JP7195751B2 - Membrane for electrochemical device and use thereof - Google Patents
Membrane for electrochemical device and use thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP7195751B2 JP7195751B2 JP2018068644A JP2018068644A JP7195751B2 JP 7195751 B2 JP7195751 B2 JP 7195751B2 JP 2018068644 A JP2018068644 A JP 2018068644A JP 2018068644 A JP2018068644 A JP 2018068644A JP 7195751 B2 JP7195751 B2 JP 7195751B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- diaphragm
- mass
- organic layer
- atm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Description
本発明は、電気化学素子用隔膜に関する。より詳しくは、有機層と支持体との密着性に優れ、ガスバリア性に優れた電気化学素子用隔膜に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a diaphragm for an electrochemical device. More particularly, the present invention relates to a separation film for electrochemical elements which has excellent adhesion between an organic layer and a support and excellent gas barrier properties.
有機層と支持体とからなる積層膜は、各種用途への適用が種々検討され、各用途で要求される特性に優れた積層膜の開発がこれまでになされている。このような積層膜の用途の一つとして、アルカリ水電解用隔膜、電池セパレータ等の電気化学素子用隔膜が知られている。 Laminated films composed of an organic layer and a support have been studied for various uses, and laminated films having excellent properties required for each use have been developed. As one of the uses of such a laminated film, a diaphragm for electrochemical devices such as a diaphragm for alkaline water electrolysis and a battery separator is known.
例えば、アルカリ水電解用隔膜は、水素の工業的な製造方法の一つである水の電気分解に使用される膜であり、電解槽において陽極室と陰極室を隔てるために使用される。
水の電気分解は、電子(又はイオン)の移動により行われる。そのため、電気分解を効率良く行うために、アルカリ水電解用隔膜には、高いイオン透過性が必要とされる。また、陽極室で発生した酸素と、陰極室で発生した水素とを遮断し得るガスバリア性が必要とされる。更に、水の電気分解は、30%程度の高濃度のアルカリ水を使用して、80~90℃で行われるので、耐高温性や耐アルカリ性も必要とされる。
For example, a diaphragm for alkaline water electrolysis is a membrane used for water electrolysis, which is one of the industrial production methods of hydrogen, and is used to separate an anode chamber and a cathode chamber in an electrolytic cell.
Electrolysis of water is performed by the transfer of electrons (or ions). Therefore, in order to perform electrolysis efficiently, the diaphragm for alkaline water electrolysis is required to have high ion permeability. In addition, it is required to have gas barrier properties capable of blocking oxygen generated in the anode chamber and hydrogen generated in the cathode chamber. Furthermore, since the electrolysis of water is performed at 80 to 90° C. using high-concentration alkaline water of about 30%, high temperature resistance and alkali resistance are also required.
また、電池セパレータは、亜鉛二次電池等の電池において正極と負極を絶縁する目的で使用される膜であり、正極と負極を隔離し、電解液を保持して正極と負極との間のイオン伝導性を確保するために使用される。電池セパレータでは、電池の充放電に伴ってデンドライトが成長し、これが短絡の原因となることがある。そのため、電池セパレータでは、イオン伝導性に加え、デンドライトの生成をできるだけ抑制できることが必要とされる。 A battery separator is a film used for the purpose of insulating the positive electrode and the negative electrode in a battery such as a zinc secondary battery. Used to ensure conductivity. In battery separators, dendrites grow as the battery is charged and discharged, which can cause short circuits. Therefore, battery separators are required to have ion conductivity and to be able to suppress the formation of dendrites as much as possible.
このような電気化学素子用隔膜は、これまでに種々知られている。
例えば、特許文献1には、イオン透過膜と、上記イオン透過膜の片側または両側に配置された多孔性補強体とを備え、上記イオン透過膜が、中酸性イオン交換基、弱酸性イオン交換基、強塩基性イオン交換基、中塩基性イオン交換基又は弱塩基性イオン交換基を有するポリマーから構成され、上記多孔性補強体が、濃度30重量%の水酸化カリウム水溶液に対して、濡れ性を示す、アルカリ水電解用隔膜が記載されている。
また例えば、特許文献2には、特定範囲の平均単繊維繊度と捲縮数を有する熱可塑性繊維で構成されるアルカリ水電気分解隔膜用基材や、上記基材が不織布を含むアルカリ水電気分解隔膜用基材が記載されている。
Various types of such electrochemical device diaphragms have been known so far.
For example, Patent Document 1 discloses an ion-permeable membrane and a porous reinforcing member disposed on one side or both sides of the ion-permeable membrane, wherein the ion-permeable membrane has moderately acidic ion-exchange groups and weakly acidic ion-exchange groups. , a polymer having a strongly basic ion-exchange group, a moderately basic ion-exchange group, or a weakly basic ion-exchange group, and the porous reinforcing body exhibits wettability to an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 30% by weight. A diaphragm for alkaline water electrolysis is described.
Further, for example, Patent Document 2 discloses a substrate for an alkaline water electrolysis diaphragm composed of thermoplastic fibers having an average single fiber fineness and a crimp number within a specific range, and an alkaline water electrolysis membrane in which the substrate comprises a nonwoven fabric. Substrates for diaphragms are described.
しかしながら、従来の有機層と支持体を有する電気化学素子用隔膜においては、有機層と支持体の密着性が不十分であり、ガスバリア性に劣るといった問題があった。また、近年のエネルギー技術の進歩により、電気化学素子用隔膜に要求される性能も高まっており、改善の余地があった。 However, conventional diaphragms for electrochemical devices having an organic layer and a support have a problem that the adhesion between the organic layer and the support is insufficient, resulting in poor gas barrier properties. In addition, due to the recent progress in energy technology, the performance required of membranes for electrochemical devices is increasing, and there is room for improvement.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、有機層と支持体の密着性に優れ、優れたガスバリア性を発揮することができる電気化学素子用隔膜を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a membrane for an electrochemical device, which has excellent adhesion between an organic layer and a support and can exhibit excellent gas barrier properties.
本発明者は、バインダーポリマーを含む有機層と支持体を有する電気化学素子用隔膜について種々検討したところ、有機層が、バインダーポリマーに加えて更に無機化合物粒子を含み、支持体として、親水性官能基を有し、特定範囲量の酸素元素濃度を有する炭化水素系多孔質体を使用することにより、有機層と支持体との密着性が優れ、ガスバリア性が格段に向上することを見いだし、本発明を完成させるに至った。 The inventor of the present invention has made various studies on a diaphragm for an electrochemical device having an organic layer containing a binder polymer and a support. The present inventors found that by using a hydrocarbon-based porous material having a group and an oxygen element concentration within a specific range, the adhesion between the organic layer and the support is excellent and the gas barrier property is remarkably improved. I have completed my invention.
すなわち本発明は、バインダーポリマーを含む有機層と、支持体とを含む電気化学素子用隔膜であって、上記有機層は、更に無機化合物粒子を含み、上記支持体は、親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体であり、上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する酸素元素濃度が10atm%以上であること特徴とする電気化学素子用隔膜である。 That is, the present invention provides a diaphragm for an electrochemical device comprising an organic layer containing a binder polymer and a support, wherein the organic layer further contains inorganic compound particles, and the support has a hydrophilic functional group. The hydrocarbon-based porous body having a hydrophilic functional group has an oxygen element concentration of 10 atm per 100 atm % of carbon element in the element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). % or more.
上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、更に、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する硫黄元素濃度が0.5atm%以上であることが好ましい。 The hydrocarbon-based porous body having a hydrophilic functional group further has a sulfur element concentration of 0.5 atm% or more with respect to 100 atm% of carbon element in the element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). is preferred.
上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、更に、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対するフッ素元素濃度が3.5atm%以上であることが好ましい。 The hydrocarbon-based porous material having a hydrophilic functional group further has a fluorine element concentration of 3.5 atm% or more with respect to 100 atm% of carbon element in the element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). is preferred.
本発明の電気化学素子用隔膜は、当該隔膜を構成する有機層と支持体との密着性が極めて優れたものである。そのため、本発明の電気化学素子用隔膜は、優れたガスバリア性を有する。本発明の電気化学素子用隔膜は、特にアルカリ水電解用隔膜、又は電池セパレータとして好適に用いられる。 The diaphragm for an electrochemical device of the present invention has extremely excellent adhesion between the organic layer constituting the diaphragm and the support. Therefore, the diaphragm for an electrochemical device of the present invention has excellent gas barrier properties. The diaphragm for an electrochemical device of the present invention is particularly suitable for use as a diaphragm for alkaline water electrolysis or a battery separator.
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
The present invention will be described in detail below.
A combination of two or more of the individual preferred embodiments of the invention described below is also a preferred embodiment of the invention.
1.電気化学素子用隔膜
本発明の電気化学素子用隔膜は、バインダーポリマーを含む有機層と、支持体とを含む電気化学素子用隔膜であって、上記有機層は、更に無機化合物粒子を含み、上記支持体は、親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体であり、上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する酸素元素濃度が10atm%以上であることを特徴とする。
本発明の電気化学素子用隔膜は、上述の構成からなるため、当該隔膜を構成する有機層と支持体との密着性に優れ、ガスバリア性に優れる。
1. Membrane for electrochemical element The diaphragm for electrochemical element of the present invention is a diaphragm for electrochemical element comprising an organic layer containing a binder polymer and a support, wherein the organic layer further contains inorganic compound particles, The support is a hydrocarbon-based porous body having a hydrophilic functional group, and the hydrocarbon-based porous body having the hydrophilic functional group has an element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA), It is characterized in that the concentration of oxygen element is 10 atm % or more with respect to 100 atm % of carbon element.
Since the diaphragm for an electrochemical device of the present invention has the above structure, it has excellent adhesion between the support and the organic layer constituting the diaphragm, and has excellent gas barrier properties.
本発明の電気化学素子用隔膜では、有機層と支持体の界面においてバインダーポリマー及び無機化合物粒子と支持体の親水性官能基との間で水素結合が形成されること、及び、支持体表面に親水性官能基が含まれると、支持体に有機層形成材料を塗布含浸させる際に、上記形成材料の含浸性が良好になり、支持体と有機層とが複合し易くなることから、有機層と支持体との界面及び支持体内部における密着性が優れたものとなる。
その結果、ガスは隔膜を通過しにくくなり、優れたガスバリア性が発揮されると推測される。
In the membrane for an electrochemical element of the present invention, hydrogen bonds are formed between the binder polymer and the inorganic compound particles and the hydrophilic functional groups of the support at the interface between the organic layer and the support, and If the hydrophilic functional group is contained, when the support is impregnated with the organic layer-forming material, the impregnation property of the material for forming the organic layer is improved, and the support and the organic layer are easily combined. The interface between the polymer and the support and the adhesion inside the support are excellent.
As a result, gas is less likely to pass through the diaphragm, and it is presumed that excellent gas barrier properties are exhibited.
本発明の電気化学素子用隔膜は、有機層と支持体を含む。以下に、各構成について説明する。
<有機層>
上記有機層は、バインダーポリマーを含み、更に無機化合物粒子を含む。上記有機層がバインダーポリマーに加えて、更に無機化合物粒子を含むことにより、後述する支持体との密着性が優れたものとなり得る。このように、上記有機層は、バインダーポリマーと無機化合物粒子を含む無機有機複合体層であることが好ましい。
A diaphragm for an electrochemical device of the present invention includes an organic layer and a support. Each configuration will be described below.
<Organic layer>
The organic layer contains a binder polymer and further contains inorganic compound particles. When the organic layer contains inorganic compound particles in addition to the binder polymer, the adhesion to the support described later can be excellent. Thus, the organic layer is preferably an inorganic-organic composite layer containing a binder polymer and inorganic compound particles.
(無機化合物粒子)
上記無機化合物粒子としては、周期表の第1族~第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物からなる粒子が挙げられる。上記周期表の第1族~第17族から選ばれる少なくとも1種の元素としては、周期表の第1族~第15族から選ばれる少なくとも1つの元素が好ましく、第2族、第4族及び第6族から選ばれる少なくとも1つの元素がより好ましく、その中でも、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo及びWから選ばれる少なくとも1つの元素が更に好ましく、Mg、Ti、Zr及びMoから選ばれる少なくとも1つの元素が特に好ましい。
(Inorganic compound particles)
Examples of the inorganic compound particles include particles made of a compound containing at least one element selected from Groups 1 to 17 of the periodic table. The at least one element selected from Groups 1 to 17 of the periodic table is preferably at least one element selected from Groups 1 to 15 of the periodic table, Groups 2, 4 and At least one element selected from Group 6 is more preferable, and among them, at least one element selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo and W is more preferable, Mg, Ti , Zr and Mo are particularly preferred.
また、上記無機化合物粒子としては、酸化物、水酸化物又は水酸化物層を含む化合物が好ましく、上記の好ましい元素を含む酸化物、水酸化物又は水酸化物層を含む化合物が好ましい。
なかでも、有機層と支持体との密着性がより一層優れる点で、上記無機化合物粒子としては、Mg、Ca、Sr若しくはBaを含む水酸化物又は水酸化物層を含む化合物、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo及びWから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物が好ましく、Mgを含む水酸化物又は水酸化物層を含む化合物、Mg、Ti、Zr及びMoから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物がより好ましい。
The inorganic compound particles are preferably oxides, hydroxides, or compounds containing a hydroxide layer, and more preferably oxides, hydroxides, or compounds containing a hydroxide layer containing the above preferred elements.
Among them, the inorganic compound particles include hydroxides containing Mg, Ca, Sr or Ba or compounds containing a hydroxide layer, Mg, Ca , Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Cr, Mo and W are preferred, and hydroxides containing Mg or compounds containing hydroxide layers, Mg, Ti, Zr and Mo are more preferred.
上記Mgを含む水酸化物又は水酸化物層を含む化合物としては、水酸化マグネシウム、ハイドロタルサイトが好ましく、水酸化マグネシウムがより好ましい。
上記Mg、Ti、Zr及びMoから選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物としては、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン及びこれらの酸化物に異種元素が固溶した固溶体が好ましい。
上述した好ましい無機化合物粒子を用いることにより、有機層と支持体の密着性をより一層高め、優れたガスバリア性を発揮することができる。
As the hydroxide containing Mg or the compound containing a hydroxide layer, magnesium hydroxide and hydrotalcite are preferable, and magnesium hydroxide is more preferable.
As the oxide containing at least one element selected from Mg, Ti, Zr and Mo, magnesium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, molybdenum oxide, and solid solutions in which different elements are dissolved in these oxides are preferable.
By using the preferred inorganic compound particles described above, the adhesion between the organic layer and the support can be further increased, and excellent gas barrier properties can be exhibited.
上記無機化合物粒子は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The above inorganic compound particles may be used alone or in combination of two or more.
上記無機化合物粒子の形状としては、不定形、微粉状、粉状、粒状、顆粒状、薄片状、多面体状、ロッド状、曲面含有状等が挙げられる。なかでも、上記有機層と支持体の密着性をより一層高め、優れたガスバリア性を発揮させることができる点で、微粉状、薄片状が好ましい。 Examples of the shape of the inorganic compound particles include amorphous, fine powder, powdery, granular, granular, flaky, polyhedral, rod-like, and curved surface-containing shapes. Among them, fine powder and flakes are preferable from the viewpoint that the adhesiveness between the organic layer and the support can be further enhanced and excellent gas barrier properties can be exhibited.
