JPWO2007066768A1 - 電気化学素子用セパレータとその製造方法、並びに電気化学素子とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ただし、上記式中、V0は、電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、Viは、電解液に浸漬する前の樹脂Bの体積(cm3)をそれぞれ表す。
ただし、上記式中、V0は、電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、V1は、電解液中に25℃で24時間浸漬後、電解液を120℃に昇温させ、120℃で1時間経過後における樹脂Bの体積(cm3)をそれぞれ表す。
VB=(M0−Mi)/PB (4)
VC=M1/PC−M0/PB (5)
VV=Mi×(1−W)/PV (6)
V0=Vi+VB−VV×(BB+1) (7)
VD=VV×(BB+1) (8)
BT={V0+VC−VD×(BC+1)}/V0−1 (9)
Vi:電解液に浸漬する前の樹脂Bの体積(cm3)、
V0:電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、
VB:電解液中に常温で24時間浸漬後に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm3)、
VC:電解液中に常温で24時間浸漬した時点から、電解液を120℃まで昇温させ、更に120℃で1時間経過するまでの間に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm3)、
VV:電解液に浸漬する前のバインダー樹脂の体積(cm3)、
VD:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダー樹脂の体積(cm3)、
Mi:電解液に浸漬する前のフィルムの質量(g)、
M0:電解液中に常温で24時間浸漬後のフィルムの質量(g)、
M1:電解液中に常温で24時間浸漬した後、電解液を120℃まで昇温させ、更に120℃で1時間経過した後におけるフィルムの質量(g)、
W:電解液に浸漬する前のフィルム中の樹脂Bの質量比率、
PA:電解液に浸漬する前の樹脂Bの比重(g/cm3)、
PB:常温における電解液の比重(g/cm3)、
PC:所定温度での電解液の比重(g/cm3)、
PV:電解液に浸漬する前のバインダー樹脂の比重(g/cm3)、
BB:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダー樹脂の膨潤度、
BC:上記式(2)で定義される昇温時のバインダー樹脂の膨潤度
である。
ここで、上記式中、ai:質量%で表した成分iの比率、ρi:成分iの密度(g/cm3)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm2)、t:セパレータの厚み(cm)である。
負極活物質である黒鉛:95質量部と、バインダーであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、集電体となる厚さ10μmの銅箔の両面に、活物質塗布長が表面320mm、裏面260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して、長さ330mm、幅45mmの負極を作製した。更に、この負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
正極活物質であるLiCoO2:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダーであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、活物質塗布長が表面319〜320mm、裏面258〜260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ330mm、幅43mmの正極を作製した。更に、この正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
製造例1で作製した負極の両面に、PE微粒子(平均粒径1μm、融点125℃)の水分散体(固形分濃度40質量%)[液状組成物(1−A)]をブレードコーターにより塗布して乾燥し、厚みが5μmになるように、樹脂AであるPEを主体とする第1セパレータ層を形成した。また、製造例2で作製した正極の両面にも同様に、厚み5μmの、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層を形成した。正極上および負極上に形成した第1セパレータ層は、樹脂AであるPE微粒子のみにより構成されており、第1セパレータ層における樹脂Aの体積含有率は100%である。
シリカ微粒子に代えて、板状アルミナ(Al2O3)微粒子(平均粒径2μm、アスペクト比50)を4400g用いた以外は、実施例1の液状組成物(2−A)と同様にして、液状組成物(2−B)を調製した。液状組成物(2−B)と実施例1で使用した液状組成物(1−A)とを、互いに対向する位置にダイを2つ備えたダイコーターを用いて、厚み18μmのPET製湿式不織布(多孔質基体)の両面に同時に塗布することで、樹脂AであるPEを主体とする第1セパレータ層と、フィラーである板状アルミナ微粒子を主体とする第2セパレータ層とを有する多孔質膜を得た。第1セパレータ層および第2セパレータ層の厚みは、それぞれおよそ10μmであった。
