JP7096755B2 - 非水電解液二次電池 - Google Patents
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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、特にリチウムイオン二次電池は、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、携帯情報端末などに用いる電池として広く使用され、また最近では車載用の電池として開発が進められている。
非水電解液二次電池として、例えば、特許文献1に記載されたような板状の無機フィラーを含有し、空孔率が60~90%である多孔質層を多孔質基材の少なくとも一面に積層させた非水系二次電池用セパレータを備える非水電解液二次電池が知られている。
しかしながら、上述のような従来技術は、ハイレート放電後の充電容量の観点からは改善の余地があった。
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハイレート放電後の充電容量に優れた非水電解液二次電池を実現することにある。
本発明の態様1に係る非水電解液二次電池は、無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層と、測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下である正極板と、測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下である負極板と、を備え、前記多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度であるI(hkl)及びI(abc)が、下式(1)を満たし、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)、
I(hkl) / I(abc)・・・(2)。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)、
I(hkl) / I(abc)・・・(2)。
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、前記多孔質層が、ポリオレフィン、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂及び水溶性ポリマーからなる群より1種以上選択される樹脂を含む。
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2において、前記ポリアミド系樹脂がアラミド樹脂である。
また、本発明の態様4に係る非水電解液二次電池は、前記態様1~3のいずれかにおいて、前記多孔質層が、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に積層されている。
また、本発明の態様5に係る非水電解液二次電池は、前記態様1~4のいずれかにおいて、前記正極板が遷移金属酸化物を含み、前記負極板が黒鉛を含む。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、電池のハイレート放電後の充電容量に優れる。
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、後述する多孔質層、後述する正極板及び負極板を備える。また、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、後述するポリオレフィン多孔質フィルムをさらに備え得る。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池を構成する部材について以下に詳述する。
[多孔質層]
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーと、樹脂とを含む多孔質層であって、当該多孔質層の表面(以下、「多孔質層表面」と称する場合がある)の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度であるI(hkl)及びI(abc)が下式(1)を満たし、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である。
I(hkl) > I(abc) ・・・(1)、
I(hkl) / I(abc) ・・・(2)。
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーと、樹脂とを含む多孔質層であって、当該多孔質層の表面(以下、「多孔質層表面」と称する場合がある)の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度であるI(hkl)及びI(abc)が下式(1)を満たし、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である。
I(hkl) > I(abc) ・・・(1)、
I(hkl) / I(abc) ・・・(2)。
本発明の一実施形態において、多孔質層は、非水電解液二次電池を構成する部材として、ポリオレフィン多孔質フィルムと、正極板及び負極板の少なくともいずれか一方との間に配置され得る。前記多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面又は両面に形成され得る。或いは、前記多孔質層は、正極板及び負極板の少なくともいずれか一方の活物質層上に形成され得る。或いは、前記多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムと、正極板及び負極板の少なくともいずれか一方との間に、これらと接するように配置されてもよい。ポリオレフィン多孔質フィルムと正極板及び負極板の少なくともいずれか一方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。
ポリオレフィン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、ポリオレフィン多孔質フィルムにおける正極板と対向する面に積層される。より好ましくは、当該多孔質層は、正極板と接する面に積層される。
上述の「多孔質層の表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比」及び上述の「式(2)で算出されるピーク強度比の最大値」は、共に、多孔質層における無機フィラーの配向性を表す指標である。ここで、前記配向性が高い場合と、前記配向性が低い場合の、多孔質層における無機フィラーの様態の模式図を図1に示す。図1の左図が、無機フィラーを含む多孔質層における、フィラーの配向性が大きく異方性が高い場合の当該多孔質層の構造を表す模式図であり、図1の右図が、無機フィラーの配向性が小さく異方性が低い場合の当該多孔質層の構造を表す模式図である。
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーと、樹脂とを含む。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後述する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、当該積層セパレータの最外層として、電極板と接する層となり得る。
本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる樹脂は、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。前記樹脂としては、具体的には、例えば、ポリオレフィン;(メタ)アクリレート系樹脂;含フッ素樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリイミド系樹脂;ポリエステル系樹脂;ゴム類;融点又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂;水溶性ポリマー;ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。
上述の樹脂のうち、ポリオレフィン、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂及び水溶性ポリマーが好ましい。
ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、及びエチレン-プロピレン共重合体等が好ましい。
含フッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、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共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリクロロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-フッ化ビニル共重合体、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共重合体、及びエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体等、並びに、前記含フッ素樹脂の中でもガラス転移温度が23℃以下である含フッ素ゴムを挙げることができる。
ポリアミド系樹脂としては、芳香族ポリアミドおよび全芳香族ポリアミドなどのアラミド樹脂が好ましい。
アラミド樹脂としては、具体的には、例えば、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(メタベンズアミド)、ポリ(4,4’-ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2-クロロパラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体、メタフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体等が挙げられる。このうち、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)がより好ましい。
ポリエステル系樹脂としては、ポリアリレートなどの芳香族ポリエステル及び液晶ポリエステルが好ましい。
ゴム類としては、スチレン-ブタジエン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリ酢酸ビニル等を挙げることができる。
融点又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂としては、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド等を挙げることができる。
水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸等を挙げることができる。
なお、本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる樹脂は、1種類でもよく、2種類以上の樹脂の混合物でもよい。
前記樹脂の中でも、多孔質層が正極板に対向して配置される場合には、電池作動時の酸化劣化による、非水電解液二次電池のレート特性や抵抗特性等の各種性能を維持し易いため、含フッ素樹脂が好ましい。
本発明の一実施形態における多孔質層は、無機フィラーを含む。その含有量の下限値は、前記フィラーと、本発明の一実施形態における多孔質層を構成する樹脂との総重量に対して、50重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることがより好ましく、90重量%以上であることがさらに好ましい。一方、本発明の一実施形態における多孔質層における、無機フィラーの含有量の上限値は、99重量%以下であることが好ましく、98重量%以下であることがより好ましい。前記フィラーの含有量が、50重量%以上であることが耐熱性の観点から好ましく、前記フィラーの含有量が、99重量%以下であることがフィラー間の密着性の観点から好ましい。無機フィラーを含有することで、前記多孔質層を含むセパレータの滑り性や耐熱性を向上し得る。無機フィラーとしては、非水電解液に安定であり、かつ、電気化学的に安定なフィラーであれば特に限定されない。電池の安全性を確保する観点からは、耐熱温度が150℃以上のフィラーが好ましい。
前記無機フィラーは、特に限定されないが、通常、絶縁性フィラーである。前記無機フィラーは、好ましくは、アルミニウム元素、亜鉛元素、カルシウム元素、ジルコニウム元素、ケイ素元素、マグネシウム元素、バリウム元素、及びホウ素元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む無機物であり、好ましくはアルミニウム元素を含む無機物である。また、無機フィラーは、好ましくは前記元素の酸化物を含む。
具体的には、無機フィラーとして、チタン酸化物、アルミナ(Al2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ジルコニア(ZrO2)、シリカ、マグネシア、酸化バリウム、酸化ホウ素、マイカ、ワラストナイト、アタパルジャイト、ベーマイト(アルミナ1水和物)などを挙げることができる。前記無機フィラーとしては、1種類のフィラーを単独で使用してもよく、2種類以上のフィラーを組み合わせて使用してもよい。
本発明の一実施形態における多孔質層における無機フィラーは、アルミナ及び板状フィラーを含むことが好ましい。前記板状フィラーとしては、上で挙げた元素の酸化物のうち、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、マイカ及びベーマイトからなる群より選ばれる1以上のフィラーを挙げることができる。