上記無機化合物粒子は、平均粒子径が0.001μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましく、0.1μm以上であることが更に好ましい。また、10μm以下であることが好ましく、2.0μm以下であることがより好ましく、1.5μm以下であることが更に好ましい。
上記平均粒子径は、レーザー回折法による粒度分布測定から求められる体積平均粒子径(D50)である。具体的には、上記平均粒子径は、上記無機化合物粒子をエタノール中に分散させ超音波処理したものを、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製「型番LA-920」)を用いて、装置指定の透過率に調整して測定することにより求めることができる。
The inorganic compound particles preferably have an average particle size of 0.001 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, and even more preferably 0.1 μm or more. Also, it is preferably 10 μm or less, more preferably 2.0 μm or less, and even more preferably 1.5 μm or less.
The average particle size is a volume average particle size (D50) obtained from particle size distribution measurement by laser diffraction method. Specifically, the average particle diameter is obtained by dispersing the inorganic compound particles in ethanol and subjecting them to ultrasonic treatment, using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (manufactured by Horiba, Ltd. "model number LA-920"). can be obtained by adjusting the transmittance to that specified by the apparatus and measuring it.
上記無機化合物粒子の含有量は、電気化学素子用隔膜100質量%に対し、30質量%以上であることが好ましく、32質量%以上であることがより好ましく、35質量%以上であることが更に好ましい。また、上記無機化合物粒子の含有量は、電気化学素子用隔膜100質量%に対し、99質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましく、43質量%以下であることが更に好ましい。 The content of the inorganic compound particles is preferably 30% by mass or more, more preferably 32% by mass or more, and more preferably 35% by mass or more with respect to 100% by mass of the diaphragm for an electrochemical element. preferable. In addition, the content of the inorganic compound particles is preferably 99% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and 43% by mass or less with respect to 100% by mass of the diaphragm for an electrochemical device. is more preferred.
また、上記無機化合物粒子100質量部に対して、バインダーポリマーを1質量部以上含むことが好ましく、22質量部以上含むことがより好ましく、25質量部以上含むことが更に好ましく、67質量部以下含むことが好ましく、42質量部以下含むことがより好ましく、40質量部以下含むことが更に好ましい。 Further, with respect to 100 parts by mass of the inorganic compound particles, it preferably contains 1 part by mass or more of the binder polymer, more preferably 22 parts by mass or more, more preferably 25 parts by mass or more, and 67 parts by mass or less. preferably 42 parts by mass or less, and even more preferably 40 parts by mass or less.
(バインダーポリマー)
上記バインダーポリマーとしては、例えば、ポリエチレン等の脂肪族炭化水素基含有ポリマー;ポリスチレン等の芳香族炭化水素基含有ポリマー;アルキレングリコール等のエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコール等の水酸基含有ポリマー;ポリアクリルアミド等のアミド基含有ポリマー;ポリマレイミド等のイミド基含有ポリマー;(メタ)アクリル系ポリマー;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン原子含有ポリマー;アンモニウム塩含有ポリマー;ホスホニウム塩含有ポリマー;イオン交換性ポリマー;天然ゴム;共役ジエン系ポリマー;ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース)等の糖類;ポリエチレンイミン等のアミノ基含有ポリマー等のポリマーが挙げられる。これらのバインダーポリマーは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(binder polymer)
Examples of the binder polymer include aliphatic hydrocarbon group-containing polymers such as polyethylene; aromatic hydrocarbon group-containing polymers such as polystyrene; ether group-containing polymers such as alkylene glycol; hydroxyl group-containing polymers such as polyvinyl alcohol; amide group-containing polymers; imide group-containing polymers such as polymaleimide; (meth) acrylic polymers; polyvinylidene fluoride, halogen atom-containing polymers such as polytetrafluoroethylene; ammonium salt-containing polymers; Polymers; natural rubber; conjugated diene polymers; sugars such as hydroxyalkylcellulose (eg, hydroxyethylcellulose); polymers such as amino group-containing polymers such as polyethyleneimine. These binder polymers may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
なかでも、有機層と支持体との密着性をより一層高め、優れたガスバリア性を発揮することができる点で、脂肪族炭化水素基含有ポリマー、芳香族炭化水素基含有ポリマー、ハロゲン原子含有ポリマー、共役ジエン系ポリマー、及び、(メタ)アクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、芳香族炭化水素基含有ポリマー、共役ジエン系ポリマー、ハロゲン原子含有ポリマー、及び、(メタ)アクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。 Among them, aliphatic hydrocarbon group-containing polymers, aromatic hydrocarbon group-containing polymers, and halogen atom-containing polymers are preferred in terms of further increasing the adhesion between the organic layer and the support and exhibiting excellent gas barrier properties. , conjugated diene-based polymers, and (meth) acrylic polymers, preferably at least one selected from the group consisting of aromatic hydrocarbon group-containing polymers, conjugated diene-based polymers, halogen atom-containing polymers, and It is more preferably at least one selected from the group consisting of (meth)acrylic polymers.
上記脂肪族炭化水素基含有ポリマーとしては、脂肪族炭化水素基含有モノマー由来のモノマー単位を有するポリマーを挙げることができる。
上記脂肪族炭化水素基含有モノマーは、鎖状若しくは分岐状の飽和炭化水素基又は不飽和炭化水素基を含むモノマーであってもよいし、あるいは脂環式炭化水素基を含むモノマーであってもよい。
上記脂肪族炭化水素基含有モノマーとしては、好ましくはエチレン、プロピレン、ブテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン等のオレフィン等が挙げられる。
上記脂肪族炭化水素基含有ポリマーは、上記脂肪族炭化水素基含有モノマーの1種からなるホモポリマーであってもよいし、2種以上からなるコポリマーであってもよい。
上記脂肪族炭化水素基含有ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィンが好ましく、ポリエチレン、ポリプロプレンがより好ましい。
Examples of the aliphatic hydrocarbon group-containing polymer include polymers having monomer units derived from aliphatic hydrocarbon group-containing monomers.
The aliphatic hydrocarbon group-containing monomer may be a monomer containing a linear or branched saturated hydrocarbon group or an unsaturated hydrocarbon group, or a monomer containing an alicyclic hydrocarbon group. good.
Preferred examples of the aliphatic hydrocarbon group-containing monomer include olefins such as ethylene, propylene, butene, 1-hexene, 1-heptene and 1-octene.
The aliphatic hydrocarbon group-containing polymer may be a homopolymer composed of one of the aliphatic hydrocarbon group-containing monomers, or may be a copolymer composed of two or more of the aliphatic hydrocarbon group-containing monomers.
As the aliphatic hydrocarbon group-containing polymer, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutene and polymethylpentene are preferable, and polyethylene and polypropylene are more preferable.
上記芳香族炭化水素基含有ポリマーとしては、ベンゼン等の芳香族炭化水素基を有するモノマー単位を有するものが挙げられ、具体的には、例えば、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、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。なかでも、電気化学素子用隔膜のガスバリア性をより一層高めることができる点で、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、及びポリフェニルスルホンからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、ポリスルホンがより好ましい。 Examples of the aromatic hydrocarbon group-containing polymer include those having a monomer unit having an aromatic hydrocarbon group such as benzene. Specifically, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene , polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylsulfone, polyarylate, polyetherimide, polyimide, and polyamideimide. Among them, at least one selected from the group consisting of polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylsulfone is preferable, and polysulfone is more preferable, in that the gas barrier properties of the diaphragm for electrochemical device can be further enhanced.
上記ハロゲン原子含有ポリマーとしては、塩素原子、フッ素原子等のハロゲン原子を含有するモノマー由来のモノマー単位を有するものが挙げられ、例えば、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、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、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン-フッ化ビニリデン共重合体等の含フッ素ポリマー等が挙げられる。 Examples of the halogen atom-containing polymer include those having a monomer unit derived from a monomer containing a halogen atom such as a chlorine atom and a fluorine atom. , vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene- Examples include fluorine-containing polymers such as hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymers.
上記共役ジエン系ポリマーとしては、共役ジエン系モノマー由来のモノマー単位を有するものであれば特に限定されないが、芳香族ビニルモノマー由来のモノマー単位を有するものであることが好ましい。 The conjugated diene-based polymer is not particularly limited as long as it has a monomer unit derived from a conjugated diene-based monomer, but preferably has a monomer unit derived from an aromatic vinyl monomer.
上記共役ジエン系モノマーは、脂肪族共役ジエン系モノマーであることが好ましい。上記脂肪族共役ジエン系モノマーとしては、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2-クロロ-1,3-ブタジエン、クロロプレン等が挙げられ、なかでも1,3-ブタジエンが好ましい。共役ジエン系モノマーは、単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 The conjugated diene-based monomer is preferably an aliphatic conjugated diene-based monomer. Examples of the aliphatic conjugated diene-based monomer include 1,3-butadiene, isoprene, 2-chloro-1,3-butadiene, chloroprene, etc. Among them, 1,3-butadiene is preferred. Conjugated diene-based monomers may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
上記共役ジエン系ポリマーとしては、ポリブタジエン、ポリイソプレン等の単独重合体であってもよく、共重合体であってもよいが、電気化学素子用隔膜のガスバリア性をより一層高めることができる点で、共重合体であることが好ましく、なかでも、芳香族ビニルモノマー由来のモノマー単位を更に有する共重合体であることがより好ましい。 The conjugated diene-based polymer may be a homopolymer such as polybutadiene or polyisoprene, or may be a copolymer. , preferably a copolymer, more preferably a copolymer further having a monomer unit derived from an aromatic vinyl monomer.
上記芳香族ビニルモノマーとしては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o-エチルスチレン、m-エチルスチレン、p-エチルスチレン、o-メトキシスチレン、m-メトキシスチレン、p-メトキシスチレン、o-エトキシスチレン、m-エトキシスチレン、p-エトキシスチレン、o-フルオロスチレン、m-フルオロスチレン、p-フルオロスチレン、o-クロロスチレン、m-クロロスチレン、p-クロロスチレン、o-ブロモスチレン、m-ブロモスチレン、p-ブロモスチレン、o-アセトキシスチレン、m-アセトキシスチレン、p-アセトキシスチレン、o-tert-ブトキシスチレン、m-tert-ブトキシスチレン、p-tert-ブトキシスチレン、o-tert-ブチルスチレン、m-tert-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。これらの中でも、電気化学素子用隔膜の耐熱性や機械的強度を高くできる点でスチレン、α-メチルスチレンが好ましい。これらの芳香族ビニルモノマーは、単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 Examples of the aromatic vinyl monomer include styrene, α-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, o-ethylstyrene, m-ethylstyrene, p-ethylstyrene, o-methoxy Styrene, m-methoxystyrene, p-methoxystyrene, o-ethoxystyrene, m-ethoxystyrene, p-ethoxystyrene, o-fluorostyrene, m-fluorostyrene, p-fluorostyrene, o-chlorostyrene, m-chloro Styrene, p-chlorostyrene, o-bromostyrene, m-bromostyrene, p-bromostyrene, o-acetoxystyrene, m-acetoxystyrene, p-acetoxystyrene, o-tert-butoxystyrene, m-tert-butoxystyrene , p-tert-butoxystyrene, o-tert-butylstyrene, m-tert-butylstyrene, p-tert-butylstyrene, vinyltoluene and the like. Among these, styrene and α-methylstyrene are preferable because they can increase the heat resistance and mechanical strength of the membrane for electrochemical devices. These aromatic vinyl monomers may be used alone or in combination of two or more.
上記共役ジエン系ポリマーは、脂肪族共役ジエン系モノマー由来のモノマー単位と、芳香族ビニルモノマー由来のモノマー単位との質量比が、1/9以上であることが好ましく、2/8以上であることがより好ましく、3/7以上であることが更に好ましい。上記質量比は、9/1以下であることが好ましく、8/2以下であることがより好ましく、7/3以下であることが更に好ましい。 In the conjugated diene-based polymer, the mass ratio of the monomer units derived from the aliphatic conjugated diene-based monomer and the monomer units derived from the aromatic vinyl monomer is preferably 1/9 or more, and is 2/8 or more. is more preferable, and 3/7 or more is even more preferable. The mass ratio is preferably 9/1 or less, more preferably 8/2 or less, and even more preferably 7/3 or less.
上記共役ジエン系ポリマーとしては、電気化学素子用隔膜の性能をより一層向上させることができる点で、スチレン-ブタジエン系共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン系共重合体が好ましく、スチレン-ブタジエン系共重合体がより好ましい。これらの共重合体は、カルボキシ変性等の変性した共重合体であってもよい。 As the conjugated diene-based polymer, a styrene-butadiene-based copolymer and an acrylonitrile-butadiene-based copolymer are preferable, and a styrene-butadiene-based copolymer is preferable in that the performance of the membrane for an electrochemical device can be further improved. coalescence is more preferred. These copolymers may be modified copolymers such as carboxy-modified.
上記共役ジエン系ポリマーは、脂肪族共役ジエン系モノマー由来のモノマー単位、芳香族ビニルモノマー由来のモノマー単位以外の、その他の不飽和モノマー由来のモノマー単位を有していてもよい。 The conjugated diene-based polymer may have monomer units derived from other unsaturated monomers other than the monomer units derived from the aliphatic conjugated diene-based monomer and the monomer units derived from the aromatic vinyl monomer.
その他の不飽和モノマーとしては、例えば、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸塩等の酸基含有ビニルモノマー;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル等の(メタ)アクリル酸エステルモノマー;(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル等の水酸基含有ビニルモノマー、(メタ)アクリロニトリル等のニトリル基含有ビニルモノマー、(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-エチロール(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド系モノマー、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、イソプロピレングリコールジアクリレート、テトラメチレングリコールジメタクリレート等の二官能ビニルモノマー;3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のアルコシシラン基含有ビニルモノマーを挙げることができる。これらは、1種のみ使用してもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよい。 Other unsaturated monomers include acid group-containing vinyl monomers such as itaconic acid, acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid, maleic acid, acrylamidomethylpropanesulfonic acid, and styrenesulfonate; methyl (meth)acrylate; Ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, (meth) acrylic (Meth)acrylate monomers such as hexyl acid, heptyl (meth)acrylate, octyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, nonyl (meth)acrylate, and decyl (meth)acrylate; hydroxyl group-containing vinyl monomers such as meth)2-hydroxyethyl acrylate and 4-hydroxybutyl (meth)acrylate, nitrile group-containing vinyl monomers such as (meth)acrylonitrile, (meth)acrylamide, N-methylol(meth)acrylamide, (Meth)acrylamide monomers such as N-ethylol (meth)acrylamide, dimethyl (meth)acrylamide, and diethyl (meth)acrylamide; Functional Vinyl Monomers: Vinyl monomers containing alkoxysilane groups such as 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
上記共役ジエン系ポリマー100質量%中、その他の不飽和モノマー由来のモノマー単位の質量割合は、40質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが更に好ましく、5質量%以下であることが特に好ましい。 In 100% by mass of the conjugated diene-based polymer, the mass ratio of monomer units derived from other unsaturated monomers is preferably 40% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and 10% by mass or less. It is more preferable that the content is 5% by mass or less, and it is particularly preferable that the content is 5% by mass or less.
上記(メタ)アクリル系ポリマーとは、本明細書中、共役ジエン系モノマー由来のモノマー単位を有さず、(メタ)アクリル系モノマー由来の構成単位を有するポリマーを言う。上記(メタ)アクリル系モノマーとは、アクリロイル基若しくはメタクリロイル基、又は、これらの基における水素原子が他の原子若しくは原子団に置き換わった基を有するモノマー又はそのようなモノマーの誘導体をいう。 In the present specification, the (meth)acrylic polymer refers to a polymer that does not have a monomer unit derived from a conjugated diene monomer and has structural units derived from a (meth)acrylic monomer. The (meth)acrylic monomer refers to a monomer having an acryloyl group or a methacryloyl group, a group in which a hydrogen atom in these groups is replaced with another atom or atomic group, or a derivative of such a monomer.
