TW201804647A - 黏結劑樹脂組成物、黏結劑樹脂組成物的製造方法、鋰離子二次電池電極形成用組成物、鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法、鋰離子二次電池用電極及鋰離子二次電池 - Google Patents
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Abstract
本發明關於下述技術:一種黏結劑樹脂組成物,其其含有聚烯烴粒子、有機溶劑、可溶於前述有機溶劑中的聚合物、及酸性物質;及,使用了該黏結劑樹脂組成物之鋰離子二次電池電極形成用組成物、鋰離子二次電池用電極及鋰離子二次電池。
Description
本發明關於一種黏結劑樹脂組成物、黏結劑樹脂組成物的製造方法、鋰離子二次電池電極形成用組成物、鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法、鋰離子二次電池用電極及鋰離子二次電池。
鋰離子二次電池是具有高能源密度的能源裝置,並且被廣泛地使用來作為筆記型電腦、行動電話等可攜式資訊終端的電源。具有代表性的鋰離子二次電池中,可使用捲繞型電極群或積層型電極群;該捲繞型電極群是依序重疊正極、絕緣層、負極及絕緣層並且捲繞而得;該積層型電極群是積層正極、絕緣層及負極所構成。作為負極的活性物質,主要可使用具有多層結構之碳材料,該碳材料能夠讓鋰離子插入多層結構的各層之間(形成鋰層間化合物)和使鋰離子從各層之間脫離。作為正極的活性物質,主要可使用含鋰之金屬複合氧化物。絕緣層主要可使用聚烯烴製的多孔質膜。這樣的鋰離子二次電池,電池容量和輸出高,並且充放電循環特性亦良好。
鋰離子二次電池在安全性方面具有高水準,另一方面,正因為其高容量和高輸出,所以期望在安全性方面更加提升。例如,當鋰離子二次電池被過度充電或發生內部短路時,會有發熱的可能性。又,由於鋰離子二次電池包含含有機溶劑之非水電解質,故伴隨發熱,有機溶劑會化學性地分解並產生氣體,而會有造成電池的內壓上升等的不良情況的可能性。
目前,當鋰離子二次電池被過度充電時,藉由在電池內阻斷電流並抑制發熱,來謀求更加提升鋰離子二次電池的安全性。作為使安全性提升的手段,例如可列舉下述方法:(1)利用偵測電池的內壓來阻斷電流之機構的方法,該機構是被設置在密封板(seal plate)內的安全閥等;(2) 藉由PTC(Positive Temperature Coefficient,正溫度係數)元件變成非導體來阻斷電流的方法,其是在密封板內設置由PTC元件所構成的零件,該PTC元件會由於電池的發熱而提高電阻;及,(3)藉由熔融絕緣層來阻礙正負極間的鋰離子的移動而阻斷電流的方法,其使用了會由於電池的發熱而進行熔融的絕緣層。
另一方面,作為阻斷電流並抑制發熱的其他方法,已提案有一種形成有PTC層之電極(例如,參照專利文獻1)。所謂的PTC層,是具備與PTC同樣的性能的層,該性能是會由於電池的發熱而使電阻(直流電阻)上升。專利文獻1的電極(正極和負極的至少其中之一),是一種積層體,其是依序重疊了正極活性物質層或負極活性物質層、PTC層及集電體而成。 又,在專利文獻2中,則提案有一種在電極活性物質層內使用PTC導電材料的方法,該PTC導電材料會由於電池的發熱而電阻(直流電阻)上升。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1:日本特開2009-176599號公報 專利文獻2:日本特開平10-241665號公報
[發明所欲解決的問題] 但是,在前述(1)的方法中,使電池的內壓變化的主要原因也就是電解液的分解反應的進行,不僅會受到電池溫度影響,亦會由於電池電壓、環境溫度等大幅地改變,故會有針對發熱的響應變得不正確,且發熱的抑制效果不充分的情況。在前述(2)的方法中,會因為主要的發熱體也就是電極群與密封板內的PTC元件分離的位置的關係,而有對於PTC元件發熱的響應性降低,且發熱的抑制效果不充分的情況。在前述(3)的方法中,有必要使用對電池發熱響應性佳並可熔融的絕緣層,但是若使用這樣的絕緣層,電池的高輸出化、充放電循環特性的提升等會有變得不充分的情況。
另一方面,專利文獻1的PTC層,是由樹脂粒子與導電性粒子所構成,並且是呈現下述傾向者:伴隨過度加熱,樹脂粒子會熔解,而使導電性粒子彼此成為非接觸狀態,藉此可阻斷電流。但是,在專利文獻1的包含PTC層之電極中,因為是將PTC層形成在集電體與電極活性物質層之間,故會有製造步驟繁複這樣的問題。
又,專利文獻2所述之PTC導電性材料,是一種藉由噴射磨方式來粉碎顆粒而成的微粒子,該顆粒是混合碳黑和聚乙烯而成。在專利文獻2中,揭示了藉由在電極活性物質層中包含此微粒子,便可顯現PTC功能的效果。但是,專利文獻2所述之PTC導電性材料,由於導電性材料混合有聚乙烯,故導電性低,所以電池特性會變低。又,本發明人的研究結果發現:專利文獻2所述之PTC導電性材料,在高溫時,電池的內部電阻增加率並不充分。
有鑑於上述情況,本發明所欲解決的問題在於提供下述技術:鋰離子二次電池用電極和使用其而成的鋰離子二次電池,該鋰離子二次電池用電極具備在溫度上升時使電池的內部電阻(以下,有時亦稱為直流電阻)上昇的功能,並在正常運作時具有優異的電池特性,並且製造步驟亦簡便;在製造上述電極和電池時所使用的黏結劑樹脂組成物和鋰離子二次電池電極形成用組成物;及,黏結劑樹脂組成物的製造方法和鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法。
用以解決上述所欲解決的問題的具體的手段,包含以下的實施態樣。 〈1〉一種黏結劑樹脂組成物,其含有:聚烯烴粒子、有機溶劑、可溶於前述有機溶劑中的聚合物、及酸性物質。 〈2〉如〈1〉所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述聚烯烴粒子的平均粒徑是0.1μm~30μm。 〈3〉如〈1〉或〈2〉所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述聚烯烴粒子的含有率是1質量%~60質量%。 〈4〉如〈1〉~〈3〉中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述聚合物包含選自由具有腈基之樹脂、及聚偏二氟乙烯所組成之群組中的至少1種。 〈5〉如〈1〉~〈4〉中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述有機溶劑包含N-甲基-2-吡咯啶酮。 〈6〉如〈1〉~〈5〉中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,其中,pH值是1.0~7.0。 〈7〉一種黏結劑樹脂組成物的製造方法,其用以製造〈1〉~〈6〉中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,該製造方法具有下述步驟: 將有機溶劑和酸性物質加入水性聚烯烴粒子分散液中來調製混合液的步驟; 對前述混合液施以脫水處理的步驟;及, 將可溶於前述有機溶劑中的聚合物添加至脫水處理後的前述混合液中的步驟。 〈8〉一種鋰離子二次電池電極形成用組成物,其含有電極活性物質與〈1〉~〈6〉中任一項所述之黏結劑樹脂組成物。 〈9〉一種鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法,其將電極活性物質與〈1〉~〈6〉中任一項所述之黏結劑樹脂組成物混合。 〈10〉如〈9〉所述之鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法,其中,前述電極活性物質是正極活性物質或負極活性物質。 〈11〉一種鋰離子二次電池用電極,其具有集電體與電極活性物質層,該電極活性物質層是使用〈8〉所述之鋰離子二次電池電極形成用組成物而形成在前述集電體上。 〈12〉一種鋰離子二次電池,其具備〈11〉所述之鋰離子二次電池用電極。 [發明的效果]
根據本發明,能夠提供下述技術:鋰離子二次電池用電極和使用其而成的鋰離子二次電池、在製造上述電極和電池時能夠使用的黏結劑樹脂組成物和鋰離子二次電池電極形成用組成物、及黏結劑樹脂組成物的製造方法和鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法;該鋰離子二次電池用電極具備在溫度上升時使電池的內部電阻上昇的功能,並在正常運作時具有優異的電池特性,並且製造步驟亦簡便。
以下,說明本發明的適當的實施形態。再者,在本說明書中,特別提及的事項以外的情況且為實施本發明所必要的情況,是本發明所屬技術領域中具有通常知識者能夠基於該領域中的習知技術,作為設計事項來掌握的設計事項。本發明能夠基於本說明書的內容與本發明技術領域中的技術常識來實施。
本說明書中,使用「~」所表示的數値範圍,是表示將「~」的前後所述之數值分別作為最小值及最大值來包含。 在本說明書中以階段性所述之數值範圍中,某一階段所述之數值範圍的上限值或下限值,亦可置換為其他階段性所述之數值範圍的上限值或下限值。又,本說明書中所述之數值範圍中,該數值範圍的上限值或下限值,亦可置換為實施例中所表示的值。 本說明書中,組成物中的各成分的含有率,當在組成物中存在複數種相當於各成分的物質時,只要無特別說明,是意指存在於組成物中的該複數種物質的合計的含有率。 本說明書中,組成物中的各成分的粒徑,當在組成物中存在複數種相當於各成分的粒子時,只要無特別說明,是意指存在於組成物中的該複數種粒子的混合物的值。 本說明書中,「層」的用語,當觀察存在有該層的區域時,除了形成於該區域整面的情況之外,亦包含僅形成於該區域的一部分的情況。 本說明書中,「積層」的用語,表示將層進行重疊,可以是結合二以上的層,亦可以是二以上可脫離的層。 本說明書中,「步驟」的用語,不僅為獨立於其他步驟的步驟,即便是與其他步驟無法明確區別,只要可達成該步驟所期望的目的,亦包含於該步驟中。
