WO2023127476A1 - 非水系二次電池機能層用スラリー組成物およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layers and a method for producing the same.
- Non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries (hereinafter sometimes referred to as "secondary batteries") are characterized by being small, lightweight, high energy density, and capable of repeated charging and discharging. Used for a wide range of purposes.
- a secondary battery generally includes electrodes (a positive electrode and a negative electrode) and a separator that separates the positive electrode from the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
- the separator has a predetermined function on the surface of the separator base material, such as a porous membrane layer for improving heat resistance and strength, and an adhesive layer for improving adhesion to the electrode.
- a separator provided with a layer for imparting hereinafter, sometimes collectively referred to as "non-aqueous secondary battery functional layer” or “functional layer" has been conventionally used.
- the functional layer comprises, for example, a non-aqueous secondary battery functional layer slurry composition containing components such as a water-insoluble polymer (hereinafter sometimes referred to as "slurry composition"), a separator base material, etc. It is formed by coating on a substrate of and drying the coating film on the substrate.
- slurry composition a water-insoluble polymer
- separator base material a separator base material
- Patent Document 1 a binder that is a polymer having a predetermined functional group and a melamine compound having a volume average particle size within a predetermined range are included, and the total amount of the binder and the melamine compound is A slurry composition for a functional layer is disclosed in which the proportion of a melamine compound in the composition is within a predetermined range. According to the functional layer slurry composition of Patent Document 1, it is possible to form a functional layer capable of firmly adhering to the separator base material, and to improve the rate characteristics of the secondary battery.
- the secondary battery is required to sufficiently suppress heat generation when an internal short circuit occurs.
- secondary batteries are required to have a reduced internal resistance in order to exhibit excellent battery characteristics. That is, there is a demand for a new technique for reducing internal resistance while sufficiently suppressing heat generation during an internal short circuit in a secondary battery.
- the present invention provides a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer capable of forming a functional layer capable of suppressing heat generation during an internal short circuit of a non-aqueous secondary battery and reducing the internal resistance of the non-aqueous secondary battery. and a method for producing the slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer.
- the inventor of the present invention conducted intensive studies with the aim of solving the above problems. Then, the present inventor has proposed a slurry composition containing functional particles containing foaming agent particles, a water-insoluble polymer, a water-soluble polymer, and water, wherein the water-insoluble polymer for the functional particles and the amount ratio of the water-soluble polymer is within a predetermined range, and the total mass of the water-insoluble polymer contained in the slurry composition is determined from the supernatant liquid obtained by standing the slurry composition
- a slurry composition having a ratio of the mass of the dry matter obtained through the treatment of (1) to a predetermined value or less, it is possible to reduce the internal resistance of the non-aqueous secondary battery while suppressing heat generation at the time of an internal short circuit of the secondary battery. and completed the present invention.
- an object of the present invention is to advantageously solve the above-mentioned problems.
- a method for producing a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer according to the following [9] to [10] is provided.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer containing functional particles, a water-insoluble polymer, a water-soluble polymer, and water, wherein the functional particles comprise blowing agent particles;
- the content of the water-insoluble polymer is 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the functional particles, and the content of the water-soluble polymer is 100 parts by mass of the functional particles It is 1 part by mass or more and 10 parts by mass or less per part, and the total mass of the water-insoluble polymer contained in the slurry composition for the non-aqueous secondary battery functional layer is W 0 (g), and the non-aqueous secondary A dried product obtained by allowing the battery functional layer slurry composition to stand still for 1 hour at a temperature of 25° C., solidifying the supernatant liquid with methanol, washing the obtained solidified product with water, and then drying it at a temperature of 60° C.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer which has a value (F sup ) of 10% by mass or less.
- the insoluble content when the polymer is "water-insoluble”, when 0.5 g (solid content conversion) of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25 ° C., the insoluble content is 90% by mass or more. It means that Further, in the present invention, when the polymer is "water-soluble”, when 0.5 g (in terms of solid content) of the polymer is dissolved in 100 g of water at a temperature of 25 ° C., the insoluble content is 1.0% by mass. It means to be less than Further, in the present invention, "F sup " can be more specifically calculated using the method described in Examples.
- the term “functional particles” refers to non-conductive particles used to improve the heat resistance and/or strength of the functional layer, and foaming agent particles that are decomposed by heat to generate non-flammable gas. It is a concept consisting of That is, in the present invention, the "water-insoluble polymer” is not included in the “functional particles” even if it is particulate.