上記(メタ)アクリル系ポリマーは、(メタ)アクリル酸系ポリマーであることが好ましい。(メタ)アクリル酸系ポリマーとは、(メタ)アクリル酸系モノマー由来の構成単位を有するポリマーを言い、(メタ)アクリル酸系モノマーとは、アクリロイル基若しくはメタクリロイル基、又は、これらの基における水素原子が他の原子若しくは原子団に置き換わった基を有し、かつ、カルボン酸基(-COOH基)、カルボン酸塩基(-COOM基)、又は、その酸無水物基(-C(=O)-O-C(=O)-基)をもつモノマーである。上記Mは、金属塩、アンモニウム塩、又は、有機アミン塩を表す。金属塩を形成する金属原子としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属原子等の1価の金属原子;カルシウム、マグネシウム等の2価の金属原子;アルミニウム、鉄等の3価の金属原子が好適である。有機アミン塩を形成する有機アミンとしては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミンや、トリエチルアミンが好適である。上記(メタ)アクリル酸系モノマーは、(メタ)アクリル酸(塩)であることが好ましい。(メタ)アクリル酸(塩)は、アクリロイル基又はメタクリロイル基を有し、かつ、カルボン酸基(-COOH基)又はカルボン酸塩基(-COOM基)をもつモノマーである。 The (meth)acrylic polymer is preferably a (meth)acrylic acid polymer. (Meth)acrylic acid-based polymer refers to a polymer having structural units derived from (meth)acrylic acid-based monomers, and (meth)acrylic acid-based monomers are acryloyl groups or methacryloyl groups, or hydrogen atoms in these groups. An atom has a group replaced with another atom or atomic group, and a carboxylic acid group (-COOH group), a carboxylic acid group (-COOM group), or an acid anhydride group thereof (-C (= O) -O-C(=O)- group). M above represents a metal salt, an ammonium salt, or an organic amine salt. Examples of metal atoms forming metal salts include monovalent metal atoms such as alkali metal atoms such as lithium, sodium and potassium; divalent metal atoms such as calcium and magnesium; trivalent metal atoms such as aluminum and iron. Atoms are preferred. Alkanolamines such as ethanolamine, diethanolamine and triethanolamine, and triethylamine are suitable as organic amines that form organic amine salts. The (meth)acrylic acid-based monomer is preferably (meth)acrylic acid (salt). (Meth)acrylic acid (salt) is a monomer having an acryloyl group or a methacryloyl group and a carboxylic acid group (--COOH group) or a carboxylic acid group (--COOM group).
例えば、(メタ)アクリル酸系ポリマーを得るためのモノマー成分が、(メタ)アクリル酸系モノマー、及び、その他の共重合可能な不飽和モノマーを含んでなるものであることが好ましい。 For example, the monomer component for obtaining the (meth)acrylic acid-based polymer preferably contains a (meth)acrylic acid-based monomer and other copolymerizable unsaturated monomers.
上記(メタ)アクリル酸系ポリマー100質量%中、(メタ)アクリル酸系モノマー由来のモノマー単位の含有量が0.1~5質量%、その他の共重合可能な不飽和モノマー由来のモノマー単位の含有量が95~99.9質量%であることが好ましい。上記(メタ)アクリル酸系モノマー由来のモノマー単位の含有量が0.3質量%以上、その他の共重合可能な不飽和モノマー由来のモノマー単位の含有量が99.7質量%以下であることがより好ましく、(メタ)アクリル酸系モノマー由来のモノマー単位の含有量が0.5質量%以上、その他の共重合可能な不飽和モノマー由来のモノマー単位の含有量が99.5質量%以下であることが更に好ましい。このような範囲内とすることにより、モノマー成分が安定に共重合する。 In 100% by mass of the (meth)acrylic acid-based polymer, the content of monomer units derived from (meth)acrylic acid-based monomers is 0.1 to 5% by mass, and the content of monomer units derived from other copolymerizable unsaturated monomers The content is preferably 95 to 99.9% by mass. The content of monomer units derived from the (meth)acrylic acid-based monomer is 0.3% by mass or more, and the content of monomer units derived from other copolymerizable unsaturated monomers is 99.7% by mass or less. More preferably, the content of monomer units derived from (meth)acrylic acid-based monomers is 0.5% by mass or more, and the content of monomer units derived from other copolymerizable unsaturated monomers is 99.5% by mass or less. is more preferred. By setting it within such a range, the monomer component is stably copolymerized.
その他の共重合可能な不飽和モノマーとしては、(メタ)アクリル酸系モノマー以外の(メタ)アクリル系モノマー、芳香環を有する不飽和モノマー、アクリロニトリル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル等の多官能性不飽和モノマー等が挙げられる。
なお、上記(メタ)アクリル酸系モノマー以外の(メタ)アクリル系モノマーとしては、例えば、アクリロイル基若しくはメタクリロイル基、又は、これらの基における水素原子が他の原子若しくは原子団に置き換わった基を有し、かつ、カルボン酸エステル基をもつモノマー又はそのようなモノマーの誘導体等が挙げられる。
Other copolymerizable unsaturated monomers include (meth)acrylic monomers other than (meth)acrylic acid monomers, unsaturated monomers having aromatic rings, acrylonitrile, trimethylolpropane diallyl ether and other polyfunctional unsaturated monomers. A monomer etc. are mentioned.
The (meth)acrylic monomer other than the (meth)acrylic acid monomer includes, for example, an acryloyl group or a methacryloyl group, or a group in which the hydrogen atom in these groups is replaced with another atom or atomic group. and a monomer having a carboxylic acid ester group or a derivative of such a monomer.
上記カルボン酸エステル基をもつ(メタ)アクリル系モノマーとしては、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert-ブチルアクリレート、tert-ブチルメタクリレート、ペンチルアクリレート、ペンチルメタクリレート、イソアミルアクリレート、イソアミルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、オクチルアクリレート、オクチルメタクリレート、イソオクチルアクリレート、イソオクチルメタクリレート、ノニルアクリレート、ノニルメタクリレート、イソノニルアクリレート、イソノニルメタクリレート、デシルアクリレート、デシルメタクリレート、ドデシルアクリレート、ドデシルメタクリレート、トリデシルアクリレート、トリデシルメタクリレート、ヘキサデシルアクリレート、ヘキサデシルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、アリルアクリレート、アリルメタアクリレート等;これら以外の(メタ)アクリル酸系モノマーのエステル化物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することが好適である。 Examples of (meth)acrylic monomers having a carboxylic acid ester group include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, isopropyl acrylate, isopropyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, and isobutyl acrylate. , isobutyl methacrylate, tert-butyl acrylate, tert-butyl methacrylate, pentyl acrylate, pentyl methacrylate, isoamyl acrylate, isoamyl methacrylate, hexyl acrylate, hexyl methacrylate, cyclohexyl acrylate, cyclohexyl methacrylate, octyl acrylate, octyl methacrylate, isooctyl acrylate, isooctyl methacrylate, nonyl acrylate, nonyl methacrylate, isononyl acrylate, isononyl methacrylate, decyl acrylate, decyl methacrylate, dodecyl acrylate, dodecyl methacrylate, tridecyl acrylate, tridecyl methacrylate, hexadecyl acrylate, hexadecyl methacrylate, octadecyl acrylate, octadecyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, diallyl phthalate, triallyl cyanurate, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol diacrylate Methacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,4-butanediol dimethacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, 1,6-hexanediol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, allyl acrylate, allyl Methacrylate, etc.; and other esters of (meth)acrylic acid-based monomers, etc., and it is preferable to use one or more of these.
上記(メタ)アクリル酸系ポリマー100質量%中、上記(メタ)アクリル酸系モノマー以外の(メタ)アクリル系モノマー由来のモノマー単位の含有量は、20質量%以上であることが好ましく、40質量%以上含有することがより好ましく、60質量%以上含有することが更に好ましい。また、上記(メタ)アクリル酸系モノマー以外の(メタ)アクリル系モノマー由来のモノマー単位の含有量は、99.9質量%以下であることが好ましく、99.5質量%以下であることがより好ましい。 In 100% by mass of the (meth)acrylic acid-based polymer, the content of monomer units derived from (meth)acrylic monomers other than the (meth)acrylic acid-based monomer is preferably 20% by mass or more, and 40% by mass. % or more, more preferably 60 mass % or more. In addition, the content of monomer units derived from (meth)acrylic monomers other than the (meth)acrylic acid monomer is preferably 99.9% by mass or less, more preferably 99.5% by mass or less. preferable.
上記芳香環を有する不飽和モノマーとしては、例えば、ジビニルベンゼン、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン等が挙げられ、好ましくはスチレンである。 Examples of the unsaturated monomer having an aromatic ring include divinylbenzene, styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, ethylvinylbenzene and the like, preferably styrene.
上記(メタ)アクリル酸系ポリマー100質量%中、上記芳香環を有する不飽和モノマー由来のモノマー単位の含有量は、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが更に好ましく、20質量%以上であることが一層好ましく、40質量%以上であることが特に好ましい。また、上記モノマー単位の含有量は、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましく、60質量%以下であることが更に好ましい。なお、上記(メタ)アクリル酸系ポリマーの原料となるモノマー成分として、芳香環を有する不飽和モノマーを用いなくてもよい。 In 100% by mass of the (meth)acrylic acid-based polymer, the content of monomer units derived from the unsaturated monomer having the aromatic ring is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more. , more preferably 10% by mass or more, still more preferably 20% by mass or more, and particularly preferably 40% by mass or more. The content of the monomer units is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, and even more preferably 60% by mass or less. In addition, the unsaturated monomer having an aromatic ring may not be used as the monomer component that is the raw material of the (meth)acrylic acid-based polymer.
上記バインダーポリマーは、重量平均分子量が1万以上、650万以下であることが好ましい。重量平均分子量は、2万以上であることがより好ましい。上記重量平均分子量は、以下の条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算された重量平均分子量として測定することができる。
装置:東ソー株式会社製 HCL-8220GPC
カラム:TSKgel Super AWM-H
溶離液(LiBr・H2O、リン酸入りNMP):0.01mol/L
The binder polymer preferably has a weight average molecular weight of 10,000 or more and 6,500,000 or less. More preferably, the weight average molecular weight is 20,000 or more. The weight average molecular weight can be measured as a polystyrene-equivalent weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
Apparatus: HCL-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSKgel Super AWM-H
Eluent (LiBr.HO, NMP with phosphoric acid): 0.01 mol/L
上記バインダーポリマーは、例えば、上述したポリマーが含む構成単位を形成するモノマー成分を重合することにより製造することができる。重合は、公知の方法から適宜選択して行うとよい。 The binder polymer can be produced, for example, by polymerizing monomer components that form the structural units contained in the polymer described above. Polymerization may be carried out by appropriately selecting from known methods.
上記バインダーポリマーの含有量は、電気化学素子用隔膜100質量%に対し、1質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることがより好ましく、7質量%以上であることが更に好ましい。また、上記バインダーポリマーの含有量は、電気化学素子用隔膜100質量%に対し、70質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることが更に好ましい。 The content of the binder polymer is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and even more preferably 7% by mass or more with respect to 100% by mass of the diaphragm for electrochemical elements. . In addition, the content of the binder polymer is preferably 70% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and preferably 30% by mass or less with respect to 100% by mass of the diaphragm for an electrochemical element. More preferred.
(他の成分)
上記有機層は、上述した無機化合物粒子及びバインダーポリマー以外に、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、例えば、カーボン等が挙げられる。
(other ingredients)
The organic layer may contain other components in addition to the inorganic compound particles and the binder polymer described above. Other components include, for example, carbon.
上記有機層は、上述した無機化合物粒子、バインダーポリマー、及び必要に応じてその他の成分を溶媒と混合して調製された有機層形成材料を使用して形成することができる。上記有機層の形成については、後述の電気化学素子用隔膜の製造方法において詳述する。 The organic layer can be formed using an organic layer-forming material prepared by mixing the above-described inorganic compound particles, binder polymer, and, if necessary, other components with a solvent. The formation of the organic layer will be described in detail in the later-described method for producing a diaphragm for an electrochemical device.
上記有機層の厚みは、10~1000μmであることが好ましく、100~500μmであることがより好ましく、200~400μmであることが更に好ましい。 The thickness of the organic layer is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 100 to 500 μm, even more preferably 200 to 400 μm.
<支持体>
本発明において、支持体は、親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体である。
上記親水性官能基としては、特に限定されず、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、スルフィド基、ジスルフィド基、フルオロ基、フッ化カルボニル基、リン酸基、アミノ基、イミノ基、アミド基、アルキレンオキシド基、フェノール基等が挙げられる。なかでも、上記親水性官能基としては、有機層中の無機化合物粒子及びバインダーポリマーとの水素結合を形成する点で、水酸基、カルボン酸基、スルホン酸基、スルフィド基、フルオロ基、フッ化カルボニル基、リン酸基が好ましく、水酸基、カルボン酸基、スルホン酸基、スルフィド基、フルオロ基、フッ化カルボニル基がより好ましい。
<Support>
In the present invention, the support is a hydrocarbon-based porous body having hydrophilic functional groups.
The hydrophilic functional group is not particularly limited, and includes a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a sulfide group, a disulfide group, a fluoro group, a fluorocarbonyl group, a phosphoric acid group, an amino group, an imino group, an amide group, and an alkylene group. Examples include an oxide group and a phenol group. Among them, the hydrophilic functional group includes a hydroxyl group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a sulfide group, a fluoro group, and a carbonyl fluoride in terms of forming a hydrogen bond with the inorganic compound particles and the binder polymer in the organic layer. A group such as a phosphate group is preferable, and a hydroxyl group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a sulfide group, a fluoro group, and a carbonyl fluoride group are more preferable.
上記炭化水素系多孔質体は、炭化水素系ポリマーからなる多孔質体である。上記炭化水素系ポリマーとしては、脂肪族炭化水素系ポリマー、芳香族炭化水素系ポリマーが挙げられる。また、これらのポリマーは上記親水性官能基を有し、上記親水性官能基は、上記炭化水素系ポリマー骨格において、主鎖又は側鎖のどちらに含まれていてもよい。
上記脂肪族炭化水素系ポリマーとしては、上述の有機層において使用される脂肪族炭化水素基含有ポリマーと同様のものが挙げられる。
上記芳香族炭化水素系ポリマーとしては、上述の有機層において使用される芳香族炭化水素基含有ポリマーと同様のものが挙げられる。
なかでも、耐アルカリ性と耐熱性を両立できる点で、上記炭化水素系ポリマーとしては、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド、及びポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。
The hydrocarbon-based porous body is a porous body made of a hydrocarbon-based polymer. Examples of the hydrocarbon-based polymer include aliphatic hydrocarbon-based polymers and aromatic hydrocarbon-based polymers. In addition, these polymers have the hydrophilic functional group, and the hydrophilic functional group may be contained in either the main chain or the side chain in the hydrocarbon polymer skeleton.
Examples of the aliphatic hydrocarbon-based polymer include those similar to the aliphatic hydrocarbon group-containing polymer used in the organic layer.
Examples of the aromatic hydrocarbon-based polymer include those similar to the aromatic hydrocarbon group-containing polymer used in the organic layer described above.