本發明的技術,可廣泛地使用在各種的非水性二次電池,但是其用途並未限定,該非水性二次電池具備電極,該電極是在集電體上形成有電極活性物質層(正極活性物質層和負極活性物質層)的形態。
以下,作為本發明的實施形態的一例,詳細地說明下述技術:黏結劑樹脂組成物、黏結劑樹脂組成物的製造方法、鋰離子二次電池電極形成用組成物、鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法、鋰離子二次電池電極及鋰離子二次電池。
[黏結劑樹脂組成物] 本實施形態的黏結劑樹脂組成物,含有:聚烯烴粒子、有機溶劑、可溶於上述有機溶劑中的聚合物、及酸性物質。
(聚烯烴粒子) 本實施形態的黏結劑樹脂組成物,含有聚烯烴粒子。所謂的聚烯烴粒子,意指分子中的烯烴結構單元的比例是50質量%以上的烯烴聚合物(聚烯烴樹脂)的粒子。聚烯烴粒子可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。作為使用2種以上的聚烯烴粒子的態樣,例如可列舉:使用2種以上的相同樹脂但不同平均粒徑的聚烯烴粒子的態樣;使用2種以上的相同平均粒徑但不同樹脂的聚烯烴粒子的態樣;及,使用2種以上的不同平均粒徑且不同樹脂的聚烯烴粒子的態樣。作為聚烯烴粒子樹脂不同的態樣,例如可列舉:結構單元的種類不同的態樣、及結構單元的種類相同但結構單元的含有比率不同的態樣。
作為聚烯烴粒子,並無特別限制,能夠使用先前公知的聚烯烴粒子。構成聚烯烴粒子的聚烯烴樹脂,可以是未改質聚烯烴樹脂、亦可以是酸改質聚烯烴樹脂等改質聚烯烴樹脂。
作為未改質聚烯烴樹脂,可列舉:乙烯或α-烯烴(丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯等)的同聚物或共聚物。具體而言,可列舉:聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯、乙烯-丙烯共聚物等。 又,作為未改質聚烯烴樹脂,可列舉:選自由乙烯和α-烯烴所組成之群組中的至少1種與共軛二烯或非共軛二烯之共聚物。具體而言,可列舉:乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯共聚物、乙烯-丙烯-雙環戊二烯共聚物等。該共聚物亦可以是橡膠狀。
作為酸改質聚烯烴樹脂,可列舉具有羧基、酸酐基等酸基之聚烯烴樹脂。具體而言,可列舉:選自由乙烯和α-烯烴所組成之群組中的至少1種與α,β-不飽和羧酸之共聚物;在未改質聚烯烴樹脂中使α,β-不飽和羧酸或α,β-不飽和羧酸酐接枝而成之聚烯烴改質物等。 作為α,β-不飽和羧酸,可列舉單羧酸和二羧酸。具體而言,可列舉:丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、異丁烯酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、甲基反丁烯二酸、甲基順丁烯二酸、亞甲基丁二酸等脂肪族羧酸;5-降冰片烯-2,3-二甲酸、5-降冰片烯-2,3-二甲酸的甲基親核取代物、5-降冰片烯-2,3-二甲酸的橋聯亞甲基的鹵化取代物等。再者,二羧酸亦可以成為酸酐。
從耐氧化性和耐還原性的觀點來看,作為聚烯烴粒子,較佳是由下述樹脂所構成的粒子,該樹脂是選自由聚乙烯樹脂、酸改質聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂及酸改質聚丙烯樹脂所組成之群組中的至少1種。
聚烯烴粒子的平均粒徑,較佳是0.1μm~30μm,更佳是0.6μm~20μm,進一步較佳是3μm~20μm。聚烯烴粒子的粒徑越小,就越有能夠使聚烯烴粒子廣泛且均勻地分布在電極活性物質層內的傾向,聚烯烴粒子的粒徑越大,就越有能夠提升黏結劑樹脂組成物的分散性的傾向。 聚烯烴粒子的平均粒徑,例如能夠設為能夠將下述數值作為平均粒徑:針對集電體,其將包含聚烯烴粒子之電極活性物質層以使厚度成為約70μm的方式形成而成,在該集電體中央部的長50μm×寬50μm範圍之穿透式電子顯微鏡照片的影像內,將所有的聚烯烴粒子的長軸方向的長度的數値進行算術平均化而得的數值。所謂的聚烯烴粒子的長軸方向的長度,意指下述距離:在使用穿透式電子顯微鏡進行觀察的聚烯烴粒子的二維影像中,2條外切(circumscribe)於聚烯烴粒子的圓周面的平行的切線間的距離成為最大時的切線間的距離。
聚烯烴粒子的熔點(Tm),並無特別限制。從提升使用黏結劑樹脂組成物所製作的鋰離子二次電池的處理性和安全性的觀點來看,聚烯烴粒子的熔點(Tm),較佳是70℃~160℃,更佳是80℃~150℃,進一步較佳是90℃~140℃。因為聚烯烴粒子的熔點(Tm)越低,越可以在更低溫便顯現PTC功能,故具有能夠提升安全性的傾向。另一方面,因為聚烯烴粒子的熔點(Tm)越高,越能夠抑制一般使用時的故障,並且能夠將電極的乾燥溫度設為較高,故具有能夠提高生產性的傾向。 聚烯烴粒子的熔點(Tm),例如能夠由下述方式算出:使用示差掃描熱量測定儀,測定惰性氣體中的聚烯烴粒子的比熱容量來作為溫度函數後,由吸熱尖峰溫度來算出。
聚烯烴粒子的含有率,以黏結劑樹脂組成物的總量為基準計,較佳是1質量%~60質量%,更佳是5質量%~50質量%,進一步較佳是10質量%~50質量%。使用黏結劑樹脂組成物所製作的鋰離子二次電池,聚烯烴粒子的含有率越小,就越有電池特性提升的傾向,聚烯烴粒子的含有率越大,就越有PTC特性提升的傾向。
(可溶於有機溶劑中的聚合物) 本實施形態的黏結劑樹脂組成物,含有可溶於後述的有機溶劑中的聚合物。此處,所謂的「可溶於有機溶劑中」是意指:在室溫(25℃)的100mL的有機溶劑中可溶解1g以上。 作為可溶於有機溶劑中的聚合物,並無特別限制。作為可溶於有機溶劑中的聚合物,可列舉:羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉等羧甲基纖維素衍生物;聚乙烯醇;聚乙烯吡咯啶酮;褐藻酸衍生物;聚丙烯酸衍生物;具有腈基之樹脂;及,聚偏二氟乙烯等。可溶於有機溶劑中的聚合物,可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。在可溶於有機溶劑中的聚合物中,從黏著性、可撓性、及使用黏結劑樹脂組成物所製作的鋰離子二次電池的電池特性的觀點來看,較佳是選自由具有腈基之樹脂、及聚偏二氟乙烯所組成之群組中的至少1種。
作為具有腈基之樹脂,例如可列舉:丙烯腈的同聚物、及丙烯腈與其他的具有乙烯性不飽和鍵之化合物的共聚物。當使用黏結劑樹脂組成物來製作電極時,從能夠更加提升可撓性和黏合性的觀點來看,具有腈基之樹脂,較佳是包含:具有腈基之結構單元;及,選自由源自由下述式(I)表示的單體的結構單元、和源自由下述式(II)表示的單體的結構單元所組成之群組之中的至少1種結構單元。又,從能夠進一步提升黏合性的觀點來看,具有腈基之樹脂,較佳是包含具有羧基之結構單元。具有腈基之結構單元,可以是源自含腈基單體的結構單元。又,具有羧基之結構單元,可以是源自含羧基單體的結構單元。
式(I)中,R1
是H或CH3
,R2
是H或一價的烴基,n是1~50的數值。
式(II)中,R3
是H或CH3
,R4
是碳數4~100的烷基。
〈含腈基單體〉 作為含腈基單體,並無特別限制。作為含腈基單體,可列舉:丙烯腈、甲基丙烯腈等丙烯酸系含腈基單體;α-氰基丙烯酸酯、偏二氰乙烯(dicyanovinylidene)等氰系含腈基單體;反丁烯二酸腈等反丁烯二酸系含腈基單體等。這些之中,從進行聚合的容易度、成本效益比、使用黏結劑樹脂組成物所製作的電極的柔軟性及可撓性等特點來看,較佳是丙烯酸腈。這些含腈基單體,可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。作為含腈基單體,當使用丙烯腈與甲基丙烯腈時,相對於含腈基單體的總量,例如,較佳是以5質量%~95質量%的範圍來包含丙烯酸腈,更佳是以50質量%~95質量%的範圍來包含。
〈由式(I)表示的單體〉 作為由式(I)表示的單體,並無特別限制。
此處,R1
是H或CH3
。 n是1~50的數值,較佳是2~30的數值,更佳是2~10的數值。括弧內的結構單元數也就是n,雖然針對單一的分子表示整數值,但是作為複數種的分子的集合體則表示平均值也就是有理數。 R2
是H或一價的烴基,例如,較佳是碳數1~50的烴基,更佳是碳數1~25的烴基,進一步較佳是碳數1~12的烴基。如果烴基的碳數是50以下,當使用黏結劑樹脂組成物來製作鋰離子二次電池的電極時,會有能夠獲得對電解液的充分的耐膨潤性的傾向。此處,作為烴基,例如較佳是烷基和苯基。R2
尤其較佳是碳數1~12的烷基或苯基。此烷基,可以是直鏈和支鏈中的任一種。當R2
是烷基或苯基時,烷基或苯基所具有的氫原子,可以被下述取代基取代,該取代基是:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子;含氮原子基;含磷原子基;含氧原子基;芳香族基;碳數3~10的環烷基等。再者,當R2
具有取代基時,R2
的碳數,設為不包含取代基的碳數。
