JPWO2017221572A1 - 非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層及び非水系二次電池 - Google Patents

非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層及び非水系二次電池 Download PDF

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Abstract

本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、所定の組成及び性状を満たす有機粒子と、結着材とを含有する。機能層用組成物に含有される有機粒子は、芳香族モノビニル単量体単位を２０質量％以上７０質量％以下の割合で、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を３０質量％以上７０質量％以下の割合で含有し、電解液膨潤度が１．０倍超４．０倍以下であり、体積平均粒子径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、テトラヒドロフラン不溶解分量が２０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする。

Description

本発明は、非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層及び非水系二次電池に関するものである。
リチウムイオン二次電池などの非水系二次電池（以下、「二次電池」と略記する場合がある）は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。そして二次電池は、一般に正極、負極、そして正極と負極とを隔離して正極と負極との間の短絡を防ぐセパレータなどの電池部材を備えている。
ここで、二次電池においては、電池部材に所望の性能（例えば、耐熱性や強度など）を付与する機能層を備えた電池部材が使用されている。具体的には、例えば、セパレータ基材上に機能層を形成してなるセパレータや、集電体上に電極合材層を設けてなる電極基材の上に機能層を形成してなる電極が、電池部材として使用されている。また、電池部材の耐熱性や強度などを向上させ得る機能層としては、非導電性粒子をバインダー（結着材）で結着して形成した多孔膜層よりなる機能層が用いられている。また、例えば、電池部材間に延在させて電池部材同士を接着させるために機能層を用いることもできる。そして、この機能層は、例えば、非導電性粒子と、結着材と、分散媒とを含む機能層用組成物を基材（セパレータ基材や電極基材など）の表面に塗布し、塗布した機能層用組成物を乾燥させることにより形成される。
そして、近年、非水系二次電池の更なる高性能化を目的として、機能層の形成に用いられる非水系二次電池機能層用組成物の改良が盛んに行われている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、例えば特許文献１では、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を３５質量％以上含み、かつ芳香族モノビニル単量体単位を３０質量％以上６５質量％以下含むランダム共重合体である粒子状重合体を含み、かかる粒子状重合体の非水系電解液に対する膨潤度が１倍超２倍以下である、非水系二次電池機能層用組成物である非水系二次電池機能層用組成物が提案されている。特許文献１の非水系二次電池機能層用組成物は、耐久性に優れる多孔膜を形成可能であり、且つ、高せん断下での安定性に富むものであった。
国際公開第２０１５／１４５９６７号
ところで、二次電池の製造プロセスにおいては、電解液に浸漬する前の電池部材同士を積層し、必要に応じて所望のサイズに切断したり、積層体のまま運搬したりすることがある。そして、当該切断または運搬の際には、積層された電池部材同士が位置ズレなどを起こし、不良の発生、生産性の低下といった問題が生じることがある。従って、電池部材には、上述の耐ブロッキング性に加え、電池の製造プロセス中における電池部材同士の高い接着性（プロセス接着性）を兼ね備えることが求められている。また、近年、非水系二次電池には、更なる電気的特性の向上が求められている。
しかし、特許文献１に記載の非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成した機能層は、プロセス接着性が十分ではなく、また、かかる機能層を備える非水系二次電池は、サイクル特性や出力特性等の電気的特性に改善の余地があった。
そこで、本発明は、プロセス接着性に富む機能層を形成可能であり、さらに、非水系二次電池の電気的特性を向上させることが可能な非水系二次電池機能層用組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、プロセス接着性に富み、非水系二次電池の電気的特性を向上させることが可能な非水系二次電池用機能層、及び当該非水系二次電池用機能層を備える、電気的特性の良好な非水系二次電池を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決することを目的として鋭意検討を行った。そして、本発明者は、特定の組成及び性状を満たす有機粒子を結着材と共に非水系二次電池機能層用組成物に配合することで、プロセス接着性に富み、非水系二次電池の電気的特性を向上させることができる機能層が得られることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、有機粒子及び結着材を含む非水系二次電池機能層用組成物であって、前記有機粒子が、芳香族モノビニル単量体単位を２０質量％以上７０質量％以下の割合で、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を３０質量％以上７０質量％以下の割合で含有し、更に、電解液膨潤度が１．０倍超４．０倍以下であり、体積平均粒子径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、テトラヒドロフラン不溶解分量が２０質量％以上７０質量％以下である、ことを特徴とする。このように、結着材と、芳香族モノビニル単量体単位及び（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を特定の割合で含有し、且つ、電解液膨潤度、体積平均粒子径、及びテトラヒドロフラン不溶解分量が特定の範囲内に制御された有機粒子とを含む機能層用組成物を用いれば、プロセス接着性に富み、非水系二次電池の電気的特性を向上させうる機能層が得られる。
ここで、本発明において「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た重合体中に単量体由来の構造単位が含まれている」ことを意味する。また、本発明において「（メタ）アクリル」とは、アクリル及び／又はメタクリルを意味する。
さらに、本発明において、「有機粒子の電解液膨潤度」、「有機粒子の体積平均粒子径」、及び「有機粒子のテトラヒドロフラン不溶解分量」は、本明細書の実施例に記載の方法を用いて求めることができる。
ここで、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、前記有機粒子が、架橋性単量体単位を０．２質量％以上０．８質量％以下の割合で更に含むことが好ましい。機能層用組成物に含有される有機粒子が架橋性単量体単位を上述の範囲内で含めば、かかる機能層用組成物を用いて形成した機能層のプロセス接着性を一層向上させると共に、かかる機能層を備える非水系二次電池の電気的特性を一層向上させることができる。
さらに、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、有機粒子が、ランダム共重合体であることが好ましい。有機粒子がランダム共重合体であれば、有機粒子を均質化することができ、かかる有機粒子を配合してなる機能層用組成物を用いて形成した機能層のプロセス接着性を一層向上させると共に、かかる機能層を備える非水系二次電池の電気的特性を一層向上させることができる。
さらに、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、無機粒子を更に含むことが好ましい。機能層用組成物が無機粒子を更に含有すれば、非水系二次電池の電気的特性を一層向上させることができるからである。
また、上記課題を有利に解決することができる本発明の非水系二次電池用機能層は、上記何れかの非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成されたことを特徴とする。かかる非水系二次電池用機能層は、プロセス接着性に富むと共に、かかる機能層を備える非水系二次電池の電気的特性を向上させることができる。
また、上記課題を有利に解決することができる本発明の非水系二次電池は、本発明の非水系二次電池用機能層を備えることを特徴とする。かかる非水系二次電池は、電気的特性が良好である。
本発明によれば、プロセス接着性に富む機能層を形成可能であり、非水系二次電池の電気的特性を向上させることが可能な非水系二次電池機能層用組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、プロセス接着性に富み、非水系二次電池の電気的特性を向上させることが可能な非水系二次電池用機能層、及び当該非水系二次電池用機能層を備える、電気的特性の良好な非水系二次電池を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
