JP2023100976A - 改良された、被覆された又は処理された微孔質電池セパレータ、充電可能なリチウム電池、システム、並びに関連する製造及び/又は使用方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリオレフィン膜の高い性能及び不織布の濡れ性を有するセパレータを提供する。【解決手段】リチウム電池のための微孔質電池セパレータであって、ポリオレフィン層と、前記ポリオレフィン層の各面上の少なくとも1つの不織布層と、前記セパレータの中又は上の界面活性剤被覆又は界面活性剤処理とを含み、前記界面活性剤は、0.1~10.0重量%(含浸量)で存在し、前記セパレータは、前記ポリオレフィン層のみと比較して向上した破壊強度及び低減した収縮のうちの少なくとも1つを有するセパレータである。【選択図】図1
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関連出願の相互参照
本出願は、2015年5月8日に出願された米国特許仮出願第62/158,582号及び2016年2月19日に出願された米国特許仮出願第62/297,166号の優先権及び利益を主張するものであり、これらのそれぞれは参照により全体が本明細書に援用される。
本出願は、2015年5月8日に出願された米国特許仮出願第62/158,582号及び2016年2月19日に出願された米国特許仮出願第62/297,166号の優先権及び利益を主張するものであり、これらのそれぞれは参照により全体が本明細書に援用される。
少なくとも選択された実施形態によれば、本出願又は発明は、新規の若しくは改良されたセパレータ膜、セパレータ、電池、セル、システム、並びに/又はそのような膜、セパレータ、電池、セル、及び/若しくはシステムの製造方法、並びに/又はそのような膜、セパレータ、電池、セル、及び/若しくはシステムの使用方法に関する。少なくともいくつかの実施形態によれば、本出願又は発明は、新規の若しくは改良された多層若しくは積層電池セパレータ若しくは膜、そのようなセパレータを含むリチウムイオン電池、並びに/又はそのような電池セパレータ及び/若しくはリチウム電池(充電可能なリチウム電池、二次リチウムイオン電池、及びその他同種のものを含むがこれらに限定されない)の製造及び/若しくは使用方法に関する。少なくともいくつかの特定の実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの不織布層を有し且つ充電可能なリチウムイオン電池における使用に適合された多層微孔質電池セパレータ、並びに/又はそのような多層セパレータの製造及び/若しくは使用に関連する方法に関する。少なくともいくつかの選択された特定の実施形態によれば、本出願又は発明は、少なくとも2つの不織布層を有する新規の若しくは改良された複合、多層若しくは積層電池セパレータ、そのようなセパレータを含むリチウム電池、並びに/又はそのような電池セパレータ及び/若しくはリチウム電池の製造及び/若しくは使用方法に関する。少なくとも選択されたいくつかの実施形態によれば、本発明は、界面活性剤若しくは物質被覆、処理若しくは含有微孔質電池セパレータ膜若しくはセパレータ、そのようなセパレータ膜若しくはセパレータを含むリチウム電池、並びに/又はそのような電池セパレータ及び/若しくはリチウム電池の製造及び/若しくは使用方法に関する。少なくともいくつかの選択された実施形態によれば、本発明は、充電可能なリチウムイオン電池のための、少なくとも1つの不織布層、多分に好ましくは2つの不織布層を(各面に1つずつ)有する界面活性剤若しくは濡れ性向上物質被覆、処理若しくは含有複合、多層若しくは積層電池セパレータ、並びに/又は充電可能なリチウムイオン電池のための微孔質電池セパレータのための界面活性剤被覆剤の製造方法、並びに/又はそのようなセパレータ、電池、及び/若しくはその他同種のものの製造及び/若しくは使用方法に関する。少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、成分、及び/若しくはその他同種のもの、新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分を有する充電可能なリチウム電池のための膜、セパレータ、複合、多層若しくは積層電池セパレータ、少なくとも1つの不織布層を有するセパレータ、2つの不織布層を(各面に1つずつ)有するセパレータ、並びに/又は新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分の製造方法、並びに/又は新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分の使用方法、並びに/又はそのような新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分を中に有するセパレータ、電池、及び/若しくはその他同種のものに関する。
リチウム電池(例えば、リチウムイオン(Liイオン)電池)は、それらの迅速な応答
、高い電源能力、高い効率、及び長い寿命のため、定置型エネルギー貯蔵用途にとって魅力的である。リチウムイオン電池の主要な構成要素は、電極(アノード及びカソード)、電解質及び多孔質セパレータ膜である。充電可能なリチウム電池における使用に利用可能な多種多様な電極材料、電解質及び多孔質セパレータ膜材料が存在する。一部のリチウムイオン電池は、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムマンガン酸化物(L
iMn2O4)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、又はリチウム鉄リン酸塩(L
FP又はLiFePO4)をカソード活性物質として用い、一方、アノードは、炭素でで
きたものであり得る。電解質は、有機又は無機であり得、充電及び放電サイクルの間のイオンの転移を促進し得る。セパレータは、アノードとカソードとを物理的に分離し且つイオン伝導性(電解質中)及び電子絶縁性である、多孔質膜であり得る。電解質は、セパレータと密接に接触しており、セパレータの細孔は、充電及び放電サイクルの間の効率的なイオンの移動のために、電解質により完全に濡らされているべきである。セパレータは、ポリオレフィンでできた微孔質セパレータ膜であり得る。ポリオレフィンは、様々な有機及び無機電解質により異なる程度に濡らされ得る。充電能力及び電池性能は、セパレータが電解質により敏速に濡らされる場合に高められる。
、高い電源能力、高い効率、及び長い寿命のため、定置型エネルギー貯蔵用途にとって魅力的である。リチウムイオン電池の主要な構成要素は、電極(アノード及びカソード)、電解質及び多孔質セパレータ膜である。充電可能なリチウム電池における使用に利用可能な多種多様な電極材料、電解質及び多孔質セパレータ膜材料が存在する。一部のリチウムイオン電池は、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムマンガン酸化物(L
iMn2O4)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、又はリチウム鉄リン酸塩(L
FP又はLiFePO4)をカソード活性物質として用い、一方、アノードは、炭素でで
きたものであり得る。電解質は、有機又は無機であり得、充電及び放電サイクルの間のイオンの転移を促進し得る。セパレータは、アノードとカソードとを物理的に分離し且つイオン伝導性(電解質中)及び電子絶縁性である、多孔質膜であり得る。電解質は、セパレータと密接に接触しており、セパレータの細孔は、充電及び放電サイクルの間の効率的なイオンの移動のために、電解質により完全に濡らされているべきである。セパレータは、ポリオレフィンでできた微孔質セパレータ膜であり得る。ポリオレフィンは、様々な有機及び無機電解質により異なる程度に濡らされ得る。充電能力及び電池性能は、セパレータが電解質により敏速に濡らされる場合に高められる。
知られているセパレータは、微孔質であり得、ポリオレフィンから作られ得る。そのようなポリオレフィン(PO)セパレータは、電池システムにおいて、優れた性能及び安全性を提供し得る。一部のポリオレフィンセパレータ(例えば、いくつかのポリプロピレン(PP)セパレータ)は、疎水性であり、いくつかの無機リチウムイオン電池システムにおいては、濡れ又は電解質充填の効率がより低いものであり得る。セパレータの適切な濡れは、サイクルの間のイオンの効率的な移動に必要なものである。単層不織布セパレータは、いくつかの無機電池システムにおいて利用されてきたが、これらの不織布は、典型的には多孔質すぎ、短絡又は樹枝状結晶成長を適切に防がないものであり得る。
化学処理剤は、ポリオレフィンセパレータ膜の親水性を変更し得るが、しかしながら、そのような処理剤は、電解質中で恒久的且つ/又は非反応性でないものであり得、充電可能なリチウムイオン電池の繰り返されるサイクルの間に生成される何らかの潜在的な副生物に安定でないものであり得る。
