JP6405187B2 - 非水電解質蓄電デバイス用セパレータ、非水電解質蓄電デバイス及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
膜厚が5〜50μmの範囲にあるエポキシ樹脂多孔質膜を備えた非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法であって、
エポキシ樹脂多孔質膜が得られるように、エポキシ樹脂組成物の硬化体とポロゲンとを含むエポキシ樹脂シートから溶剤を用いて前記ポロゲンを除去して多孔化する多孔化工程と、
無機酸を0.01〜5.0mol/L含有する溶液を前記エポキシ樹脂多孔質膜又は前記エポキシ樹脂シートに接触させる処理工程と、
を具備する、
非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法、を提供する。
カソード、セパレータ及びアノードを積層してなる電極群と、イオン伝導性を有する電解質と、を備え、前記セパレータが膜厚が5〜50μmの範囲にあるエポキシ樹脂多孔質膜を具備する、非水電解質蓄電デバイスの製造方法であって、
前記カソード、前記セパレータ及び前記アノードを準備する工程と、
前記カソード、前記セパレータ及び前記アノードをこの順に積層して電極群を作製する工程と、
を具備し、
前記セパレータを準備する工程が、
前記エポキシ樹脂多孔質膜が得られるように、エポキシ樹脂組成物の硬化体とポロゲンとを含むエポキシ樹脂シートから溶剤を用いて前記ポロゲンを除去して多孔化する多孔化工程と、
無機酸を0.01〜5.0mol/L含有する溶液を前記エポキシ樹脂多孔質膜又は前記エポキシ樹脂シートに接触させる処理工程と、
を具備する、
非水電解質蓄電デバイスの製造方法、を提供する。
カソードと、
アノードと、
前記カソードと前記アノードとの間に配置された、本発明のセパレータと、
イオン伝導性を有する電解質と、
を備えた、非水電解質蓄電デバイス、を提供する。
エポキシ樹脂組成物のシート状成形体が得られるように、エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を基板上に塗布する。その後、エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を加熱してエポキシ樹脂を三次元架橋させる。その際、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとの相分離により共連続構造が形成される。その後、得られたエポキシ樹脂シートからポロゲンを洗浄によって除去し、乾燥させることにより、三次元網目状骨格と連通する空孔とを有するエポキシ樹脂多孔質膜が得られる。基板の種類は特に限定されず、プラスチック基板、ガラス基板、金属板等を基板として使用できる。
エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を基板上に塗布する。その後、塗布したエポキシ樹脂組成物の上に別の基板を被せてサンドイッチ構造体を作製する。なお、基板と基板との間に一定の間隔を確保するために、基板の四隅にスペーサー(例えば、両面テープ)を設けてもよい。次に、サンドイッチ構造体を加熱してエポキシ樹脂を三次元架橋させる。その際、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとの相分離により共連続構造が形成される。その後、得られたエポキシ樹脂シートを取り出し、ポロゲンを洗浄によって除去し、乾燥させることにより、三次元網目状骨格と連通する空孔とを有するエポキシ樹脂多孔質膜が得られる。基板の種類は特に制限されず、プラスチック基板、ガラス基板、金属板等を基板として使用できる。特に、ガラス基板を好適に使用できる。
エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を所定形状の容器内に充填する。その後、エポキシ樹脂を三次元架橋させることによって、円筒状又は円柱状のエポキシ樹脂組成物の硬化体を作製する。その際、エポキシ樹脂架橋体とポロゲンとの相分離により共連続構造が形成される。その後、エポキシ樹脂組成物の硬化体を円筒軸又は円柱軸を中心に回転させながら、硬化体の表層部を所定の厚さに切削して長尺状のエポキシ樹脂シートを作製する。そして、エポキシ樹脂シートに含まれたポロゲンを洗浄によって除去し、乾燥させることにより、三次元網目状骨格と連通する空孔とを有するエポキシ樹脂多孔質膜が得られる。
(i)エポキシ樹脂組成物を調製する。
(ii)エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する。
(iii)エポキシ樹脂シートからポロゲンを除去する。
2)処理工程は多孔化工程の後に実施することができる。この場合は、エポキシ樹脂多孔質膜が無機酸処理の対象となる。
3)処理工程は多孔化工程との併合工程として実施することができる。この場合は、1つにまとめられた併合工程において、上記処理剤とポロゲンを除去するための溶剤とを含む処理液が用いられる。
エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製する工程と、
エポキシ樹脂シートが得られるように、エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する又はエポキシ樹脂組成物のシート状成形体を硬化させる工程と、が実施されることは上述したとおりである。
