記塗工液における溶媒(分散媒)としては、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトンおよび水が挙げられる。
前記析出溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコールまたはt−ブチルアルコールを用いることが好ましい。
前記工程(3)において、低沸点有機酸としては、例えば、パラトルエンスルホン酸、酢酸等を使用することができる。
前記塗工液は、前記樹脂およびフィラー以外の成分として、分散剤、可塑剤、界面活性剤およびpH調整剤等の添加剤を適宜含んでいてもよい。
なお、前記基材には、多孔質フィルムの他に、その他のフィルム、正極板および負極板などを用いることができる。
塗工液の基材への塗布方法としては、従来公知の方法を採用することができ、具体的には、例えば、グラビアコーター法、ディップコーター法、バーコーター法およびダイコーター法等が挙げられる。
(PVDF系樹脂の結晶形の制御方法)
本発明の一実施形態における多孔質層に含まれるPVDF系樹脂の結晶形は、上述の方法における乾燥温度、乾燥時の風速および風向などの乾燥条件、並びにPVDF系樹脂を含む多孔質層を析出溶媒または低沸点有機酸を用いて析出させる場合の析出温度で制御することができる。
前記PVDF系樹脂において、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、α型結晶の含有量を35.0モル%以上とするための前記乾燥条件および前記析出温度は、前記多孔質層の製造方法、使用する溶媒(分散媒)、析出溶媒および低沸点有機酸の種類等によって適宜変更され得る。
前記工程(1)のように単に塗工液を乾燥させる場合には、前記乾燥条件は、塗工液における、溶媒、PVDF系樹脂の濃度、および、フィラーが含まれる場合には、含まれるフィラーの量、並びに、塗工液の塗工量などによって適宜変更され得る。前記工程(1)にて多孔質層を形成する場合は、乾燥温度は30℃〜100℃であることが好ましく、乾燥時における熱風の風向は塗工液を塗工した多孔質フィルムまたは電極シートに対して垂直方向であることが好ましく、風速は0.1m/s〜40m/sであることが好ましい。具体的には、PVDF系樹脂を溶解させる溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン、PVDF系樹脂を1.0質量%、無機フィラーとしてアルミナを9.0質量%含む塗工液を塗布する場合には、前記乾燥条件を、乾燥温度:40℃〜100℃とし、乾燥時における熱風の風向:塗工液を塗工した多孔質フィルムまたは電極シートに対して垂直方向とし、風速:0.4m/s〜40m/sとすることが好ましい。
また、前記工程(2)にて多孔質層を形成する場合は、析出温度は−25℃〜60℃であることが好ましく、乾燥温度は20℃〜100℃であることが好ましい。具体的には、PVDF系樹脂を溶解させる溶媒としてN−メチルピロリドンを使用し、析出溶媒としてイソプロピルアルコールを使用して、工程(2)にて多孔質層を形成する場合は、析出温度は−10℃〜40℃とし、乾燥温度は30℃〜80℃とすることが好ましい。
<非水電解液>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池に含まれ得る非水電解液は、一般に非水電解液二次電池に使用される非水電解液であれば特に限定されない。前記非水電解液としては、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、Li10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩およびLiAlCl等が挙げられる。前記リチウム塩は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
非水電解液を構成する有機溶媒としては、例えば、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、アミド類、カーバメート類および含硫黄化合物、並びにこれらの有機溶媒にフッ素基が導入されてなる含フッ素有機溶媒等が挙げられる。前記有機溶媒は、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
<非水電解液二次電池の製造方法>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池を製造する方法として、例えば、前記正極板、多孔質層、非水電解液二次電池用セパレータ、および負極板をこの順で配置して非水電解液二次電池用部材を形成した後、非水電解液二次電池の筐体となる容器に当該非水電解液二次電池用部材を入れ、次いで、当該容器内を非水電解液で満たした後、減圧しつつ密閉する方法を挙げることができる。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、上述したように、ポリオレフィン多孔質フィルムを含む非水電解液二次電池用セパレータと、多孔質層と、正極板と、負極板と、を備えている。特に、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、以下の(i)〜(iii)の要件を充足する。
(i)多孔質層に含まれるポリフッ化ビニリデン系樹脂は、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上である。
(ii)正極板の、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である。
(iii)負極板の、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である。
さらに、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、(i)〜(iii)の要件に加え、以下の(iv)の要件を充足することが好ましい。
(iv)ポリオレフィン多孔質フィルムは、American Standards Test Methods のE313に規定されているホワイトインデックス(WI)が85以上、98以下である。
(i)の要件によって、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池では、高温でのPVDF系樹脂の塑性変形が抑制され、高レート条件での充放電後の多孔質層の構造変形および空隙閉塞が防止される。(ii)および(iii)の要件によって、電極全体が活物質の膨張および収縮に等方的に追従しやすい。従って、電極活物質層内部に含まれる成分同士の密着性、および、電極活物質層と集電体との密着性が維持されやすい。
したがって、前記(i)〜(iii)の要件を充足する非水電解液二次電池では、(a)高レート条件での充放電後の多孔質層の構造安定性が良好であるため、多孔質層のイオン透過性が良好であり、さらに、(b)上述の密着性が維持されやすいため、充放電サイクルの過程での非水電解液二次電池の劣化が抑制される。それゆえ、充放電サイクルを繰り返した後(例えば、100サイクル経過後)であっても、電池のハイレート放電後の1C充電時の充電容量を高くすることができると考えられる。
さらに、前記(iv)の要件を充足する非水電解液二次電池では、前記(a)及び(b)に加え、(c)ポリオレフィン多孔質フィルムのイオン透過性も向上する。このため、ハイレート放電による電極板における面方向の容量の不均一化がさらに抑制され、より一層、電池のハイレート充放電サイクル後におけるハイレート放電後の1C充電時の充電容量が向上すると考えられる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[測定方法]