したがって、少なくともいくつかの電池化学又はシステムにポリオレフィン膜の高い性能及び不織布の濡れ性を提供する改良されたセパレータに対する必要性がある。
少なくとも選択された実施形態、態様、又は目的によれば、本発明は、上記の必要性のうちの1つ以上に対処し得、且つ/又は新規の改良された被覆及び/若しくは処理されたセパレータ膜、セパレータ、並びに/又はそのような膜及び/若しくはセパレータの製造方法、並びに/又は製品、デバイス、乗物、システム、エネルギー貯蔵及び/若しくはその他同種のものにおいて使用されるようなリチウム電池(例えば、二次リチウムイオン電池)におけるそのような膜及び/若しくはセパレータの使用方法を提供し得る。少なくともいくつかの実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの不織布層を少なくともその片面に有する微孔質セパレータ膜に関する。いくつかの実施形態において、本発明は、少なくとも1種の界面活性剤被覆剤、処理剤又は成分を有するセパレータ膜に関する。少なくともいくつかの実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの不織布層及び少なくとも1種の界面活性剤処理剤を有するセパレータ膜又はセパレータに関する。少なくともいくつかの実施形態によれば、セパレータ、積層物又は複合材料は、少なくとも1つの多孔質ポリオレフィン層又は膜に積層された又は別のやり方で結合された少なくとも1つの不織布層を含む。いくつかの実施形態において、セパレータ、積層物又は複合材料は、界面
活性剤処理剤を伴う又は伴わない、それぞれ多孔質ポリオレフィン層又は膜の一面に積層された又は別のやり方で結合された、2つの多孔質不織布層(不織布/PO膜/不織布)を含み得る。いくつかの実施形態において、ポリオレフィン層は、微孔質ポリプロピレン又はポリエチレン単一層であり得る。他の実施形態において、ポリオレフィン層は、積層された又は同時押出された多層であり得る。少なくともいくつかの実施形態において、ポリオレフィン層は、ポリプロピレン又はポリエチレン二重層であり得る。少なくともいくつかの実施形態において、ポリオレフィン層は、ポリプロピレン及び/又はポリエチレンの三重層であり得る。これらの層は、一緒に積層されたか又は同時押出されたかのいずれかの、同じ又は異なるポリオレフィンである。例えば、界面活性剤処理されたセパレータ膜又はセパレータは、単一の層(例えば、PE、PP、それらのコポリマー又はブレンド)、又は複数の層若しくはプライ(例えば、他の層、不織布、被覆剤、及び/又はその他同種のものを伴う又は伴わない、PE/PE、PP/PP、PE/PP、PP/PE/PP、PE/PP/PE、PE/PE/PE、PP/PP/PP、PP/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PE、さらに、より高次の複合材料も)を含み得る。
活性剤処理剤を伴う又は伴わない、それぞれ多孔質ポリオレフィン層又は膜の一面に積層された又は別のやり方で結合された、2つの多孔質不織布層(不織布/PO膜/不織布)を含み得る。いくつかの実施形態において、ポリオレフィン層は、微孔質ポリプロピレン又はポリエチレン単一層であり得る。他の実施形態において、ポリオレフィン層は、積層された又は同時押出された多層であり得る。少なくともいくつかの実施形態において、ポリオレフィン層は、ポリプロピレン又はポリエチレン二重層であり得る。少なくともいくつかの実施形態において、ポリオレフィン層は、ポリプロピレン及び/又はポリエチレンの三重層であり得る。これらの層は、一緒に積層されたか又は同時押出されたかのいずれかの、同じ又は異なるポリオレフィンである。例えば、界面活性剤処理されたセパレータ膜又はセパレータは、単一の層(例えば、PE、PP、それらのコポリマー又はブレンド)、又は複数の層若しくはプライ(例えば、他の層、不織布、被覆剤、及び/又はその他同種のものを伴う又は伴わない、PE/PE、PP/PP、PE/PP、PP/PE/PP、PE/PP/PE、PE/PE/PE、PP/PP/PP、PP/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PE、さらに、より高次の複合材料も)を含み得る。
いくつかの実施形態において、多分に好ましいセパレータは、微孔質ポリオレフィン膜、ベースフィルム又はセパレータに積層、接着又は接合された1つ以上の不織布(NW)層を含む。多分に好ましい実施形態において、セパレータは、単一又は複数の層又はプライの微孔質ポリオレフィン膜、層、ベースフィルム又はセパレータの各面に積層、接着又は接合された少なくとも1つの不織又は不織布(NW)層を含む。各面に不織布層又は材料を有するそのようなセパレータは、非常に強固な構造を形成する。不織布は、ポリオレフィン層の濡れ性を向上させ得る。一実施形態において、微孔質ポリオレフィン層は、ポリプロピレン(PP)若しくはポリエチレン(PE)、コポリマー又はブレンドの単一層であり得、NW/PP/NW、NW/PE/NW、又はNW/PE-PP/NWの最終構造を有するセパレータを結果としてもたらす。別の実施形態において、ポリオレフィン層は、複数の層、例えば、NW/PP/PP/NW、NW/PE/PE/NW、NW/PP/PE/NW、NW/PE/PP/PE/NW又はNW/PP/PE/PP/NWであり得る。別の実施形態において、ポリオレフィン層は、1つ以上の積層又は同時押出された三重層(NW/PP/PE/PP/NW、NW/PE/PP/PE/NW若しくはNW/PE/PP/PE/PE/PP/PE/NWを含有し得る、又は三重層は、いくつかのホモポリマー若しくはポリオレフィンコポリマー若しくはブレンドでできたもの(例えば、NW/PP/PP/PP/PE/PP/PP/PP/NW、NW/PE/PE/PE/PP/PE/PE/PE/NW、NW/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/NW、又はNW/PP-PE/PE-PP/PE-PP/PP-PE/NW)であり得る。
少なくとも選択された実施形態によれば、本出願又は発明は、1種以上の界面活性剤処理剤を伴う新規の又は改良されたセパレータに関する。本発明の界面活性剤処理剤は、様々な電解質(有機及び/又は無機の非水電解質を含む)による充電可能なリチウムイオン電池システム中の微孔質電池セパレータ膜、膜セパレータ又はセパレータの濡れ性を改善し得る。本発明の親水性又は疎水性の界面活性剤被覆剤は、有機及び/又は無機の非水電解質による微孔質ポリオレフィンセパレータ膜の濡れ速度及び濡れ能力を向上させ得る。加えて、本発明の界面活性剤処理剤は、電解質中のセパレータ膜の安定性を向上させ得る。充電可能なリチウムイオン電池における本発明の界面活性剤被覆された微孔質ポリオレフィン膜又はセパレータの使用は、リチウムイオン電池の充電能力を最善にし得、家庭用電化製品(CE)、電気自動車(EV)及び電気若しくはエネルギー貯蔵システム若しくは電池エネルギー貯蔵システム(ESS又はBESS)、並びに/又はその他同種のものにおけるリチウムイオン電池の長期サイクル寿命性能を促進し得る。
リチウムイオン電池のためのポリオレフィン微孔質セパレータ膜のための多分に好ましい本発明の処理剤は、多孔質セパレータ膜の表面及び細孔に適用された場合に、有機又は
無機電解質により、膜をより容易に濡れさせ、且つより完全に濡れさせる、界面活性剤被覆剤である。リチウムイオン電池の過酷な化学的環境において化学的に安定であり、過充電生成物において安定であり、且つ多孔質セパレータ膜を恒久的又は安定的に親水性又は濡れ性にしもする、界面活性剤を開発、選択又は使用することが多分に好ましい。セパレータは、電解質中で容易に濡れ、電解質を保持すべきである。前者は電池アセンブリへの電解質充填プロセスを容易にし、後者は電池のサイクル寿命を増大する。表面改質によりセパレータの電解質濡れを向上させることは、高性能リチウムイオン電池を調製するのに重要であり得る。無極性ポリオレフィンセパレータの固有の疎水性特性のため、高含量の極性溶媒を含有する電解質は、貧弱な濡れ性及び電解質保持を示し得る。
無機電解質により、膜をより容易に濡れさせ、且つより完全に濡れさせる、界面活性剤被覆剤である。リチウムイオン電池の過酷な化学的環境において化学的に安定であり、過充電生成物において安定であり、且つ多孔質セパレータ膜を恒久的又は安定的に親水性又は濡れ性にしもする、界面活性剤を開発、選択又は使用することが多分に好ましい。セパレータは、電解質中で容易に濡れ、電解質を保持すべきである。前者は電池アセンブリへの電解質充填プロセスを容易にし、後者は電池のサイクル寿命を増大する。表面改質によりセパレータの電解質濡れを向上させることは、高性能リチウムイオン電池を調製するのに重要であり得る。無極性ポリオレフィンセパレータの固有の疎水性特性のため、高含量の極性溶媒を含有する電解質は、貧弱な濡れ性及び電解質保持を示し得る。
