TW202119679A - 具有表面塗佈層的活性物質、包含該活性物質的電極、漿料組成物及蓄電元件 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題在於提供一種可提高鋰離子電池的循環特性的活性物質。為了解決該課題,本發明的主旨在於製成如下的具有表面塗佈層的活性物質,其為於活性物質的表面具有由選自由聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯胺及聚矽氧烷所組成的群組中的至少一種樹脂形成的表面塗佈層的活性物質,其中,所述樹脂包含下述通式(1)所表示的矽氧烷結構。
Figure 109136546-A0101-11-0001-1
(通式(1)中,R1 、R2 分別獨立地表示氫原子、羥基、或碳數1~20的一價有機基。n1 為1~10000的整數)

Description

具有表面塗佈層的活性物質、包含該活性物質的電極及蓄電元件
本發明是有關於一種具有表面塗佈層的活性物質、包含該活性物質的電極及蓄電元件。
鋰離子電池作為能夠充電的高電容電池,能夠實現電子設備的高功能化、長時間運作。進而,搭載於汽車等,有力被視為混合動力車、電動汽車的電池。目前廣泛使用的鋰離子電池具有:將包含鈷酸鋰等活性物質與聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride,PVDF)等黏合劑的膏漿料塗佈於鋁箔上而形成的正極、以及將包含碳系活性物質與PVDF或苯乙烯-丁二烯-橡膠(styrene-butadiene-rubber,SBR)等黏合劑的膏漿料塗佈於銅箔上而形成的負極。
為了使鋰離子電池的電容進一步變大,正研究於正極活性物質中使用鎳化合物(例如,參照專利文獻1)。鎳系正極活性物質的能量密度高,另一方面,由於鎳的溶出而活性物質劣化,存在反覆充放電循環時電容降低的課題。
另一方面,正研究於負極活性物質中使用矽化合物、鍺化合物或錫化合物(例如,參照專利文獻2)。該些負極活性物質充電時的體積膨脹大,活性物質粒子容易進行微粉化。藉由微粉化而新產生的活性物質的表面與電解液反應,其結果存在反覆充放電循環時電容降低的課題。
因此,嘗試利用樹脂包覆活性物質的表面來防止劣化。例如,於專利文獻3中,藉由利用溶解於非水溶媒中的聚合物整體包覆正極活性物質,提高熱穩定性。另外,於專利文獻4中,利用包括由聚醯亞胺形成的包覆層的活性物質粒子來提高循環特性。進而,於專利文獻5中,藉由以含胺基的矽烷偶合劑將包覆活性物質的表面的聚合物與活性物質表面結合來提高循環特性。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2003-203633號公報 [專利文獻2]日本專利特開2009-199761號公報 [專利文獻3]日本專利特開2013-12410號公報 [專利文獻4]日本專利特開2016-157652號公報 [專利文獻5]日本專利特開2015-118871號公報
[發明所欲解決之課題] 然而,專利文獻3、專利文獻4及專利文獻5中記載的方法中,循環特性提高效果不充分。
本發明鑑於所述課題,其目的在於提供一種可提高鋰離子電池的循環特性的活性物質。 [解決課題之手段]
本發明是一種具有表面塗佈層的活性物質,其是於活性物質的表面具有由選自由聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯胺及聚矽氧烷所組成的群組中的至少一種樹脂形成的表面塗佈層的活性物質,所述樹脂包含下述通式(1)所表示的矽氧烷結構。
[化1]
Figure 02_image003
所述通式(1)中,R1 、R2 分別獨立地表示氫原子、羥基、或碳數1~20的一價有機基。n1 為1~10000的整數。 [發明的效果]
根據本發明,可獲得循環特性良好的活性物質。另外,藉由將本發明的具有表面塗佈層的活性物質用於鋰離子電池的電極,可提高電池的循環特性。
以下,對本發明的具有表面塗佈層的活性物質、漿料組成物、電極及蓄電元件的較佳的實施形態加以詳細說明。再者,本發明並不受該些實施形態限定。
<具有表面塗佈層的活性物質> 本發明的實施形態的具有表面塗佈層的活性物質是如下具有表面塗佈層的活性物質:其是於活性物質的表面具有由選自由聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯胺及聚矽氧烷所組成的群組中的至少一種樹脂形成的表面塗佈層的活性物質,所述樹脂包含下述通式(1)所表示的矽氧烷結構。
[化2]
Figure 02_image005
所述通式(1)中,R1 、R2 分別獨立地表示氫原子、羥基、或碳數1~20的一價有機基。就活性物質與表面塗佈層的密接性的觀點而言,較佳為羥基、或碳數1~20的有機基,更佳為羥基、或碳數1~6的有機基。n1 為1~10000的整數。
再者,「分別獨立地」的含義不僅意味著R1 與R2 並非相同的原子或基的情況,當然意味著於分子中存在多個R1 或R2 的情況下,該些並非相同的原子或基的情況。(以下同樣)另外,「至少一種樹脂」的「至少一種」的含義除了是混合物的情況以外,亦包含是共聚物的情況。
(樹脂) 聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯胺及聚矽氧烷均具有高機械強度,因此可抑制矽此種充電時的體積膨脹大的活性物質的微粉化。
(聚醯亞胺前驅物) 聚醯亞胺前驅物可藉由使各種二胺與四羧酸的衍生物進行縮聚反應而獲得。一般而言,藉由於溶媒中、室溫~60℃左右的溫度下對二胺與四羧酸二酐進行攪拌來獲得聚醯亞胺前驅物。
作為四羧酸的例子,可列舉:均苯四甲酸、3,3',4,4'-聯苯四羧酸、2,3,3',4'-聯苯四羧酸、2,2',3,3'-聯苯四羧酸、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸、2,2',3,3'-二苯甲酮四羧酸、2,2-雙(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷、2,2-雙(2,3-二羧基苯基)六氟丙烷、1,1-雙(3,4-二羧基苯基)乙烷、1,1-雙(2,3-二羧基苯基)乙烷、雙(3,4-二羧基苯基)甲烷、雙(2,3-二羧基苯基)甲烷、雙(3,4-二羧基苯基)碸、雙(3,4-二羧基苯基)醚、1,2,5,6-萘四羧酸、2,3,6,7-萘四羧酸、2,3,5,6-吡啶四羧酸、3,4,9,10-苝四羧酸等芳香族四羧酸、或環丁烷四羧酸、1,2,3,4-環戊烷四羧酸、環己烷四羧酸、雙環[2.2.1.]庚烷四羧酸、雙環[3.3.1.]四羧酸、雙環[3.1.1.]庚-2-烯四羧酸、雙環[2.2.2.]辛烷四羧酸、金剛烷四羧酸等脂肪族四羧酸等。該些四羧酸或其衍生物可單獨使用,或者作為多種的混合物來使用。
作為二胺,例如可列舉:對苯二胺、間苯二胺、3,3'-二胺基二苯基醚、4,4'-二胺基二苯基醚、3,4'-二胺基二苯基醚、4,4'-二胺基二苯基甲烷、3,3'-二胺基二苯基碸、4,4'-二胺基二苯基碸、3,3'-二胺基二苯基硫醚、4,4'-二胺基二苯基硫醚、1,3-雙(4-胺基苯氧基)苯、1,4-雙(4-胺基苯氧基)苯、2,2-雙(三氟甲基)聯苯胺、3,3'-二羥基聯苯胺、9,9'-雙(4-胺基苯基)芴、六亞甲基二胺、1,3-雙(3-胺基丙基四甲基二矽氧烷)、4,4'-亞甲基雙(2-乙基-6-甲基苯胺)、4,4'-亞甲基雙(2,6-二甲基苯胺)等,該些可單獨使用,或者作為多種的混合物來使用。
藉由使用通式(3)所表示的矽氧烷二胺作為二胺,可提高活性物質與表面塗佈層的密接性,抑制鎳的溶出或充電時活性物質膨脹引起的劣化,電池的循環特性提高。
[化3]
Figure 02_image007
所述通式(3)中,R7 ~R10 分別獨立地表示氫原子、羥基、或碳數1~10的一價有機基。就活性物質與表面塗佈層的密接性的觀點而言,較佳為設為碳數1~10的有機基,更佳為碳數1~6的有機基,進而佳為碳數1~4的有機基,最佳為甲基。
所述通式(3)中,R11 及R12 分別獨立地表示直接鍵或碳數1~10的二價有機基。就活性物質與表面塗佈層的密接性的觀點而言,較佳為設為碳數1~5的有機基,更佳為碳數2~3的有機基。
另外,n4 為1~20的整數。
作為通式(3)所表示的矽氧烷二胺,可列舉:1,3-雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四乙基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四甲氧基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四丙基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)二甲基二苯基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)三甲基氫二矽氧烷、雙(4-胺基苯基)四甲基二矽氧烷、1,3-雙(4-胺基苯基)四苯基二矽氧烷、α,ω-雙(3-胺基丙基)六甲基三矽氧烷、α,ω-雙(3-胺基丙基)聚二甲基矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四苯基二矽氧烷、1,5-雙(2-胺基乙基)四苯基二甲基三矽氧烷等矽氧烷二胺,該些可單獨使用,或者作為多種的混合物來使用。
特別是較佳為使用通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺。即,所述樹脂較佳為包含通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基。這是因為由於可提高用於形成表面塗佈層的樹脂溶液的溶解穩定性,故可形成均勻厚度的表面塗佈層。