ここで、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、非水系二次電池用機能層を調製する際の材料として用いられる。そして、本発明の非水系二次電池用機能層は、本発明の非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成される。また、本発明の非水系二次電池は、少なくとも本発明の非水系二次電池用機能層を備えるものである。
（非水系二次電池機能層用組成物）
本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、有機粒子及び結着材を含み、更に、任意で無機粒子やその他の成分を含有する、水などを分散媒としたスラリー組成物である。そして、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、有機粒子が、芳香族モノビニル単量体単位を２０質量％以上７０質量％以下の割合で、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を３０質量％以上７０質量％以下の割合で含有することを特徴とする。さらに、かかる有機粒子は、電解液膨潤度が１．０倍超４．０倍以下であり、体積平均粒子径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、テトラヒドロフラン不溶解分量（以下、「ＴＨＦ不溶分量」ともいう）が２０質量％以上７０質量％以下である、ことを特徴とする。そして、本発明の非水系二次電池機能層用組成物は、所定の組成及び性状を有する有機粒子と、結着材とを併用しているので、プロセス接着性に優れる機能層を形成することができる。
＜有機粒子＞
非水系二次電池機能層用組成物に含有される有機粒子は、非導電性であり、さらに、機能層において、機能層を電解液に浸漬する前の接着性、即ち、プロセス接着性を向上することに寄与しうる粒子である。
［有機粒子の組成］
有機粒子は、芳香族モノビニル単量体単位を２０質量％以上７０質量％以下の割合で、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を３０質量％以上７０質量％以下の割合で含有し、更に、任意で、架橋性単量体単位、及びその他の単量体単位を含有しうる。
−（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位−
（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を形成しうる（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、イソペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ｎ−テトラデシルアクリレート、ステアリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレートなどのアクリル酸アルキルエステル；メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｔ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、イソペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ｎ−テトラデシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートなどのメタクリル酸アルキルエステル；などが挙げられる。これらは一種単独で、または、２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、本発明において、（メタ）アクリルとは、アクリル及び／またはメタクリルを意味する。
さらに、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体は、非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が３以上であることが好ましく、４以上であることがより好ましく、１８以下であることが好ましく、１２以下であることがより好ましい。非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が上記範囲内である（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体は適度な疎水性を有するため、有機粒子に由来して二次電池内へ持ち込まれうる水分量を低減して、電解質の分解を抑制して、二次電池の電気的特性を向上させることができる。なお、非カルボニル性酸素原子に結合するアルキル基の炭素数が４以上であるアクリル酸アルキルエステル単量体としては、ｎ−ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、及びシクロヘキシルアクリレートを好適に用いることができる。中でも、プロセス接着性や、得られる二次電池の電気的特性を向上させる観点から、ｎ−ブチルアクリレートが好ましい。
有機粒子における、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合は、有機粒子に含まれる全単量体単位を１００質量％として、３０質量％以上７０質量％以下であることが必要であり、好ましくは３５質量％以上６５質量％以下である。（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が上記下限値以上であれば、電解液に対する機能層の濡れ性が向上し、かかる機能層を備える二次電池の電気的特性（特に、低温出力特性）を向上させることができる。また、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位の含有割合が上記上限値以下であれば、機能層を介した電池部材間の密着強度を向上させることができる。
−芳香族モノビニル単量体単位−
芳香族モノビニル単量体単位を形成しうる芳香族モノビニル単量体としては、スチレン、スチレンスルホン酸及びその塩（例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムなど）、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、４−（ｔｅｒｔ−ブトキシ）スチレンなどが挙げられる。これらの中でも、スチレン、スチレンスルホン酸ナトリウムが好ましく、スチレンがより好ましい。なお、二次電池の電気的特性を向上させる観点からは、芳香族モノビニル単量体としてはスチレンが特に好ましい。これらは一種単独で、または、２種以上を組み合わせて用いることができる。
有機粒子における、芳香族モノビニル単量体単位の含有割合は、有機粒子に含まれる全単量体単位を１００質量％として、２０質量％以上７０質量％以下であることが必要であり、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは３５質量％以上、好ましくは６５質量％以下、より好ましくは６０質量％以下である。芳香族モノビニル単量体単位の含有割合が上記下限値以上であれば、有機粒子の電解液膨潤度が過剰に大きくなることを抑制し、機能層のイオン透過性の低下を抑制し、かかる機能層を備える二次電池の低温出力特性を高めることができる。また、芳香族モノビニル単量体単位の含有割合が上記上限値以下であれば、二次電池の高温サイクル特性を向上させることができる。
−架橋性単量体単位−
架橋性単量体単位は、上述した（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位及び芳香族モノビニル単量体単位以外の単量体単位である。従って、架橋性単量体単位を形成しうる架橋性単量体には、上述した（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体及び芳香族モノビニル単量体は含まれない。
架橋性単量体単位を形成しうる架橋性単量体としては、重合した際に架橋構造を形成しうる単量体を用いることができる。具体的には、熱架橋性の架橋性基及び１分子あたり１つのエチレン性二重結合を有する単官能性単量体、及び１分子あたり２つ以上のエチレン性二重結合を有する多官能性単量体が挙げられる。単官能性単量体に含まれる熱架橋性の架橋性基の例としては、エポキシ基、Ｎ−メチロールアミド基、オキセタニル基、オキサゾリン基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。架橋性単量体単位を含有させることで、有機粒子の電解液膨潤度の大きさを適度な大きさとすることができる。
そして、架橋性単量体は、疎水性であっても親水性であってもよい。
なお、本発明において、架橋性単量体が「疎水性」であるとは、当該架橋性単量体が親水性基を含まないことをいい、架橋性単量体が「親水性」であるとは、当該架橋性単量体が親水性基を含むことをいう。ここで架橋性単量体における「親水性基」とは、カルボン酸基、水酸基、スルホン酸基、リン酸基、エポキシ基、チオール基、アルデヒド基、アミド基、オキセタニル基、及びオキサゾリン基を指す。
疎水性の架橋性単量体（疎水性架橋剤）としては、アリル（メタ）アクリレート、エチレンジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパン−トリ（メタ）アクリレートなどの多官能（メタ）アクリレート類；ジプロピレングリコールジアリルエーテル、ポリグリコールジアリルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキノンジアリルエーテル、テトラアリルオキシエタンなどの多官能アリル／ビニルエーテル類；そして、ジビニルベンゼンなどが挙げられる。