フィラーとして板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)1000gを水1000gに分散させ、更にバインダーとしてSBRラテックス120gを加えて均一に分散させて、液状組成物(2−C)を調製した。液状組成物(2−C)中に厚みが15μmのPP製メルトブロー不織布(多孔質基体)を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−C)を塗布した後、乾燥することにより、不織布の空隙内にフィラー(板状ベーマイト)を含有し、この板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm)を得た。この多孔質膜を、実施例1で使用した液状組成物(1−A)中に通し、引き上げ塗布により液状組成物(1−A)を塗布した後、乾燥することにより、第2セパレータ層の表裏両面に樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層を有する多孔質膜を得た。
実施例3で調製した液状組成物(2−C)に、更に架橋PMMA(平均粒径0.4μm、BR=0.5、BT=4、Tg:105℃)の水分散体(固形分比率40質量%)を330g加え、均一に分散させて液状組成物(2−D)とした。
樹脂Bである架橋PMMA微粒子(平均粒径0.1μm、BR=1.0、BT=5、Tg:85℃)の水分散体(固形分比率40質量%)1000gに、バインダーとして実施例3で用いたものと同じSBRラテックス100gを加え、均一になるように分散させて液状組成物(1−B)とした。
フィラーとして、実施例3で用いたものと同じ板状ベーマイトと、更に別の板状ベーマイト(平均粒径0.8μm、アスペクト比50)とを、質量比で4:1に混合した混合物を用いた以外は、実施例3の液状組成物(2−C)と同様にして液状組成物(2−E)を調製した。この液状組成物(2−E)中に、多孔質基体となる厚みが15μmのPET製湿式不織布を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−E)を塗布した後、乾燥することにより、不織布の空隙内にフィラー(板状ベーマイト)を含有し、この板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm)を得た。
フィラーとして、実施例1で用いたものと同じシリカ微粒子1000gを用い、これを水1000g中に分散させた。更に、バインダーとして、実施例3で用いたものと同じSBRラテックスを120g加え、均一に分散させて液状組成物(2−F)とした。この液状組成物(2−F)に厚みが15μmのPP製メルトブロー不織布(多孔質基体)を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−F)を塗布した後、乾燥する前に液状組成物(1−A)をダイコーターを用いて塗布し、乾燥して、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層と、フィラーであるシリカ微粒子(板状のものを含む)を主体とする第2セパレータ層とを有する多孔質膜(厚み23μm)を得た。
バインダーであるEVA(酢酸ビニル由来の構造単位が34モル%)100g、およびトルエン6kgを容器に入れ、均一に溶解するまで室温にて撹拌した。更に、樹脂Aとして、PE微粒子(平均粒径5μm、融点105℃)1kgを加え、ディスパーで、2800rpmの条件で1時間攪拌して分散させた。更に、アルミナ微粒子(平均粒径0.4μm)を1kg加え、攪拌して液状組成物(1−C)を調製した。液状組成物(1−C)を、実施例1と同様に製造例1で作製した負極の両面に塗布し、乾燥して、厚みが10μmの、樹脂AであるPEを主体とし更にアルミナ微粒子を含有する第1セパレータ層を負極上に形成した。
液状組成物(1−A)1kgに、更にアルミナ微粒子(平均粒径0.4μm)を400g加え、均一に分散させて液状組成物(1−D)を調製した。
アルミナ微粒子(平均粒径0.3μm)1kgを水1kg中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーに、更にバインダーとして自己架橋性アクリル樹脂エマルジョン(固形分比率45質量%)を100g加えて攪拌し、液状組成物(2−G)を調製した。
液状組成物(2−C)中に厚み15μmのPET製湿式不織布(多孔質基体)を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−C)を塗布した後、乾燥することにより、不織布の空隙内にフィラー(板状ベーマイト)を含有し、板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm)を得た。
液状組成物(1−A)を用いた以外は、実施例10と同様にして、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm、多孔質膜1)を得た。また、液状組成物(2−C)を用い、実施例11と同様にして、板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm、多孔質膜2)を得た。
液状組成物(1−A)の代わりに液状組成物(1−D)を用いた以外は、実施例12における多孔質膜1と同様にして、樹脂AであるPE微粒子を主体とし更にアルミナ微粒子を含有する第1セパレータ層となる多孔質膜3を作製した。また、液状組成物(2−C)の代わりに液状組成物(2−D)を用いた以外は、実施例12における多孔質膜2と同様にして、板状ベーマイトを主体とし更に樹脂Bである架橋PMMA微粒子を含有する第2セパレータ層となる多孔質膜4を作製した。