作為由式(I)表示的單體,具體而言,例如可列舉市售的單體:二乙二醇丙烯酸乙氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ACRYLATE EC-A)、三乙二醇丙烯酸甲氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ACRYLATE MTG-A;及,新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester AM-30G)、聚(n=9)乙二醇丙烯酸甲氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ACRYLATE 130-A;及,新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester AM-90G)、聚(n=13)乙二醇丙烯酸甲氧酯(新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester AM-130G)、聚(n=23)乙二醇丙烯酸甲氧酯(新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester AM-230G)、聚 (n=18)乙二醇丙烯酸辛氧酯(新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester A-OC-18E)、二乙二醇丙烯酸苯氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ACRYLATE P-200A;及,新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester AMP-20GY)、聚(n=6)乙二醇丙烯酸苯氧酯(新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester AMP-60G)、壬酚EO加成物(n=4)丙烯酸酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ACRYLATE NP-4EA)、壬酚EO加成物(n=8)丙烯酸酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ACRYLATE NP-8EA)、二乙二醇甲基丙烯酸甲氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ESTERMC;及,新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester M-20G)、三乙二醇甲基丙烯酸甲氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ESTERMTG)、聚(n=9)乙二醇甲基丙烯酸甲氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ESTER130MA;及,新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester M-90G)、聚(n=23)乙二醇甲基丙烯酸甲氧酯(新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ester M-230G)及聚(n=30)乙二醇甲基丙烯酸甲氧酯(共榮社化學股份有限公司製造,商品名:LIGHT ESTER 041MA)。再者,「EO」意指乙烯氧基,「n」則意指乙烯氧基的結構單元數的平均值。這些之中,從與含腈基單體進行共聚合時的反應性等特點來看,較佳是三乙二醇丙烯酸甲氧酯(式(I)的R1
是H,R2
是CH3
,n是3)。這些由式(I)表示的單體,可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。
〈由式(II)表示的單體〉 作為由式(II)表示的單體,並無特別限定。
此處,R3
是H或CH3
。R4
是碳數4~100的烷基,較佳是碳數4~50,更佳是碳數6~30,進一步較佳是碳數8~15。如果烷基的碳數是4以上,使用黏結劑樹枝組成物所製作的電極會有顯示充分的可撓性的傾向,如果烷基的碳數是100以下,會有能夠獲得對電解液的充分的耐膨潤性的傾向。構成R4
的烷基,可以是直鏈、支鏈及環狀中的任一種。又,構成R4
的烷基所具有的氫原子,可以被下述取代基取代,該取代基是:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子;含氮原子基;含磷原子基;含氧原子基;芳香族基;碳數3~10的環烷基等。再者,當R4
具有取代基時,R4
的碳數設為不包含取代基的碳數。作為構成R4
的烷基,除了直鏈、支鏈或環狀的飽和烷基之外,可列舉氟化烷基、氯化烷基、溴化烷基、碘化烷基等鹵化烷基等。
作為由式(II)表示的單體,具體而言,當R4
是直鏈、支鏈或環狀的飽和烷基時,可列舉下述(甲基)丙烯酸酯:(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸三級丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸異戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸十三烷酯、(甲基)丙烯酸十六烷酯、(甲基)丙烯酸十八烷酯、(甲基)丙烯酸異十八烷酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯等。又,當R4
是氟化烷基時,可列舉:1,1-雙(三氟甲基)-2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基丙烯酸酯、2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯、九氟異丁基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-十一氟己基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十五氟辛基丙烯酸酯、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟癸基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十九氟癸基丙烯酸酯等丙烯酸酯化合物;九氟三級丁基甲基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基甲基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚基甲基丙烯酸酯、十七氟辛基甲基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十五氟辛基甲基丙烯酸酯、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9-十六氟壬基甲基丙烯酸酯等甲基丙烯酸酯化合物等。再者,「(甲基)丙烯酸酯」意指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯,「(甲基)丙烯酸」意指丙烯酸或甲基丙烯酸。這些由式(II)表示的單體,可以單獨使用1種,異可以組合2種以上來使用。
〈含羧基單體〉 作為含羧基單體,並無特別限制。作為含羧基單體,可列舉:丙烯酸、甲基丙烯酸等丙烯酸系含羧基單體;丁烯酸等丁烯酸系含羧基單體;順丁烯二酸和其酸酐等順丁烯二酸系含羧基單體;亞甲基丁二酸及其酸酐等亞甲基丁二酸系含羧基單體;焦檸檬酸及其酸酐等焦檸檬酸系含羧基單體等。這些之中,從進行聚合的容易度、成本效益比、使用黏結劑樹脂組成物所製作的電極的柔軟性及可撓性等特點來看,較佳是丙烯酸。這些含羧基單體,可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。 作為含羧基單體,可以併用丙烯酸和甲基丙烯酸。當併用丙烯酸與甲基丙烯酸來作為含羧基單體時,以含羧基單體的總量為基準計,例如,較佳是以5質量%~95質量%的範圍來包含丙烯酸,更佳是以50質量%~95質量%的範圍來包含。
〈其他單體〉 具有腈基之樹脂,除了具有腈基之結構單元、具有羧基的結構單元、及選自由源自由式(I)表示的單體的結構單元和源自由式(II)表示的單體的結構單元所組成之群組之中的至少1種結構單元之外,能夠適度地包含源自與這些結構單元不同的其他單體的結構單元。作為其他單體,並無特別限制。作為其他單體,可列舉:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯等(甲基)丙烯酸酯化合物;氯化乙烯、溴化乙烯、偏二氯乙烯等鹵化乙烯化合物;苯乙烯、α-甲基苯乙烯、苯乙烯磺酸鈉等苯乙烯化合物;順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺等醯亞胺化合物;(甲基)丙烯醯胺等醯胺化合物;乙酸乙烯酯;(甲基)烯丙基磺酸鈉;(甲基)烯丙基氧基苯磺酸鈉;2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸及其鹽等。再者,「(甲基)丙烯醯胺」意指丙烯醯胺或甲基丙烯醯胺,「(甲基)烯丙基」則意指烯丙基或甲基烯丙基。這些其他單體,可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。