前記無機フィラーの体積平均粒子径は、良好な接着性と滑り性の確保、及び積層体の成形性の観点から、0.01μm~10μmの範囲であることが好ましい。その下限値としては0.05μm以上がより好ましく、0.1μm以上がさらに好ましい。その上限値としては5μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。
前記無機フィラーの形状は、任意であり、特に限定されない。前記無機フィラーの形状は、粒子状であり得、例えば、球形状;楕円形状;板状;棒状;不定形状;繊維状;ピーナッツ状及び/又はテトラポット状のように球状や柱状の単一粒子が熱融着した形状;の何れでもよい。電池の短絡防止の観点から、前記無機フィラーは、板状の粒子、及び/又は、凝集していない一次粒子であることが好ましく、イオン透過の観点からは、多孔質中の粒子が最密充填され難く、粒子間に空隙が形成され易い、瘤、へこみ、くびれ、隆起もしくは膨らみを有する、樹枝状、珊瑚状、もしくは房(ふさ)状などの不定形状;繊維状;ピーナッツ状及び/又はテトラポット状のように単一粒子が熱融着した形状;が好ましく、特に、ピーナッツ状及び/又はテトラポット状のように球状や柱状の単一粒子が熱融着した形状が、さらに好ましい。
フィラーは、多孔質層の表面に微細な凹凸を形成することで滑り性を向上させ得るものであるが、フィラーが板状の粒子及び/又は凝集していない一次粒子である場合には、フィラーによって多孔質層の表面に形成される凹凸がより微細になり、多孔質層と電極板との接着性がより良好となる。
本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる、無機フィラーを構成する前記元素の酸化物の酸素原子質量百分率は、10%~50%であることが好ましく、20%~50%であることがより好ましい。本発明において、「酸素原子質量百分率」とは、前記元素の酸化物全体の総質量に対する、当該酸化物中の酸素原子の質量の比を百分率で表したものを意味する。例えば、酸化亜鉛の場合、亜鉛の原子量:65.4、酸素の原子量:16.0より酸化亜鉛(ZnO)の分子量が65.4+16.0=81.4であることから、酸化亜鉛中の酸素原子質量百分率は16.0/81.4×100=20(%)である。
前記元素の酸化物の酸素原子質量百分率が上述の範囲であることは、後述する多孔質層の製造方法にて使用する塗工液中の溶媒又は分散媒と、前記無機フィラーとの親和性を好適に保ち、前記無機フィラー間を適切な距離に保つことにより、塗工液の分散性を良好にすることができ、その結果、「多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比」及び「多孔質層の配向度」を適切な規定範囲に制御することができる面において好ましい。
本発明の一実施形態における多孔質層に含まれる、無機フィラー自体のアスペクト比は、無機フィラーを平面上に配置した状態で、配置面の鉛直上方から観察したSEM像において、厚み方向に重なりあわない粒子100個の、短軸の長さと長軸の長さとの比の平均値として表される。なお、本明細書において、長軸の長さを長軸径、短軸の長さを短軸径とも称する。前記無機フィラー自体のアスペクト比は、1~10であることが好ましく、1.1~8であることがより好ましく、1.2~5であることがさらに好ましい。無機フィラー自体のアスペクト比が上述の範囲であることによって、後述する方法にて本発明の一実施形態における多孔質層を形成した際に、得られる多孔質層において、当該フィラーの配向性や、多孔質層表面におけるフィラーの分布の均一性を好ましい範囲に制御することができる。
本発明の一実施形態における多孔質層は、上述の無機フィラー及び樹脂以外のその他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分としては、例えば、界面活性剤やワックス、バインダー樹脂などを挙げることができる。また、前記その他の成分の含有量は、多孔質層全体の重量に対して、0重量%~50重量%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平均膜厚は、電極板との接着性及び高エネルギー密度を確保する観点から、多孔質層一層当たり、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。
多孔質層の単位面積当たりの目付は、多孔質層の強度、膜厚、重量及びハンドリング性を考慮して適宜決定することができる。多孔質層の単位面積当たりの目付は、多孔質層一層当たり、0.5~20g/m2であることが好ましく、0.5~10g/m2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及び体積エネルギー密度を高くすることができる。多孔質層の目付が前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傾向がある。
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。
<多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比>
本発明の一実施形態における多孔質層は、当該多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、1.5~2.3の範囲であることが好ましい。ここで、前記アスペクト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、多孔質層の真上、すなわち鉛直上方から、その表面の電子顕微鏡写真であるSEM画像を撮影し、その写真から無機フィラーの投影像を作成し、当該無機フィラーの投影像の長軸の長さ/短軸の長さの比率を算出することによって求められる値である。すなわち、前記アスペクト比とは、多孔質層の表面における無機フィラーを、多孔質層の真上方向から観測した場合に観測される当該無機フィラーの形状を示す。
本発明の一実施形態における多孔質層は、当該多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、1.5~2.3の範囲であることが好ましい。ここで、前記アスペクト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)を使用して、多孔質層の真上、すなわち鉛直上方から、その表面の電子顕微鏡写真であるSEM画像を撮影し、その写真から無機フィラーの投影像を作成し、当該無機フィラーの投影像の長軸の長さ/短軸の長さの比率を算出することによって求められる値である。すなわち、前記アスペクト比とは、多孔質層の表面における無機フィラーを、多孔質層の真上方向から観測した場合に観測される当該無機フィラーの形状を示す。
なお、上述の多孔質層表面のSEM画像から作成される無機フィラーの投影像の模式図を図2に示す。
前記アスペクト比の具体的な測定法としては、例えば、以下の(1)~(4)に示す工程からなる方法が挙げられる。なお、多孔質層の「表面」とは、多孔質層の真上からSEMによって観察可能な多孔質層の面をいう。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体において、当該積層体の多孔質側の真上から日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用いて加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、SEM画像を得る工程。
(2)工程(1)にて得られたSEM画像上にOHPフィルムを載せ、当該SEM画像に写っている無機フィラーの粒子の輪郭に沿って敷き写した投影像を作成し、該投影像をデジタルスチルカメラにより撮影する工程。
(3)工程(2)にて得られた写真のデータをコンピュータに取り込み、アメリカ国立衛生研究所(NIH:National Institues of Health)が発行する画像解析のフリーソフトIMAGEJを用いて、前記フィラー粒子100個の各々のアスペクト比を算出する工程。なお、ここで前記フィラー粒子を1粒子ずつ楕円形に近似させ、長軸径と短軸径を算出し、長軸径を短軸径で除した値をアスペクト比とする。
(4)工程(3)にて得られたそれぞれの粒子の投影像のアスペクト比の平均値を算出し、その値を多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比とする工程。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体において、当該積層体の多孔質側の真上から日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用いて加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、SEM画像を得る工程。
(2)工程(1)にて得られたSEM画像上にOHPフィルムを載せ、当該SEM画像に写っている無機フィラーの粒子の輪郭に沿って敷き写した投影像を作成し、該投影像をデジタルスチルカメラにより撮影する工程。
(3)工程(2)にて得られた写真のデータをコンピュータに取り込み、アメリカ国立衛生研究所(NIH:National Institues of Health)が発行する画像解析のフリーソフトIMAGEJを用いて、前記フィラー粒子100個の各々のアスペクト比を算出する工程。なお、ここで前記フィラー粒子を1粒子ずつ楕円形に近似させ、長軸径と短軸径を算出し、長軸径を短軸径で除した値をアスペクト比とする。
(4)工程(3)にて得られたそれぞれの粒子の投影像のアスペクト比の平均値を算出し、その値を多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比とする工程。
前記多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比は、多孔質層、特にその表面における無機フィラーの分布の均一性を示す指標である。前記アスペクト比が1に近いということは、多孔質層表面の構成材の形状ならびに分布が均一であり、密に充填されやすい。一方、前記アスペクト比が大きいことは、多孔質層の表面構造における構成成分の配置が不均一になり、結果として、多孔質層表面開口部の形状並びに分布の均一性が低下することを示す。
前記アスペクト比が4.0より大きい場合には、多孔質層、特にその表面開口部の形状並びに分布の均一性が、過度に低下するため、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、電池作動時の多孔質層の電解液受入能力が低下する箇所が生じ、その結果、当該非水電解液二次電池のレート特性が低下すると考えられる。一方、前記アスペクト比が1.4未満である場合には、多孔質層、特にその表面の無機フィラーの分布が、過度に均一化された構造となり、結果として多孔質層の表面開口部面積が小さくなるため、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、電池作動時の多孔質層の電解液受入能力が低下し、その結果、当該非水電解液二次電池の電池レート特性が低下すると考えられる。
<多孔質層の配向度>
本発明の一実施形態における多孔質層は、広角X線回折法により測定した、当該多孔質層における互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度であるI(hkl)及びI(abc)が下式(1)を満たし、かつ、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲であることが好ましく、1.5~250の範囲であることがより好ましい。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)、
I(hkl) / I(abc)・・・(2)。
本発明の一実施形態における多孔質層は、広角X線回折法により測定した、当該多孔質層における互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度であるI(hkl)及びI(abc)が下式(1)を満たし、かつ、下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲であることが好ましく、1.5~250の範囲であることがより好ましい。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)、
I(hkl) / I(abc)・・・(2)。
以下、本明細書において、前記式(2)で算出されるピーク強度比の最大値を、「多孔質層の配向度」とも称する。
前記ピーク強度I(hkl)及びI(abc)、並びに、ピーク強度比I(hkl)/I(abc)を測定する方法は、特に限定されないが、例えば、以下の(1)~(3)に示す工程からなる方法を挙げることができる。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体(積層多孔質フィルム)を2cm角に切り取り、測定用サンプルを作製する工程。
(2)工程(1)にて得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層側を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ―θスキャン法)でX線プロファイルを測定する工程。なお、前記X線プロファイルを測定する装置及び測定条件は、特に限定されないが、例えば、装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定する方法が挙げられる。
(3)工程(2)にて得られるX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度I(hkl)及びI(abc)が前記式(1)を満たす場合に、前記式(2)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値、すなわち多孔質層の配向度を算出する工程。