作為通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺,可列舉:1,3-雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四乙基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四甲氧基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四丙基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)二甲基二苯基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)三甲基氫二矽氧烷、雙(4-胺基苯基)四甲基二矽氧烷、1,3-雙(4-胺基苯基)四苯基二矽氧烷、1,3-雙(3-胺基丙基)四苯基二矽氧烷,但並不限定於該些。
就充分發揮活性物質與表面塗佈層的密接性的觀點而言,將樹脂中包含的所有二胺殘基設為100莫耳%時,通式(3)所表示的矽氧烷二胺的殘基較佳為包含0.2莫耳%以上,更佳為包含3莫耳%以上。另外,就維持機械強度的觀點而言,較佳為包含10莫耳%以下,更佳為包含5莫耳%以下。
就更高水準地維持循環特性的觀點而言,將樹脂中包含的所有二胺殘基設為100莫耳%時,通式(3)所表示的矽氧烷二胺的殘基較佳為包含0.2莫耳%以上,更佳為包含3莫耳%以上。另外,較佳為包含10莫耳%以下,更佳為包含5莫耳%以下。認為藉由以所述範圍包含通式(13)所表示的矽氧烷二胺的殘基,活性物質與塗佈層的密接性進一步提高,更高水準地保持塗佈層的機械強度。藉此推測可更高水準地維持循環特性。
關於以上的二胺的說明只要無特別說明,則關於以下的聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺及聚醯胺的說明中亦同樣地共同適用。
(聚醯亞胺) 聚醯亞胺可藉由所述聚醯亞胺前驅物的利用脫水反應的醯亞胺化而獲得。
利用脫水反應的醯亞胺化是於150℃~220℃的溫度下蒸餾去除作為副生成物的水的同時攪拌聚醯亞胺前驅物的溶液,或者加入酸酐等脫水劑與作為觸媒的三級胺進行攪拌。於使用脫水劑與觸媒的情況下,之後投入至水等而使樹脂析出並使其乾燥,藉此可以固體的形式獲得聚醯亞胺樹脂。
聚醯亞胺亦可藉由使二異氰酸酯與四羧酸二酐進行縮聚反應來獲得。
作為二異氰酸酯的例子,可列舉:1,3-苯二異氰酸酯、1,4-苯二異氰酸酯、2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、1,5-二異氰酸酯萘、丁烷二異氰酸酯、己烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、降冰片烷二異氰酸酯、1,4-環己烷二異氰酸酯、1,3-環己烷二異氰酸酯等。該些可單獨使用,或者作為多種的混合物來使用。
作為四羧酸二酐,可使用與用於獲得所述聚醯亞胺前驅物的四羧酸二酐相同者。
併用二異氰酸酯與二胺,獲得具有通式(3)所表示的矽氧烷二胺的殘基的聚醯亞胺時,可列舉四羧酸二酐與矽氧烷二胺進行縮聚並加以醯亞胺化後與二異氰酸酯反應等方法,但並不限定於此。
(聚醯胺醯亞胺) 聚醯胺醯亞胺可藉由使三羧酸衍生物與二胺或二異氰酸酯進行縮聚反應來獲得。
二胺與二異氰酸酯可使用與獲得所述聚醯亞胺前驅物及所述聚醯亞胺時使用的二胺與二異氰酸酯相同者。
作為三羧酸的例子,可列舉:偏苯三甲酸、3,3',4-三羧基聯苯、3,4,4'-三羧基聯苯、3,3',4-三羧基聯苯醚、3,4,4'-三羧基聯苯醚等,該些可單獨使用或者將兩種以上組合而使用。
一般而言,使偏苯三甲酸酐的氯化物或活性酯與二胺、或偏苯三甲酸酐與二異氰酸酯反應來獲得聚醯胺醯亞胺。
併用二異氰酸酯與二胺,獲得具有通式(3)所表示的矽氧烷二胺的殘基的聚醯胺醯亞胺時,可列舉偏苯三甲酸酐與矽氧烷二胺進行縮聚並加以醯亞胺化後與二異氰酸酯反應等方法,但並不限定於此。
(聚醯胺) 聚醯胺可藉由使二羧酸衍生物與二胺或二異氰酸酯進行縮聚反應來獲得。
二胺與二異氰酸酯可使用與獲得所述聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺及聚醯胺醯亞胺時使用的二胺與二異氰酸酯相同者。
作為二羧酸,可列舉:間苯二甲酸、對苯二甲酸、亞甲基二水楊酸、2,2-雙(4-羧基苯基)丙烷、2,2-雙(4-羧基苯基)六氟丙烷、二苯甲酮-4,4'-二羧酸、4,4'-二羧基二苯基醚、4,4'-二羧基二苯基碸、5,5'-硫代二水楊酸等,該些可單獨使用或者將兩種以上組合而使用。
一般而言是使二羧酸的氯化物或活性酯與二胺、或二羧酸與二異氰酸酯反應來獲得聚醯胺醯亞胺。
併用二異氰酸酯與二胺,獲得具有通式(3)所表示的矽氧烷二胺的殘基的聚醯胺時,可列舉二羧酸與矽氧烷二胺進行縮聚後與二異氰酸酯反應等方法,但並不限定於此。
所述聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺及聚醯胺的任一樹脂中,均較佳為將樹脂中包含的所有二胺殘基的合計設為100莫耳%時,該樹脂中包含的與二胺、二異氰酸酯反應的酸成分(四羧酸、三羧酸、二羧酸)形成的殘基的合計未滿100莫耳%。
作為一例,於聚醯亞胺前驅物的情況下,以相對於二胺成分的合計100莫耳%而四羧酸成分的合計未滿100莫耳%的比率進行縮聚反應時,聚合物的末端成為胺基。
於聚醯亞胺的情況下,以相對於二胺及/或二異氰酸酯成分的合計100莫耳%而四羧酸成分的合計未滿100莫耳%的比率進行縮聚反應時,末端成為胺基或異氰酸酯基。
於聚醯胺醯亞胺的情況下,以相對於二胺及/或二異氰酸酯成分的合計100莫耳%而三羧酸成分的合計未滿100莫耳%的比率進行縮聚反應時,末端成為胺基或異氰酸酯基。
於聚醯胺的情況下,以相對於二胺及/或二異氰酸酯成分的合計100莫耳%而二羧酸成分的合計未滿100莫耳%的比率進行縮聚反應時,聚合物的末端成為胺基或異氰酸酯基。
胺基及異氰酸酯基補充電解液中的鋰離子,抑制與聚合物主骨架的羰基的副反應。其結果,可提高電池的初次充放電效率。
於任一樹脂中,作為縮聚反應中所使用的溶媒,只要為溶解有所生成的樹脂者,則並無特別限定,可較佳地使用N-甲基-2-吡咯啶酮、N-甲基己內醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、二甲基咪唑啉等非質子性極性溶媒、苯酚、間甲酚、氯苯酚、硝基苯酚等酚系溶媒、多磷酸、於磷酸加入五氧化二磷而成的磷系溶媒等。
(聚矽氧烷) 聚矽氧烷可藉由使作為原料的有機矽烷化合物進行縮合反應來獲得。特佳為包含下述通式(2)所示的結構。
[化4]
Figure 02_image009
通式(2)中,R3 表示碳數6~15的芳基,多個R3 可分別相同亦可不同。R4 表示羥基、碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數2~10的烯基、碳數2~6的醯氧基、碳數6~15的芳基中任一者,多個R4 可分別相同亦可不同。R5 及R6 表示羥基、碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數2~10的烯基、碳數2~6的醯氧基中任一者,多個R5 及R6 可分別相同亦可不同。n2 、n3 表示滿足n2 +n3 =2~10000的分別為1~9500的整數。其中,n2 :n3 =95:5~25:75。就製膜後的膜的強韌性或與活性物質的密接性的觀點而言,較佳的(n2 +n3 )的範圍為5~9000,更佳為10~8000。另外,就進一步提高活性物質與表面塗佈層的密接性的觀點而言,更佳為n2 :n3 =80:20~35:65,進而佳為n2 :n3 =80:20~40:60。
另外,各個結構單元於分子中的排列並無特別限制,通式(2)所表示的聚矽氧烷可為嵌段共聚物,亦可為無規共聚物。
通式(2)的R3 中的碳數6~15的芳基可為未經取代物、經取代物中任一者,可根據活性物質的特性進行選擇。較佳的經取代物的結構較佳為於芳香環鍵結有碳數1~5的烷基、碳數2~5的烯基、碳數1~5的烷氧基、碳數2~5的醯氧基、碳數2~7的羰氧基烷基、胺基、巰基、羥基、縮水甘油基、縮水甘油氧基、異氰酸酯基的結構、或者自芳香環經由碳數1~3的烷基而鍵結有碳數2~5的醯氧基、胺基、巰基、羥基、縮水甘油基、縮水甘油氧基、異氰酸酯基的結構。於經取代物的情況下的取代基的數量較佳為1~3,其中更佳為1。再者,於包含取代基的情況下,較佳的態樣為芳基的碳數以亦包括取代基具有的碳的數量在內而碳數為6~15的方式適宜選擇。
作為碳數6~15的芳基的具體例,可列舉:苯基、甲苯基、對羥基苯基、對苯乙烯基、對甲氧基苯基、1-(對羥基苯基)乙基、2-(對羥基苯基)乙基、4-羥基-5-(對羥基苯基羰氧基)戊基、萘基等。
通式(2)的R4 中的碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數2~10的烯基、碳數2~6的醯氧基、碳數6~15的芳基均可為未經取代物、經取代物中任一者,可根據活性物質的特性進行選擇。
作為碳數1~6的烷基的具體例,可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、第三丁基、正己基、三氟甲基、3,3,3-三氟丙基、3-縮水甘油氧基丙基、3-胺基丙基、3-巰基丙基、3-異氰酸酯基丙基等。
作為碳數1~6的烷氧基的具體例,可列舉:甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、第三丁氧基等。
作為碳數2~10的烯基的具體例,可列舉:乙烯基、3-丙烯醯氧基丙基、3-甲基丙烯醯氧基丙基等。
作為碳數2~6的醯氧基的具體例,可列舉乙醯氧基等。
碳數6~15的芳基可為未經取代物與經取代物中任一者,可根據活性物質的特性進行選擇。較佳的經取代物的結構可列舉與R3 中的經取代物的結構相同者。再者,於包含取代基的情況下,較佳的態樣為芳基的碳數以亦包括取代基具有的碳的數量在內而碳數為6~15的方式適宜選擇。作為碳數6~15的芳基的具體例,可列舉關於R3 的說明中示出者。
通式(2)的R5 及R6 中的碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數2~10的烯基、碳數2~6的醯氧基均可為未經取代物、經取代物中任一者,可根據活性物質的特性進行選擇。再者,包含取代基的情況下的碳數為亦包括取代基具有的碳的數量在內的碳數。關於較佳的經取代物及具體例,可列舉關於R3 或R4 的說明中示出者。