親水性の架橋性単量体（親水性架橋剤）としては、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、メチロールアクリルアミド、アクリルアミドなどが挙げられる。
これらは一種単独で、または、２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、二次電池の電気的特性（特に、サイクル特性）を向上させる観点から、疎水性の架橋性単量体が好ましく、エチレンジメタクリレート、アリルメタクリレートがより好ましい。
有機粒子における、架橋性単量体単位の含有割合は、有機粒子に含まれる全単量体単位を１００質量％として、好ましくは０．２０質量％以上、より好ましくは０．２５質量％以上、特に好ましくは０．３０質量％以上であり、好ましくは０．８０質量％以下、より好ましくは０．７５質量％以下、特に好ましくは０．７０質量％以下である。架橋性単量体単位の含有割合が上記下限値以上であれば、有機粒子が非水系電解液中に溶出することを抑制することができるため、非水系二次電池の電気的特性（特に、サイクル特性）を向上させることができる。一方、架橋性単量体単位の含有割合が上記上限値以下であれば、機能層を加熱した際に、機能層内に存在する有機粒子の運動性をある程度確保し、プロセス接着性を向上させることができる。
−その他の単量体単位−
有機粒子に任意で含有されうる他の単量体単位としては、特に限定されることなく、酸性基含有単量体単位が挙げられる。
なお、酸性基含有単量体単位は、上述した各種単量体により形成されうる、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位、芳香族モノビニル単量体単位、及び架橋性単量体単位以外の単量体単位である。
酸性基含有単量体単位を形成しうる酸性基含有単量体としては、カルボン酸基含有単量体、スルホン酸基含有単量体、及びリン酸基含有単量体などを挙げることができる。
カルボン酸基含有単量体としては、エチレン性不飽和モノカルボン酸及びその誘導体、エチレン性不飽和ジカルボン酸及びその酸無水物並びにそれらの誘導体などが挙げられる。
エチレン性不飽和モノカルボン酸の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などが挙げられる。そして、エチレン性不飽和モノカルボン酸の誘導体の例としては、２−エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α−アセトキシアクリル酸、β−ｔｒａｎｓ−アリールオキシアクリル酸、α−クロロ−β−Ｅ−メトキシアクリル酸、及びβ−ジアミノアクリル酸などが挙げられる。
エチレン性不飽和ジカルボン酸の例としては、マレイン酸、フマル酸、及びイタコン酸などが挙げられる。そして、エチレン性不飽和ジカルボン酸の酸無水物の例としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、及びジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。さらに、エチレン性不飽和ジカルボン酸の誘導体の例としては、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、フルオロマレイン酸、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、及びマレイン酸フルオロアルキルなどが挙げられる。
スルホン酸基含有単量体としては、ビニルスルホン酸、メチルビニルスルホン酸、（メタ）アリルスルホン酸、（メタ）アクリル酸−２−スルホン酸エチル、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、及び３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸などが挙げられる。
なお、本発明において「（メタ）アリル」とは、アリル及び／またはメタリルを意味する。
リン酸基含有単量体としては、リン酸−２−（メタ）アクリロイルオキシエチル、リン酸メチル−２−（メタ）アクリロイルオキシエチル、及びリン酸エチル−（メタ）アクリロイルオキシエチルなどが挙げられる。
なお、本発明において「（メタ）アクリロイル」とは、アクリロイル及び／またはメタクリロイルを意味する。
そしてこれらの中でも、酸性基含有単量体としては、エチレン性不飽和モノカルボン酸及びエチレン性不飽和ジカルボン酸が好ましく、エチレン性不飽和モノカルボン酸の中でも、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、エチレン性不飽和ジカルボン酸の中でもイタコン酸が好ましい。
有機粒子における、酸性基含有単量体単位の含有割合は、有機粒子に含まれる全単量体単位を１００質量％として、好ましくは０．１質量％以上８．０質量％以下である。酸性基含有単量体単位の含有割合が上記範囲内であれば、機能層用組成物を用いて形成した機能層を備える二次電池の電気的特性（特に、低温出力特性）を向上させることができる。
[有機粒子の調製]
そして、有機粒子は、上述した単量体を含む単量体組成物を重合することにより調製される。好ましくは、単量体組成物中の単量体をある程度重合したオリゴマーの状態でなく、単量体の状態で重合を開始する。これにより、ブロック共重合体及びグラフト共重合体の生成を抑制し、有機粒子を、ランダム共重合体として調製することができるからである。有機粒子がランダム共重合体であれば、有機粒子を均質化することができ、かかる有機粒子を配合してなる機能層用組成物を用いて形成した機能層のプロセス接着性を一層向上させると共に、かかる機能層を備える非水系二次電池の電気的特性を一層向上させることができる。また、有機粒子がランダム共重合体であれば、機能層用組成物の粘度を抑えることができるため、乾燥時に機能層から水分を除去し易くなる。
ここで、単量体組成物中の各単量体の含有割合は、通常、所望の有機粒子における単量体単位の含有割合と同様にする。
有機粒子の重合様式は、特に限定されることなく、例えば、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法、乳化重合法などのいずれの方法を用いてもよい。重合反応としては、イオン重合、ラジカル重合、リビングラジカル重合などの付加重合を用いることができる。そして、重合に使用される乳化剤、分散剤、重合開始剤、重合助剤、及び連鎖移動剤などは、一般に用いられるものを使用することができ、その使用量も、一般に使用される量としうる。
［有機粒子の性状］
本発明の機能層用組成物に含有される有機粒子は、電解液膨潤度が１．０倍超４．０倍以下であると共に、体積平均粒子径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であることが必要である。なお、有機粒子がコア構造とシェル構造とを備える場合であっても、シェル構造が本発明の有機粒子と同様の組成及び性状の要件を満たす場合には、本発明の有機粒子に含まれる。以下、これらの性状を含めた有機粒子の性状について詳述する。
−電解液膨潤度−
本発明において、有機粒子の「電解液膨潤度」は、有機粒子を成形してなるフィルムを特定の非水系電解液に所定条件で浸漬した場合の浸漬後の重量を浸漬前の重量で除した値（倍）として求めることができ、具体的には、本明細書の実施例に記載の方法を用いてフィルムを成形し、同実施例に記載の測定方法を用いて測定する。
ここで、有機粒子の非水系電解液に対する膨潤度は、１．０倍超４．０倍以下であることが必要であり、好ましくは１．５倍超、好ましくは３．５倍以下、より好ましくは３．０倍以下である。有機粒子の電解液膨潤度が上記下限値超であれば、非水系電解液に対する機能層の濡れ性が向上し、非水系二次電池の電気的特性（特に、低温出力特性）を向上させることができる。有機粒子の電解液膨潤度が上記上限値以下であれば、機能層を非水系電解液に浸漬した状態において、膨潤した有機粒子により機能層内の空隙が狭められることを抑制して、非水系二次電池の電気的特性（特に、サイクル特性）を向上することができる。さらには、有機粒子の電解液膨潤度が上記範囲内であれば、非水系二次電池がリチウムイオン二次電池である場合におけるリチウムデンドライト等の析出を抑制することができる。
有機粒子の電解液膨潤度は、使用する単量体の種類及び量を変更することにより調整することができる。例えば、芳香族モノビニル単量体や架橋性単量体の種類を変更すること、或いは配合量を増加させることや、重合温度を上げることや、重合反応時間を長くすることにより、重合分子量を大きくすることで、電解液膨潤度を低下させることができる。
−ランダム共重合体構造−
上述した通り、有機粒子がランダム共重合体であることが好ましいが、有機粒子がランダム共重合体構造を有しているか否かは、有機粒子のガラス転移温度を測定することにより判断する。
具体的には、共重合体である有機粒子が、ガラス転移温度を一つ有する場合は、その有機粒子はランダム共重合体に該当する。一方、有機粒子がガラス転移温度を二つ以上有する場合は、その有機粒子はランダム共重合体構造を有さず、ブロック共重合体やグラフト共重合体、コアシェル構造などに該当する。
なお、本発明において、有機粒子の「ガラス転移温度」は、本明細書の実施例に記載の測定方法を用いて測定することができる。
そして、有機粒子のガラス転移温度は、好ましくは１００℃以下、より好ましくは５０℃以下、特に好ましくは３０℃以下である。また、有機粒子のガラス転移温度の下限は特に限定されないが、通常−１００℃以上であり、好ましくは、−３０℃以上である。
−有機粒子の体積平均粒子径−