〈各結構單元的比例〉 當具有腈基之樹脂,包含具有腈基之結構單元、具有羧基的結構單元、及選自由源自由式(I)表示的單體的結構單元和源自由式(II)表示的單體的結構單元所組成之群組之中的至少1種結構單元時,具有腈基之結構單元、具有羧基的結構單元、及選自由源自由式(I)表示的單體的結構單元和源自由式(II)表示的單體的結構單元所組成之群組之中的至少1種結構單元的莫耳比,例如,相對於1莫耳的具有腈基之結構單元,具有羧基的結構單元較佳是0.01莫耳~0.2莫耳,更佳是0.02莫耳~0.1莫耳,進一步較佳是0.03莫耳~0.06莫耳,源自由式(I)或式(II)表示的單體的結構單元的合計量,較佳是0.001莫耳~0.2莫耳,更佳是0.003莫耳~0.05莫耳,進一步較佳是0.005莫耳~0.03莫耳。如果具有羧基的結構單元是0.01莫耳~0.2莫耳,且源自由式(I)或式(II)表示的單體的結構單元的合計量是0.001莫耳~0.2莫耳,在使用黏結劑樹脂組成物所製作的鋰離子二次電池中,會具有下述傾向:對於集電體,尤其對於使用銅箔而成的集電體的黏合性和對電解液的充分的耐膨潤性優異,並且電極的柔軟性和可撓性為良好。 又,當使用其他單體時,源自其他單體的結構單元的含量,例如,相對於1莫耳的具有腈基之結構單元,較佳是0.005莫耳~0.1莫耳的比例,更佳是0.01莫耳~0.06莫耳,進一步較佳是0.03莫耳~0.05莫耳。
可溶於有機溶劑中的聚合物的含有率,從使用黏結劑樹脂組成物所製作的鋰離子二次電池中的電極黏合性和電池容量的觀點來看,以黏結劑樹脂組成物的總量為基準計,較佳是0.1質量%~30質量%,更佳是1質量%~20質量%,進一步較佳是2質量%~10質量%。
(有機溶劑) 本實施形態的黏結劑樹脂組成物,含有有機溶劑。作為有機溶劑,並無特別限制,可列舉:乙醇、丙醇、丁醇、甲基賽珞蘇、丁基賽珞蘇、丙二醇單甲基醚等醇溶劑;丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮溶劑;四氫呋喃等醚溶劑;甲苯、二甲苯、均三甲苯等芳香族溶劑;二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮等含氮原子溶劑;二甲基亞碸等含硫原子溶劑等。這些有機溶劑可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。有機溶劑,從聚烯烴粒子的溶解性低的特點來看,較佳是包含N-甲基-2-吡咯啶酮。
有機溶劑的含有率,以黏結劑樹脂組成物的總量為基準計,較佳是60質量%~95質量%,更佳是70質量%~90質量%,進一步較佳是75質量%~80質量%。
再者,本實施形態的黏結劑樹脂組成物,可以含有水。但是,水的含有率,以黏結劑樹脂組成物的總量為基準計,較佳是3質量%以下,更佳是1質量%以下,進一步較佳是0.1質量%以下。
(酸性物質) 本實施形態的黏結劑樹脂組成物,含有酸性物質。酸性物質可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。 作為酸性物質,可列舉:鹽酸、硝酸、磷酸等無機酸;及,醋酸、乳酸、甘醇酸、檸檬酸、丁二酸、順丁烯二酸等有機酸。這些酸性物質之中,從能夠降低酸性物質的含量的特點來看,較佳是無機酸。
黏結劑樹脂組成物中的酸性物質的含有率,能夠以使黏結劑樹脂組成物成為期望的pH值的方式來調整。 黏結劑樹脂組成物的pH值,在黏結劑樹脂組成物加入水之後,能夠以酸鹼值測定計來測定。以使水/有機溶劑的質量比成為10/90~30/70的方式加入水後的黏結劑樹脂組成物,其pH值較佳是1.0~7.0,更佳是2.0~6.0,進一步較佳是3.0~5.0。若黏結劑樹脂組成物的pH值是1.0以上,會有集電體的穩定性提升的傾向,若黏結劑樹脂組成物的pH值是7.0以下,則會有聚烯烴粒子的分散性提升的傾向。
(黏結劑樹脂組成物的製造方法) 本實施形態的黏結劑樹脂組成物的製造方法,並無特別限制。本實施形態的黏結劑樹脂組成物,例如能夠經由下述步驟來製造:將有機溶劑和酸性物質加入水性聚烯烴粒子分散液中來調製混合液的步驟(以下,亦稱為「混合步驟」);對混合液施以脫水處理的步驟(以下,亦稱為「脫水步驟」);及,將可溶於有機溶劑中的聚合物添加至脫水處理後的混合液中的步驟(以下,亦稱為「添加步驟」)。 以下,說明此製造方法。
〈混合步驟〉 在混合步驟中,將有機溶劑和酸性物質加入水性聚烯烴粒子分散液中來調製混合液。 水性聚烯烴粒子分散液可以使用市售品,亦可以依照通常的方法來製造。作為水性聚烯烴粒子的市售品,可列舉三井化學股份有限公司製造的CHEMIPEARL W100、CHEMIPEARL W200、CHEMIPEARL W300、CHEMIPEARL W308、CHEMIPEARL W310、CHEMIPEARL W400、CHEMIPEARL W401、CHEMIPEARL W4005、CHEMIPEARL W410、CHEMIPEARL W500、CHEMIPEARL WF640、CHEMIPEARL W700、CHEMIPEARL W800、CHEMIPEARL W900、CHEMIPEARL WH201、CHEMIPEARL WP100等(以上為商品型號)。
當將有機溶劑加入水性聚烯烴粒子中時,從抑制粒子相互的凝集的觀點來看,較佳是一邊攪拌水性聚烯烴粒子分散液,一邊少量且分批地添加有機溶劑。此時,更佳是使用以水稀釋而成的有機溶劑。 又,當將酸性物質加入水性聚烯烴粒子分散液中時,從抑制粒子相互的凝集的觀點來看,較佳是一邊攪拌水性聚烯烴粒子分散液,一邊少量且分批地添加酸性物質。此時,更佳是使用以水或有機溶劑稀釋而成的酸性物質。 有機溶劑和酸性物質,可以先添加其中任一種,亦可以同時地添加兩種。從抑制粒子相互的凝集的觀點來看,較佳是在添加有機溶劑後再添加酸性物質。
〈脫水步驟〉 脫水步驟中,對混合液施以脫水處理。 作為由混合液去除水的方法,例如可列舉:在減壓下將混合液加熱來去除水的方法;對混合液添加脫水劑來去除水的方法;及,對混合液施以離心處理,然後在分離成水相與有機溶劑相之後,去除水相的方法。
當使用在減壓下將混合液加熱來去除水的方法時,只要加熱溫度未達聚烯烴粒子的熔點,並無特別限制。利用將加熱溫度設為未達聚烯烴粒子的熔點,會有抑制分散性的降低的傾向,該分散性的降低是藉由粒子彼此的鍵結所產生。減壓程度並未限制於特定的範圍。 再者,當在減壓下將混合液加熱來去除水時,可以依據需要來添加容易與水進行共沸的有機溶劑。並且,並未限制追加有機溶劑的時機和次數。
當使用對混合液添加脫水劑來去除水的方法時,並未限制脫水劑的種類。作為脫水劑,可列舉:二氧化矽凝膠、活性氧化鋁、分子篩、離子交換樹脂等,較佳是考慮混合液中的有機溶劑、界面活性劑、鹼性物質、酸性物質等種類,來選擇適當的脫水劑種類。再者,脫水劑較佳是在減壓乾燥後再使用。
當使用對混合液施以離心處理,然後在分離成水相與有機溶劑相之後去除水相的方法時,離心條件,例如較佳是以1000G~10000G進行5分鐘~15分鐘,更佳是以1500G~7000G進行7分鐘~15分鐘,進一步較佳是以2500G~4000G進行7分鐘~10分鐘。藉由將離心條件設為1000G以上,會有分離效率提升的傾向,藉由將離心條件設為10000G以下,會有可抑制聚烯烴粒子的凝集的傾向。 再者,最適當的離心條件,較佳是依據聚烯烴粒子的種類、聚烯烴粒子的平均粒徑、聚烯烴粒子的含有率、水與有機溶劑的質量比等來適當地調整。
〈添加步驟〉 在添加步驟中,將可溶於有機溶劑中的聚合物添加至脫水處理後的混合液中,便可獲得本實施形態的黏結劑樹脂組成物。 可溶於有機溶劑中的聚合物,較佳是以已溶解在有機溶劑中的狀態來添加。
(針對鋰離子二次電池用電極的利用) 本實施形態的黏結劑樹脂組成物,聚烯烴粒子的分散穩定性優異,所以能夠應用在鋰離子二次電池電極形成用組成物的調製和鋰離子二次電池用電極的製作中。使用本實施形態的黏結劑樹脂組成物所製作的鋰離子二次電池用電極,電極活性物質層的均勻性和密合強度優異,並且電極的可撓性高。進一步,具備有上述電極之鋰離子二次電池,具備在溫度上升時使電池的內部電阻上昇的功能,並在正常運作時具有優異的電池特性,並且製造步驟亦簡便。
[鋰離子二次電池電極形成用組成物和鋰離子二次電池用電極] 本實施形態的鋰離子二次電池電極形成用組成物(以下,亦僅稱為「本實施形態的電極形成用形成物」),含有電極活性物質與本實施形態的黏結劑樹脂組成物。 又,本實施形態的鋰離子二次電池用電極,具有集電體與電極活性物質層,該電極活性物質層是在集電體上使用本實施形態的電極形成用組成物所形成。
本實施形態的電極形成用組成物,可以是可用於正極的形成中的正極形成用組成物,亦可以是可用於負極的形成中的負極形成用組成物。以下,依序說明:正極形成用組成物和使用該正極形成用組成物所形成的正極、與負極形成用組成物和使用該負極形成用組成物所形成的負極。
(正極形成用組成物和正極形成用組成物的製造方法) 正極形成用組成物,含有正極活性物質和本實施形態的黏結劑樹脂組成物。正極形成用組成物,例如能夠藉由下述方式來製造:將正極活性物質與經前述的本實施形態的黏結劑樹脂組成物混合,並依據需要進一步混合導電材料和分散介質。
作為正極活性物質,並無特別限制。作為正極活性物質,可列舉:含鋰複合金屬氧化物、橄欖石型鋰鹽、硫屬(chalcogens)化合物、二氧化錳等。正極活性物質可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。
