JP7202400B2 - リチウムイオン電池用塗布液、リチウムイオン電池セパレータ及びリチウムイオン電池 - Google Patents

リチウムイオン電池用塗布液、リチウムイオン電池セパレータ及びリチウムイオン電池 Download PDF

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Description

本開示は、リチウムイオン電池の技術分野に属し、具体的に、リチウムイオン電池用塗布液、リチウムイオン電池セパレータ及びリチウムイオン電池に関する。
リチウムイオン電池は、比エネルギーが大きく、作動電圧が高く、サイクル寿命が長く、メモリ効果がなく、自己放電が小さく、無公害などの利点を有するため、携帯電話、ビデオカメラ、ノートパソコンなどの携帯型電子機器に広く応用され、さらに電動自動車、航空、軍事及び大量エネルギ蓄積機器の電源の候補として利用される。リチウムイオン電池の発展に伴い、電池の容量、耐高温耐低温性能及びサイクル寿命などに対する要求がますます高くなる。現在、リチウムイオン電池は、広く使用される二次電池である。
リチウムイオン電池は、主に正極材料、負極材料、セパレータ、電解液の４種の材料により構成される。セパレータは、重要な一構成部分として、リチウムイオン電池の性能に対して重要な役割を果たしている。セパレータ（ｂａｔｔｅｒｙ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）は、電池の正極と負極との間のセパレータ材料の層を指し、通常、電池用セパレータと称する。電池用セパレータの主な役割は、正極と負極を隔離して、電池における電子が自由に通ることを阻止するとともに、電解液におけるイオンを正負極間に自由に通らせることである。
電池用セパレータのイオン伝導能力が電池全体の性能に直接関わっている。正負極に対する隔離により、電池が過充電され又は温度が上昇する場合に電流の上昇を抑え、電池の短絡に起因した爆発を防止することができ、さらに、微細孔閉塞による保護作用を有し、電池の利用者や設備に対して安全保護の役割を果たしている。
ポリオレフィン材料が低価で、良好な機械強度及び化学的安定性を有し、総合性能が優れ、低コスト等の利点を有するため、微多孔質セパレータとして広く使用される。しかし、熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性が良くないため、電池でのさらなる応用が制限される。
目的は、従来のセパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性が悪い問題を効果的に解決することにある。
本開示に係るリチウムイオン電池用塗布液、リチウムイオン電池セパレータ及びリチウムイオン電池によって、上記の従来の技術的問題及び欠陥を解消できる。本開示は、ナノワイヤ、セラミック粉末及び接着剤などを混合させてなる塗布液をセパレータ本体の表面に塗布して硬化させることによって、セパレータ本体と前記セパレータ本体に載置される塗布層からなるリチウムイオン電池セパレータが得られる。該リチウムイオン電池セパレータは、良好な熱安定性、突き刺し強度、電解液の濡れ性及び機械強度などを有する。これによって、従来のセパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性が悪い問題を効果的に解決した。
本開示に係るリチウムイオン電池セパレータ用塗布液は、ナノワイヤ、セラミック粉末、接着剤及び溶剤を含み、前記ナノワイヤは、ナノセルロース、炭素ナノチューブ、銀ナノワイヤ、炭化ホウ素ナノワイヤ、水酸化銅ナノワイヤ、アラミドナノファイバー、一酸化ケイ素ナノワイヤ及びハイドロキシアパタイトナノワイヤのうちの少なくとも１つであり、前記ナノワイヤは、その直径が１～１００ｎｍであり、その長さが０．１～１００μｍである。
１つ又は複数の実施形態において、前記セラミック粉末は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、ベーマイト及びパリゴルスカイトのうちの少なくとも１つであり、前記セラミック粉末の粒径が５～１０００ｎｍである。
本開示に係るリチウムイオン電池セパレータ用塗布液は、ナノワイヤ、セラミック粉末、接着剤及び溶剤を含み、前記ナノワイヤは、ナノセルロース、炭素ナノチューブ、銀ナノワイヤ、炭化ホウ素ナノワイヤ、水酸化銅ナノワイヤ、アラミドナノファイバー、一酸化ケイ素ナノワイヤ及びハイドロキシアパタイトナノワイヤのうちの少なくとも１つであり、前記ナノワイヤは、その直径が１～１００ｎｍであり、その長さが０．１～１００μｍであり、前記セラミック粉末は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、ベーマイト及びパリゴルスカイトのうちの少なくとも１つであり、前記セラミック粉末の粒径が５～１０００ｎｍである。