作為可用作通式(2)所表示的聚矽氧烷的提供具有R3 及R4 的結構單元的原材料的有機矽烷的具體例,可較佳地使用苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、對羥基苯基三甲氧基矽烷、對甲苯基三甲氧基矽烷、對苯乙烯基三甲氧基矽烷、對甲氧基苯基三甲氧基矽烷、1-(對羥基苯基)乙基三甲氧基矽烷、2-(對羥基苯基)乙基三甲氧基矽烷、4-羥基-5-(對羥基苯基羰氧基)戊基三甲氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、1-萘基三甲氧基矽烷、2-萘基三甲氧基矽烷、1-萘基三乙氧基矽烷、2-萘基三乙氧基矽烷、蒽三甲氧基矽烷。其中,就成本的方面而言,較萘環、蒽環等具有多環的芳基者而言,更佳為苯環般具有單環的芳基者。
作為可用作通式(2)所表示的聚矽氧烷的提供具有R5 及R6 的結構單元的原材料的有機矽烷的具體例,可列舉:四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、四乙醯氧基矽烷等四官能性矽烷、甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、甲基三異丙氧基矽烷、甲基三正丁氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、乙基三異丙氧基矽烷、乙基三正丁氧基矽烷、正丙基三甲氧基矽烷、正丙基三乙氧基矽烷、正丁基三甲氧基矽烷、正丁基三乙氧基矽烷、正己基三甲氧基矽烷、正己基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、三氟甲基三甲氧基矽烷、三氟甲基三乙氧基矽烷、3,3,3-三氟丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基三乙氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷等三官能性矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二甲基二乙醯氧基矽烷、二正丁基二甲氧基矽烷、(3-縮水甘油氧基丙基)甲基二甲氧基矽烷、(3-縮水甘油氧基丙基)甲基二乙氧基矽烷等二官能性矽烷。再者,該些有機矽烷可單獨使用,亦可將兩種以上組合而使用。
另外,作為特佳者,可列舉:R3 為經取代或未經取代的苯基、特佳為未經取代的苯基、R4 為碳數1至6的烷氧基、特佳為甲氧基、R5 及R6 中一者為碳數1~6的烷基、特佳為甲基、另一者為碳數1~6的烷氧基、特佳為甲氧基的聚矽氧烷。
通式(2)所表示的聚矽氧烷例如可藉由如下方式而獲得:將有機矽烷化合物水解後,使該水解物於溶媒的存在下、或無溶媒下進行縮合反應。水解反應的各種條件例如酸濃度、反應溫度、反應時間等可考慮反應規模、反應容器的大小、形狀等而適宜設定,例如較佳為於溶媒中歷時1分鐘~180分鐘對有機矽烷化合物添加酸觸媒及水後,於室溫~110℃下反應1分鐘~180分鐘。藉由於此種條件下進行水解反應,可抑制急遽的反應。反應溫度更佳為30℃~130℃。
水解反應較佳為於酸觸媒的存在下進行。作為酸觸媒,可例示:鹽酸、氫溴酸、氫碘酸等鹵化氫系無機酸、硫酸、硝酸、磷酸、六氟磷酸、六氟銻酸、硼酸、四氟硼酸、鉻酸等其他無機酸、甲磺酸、乙磺酸、苯磺酸、對甲苯磺酸、三氟甲磺酸等磺酸、乙酸、檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、乳酸、草酸、酒石酸、丙酮酸、檸檬酸、琥珀酸、富馬酸、蘋果酸等羧酸。本發明中,就摻雜性的觀點而言,酸觸媒較佳為儘量不含除矽、氫、碳、氧、氮、磷以外的原子,且較佳為使用磷酸、甲酸、乙酸、羧酸系的酸觸媒。 其中較佳為磷酸。
相對於水解反應時所使用的所有有機矽烷化合物100質量份,酸觸媒的較佳的含量較佳為0.1質量份~5質量份。藉由將酸觸媒的量設為所述範圍,可容易地控制水解反應以使其必要且充分地進行。
有機矽烷化合物的水解反應及該水解物的縮合反應中所使用的溶媒並無特別限定,可考慮樹脂組成物的穩定性、塗佈性、揮發性等而適宜選擇。另外,可組合兩種以上的溶媒,亦可於無溶媒下進行反應。作為溶媒的具體例,可列舉:甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇、第三丁醇、1-甲氧基-2-丙醇、戊醇、4-甲基-2-戊醇、3-甲基-2-丁醇、3-甲基-3-甲氧基-1-丁醇、1-第三丁氧基-2-丙醇、二丙酮醇等醇類;乙二醇、丙二醇等二醇類;乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚、丙二醇第三丁醚、丙二醇正丁醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、二乙醚、二乙二醇甲基乙醚、二丙二醇正丁醚、二丙二醇單甲醚、二異丙醚、二正丁醚、二苯基醚、二乙二醇乙基甲醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇單丁醚等醚類;甲基乙基酮、乙醯丙酮、甲基丙基酮、甲基丁基酮、甲基異丁基酮、二異丁基酮、環戊酮、2-庚酮、二異丁基酮、環己酮、環庚酮等酮類;二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺等醯胺類;乙酸異丙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙醯乙酸乙酯、乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單乙醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、二乙二醇丁醚乙酸酯、1,3-丁二醇二乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、三乙醯基甘油等乙酸酯類;甲苯、二甲苯、己烷、環己烷、苯甲酸乙酯、萘、1,2,3,4-四氫萘等芳香族或脂肪族烴、γ-丁內酯、N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基咪唑啶酮、二甲基亞碸、碳酸伸丙酯等。
(活性物質) 本發明中,活性物質可用作鋰離子電池的電極材料,是指可與電池的充放電相對應而吸藏及釋出、或者釋出及吸藏鋰離子的材料,活性物質只要為可吸藏及釋出、或者釋出及吸藏鋰離子的材料,則並無特別限制。作為正極活性物質,例如可列舉包含鋰與過渡金屬元素的鋰化合物。包含鋰與過渡金屬元素的鋰化合物例如可列舉:鈷酸鋰(LiCoO2 )、鎳酸鋰(LiNiO2 )、鎳錳複合鋰化合物(Li(Nix Mn1-x )O2 )、鎳鈷錳複合鋰化合物(Li(Nix Coy Mn1-x-y )O2 )、鎳鈷複合鋰化合物(Li(Nix Co1-x )O2 )、鎳鈷鋁複合鋰化合物(Li(Nix Co1-x-y Aly )O2 )、錳酸鋰(LiMn2 O4 )、作為具有尖晶石型結構的複合鋰化合物的鎳錳複合鋰化合物(Li(Ni1/4 Mn3/4 )2 O4 )、作為磷酸鹽鋰化合物的磷酸鐵鋰(LiFePO4 )及磷酸錳鋰(LiMnPO4 )、Li2 Mn3/4 Ni1/3 O3 。特別是就提高能量密度的觀點而言,較佳為包含鎳的化合物。
作為負極活性物質,可列舉包含碳、矽、鈦、錫、鋁及鍺等能夠與鋰進行合金化的元素的化合物。特別是就提高能量密度的觀點而言,較佳為包含矽、錫、鍺的化合物。
再者,此處作為形成有表面塗佈層的對象的活性物質的形狀,可為球狀、旋轉橢圓體、幾何學形狀、不規則的塊狀、薄片形狀等粒狀體。
本發明的具有表面塗佈層的活性物質藉由所述樹脂而活性物質的表面被塗佈。典型而言,表面塗佈層可藉由使所述樹脂溶解於溶媒中,塗佈於活性物質的表面並將溶媒乾燥來設置。
就利用所述樹脂充分包覆活性物質的表面的觀點而言,塗佈劑中包含的樹脂的濃度較佳為0.001質量%以上,進而佳為0.1質量%以上。另外,就於塗佈的步驟中抑制活性物質粒子凝聚的觀點而言,較佳為20質量%以下,更佳為5質量%以下。
作為塗佈劑中使用的溶媒,只要為溶解有樹脂者,則並無特別限定,可較佳地使用N-甲基-2-吡咯啶酮、N-甲基己內醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、二甲基咪唑啉等非質子性極性溶媒、苯酚、間甲酚、氯苯酚、硝基苯酚等酚系溶媒、多磷酸、於磷酸加入五氧化二磷而成的磷系溶媒等。該些可單獨使用,或者將兩種以上組合而使用。
相對於樹脂的總量100質量份,塗佈劑視需要可含有0.1質量份~10質量份的界面活性劑、胺基丙基三甲氧基矽烷、三甲氧基乙烯基矽烷、三甲氧基縮水甘油氧基矽烷等矽烷偶合劑、三嗪系化合物、啡啉系化合物及三唑系化合物等。藉由含有該些,可進一步提高與活性物質或金屬箔的密接性。
使用塗佈劑於活性物質表面形成塗佈層的方法只要是可形成薄且均勻的表面塗佈層的方法,則並無特別限定。例如可藉由在向活性物質供給塗佈劑的同時加以混合,進行活性物質表面的包覆處理,之後使包覆的塗佈劑乾燥來製造。
具體而言,例如可使用轉動流動塗佈法。即,於使活性物質轉動的同時向活性物質噴霧所述塗佈劑,於噴霧後亦藉由活性物質的轉動將活性物質與塗佈劑混合,使塗佈劑延伸至活性物質表面。藉此利用塗佈劑整體包覆活性物質的表面。之後,使塗佈劑乾燥,製造於活性物質表面整體包覆有樹脂的具有表面塗佈層的活性物質。
轉動流動塗佈法可使用加熱攪拌裝置來實施。即,活性物質的轉動是利用加熱攪拌裝置的葉片轉子(攪拌葉片)與供氣熱風進行,自加熱攪拌裝置的噴霧區域向轉動的活性物質噴霧塗佈劑,噴霧後亦持續利用高速旋轉的葉片轉子與供氣熱風來加熱活性物質同時使其轉動,藉此使塗佈劑延伸至活性物質的整個表面,於活性物質表面包覆樹脂。之後亦持續加熱的同時使其轉動,藉此使塗佈劑完全乾燥。再者,葉片轉子亦具有防止塗佈劑的噴霧中與噴霧後的活性物質凝聚的作用。
於樹脂中使用聚醯亞胺前驅物的情況下,藉由在150℃以上的高溫下對塗佈塗佈劑後的活性物質進行熱處理,促進閉環反應,從而獲得具有聚醯亞胺的表面塗佈層的活性物質。
就防止活性物質溶出或體積膨脹引起的活性物質劣化的觀點而言,表面塗佈層的厚度的平均值較佳為1 nm以上,更佳為5 nm以上。另外,就抑制活性物質的界面阻抗的觀點而言,較佳為20 nm以下,更佳為10 nm以下。