含鋰複合金屬氧化物,可以是包含鋰和過渡金屬之金屬氧化物、或該金屬氧化物中的過渡金屬的一部分被異種元素取代而成的金屬氧化物。此處,作為異種元素,可列舉:Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V、B等,較佳是Mn、Al、Co、Ni、Mg等。異種元素可以是1種,亦可以是2種以上。
這些之中,作為正極活性物質,較佳是含鋰複合金屬氧化物。作為含鋰複合金屬氧化物,可列舉:Lix
CoO2
、Lix
NiO2
、Lix
MnO2
、Lix
Coy
Ni1-y
O2
、Lix
Coy
M1 1-y
Oz
(式中,M1
表示選自由Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及B所組成之群組中的至少1種元素)、Lix
Ni1-y
M2 y
Oz
(式中,M2
表示選自由Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及B所組成之群組中的至少1種元素)、Lix
Mn2
O4
及Lix
Mn2-y
M3 y
O4
(式中,M3
表示選自由Na、Mg、Sc、Y、Fe、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及B所組成之群組中的至少1種元素)。此處,在各式中,x滿足0<x≦1.2,y滿足0≦y≦0.9,z滿足2.0≦z≦2.3。表示鋰的莫耳比的x的值,會由於充放電而增減。 又,作為橄欖石型鋰鹽,例如可列舉:LiFePO4
。 作為硫屬化合物,例如可列舉:二硫化鈦和二硫化鉬。
作為正極活性物質,從安全性的觀點來看,較佳是包含Lix
Mn2
O4
或由Lix
Mn2-y
M3 y
O4
表示的鋰錳氧化物。作為正極活性物質,當使用鋰錳氧化物時的鋰錳氧化物的含有率,以正極活性物質的總量為基準計,較佳是30質量%以上,更佳是40質量%以上。
正極活性物質的使用量,從兼具電池特性與PTC功能的觀點來看,正極活性物質層中的正極活性物質的含有率較佳是成為80質量%~95質量%的量,更佳是成為82質量%~93質量%的量。正極活性物質的比例越高,越可成為電池特性優異的正極活性物質層,正極活性物質的比例越少,則越會有成為PTC功能優異的正極活性物質層的傾向。
本實施形態的黏結劑樹脂組成物的使用量,從兼具電池特性與PTC功能的觀點來看,正極活性物質層中的聚烯烴粒子的含有率較佳是成為0.1質量%~10質量%的量,更佳是成為0.5質量%~8質量%的量,進一步較佳是成為2.5質量%~6質量%的量。聚烯烴粒子的比例越多,越可成為PTC功能優異的正極活性物質層,聚烯烴粒子的比例越少,則越會有成為電池特性優異的正極活性物質層的傾向。
作為導電材料,可列舉:碳黑、石墨、碳纖維、金屬纖維等。作為碳黑,例如可列舉:乙炔黑、科琴碳黑(Ketjen black)、槽黑、爐黑、燈黑及熱碳黑。作為石墨,例如可列舉:天然石墨和人造石墨。導電材料可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。 作為分散介質,可列舉:N-甲基-2-碸咯啶酮(NMP)、四氫呋喃、二甲基甲醯胺等。
(正極) 正極具有:正極集電體和正極活性物質層,該正極活性物質層是使用正極形成用組成物而形成在正極集電體上。
作為正極集電體,可列舉薄片和箔等,該薄片和箔含有不鏽鋼、鋁、或鈦。這些正極集電體中,較佳是鋁的薄片或鋁箔。薄片和箔的平均厚度,例如較佳是1μm~500μm,更佳是2μm~100μm,進一步較佳是5μm~50μm。
正極活性物質層,例如能夠藉由下述方式形成:將正極形成用組成物塗佈在正極集電體上,然後進行乾燥,並進一步依據需要來進行壓延。正極活性物質層,可以僅形成在正極集電體的厚度方向的其中一面上,亦可以形成在雙面上。
正極形成用組成物在乾燥後(正極活性物質層)的塗佈量,較佳是在100g/m2
~300g/m2
的範圍,更佳是在150g/m2
~250g/m2
的範圍,進一步較佳是在180g/m2
~220g/m2
的範圍。如果上述塗佈量是100g/m2
以上,因為正極活性物質層不會變得過薄,所以會有容易獲得充分的電池容量的傾向。如果上述塗佈量是300g/m2
以下,因為正極活性物質層不會變得過厚,故當以大電流進行充放電時可抑制在厚度方向的反應的不均勻化,所以會有充放電循環特性提升的傾向。 又,從放電容量和放電率特性的觀點來看,正極活性物質的厚度,較佳是50μm~150μm,更佳是60μm~120μm,進一步較佳是70μm~110μm。
又,正極活性物質層的填充密度,較佳是在2.2g/cm3
~2.8g/cm3
的範圍,更佳是在2.3g/cm3
~2.7g/cm3
的範圍,進一步較佳是在2.4g/cm3
~2.6g/cm3
的範圍。如果正極活性物質層的填充密度是2.8g/cm3
以下,非水電解質會變得容易浸透於正極活性物質層內,當以大電流進行充放電時的鋰離子擴散會變快,所以會有充放電循環特性提升的傾向。另一方面,如果正極活性物質層的填充密度是2.2g/cm3
以上,藉由可充分地確保正極活性物質與導電材料的接觸,電阻會變低,所以會有放電率特性提升的傾向。
當將本實施形態的電極形成用組成物使用於正極活性物質層時,正極的電流阻斷溫度較佳是設定為70℃~160℃,更佳是設定為90℃~120℃。如果將電流阻斷溫度設定為70℃~160℃,當電池本身或裝設有電池的各種機器發生異常時,因為可阻斷電流來抑制發熱,進一步能夠停止從電池往各種機器的電力的供給,所以可獲得非常高的安全性。又,如果將電流阻斷溫度設定為90℃~120℃,則可獲得在一般使用時不會故障並在過度充電等異常時能夠確實地阻斷電流這樣的優點。如上述的電流阻斷溫度,主要會與本實施形態的電極形成用組成物中所包含的聚烯烴粒子的熔點(Tm)相關。當將電流阻斷溫度設定為90℃~120℃時,較佳是使用聚乙烯粒子來作為聚烯烴粒子,但是並未限定於此。 再者,上述的電流阻斷溫度,相對於電池在25℃時的直流電阻,是直流電阻上升率成為110%以上的溫度。
(負極形成用組成物和負極形成用組成物的製造方法) 負極形成用組成物,含有負極活性物質和本實施形態的黏結劑樹脂組成物。負極形成用組成物,例如能夠藉由下述方式製造:將負極活性物質與經前述的本實施形態的黏結劑樹脂組成物混合,並依據需要進一步混合導電材料和分散介質。
作為負極活性物質,並無特別限制。作為負極活性物質,可列舉:金屬鋰、鋰合金、介金屬化合物、碳材料、有機化合物、無機化合物、金屬錯合物、有機高分子化合物等。負極活性物質可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。
該等之中,作為負極活性物質,較佳是碳材料。作為碳材料,可列舉:天然石墨(石墨片等)、人造石墨等石墨;乙炔黑、科琴碳黑、槽黑、爐黑、燈黑及熱碳黑等碳黑;非晶形碳;碳纖維等。碳材料的體積平均粒徑,較佳是0.1μm~60μm,更佳是0.5μm~30μm。又,碳材料的BET比表面積,較佳是1m2
/g~10m2
/g。碳材料之中,尤其從能夠更加提升電池的放電容量的觀點來看,較佳是:X-射線廣角繞射(wide angle x-ray diffraction)中的碳六角平面間的間隔(d002
)是3.35Å~3.40Å且c軸方向的微晶(Lc)是100Å以上的石墨。 又,在碳材料之中,尤其從能夠更加提升充放電循環特性和安全性的觀點來看,較佳是:X-射線廣角繞射中的碳六角平面間的間隔(d002
)是3.5Å~3.95Å的非晶形碳。
負極活性物質的使用量,從兼具電池特性與PTC功能的觀點來看,負極活性物質層中的負極活性物質的含有率較佳是成為80質量%~99質量%的量,更佳是成為90質量%~98質量%的量。負極活性物質的比例越高,越可成為電池特性優異的負極活性物質層,負極活性物質的比例越少,則越會有成為PTC功能優異的負極活性物質層的傾向。
本實施形態的黏結劑樹脂組成物的使用量,從兼具電池特性與PTC功能的觀點來看,負極活性物質層中的聚烯烴粒子的含有率較佳是成為0.1質量%~8質量%的量,更佳是成為0.5質量%~5質量%的量,進一步較佳是成為1質量%~3質量%的量。聚烯烴粒子的比例越多,越可成為PTC功能優異的負極活性物質層,聚烯烴粒子的比例越少,則越會有成為電池特性優異的負極活性物質層的傾向。
作為導電材料和分散介質,可列舉已例示於正極形成用組成物中的同樣的導電材料和分散介質。
(負極) 負極具有負極集電體與負極活性物質層,該負極活性物質層是使用負極形成用組成物而形成在負極集電體上。
作為負極集電體,可列舉薄片和箔等,該薄片和箔包含不鏽鋼、鎳及銅等。薄片和箔的平均厚度,例如較佳是1μm~500μm,更佳是2μm~100μm,進一步較佳是5μm~50μm。
負極活性物質層,例如能夠藉由下述方式形成:將負極形成用組成物塗佈在負極集電體上,然後進行乾燥,並進一步依據需要來進行壓延。負極活性物質層,可以僅形成在負極集電體的厚度方向的其中一面上,亦可以形成在雙面上。
[鋰離子二次電池] 本實施形態的鋰離子二次電池,具備經前述的本實施形態的鋰離子二次電池用電極。更具體而言,本實施形態的鋰離子二次電池,具備正極、負極、絕緣層及非水電解質。
(正極和負極) 正極和負極,例如可隔著絕緣層且以互為相對向的方式來設置。正極和負極的至少其中一電極,是經前述的本實施形態的鋰離子二次電池用電極。當正極和負極中的任一電極不是本實施形態的鋰離子二次電池用電極時,作為該電極,能夠使用先前公知的電極。
(絕緣層) 絕緣層(以下,亦稱為「間隔件」),能夠以介於正極和負極之間的方式來設置,來將正極和負極進行絕緣。作為絕緣層,能夠使用樹脂製多孔質薄片、無機多孔質膜等具有離子通透性的層。