板状アルミナ(平均粒径2μm、アスペクト比50)1kgに、水1kg、バインダーであるEVAのエマルジョン(酢酸ビニル由来の構造単位が20モル%、固形分比率50質量%)100gを加え、ディスパーで、2800rpmの条件で1時間攪拌して分散させ、更に、アルミナ繊維(平均繊維径3μm、平均繊維長10cm)300gを加え、均一になるまで室温にて撹拌して、液状組成物(2−H)を得た。液状組成物(2−H)を、ダイコーターを用いて、塗布厚50μmでPET基材上に塗布し、乾燥した後、PET基材から剥離することにより、フィラーである板状アルミナを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み15μm)を得た。
液状組成物(2−H)を用い、実施例14と同様にPET基材上に塗布し、乾燥する前に、更に液状組成物(1−A)をブレードコーターを用いて塗布厚15μmで塗布し、乾燥した後にPET基材から剥離することにより、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層と、フィラーである板状アルミナを主体とする第2セパレータ層とを有する多孔質膜を得た。
実施例12で作製した多孔質膜2のみをセパレータとして用いた以外は、実施例12と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
実施例12で作製した多孔質膜1のみをセパレータとして用いた以外は、実施例12と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
PE製微多孔膜(厚み20μm)を用い、製造例1で作製した負極と製造例2で作製した正極とを、上記PE製微多孔膜を介在させつつ重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。この巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
ただし、上記式中、V0は、電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、Viは、電解液に浸漬する前の樹脂Bの体積(cm3)をそれぞれ表す。
ただし、上記式中、V0は、電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、V1は、電解液中に25℃で24時間浸漬後、電解液を120℃に昇温させ、120℃で1時間経過後における樹脂Bの体積(cm3)をそれぞれ表す。
VB=(M0−Mi)/PB (4)
VC=M1/PC−M0/PB (5)
VV=Mi×(1−W)/PV (6)
V0=Vi+VB−VV×(BB+1) (7)
VD=VV×(BB+1) (8)
BT={V0+VC−VD×(BC+1)}/V0−1 (9)
Vi:電解液に浸漬する前の樹脂Bの体積(cm3)、
V0:電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、
VB:電解液中に常温で24時間浸漬後に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm3)、
VC:電解液中に常温で24時間浸漬した時点から、電解液を120℃まで昇温させ、更に120℃で1時間経過するまでの間に、フィルムに吸収された電解液の体積(cm3)、
VV:電解液に浸漬する前のバインダー樹脂の体積(cm3)、
VD:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダー樹脂の体積(cm3)、
Mi:電解液に浸漬する前のフィルムの質量(g)、
M0:電解液中に常温で24時間浸漬後のフィルムの質量(g)、
Ml:電解液中に常温で24時間浸漬した後、電解液を120℃まで昇温させ、更に120℃で1時間経過した後におけるフィルムの質量(g)、
W:電解液に浸漬する前のフィルム中の樹脂Bの質量比率、
PA:電解液に浸漬する前の樹脂Bの比重(g/cm3)、
PB:常温における電解液の比重(g/cm3)、
PC:所定温度での電解液の比重(g/cm3)、
PV:電解液に浸漬する前のバインダー樹脂の比重(g/cm3)、
BB:電解液中に常温で24時間浸漬後のバインダー樹脂の膨潤度、
BC:上記式(2)で定義される昇温時のバインダー樹脂の膨潤度
である。
ここで、上記式中、ai:質量%で表した成分iの比率、ρi:成分iの密度(g/cm3)、m:セパレータの単位面積あたりの質量(g/cm2)、t:セパレータの厚み(cm)である。
負極活物質である黒鉛:95質量部と、バインダーであるPVDF:5質量部とを、NMPを溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。この負極合剤含有ペーストを、集電体となる厚さ10μmの銅箔の両面に、活物質塗布長が表面320mm、裏面260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整し、幅45mmになるように切断して、長さ330mm、幅45mmの負極を作製した。更に、この負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