選択された実施形態によれば、本発明は、充電可能なリチウム電池のための界面活性剤処理されたセパレータ膜、膜セパレータ若しくはセパレータ、及び/又はリチウム電池のための電池セパレータのための界面活性剤処理剤の製造方法に関し得る。加えて、本発明は、リチウムイオン電池が、1)リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、リチウムマ
ンガン酸化物(LiMn2O4)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、リチウム鉄
リン酸塩(LFP又はLiFePO4)、又はそれらの組み合わせを含む電極材料と、2
)有機又は無機電解質と、3)界面活性剤処理された電池セパレータ膜とからなり得る、充電可能なリチウムイオン電池における使用のためのセパレータ膜のための界面活性剤処理剤に関する。
ンガン酸化物(LiMn2O4)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO2)、リチウム鉄
リン酸塩(LFP又はLiFePO4)、又はそれらの組み合わせを含む電極材料と、2
)有機又は無機電解質と、3)界面活性剤処理された電池セパレータ膜とからなり得る、充電可能なリチウムイオン電池における使用のためのセパレータ膜のための界面活性剤処理剤に関する。
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明の界面活性剤被覆剤、処理剤又は成分(樹脂及び/又は電解質に添加され得る)は、界面活性剤、親水性界面活性剤、撥水性界面活性剤、濡れ剤、又は物質(例えば、様々な電解質(有機及び/又は無機非水電解質を含む)による充電可能なリチウムイオン電池システム中の微孔質ポリオレフィン電池セパレータの濡れ性を改善し得る微孔質電池セパレータのためのドデシルベンゼンスルホン酸リチウム(LiDBS)、非イオン性フルオロ界面活性剤、ステアリン酸リチウム又はその他同種のもの)の被覆剤、処理剤又は成分である。ステアリン酸リチウムを使用する場合、それを樹脂に添加することが好ましくあり得る。本発明の界面活性剤被覆剤は、有機及び/又は無機の非水電解質による微孔質ポリオレフィンセパレータ膜の濡れ速度及び濡れ能力を向上させ得る。加えて、本発明の界面活性剤被覆されたセパレータ膜又はセパレータは、様々な電解質中で化学的に安定であり得る。充電可能なリチウムイオン電池における本発明の界面活性剤被覆された微孔質ポリオレフィンセパレータの使用は、リチウムイオン電池の充電能力を最善にし得、家庭用電化製品(CE)、電気自動車(EV)、電気貯蔵システム(ESS又はBESS)、及び/又はその他同種のものにおけるリチウムイオン電池の長期サイクル寿命性能を促進し得る。
いくつかの実施形態において、セパレータは、ポリオレフィン層に積層された少なくとも1つの不織布層を含む。ポリオレフィン層は、単一のポリオレフィン層若しくは膜であり得るか、又は一緒に積層若しくは同時押出されたポリオレフィンの複数の層若しくはプライであり得る。ポリオレフィン層は、ポリエチレン(PE)層、ポリプロピレン(PP)層、ポリメチルペンテン(PMP)層、及びそれらの混合物又は組み合わせを含み得る。PO層についての例示的な組み合わせ又は多層構造としては、PE/PE、PP/PP、PE/PP、PP/PE/PP、PE/PP/PE、PE/PE/PE、PP/PP/PP、PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP、PE/PP/PP/PE、PP/PE/PE/PP、PP/PE/PP/PE、PE/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PP、PE/PE/PP/PE/PE、PP/PP/PE/PP/PP、PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PP/PE、PE/PE/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PE/PE、PP/PP/PE/PE/PP/PP、PP/PE/PP/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PE/PP/PE、PP/PE/PE/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PP/PP/PE、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、又はその他同種のものが挙げられる。
一般的に、このPO層又は膜は、約2~200μm、約4~100μm、約5~75μm、約5~50μm、約15~50μm、約15~35μm、約25~200μm、約50~200μm、約50~150μm、又は約75~125μmの全厚さを有する。PO膜、ベースフィルム、又は層の各層又はプライは、様々な厚さのものであり得る。例えば、多層膜において、PE層はある厚さのもので、PP層は別の厚さのものであり得る。
例示的な不織布材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、PVDF、ナイロン、ガラス、及びそれらのコポリマー、組み合わせ、ブレンド、又は混合物が挙げられる。一部の実施形態において、不織布層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はそれらの混合物の繊維を含み得る。いくつかの実施形態において、不織布層は、約200℃未満、約190℃未満、約180℃未満、約170℃未満、約165℃未満、約160℃未満、約150℃未満、約140℃未満、及び/又は約135℃未満の融点を有する材料から選択される。いくつかの実施形態において、不織布層は、約200℃より高い融点を有する材料から選択される。
不織布層は、セパレータ膜の片面若しくは両面に、又は2つのセパレータ膜の間に存在し得る。不織布層が両面に存在する場合、そのような膜は、サンドイッチセパレータと呼ばれる。
不織布層は、従来法によって調製され得、続いてPO層に積層され得る。例えば、不織布層は、ポリオレフィン層に熱及び圧力接合され得る。他の実施形態において、不織布層は、湿式堆積法又は乾式堆積法によってPO層上に直接形成され得る。不織布は、ランダムな又は規則正しい外観(例えば、繊維状の湿式堆積された若しくは静電紡糸されたランダムな構造又はメッシュ若しくはネット様構造)を有し得る。
一般的に、この不織布層は、約2~2000μm、約5~1000μm、約5~75μm、約5~50μm、約15~50μm、約15~35μm、約25~200μm、約50~200μm、約50~150μm、又は約75~125μmの全厚さを有する。
一部の実施形態において、セパレータ膜は、膜が有機又は無機電解質によりより容易に濡らされるように表面エネルギーを増大し得る界面活性剤被覆剤又は処理剤を含む。界面活性剤処理剤は、以下の化学構造で表される直鎖又は分岐アルキルベンゼンスルホン酸のアルカリ金属塩を含み得る。
式中、Rは、nが好ましくは>6、より好ましくは>8、最も好ましくは≧12であるCnH2n+1であり得るアルキル官能基である。一部の例において、Rは、以下の化学構造
で表されるように分岐アルキル官能基であり得る。
で表されるように分岐アルキル官能基であり得る。
式中、R1及びR2は、独立して、nが好ましくは>6、より好ましくは>8、最も好ましくは≧12であるCnH2+1であり得るアルキル官能基である。一部の実施形態において、アルキルベンゼンは、ノニルフェニル又はドデシルフェニルスルホン酸塩であり得る。直鎖又は分岐アルキルベンゼンスルホン酸のアルカリ金属塩の好ましい例は、Xm+=Li+である直鎖又は分岐アルキルベンゼンスルホン酸リチウム塩であり得る。
いくつかの実施形態において、界面活性剤は、1種以上のリチウム塩を含み得る。例示的な界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸のリチウム塩、脂肪酸(例えば、6個、8個、10個、12個、14個、16個、18個又は20個より多くの炭素原子を有する酸)のリチウム塩を含む。脂肪酸塩は、飽和又は不飽和であり得る。例示的な飽和脂肪酸としては、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、及びアラキジン酸が挙げられる。例示的な不飽和脂肪酸としては、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸、オレイン酸、リノール酸、リノールエライジン酸、及びアラキドン酸が挙げられる。一部の実施形態において、界面活性剤は、以下の化学構造により表されるアルキルベンゼンスルホン酸のリチウム塩であり得る。
式中、Rは、C1~20アルキル基である。アルキルベンゼンスルホン酸の例示的なリチ
ウム塩は、以下の化学構造で示される4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム(R=C12アルキル)である。