実施例および比較例における各測定は以下の方法で行った。
(1)耐折試験
以下の実施例および比較例において得られた正極板または負極板から、長さ105mm×幅15mmの試験片を切り出した。この試験片を用いてMIT試験機法に準じ、耐折試験を行った。
耐折試験はMIT型耐折試験機(安田精機製)を用い、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準じて、荷重:1N、折り曲げ部R:0.38mm、折り曲げ速度175往復/分とし、試験片の一端を固定し左右へ45度の角度に折り曲げることによって行った。
これにより、正極板または負極板から電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数を測定した。ここでの折り曲げ回数は、上記MIT型耐折試験機のカウンターに表示される往復折り曲げ回数のことである。
(2)膜厚(単位:μm)
多孔質フィルム、正極活物質層および負極活物質層の厚さは、株式会社ミツトヨ製の高精度デジタル測長機(VL−50)を用いて測定した。なお、正極活物質層の厚さは、正極板の厚さから集電体であるアルミニウム箔の厚さを差し引くことで算出し、また、負極活物質層の厚さは、負極板の厚さから集電体である銅箔の厚さを差し引くことで算出した。
(3)ホワイトインデックス(WI)
多孔質フィルムのWIは、分光測色計(CM-2002、MINOLTA社製)を用いて、黒紙(北越紀州製紙株式会社、色上質紙、黒、最厚口、四六版T目)を下敷きとして敷いた状態で、SC(Specular Component Include(正反射光を含む))で測定した。
(4)α比算出法
以下の実施例および比較例において得られた積層セパレータを約2cm×5cmの大きさに切り出した。前記(PVDF系樹脂におけるα型結晶、β型結晶の含有率の算出方法)の(1)〜(4)の手順に沿って、切り出された積層セパレータに含まれるPVDF系樹脂におけるα型結晶の含有率(α比)を測定した。
(5)充放電サイクルを100サイクル繰り返した後のハイレート放電後の1C充電容量(以下、単に電池特性ということがある)
a.初期充放電
実施例、比較例にて製造された、充放電サイクルを経ていない新たな非水電解液二次電池に対して、電圧範囲2.7〜4.1V、充電電流値0.2CのCC−CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値0.2CのCC放電を1サイクルとして、4サイクルの初期充放電を25℃にて実施した。1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする。ここで、CC−CV充電とは、設定した一定の電流で充電し、所定の電圧に到達後、電流を絞りながら、その電圧を維持する充電方法である。また、CC放電とは設定した一定の電流で所定の電圧まで放電する方法であり、以下も同様である。
b.ハイレートサイクル試験
初期充放電後の非水電解液二次電池を、電圧範囲2.7〜4.2V、充電電流値1CのCC−CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値10CのCC放電を1サイクルとして、100サイクルの充放電を55℃にて実施した。
c.ハイレート充放電100サイクル後にハイレート放電した後の充電特性測定
100サイクルの充放電を行った非水電解液二次電池に対して、電圧範囲2.7V〜4.2V、充電電流値1CのCC−CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値を0.2C、1C、5C、10Cの順に変化させてCC放電を実施した。各レートにつき3サイクルの充放電を55℃にて実施した。
次いで、放電電流10Cの試験において、ハイレート放電(10C)後の1C充電容量測定し、正極活物質の重量で除した値をハイレート充放電サイクル後の1C充電容量とした。
[実施例1]
[非水電解液二次電池用積層セパレータの製造]
超高分子量ポリエチレン粉末(GUR2024、ティコナ社製、重量平均分子量497万)の割合が68.0重量%、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞社製)の割合が32.0重量%となるように両者を混合した。この超高分子量ポリエチレン粉末とポリエチレンワックスとの合計を100重量部として、この混合物100重量部に、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.1重量部、ステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加えた。更にこれらの全体積に対して38体積%となるように、BET比表面積が11.8m/gの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)を加えた。これらを粉末のままヘンシェルミキサーを用いて混合した後、二軸混練機を用いて溶融混練することにより、ポリオレフィン樹脂組成物を得た。
次いで、該ポリオレフィン樹脂組成物を、表面温度が150℃の一対のロールにて圧延することにより、シートを作製した。このシートを、43℃の塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤1.0重量%含有)に浸漬させることにより炭酸カルシウムを除去した後、水洗を45℃で行った。続いて株式会社市金工業社製の一軸延伸型テンター式延伸機を用いて、前記シートを100℃で6.2倍に延伸することにより、多孔質フィルム1を得た。得られた多孔質フィルム1の膜厚は10.0μm、目付は6.4g/mであり、WIは87であった。
PVDF系樹脂(ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー)のN−メチル−2−ピロリドン(以下「NMP」と称する場合もある)溶液(株式会社クレハ製;商品名「L#9305」、重量平均分子量;1000000)を塗工液とし、多孔質フィルム1上に、ドクターブレード法により、塗工液中のPVDF系樹脂が1平方メートル当たり6.0gとなるように塗布した。
得られた塗布物を、塗膜が溶媒湿潤状態のままで2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて−10℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム1を得た。得られた積層多孔質フィルム1を、浸漬溶媒湿潤状態で、さらに別の2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて25℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム1aを得た。得られた積層多孔質フィルム1aを130℃で5分間乾燥させることにより、多孔質フィルム1に多孔質層が積層された積層セパレータ1を得た。得られた積層セパレータ1の評価結果を表1示す。
[非水電解液二次電池の作製]
(正極板)
正極合剤(LiNi0.5Mn0.3Co0.2/導電剤/PVDF(重量比:92/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に積層された正極板を得た。この正極板に対して、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより、正極板1を得た。正極活物質層の厚さは38μmであった。