正極活物質であるLiCoO2:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダーであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、活物質塗布長が表面319〜320mm、裏面258〜260mmになるように間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、長さ330mm、幅43mmの正極を作製した。更に、この正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
製造例1で作製した負極の両面に、PE微粒子(平均粒径1μm、融点125℃)の水分散体(固形分濃度40質量%)[液状組成物(1−A)]をブレードコーターにより塗布して乾燥し、厚みが5μmになるように、樹脂AであるPEを主体とする第1セパレータ層を形成した。また、製造例2で作製した正極の両面にも同様に、厚み5μmの、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層を形成した。正極上および負極上に形成した第1セパレータ層は、樹脂AであるPE微粒子のみにより構成されており、第1セパレータ層における樹脂Aの体積含有率は100%である。
シリカ微粒子に代えて、板状アルミナ(Al2O3)微粒子(平均粒径2μm、アスペクト比50)を4400g用いた以外は、実施例1の液状組成物(2−A)と同様にして、液状組成物(2−B)を調製した。液状組成物(2−B)と実施例1で使用した液状組成物(1−A)とを、互いに対向する位置にダイを2つ備えたダイコーターを用いて、厚み18μmのPET製湿式不織布(多孔質基体)の両面に同時に塗布することで、樹脂AであるPEを主体とする第1セパレータ層と、フィラーである板状アルミナ微粒子を主体とする第2セパレータ層とを有する多孔質膜を得た。第1セパレータ層および第2セパレータ層の厚みは、それぞれおよそ10μmであった。
フィラーとして板状ベーマイト(平均粒径1μm、アスペクト比10)1000gを水1000gに分散させ、更にバインダーとしてSBRラテックス120gを加えて均一に分散させて、液状組成物(2−C)を調製した。液状組成物(2−C)中に厚みが15μmのPP製メルトブロー不織布(多孔質基体)を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−C)を塗布した後、乾燥することにより、不織布の空隙内にフィラー(板状ベーマイト)を含有し、この板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm)を得た。この多孔質膜を、実施例1で使用した液状組成物(1−A)中に通し、引き上げ塗布により液状組成物(1−A)を塗布した後、乾燥することにより、第2セパレータ層の表裏両面に樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層を有する多孔質膜を得た。
実施例3で調製した液状組成物(2−C)に、更に架橋PMMA(平均粒径0.4μm、BR=0.5、BT=4、Tg:105℃)の水分散体(固形分比率40質量%)を330g加え、均一に分散させて液状組成物(2−D)とした。
樹脂Bである架橋PMMA微粒子(平均粒径0.1μm、BR=1.0、BT=5、Tg:85℃)の水分散体(固形分比率40質量%)1000gに、バインダーとして実施例3で用いたものと同じSBRラテックス100gを加え、均一になるように分散させて液状組成物(1−B)とした。
フィラーとして、実施例3で用いたものと同じ板状ベーマイトと、更に別の板状ベーマイト(平均粒径0.8μm、アスペクト比50)とを、質量比で4:1に混合した混合物を用いた以外は、実施例3の液状組成物(2−C)と同様にして液状組成物(2−E)を調製した。この液状組成物(2−E)中に、多孔質基体となる厚みが15μmのPET製湿式不織布を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−E)を塗布した後、乾燥することにより、不織布の空隙内にフィラー(板状ベーマイト)を含有し、この板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm)を得た。
フィラーとして、実施例1で用いたものと同じシリカ微粒子1000gを用い、これを水1000g中に分散させた。更に、バインダーとして、実施例3で用いたものと同じSBRラテックスを120g加え、均一に分散させて液状組成物(2−F)とした。この液状組成物(2−F)に厚みが15μmのPP製メルトブロー不織布(多孔質基体)を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−F)を塗布した後、乾燥する前に液状組成物(1−A)をダイコーターを用いて塗布し、乾燥して、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層と、フィラーであるシリカ微粒子(板状のものを含む)を主体とする第2セパレータ層とを有する多孔質膜(厚み23μm)を得た。
バインダーであるEVA(酢酸ビニル由来の構造単位が34モル%)100g、およびトルエン6kgを容器に入れ、均一に溶解するまで室温にて撹拌した。更に、樹脂Aとして、PE微粒子(平均粒径5μm、融点105℃)1kgを加え、ディスパーで、2800rpmの条件で1時間攪拌して分散させた。更に、アルミナ微粒子(平均粒径0.4μm)を1kg加え、攪拌して液状組成物(1−C)を調製した。液状組成物(1−C)を、実施例1と同様に製造例1で作製した負極の両面に塗布し、乾燥して、厚みが10μmの、樹脂AであるPEを主体とし更にアルミナ微粒子を含有する第1セパレータ層を負極上に形成した。