(1)多孔質層を基材上に積層させてなる積層体(積層多孔質フィルム)を2cm角に切り取り、測定用サンプルを作製する工程。
(2)工程(1)にて得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層側を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ―θスキャン法)でX線プロファイルを測定する工程。なお、前記X線プロファイルを測定する装置及び測定条件は、特に限定されないが、例えば、装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定する方法が挙げられる。
(3)工程(2)にて得られるX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度I(hkl)及びI(abc)が前記式(1)を満たす場合に、前記式(2)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値、すなわち多孔質層の配向度を算出する工程。
なお、多孔質層の配向度の算出において、互いに直交する回折面を用いることにより、基材面に対して水平方向の向きと、法線方向の向きとの両方が決定されることが重要である。
前記式(2)にて示されるピーク強度比の最大値は、多孔質層内部の配向度を示す指標である。前記式(2)にて示されるピーク強度比が小さいことは、多孔質層の内部構造における配向度が低いことを示し、前記式(2)にて示されるピーク強度比が大きいことは、多孔質層の内部構造における配向度が高いことを示す。
前記式(2)にて示されるピーク強度比の最大値が300より大きい場合には、多孔質層内部構造の異方性が過度に高い構造となり、多孔質層内部のイオン透過流路長が長くなるため、その結果、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、多孔質層のイオン透過抵抗が増加し、当該非水電解液二次電池の電池レート特性が低下すると考えられる。
一方、前記式(2)にて示されるピーク強度比の最大値が1.5未満である場合には、1.5以上のピーク強度比を有する多孔質層を用いたケースに比べて、前記多孔質層を組み込んだ非水電解液二次電池において、電極から供給されるイオンを高速で透過させる為、電極からのイオン供給が律速となり(つまり、電極表面でイオンが枯渇する)、電池作動電流値条件である限界電流が小さくなるため、結果として、当該非水電解液二次電池の電池レート特性が低下すると考えられる。
<多孔質層の製造方法>
本発明の一実施形態における多孔質層の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、基材上に、以下に示す工程(1)~(3)の何れかの1つの工程を用いて、前記無機フィラーと、前記樹脂とを含む多孔質層を形成する方法を挙げることができる。以下に示す工程(2)及び工程(3)の場合においては、前記樹脂を析出させた後にさらに乾燥させ、溶媒を除去することによって、製造され得る。工程(1)~(3)における塗工液は、前記無機フィラーが分散しており、かつ、前記樹脂が溶解している状態であってもよい。なお、前記溶媒は、樹脂を溶解させる溶媒であるとともに、樹脂又は無機フィラーを分散させる分散媒であるとも言える。
本発明の一実施形態における多孔質層の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、基材上に、以下に示す工程(1)~(3)の何れかの1つの工程を用いて、前記無機フィラーと、前記樹脂とを含む多孔質層を形成する方法を挙げることができる。以下に示す工程(2)及び工程(3)の場合においては、前記樹脂を析出させた後にさらに乾燥させ、溶媒を除去することによって、製造され得る。工程(1)~(3)における塗工液は、前記無機フィラーが分散しており、かつ、前記樹脂が溶解している状態であってもよい。なお、前記溶媒は、樹脂を溶解させる溶媒であるとともに、樹脂又は無機フィラーを分散させる分散媒であるとも言える。
(1)前記無機フィラー及び前記樹脂を含む塗工液を、基材上に塗工し、前記塗工液中の溶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)前記無機フィラー及び前記樹脂を含む塗工液を、前記基材の表面に塗工した後、その基材を前記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、前記樹脂を析出させ、多孔質層を形成する工程。
(3)前記無機フィラー及び前記樹脂を含む塗工液を、前記基材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、前記樹脂を析出させ、多孔質層を形成する工程。
前記基材には、後述するポリオレフィン多孔質フィルムの他に、その他のフィルム、正極板及び負極板などを用いることができる。
前記溶媒は基材に悪影響を及ぼさず、前記樹脂を均一かつ安定に溶解し、前記無機フィラーを均一かつ安定に分散させる溶媒であることが好ましい。前記溶媒としては、例えば、N-メチル-2-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、アセトン及び水等が挙げられる。
前記析出溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコール又は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。
また、本発明の一実施形態における多孔質層の配向性、すなわち、「多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比」及び「多孔質層の配向度」を制御する方法として、以下に示すように、多孔質層の製造に使用する、前記無機フィラー及び前記樹脂を含む塗工液の固形分濃度、並びに、前記塗工液を基材上に塗工する際の塗工せん断速度を調節することを挙げることができる。
前記塗工液の好適な固形分濃度は、フィラーの種類などによって変化し得るが、一般には、20重量%より大きく40重量%以下であることが好ましい。前記固形分濃度が上述の範囲であることは、前記塗工液の粘度を適切に保ち、その結果、「多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比」及び「多孔質層の配向度」を上述の好適な範囲に制御することができるため好ましい。
前記塗工液を基材上に塗工する際の塗工せん断速度は、フィラーの種類などによって変化し得るが、一般には、2(1/s)以上であることが好ましく、4(1/s)~50(1/s)であることがより好ましい。
ここで、例えば、前記無機フィラーとして、ピーナッツ状及び/又はテトラポット状のように球状や柱状の単一粒子が熱融着した形状、球形状、楕円形状、板状、棒状、又は、不定形状の形状を有する無機フィラーを用いた場合、前記塗工せん断速度を大きくすると、高せん断力が無機フィラーにかかるため、異方性が高くなる傾向がある。一方、前記塗工せん断速度を小さくするとせん断力が無機フィラーにかからないため、等方的に配向する傾向がある。
一方、前記無機フィラーが繊維径の長いワラストナイトのような長繊維径無機フィラーである場合には、前記塗工せん断速度を大きくすると、長繊維どうしが絡みあう、あるいはドクターブレードの刃に長繊維がひっかかるためばらばらの配向になり、異方性が低くなる傾向がある。一方、前記塗工せん断速度を小さくすると、長繊維が互い及びドクターブレードの刃にひっかからないので、配向しやすくなり、異方性は高くなる傾向がある。
[正極板、負極板]
本発明の一実施形態における正極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下であり、負極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下である。
本発明の一実施形態における正極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下であり、負極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下である。
<静電容量>
本明細書において、「測定面積」とは後述する静電容量の測定方法において、LCRメーターの測定用電極(上部(主)電極、プローブ電極)における、測定対象(正極板又は負極板)と接している箇所の面積を意味する。従って、測定面積Xmm2当たりの静電容量の値とは、LCRメーターにおいて、測定対象と測定用電極とを、両者が重なっている箇所の当該測定用電極の面積がXmm2となるように、接触させて静電容量を測定した場合の測定値を意味する。
本明細書において、「測定面積」とは後述する静電容量の測定方法において、LCRメーターの測定用電極(上部(主)電極、プローブ電極)における、測定対象(正極板又は負極板)と接している箇所の面積を意味する。従って、測定面積Xmm2当たりの静電容量の値とは、LCRメーターにおいて、測定対象と測定用電極とを、両者が重なっている箇所の当該測定用電極の面積がXmm2となるように、接触させて静電容量を測定した場合の測定値を意味する。
本発明において、正極板の静電容量は、後述する電極板の静電容量の測定方法において、正極板の正極活物質層側の面に測定用電極(プローブ電極)を接触させて測定する値であり、主に正極板の正極活物質層の分極状態を表す。
また、本発明において、負極板の静電容量は、後述する電極板の静電容量の測定方法において、負極板の負極活物質層側の面に測定用電極を接触させて測定する値であり、主に負極板の負極活物質層の分極状態を表す。
非水電解液二次電池においては、放電時、負極板から電荷担体としてのイオンが、放出される。当該イオンは、非水電解液二次電池用セパレータを通過し、その後、正極板に取り込まれる。このとき、前記イオンは、負極板中及び負極板の表面で電解液溶媒によって溶媒和され、正極板中及び正極板の表面で脱溶媒和される。なお、前記イオンは、例えば非水電解液二次電池がリチウムイオン二次電池である場合は、Li+である。
そのため、上述のイオンの溶媒和の程度は、負極板の負極活物質層の分極状態に影響され、また、上述のイオンの脱溶媒和の程度は、正極板の正極活物質層の分極状態に影響される。
従って、負極板および正極板の静電容量を好適な範囲に制御すること、すなわち、負極活物質層および正極活物質層の分極状態を好適な状態に調整することによって、上述の溶媒和及び脱溶媒和を適度に促進させることができる。これにより、電荷担体としてのイオンの透過性を向上させることができるとともに、とりわけ時間率が10C以上の大電流の放電電流を印加した場合において、非水電解液二次電池の放電出力特性を向上させることができる。上述の観点から、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においては、測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下であり、4nF以上、3000nF以下であることが好ましく、4nF以上、2600nF以下であることがより好ましい。また、前記静電容量の下限値は、100nF以上でもよく、200nF以上でもよく、1000nF以上でもよい。
具体的には、前記負極板における、測定面積900mm2当たりの静電容量が4nF未満の場合、当該負極板の分極能が低いため、上述の溶媒和の促進にほとんど寄与しない。それゆえに、当該負極板を組み込んだ非水電解液二次電池において出力特性の向上は起こらない。一方、前記負極板における、測定面積900mm2当たりの静電容量が8500nFより大きい場合、当該負極版の分極能が高くなり過ぎるため、当該負極板の空隙の内壁とイオンとの親和性が高くなり過ぎる。そのため、当該負極板からのイオンの移動(放出)が阻害される。それゆえに、当該負極板を組み込んだ非水電解液二次電池において、その出力特性はかえって低下する。
また、上述の観点から、本発明の一実施形態における正極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下であり、2nF以上、600nF以下であることが好ましく、2nF以上、400nF以下であることがより好ましい。また、前記静電容量の下限値は、3nF以上でもよい。
具体的には、前記正極板において、測定面積900mm2当たりの静電容量が1nF未満である場合、当該正極板の分極能が低いため、前記脱溶媒和にほとんど寄与しない。それゆえに、当該正極板組み込んだ非水電解液二次電池において出力特性の向上は起こらない。一方、前記正極板において、測定面積900mm2当たりの静電容量が1000nFより大きい場合、当該正極板の分極能が高くなり過ぎるため、前記脱溶媒和が過剰に進行する。そのため、正極板内部を移動するための溶媒が脱溶媒和されると共に、正極板内部の空隙内壁と脱溶媒和したイオンとの親和性が高くなり過ぎる。従って、正極板内部におけるイオンの移動が阻害される。それゆえに、当該正極板を組み込んだ非水電解液二次電池において、その出力特性はかえって低下する。
<静電容量の制御方法>
正極板及び負極板の前記静電容量は、それぞれ、正極活物質層及び負極活物質層の表面積を調整することによって制御することができる。具体的には、例えば、正極活物質層及び負極活物質層の表面を紙やすり等にて削ることによって、前記表面積を増大させ、これにより、静電容量を増大させることができる。あるいは、正極板及び負極板の前記静電容量は、正極板及び負極板の各々を構成する材料の比誘電率を調整することによって制御することもできる。前記比誘電率は、正極板及び負極板の各々において、空隙の形状、空隙率、及び空隙の分布を変えることにより、調整することができる。また、比誘電率は、正極板及び負極板の各々を構成する材料を調整することによっても調整し得る。