有機粒子の体積平均粒子径は、好ましくは０．４０μｍ以上、より好ましくは０．５０μｍ以上であり、さらに好ましくは０．５５μｍ以上、好ましくは１．００μｍ以下、より好ましくは０．９０μｍ以下、さらに好ましくは０．８０μｍ以下である。有機粒子の体積平均粒子径が上記下限値以上であれば、機能層が過度に高密度化して、かかる機能層を用いてリチウムイオン二次電池を形成した場合に、負極表面の特定箇所にリチウム析出が集中することを抑制して、リチウムデンドライトが析出することを抑制することができる。さらに、有機粒子の体積平均粒子径が上記下限値以上であれば、機能層が過度に高密度化しない程度の配合量にて有機粒子を配合した場合に、特に、機能層表層における有機粒子の占有表面積が小さくなることに起因して、プロセス接着性を発揮しにくくなることを回避することができる。また、有機粒子の体積平均粒子径が上記上限値以下であれば、機能層を薄膜化して、非水系二次電池の電気的特性（特に、低温出力特性）を向上させることができる。さらに、有機粒子の体積平均粒子径が上記上限値以下であれば、有機粒子の大径化に起因して有機粒子と被接着物質との接着点が減少することや、機能層の厚みが厚くなることにより、プロセス接着性を発揮し難くなることを抑制することができる。
さらに、有機粒子の体積平均粒子径は、後述する結着材の体積平均粒子径以上であることが好ましい。有機粒子の体積平均粒子径が結着材の体積平均粒子径以上であれば、機能層が過度に高密度化することを一層抑制することができるからである。
有機粒子の体積平均粒子径は、特に限定されることなく、例えば、有機粒子の調製時に添加する乳化剤の量を多くすることにより小さくすることができ、反対に、有機粒子の調製時に添加する乳化剤の量を少なくすることにより大きくすることができる。
なお、有機粒子の「体積平均粒子径」は、レーザー回折法で測定された粒度分布（体積基準）において小径側から計算した累積体積が５０％となる粒子径を表す。
［テトラヒドロフラン不溶解分量］
有機粒子のテトラヒドロフラン不溶解分量は、２０質量％以上７０質量％以下である必要がある。さらに、有機粒子のＴＨＦ不溶分量は、２５質量％以上が好ましく、３０質量％以上がより好ましく、６５質量％以下が好ましく、６０質量％以下がより好ましく、５７質量％以下がさらに好ましい。有機粒子のＴＨＦ不溶分量が上記下限値以上であれば、有機粒子が非水系電解液中に溶出することを抑制することができるため、非水系二次電池の電気的特性（特に、サイクル特性）を向上させることができる。一方、有機粒子のＴＨＦ不溶分量が上記上限値以下であれば、機能層を加熱した際に機能層内に存在する有機粒子の運動性を向上させ、プロセス接着性を向上させることができる。
有機粒子のＴＨＦ不溶分量は、例えば、有機粒子の重合時の重合温度や、重合時に添加する連鎖移動剤の添加量、乳化剤の添加量を変更することにより、調節することができる。
［有機粒子の含有割合］
機能層用組成物中の有機粒子の含有割合は、特に限定されないが、無機粒子１００質量部に対して、５０質量部以上であることが好ましく、６０質量部以上であることがより好ましく、１００質量部以下であることが好ましく、９８質量部以下であることがより好ましい。有機粒子の含有割合が上記範囲内であれば、機能層の接着性を十分に高めると共に、かかる機能層を備える二次電池の電気的特性を向上させることができる。
＜結着材＞
非水系二次電池機能層用組成物に含有される結着材は、得られる機能層の強度を確保すると共に、機能層に含まれる各種成分が機能層から脱離しないように保持する成分である。ここで、通常、結着材は水溶性の重合体ではなく、水系媒体中において粒子状で存在している。すなわち、結着材は、非水溶性の重合体である。なお、本発明において、重合体が「非水溶性」であるとは、２５℃において、その重合体０．５ｇを１００ｇの水に溶解した際に、不溶分が９０質量％以上となることをいう。
結着材としては、特に限定されることなく、例えば、熱可塑性エラストマーが挙げられる。そして、熱可塑性エラストマーとしては、結着力の観点から、共役ジエン系重合体及びアクリル系重合体が好ましく、アクリル系重合体がより好ましい。
ここで、共役ジエン系重合体とは、重合体中に含まれる全単量体単位を１００質量％として、共役ジエン単量体単位を５０質量％超含む重合体を指す。そして、共役ジエン系重合体の具体例としては、特に限定されることなく、スチレン−ブタジエン共重合体などの芳香族ビニル単量体単位及び脂肪族共役ジエン単量体単位を含む共重合体、ブタジエンゴム、アクリルゴム（アクリロニトリル単位及びブタジエン単位を含む共重合体）、並びに、それらの水素化物などが挙げられる。
また、アクリル系重合体とは、重合体中に含まれる全単量体単位を１００質量％として、（メタ）アクリル酸エステル単量体単位又は（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を７０質量％超含む重合体を指す。ここで、アクリル系重合体は、上記「有機粒子の組成」の項目にて列挙したような（メタ）アクリル酸エステル単量体を、１種類を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用いて形成された、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を７０質量％超含む重合体であることが好ましい。
さらに、結着材として好ましく使用し得るアクリル系重合体は、（メタ）アクリロニトリル単量体単位を含むことがさらに好ましい。これにより、機能層の強度を高めることができる。なお、本発明において、（メタ）アクリロニトリルとは、アクリロニトリル及び／またはメタクリロニトリルを意味する。
［結着材の体積平均粒子径］
更に、結着材の体積平均粒子径は、上述した通り、有機粒子の体積平均粒子径以下であることが好ましく、さらに、０．１μｎｍ以上０．３５μｍ以下であることが好ましい。結着材の体積平均粒子径を上記範囲内とすることで、非水系二次電池の電気的特性を一層向上させることができる。結着材の体積平均粒子径は、特に限定されることなく、例えば、後述する結着材として使用し得る重合体の製造方法において、添加する乳化剤の添加量、重合時間等を調節することにより変更することができる。
なお、本発明において「結着材の体積平均粒子径」も、有機粒子の体積平均粒子径と同様にして測定することができる。
なお、結着材として使用し得る上述した重合体の製造方法としては、例えば、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などが挙げられる。中でも、水中で重合をすることができ結着材を含む水分散液をそのまま機能層用組成物の材料として好適に使用できるので、乳化重合法及び懸濁重合法が好ましい。
［テトラヒドロフラン不溶解分量］
結着剤のテトラヒドロフラン不溶解分量は、７５質量％以上が好ましく、８０質量％以上がより好ましく、１００質量％以下が好ましく、９５質量％以下がより好ましい。
結着剤のＴＨＦ不溶分量は、例えば、結着剤の重合時の重合温度や、重合時に添加する連鎖移動剤の添加量、乳化剤の添加量を変更することにより、調節することができる。
［有機粒子と結着材の含有量比］
機能層用組成物中の有機粒子と結着材の含有量比は、特に限定されないが、有機粒子と結着材の合計含有量を１００質量％として、有機粒子の含有量が１質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、９９質量％以下であることが好ましく、９５質量％以下であることがより好ましい。有機粒子と結着材の合計含有量中に占める有機粒子の割合が上記範囲内であれば、機能層の接着性を十分に高めると共に、かかる機能層を備える二次電池の電気的特性を向上させることができる。
＜無機粒子＞
非水系二次電池機能層用組成物に任意で含有されうる無機粒子は、非導電性であり、機能層用組成物において分散媒として使用される水及び二次電池の非水系電解液に溶解せず、それらの中においても、その形状が維持される粒子である。そして無機粒子は、電気化学的にも安定であるため二次電池の電気的特性を一層向上させることができる。さらに、機能層用組成物が無機粒子を含むことで、得られる機能層の網目状構造が適度に目詰めされ、リチウムデンドライトなどが機能層を貫通することを防止し、電極の短絡の抑制をより一層確かなものとすることができるからである。
無機粒子としては、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化アルミニウム水和物（例：ベーマイト）、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化チタン、ＢａＴｉＯ2、ＺｒＯ、アルミナ−シリ力複合酸化物等の酸化物粒子；窒化アルミニウム、窒化硼素等の窒化物粒子；シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶粒子；硫酸バリウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム等の難溶性イオン結晶粒子；及び、タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子などを挙げることができる。
これらの中でも、機能層を備える非水系二次電池の電気的特性を向上させる観点からは、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、及びベーマイトがより好ましい。また、酸化アルミニウムの中でも、安定性及び入手容易性の観点から、αアルミナが好ましく用いられる。なお、上述した無機粒子は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、無機粒子の体積平均粒子径（Ｄ５０）は、０．２μｍ以上であることが好ましく、０．３μｍ以上であることがより好ましく、３．５μｍ以下であることが好ましく、２．５μｍ以下であることがより好ましい。無機粒子の体積平均粒子径が上記下限値以上であれば、機能層のガーレー値が上昇する（即ち、イオン伝導性が低下する）のを抑制し、二次電池の出力特性を更に高めることができる。一方、無機粒子の体積平均粒子径が上記上限値以下であれば、機能層の密度を高め、かかる機能層を備えるリチウムイオン二次電池においてリチウムデンドライドに起因する電極の短絡を抑制することができる。