- thermo decomposition temperature of the foaming agent particles is 150°C or higher and 450°C or lower.
- the thermal decomposition temperature of the foaming agent particles can be measured using the method described in Examples.
- the non-aqueous secondary battery function according to any one of [1] to [5] above, wherein the foaming amount of the foaming agent particles at 400°C is 10 cm 3 /g or more at 25°C and 1 atm. Layer slurry composition. As described above, if the foaming amount of the foaming agent particles at 400° C. is 10 cm 3 /g or more at 25° C./1 atm, heat generation at the time of internal short circuit of the secondary battery is further suppressed, and the inside of the secondary battery The resistance can be further reduced.
- the "expansion amount" of the foaming agent particles at 400°C can be measured using the method described in Examples.
- "1 atmospheric pressure" shall mean 101325Pa.
- a method for producing a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer according to any one of [1] to [8] above, wherein the functional particles, the water-insoluble polymer, the water-soluble
- a method for producing a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer comprising a step of removing the organic solvent from a dispersion containing a polymeric polymer, water and an organic solvent.
- the slurry for the non-aqueous secondary battery functional layer comprising the step of removing the organic solvent from the dispersion liquid containing the functional particles containing the expandable particles, the water-insoluble polymer, the water-soluble polymer, water and the organic solvent
- the method for producing the composition it is possible to satisfactorily produce the slurry composition of the present invention, which is excellent in suppressing heat generation during an internal short circuit and capable of forming a secondary battery with reduced internal resistance.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer capable of suppressing heat generation during an internal short circuit of a non-aqueous secondary battery and reducing the internal resistance of the non-aqueous secondary battery. and a method for producing the slurry composition for the non-aqueous secondary battery functional layer.
- the slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer of the present invention can be used for forming a functional layer having functions such as reinforcement and/or adhesion in a non-aqueous secondary battery.
- the manufacturing method of the slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layers of this invention can be used in order to manufacture the slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layers of this invention.
- the slurry composition of the present invention is a composition in which functional particles, a water-insoluble polymer and a water-soluble polymer are dissolved and/or dispersed in water.
- the functional particles need to contain at least foaming agent particles.
- the slurry composition of the present invention may contain components (other components) other than the functional particles, water-insoluble polymer, water-soluble polymer and water.
- the content of the water-insoluble polymer is 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the functional particles, and the content of the water-soluble polymer is It is characterized by being 1 part by mass or more and 10 parts by mass or less per 100 parts by mass of particles and having an F sup of 10% by mass or less.
- the slurry composition of the present invention contains at least functional particles containing foaming agent particles, a water-insoluble polymer, a water-soluble polymer, and water, and the water-insoluble polymer and water-soluble Since the amount ratio of the curable polymer is within the range described above, and the F sup calculated by the formula (1) is equal to or less than the predetermined value, if the slurry composition is used, the internal short circuit of the secondary battery can be prevented. A functional layer capable of suppressing heat generation and reducing the internal resistance of the secondary battery can be produced.
- the slurry composition of the present invention contains foaming agent particles that are thermally decomposed to generate non-flammable gas.
- the foaming agent particles are thermally decomposed to generate a nonflammable gas when an internal short circuit occurs in the secondary battery, thereby cutting the electrical continuity between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, a secondary battery having a functional layer formed using the slurry composition of the present invention is excellent in suppressing heat generation during an internal short circuit.
- the slurry composition of the present invention contains a water-insoluble polymer that can function as a binder within a predetermined range, the adhesiveness of the functional layer formed from the slurry composition is sufficiently ensured. However, it does not excessively increase the internal resistance of the secondary battery.
- F sup is a value obtained by multiplying W 1 /W 0 by 100, as in formula (1), and the denominator W 0 is the total mass of the water-insoluble polymer contained in the slurry composition.
- W1 of the molecule is the mass (g) of the dried product obtained by coagulating the supernatant obtained by standing the slurry composition with methanol, washing the coagulated product with water, and then drying it.
- the supernatant liquid contains the water-insoluble polymer and the water-soluble polymer that are dispersed without adhering to the surfaces of the functional particles such as foaming agent particles. Then, the supernatant liquid is coagulated, and the resulting coagulate is washed with water to wash off the water-soluble polymer. It is thought that this corresponds to the dried product of the water-insoluble polymer that was dispersed without sticking.
