JP4892819B2 - 多孔質膜とその製造法及びこれを用いたリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
また、凝固槽を一槽にしても良いが、凝固速度や多孔質膜の孔径及びその分布を調節するため多槽にしても良い。このとき、水への添加剤の濃度を各槽で変更するほうが好ましい。
(1)ポリアミドイミド多孔質膜とポリオレフィン多孔質膜を単純に重ねる。
(2)ポリオレフィン多孔質膜を支持体にしてその片面又は両面にポリアミドイミド樹脂 溶液を含浸又は塗布し、前記と同様な方法で凝固浴に投入して凝固させる。
(3)上記(1)と(2)を組み合わせる。
尚、実施例中の測定値は以下の方法で測定した。
空孔率=[1−(Bw/Bt)/(Aw/At)]×100(%)
温度計、冷却管、窒素ガス導入管のついた4ツ口フラスコにトリメリット酸無水物1モル、ナフタレンジイソシアネート0.99モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が20%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、120℃で5時間攪拌した後、固形分濃度が15%になるようにN−メチル−2−ピロリドンで希釈してポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は1.12dl/g、ガラス転移温度は350℃であった。構造式(I)成分は全繰り返し単位中100モル%であった。
上記ポリアミドイミド樹脂溶液100部にポリエチレングリコール#400を20部配合したワニスを東燃化学社製ポリオレフィン多孔質膜(25μm)の片面に乾燥膜厚が1μmとなるように塗布し、水中に浸漬して凝固、洗滌、乾燥させた。この複合多孔質膜の膜厚は26μm、透気度は340sec/100cc、シャットダウン温度は120℃、メルトダウンは200℃以上であった。この複合多孔質膜をセパレーターに用い、正極活物質としてコバルト酸リチウム、導電剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いた正極及び黒鉛と非晶質炭素を混合した負極活物質とポリフッ化ビニリデンをバインダーにした負極、電解液としてソルライト(三菱化学製)を用いてコイン型電池を作成して電池特性を評価した。その結果、市販のセパレーター(東燃化学製ポリオレフィン多孔質膜:25μ)に比べて放電容量、サイクル特性ともほぼ同等の性能を示した。
実施例1のイソシアナート成分をナフタレンジイソシアネート0.5モル、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート0.49モルとした以外は実施例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は1.08dl/g、ガラス転移温度は320℃であった。構造式(I)成分は全繰り返し単位中50モル%であった。このポリアミドイミド樹脂溶液から実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この複合多孔質膜の膜厚は27μm、透気度は460sec/100ccAirでシャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1の酸成分をトリメリット酸無水物0.9モル、両末端ジカルボン酸のポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)共重合体(宇部興産製ハイカーCTBN1300×13)0.1モルとした以外は実施例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.73dl/g、ガラス転移温度は175℃であった。構造式(I)成分は全繰り返し単位中90モル%であった。このポリアミドイミド樹脂溶液から実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この複合多孔質膜の膜厚は28μm、透気度は360sec/100ccAirでシャットダウン温度は121℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1と同じ装置を用い、トリメリット酸無水物0.93モル、ポリカプロラクトン(ダイセル化学製プラクセル220:分子量2000)0.07モル、ナフタレンジイソシアネート0.5モル、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート0.49モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が20%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、120℃で約5時間反応させた。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.82dl/g、ガラス転移温度は230℃であった。構造式(I)成分は全繰り返し単位中47モル%であった。このポリアミドイミド樹脂溶液を実施例1と同じ方法で多孔質膜を作成した。この多孔質膜の膜厚は27μm、透気度は340sec/100ccAirで、シャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例3のポリアミドイミド樹脂溶液100部にエチレングリコール20部を配合した溶液を100μmのポリエステルフィルムに塗布し、水中に浸漬して凝固させ、水洗、乾燥して膜厚28μmのポリアミドイミド多孔質膜を得た。この多孔質膜の空孔率は63%、透気度は6.5sec/100ccAirでシャットダウン温度は185℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。このポリアミドイミド多孔質膜を実施例1と同じ様な構成でセパレーターに用いたコイン電池の放電容量、サイクル耐久性等の電池性能はポリオレフィン多孔質膜単独セパレーターと同様な特性を示した。