１つ又は複数の実施形態において、前記セラミック粉末と前記ナノワイヤとの質量比は、（０．１～５）：１である。
１つ又は複数の実施形態において、前記溶剤の質量に対する前記ナノワイヤの質量の割合は、１～３０％である。
１つ又は複数の実施形態において、前記溶剤の質量に対する前記接着剤の質量の割合は、１～５０％である。
１つ又は複数の実施形態において、前記セラミック粉末と前記ナノワイヤとの質量比は、（０．１～５）：１であり、前記溶剤の質量に対する前記ナノワイヤの質量の割合は、１～３０％であり、前記溶剤の質量に対する前記接着剤の質量の割合は、１～５０％である。
１つ又は複数の実施形態において、前記塗布液の原料は、さらに補助剤を含み、前記溶剤の質量に対する前記補助剤の質量の割合は、０．０１～３％である。
１つ又は複数の実施形態において、前記接着剤は、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピロリドン及びポリイミドのうちの少なくとも１つである。
１つ又は複数の実施形態において、前記溶剤は、水、エタノール、アセトン及びＮ－メチルピロリドンのうちの少なくとも１つを含む。
１つ又は複数の実施形態において、前記接着剤は、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピロリドン及びポリイミドのうちの少なくとも１つであり、前記溶剤は、水、エタノール、アセトン及びＮ－メチルピロリドンのうちの少なくとも１つを含む。
１つ又は複数の実施形態において、前記補助剤は、ペルフルオロアルキル基エトキシ基アルコールエーテル、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテル、ブチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ヒドロキシエチル硫酸ナトリウム及びラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも１つである。
本開示に係るリチウムイオン電池セパレータは、セパレータ本体と前記セパレータ本体に載置される塗布層とを有し、前記塗布層は、上記の塗布液を前記セパレータ本体の少なくとも一側の表面に塗布して硬化させてなるものである。
１つ又は複数の実施形態において、前記塗布は、ディップコート、スプレーコート、スピンコート又はドクターブレードコートである。
１つ又は複数の実施形態において、前記セパレータ本体は、ポリプロピレン微多孔フィルム、ポリエチレン微多孔フィルム又はポリプロピレン／ポリエチレン微多孔フィルムである。
１つ又は複数の実施形態において、前記セパレータ本体の厚さが３～２０μｍである。
１つ又は複数の実施形態において、前記セパレータ本体は、ポリプロピレン微多孔フィルム、ポリエチレン微多孔フィルム又はポリプロピレン／ポリエチレン微多孔フィルムであり、前記セパレータ本体の厚さが３～２０μｍである。
１つ又は複数の実施形態において、前記塗布層の厚さが０．０１～１μｍである。
本開示に係るリチウムイオン電池は、上記のリチウムイオン電池セパレータを有する。
従来の技術に比べて、本開示に係るリチウムイオン電池用塗布液、リチウムイオン電池セパレータ及びリチウムイオン電池は、以下の有益な効果を有する。
本開示は、ナノワイヤ、セラミック粉末及び接着剤などを混合させてなる塗布液をセパレータ本体の表面に塗布して硬化させることによって、セパレータ本体と前記セパレータ本体に載置される塗布層からなるリチウムイオン電池セパレータが得られる。該リチウムイオン電池セパレータは、良好な熱安定性、突き刺し強度、電解液の濡れ性及び機械強度などを有する。これによって、従来のセパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性が悪い問題を解決した。さらに、該リチウムイオン電池セパレータの塗布層の材料は、ナノワイヤとセラミック粉末を使用するので、塗布層が厚くなることに起因するセパレータ全体の厚さ及び重量の増加を抑えることができる。これによって、リチウムイオン電池セパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性を良好に保つとともに、厚さと重量の増加を抑えることができる。
本開示を簡単及び十分に理解させるため、以下、実施例を利用して本開示の技術案及びその詳細を説明する。
なお、本開示は、ここでの説明と異なるその他の多くの方式で実施されることが可能であり、当業者が本開示の主旨を逸脱しない範囲内で類似の改良を行うことができるので、本開示は、以下で開示された具体的な実施形態に限定されない。特に断りがない限り、本明細書で用いられるすべての技術用語及び科学用語は、本開示が属する分野の一般的な技術者の通常の理解と同様の意味を有する。矛盾があった場合、本明細書での定義に準ずる。