表面塗佈層的厚度可藉由利用聚光離子束(focused ion beam,FIB)法對設置有表面塗佈層的活性物質進行前處理後,利用穿透式電子顯微鏡對分析試樣的粒子剖面進行拍攝來測定。塗佈層的厚度的平均值具體而言設為如以下般算出的值。對於藉由穿透式電子顯微鏡觀察而獲得的剖面圖像,利用圖像解析-測量軟體,於任意選擇的20個測定對象粒子的各個中,找出於粒子剖面的大致中心正交的兩條直線與表面塗佈層交叉的四個部位,並分別測定所述四個部位的表面塗佈層的厚度。將所獲得的四個部位的表面塗佈層的厚度加以平均並設為一個測定對象粒子的表面塗佈層的厚度。對所述20個測定對象粒子的表面塗佈層的厚度進行算術平均並設為表面塗佈層的厚度的平均值。
再者,於本發明的具有表面塗佈層的活性物質中較佳為活性物質粒子的整個表面被所述樹脂的塗佈層包覆,但於表面塗佈層的厚度為5 nm左右的情況下,可能會產生局部不存在表面塗佈層的情況。即便如此產生活性物質粒子的表面部分性露出的情況,其面積與被表面塗佈層覆蓋的面積相比亦窄,根據本發明的目的判斷認為與粒子的整個表面被包覆的情況實質上相同的情況、具體而言包覆活性物質粒子的表面的總面積的70%以上的情況亦設為包含在本發明的範圍內。
(漿料組成物) 本發明的實施形態的具有表面塗佈層的活性物質視需要可製成添加有溶媒(分散介質)及其他添加劑的漿料組成物。
為了使具有表面塗佈層的活性物質粒子與具有基材及表面塗佈層的活性物質粒子彼此黏著,本發明的實施形態的漿料組成物亦可含有黏合劑樹脂。
作為黏合劑樹脂,可列舉:聚丙烯酸及其金屬鹽、羧基甲基纖維素、聚偏二氟乙烯、苯乙烯丁二烯橡膠、聚羥基苯乙烯、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯胺等。該些可單獨使用或者將多種組合而使用。
就進一步提高接著性的觀點而言,相對於具有表面塗佈層的活性物質100質量份,漿料組成物中的黏合劑樹脂的含量較佳為1質量份以上,更佳為3質量份以上,進而佳為5質量份以上。另外,就減少電極的電阻、增加具有表面塗佈層的活性物質的填充量的觀點而言,較佳為20質量份以下,更佳為15質量份以下,進而佳為12質量份以下。
為了降低電極的電阻,本發明的實施形態的漿料組成物可含有石墨、科琴黑、碳奈米管、乙炔黑、石墨烯等導電性粒子。相對於具有表面塗佈層的活性物質100質量份,漿料組成物中的導電性粒子的含量較佳為0.1質量份以上且20質量份以下。
作為本發明的實施形態的漿料組成物中所使用的溶劑,具體而言,可列舉:水、N-甲基-2-吡咯啶酮、N-環己基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸、γ-丁內酯、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇甲基乙醚等醚類、乙二醇單乙醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯等乙酸酯類、乙醯丙酮、甲基丙基酮、甲基丁基酮、甲基異丁基酮、環戊酮、2-庚酮等酮類、丁醇、異丁醇、戊醇、4-甲基-2-戊醇、3-甲基-2-丁醇、3-甲基-3-甲氧基丁醇、二丙酮醇等醇類、甲苯、二甲苯等芳香族烴類等。該些可單獨使用或加以混合而使用。
本發明的實施形態的漿料組成物可藉由將樹脂、視需要的溶媒及其他添加劑混合並混練來獲得。於混合的情況下,可列舉放入玻璃製燒瓶或不鏽鋼製容器等中,利用機械攪拌器等攪拌的方法、利用行星式攪拌脫泡裝置攪拌的方法等,於混練的情況下,可列舉使用行星式混合機、三輥、球磨機、均質機等的方法。關於混合、混練的條件並無特別限定。
另外,為了去除異物,亦可利用孔徑0.01 μm~100 μm的過濾器過濾混合、混練後的漿料組成物。過濾過濾器的材質有聚丙烯(polypropylene,PP)、聚乙烯(polyethylene,PE)、尼龍(nylon,NY)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)等,較佳為聚乙烯或尼龍。此時,較佳為使用孔徑較具有表面塗佈層的活性物質粒子的粒徑更大的過濾過濾器。
(電極) 可藉由將本發明的實施形態的漿料組成物塗佈於基材的單面或兩面並使其乾燥,來製成電極。
基材可使用導電性基材或具有導電性配線的絕緣基材。
作為導電性基材而較佳者為銅、鋁、不鏽鋼、鎳、金、銀或該些的合金、碳等,但並不限定於該些。特別是更佳為銅、鋁、不鏽鋼、鎳與包含該些的合金。
作為具有導電性配線的絕緣基材,可列舉:使用所述導電性基材中所使用的金屬或包含該些的合金的配線形成於聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯胺、聚酯、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、矽酮樹脂基材上而成者,但並不限定於該些。
電極用於鋰離子電池負極(以下,有時簡稱為「負極」)時的基材一般而言可使用銅箔。電極用於鋰離子電池正極(以下,有時簡稱為「正極」)或電雙層電容器正負極時的基材可使用鋁箔、鎳箔、鈦箔、銅箔等,一般而言可使用鋁箔。
於製造電極時,首先於基材上以1 μm~500 μm的厚度塗佈本發明的實施形態的漿料組成物。於塗佈時可使用網版印刷、輥塗、狹縫塗佈等方法。
於塗佈後,為了去除溶媒,於100℃~250℃下進行10分鐘~24小時熱處理。為了抑制水分的混入,較佳為於氮氣等惰性氣體中或真空中進行加熱。
於熱處理後,根據單元的形狀裁斷,並用於單元的組裝。裁斷時可使用分切機或衝壓機。
(蓄電元件) 將本發明的實施形態的電極經由間隔件積層多個而成者與電解液一起放入金屬殼體等外裝材料中,並進行密封,藉此可獲得二次電池或電雙層電容器等蓄電元件。
作為間隔件的例子,可列舉聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴、或纖維素、聚苯硫醚、芳族聚醯胺、聚醯亞胺等微多孔膜或不織布等。
為了提高耐熱性,亦可於間隔件的表面塗佈陶瓷等。
電解液中使用的溶媒發揮可使參與電池的電化學反應的離子移動的介質的作用。作為較佳的溶媒,可列舉:碳酸酯系、酯系、醚系、酮系、醇系、非質子性溶媒。
作為碳酸酯系溶媒,可列舉:碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基丙酯(MPC)、碳酸乙基丙酯(EPC)、碳酸甲基乙酯(MEC)、碳酸乙基甲酯(EMC)、碳酸伸乙酯(EC)、碳酸伸丙酯(PC)、碳酸伸丁酯(BC)等。
作為酯系溶媒,可列舉:乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、甲基丙酸鹽、乙基丙酸鹽、γ-丁內酯、癸內酯、戊內酯、甲羥戊酸內酯(mevalonolactone)、己內酯等。
作為醚系溶媒,可列舉:二丁醚、四乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氫呋喃、四氫呋喃等。作為所述酮系溶媒,可列舉環己酮等。
作為醇系溶媒,可列舉乙醇、異丙醇等。
作為非質子性溶媒,可列舉:甲苯基類、二甲基甲醯胺等醯胺類、1,3-二氧雜環戊烷等二氧雜環戊烷類、環丁碸類等。
亦可使用該些中的兩種以上,含量比可根據目標電池的性能而適宜選擇。例如於碳酸酯系溶媒的情況下,較佳為以1:1~1:9的體積比將環狀碳酸酯與鏈狀碳酸酯組合而使用,可提高電解液的性能。
作為電解液中使用的電解質的例子,可列舉:六氟磷酸鋰、氟硼酸鋰、過氯酸鋰等鋰鹽、四乙基銨四氟硼酸鹽、三乙基甲基銨四氟硼酸鹽等銨鹽等。 [實施例]
以下列舉實施例以更詳細地說明本發明,但本發明不受該些實施例的限制。再者,實施例中的樹脂及具有表面塗佈層的活性物質的評價是利用以下方法來進行。
(1)具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的測定 利用聚光離子束(FIB)法以剖面露出的方式對被測定物進行加工後,利用穿透式電子顯微鏡對分析試樣的粒子的剖面進行拍攝,藉此測定表面塗佈層的厚度。再者,所述前處理是使用日立高新技術股份有限公司製造的聚光離子束加工裝置(FB-2000A),剖面的拍攝是使用日本電子股份有限公司製造的穿透式電子顯微鏡(JEM-ARM200F)。表面塗佈層的「平均厚度」是利用三谷商事股份有限公司製造的圖像解析-測量軟體(WinRoof6.1.1),對於所獲得的剖面圖像,於任意選擇的20個測定對象粒子的各個中,找出於粒子剖面的大致中心正交的兩條直線與表面塗佈層交叉的四個部位,並分別測定所述四個部位的表面塗佈層的厚度。將所獲得的四個部位的表面塗佈層的厚度加以平均並設為一個測定對象粒子的表面塗佈層的厚度。對所述20個測定對象粒子的表面塗佈層的厚度進行算術平均並設為表面塗佈層的平均厚度。進而,關於所述20個測定對象粒子的表面塗佈層的厚度,將與求出的平均厚度的差分加以平方後所得者的總和除以試樣數20,進而求出其平方根,藉此求出厚度的標準偏差。
(2)電極的製作 將實施例或比較例的活性物質80質量份、固體成分濃度10%的PVdF(日本蘇威特種聚合物(Solvay Specialty Polymers Japan)股份有限公司製造、商品名「Solef 5120」)15質量份、作為導電助劑的乙炔黑5質量份、與適量的NMP混練後加以稀釋,從而獲得漿料狀的膏。使用刮刀將所獲得的膏於作為正極評價時塗佈於鋁箔(厚度20 μm)上,於作為負極評價時塗佈於銅箔(厚度16 μm)上,於150℃下乾燥30分鐘來製成電極。進而,將該電極的塗佈部衝壓為直徑16 mm的圓形,於150℃下進行24小時的真空乾燥,從而製作電極。
(3)電池特性評價 將所製作的電極切成直徑15.9 mm的圓形,將切成直徑16.1 mm的圓形的厚度0.2 mm的鋰箔作為相對電極,將切成直徑17 mm的圓形的賽爾格德(Celgard)#2400(賽爾格德(Celgard)公司製造)作為間隔件,將含有1 M的LiPF6 的碳酸伸乙酯:碳酸二乙酯=7:3的溶媒作為電解液,從而製作2032型紐扣電池(coin cell)。將所獲得的紐扣電池設置於充放電試驗機(逸音電子(ASKA Electron)(股)製造、製品名「ACD-01充放電試驗裝置」),並進行電氣化學評價。
對於如所述般製作的紐扣電池,於作為正極評價的情況下,充電電壓設為4.3 V,放電電壓設為3.0 V,於作為負極評價的情況下,充電電壓設為0.0 V,放電電壓設為1.5 V,以充放電速率1C進行第一循環的充放電。另外,之後於同樣的條件下重覆進行29次充放電,關於共計30循環,測定各循環的充電電容及放電電容。