正極板及び負極板の前記静電容量は、それぞれ、正極活物質層及び負極活物質層の表面積を調整することによって制御することができる。具体的には、例えば、正極活物質層及び負極活物質層の表面を紙やすり等にて削ることによって、前記表面積を増大させ、これにより、静電容量を増大させることができる。あるいは、正極板及び負極板の前記静電容量は、正極板及び負極板の各々を構成する材料の比誘電率を調整することによって制御することもできる。前記比誘電率は、正極板及び負極板の各々において、空隙の形状、空隙率、及び空隙の分布を変えることにより、調整することができる。また、比誘電率は、正極板及び負極板の各々を構成する材料を調整することによっても調整し得る。
<静電容量の測定方法>
本発明の一実施形態における、測定面積900mm2当たりの電極板(正極板又は負極板)の静電容量は、LCRメーターを用いて、CV:0.010V、SPEED:SLOW2、AVG:8、CABLE:1m、OPEN:All,SHORT:All DCBIAS 0.00Vに設定し、周波数:300KHzの条件下で、測定される。
本発明の一実施形態における、測定面積900mm2当たりの電極板(正極板又は負極板)の静電容量は、LCRメーターを用いて、CV:0.010V、SPEED:SLOW2、AVG:8、CABLE:1m、OPEN:All,SHORT:All DCBIAS 0.00Vに設定し、周波数:300KHzの条件下で、測定される。
なお、この静電容量の測定においては、非水電解液二次電池に組み込む前の電極板の静電容量を測定している。静電容量は固体絶縁材料(電極板)の形状(表面積)、構成材料、空隙の形状、空隙率、及び空隙の分布等によって決定される、固有の値である。そのため、非水電解液二次電池に組み込んだ後の電極板の静電容量もまた、非水電解液二次電池に組み込み前に測定した静電容量の値と同等の値となる。
また、非水電解液二次電池に組み込んだ後に充放電の履歴を経た電池から正極板及び負極板を取り出し、当該正極板及び当該負極板の静電容量を測定することもできる。具体的には、例えば、非水電解液二次電池について外装部材から電極積層体(非水電解液二次電池用部材)を取り出した後、これを展開することにより、1枚の電極板(正極板又は負極板)を取り出す。この電極板を、前述の静電容量の測定方法において測定対象とする電極板と同様のサイズに切り出すことにより、試料片を得る。その後、当該試験片をジエチルカーボネート(以下、DECということがある)中にて数回(例えば、3回)洗浄する。上述の洗浄は、DEC中に試験片を加えて洗浄した後、DECを新たなDECに入れ替えて試験片を洗浄する工程を数回(例えば、3回)繰り返すことで、電極板の表面に付着する電解液及び電解液分解生成物、リチウム塩などを除去する工程である。得られた洗浄済みの電極板を十分乾燥させた後に、測定対象電極として用いる。取り出し対象となる電池の外装部材、積層構造の種類を問わない。
<多孔質層における無機フィラーの配向性と電極板の静電容量>
上述したように、前記多孔質層の表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であって、前記多孔質層を広角X線回折法により測定したときのI(hkl)及びI(abc)が、前記式を満たし、前記式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である場合(条件1)に、前記多孔質層は、電解液を保持しやすい構造をとり、かつ、電荷担体としてのイオンの移動経路が最適化されるためイオンの透過性が促進される。
上述したように、前記多孔質層の表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であって、前記多孔質層を広角X線回折法により測定したときのI(hkl)及びI(abc)が、前記式を満たし、前記式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である場合(条件1)に、前記多孔質層は、電解液を保持しやすい構造をとり、かつ、電荷担体としてのイオンの移動経路が最適化されるためイオンの透過性が促進される。
また、正極板の測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下であり、負極板の測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下である場合(条件2)に、電極活物質層の分極が適度になることにより、電荷担体であるイオンの脱溶媒和・溶媒和を促進し、当該イオンの透過性が向上する。
多孔質層における無機フィラーの配向度が前記の条件1を満たし、かつ、電極板が前記の条件2を満たす場合、多孔質層の細孔が適度な緻密構造をとり、電荷担体としてのイオンの透過性と電解液の受け入れ性を両立し、かつ電極活物質層の分極が適度である。それゆえ、電荷担体としてのイオンの溶媒和・脱溶媒和もスムーズに進行する。その結果、ハイレート放電による電極面方向の容量不均一化が抑制、すなわち、電荷担体としてのイオンの濃度ムラが解消される。これにより、再充電時の面方向不均一化の是正(再均一化)が可能となる。その結果、電池のハイレート放電後の充電容量を向上させることができると考えられる。
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池の、ハイレート放電(10C放電)後の1C充電時の充電容量は、14.5mAh以上であることが好ましく、15mAh以上であることがより好ましい。
なお、ハイレート放電(10C放電)後の1C充電時の充電容量は、実施例に記載の測定方法により測定される値である。
<正極板>
本発明の一実施形態における正極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、上述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、導電剤及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。
本発明の一実施形態における正極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、上述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、導電剤及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及びNi等の遷移金属、及び/又は、当該遷移金属の酸化物を少なくとも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、ポリエチレン及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。なお、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。
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、導電剤及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、導電剤及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、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。
<負極板>
本発明の一実施形態における負極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、上述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、導電剤及び結着剤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板が用いられる。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。
本発明の一実施形態における負極板は、測定面積900mm2当たりの静電容量が、上述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、導電剤及び結着剤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板が用いられる。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。
前記導電剤及び前記結着剤としては、正極活物質層に含まれる導電剤及び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、リチウム金属又はリチウム合金等が挙げられる。当該材料としては、具体的には、例えば、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;正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープ・脱ドープを行う酸化物、硫化物等のカルコゲン化合物;が挙げられる。前記負極活物質のうち、電位平坦性が高く、また平均放電電位が低いために正極と組み合わせた場合に大きなエネルギー密度が得られることから、黒鉛を含むものが好ましく、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料を主成分とする炭素質材料がより好ましい。さらに、前記負極活物質は、黒鉛を主成分とし、加えてシリコンを含むものであってもよい。
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。
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、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及び前記結着剤が含まれる。
[ポリオレフィン多孔質フィルム]
本発明の一実施形態におけ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備えていてもよい。以下では、ポリオレフィン多孔質フィルムを単に「多孔質フィルム」と称することがある。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。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、上述の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。
本発明の一実施形態におけ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備えていてもよい。以下では、ポリオレフィン多孔質フィルムを単に「多孔質フィルム」と称することがある。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。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、上述の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。
前記ポリオレフィン多孔質フィルム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」とも称する。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。
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5×105~15×106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することができるため、ポリエチレンがより好ましい。なお、この過大電流が流れることを阻止することをシャットダウンともいう。前記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る。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ることができる。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/m2であることが好ましく、4~12g/m2であることがより好ましく、5~10g/m2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。多孔質フィルムが前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。多孔質フィルムに上述の多孔質層を積層させた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、前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。
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。
<ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法>
前記ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法は特に限定されるものではない。例えば、ポリオレフィン系樹脂と、無機充填剤および可塑剤等の孔形成剤と、任意で酸化防止剤等を混練した後に押し出すことで、シート状のポリオレフィン樹脂組成物を作製する。適当な溶媒にて当該孔形成剤を当該シート状のポリオレフィン樹脂組成物から除去した後、当該孔形成剤が除去されたポリオレフィン樹脂組成物を延伸することで、ポリオレフィン多孔質フィルムを製造することができる。
前記ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法は特に限定されるものではない。例えば、ポリオレフィン系樹脂と、無機充填剤および可塑剤等の孔形成剤と、任意で酸化防止剤等を混練した後に押し出すことで、シート状のポリオレフィン樹脂組成物を作製する。適当な溶媒にて当該孔形成剤を当該シート状のポリオレフィン樹脂組成物から除去した後、当該孔形成剤が除去されたポリオレフィン樹脂組成物を延伸することで、ポリオレフィン多孔質フィルムを製造することができる。