ウム塩は、以下の化学構造で示される4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム(R=C12アルキル)である。
リチウム塩は、リチウムイオン充電可能電池におけるそれらの化学的安定性のため好ましくあり得る。リチウムイオン充電可能電池における繰り返されるサイクルの間、電解質及び他の電池構成要素からの分解生成物は、界面活性剤を分解し得る。リチウム塩は、過充電生成物とそれほど(又は全く)反応せず、その結果、電池の充電及び放電サイクル性能を高める。本明細書に記載される界面活性剤処理されたセパレータは、そのようなセパレータが含まれる様々な電池のサイクル性能を改善し得る。
一部の実施形態において、界面活性剤は、フルオロ界面活性剤、例えば、部分的にフッ素化された又は完全にフッ素化された界面活性剤(例えば、ペルフルオロ界面活性剤)を含み得る。フルオロ界面活性剤は、アニオン性、カチオン性、又は非イオン性であり得る。例示的な非イオン性フルオロ界面活性剤としては、次式のようなフッ素化又は過フッ素化された炭化水素鎖に共有結合により連結されたポリエチレングリコールポリマーが挙げられる。
式中、nは、10~1000の整数であり、Rfは、式CxHyFzを有する基であり、xは、1~20の整数であり、y及びzは、ひとまとめにして考えた場合、2x+1に等しい、すなわち、y+z=2x+1である。いくつかの実施形態において、xは、6~16の整数である。例示的なペルフルオロ界面活性剤としては、以下の化学構造で示されるト
リデカフルオロオクタンスルホン酸リチウムが挙げられる。
リデカフルオロオクタンスルホン酸リチウムが挙げられる。
例示的なアニオン性界面活性剤としては、式:Rf-Φ-Aを有する化合物の塩が挙げ
られる。式中、Rfは、上で与えられた意味を有し、Φは、フェニル環であるか又は不在
であり、Aは、酸性部分(例えば、CO2H、SO3H、又はPO3H2)である。アニオン性界面活性剤は、リチウム塩、ナトリウム塩、又はカリウム塩として存在し得る(そしてリチウム塩が好ましくあり得る)。
られる。式中、Rfは、上で与えられた意味を有し、Φは、フェニル環であるか又は不在
であり、Aは、酸性部分(例えば、CO2H、SO3H、又はPO3H2)である。アニオン性界面活性剤は、リチウム塩、ナトリウム塩、又はカリウム塩として存在し得る(そしてリチウム塩が好ましくあり得る)。
1つの可能な例示的又は有用な界面活性剤は、これにより参照により本明細書に援用される米国特許第8022107(B2)号明細書で与えられる式の、次の化学式を有するフッ化ポリオキシアルキレングリコールジエステル界面活性剤であり得る。
界面活性剤は、典型的に、親水性(水を好む又は疎油性)末端官能基及び疎水性又は親脂性(油を好む又は親油性)末端官能基を有し、これらの官能基のバランスは、親水親油バランス(HLB)数で定量化され、ここで、HLBは、水又は油に対する界面活性剤の親和力を規定し得る0~60の間の値を有し得、HLB値は、アルキル鎖の長さによって調整され得る。
1種以上の界面活性剤が溶媒に溶解又は分散され、次いで、上に記載したセパレータ膜中に存在する層に適用され得る。一部の例において、界面活性剤含有溶液若しくは懸濁液が、層の上にグラビア塗布され得るか、又は層が、界面活性剤含有溶液若しくは懸濁液中に浸漬され得る。界面活性剤はまた、層の中にそれらの形成の前に組み込まれ得る。例えば、界面活性剤は、押出の前若しくは間にポリオレフィン樹脂に添加され得るか、又は界面活性剤は、紡糸プロセスの前に不織繊維に添加され得る。界面活性剤は、複合セパレータの複数の層の中に組み込まれ得る。例えば、ポリオレフィン層又は膜の一面に界面活性剤が塗布され、続いてその被覆された面の上に不織布層又は別のポリオレフィン層が積層され得る。膜及び不織構造物を形成し、次いでそれを(例えば、セパレータ又は膜の両面を処理するための浸漬被覆により)被覆又は処理することが好ましくあり得る。界面活性剤はまた、電解質に添加され得る。膜の上に塗布される場合は、より低い含浸量が有効であり得る。電解質に添加される場合は、より大きな量が必要とされ得る。例えば、5%が膜に添加されるとすれば、セパレータ濡れ性の同じ改善を提供するためには10%以上が
電解質に添加される必要があり得る。
電解質に添加される必要があり得る。
界面活性剤処理剤がセパレータに適用される場合、セパレータの表面は、より高い表面エネルギー、より低い接触角、低下した疎水性を有し得、且つ/又はより容易に電解質(例えば、炭酸プロピレン(PC)、炭酸エチレン、それらの混合物、又は他の電解質)により濡らされるか若しくはそれを吸収し得る。表1は、界面活性剤処理されたセパレータと比べた処理されていないセパレータの濡れ能力を示すものである。表中、被覆されていないセパレータ(Celgard 4560)は、特定の電解質により不織布側又はフィルム側のいずれにおいても濡らされ得なかった。界面活性剤処理された膜は、濡れ能力の著しい改善を示し、フィルム側は15秒以内に完全に濡れ、不織布側は5秒以内に完全に濡れた。
表2は、3秒間及び120秒間の接触時間後の膜のフィルム側及び不織布側の両方における接触角の著しい減少を示している。処理されていない膜と比較して、界面活性剤処理された膜は、120秒の時点で、完全な浸潤を示す0の接触角を示した。
無機電解質の一般的な例としては、硫黄ベースの電解質、塩化チオニルベースの電解質及び二酸化硫黄ベースの電解質が挙げられるが、これらに限定されない。電解質は、アルカリ金属、特にリチウムの、アルミン酸塩、ハロゲン化物、シュウ酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、ヒ酸塩及び没食子酸塩を含む、1種以上の導電性塩を含み得る。これらの無機電解質は、いくつかのポリプロピレン微孔質セパレータ膜を濡れさせるのに困難を有し得、ポリプロピレンに比べてより高い表面エネルギーを有し得る。
硫黄ベースの電解質の一例は、テトラクロロアルミン酸リチウム導電性塩を含有し得る二酸化硫黄(SO2)ベースの電解質であるLiAlCl4×SO2を含む無機電解質系で
ある。LiAlCl4×SO2電解質は、これにより参照により本明細書に援用される米国
特許第8410759号明細書に記載されており、SO2及び導電性塩LiAlCl4を含有し、次の一般化学構造式を有している。
ある。LiAlCl4×SO2電解質は、これにより参照により本明細書に援用される米国
特許第8410759号明細書に記載されており、SO2及び導電性塩LiAlCl4を含有し、次の一般化学構造式を有している。
米国特許第8410759号明細書に従うこの導電性塩は、アルカリ金属、特にリチウムの、アルミン酸塩、ハロゲン化物、シュウ酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、ヒ酸塩及び没食子酸塩からなる群から選択され得る。硫黄ベースの電解質の一例は、LiAlCl4×S
O2又はLiFePO4を含む無機電解質系である。導電性塩を含有する二酸化硫黄ベースの電解質を採用するリチウムイオン電池における界面活性剤処理されたセパレータの使用は、充電可能なリチウムイオン電池の充電能力を最善にし得る。
O2又はLiFePO4を含む無機電解質系である。導電性塩を含有する二酸化硫黄ベースの電解質を採用するリチウムイオン電池における界面活性剤処理されたセパレータの使用は、充電可能なリチウムイオン電池の充電能力を最善にし得る。
上に記載した界面活性剤、薬剤又は物質は、リチウム電池セパレータ膜のためのこれまで使用されていた界面活性剤より効率的であり得る。単に例として、一部の実施形態において、本明細書に記載される改良されたセパレータは、様々な先行電池セパレータのための知られている界面活性剤と比較して、同量の濡れ能力改善を実現するために必要とされる界面活性剤の約50%未満、約33%未満、又は約25%未満を必要とし得る。
本明細書に開示されるセパレータの使用は、リチウムイオン電池の電池容量を最善にし得、家庭用電化製品(CE)、電気自動車(EV)及び/又は電気貯蔵システム(ESS)における例えばLiFePO4電池の長期サイクル寿命性能を促進し得る。
実施例データのための試験方法
厚さは、試験手順ASTM D374に従い、Emveco Microgage 210-A精密マイクロメータ厚さ試験機を用いて測定される。厚さ値は、マイクロメートル(μm)単位で報告される。
厚さは、試験手順ASTM D374に従い、Emveco Microgage 210-A精密マイクロメータ厚さ試験機を用いて測定される。厚さ値は、マイクロメートル(μm)単位で報告される。
浸潤は、セパレータの表面への一滴(およそ0.05mL)の炭酸プロピレン電解質の適用によって測定された。完全に浸潤する時間は、試験試料が電解質で濡れ、不透明な白
色の外観から透明な澄んだ外観に変化する秒単位の時間として目視により求められる。
色の外観から透明な澄んだ外観に変化する秒単位の時間として目視により求められる。