(負極板)
負極合剤(体積基準の平均粒径(D50)が15μmである天然黒鉛/スチレン−1,3−ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1))が、負極集電体(銅箔)の片面に積層された負極板を得た。この負極板に対して、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより、負極板1を得た。負極活物質層の厚さは38μmであった。
(非水電解液二次電池の組み立て)
前記正極板1、前記負極板1および積層セパレータ1を使用して、以下に示す方法にて非水電解液二次電池を製造した。
ラミネートパウチ内で、前記正極板1、積層セパレータ1および負極板1をこの順で積層(配置)することにより、非水電解液二次電池用部材1を得た。このとき、正極板1の正極活物質層における主面の全部が、負極板1の負極活物質層における主面の範囲に含まれる(主面に重なる)ように、正極板1および負極板1を配置した。また、積層セパレータ1の多孔質層側の面を、正極板1の正極活物質層に対向させた。
続いて、非水電解液二次電池用部材1を、予め作製していた、アルミニウム層とヒートシール層とが積層されてなる袋に入れ、さらにこの袋に非水電解液を0.23mL入れた。前記非水電解液は、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートを3:5:2(体積比)で混合してなる混合溶媒に、LiPFを1mol/Lとなるように溶解することにより、調製した。そして、袋内を減圧しつつ、当該袋をヒートシールすることにより、非水電解液二次電池1を作製した。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池1の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[実施例2]
[非水電解液二次電池用積層セパレータの製造]
超高分子量ポリエチレン粉末(GUR4032、ティコナ社製、重量平均分子量497万)の割合が70.0重量%、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞社製)の割合が30.0重量%となるように両者を混合した。この超高分子量ポリエチレン粉末とポリエチレンワックスとの合計を100重量部として、この混合物100重量部に、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.1重量部、ステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加えた。更にこれらの全体積に対して36体積%となるように、BET比表面積が11.6m/gの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)を加えた。これらを粉末のままヘンシェルミキサーを用いて混合した後、二軸混練機を用いて溶融混練することにより、ポリオレフィン樹脂組成物を得た。
次いで、該ポリオレフィン樹脂組成物を、表面温度が150℃の一対のロールにて圧延することにより、シートを作製した。このシートを、38℃の塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤6.0重量%含有)に浸漬させることにより炭酸カルシウムを除去した後、水洗を40℃で行った。続いて株式会社市金工業社製の一軸延伸型テンター式延伸機を用いて、前記シートを105℃で6.2倍に延伸することにより、多孔質フィルム2を得た。得られた多孔質フィルム2の膜厚は15.6μm、目付は5.4g/mであり、WIは97であった。
多孔質フィルム2上に、実施例1と同様に塗工液を塗布した。得られた塗布物を、塗膜が溶媒湿潤状態のままで2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて25℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム2を得た。得られた積層多孔質フィルム2を浸漬溶媒湿潤状態で、さらに別の2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて25℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム2aを得た。得られた積層多孔質フィルム2aを65℃で5分間乾燥させることにより、多孔質フィルム2に多孔質層が積層された積層セパレータ2を得た。得られた積層セパレータ2の評価結果を表1に示す。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ2を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池2とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池2の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[実施例3]
[非水電解液二次電池用積層セパレータの製造]
超高分子量ポリエチレン粉末(GUR4032、ティコナ社製、重量平均分子量497万)の割合が71.5重量%、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞社製)の割合が28.5重量%となるように両者を混合した。この超高分子量ポリエチレン粉末とポリエチレンワックスとの合計を100重量部として、この混合物100重量部に、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.1重量部、ステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加えた。更にこれらの全体積に対して37体積%となるように、BET比表面積が11.8m/gの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)を加えた。これらを粉末のままヘンシェルミキサーを用いて混合した後、二軸混練機を用いて溶融混練することにより、ポリオレフィン樹脂組成物を得た。
次いで、該ポリオレフィン樹脂組成物を、表面温度が150℃の一対のロールにて圧延することにより、シートを作製した。このシートを、43℃の塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤1.0重量%含有)に浸漬させることにより炭酸カルシウムを除去した後、水洗を45℃で行った。続いて株式会社市金工業社製の一軸延伸型テンター式延伸機を用いて、前記シートを100℃で7.0倍に延伸することにより、多孔質フィルム3を得た。得られた多孔質フィルム3の膜厚は10.3μm、目付は5.2g/mであり、WIは91であった。