上記無機充填剤としては、特に限定されるものではなく、無機フィラー、具体的には炭酸カルシウム等が挙げられる。上記可塑剤としては、特に限定されるものではなく、流動パラフィン等の低分子量の炭化水素が挙げられる。
具体的には、以下に示すような工程を含む方法を挙げることができる。
(A)超高分子量ポリエチレンと、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリエチレンと、炭酸カルシウムまたは可塑剤等の孔形成剤と、酸化防止剤とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程、
(B)得られたポリオレフィン樹脂組成物を一対の圧延ローラで圧延し、速度比を変えた巻き取りローラで引っ張りながら段階的に冷却し、シートを成形する工程、
(C)得られたシートの中から適当な溶媒にて孔形成剤を除去する工程、
(D)孔形成剤が除去されたシートを適当な延伸倍率にて延伸する工程。
(A)超高分子量ポリエチレンと、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリエチレンと、炭酸カルシウムまたは可塑剤等の孔形成剤と、酸化防止剤とを混練してポリオレフィン樹脂組成物を得る工程、
(B)得られたポリオレフィン樹脂組成物を一対の圧延ローラで圧延し、速度比を変えた巻き取りローラで引っ張りながら段階的に冷却し、シートを成形する工程、
(C)得られたシートの中から適当な溶媒にて孔形成剤を除去する工程、
(D)孔形成剤が除去されたシートを適当な延伸倍率にて延伸する工程。
[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、例えば、上述の「多孔質層の製造方法」において、前記塗工液を塗布する基材として、上述のポリオレフィン多孔質フィルムを使用する方法を挙げることができる。
本発明の一実施形態における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、例えば、上述の「多孔質層の製造方法」において、前記塗工液を塗布する基材として、上述のポリオレフィン多孔質フィルムを使用する方法を挙げることができる。
[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、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩及びLiAlCl4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。
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、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩及びLiAlCl4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、カーバメート類及び含硫黄化合物、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二次電池の製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができる。例えば、正極板、ポリオレフィン多孔質フィルムおよび負極板をこの順で配置することにより非水電解液二次電池用部材を形成する。ここで、多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムと正極板および負極板の少なくとも一方との間に存在し得る。次いで、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る。当該容器内を前記非水電解液で満たした後、減圧しつつ密閉する。これにより、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ことができる。
本発明の一実施形態に係る非水二次電池の製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができる。例えば、正極板、ポリオレフィン多孔質フィルムおよび負極板をこの順で配置することにより非水電解液二次電池用部材を形成する。ここで、多孔質層は、ポリオレフィン多孔質フィルムと正極板および負極板の少なくとも一方との間に存在し得る。次いで、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る。当該容器内を前記非水電解液で満たした後、減圧しつつ密閉する。これにより、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ことができる。
以下、実施例及び比較例により、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]
実施例及び比較例における各測定は以下の方法で行った。
実施例及び比較例における各測定は以下の方法で行った。
(1)膜厚(単位:μm)
ポリオレフィン多孔質フィルム及び多孔質層の膜厚、並びに、正極板及び負極板の厚さは、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。電極活物質層の厚さは、各々の電極板の塗工部の厚さから、未塗工部の厚さを引いた値とした。
ポリオレフィン多孔質フィルム及び多孔質層の膜厚、並びに、正極板及び負極板の厚さは、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。電極活物質層の厚さは、各々の電極板の塗工部の厚さから、未塗工部の厚さを引いた値とした。
(2)多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比の測定
実施例及び比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の多孔質層側から、日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用い、加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、電子顕微鏡写真(SEM画像)を得た。
実施例及び比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の多孔質層側から、日本電子製 電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7600Fを用い、加速電圧5kVでSEM表面観察(反射電子像)を行い、電子顕微鏡写真(SEM画像)を得た。
得られたSEM画像上にOHPフィルムを載せ、無機フィラーの粒子の輪郭に沿って敷き写した投影像を作成し、該投影像をデジタルスチルカメラにより撮影した。得られた写真のデータをコンピュータに取り込み、アメリカ国立衛生研究所(NIH:National Institues of Health)が発行する画像解析のフリーソフトIMAGEJを用いて、粒子100個の各々のアスペクト比を算出し、その平均を多孔質層における多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比(以下、表面フィラーアスペクト比とも称する)とした。ここでフィラー1粒子ずつを楕円形に近似させ、長軸径と短軸径を算出し、長軸径を短軸径で除した値をフィラー1個当たりのアスペクト比とした。
(3)ピーク強度比(I(hkl)/I(abc))の最大値の測定
実施例及び比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体を2cm角に切り取り、測定用サンプルを得た。得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ―θスキャン法)でX線プロファイルを測定した。装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定した。得られたX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度 I(hkl)及びI(abc)が下式(1)を満たす場合の、I(hkl)/I(abc)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値を算出した。
I(hkl)> I(abc)・・・(1)。
実施例及び比較例にて製造されたポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体を2cm角に切り取り、測定用サンプルを得た。得られた測定用サンプルを、当該サンプルにおける多孔質層を測定面として、Al製ホルダーに取り付け広角X線回折法(2θ―θスキャン法)でX線プロファイルを測定した。装置として理学電機社製RU-200R(回転対陰極型)を使用し、X線源にCuKα線を用い、出力は50KV-200mA、スキャン速度2°/minにて測定した。得られたX線プロファイルに基づき、多孔質層の広角X線回折測定における、直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度 I(hkl)及びI(abc)が下式(1)を満たす場合の、I(hkl)/I(abc)で算出されるピーク強度比を算出し、そのピーク強度比の最大値を算出した。
I(hkl)> I(abc)・・・(1)。
(4)電極板の静電容量の測定
実施例及び比較例にて得られた正極板及び負極板の、測定面積900mm2当たりの静電容量を、日置電機製LCRメーター(型番:IM3536)を用いて測定した。このとき、測定条件は、CV:0.010V、SPEED:SLOW2、AVG:8、CABLE:1m、OPEN:All,SHORT:All DCBIAS 0.00Vに設定し、周波数:300KHzとした。測定された静電容量の絶対値を静電容量とした。
実施例及び比較例にて得られた正極板及び負極板の、測定面積900mm2当たりの静電容量を、日置電機製LCRメーター(型番:IM3536)を用いて測定した。このとき、測定条件は、CV:0.010V、SPEED:SLOW2、AVG:8、CABLE:1m、OPEN:All,SHORT:All DCBIAS 0.00Vに設定し、周波数:300KHzとした。測定された静電容量の絶対値を静電容量とした。
測定対象とする、電極板から、3cm×3cmの正方形の電極活物質層が形成された部位と、1cm×1cmの正方形の電極活物質層が形成されていない部位とを、一体として切り出した。切り出された電極板の、電極活物質層が形成されていない部位に、長さ6cm、幅0.5cmのタブリードを超音波溶接して、静電容量の測定用の電極板を得た(図3)。正極板のタブリードには、アルミ製のタブリードを用い、負極板のタブリードにはニッケル製のタブリードを用いた。
集電体から、5cm×4cmの正方形と、タブリード溶接用部位としての1cm×1cmの正方形とを、一体として切り出した。切り出された集電体のタブリード溶接用部位に、長さ6cm、幅0.5cmのタブリードを超音波溶接して、プローブ電極(測定用電極)を得た(図4)。正極板の静電容量の測定用のプローブ電極には、厚さ20μmのアルミ製のプローブ電極を用い、負極板の静電容量の測定用のプローブ電極には厚さ20μmの銅製のプローブ電極を用いた。
前記プローブ電極と、前記測定用の電極板の電極活物質層が形成された部位(3cm×3cmの正方形の部分)とを重ね合わせて積層体を作製した。得られた積層体を2枚のシリコンゴムで挟み込み、さらにそれぞれのシリコンゴムの上から2枚のSUS板で0.7MPaの圧力で挟み込んで測定に供する積層体を得た。タブリードは測定に供する積層体から外に出し、当該タブリードの電極板に近い方から、LCRメーターの電圧端子と、電流端子とを接続した。
(5)正極活物質層の空隙率の測定
下記実施例1における正極板1が備える正極活物質層の空隙率を下記の方法を用いて測定した。下記実施例及び比較例におけるその他の正極板が備える正極活物質層の空隙率も同様の方法によって測定した。
下記実施例1における正極板1が備える正極活物質層の空隙率を下記の方法を用いて測定した。下記実施例及び比較例におけるその他の正極板が備える正極活物質層の空隙率も同様の方法によって測定した。
正極合剤(LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電剤/PVDF(重量比92
/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に担持された正極板を14.5cm2(4.5cm×3cm+1cm×1cm)の大きさに切り出した。切り出された正極板の質量は0.215g、厚さ58μmであった。前記正極集電体を同サイズに切り出したところ、その質量は0.078g、厚さ20μmであった。
/5/3))が、正極集電体(アルミニウム箔)の片面に担持された正極板を14.5cm2(4.5cm×3cm+1cm×1cm)の大きさに切り出した。切り出された正極板の質量は0.215g、厚さ58μmであった。前記正極集電体を同サイズに切り出したところ、その質量は0.078g、厚さ20μmであった。
正極活物質層密度ρは、(0.215-0.078)/{(58-20)/10000×14.5}=2.5g/cm3と算出された。
正極合剤を構成する材料の真密度はそれぞれ、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2は4.68g/cm3であり、導電剤は1.8g/cm3であり、PVDFは1.8g/cm3であった。
これらの値を用いて下記式に基づいて算出した正極活物質層の空隙率 εは、40%であった。
ε=[1-{2.5×(92/100)/4.68+2.5×(5/100)/1.8+2.5×(3/100)/1.8}]×100=40%
(6)負極活物質層の空隙率の測定
下記実施例1における負極板1が備える負極活物質層の空隙率を下記の方法を用いて測定した。下記実施例及び比較例におけるその他の負極板が備える負極活物質層の空隙率も同様の方法によって測定した。
