TW201841829A - 薄膜及能量儲藏裝置電極用底塗箔 - Google Patents
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Abstract
本發明為提供一種薄膜,其係以P偏光方式測定之紅外吸光度為0以上且未滿0.100。
Description
本發明係關於薄膜及能量儲藏裝置電極用底塗箔。
近年來,鋰離子二次電池或電雙層電容器等能量儲藏裝置,為了對應電動車或電器設備等之用途,正尋求高容量化與充放電的高速化。 作為用以回應此要求之一個對策,提案有於活性物質層與集電基板之間配置底塗層,強固活性物質層及集電基板的接著性,同時降低該等之接觸界面的電阻(例如參照專利文獻1)。
製造形成上述之底塗層的底塗箔時,為了管理製作之底塗層的最後加工,必須測定每單位面積重量與膜厚。 每單位面積重量的測定一般如專利文獻2所記載,從底塗箔切出適當大小之試驗片,測定其質量W0,然後,從底塗箔剝離底塗層,測定剝離底塗層後之質量W1,從其差(W0-W1)算出,或是預先測定集電基板之質量W2,然後,測定形成底塗層之底塗箔的質量W3,從其差(W3-W2)算出。 又,膜厚係從底塗箔切出適當大小之試驗片,以掃描電子顯微鏡等測定。
惟,於上述之每單位面積重量與膜厚的算出方法,由於必須切出底塗箔,該情況下必須停止製造,為非效率。因此,正尋求用以可更有效率地製造之新的對策。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2010-170965號公報 [專利文獻2] 國際公開第2014/034113號
[發明欲解決之課題]
本發明係鑑於上述事情而完成者,以提供一種給予低電阻之能量儲藏裝置,同時給予於製造時容易管理底塗箔之最後加工的能量儲藏裝置電極用底塗箔之薄膜、於集電基板具備該薄膜之能量儲藏裝置電極用底塗箔、以及具備該底塗箔之能量儲藏裝置電極及能量儲藏裝置作為目的。 [用以解決課題之手段]
本發明者們從具備底塗層之裝置的低電阻化,進而製造時之管理方法的簡便性的觀點來看,進行努力研究的結果,發現藉由將以P偏光方式測定之底塗層的吸光度定為指定範圍,得到得到低電阻之能量儲藏裝置的底塗箔,且得到低電阻之能量儲藏裝置的底塗箔之製造時之最後加工的管理變簡便,而完成本發明。
亦即,本發明係提供 1. 一種薄膜,其特徵為以P偏光方式測定之紅外吸光度為未滿0.100、 2. 如1之薄膜,其中,厚度為1~500nm、 3. 如1之薄膜,其中,上述紅外吸光度為0.027以下、 4. 如3之薄膜,其中,厚度為1~200nm、 5. 如1之薄膜,其中,上述紅外吸光度為0.017以下、 6. 如5之薄膜,其中,厚度為1~140nm、 7. 如1之薄膜,其中,上述紅外吸光度為0.005以上0.015以下、 8. 如7之薄膜,其中,厚度為30~110nm、 9. 如1~8中任一項之薄膜,其中,上述紅外吸光度為源自薄膜所包含之有機成分的吸收、 10. 如1~9中任一項之薄膜,其中,上述紅外吸光度為源自薄膜所包含之有機成分的羰基、羥基、胺基、醚基、碳-碳鍵、碳-碳雙鍵、碳-碳三鍵、碳-氮鍵、碳-氮雙鍵、碳-氮三鍵或芳香族基的吸收、 11. 如1~10中任一項之薄膜,其中,上述紅外吸光度為源自薄膜所包含之有機成分的羰基的吸收、 12. 如1~11中任一項之薄膜,其係包含導電材料、 13. 如12之薄膜,其中,上述導電材料係包含碳黑、科琴黑、乙炔黑、碳晶鬚、碳奈米管、碳纖維、天然石墨、人造石墨、氧化鈦、ITO、氧化釕、鋁或鎳、 14. 如13之薄膜,其中,上述導電材料係包含碳奈米管、 15. 如13或14之薄膜,其係進一步包含分散劑、 16. 一種能量儲藏裝置電極用底塗箔,其係具有集電基板、與形成在此集電基板的至少一側的面之底塗層之能量儲藏裝置電極用底塗箔, 其特徵為作為上述底塗層,係具備如1~15中任一項之薄膜、 17. 一種能量儲藏裝置電極用底塗箔,其係具備上述集電基板為鋁箔或銅箔即如16記載之薄膜、 18. 一種能量儲藏裝置電極,其係具有如16或17記載之能量儲藏裝置電極用底塗箔、與形成在該底塗層的表面之一部分或全部的活性物質層、 19. 如18之能量儲藏裝置電極,其中,上述活性物質層係以殘留上述底塗層的周圍,被覆其以外之部分全體的態樣形成、 20. 一種能量儲藏裝置,其係具備如18或19記載之能量儲藏裝置電極、 21. 一種能量儲藏裝置,其係至少具有一個具備一枚或複數枚之如18記載之電極、與金屬標籤所構成之電極構造體, 上述電極之至少一枚以形成上述底塗層,且於未形成上述活性物質層的部分,與上述金屬標籤進行超音波熔接、 22. 一種能量儲藏裝置之製造方法,其係使用一枚或複數枚之如18記載之電極的能量儲藏裝置之製造方法, 其特徵為具有將上述電極之至少一枚以形成上述底塗層,且於未形成上述活性物質層的部分與金屬標籤進行超音波熔接之步驟、 23. 一種能量儲藏裝置電極之製造方法,其係於集電基板上塗佈底塗層形成用組成物,將此乾燥形成底塗層後, 以P偏光方式測定上述底塗層之紅外吸光度,進而 於上述底塗層表面的至少一部分形成活性物質層、 24. 如23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,上述集電基板為鋁箔、 25. 如23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為未滿0.100、 26. 如23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為0.027以下、 27. 如23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為0.017以下、 28. 如23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為0.005以上0.015以下、 29. 一種底塗層之膜厚評估方法,其係於集電基板上塗佈底塗層形成用組成物,將此乾燥形成底塗層後, 以P偏光方式測定上述底塗層之紅外吸光度。 [發明的效果]
根據本發明,可提供一種製造時之最後加工的管理容易之能量儲藏裝置電極用之底塗箔。藉由使用具有此底塗箔之電極,可提供一種低電阻之能量儲藏裝置及其簡便且有效率的製造方法。
以下,針對本發明進一步進行詳細說明。 有關本發明之薄膜,係具有以指定之條件測定之特定範圍的紅外吸光度者,有關本發明之能量儲藏裝置電極用底塗箔(以下稱為底塗箔),係具有集電基板、與形成在此集電基板的至少一側的面之底塗層,作為底塗層,係具備上述薄膜。
作為在本發明之能量儲藏裝置,例如雖可列舉電雙層電容器、鋰二次電池、鋰離子二次電池、質子聚合物電池、鎳氫電池、鋁固體電容器(Condenser)、電解電容器(Condenser)、鉛蓄電池等之各種能量儲藏裝置,但本發明之底塗箔,特別適合使用在電雙層電容器、鋰離子二次電池。
作為於本發明使用之導電材料,例如雖可列舉碳黑、科琴黑、乙炔黑、碳晶鬚、碳奈米管(CNT)、碳纖維、天然石墨、人造石墨、氧化鈦、ITO、氧化釕、鋁、鎳等,但從形成均一薄膜的觀點來看,較佳為使用CNT。
CNT一般而言,雖可藉由電弧放電法、化學氣相成長法(CVD法)、雷射‧切除法等製作,但本發明所使用之CNT可為以任何方法獲得者。又,CNT中雖有1枚碳膜(石墨烯片)捲繞成圓筒狀之單層CNT(以下,亦簡稱為SWCNT)、與2枚石墨烯片捲繞成同心圓狀之2層CNT(以下,亦簡稱為DWCNT)、與複數個石墨烯片捲繞成同心圓狀之多層CNT(以下,亦簡稱為MWCNT),在本發明,可將SWCNT、DWCNT、MWCNT分別以單質或組合複數個使用。 尚,以上述之方法製作SWCNT、DWCNT或MWCNT時,由於殘存鎳、鐵、鈷、釔等之觸媒金屬,故有將用以去除此雜質之純化成為必要的情況。雜質的去除中,藉由硝酸、硫酸等之酸處理與超音波處理同樣有效。惟,於藉由硝酸、硫酸等之酸處理,由於有破壞構成CNT之π共軛系,損害CNT原本特性的可能性,故期望以適當的條件進行純化來使用。