セパレータを横10mm縦50mmに裁断し、動的粘弾性測定装置(DMS6100、セイコーインスツル株式会社)を用いて評価した。チャック間距離を15mmに設定し、5℃/分の昇温速度で、300℃まで加熱した。測定周波数は10Hzであった。得られたtanδ(損失正接)曲線(横軸に温度、縦軸にtanδ)において、tanδ値が最大値の時の温度を「Tg」(ガラス転移温度)、その時のtanδ値を「tanδ高さ」、とした。
89重量部のコバルト酸リチウム(日本化学工業社製、セルシードC−10)、10重量部のアセチレンブラック(電気化学工業社製、デンカブラック)、5重量部のPVDF(呉羽化学工業社製、KFポリマーL#1120)を混合し、固形分濃度が15重量%となるようにN−メチル−2−ピロリドンを加えてカソード用スラリーを得た。このスラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔(集電体)上に200μmの厚さで塗布した。塗膜を80℃で1時間、120℃で2時間真空乾燥した後、ロールプレスにて加圧した。これにより、100μmの厚さのカソード活物質層を有するカソードを得た。
各電池を、25℃の温度の恒温槽に保持し、まず4.2Vに到達するまでは、0.5CmAに相当する定電流で充電し、4.2Vに到達した後は、4.2V定電圧で電流値が0.5CmA相当の5%に減衰するまで充電を行って、これを0.5C充電とし、次いで0.5CmAに相当する電流値で電圧が2.75Vに到達するまで放電を行い、これを0.5C放電とした。0.5C充電、0.5C放電を3回繰り返した後、0.5C充電、6C放電を行った。3回目の0.5C放電時の放電容量に対する、6C放電容量の割合を6C/0.5C放電容量維持率とした。
3Lの円筒形のポリ容器にビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、jER(登録商標)828、エポキシ当量184〜194g/eq.)1146.5gと1,6−ヘキサンジアミン(1級、和光純薬工業株式会社製)94.2gをポリプロピレングリコール(三洋化成工業株式会社製サンニックス(登録商標)PP−400)1680gに溶解させ、エポキシ樹脂/アミン/ポリプロピレングリコール溶液を調製した。その後、前記1,6−ヘキサンジアミン380gを前記ポリ容器に添加し、遊星撹拌装置(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎(登録商標)」)を用い、約0.7kPaで真空脱泡すると同時に自/公転比率3/4の条件下、公転800rpmの比率で10分間撹拌する手順を2回繰り返した。
比較例1で作製したエポキシ樹脂多孔質膜を、0.1mol/Lのリン酸溶液(溶媒はRO水とDMFとの体積比率50:50の混合溶媒)に10分間浸漬させた。その後、エポキシ樹脂多孔質膜を取り出し、エタノールに10分間浸漬させ、次にRO水に10分間浸漬させ、残存リン酸を除去した。引き続き、50℃のオーブンで1時間乾燥させ、リン酸で処理したエポキシ樹脂多孔質膜を得た。
比較例1で作製したエポキシ樹脂多孔質膜を、2mol/Lの硫酸溶液(溶媒はRO水とDMFとの体積比率50:50の混合溶媒)に10分間浸漬させた。その後、エポキシ樹脂多孔質膜を取り出し、エタノールに10分間浸漬させ、次にRO水に10分間浸漬させ、残存硫酸を除去した。引き続き、50℃のオーブンで1時間乾燥させ、硫酸で処理したエポキシ樹脂多孔質膜を得た。
3Lの円筒形のポリ容器にエポキシ樹脂A(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱化学株式会社製、jER(登録商標)828、エポキシ当量184〜194g/eq.)100重量部とエポキシ樹脂B(グリシジルアミン型エポキシ樹脂、三菱ガス化学株式会社製、TETRAD(登録商標)−C、エポキシ当量95〜110g/eq.)25.0重量部をポリプロピレングリコール(株式会社ADEKA製、アデカポリエーテルP−400)211.9重量部に溶解させ、エポキシ樹脂/ポリプロピレングリコール溶液を調製した。その後、このポリ容器に1,6−ジアミノヘキサン22.3重量部を添加し、エポキシ樹脂/アミン/ポリプロピレングリコール溶液を調製した。その後、遊星撹拌装置(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎(登録商標)」)を用い、約0.7kPaで真空脱泡すると同時に自/公転比率3/4の条件下、公転800rpmの比率で10分間撹拌する手順を2回繰り返した。その後の自然冷却以降の工程は比較例1と同様に実施し、エポキシ樹脂多孔質膜を得た。
比較例2で作製したエポキシ樹脂多孔質膜を、2mol/Lの硫酸溶液(溶媒はRO水とDMFとの体積比率50:50の混合溶媒)に10分間浸漬させた。その後、エポキシ樹脂多孔質膜を取り出し、エタノールに10分間浸漬させ、次にRO水に10分間浸漬させ、残存硫酸を除去した。引き続き、50℃のオーブンで1時間乾燥させ、硫酸で処理したエポキシ樹脂多孔質膜を得た。
