JP6495042B2 - セパレータ及びその製造方法、リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
[2] 前記含有質量比CAと前記含有質量比CBの差(CA−CB)が0.05以上である、[1]に記載のセパレータ。
[3] 前記多孔質コーティング部Aと前記多孔質コーティング部Bとは、厚み方向に積層されている、[1]又は[2]に記載のセパレータ。
[4] 前記多孔質コーティング部Aは、前記多孔質基材の一方の面を含む領域に設けられ、前記多孔質コーティング部Bは、前記多孔質基材の他方の面を含む領域に設けられている、[1]〜[3]のいずれかに記載のセパレータ。
[5] 前記窒素含有重合体は、マレイミド化合物と、バルビツール酸又はその誘導体とを反応させて得られる重合体である、[1]〜[4]のいずれかに記載のセパレータ。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載のセパレータを製造する方法であって、多孔質基材に、アミン化合物、アミド化合物、イミド化合物、マレイミド化合物及びイミン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の窒素含有化合物とジケトン化合物を反応させて得られる窒素含有重合体を含み、かつポリフッ化ビニリデン系樹脂を含まないコーティング液aを塗布して、前記窒素含有重合体を含む多孔質コーティング部Aを形成する工程と、多孔質基材に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含み、かつ前記窒素含有重合体を含まないコーティング液bを塗布して、前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む多孔質コーティング部Bを形成する工程とを含む、セパレータの製造方法。
[7] 前記コーティング液a又は前記コーティング液bが塗布された多孔質基材を乾燥させる工程をさらに含む、[6]に記載のセパレータの製造方法。
[8] [1]〜[5]のいずれか一項に記載のセパレータを製造する方法であって、アミン化合物、アミド化合物、イミド化合物、マレイミド化合物及びイミン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の窒素含有化合物とジケトン化合物を反応させて得られる窒素含有重合体を含む多孔質コーティング部Aを有する多孔質基材、又はポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む多孔質コーティング部Bを有する多孔質基材を準備する工程と、前記多孔質コーティング部Aを有する多孔質基材に、前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含み、かつ前記窒素含有重合体を含まないコーティング液bを塗布して前記多孔質コーティング部Bを形成するか、又は前記多孔質コーティング部Bを有する多孔質基材に、前記窒素含有重合体を含み、かつ前記ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含まないコーティング液aを塗布して前記多孔質コーティング部Aを形成する工程とを含む、セパレータの製造方法。
[9] 前記窒素含有重合体は、マレイミド化合物と、バルビツール酸又はその誘導体とを反応させて得られる重合体である、[6]〜[8]のいずれかに記載のセパレータの製造方法。
[10] 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置された[1]〜[5]のいずれかに記載のセパレータと、電解液とを有する、リチウムイオン二次電池。
セパレータは、多孔質基材と、それに設けられた、窒素含有重合体を含む多孔質コーティング部Aと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む多孔質コーティング部Bとを有する。
多孔質基材は、内部に空孔ないし空隙を有する基材をいう。このような基材としては、微多孔膜、繊維状物からなる多孔性シート(例えば不織布、紙状シート等)、微多孔膜や多孔性シートに他の多孔性層を1層以上積層させた複合多孔質シート等が含まれる。微多孔膜とは、内部に多数の微細孔を有し、これら微細孔が一方の面から他方の面へと連結された構造となった膜をいう。