作為構成樹脂多孔質薄片的樹脂,可列舉:聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴;聚醯胺;聚醯胺醯亞胺等。樹脂製多孔質薄片亦包含不織布、織布等。這些之中,較佳是形成在內部的空孔的平均孔徑是0.05μm~0.15μm左右的樹脂製多孔質薄片。這樣的樹脂製多孔質薄片,會有以高水準地兼具離子通透性、機械強度及絕緣性的傾向。樹脂製多孔質薄片的平均厚度,例如較佳是0.5μm~30μm,更佳是1μm~20μm。
無機多孔質膜,主要含有無機化合物,並具有高耐熱性。作為無機化合物,可列舉:氧化鋁、二氧化矽等無機氧化物;BN、Si3
N4
等無機氮化物;沸石等多孔質性無機化合物等。這些無機化合物可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。無機多孔質膜,可以進一步包含聚醯胺、聚醯亞胺等耐熱性樹脂。無機多孔質膜的平均厚度,例如較佳是0.5μm~30μm,更佳是1μm~20μm。
(非水電解質) 作為非水電解質,例如可列舉:液狀非水電解質、凝膠狀非水電解質、及固體狀電解質(例如,高分子固體電解質)。液狀非水電解質,包含溶質(支持電解質)與非水溶劑,並且進一步依據需要而包含各種添加劑。溶質可溶解於一般非水溶劑中。液狀非水電解質,例如可含浸在絕緣層中。
作為溶質,例如可列舉:LiClO4
、LiBF4
、LiPF6
、LiAlCl4
、LiSbF6
、LiSCN、LiCF3
SO3
、LiCF3
CO2
、LiAsF6
、LiB10
Cl10
、低級脂肪族羧酸鋰、LiCl、LiBr、LiI、氯硼烷鋰(LiBCl4
)、硼酸鹽化合物、及醯亞胺鹽化合物等。作為硼酸鹽化合物,可列舉:雙(1,2-苯二油酸(2-)-O,O’)硼酸鋰、雙(2,3-萘二油酸(2-)-O,O’)硼酸鋰、雙(2,2’-聯苯二油酸(2-)-O,O’)硼酸鋰、雙(5-氟-2-油酸-1-苯磺酸-O,O’)硼酸鋰等。作為醯亞胺鹽化合物,可列舉:雙(三氟甲烷磺醯基)醯亞胺鋰((CF3
SO2
)2
NLi)、(三氟甲烷磺醯基)(九氟丁烷磺醯基)醯亞胺鋰((CF3
SO2
)(C4
F9
SO2
)NLi)、雙(五氟乙烷磺醯基)醯亞胺鋰((C2
F5
SO2
)2
NLi)等。溶質可以單獨使用1種,亦可組合2種以上來使用。非水溶劑中的溶質的溶解量,較佳是0.5莫耳/L~2莫耳/L。
作為非水溶劑,可列舉:環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、及環狀羧酸酯等。作為環狀碳酸酯,例如可列舉:丙烯碳酸酯(PC)及乙烯碳酸酯(EC)。作為鏈狀碳酸酯,例如可列舉:碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲酯(EMC)、及碳酸二甲酯(DMC)。作為環狀羧酸酯,例如可列舉:γ-丁內酯(GBL)及γ-戊內酯(GVL)。非水溶劑可以單獨使用1種,亦可以組合2種以上來使用。 又,從能夠更加提升電池特性的觀點來看,較佳是非水溶劑中含有碳酸伸乙烯酯(VC)。含有碳酸伸乙烯酯(VC)時的含有率,相對於非水溶劑總量,較佳是0.1質量%~2質量%,更佳是0.2質量%~1.5質量%。
(鋰離子二次電池的構成) 針對本實施形態的鋰離子二次電池是硬幣型電池時的構成進行說明。 硬幣型電池,例如,能夠如以下方式來製作。首先,將正極和負極切割成比硬幣包裝罐更小的圓形。製作依序積層有正極、絕緣層、及負極而成之積層體,然後以此狀態容置於硬幣包裝罐內,並將非水電解質注入到硬幣包裝罐內之後,將硬幣包裝罐密封。藉此來獲得鋰離子二次電池。
繼而,針對本實施形態的鋰離子二次電池是層疊型電池時的構成進行說明。 層疊型的鋰離子二次電池,例如,能夠如以下方式來製作。首先,將正極與負極切割成四角形,然後在各自的電極上焊接接頭來製作正負極端子。製作依序積層有正極、絕緣層、及負極而成之積層體,然後以此狀態容置於鋁製的疊層包裝內,並將正負極端子露出至疊層包裝之外並進行密封。繼而,將非水電解質注入到鋁疊層包裝內,並密封鋁疊層包裝的開口部。藉此來獲得鋰離子二次電池。
繼而,參照圖式,針對本實施形態的鋰離子二次電池是18650型的圓柱狀鋰離子二次電池時的構成進行說明。圖式中的零件的大小僅為示意的大小,其長度、寬度、厚度等尺寸並未反映實際的尺寸。 如第1圖所示,本實施形態的鋰離子二次電池1,具有電池容器6,該電池容器6是經施以鍍鎳的鋼製有底圓筒狀。電池容器6中,容置有電極群5,該電極群5是隔著間隔件4,捲繞帶狀的正極板2和負極板3成剖面漩渦狀而成。電極群5,是隔著聚乙烯製多孔質薄片的間隔件4,捲繞正極板2和負極板3成剖面漩渦狀而成。間隔件4,例如,可設定為寬度為58mm,厚度為30μm。在電極群5的上端面,導出有以鋁製的緞帶狀正極接頭端子,其一端部被固定於正極板2。正極接頭端子的另一端部,被配置於電極群5的上側,以超音波焊接被接合在成為正極外部端子的圓盤狀電池蓋的底面。另一方面,在電極群5的下端面,導出有以銅製的緞帶狀負極接頭端子,其一端部被固定於負極板3。負極接頭端子的另一端部,以電阻焊接被接合在電池容器6的內底部。因此,正極接頭端子和負極接頭端子,分別被導出至互為相反側的電極群5的兩端面。再者,在電極群5的外周面全部,被施以經省略圖示的絕緣被覆。電池蓋,是隔著絕緣性樹脂製墊片被鉚接固定在電池容器6的上部。因此,鋰離子二次電池1的內部被密封。又,在電池容器6內,注入了未圖示的非水電解液。
本實施形態的鋰離子二次電池,鑑於使用環境,相對於電池在溫度是25℃時的直流電阻,在溫度是160℃時的直流電阻的電阻上升率較佳是110%以上,更佳是130%以上,進一步較佳是140%以上。 本實施形態的鋰離子二次電池,具有高安全性,而且為高輸出,能夠適合地使用在與先前的非水電解質二次電池同樣的用途中。尤其是能夠適合地作為各種可攜式電子機器類的電源來使用,該可攜式電子機器類是行動電話、筆記型電腦、可攜式資訊終端、電子辭典、遊戲機器等。當利用於這樣的用途時,即便在充電時萬一成為過度充電狀態,因為發熱仍受到抑制,故能防止電池的高溫化、膨脹等。又,本實施形態的鋰離子二次電池,也能夠應用在電力儲藏用、電動車、油電混合車等運輸機器用等用途中。
藉由參照於2016年2月8日所申請的日本專利申請2016-021833號的揭示內容,將其整體併入本說明書中。 本說明書中所述之全部的文獻、全部的專利申請案、全部的技術規格,是藉由參照各別的文獻、各別的專利申請案、及各別的技術規格所併入的內容,並且藉由參照,以具體且分別記載的情況相同程度地來併入本說明書中。 [實施例]
以下,藉由實施例具體地說明本實施形態,但是本實施形態並未限定於該等實施例。
(合成例1) 在裝備有攪拌機、溫度計、冷卻管、及氮氣導入管之3公升可分離燒瓶中,加入1804g的精製水,在氮氣通氣量200mL/分鐘的條件下,一邊攪拌一邊升溫至74℃後,停止氮氣的通氣。繼而,添加水溶液,該水溶液是將0.968g的聚合起始劑也就是過硫酸銨溶解於76g的精製水中而成,並立即一邊將反應系統的溫度保持在74℃±2℃,一邊花費2小時滴下混合液,該混合液是將183.8g的含腈基單體也就是丙烯腈、9.7g的含羧基單體也就是丙烯酸(相對於丙烯腈1莫耳是0.039莫耳的比例)、及6.5g的由式(I)表示的單體也就是三乙二醇丙烯酸甲氧酯(新中村化學工業股份有限公司製造,商品名:NK ESTER AM-30G)(相對於丙烯腈1莫耳是0.0085莫耳的比例)混合而成。繼而,在懸浮的反應系統中,追加添加水溶液,該水溶液是將0.25g的過硫酸銨溶解在21.3g的精製水中而成,升溫至84℃後,一邊將反應系統的溫度保持在84℃±2℃,一邊進行反應2.5小時。之後,花費1小時冷卻至40℃後,停止攪拌並以一晩室溫(25℃)進行冷卻,來獲得沉澱有具有腈基之樹脂的反應液。將此反應液進行吸引過濾,並將經回收的溼潤狀態的沉澱物利用1800g的精製水清洗3次後,在80℃真空乾燥10小時,來獲得具有腈基之樹脂A。
(合成例2) 在裝設有攪拌機、溫度計、及冷卻管的1.0公升可分離燒瓶內,於氮氣氣氛下,加入45.0g的含腈基單體也就是丙烯腈(和光純藥工業股份有限公司製造)、5.0g的由式(II)表示的單體也就是丙烯酸十二烷酯(Aldrich公司製造)(相對於丙烯腈1莫耳為0.0232莫耳的比例)、1.175mg的聚合起始劑也就是過硫酸鉀(和光純藥工業股份有限公司製造)、135mg的鏈轉移劑也就是α-甲基苯乙烯二聚體(和光純藥工業股份有限公司製造)、及450mL的精製水(和光純藥工業股份有限公司製造),來調製成反應液。一邊劇烈地攪拌反應液,一邊在60℃進行反應3小時後,在80℃進行反應3小時。在室溫(25℃)冷卻後,將反應液進行吸引過濾,並過濾出經析出的樹脂。將過濾出的樹脂依序利用300mL的精製水(和光純藥工業股份有限公司製造)及300mL丙酮(和光純藥工業股份有限公司製造)來清洗。將清洗過的樹脂在60℃、1torr(133Pa)的真空管乾燥機乾燥24小時,來獲得具有腈基之樹脂B。
(實施例1) 在已充分地乾燥的1公升茄型燒瓶中,加入45g的CHEMIPEARLW310(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑9.5μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點132℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造),一邊攪拌一邊添加108g的N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP,有機溶劑,和光純藥工業股份有限公司製造,特級),進一步攪拌5分鐘。繼而,一邊攪拌一邊加入9.0g的鹽酸(酸性物質,0.5M HCl,和光純藥工業股份有限公司製造,容量分析用),進一步攪拌5分鐘之後,使用蒸發器,將混合液的聚乙烯粒子的濃度減壓濃縮至成為17質量%為止。在所獲得的混合液中,添加了67g的將合成例1所獲得的樹脂A(可溶於有機溶劑中的聚合物)溶解在N-甲基-2-吡咯啶酮而成之溶液(樹脂A的含有率6質量%),並攪拌5分鐘,來獲得黏結劑樹脂組成物(1)。