Among them, the hydrocarbon-based polymer is preferably at least one selected from the group consisting of polyolefin, polyphenylene sulfide, and polyvinyl alcohol, and polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide. At least one selected from the group consisting of is more preferable.
上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、上記親水性官能基を有する炭化水素系ポリマーで構成したものであってもよいし、親水性官能基を有する又は有していない炭化水素系多孔質体に親水性官能基を導入したものであってもよい。
上記親水性官能基を導入する方法としては、上記炭化水素多孔質体を、放射線グラフト重合法等のグラフト重合法;プラズマ処理、コロナ処理、UV処理、UVオゾン処理等の表面処理法;フッ素ガス処理法;亜硫酸ガス処理法;重クロム酸カリウム溶液又は過マンガン酸カリウム溶液等による酸化処理;ナトリウム処理液等によるエッチング処理;親水性ポリマー又は界面活性剤、又は繊維油剤のコーティングによる処理;等の公知の方法が挙げられる。なかでも、亜硫酸ガス処理法、フッ素ガス処理法が好ましい。
The hydrocarbon-based porous material having a hydrophilic functional group may be composed of a hydrocarbon-based polymer having a hydrophilic functional group, or a hydrocarbon having or not having a hydrophilic functional group. A hydrophilic functional group may be introduced into the porous body.
As a method for introducing the hydrophilic functional group, the hydrocarbon porous material is subjected to a graft polymerization method such as a radiation graft polymerization method; a surface treatment method such as plasma treatment, corona treatment, UV treatment, UV ozone treatment; Treatment method; sulfurous acid gas treatment; oxidation treatment with potassium dichromate solution or potassium permanganate solution; etching treatment with sodium treatment solution; treatment with hydrophilic polymer or surfactant, or coating with textile oil; A well-known method is mentioned. Of these, the sulfurous acid gas treatment method and the fluorine gas treatment method are preferred.
上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する酸素元素濃度が10atm%以上である。
炭素水素系多孔質体に親水性官能基が導入されると、酸素元素濃度が増大する。本発明においては、支持体の酸素元素濃度が上述した範囲であると、親水性官能基が所望量で導入され、上述した有機層と支持体との優れた密着性が発揮され、優れたガスバリア性を有する電気化学素子用隔膜とすることができる。
上記酸素元素濃度は、10~31atm%であることがより好ましい。
The hydrocarbon-based porous material having hydrophilic functional groups has an oxygen element concentration of 10 atm % or more with respect to 100 atm % of carbon element in the element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA).
When a hydrophilic functional group is introduced into the hydrocarbon-based porous material, the oxygen element concentration increases. In the present invention, when the elemental oxygen concentration of the support is within the range described above, the hydrophilic functional group is introduced in a desired amount, and excellent adhesion between the organic layer and the support is exhibited, resulting in an excellent gas barrier. It can be a diaphragm for an electrochemical device having properties.
More preferably, the oxygen element concentration is 10 to 31 atm %.
また、本発明においては、炭素水素系多孔質体に上記親水性官能基が導入されると、上記酸素元素濃度に加えて、少なくとも硫黄元素濃度又はフッ素元素濃度も増大することが好ましい。
上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、更により一層優れた密着性、ガスバリア性を発揮できる点で、更に、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する硫黄元素濃度が0.5atm%以上であることが好ましく、0.5~20atm%であることがより好ましい。
また、上記親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、更に、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対するフッ素元素濃度が3.5atm%以上であることが好ましく、3.5~12.5atm%であることがより好ましい。
Further, in the present invention, when the hydrophilic functional group is introduced into the hydrocarbon-based porous material, it is preferable that at least the sulfur element concentration or the fluorine element concentration increases in addition to the oxygen element concentration.
The hydrocarbon-based porous body having the hydrophilic functional group can exhibit even better adhesion and gas barrier properties. The sulfur element concentration is preferably 0.5 atm % or more, more preferably 0.5 to 20 atm %, based on 100 atm % of the element.
Further, the hydrocarbon-based porous body having the hydrophilic functional group has a fluorine element concentration of 3.5 atm% or more with respect to 100 atm% of the carbon element in the element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). preferably 3.5 to 12.5 atm %.
上記炭化水素系多孔質体が、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する酸素元素濃度が10atm%以上であり、かつ、硫黄元素濃度が0.5atm%以上である態様は、本発明においてより好ましい態様の一つである。
また、上記炭化水素系多孔質体が、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する酸素元素濃度が10atm%以上であり、かつ、フッ素元素濃度が3.5atm%以上である態様もまた、本発明においてより好ましい態様の一つである。
また、上記炭化水素系多孔質体が、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する酸素元素濃度が10atm%以上であり、硫黄元素濃度が0.5atm%以上であり、かつ、フッ素元素濃度が3.5atm%以上である態様は、本発明において更に好ましい態様の一つである。
The hydrocarbon-based porous body has an oxygen element concentration of 10 atm% or more relative to a carbon element of 100 atm%, and a sulfur element concentration of 0.5 atm%, in element concentrations measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). The aspect described above is one of the more preferred aspects of the present invention.
Further, the hydrocarbon-based porous body has an oxygen element concentration of 10 atm % or more with respect to a carbon element of 100 atm %, and a fluorine element concentration of 3.0 atm %, in element concentrations measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). An aspect of 5 atm % or more is also one of the more preferred aspects of the present invention.
In addition, the hydrocarbon-based porous body has an oxygen element concentration of 10 atm% or more with respect to a carbon element of 100 atm%, and a sulfur element concentration of 0.5 atm%, in element concentrations measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). The aspect described above and having a fluorine element concentration of 3.5 atm % or more is one of the more preferred aspects of the present invention.
上記酸素元素濃度、フッ素元素濃度、及び硫黄元素濃度は、X線光電子分光法(ESCA)によって測定することができ、例えば、X線光電子分光分析装置(日本電子社製JPS-9000MX、X線源:MgKα線)により測定して得られる値である。 The oxygen element concentration, fluorine element concentration, and sulfur element concentration can be measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). : MgKα line) is a value obtained by measurement.
上記支持体は、多孔性であり、シート状であることが好ましい。
上記支持体の形態としては、本発明の電気化学素子用隔膜の目的や用途に応じて適宜選択すればよいが、例えば、不織布、織布、メッシュ、焼結多孔膜、又は不織布と織布の混合布等が挙げられ、好ましくは不織布、織布、又はメッシュが挙げられる。
The support is preferably porous and in the form of a sheet.
The form of the support may be appropriately selected according to the purpose and application of the diaphragm for an electrochemical device of the present invention. Examples include mixed fabrics, preferably non-woven fabrics, woven fabrics, or meshes.
上記支持体は、空隙率が10~90%であることが好ましい。空隙率が上述の範囲であると、イオン伝導性、ガスバリア性に優れた電気化学素子用隔膜とすることができる。上記空隙率は、20~85%がより好ましく、25~80%が更に好ましい。
上記空隙率は、支持体を20℃のイオン交換水に一昼夜浸漬させ、浸漬前後の支持体の質量を測定することによって求めることができる。具体的には、下記の式によって求めることができる。
空隙率(体積%)=(浸漬後の支持体の質量-浸漬前の支持体の質量)/20℃におけるイオン交換水の密度/支持体の体積×100
The support preferably has a porosity of 10 to 90%. When the porosity is within the above range, the membrane for an electrochemical device can have excellent ion conductivity and gas barrier properties. The porosity is more preferably 20 to 85%, even more preferably 25 to 80%.
The porosity can be determined by immersing the support in deionized water at 20° C. for one day and night and measuring the mass of the support before and after the immersion. Specifically, it can be obtained by the following formula.
Porosity (volume %) = (mass of support after immersion - mass of support before immersion) / density of ion-exchanged water at 20 ° C. / volume of support x 100
上記支持体の厚みは、本発明の電気化学素子用隔膜の目的や用途に応じて適宜選択することができるが、例えば、10~300μmが好ましく、50~250μmがより好ましく、100~200μmが更に好ましい。 The thickness of the support can be appropriately selected according to the purpose and application of the diaphragm for an electrochemical device of the present invention. preferable.
本発明の電気化学素子用隔膜の構成としては、上述した有機層と支持体を有する構成であれば特に限定されず、目的や用途に応じて適宜設計すればよく、上記有機層の片面又は両面に上記支持体を有する構成であってもよいし、上記支持体の両面に上記有機層を有する構成であってもよい。
本発明の電気化学素子用隔膜は、上記支持体と上記有機層との少なくとも一部が一体化したものであることが好ましい。一体化することにより、上記支持体と上記有機層との密着性が優れ、隔膜のガスバリア性がより優れたものとなる。
The structure of the diaphragm for an electrochemical device of the present invention is not particularly limited as long as it has the above-described organic layer and a support, and may be appropriately designed according to the purpose and application. The support may be provided on either side of the support, or the organic layer may be provided on both sides of the support.
In the electrochemical device diaphragm of the present invention, it is preferable that at least a part of the support and the organic layer are integrated. By integrating them, the adhesion between the support and the organic layer is excellent, and the gas barrier property of the diaphragm is further improved.
本発明の電気化学素子用隔膜の総厚みは、目的や用途に応じて適宜設計すればよいが、通常10~1000μmが好ましく、100~500μmがより好ましく、200~400μmが更に好ましい。 The total thickness of the diaphragm for an electrochemical device of the present invention may be appropriately designed according to the purpose and application, but is generally preferably 10-1000 μm, more preferably 100-500 μm, and even more preferably 200-400 μm.
本発明の電気化学素子用隔膜は、気孔率が20~80体積%であることが好ましく、25~75体積%であることがより好ましく、30~70体積%であることが更に好ましい。気孔率が上述の範囲であると、隔膜の気孔に電解液が連続的に満たされることにより、イオン伝導性に優れた膜とすることができる。また、ガスバリア性にも優れた膜とすることができる。
上記気孔率は、本発明の電気化学用隔膜を20℃のイオン交換水に一昼夜、浸漬させ、浸漬前後の隔膜の質量によって求めることができる。具体的には、下記の式によって求めることができる。
気孔率(体積%)=(浸漬後の隔膜の質量-浸漬前の隔膜の質量)/20℃のイオン交換水の密度/隔膜の体積×100
The porosity of the electrochemical device diaphragm of the present invention is preferably 20 to 80% by volume, more preferably 25 to 75% by volume, and even more preferably 30 to 70% by volume. When the porosity is within the above range, the pores of the diaphragm are continuously filled with the electrolytic solution, so that the membrane can have excellent ion conductivity. In addition, a film having excellent gas barrier properties can be obtained.
The porosity can be determined by immersing the electrochemical diaphragm of the present invention in ion-exchanged water at 20° C. for a whole day and night, and measuring the weight of the diaphragm before and after immersion. Specifically, it can be obtained by the following formula.
Porosity (volume %) = (mass of diaphragm after immersion - mass of diaphragm before immersion) / density of deionized water at 20 ° C. / volume of diaphragm x 100
2.電気化学素子用隔膜の製造方法
本発明の電気化学素子用隔膜を製造する方法としては、特に限定されず、上記支持体上に、上述した無機化合物粒子及びバインダーポリマーを含む有機層形成材料をロールで圧延して膜状に形成する方法、平板プレス等で圧延して膜状に形成する方法や、射出成形法、押出成形法、キャスト法等の膜状に成形する公知の方法を適用することができる。また、多孔質の電気化学素子用隔膜を効率良く製造する方法としては、非溶媒誘起相分離法が好ましく挙げられる。
2. Method for producing a diaphragm for an electrochemical element The method for producing the diaphragm for an electrochemical element of the present invention is not particularly limited, and the organic layer-forming material containing the inorganic compound particles and the binder polymer is rolled on the support. A method of rolling into a film by rolling, a method of rolling into a film by flat press or the like, or a known method of forming into a film such as an injection molding method, an extrusion molding method, or a casting method. can be done. A non-solvent-induced phase separation method is preferably used as a method for efficiently producing a porous membrane for electrochemical devices.
非溶媒誘起相分離法により、多孔質の電気化学素子用隔膜を製造する方法としては、例えば、下記の工程(1)及び(2)を含む方法が挙げられる。
(1)無機化合物粒子及びバインダーポリマーを含む有機層形成材料を調製する工程
(2)上記有機層形成材料を用いて支持体上に有機層を形成する工程
このような電気化学素子用隔膜を製造する方法、すなわち、無機化合物粒子及びバインダーポリマーを含む有機層形成材料を調製する工程(以下、「工程(1)」とも記載する。)、及び、上記有機層形成材料を用いて支持体上に有機層を形成する工程(以下、「工程(2)」とも記載する。)を含むことを特徴とする電気化学素子用隔膜の製造方法もまた、本発明において好ましい実施態様の一つである。以下に、各工程について説明する。
Examples of the method for producing a porous electrochemical device membrane by a non-solvent-induced phase separation method include a method including the following steps (1) and (2).
(1) Step of preparing an organic layer-forming material containing inorganic compound particles and a binder polymer (2) Step of forming an organic layer on a support using the organic layer-forming material method, i.e., a step of preparing an organic layer-forming material containing inorganic compound particles and a binder polymer (hereinafter also referred to as “step (1)”), and using the organic layer-forming material on a support A method for producing a diaphragm for an electrochemical device, which includes a step of forming an organic layer (hereinafter also referred to as "step (2)"), is also one of preferred embodiments of the present invention. Each step will be described below.
工程(1)
本発明の電気化学素子用隔膜の製造方法においては、まず、上述した無機化合物粒子及びバインダーポリマーを含む有機層形成材料を調製する。
上記有機層形成材料を調製する方法としては、無機化合物粒子とバインダーポリマーを混合することができる方法であれば特に限定されず、公知の混合方法を適用することができる。
Step (1)
In the method for producing a diaphragm for an electrochemical device of the present invention, first, an organic layer-forming material containing the inorganic compound particles and the binder polymer described above is prepared.
A method for preparing the organic layer-forming material is not particularly limited as long as it is a method capable of mixing the inorganic compound particles and the binder polymer, and a known mixing method can be applied.
無機化合物粒子とバインダーポリマーを混合する場合、無機化合物粒子とバインダーポリマーと必要に応じて溶媒を同時に混合してもよいし、無機化合物粒子を溶媒に分散させた分散液(スラリー)をあらかじめ調製し、上記分散液にバインダーポリマーを添加して混合してもよいし、バインダーポリマーを溶媒に溶解させた溶液を調製し、この溶液と上記分散液を混合してもよい。なかでも、無機化合物粒子とバインダーポリマーをより一層均一となるように混合することができる点で、無機化合物粒子を溶媒に分散させた分散液をあらかじめ調製し、上記分散液にバインダーポリマー、又は、バインダーポリマーを溶媒に溶解した溶液を添加して混合することが好ましい。 When the inorganic compound particles and the binder polymer are mixed, the inorganic compound particles, the binder polymer and, if necessary, a solvent may be mixed at the same time, or a dispersion (slurry) in which the inorganic compound particles are dispersed in the solvent is prepared in advance. A binder polymer may be added to and mixed with the dispersion, or a solution may be prepared by dissolving the binder polymer in a solvent, and this solution and the dispersion may be mixed. Among them, in that the inorganic compound particles and the binder polymer can be mixed more uniformly, a dispersion liquid in which the inorganic compound particles are dispersed in a solvent is prepared in advance, and the binder polymer or the binder polymer is added to the dispersion liquid. It is preferable to add and mix a solution in which the binder polymer is dissolved in a solvent.