3Lの円筒形のポリ容器にエポキシ樹脂A(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱化学株式会社製、jER(登録商標)828、エポキシ当量184〜194g/eq.)100重量部とエポキシ樹脂B(グリシジルアミン型エポキシ樹脂、三菱ガス化学株式会社製、TETRAD(登録商標)−C、エポキシ当量95〜110g/eq.)25.0重量部をポリプロピレングリコール(株式会社ADEKA製、アデカポリエーテルP−400)215.5重量部に溶解させ、エポキシ樹脂/ポリプロピレングリコール溶液を調製した。その後、このポリ容器に1,6−ジアミノヘキサン24.7重量部を添加し、エポキシ樹脂/アミン/ポリプロピレングリコール溶液を調製した。その後、遊星撹拌装置(株式会社シンキー製、商品名「あわとり練太郎(登録商標)」)を用い、約0.7kPaで真空脱泡すると同時に自/公転比率3/4の条件下、公転800rpmの比率で10分間撹拌する手順を2回繰り返した。その後の自然冷却以降の工程は、比較例1と同様に実施し、エポキシ樹脂多孔質膜を得た。
比較例3で作製したエポキシ樹脂多孔質膜を用いた以外は、実施例3と同様に実施し、硫酸で処理したエポキシ樹脂多孔質膜を得た。
セルガード社製ポリプロピレン多孔質膜CG2400を用いた。
硫酸濃度を0.005mol/Lに変更した以外は、実施例2と同様に実施し、硫酸で処理したエポキシ樹脂多孔質膜を得た。
硫酸濃度を0.01mol/Lに変更した以外は、実施例2と同様に実施し、硫酸で処理したエポキシ樹脂多孔質膜を得た。
硫酸濃度を0.1mol/Lに変更した以外は、実施例2と同様に実施し、硫酸で処理したエポキシ樹脂多孔質膜を得た。
3 アノード
4 セパレータ
100 非水電解質電池
Claims (7)
- 膜厚が5〜50μmの範囲にあるエポキシ樹脂多孔質膜を備えた非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法であって、
エポキシ樹脂多孔質膜が得られるように、アミノ基を含むエポキシ樹脂組成物の硬化体とポロゲンとを含むエポキシ樹脂シートから溶剤を用いて前記ポロゲンを除去して多孔化する多孔化工程と、
無機酸を0.01〜5.0mol/L含有する溶液を前記エポキシ樹脂多孔質膜又は前記エポキシ樹脂シートに接触させる処理工程と、
を具備する、
非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 - 前記処理工程において、前記無機酸として、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ヘキサフルオロリン酸及びテトラフルオロホウ酸から選ばれる少なくとも1つを用いる、
請求項1に記載の非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 - 前記エポキシ樹脂シートを得るための工程として、
エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製する工程と、
エポキシ樹脂シートが得られるように、前記エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する又は前記エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を硬化させる工程と、
をさらに具備する、請求項1又は2に記載の非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 - 前記エポキシ樹脂に対する前記硬化剤の配合比率は、前記エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対して前記硬化剤の硬化剤当量が0.6〜1.5の範囲にある、
請求項3に記載の非水電解質蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 - カソード、セパレータ及びアノードを積層してなる電極群と、イオン伝導性を有する電解質と、を備え、前記セパレータが膜厚が5〜50μmの範囲にあるエポキシ樹脂多孔質膜を具備する、非水電解質蓄電デバイスの製造方法であって、
前記カソード、前記セパレータ及び前記アノードを準備する工程と、
前記カソード、前記セパレータ及び前記アノードをこの順に積層して電極群を作製する工程と、
を具備し、
前記セパレータを準備する工程が、
前記エポキシ樹脂多孔質膜が得られるように、アミノ基を含むエポキシ樹脂組成物の硬化体とポロゲンとを含むエポキシ樹脂シートから溶剤を用いて前記ポロゲンを除去して多孔化する多孔化工程と、
無機酸を0.01〜5.0mol/L含有する溶液を前記エポキシ樹脂多孔質膜又は前記エポキシ樹脂シートに接触させる処理工程と、
を具備する、
非水電解質蓄電デバイスの製造方法。 - 前記エポキシ樹脂シートを得るための工程として、
エポキシ樹脂、硬化剤及びポロゲンを含むエポキシ樹脂組成物を調製する工程と、
エポキシ樹脂シートが得られるように、前記エポキシ樹脂組成物の硬化体をシート状に成形する又は前記エポキシ樹脂組成物のシート状成形体を硬化させる工程と、
をさらに具備する、請求項5に記載の非水電解質蓄電デバイスの製造方法。 - 前記エポキシ樹脂に対する前記硬化剤の配合比率は、前記エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対して前記硬化剤の硬化剤当量が0.6〜1.5の範囲にある、
請求項6に記載の非水電解質蓄電デバイスの製造方法。
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