JP7367424B2 - ポリイミド前駆体溶液、ポリイミド膜の製造方法、及びリチウムイオン二次電池用セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
り、これらの特性を有するポリイミド膜が注目されている。
ポリイミド膜は、フィルターの用途(濾過フィルター、オイルフィルター、燃料フィルターなど)、二次電池の用途(リチウム二次電池のセパレータ、全固体電池における固体電解質の保持体など)等に適用される場合がある。
しかしながら、上記のポリイミド前駆体溶液において、粒子が大径で、かつ真球に近いものを用いると、目的とする膜強度が得られないことがあった。
<1>
ポリイミド前駆体と、水溶性有機溶剤と、水と、を含む水性溶剤と、平均粒子径2.5μm以上30μm以下、平均円形度が0.900以上0.990以下、円形度分布の標準偏差が0.1以下である粒子と、を含有するポリイミド前駆体溶液。
<2>
前記水の含有量が前記水性溶剤に対して50質量%以上90%以下である<1>に記載のポリイミド前駆体溶液。
<3>
前記粒子は、前記ポリイミド前駆体の固形分、及び前記粒子の合計体積に対して、体積割合で40%以上80%以下含有される<1>又は<2>に記載のポリイミド前駆体溶液。
<4>
前記体積割合が50%以上80%以下である<3>に記載のポリイミド前駆体溶液。
<5>
前記水溶性有機溶剤が、有機アミン化合物を含有する<1>~<4>のいずれか一つに記載のポリイミド前駆体溶液。
<6>
前記有機アミン化合物が、トリエチルアミン、N-アルキルピペリジン、2-ジメチルアミノエタノール、及び3級環状アミン化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含有する<5>に記載のポリイミド前駆体溶液。
<7>
前記3級環状アミン化合物が、モルホリン系化合物である<6>に記載のポリイミド前駆体溶液。
<8>
前記モルホリン系化合物が、N-メチルモルホリンである<7>に記載のポリイミド前駆体溶液。
<9>
前記粒子が樹脂粒子である<1>~<8>のいずれか一つにポリイミド前駆体溶液。
<10>
前記樹脂粒子が、スチレン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、及びポリエステル系樹脂からなる群から選択される少なくとも1つである<9>に記載のポリイミド前駆体溶液。
<11>
前記円形度分布の標準偏差が、0.07以下である<1>~<10>のいずれか一つに記載のポリイミド前駆体溶液。
<12>
<1>~<11>のいずれか一つに記載のポリイミド前駆体溶液を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を乾燥させて、前記ポリイミド前駆体と前記粒子とを含む被膜を形成する工程と、
を有する樹脂膜の製造方法。
<13>
<12>に記載の樹脂膜の製造方法により製造された被膜を加熱して、前記被膜に含まれる前記ポリイミド前駆体をイミド化してポリイミド膜を形成する工程と、
前記粒子を除去する工程と、
を有するリチウムイオン二次電池用セパレータの製造方法。
平均粒子径が2.5μm以上30μm以下で、かつ平均円形度が0.990超である粒子を使用した場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<2>に係る発明によれば、
水の含有量が水性溶剤に対して50質量%未満又は90質量%超である場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<3>に係る発明によれば、
粒子は、ポリイミド前駆体の固形分、及び粒子の合計体積に対して、体積割合で40%未満又は80%以下%超で含有される場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<4>に係る発明によれば、
前記体積割合が50%未満又は80%超である場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<5>に係る発明によれば、
水溶性有機溶剤が非プロトン性極性溶剤、水溶性エーテル系溶剤、水溶性ケトン系溶剤、水溶性アルコール系溶剤のみを含む場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<6>~<8>に係る発明によれば、
有機アミン化合物が1級アミン化合物である場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<9>、<10>に係る発明によれば、
平均粒子径が2.5μm以上30μm以下で、かつ平均円形度が0.990超である粒子を使用した場合に比べ、含有される粒子が樹脂粒子であり、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<11>に係る発明によれば、
円形度分布の標準偏差が、0.07超である場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド前駆体溶液が提供される。
<12>に係る発明によれば、
平均粒子径が2.5μm以上30μm以下で、かつ平均円形度が0.990超である粒子を含むポリイミド前駆体溶液を使用した場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド膜の製造方法が提供される。
<14>に係る発明によれば、
平均粒子径が2.5μm以上30μm以下で、かつ平均円形度が0.990超である粒子を含むポリイミド前駆体溶液を使用した場合に比べ、得られる膜の強度が向上するポリイミド膜を使用したリチウムイオン二次電池用セパレータの製造方法が提供される。
本実施形態において、「膜」は、一般的に「膜」と呼ばれているものだけでなく、一般的に「フィルム」及び「シート」と呼ばれているものをも包含する概念である。
本実施形態に係るポリイミド前駆体溶液は、ポリイミド前駆体と、水溶性有機溶剤と、水と、を含む水性溶剤と、平均粒子径2.5μm以上30μm以下、平均円形度が0.900以上0.990以下、円形度分布の標準偏差が0.1以下である粒子と、を含有する