混合方法としては、特に限定されず、ミキサー、ボールミル、ジェットミル、ディスパー、サンドミル、ロールミル、ポットミル、ペイントシェーカー等を用いる方法等、公知の混合分散の手段を適用することができる。 The mixing method is not particularly limited, and known mixing and dispersing means such as a method using a mixer, ball mill, jet mill, disper, sand mill, roll mill, pot mill, paint shaker, etc. can be applied.
上記無機化合物粒子を分散させるための溶媒としては、バインダーポリマーを溶解することができる性質を有するものであれば特に限定されず、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、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。なかでも、無機化合物粒子の分散性がより一層良好となる点で、N-メチル-2-ピロリドンが好ましい。 The solvent for dispersing the inorganic compound particles is not particularly limited as long as it has the property of dissolving the binder polymer. Examples include N-methyl-2-pyrrolidone, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide and the like can be mentioned. These solvents may be used singly or in combination of two or more. Among them, N-methyl-2-pyrrolidone is preferable because the dispersibility of the inorganic compound particles is further improved.
上記無機化合物粒子を溶媒に分散させた分散液中の無機化合物粒子の含有量は、20~70質量%であることが好ましく、30~60質量%であることがより好ましく、40~50質量%であることが更に好ましい。 The content of the inorganic compound particles in the dispersion obtained by dispersing the inorganic compound particles in a solvent is preferably 20 to 70% by mass, more preferably 30 to 60% by mass, and 40 to 50% by mass. is more preferable.
上記バインダーポリマーを溶解した溶液に使用する溶媒は、バインダーポリマーを溶解することができる性質を有するものであれば特に限定されず、上記無機化合物粒子を分散させるための溶媒と同様の溶媒を挙げることができる。これらの溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。なかでも、上記無機化合物粒子とバインダーポリマーがより一層均一となるよう混合分散できる点で、上記分散液の調製に使用した溶媒と同じ溶媒が好ましい。 The solvent used for the solution in which the binder polymer is dissolved is not particularly limited as long as it has the property of dissolving the binder polymer, and the same solvent as the solvent for dispersing the inorganic compound particles can be mentioned. can be done. These solvents may be used singly or in combination of two or more. Among them, the same solvent as the solvent used for preparing the dispersion liquid is preferable in that the inorganic compound particles and the binder polymer can be mixed and dispersed in a more uniform manner.
上記バインダーポリマーを溶解した溶液中のバインダーポリマーの含有量は、10~50質量%であることが好ましく、15~40質量%であることがより好ましく、20~30質量%であることが更に好ましい。 The content of the binder polymer in the solution in which the binder polymer is dissolved is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 15 to 40% by mass, even more preferably 20 to 30% by mass. .
上記分散液とバインダーポリマー又はバインダーポリマーを溶解した溶液は、得られる電気化学素子用隔膜の目的・用途に応じて所望の量となるよう適宜混合して有機層形成材料を調製するとよい。 The dispersion liquid and the binder polymer or the solution in which the binder polymer is dissolved may be appropriately mixed so as to obtain a desired amount according to the purpose and application of the diaphragm for an electrochemical element to be obtained, to prepare the organic layer-forming material.
工程(2)
本発明の電気化学素子用隔膜の製造方法においては、次いで、工程(1)で得た上記有機層形成材料を用いて支持体上に有機層を形成する。
上記有機層形成材料を用いて支持体上に有機層を形成する方法としては、特に限定されないが、多孔質の電気化学素子用隔膜を効率良く製造することができる点で、下記の工程(2-1)~(2-3)を含むことが好ましい。
(2-1)上記有機層形成材料の塗膜を支持体上に形成する工程、
(2-2)上記塗膜を非溶媒と接触させることにより上記塗膜を凝固させる工程、及び
(2-3)上記凝固した塗膜を乾燥させることにより有機層を得る工程
Step (2)
In the method for producing a diaphragm for an electrochemical device of the present invention, an organic layer is then formed on a support using the organic layer-forming material obtained in step (1).
The method for forming an organic layer on a support using the above organic layer-forming material is not particularly limited. -1) to (2-3) are preferably included.
(2-1) a step of forming a coating film of the organic layer-forming material on a support;
(2-2) a step of solidifying the coating film by contacting the coating film with a non-solvent; and (2-3) a step of obtaining an organic layer by drying the solidified coating film.
このように、上記有機層を形成する工程が、上記有機層形成材料の塗膜を支持体上に形成する工程、上記塗膜を非溶媒と接触させることにより上記塗膜を凝固させる工程、及び、上記凝固した塗膜を乾燥させることにより有機層を得る工程を含む態様もまた、本発明の電気化学素子用隔膜の製造方法における好ましい実施態様の一つである。 Thus, the step of forming the organic layer includes a step of forming a coating film of the organic layer-forming material on a support, a step of contacting the coating film with a non-solvent to solidify the coating film, and An aspect including the step of obtaining an organic layer by drying the solidified coating film is also one of preferred aspects of the method for producing a diaphragm for an electrochemical device of the present invention.
工程(2-1)
上記有機層形成材料の塗膜を支持体上に形成する方法としては、例えば、上記で得られた有機層形成材料を基材上に塗布する方法や、上記有機層形成材料中に基材を浸漬させ、表面に上記有機層形成材料が付着、又は、上記有機層形成材料が含浸した基材を得る方法等が挙げられる。なかでも、簡便に塗膜を形成できる点で、上記有機層形成材料を支持体上に塗布する方法が好ましい。
Process (2-1)
Examples of a method for forming a coating film of the organic layer-forming material on a support include a method of applying the organic layer-forming material obtained above onto a substrate, and a method of coating a substrate with the organic layer-forming material. A method of immersing the base material so that the organic layer-forming material adheres to the surface or obtains a base material impregnated with the organic layer-forming material. Among them, the method of applying the above organic layer-forming material onto a support is preferable because a coating film can be easily formed.
上記樹脂混合液を基材上に塗布する方法としては、特に限定されず、ダイコーティング、スピンコーティング、グラビアコーティング、カーテンコーティング、スプレー、アプリケーター、コーター等を用いる方法等の公知の塗布手段を適用することができる。 The method of applying the resin mixture onto the substrate is not particularly limited, and known application means such as methods using die coating, spin coating, gravure coating, curtain coating, spray, applicator, coater, etc. are applied. be able to.
また、無機化合物粒子とバインダーポリマーを含む有機層と支持体とが一体化した複合体である電気化学素子用隔膜を製造する場合は、基材上に上記有機層形成材料を塗布し、その塗液上に上記支持体を置いて塗液を上記支持体に含浸させてもよい。 Further, when producing a diaphragm for an electrochemical element, which is a composite in which an organic layer containing inorganic compound particles and a binder polymer and a support are integrated, the organic layer-forming material is applied onto a substrate, and the coating is performed. The support may be impregnated with the coating liquid by placing the support on the liquid.
上記有機層形成材料の塗布量としては、特に限定されず、得られる電気化学素子用隔膜の厚みが目的・用途に応じた厚みとなるよう適宜設定すればよい。 The amount of the organic layer-forming material to be applied is not particularly limited, and may be appropriately set so that the thickness of the obtained diaphragm for an electrochemical device is suitable for the purpose and application.
工程(2-2)
次いで、上記塗膜を非溶媒と接触させて、上記塗膜を凝固させる。
上記塗膜を非溶媒と接触させることにより、上記塗膜中に非溶媒が拡散し、非溶媒に溶解しないバインダーポリマーが凝固する。一方、非溶媒に溶解しうる塗膜中の溶媒は、塗膜から溶出する。このような相分離が生じることにより、バインダーポリマーが凝固し、多孔質である有機層が形成される。
上記塗膜と非溶媒とを接触させる方法としては、上記塗膜を上記非溶媒中に浸漬させる方法(凝固浴)等が挙げられる。
Step (2-2)
The coating is then brought into contact with a non-solvent to solidify the coating.
By bringing the coating film into contact with the non-solvent, the non-solvent diffuses in the coating film and the binder polymer that is not dissolved in the non-solvent is solidified. On the other hand, the solvent in the coating film that is soluble in the non-solvent is eluted from the coating film. The occurrence of such phase separation solidifies the binder polymer to form a porous organic layer.
Examples of the method of bringing the coating film into contact with the non-solvent include a method of immersing the coating film in the non-solvent (coagulation bath).
上記非溶媒としては、上記バインダーポリマーを実質的に溶解しない性質を有するものであれば、特に限定されないが、例えば、イオン交換水;メタノール、エタノール、プロピルアルコール等の低級アルコール;又はこれらの混合溶媒等が挙げられ、なかでも経済性と排液処理の観点からイオン交換水が好ましい。また上記非溶媒には、上述した成分以外に、塗膜中に含まれる溶媒と同様の溶媒を少量含んでいてもよい。 The non-solvent is not particularly limited as long as it has the property of not substantially dissolving the binder polymer. Examples include ion-exchanged water; lower alcohols such as methanol, ethanol, and propyl alcohol; Among them, ion-exchanged water is preferable from the viewpoint of economy and waste liquid treatment. In addition to the components described above, the non-solvent may contain a small amount of the same solvent as the solvent contained in the coating film.
上記非溶媒の使用量は、上記塗膜、すなわち有機層形成材料の固形分100質量%に対して、50~10000質量%であることが好ましい。より好ましくは100~5000質量%であり、更に好ましくは200~1000質量%である。得られる電気化学素子用隔膜の気孔率を好ましい範囲に調整するには、非溶媒を上述した割合で使用することが好ましい。 The amount of the non-solvent used is preferably 50 to 10,000 mass % with respect to 100 mass % of the solid content of the coating film, that is, the organic layer-forming material. More preferably 100 to 5000% by mass, still more preferably 200 to 1000% by mass. In order to adjust the porosity of the membrane for an electrochemical device to be obtained within a preferable range, it is preferable to use the non-solvent in the above ratio.
工程(2-3)
上記凝固した塗膜を乾燥させることにより有機層を得る。
上記工程(2-2)で凝固した塗膜を乾燥させて、上記非溶媒を除去することにより、多孔質の有機層が支持体上に形成された電気化学素子用隔膜を得ることができる。
乾燥方法としては、特に限定されず、加熱乾燥、熱風乾燥、真空乾燥等の公知の乾燥手段を用いて行うことができる。
乾燥温度としては、60~80℃が好ましい。
乾燥時間としては、特に限定されず隔膜の形状、大きさ等に応じて適宜設計すればよいが、通常2~120分間、好ましくは5~60分間、より好ましくは10~30分間が挙げられる。
Step (2-3)
An organic layer is obtained by drying the solidified coating film.
By drying the coating film solidified in the step (2-2) to remove the non-solvent, a diaphragm for an electrochemical device having a porous organic layer formed on a support can be obtained.
The drying method is not particularly limited, and known drying means such as heat drying, hot air drying, and vacuum drying can be used.
The drying temperature is preferably 60 to 80°C.
The drying time is not particularly limited, and may be appropriately designed according to the shape, size, etc. of the diaphragm.
以上の通り、上述した工程(1)及び(2)により、本発明の電気化学素子用隔膜を容易に製造することができる。 As described above, the diaphragm for an electrochemical device of the present invention can be easily manufactured by the steps (1) and (2) described above.
3.用途
本発明の電気化学素子用隔膜は、上述した有機層と支持体との密着性に優れ、ガスバリア性に優れるものである。本発明の電気化学素子用隔膜は、例えば、アルカリ水電解用隔膜に適用した場合、優れたイオン透過性とガスバリア性を発揮することができる。また、電池セパレータに適用した場合、デンドライドの生成を十分に抑制でき、長期のサイクル寿命を発揮することができる。このように、本発明の電気化学素子用隔膜は、アルカリ水電解用隔膜、電池セパレータに特に好適に用いられる。
以下に、本発明の電気化学素子用隔膜を用いたアルカリ水電解用隔膜と電池セパレータの好ましい態様について説明する。
3. Uses The membrane for electrochemical devices of the present invention has excellent adhesion between the organic layer and the support, and has excellent gas barrier properties. The diaphragm for an electrochemical device of the present invention can exhibit excellent ion permeability and gas barrier properties when applied to, for example, a diaphragm for alkaline water electrolysis. Moreover, when applied to a battery separator, the formation of dendrites can be sufficiently suppressed, and a long cycle life can be exhibited. Thus, the diaphragm for electrochemical devices of the present invention is particularly suitably used as a diaphragm for alkaline water electrolysis and a battery separator.
Preferred embodiments of a diaphragm for alkaline water electrolysis and a battery separator using the diaphragm for an electrochemical device of the present invention are described below.
3-1.アルカリ水電解用隔膜
本発明の電気化学素子用隔膜はアルカリ水電解用隔膜として好適に用いることができる。すなわち、バインダーポリマーを含む有機層と、支持体とを含むアルカリ水電解用隔膜であって、上記有機層は、更に無機化合物粒子を含み、上記支持体は、親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体であることを特徴とするアルカリ水電解用隔膜もまた、本発明の好ましい実施態様の一つである。
3-1. Diaphragm for alkaline water electrolysis The diaphragm for an electrochemical device of the present invention can be suitably used as a diaphragm for alkaline water electrolysis. That is, a diaphragm for alkaline water electrolysis comprising an organic layer containing a binder polymer and a support, wherein the organic layer further contains inorganic compound particles, and the support is a hydrocarbon-based organic layer having a hydrophilic functional group. A diaphragm for alkaline water electrolysis characterized by being a porous body is also one of the preferred embodiments of the present invention.
上記アルカリ水電解用隔膜における無機化合物粒子としては、上述した「電気化学素子用隔膜」における無機化合物粒子と同様のものを挙げることができるが、なかでも、アルカリ溶液中で無機成分が溶出しにくい点で、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、又は酸化モリブデンがより好ましい。 Examples of the inorganic compound particles in the diaphragm for alkaline water electrolysis include those similar to the inorganic compound particles in the above-mentioned "diaphragm for electrochemical element", but among them, the inorganic component is difficult to elute in the alkaline solution. point, magnesium hydroxide, magnesium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, or molybdenum oxide is more preferable.
上記無機化合物粒子の平均粒子径は、バインダーポリマーとの分散性が良好となる点で、0.05~2.0μmであることが好ましく、0.1~1.5μmであることがより好ましく、0.2~1.0μmであることが更に好ましい。上記平均粒子径は、上述した「電気化学素子用隔膜」における無機化合物粒子の平均粒子径の測定方法と同様の方法で求めることができる。 The average particle diameter of the inorganic compound particles is preferably 0.05 to 2.0 μm, more preferably 0.1 to 1.5 μm, in terms of good dispersibility with the binder polymer. More preferably, it is 0.2 to 1.0 μm. The average particle size can be obtained by the same method as the method for measuring the average particle size of the inorganic compound particles in the above-described "separation membrane for electrochemical device".
上記無機化合物粒子の形状としては、上述した「電気化学素子用隔膜」における無機化合物粒子と同様のものを挙げることができる。 Examples of the shape of the inorganic compound particles include those similar to those of the inorganic compound particles in the above-mentioned "separation membrane for electrochemical device".
上記無機化合物粒子は、上述したもののうち1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Among the inorganic compound particles described above, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
上記アルカリ水電解用隔膜における上記無機化合物粒子の含有量としては、30~90質量%が好ましく、32~85質量%がより好ましく、35~80質量%が更に好ましい。 The content of the inorganic compound particles in the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 30 to 90% by mass, more preferably 32 to 85% by mass, and even more preferably 35 to 80% by mass.