液状組成物(1−A)1kgに、更にアルミナ微粒子(平均粒径0.4μm)を400g加え、均一に分散させて液状組成物(1−D)を調製した。
アルミナ微粒子(平均粒径0.3μm)1kgを水1kg中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーに、更にバインダーとして自己架橋性アクリル樹脂エマルジョン(固形分比率45質量%)を100g加えて攪拌し、液状組成物(2−G)を調製した。
液状組成物(2−C)中に厚み15μmのPET製湿式不織布(多孔質基体)を通し、引き上げ塗布により液状組成物(2−C)を塗布した後、乾燥することにより、不織布の空隙内にフィラー(板状ベーマイト)を含有し、板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm)を得た。
液状組成物(1−A)を用いた以外は、実施例10と同様にして、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm、多孔質膜1)を得た。また、液状組成物(2−C)を用い、実施例11と同様にして、板状ベーマイトを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み20μm、多孔質膜2)を得た。
液状組成物(1−A)の代わりに液状組成物(1−D)を用いた以外は、実施例12における多孔質膜1と同様にして、樹脂AであるPE微粒子を主体とし更にアルミナ微粒子を含有する第1セパレータ層となる多孔質膜3を作製した。また、液状組成物(2−C)の代わりに液状組成物(2−D)を用いた以外は、実施例12における多孔質膜2と同様にして、板状ベーマイトを主体とし更に樹脂Bである架橋PMMA微粒子を含有する第2セパレータ層となる多孔質膜4を作製した。
板状アルミナ(平均粒径2μm、アスペクト比50)1kgに、水1kg、バインダーであるEVAのエマルジョン(酢酸ビニル由来の構造単位が20モル%、固形分比率50質量%)100gを加え、ディスパーで、2800rpmの条件で1時間攪拌して分散させ、更に、アルミナ繊維(平均繊維径3μm、平均繊維長10cm)300gを加え、均一になるまで室温にて撹拌して、液状組成物(2−H)を得た。液状組成物(2−H)を、ダイコーターを用いて、塗布厚50μmでPET基材上に塗布し、乾燥した後、PET基材から剥離することにより、フィラーである板状アルミナを主体とする第2セパレータ層となる多孔質膜(厚み15μm)を得た。
液状組成物(2−H)を用い、実施例14と同様にPET基材上に塗布し、乾燥する前に、更に液状組成物(1−A)をブレードコーターを用いて塗布厚15μmで塗布し、乾燥した後にPET基材から剥離することにより、樹脂AであるPE微粒子を主体とする第1セパレータ層と、フィラーである板状アルミナを主体とする第2セパレータ層とを有する多孔質膜を得た。
実施例12で作製した多孔質膜2のみをセパレータとして用いた以外は、実施例12と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
実施例12で作製した多孔質膜1のみをセパレータとして用いた以外は、実施例12と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
PE製微多孔膜(厚み20μm)を用い、製造例1で作製した負極と製造例2で作製した正極とを、上記PE製微多孔膜を介在させつつ重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。この巻回電極体を用いた以外は、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製した。
本発明の第2の電気化学素子用セパレータは、第1セパレータ層と、第2セパレータ層とを含む多孔質の電気化学素子用セパレータであって、前記第1セパレータ層は、融点以上の温度で溶融して空孔を塞ぐことにより105〜135℃の範囲でシャットダウンを生じさせる樹脂Aを主体として含み、前記第2セパレータ層は、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含み、かつ、厚みが2μm以上30μm以下であり、前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方は、板状粒子を含むことを特徴とする。
また、本発明の第2の電気化学素子は、正極、負極、非水電解液およびセパレータを含む電気化学素子であって、前記セパレータは、第1セパレータ層と、第2セパレータ層とを含み、前記第1セパレータ層は、融点が80〜130℃である樹脂Aを主体として含み、前記第2セパレータ層は、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含み、かつ、厚みが2μm以上30μm以下であり、前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方は、板状粒子を含み、前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方が、前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極と一体化されていることを特徴とする。