多孔質フィルム3上に、実施例1と同様に塗工液を塗布した。得られた塗布物を、塗膜が溶媒湿潤状態のままで2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて−5℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム3を得た。得られた積層多孔質フィルム3を浸漬溶媒湿潤状態で、さらに別の2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて25℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム3aを得た。得られた積層多孔質フィルム3aを30℃で5分間乾燥させることにより、多孔質フィルム3に多孔質層が積層された積層セパレータ3を得た。得られた積層セパレータ3の評価結果を表1に示す。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ3を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池3とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池3の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[実施例4]
(正極板)
正極合剤(LiNi0.5Mn0.3Co0.2/導電剤/PVDF(重量比:92/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に積層された正極板を得た。この正極板をジエチルカーボネートで湿潤させた状態で、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより、正極板2を得た。正極活物質層の厚さは37μmであった。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ3を使用し、正極板として前記正極板2を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池4とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池4の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[実施例5]
(正極板)
正極合剤(LiCoO/導電剤/PVDF(重量比:100/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に積層された正極板を得た。この正極板をジエチルカーボネートで湿潤させた状態で、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより正極板3を得た。正極活物質層の厚さは38μmであった。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ3を使用し、正極板として前記正極板3を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池5とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池5の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[実施例6]
(負極板)
負極合剤(天然黒鉛/スチレン−1,3−ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1))が、負極集電体(銅箔)の片面に積層された負極板を得た。この負極板をジエチルカーボネートで湿潤した状態で、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより、負極板2を得た。負極活物質層の厚さは37μmであった。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ3を使用し、負極板として前記負極板2を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池6とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池6の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[実施例7]
(負極板)
負極合剤(人造球晶黒鉛/導電剤/PVDF(重量比85/15/7.5))が、負極集電体(銅箔)の片面に積層された負極板を得た。この負極板をジエチルカーボネートで湿潤させた状態で、室温で30秒間拘束圧(0.7MPa)をかけた。
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより、負極板3を得た。負極活物質層の厚さは36μmであった。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ3を使用し、負極板として前記負極板3を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池7とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池7の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[実施例8]
[多孔質層、積層セパレータの作製]
PVDF系樹脂(株式会社アルケマ製;商品名「Kynar(登録商標)LBG」、重量平均分子量:590,000)を、固形分が10質量%となるように、N−メチル−2−ピロリドンに、65℃で30分間かけて撹拌しながら、溶解させた。得られた溶液をバインダー溶液として用いた。フィラーとして、アルミナ微粒子(住友化学株式会社製;商品名「AKP3000」、ケイ素の含有量:5ppm)を用いた。前記アルミナ微粒子、バインダー溶液および溶媒(N−メチル−2−ピロリドン)を、下記割合となるように混合した。即ち、前記アルミナ微粒子90重量部に対してPVDF系樹脂が10重量部となるように、バインダー溶液を混合すると共に、得られる混合液における固形分濃度(アルミナ微粒子+PVDF系樹脂)が10重量%となるように溶媒を混合することにより、分散液を得た。実施例3にて作製した多孔質フィルム3上に、ドクターブレード法によって、塗工液中のPVDF系樹脂が1平方メートル当たり6.0gとなるように塗布することにより、積層多孔質フィルム4を得た。得られた積層多孔質フィルム4を、65℃、5分間乾燥させることにより、多孔質フィルム3に多孔質層が積層された積層セパレータ4を得た。乾燥は、熱風風向を基材に対して垂直方向とし、風速を0.5m/sとして実施した。得られた積層セパレータ4の評価結果を表1に示す。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ4を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池8とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池8の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[比較例1]
[非水電解液二次電池用積層セパレータの作製]