上記アルカリ水電解用隔膜におけるバインダーポリマーとしては、上述した「電気化学素子用隔膜」におけるバインダーポリマーと同様のものを挙げることができるが、そのなかでも、芳香族炭化水素基含有ポリマーが好ましく、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、及びポリフェニルスルホンからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。 As the binder polymer in the diaphragm for alkaline water electrolysis, the same binder polymer as in the above-mentioned "diaphragm for electrochemical element" can be mentioned. , polyethersulfone, and polyphenylsulfone are more preferred.
上記アルカリ水電解用隔膜における上記バインダーポリマーの含有量としては、1~40質量%が好ましく、5~35質量%がより好ましく、7~30質量%が更に好ましい。 The content of the binder polymer in the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 1 to 40% by mass, more preferably 5 to 35% by mass, and even more preferably 7 to 30% by mass.
上記アルカリ水電解用隔膜は、上記無機化合物粒子100質量部に対してバインダーポリマーを20~40質量部含むことが好ましく、22~38質量部含むことがより好ましく、25~35質量部含むことが更に好ましい。 The diaphragm for alkaline water electrolysis preferably contains 20 to 40 parts by weight, more preferably 22 to 38 parts by weight, and 25 to 35 parts by weight of a binder polymer with respect to 100 parts by weight of the inorganic compound particles. More preferred.
上記アルカリ水電解用隔膜における支持体としては、上述した「電気化学素子用隔膜」における支持体と同様のものを挙げることができる。
なかでも、上記アルカリ水電解用隔膜における支持体の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びポリフェニレンサルファイドからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含むことが好ましく、ポリプロピレン、及びポリエチレンからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含むことがより好ましい。
Examples of the support in the diaphragm for alkaline water electrolysis include those similar to the support in the above-mentioned "diaphragm for electrochemical device".
Among them, the material of the support in the diaphragm for alkaline water electrolysis preferably contains at least one resin selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene, and polyphenylene sulfide, and is preferably selected from the group consisting of polypropylene and polyethylene. More preferably, it contains at least one selected resin.
上記アルカリ水電解用隔膜における支持体の形態としては、不織布、織布、又はメッシュが好ましい。 The form of the support in the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably a nonwoven fabric, a woven fabric, or a mesh.
上記アルカリ水電解用隔膜における支持体の厚みは、好ましくは30~300μm、より好ましくは50~250μm、更に好ましくは100~200μmである。 The thickness of the support in the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 30 to 300 μm, more preferably 50 to 250 μm, still more preferably 100 to 200 μm.
上記アルカリ水電解用隔膜において、上記有機層は、上記支持体の一方の面に形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。
また、上記有機層と上記支持体は少なくとも一部が一体化した複合体であることが好ましく、上記複合体とすることにより、アルカリ水電解用隔膜の強度と靭性を高めることができる。
In the diaphragm for alkaline water electrolysis, the organic layer may be formed on one surface of the support or may be formed on both surfaces.
In addition, the organic layer and the support are preferably a composite in which at least a part thereof is integrated. By forming the composite, the strength and toughness of the diaphragm for alkaline water electrolysis can be enhanced.
上記アルカリ水電解用隔膜の気孔率は、好ましくは20~80体積%、より好ましくは25~75体積%、更に好ましくは30~70体積%である。上記気孔率は、上述した「電気化学素子用隔膜」における気孔率の測定方法と同様の方法により測定することができる。 The porosity of the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 20 to 80% by volume, more preferably 25 to 75% by volume, and still more preferably 30 to 70% by volume. The porosity can be measured by the same method as the method for measuring the porosity in the above-mentioned "diaphragm for electrochemical device".
上記アルカリ水電解用隔膜の厚みは、好ましくは50~1000μm、より好ましくは100~500μm、更に好ましくは200~400μmである。 The thickness of the diaphragm for alkaline water electrolysis is preferably 50 to 1000 μm, more preferably 100 to 500 μm, still more preferably 200 to 400 μm.
上記アルカリ水電解用隔膜を製造する方法としては、上述した「電気化学素子用隔膜」を製造する方法と同様の方法が挙げられる。なかでも、多孔膜を効率良く形成できる点で、非溶媒誘起相分離法が好ましい。 As a method for producing the diaphragm for alkaline water electrolysis, the same method as the method for producing the above-described "diaphragm for electrochemical device" can be used. Among them, the non-solvent-induced phase separation method is preferable in that a porous membrane can be efficiently formed.
上記アルカリ水電解用隔膜は、アルカリ水電解装置の部材として用いられる。上記アルカリ水電解装置としては、例えば、陽極、陰極、及び、陽極と陰極の間に配置された上記アルカリ水電解用隔膜を含むものが挙げられる。より具体的には、上記アルカリ水電解装置は、上記アルカリ水電解用隔膜によって隔てられた、陽極が存在する陽極室と、陰極が存在する陰極室とを有する。陽極、及び陰極としては、ニッケル又はニッケル合金等を含む導電性基体を含む、公知の電極が挙げられる。 The diaphragm for alkaline water electrolysis is used as a member of an alkaline water electrolysis device. Examples of the alkaline water electrolysis apparatus include those including an anode, a cathode, and the diaphragm for alkaline water electrolysis arranged between the anode and the cathode. More specifically, the alkaline water electrolysis apparatus has an anode chamber in which an anode exists and a cathode chamber in which a cathode exists, which are separated by the diaphragm for alkaline water electrolysis. Anodes and cathodes include known electrodes including conductive substrates including nickel or nickel alloys, and the like.
上記アルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置を用いて行う水の電気分解の方法は、特に限定されず、公知の方法で行うことができる。例えば、上述した上記アルカリ水電解用隔膜を備えたアルカリ水電解装置に、電解液を充填し、電解液中で電流を印加することにより行うことができる。 The method of electrolyzing water using the alkaline water electrolysis apparatus provided with the diaphragm for alkaline water electrolysis is not particularly limited, and a known method can be used. For example, it can be carried out by filling an electrolytic solution into an alkaline water electrolysis apparatus provided with the diaphragm for alkaline water electrolysis described above and applying an electric current in the electrolytic solution.
上記電解液としては、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウム等の電解質を溶解したアルカリ性水溶液が用いられる。上記電解液における電解質の濃度は、特に限定されないが、電解効率がより一層向上し得る点で、20~40質量%であることが好ましい。 As the electrolytic solution, an alkaline aqueous solution in which an electrolyte such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is dissolved is used. Although the concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is not particularly limited, it is preferably 20 to 40% by mass from the viewpoint of further improving the electrolysis efficiency.
また、電気分解を行う場合の温度としては、電解液のイオン電導性がより向上し、電解効率がより一層向上し得る点で、50~120℃が好ましく、80~90℃がより好ましい。電流の印加条件は、公知の条件・方法で行うことができる。 The temperature for electrolysis is preferably 50 to 120° C., more preferably 80 to 90° C., since the ion conductivity of the electrolytic solution can be further improved and the electrolysis efficiency can be further improved. Current application conditions can be performed by known conditions and methods.
3-2.電池セパレータ
本発明の電気化学素子用隔膜は電池セパレータとしても好適に用いることができる。すなわち、バインダーポリマーを含む有機層と、支持体とを含む電池セパレータであって、上記有機層は、更に無機化合物粒子を含み、上記支持体は、親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体であることを特徴とする電池セパレータもまた、本発明の好ましい実施態様の一つである。
3-2. Battery Separator The electrochemical device membrane of the present invention can also be suitably used as a battery separator. That is, a battery separator comprising an organic layer containing a binder polymer and a support, wherein the organic layer further contains inorganic compound particles, and the support is a hydrocarbon-based porous body having a hydrophilic functional group. A battery separator characterized by is also one of the preferred embodiments of the present invention.
上記電池セパレータにおける無機化合物粒子としては、上述した「電気化学素子用隔膜」における無機化合物粒子と同様のものを挙げることができる。なかでも、イオン伝導度が良好である点で、マグネシウムを含む水酸化物又は水酸化物層を含む化合物が好ましく、水酸化マグネシウム又はハイドロタルサイトがより好ましい。 Examples of the inorganic compound particles in the battery separator include those similar to the inorganic compound particles in the above-mentioned "separation membrane for electrochemical device". Among them, a hydroxide containing magnesium or a compound containing a hydroxide layer is preferred, and magnesium hydroxide or hydrotalcite is more preferred, in terms of good ionic conductivity.
上記電池セパレータにおける無機化合物粒子の平均粒子径は、バインダーとの分散性が良好である点で、0.001~10μmであることが好ましく、0.01~5μmであることがより好ましく、0.1~4μmであることが更に好ましい。上記平均粒子径は、上述した「電気化学素子用隔膜」における無機化合物粒子の平均粒子径の測定方法と同様の方法で求めることができる。 The average particle size of the inorganic compound particles in the battery separator is preferably 0.001 to 10 μm, more preferably 0.01 to 5 μm, from the viewpoint of good dispersibility with the binder. More preferably 1 to 4 μm. The average particle size can be obtained by the same method as the method for measuring the average particle size of the inorganic compound particles in the above-described "separation membrane for electrochemical device".
上記電池セパレータにおける無機化合物粒子の含有量としては、30~99質量%が好ましく、40~95質量%がより好ましく、45~90質量%が更に好ましい。 The content of the inorganic compound particles in the battery separator is preferably 30 to 99% by mass, more preferably 40 to 95% by mass, and even more preferably 45 to 90% by mass.
上記電池セパレータにおけるバインダーポリマーとしては、上述した「電気化学素子用隔膜」におけるバインダーポリマーと同様のものを挙げることができる。なかでも、電池を長寿命化させることができる点で、共役ジエン系ポリマー、ハロゲン原子含有ポリマー、及び(メタ)アクリル系ポリマーからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。 As the binder polymer in the battery separator, the same binder polymer as in the above-mentioned "separation membrane for electrochemical device" can be used. Among these, at least one selected from the group consisting of conjugated diene-based polymers, halogen-containing polymers, and (meth)acrylic-based polymers is preferable in terms of extending battery life.
上記バインダーポリマーは、ガラス転移温度(Tg)が-40℃以上、50℃以下であることが好ましい。バインダーポリマーのTgが-40℃未満の場合には電池セパレータの機械的強度が不足し、デンドライト抑制効果が低くなるおそれがある。また、Tgが50℃を超える場合には、電池セパレータが硬脆くなりすぎ、例えば、電池を形成する際に電池セパレータにクラック等が入ることにより、電池の寿命性能を低下させるおそれがある。本発明の電池セパレータにおいて、無機化合物粒子の凝集を原因とした空隙が形成されることを抑制するためには、有機層形成材料に含まれる成分を充分に混練して無機化合物粒子の凝集を抑制し、無機化合物粒子とバインダーポリマーの成分を均一な状態にすることが好ましい。バインダーポリマーのTgが-40℃以上、50℃以下であると、無機化合物粒子との混練の際の混練物がより適度な流動性となり、無機化合物粒子の凝集物を解砕したり有機層形成材料に含まれる成分をより均一な状態としたりすることができる。バインダーポリマーのTgは、より好ましくは、-15℃以上、30℃以下であり、更に好ましくは、-10℃以上、20℃以下である。
バインダーポリマーのTgは、ポリマーをガラス板に塗布し、120℃で1時間乾燥することにより、ポリマーフィルムを形成し、得られたポリマーフィルムについて、示差走査熱量計(装置名:熱分析装置DSC3100S、BRVKER)を用いて測定されるものである。
The binder polymer preferably has a glass transition temperature (Tg) of -40°C or higher and 50°C or lower. If the Tg of the binder polymer is less than −40° C., the mechanical strength of the battery separator may be insufficient and the dendrite suppression effect may be reduced. On the other hand, if the Tg exceeds 50° C., the battery separator becomes too hard and brittle, and for example, cracks or the like occur in the battery separator during battery formation, which may reduce the life performance of the battery. In the battery separator of the present invention, in order to suppress the formation of voids caused by the aggregation of the inorganic compound particles, the components contained in the organic layer-forming material are sufficiently kneaded to suppress the aggregation of the inorganic compound particles. However, it is preferable to make the components of the inorganic compound particles and the binder polymer uniform. When the Tg of the binder polymer is −40° C. or higher and 50° C. or lower, the kneaded product when kneaded with the inorganic compound particles has a more moderate fluidity, and the aggregates of the inorganic compound particles are crushed or the organic layer is formed. The components contained in the material can be brought into a more uniform state. The Tg of the binder polymer is more preferably -15°C or higher and 30°C or lower, and still more preferably -10°C or higher and 20°C or lower.
The Tg of the binder polymer was measured by applying the polymer to a glass plate and drying at 120°C for 1 hour to form a polymer film. BRVKER).
上記電池セパレータにおけるバインダーポリマーの含有量としては、1~70質量%が好ましく、5~60質量%がより好ましい。 The binder polymer content in the battery separator is preferably 1 to 70% by mass, more preferably 5 to 60% by mass.
上記電池セパレータは、上記無機化合物粒子100質量部に対してバインダーポリマーを1~67質量部含むことが好ましく、2~54質量部含むことがより好ましく、3~43質量部含むことが更に好ましい。 The battery separator preferably contains 1 to 67 parts by mass, more preferably 2 to 54 parts by mass, and even more preferably 3 to 43 parts by mass of the binder polymer with respect to 100 parts by mass of the inorganic compound particles.
上記電池セパレータにおける支持体としては、上述した「電気化学素子用隔膜」における支持体と同様のものを挙げることができる。
なかでも、上記電池セパレータにおける支持体の材料としては、ポリオレフィン系、ポリフェニレンサルファイド系、又はポリビニルアルコール系が好ましい。
Examples of the support in the battery separator include those similar to the support in the above-mentioned "separation membrane for electrochemical device".
Among them, polyolefin-based, polyphenylene sulfide-based, or polyvinyl alcohol-based materials are preferable as the material of the support in the battery separator.
上記電池セパレータにおいて、上記有機層は、上記支持体の一方の面に形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。また、上記有機層と上記支持体が一体化した複合体であってもよい。 In the battery separator, the organic layer may be formed on one surface of the support or may be formed on both surfaces. Also, a composite in which the organic layer and the support are integrated may be used.
上記電池セパレータの厚みは、10~1000μmが好ましく、15~800μmがより好ましく、20~500μmが更に好ましい。 The thickness of the battery separator is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 15 to 800 μm, even more preferably 20 to 500 μm.
上記電池セパレータを製造する方法としては、上述した「電気化学素子用隔膜」を製造する方法と同様の方法が挙げられる。 Examples of the method for producing the battery separator include the same method as the above-described method for producing the "electrochemical device diaphragm".
上記電池セパレータは、正極、負極、及び電解液を含んで構成される電池のセパレータとして好適に用いることができる。
上記正極は、一次電池や二次電池の正極活物質として通常用いられる活物質を含むものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。
正極の活物質としては、例えば、酸素(酸素が正極活物質となる場合、正極は、酸素の還元や水の酸化が可能なペロブスカイト型化合物、コバルト含有化合物、鉄含有化合物、銅含有化合物、マンガン含有化合物、バナジウム含有化合物、ニッケル含有化合物、イリジウム含有化合物、白金含有化合物;パラジウム含有化合物;金含有化合物;銀化合物;炭素含有化合物等より構成される空気極となる);オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト含有水酸化ニッケル等のニッケル含有化合物;二酸化マンガン等のマンガン含有化合物;酸化銀;コバルト酸リチウム等のリチウム含有化合物;鉄含有化合物;金属亜鉛や酸化亜鉛等の亜鉛種等が挙げられる。
The battery separator can be suitably used as a separator for a battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution.