なお、本発明において、「無機粒子の体積平均粒子径」も有機粒子の体積平均粒子径と同様にして測定することができる。
機能層用組成物中の無機粒子の含有量は、有機粒子及び結着材の合計含有量１００質量部当たり、１００質量部以上であることが好ましく、１０００質量部以下であることが好ましく、６００質量部以下であることがより好ましい。無機粒子の含有量が上記範囲内であれば、機能層を備える非水系二次電池の電気的特性を一層向上させることができる。
＜その他の成分＞
非水系二次電池機能層用組成物は、更に、その他の任意の成分を含んでいてもよい。かかる任意の成分としては、機能層を備える二次電池における電池反応に過度に好ましくない影響を及ぼさないものであれば、特に制限は無い。また、前記任意の成分の種類は、１種類でもよく、２種類以上でもよい。
前記任意の成分としては、例えば、分散剤、濡れ剤、レベリング剤、電解液分解抑制剤、水溶性重合体などが挙げられる。なお、本発明において重合体が「水溶性」であるとは、２５℃において、その物質０．５ｇを１００ｇの水に溶解した際に、不溶分が１．０質量％未満であることをいう。なお、水のｐＨによって溶解性が変わる物質については、少なくともいずれかのｐＨにおいて上述した「水溶性」に該当するのであれば、その重合体は「水溶性」であるとする。そして水溶性重合体としては、例えば、天然高分子、半合成高分子及び合成高分子を挙げることができる。
［分散剤］
なお、分散剤としては、特に限定されることなく、ポリカルボン酸ナトリウムやポリカルボン酸アンモニウムを用いることができる。
そして、機能層用組成物中の分散剤の含有量は、無機粒子１００質量部当たり、０．０５質量部以上５質量部以下とすることが好ましい。分散剤の含有量を上記下限値以上とすれば、機能層用組成物の分散性を十分に向上させることができる。また、分散剤の含有量を上記上限値以下とすれば、機能層用組成物を用いて形成した機能層中に残留する水分の量を低減することができる。
［濡れ剤］
また、濡れ剤としては、特に限定されることなく、ノニオン性界面活性剤やアニオン性界面活性剤を用いることができる。中でも、脂肪族ポリエーテル型のノニオン性界面活性剤などのノニオン性界面活性剤を用いることが好ましい。
そして、機能層用組成物中の濡れ剤の含有量は、有機粒子１００質量部当たり、０．０５質量部以上２質量部以下とすることが好ましい。濡れ剤の含有量を上記範囲内とすれば、機能層用組成物の塗工性を十分に向上させることができると共に、二次電池の出力特性を十分に向上させることができる。
＜分散媒＞
本発明の機機能層用組成物の分散媒としては、通常、水が用いられる。なお、分散媒としては、水と他の溶媒との混合物も用いることができる。ここで、他の溶媒としては、特に限定されることなく、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン等の環状脂肪族炭化水素化合物；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素化合物；エチルメチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン化合物；酢酸エチル、酢酸ブチル、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン等のエステル化合物；アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物；テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル化合物；メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール化合物；Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド化合物；などが挙げられる。これらは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
＜非水系二次電池機能層用組成物の調製＞
機能層用組成物の調製方法は、特に限定はされないが、通常は、上述した有機粒子と、結着材と、分散媒と、必要に応じて用いられる無機粒子と、任意の成分とを混合して得られる。混合方法は特に制限されないが、各成分を効率よく分散させるべく、混合装置として分散機を用いて混合を行う。
分散機は、上記各成分を均一に分散及び混合できる装置が好ましい。例を挙げると、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどが挙げられる。なかでも、高い分散シェアを加えることができることから、ビーズミル、ロールミル、フィルミックス等の高分散装置が特に好ましい。
そして、機能層用組成物の固形分濃度は、通常、機能層を製造する際に作業性を損なわない範囲の粘度をスラリー組成物が有する範囲で任意に設定すればよい。具体的には、機能層用組成物の固形分濃度は、通常１０〜５０質量％とすることができる。
（非水系二次電池用機能層）
本発明の非水系二次電池用機能層は、上述した非水系二次電池機能層用組成物から形成されたものであり、例えば、上述した機能層用組成物を適切な基材の表面に塗布して塗膜を形成した後、形成した塗膜を乾燥することにより、形成することができる。即ち、本発明の非水系二次電池用機能層は、上述した非水系二次電池機能層用組成物の乾燥物よりなり、通常、芳香族モノビニル単量体単位を２０質量％以上７０質量％以下の割合で、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を３０質量％以上７０質量％以下の割合で含有し、電解液膨潤度が１．０倍超４．０倍以下であり、体積平均粒子径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、テトラヒドロフラン不溶解分量が２０質量％以上７０質量％以下である、有機粒子と、結着材と、任意の無機粒子及びその他の成分とを含有する。なお、上述した有機粒子及び／又は結着材が架橋性単量体単位を含有する場合には、当該架橋性単量体単位を含有する重合体は、非水系二次電池機能層用組成物の乾燥時、或いは、乾燥後に任意に実施される熱処理時に架橋されていてもよい（即ち、非水系二次電池用機能層は、上述した有機粒子及び／又は結着材の架橋物を含んでいてもよい）。
そして、本発明の非水系二次電池用機能層は、上述した非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成しているので、プロセス接着性に富むと共に、かかる機能層を備える非水系二次電池の電気的特性を向上させることができる。
［基材］
ここで、機能層用組成物を塗布する基材に制限は無く、例えば離型基材の表面に機能層用組成物の塗膜を形成し、その塗膜を乾燥して機能層を形成し、機能層から離型基材を剥がすようにしてもよい。このように、離型基材から剥がされた機能層を自立膜として二次電池の電池部材の形成に用いることもできる。具体的には、離型基材から剥がした機能層をセパレータ基材の上に積層して機能層を備えるセパレータを形成してもよいし、離型基材から剥がした機能層を電極基材の上に積層して機能層を備える電極を形成してもよい。
しかし、機能層を剥がす工程を省略して電池部材の製造効率を高める観点からは、基材としてセパレータ基材または電極基材を用いることが好ましい。セパレータ基材及び電極基材上に設けられた機能層は、セパレータ及び電極の耐熱性や強度などを向上させる保護層や、電池部材同士を接着する接着層として好適に使用することができる。
［セパレータ基材］
セパレータ基材としては、特に限定されないが、有機セパレータ基材などの既知のセパレータ基材が挙げられる。有機セパレータ基材は、有機材料からなる多孔性部材であり、有機セパレータ基材の例を挙げると、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などを含む微多孔膜または不織布などが挙げられ、強度に優れることからポリエチレン製の微多孔膜や不織布が好ましい。なお、セパレータ基材の厚さは、任意の厚さとすることができ、好ましくは５μｍ以上３０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下であり、更に好ましくは５μｍ以上１８μｍ以下である。セパレータ基材の厚さが５μｍ以上であれば、十分な安全性が得られる。また、セパレータ基材の厚さが３０μｍ以下であれば、イオン伝導性が低下するのを抑制し、二次電池の低温出力特性が低下するのを抑制することができると共に、セパレータ基材の熱収縮力が大きくなるのを抑制して耐熱性を高めることができる。
［電極基材］
電極基材（正極基材及び負極基材）としては、特に限定されないが、集電体上に電極合材層が形成された電極基材が挙げられる。
ここで、集電体、電極合材層中の電極活物質（正極活物質、負極活物質）及び電極合材層用結着材（正極合材層用結着材、負極合材層用結着材）、並びに、集電体上への電極合材層の形成方法には、既知のものを用いることができ、例えば特開２０１３−１４５７６３号公報に記載のものを用いることができる。
＜非水系二次電池用機能層の形成方法＞
上述したセパレータ基材、電極基材などの基材上に機能層を形成する方法としては、以下の方法が挙げられる。
１）本発明の非水系二次電池機能層用組成物をセパレータ基材または電極基材の表面（電極基材の場合は電極合材層側の表面、以下同じ）に塗布し、次いで乾燥する方法；