例えば、本明細書に使用される用語は、以下のように理解される。
「により製造される」の表現は、「含む」と異なる。本明細書に使用される「含む」、「有する」、「備える」、「含有する」という用語、又はそれらの他のいずれのバリエーションは、非排除的包含を意味する。例えば、挙げられた要素を含む組成物、ステップ、方法、製品又は装置は、これらの要素だけでなく、明確に挙げられていないその他の要素又はそれらの組成物、ステップ、方法、製品又は装置における固有の要素を含んでもよい。
接続詞である「からなる」は、指定されていない要素、ステップ又は組成を排除するものである。当該文言は、請求項に使用される場合、請求項が閉鎖式になり、関係する一般不純物を除き、説明した材料以外の材料を含まないと意味している。「からなる」という文言は、請求項主体に付けるのではなく請求項主体のうちの一節に付ける場合、当該節に説明した要素しか限定せず、その他の要素が請求項全体から排除するものにならない。
量、濃度、又はその他の値やパラメータが、範囲、好ましい範囲、又は一連の好ましい上限値及び好ましい下限値で限定される範囲により表される場合、任意範囲の上限又は好ましい値と任意範囲の下限または好ましい値とからなる範囲は、個別に開示されたかにも関わらず、上記の値を任意に組み合わせたすべての範囲が具体的に開示されたと理解すべきである。例えば、「１～５」という範囲が開示された場合、説明された範囲は、「１～４」、「１～３」、「１～２」、「１～２と４～５」、「１～３と５」を含むと解釈される。本明細書で説明される数値範囲は、特に断りがない限り、臨界値及び該範囲にある全ての整数と分数を含む。
「及び/又は」という文言は、説明される状況のうちの一方又は両方が発生する可能性があると意味し、例えば、「Ａ及び/又はＢ」という文言は、「Ａ及びＢ」及び「Ａ又はＢ」を表す。
リチウムイオン電池セパレータ用塗布液は、ナノワイヤ、セラミック粉末、接着剤及び溶剤を含む。
なお、前記ナノワイヤの長さと直径の比は、５０より大きくする必要がある。例えば、ナノワイヤの長さと直径の比は、１００、５００、１０００、８０００又は１００００などであってもよい。前記ナノワイヤの直径は、１～１００ｎｍであり、例えば１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍ又は１００ｎｍなどである。前記ナノワイヤの長さは、０．１～１００μｍであり、例えば０．１μｍ、０．５μｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、８０μｍ又は１００μｍなどである。
前記ナノワイヤは、ナノセルロース、炭素ナノチューブ、銀ナノワイヤ、炭化ホウ素ナノワイヤ、水酸化銅ナノワイヤ、アラミドナノファイバー、一酸化ケイ素ナノワイヤ及びハイドロキシアパタイトナノワイヤのうちの少なくとも１つである。
前記セラミック粉末は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、ベーマイト及びパリゴルスカイトのうちの少なくとも１つである。前記セラミック粉末の粒径は、５～１０００ｎｍであり、例えば５ｎｍ、１０ｎｍ、５０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、８００ｎｍ又は１０００ｎｍなどである。
１つ又は複数の実施形態において、前記セラミック粉末と前記ナノワイヤとの質量比は、（０．１～５）：１であり、例えば０．１：１、０．５：１、１：１、２：１、３：１、４：１又は５：１などである。前記溶剤の質量に対する前記ナノワイヤの質量の割合は、１～３０％であり、例えば１％、５％、８％、１０％、１５％、２０％、２５％又は３０％などである。前記溶剤の質量に対する前記接着剤の質量の割合は、１～５０％であり、例えば１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％又は５０％などである。
１つ又は複数の実施形態において、前記塗布液は、さらに補助剤を含む。前記溶剤の質量に対する前記補助剤の質量の割合は、０．０１～３％であり、例えば０．０１％、０．０５％、０．１％、０．５％、１％、１．５％、２％、２．５％又は３％などである。
塗布液に補助剤を加えることによって、ポリオレフィン微多孔フィルムのようなベースフィルムの表面における塗布液の表面張力を改善することができる。
１つ又は複数の実施形態において、前記接着剤は、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピロリドン及びポリイミドのうちの少なくとも１つである。前記溶剤は、水、エタノール、アセトン及びＮ－メチルピロリドンのうちの少なくとも１つである。