多孔質コーティング部Aは、好ましくは多孔質基材に、窒素含有重合体を含み、かつポリフッ化ビニリデン系樹脂を含まないコーティング液aを塗布して得られる。多孔質コーティング部Aは、窒素含有重合体を含む。
窒素含有重合体は、アミン化合物、アミド化合物、イミド化合物、マレイミド化合物及びイミン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の窒素含有化合物と、1分子内に2以上のカルボニル基を有するジケトン化合物とを重合反応させて得られる重合体である。
窒素含有化合物は、アミン化合物、アミド化合物、イミド化合物、マレイミド化合物及びイミン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種である。これらの窒素含有化合物は、いずれもアミノ基、アミド基、イミド基、イミノ基等の架橋反応に関与する官能基を含むことから、これらの官能基を含む窒素含有重合体は、高温時に架橋して絶縁膜を形成しうる。これらの中でも、良好な架橋反応性を示すことから、マレイミド化合物が好ましい。
ジケトン化合物は、1分子内に2以上のカルボニル基を含む化合物である。ジケトン化合物の例には、バルビツール酸又はその誘導体、アセチルアセトン又はその誘導体等が含まれる。中でも、バルビツール酸又はその誘導体が好ましい。
[(ビスマレイミド単量体)−(バルビツール酸又はその誘導体)x]m
(x:0〜4の整数、かつmは20未満の整数である)
多孔質コーティング部Aは、本発明の効果を損なわない範囲で無機物又は有機物からなるフィラー、添加剤又は他の樹脂をさらに含有していてもよい。中でも、フィラーを含有することで、セパレータの滑り性や耐熱性を向上しうる。
多孔質コーティング部Aの多孔質基材に対する付着量の合計は、0.005g/m2〜10g/m2であることが好ましく、0.01g/m2〜1g/m2であることがより好ましく、0.02g/m2〜0.5g/m2であることがさらに好ましい。付着量の合計が0.005g/m2以上であると、電池の安全性が向上する。付着量の合計が10g/m2以下であると、イオン透過性が良好で、電池の負荷特性がよい。
多孔質コーティング部Bは、好ましくは多孔質基材にポリフッ化ビニリデン系樹脂を含み、かつ窒素含有重合体を含まないコーティング液bを塗布して得られる。多孔質コーティング部Bは、ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む。
ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンの単独重合体であってもよいし、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であってもよい。
多孔質コーティング部Bは、前述と同様に、必要に応じて無機物又は有機物からなるフィラーやその他の成分をさらに含有していてもよい。フィラーは、前述と同様のものを用いることができる。多孔質コーティング部Bにおけるフィラーの含有割合は、多孔質コーティング部Aにおけるフィラーの含有割合と同様としうる。
多孔質コーティング部Bの多孔質基材に対する付着量の合計は、0.005g/m2〜10g/m2であることが好ましく、0.01g/m2〜1g/m2であることがより好ましく、0.02g/m2〜0.5g/m2であることがさらに好ましい。付着量の合計が0.005g/m2以上であると、電極との接着性が良好であるだけでなく、電池の安全性を高めうる。付着量の合計が10g/m2以下であると、イオン透過性が良好で、電池の負荷特性がよい。
多孔質コーティング部Aと多孔質コーティング部Bは、多孔質基材の表面を含む領域に設けられる。「多孔質基材の表面を含む領域に設けられる」とは、多孔質基材の表層に設けられるか、多孔質基材の表面に直接又は他の層を介して設けられることをいう。多孔質コーティング部Aと多孔質コーティング部Bは、多孔質基材の面内の一部又は全部に設けられうる。
セパレータの膜厚は、5μm〜35μmであることが好ましい。セパレータの膜厚みが一定以上であると、十分な機械的強度が得られやすい。セパレータの膜厚みが一定以下であると、膜抵抗の増大による電池特性の低下を抑制しやすい。
本発明のセパレータの製造方法は、多孔質基材に前述の窒素含有重合体を含む多孔質コーティング部Aを形成する工程と;多孔質基材にポリフッ化ビニリデン系樹脂を含む多孔質コーティング部Bを形成する工程とを含む。
1-1)多孔質基材に、コーティング液aを塗布して多孔質コーティング部Aを形成する工程