実施例3と同様の方法で得られた塗布物を、塗膜が溶媒湿潤状態のままで2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて−78℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム5を得た。得られた積層多孔質フィルム5を浸漬溶媒湿潤状態で、さらに別の2−プロパノール中に浸漬し、この浸漬した状態にて25℃で5分間静置させることにより、積層多孔質フィルム5aを得た。得られた積層多孔質フィルム5aを30℃で5分間乾燥させることにより、多孔質フィルム3に多孔質層が積層された積層セパレータ5を得た。得られた積層セパレータ5の評価結果を表1に示す。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ5を使用したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製した。作製した非水電解液二次電池を非水電解液二次電池9とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池9の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[比較例2]
(正極板)
正極合剤(LiNi0.5Mn0.3Co0.2/導電剤/PVDF(重量比:92/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に積層された正極板を得た。
前記正極板を、正極活物質層が積層された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより、正極板4とした。正極活物質層の厚さは38μmであった。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ3を使用し、正極板として前記正極板4を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法にて非水電解液二次電池を作製した。得られた非水電解液二次電池を非水電解液二次電池10とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池10の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
[比較例3]
(負極板)
負極合剤(天然黒鉛/スチレン−1,3−ブタジエン共重合体/カルボキシメチルセルロースナトリウム(重量比98/1/1))が、負極集電体(銅箔)の片面に積層された負極板を得た。
前記負極板を、負極活物質層が積層された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が積層されていない部分が残るように、切り取ることにより、負極板4とした。負極活物質層の厚さは38μmであった。
[非水電解液二次電池の作製]
積層セパレータ1の代わりに積層セパレータ3を使用し、負極板として前記負極板4を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法にて非水電解液二次電池を作製した。得られた非水電解液二次電池を非水電解液二次電池11とした。
その後、上述の方法にて得られた非水電解液二次電池11の電池特性の測定を行った。その結果を表1に示す。
Figure 2019110064
表1に記載の通り、実施例1〜8にて製造された非水電解液二次電池は、比較例1〜3にて製造された非水電解液二次電池よりも、ハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量特性が向上している。
従って、非水電解液二次電池において、(i)多孔質層に含まれるポリフッ化ビニリデン系樹脂は、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上、(ii)正極板の、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上、(iii)負極板の、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上、との3つの要件を充足することにより、当該非水電解液二次電池のハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量特性を向上できることが分かった。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、ハイレートの充放電サイクルを繰り返した後に、ハイレート放電した後の充電容量特性に優れるため、パーソナルコンピュータ、携帯電話および携帯情報端末などに用いる電池、並びに、車載用電池として好適に利用することができる。
本発明の態様1に係る非水電解液二次電池は、ポリオレフィン多孔質フィルムを含む非水電解液二次電池用セパレータと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含有する多孔質層と、
JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、前記多孔質層は、前記非水電解液二次電池用セパレータと、前記正極板および前記負極板の少なくともいずれかと、の間に配置されており、前記多孔質層に含まれる前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上である。
(ここで、α型結晶の含有量は、前記多孔質層の19F−NMRスペクトルにおける、−78ppm付近にて観測される(α/2)の波形分離、および、−95ppm付近にて観測される{(α/2)+β}の波形分離から算出される。)
また、本発明の態様2に係る非水電解液二次電池は、前記態様1において、前記正極板が、遷移金属酸化物を含む。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、ポリオレフィン多孔質フィルムを含む非水電解液二次電池用セパレータ(以下、セパレータとも称する)と、ポリフッ化ビニリデン系樹脂(以下、PVDF系樹脂とも称する)を含有する多孔質層と、JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、前記多孔質層は、前記非水電解液二次電池用セパレータと、前記正極板および前記負極板の少なくともいずれかと、の間に配置されており、前記多孔質層に含まれる前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上である。
(ここで、α型結晶の含有量は、前記多孔質層の19F−NMRスペクトルにおける、−78ppm付近にて観測される(α/2)の波形分離、および、−95ppm付近にて観測される{(α/2)+β}の波形分離から算出される。)
<正極板>
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池における正極板は、後述のように耐折試験において測定される折り曲げ回数が特定の範囲であれば特に限定されない。例えば、正極活物質層として、正極活物質、導電剤および結着剤を含む正極合剤を正極集電体上に担持したシート状の正極板が用いられる。なお、正極板は、正極集電体の両面上に正極合剤を担持してもよく、正極集電体の片面上に正極合剤を担持してもよい。
ここで、α型結晶の含有量は、前記多孔質層の19F−NMRスペクトルにおける、−78ppm付近にて観測される(α/2)の波形分離、および、−95ppm付近にて観測される{(α/2)+β}の波形分離から算出される。
透気度が上記範囲未満の場合には、非水電解液二次電池用積層セパレータの空隙率が高いために非水電解液二次電池用積層セパレータの積層構造が粗になっていることを意味する。結果として非水電解液二次電池用積層セパレータの強度が低下して、特に高温での形状安定性が不充分になるおそれがある。一方、透気度が上記範囲を超える場合には、非水電解液二次電池用積層セパレータは、充分なイオン透過性を得ることができず、非水電解液二次電池の電池特性を低下させることがある。