(2)正極的製作 將LiMn2
O4
(正極活性物質,三井金屬礦業股份有限公司製造)、乙炔黑(導電材料,商品名:HS-100,平均粒徑48nm(電氣化學工業股份有限公司型錄値),電氣化學工業股份有限公司製造)、及黏結劑樹脂組成物(1),以使固體成分的質量比(正極活性物質:導電材料:樹脂A:聚乙烯粒子)成為90:4.5:1.0:4.5的方式混合,並使其充分地分散於N-甲基-2-吡咯啶酮(分散介質,和光純藥工業股份有限公司製造,特級)中,來調製成正極形成用組成物。將此正極形成用組成物塗佈在厚度17μm的鋁箔(正極集電體,三菱Aluminum股份有限公司)的其中一面上,並於60℃乾燥5小時後進行壓延,形成厚度75μm、塗佈量200g/m2
、密度2.55g/cm3
的正極活性物質層,來製成正極A。將正極A在設定為160℃的恆溫槽中加熱15分鐘,來獲得正極B。
(3)負極的製作 將非晶形碳(負極活性物質)、乙炔黑(導電材料,商品名:HS-100,平均粒徑48nm(電氣化學工業股份有限公司型錄値),電氣化學工業股份有限公司製造)、聚偏二氟乙烯溶液(黏結材料,固體成分12質量%),以使固體成分的質量比(負極活性物質:導電材料:黏結材料)成為87.6:4.8:7.6的方式混合,並使其充分地分散於N-甲基-2-吡咯啶酮(分散介質,和光純藥工業股份有限公司製造,特級)中,調製成負極形成用組成物。將此負極形成用組成物塗佈於厚度10μm的銅箔(負極集電體)上,在100℃乾燥30分鐘後進行壓延,形成厚度62μm、塗佈量60g/m2
、密度0.97g/cm3
的負極活性物質層,來製成負極。
(4)硬幣型電池的製作 將製作而成的正極A和正極B,分別切割成直徑14mm的圓形,來獲得2種類的評價用正極。將製作而成的負極切割成直徑16mm的圓形,來獲得評價用負極。隔著由聚乙烯微多孔膜所構成的間隔件(商品名:Hipore,旭化成E-MATERIALS股份有限公司製造,切割成直徑19mm的圓形者),來製作2種類的積層體,該2種類的積層體,是以與活性物質層相對向的方式使2種類的評價用正極分別和評價用負極重合而成。分別將此2種類的積層體放入硬幣包裝罐(東洋SYSTEM股份有限公司製造),並添加1mL電解液(對包含1M的LiPF6
之乙烯碳酸酯/碳酸二甲酯=3/7(體積比)混合溶液,添加0.5莫耳%的碳酸伸乙烯酯而成者)後,將硬幣包裝罐密閉,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例2) 除了使用CHEMIPEARLW308(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑6.0μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點132℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310,並將鹽酸的添加量設為10.8g以外,與實施例1同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(2)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(2)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例3) 除了使用CHEMIPEARLW300(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑3.0μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點132℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310,並將鹽酸的添加量設為13.5g以外,與實施例1同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(3)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(3)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例4) 除了使用CHEMIPEARL W900(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑0.6μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點132℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310,並將鹽酸的添加量設為21.6g以外,與實施例1同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(4)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(4)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例5) 除了使用CHEMIPEARL W4005(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑0.6μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點110℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310,並將鹽酸的添加量設為21.6g以外,與實施例1同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(5)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(5)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例6) 除了使用CHEMIPEARL W410(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑9.5μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點110℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310以外,與實施例1同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(6)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(6)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例7) 除了使用CHEMIPEARL W408(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑6.0μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點110℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310,並將鹽酸的添加量設為10.8g以外,與實施例1同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(7)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(7)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例8) 除了使用CHEMIPEARL WP100(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑1.0μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點148℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310,並將鹽酸的添加量設為20.7g以外,與實施例1同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(8)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(8)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例9) 除了使用樹脂B(可溶於有機溶劑中的聚合物)來取代樹脂A(可溶於有機溶劑中的聚合物)以外,與實施例6同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(9)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(9)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(實施例10) 除了使用聚偏二氟乙烯溶液(固體成分12質量%)來取代含有樹脂A(可溶於有機溶劑中的聚合物)之溶液以外,與實施例6同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(10)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(10)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(比較例1) 將LiMn2