1-2)多孔質基材に、コーティング液bを塗布して多孔質コーティング部Bを形成する工程
多孔質基材にコーティング液aを塗布して、多孔質コーティング部Aを形成する。
コーティング液aは、前述の窒素含有重合体と、それを溶解又は分散させる溶剤とを含み、かつポリフッ化ビニリデン系樹脂を含まない。
多孔質基材にコーティング液bを塗布して、多孔質コーティング部Bを形成する。
コーティング液bは、ポリフッ化ビニリデン系樹脂と、それを溶解又は分散させる溶剤とを含み、かつ前述の窒素含有重合体を含まない。
コーティング液aとコーティング液bの混和を抑制する観点から、コーティング液a又はコーティング液bが塗布された基材を乾燥させる工程をさらに行うことが好ましい。
1-1’)多孔質コーティング部Aを有する多孔質基材、又は多孔質コーティング部Bを有する多孔質基材を準備する工程
1-2’)多孔質コーティング部Aを有する多孔質基材にコーティング液bを塗布して、多孔質コーティング部Bを形成するか、又は
多孔質コーティング部Bを有する多孔質基材にコーティング液aを塗布して、多孔質コーティング部Aを形成する工程
2-1)コーティング液aが塗布された多孔質基材αと、コーティング液bが塗布された多孔質基材βとを準備する工程
2-2)多孔質基材αと多孔質基材βとを積層する工程
多孔質基材α及び多孔質基材βは、それぞれ前述の1-1)及び1-2)の工程と同様にして得ることができる。
コーティング液aを塗布した多孔質基材αとコーティング液bを塗布した多孔質基材βとを積層する。多孔質基材αと多孔質基材βの積層は、互いに接するように行ってもよいし、他の層を介して行ってもよい。積層物は、熱圧着又は接着剤により一体化されてもよいし、一体化されなくてもよいが、膜抵抗を低減する点から、一体化されることが好ましい。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、それらの間に配置された本発明のセパレータと、電解液とを有する。具体的には、負極と正極とがセパレータを介して対向した構造体に電解液が含浸された電池要素が、外装材内に封入された構造を有する。
正極は、集電体と、その上に設けられた正極活物質層とを含む。
集電体は、通常、アルミニウム箔、ステンレス箔、チタン箔等でありうる。集電体の厚みは、5μm〜20μmであることが好ましい。
正極活物質層は、正極活物質と、バインダー樹脂とを含み、必要に応じて導電助剤をさらに含んでもよい。
負極は、集電体と、その上に設けられた負極活物質層とを含む。
集電体は、通常、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等でありうる。集電体の厚みは、5μm〜20μmであることが好ましい。
負極活物質層は、負極活物質と、バインダー樹脂とを含み、必要に応じて導電助剤をさらに含んでもよい。
電解液は、リチウム塩を非水系溶媒に溶解させた溶液である。また、この電解液に有機高分子化合物等を添加して、ゲル状、ゴム状、固体シート状にしたものであってもよい。
11 多孔質基材
13 多孔質コーティング部A
15 多孔質コーティング部B
Claims (4)
- 多孔質基材と、
それに設けられた、
アミン化合物、アミド化合物、イミド化合物、マレイミド化合物及びイミン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の窒素含有化合物とジケトン化合物とを反応させて得られる窒素含有重合体を含み、かつポリフッ化ビニリデン系樹脂を含まない多孔質コーティング部Aと、
ポリフッ化ビニリデン系樹脂を含み、かつ前記窒素含有重合体を含まない多孔質コーティング部Bとを有する、
セパレータ。 - 前記多孔質コーティング部Aと前記多孔質コーティング部Bとは、厚み方向に積層されている、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記多孔質コーティング部Aは、前記多孔質基材の一方の面を含む領域に設けられ、
前記多孔質コーティング部Bは、前記多孔質基材の他方の面を含む領域に設けられている、請求項1又は2に記載のセパレータ。 - 前記窒素含有重合体は、マレイミド化合物と、バルビツール酸又はその誘導体とを反応させて得られる重合体である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセパレータ。
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