ε=[1-{2.5×(92/100)/4.68+2.5×(5/100)/1.8+2.5×(3/100)/1.8}]×100=40%
(6)負極活物質層の空隙率の測定
下記実施例1における負極板1が備える負極活物質層の空隙率を下記の方法を用いて測定した。下記実施例及び比較例におけるその他の負極板が備える負極活物質層の空隙率も同様の方法によって測定した。
負極合剤(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)の片面に担持された負極板を18.5cm2(5cm×3.5cm+1cm×1cm)の大きさに切り出した。切り出された負極板の質量は0.266g、厚さ48μmであった。前記負極集電体を同サイズに切り出したところ、その質量は0.162g、厚さ10μmであった。
負極活物質層密度ρは、(0.266-0.162)/{(48-10)/10000×18.5}=1.49g/cm3と算出した。
負極合剤を構成する材料の真密度はそれぞれ、黒鉛は2.2g/cm3であり、スチレン-1,3-ブタジエン共重合体は1g/cm3であり、カルボキシメチルセルロースナトリウムは1.6g/cm3であった。
これらの値を用いて下記式に基づいて算出した負極活物質層の空隙率 εは、31%であった。
ε=[1-{1.49×(98/100)/2.2+1.49×(1/100)/1+1.49×(1/100)/1.6}]×100=31%
(7)非水電解液二次電池のハイレート放電後の充電容量
以下の工程(A)~工程(B)に示す方法によって、実施例、比較例にて製造された非水電解液二次電池のハイレート放電(10C放電)後の1C充電時の充電容量を測定した。
ε=[1-{1.49×(98/100)/2.2+1.49×(1/100)/1+1.49×(1/100)/1.6}]×100=31%
(7)非水電解液二次電池のハイレート放電後の充電容量
以下の工程(A)~工程(B)に示す方法によって、実施例、比較例にて製造された非水電解液二次電池のハイレート放電(10C放電)後の1C充電時の充電容量を測定した。
(A)初期充放電試験
実施例及び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。
実施例及び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。
なお、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。また、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る。これらは以下も同様である。
(B)ハイレート放電(10C放電)後の1C充電時の充電容量(mAh)
前記初期充放電を行った非水電解液二次電池に対して、充電電流値1CのCC-CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値0.2C、1C、5C、10Cの順によりCC放電を実施した。各レートにつき充放電を3サイクル、55℃にて実施した。このとき、電圧範囲は2.7V~4.2Vとした。
前記初期充放電を行った非水電解液二次電池に対して、充電電流値1CのCC-CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値0.2C、1C、5C、10Cの順によりCC放電を実施した。各レートにつき充放電を3サイクル、55℃にて実施した。このとき、電圧範囲は2.7V~4.2Vとした。
このとき、10C放電レート特性測定時の3サイクル目の1C充電のときの充電容量を測定し、ハイレート放電後の充電容量(mAh)とした。なお、実施例、比較例にて製造した非水電解液二次電池の設計容量は、20.5mAhであった。
[実施例1]
<ポリオレフィン多孔質フィルムの製造>
ポリエチレンを用いてポリオレフィン多孔質フィルムを作製した。具体的には、超高分子量ポリエチレン粉末(340M、三井化学株式会社製)70重量部と、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP-0115、日本精鑞株式会社製)30重量部とを混合して混合ポリエチレンを得た。得られた混合ポリエチレン100重量部に対して、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.1重量部、及びステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加え、さらに、全体積に占める割合が38体積%となるように、平均粒子径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム株式会社製)を加えた。この組成物を粉末のまま、ヘンシェルミキサーで混合した後、二軸混練機で溶融混練することにより、ポリエチレン樹脂組成物を得た。次いで、このポリエチレン樹脂組成物を、表面温度が150℃に設定された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。このシートを塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤0.5重量%を配合)に浸漬させることで炭酸カルシウムを溶解して除去した。続いて、当該シートを105℃で6倍に延伸することにより、ポリオレフィン多孔質フィルムを作製した。ポリオレフィン多孔質フィルムの空隙率53%、目付7g/m2、膜厚16μmであった。このポリオレフィン多孔質フィルムを、ポリオレフィン多孔質フィルム1とした。
<ポリオレフィン多孔質フィルムの製造>
ポリエチレンを用いてポリオレフィン多孔質フィルムを作製した。具体的には、超高分子量ポリエチレン粉末(340M、三井化学株式会社製)70重量部と、重量平均分子量1000のポリエチレンワックス(FNP-0115、日本精鑞株式会社製)30重量部とを混合して混合ポリエチレンを得た。得られた混合ポリエチレン100重量部に対して、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.4重量部、酸化防止剤(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製)0.1重量部、及びステアリン酸ナトリウム1.3重量部を加え、さらに、全体積に占める割合が38体積%となるように、平均粒子径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム株式会社製)を加えた。この組成物を粉末のまま、ヘンシェルミキサーで混合した後、二軸混練機で溶融混練することにより、ポリエチレン樹脂組成物を得た。次いで、このポリエチレン樹脂組成物を、表面温度が150℃に設定された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。このシートを塩酸水溶液(塩酸4mol/L、非イオン系界面活性剤0.5重量%を配合)に浸漬させることで炭酸カルシウムを溶解して除去した。続いて、当該シートを105℃で6倍に延伸することにより、ポリオレフィン多孔質フィルムを作製した。ポリオレフィン多孔質フィルムの空隙率53%、目付7g/m2、膜厚16μmであった。このポリオレフィン多孔質フィルムを、ポリオレフィン多孔質フィルム1とした。
<多孔質層の製造>
(塗工液の製造)
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が20%である六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-100F)を用いた。
(塗工液の製造)
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が20%である六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-100F)を用いた。
前記樹脂として、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(アルケマ株式会社製;商品名「KYNAR2801」)を用いた。
前記無機フィラー、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体及び溶媒(関東化学株式会社製 N-メチル‐2-ピロリジノン)を、下記割合となるように混合した。すなわち無機フィラー90重量部に対してフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体10重量部を混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が37重量%となるように溶媒を混合した。得られた混合液を薄膜旋回型高速ミキサー(プライミクス(株)製フィルミク(登録商標))で攪拌及び混合して均一な塗工液を得た。
(多孔質層の製造)
得られた前記塗工液を、前記ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面にドクターブレード法により、塗工せん断速度3.9(1/s)にて塗工し、前記ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に塗膜を形成した。その後、前記塗膜を、65℃にて20分間かけて乾燥することで、前記ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に多孔質層1を形成した。これによりポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層1との積層体1を得た。多孔質層1の目付は7g/m2であり、厚みは4μmであった。得られた積層体1を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
(多孔質層の製造)
得られた前記塗工液を、前記ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面にドクターブレード法により、塗工せん断速度3.9(1/s)にて塗工し、前記ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に塗膜を形成した。その後、前記塗膜を、65℃にて20分間かけて乾燥することで、前記ポリオレフィン多孔質フィルム1の片面に多孔質層1を形成した。これによりポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層1との積層体1を得た。多孔質層1の目付は7g/m2であり、厚みは4μmであった。得られた積層体1を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
(正極板の作製)
LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電剤/PVDF(重量比92/5/3)をアルミニウム箔に塗布することにより製造された正極板を用いた。前記正極板を、正極活物質層が形成された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が形成されていない部分が残るように、アルミニウム箔を切り取って正極板1とした。正極活物質層の厚さは58μm、密度は2.50g/cm3であった。
(正極板の作製)
LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2/導電剤/PVDF(重量比92/5/3)をアルミニウム箔に塗布することにより製造された正極板を用いた。前記正極板を、正極活物質層が形成された部分の大きさが45mm×30mmであり、かつその外周に幅13mmで正極活物質層が形成されていない部分が残るように、アルミニウム箔を切り取って正極板1とした。正極活物質層の厚さは58μm、密度は2.50g/cm3であった。
(負極板の作製)
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)を銅箔に塗布することにより製造された負極板を用いた。前記の負極板を、負極活物質層が形成された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が形成されていない部分が残るように、銅箔を切り取って負極板1とした。負極活物質層の厚さは49μm、の密度は1.40g/cm3であった。
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)を銅箔に塗布することにより製造された負極板を用いた。前記の負極板を、負極活物質層が形成された部分の大きさが50mm×35mmであり、かつその外周に幅13mmで負極活物質層が形成されていない部分が残るように、銅箔を切り取って負極板1とした。負極活物質層の厚さは49μm、の密度は1.40g/cm3であった。
(非水電解液二次電池の組み立て)
前記正極板、前記負極板及び前記積層体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。
前記正極板、前記負極板及び前記積層体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、多孔質層を正極側に対向させた積層体1、及び負極板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及び負極板1を配置した。
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0.25mL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、LiPF6をその濃度が1mol/Lとなるように溶解して調製した。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。