- the mass W 1 (g) of the dried product can be treated as a value that correlates with the mass of the water-insoluble polymer dispersed without adhering to the surface of the functional particles in the slurry composition, and the formula ( The F sup obtained in 1) is the proportion of the water-insoluble polymer dispersed in the slurry composition that does not adhere to the surface of the functional particles, in the total mass of the water-insoluble polymer contained in the slurry composition. It can be said that it corresponds to the ratio of mass (% by mass). Then, when the F sup calculated by the formula (1) is 10% by mass or less, it can be said that a sufficient amount of the water-insoluble polymer is attached to the surface of the functional particles.
- the water-insoluble polymer dispersed without adhering to the functional particles It is possible to reduce adverse effects such as clogging of the pores of the separator base material due to coalescence, and suppress an increase in the internal resistance of the secondary battery.
- the water-soluble polymer contained in the slurry composition has the function of imparting thermal stability to the functional layer formed using the slurry composition.
- the amount ratio of the water-soluble polymer to the functional particles is too small, the thermal stability of the functional layer is lowered, resulting in increased heat generation during an internal short circuit in the secondary battery.
- the slurry composition of the present invention contains at least foaming agent particles as functional particles, and optionally contains non-conductive particles.
- the slurry composition of the present invention may contain only foaming agent particles as functional particles, or may contain both foaming agent particles and non-conductive particles.
- the foaming agent particles contained in the slurry composition of the present invention are not particularly limited as long as they are compounds that are thermally decomposed to generate non-flammable gas.
- a compound that generates nitrogen as a nonflammable gas by thermal decomposition is preferable.
- the foaming agent particles may be used singly or in combination of two or more at any ratio.
- Melamine compounds include melamine and melamine derivatives, and salts thereof.
- Examples of melamine and melamine derivatives include compounds represented by the following formula (I).
- each A is independently a hydroxyl group or NR 1 R 2 (R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group, or a hydroxyl group-containing hydrocarbon group;
- R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a hydrocarbon group, or a hydroxyl group-containing hydrocarbon group;
- the plurality of R 1 may be the same or different, and when a plurality of R 2 is present, the plurality of R 2 may be the same or different).
- the hydrocarbon group and hydroxyl group-containing hydrocarbon group for R 1 and R 2 have 2 or more carbon atoms, one or more oxygen atoms (-O- ) may intervene (provided that when two or more oxygen atoms intervene, they shall not be adjacent to each other).
- the number of carbon atoms in the hydrocarbon group and hydroxyl group-containing hydrocarbon group of R 1 and R 2 is not particularly limited, it is preferably 1 or more and 5 or less.
- salts of melamine and melamine derivatives include, but are not particularly limited to, sulfates, cyanurates, and the like.
- melamine and melamine cyanurate are preferable from the viewpoint of further reducing the internal resistance of the secondary battery while further suppressing heat generation during an internal short circuit of the secondary battery.
- Melamine cyanurate is more preferred.
- a melamine compound may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
- blowing agent particles other than the above-mentioned melamine compounds include azobisisobutyronitrile, p-toluenesulfonylhydrazide, 5-methyl-lH-benzotriazole, oxybisbenzenesulfonylhydrazide, trihydrazinetriazine, azodicarbonamide, hydrazodicarbonamide, dinitrosopentamethylenetetramine, p-toluenesulfonyl semicarbazide, p,p'-oxybisbenzenesulfonyl semicarbazide, sodium hydrogen carbonate.
- the other foaming agent particles may be used singly or in combination of two or more at any ratio.
- the thermal decomposition temperature of the foaming agent particles is preferably 150° C. or higher, more preferably 200° C. or higher, even more preferably 250° C. or higher, and particularly preferably 300° C. or higher. , preferably 450° C. or lower, more preferably 400° C. or lower, and even more preferably 380° C. or lower. If the thermal decomposition temperature of the foaming agent particles is 150° C. or higher, the thermal decomposition of the foaming agent particles is suppressed. Internal resistance can be further reduced. On the other hand, if the thermal decomposition temperature of the foaming agent particles is 450° C. or less, the foaming agent particles can easily generate nonflammable gas at appropriate timing, and heat generation during internal short circuit of the secondary battery can be further suppressed.
- the thermal decomposition temperature of the foaming agent particles can be adjusted by changing the type of the foaming agent particles.
- the volume average particle diameter of the foaming agent particles is preferably 200 nm or more, preferably 5000 nm or less, more preferably 4000 nm or less, and even more preferably 3000 nm or less. If the volume average particle diameter of the foaming agent particles is 200 nm or more, the functional layer formed using the slurry composition and the separator substrate can be firmly adhered. On the other hand, if the volume average particle diameter of the foaming agent particles is 5000 nm or less, the functional layer formed using the slurry composition and the separator substrate can be firmly adhered, and the separator having the functional layer can The internal resistance of the secondary battery can be further reduced.