The positive electrode is not particularly limited as long as it contains an active material normally used as a positive electrode active material for primary batteries and secondary batteries, and known materials can be used.
As the positive electrode active material, for example, oxygen (when oxygen is the positive electrode active material, the positive electrode is a perovskite compound capable of reducing oxygen or oxidizing water, a cobalt-containing compound, an iron-containing compound, a copper-containing compound, a manganese containing compound, vanadium-containing compound, nickel-containing compound, iridium-containing compound, platinum-containing compound; palladium-containing compound; gold-containing compound; silver compound; air electrode composed of carbon-containing compound, etc.); nickel oxyhydroxide, water nickel-containing compounds such as nickel oxide and cobalt-containing nickel hydroxide; manganese-containing compounds such as manganese dioxide; silver oxide; lithium-containing compounds such as lithium cobaltate; iron-containing compounds; be done.
上記負極は、一次電池や二次電池の負極活物質として通常用いられる活物質を含むものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。
上記負極の活物質としては、炭素、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、錫、シリコン含有材料等、電池の負極活物質として通常用いられるものを用いることができる。なかでも、セパレータの性能をより一層向上させることができる点で、亜鉛化合物が好ましい。
The negative electrode is not particularly limited as long as it contains an active material that is commonly used as a negative electrode active material for primary batteries and secondary batteries, and known materials can be used.
As the negative electrode active material, materials commonly used as negative electrode active materials for batteries, such as materials containing carbon, lithium, sodium, magnesium, zinc, nickel, tin, and silicon, can be used. Among them, a zinc compound is preferable because it can further improve the performance of the separator.
電池を構成する電極は、集電体上に活物質層を形成することで製造することができる。
電極を構成する集電体としては、(電解)銅箔、銅メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡銅、パンチング銅、真鍮等の銅合金、真鍮箔、真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡真鍮、パンチング真鍮、ニッケル箔、耐食性ニッケル、ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)、パンチングニッケル、金属亜鉛、耐食性金属亜鉛、亜鉛箔、亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)、(パンチング)鋼板、導電性を付与した不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等を添加した(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等によりメッキされた(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;銀;アルカリ(蓄)電池や空気亜鉛電池に集電体や容器として使用される材料等が挙げられる。
An electrode that constitutes a battery can be manufactured by forming an active material layer on a current collector.
Current collectors that make up the electrodes include (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, and punched brass. , nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), punching nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metallic zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel plate, non-woven fabric with conductivity; Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. added (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, perforated copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal ), foamed brass, perforated brass, nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), punched nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metallic zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel plate, non-woven fabric; Zn, Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. plated (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, perforated copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, perforated brass, nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), perforated nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metallic zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel plate, non-woven fabric silver; materials used as current collectors and containers in alkaline (storage) batteries and air zinc batteries;
電池を構成する電解液としては、電池の電解液として通常用いられるものであれば特に制限されず、例えば、水含有電解液、有機溶剤系電解液等が挙げられ、水含有電解液が好ましい。水含有電解液とは、水のみを電解液原料として使用する電解液(水系電解液)や、水に有機溶剤を加えた液を電解液原料として使用する電解液を指す。 The electrolyte that constitutes the battery is not particularly limited as long as it is commonly used as an electrolyte for batteries. The water-containing electrolytic solution refers to an electrolytic solution using only water as an electrolytic solution raw material (aqueous electrolytic solution) or an electrolytic solution using a liquid obtained by adding an organic solvent to water as an electrolytic solution raw material.
上記水系電解液としては、アルカリ性電解液が好ましい。アルカリ性電解液は、例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、硫酸亜鉛水溶液、硝酸亜鉛水溶液、リン酸亜鉛水溶液、酢酸亜鉛水溶液等が挙げられる。上記水系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。 An alkaline electrolyte is preferable as the aqueous electrolyte. Examples of alkaline electrolytes include potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, zinc sulfate aqueous solution, zinc nitrate aqueous solution, zinc phosphate aqueous solution, zinc acetate aqueous solution and the like. One or two or more of the aqueous electrolytes may be used.
また、上記水含有電解液は、有機溶剤系電解液に用いられる有機溶剤を含んでいてもよい。該有機溶剤としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ-ブチロラクトン、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、イオン性液体、フッ素含有カーボネート類、フッ素含有エーテル類、ポリエチレングリコール類、フッ素含有ポリエチレングリコール類等が挙げられる。上記有機溶剤系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。上記有機溶剤系電解液の電解質としては、特に制限はないが、LiPF6、LiBF4、LiB(CN)4、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)等が好ましい。 Moreover, the water-containing electrolytic solution may contain an organic solvent used in an organic solvent-based electrolytic solution. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, dimethoxymethane, diethoxymethane, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, diethoxyethane, dimethylsulfoxide, sulfolane, acetonitrile, Benzonitrile, ionic liquids, fluorine-containing carbonates, fluorine-containing ethers, polyethylene glycols, fluorine-containing polyethylene glycols, and the like. One or two or more of the above organic solvent-based electrolytic solutions can be used. The electrolyte of the organic solvent-based electrolyte is not particularly limited, but LiPF 6 , LiBF 4 , LiB(CN) 4 , lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ( LiTFSI) and the like are preferable.
有機溶剤系電解液を含む水含有電解液の場合、水系電解液と有機溶剤系電解液の合計100質量%に対して、水系電解液の含有量は、好ましくは10~99.9質量%、より好ましくは20~99.9質量%である。 In the case of a water-containing electrolyte containing an organic solvent-based electrolyte, the content of the aqueous electrolyte is preferably 10 to 99.9% by mass with respect to the total 100% by mass of the aqueous electrolyte and the organic solvent-based electrolyte. More preferably, it ranges from 20 to 99.9% by mass.
上記電池セパレータを適用することができる電池の形態は、一次電池;充放電が可能な二次電池(蓄電池);メカニカルチャージ方式の電池(亜鉛負極を機械的に交換する電池);第三極方式の電池(負極と、充電に適した電極と、放電に適した電極とを用いて構成される電池)、燃料電池等、いずれの形態であっても良いが、二次電池又は燃料電池が好ましい。
上記電池の種類は特に制限されないが、アルカリ乾電池、酸化銀電池、マンガン-亜鉛電池、ニッケル-亜鉛電池、燃料電池、空気電池等、アルカリ性電解液を使用する電池であることが好ましい。
The form of the battery to which the above battery separator can be applied is a primary battery; a secondary battery (storage battery) that can be charged and discharged; a mechanical charge type battery (a battery that mechanically replaces the zinc negative electrode); (battery composed of a negative electrode, an electrode suitable for charging, and an electrode suitable for discharging), a fuel cell, etc., but a secondary battery or a fuel cell is preferable. .
Although the type of the battery is not particularly limited, batteries using an alkaline electrolyte, such as alkaline dry batteries, silver oxide batteries, manganese-zinc batteries, nickel-zinc batteries, fuel cells, and air batteries, are preferred.
以上のとおり、本発明の電気化学素子用隔膜は、有機層と支持体との密着性に優れ、優れたガスバリア性を発揮する。また、長期のサイクル寿命にも優れる。本発明の電気化学素子用隔膜は、特にアルカリ水電解用隔膜や電池セパレータとして好適に使用される。 As described above, the electrochemical device diaphragm of the present invention exhibits excellent adhesion between the organic layer and the support, and exhibits excellent gas barrier properties. In addition, it is excellent in long-term cycle life. The diaphragm for an electrochemical device of the present invention is particularly suitable for use as a diaphragm for alkaline water electrolysis and a battery separator.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited only to these examples. Unless otherwise specified, "part" means "mass part" and "%" means "mass %".
<実施例1>
水酸化マグネシウム(協和化学工業社製、品番200-06H、平均粒子径0.54μm)とN-メチル-2-ピロリドン(和光純薬工業社製)を質量比1:1となるよう混合し、ジルコニアメディアボールを入れたポットミルにて、室温で6時間分散処理を行うことにより水酸化マグネシウム分散液を調製した。
ポリスルホン樹脂(BASF社製、品番ウルトラゾーンS3010)を30質量%の濃度で80~100℃にてN-メチル-2-ピロリドン(和光純薬工業社製)に熱溶解させることによりポリスルホン樹脂溶解液を調製した。
上記で得られた水酸化マグネシウム分散液とポリスルホン樹脂溶解液とを、水酸化マグネシウム100質量部に対してポリスルホン樹脂(PSU)が33質量部になるように計量し、自転公転ミキサー(シンキー社製、品番あわとり練太郎ARE-500)にて室温で1000rpmで約10分間混合した。得られた混合液を、SUSの200メッシュで濾過することで塗液(有機層形成材料)を得た。
PETフィルム上に、アプリケーターにて塗液を塗布し、その上に、フッ素ガスと亜硫酸ガスで処理したポリプロピレン不織布(炭素元素100atm%に対して酸素元素22.1atm%、フッ素元素8.3atm%、硫黄元素3.3atm%、厚み160μm)を接触させることで、不織布に塗液を完全に含浸させた。その後、塗液を含浸させた不織布を、室温にて10分間水浴させ、塗液を凝固させて膜を形成し、水中でPETフィルムから不織布ごと膜を剥離した。水浴後、得られた膜を、乾燥機にて80℃で、30分間乾燥し、不織布と水酸化マグネシウム及びポリスルホン樹脂を含む膜とが一体化した複合体からなる電気化学素子用隔膜を得た。なお、得られた隔膜の総厚みは300μmであった。
<Example 1>
Magnesium hydroxide (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., product number 200-06H, average particle size 0.54 μm) and N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are mixed so that the mass ratio is 1:1, A magnesium hydroxide dispersion was prepared by carrying out dispersion treatment at room temperature for 6 hours using a pot mill containing zirconia media balls.
A polysulfone resin solution is obtained by thermally dissolving a polysulfone resin (manufactured by BASF, product number Ultrason S3010) at a concentration of 30% by mass at 80 to 100°C in N-methyl-2-pyrrolidone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). was prepared.
The magnesium hydroxide dispersion and the polysulfone resin solution obtained above were weighed so that the polysulfone resin (PSU) was 33 parts by mass with respect to 100 parts by mass of magnesium hydroxide. , product number Awatori Mixer ARE-500) at room temperature at 1000 rpm for about 10 minutes. The resulting mixture was filtered through SUS 200 mesh to obtain a coating liquid (organic layer-forming material).
The coating liquid was applied on the PET film with an applicator, and a polypropylene nonwoven fabric treated with fluorine gas and sulfurous acid gas (22.1 atm% oxygen element, 8.3 atm% fluorine element, 8.3 atm% fluorine element, The nonwoven fabric was completely impregnated with the coating liquid by contacting the nonwoven fabric with a sulfur element of 3.3 atm% and a thickness of 160 µm. After that, the nonwoven fabric impregnated with the coating liquid was bathed in water at room temperature for 10 minutes to solidify the coating liquid to form a film, and the film was peeled from the PET film together with the nonwoven fabric in water. After the water bath, the resulting membrane was dried in a dryer at 80°C for 30 minutes to obtain a membrane for an electrochemical device composed of a composite integrated with the nonwoven fabric and the membrane containing magnesium hydroxide and polysulfone resin. . In addition, the total thickness of the obtained diaphragm was 300 μm.
(1.バブルポイント値の測定)
上記で得られた隔膜について、リキッドポロメーター(Porous Materials社製)を用いてバブルポイント値を測定した。具体的には、2.5cmφの隔膜をイオン交換水中に室温で1時間浸漬させて十分に湿潤させた後、フッ素系溶剤であるGalwick(Porous Materials社製)を隔膜上に満たした。隔膜に対するガス圧を昇圧させていき、水の液膜が破壊されて、Galwickが膜を透過して天秤でその重量を観測した時点のガス圧をバブルポイント値とした。上記隔膜のバブルポイント値は6.8barであった。
(1. Measurement of bubble point value)
The bubble point value of the diaphragm obtained above was measured using a liquid porometer (manufactured by Porous Materials). Specifically, a diaphragm of 2.5 cmφ was immersed in deionized water at room temperature for 1 hour to be sufficiently wet, and then the diaphragm was filled with Galwick (manufactured by Porous Materials), which is a fluorine-based solvent. The gas pressure against the diaphragm was increased, and the gas pressure at the time when the liquid film of water was broken, Galwick permeated the film, and the weight was observed with a balance was taken as the bubble point value. The bubble point value of the diaphragm was 6.8 bar.
(2.ニッケル水素電池の充放電サイクル試験)
水酸化ニッケル粉末(田中化学社製コバルトコート品)とポリフッ化ビニリデン(PVDF)樹脂(クレハ社製KFポリマー)を重量比95:5で混合しスラリー化した後、集電体として用いる発泡ニッケルに含浸させ、乾燥後に平板プレス機を用いてプレスしてニッケル正極を作成した。同様に水酸化ニッケル粉末の代わりに水素吸蔵合金粉末を用いて水素負極を作成した。上記で得られた隔膜をセパレータとして上記ニッケル正極と水素負極間に挿入し、電極サイズ2cm×2cmのニッケル水素電池を構成した。電解液として6MKOHを注液し、理論容量75mAhに対して1Cのレートで充放電サイクル試験を実施した。その結果、500サイクル経過後も問題なく電池駆動できた。
(2. Charge-discharge cycle test of nickel-metal hydride battery)
Nickel hydroxide powder (cobalt-coated product manufactured by Tanaka Chemical Co., Ltd.) and polyvinylidene fluoride (PVDF) resin (KF polymer manufactured by Kureha Co., Ltd.) were mixed at a weight ratio of 95:5 to form a slurry. After being impregnated and dried, it was pressed using a flat plate press to prepare a nickel positive electrode. Similarly, a hydrogen-absorbing alloy powder was used in place of the nickel hydroxide powder to produce a hydrogen negative electrode. The diaphragm obtained above was inserted as a separator between the nickel positive electrode and the hydrogen negative electrode to construct a nickel-metal hydride battery with an electrode size of 2 cm×2 cm. 6M KOH was injected as an electrolytic solution, and a charge/discharge cycle test was performed at a rate of 1C with respect to a theoretical capacity of 75mAh. As a result, the battery could be driven without problems even after 500 cycles.
(3.ニッケル亜鉛電池の充放電サイクル試験)
上記2.のニッケル水素電池において、水素吸蔵合金の代わりに酸化亜鉛粉末を用いて亜鉛負極を作成し、ニッケル亜鉛電池を構成したこと以外は、上記2.のニッケル水素電池と同様に、上記で得られた隔膜を電気化学素子用セパレータとして用い、同様の条件で充放電サイクル試験を実施した。その結果、200サイクルのサイクル寿命を観測した。
(3. Charge-discharge cycle test of nickel-zinc battery)
2. above. In the nickel-metal hydride battery of 2. above, except that zinc oxide powder was used in place of the hydrogen-absorbing alloy to form a zinc negative electrode, thereby constructing a nickel-zinc battery. Using the diaphragm obtained above as a separator for an electrochemical device in the same manner as in the nickel-hydrogen battery of No. 1, a charge-discharge cycle test was performed under the same conditions. As a result, a cycle life of 200 cycles was observed.