２）本発明の非水系二次電池機能層用組成物にセパレータ基材または電極基材を浸漬後、これを乾燥する方法；
３）本発明の非水系二次電池機能層用組成物を離型基材上に塗布し、乾燥して機能層を製造し、得られた機能層をセパレータ基材または電極基材の表面に転写する方法；
これらの中でも、前記１）の方法が、機能層の層厚制御をしやすいことから特に好ましい。前記１）の方法は、詳細には、機能層用組成物を基材上に塗布する工程（塗布工程）、基材上に塗布された機能層用組成物を乾燥させて機能層を形成する工程（機能層形成工程）を含む。
［塗布工程］
そして、塗布工程において、機能層用組成物を基材上に塗布する方法としては、特に制限は無く、例えば、ドクターブレード法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。
［機能層形成工程］
また、機能層形成工程において、基材上の機能層用組成物を乾燥する方法としては、特に限定されず公知の方法を用いることができる。乾燥法としては、例えば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、赤外線や電子線などの照射による乾燥が挙げられる。乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は好ましくは５０〜１５０℃で、乾燥時間は好ましくは５〜３０分である。
＜機能層の厚み＞
そして、本発明の非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成される機能層の厚みは、０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましく、５μｍ以下が好ましく、４．０μｍ以下がより好ましく、２．０μｍ以下が更に好ましい。機能層の厚みが０．５μｍ以上であれば、保護機能を更に高めることができるので、機能層を設けた電池部材の耐熱性や強度を更に向上させることができる。また、機能層の厚みが５μｍ以下であれば、二次電池に優れた低温出力特性を発揮させることができる。
（機能層を備える電池部材）
本発明の機能層を備える電池部材（セパレータ及び電極）は、本発明の効果を著しく損なわない限り、セパレータ基材または電極基材と、本発明の機能層との他に、上述した本発明の機能層以外の構成要素を備えていてもよい。
ここで、本発明の機能層以外の構成要素としては、本発明の機能層に該当しないものであれば特に限定されることなく、本発明の機能層上に設けられて電池部材同士の接着に用いられる接着層などが挙げられる。
（非水系二次電池）
本発明の非水系二次電池は、上述した本発明の非水系二次電池用機能層を備えるものである。より具体的には、本発明の非水系二次電池は、正極、負極、セパレータ、及び電解液を備え、上述した非水系二次電池用機能層が、電池部材である正極、負極及びセパレータの少なくとも一つに含まれる。そして、本発明の非水系二次電池は、優れた電気的特性（例えば、サイクル特性及び低温出力特性）を発揮し得る。
＜正極、負極及びセパレータ＞
本発明の二次電池に用いる正極、負極及びセパレータは、少なくとも一つが本発明の機能層を含む。具体的には、機能層を有する正極及び負極としては、集電体上に電極合材層を形成してなる電極基材の上に本発明の機能層を設けてなる電極を用いることができる。また、機能層を有するセパレータとしては、セパレータ基材の上に本発明の機能層を設けてなるセパレータを用いることができる。なお、電極基材及びセパレータ基材としては、「非水系二次電池用機能層」の項で挙げたものと同様のものを用いることができる。
また、機能層を有さない正極、負極及びセパレータとしては、特に限定されることなく、上述した電極基材よりなる電極及び上述したセパレータ基材よりなるセパレータを用いることができる。
＜電解液＞
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、例えば、リチウムイオン二次電池においてはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、Ｃ4Ｆ9ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＣＯＯＬｉ、（ＣＦ3ＣＯ）2ＮＬｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）ＮＬｉなどが挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すので、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉが好ましい。なお、電解質は１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池においては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等のカーボネート類；γ−ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類；１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類；スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類；などが好適に用いられる。また、これらの溶媒の混合液を用いてもよい。中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いので、カーボネート類が好ましい。通常、用いる溶媒の粘度が低いほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、溶媒の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加してもよい。
（非水系二次電池の製造方法）
上述した本発明の非水系二次電池は、例えば、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて、巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することで製造することができる。なお、正極、負極、セパレータのうち、少なくとも一つの部材を機能層付きの部材とする。また、電池容器には、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、ＰＴＣ素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「％」、「ｐｐｍ」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
また、複数種類の単量体を共重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される単量体単位の前記重合体における割合は、別に断らない限り、通常は、その重合体の重合に用いる全単量体に占める当該ある単量体の比率(仕込み比)と一致する。
実施例及び比較例において、有機粒子の電解液膨潤度、ＴＨＦ不溶分量、ガラス転移温度、有機粒子及び結着材の体積平均粒子径は下記の方法で測定した。また、機能層のプロセス接着性、並びに、二次電池のリチウム析出耐性、サイクル特性、及び低温出力特性は下記の方法で評価した。
＜有機粒子の電解液膨潤度＞
実施例及び比較例において有機粒子を含む水分散液を製造してポリテトラフルオロエチレン製のシャーレに入れ、２５℃、４８時間の条件で乾燥して粉末を作成した。その粉末０．２ｇ程度を、２００℃、５ＭＰａ、２分プレスしてフィルム状に成形し、厚み２．０ｍｍのフィルムを作製した。そして、作製したフィルムを縦２０ｍｍ横２０ｍｍの矩形に裁断し、試験片を作成した。この試験片の重量を測定し、ＷS 0とした。
また、前記の試験片を電解液（溶媒：エチレンカーボネート／ジエチルカーボネート／ビニレンカーボネート（体積混合比）＝６８．５／３０／１．５、電解質：濃度１ＭのＬｉＰＦ6）に、６０℃で７２時間浸漬した。その後、試験片を電解液から取り出し、試験片の表面の電解液を拭き取り、浸漬試験後の試験片の重量ＷS 1を測定した。
これらの重量ＷS 0及びＷS 1を用いて、膨潤度Ｓ（倍）を、Ｓ＝ＷS 1／ＷS 0にて計算した。
＜有機粒子のＴＨＦ不溶分量＞
実施例、比較例で調製した有機粒子及び水を含む分散液を用意し、その分散液を５０％湿度、２３℃〜２５℃の環境下で乾燥させて、厚み３±０．３ｍｍのフィルムを作製した。作製したフィルムを５ｍｍ角に裁断してフィルム片を用意した。これらのフィルム片約１ｇを精秤した。得られたフィルム片の重量をＷTHF 0とした。これらのフィルム片を、１００ｇのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に２４時間浸漬した。その後、ＴＨＦからこれらのフィルム片を引き揚げた。引き揚げた複数枚のフィルム片を１０５℃で３時間真空乾燥して、その合計重量（不溶分の重量）ＷTHF 1を計測した。そして、下記式に従って、ＴＨＦ不溶分量Ｉｎｓ（％）を算出した。
Ｉｎｓ（％）＝ＷTHF１／ＷTHF０×１００
＜有機粒子のガラス転移温度＞
実施例、比較例で調製した有機粒子を含む水分散液を５０％湿度、２３〜２５℃の環境下で３日間乾燥させて、厚み１±０．３ｍｍのフィルムを得た。このフィルムを、１２０℃の熱風オーブンで１時間乾燥させた。その後、乾燥させたフィルムをサンプルとして、ＪＩＳ Ｋ７１２１に準じて、測定温度−１００℃〜１８０℃、昇温速度５℃／分にて、示差走査熱量分析計（ＤＳＣ６２２０ＳＩＩ、ナノテクノロジー社製）を用いてガラス転移温度（℃）を測定した。
＜有機粒子及び結着材の体積平均粒子径＞