<ポリイミド前駆体>
本実施形態のポリイミド前駆体溶液はポリイミド前駆体を含む。
ポリイミド前駆体は、一般式(I)で表される繰り返し単位を有する樹脂(ポリイミド前駆体)である。
一方、Bが表す2価の有機基としては、原料となるジアミン化合物から2つのアミノ基を除いたその残基である。
また、2種以上を組み合わせて併用する場合、芳香族テトラカルボン酸二無水物、又は脂肪族テトラカルボン酸を各々併用しても、芳香族テトラカルボン酸二無水物と脂肪族テトラカルボン酸二無水物とを組み合わせてもよい。
・カラム:東ソーTSKgelα-M(7.8mm I.D×30cm)
・溶離液:DMF(ジメチルホルムアミド)/30mMLiBr/60mMリン酸
・流速:0.6mL/min
・注入量:60μL
・検出器:RI(示差屈折率検出器)
本実施形態のポリイミド前駆体溶液は、平均粒子径2.5μm以上30μm以下、平均円形度が0.900以上0.990以下、円形度分布の標準偏差が0.1以下である粒子を含む。
粒子は、本実施形態に係るポリイミド前駆体溶液中に、粒子が溶解せず分散している状態であり、粒子の材質は特に限定されない。本実施形態において、粒子は、ポリイミド前駆体溶液を使用して作製されたポリイミド膜に含有させたままでもよいし、作製されたポリイミド膜から粒子を除去してもよい。粒子は、後述する樹脂粒子および無機粒子に大別される。
粒子の体積平均粒径D50vは、得られる膜の強度が向上する観点から、4μm以上28μm以下であることが好ましい。
粒子の体積粒度分布指標(GSDv)は、1.30以下が好ましく、1.25以下がより好ましく、1.20以下が最も好ましい。粒子の体積粒度分布指標は、粒子分散ポリイミド前駆体溶液中の粒子の粒度分布から、(D84v/D16v)1/2として算出される。
そして、小径側から描いた体積累積分布のうち、累積16%となる粒径を体積粒径D16v、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50v、累積84%となる粒径を体積粒径D84vとする。
粒子を、フロー式粒子像解析装置(シスメックス(株)製、FPIA-3000)で解析し、円形度=(粒子投影像と同じ面積をもつ円の周囲長)÷(粒子投影像の周囲長)を求め、粒子3,000個の円形度分布において小さい側から累積50%となる円形度を、粒子の平均円形度とした。
なお、標準偏差は、上記の円形度を測定した装置を用いて平均円形度を算出し、その平均円形度を用いて、標準偏差を算出する。具体的には、平均円形度の値と各粒子の円形度の値(n数=250)との差を出し、その二乗した値の総和に(1/2)乗した値である。
樹脂粒子は、後述するように乳化重合などの公知の製造法により、球状に近い粒子(すなわち、本実施形態の粒子の平均円形度を満たす粒子)を作製しやすくなる。さらに、樹脂粒子およびポリイミド前駆体は有機材料なので、無機粒子を使用する場合と比較し、塗膜中の粒子分散性やポリイミド前駆体との界面密着が向上しやすくなる。また、多孔質ポリイミド膜を作製するときに、空孔および空孔径がより均一に近い多孔質ポリイミド膜が得られやすくなる。これらの理由で樹脂粒子を用いることが好ましい。
なお、上記の体積割合の測定方法は次に示すとおりである。
SEM画像において、ポリイミド膜について任意の面積Sを特定し、面積Sに含まれる粒子の総面積Aを求める。ポリイミド膜が均質であると仮定し、粒子の総面積Aを面積Sで除算した値を百分率(%)に換算し、ポリイミド膜に占める粒子の体積割合とする。面積Sは、粒子の大きさに対して十分大きい面積とする。例えば、粒子が100個以上含まれる大きさとする。面積Sは、複数個の切断面の合計でもよい
樹脂粒子としては、具体的には、例えば、ポリスチレン類、ポリ(メタ)アクリル酸類、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルエーテルなどに代表されるビニル系ポリマー;ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミドなどに代表される縮合系ポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエンなどに代表される炭化水素系ポリマー;ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオリドなどに代表されるフッ素系ポリマー;などの樹脂粒子が挙げられる。
ここで、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」および「メタクリル」のいずれをも含むことを意味する。また、(メタ)アクリル酸類とは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリルアミドを含む。
その他の単量体として、酢酸ビニルなどの単官能単量体を併用してもよい。
また、ビニル樹脂は、これらの単量体を単独で用いた樹脂でもよいし、2種以上の単量体を用いた共重合体である樹脂であってもよい。
また、(メタ)アクリル系樹脂とは、メタクリル系樹脂及びアクリル系樹脂を意味し、(メタ)アクリル系単量体((メタ)アクリロイル骨格を有する単量体)を構成単位として含むものであり、例えば、(メタ)アクリル酸に由来する構成単位及び(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位の合計割合を、ポリマー中の組成の合計を100モル%としたとき、好ましくは30モル%以上、更に好ましくは50モル%以上含むものである。
また、ポリエステル系樹脂とは、分子鎖中にエステル結合を有する高分子化合物である。
無機粒子としては、例えば、具体的には、シリカ(二酸化ケイ素)粒子、酸化マグネシウム粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、炭酸カルシウム粒子、酸化カルシウム粒子、二酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化セリウム粒子などの無機粒子が挙げられる。粒子の形状は、上述した通り、球状に近い粒子であることがよい。この観点で、無機粒子としては、シリカ粒子、酸化マグネシウム粒子、炭酸カルシウム粒子、酸化マグネシウム粒子、アルミナ粒子の無機粒子が好ましく、シリカ粒子、酸化チタン粒子、アルミナ粒子の無機粒子がより好ましく、シリカ粒子がさらに好ましい。これらの無機粒子は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態に係るポリイミド前駆体溶液は、水溶性有機溶剤と、水とを含む水性溶剤を含む。
本実施形態に用いられる水性溶剤は、水溶性有機溶剤を含む。ここで、水溶性とは、25℃において、対象物質が水に対して1質量%以上溶解することを意味する。
水溶性有機溶剤として、非プロトン性極性溶剤、水溶性エーテル系溶剤、水溶性ケトン系溶剤、水溶性アルコール系溶剤が挙げられる。
有機アミン化合物は、ポリイミド前駆体(そのカルボキシル基)をアミン塩化して、その水性溶剤に対する溶解性を高めると共に、イミド化促進剤としても機能する化合物である。具体的には、有機アミン化合物は、分子量170以下のアミン化合物であることがよい。有機アミン化合物は、ポリイミド前駆体の原料となるジアミン化合物を除く化合物であることがよい。
なお、有機アミン化合物は、水溶性の化合物であることがよい。水溶性とは、25℃において、対象物質が水に対して1質量%以上溶解することを意味する。
これらの中でも、有機アミン化合物としては、2級アミン化合物、及び3級アミン化合物から選択される少なくとも一種(特に、3級アミン化合物)がよい。有機アミン化合物として、3級アミン化合物又は2級アミン化合物を適用すると(特に、3級アミン化合物)、ポリイミド前駆体の溶剤に対する溶解性が高まり易くなり、製膜性が向上し易くなり、また、ポリイミド前駆体溶液の保存安定性が向上し易くなる。
2級アミン化合物としては、例えば、ジメチルアミン、2-(メチルアミノ)エタノール、2-(エチルアミノ)エタノール、モルホリンなどが挙げられる。
3級アミン化合物としては、例えば、2-ジメチルアミノエタノール、2-ジエチルアミノエタノール、2-ジメチルアミノプロパノール、ピリジン、トリエチルアミン、ピコリン、N-メチルモルホリン、N-エチルモルホリン、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、N-アルキルピペリジン(例えば、N-メチルピペリジン、N-エチルピペリジン等)などが挙げられる。
有機アミン化合物は、強度が高い膜を得る観点で、3級アミン化合物が好ましい。この点で、2-ジメチルアミノエタノール、2-ジエチルアミノエタノール、2-ジメチルアミノプロパノール、ピリジン、トリエチルアミン、ピコリン、N-メチルモルホリン、N-エチルモルホリン、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、N-メチルピペリジン、N-エチルピペリジンからなる群から選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。特にN-アルキルモルホリンが好ましく用いられる。
3級環状アミン化合物としては、例えば、イソキノリン類(イソキノリン骨格を有するアミン化合物)、ピリジン類(ピリジン骨格を有するアミン化合物)、ピリミジン類(ピリミジン骨格を有するアミン化合物)、ピラジン類(ピラジン骨格を有するアミン化合物)、ピペラジン類(ピペラジン骨格を有するアミン化合物)、トリアジン類(トリアジン骨格を有するアミン化合物)、イミダゾール類(イミダゾール骨格を有するアミン化合物)、モルホリン類(モルホリン骨格を有するアミン化合物)、ポリアニリン、ポリピリジンなどが挙げられる。
なお、水溶性有機溶剤は、沸点が270℃以下であることがよく、好ましくは60℃以上250℃以下、より好ましくは80℃以上230℃以下である。水溶性有機溶剤の沸点を上記範囲とすると、水溶性有機溶剤がポリイミド膜に残留し難くなり、また、機械的強度の高いポリイミド膜が得られ易くなる。
また、有機アミン化合物の含有割合の下限値は特に限定されるものではないが、例えばポリイミド前駆体溶液の全質量に対して1%以上であることが挙げられる。
本実施形態に用いられる水性溶剤は、水を含む。
水としては、例えば、蒸留水、イオン交換水、限外濾過水、純水等が挙げられる。
本実施形態に係るポリイミド前駆体溶液において、イミド化反応促進のための触媒や、製膜品質向上のためのレベリング材などを含んでもよい。
イミド化反応促進のための触媒には、酸無水物など脱水剤、フェノール誘導体、スルホン酸誘導体、安息香酸誘導体などの酸触媒などを使用してもよい。
導電剤としては、例えば、カーボンブラック(例えばpH5.0以下の酸性カーボンブラック);金属(例えばアルミニウムやニッケル等);金属酸化物(例えば酸化イットリウム、酸化錫等);イオン導電性物質(例えばチタン酸カリウム、LiCl等);等が挙げられる。これら導電材料は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
-平均膜厚-
本実施形態に係るポリイミド前駆体溶液を用いて作製されたポリイミド膜の平均膜厚は、特に限定されず、用途に応じて選択されるものある。平均膜厚としては、例えば10μm以上1000μm以下であってもよい。平均膜厚は、20μm以上であってもよく、30μm以上であってもよく、また、500μm以下であってもよく、400μm以下であってもよい。
本実施形態におけるポリイミド膜の平均膜厚は、得られたポリイミド膜を、膜厚方向に沿って切断し、切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で10箇所観察し、10枚のSEM像から各々の観察箇所の膜厚を計測し、得られた10個の計測値(膜厚)を平均することにより求められる。
本実施形態に係る樹脂膜の製造方法は、既述のポリイミド前駆体溶液を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、前記塗膜を乾燥させて、前記ポリイミド前駆体と前記粒子とを含む被膜を形成する工程と、を有する。
なお、本実施形態に係る樹脂膜とは、上記の工程で得られた被膜、前記被膜をイミド化処理して得られたポリイミド膜、及び粒子が除去された多孔質ポリイミド膜を含む。
本実施形態に係るポリイミド前駆体溶液の製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミド前駆体溶液が有機アミン化合物を含む場合は、以下に示す製造方法が挙げられる。
この方法によれば、水性溶剤を適用するため、生産性も高く、ポリイミド前駆体溶液が1段階で製造される点で工程の簡略化の点で有利である。
本実施形態に係る樹脂膜の製造方法は、下記に挙げる第1の工程、及び第2の工程を有する。また、第2の工程の後に、下記に挙げる第3の工程を有していてもよい。
なお、製造方法の説明において、参照する図1中では、同じ構成部分には、同じ符号を付している。図1中の符号において31は基板、51は剥離層、10Aは空孔、及び10は多孔質ポリイミド膜(樹脂膜の一例)を表す。
第1の工程は、本実施形態に係るポリイミド前駆体溶液を準備する。
次に、ポリイミド前駆体溶液を、基板上に塗布して塗膜を形成する。この塗膜には、ポリイミド前駆体を含む溶液と、粒子と、を含んでいる。そして、この塗膜中の粒子は、凝集が抑制された状態で分布している。その後、基板上に形成された塗膜を乾燥して、ポリイミド前駆体及び前記粒子を含む被膜を形成する。
第2の工程は、第1の工程で得られた塗膜を乾燥させて、ポリイミド前駆体と粒子とを含む被膜を形成する工程である。
得られたポリイミド前駆体と粒子とを含む塗膜を形成した後、乾燥して、ポリイミド前駆体及び粒子を含む被膜が形成される。
具体的には、ポリイミド前駆体と粒子とを含む塗膜を、例えば、加熱乾燥、自然乾燥、真空乾燥等の方法により乾燥させて、被膜を形成する。より具体的には、被膜に残留する溶剤が、被膜の固形分に対して50%以下(好ましくは30%以下)となるように、塗膜を乾燥させて、被膜を形成する。この被膜は、ポリイミド前駆体が、水に溶解できる状態である。
また、塗膜を得た後、乾燥して被膜を形成する過程で、粒子を露出させる処理を行って、粒子を露出させた状態にしてもよい。この粒子を露出させる処理を行うことによって、多孔質ポリイミド膜の開孔率が高められる。
水を含む水性溶剤中で、粒子を造粒した粒子分散液とする。そして、この粒子分散液中で、有機アミン化合物の存在下、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを重合して樹脂(ポリイミド前駆体)を生成してポリイミド前駆体溶液とする。
なお、粒子が予め水性溶剤に分散されている分散液としては、予め粒子を水性溶剤に分散させた粒子の分散液を作製してもよい。粒子が予め水性溶剤に分散されている市販品の分散液を用意してもよい。
第3の工程は、第2の工程で得られた被膜に含まれる前記ポリイミド前駆体をイミド化してポリイミド膜を形成する工程である。そして、第3の工程には、粒子を除去する処理を含んでいてもよい。粒子を除去する処理を経て、多孔質ポリイミド膜(「ポリイミド膜」の一例)が得られる。
なお、本実施形態において、ポリイミド前駆体をイミド化する過程とは、第1の工程で得られたポリイミド前駆体及び粒子を含む被膜を加熱して、イミド化を進行させ、イミド化が完了した後のポリイミド膜となるよりも前の状態となる過程を示す。
この粒子の除去は、例えば、イミド化の工程も兼ねて熱による分解除去のみで行ってもよいが、加熱による分解除去と粒子を溶解する有機溶剤による除去とを併用してもよい。残留応力をより緩和しやすくなり、多孔質ポリイミド膜の亀裂の発生を抑制する点から、粒子を溶解する有機溶剤により除去する処理を含む方法が好ましい。なお、この作用は、有機溶剤により除去する処理では、有機溶剤に溶解した成分がポリイミド樹脂中に移行し易くなるためと推測される。
なお、粒子を溶解する有機溶剤により除去した後に、さらに加熱を行い、除去率を上げることも効果的である。
これらの中でも、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン等の芳香族類が好ましく、テトラヒドロフラン、トルエンを用いることがさらに好ましい。
樹脂粒子を溶解する際に水性溶剤が残留している場合には、水性溶剤が非架橋樹脂粒子を溶解する溶剤中に溶解し、ポリイミド前駆体が析出し、いわゆる湿式相転換法と類似の状態となり、空孔径の制御が困難となる場合があるため、残留している水性溶剤量は、ポリイミド前駆体質量に対して20質量%以下、好ましくは10質量%以下に低減した後に有機溶剤で非架橋樹脂粒子を溶解除去することが好ましい。
ポリイミド膜中のポリイミド前駆体のイミド化率が10%未満であるとき(すなわち、ポリイミド膜が水に溶解できる状態)に粒子を露出させる処理を行う場合、上記のポリイミド膜中に埋没している粒子を露出させる処理としては、拭き取る処理、水に浸漬する処理等が挙げられる。
例えば、機械的に切削する場合には、ポリイミド膜に埋没している粒子層の上部の領域(つまり、粒子層の基板から離れた側の領域)に存在する粒子の一部分が、樹脂粒子の上部に存在しているポリイミド膜とともに切削され、切削された粒子がポリイミド膜の表面から露出される。
一部がイミド化したポリイミド前駆体は、例えば、下記一般式(I-1)、下記一般式(I-2)、及び下記一般式(I-3)で表される繰り返し単位を有する構造の前駆体が挙げられる。
・ポリイミド前駆体試料の作製
(i)測定対象となるポリイミド前駆体溶液を、シリコーンウェハー上に、膜厚1μm以上10μm以下の範囲で塗布して、塗膜試料を作製する。
(ii)塗膜試料をテトラヒドロフラン(THF)中に20分間浸漬させて、塗膜試料中の溶剤をテトラヒドロフラン(THF)に置換する。浸漬させる溶剤は、THFに限定されることなく、ポリイミド前駆体を溶解せず、ポリイミド前駆体溶液に含まれている溶剤成分と混和し得る溶剤より選択できる。具体的には、メタノール、エタノールなどのアルコール溶剤、ジオキサンなどのエーテル化合物が使用できる。
(iii)塗膜試料を、THF中より取り出し、塗膜試料表面に付着しているTHFにN2ガスを吹き付け、取り除く。10mmHg以下の減圧下、5℃以上25℃以下の範囲にて12時間以上処理して塗膜試料を乾燥させ、ポリイミド前駆体試料を作製する。
(iv)上記(i)と同様に、測定対象となるポリイミド前駆体溶液をシリコーンウェハー上に塗布して、塗膜試料を作製する。
(v)塗膜試料を380℃にて60分間加熱してイミド化反応を行い、100%イミド化標準試料を作製する。
(vi)フーリエ変換赤外分光光度計(堀場製作所製、FT-730)を用いて、100%イミド化標準試料、ポリイミド前駆体試料の赤外吸光スペクトルを測定する。100%イミド化標準試料の1500cm-1付近の芳香環由来吸光ピーク(Ab’(1500cm-1))に対する、1780cm-1付近のイミド結合由来の吸光ピーク(Ab’(1780cm-1))の比I’(100)を求める。
(vii)同様にして、ポリイミド前駆体試料について測定を行い、1500cm-1付近の芳香環由来吸光ピーク(Ab(1500cm-1))に対する、1780cm-1付近のイミド結合由来の吸光ピーク(Ab(1780cm-1))の比I(x)を求める。
・式: ポリイミド前駆体のイミド化率=I(x)/I’(100)
・式: I’(100)=(Ab’(1780cm-1))/(Ab’(1500cm-1))
・式: I(x)=(Ab(1780cm-1))/(Ab(1500cm-1))
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用セパレータの製造方法は、既述の製造方法により製造された被膜を加熱して、前記被膜に含まれる前記ポリイミド前駆体をイミド化してポリイミド膜を形成する工程と、前記粒子を除去する工程と、を有する。
この被膜を加熱して、前記被膜に含まれる前記ポリイミド前駆体をイミド化してポリイミド膜を形成する工程、及び前記粒子を除去する工程は、既述の第3の工程と同様の工程である。
正極集電体130及び負極集電体330に用いられる材料としては、特に限定されず、公知の導電性の材料であればよい。例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン等の金属を用いることができる。
正極活物質層110は、正極活物質を含む層である。必要に応じて、導電助剤、結着樹脂等の公知の添加剤を含んでいてもよい。正極活物質としては、特に限定されず、公知の正極活物質が用いられる。例えば、リチウムを含む複合酸化物(LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFeMnO4、LiV2O5等)、リチウムを含む燐酸塩(LiFePO4、LiCoPO4、LiMnPO4及びLiNiPO4等)、導電性高分子(ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等)などが挙げられる。正極活物質は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
負極活物質層310は、負極活物質を含む層である。必要に応じて、結着樹脂等の公知の添加剤を含んでいてもよい。負極活物質としては、特に限定されず、公知の正極活物質が用いられる。例えば、炭素材料(黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等)、金属(アルミニウム、シリコン、ジルコニウム、チタン等)、金属酸化物(二酸化スズ、チタン酸リチウム等)などが挙げられる。負極活物質は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
電解液513は、例えば、電解質及び非水溶媒を含有する非水電解質溶液を挙げることができる。
電解質としては、例えば、リチウム塩の電解質(LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)、LiC(CF3SO2)3等)が挙げられる。電解質は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
非水溶媒としては、環状カーボネート(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネート等)、鎖状カーボネート(ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン等)などが挙げられる。非水溶媒は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
リチウムイオン二次電池100を製造する方法の一例について説明する。
正極活物質を含む正極活物質層110形成用塗布液を、正極集電体130に塗布及び乾燥して、正極集電体130上に設けられた正極活物質層110を備える正極を得る。
同様に、負極活物質を含む負極活物質層310形成用塗布液を、負極集電体330に塗布及び乾燥して、負極集電体330上に設けられた負極活物質層310を備える負極を得る。正極と負極とは、それぞれ必要に応じて圧縮加工を行ってもよい。
次に、正極の正極活物質層110と、負極の負極活物質層310とが、互いに対向するように、正極活物質層110と、負極の負極活物質層310との間にセパレータ511を配置して、積層構造体を得る。積層体構造は、正極(正極集電体130、正極活物質層110)、セパレータ層510、負極(負極活物質層310、負極集電体330)が、この順で積層されている。このとき、必要に応じて圧縮加工を行ってもよい。
次に、積層構造体を外装部材に収容した後、積層構造体の内部に、電解液513が注入される。注入された電解液513は、セパレータ511の空孔にも浸透する。
このようにして、リチウムイオン二次電池100が得られる。
次に、本実施形態のポリイミド膜を適用した、全固体電池について説明する。以下、図3を参照して説明する。
正極集電体240及び負極集電体440に用いられる材料としては、前述のリチウムイオン二次電池で説明した材料と同様の材料が挙げられる。
正極活物質層220及び負極活物質層420に用いられる材料としては、前述のリチウムイオン二次電池で説明した材料と同様の材料が挙げられる。
固体電解質624は、特に限定されず、公知の固体電解質が挙げられる。例えば、高分子固体電解質、酸化物固体電解質、硫化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質、窒化物固体電解質などが挙げられる。
硫化物固体電解質としては、硫黄と、リチウム及びリンの少なくとも一方とを構成元素として含む硫化物固体電解質が挙げられる。例えば、8Li2O・67Li2S・25P2S5、Li2S、P2S5、Li2S-SiS2、LiI-Li2S-SiS2、LiI-Li2S-P2S5、LiI-Li3PO4-P2S5、LiI-Li2S-P2O5、LiI-Li2S-B2S3などが挙げられる。
ハロゲン化物固体電解質は、例えば、LiI等が挙げられる。
窒化物固体電解質は、例えば、Li3N等が挙げられる。
全固体電池200を製造する方法の一例について説明する。
正極活物質を含む正極活物質層220形成用塗布液を、正極集電体240に塗布及び乾燥して、正極集電体240上に設けられた正極活物質層220を備える正極を得る。
同様に、負極活物質を含む負極活物質層420形成用塗布液を、負極集電体440に塗布及び乾燥して、負極集電体440上に設けられた負極活物質層420を備える負極を得る。
正極と負極とは、それぞれ必要に応じて圧縮加工を行ってもよい。
次に、固体電解質層620形成用の固体電解質624を含む塗布液を基材上に塗布、乾燥して、層状の固体電解質を形成する。
次に、正極の正極活物質層220上に、固体電解質層620形成用材料として、保持体622としてのポリイミド膜と、層状の固体電解質624とを重ね合わせる。さらに、固体電解質層620形成用材料上に、負極の負極活物質層420が、正極活物質層220側になるように、負極を重ね合わせて、積層構造体とする。積層体構造は、正極(正極集電体240、正極活物質層220)、固体電解質層620、負極(負極活物質層420、負極集電体440)が、この順で積層されている。
次に、積層構造体に圧縮加工を施して、保持体622であるポリイミド膜の空孔内に、固体電解質624を含浸させ、固体電解質624を保持させる。
次に、積層構造体を外装部材に収容する。
このようにして、全固体電池200が得られる。
-粒子分散液(1)の調製-
スチレン280質量部、n-ブチルアクリレート120質量部、アクリル酸6質量部、ドデカンチオール24質量部を混合し、溶解したものを、Dowfax2A1(47%)10質量部をイオン交換水550質量部に溶解したものに、フラスコ中で分散し、乳化し、10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム4質量部を溶解したイオン交換水50gを投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。その後、この反応液を室温まで冷却することにより、平均粒径が208nmである樹脂粒子を分散させてなる粒子分散液(1)を調製した。
粒子分散液(1)330質量部、イオン交換水1260質量部、1.0%ポリ塩化アルミニウム溶液36質量部を丸型ステンレス製フラスコ中に収容させ、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、加熱用オイルバス中で所望の粒子径が得られる温度まで加熱した。この凝集粒子分散液に1N水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH7.0に調整した後、攪拌を継続しながら98℃まで昇温し、所望の円形度に達するまで保持した。所望の円形度に達したら氷浴で急冷し、ろ過、水洗することで凝集粒子を得た。表1に示すとおり、この粒子(1)の平均粒径は7μmで、平均円形度は0.914で、円形度分布の標準偏差は0.045であった。
テレフタル酸ジメチル133.2質量部、イソフタル酸ジメチル59.1質量部、エチレングリコール26.0質量部、グリセリン9.2質量部、ビスフェノールAプロピレンオキシド2mol付加物172.2質量部を撹拌機及び蒸留管を装着した三口フラスコに、縮合触媒として酢酸カルシウム0.1質量部及び酸化アンチモン(III)0.1質量部を入れ、窒素気流下、生成するメタノール及びエチレングリコールを留去しつつ昇温し、150℃に保ちながら30分間撹拌し、さらに190℃に保ちながら1時間撹拌した。 次いで、温度を150℃に下げ、撹拌下、ポンプにより反応系内を徐々に減圧し、反応系内の圧力を10Pa以上40Pa以下の範囲に保ちながら、反応系内を昇温し、250℃でさらに3時間反応させて取り出した。取り出したポリエステル樹脂(1)の酸価は10.2mgKOH/gであった。
フラスコに、合成されたポリエステル樹脂(1)を500質量部加え、メチルエチルケトン(MEK)400質量部を更に加えて撹拌した。水酸化ナトリウムの10%水溶液の、ポリエステル樹脂(1)に含まれるカルボン酸の総量の0.8当量を中和する量を、撹拌しながら加えた。撹拌を続けながら、この溶液に水1200質量部を徐々に添加し、転相乳化した。
次にフラスコに蒸留管と減圧ポンプを付け、30℃以上35℃以下となるように溶液を加熱して撹拌しながら減圧し、メチルエチルケトンを留去しながら濃縮することで粒子径198nmの粒子分散液(8)を得た。
粒子分散液(8)330質量部、イオン交換水1260質量部、1.0%ポリ塩化アルミニウム溶液36質量部を丸型ステンレス製フラスコ中に収容させ、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、加熱用オイルバス中で所望の粒子径が得られる温度まで加熱した。この凝集粒子分散液に1N水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH7.0に調整した後、攪拌を継続しながら98℃まで昇温し、所望の円形度に達するまで保持した。所望の円形度に達したら氷浴で急冷し、ろ過、水洗することで凝集粒子を得た。表1に示すとおり、この粒子(8)の平均粒径は19μmで、平均円形度は0.911で、円形度分布の標準偏差は0.052であった。
粒子(1)と同様に各成分を混合し、混合、攪拌、乳化、及び重合条件等を調整して表1に示す値となる各粒子を得た。
粒子(8)と同様に各成分を混合し、混合、攪拌、乳化、及び重合条件等を調整して表1に示す値となる粒子を得た。
-ポリイミド前駆体溶液(A-1)の作製-
イオン交換水560.0質量部を窒素気流下で50℃に加熱し、撹拌しながらp-フェニレンジアミン(以下、「PDA」とも称す。)53.75質量部、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下、「BPDA」とも称す。)146.25質量部を添加した。N-メチルモルホリン(以下、「MMO」とも称す。)150.84質量部とイオン交換水89.16質量部の混合物を窒素気流下、50℃で、撹拌しながら20分かけて添加した。50℃で15時間反応させることで固形分濃度が20質量%であるポリイミド前駆体溶液(A-1)を得た。
ポリイミド前駆体溶液(A-1)の作製におけるN-メチルモルホリンを、1,2-ジメチルイミダゾールに変更した以外はポリイミド前駆体溶液(A-1)と同様にして、固形分濃度が20質量%であるポリイミド前駆体溶液(A-2)を得た。
ポリイミド前駆体溶液(A-1)の作製におけるN-メチルモルホリンを、N,N-ジメチル-2-アミノエタノールに変更して以外はポリイミド前駆体溶液(A-1)と同様にして、固形分濃度が20質量%であるポリイミド前駆体溶液(A-3)を得た。
表2に示す組成となるように、ポリイミド前駆体溶液、粒子、及び水溶性有機溶剤を混合した。混合は50℃にて30分間、超音波分散することによりポリイミド前駆体溶液を得た。また、得られたポリイミド前駆体溶液を用いて次に示す評価を行った。結果を表2に示す。
(1)亀裂の評価
各例で得られたポリイミド前駆体溶液の塗膜を形成するためのアルミニウム板を準備した。アルミニウム板の表面には、離型剤KS-700(信越化学工業社製)をトルエンに溶かした溶液を、乾燥後に約0.05μm程度の厚さになるように塗布し、400℃で加熱処理した離型層を設けた。
次に、ポリイミド前駆体溶液を、アルミニウム基板の離型層上に、乾燥後の膜厚が30μmになるように塗膜を形成した。この塗膜を90℃で1時間加熱乾燥し、ポリイミド前駆体と粒子とを含む被膜を形成した。そして、得られた被膜について、1cm2角の面積を倍率500の顕微鏡で0.1mm以上を亀裂とし、有無を目視により観察し、次の評価基準により評価した。結果を表2に示す。
A:亀裂なし
B:1か所以上3か所以下
C:4か所以上
各例で得られたポリイミド前駆体溶液の塗膜を形成するためのアルミニウム板を準備した。アルミニウム板の表面には、離型剤KS-700(信越化学工業社製)をトルエンに溶かした溶液を、乾燥後に約0.05μm程度の厚さになるように塗布し、400℃で加熱処理した離型層を設けた。
次に、ポリイミド前駆体溶液を、アルミニウム基板の離型層上に、乾燥後の膜厚が30μmになるように塗布して塗膜を形成した。この塗膜を90℃で1時間加熱乾燥した。その後、室温(25℃、以下同じ)から380℃まで10℃/分の速度で昇温し、380℃で1時間保持したのち、室温に冷却して膜厚約30μmである、多孔質ポリイミド膜を得た。
得られた多孔質ポリイミド膜からそれぞれ、5mm×100mmに調製したサンプルを用意し、引張試験機(東洋精機社製、ストログラフVI-C)を用い、チャック間距離60mmの条件で、それぞれの多孔質ポリイミド膜の引張強度を測定し、下記の基準で評価した。結果を表2に示す。
B:10N/mm2以上20N/mm2未満
C:10N/mm2未満
表2に示す組成となるように、ポリイミド前駆体溶液、粒子、及び水溶性有機溶剤を混合した以外は、実施例1と同様の方法により、ポリイミド前駆体溶液を得た。また、実施例1と同様の評価を行った。結果を表2に示す。
51 剥離層
10A 空孔
10 多孔質ポリイミド膜
100 リチウムイオン二次電池
200 全固体電池
Claims (13)
- ポリイミド前駆体と、
水溶性有機溶剤と、水と、を含む水性溶剤と、
平均粒子径2.5μm以上30μm以下、平均円形度が0.900以上0.990以下、円形度分布の標準偏差が0.1以下である粒子と、
を含有し、
前記粒子が樹脂粒子であり、
ポリイミド前駆体溶液に含まれる前記ポリイミド前駆体の含有量は、ポリイミド前駆体溶液の全質量に対して、0.1質量%以上40質量%以下であり、
前記水の含有量が前記水性溶剤に対して50質量%以上90質量%以下であり、
前記粒子は、前記ポリイミド前駆体の固形分、及び前記粒子の合計体積に対して、体積割合で40%以上80%以下含有され、
ポリイミド前駆体溶液に含まれる水性溶剤の含有量は、ポリイミド前駆体溶液の全質量に対して、40質量%以上99質量%以下である、
ポリイミド前駆体溶液。 - 前記粒子は、ポリスチレン類、ポリ(メタ)アクリル酸類、及びポリエステル類からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂粒子である請求項1に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 前記粒子は、ポリスチレン類、ポリ(メタ)アクリル酸類、ポリエステル類、及びスチレン/ブチルアクリレート/アクリル酸樹脂からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂粒子である請求項1に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 前記粒子は、スチレン-(メタ)アクリル酸類共重合体、及びポリエステル類からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂粒子である請求項1に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 前記体積割合が50%以上80%以下である請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のポリイミド前駆体溶液。
- ポリイミド前駆体溶液に含まれる前記ポリイミド前駆体の含有量は、ポリイミド前駆体溶液の全質量に対して、1質量%以上25質量%以下であり、
前記水の含有量が前記水性溶剤に対して60質量%以上80質量%以下であり、
前記粒子は、前記ポリイミド前駆体の固形分、及び前記粒子の合計体積に対して、体積割合で50%以上70%以下含有され、
ポリイミド前駆体溶液に含まれる水性溶剤の含有量は、ポリイミド前駆体溶液の全質量に対して、50質量%以上99質量%以下である、
請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のポリイミド前駆体溶液。 - 前記水溶性有機溶剤が、有機アミン化合物を含有する請求項1~請求項6のいずれか一項に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 前記有機アミン化合物が、トリエチルアミン、N-アルキルピペリジン、2-ジメチルアミノエタノール、及び3級環状アミン化合物からなる群から選択される少なくとも1つを含有する請求項7に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 前記3級環状アミン化合物が、モルホリン系化合物である請求項8に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 前記モルホリン系化合物が、N-メチルモルホリンである請求項9に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 前記円形度分布の標準偏差が、0.07以下である請求項1~請求項10のいずれか一項に記載のポリイミド前駆体溶液。
- 請求項1~11のいずれか一項に記載のポリイミド前駆体溶液を基板上に塗布して塗膜を形成する工程と、
前記塗膜を乾燥させて、前記ポリイミド前駆体と前記粒子とを含む被膜を形成する工程と、
を有する樹脂膜の製造方法。 - 請求項12に記載の樹脂膜の製造方法により製造された被膜を加熱して、前記被膜に含まれる前記ポリイミド前駆体をイミド化してポリイミド膜を形成する工程と、
前記粒子を除去する工程と、
を有するリチウムイオン二次電池用セパレータの製造方法。
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Citations (5)
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JP2007316369A (ja) | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Canon Inc | トナー |
JP2011132390A (ja) | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔質ポリイミド形成用樹脂組成物 |
WO2012043729A1 (ja) | 2010-09-30 | 2012-04-05 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池多孔膜スラリー、二次電池多孔膜、二次電池電極、二次電池セパレーター、二次電池、及び二次電池多孔膜の製造方法 |
WO2016039299A1 (ja) | 2014-09-10 | 2016-03-17 | 東京応化工業株式会社 | 多孔質ポリイミド膜の製造方法 |
JP2016183332A (ja) | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 富士ゼロックス株式会社 | 多孔質ポリイミドフィルムの製造方法、及び多孔質ポリイミドフィルム |
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---|---|---|---|---|
US6819899B2 (en) * | 2001-06-22 | 2004-11-16 | Seiko Epson Corporation | Image forming apparatus employing work function relationships |
JP6111453B2 (ja) * | 2015-02-26 | 2017-04-12 | 株式会社アイ.エス.テイ | ポリイミドコーティング活物質粒子、電極材料用スラリー、負極、電池、及び、ポリイミドコーティング活物質粒子の製造方法 |
CN105778130B (zh) * | 2016-03-18 | 2019-05-07 | 西北工业大学 | 一种高强度高耐热聚酰亚胺微孔薄膜及其制备方法 |
JP7163582B2 (ja) * | 2018-01-25 | 2022-11-01 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | ポリイミド前駆体溶液、成形体、及び、成形体の製造方法 |
-
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007316369A (ja) | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Canon Inc | トナー |
JP2011132390A (ja) | 2009-12-25 | 2011-07-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多孔質ポリイミド形成用樹脂組成物 |
WO2012043729A1 (ja) | 2010-09-30 | 2012-04-05 | 日本ゼオン株式会社 | 二次電池多孔膜スラリー、二次電池多孔膜、二次電池電極、二次電池セパレーター、二次電池、及び二次電池多孔膜の製造方法 |
WO2016039299A1 (ja) | 2014-09-10 | 2016-03-17 | 東京応化工業株式会社 | 多孔質ポリイミド膜の製造方法 |
JP2016183332A (ja) | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 富士ゼロックス株式会社 | 多孔質ポリイミドフィルムの製造方法、及び多孔質ポリイミドフィルム |
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