１つ又は複数の実施形態において、前記補助剤は、ペルフルオロアルキル基エトキシ基アルコールエーテル（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｙｌ ｅｔｈｏｘｙ ａｌｃｏｈｏｌ ｅｔｈｅｒ、Ｒｆ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＨ）、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテル、ブチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ヒドロキシエチル硫酸ナトリウム及びラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも１つである。
本開示は、さらに、上記の塗布液の原料を均一に混合する製造方法を提供する。
１つ又は複数の実施形態において、前記製造方法は、先に長いナノワイヤと短いナノワイヤを溶剤に分散し、攪拌又は超音波で均一に混合し、さらに接着剤を加え、引き続き攪拌又は超音波で均一に混合して塗布液を得た。さらに、接着剤を加えた後、補助剤を加えてもよい。
本開示は、さらに、リチウムイオン電池セパレータを提供する。リチウムイオン電池セパレータは、セパレータ本体と前記セパレータ本体に載置される塗布層とを有し、前記塗布層は、上記の塗布液を前記セパレータ本体の少なくとも一側に塗布して硬化させてなるものである。
１つ又は複数の実施形態において、前記塗布は、ディップコート、スプレーコート、スピンコート、ロールコート又はドクターブレードコートなどを利用することが可能である。前記硬化は、放射線硬化、ＵＶ硬化又はオーブンによる加熱乾燥硬化を利用することが可能である。好ましくは、前記硬化の温度は、４０℃～１００℃であり、例えば４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃又は１００℃などである。前記硬化の時間は、５～１２０ｓであり、例えば５ｓ、１０ｓ、３０ｓ、５０ｓ、８０ｓ、１００ｓ又は１２０ｓなどである。
なお、上記塗布層は、塗布液をセパレータ本体の一表面（電極に向かう面）又はセパレータ本体の両面（両側の電極に向かう両面）に塗布して硬化させてなるものであってもよく、必要に応じて選択可能なものである。
１つ又は複数の実施形態において、前記セパレータ本体は、ポリプロピレン微多孔フィルム、ポリエチレン微多孔フィルム又はポリプロピレン/ポリエチレン微多孔フィルム（ポリプロピレン層及びポリエチレン層からなる多層微多孔複合フィルム）である。なお、上記ポリプロピレン微多孔フィルム、ポリエチレン微多孔フィルム又はポリプロピレン/ポリエチレン微多孔フィルムは、いずれも市販のものであり、例えば、乾式延伸で製造することができる。
１つ又は複数の実施形態において、前記セパレータ本体の厚さは、３～２０μｍであり、例えば３μｍ、５μｍ、８μｍ、１０μｍ、１２μｍ、１５μｍ、１８μｍ又は２０μｍなどである。
１つ又は複数の実施形態において、前記塗布層の厚さは、０．０１～１μｍであり、例えば０．０１μｍ、０．０５μｍ、０．０８μｍ、０．１μｍ、０．３μｍ、０．５μｍ、０．８μｍ又は１μｍなどである。
塗布液におけるナノワイヤは、塗布層の骨格となり、これによって良好な機械強度を有するセパレータが得られる。セラミック粉末を加えることによって、さらに、良好な突き刺し強度及び電解液の濡れ性を有するセパレータが得られる。
本開示は、ナノワイヤ、セラミック粉末及び接着剤などを混合させてなる塗布液をセパレータ本体の表面に塗布して硬化させることによって、セパレータ本体と前記セパレータ本体に載置される塗布層からなるリチウムイオン電池セパレータが得られる。該リチウムイオン電池セパレータは、良好な熱安定性、突き刺し強度、電解液の濡れ性及び機械強度などを有する。これによって、従来のセパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性が悪い問題を解決した。さらに、該リチウムイオン電池セパレータの塗布層の材料は、ナノワイヤとセラミック粉末を使用するので、塗布層が厚くなることに起因するセパレータ全体の厚さ及び重量の増加を抑えることができる。これによって、リチウムイオン電池セパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性を良好に保つとともに、厚さと重量の増加を抑えることができる。
本開示は、さらにリチウムイオン電池を提供し、前記リチウムイオン電池は、上記のリチウムイオン電池セパレータを有する。
本開示を理解させるために、以下、実施例を参照しながら本開示の技術案を説明する。なお、本開示において、以下の実施例を用いて、本開示の詳細な設備及びプロセスを説明するが、本開示が以下の詳細な設備及びプロセスに限定されない。つまり、本開示は、以下の詳細な設備及びプロセスのみによって実施可能であると理解すべきではない。本開示の如何なる改良、本開示の製品の各原料の均等置換、補助成分の追加、実施形態の適当な選択などは、いずれも本開示の保護範囲及び開示範囲内に属する。