- the "volume average particle size" of the foaming agent particles can be measured using the method described in Examples.
- the foaming amount of the foaming agent particles at 400° C. is preferably 10 cm 3 /g or more, more preferably 15 cm 3 /g or more, and more preferably 20 cm 3 /g or more in terms of 25° C./1 atm. It is even more preferable to have If the foaming amount of the foaming agent particles at 400°C is 10 cm 3 /g or more at 25°C and 1 atm, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced while further suppressing heat generation during an internal short circuit of the secondary battery. can do.
- the upper limit of the foaming amount of the foaming agent particles at 400° C. is not particularly limited, but can be, for example, 500 cm 3 /g or less, and can be 350 cm 3 /g or less.
- the foaming amount of the foaming agent particles can be adjusted by changing the type of the foaming agent particles.
- the functional particles may contain non-conductive particles for the purpose of improving various properties such as heat resistance and strength of the resulting functional layer.
- the non-conductive particles are not particularly limited, and include known non-conductive particles used in secondary batteries. Specifically, as the non-conductive particles, both inorganic fine particles and organic fine particles can be used, but usually inorganic fine particles are used.
- the material of the non-conductive particles is preferably a material that stably exists in the usage environment of the secondary battery and is electrochemically stable.
- non-conductive particles from such a viewpoint include aluminum oxide (alumina), hydrated aluminum oxide (boehmite), silicon oxide, magnesium oxide (magnesia), calcium oxide, titanium oxide (titania), BaTiO. 3 , oxide particles such as ZrO and alumina-silica composite oxides; nitride particles such as aluminum nitride and boron nitride; covalent crystal particles such as silicon and diamond; barium sulfate, calcium fluoride, barium fluoride and the like poorly soluble ionic crystal particles; clay fine particles such as talc and montmorillonite; and the like. Further, these particles may be subjected to element substitution, surface treatment, solid solution treatment, or the like, if necessary.
- the non-conductive particles described above may be used singly or in combination of two or more.
- the glass transition temperature of the organic fine particles is not particularly limited, but is usually 25° C. or higher.
- the "glass transition temperature" of the organic fine particles can be measured in the same manner as the “glass transition temperature” of the water-insoluble polymer described in the examples of this specification.
- the blending amount of the non-conductive particles in the slurry composition is the amount imparted to the functional layer by the non-conductive particles.
- the amount is preferably 100 parts by mass or less, preferably 80 parts by mass or less per 100 parts by mass of the foaming agent particles. More preferably, it is 60 parts by mass or less.
- the water-insoluble polymer is a component that imparts adhesiveness to the functional layer formed on the surface of the separator using the slurry composition.
- the water-insoluble polymer exists in the form of particles dispersed in water in the slurry composition.
- the water-insoluble polymer is not particularly limited as long as it can impart adhesiveness to the functional layer formed on the surface of the separator, and any polymer can be used.
- Preferable examples of water-insoluble polymers include conjugated diene polymers (random polymers and block polymers mainly containing aliphatic conjugated diene monomer units) and their hydrides, aliphatic conjugated dienes/aromatic Monovinyl copolymers (random polymers and block polymers mainly containing aliphatic conjugated diene monomer units and aromatic monovinyl monomer units) and their hydrides, acrylic polymers ((meth)acrylic acid alkyl esters polymers containing mainly monomer units), acrylic acid/acrylamide copolymers (polymers containing mainly (meth)acrylic acid monomer units and (meth)acrylamide monomer units), and the like.
- hydrides of conjugated diene polymers and acrylic polymers are preferred, and hydrides of conjugated diene polymers are more preferred.
- the water-insoluble polymer may be used singly or in combination of two or more at any ratio.
- (meth)acryl means acryl and/or methacryl.
- Aliphatic conjugated diene monomers capable of forming aliphatic conjugated diene monomer units include, for example, 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene (isoprene), 2,3-dimethyl-1 , 3-butadiene, and the like. One type of these may be used alone, or two or more types may be used in combination at an arbitrary ratio.
- aromatic monovinyl monomers capable of forming aromatic monovinyl monomer units include styrene, ⁇ -methylstyrene, pt-butylstyrene, butoxystyrene, vinyltoluene, chlorostyrene, and vinylnaphthalene. be done.