破壊強度:試験試料は、まず最低20分の間、73.4℃及び相対湿度50%に予め状態調整される。Instron型式4442が、試験試料の破壊強度を測定するために使用される。11/4インチ×40インチの連続試料試験体の対角線方向にわたって30回の測定が行われ、平均される。針は0.5mmの半径を有する。降下速度は25mm/分である。フィルムは、試験試料を適所にしっかりと保持するためにOリングを利用する締付デバイスで堅く保持される。この固定される領域の直径は25mmである。針が貫通したフィルムの変位(単位はmm)が、試験されるフィルムによって発揮される抵抗力(単位はグラム力)に対して記録される。最大抵抗力が、グラム力(gf)単位の破壊強度である。この試験方法により、変位に対する荷重のプロットが生成される。
MD及びTDに沿った引張強さは、ASTM D-882方法に従い、Instron型式4201を用いて測定される。
熱収縮試験は、マニラフォルダー内に10cm×10cmの膜試料を入れ、これを次いでクリップを用いてオーブン内に吊るすことにより測定される。収縮は、試験試料が1時間にわたって105℃のオーブン内に入れられる前及び入れられた後に、MD及びTD方向においてカリパーを用いて測定された。収縮はまた、第2の試験試料が1時間にわたって120℃のオーブン内に入れられる前及び入れられた後にも、MD及びTD方向においてカリパーを用いて測定された。収縮は、修正ASTM 2732-96を用いて、%MD収縮及び%TD収縮として表される。
接着力は、ASTM方法D-1876「接着剤の耐剥離性に関する標準試験方法(Standard test method for peel resistance of adhesives)」を用いて測定された。
ガーレー数は、ガーレー式デンソメータ(型式4120)、ASTM-D726(B)-ガーレーを用いることにより測定された。ガーレー数は、31cmのハイドロヘッド(hydrohead)ガス圧下で100mlのガス体積が6.45cm2の面積を通過す
るのに要する時間を求めることにより求められた。時間(t)が、ガーレー数である。
るのに要する時間を求めることにより求められた。時間(t)が、ガーレー数である。
高温電気抵抗は、温度が60℃/分の速度で直線的に高められる間の50lbの圧力下でのセパレータフィルムの抵抗の大きさである。セパレータの直径3/8インチ片が電解質で飽和され、Al又はCuでできた2つの電極ディスクの間に挟まれる。抵抗の上昇は、インピーダンスとして測定され、微孔質セパレータ膜の融解による細孔構造の崩壊又は「機能停止」に相当する。微孔質セパレータ膜が高温にて持続した高レベルの電気抵抗を有する場合、これは、このセパレータ膜が電池内の電極短絡を防ぎ得ることを示している。
被覆剤の添加量又は被覆剤表面密度は、溶液に対する重量%で測定される、又はASTM D3776を用いて測定されて、単位はmg/cm2で表される。
実施例1:NW/PO/NWセパレータ(界面活性剤なし)
三重層セパレータを、シリコン加熱ロール(表面温度240°F)及び平滑金属加熱ロール(表面温度250°F)を用いてCelgard(登録商標)2500ポリプロピレンセパレータの各面に厚さ60μmのPP不織布層を積層することにより作製した。2つの60μmPP不織布層を50psi下で厚さ25μmの微孔質Celgard 2500膜と組み合わせて、104μmの三重層セパレータを生成した。
三重層セパレータを、シリコン加熱ロール(表面温度240°F)及び平滑金属加熱ロール(表面温度250°F)を用いてCelgard(登録商標)2500ポリプロピレンセパレータの各面に厚さ60μmのPP不織布層を積層することにより作製した。2つの60μmPP不織布層を50psi下で厚さ25μmの微孔質Celgard 2500膜と組み合わせて、104μmの三重層セパレータを生成した。
図1は、不織布/膜/不織布の三重層セパレータの一例を示している。セパレータの外層は46.3μm及び35.1μmであり、26.9μmのポリプロピレン内層を有する。ポリオレフィン層の外面への2つの不織布層の積層は、不織布層を含有しない同様のポリオレフィンに比べてセパレータ性能を改善する。図3に示されるサンドイッチセパレータは、34~38ダイン/cmの改善された濡れ性を有している。このサンドイッチセパレータは、減少した収縮及び増大したTD引裂強さを有している(図2及び表3参照)。サンドイッチセパレータのTD引裂強さは、2.7gfから82gfに増大される。収縮百分率は、両方において9.47%から3.07%に低下した(MD%、表3)。
実施例2:界面活性剤処理されたセパレータ
本実施例において、コントロール実施例(CE1)は、市販のCelgard(登録商標)4560セパレータ(界面活性剤なし、片面不織布)であった。Celgard(登録商標)4560は、厚さ85μmのポリプロピレン不織布層に積層されたCelgard(登録商標)2500ポリプロピレン膜(Celgard(登録商標)2500は、厚さ25μmの単一層ポリプロピレン膜である)からなる厚さ110μmの微孔質複合セパレータ(片面のみに不織布、界面活性剤なし)である。本発明の実施例については、様々な重量パーセントの含浸量レベル及び様々な被覆剤表面密度、加えてメタノール含有被覆剤溶液中の界面活性剤の様々な重量パーセントを有する様々な被覆剤を、Celgard(登録商標)4560複合セパレータの試料に適用した。具体的には、試料を、メタノール中の様々な濃度の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム界面活性剤(LiDBS)の様々な溶液で被覆した。表4は、メタノール中の0.5重量%~2.0重量%の範囲の濃度の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウムの溶液で被覆された実施例1~4についての被覆剤データを記載している。
本実施例において、コントロール実施例(CE1)は、市販のCelgard(登録商標)4560セパレータ(界面活性剤なし、片面不織布)であった。Celgard(登録商標)4560は、厚さ85μmのポリプロピレン不織布層に積層されたCelgard(登録商標)2500ポリプロピレン膜(Celgard(登録商標)2500は、厚さ25μmの単一層ポリプロピレン膜である)からなる厚さ110μmの微孔質複合セパレータ(片面のみに不織布、界面活性剤なし)である。本発明の実施例については、様々な重量パーセントの含浸量レベル及び様々な被覆剤表面密度、加えてメタノール含有被覆剤溶液中の界面活性剤の様々な重量パーセントを有する様々な被覆剤を、Celgard(登録商標)4560複合セパレータの試料に適用した。具体的には、試料を、メタノール中の様々な濃度の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム界面活性剤(LiDBS)の様々な溶液で被覆した。表4は、メタノール中の0.5重量%~2.0重量%の範囲の濃度の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウムの溶液で被覆された実施例1~4についての被覆剤データを記載している。
Ex.1は、メタノール中の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウムの2.0重量%溶液で両面浸漬被覆された、4.84重量%の含浸量を有するCelgard(登録商標)4560セパレータである。Ex.2は、メタノール中の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウムの1.5重量%溶液で両面浸漬被覆された、3.84重量%の含浸量を有するCelgard(登録商標)4560セパレータである。Ex.3は、メタノール中の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウムの1.0重量%溶液で両面浸漬被覆された、2.58重量%の含浸量を有するCelgard(登録商標)4560セパレータである。Ex.4は、メタノール中の4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウムの0.5重量%溶液で両面浸漬被覆された、1.37重量%の含浸量を有するCelgard(登録商標)4560セパレータである。CE1は、無限大の浸潤時間によって示されるように、容易に濡れない、被覆されていないCelgard(登録商標)4560セパレータである。
図4は、Celgard(登録商標)4560積層ポリプロピレンセパレータに適用された4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム界面活性剤の秒単位の浸潤時間と、被覆剤溶液中の重量%単位の界面活性剤添加量と、mg/cm2単位の表面密度との間の相互関
係を示すものである。
係を示すものである。