実施例
実施例１
（１）２７部のセラミック粉末及び３０部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散して均一に攪拌混合し、さらに混合液に５０部のスチレンブタジエンゴムを加え、引き続き均一に攪拌混合して、塗布液を得た。そのうち、ナノワイヤは、直径が１～１００ｎｍであり且つ長さが０．１～１００μｍである炭素ナノチューブであり、セラミック粉末は、粒径が１００ｎｍであるパリゴルスカイトである。
（２）ステップ（１）で製造された塗布液をスプレーコートで均一にポリエチレン微多孔フィルムの一側の表面に塗布し、７０℃の温度下で５０ｓ硬化させ、さらに室温まで冷却して、ポリエチレン微多孔フィルムとポリエチレン微多孔フィルムの表面に載置された塗布層とからなるリチウムイオン電池セパレータを得た。そのうち、ポリエチレン微多孔フィルムの厚さが２０μｍであり、塗布層の厚さが０．０５μｍである。
実施例２
（１）７．５部のセラミック粉末及び１５部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散して均一に攪拌混合し、さらに混合液に２５部のポリビニルアルコールを加え、引き続き均一に攪拌混合して、塗布液を得た。そのうち、ナノワイヤは、直径が１～１００ｎｍであり且つ長さが０．１～１００μｍであるナノセルロースであり、セラミック粉末は、粒径が５００ｎｍである酸化アルミニウムである。
（２）ステップ（１）で製造された塗布液をスプレーコートで均一にポリエチレン微多孔フィルムの一側の表面に塗布し、４０℃の温度下で１２０ｓ硬化させ、さらに室温まで冷却して、ポリエチレン微多孔フィルムとポリエチレン微多孔フィルムの表面に載置された塗布層とからなるリチウムイオン電池セパレータを得た。そのうち、ポリエチレン微多孔フィルムの厚さが１０μｍであり、塗布層の厚さが０．３μｍである。
実施例３
（１）１部の長いナノワイヤと１０部の短いナノワイヤを２００部のエタノールに分散して均一に攪拌混合し、さらに混合液に１５部のポリビニルアルコールを加え、引き続き均一に攪拌混合して、塗布液を得た。そのうち、ナノワイヤは、直径が１～１００ｎｍであり且つ長さが０．１～１００μｍであるハイドロキシアパタイトナノワイヤであり、セラミック粉末は、粒径が１０００ｎｍである酸化アルミニウムである。
（２）ステップ（１）で製造された塗布液をスプレーコートで均一にポリエチレン微多孔フィルムの一側の表面に塗布し、９０℃の温度下で１０ｓ硬化させ、さらに室温まで冷却して、ポリエチレン微多孔フィルムとポリエチレン微多孔フィルムの表面に載置された塗布層とからなるリチウムイオン電池セパレータを得た。そのうち、ポリエチレン微多孔フィルムの厚さが５μｍであり、塗布層の厚さが１μｍである。
実施例４
（１）２部のセラミック粉末及び１０部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散して均一に攪拌混合し、さらに混合液に１２部のポリビニルアルコール及び０．１部のラウリル硫酸ナトリウムを加え、引き続き均一に攪拌混合して、塗布液を得た。そのうち、ナノワイヤは、直径が１～１００ｎｍであり且つ長さが０．１～１００μｍである炭素ナノチューブであり、セラミック粉末は、粒径が２００ｎｍであるパリゴルスカイトである。
（２）ステップ（１）で製造された塗布液をスプレーコートで均一にポリエチレン微多孔フィルムの一側の表面に塗布し、６０℃の温度下で８０ｓ硬化させ、さらに室温まで冷却して、ポリエチレン微多孔フィルムとポリエチレン微多孔フィルムの表面に載置された塗布層とからなるリチウムイオン電池セパレータを得た。そのうち、ポリエチレン微多孔フィルムの厚さが８μｍであり、塗布層の厚さが０．５μｍである。
実施例５
（１）６部のセラミック粉末及び１０部のナノワイヤを５０部のエタノールに分散して均一に攪拌混合し、さらに混合液に１５部のポリビニルアルコール及び０．５部のラウリル硫酸ナトリウムを加え、引き続き均一に攪拌混合して、塗布液を得た。そのうち、ナノワイヤは、直径が１～１００ｎｍであり且つ長さが０．１～１００μｍである炭素ナノチューブであり、セラミック粉末は、粒径が３００ｎｍであるパリゴルスカイトである。
（２）ステップ（１）で製造された塗布液をスプレーコートで均一にポリエチレン微多孔フィルムの一側の表面に塗布し、８０℃の温度下で３０ｓ硬化させ、さらに室温まで冷却して、ポリエチレン微多孔フィルムとポリエチレン微多孔フィルムの表面に載置された塗布層とからなるリチウムイオン電池セパレータを得た。そのうち、ポリエチレン微多孔フィルムの厚さが１２μｍであり、塗布層の厚さが０．１μｍである。
実施例６