依據以下的式子來算出初始效率及電容維持率。 初始效率(%)=(第一循環的放電電容/第一循環的充電電容)×100 電容維持率(%)=(第三十循環的放電電容/第一循環的放電電容)×100 電容維持率越高而循環特性越良好。
以下表示合成例中以簡稱表示的化合物的內容。 NMP:N-甲基-2-吡咯啶酮(三菱化學(股)製造) PMDA:均苯四甲酸酐(大賽璐(Daicel)(股)製造) BTDA:3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐(大賽璐(Daicel)(股)製造) BPDA:3,3',4,4'-聯苯四羧酸二酐(三菱化學(股)製造) ODPA:3,3',4,4'-二苯基醚四羧酸二酐(JSR貿易(JSR Trading)(股)製造) DAE:4,4'-二胺基二苯基醚(和歌山精化工業(股)製造) PDA:對苯二胺(東京化成工業(股)製造) mPDA:間苯二胺(東京化成工業(股)製造) 3,3'-DDS:3,3'-二胺基二苯基碸(和歌山精化工業(股)製造) SiDA:1,3-雙(3-胺基丙基)四甲基二矽氧烷(信越化學(股)製造) 6FAP:2,2-雙(3-胺基-4-羥基苯基)六氟丙烷(安智電子材料(AZ Electronic Materials)製造) TAC:偏苯三甲酸酐氯化物(三菱瓦斯化學(股)製造) IPC:間苯二甲醯氯(庵原化學工業(Iharanikkei chemical industry)(股)製造) KF-8010:兩末端胺改質矽酮油(所述通式(3)中n4 =10的化合物為主成分)(信越化學(股)製造) 合成例1:樹脂A的合成 於乾燥氮氣流下,使PDA 7.79 g(0.072 mol)、DAE 4.81 g(0.024 mol)與SiDA 0.99 g(0.004 mol)溶解於NMP 98.98 g中,進而投入BPDA 28.83 g(0.098 mol),浸漬於60℃的油浴中並攪拌6小時,獲得樹脂A的30%NMP溶液。樹脂A是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含4莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例2:樹脂B的合成 於乾燥氮氣流下,使DAE 19.62 g(0.098 mol)、SiDA 0.99 g(0.004 mol)溶解於NMP 106.29 g中,進而投入BTDA 9.67 g(0.030 mol)與PMDA 15.27 g(0.070 mol),浸漬於40℃的油浴中並攪拌6小時,獲得樹脂B的30%NMP溶液。樹脂B是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含3.92莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例3:樹脂C的合成 於乾燥氮氣流下,使PDA 10.81 g(0.100 mol)溶解於NMP 92.51 g中,進而投入BPDA 28.83 g(0.098 mol),浸漬於40℃的油浴中並攪拌6小時,獲得樹脂C的20%NMP溶液。樹脂C是不包含矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例4:樹脂D的合成 於乾燥氮氣流下,使6FAP 17.58 g(0.048 mol)、3,3'-DDS 11.92 g(0.048 mol)與SiDA 0.99 g(0.004 mol)溶解於NMP 142.08 g中。進而投入ODPA 30.40 g(0.098 mol),浸漬於40℃的油浴中並攪拌2小時後,將油浴升溫至200℃進而攪拌6小時。利用適量的NMP稀釋所獲得的溶液,從而獲得樹脂D的30%NMP溶液。樹脂D是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含4莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺。
合成例5:樹脂E的合成 於乾燥氮氣流下,使mPDA 5.19 g(0.048 mol)、DAE 9.61 g(0.048 mol)與SiDA 0.99 g(0.004 mol)溶解於NMP 54.52 g中。之後將燒瓶冰浴冷卻,於將溶液的溫度保持在30℃以下的同時滴加溶解於NMP 30.00 g中的TAC 20.43 g(0.097 mol)。裝入總量後於30℃下反應4小時。將該溶液投入至水3 L中,過濾分離所獲得的沈澱,利用水1.5 L清洗三次。利用通風烘箱使清洗後的固體乾燥三天。對於所獲得的固體,利用惰性烘箱(光洋熱系統(KOYO thermo system)製造、INH-9)以氧濃度20 ppm以下的方式流通氮的同時,於50℃下加熱30分鐘後,以每分鐘3.5℃的速度升溫至260℃,於260℃下熱處理1小時,從而獲得樹脂E的固體。使所獲得的固體溶解於適量的NMP中,從而獲得樹脂E的30%NMP溶液。樹脂E是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含4莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為97莫耳%的聚醯胺醯亞胺。
合成例6:樹脂F的合成 於乾燥氮氣流下,使mPDA 5.19 g(0.048 mol)、DAE 9.61 g(0.048 mol)與SiDA 0.99 g(0.004 mol)溶解於NMP 52.81 g中。之後將燒瓶冰浴冷卻,於將溶液的溫度保持在30℃以下的同時滴加溶解於NMP 30.00 g中的IPC 19.69 g(0.097 mol)。裝入總量後於30℃下反應4小時。將該溶液投入至水3 L中,過濾分離所獲得的沈澱,利用水1.5 L清洗三次。利用通風烘箱使清洗後的固體乾燥三天,從而獲得樹脂F的固體。使所獲得的固體溶解於適量的NMP中,從而獲得樹脂F的30%NMP溶液。樹脂F是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含4莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為97莫耳%的聚醯胺。
合成例7:樹脂G的合成 將NMP的量自98.98 g變更為98.64 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為5.41 g(0.027 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為0.25 g(0.001 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂G的30%NMP溶液。樹脂G是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含1莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例8:樹脂H的合成 將NMP的量自98.98 g變更為99.43 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為4.00 g(0.020 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為1.99 g(0.008 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂H的30%NMP溶液。樹脂H是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含8莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例9:樹脂I的合成 將NMP的量自98.98 g變更為98.84 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為5.59 g(0.0279 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為0.02 g(0.0001 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂I的30%NMP溶液。樹脂I是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含0.1莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例10:樹脂J的合成 將NMP的量自98.98 g變更為99.88 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為3.20 g(0.016 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為2.98 g(0.012 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂J的30%NMP溶液。樹脂J是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含12莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例11:樹脂K的合成 將NMP的量自98.98 g變更為99.85 g,將PDA的量自7.79 g(0.072 mol)變更為7.57 g(0.070 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂K的30%NMP溶液。樹脂K是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含4.08莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為102莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例12:樹脂L的合成 將NMP的量自98.98 g變更為104.69 g,代替0.99 g(0.004 mol)的SiDA而使用3.44 g(0.004 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂L的30%NMP溶液。