炭酸プロピレン(PC)が、電解質による膜の濡れ性を評価するために使用され得る。PCにより濡らすことができるポリプロピレン微孔質膜は、他の電解質、例えば、LiAlCl4×SO2を含む無機電解質により濡らすことができる可能性がある。充電可能なリチウムイオン電池のための典型的な有機電解質は、直鎖及び環状のアルキルカーボネートの組み合わせに基づき得る。有機電解質の一般的な例としては、炭酸プロピレン(PC)、炭酸エチレン(EC)、炭酸ジメチル(DMC)、及びそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。炭酸プロピレンは、約41ダイン/cmの表面エネルギーを有し得、より低い約30~36ダイン/cmの表面エネルギーを有し得るポリプロピレン微孔質セパレータ膜を濡らさない傾向がある。
表4は、電解質として炭酸プロピレンを用いた浸潤時間を記載している。≦20秒の浸潤時間が、0.026mg/cm2という低い4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム
界面活性剤の被覆剤添加量で観察された。0.094mg/cm2の被覆剤についての最
善の浸潤は0.5秒であったのであるが、このことは、4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム界面活性剤被覆剤が、0.094mg/cm2の被覆剤密度で被覆されたセパレ
ータについての0.5秒の浸潤時間と比較された被覆されていないセパレータ膜について観察されたゼロ浸潤の値から、電解質濡れを著しく改善し得ることを示している。この界面活性剤処理剤は、実質的に全く濡れなしから完全な濡れまでの被覆されたポリプロピレン微孔質セパレータ膜の電解質濡れ速度を1秒未満内に効果的に向上させるので、本発明の界面活性剤処理されたセパレータ膜を含有する電池は、より速い電解質充填時間を有す
るものとなる。さらに、1秒未満の電解質濡れ速度は、被覆された微孔質セパレータ膜によるより大きな電解質吸収を示しており、リチウムイオン電池における改善された容量性能に繋がり得る。
界面活性剤の被覆剤添加量で観察された。0.094mg/cm2の被覆剤についての最
善の浸潤は0.5秒であったのであるが、このことは、4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム界面活性剤被覆剤が、0.094mg/cm2の被覆剤密度で被覆されたセパレ
ータについての0.5秒の浸潤時間と比較された被覆されていないセパレータ膜について観察されたゼロ浸潤の値から、電解質濡れを著しく改善し得ることを示している。この界面活性剤処理剤は、実質的に全く濡れなしから完全な濡れまでの被覆されたポリプロピレン微孔質セパレータ膜の電解質濡れ速度を1秒未満内に効果的に向上させるので、本発明の界面活性剤処理されたセパレータ膜を含有する電池は、より速い電解質充填時間を有す
るものとなる。さらに、1秒未満の電解質濡れ速度は、被覆された微孔質セパレータ膜によるより大きな電解質吸収を示しており、リチウムイオン電池における改善された容量性能に繋がり得る。
実施例3:界面活性剤処理されたセパレータの電池容量
本実施例において、厚さ約20ミクロンのCelgard(登録商標)単一層ポリプロピレン膜の試料を、4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム界面活性剤(LiDBS)の溶液で、本明細書において述べられる実施形態に従って被覆した。
本実施例において、厚さ約20ミクロンのCelgard(登録商標)単一層ポリプロピレン膜の試料を、4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム界面活性剤(LiDBS)の溶液で、本明細書において述べられる実施形態に従って被覆した。
図5は、リチウム鉄リン酸塩(LiFePO4)電池中の本発明の界面活性剤被覆され
たCelgard(登録商標)セパレータについてのサイクル数に対する電池容量を、厚さ約20ミクロンの同じCelgard(登録商標)単一層ポリプロピレンセパレータ膜の被覆されていない試料と比較して示すものである。図5は、低下していく電池容量及びより多くの容量消失(capacity fade)を示す処理されていない又は被覆されていないセパレータに比べて、本発明の界面活性剤被覆されたセパレータについての(容量消失を低減することによる)改善された電池容量の明らかに明白な動向を示している。処理されていない膜による電池容量の低下は、より大きなサイクル数において低下し続けるであろうと思われ、望ましくないことであり得る。
たCelgard(登録商標)セパレータについてのサイクル数に対する電池容量を、厚さ約20ミクロンの同じCelgard(登録商標)単一層ポリプロピレンセパレータ膜の被覆されていない試料と比較して示すものである。図5は、低下していく電池容量及びより多くの容量消失(capacity fade)を示す処理されていない又は被覆されていないセパレータに比べて、本発明の界面活性剤被覆されたセパレータについての(容量消失を低減することによる)改善された電池容量の明らかに明白な動向を示している。処理されていない膜による電池容量の低下は、より大きなサイクル数において低下し続けるであろうと思われ、望ましくないことであり得る。
少なくとも選択された実施形態、態様又は目的によれば、本出願又は発明は、新規の若しくは改良されたセパレータ膜、セパレータ、電池、セル、システム、並びに/又はそのような膜、セパレータ、電池、セル、及び/若しくはシステムの製造方法、並びに/又はそのような膜、セパレータ、電池、セル、及び/若しくはシステムの使用方法;新規の若しくは改良された多層若しくは積層電池セパレータ若しくは膜、そのようなセパレータを含むリチウムイオン電池、並びに/又はそのような電池セパレータ及び/若しくはリチウム電池(充電可能なリチウム電池、二次リチウムイオン電池及びその他同種のものを含むがこれらに限定されない)の製造及び/若しくは使用方法;少なくとも1つの不織布層を有し且つ充電可能なリチウムイオン電池における使用に適合された多層微孔質電池セパレータ並びに/又はそのような多層セパレータの製造及び/若しくは使用に関連する方法;少なくとも2つの不織布層を有する新規の若しくは改良された複合、多層若しくは積層電池セパレータ、そのようなセパレータを含むリチウム電池、並びに/又はそのような電池セパレータ及び/若しくはリチウム電池の製造及び/若しくは使用方法;界面活性剤若しくは物質被覆、処理若しくは含有微孔質電池セパレータ膜若しくはセパレータ、そのようなセパレータ膜若しくはセパレータを含むリチウム電池、並びに/又はそのような電池セパレータ及び/若しくはリチウム電池の製造及び/若しくは使用方法;充電可能なリチウムイオン電池のための、少なくとも1つの不織布層、多分に好ましくは2つの不織布層を(各面に1つずつ)有する界面活性剤若しくは濡れ性向上物質被覆、処理若しくは含有複合、多層若しくは積層電池セパレータ、並びに/又は充電可能なリチウムイオン電池のための微孔質電池セパレータのための界面活性剤被覆剤の製造方法、並びに/又はそのようなセパレータ、電池、及び/若しくはその他同種のものの製造及び/若しくは使用方法;新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、成分、及び/若しくはその他同種のもの、新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分を有する充電可能なリチウム電池のための膜、セパレータ、複合材料、多層若しくは積層電池セパレータ、少なくとも1つの不織布層を有するセパレータ、2つの不織布層を(各面に1つずつ)有するセパレータ、並びに/又は新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分の製造方法、並びに/又は新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分の使用方法、並びに/又はそのような新規の若しくは改良された界面活性剤、濡れ性向上物質、被覆剤、処理剤、及び/若しくは成分をその中に有するセパレータ、電池、及び/若しくはその他同種のもの、並びに/又はその他同種
のものを提供する、又はそれらに関する。少なくともいくつかの実施形態、態様又は目的によれば、本出願又は発明は、低い濡れ性、疎水性、遅い電解質濡れ若しくは充填、界面活性剤の耐久性、及び/又はその他同種のものという先の課題又は問題に対処する又はそれらを解決する。
のものを提供する、又はそれらに関する。少なくともいくつかの実施形態、態様又は目的によれば、本出願又は発明は、低い濡れ性、疎水性、遅い電解質濡れ若しくは充填、界面活性剤の耐久性、及び/又はその他同種のものという先の課題又は問題に対処する又はそれらを解決する。
少なくともいくつかの実施形態によれば、本発明は、セパレータ膜、セパレータ又は膜ベースのセパレータに関する。この膜又はセパレータは、不織布層、改良された界面活性剤処理剤、又はそれらの組み合わせを含み得る。このセパレータ又は膜は、リチウム電池、特に充電可能なリチウムイオン電池に有用であり、改善された性能、濡れ性、サイクル能、及び/又は充電効率を提供する。