（１）８部のセラミック粉末及び１０部のナノワイヤを４０部のエタノールに分散して均一に攪拌混合し、さらに混合液に１６部の接着剤及び１．２部のラウリル硫酸ナトリウムを加え、引き続き均一に攪拌混合して、塗布液を得た。そのうち、ナノワイヤは、直径が１～１００ｎｍであり且つ長さが０．１～１００μｍである炭素ナノチューブであり、セラミック粉末は、粒径が６００ｎｍであるパリゴルスカイトである。
（２）ステップ（１）で製造された塗布液をスプレーコートで均一にポリエチレン微多孔フィルムの一側の表面に塗布し、５０℃の温度下で１００ｓ硬化させ、さらに室温まで冷却して、ポリエチレン微多孔フィルムとポリエチレン微多孔フィルムの表面に載置された塗布層とからなるリチウムイオン電池セパレータを得た。そのうち、ポリエチレン微多孔フィルムの厚さが１８μｍであり、塗布層の厚さが０．０５μｍである。
実施例７
該実施例と実施例４との相違点は、４部のセラミック粉末及び１０部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散することであり、その他は、実施例４と同様である。
実施例８
該実施例と実施例４との相違点は、６部のセラミック粉末及び１０部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散することであり、その他は、実施例４と同様である。
実施例９
該実施例と実施例４との相違点は、８部のセラミック粉末及び１０部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散することであり、その他は、実施例４と同様である。
実施例１０
該実施例と実施例４との相違点は、３部のセラミック粉末及び１５部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散することであり、その他は、実施例４と同様である。
実施例１１
該実施例と実施例４との相違点は、４部のセラミック粉末及び２０部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散することであり、その他は、実施例４と同様である。
実施例１２
該実施例と実施例４との相違点は、６部のセラミック粉末及び３０部のナノワイヤを１００部のエタノールに分散することであり、その他は、実施例４と同様である。
上記の実施例１～１２によって製造されたリチウムイオン電池セパレータの熱安定性、突き刺し強度及び塗布層の表面に対する接触角を測定する。また、上記の実施例１～１２によって製造されたリチウムイオン電池セパレータを利用するリチウムイオン電池の電気的性能を測定する。その測定結果は、以下の表１に示される。
但し、セパレータの熱安定性は、ＧＢ/Ｔ ２１６５０．１－２００８の標準に基づいて測定される。突き刺し強度は、ＧＢ/Ｔ ３６３６３－２０１８の標準に基づいて測定される。
Figure 0007202400000001
表１における実施例１～１２、比較例１～３の電池は、同様なメイン構造により構成され、正極、負極、電解液及びセパレータを有する。そのうち、比較例１～２のリチウムイオン電池セパレータと実施例１～１２との相違点は、塗布層の厚さが比較的に厚いことと、比較例３のリチウムイオン電池セパレータが、塗布層を形成する物質が載置されていないポリエチレン微多孔フィルムを使用することである。なお、上記のポリエチレン微多孔フィルムは、市販のものである。
上記の表１から分かるように、実施例１～１２によって製造された塗布液に補助剤が加えられたので、得られたリチウムイオン電池セパレータの塗布層表面の接触角は、いずれも比較例３のリチウムイオン電池セパレータ表面の接触角より小さい。実施例４～１２によって製造された塗布液に補助剤を加えて得たリチウムイオン電池セパレータの塗布層表面の接触角は、実施例１～３によって製造されたリチウムイオン電池セパレータの塗布層表面の接触角より小さい。なお、実施例４～１２によって製造された塗布液における補助剤を、ペルフルオロアルキル基エトキシ基アルコールエーテル、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテル、ブチルベンゼンスルホン酸ナトリウム及びヒドロキシエチル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも１つに置換しても、上記と同等な効果が得られる。
以上により、本開示の実施例に係るリチウムイオン電池セパレータを利用する場合、リチウムイオン電池セパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性が顕著に向上し、さらにある程度電池の電池容量の維持率を保った。
なお、上記の実施例１～１２即ち比較例１～３のセパレータ本体をポリプロピレン微多孔フィルム又はポリプロピレン/ポリエチレン微多孔フィルムに置き換えても、上記と同等な効果が得られる。
上記は、本開示の好ましい実施例にすぎず、本開示を限定するものではない。当業者にとって、本開示のレシピ及びプロセスに対して各種の変更や変化が行われても良い。本開示の精神及び主旨から逸脱しない限り、行った如何なる変更、均等置換、改良等も、本開示の保護範囲内に属する。