樹脂L是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含4莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例13:樹脂M的合成 將NMP的量自98.98 g變更為99.51 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為5.41 g(0.027 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為0.25 g(0.001 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂M的30%NMP溶液。樹脂M是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含1莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為100莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例14:樹脂N的合成 將NMP的量自98.98 g變更為100.30 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為4.00 g(0.020 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為1.99 g(0.008 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂N的30%NMP溶液。樹脂N是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含8莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為100莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例15:樹脂O的合成 將NMP的量自98.98 g變更為99.41 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為5.59 g(0.0279 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為0.02 g(0.0001 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂O的30%NMP溶液。樹脂O是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含0.1莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為100莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例16:樹脂P的合成 將NMP的量自98.98 g變更為100.75 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為3.20 g(0.016 mol),將SiDA的量自0.99 g(0.004 mol)變更為2.98 g(0.012 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂P的30%NMP溶液。樹脂P是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含12莫耳%的通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為100莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例17:樹脂Q的合成 將NMP的量自98.98 g變更為100.07 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為5.41 g(0.027 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用0.86 g(0.001 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂Q的30%NMP溶液。樹脂Q是相對於所有二胺成分殘基100莫耳份包含1莫耳份的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例18:樹脂R的合成 將NMP的量自98.98 g變更為110.84 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為4.00 g(0.020 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用6.88 g(0.008 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂R的30%NMP溶液。樹脂R是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含8莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例19:樹脂S的合成 將NMP的量自98.98 g變更為98.68 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為5.59 g(0.0279 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用0.09 g(0.0001 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂S的30%NMP溶液。樹脂S是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含0.1莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例20:樹脂T的合成 將NMP的量自98.98 g變更為117.00 g,將DAE的量自4.81 g(0.024 mol)變更為3.20 g(0.016 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用10.32 g(0.012 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂T的30%NMP溶液。樹脂T是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含12莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為98莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例21:樹脂U的合成 將NMP的量自98.98 g變更為105.55 g,將PDA的量自7.79 g(0.072 mol)變更為7.57 g(0.070 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用3.44 g(0.004 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂U的30%NMP溶液。樹脂U是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含4.08莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為102莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例22:樹脂V的合成 將NMP的量自98.98 g變更為100.94 g,將PDA的量自7.79 g(0.072 mol)變更為7.57 g(0.070 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用0.86 g(0.001 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂V的30%NMP溶液。樹脂V是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含1.05莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為105莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例23:樹脂W的合成 將NMP的量自98.98 g變更為111.71 g,將PDA的量自7.79 g(0.072 mol)變更為7.35 g(0.068 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用6.88 g(0.008 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂W的30%NMP溶液。樹脂W是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含8莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為100莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例24:樹脂X的合成 將NMP的量自98.98 g變更為99.55 g,將PDA的量自7.79 g(0.072 mol)變更為7.57 g(0.070 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用0.09 g(0.0001 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂X的30%NMP溶液。樹脂X是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含0.106莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為106莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例25:樹脂Y的合成 將NMP的量自98.98 g變更為117.87 g,將PDA的量自7.79 g(0.072 mol)變更為6.92 g(0.064 mol),將BPDA的量自28.83 g(0.098 mol)變更為29.42 g(0.100 mol),代替SiDA 0.99 g(0.004 mol)而使用10.32 g(0.012 mol)的KF-8010,除此以外與合成例1同樣地獲得樹脂Y的30%NMP溶液。樹脂Y是於設為所有二胺殘基100莫耳%時包含12莫耳%的通式(3)中n4 =10的矽氧烷二胺的殘基、將所有二胺殘基設為100莫耳%時所有酸成分的殘基為100莫耳%的聚醯亞胺前驅物。