また、本発明の第3の電気化学素子は、正極、負極、非水電解液およびセパレータを含む電気化学素子であって、前記セパレータは、第1セパレータ層と、第2セパレータ層とを含み、前記第1セパレータ層は、融点以上の温度で溶融して空孔を塞ぐことにより105〜135℃の範囲でシャットダウンを生じさせる樹脂Aを主体として含み、前記第2セパレータ層は、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含み、かつ、厚みが2μm以上30μm以下であり、前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方は、板状粒子を含み、前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方が、前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極と一体化されていることを特徴とする。
Claims (27)
- 第1セパレータ層と、第2セパレータ層とを含む多孔質の電気化学素子用セパレータであって、
前記第1セパレータ層は、融点が80〜130℃である樹脂A、および、加熱により非水電解液を吸収して膨潤し且つ温度上昇と共に膨潤度が増大する樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を主体として含み、
前記第2セパレータ層は、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含み、
前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方は、板状粒子を含むことを特徴とする電気化学素子用セパレータ。 - 前記樹脂Aは、ポリエチレン、エチレン−ビニルモノマー共重合体およびポリオレフィンワックスよりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記樹脂Bは、75〜125℃の範囲にガラス転移点を有する樹脂架橋体である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記樹脂Bは、スチレン樹脂、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂、ポリアルキレンオキシド、フッ素樹脂およびこれらの誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種の樹脂の架橋体である請求項3に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記樹脂Bは、下記式で定義される25℃における膨潤度BRが1以下である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
BR=(V0/Vi)−1
ただし、上記式中、V0は、非水電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、Viは、非水電解液に浸漬する前の樹脂Bの体積(cm3)をそれぞれ表す。 - 前記樹脂Bは、下記式で定義される120℃における膨潤度BTが1以上である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
BT=(V1/V0)−1
ただし、上記式中、V0は、非水電解液中に25℃で24時間浸漬後の樹脂Bの体積(cm3)、V1は、非水電解液中に25℃で24時間浸漬後、非水電解液を120℃に昇温させ、120℃で1時間経過後における樹脂Bの体積(cm3)をそれぞれ表す。 - 前記樹脂Aおよび前記樹脂Bは、微粒子である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記第2セパレータ層の空孔率が10〜50%であり、前記第1セパレータ層に含まれる前記樹脂Aと前記樹脂Bとの合計体積が、前記第2セパレータ層の全空孔体積の50%以上である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記フィラーは、無機酸化物からなる請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記無機酸化物は、ベーマイト、Al2O3およびSiO2よりなる群から選択される少なくとも1種である請求項9に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記フィラーは、板状粒子を含む請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記板状粒子のアスペクト比が、5〜100である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方が、有機バインダーを含む請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方が、耐熱温度が150℃以上の多孔質基体をさらに含む請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記第1セパレータ層と前記第2セパレータ層とは、前記多孔質基体を共有して一体化している請求項14に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記多孔質基体は、繊維状物で構成されている請求項14に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記繊維状物は、セルロースおよびその変成体、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリアミドイミド、ポリイミドおよび無機酸化物よりなる群から選択される少なくとも1種の材料からなる請求項16に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記多孔質基体は、織布または不織布である請求項14に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 前記電気化学素子用セパレータの150℃における熱収縮率が、1%以下である請求項1に記載の電気化学素子用セパレータ。