O4
(正極活性物質,三井金屬礦業股份有限公司製造)、乙炔黑(導電材料,商品名:HS-100,平均粒徑48nm(電氣化學工業股份有限公司型錄値),電氣化學工業股份有限公司製造)、上述合成例1所述之樹脂A及粉末狀的聚乙烯粒子(將CHEMIPEARL W410進行乾燥而製成粉末狀者),以使固體成分的質量比(正極活性物質:導電材料:樹脂A:聚乙烯粒子)成為90:4.5:1.0:4.5的方式混合,並使其充分地分散於N-甲基-2-吡咯啶酮(分散介質,和光純藥工業股份有限公司製造,特級)中。繼而,一邊攪拌,一邊在每20g的固體成分加入9g的鹽酸(酸性物質,0.5M HCl,和光純藥工業股份有限公司製造,容量分析用),來調製成正極形成用組成物。然後,除了使用此正極形成用組成物以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(比較例2) 在已充分地乾燥的1公升茄型燒瓶中,加入45g的CHEMIPEARLW900(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑0.6μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點132℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造),一邊攪拌一邊添加108g的N-甲基-2-吡咯啶酮(有機溶劑,和光純藥工業股份有限公司製造,特級),進一步攪拌5分鐘後,使用蒸發器,將分散液的聚乙烯粒子的濃度減壓濃縮至成為17質量%為止。在所獲得的分散液中,加入67g的將由合成例1所獲得的樹脂A(可溶於有機溶劑中的聚合物)溶解於N-甲基-2-吡咯啶酮中而成之溶液(樹脂A的含有率6質量%),並攪拌5分鐘,來獲得黏結劑樹脂組成物(11)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(11)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(比較例3) 除了使用CHEMIPEARL W4005(水性聚乙烯分散液,固體成分濃度40質量%,聚乙烯粒子的平均粒徑0.6μm(三井化學股份有限公司型錄値),聚乙烯粒子的熔點110℃(三井化學股份有限公司型錄値),三井化學股份有限公司製造)來取代CHEMIPEARLW310以外,與比較例2同樣地操作,來調製成黏結劑樹脂組成物(12)。然後,除了使用黏結劑樹脂組成物(12)來取代黏結劑樹脂組成物(1)以外,與實施例1同樣地操作,來製成2種類的電極評價用電池。
(評價方法) (1)分散性的評價 將由實施例1~10和比較例2~3所獲得的黏結劑樹脂組成物靜置,並觀察剛靜置後、經過24小時後、經過7天後、經過14天後、及經過28天後的分散狀態。將聚乙烯粒子分散於黏結劑樹脂組成物的整體中的狀態評價為A,將聚乙烯粒子分離至黏結劑樹脂組成物的上層的狀態評價為B。再者,由於比較例1並未調製成黏結劑樹脂組成物,故並未實行分散性的評價。
(2)放電率特性的評價 將使用實施例1~10和比較例1~3的正極A而成之電極評價用電池放入已設定為25℃的恆溫槽內,使用充放電裝置(東洋SYSTEM股份有限公司製造,商品名:TOSCAT-3200),在25℃中利用以下的條件進行充放電。該條件是:以4.2V且0.5C實行定電流定電壓(CCCV)充電後,以0.5C實行定電流(CC)放電至2.7V為止,來測定放電容量。繼而,以4.2V且0.5C實行定電流定電壓(CCCV)充電後,以3.0C實行定電流(CC)放電至2.7V為止,然後將由下述的算式所算出的値設為放電率特性。再者,所謂用以表示放電電流値的C,是意指“電流値(A)/電池容量(Ah)”。 放電率特性(%)=(以3C實行放電的放電容量/以0.5C實行放電的放電容量)×100
(3)在160℃時的PTC特性(電阻上升率) 將使用實施例1~10和比較例1~3的正極A而成之電極評價用電池放入已設定為25℃的恆溫槽內,來測定在25℃時的直流電阻(DCR),並將其設為初期電阻。繼而,將使用實施例1~10和比較例1~3的正極B而成之電極評價用電池放入已設定為25℃的恆溫槽內,來測定在25℃時的直流電阻(DCR),並將其設為加熱後電阻。依照下述公式由初期電阻和加熱後電阻來算出電阻上升率(%),來作為在溫度為160℃時的PTC功能的指標。 電阻上升率(%)=(加熱後電阻/初期電阻)×100 再者,直流電阻(DCR)是藉由下述的公式來算出。
此處,I=(I1C
+I3C
+I5C
)/3且V=(ΔV1C
+ΔV3C
+ΔV5C
)/3,而I1C
、I3C
、及I5C
分別表示對應以1C、3C、及5C實行放電的放電電流値,ΔV1C
、ΔV3C
、及ΔV5C
表示在分別對應之放電電流値中放電開始10秒後的電壓變化。
將實施例1~10和比較例1~3的評價結果表示於表1。在表1中,黏結劑樹脂組成物的成分中的「-」意指並未調配該成分的意思。
[表1]
實施例1~10的黏結劑樹脂組成物,其聚乙烯粒子的分散性優異,即便靜置經過28天後,聚乙烯粒子仍分散在黏結劑樹脂組成物的整體中。又,實施例1~10的電極評價用電池顯示了優異的放電率特性。進一步,實施例1~10的電極評價用電池,在160℃時的PTC特性優異。由上述結果可確認:實施例1~10的電極評價用電池,具備在溫度上升時使電池的內部電阻上升的功能,並在正常運作時具有優異的電池特性。
另一方面,在正極的製作中不使用黏結劑樹脂組成物而使用粉末狀的聚烯烴粒子而成的比較例1的電極評價用電池,雖然PTC特性優異,但放電率特性差。 又,不含有酸性物質的比較例2~3的黏結劑樹脂組成物,其聚乙烯粒子的分散性差,並且在靜置經過24小時後或經過7天後的時間點時,聚乙烯粒子已分離至黏結劑樹脂組成物的上層。由上述結果可預想到:當使用比較例2~3的黏結劑樹脂組成物時,製作均勻的電極活性物質層會變得困難。
1‧‧‧鋰離子二次電池
2‧‧‧正極板
3‧‧‧負極板
4‧‧‧間隔件
5‧‧‧電極群
6‧‧‧電池容器
2‧‧‧正極板
3‧‧‧負極板
4‧‧‧間隔件
5‧‧‧電極群
6‧‧‧電池容器
第1圖是可應用於本發明的實施形態中的圓柱狀鋰離子二次電池的斜視剖面圖。
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Claims (12)
- 一種黏結劑樹脂組成物,其含有:聚烯烴粒子、有機溶劑、可溶於前述有機溶劑中的聚合物、及酸性物質。
- 如請求項1所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述聚烯烴粒子的平均粒徑是0.1μm~30μm。
- 如請求項1或請求項2所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述聚烯烴粒子的含有率是1質量%~60質量%。
- 如請求項1~請求項3中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述聚合物包含選自由具有腈基之樹脂、及聚偏二氟乙烯所組成之群組中的至少1種。
- 如請求項1~請求項4中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,其中,前述有機溶劑包含N-甲基-2-吡咯啶酮。
- 如請求項1~請求項5中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,其中,pH值是1.0~7.0。
- 一種黏結劑樹脂組成物的製造方法,其用以製造請求項1~請求項6中任一項所述之黏結劑樹脂組成物,該製造方法具有下述步驟: 將有機溶劑和酸性物質加入水性聚烯烴粒子分散液中來調製混合液的步驟; 對前述混合液施以脫水處理的步驟;及, 將可溶於前述有機溶劑中的聚合物添加至脫水處理後的前述混合液中的步驟。
- 一種鋰離子二次電池電極形成用組成物,其含有電極活性物質與請求項1~請求項6中任一項所述之黏結劑樹脂組成物。
- 一種鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法,其將電極活性物質與請求項1~請求項6中任一項所述之黏結劑樹脂組成物混合。
- 如請求項9所述之鋰離子二次電池電極形成用組成物的製造方法,其中,前述電極活性物質是正極活性物質或負極活性物質。
- 一種鋰離子二次電池用電極,其具有集電體與電極活性物質層,該電極活性物質層是使用請求項8所述之鋰離子二次電池電極形成用組成物而形成在前述集電體上。
- 一種鋰離子二次電池,其具備請求項11所述之鋰離子二次電池用電極。
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