合成例26:樹脂Z的合成 向2000 mL的三口燒瓶中裝入164.93 g的甲基三甲氧基矽烷、204.07 g的苯基三甲氧基矽烷、363.03 g的γ-丁內酯,於40℃下攪拌的同時歷時30分鐘添加在水130.76 g中溶解有甲酸1.215 g的甲酸水溶液。滴加結束後,於40℃下攪拌1小時後,升溫至70℃並攪拌30分鐘。之後,將油浴升溫至115℃。於升溫開始1小時後溶液的內溫達到100℃,自該溫度起加熱攪拌1小時(內溫為100℃~110℃)。利用冰浴冷卻所獲得的溶液,獲得聚矽氧烷樹脂Z。聚合溶液的固體成分濃度為39.8質量%。對於該聚矽氧烷樹脂Z的分子量,使用凝膠滲透層析法(GPC)裝置沃特斯(Waters)2690-996(日本沃特斯(Waters)(股)製造)並將展開溶媒設為四氫呋喃來進行測定,以聚苯乙烯換算計來計算重量平均分子量(Mw),結果為2200。藉此,聚矽氧烷樹脂Z為將含苯基的結構與含甲基的結構分別連結有11個與9個的聚矽氧烷、即相當於通式(1)中n1 =20且通式(2)中n2 =11、n3 =9的樹脂。
實施例1 利用NMP稀釋合成例1中所獲得的樹脂A的30%NMP溶液,製備樹脂A的1%NMP溶液,將其作為塗佈劑。作為活性物質,使用鋰鎳錳鈷氧化物粉末(化學式LiNi0.33 Mn0.33 Co0.33 O2 、日本西格瑪奧德里奇(Sigma Aldrich)合同公司製造、以下為NMC),於塗佈處理中使用攪拌混合裝置(帕烏雷克(Powrex)公司製造、「VG-01型」)來進行以下的操作。再者,該裝置包括的攪拌容器上安裝有:以相對於攪拌容器的底表面而垂直的方向的軸旋轉的設置於底部的攪拌葉片、以及以相對於底表面而水平的方向的軸旋轉的設置於側面上部的攪拌葉片。藉由組合該兩種攪拌葉片,容易於防止活性物質粒子的凝聚的同時以短時間混合塗佈劑與活性物質、以及於利用塗佈劑形成的活性物質表面形成表面塗佈層。
將NMC 500 g投入至攪拌混合裝置的攪拌容器中,於利用兩種攪拌葉片的旋轉(旋轉速度400 rpm)攪拌的同時,自攪拌容器的上部位置向活性物質,利用噴霧方式將所製備的塗佈劑噴霧規定時間,直至達到所需的包覆量。進而回收攪拌90分鐘使塗佈劑於活性物質的表面整個區域延伸而成者、即塗佈劑覆蓋活性物質的表面的全部者,利用理想烘箱PHH-201(愛斯佩克(Espec)(股)製造)於105℃下乾燥120分鐘,從而獲得於表面塗佈有聚醯亞胺前驅物的活性物質。對於該活性物質,利用惰性烘箱(光洋熱系統(KOYO thermo system)製造、INH-9)以氧濃度20 ppm以下的方式流通氮的同時,於50℃下加熱30分鐘後,以每分鐘3.5℃的速度升溫至350℃,於350℃下熱處理1小時,從而獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。
求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.48 nm、標準偏差為0.2928。
將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,利用所述(2)的方法製作電極,利用所述(3)的方法進行電池特性評價,結果初始效率為95%,電容維持率為89%。
實施例2 作為活性物質,使用鋰鎳鈷鋁氧化物(化學式LiNi0.8 Co0.15 Al0.05 O2 、西格瑪奧德里奇(Sigma Aldrich)合同公司製造、以下為NCA),除此以外與實施例1同樣地獲得具有表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.64 nm、標準偏差為0.2089。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為92%,電容維持率為87%。
實施例3 使用樹脂B作為塗佈劑的樹脂,除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.85 nm、標準偏差為0.2235。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為92%,電容維持率為88%。
比較例1 使用樹脂C作為塗佈劑的樹脂,除此以外與實施例1同樣地獲得具有表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為7.04 nm、標準偏差為0.7142。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為79%,電容維持率為43%。
實施例4 使用樹脂D作為塗佈劑的樹脂,不進行利用惰性烘箱的熱處理,除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.70 nm、標準偏差為0.2997。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為93%,電容維持率為87%。
實施例5 使用樹脂E作為塗佈劑的樹脂,不進行利用惰性烘箱的熱處理,除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚醯胺醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.54 nm、標準偏差為0.3142。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為92%,電容維持率為87%。
實施例6 使用樹脂F作為塗佈劑的樹脂,不進行利用惰性烘箱的熱處理,除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚醯胺醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.30 nm、標準偏差為0.2607。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為94%,電容維持率為88%。
實施例7~實施例25 使用表1所示的樹脂作為塗佈劑的樹脂,除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。與實施例1同樣地求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度與標準偏差。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價。
實施例26 利用γ-丁內酯稀釋樹脂Z來製備1%的γ-丁內酯溶液,將其作為塗佈劑,除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚矽氧烷樹脂的表面塗佈層的活性物質。與實施例1同樣地求出所獲得的表面塗佈層的厚度與標準偏差。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為正極活性物質,與實施例1同樣地製作電極,並進行電池特性評價。
將實施例1~實施例26與比較例1的評價結果示於表1中。
[表1]
樹脂 活性物質 塗佈層厚度 電池評價
平均值 標準偏差 初始效率 電容維持率
實施例1 樹脂A NMC 5.48 nm 0.2928 95% 89%
實施例2 樹脂A NCA 5.64 nm 0.2089 92% 87%
實施例3 樹脂B NMC 5.85 nm 0.2235 92% 88%
實施例4 樹脂D NMC 5.70 nm 0.2997 93% 87%
實施例5 樹脂E NMC 5.54 nm 0.3142 92% 87%
實施例6 樹脂F NMC 5.30 nm 0.2607 94% 88%
實施例7 樹脂G NMC 5.66 nm 0.2081 90% 77%
實施例8 樹脂H NMC 5.22 nm 0.1892 93% 78%
實施例9 樹脂I NMC 5.42 nm 0.2055 93% 67%
實施例10 樹脂J NMC 5.51 nm 0.2142 90% 66%
實施例11 樹脂K NMC 5.57 nm 0.3454 82% 87%
實施例12 樹脂L NMC 6.61 nm 1.6081 90% 84%
實施例13 樹脂M NMC 5.25 nm 0.2081 81% 77%
實施例14 樹脂N NMC 5.48 nm 0.2089 83% 78%
實施例15 樹脂O NMC 5.50 nm 0.2142 81% 66%
實施例16 樹脂P NMC 5.39 nm 0.2235 82% 65%
實施例17 樹脂Q NMC 6.70 nm 1.5092 93% 72%
實施例18 樹脂R NMC 6.63 nm 2.2965 95% 73%
實施例19 樹脂S NMC 6.61 nm 2.0036 95% 62%