<実施例2>
支持体として、不織布をフッ素ガスと亜硫酸ガスで親水化処理したポリプロピレン不織布(炭素元素100atm%に対して酸素元素10.4atm%、フッ素元素3.9atm%、硫黄元素0.8atm%、厚み90μm)を使用した以外は実施例1と同様の方法で、電気化学素子用隔膜(総厚み300μm)を作製し、同様に評価を行った。得られた隔膜のバブルポイント値は5.1barであった。ニッケル亜鉛電池の充放電サイクル試験では400サイクルのサイクル寿命を観測した。
<Example 2>
As a support, a polypropylene nonwoven fabric obtained by hydrophilizing a nonwoven fabric with fluorine gas and sulfurous acid gas (10.4 atm% oxygen element, 3.9 atm% fluorine element, 0.8 atm% sulfur element, thickness 90 μm with respect to 100 atm% carbon element) A diaphragm for an electrochemical device (total thickness: 300 µm) was produced in the same manner as in Example 1 except that the was used, and was evaluated in the same manner. The resulting diaphragm had a bubble point value of 5.1 bar. A cycle life of 400 cycles was observed in the charge-discharge cycle test of the nickel-zinc battery.
<実施例3>
支持体として、不織布を繊維油剤で表面処理したポリフェニレンサルファイド不織布(炭素元素100atm%に対して酸素元素12.1atm%、硫黄元素12.6atm%、厚み220μm)を使用した以外は実施例1と同様の方法で、電気化学素子用隔膜(総厚み300μm)を作製し、同様に評価を行った。得られた隔膜のバブルポイント値は7.2barであった。ニッケル亜鉛電池の充放電サイクル試験では220サイクルのサイクル寿命を観測した。
<Example 3>
The same as in Example 1, except that a polyphenylene sulfide nonwoven fabric surface-treated with a textile oil (12.1 atm% oxygen, 12.6 atm% sulfur, 220 μm in thickness with respect to 100 atm% carbon) was used as the support. A diaphragm for an electrochemical device (total thickness: 300 μm) was prepared by the method of No. 2 and evaluated in the same manner. The resulting diaphragm had a bubble point value of 7.2 bar. A cycle life of 220 cycles was observed in the charge-discharge cycle test of the nickel-zinc battery.
<実施例4>
支持体として、不織布を界面活性剤で表面処理したポリフェニレンサルファイド不織布(炭素元素100atm%に対して酸素元素29.9atm%、硫黄元素4.0atm%、厚み160μm)を使用した以外は実施例1と同様の方法で、電気化学素子用隔膜(総厚み300μm)を作製し、同様に評価を行った。得られた隔膜のバブルポイント値は6.5barであった。ニッケル亜鉛電池の充放電サイクル試験では190サイクルのサイクル寿命を観測した。
<Example 4>
As the support, a polyphenylene sulfide nonwoven fabric surface-treated with a surfactant (29.9 atm% oxygen element, 4.0 atm% sulfur element, 160 μm thick with respect to 100 atm% carbon element) was used as in Example 1. A diaphragm for an electrochemical device (total thickness: 300 μm) was produced in the same manner and evaluated in the same manner. The resulting diaphragm had a bubble point value of 6.5 bar. A cycle life of 190 cycles was observed in the charge-discharge cycle test of the nickel-zinc battery.
<実施例5>
水酸化マグネシウム粒子(協和化学工業社製、品番200-06H、平均粒子径0.54μm)100質量部、ポリアクリル酸塩水溶液(不揮発分40%)3質量部及びイオン交換水42質量部を計り取り、サンドミルを用いて1時間分散処理した後、ろ過を行い、水酸化マグネシウム粒子水分散液を得た。
得られた水酸化マグネシウム粒子水分散液50質量部、カルボキシ変性スチレン-ブタジエン系ポリマー水分散液(不揮発分:48%、日本エイアンドエル社製ナルスターSR-152)33質量部を計り取り、混合した後、ろ過及び真空脱泡を行い、有機層形成材料を得た。
得られた有機層形成材料を、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に、乾燥時の有機層形成材料の秤量値が9.0mg/cm2となるようにコンマコーターにて塗工し、その上に親水化処理したポリプロピレン不織布(炭素元素100atm%に対して酸素元素20.9atm%、フッ素元素10.2atm%、硫黄元素3.9atm%、厚み160μm)を接触させた後、乾燥し、PETフィルムから不織布ごと塗膜を剥離することにより、不織布と塗膜が一体化した電気化学素子用隔膜を得た。得られた隔膜について、実施例1と同様に評価を行った。得られた隔膜のバブルポイント値は8.5barであった。また、ニッケル亜鉛電池の充放電サイクル試験では170サイクル寿命を観測した。
<Example 5>
Magnesium hydroxide particles (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., product number 200-06H, average particle size 0.54 μm) 100 parts by weight, polyacrylate aqueous solution (40% non-volatile content) 3 parts by weight and ion-exchanged water 42 parts by weight After taking it out and dispersing it for 1 hour using a sand mill, it was filtered to obtain an aqueous dispersion of magnesium hydroxide particles.
After measuring 50 parts by mass of the resulting magnesium hydroxide particle aqueous dispersion and 33 parts by mass of a carboxy-modified styrene-butadiene polymer aqueous dispersion (non-volatile content: 48%, Nalstar SR-152 manufactured by Nippon A&L Co., Ltd.) and mixing , filtration and vacuum defoaming were performed to obtain an organic layer-forming material.
The resulting organic layer-forming material was coated on a polyethylene terephthalate (PET) film with a comma coater so that the weight of the organic layer-forming material when dry was 9.0 mg/cm 2 . After contact with a hydrophilic polypropylene nonwoven fabric (20.9 atm% oxygen element, 10.2 atm% fluorine element, 3.9 atm% sulfur element, thickness 160 μm with respect to 100 atm% carbon element), it is dried and removed from the PET film. By peeling off the coating film together with the nonwoven fabric, an electrochemical device membrane in which the nonwoven fabric and the coating film are integrated was obtained. The resulting diaphragm was evaluated in the same manner as in Example 1. The resulting diaphragm had a bubble point value of 8.5 bar. Also, in the charge/discharge cycle test of the nickel-zinc battery, 170 cycle life was observed.
<実施例6>
無機粒子としてハイドロタルサイト(協和化学工業社製、品番DHT-6、平均粒子径0.20μm)を使用した以外は実施例5と同様の方法でハイドロタルサイト水分散液を得た。このハイドロタルサイト水分散液50質量部と、実施例5と同様の方法で調製したカルボキシ変性スチレン-ブタジエン系ポリマー水分散液(不揮発分:48%)21質量部とを使用して有機層形成材料を得た以外は実施例5と同様の方法で電気化学素子用隔膜を得た。得られた隔膜について、実施例1と同様の評価を行った。得られた隔膜のバブルポイント値は7.5barであった。また、ニッケル亜鉛電池の充放電サイクル試験では220サイクルのサイクル寿命を観測した。
<Example 6>
An aqueous hydrotalcite dispersion was obtained in the same manner as in Example 5, except that hydrotalcite (manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., product number DHT-6, average particle size 0.20 μm) was used as the inorganic particles. An organic layer was formed using 50 parts by mass of this hydrotalcite aqueous dispersion and 21 parts by mass of a carboxy-modified styrene-butadiene polymer aqueous dispersion (non-volatile content: 48%) prepared in the same manner as in Example 5. A diaphragm for an electrochemical device was obtained in the same manner as in Example 5 except that the materials were obtained. The obtained diaphragm was evaluated in the same manner as in Example 1. The resulting diaphragm had a bubble point value of 7.5 bar. In addition, a cycle life of 220 cycles was observed in the charge-discharge cycle test of the nickel-zinc battery.
<比較例1>
支持体として親水処理していないポリプロピレン不織布(炭素元素100%に対して酸素元素1atm%以下、厚み380μm)を使用した以外は実施例1と同様の方法で電気化学素子用隔膜(総厚み400μm)を得た。得られた隔膜について、実施例1と同様の評価を行った。得られた隔膜のバブルポイント値は0.4barであった。ニッケル水素電池及びニッケル亜鉛電池の充放電サイクル試験ではいずれも50サイクル未満のサイクル寿命であった。
<Comparative Example 1>
A diaphragm for an electrochemical element (total thickness: 400 μm) was prepared in the same manner as in Example 1, except that a non-hydrophilized polypropylene nonwoven fabric (1 atm% or less oxygen element relative to 100% carbon element, thickness: 380 μm) was used as the support. got The obtained diaphragm was evaluated in the same manner as in Example 1. The resulting diaphragm had a bubble point value of 0.4 bar. In the charge/discharge cycle test of the nickel-metal hydride battery and the nickel-zinc battery, both had cycle lives of less than 50 cycles.
以上の結果より、実施例1~6の電気化学素子用隔膜は、比較例1の隔膜と比較して、バブルポイント値が非常に高く、ガスバリア性に優れることが認められた。また、実施例1~6の電気化学素子用隔膜は、比較例1の隔膜と比較して、サイクル寿命が非常に長く、信頼性に優れることが認められた。 From the above results, it was confirmed that the diaphragms for electrochemical devices of Examples 1 to 6 had extremely high bubble point values and excellent gas barrier properties as compared with the diaphragm of Comparative Example 1. Further, it was confirmed that the diaphragms for electrochemical devices of Examples 1 to 6 had a very long cycle life and excellent reliability as compared with the diaphragm of Comparative Example 1.
Claims (3)
該有機層は、更に無機化合物粒子を含み、
該バインダーポリマーは、芳香族炭化水素基含有ポリマーであり、
該有機層は、該無機化合物粒子100質量部に対して、該バインダーポリマーを22質量部以上67質量部以下含み、
該支持体は、親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体であり、
該親水性官能基は、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、フッ化カルボニル基、リン酸基、アミド基、アルキレンオキシド基、又は、フェノール基であり、
該炭化水素系多孔質体は、ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド、及び、ポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも1種の炭化水素系ポリマーからなり、
該親水性官能基を有する炭化水素系多孔質体は、X線光電子分光法(ESCA)によって測定される元素濃度において、炭素元素100atm%に対する酸素元素濃度が10atm%以上である
ことを特徴とする電気化学素子用隔膜。 A diaphragm for an electrochemical device comprising an organic layer containing a binder polymer and a support,
The organic layer further contains inorganic compound particles,
The binder polymer is an aromatic hydrocarbon group-containing polymer,
The organic layer contains 22 parts by mass or more and 67 parts by mass or less of the binder polymer with respect to 100 parts by mass of the inorganic compound particles,
The support is a hydrocarbon-based porous body having a hydrophilic functional group,
The hydrophilic functional group is a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a carbonyl fluoride group, a phosphoric acid group, an amide group, an alkylene oxide group, or a phenol group,
The hydrocarbon-based porous body comprises at least one hydrocarbon-based polymer selected from the group consisting of polyolefin, polyphenylene sulfide, and polyvinyl alcohol,
The hydrocarbon-based porous body having the hydrophilic functional group is characterized by having an oxygen element concentration of 10 atm % or more with respect to 100 atm % of carbon element in the element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). Diaphragms for electrochemical devices.
The hydrocarbon-based porous material having a hydrophilic functional group further has a fluorine element concentration of 3.5 atm% or more with respect to 100 atm% of carbon element in the element concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). 3. The diaphragm for an electrochemical device according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018068644A JP7195751B2 (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Membrane for electrochemical device and use thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018068644A JP7195751B2 (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Membrane for electrochemical device and use thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019179678A JP2019179678A (en) | 2019-10-17 |
JP7195751B2 true JP7195751B2 (en) | 2022-12-26 |
Family
ID=68278870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018068644A Active JP7195751B2 (en) | 2018-03-30 | 2018-03-30 | Membrane for electrochemical device and use thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7195751B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7365748B2 (en) * | 2019-12-10 | 2023-10-20 | 株式会社日本触媒 | Manufacturing method of diaphragm for alkaline water electrolysis |
CN111613756B (en) * | 2020-06-15 | 2023-07-25 | 泰州衡川新能源材料科技有限公司 | Processing technology of high-wettability diaphragm |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001250529A (en) | 2000-03-03 | 2001-09-14 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Alkaline secondary battery |
JP2002198026A (en) | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Japan Vilene Co Ltd | Separator for cell, and manufacturing method of the same |
JP2005310444A (en) | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Daiwabo Co Ltd | Separator material and its manufacturing method |
WO2013151134A1 (en) | 2012-04-04 | 2013-10-10 | 旭化成せんい株式会社 | Separator |
JP2014207059A (en) | 2013-04-10 | 2014-10-30 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary battery |
JP2016181439A (en) | 2015-03-24 | 2016-10-13 | 帝人株式会社 | Separator for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery |
JP2017183229A (en) | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 旭化成株式会社 | Separator for power storage device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10101830A (en) * | 1996-08-07 | 1998-04-21 | Mitsubishi Chem Corp | Surface treatment of polyolefin-based resin molded form |
-
2018
- 2018-03-30 JP JP2018068644A patent/JP7195751B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001250529A (en) | 2000-03-03 | 2001-09-14 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Alkaline secondary battery |
JP2002198026A (en) | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Japan Vilene Co Ltd | Separator for cell, and manufacturing method of the same |
JP2005310444A (en) | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Daiwabo Co Ltd | Separator material and its manufacturing method |
WO2013151134A1 (en) | 2012-04-04 | 2013-10-10 | 旭化成せんい株式会社 | Separator |
JP2014207059A (en) | 2013-04-10 | 2014-10-30 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary battery |
JP2016181439A (en) | 2015-03-24 | 2016-10-13 | 帝人株式会社 | Separator for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery |
JP2017183229A (en) | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 旭化成株式会社 | Separator for power storage device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019179678A (en) | 2019-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12040507B2 (en) | Composite lithium battery separator and preparation method therefor | |
EP3054502B1 (en) | Separator for electricity storage device and electricity storage device | |
JP4687833B2 (en) | Binder composition for secondary battery electrode and method for producing the same | |
JP7100514B2 (en) | Inorganic-organic composite membrane and diaphragm for electrochemical devices | |
EP3306706B1 (en) | Anion conducting membrane | |
EP3007252B1 (en) | Slurry composition for lithium-ion secondary battery positive electrode, production method for lithium-ion secondary battery positive electrode, lithium-ion secondary battery positive electrode, and lithium-ion secondary battery | |
CN111540868A (en) | Preparation method and application of two-dimensional manganese dioxide modified polypropylene diaphragm | |
JP7195751B2 (en) | Membrane for electrochemical device and use thereof | |
JP2020077618A (en) | Porous film, separator for secondary battery, and secondary battery | |
WO2017033431A1 (en) | Nonaqueous secondary battery functional layer composition, nonaqueous secondary battery functional layer, and nonaqueous secondary battery | |
JP4986465B2 (en) | Nickel metal hydride storage battery | |
JP2019008884A (en) | Slurry for pattern coating | |
JP6718258B2 (en) | Anion conducting membrane | |
JP6956003B2 (en) | Separator for electrochemical elements | |
JP2010003614A (en) | Manufacturing method of current collector for electrode | |
JP2018073618A (en) | Separator | |
JP7214305B2 (en) | Separator for electrochemical element and electrochemical element | |
JP6955995B2 (en) | Separator for electrochemical elements | |
JP2019046683A (en) | Composition for electrochemical element separator | |
CN111755648A (en) | Asymmetric coating composite diaphragm and preparation method and application thereof | |
JP6955438B2 (en) | Separator for electrochemical elements | |
JP2019091586A (en) | Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP7011934B2 (en) | Separator for electrochemical elements | |
US20230268483A1 (en) | Organic sublimable material-assisted electrodes | |
JP2018073619A (en) | Separator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201204 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211019 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211102 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220308 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220427 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220913 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221214 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7195751 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |