JP7481633B2 - ガスケット - Google Patents
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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-
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- C08F216/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical
- C08F216/12—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical by an ether radical
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- C08F216/1408—Monomers containing halogen
-
- H—ELECTRICITY
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- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
- H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
-
- H—ELECTRICITY
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- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
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Description
また、本開示では、蓄電体の密閉性を顕著に高めることができ、異常に高温になった場合でも蓄電体の密閉性を損なうことがないガスケットを提供することを目的とする。
本開示のガスケットにおいて、前記共重合体の150℃における面圧が0.3MPa以上であることが好ましい。
本開示のガスケットは、厚みが、0.5~2.5mmであることが好ましい。
また、本開示によれば、蓄電体の密閉性を顕著に高めることができ、異常に高温になった場合でも蓄電体の密閉性を損なうことがないガスケットを提供することができる。
CF2=CFO(CF2CFY1O)p-(CF2CF2CF2O)q-Rf (1)
(式中、Y1はFまたはCF3を表し、Rfは炭素数1~5のパーフルオロアルキル基を表す。pは0~5の整数を表し、qは0~5の整数を表す。)で表される単量体、および、一般式(2):
CFX=CXOCF2OR1 (2)
(式中、Xは、同一または異なり、H、FまたはCF3を表し、R1は、直鎖または分岐した、H、Cl、BrおよびIからなる群より選択される少なくとも1種の原子を1~2個含んでいてもよい炭素数が1~6のフルオロアルキル基、若しくは、H、Cl、BrおよびIからなる群より選択される少なくとも1種の原子を1~2個含んでいてもよい炭素数が5または6の環状フルオロアルキル基を表す。)で表される単量体からなる群より選択される少なくとも1種を挙げることができる。
共重合体のFAVE単位の含有量は、好ましくは5.5質量%以下であり、より好ましくは5.0質量%以下であり、さらに好ましくは4.7質量%以下である。共重合体のFAVE単位の含有量が上記範囲内にあることにより、電解液の透過をより一層抑制でき、高温でのシール性が一層向上したガスケットが得られ、したがって、密閉性がより一層高く、異常に高温になった場合でも密閉性がより一層損なわれない蓄電体を得ることができる。
共重合体のFAVE単位の含有量は、電解液の透過を非常に高いレベルで抑制し、高温でのシール性を非常に高いレベルまで向上させる観点からは、好ましくは2.2質量%以上であり、より好ましくは2.4質量%以上であり、さらに好ましくは2.6質量%以上であり、好ましくは4.4質量%以下である。
共重合体のFAVE単位の含有量は、電解液の透過をより一層高いレベルで抑制し、高温でのシール性をより一層高いレベルまで向上させる観点からは、好ましくは4.2質量%以下であり、より好ましくは3.8質量%以下であり、さらに好ましくは3.5質量%以下であり、特に好ましくは3.2質量%以下である。
共重合体のTFE単位の含有量は、好ましくは94.5質量%以上であり、より好ましくは95.0質量%以上であり、さらに好ましくは95.3質量%以上である。共重合体のTFE単位の含有量が上記範囲内にあることにより、電解液の透過をより一層抑制でき、高温でのシール性が一層向上したガスケットが得られ、したがって、密閉性がより一層高く、異常に高温になった場合でも密閉性がより一層損なわれない蓄電体を得ることができる。
共重合体のTFE単位の含有量は、電解液の透過を非常に高いレベルで抑制し、高温でのシール性を非常に高いレベルまで向上させる観点からは、好ましくは97.8質量%以下であり、より好ましくは97.6質量%以下であり、さらに好ましくは97.4質量%以下であり、好ましくは95.6質量%以上である。
共重合体のTFE単位の含有量は、電解液の透過をより一層高いレベルで抑制し、高温でのシール性をより一層高いレベルまで向上させる観点からは、好ましくは95.8質量%以上であり、より好ましくは96.2質量%以上であり、さらに好ましくは96.5質量%以上であり、特に好ましくは96.8質量%以上である。
共重合体のMFRは、好ましくは1.0g/10分以上であり、より好ましくは5.0g/10分以上である。共重合体のMFRが上記範囲内にあることにより、電解液の透過をより一層抑制でき、高温でのシール性が一層向上したガスケットが得られ、したがって、密閉性がより一層高く、異常に高温になった場合でも密閉性がより一層損なわれない蓄電体を得ることができる。
共重合体のMFRは、電解液の透過を非常に高いレベルで抑制し、高温でのシール性を非常に高いレベルまで向上させる観点からは、好ましくは50g/10分以下である。
共重合体のMFRは、電解液の透過をより一層高いレベルで抑制し、高温でのシール性をより一層高いレベルまで向上させる観点からは、好ましくは45g/10分以下であり、より好ましくは40g/10分以下であり、さらに好ましくは、35g/10分であり、特に好ましくは30g/10分以下である。
共重合体のMFRは、非常に高い温度(たとえば150℃)でのシール性が特に要求される場合には、好ましくは20g/10分以下であり、より好ましくは15g/10分以下であり、さらに好ましくは10g/10分以下であり、特に好ましくは5.0g/10分以下である。
共重合体のMFRは、電解液の低透過性およびシール性と、ガスケットの製造容易性とのバランスを重視する場合には、10g/10分以上であってもよく、20g/10分以上であってもよい。
I:吸光度
K:補正係数
t:フィルムの厚さ(mm)
150℃面圧(MPa)=(t2-t1)/t1×E’
t1:圧縮変形させる前の試験片の元の高さ(mm)×50%
t2:圧縮変形させた後の試験片の高さ(mm)
E’:150℃での貯蔵弾性率(MPa)
ジノルマルプロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジsec-ブチルパーオキシジカーボネート、ジ-2-エトキシエチルパーオキシジカーボネートなどのジアルキルパーオキシカーボネート類;
t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシピバレートなどのパーオキシエステル類;
ジt-ブチルパーオキサイドなどのジアルキルパーオキサイド類;
ジ[フルオロ(またはフルオロクロロ)アシル]パーオキサイド類;
などが代表的なものとしてあげられる。
圧縮変形率(%)=[(ガスケットが圧縮される前の厚み)-(ガスケットが圧縮された状態の厚み)]/(ガスケットが圧縮される前の厚み)×100
a:4.0mm
b:9.4mm
c:10.6mm
d:0.5mm
e:0.6mm
f:0.6mm
g:2.8mm
h:2.2mm
各単量体単位の含有量は、NMR分析装置(たとえば、ブルカーバイオスピン社製、AVANCE300 高温プローブ)により測定した。
ASTM D1238に従って、メルトインデクサーG-01(東洋精機製作所社製)を用いて、372℃、5kg荷重下で内径2.1mm、長さ8mmのノズルから10分間あたりに流出するポリマーの質量(g/10分)を求めた。
共重合体のペレットを、コールドプレスにより成形して、厚さ0.25~0.3mmのフィルムを作製した。このフィルムをフーリエ変換赤外分光分析装置〔FT-IR(Spectrum One、パーキンエルマー社製)〕により40回スキャンし、分析して赤外吸収スペクトルを得、完全にフッ素化されて官能基が存在しないベーススペクトルとの差スペクトルを得た。この差スペクトルに現れる特定の官能基の吸収ピークから、下記式(A)に従って試料における炭素原子1×106個あたりの官能基数Nを算出した。
N=I×K/t (A)
I:吸光度
K:補正係数
t:フィルムの厚さ(mm)
参考までに、本開示における官能基について、吸収周波数、モル吸光係数および補正係数を表2に示す。モル吸光係数は低分子モデル化合物のFT-IR測定データから決定したものである。
示差走査熱量計(商品名:X-DSC7000、日立ハイテクサイエンス社製)を用いて、昇温速度10℃/分で200℃から350℃までの1度目の昇温を行い、続けて、冷却速度10℃/分で350℃から200℃まで冷却し、再度、昇温速度10℃/分で200℃から350℃までの2度目の昇温を行い、2度目の昇温過程で生ずる溶融曲線ピークから融点を求めた。
174L容積のオートクレーブに純水49Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、パーフルオロシクロブタン40.7kgとパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)1.95kg、メタノール3.40kgとを仕込み、系内の温度を35℃、攪拌速度を200rpmに保った。次いで、テトラフルオロエチレン(TFE)を0.64MPaまで圧入した後、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液0.041kgを投入して重合を開始した。重合の進行とともに系内圧力が低下するので、TFEを連続供給して圧力を一定にし、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.058kg追加して19時間重合を継続した。TFEを放出して、オートクレーブ内を大気圧に戻した後、得られた反応生成物を水洗、乾燥して30kgの粉末を得た。
174L容積のオートクレーブに純水34.0Lを投入し、充分に窒素置換を行った後、パーフルオロシクロブタン30.4kgとパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)0.73kg、メタノール3.49kgとを仕込み、系内の温度を35℃、攪拌速度を200rpmに保った。次いで、テトラフルオロエチレン(TFE)を0.60MPaまで圧入した後、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液0.060kgを投入して重合を開始した。重合の進行とともに系内圧力が低下するので、TFEを連続供給して圧力を一定にし、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.040kg追加して20時間重合を継続した。TFEを放出して、オートクレーブ内を大気圧に戻した後、得られた反応生成物を水洗、乾燥して30kgの粉末を得た。
純水を27.0L、PPVEを1.20kg、メタノールを3.00kgに変更し、TFEを0.57MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.014kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.040kg追加し、重合時間を21時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例2と同様にして、フッ素化したペレットを得た。
結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.77kg、メタノールを2.40kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.011kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.031kg追加し、重合時間を9時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.77kg、メタノールを3.30kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.011kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.031kg追加し、重合時間を10時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.77kg、メタノールを5.10kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.011kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.031kg追加し、重合時間を11時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを1.02kg、メタノールを2.05kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.015kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.038kg追加し、重合時間を8時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.92kg、メタノールを4.00kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.021kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.035kg追加し、重合時間を8時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を34.0L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.61kg、メタノールを3.74kgに変更し、TFEを0.60MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.060kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.035kg追加し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを1.16kg、メタノールを1.71kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.044kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.042kg追加し、重合時間を8時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を34L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.98kg、メタノールを1.30kgに変更し、TFEを0.60MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.060kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.052kg追加し、重合時間を23時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.81kg、メタノールを0.14kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.010kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.032kg追加し、重合時間を4時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを1.12kg、メタノールを0.09kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.010kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.040kg追加し、重合時間を5.5時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.77kg、メタノールを6.40kgに変更し、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.011kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.031kg追加し、重合時間を12時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
メタノールを3.80kgに変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化していないペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を34L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.73kg、メタノールを3.84kgに変更し、TFEを0.60MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.060kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.040kg追加し、重合時間を20時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化していないペレットを得た。結果を表3に示す。
PPVEを1.38kg、メタノールを4.00kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.047kg追加し、重合時間を18時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化していないペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を34L、PPVEを0.61kg、メタノールを4.34kgに変更し、TFEを0.60MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.060kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.035kg追加し、重合時間を20時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を34L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを0.78kg、メタノールを4.70kgに変更し、TFEを0.60MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.060kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.043kg追加し、重合時間を23時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