實施例20 樹脂T NMC 6.71 nm 1.8755 93% 61%
實施例21 樹脂U NMC 6.64 nm 2.2476 83% 83%
實施例22 樹脂V NMC 7.21 nm 2.2673 80% 74%
實施例23 樹脂W NMC 6.76 nm 1.6008 82% 72%
實施例24 樹脂X NMC 6.63 nm 2.0790 80% 61%
實施例25 樹脂Y NMC 6.84 nm 1.5277 83% 63%
實施例26 樹脂Z NMC 7.00 nm 2.1853 82% 55%
比較例1 樹脂C NMC 7.04 nm 0.7142 79% 43%
實施例27 作為活性物質,使用矽(金屬矽)粉末(福田金屬箔粉工業(股)製造、表2中以Si表示),除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.53 nm、標準偏差為0.2448。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,利用所述(2)的方法製作電極,利用所述(3)的方法進行電池特性評價,結果初始效率為91%,電容維持率為89%。
實施例28 作為活性物質,使用一氧化矽粉末(大阪鈦科技(OSAKA Titanium technologies)(股)製造、表2中以SiO表示),除此以外與實施例1同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.55 nm、標準偏差為0.2792。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為92%,電容維持率為87%。
實施例29 使用樹脂B作為塗佈劑的樹脂,除此以外與實施例27同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.60 nm、標準偏差為0.2415。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為88%,電容維持率為87%。
比較例2 使用樹脂C作為塗佈劑的樹脂,除此以外與實施例27同樣地獲得具有表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為6.86 nm、標準偏差為0.7142。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為76%,電容維持率為39%。
實施例30 使用樹脂D作為塗佈劑的樹脂,不進行利用惰性烘箱的熱處理,除此以外與實施例27同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.78 nm、標準偏差為0.2860。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為95%,電容維持率為88%。
實施例31 使用樹脂E作為塗佈劑的樹脂,不進行利用惰性烘箱的熱處理,除此以外與實施例27同樣地獲得具有聚醯胺醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.64 nm、標準偏差為0.2604。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為88%,電容維持率為88%。
實施例32 使用樹脂F作為塗佈劑的樹脂,不進行利用惰性烘箱的熱處理,除此以外與實施例27同樣地獲得具有聚醯胺醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。求出所獲得的具有表面塗佈層的活性物質的表面塗佈層的厚度的平均值與標準偏差,結果平均值為5.78 nm、標準偏差為0.3387。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價,結果初始效率為86%,電容維持率為89%。
實施例33~實施例51 使用表2所示的樹脂作為塗佈劑的樹脂,除此以外與實施例27同樣地獲得具有聚醯亞胺樹脂的表面塗佈層的活性物質。與實施例27同樣地求出所獲得的表面塗佈層的厚度與標準偏差。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價。
實施例52 利用γ-丁內酯稀釋樹脂Z來製備1%的γ-丁內酯溶液,將其作為塗佈劑,除此以外與實施例27同樣地獲得具有聚矽氧烷樹脂的表面塗佈層的活性物質。與實施例27同樣地求出所獲得的表面塗佈層的厚度與標準偏差。將所獲得的具有表面塗佈層的活性物質設為負極活性物質,與實施例27同樣地製作電極,並進行電池特性評價。
將實施例27~實施例52與比較例2的評價結果示於表2中。
[表2]
樹脂 活性物質 塗佈層厚度 電池評價
平均值 標準偏差 初始效率 電容維持率
實施例27 樹脂A Si 5.53 nm 0.2448 91% 89%
實施例28 樹脂A SiO 5.55 nm 0.2792 92% 87%
實施例29 樹脂B Si 5.60 nm 0.2415 88% 87%
實施例30 樹脂D Si 5.78 nm 0.2860 95% 88%
實施例31 樹脂E Si 5.64 nm 0.2604 88% 88%
實施例32 樹脂F Si 5.78 nm 0.3387 86% 89%
實施例33 樹脂G Si 5.76 nm 0.2111 95% 77%
實施例34 樹脂H Si 5.70 nm 0.3341 87% 78%
實施例35 樹脂I Si 5.51 nm 0.2004 90% 66%
實施例36 樹脂J Si 5.75 nm 0.2757 87% 67%
實施例37 樹脂K Si 5.58 nm 0.2454 82% 88%
實施例38 樹脂L Si 6.92 nm 1.6081 90% 84%
實施例39 樹脂M Si 5.68 nm 0.2448 81% 78%
實施例40 樹脂N Si 5.54 nm 0.2792 83% 76%
實施例41 樹脂O Si 6.04 nm 0.2415 83% 66%
實施例42 樹脂P Si 6.06 nm 0.2860 80% 67%
實施例43 樹脂Q Si 6.78 nm 1.9754 89% 72%
實施例44 樹脂R Si 6.63 nm 2.2520 90% 72%
實施例45 樹脂S Si 7.06 nm 2.2241 90% 63%
實施例46 樹脂T Si 6.69 nm 2.3709 91% 61%
實施例47 樹脂U Si 7.11 nm 1.9810 81% 83%
實施例48 樹脂V Si 6.80 nm 2.4513 83% 72%
實施例49 樹脂W Si 6.88 nm 2.5199 81% 74%
實施例50 樹脂X Si 7.43 nm 2.7744 83% 63%
實施例51 樹脂Y Si 7.02 nm 2.4311 80% 63%
實施例52 樹脂Z Si 7.12 nm 2.5176 80% 57%
比較例2 樹脂C Si 6.86 nm 0.7142 76% 39%

Claims (10)

  1. 一種具有表面塗佈層的活性物質,為於活性物質的表面具有由選自由聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯胺及聚矽氧烷所組成的群組中的至少一種樹脂形成的表面塗佈層的活性物質,所述具有表面塗佈層的活性物質中,所述樹脂包含下述通式(1)所表示的矽氧烷結構,
    Figure 03_image011
    式(1)中,R1 、R2 分別獨立地表示氫原子、羥基、或碳數1~20的一價有機基;n1 為1~10000的整數。
  2. 如請求項1所述的具有表面塗佈層的活性物質,其中所述樹脂為包含下述通式(2)所表示的結構的聚矽氧烷,
    Figure 03_image013
    通式(2)中,R3 表示碳數6~15的芳基,多個R3 可分別相同亦可不同;R4 表示羥基、碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數2~10的烯基、碳數2~6的醯氧基、碳數6~15的芳基中任一者,多個R4 可分別相同亦可不同;R5 及R6 表示羥基、碳數1~6的烷基、碳數1~6的烷氧基、碳數2~10的烯基、碳數2~6的醯基中任一者,多個R5 及R6 可分別相同亦可不同;n2 、n3 為滿足n2 +n3 =2~10000的1~9500的整數;其中,n2 :n3 =95:5~25:75。
  3. 如請求項1所述的具有表面塗佈層的活性物質,其中所述樹脂為選自由聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺及聚醯胺所組成的群組中的至少一種樹脂,所述樹脂包含下述通式(3)所表示的矽氧烷二胺的殘基,
    Figure 03_image015
    通式(3)中,R7 ~R10 分別獨立地表示氫原子、羥基、或碳數1~10的一價有機基,R11 及R12 分別獨立地表示直接鍵或碳數1~10的二價有機基;n4 為1~20的整數。
  4. 如請求項3所述的具有表面塗佈層的活性物質,其中於將所述樹脂中包含的所有二胺殘基設為100莫耳%時,包含0.2莫耳%以上且10莫耳%以下的所述矽氧烷二胺的殘基。
  5. 如請求項4所述的具有表面塗佈層的活性物質,其中於將所述樹脂中包含的所有二胺殘基設為100莫耳%時,包含3莫耳%以上且5莫耳%以下的所述矽氧烷二胺的殘基。
  6. 如請求項3至5中任一項所述的具有表面塗佈層的活性物質,其中於將所述樹脂中包含的所有二胺殘基設為100莫耳%時,所述樹脂中包含的所有酸成分的殘基未滿100莫耳%。
  7. 如請求項3至6中任一項所述的具有表面塗佈層的活性物質,其中所述樹脂包含所述通式(3)中n4 =1的矽氧烷二胺的殘基。
  8. 一種漿料組成物,包含如請求項1至7中任一項所述的具有表面塗佈層的活性物質。
  9. 一種電極,包含如請求項1至7中任一項所述的具有表面塗佈層的活性物質。
  10. 一種蓄電元件,使用如請求項9所述的電極。
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