少なくとも選択された実施形態によれば、本発明は、リチウム電池のための、新規の改良された、被覆された又は処理されたセパレータ膜、セパレータ又は膜ベースのセパレータに関する。この膜又はセパレータは、不織布層、改良された界面活性剤処理剤、又はそれらの組み合わせを含み得る。このセパレータ又は膜は、溶媒電解質リチウム電池、特に充電可能なリチウムイオン電池に有用であり、改善された性能、濡れ性、サイクル能、及び/又は充電効率を提供する。
いくつかの実施形態によれば、例示的な界面活性剤、薬剤又は物質としては、
界面活性剤ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(DMS)若しくはドデシル硫酸ナトリウム(SDS);
水性若しくは溶媒ベースの製品において非常に低い表面張力をもたらし、より良好な濡れを可能にする、非イオン性フルオロ界面活性剤;
複数のフッ素原子を有する合成有機フッ素化合物などのフルオロ界面活性剤若しくはフッ素化界面活性剤(それらは多フッ素化された又はフッ化炭素ベースの(過フッ素化された)ものであり得、界面活性剤として、それらは匹敵する炭化水素界面活性剤よりも水又は極性溶媒の表面張力を低下させるのに有効であり、それらはフッ素化された「尾」及び親水性の「頭」を有する);
水性若しくは溶媒ベースの製品において非常に低い表面張力をもたらし、より良好な濡れ、拡がり、平滑化、及び他の有益な特性を可能にし、VOCを含まず、APEOを含まず、難燃性であり、非常に低い濃度であっても任意のイオン性クラスの添加剤及び樹脂と適合性である、非イオン性フルオロ界面活性剤(それは、非常に大きな濡れ力をもたらし得、酸性環境、塩基性環境、塩水環境、及び硬水環境において安定であり得、このことは、種々の系にそれを配合することを容易にする);
難燃性であり、VOC及びAPEOを含まず、クレーター形成(cratering)などの欠陥を低減するために溶媒ベースの被覆剤中に使用され、濡れ剤及び平滑化剤として、被覆剤に耐候性、耐汚水性及びUV安定性を与え、ポリマーのための内部滑剤及び防曇剤である、非イオン性フルオロ界面活性剤;
極めて低い濃度(0.001%~0.1%)で使用される場合であっても極めて有効であり、多くの用途において、濡れ、平滑化、クレーター形成防止性、耐吸塵性及び撥油性を向上させる、フルオロ界面活性剤若しくはフッ化炭素ベースの界面活性剤;
撥水する(電解質注入前により容易に乾燥させ得る)若しくは非常に低い含浸量で活性である非イオン性フルオロ界面活性剤;
撥水する非イオン性フルオロ界面活性剤若しくはフッ素化グリコールエーテル;並びに/又は
石鹸(脂肪酸の塩)として形式的に分類され、白色の軟質固体であり、水酸化リチウム及びステアリン酸の反応により調製される、式LiO2C(CH2)16CH3を有する化合物
である、ステアリン酸リチウム(ステアリン酸リチウム及び12-ヒドロキシステアリン酸リチウムはリチウム石鹸であり、リチウムグリースの成分である)
が挙げられ得る。
界面活性剤ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(DMS)若しくはドデシル硫酸ナトリウム(SDS);
水性若しくは溶媒ベースの製品において非常に低い表面張力をもたらし、より良好な濡れを可能にする、非イオン性フルオロ界面活性剤;
複数のフッ素原子を有する合成有機フッ素化合物などのフルオロ界面活性剤若しくはフッ素化界面活性剤(それらは多フッ素化された又はフッ化炭素ベースの(過フッ素化された)ものであり得、界面活性剤として、それらは匹敵する炭化水素界面活性剤よりも水又は極性溶媒の表面張力を低下させるのに有効であり、それらはフッ素化された「尾」及び親水性の「頭」を有する);
水性若しくは溶媒ベースの製品において非常に低い表面張力をもたらし、より良好な濡れ、拡がり、平滑化、及び他の有益な特性を可能にし、VOCを含まず、APEOを含まず、難燃性であり、非常に低い濃度であっても任意のイオン性クラスの添加剤及び樹脂と適合性である、非イオン性フルオロ界面活性剤(それは、非常に大きな濡れ力をもたらし得、酸性環境、塩基性環境、塩水環境、及び硬水環境において安定であり得、このことは、種々の系にそれを配合することを容易にする);
難燃性であり、VOC及びAPEOを含まず、クレーター形成(cratering)などの欠陥を低減するために溶媒ベースの被覆剤中に使用され、濡れ剤及び平滑化剤として、被覆剤に耐候性、耐汚水性及びUV安定性を与え、ポリマーのための内部滑剤及び防曇剤である、非イオン性フルオロ界面活性剤;
極めて低い濃度(0.001%~0.1%)で使用される場合であっても極めて有効であり、多くの用途において、濡れ、平滑化、クレーター形成防止性、耐吸塵性及び撥油性を向上させる、フルオロ界面活性剤若しくはフッ化炭素ベースの界面活性剤;
撥水する(電解質注入前により容易に乾燥させ得る)若しくは非常に低い含浸量で活性である非イオン性フルオロ界面活性剤;
撥水する非イオン性フルオロ界面活性剤若しくはフッ素化グリコールエーテル;並びに/又は
石鹸(脂肪酸の塩)として形式的に分類され、白色の軟質固体であり、水酸化リチウム及びステアリン酸の反応により調製される、式LiO2C(CH2)16CH3を有する化合物
である、ステアリン酸リチウム(ステアリン酸リチウム及び12-ヒドロキシステアリン酸リチウムはリチウム石鹸であり、リチウムグリースの成分である)
が挙げられ得る。
本発明は、その趣旨及び本質的属性から逸脱することなく他の形態で具現化され得るものであり、したがって、本発明の範囲を示すものとしては、上述の明細書よりも添付の特許請求の範囲が参照されるべきである。
Claims (30)
- リチウム電池のための微孔質電池セパレータであって、
ポリオレフィン層と、
前記ポリオレフィン層の各面上の少なくとも1つの不織布層と、
前記セパレータの中又は上の界面活性剤被覆又は界面活性剤処理と
を含み、
前記界面活性剤は、0.1~10.0重量%(含浸量)で存在し、前記セパレータは、前記ポリオレフィン層のみと比較して向上した破壊強度及び低減した収縮のうちの少なくとも1つを有するセパレータ。 - 前記ポリオレフィン層が、ポリプロピレンの少なくとも1つの膜を含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記不織布層が、ポリプロピレンを含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記不織布層が、約200℃未満の融点を有する不織布層を含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記界面活性剤が、リチウム塩を含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記界面活性剤が、フッ素含有界面活性剤を含む、請求項1に記載のセパレータ。
- リチウム電池のための微孔質電池セパレータであって、
ポリオレフィン層と、
前記ポリオレフィン層の少なくとも片面に少なくとも1つの不織布層と、
溶媒ベースの電解質の濡れ性を向上させるための前記セパレータ中又は上の少なくとも1種の界面活性剤被覆剤又は処理剤と
を含み、前記界面活性剤は、約0.1~10.0重量%(含浸量)で存在する、
セパレータ。 - 前記ポリオレフィン層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はそれらの組み合わせ、ブレンド若しくは混合物の少なくとも1つの膜を含む、請求項7に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン層が、ポリエチレンの複数の層、ポリプロピレンの複数の層、又はポリエチレン及びポリプロピレンの複数の層を含む、請求項7に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン層が、以下の多層配置、すなわち、PE/PE、PP/PP、PE/PP、PP/PE/PP、PE/PP/PE、PE/PE/PE、PP/PP/PP、PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP、PE/PP/PP/PE、PP/PE/PE/PP、PE/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PP、PE/PE/PP/PE/PE、PP/PP/PE/PP/PP、PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PP/PE、PE/PE/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PE/PE、PP/PP/PE/PE/PP/PP、PP/PE/PP/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PE/PP/PE、PP/PE/PE/PE/PE/PP、及びPE/PP/PP/PP/PP/PEのうちの1つから選択される、請求項9に記載のセパレータ。