本開示のリチウムイオン電池セパレータは、良好な熱安定性、突き刺し強度、電解液の濡れ性及び機械強度などを有する。これによって、従来のセパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性が悪い問題を解決した。さらに、該リチウムイオン電池セパレータの塗布層の材料は、ナノワイヤとセラミック粉末を使用するので、塗布層が厚くなることに起因するセパレータ全体の厚さ及び重量の増加を抑えることができる。これによって、リチウムイオン電池セパレータの熱安定性、突き刺し強度及び電解液の濡れ性を良好に保つとともに、厚さと重量の増加を抑えることができる。

Claims (13)

  1. ナノワイヤ、セラミック粉末、接着剤、溶剤および補助剤を含み、
    前記ナノワイヤは、ナノセルロース、炭素ナノチューブ、銀ナノワイヤ、炭化ホウ素ナノワイヤ、水酸化銅ナノワイヤ、アラミドナノファイバー、一酸化ケイ素ナノワイヤ及びハイドロキシアパタイトナノワイヤのうちの少なくとも１つであり、
    前記ナノワイヤは、その直径が１～１００ｎｍであり、その長さが０．１～１００μｍであり、
    前記補助剤が、脂肪アルコールポリオキシエチレンエーテル、ブチルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ヒドロキシエチル硫酸ナトリウム及びラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも１つである、リチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  2. 前記セラミック粉末は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、ベーマイト及びパリゴルスカイトのうちの少なくとも１つであり、
    前記セラミック粉末の粒径が５～１０００ｎｍである請求項１に記載のリチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  3. 前記セラミック粉末と前記ナノワイヤとの質量比は、（０．１～５）：１である請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  4. 前記溶剤の質量に対する前記ナノワイヤの質量の割合は、１～３０％である請求項１～３のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  5. 前記溶剤の質量に対する前記接着剤の質量の割合は、１～５０％である請求項１～４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  6. 前記溶剤の質量に対する前記補助剤の質量の割合は、０．０１～３％である請求項１～５のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  7. 前記接着剤は、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピロリドン及びポリイミドのうちの少なくとも１つである請求項１～６のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  8. 前記溶剤は、水、エタノール、アセトン及びＮ－メチルピロリドンのうちの少なくとも１つを含む請求項１～７のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池セパレータ用塗布液。
  9. セパレータ本体と前記セパレータ本体に載置される塗布層とを有し、
    前記塗布層は、請求項１～８のいずれか１項に記載の塗布液を前記セパレータ本体の少なくとも一側の表面に塗布して硬化させてなるものであるリチウムイオン電池セパレータ。
  10. 前記セパレータ本体は、ポリプロピレン微多孔フィルム、ポリエチレン微多孔フィルム又はポリプロピレン／ポリエチレン微多孔フィルムである請求項９に記載のリチウムイオン電池セパレータ。
  11. 前記セパレータ本体の厚さが３～２０μｍである請求項９又は１０に記載のリチウムイオン電池セパレータ。
  12. 前記塗布層の厚さが０．０１～１μｍである請求項９～１１のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池セパレータ。
  13. 請求項９～１２のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池セパレータを有するリチウムイオン電池。
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