作為可於本發明使用之CNT之具體例,可列舉Spargloss法CNT[國立研究開發法人 新能量‧產業技術總合開發機構製]、eDIPS-CNT[國立研究開發法人 新能量‧產業技術總合開發機構製]、SWNT系列[(股)名城Nano Carbon製:商品名]、VGCF系列[昭和電工(股)製:商品名]、FloTube系列[CNano Technology公司製:商品名]、AMC[宇部興產(股)製:商品名]、NANOCYL NC7000系列[Nanocyl S.A. 公司製:商品名]、Baytubes[Bayer公司製:商品名]、GRAPHISTRENGTH[Arkema公司製:商品名]、MWNT7[保土谷化學工業(股)製:商品名]、Hypeprion CNT[Hypeprion Catalysis International公司製:商品名]等。
本發明之底塗層較佳為使用包含CNT與溶劑、與如有必要之基質高分子及/或CNT分散劑之含有CNT之組成物(分散液)製作。 作為溶劑,若為以往含有CNT之組成物的調製所使用者,則並非被特別限定者,例如可列舉水;四氫呋喃(THF)、二乙基醚、1,2-二甲氧基乙烷(DME)等之醚類;二氯甲烷(Methylene chloride)、氯仿、1,2-二氯乙烷等之鹵素化烴類;N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等之醯胺類;丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等之酮類;甲醇、乙醇、異丙醇、n-丙醇等之醇類;n-庚烷、n-己烷、環己烷等之脂肪族烴類;苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等之芳香族烴類;乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、丙二醇單甲基醚等之甘醇醚類;乙二醇、丙二醇等之甘醇類等之有機溶劑,此等之溶劑可分別單獨使用或混合2種以上使用。 尤其是從可提昇CNT之孤立分散的比例的點來看,較佳為水、NMP、DMF、THF、甲醇、異丙醇,此等之溶劑可分別單獨使用或混合2種以上使用。
作為基質高分子,例如雖可列舉聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]、偏二氟乙烯-氯化3氟化乙烯共聚物[P(VDF-CTFE)]等之氟系樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)、EEA(乙烯-丙烯酸乙酯共聚物)等之聚烯烴系樹脂;PS(聚苯乙烯)、HIPS(耐衝擊聚苯乙烯)、AS(丙烯腈-苯乙烯共聚物)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、MS(甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物)、苯乙烯-丁二烯橡膠等之聚苯乙烯系樹脂;聚碳酸酯樹脂;氯乙烯樹脂;聚醯胺樹脂;聚醯亞胺樹脂;聚丙烯酸、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、PMMA(聚甲基甲基丙烯酸酯)等之(甲基)丙烯酸樹脂;PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸丁二酯、PLA(聚乳酸)、聚-3-羥基酪酸、聚己內酯、聚丁二酸丁二酯、聚丁二酸乙二酯/己二酸酯等之聚酯樹脂;聚伸苯基醚樹脂;改質聚伸苯基醚樹脂;聚縮醛樹脂;聚碸樹脂;聚伸苯基硫化物樹脂;聚乙烯醇樹脂;聚甘醇酸;改質澱粉;乙酸纖維素、羧基甲基纖維素、三乙酸纖維素;甲殼素、殼聚醣;木質素等之熱塑性樹脂或聚苯胺及其半氧化體之苯胺綠鹼(emeraldine base);聚噻吩;聚吡咯;聚伸苯基伸乙烯基;聚伸苯基;聚乙炔等之導電性高分子,進而可列舉環氧樹脂;胺基甲酸酯丙烯酸酯;苯酚樹脂;三聚氰胺樹脂;脲樹脂;醇酸樹脂等之熱硬化性樹脂或光硬化性樹脂等,但在本發明之導電性碳材料分散液,由於適合使用水作為溶劑,故即使作為基質高分子,亦適合水溶性者,例如雖較佳為聚丙烯酸、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、羧基甲基纖維素鈉、水溶性纖維素醚、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚苯乙烯磺酸、聚乙二醇等,但特別適合聚丙烯酸、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、羧基甲基纖維素鈉等。
基質高分子亦可作為市售品取得,作為如此之市售品,例如可列舉Aaron A-10H(聚丙烯酸、東亞合成(股)製、固形分濃度26質量%、水溶液)、Aaron A-30(聚丙烯酸銨、東亞合成(股)製、固形分濃度32質量%、水溶液)、聚丙烯酸鈉(和光純藥工業(股)製、聚合度2,700~7,500)、羧基甲基纖維素鈉(和光純藥工業(股)製)、海藻酸鈉(關東化學(股)製、鹿1級)、Metolose SH系列(羥基丙基甲基纖維素、信越化學工業(股)製)、Metolose SE系列(羥基乙基甲基纖維素、信越化學工業(股)製)、JC-25(完全皂化型聚乙烯醇、日本VAM & Poval(股)製)、JM-17(中間皂化型聚乙烯醇、日本VAM & Poval(股)製)、JP-03(部分皂化型聚乙烯醇、日本VAM & Poval(股)製)、聚苯乙烯磺酸(Aldrich公司製、固形分濃度18質量%、水溶液)等。 基質高分子的含量雖並非特別限定者,但較佳為於組成物中成為0.0001~99質量%左右,更佳為成為0.001~90質量%左右。
作為CNT分散劑,並非被特別限定者,可從以往作為CNT分散劑使用者中適當選擇,例如雖可列舉羧基甲基纖維素(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、丙烯酸樹脂乳膠、水溶性丙烯酸系聚合物、苯乙烯乳膠、聚矽氧乳膠、丙烯醯基聚矽氧乳膠、氟樹脂乳膠、EVA乳膠、乙酸乙烯乳膠、氯乙烯乳膠、胺基甲酸酯樹脂乳膠、國際公開第2014/04280號記載之三芳基胺系高分支聚合物、國際公開第2015/029949號記載之於側鏈具有噁唑啉基之乙烯系聚合物等,但在本發明,適合國際公開第2014/04280號記載之三芳基胺系高分支聚合物、國際公開第2015/029949號記載之於側鏈具有噁唑啉基之乙烯系聚合物。
具體而言,適合使用藉由將下述式(1)及(2)表示之三芳基胺類與醛類及/或酮類在酸性條件下進行縮合聚合所得之高分支聚合物。
在上述式(1)及(2),Ar1
~Ar3
雖分別獨立表示式(3)~(7)表示之任一個二價有機基,但特佳為式(3)表示之取代或非取代之伸苯基。
(式中,R5
~R38
分別獨立表示氫原子、鹵素原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基、可具有碳數1~5之分支構造的烷氧基、羧基、磺基、磷酸基、膦酸基或該等之鹽)。
又,在式(1)及(2),Z1
及Z2
雖分別獨立表示氫原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基或式(8)~(11)表示之任一個一價有機基(惟,Z1
及Z2
不會同時成為上述烷基),但作為Z1
及Z2
,較佳為分別獨立表示氫原子、2-或3-噻吩基、式(8)表示之基,尤其是以Z1
及Z2
之任一者為氫原子,而另一者為氫原子、2-或3-噻吩基、式(8)表示之基,尤其是R41
為苯基者,或R41
為甲氧基者更佳。 尚,R41
為苯基時,在後述之酸性基導入法,使用於聚合物製造後導入酸性基之手法時,亦有於此苯基上導入酸性基的情況。
{式中,R39
~R62
分別獨立表示氫原子、鹵素原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基、可具有碳數1~5之分支構造的鹵烷基、苯基、OR63
、COR63
、NR63
R64
、COOR65
(此等之式中,R63
及R64
分別獨立表示氫原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基、可具有碳數1~5之分支構造的鹵烷基或苯基,R65
表示可具有碳數1~5之分支構造的烷基、可具有碳數1~5之分支構造的鹵烷基或苯基)、羧基、磺基、磷酸基、膦酸基或該等之鹽}。
在上述式(2)~(7),R1
~R38
分別獨立表示氫原子、鹵素原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基或可具有碳數1~5之分支構造的烷氧基、羧基、磺基、磷酸基、膦酸基或該等之鹽。
於此,作為鹵素原子,可列舉氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。 作為可具有碳數1~5之分支構造的烷基,可列舉甲基、乙基、n-丙基、異丙基、n-丁基、sec-丁基、tert-丁基、n-戊基等。 作為可具有碳數1~5之分支構造的烷氧基,可列舉甲氧基、乙氧基、n-丙氧基、異丙氧基、n-丁氧基、sec-丁氧基、tert-丁氧基、n-戊氧基等。 作為羧基、磺基、磷酸基及膦酸基之鹽,可列舉鈉、鉀等之鹼金屬鹽;鎂、鈣等之2族金屬鹽;銨鹽;丙基胺、二甲基胺、三乙基胺、乙烯二胺等之脂肪族胺鹽;咪唑啉、哌嗪、嗎啉等之脂環式胺鹽;苯胺、二苯基胺等之芳香族胺鹽;吡啶鎓鹽等。
在上述式(8)~(11),R39
~R62
分別獨立表示氫原子、鹵素原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基、可具有碳數1~5之分支構造的鹵烷基、苯基、OR63
、COR63
、NR63
R64
、COOR65
(此等之式中,R63
及R64
分別獨立表示氫原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基、可具有碳數1~5之分支構造的鹵烷基或苯基,R65
表示可具有碳數1~5之分支構造的烷基、可具有碳數1~5之分支構造的鹵烷基或苯基)、羧基、磺基、磷酸基、膦酸基或該等之鹽。
於此,作為可具有碳數1~5之分支構造的鹵烷基,可列舉二氟甲基、三氟甲基、溴二氟甲基、2-氯乙基、2-溴乙基、1,1-二氟乙基、2,2,2-三氟乙基、1,1,2,2-四氟乙基、2-氯-1,1,2-三氟乙基、五氟乙基、3-溴丙基、2,2,3,3-四氟丙基、1,1,2,3,3,3-六氟丙基、1,1,1,3,3,3-六氟丙烷-2-基、3-溴-2-甲基丙基、4-溴丁基、全氟戊基等。 尚,作為鹵素原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基,可列舉與上述式(2)~(7)例示之基相同者。
特別是考量更加提昇與集電基板的密著性時,上述高分支聚合物較佳為於式(1)或(2)表示之重複單元的至少1個芳香環中,具有選自羧基、磺基、磷酸基、膦酸基及該等之鹽中之至少1種的酸性基者,更佳為具有磺基或其鹽者。
作為上述高分支聚合物之製造所使用之醛化合物,雖可列舉甲醛、對甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、異丁醛、戊醛、己醛、2-甲基丁醛、己醛、十一烷醛、7-甲氧基-3,7-二甲基辛醛、環己烷羧醛、3-甲基-2-丁醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛、己二醛等之飽和脂肪族醛類;丙烯醛、甲基丙烯醛等之不飽和脂肪族醛類;糠醛、吡啶醛、噻吩醛等之雜環式醛類;苯甲醛、甲苯醛、三氟甲基苯甲醛、苯基苯甲醛、水楊醛、茴香醛、乙醯氧基苯甲醛、對苯二甲醛、乙醯基苯甲醛、甲醯基苯甲酸、甲醯基苯甲酸甲基、胺基苯甲醛、N,N-二甲基胺基苯甲醛、N,N-二苯基胺基苯甲醛、萘醛、蒽醛、菲醛等之芳香族醛類、苯基乙醛、3-苯基丙醛等之芳烷醛類等,但其中,較佳為使用芳香族醛類。
又,作為上述高分支聚合物之製造所使用之酮化合物,為烷基芳基酮、二芳基酮類,例如可列舉苯乙酮、丙醯苯、二苯基酮、苯基萘基酮、二萘基酮、苯基甲苯基酮、二甲苯基酮等。
本發明所使用之高分支聚合物係如下述流程1所示,例如,可將如下述式(A)表示之可給予上述之三芳基胺骨架的三芳基胺化合物、與例如如下述式(B)表示之醛化合物及/或酮化合物,在酸觸媒的存在下進行縮合聚合而獲得。 尚,作為醛化合物,例如使用如對苯二甲醛等之苯二甲醛類之二官能化合物(C)時,亦有不僅產生流程1表示之反應,而且產生下述流程2表示之反應,得到2個官能基皆有助於縮合反應之具有交聯構造的高分支聚合物的情況。
(式中,Ar1
~Ar3
及Z1
~Z2
係表示與上述相同意義)。
(式中,Ar1
~Ar3
及R1
~R4
係表示與上述相同意義)。
於上述縮合聚合反應,相對於三芳基胺化合物之芳基1當量,可將醛化合物及/或酮化合物以0.1~10當量的比例使用。 作為上述酸觸媒,例如可使用硫酸、磷酸、過氯酸等之無機酸類;p-甲苯磺酸、p-甲苯磺酸一水合物等之有機磺酸類;甲酸、草酸等之羧酸類等。 酸觸媒的使用量雖因其種類而進行各種選擇,但通常相對於三芳基胺類100質量份,為0.001~10,000質量份,較佳為0.01~1,000質量份,更佳為0.1~100質量份。
上述之縮合反應雖於無溶劑亦可進行,但通常使用溶劑進行。作為溶劑,若為不阻礙反應者,則全部可使用,例如可列舉四氫呋喃、1,4-二噁烷等之環狀醚類;N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等之醯胺類;甲基異丁基酮、環己酮等之酮類;二氯甲烷(Methylene chloride)、氯仿、1,2-二氯乙烷、氯苯等之鹵素化烴類;苯、甲苯、二甲苯等之芳香族烴類等。此等溶劑可分別單獨使用或混合2種以上使用。特佳為環狀醚類。 又,使用之酸觸媒例如若為如甲酸之液狀者,則亦可兼備對酸觸媒作為溶劑之功能。
縮合時之反應溫度通常為40~200℃。反應時間雖因反應溫度而進行各種選擇,但通常為30分鐘至50小時左右。 如以上進行所得之聚合物的重量平均分子量Mw通常為1,000~2,000,000,較佳為2,000~1,000,000。
於高分支聚合物導入酸性基時,可預先導入聚合物原料即上述三芳基胺化合物、醛化合物、酮化合物的芳香環上,再使用此製造高分支聚合物之方法導入,亦可以將所得之高分支聚合物以可於其芳香環上導入酸性基之試劑進行處理之方法導入,但考量製造的簡便性時,較佳為使用後者之手法。 在後者之手法,作為將酸性基導入芳香環上之手法,並未特別限制,可因應酸性基的種類從以往周知之各種方法適當選擇。 例如導入磺基時,可使用使用過剩量之硫酸進行碸化之手法等。
上述高分支聚合物的平均分子量雖並非特別限定者,但重量平均分子量較佳為1,000~2,000,000,更佳為2,000~1,000,000。 尚,在本發明之重量平均分子量係藉由凝膠滲透層析之測定值(聚苯乙烯換算)。 作為具體之高分支聚合物,雖可列舉下述式表示者,但並非被限定於此等。
另一方面,作為於側鏈具有噁唑啉基之乙烯系聚合物(以下,稱為噁唑啉聚合物),較佳為自由基聚合如於式(12)所示之2位含有聚合性碳-碳雙鍵之基的噁唑啉單體所得之於噁唑啉環之2位具有與聚合物主鏈或間距基鍵結之重複單元的聚合物。
上述X表示含有聚合性碳-碳雙鍵之基,R100
~R103
彼此獨立表示氫原子、鹵素原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基、碳數6~20之芳基或碳數7~20之芳烷基。 作為噁唑啉單體所具有之含有聚合性碳-碳雙鍵之基,若包含聚合性碳-碳雙鍵,雖並非特別限定者,但較佳為包含聚合性碳-碳雙鍵之鏈狀烴基,例如較佳為乙烯基、烯丙基、異丙烯基等之碳數2~8之烯基等。 作為鹵素原子、可具有碳數1~5之分支構造的烷基,可列舉與上述相同者。 作為碳數6~20之芳基之具體例,可列舉苯基、二甲苯基、甲苯基、聯苯基、萘基等。 作為碳數7~20之芳烷基之具體例,可列舉苄基、苯基乙基、苯基環己基等。
作為於式(12)表示之2位具有含有聚合性碳-碳雙鍵之基之噁唑啉單體之具體例,雖可列舉2-乙烯基-2-噁唑啉、2-乙烯基-4-甲基-2-噁唑啉、2-乙烯基-4-乙基-2-噁唑啉、2-乙烯基-4-丙基-2-噁唑啉、2-乙烯基-4-丁基-2-噁唑啉、2-乙烯基-5-甲基-2-噁唑啉、2-乙烯基-5-乙基-2-噁唑啉、2-乙烯基-5-丙基-2-噁唑啉、2-乙烯基-5-丁基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-4-甲基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-4-乙基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-4-丙基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-4-丁基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-5-甲基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-5-乙基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-5-丙基-2-噁唑啉、2-異丙烯基-5-丁基-2-噁唑啉等,但從取得容易性等之點來看,較佳為2-異丙烯基-2-噁唑啉。
又,考慮使用水系溶劑調製含有CNT之組成物時,噁唑啉聚合物較佳為水溶性。 如此之水溶性之噁唑啉聚合物雖可為上述式(12)表示之噁唑啉單體的均聚物,但由於更加提高對水之溶解性,較佳為自由基聚合上述噁唑啉單體與具有親水性官能基之(甲基)丙烯酸酯系單體之至少2種的單體所得者。
作為具有親水性官能基之(甲基)丙烯酸系單體之具體例,可列舉(甲基)丙烯酸、丙烯酸2-羥基乙酯、丙烯酸甲氧酯聚乙二醇、丙烯酸與聚乙二醇的單酯化物、丙烯酸2-胺基乙酯及其鹽、甲基丙烯酸2-羥基乙酯、甲基丙烯酸甲氧酯聚乙二醇、甲基丙烯酸與聚乙二醇的單酯化物、甲基丙烯酸2-胺基乙酯及其鹽、(甲基)丙烯酸鈉、(甲基)丙烯酸銨、(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯醯胺、N-羥甲基(甲基)丙烯醯胺、N-(2-羥基乙基)(甲基)丙烯醯胺、苯乙烯磺酸鈉等,此等可單獨使用,亦可組合2種以上使用。此等當中,適合(甲基)丙烯酸甲氧酯聚乙二醇、(甲基)丙烯酸與聚乙二醇的單酯化物。
又,於不對噁唑啉聚合物之CNT分散能帶來不良影響的範圍,可併用上述噁唑啉單體及具有親水性官能基之(甲基)丙烯酸系單體以外之其他單體。 作為其他單體之具體例,可列舉(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸全氟乙酯、(甲基)丙烯酸苯酯等之(甲基)丙烯酸酯單體;乙烯、丙烯、丁烯,戊烯等之α-烯烴系單體;氯乙烯、偏二氯乙烯、氟乙烯等之鹵代烯烴系單體;苯乙烯、α-甲基苯乙烯等之苯乙烯系單體;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯等之羧酸乙烯酯系單體;甲基乙烯醚、乙基乙烯醚等之乙烯醚系單體等,此等可單獨使用,亦可組合2種以上使用。
在於本發明使用之噁唑啉聚合物製造所使用之單體成分,噁唑啉單體的含有率,從更加提高所得之噁唑啉聚合物的CNT分散能的點來看,較佳為10質量%以上,更佳為20質量%以上,再更佳為30質量%以上。尚,在單體成分之噁唑啉單體的含有率之上限值為100質量%,此情況下,得到噁唑啉單體之均聚物。 另一方面,從更加提高所得之噁唑啉聚合物的水溶性的點來看,在單體成分之具有親水性官能基之(甲基)丙烯酸系單體的含有率較佳為10質量%以上,更佳為20質量%以上,再更佳為30質量%以上。 又,在單體成分之其他單體的含有率如上述,為不對所得之噁唑啉聚合物的CNT分散能帶來影響的範圍,又,雖由於因其種類不同而無法一概決定,但於5~95質量%,較佳為10~90質量%的範圍適當設定即可。
噁唑啉聚合物的平均分子量雖並非特別限定者,但重量平均分子量較佳為1,000~2,000,000,更佳為2,000~1,000,000。
可於本發明使用之噁唑啉聚合物,雖可將上述單體在以往周知之自由基聚合進行合成,但亦可作為市售品取得,作為如此之市售品,例如可列舉EPOCROS WS-300(股)日本觸媒製、固形分濃度10質量%、水溶液)、EPOCROS WS-700(股)日本觸媒製、固形分濃度25質量%、水溶液)、EPOCROS WS-500(股)日本觸媒製、固形分濃度39質量%、水/1-甲氧基-2-丙醇溶液)、Poly(2-ethyl-2-oxazoline) (Aldrich)、Poly(2-ethyl-2-oxazoline) (AlfaAesar)、Poly(2-ethyl-2-oxazoline) (VWR International, LLC)等。 尚,作為溶液市售時,可直接使用,亦可取代成作為目的之溶劑後使用。
在於本發明使用之含有CNT之組成物中,CNT與分散劑的混合比率以質量比可成為1,000:1~1:100左右。 又,在組成物中之分散劑的濃度,若為可將CNT分散在溶劑的濃度即可,雖並非特別限定者,但較佳為於組成物中成為0.001~30質量%左右,更佳為成為0.002~20質量%左右。 進而,在組成物中之CNT的濃度係在作為目的之底塗層的每單位面積重量、與所要求之機械性、電氣性、熱特性等進行變化者,又,至少CNT之一部分孤立分散,只要可用本發明所規定之每單位面積重量製造底塗層雖為任意,但較佳為於組成物中成為0.0001~50質量%左右,更佳為成為0.001~20質量%左右,再更佳為成為0.001~10質量%左右。
尚,於本發明使用之含有CNT之組成物中,可包含引起與所使用之分散劑交聯反應之交聯劑或進行自我交聯之交聯劑。此等之交聯劑較佳為溶解在使用之溶劑。 作為三芳基胺系高分支聚合物之交聯劑,例如可列舉三聚氰胺系、取代脲系或該等之聚合物系交聯劑等,此等交聯劑可分別單獨使用或混合2種以上使用。尚,較佳為至少具有2個交聯形成取代基之交聯劑,CYMEL(註冊商標)、甲氧基甲基化甘脲、丁氧基甲基化甘脲、羥甲基化甘脲、甲氧基甲基化三聚氰胺、丁氧基甲基化三聚氰胺、羥甲基化三聚氰胺、甲氧基甲基化苯并胍胺、丁氧基甲基化苯并胍胺、羥甲基化苯并胍胺、甲氧基甲基化脲、丁氧基甲基化脲、羥甲基化脲、甲氧基甲基化硫脲、甲氧基甲基化硫脲、羥甲基化硫脲等之化合物及此等之化合物之縮合體作為例列舉。
作為噁唑啉聚合物之交聯劑,例如若為具有2個以上具有羧基、羥基、硫醇基、胺基、亞磺酸基、環氧基等之與噁唑啉基之反應性的官能基之化合物,則雖並非特別限定者,但較佳為具有2個以上羧基之化合物。尚,於薄膜形成時之加熱或酸觸媒的存在下產生上述官能基,引起交聯反應之官能基,例如具有羧酸之鈉鹽、鉀鹽、鋰鹽、銨鹽等之化合物亦可作為交聯劑使用。 作為引起與噁唑啉基交聯反應之化合物之具體例,雖可列舉於酸觸媒的存在下發揮交聯反應性之聚丙烯酸與其共聚物等之合成高分子及羧基甲基纖維素或海藻酸所謂天然高分子之金屬鹽、藉由加熱發揮交聯反應性之上述合成高分子及天然高分子之銨鹽等,但特佳為於酸觸媒的存在下或加熱條件下發揮交聯反應性之聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸銨、羧基甲基纖維素鈉、羧基甲基纖維素鋰、羧基甲基纖維素銨等。
引起與如此之噁唑啉基交聯反應之化合物亦可作為市售品取得,作為如此之市售品,例如可列舉聚丙烯酸鈉(和光純藥工業(股)製、聚合度2,700~7,500)、羧基甲基纖維素鈉(和光純藥工業(股)製)、海藻酸鈉(關東化學(股)製、鹿1級)、Aaron A-30(聚丙烯酸銨、東亞合成(股)製、固形分濃度32質量%、水溶液)、DN-800H(羧基甲基纖維素銨、Daicel Finechem(股)製)、海藻酸銨(股)KIMICA製)等。
作為自我交聯之交聯劑,例如可列舉在同一分子內具有醛基、環氧基、乙烯基、異氰酸酯基、烷氧基等與羥基進行相互反應之交聯性官能基的化合物、醛基、胺基、異氰酸酯基、環氧基等與羧基進行相互反應之交聯性官能基的化合物、異氰酸酯基、醛基等與胺基進行相互反應之交聯性官能基的化合物,或是具有羥基(脫水縮合)、巰基(二硫鍵)、酯基(克萊森縮合)、矽醇基(脫水縮合)、乙烯基、丙烯醯基等在相同交聯性官能基彼此進行反應之化合物等。 作為自我交聯之交聯劑之具體例,可列舉於酸觸媒的存在下發揮交聯反應性之多官能丙烯酸酯、四烷氧基矽烷、具有嵌段異氰酸酯基之單體及具有羥基、羧酸、胺基之至少一個之單體的嵌段共聚物等。
如此之自我交聯之交聯劑亦可作為市售品取得,作為如此之市售品,例如於多官能丙烯酸酯可列舉A-9300(乙氧基化異氰脲酸三丙烯酸酯、新中村化學工業(股)製)、A-GLY-9E(Ethoxylated glycerine triacrylate(EO9mol)、新中村化學工業(股)製)、A-TMMT(季戊四醇四丙烯酸酯、新中村化學工業(股)製),於四烷氧基矽烷可列舉四甲氧基矽烷(東京化成工業(股)製)、四乙氧基矽烷(東橫化學(股)製),於具有嵌段異氰酸酯基之聚合物可列舉Elastron系列E-37、H-3、H38、BAP、NEW BAP-15、C-52、F-29、W-11P、MF-9、MF-25K(第一工業製藥(股)製)等。
此等交聯劑的添加量雖因使用之溶劑、使用之基材、所要求之黏度、所要求之膜形狀等而變動,但相對於分散劑為0.001~80質量%,較佳為0.01~50質量%,更佳為0.05~40質量%。此等交聯劑雖亦有因自我縮合引起交聯反應的情況,但為引起與分散劑交聯反應者,於分散劑中存在交聯性取代基時,藉由該等之交聯性取代基促進交聯反應。 於本發明,作為用以促進交聯反應之觸媒,可添加p-甲苯磺酸、三氟甲烷磺酸、吡啶鎓p-甲苯磺酸、水楊酸、磺基水楊酸、檸檬酸、苯甲酸、羥基苯甲酸、萘羧酸等之酸性化合物及/或2,4,4,6-四溴環己二烯酮、安息香甲苯磺酸鹽(tosylate)、2-硝基苄基甲苯磺酸鹽、有機磺酸烷基酯等之熱酸產生劑。 觸媒的添加量相對於CNT分散劑為0.0001~20質量%,較佳為0.0005~10質量%,更佳為0.001~3質量%。
用以形成底塗層之含有CNT之組成物的調製法,並非被特別限定者,可將CNT及溶劑、以及如有必要使用之分散劑、基質聚合物及交聯劑以任意之順序混合,來調製分散液。 此時,較佳為分散處理混合物,藉由此處理,可更加提升CNT的分散比例。作為分散處理,雖可列舉機械性處理即使用球磨機、珠磨機、噴磨機等之濕式處理、與使用總線型或探頭型超聲波儀之超音波處理,但特別適合使用噴磨機之濕式處理及超音波處理。 分散處理的時間雖為任意,但較佳為從1分鐘至10小時左右,更佳為從5分鐘至5小時左右。此時,如有必要即使實施加熱處理亦無妨。 尚,使用交聯劑及/或基質高分子時,此等可調製由分散劑、CNT及溶劑所構成之混合物後加入。
將於以上說明之含有CNT之組成物可塗佈在集電基板之至少一側的面,將此進行自然或加熱乾燥,形成底塗層製作本發明之底塗箔。 於本發明,底塗層的膜厚考量減低底塗層的密著性及所得之裝置的內部電阻時,較佳為1~1,000nm,更佳為1~800nm,再更佳為1~500nm。 進而,考量熔接效率時,較佳為1~200nm,更佳為1~140nm,再更佳為30~110nm。
在本發明之底塗層的膜厚,例如從底塗箔切出適當大小之試驗片,將此藉由用手撕開等之手法使剖面露出,藉由掃描電子顯微鏡(SEM)等之顯微鏡觀察,可於剖面部分從露出底塗層的部分求出。
另一方面,集電基板每一面之底塗層的每單位面積重量只要是滿足上述膜厚,雖並非特別限定者,但考量底塗層的密著性時,較佳為將集電基板每一面之底塗層的每單位面積重量定為1.5g/m2
以下,更佳為1.3g/m2
以下,再更佳為1g/m2
以下。 又,在將底塗箔與後述之金屬標籤於箔之底塗層部分藉由超音波熔接等之熔接效率良好地接合時,較佳為將集電基板每一面之底塗層的每單位面積重量定為0.1g/m2
以下,更佳為0.09g/m2
以下,再更佳為未滿0.05g/m2
。 另一方面,為了擔保底塗層之機能可再現性良好地得到優異特性之電池,集電基板每一面之底塗層的每單位面積重量較佳為0.001g/m2
以上,更佳為0.005g/m2
以上,再更佳為0.01g/m2
以上,又再更佳為0.015g/m2
以上。
在本發明之底塗層的每單位面積重量為相對於底塗層的面積(m2
)之底塗層的質量(g)之比例,底塗層形成成圖型狀時,該面積為僅底塗層的面積,未包含形成成圖型狀之底塗層之間所露出之集電基板的面積。 底塗層的質量例如,可從底塗箔切出適當大小之試驗片,測定其質量W0,然後,從底塗箔剝離底塗層,測定剝離底塗層後之質量W1,從其差(W0-W1)算出,或是預先測定集電基板之質量W2,然後,測定形成底塗層之底塗箔的質量W3,從其差(W3-W2)算出。 作為剝離底塗層之方法,例如可列舉於溶解或膨潤底塗層之溶劑使底塗層浸漬,以布等擦掉底塗層等之方法。
每單位面積重量與膜厚可用周知之方法調整。例如藉由塗佈形成底塗層時,可藉由變更用以形成底塗層之塗佈液(含有CNT之組成物)的固形分濃度、塗佈次數、塗佈機之塗佈液投入口之間隙等來調整。 欲增大每單位面積重量與膜厚時,提高固形分濃度,或增加塗佈次數,或增大間隙。欲縮小每單位面積重量與膜厚時,降低固形分濃度,或減少塗佈次數,或縮小間隙。
於本發明,藉由將針對底塗層(薄膜)以P偏光方式測定紅外吸光度,不會停止底塗箔之製造,而是變成可輕易把握薄膜的膜厚與每單位面積重量。其結果,可輕易管理所得之底塗箔的最後加工。於本發明,藉由採用此方式,對於於以往之紅外線方式有測定困難之金屬鏡面上所形成之樹脂薄膜薄等,可不受到其下之金屬的影響可精度良好地測定。
在本發明所測定之紅外吸光度,主要係源自底塗層(薄膜)所包含之有機成分的吸收者。具體而言,可列舉源自羰基、羥基、胺基、醚基、碳-碳鍵、碳-碳雙鍵、碳-碳三鍵及芳香族基等之吸收者。於本發明,由於其吸收之強度,尤其是可適合使用源自羰基之吸收的吸光度。
在本發明,上述紅外吸光度未滿0.100,從與基板的密著性的點來看,較佳為0.085以下,從熔接可否的點來看,較佳為0.027以下,更佳為0.017以下,再更佳為0.005以上0.015以下。紅外吸光度過高時,有導致熔接效率降低、底塗層之密著性降低及裝置之內部電阻的增加之虞。
上述紅外吸光度可用紅外線吸收式膜厚計測定。作為紅外線吸收式膜厚計,例如可使用Kurabo(股)製之RX-400等。
尚,本發明藉由測定紅外吸光度管理底塗箔之最後加工,雖可更有效率地製造底塗箔,但不會妨礙以上述之方法直接算出底塗層之每單位面積重量,如有必要可組合兩者來管理該最後加工。
作為集電基板,從以往作為能量儲藏裝置電極之集電基板使用者適當選擇即可,例如雖可使用銅、鋁、鎳、金、銀及該等之合金,或碳材料、金屬氧化物、導電性高分子等之薄膜,但適用超音波熔接等之熔接製作電極構造體時,較佳為使用銅、鋁、鎳、金、銀及由該等之合金所構成之金屬箔。 集電基板的厚度雖並非特別限定者,但在本發明,較佳為1~100μm。
作為含有CNT之組成物的塗佈方法,例如雖可列舉旋塗法、浸塗法、流塗法、噴墨法、噴塗法、棒塗佈法、凹版塗佈法、狹縫塗佈法、輥塗法、柔版印刷法、轉印印刷法、塗刷、刮刀塗佈法、氣刀塗佈法等,但從作業效率等之點來看,適合為噴墨法、鑄造法、浸塗法、棒塗佈法、刮刀塗佈法、輥塗法、凹版塗佈法、柔版印刷法、噴塗法。 加熱乾燥時之溫度雖亦為任意,但較佳為50~200℃左右,更佳為80~150℃左右。
本發明之能量儲藏裝置電極可於上述底塗箔之底塗層上,形成活性物質層來製作。 於此,作為活性物質,可使用以往被使用在能量儲藏裝置電極之各種活性物質。 例如,為鋰二次電池或鋰離子二次電池時,作為正極活性物質,可使用可吸附‧離脫鋰離子之硫族化合物或含有鋰離子之硫族化合物、聚陰離子系化合物、硫單質及其化合物等。 作為可吸附離脫如此之鋰離子之硫族化合物,例如可列舉FeS2
、TiS2
、MoS2
、V2
O6
、V6
O13
、MnO2
等。 作為含有鋰離子之硫族化合物,例如可列舉LiCoO2
、LiMnO2
、LiMn2
O4
、LiMo2
O4
、LiV3
O8
、LiNiO2
、Lix
Niy
M1-y
O2
(惟,M表示選自Co、Mn、Ti、Cr、V、Al、Sn、Pb及Zn中之至少1種以上的金屬元素,0.05≦x≦1.10、0.5≦y≦1.0)等。 作為聚陰離子系化合物,例如可列舉LiFePO4
等。 作為硫化合物,例如可列舉Li2
S、魯貝酸等。
另一方面,作為構成上述負極之負極活性物質,可使用鹼金屬、鹼合金、選自吸收‧釋放鋰離子之周期表4~15族的元素中之至少1種的單質、氧化物、硫化物、氮化物或可可逆性吸收‧釋放鋰離子之碳材料。 作為鹼金屬,可列舉Li、Na、K等,作為鹼金屬合金,例如可列舉Li-Al、Li-Mg、Li-Al-Ni、Na-Hg、Na-Zn等。 作為選自吸收釋放鋰離子之周期表4~15族的元素中之至少1種的元素之單質,例如可列舉矽與錫、鋁、鋅、砷等。 同樣作為氧化物,例如可列舉錫矽氧化物(SnSiO3
)、鋰氧化鉍(Li3
BiO4
)、鋰氧化鋅(Li2
ZnO2
)、鋰氧化鈦(Li4
Ti5
O12
)等。 同樣作為硫化物,可列舉鋰硫化鐵(Lix
FeS2
(0≦x≦3))、鋰硫化銅(Lix
CuS(0≦x≦3))等。 同樣作為氮化物,可列舉含鋰之過渡金屬氮化物,具體而言,可列舉Lix
My
N(M=Co、Ni、Cu、0≦x≦3、0≦y≦0.5)、鋰鐵氮化物(Li3
FeN4
)等。 作為可可逆性吸收‧釋放鋰離子之碳材料,可列舉石墨、碳黑、煉焦、玻璃狀碳、碳纖維、碳奈米管或此等之燒結體等。
又,為電雙層電容器時,作為活性物質,可使用碳質材料。 作為此碳質材料,可列舉活性炭等,例如可列舉碳化苯酚樹脂後,進行賦活處理所得之活性炭。
活性物質層可將包含於以上說明之活性物質、黏結劑聚合物及如有必要之溶劑的電極漿料塗佈在底塗層上,進行自然或加熱乾燥,來形成。 活性物質層之形成部位可因應所使用之裝置的電池形態等適當設定,雖可為底塗層的表面全部亦可為其一部分,但以使用在層壓電池等為目的,將金屬標籤與電極作為藉由超音波熔接等之熔接接合之電極構造體使用時,由於殘留熔接部,故較佳為於底塗層的表面之一部分塗佈電極漿料形成活性物質層。尤其是於層壓電池用途,適合為於殘留底塗層的周圍其以外的部分塗佈電極漿料,形成活性物質層。
作為黏結劑聚合物,可從周知材料適當選擇使用,例如可列舉聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]、偏二氟乙烯-氯化3氟化乙烯共聚物[P(VDF-CTFE)]、聚乙烯醇、聚醯亞胺、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯橡膠、羧基甲基纖維素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、聚苯胺等之導電性高分子等。 尚,黏結劑聚合物的添加量相對於活性物質100質量份,為0.1~20質量份,特佳為1~10質量份。 作為溶劑,可列舉於上述含有CNT之組成物所例示之溶劑,雖可從該等當中因應黏結劑的種類適當選擇,但為PVdF等之非水溶性的黏結劑時,適合為NMP,為PAA等之水溶性的黏結劑時,適合為水。
尚,上述電極漿料可包含導電輔助劑。作為導電輔助劑,例如可列舉碳黑、科琴黑、乙炔黑、碳晶鬚、碳纖維、天然石墨、人造石墨、氧化鈦、氧化釕、鋁、鎳等。
作為電極漿料之塗佈方法,可列舉與上述之含有CNT之組成物相同之手法。 又,進行加熱乾燥時之溫度雖亦為任意,但較佳為50~400℃左右,更佳為80~150℃左右。
又,電極如有必要可進行沖壓。沖壓法雖可使用一般所採用之方法,但特別以模具沖壓法或輥壓法較佳。於輥壓法之沖壓壓力雖並未特別限定,但較佳為0.2~3ton/cm。
有關本發明之能量儲藏裝置係具備上述之能量儲藏裝置電極者,更具體而言,係具備至少一對之正負極、與介在於此等各極間之分隔板、與電解質而構成,正負極之至少一者為由上述之能量儲藏裝置電極構成。 此能量儲藏裝置由於使用上述之能量儲藏裝置電極作為電極為其特徵,其他裝置構成構件即分隔板或電解質等可從周知材料適當選擇使用。 作為分隔板,例如可列舉纖維素系分隔板、聚烯烴系分隔板等。 作為電解質,雖可為液體、固體之任一種,又,亦可為水系、非水系之任一種,但本發明之能量儲藏裝置電極即使適用在使用非水系電解質之裝置時,亦可實用上發揮充分之性能。
作為非水系電解質,可列舉將電解質鹽溶解在非水系有機溶劑而成之非水系電解液。 作為電解質鹽,可列舉4氟化硼酸鋰、6氟化磷酸鋰、過氯酸鋰、三氟甲烷磺酸鋰等之鋰鹽;四甲基銨六氟磷酸鹽、四乙基銨六氟磷酸鹽、四丙基銨六氟磷酸鹽、甲基三乙基銨六氟磷酸鹽、四乙基銨四氟硼酸鹽、四乙基銨全氯酸鹽等之4級銨鹽、鋰雙(三氟甲烷磺醯基)醯亞胺、鋰雙(氟磺醯基)醯亞胺等之鋰醯亞胺等。 作為非水系有機溶劑,可列舉碳酸伸丙酯、碳酸伸乙酯、碳酸伸丁酯等之碳酸伸烷酯;碳酸二甲酯、碳酸甲基乙酯、碳酸二乙酯等之碳酸二烷酯;乙腈等之腈類、二甲基甲醯胺等之醯胺類等。
能量儲藏裝置的形態並非被特別限定者,可採用圓筒型、扁平捲回角型、層合角型、硬幣型、扁平捲回層壓型、層合層壓型等之以往周知之各種形態的電池。 適用在硬幣型時,可將上述之本發明之能量儲藏裝置電極沖成指定之圓盤狀使用。 例如,鋰離子二次電池可於熔接鈕扣電池之墊圈和墊片的蓋,設置指定枚數沖成指定形狀之鋰箔,於其上重疊含浸電解液之同形狀的分隔板,進而從上將活性物質層往下來重疊本發明之能量儲藏裝置電極,載上外殼與密封墊,以鈕扣電池壓接機進行密封來製造。
適用在層合層壓型時,使用活性物質層形成在底塗層表面的一部分所形成之電極的底塗層,且於未形成活性物質層部分(熔接部)與金屬標籤進行熔接所得之電極構造體即可。 此情況下,構成電極構造體之電極雖可為一枚亦可為複數枚,但一般而言,正負極皆使用複數枚。 用以形成正極之複數枚電極較佳為與用以形成負極之複數枚之電極板逐枚交互重疊,此時,較佳為於正極與負極之間介在上述之分隔板。 金屬標籤即使以複數枚電極之最外側的電極之熔接部進行熔接,亦可於複數枚電極當中,於任意相鄰之2枚電極之熔接部間挾持金屬標籤進行熔接。
金屬標籤的材質一般而言若為使用在能量儲藏裝置者,則並非被特別限定者,例如雖可列舉鎳、鋁、鈦、銅等之金屬;不銹鋼、鎳合金、鋁合金、鈦合金、銅合金等之合金等,但考量熔接效率時,較佳為以包含選自鋁、銅及鎳中之至少1種的金屬構成者。 金屬標籤的形狀較佳為箔狀,其厚度較佳為0.05~1mm左右。
熔接方法可使用金屬彼此之熔接所使用之周知方法,作為其具體例,雖可列舉TIG熔接、點焊、雷射熔接、超音波熔接等,但如上述,由於本發明之底塗層成為特別適合在超音波熔接之每單位面積重量,在超音波熔接較佳為接合電極與金屬標籤。 作為超音波熔接之手法,例如可列舉將複數枚電極配置在觸點與喇叭之間,於熔接部配置金屬標籤,施加超音波一起進行熔接之手法,或將電極彼此先行熔接,然後,熔接金屬標籤之手法等。 於本發明,任何手法皆為金屬標籤與電極不僅於上述熔接部進行熔接,而且複數枚電極彼此亦形成底塗層,且於未形成活性物質層部分彼此進行超音波熔接。 熔接時之壓力、頻率、輸出、處理時間等並非被特別限定者,考量所使用之材料或底塗層之每單位面積重量等適當設定即可。
藉由將如以上進行製作之電極構造體收納在層壓包,注入上述之電解液後,進行熱封而得到層壓電池。 如此進行所得之能量儲藏裝置,至少具有一個具備金屬標籤、與一枚或複數枚電極所構成之電極構造體,電極具有集電基板、與形成在此集電基板的至少一側的面之底塗層、與形成在此底塗層的表面之一部分之活性物質層,複數枚使用電極時,該等於形成底塗層,且未形成活性物質層的部分彼此進行超音波熔接,同時為電極當中之至少一枚於形成底塗層,且未形成活性物質層的部分具備與金屬標籤進行超音波熔接之構成者。 [實施例]
以下,雖列舉實施例及比較例,更具體說明本發明,但本發明並非被限定於下述之實施例。尚,使用之測定裝置係如以下。 (1)探頭型超音波照射裝置(分散處理) 裝置:Hielscher Ultrasonics公司製 UIP1000 (2)線棒塗佈機(薄膜製作) 裝置:(股)SMT製 PM-9050MC (3)超音波熔接機(超音波熔接試驗) 裝置:日本愛默生(股)製、2000Xea 40:0.8/40MA-XaeStand (4)充放電測定裝置(二次電池評估) 裝置:北斗電工(股)製 HJ1001SM8A (5)千分尺(黏結劑、活性層之膜厚測定) 裝置:(股)三豐製 IR54 (6)分散機(電極漿料之混合) 裝置:Primics(股)製、T.K.Robomix(附分散機2.5型(φ32)) (7)薄膜旋回型高速混合機(電極漿料之混合) 裝置:Primics(股)製、FILMIX40型 (8)自轉‧公轉混合機(電極漿料之脫泡) 裝置:(股)Thinky製、泡取鍊太郎(ARE-310) (9)輥壓裝置(電極之壓縮) 裝置:寶泉(股)製、超小型桌上熱輥壓機 HSR-60150H (10)掃描電子顯微鏡(SEM) 裝置:日本電子(股)製、JSM-7400F (11)紅外線吸收式膜厚計 裝置:Kurabo(股)製、RX-400 源自羰基之紅外線吸收的吸光度
[1]底塗箔之製造 [實施例1-1] 作為分散劑,係以與國際公開第2014/042080號之合成例2相同之手法合成,將下述式表示之PTPA-PBA-SO3
H0.50g溶解在分散媒之2-丙醇43g及水6.0g,對此溶液添加MWCNT(Nanocyl公司製“NC7000”外徑10nm)0.50g。於此混合物使用探頭型超音波照射裝置,於室溫(約25℃)進行30分鐘超音波處理,而得到無沉澱物且MWCNT均一分散之黑色含有MWCNT之分散液。 於所得之含有MWCNT之分散液50g,加入包含聚丙烯酸(PAA)之水溶液即Aaron A-10H(東亞合成(股)、固形分濃度25.8質量%)3.88g與2-丙醇46.12g並進行攪拌,而得到底塗液A1。以2-丙醇稀釋成2倍,而得到底塗液A2。 將所得之底塗液A2於集電基板之鋁箔(厚度15μm),以線棒塗佈機(OSP2、濕膜厚2μm)均一展開後,於120℃乾燥10分鐘形成底塗層,來製作底塗箔B1。 膜厚的測定如以下般進行。將於上述製作之底塗箔切出1cm×1cm,將於其中央部分用手撕開,於剖面部分露出底塗層的部分在SEM以10,000~60,000倍進行觀察,從所拍攝之像計測膜厚。其結果,底塗箔B1之底塗層的厚度約為16nm。 進而,於所得之底塗箔B1相反側的面亦同樣,藉由塗佈、乾燥底塗液A2,製作於鋁箔的兩面形成底塗層之底塗箔C1。
[實施例1-2] 除了使用於實施例1-1製作之底塗液A1之外,其他與實施例1-1同樣進行,製作底塗箔B2及C2,測定底塗箔B2之底塗層的厚度時為23nm。
[實施例1-3] 除了使用線棒塗佈機(OSP3、濕膜厚3μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B3及C3,測定底塗箔B3之底塗層的厚度時為31nm。
[實施例1-4] 除了使用線棒塗佈機(OSP4、濕膜厚4μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B4及C4,測定底塗箔B4之底塗層的厚度時為41nm。
[實施例1-5] 除了使用線棒塗佈機(OSP6、濕膜厚6μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B5及C5,測定底塗箔B5之底塗層的厚度時為60nm。
[實施例1-6] 除了使用線棒塗佈機(OSP8、濕膜厚8μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B6及C6,測定底塗箔B6之底塗層的厚度時為80nm。
[實施例1-7] 除了使用線棒塗佈機(OSP10、濕膜厚10μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B7及C7,測定底塗箔B7之底塗層的厚度時為105nm。
[實施例1-8] 除了使用線棒塗佈機(OSP13、濕膜厚13μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B8及C8,測定底塗箔B8之底塗層的厚度時為130nm。
[實施例1-9] 除了使用線棒塗佈機(OSP22、濕膜厚22μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B9及C9,測定底塗箔B9之底塗層的厚度時為210nm。
[實施例1-10] 除了使用線棒塗佈機(OSP30、濕膜厚30μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B10及C10,測定底塗箔B10之底塗層的厚度時為250nm。
[實施例1-11] 除了使用線棒塗佈機(RDS22、濕膜厚50μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B11及C11,測定底塗箔B11之底塗層的厚度時為420nm。
[比較例1-1] 除了使用線棒塗佈機(RDS44、濕膜厚100μm)之外,其他與實施例1-2同樣進行,製作底塗箔B12及C12,測定底塗箔B12之底塗層的厚度時為1,000nm。
[紅外吸光度之測定] 源自製作之底塗箔之底塗層的羰基的吸光度可如下述進行來測定。 將塗佈在單面之底塗箔切出8×20cm,將塗佈面設置在紅外線吸收式膜厚計RX-400之傳感器頭。藉由將相對於入射面平行之P偏光紅外線以布儒斯特角(Brewster angle)入射,測定未包含表面反射光之反射光,測定底塗層之吸光度。積算次數定為128次。源自羰基之吸收定為1700~1800cm-1
附近,基準線可藉由測定2點更大之波數區域的吸收獲得。首先,測定無垢之鋁箔的吸光度,接著測定底塗箔的吸光度後,藉由減除無垢之鋁箔的吸光度,作為底塗箔的吸光度。 將如何進行所測定之源自底塗層之羰基的吸光度示於表1,將上述吸光度與膜厚的關係示於圖1。
[超音波熔接試驗] 針對於實施例1-1~1-11及比較例1-1製作之各底塗箔,藉由下述手法進行超音波熔接試驗。 使用日本愛默生(股)之超音波熔接機(2000Xea,40:0.8/40MA-XaeStand),於觸點上之鋁標籤(寶泉(股)製、厚度0.1mm、寬5mm)之上,於兩面層合形成底塗層之底塗箔5枚,從上按喇叭給予超音波振動進行熔接。熔接面積定為3×12mm,熔接後,與喇叭接觸之底塗箔不會破裂,欲剝離標籤與底塗箔時,箔破裂的情況定為○,標籤與箔間剝離的情況定為×。將結果示於表1。
[密著性試驗] 針對於實施例1-1~1-11及比較例1-1製作之各底塗箔,藉由下述手法進行密著性試驗。 於底塗層塗佈面貼上透明膠帶(註冊商標),以手指強烈摩擦,大力剝離時,剝離底塗層全面,觀察到基底之鋁箔時,將密著性定為×,未剝離底塗層時,將密著性定為○。將結果示於表1。
如圖1所示,確認源自底塗層之羰基的吸光度至0.1左右,相對於底塗層的膜厚,相對於吸光度成直線減少,於吸光度0.1以上,由於包含基準線之底塗層的紅外線吸收因散射等之要因使得正確測定變困難,無法成為直線。此亦即製造吸光度未滿0.100之底塗箔時,顯示可將底塗層的膜厚藉由測定吸光度輕易計算。 又,於源自底塗箔之羰基的吸光度為0.1以上,對於底塗層之鋁箔的密著性降低。亦即,確認為了製造底塗層的密著性良好之底塗箔,必須將源自底塗層之羰基的吸光度定為未滿0.100,必須於底塗箔製造時測定吸光度。 另一方面,從熔接可否的點來看,確認較佳為將上述吸光度定為0.02以下。
[2]將LFP用在活性物質之電極及鋰離子電池的製造 [實施例2-1] 作為活性物質,係藉由將磷酸鐵鋰(LFP、TATUNG FINE CHEMICALS CO.)17.3g、作為黏結劑之聚偏二氟乙烯(PVdF)之NMP溶液(12質量%、(股)吳羽、KF Polymer L#1120)12.8g、作為導電輔助劑之乙炔黑0.384g及N-甲基吡咯烷酮(NMP)9.54g,在分散機以3,500rpm混合5分鐘混合。其次,使用薄膜旋回型高速混合機以周速20m/秒進行60秒之混合處理,進而在自轉‧公轉混合機以2,200rpm進行30秒脫泡,來製作電極漿料(固形分濃度48質量%、LFP:PVdF:AB=90:8:2(質量比))。 藉由將所得之電極漿料於實施例1-1製作之底塗箔B1,均一(濕膜厚200μm)展開後,於80℃30分鐘,接著於120℃乾燥30分鐘,而於底塗層上形成活性物質層,進而以輥壓機進行壓著,來製作活性物質層之厚度50μm的電極。
將所得之電極沖成直徑10mm之圓盤狀,測定質量後,於100℃真空乾燥15小時,轉移至充滿氬氣之手套箱。 可於熔接2032型之鈕扣電池(寶泉(股)製)之墊圈和墊片的蓋,設置重疊6枚沖成直徑14mm之鋰箔(本莊化學(股)製、厚度0.17mm),於其上浸漬24小時以上電解液(岸田化學(股)製,碳酸伸乙酯:碳酸二乙酯=1:1(體積比)、包含1mol/L電解質之鋰六氟磷酸鹽),重疊一枚沖成直徑16mm之分隔板(Celgard(股)製、2400)。進而從上將塗佈活性物質的面往下來重疊電極。1滴滴下電解液後,載上外殼與密封墊,以鈕扣電池壓接機進行密封。然後靜置24小時,作為試驗用之二次電池。
[實施例2-2] 除了使用於實施例1-2所得之底塗箔B2之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-3] 除了使用於實施例1-3所得之底塗箔B3之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-4] 除了使用於實施例1-4所得之底塗箔B4之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-5] 除了使用於實施例1-5所得之底塗箔B5之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-6] 除了使用於實施例1-6所得之底塗箔B6之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-7] 除了使用於實施例1-7所得之底塗箔B7之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-8] 除了使用於實施例1-8所得之底塗箔B8之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-9] 除了使用於實施例1-9所得之底塗箔B9之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-10] 除了使用於實施例1-10所得之底塗箔B10之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[實施例2-11] 除了使用於實施例1-11所得之底塗箔B11之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[比較例2-1] 除了使用於比較例1-1所得之底塗箔B12之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
[比較例2-2] 除了使用無垢之鋁箔之外,其他與實施例2-1同樣進行,來製作試驗用之二次電池。
針對於上述實施例2-1~2-11及比較例2-1~2-2製作之鋰離子二次電池,使用充放電測定裝置,將電極的物性以下述之條件評估。將5C放電時之平均電壓示於表2。 ‧電流:0.5C定電流充電、5C定電流放電(將LFP的容量定為170mAh/g) ‧截止電壓:4.50V-2.00V ‧溫度:室溫
於使用比較例2-2所示,未形成底塗層之無垢的鋁箔之電池,為了提高電池的電阻,確認在5C放電時之平均電壓較低。對此,如實施例2-1~2-11及比較例2-1所示,若使用底塗箔,為了降低電池的電阻,確認在5C放電時之平均電壓提高。 由以上之結果,確認藉由將源自底塗箔之羰基的吸光度定為未滿0.100,可簡便製造密著性高,且得到低電阻之能量儲藏裝置的底塗箔。
[圖1] 係表示底塗層的膜厚與紅外吸光度的關係之圖表。
Claims (29)
- 一種薄膜,其特徵為以P偏光方式測定之紅外吸光度為未滿0.100。
- 如請求項1之薄膜,其中,厚度為1~500nm。
- 如請求項1之薄膜,其中,上述紅外吸光度為0.027以下。
- 如請求項3之薄膜,其中,厚度為1~200nm。
- 如請求項1之薄膜,其中,上述紅外吸光度為0.017以下。
- 如請求項5之薄膜,其中,厚度為1~140nm。
- 如請求項1之薄膜,其中,上述紅外吸光度為0.005以上0.015以下。
- 如請求項7之薄膜,其中,厚度為30~110nm。
- 如請求項1~8中任一項之薄膜,其中,上述紅外吸光度為源自薄膜所包含之有機成分的吸收。
- 如請求項1~9中任一項之薄膜,其中,上述紅外吸光度為源自薄膜所包含之有機成分的羰基、羥基、胺基、醚基、碳-碳鍵、碳-碳雙鍵、碳-碳三鍵、碳-氮鍵、碳-氮雙鍵、碳-氮三鍵或芳香族基的吸收。
- 如請求項1~10中任一項之薄膜,其中,上述紅外吸光度為源自薄膜所包含之有機成分的羰基的吸收。
- 如請求項1~11中任一項之薄膜,其係包含導電材料。
- 如請求項12之薄膜,其中,上述導電材料係包含碳黑、科琴黑、乙炔黑、碳晶鬚、碳奈米管、碳纖維、天然石墨、人造石墨、氧化鈦、ITO、氧化釕、鋁或鎳。
- 如請求項13之薄膜,其中,上述導電材料係包含碳奈米管。
- 如請求項13或14之薄膜,其係進一步包含分散劑。
- 一種能量儲藏裝置電極用底塗箔,其係具有集電基板、與形成在此集電基板的至少一側的面之底塗層之能量儲藏裝置電極用底塗箔, 其特徵為作為上述底塗層,係具備如請求項1~15中任一項之薄膜。
- 一種能量儲藏裝置電極用底塗箔,其係具備上述集電基板為鋁箔或銅箔即如請求項16記載之薄膜。
- 一種能量儲藏裝置電極,其係具有如請求項16或17記載之能量儲藏裝置電極用底塗箔、與形成在該底塗層的表面之一部分或全部的活性物質層。
- 如請求項18之能量儲藏裝置電極,其中,上述活性物質層係以殘留上述底塗層的周圍,被覆其以外之部分全體的態樣形成。
- 一種能量儲藏裝置,其係具備如請求項18或19記載之能量儲藏裝置電極。
- 一種能量儲藏裝置,其係至少具有一個具備一枚或複數枚之如請求項18記載之電極、與金屬標籤所構成之電極構造體, 上述電極之至少一枚以形成上述底塗層,且於未形成上述活性物質層的部分,與上述金屬標籤進行超音波熔接。
- 一種能量儲藏裝置之製造方法,其係使用一枚或複數枚之如請求項18記載之電極的能量儲藏裝置之製造方法, 其特徵為具有將上述電極之至少一枚以形成上述底塗層,且於未形成上述活性物質層的部分與金屬標籤進行超音波熔接之步驟。
- 一種能量儲藏裝置電極之製造方法,其係於集電基板上塗佈底塗層形成用組成物,將此乾燥形成底塗層後, 以P偏光方式測定上述底塗層之紅外吸光度,進而 於上述底塗層表面的至少一部分形成活性物質層。
- 如請求項23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,上述集電基板為鋁箔。
- 如請求項23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為未滿0.100。
- 如請求項23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為0.027以下。
- 如請求項23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為0.017以下。
- 如請求項23之能量儲藏裝置電極之製造方法,其中,將上述紅外吸光度定為0.005以上0.015以下。
- 一種底塗層之膜厚評估方法,其係於集電基板上塗佈底塗層形成用組成物,將此乾燥形成底塗層後, 以P偏光方式測定上述底塗層之紅外吸光度。
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