実施例1のポリアミドイミド樹脂溶液100部にポリエチレングリコール#400を20部配合したワニスに東燃化学製ポリオレフィン多孔質膜(25μm)を浸漬させた後、ポリオレフィン多孔質膜の両面に乾燥膜厚が各々1μmになるように絞りロールで掻き取り、水/ポリエチレングリコール(分子量400)比が70/30の凝固浴に投入して凝固させ、洗滌、乾燥して厚さ27μmの3層の複合多孔質膜を得た。この複合多孔質膜のシャットダウン温度は120℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。この複合多孔質膜をセパレーターにして実施例1と同じ構成で作成したコイン電池の放電容量、サイクル耐久性などの電池性能はポリオレフィン多孔質膜単独セパレーターと同様な特性を示した。
実施例6で作成したポリアミドイミド/ポリオレフィンの複合多孔質膜のポリアミドイミド多孔質膜側にポリオレフィン多孔質膜を重ねた複合膜を実施例1と同じ条件で作成したコイン電池の放電容量、サイクル耐久性等の電池性能はポリオレフィン多孔質膜単独セパレーターとほぼ同等の特性を示した。
実施例1でTMAを1.08モルとした以外は実施例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.31dl/g、ガラス転移温度は350℃であった。構造式(I)成分は全繰り返し単位中100モル%であった。このポリアミドイミド樹脂を用いた多孔質膜は分子量が低いため脆く、セパレーターとしては不適であった。
酸成分をトリメリット酸無水物0.15モル、ダイマー酸0.85モル、ナフタレンジイソシアネート0.5モル、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート0.49モルとした以外は実施例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.64dl/g、ガラス転移温度は60℃であった。構造式(I)成分は全繰り返し単位中8モル%であった。このポリアミドイミド樹脂溶液を用い、実施例5と同じ方法で多孔質膜を作成した。この多孔質膜の膜厚は26μm、空孔率は63%、透気度は3.4sec/100ccAirと良好であったが、シャットダウン温度が75℃、メルトダウン温度が95℃と低くセパレーターとしての安全性が不十分であった。
実施例1と同じ装置を使いトリメリット酸無水物1モル、ナフタレンジイソシアネート0.05モル、ヘキサメチレンジイソシアネート0.95モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度50%となるようにγ−ブチロラクトンと共に仕込み120℃で1時間、190℃で5時間反応させた後、N−メチル−2−ピロリドンで固形分濃度25%希釈してポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.52dl/g、ガラス転移温度は130℃であった。構造式(I)成分は全繰り返し単位中5モル%であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液から実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この複合多孔質膜の膜厚は27μm、透気度は460sec/100ccAirでシャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は153℃と低くセパレーターとしての安全性が不十分であった。また、実施例1と同じ構成でコイン電池を作製したが、電解液にポリアミドイミド樹脂が膨潤したため、セパレーターとして不適であった。
Claims (6)
- ポリアミドイミド樹脂の酸成分の一部が、ダイマー酸、ポリアルキレングリコール、ポリエステル並びに末端にカルボキシル基、水酸基及びアミノ基のいずれかを含有するブタジエン系ゴムからなる群のうち少なくとも1種で置き換えられた共重合ポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の多孔質膜。
- ポリアミドイミド樹脂層にポリオレフィン系多孔質膜を積層したことを特徴とする請求項1または2に記載の多孔質膜。
- 透気度が1〜2000sec/100ccAirであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質膜。
- ポリアミドイミド樹脂の溶液を基材に塗布又は浸漬した後、凝固溶液中に投入して凝固させること、及び凝固溶液がポリアミドイミド樹脂の溶液の溶剤と混和しかつポリアミドイミド樹脂に対して貧溶剤であることを特徴とする請求項1または2に記載の多孔質膜の製造方法。
- ポリオレフィン系多孔質膜の片面又は両面にポリアミドイミド樹脂の溶液を塗布又は浸漬した後、凝固溶液中に投入して凝固させること、及び凝固溶液がポリアミドイミド樹脂の溶液の溶剤と混和しかつポリアミドイミド樹脂に対して貧溶剤であることを特徴とする請求項3に記載の多孔質膜の製造方法。
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