PPVEを2.29kg、メタノールを3.30kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.065kg追加し、重合時間を19時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
PPVEを3.15kg、メタノールを3.30kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.082kg追加し、重合時間を20時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化したペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を26.6L、パーフルオロシクロブタンを30.4kg、PPVEを1.12kgに変更し、メタノールを加えず、TFEを0.58MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.010kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.040kg追加し、重合時間を4時間に変更し、15kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化していないペレットを得た。結果を表3に示す。
純水を53.8L、パーフルオロシクロブタンを41.7kg、PPVEを0.31kg、メタノールを1.73kgに変更し、TFEを0.50MPaまで圧入し、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネートの50%メタノール溶液を0.220kgに変更し、PPVEをTFEの供給1kg毎に0.016kg追加し、重合時間を7時間に変更し、30kgの粉末を得た以外は、実験例1と同様にして、フッ素化していないペレットを得た。結果を表3に示す。
ペレット20gをガラス容器(50mlスクリュー管)に入れ、HPM38(Crめっき)またはHPM38(Niめっき)により形成された金属柱(5mm四方の四角形状、長さ30mm)を、ガラス容器にペレットに触れないようにぶら下げた。そして、ガラス容器にアルミホイルで蓋をした。ガラス容器をこの状態のままオーブンに入れ、380℃で3時間加熱した。その後、加熱したガラス容器をオーブンから取り出し、室温まで冷却を行い、金属柱表面の腐食の程度を目視で観察した。腐食程度は次の基準で判定を行った。
○:腐食が観察されない
△:わずかに腐食が観察される
×:腐食が観察される
金型(内径120mm、高さ38mm)に、上記ペレットを約5g投入した状態で、熱板プレスにて370℃で20分間溶融後、圧力1MPa(樹脂圧)で加圧しながら水冷して、厚み約0.2mmの成形品を作製した。その後、得られた成形品を用いて、15mm四方の試験片を作製した。
圧縮永久歪み率の測定は、ASTM D395またはJIS K6262に記載の方法に準じた。
圧縮永久歪み率(%)=(t0-t2)/(t0-t1)×100
t0:試験片の元の高さ(mm)
t1:スペーサの高さ(mm)
t2:圧縮装置から取り外した試験片の高さ(mm)
上記の試験においては、t0=6mm、t1=3mmである。
圧縮永久歪み率の測定と同様にして、試験片を作製した。作製した試験片を、圧縮装置を用いて、常温で、圧縮変形率50%まで圧縮(つまり、高さ6mmの試験片を、高さ3mmまで圧縮)した。圧縮した試験片を圧縮装置に固定したまま、電気炉内に静置し、150℃で18時間放置した。電気炉から圧縮装置を取り出し、室温まで冷却後、試験片を取り外した。回収した試験片を、室温で、30分放置した後、回収した試験片を観察し、以下の基準で評価した。
無:試験片にクラックが観察されなかった。
有:試験片にクラックが観察された。
復元量(mm)=t2-t1
t1:スペーサの高さ(mm)
t2:圧縮装置から取り外した試験片の高さ(mm)
上記の試験においては、t1=3mmである。
DVA-220(アイティー計測制御社製)を用いた動的粘弾性測定を行い求めた。サンプル試験片として、長さ25mm、幅5mm、厚み0.2mmの圧縮成形シートを用いて、昇温速度2℃/分、周波数10Hz条件下で、30℃~250℃の範囲で測定を行い、150℃の貯蔵弾性率(MPa)を読み取った。
150℃での圧縮永久歪み試験の結果と150℃での貯蔵弾性率測定の結果から、次式により150℃面圧を求めた。
150℃面圧(MPa)=(t2-t1)/t1×E’
t1:スペーサの高さ(mm)
t2:圧縮装置から取り外した試験片の高さ(mm)
E’:150℃での貯蔵弾性率(MPa)
射出成形機(住友重機械工業社製、SE50EV-A)を使用し、シリンダ温度を350~385℃、金型温度を150~200℃として、共重合体を射出成形することにより、外径Φ17.7mm、内径Φ14.3mm、厚み1.6mmtのガスケットを得た。
電解液透過量(g/1000h)=(加熱前の透過試験治具の質量)-(加熱後の透過試験治具の質量)
電解液透過試験において作製したガスケットを目視にて観察し、射出成形性を以下の基準で評価した。
〇:ガスケットにバリが観られない
△:ガスケットに1mm2以下の面積の小さなバリが観られる
×:ガスケットに1mm2を超える面積の大きなバリが観られる
1 外装缶
2 蓋
3 底面
4A 第1の外部端子
4B 第2の外部端子
5 栓
6 ガスケット
61 円筒部
62 フランジ部
63 側壁部
7 絶縁部材
50 透過試験治具
Claims (5)
- テトラフルオロエチレン単位およびパーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位を含有し、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)単位の含有量が、全単量体単位に対して、2.0~6.0質量%であり、メルトフローレートが、0.5~55g/10分であり、官能基数が、主鎖炭素数106個あたり、50個以下である共重合体を含有する非水電解液電池用のガスケット。
- 射出成形体またはトランスファー成形体である請求項1に記載の非水電解液電池用のガスケット。
- 厚みが、0.5~2.5mmである請求項1または2に記載の非水電解液電池用のガスケット。
- シール面積が、0.5~50cm2である請求項1~3のいずれかに記載の非水電解液電池用のガスケット。
- 請求項1~4のいずれかに記載の非水電解液電池用のガスケットを備える非水電解液電池。
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