Claims (3)

  1. ポリオレフィン多孔質フィルムを含む非水電解液二次電池用セパレータと、
    ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含有する多孔質層と、
    JIS P 8115(1994)に規定されたMIT試験機法に準拠し、荷重1N、折り曲げ角度45°にて実施した耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が130回以上である正極板と、
    前記耐折試験において、電極活物質層が剥がれるまでの折り曲げ回数が1650回以上である負極板と、を備え、
    前記多孔質層は、前記非水電解液二次電池用セパレータと、前記正極板および前記負極板の少なくともいずれかと、の間に配置されており、
    前記多孔質層に含まれる前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、α型結晶とβ型結晶の含有量の合計を100モル%とした場合の、前記α型結晶の含有量が、35.0モル%以上である、非水電解液二次電池。
    (ここで、α型結晶の含有量は、前記多孔質層の19F−NMRスペクトルにおける、−76ppm付近にて観測される(α/2)の波形分離、および、−95ppm付近にて観測される{(α/2)+β}の波形分離から算出される。)
  2. 前記正極板が、遷移金属酸化物を含む、請求項1に記載の非水電解液二次電池。
  3. 前記負極板が、黒鉛を含む、請求項1または2に記載の非水電解液二次電池。
JP2017243283A 2017-12-19 2017-12-19 非水電解液二次電池 Active JP6430619B1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017243283A JP6430619B1 (ja) 2017-12-19 2017-12-19 非水電解液二次電池
CN201811558868.8A CN109980159A (zh) 2017-12-19 2018-12-19 非水电解液二次电池
US16/224,803 US20190190080A1 (en) 2017-12-19 2018-12-19 Nonaqueous electrolyte secondary battery
KR1020180164944A KR20190074260A (ko) 2017-12-19 2018-12-19 비수 전해액 이차 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017243283A JP6430619B1 (ja) 2017-12-19 2017-12-19 非水電解液二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6430619B1 JP6430619B1 (ja) 2018-11-28
JP2019110064A true JP2019110064A (ja) 2019-07-04