[実施例2]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーの原料として、酸素原子質量百分率が26%であるZirkondioxid/ Calciumoxid(ZrO2/CaO=95/5)fused(Ceram社製)を用いた。この無機フィラーの原料を3.3Lアルミナ製ポット及び15mmφアルミナボールを用いて振動ミル粉砕を4時間実施し、前記Zirkondioxid/ Calciumoxid(ZrO2/CaO=95/5)fused(Ceram社製)の粉砕物を得た。当該粉砕物を無機フィラーとして使用した。ここでZirkondioxid/ Calciumoxid(ZrO2/CaO=95/5)fusedは、ZrO 295重量部及びCaO 5重量部が溶融してなる固溶体を形成している。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーの原料として、酸素原子質量百分率が26%であるZirkondioxid/ Calciumoxid(ZrO2/CaO=95/5)fused(Ceram社製)を用いた。この無機フィラーの原料を3.3Lアルミナ製ポット及び15mmφアルミナボールを用いて振動ミル粉砕を4時間実施し、前記Zirkondioxid/ Calciumoxid(ZrO2/CaO=95/5)fused(Ceram社製)の粉砕物を得た。当該粉砕物を無機フィラーとして使用した。ここでZirkondioxid/ Calciumoxid(ZrO2/CaO=95/5)fusedは、ZrO 295重量部及びCaO 5重量部が溶融してなる固溶体を形成している。
多孔質層の作製に使用した無機フィラーを、上述のZirkondioxid/ Calciumoxid(ZrO2/CaO=95/5)fusedの粉砕物に変更し、塗工せん断速度7.9(1/s)にて塗工して多孔質層2を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、ポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層2との積層体2を得た。得られた積層体2を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体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2を作製した。
積層体1の代わりに、積層体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2を作製した。
[実施例3]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーの原料として、αアルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP3000)及び六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-1000F)を用い、無機フィラーとして、αアルミナ99重量部と、六角板状酸化亜鉛1重量部とを、乳鉢で混合した混合物(酸素原子質量百分率47%)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度39.4(1/s)にて塗工して多孔質層3を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層3との積層体3を得た。得られた積層体3を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーの原料として、αアルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP3000)及び六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-1000F)を用い、無機フィラーとして、αアルミナ99重量部と、六角板状酸化亜鉛1重量部とを、乳鉢で混合した混合物(酸素原子質量百分率47%)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度39.4(1/s)にて塗工して多孔質層3を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層3との積層体3を得た。得られた積層体3を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体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3を作製した。
積層体1の代わりに、積層体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3を作製した。
[実施例4]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーの原料として、球状アルミナ(住友化学株式会社製、商品名AA03)と、合成雲母(株式会社和光純薬製、商品名:非膨潤性合成雲母)とを用い、無機フィラーとして、球状アルミナ50重量部と、合成雲母50重量部とを、乳鉢で混合した混合物(酸素原子質量百分率45%)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が30重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度7.9(1/s)にて塗工して多孔質層4を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層4との積層体4を得た。得られた積層体4を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーの原料として、球状アルミナ(住友化学株式会社製、商品名AA03)と、合成雲母(株式会社和光純薬製、商品名:非膨潤性合成雲母)とを用い、無機フィラーとして、球状アルミナ50重量部と、合成雲母50重量部とを、乳鉢で混合した混合物(酸素原子質量百分率45%)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が30重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度7.9(1/s)にて塗工して多孔質層4を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層4との積層体4を得た。得られた積層体4を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体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4を作製した。
積層体1の代わりに、積層体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4を作製した。
[実施例5]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率41%であるワラストナイト(林化成株式会社製、商品名:ワラストナイト VM-8N)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度7.9(1/s)にて塗工して多孔質層5を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層5との積層体5を得た。得られた積層体5を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率41%であるワラストナイト(林化成株式会社製、商品名:ワラストナイト VM-8N)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度7.9(1/s)にて塗工して多孔質層5を形成したこと以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層5との積層体5を得た。得られた積層体5を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体5を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池5を作製した。
積層体1の代わりに、積層体5を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池5を作製した。
[実施例6]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<非水電解液二次電池の作製>
(正極板の作製)
正極板1と同一の正極板の正極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて3回研磨し、正極板2を得た。正極板2の正極活物質層の厚さは38μm、空隙率は40%であった。
(正極板の作製)
正極板1と同一の正極板の正極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて3回研磨し、正極板2を得た。正極板2の正極活物質層の厚さは38μm、空隙率は40%であった。
(負極板の作製)
負極板として、前記負極板1を用いた。
負極板として、前記負極板1を用いた。
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、正極板2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池6を作製した。
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、正極板2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池6を作製した。
[実施例7]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<非水電解液二次電池の作製>
(正極板の作製)
正極板1と同一の正極板の正極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて5回研磨し、正極板3を得た。正極板3の正極活物質層の厚さは38μm、空隙率は40%であった。
(正極板の作製)
正極板1と同一の正極板の正極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて5回研磨し、正極板3を得た。正極板3の正極活物質層の厚さは38μm、空隙率は40%であった。
(負極板の作製)
負極板として、前記負極板1を用いた。
負極板として、前記負極板1を用いた。
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、正極板3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池7を作製した。
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、正極板3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池7を作製した。
[実施例8]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<非水電解液二次電池の作製>
(正極板の作製)
正極板として、前記正極板1を用いた。
(正極板の作製)
正極板として、前記正極板1を用いた。
(負極板の作製)
負極板1と同一の負極板の負極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて3回研磨し、負極板2を得た。負極板2の負極活物質層の厚さは38μm、空隙率は31%であった。
負極板1と同一の負極板の負極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて3回研磨し、負極板2を得た。負極板2の負極活物質層の厚さは38μm、空隙率は31%であった。
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、負極板2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池8を作製した。
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、負極板2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池8を作製した。
[実施例9]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<非水電解液二次電池の作製>
(正極板の作製)
正極板として、前記正極板1を用いた。
(正極板の作製)
正極板として、前記正極板1を用いた。
(負極板の作製)
負極板1と同一の負極板の負極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて7回研磨し、負極板3を得た。負極板3の負極活物質層の厚さは38μm、空隙率は31%であった。
負極板1と同一の負極板の負極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて7回研磨し、負極板3を得た。負極板3の負極活物質層の厚さは38μm、空隙率は31%であった。
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、負極板3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池9を作製した。
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、負極板3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池9を作製した。