実施例、比較例で製造した有機粒子、機能層用結着材について、固形分濃度０．１質量％に調整した水分散溶液を調製した。そしてかかる水分散溶液を、レーザー回折式粒子径分布測定装置（ベックマン・コールター社製、製品名「ＬＳ−２３０」）により測定し、得られた粒度分布（体積基準）において、小径側から計算した累積体積が５０％となる粒子径（μｍ）を、有機粒子／機能層用結着材の体積平均粒子径として求めた。
＜機能層のプロセス接着性＞
実施例及び比較例で作成した正極、負極、及びセパレータをそれぞれ１０ｍｍ幅、長さ５０ｍｍ幅に切り出し、正極／負極とセパレータを積層させ、温度８０℃、荷重１０ｋＮ／ｍ、搬送速度５ｍ／分のロールプレスで積層体をプレスし、試験片を得た。
この試験片を、正極／負極の集電体側の面を下にして、電極の表面にセロハンテープを貼り付けた。この際、セロハンテープとしてはＪＩＳ Ｚ１５２２に規定されるものを用いた。また、セロハンテープは水平な試験台に固定しておいた。そして、セパレータ基材の一端を鉛直上方に引張り速度５０ｍｍ／分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を、正極及びセパレータを備える積層体、並びに、負極及びセパレータを備える積層体でそれぞれ３回、合計６回行い、応力の平均値をピール強度として求めて、電極基材とセパレータ基材との接着性を下記の基準で評価した。ピール強度が大きいほど、機能層のプロセス接着性が高いことを示す。
Ａ：ピール強度が１０Ｎ／ｍ以上
Ｂ：ピール強度が５Ｎ／ｍ以上１０Ｎ／ｍ未満
Ｃ：ピール強度が１Ｎ／ｍ以上５Ｎ／ｍ未満
Ｄ：ピール強度が１Ｎ／ｍ未満
＜二次電池のリチウム析出耐性＞
実施例、比較例で製造したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度２５℃で５時間静置した。次に、温度２５℃、０．２Ｃの定電流法にて、セル電圧３．６５Ｖまで充電し、その後、温度６０℃で１２時間エージング処理を行った。そして、温度２５℃、０．２Ｃの定電流法にて、セル電圧３．００Ｖまで放電した。その後、０．２Ｃの定電流法にて、ＣＣ−ＣＶ充電（上限セル電圧４．３０Ｖ）を行い、０．２Ｃの定電流法にて３．００ＶまでＣＣ放電を行なった。
その後、温度２５℃の環境下、セル電圧４．３０−３．００Ｖ、１．０Ｃの充放電レートにて充放電の操作を１０サイクル行った。その後、１．０Ｃで充電を行った後、セルを解体して、負極表面上のリチウム析出状態を目視で観察し、以下の基準に従って評価した。
Ａ：負極表面の５％未満でリチウム析出が観察される
Ｂ：負極表面の５％以上２０％未満でリチウム析出が観察される
Ｃ：負極表面の２０％以上でリチウム析出が観察される
＜二次電池のサイクル特性＞
実施例、比較例で製造した放電容量８００ｍＡｈの捲回型リチウムイオン二次電池を、２５℃の環境下で２４時間静置した。次に、２５℃の環境下で、４．４Ｖ、０．１Ｃの充電、２．７５Ｖ、０．１Ｃの放電にて充放電の操作を行い、初期容量Ｃ0を測定した。その後、さらに、２５℃の環境下で、同様の充放電の操作を繰り返し、１０００サイクル後の容量Ｃ1を測定した。そして、サイクル前後での容量維持率ΔＣ（％）＝Ｃ1／Ｃ0×１００を算出し、下記の基準で評価した。容量維持率ΔＣの値が大きいほど、サイクル特性に優れていることを示す。
Ａ：容量維持率ΔＣが８５％以上
Ｂ：容量維持率ΔＣが７５％以上８５％未満
Ｃ：容量維持率ΔＣが７０％以上７５％未満
Ｄ：容量維持率ΔＣが７０％未満
＜二次電池の低温出力特性＞
実施例及び比較例で作製した８００ｍＡｈ捲回型のリチウムイオン二次電池を、２５℃の環境下で２４時間静置した。その後、２５℃の環境下で、０．１Ｃの充電レートで５時間の充電の操作を行い、その時の電圧Ｖ0を測定した。その後、−１０℃環境下で、１Ｃの放電レートにて放電の操作を行い、放電開始から１５秒後の電圧Ｖ1を測定した。
電圧変化ΔＶを、ΔＶ＝Ｖ0−Ｖ1にて計算した。この電圧変化ΔＶの値が小さいほど、低温出力特性に優れることを示す。
Ａ：電圧変化ΔＶが３５０ｍＶ未満
Ｂ：電圧変化ΔＶが３５０ｍＶ以上４５０ｍＶ未満
Ｃ：電圧変化ΔＶが４５０ｍＶ以上６００ｍＶ未満
Ｄ：電圧変化ΔＶが６００ｍＶ以上
（実施例１）
＜有機粒子の調製＞
攪拌機付き容器に、芳香族モノビニル単量体としてのスチレン（ＳＴ）５６．５部、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体としてのｎ‐ブチルアクリレート（ＢＡ）４０．０部、酸性基含有単量体としてのアクリル酸（ＡＡ）３．０部、架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート（ＥＤＭＡ）０．５部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．５部、イオン交換水１５０部、及び、重合開始剤としての過硫酸カリウム０．５部を添加し、十分に攪拌した後、６０℃に加温して重合を開始した。添加した全単量体の重合転化率が９６％になった時点で、冷却し反応を停止して、有機粒子を含む水分散液を得た。
そして、得られた有機粒子の電解液膨潤度、ＴＨＦ不溶分量、ガラス転移温度及び体積平均粒子径を測定した。
＜結着材の調製＞
撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水７０部、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム（花王ケミカル社製、製品名「エマール２Ｆ」）０．１５部、並びに重合開始剤としての過硫酸アンモニウム０．５部を、それぞれ供給し、気相部を窒素ガスで置換し、６０℃に昇温した。
一方、別の容器で、イオン交換水５０部、分散剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．５部、並びに、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体としてのブチルアクリレート９４部、アクリロニトリル２部、メタクリレート２部、Ｎ−メチロールアクリルアミド１部、及びアクリルアミド１部を混合して単量体混合物を得た。この単量体混合物を４時間かけて前記反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、６０℃で反応を行った。添加終了後、更に７０℃で３時間撹拌して反応を終了し、アクリル系重合体（ＡＣＬ）である結着材を含む水分散液を調製した。
そして、得られた結着材の体積平均粒子径を測定した。なお、有機粒子のＴＨＦ不溶解分量と同様にして測定した結着材のＴＨＦ不溶解分量は、９２質量％であった。
＜機能層用組成物の調製＞
無機粒子としてのαアルミナ粒子（日本軽金属社製「ＬＳ−２５６」）（一次粒子径：０．８μｍ、比表面積：６．４ｍ2/ｇ）１００部に対し、ポリカルボン酸系の分散剤（サンノプコ株式会社、ＳＮディスパーサント５０２０）２．５部を添加し、更に固形分濃度が５０％となるように水を添加して得た粗分散液を、メディアレス分散装置（ＩＫＡ社製、製品名「インライン型粉砕機ＭＫＯ」）に１回通過させて分散処理することにより、αアルミナ粒子の水分散液を準備した。なお、メディアレス分散装置を用いた粗分散液の分散処理は、ローターとステーターとのギャップ：０．１ｍｍ、周速：１０ｍ／秒、流量：２００Ｌ／時間の条件で行った。
そして、無機粒子としてのαアルミナ粒子の水分散液を固形分相当で１００部と、前述の結着材を固形分相当で７部とを、イオン交換水と混合して分散させた。更に、前述の有機粒子を含む水分散液を固形分相当で９３部、及び濡れ剤としてのポリエチレングリコール型界面活性剤（サンノプコ株式会社製、製品名「サンノプコ（登録商標）ＳＮウェット３６６」）０．２部を混合し、固形分濃度を４０％に調整して機能層用組成物を得た。
＜機能層及び機能層付きセパレータの作製＞
セパレータ基材として、ポリエチレン製の多孔材料からなる有機セパレータ（厚さ：１６μｍ、ガーレー値：２１０ｓ／１００ｃｃ）を用意した。用意した基材の両面に、前述の機能層用組成物を塗布し、５０℃で３分間乾燥させた。これにより、片面当たり厚さ１μｍの機能層を備えるセパレータ（機能層付きセパレータ）を作製した。
＜負極の作製＞
攪拌機付き５ＭＰａ耐圧容器に、１，３−ブタジエン３３．５部、イタコン酸３．５部、スチレン６２部、２−ヒドロキシエチルアクリレート１部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．４部、イオン交換水１５０部及び重合開始剤としての過硫酸カリウム０．５部を入れ、十分に攪拌した後、５０℃に加温して重合を開始した。添加した全単量体の重合転化率が９６％になった時点で冷却して反応を停止して、粒子状結着材（スチレンブタジエン共重合体：ＳＢＲ）を含む混合物を得た。上記粒子状結着材を含む混合物に、５％水酸化ナトリウム水溶液を添加して、ｐＨ８に調整後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。その後、３０℃以下まで冷却し、所望の負極用粒子状結着材を含む水分散液を得た。
次に、負極活物質としての人造黒鉛（体積平均粒子径：１５．６μｍ）１００部、粘度調整剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩（日本製紙社製、製品名「ＭＡＣ３５０ＨＣ」）の２％水溶液を固形分相当で１部、及び、イオン交換水を混合して固形分濃度が６８％となるように調整した後、２５℃で６０分間混合した。次いで、固形分濃度が６２％となるようにイオン交換水で調整し、更に２５℃で１５分間混合した。その後、得られた混合液に、前述の負極用粒子状結着材を含む水分散液を固形分相当で１．５部、及びイオン交換水を入れ、最終固形分濃度が５２％となるように調整し、更に１０分間混合した。これを減圧下で脱泡処理し、流動性の良い負極用スラリー組成物を得た。