Family

ID=64480571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017243283A Active JP6430619B1 (ja) 2017-12-19 2017-12-19 非水電解液二次電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190190080A1 (ja)
JP (1) JP6430619B1 (ja)
KR (1) KR20190074260A (ja)
CN (1) CN109980159A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114631223A (zh) * 2019-11-05 2022-06-14 克里奥尼亚细胞有限责任公司 制备多孔膜的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005135659A (ja) * 2003-10-29 2005-05-26 Jfe Chemical Corp リチウムイオン二次電池の負極の製造方法
JP2006066243A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Furukawa Battery Co Ltd:The 非水電解液二次電池用電極板の製造方法および前記電極板が用いられた非水電解液二次電池
JP2017168419A (ja) * 2016-03-11 2017-09-21 住友化学株式会社 多孔質層

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5432417A (en) 1977-08-16 1979-03-09 Tokuyama Soda Co Ltd Preparation of n,n-disubstituted glycol amide
CN105580160B (zh) * 2014-08-29 2018-10-02 住友化学株式会社 多孔层、层叠多孔层而成的间隔件、及包含多孔层或间隔件的非水电解液二次电池
JP6096395B2 (ja) * 2015-03-24 2017-03-15 帝人株式会社 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池
CN106848160B (zh) * 2016-03-11 2019-05-17 住友化学株式会社 多孔层

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005135659A (ja) * 2003-10-29 2005-05-26 Jfe Chemical Corp リチウムイオン二次電池の負極の製造方法
JP2006066243A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Furukawa Battery Co Ltd:The 非水電解液二次電池用電極板の製造方法および前記電極板が用いられた非水電解液二次電池
JP2017168419A (ja) * 2016-03-11 2017-09-21 住友化学株式会社 多孔質層

Also Published As

Publication number Publication date
CN109980159A (zh) 2019-07-05
US20190190080A1 (en) 2019-06-20
KR20190074260A (ko) 2019-06-27
JP6430619B1 (ja) 2018-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10367182B2 (en) Laminated body
KR102626679B1 (ko) 비수 전해액 이차 전지
JP6430620B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6122936B1 (ja) 非水電解液二次電池用セパレータおよびその利用
JP2018190722A (ja) 非水電解液二次電池用絶縁性多孔質層
JP2012094493A (ja) スラリー及び該スラリーを使用した非水電解液二次電池用セパレータの製造方法
JP6507220B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6430619B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6041970B1 (ja) 非水電解液二次電池用セパレータ
JP6507217B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6430623B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6430622B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6507219B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6430624B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6430616B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP6852116B2 (ja) 非水電解液二次電池の製造方法
JP2019220280A (ja) 多孔質層および非水電解液二次電池用積層セパレータ
JP6430617B1 (ja) 非水電解液二次電池
JP2017117779A (ja) 非水電解液二次電池用セパレータ
JP2019079805A (ja) 非水電解液二次電池用多孔質層
JP2020177767A (ja) 非水電解液二次電池用多孔質層
JP2019079804A (ja) 非水電解液二次電池用多孔質層
JP2019079806A (ja) 非水電解液二次電池用多孔質層
JP2020177770A (ja) 非水電解液二次電池用多孔質層
JP2017103199A (ja) 非水電解液二次電池用セパレータ、非水電解液二次電池用積層セパレータ、非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180130

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20180130

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20180209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180403

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180604

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180802

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181002

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181031

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6430619

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350