- 正極、負極、非水電解液および多孔質のセパレータを含む電気化学素子であって、
前記セパレータは、第1セパレータ層と、第2セパレータ層とを含み、
前記第1セパレータ層は、融点が80〜130℃である樹脂A、および、加熱により前記非水電解液を吸収して膨潤し且つ温度上昇と共に膨潤度が増大する樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を主体として含み、
前記第2セパレータ層は、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含み、
前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方は、板状粒子を含むことを特徴とする電気化学素子。 - 前記第1セパレータ層および前記第2セパレータ層の少なくとも一方が、前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極と一体化されている請求項20に記載の電気化学素子。
- 前記非水電解液の共存下において、150℃での内部抵抗が、25℃における内部抵抗の5倍以上である請求項20に記載の電気化学素子。
- 請求項1に記載の電気化学素子用セパレータの製造方法であって、
融点が80〜130℃である樹脂A、および、加熱により非水電解液を吸収して膨潤し且つ温度上昇と共に膨潤度が増大する樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を含むスラリー状の第1セパレータ層形成用組成物を準備する工程と、
耐熱温度が150℃以上のフィラーを含むスラリー状の第2セパレータ層形成用組成物を準備する工程と、
前記第1セパレータ層形成用組成物を多孔質基体に塗布して、前記樹脂Aおよび前記樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を主体として含む第1セパレータ層を形成する工程と、
前記第2セパレータ層形成用組成物を前記多孔質基体に塗布して、前記フィラーを主体として含む第2セパレータ層を形成する工程とを含み、
前記第1セパレータ層形成用組成物および前記第2セパレータ層形成用組成物の少なくとも一方は、板状粒子を含むことを特徴とする電気化学素子用セパレータの製造方法。 - 前記第1セパレータ層形成用組成物および前記第2セパレータ層形成用組成物のいずれか一方の組成物を多孔質基体に塗布し、塗布した組成物が乾燥する前に他方の組成物を前記多孔質基体に塗布する請求項23に記載の電気化学素子用セパレータの製造方法。
- 請求項1に記載の電気化学素子用セパレータの製造方法であって、
融点が80〜130℃である樹脂A、および、加熱により非水電解液を吸収して膨潤し且つ温度上昇と共に膨潤度が増大する樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を含むスラリー状の第1セパレータ層形成用組成物を準備する工程と、
耐熱温度が150℃以上のフィラーを含むスラリー状の第2セパレータ層形成用組成物を準備する工程と、
前記第1セパレータ層形成用組成物を第1の多孔質基体に塗布して、前記樹脂Aおよび前記樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を主体として含む第1セパレータ層を形成する工程と、
前記第2セパレータ層形成用組成物を第2の多孔質基体に塗布して、前記フィラーを主体として含む第2セパレータ層を形成する工程とを含み、
前記第1セパレータ層形成用組成物および前記第2セパレータ層形成用組成物の少なくとも一方は、板状粒子を含むことを特徴とする電気化学素子用セパレータの製造方法。 - 前記第1セパレータ層と前記第2セパレータ層とは、電気化学素子内で重ね合わされてセパレータを形成する請求項25に記載の電気化学素子用セパレータの製造方法。
- 請求項20に記載の電気化学素子の製造方法であって、
融点が80〜130℃である樹脂A、および、加熱により非水電解液を吸収して膨潤し且つ温度上昇と共に膨潤度が増大する樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を含むスラリー状の第1セパレータ層形成用組成物を準備する工程と、
耐熱温度が150℃以上のフィラーを含むスラリー状の第2セパレータ層形成用組成物を準備する工程と、
活物質含有層形成用組成物を準備する工程と、
前記活物質含有層形成用組成物を集電体に塗布し、塗布した組成物が乾燥する前に前記第1セパレータ層形成用組成物または前記第2セパレータ層形成用組成物を塗布して、前記樹脂Aおよび前記樹脂Bより選ばれる少なくとも1種の樹脂を主体として含む第1セパレータ層または前記フィラーを主体として含む第2セパレータ層を形成する工程とを含み、
前記第1セパレータ層形成用組成物および前記第2セパレータ層形成用組成物の少なくとも一方は、板状粒子を含むことを特徴とする電気化学素子の製造方法。
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