[比較例1]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率71%であるホウ砂(和光純薬製)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度7.9(1/s)にて塗工して多孔質層6を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層6との積層体6を得た。得られた積層体6を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率71%であるホウ砂(和光純薬製)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が40重量%となるように溶媒を混合して塗工液を作製し、塗工せん断速度7.9(1/s)にて塗工して多孔質層6を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層6との積層体6を得た。得られた積層体6を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体6を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池10を作製した。
積層体1の代わりに、積層体6を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池10を作製した。
[比較例2]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が20%である六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-100F)を用いたこと、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面に塗工液をドクターブレード法により塗工せん断速度0.4(1/s)で塗工して多孔質層7を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層7との積層体7を得た。得られた積層体7を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率が20%である六角板状酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、商品名:XZ-100F)を用いたこと、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面に塗工液をドクターブレード法により塗工せん断速度0.4(1/s)で塗工して多孔質層7を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層7との積層体7を得た。得られた積層体7を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体7を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池11を作製した。
積層体1の代わりに、積層体7を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池11を作製した。
[比較例3]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率48%であるアタパルジャイト(林化成株式会社製、商品名:ATTAGEL#50)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が17重量%となるように溶媒を混合した塗工液を作製したこと、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面にドクターブレード法により塗工せん断速度を1.3(1/s)で塗工して多孔質層8を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層8との積層体8を得た。得られた積層体8を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率48%であるアタパルジャイト(林化成株式会社製、商品名:ATTAGEL#50)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が17重量%となるように溶媒を混合した塗工液を作製したこと、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面にドクターブレード法により塗工せん断速度を1.3(1/s)で塗工して多孔質層8を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層8との積層体8を得た。得られた積層体8を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体8を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池12を作製した。
積層体1の代わりに、積層体8を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池12を作製した。
[比較例4]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率44%であるマイカ(和光純薬製、商品名:非膨潤性雲母)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が20重量%となるように溶媒を混合した塗工液を作製したこと、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面にドクターブレード法により塗工せん断速度0.4(1/s)で塗工して多孔質層9を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層9との積層体9を得た。得られた積層体9を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
無機フィラーとして、酸素原子質量百分率44%であるマイカ(和光純薬製、商品名:非膨潤性雲母)を用いたこと、無機フィラー90重量部に対して、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を10重量部混合すると共に、得られる混合液における固形分(無機フィラー及びフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体)の濃度が20重量%となるように溶媒を混合した塗工液を作製したこと、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面にドクターブレード法により塗工せん断速度0.4(1/s)で塗工して多孔質層9を形成したこと以外は実施例1と同様にしてポリオレフィン多孔質フィルム1と多孔質層9との積層体9を得た。得られた積層体9を用いて、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比及びピーク強度比の最大値を測定した。結果を表1に示す。
<非水電解液二次電池の作製>
積層体1の代わりに、積層体9を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池13を作製した。
積層体1の代わりに、積層体9を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池13を作製した。
[比較例5]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<非水電解液二次電池の作製>
(正極板の作製)
正極板1と同一の正極板の正極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて10回研磨し、正極板4を得た。正極板4の正極活物質層の厚さは38μm、空隙率は40%であった。
(正極板の作製)
正極板1と同一の正極板の正極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて10回研磨し、正極板4を得た。正極板4の正極活物質層の厚さは38μm、空隙率は40%であった。
(負極板の作製)
負極板として、前記負極板1を用いた。
負極板として、前記負極板1を用いた。
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、正極板4を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池14を作製した。
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、正極板4を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池14を作製した。
[比較例6]
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<ポリオレフィン多孔質フィルムと多孔質層との積層体の製造>
実施例3と同様の積層体3を用いた。
<非水電解液二次電池の作製>
(正極板の作製)
正極板として、前記正極板1を用いた。
(正極板の作製)
正極板として、前記正極板1を用いた。
(負極板の作製)
負極板1と同一の負極板の負極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて10回研磨し、負極板4を得た。負極板4の負極活物質層の厚さは38μm、空隙率は31%であった。
負極板1と同一の負極板の負極活物質層側の表面を、永塚工業株式会社製 研摩布シート(型番TYPE AA GRIT No100)を用いて10回研磨し、負極板4を得た。負極板4の負極活物質層の厚さは38μm、空隙率は31%であった。
(非水電解液二次電池の組み立て)
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、負極板4を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池15を作製した。
積層体1の代わりに、積層体3を使用し、負極板4を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解液二次電池15を作製した。
[非水電解液二次電池1~15の評価結果]
実施例及び比較例で得られた非水電解液二次電池1~15のハイレート放電後の充電容量の測定を行った結果を表1に示す。
実施例及び比較例で得られた非水電解液二次電池1~15のハイレート放電後の充電容量の測定を行った結果を表1に示す。
[結論]
表1の記載から、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比が1.4~4.0の範囲であり、ピーク強度比(I(hkl)/I(abc))の最大値が、1.5~300の範囲であり、正極板の測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下であり、負極板の測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下である実施例1~9にて得られた、非水電解液二次電池が、比較例1~6にて得られた、いずれかの条件を満たさない非水電解液二次電池よりも優れたハイレート放電後の充電容量を示すことが示された。
表1の記載から、多孔質層表面の無機フィラーの投影像のアスペクト比が1.4~4.0の範囲であり、ピーク強度比(I(hkl)/I(abc))の最大値が、1.5~300の範囲であり、正極板の測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下であり、負極板の測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下である実施例1~9にて得られた、非水電解液二次電池が、比較例1~6にて得られた、いずれかの条件を満たさない非水電解液二次電池よりも優れたハイレート放電後の充電容量を示すことが示された。
本発明に係る非水電解液二次電池は、ハイレート放電後の充電容量に優れる。従って、本発明に非水電解液二次電池及は、非水電解液二次電池の製造分野において広範に利用することができる。
Claims (5)
- 無機フィラーと樹脂とを含む多孔質層と、
測定面積900mm2当たりの静電容量が、1nF以上、1000nF以下である正極板と、
測定面積900mm2当たりの静電容量が、4nF以上、8500nF以下である負極板と、を備え、
前記多孔質層の表面の、無機フィラーの投影像のアスペクト比が、1.4~4.0の範囲であり、
前記多孔質層の、広角X線回折法により測定した、互いに直交する任意の回折面(hkl)及び(abc)のピーク強度であるI(hkl)及びI(abc)が、下式(1)を満たし、
下式(2)で算出されるピーク強度比の最大値の範囲が、1.5~300の範囲である、非水電解液二次電池。
I(hkl) > I(abc)・・・(1)
I(hkl) / I(abc)・・・(2) - 前記多孔質層が、ポリオレフィン、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂及び水溶性ポリマーからなる群より1種以上選択される樹脂を含む、請求項1に記載の非水電解液二次電池。
- 前記ポリアミド系樹脂がアラミド樹脂である、請求項2に記載の非水電解液二次電池。
- 前記多孔質層が、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面又は両面に積層されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池。
- 前記正極板が遷移金属酸化物を含み、前記負極板が黒鉛を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池。
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