- 前記不織布層が、ポリプロピレン、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルペンテン
、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、又はそれらの組み合わせ、ブレンド若しくは混合物を含む、請求項7に記載のセパレータ。 - 前記不織布層が、約200℃未満の融点を有する、請求項7に記載のセパレータ。
- 前記セパレータの表面に界面活性剤処理剤を含む、請求項7に記載のセパレータ。
- 前記界面活性剤が、リチウム塩を含む、請求項7に記載のセパレータ。
- 前記界面活性剤が、フッ素含有界面活性剤を含む、請求項7に記載のセパレータ。
- 少なくとも1つの不織布層をポリオレフィン層の少なくとも一方の面に積層して複合材料を形成する工程と、
前記複合材料を少なくとも1種の界面活性剤で処理して溶媒ベースの電解質の濡れ性を向上させる工程と
を含む、電池セパレータの製造方法であって、前記界面活性剤は、約0.1~10.0重量%(含浸量)で存在する、方法。 - 請求項1に記載のセパレータを含むリチウム電池。
- 請求項7に記載のセパレータを含むリチウム電池。
- 請求項16に記載の方法によって製造されたセパレータを含むリチウム電池。
- 電極と、電解質と、前記電極の間にセパレータとを含む少なくとも1つのセルを含むリチウム電池であって、前記セパレータは、
ポリオレフィン層と、
不織布層と
を含み、前記セパレータ又は電解質は、少なくとも1種の界面活性剤被覆剤、処理剤又は物質を含み、前記界面活性剤は、フッ素原子、リチウム原子、又はその両方を含み、前記界面活性剤は、約0.1~10.0重量%(含浸量)で存在する、リチウム電池。 - 前記ポリオレフィン層が、1つ以上の層を含み、前記ポリオレフィンが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、それらのコポリマー、ブレンド、組み合わせ、及び混合物からなる群から選択され、
前記界面活性剤被覆剤、処理剤又は物質が、直鎖若しくは分岐アルキルベンゼンスルホン酸のアルカリ金属塩、直鎖若しくは分岐アルキルベンゼンスルホン酸のリチウム塩、非イオン性フルオロ界面活性剤、撥水する非イオン性フルオロ界面活性剤、又は4-ドデシルベンゼンスルホン酸リチウムを含み、前記電池が、二次リチウムイオン電池である、請求項20に記載のリチウム電池。 - 前記セパレータが、20秒未満で有機又は無機電解質により濡れる、請求項21に記載のリチウム電池。
- 請求項22に記載の1つ以上のリチウム電池を含むエネルギー貯蔵システム。
- 請求項20に記載の1つ以上のLiFePO4リチウム電池を含むエネルギー貯蔵シス
テム。 - 請求項1に記載のセパレータを含む1つ以上のLiFePO4電池を含むエネルギー貯
蔵システム。 - 請求項7に記載のセパレータを含む1つ以上のLiFePO4電池を含むエネルギー貯
蔵システム。 - 前記セパレータが、5秒未満で有機又は無機電解質により濡れる、請求項20に記載のリチウム電池。
- 微孔質リチウム電池セパレータ膜であって、
少なくとも1つのポリオレフィン層と、
溶媒ベースの電解質による前記膜の濡れ性を向上させるための前記セパレータ膜中又は上の少なくとも1種の界面活性剤被覆剤又は処理剤と
を含み、前記界面活性剤は、約0.1~10.0重量%の量(含浸量)で存在する、
セパレータ膜。 - 前記ポリオレフィン層が、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はその両方の少なくとも1つの膜を含む、請求項28に記載のセパレータ膜。
- 前記ポリオレフィン層が、ポリエチレンの複数の層、ポリプロピレンの複数の層、又はポリエチレン及びポリプロピレンの複数の層を含む、請求項28に記載のセパレータ膜。
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AU2000253140A1 (en) * | 2000-01-11 | 2001-07-24 | 3M Innovative Properties Company | Perfluoroalkanesulfonate salts in electrochemical systems |
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US20020106557A1 (en) | 2000-09-19 | 2002-08-08 | Graeme Fraser-Bell | Separator assembly for use in a recombinant battery |
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CZ2008572A3 (cs) * | 2008-09-19 | 2010-02-10 | He3Da S.R.O. | Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby |
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KR101287667B1 (ko) * | 2009-03-09 | 2013-07-24 | 아사히 가세이 이-매터리얼즈 가부시키가이샤 | 적층 세퍼레이터, 폴리올레핀 미다공막 및 축전 디바이스용 세퍼레이터 |
BRPI1006184A2 (pt) * | 2009-03-27 | 2015-09-22 | 3M Innovative Properties Co | "composição termoplástica, artigos, lençol cirúrgico, avental cirúrgico, material para contato com ferimento e método para a fabricação de uma composição" |
WO2011035190A1 (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | Nano Terra Inc. | Polyolefin fibers for use as battery separators and methods of making and using the same |
DE102009058606A1 (de) * | 2009-12-17 | 2011-06-22 | Li-Tec Battery GmbH, 01917 | Lithium-Ionen-Batterie |
US20110223486A1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Xiaomin Zhang | Biaxially oriented porous membranes, composites, and methods of manufacture and use |
WO2011129169A1 (ja) * | 2010-04-16 | 2011-10-20 | 日立マクセル株式会社 | 電気化学素子用セパレータおよびそれを用いた電気化学素子、並びにその電気化学素子用セパレータの製造方法 |
GB2482914A (en) * | 2010-08-20 | 2012-02-22 | Leclanche Sa | Lithium Cell Electrolyte |
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CN103262305B (zh) * | 2010-12-14 | 2015-11-25 | 协立化学产业株式会社 | 电池电极或隔板表面保护剂组合物、被其保护的电池电极或隔板及具有该电池电极或隔板的电池 |
CN103563130B (zh) * | 2011-06-02 | 2017-03-15 | 日本合成化学工业株式会社 | 电池电极或隔板用涂布剂组合物 |
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WO2014073381A1 (ja) * | 2012-11-08 | 2014-05-15 | 住友化学株式会社 | ナトリウム二次電池 |
KR101735510B1 (ko) * | 2012-11-30 | 2017-05-15 | 주식회사 엘지화학 | 다공성 분리막 및 그의 제조방법 |
WO2014136813A1 (ja) * | 2013-03-05 | 2014-09-12 | 協立化学産業株式会社 | 電池電極又はセパレーターコーティング膜組成物、これを用いて得られるコーティング膜を有する電池電極又はセパレーター、及びこの電池電極又はセパレーターを有する電池 |
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