そして、前述のようにして得られた負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ２０μｍの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が１５０μｍ程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を０．５ｍ／分の速度で６０℃のオーブン内を２分間かけて搬送することにより行った。その後、１２０℃にて２分間加熱処理してプレス前の負極原反を得た。このプレス前の負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層の厚さが８０μｍのプレス後の負極を得た。
＜正極の作製＞
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ2（体積平均粒子径：１２μｍ）を１００部、導電材としてのアセチレンブラック（電気化学工業社製、製品名「ＨＳ−１００」）を２部、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン（クレハ社製、製品名「＃７２０８」）を固形分相当で２部と、Ｎ−メチルピロリドンとを混合し、全固形分濃度を７０％とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を調製した。
前述のようにして得られた正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体である厚さ２０μｍのアルミ箔の上に、乾燥後の膜厚が１５０μｍ程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を０．５ｍ／分の速度で６０℃のオーブン内を２分間かけて搬送することにより行った。その後、１２０℃にて２分間加熱処理して、正極原反を得た。このプレス前の正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層の厚さが８０μｍのプレス後の正極を得た。
＜リチウムイオン二次電池の製造＞
上記で得られたプレス後の正極を４９ｃｍ×５ｃｍに切り出して正極合材層側の表面が上側になるように置き、その上に１２０ｃｍ×５．５ｃｍに切り出した両面に機能層を有するセパレータを、正極がセパレータの長手方向左側に位置するように配置した。さらに、上記で得られたプレス後の負極を、５０ｃｍ×５．２ｃｍに切り出し、これをセパレータ上に、負極合材層側の表面がセパレータに向かい合うように、かつ、負極がセパレータの長手方向右側に位置するように配置した。これを捲回機により、セパレータの長手方向の真ん中を中心に捲回し、捲回体を得た。この捲回体を６０℃、０．５ＭＰａでプレスし、扁平体とし、電池の外装としてのアルミ包材外装で包み、電解液（溶媒：エチレンカーボネート／ジエチルカーボネート／ビニレンカーボネート（体積混合比）＝６８．５／３０／１．５、電解質：濃度１ＭのＬｉＰＦ6）を空気が残らないように注入し、更に、アルミ包材外装の開口を密封するために、１５０℃のヒートシールをしてアルミ包材外装を閉口し、非水系二次電池として放電容量８００ｍＡｈの捲回型リチウムイオン二次電池を製造した。
得られたリチウムイオン二次電池について、リチウム析出耐性、サイクル特性、及び低温出力特性を上記方法に従って評価した。
（実施例２〜６、１１〜１２）
有機粒子の調製時に配合する各種単量体の種類及び仕込み比を変更して、有機粒子の組成、電解液膨潤度、ＴＨＦ不溶分量、及びガラス転移温度を表１に示す通りに変更した以外は実施例１と同様にして、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、及び二次電池を製造し、実施例１と同様にして各種測定及び評価を実施した。結果を表１に示す。
（実施例７〜８）
有機粒子の調製時に添加する乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム（花王ケミカル社製、製品名「エマール２Ｆ」）の量を、それぞれ、１．２部（実施例７）、及び０．３部（実施例８）に変更した以外は実施例１と同様にして、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、及び二次電池を製造し、実施例１と同様にして各種測定及び評価を実施した。結果を表１に示す。
（実施例９〜１０）
機能層用組成物の調製時に、無機粒子として、αアルミナ粒子に代えて、それぞれ、実施例９にて硫酸バリウム粒子（一次粒子径：０．８μｍ、比表面積：４．２ｍ2/ｇ）、及び実施例１０にてベーマイト粒子（一次粒子径：０．７μｍ、比表面積：１６ｍ2/ｇ）を配合した以外は実施例１と同様にして、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、及び二次電池を製造し、実施例１と同様にして各種測定及び評価を実施した。結果を表１に示す。
（比較例１〜４）
有機粒子の調製時に配合する各種単量体の種類及び仕込み比を変更して、有機粒子の組成、電解液膨潤度、ＴＨＦ不溶分量、及びガラス転移温度を表１に示す通りに変更した以外は実施例１と同様にして、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、及び二次電池を製造し、実施例１と同様にして各種測定及び評価を実施した。特に、比較例２については、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体を配合せず、代わりに１，３−ブタジエンを配合して、スチレンブタジエン共重合体を得た。結果を表１に示す。
（比較例５〜６）
有機粒子の調製時に添加する乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム（花王ケミカル社製、製品名「エマール２Ｆ」）の量を、それぞれ、０．１部（比較例５）、及び３．０部（比較例６）に変更した。そして、比較例５で、機能層付きセパレータを作製するに当たり、機能層の厚さを１．８μｍに変更した以外は実施例１と同様にして、機能層用組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、及び二次電池を製造し、実施例１と同様にして各種測定及び評価を実施した。結果を表１に示す。
なお、表中、
「ＴＨＦ」はテトラヒドロフランを、
「ＳＴ」はスチレンを、
「ＢＡ」はブチルアクリレートを、
「ＥＤＭＡ」はエチレンジメタクリレートを、
「ＡＡ」はアクリル酸を、
「ＡＣＬ」はアクリル系重合体を、
「ＮａＳＳ」はスチレンスルホン酸ナトリウムを、
「ＡＭＡ」はアリルメタクリレートを、
「２−ＥＨＡ」は２−エチルヘキシルアクリレートを、
「ＣＨＸＡ」はシクロヘキシルアクリレートを、
「ＢＤ」は１，３‐ブタジエンを、
指す。
Figure 2017221572
表１より、結着材と、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位及び芳香族モノビニル単量体単位を特定の割合で含有し、且つ、電解液膨潤度、体積平均粒子径、及びＴＨＦ不溶解分量が特定の範囲内に制御された有機粒子とを含む機能層用組成物を用いた実施例１〜１２は、機能層のプロセス接着性に優れ、かかる機能層を備える二次電池のサイクル特性及び低温出力特性が高いことが分かる。一方、電解液膨潤度、体積平均粒子径、及び／又は、ＴＨＦ不溶解分量が特定の範囲に制御されていない、比較例１〜６は、機能層のプロセス接着性に劣り、且つ、二次電池のサイクル特性及び低温出力特性に劣ることが分かる。
本発明によれば、プロセス接着性に富む機能層を形成可能であり、更に、非水系二次電池の電気的特性を向上させることが可能な非水系二次電池機能層用組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、プロセス接着性に富み、非水系二次電池の電気的特性を向上させることが可能な非水系二次電池用機能層、及び当該非水系二次電池用機能層を備える、電気的特性の良好な非水系二次電池を提供することができる。

Claims (6)

  1. 有機粒子及び結着材を含む非水系二次電池機能層用組成物であって、
    前記有機粒子が、
    芳香族モノビニル単量体単位を２０質量％以上７０質量％以下の割合で、（メタ）アクリル酸アルキルエステル単量体単位を３０質量％以上７０質量％以下の割合で含有し、更に、
    電解液膨潤度が１．０倍超４．０倍以下であり、
    体積平均粒子径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下であり、
    テトラヒドロフラン不溶解分量が２０質量％以上７０質量％以下である、
    非水系二次電池機能層用組成物。
  2. 前記有機粒子が、架橋性単量体単位を０．２質量％以上０．８質量％以下の割合で更に含む、請求項１に記載の非水系二次電池機能層用組成物。
  3. 前記有機粒子が、ランダム共重合体である、請求項１又は２に記載の非水系二次電池機能層用組成物。
  4. 無機粒子を更に含む、請求項１〜３の何れかに記載の非水系二次電池機能層用組成物。
  5. 請求項１〜４の何れかに記載の非水系二次電池機能層用組成物を用いて形成した、非水系二次電池用機能層。
  6. 請求項５に記載の非水系二次電池用機能層を備える、非水系二次電池。
JP2018523576A 2016-06-21 2017-05-10 非水系二次電池機能層用組成物、非水系二次電池用機能層及び非水系二次電池 Active JP6988799B2 (ja)

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