- (Meth)acrylic acid alkyl ester monomers capable of forming (meth)acrylic acid alkyl ester monomer units include, for example, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, t - acrylics such as butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-pentyl acrylate, isopentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, n-tetradecyl acrylate, stearyl acrylate, etc.
- Acid alkyl ester methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-pentyl methacrylate, isopentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl methacrylate, octyl methacrylate, 2 - Methacrylic acid alkyl esters such as ethylhexyl methacrylate, nonyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate, n-tetradecyl methacrylate, stearyl methacrylate and glycidyl methacrylate.
- Methacrylic acid alkyl esters such as ethylhexyl methacrylate, nonyl methacrylate, de
- At least one of acrylic acid and methacrylic acid can be used as the (meth)acrylic acid monomer capable of forming the (meth)acrylic acid monomer unit.
- At least one of acrylamide and methacrylamide can be used as the (meth)acrylamide monomer capable of forming the (meth)acrylamide monomer unit.
- "containing a monomer unit” means "a repeating unit derived from the monomer is contained in the polymer obtained using the monomer".
- mainly containing one or more types of monomer units means "when the amount of all repeating units contained in the polymer is 100% by mass, the amount of the one type of monomer unit It means that the content ratio of the monomer units or the sum of the content ratios of the plural types of monomer units exceeds 50% by mass.”
- the content ratio of various monomer units (repeating units) in the polymer can be measured using nuclear magnetic resonance (NMR) methods such as 1 H-NMR and 13 C-NMR. .
- NMR nuclear magnetic resonance
- the water-insoluble polymer preferably has a functional group.
- the functional groups possessed by the water-insoluble polymer include a carboxylic acid group, a hydroxyl group, an amino group, and a An epoxy group, an oxazoline group, a sulfonic acid group, a nitrile group, an ester group, and an amide group (hereinafter, these functional groups may be collectively referred to as a "specific functional group”) are preferred, and carboxylic acid groups and epoxy groups are preferred. , an ester group is more preferred.
- the water-insoluble polymer may have one type of the specific functional group described above, or may have two or more types.
- the method of introducing the specific functional group into the water-insoluble polymer is not particularly limited.
- the specific functional group-containing monomer is not particularly limited, and known ones can be used.
- monomers having a carboxylic acid group include the above-described (meth)acrylic acid monomers and maleic acid.
- Monomers having an epoxy group include unsaturated glycidyl ethers such as vinyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, butenyl glycidyl ether, o-allylphenyl glycidyl ether; butadiene monoepoxide, chloroprene monoepoxide, 4,5-epoxy- monoepoxides of dienes or polyenes such as 2-pentene, 3,4-epoxy-1-vinylcyclohexene, 1,2-epoxy-5,9-cyclododecadiene; 3,4-epoxy-1-butene, 1,2 - alkenyl epoxides such as epoxy-5-hexene, 1,2-epoxy-9-decene; glycidyl acrylate, glycidyl
- the water-insoluble polymer may contain repeating units (other repeating units) derived from monomers other than the above-mentioned monomers.
- other repeating units include, but are not particularly limited to, crosslinkable monomer units.
- crosslinkable monomers capable of forming crosslinkable monomer units include allyl (meth)acrylate, ethylene di(meth)acrylate, ethylene glycol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, and triethylene glycol.
- Polyfunctional (meth)acrylates such as di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane-tri(meth)acrylate, and the like.
- (meth)acrylate means acrylate and/or methacrylate.
- the method for preparing the water-insoluble polymer is not particularly limited.
- a water-insoluble polymer is produced, for example, by polymerizing a monomer composition containing the above-described monomers in a solvent.
- the content ratio of each monomer in the monomer composition can be determined according to the content ratio of desired monomer units (repeating units) in the water-insoluble polymer.
- the polymerization mode is not particularly limited, and any method such as solution polymerization, suspension polymerization, bulk polymerization, and emulsion polymerization can be used.
- any reaction such as ionic polymerization, radical polymerization, living radical polymerization, various types of condensation polymerization, and addition polymerization can be used.
- known emulsifiers and polymerization initiators can be used as necessary.
- the water solubility/water insolubility of the polymer is determined by the amount of insoluble matter when the polymer is dissolved in water, as described above.
- the amount of insoluble matter when dissolved in water can be adjusted by changing the type and amount of the monomers used in preparing the polymer, the weight average molecular weight of the polymer, and the like.
- the water-insoluble polymer preferably has a glass transition temperature of less than 25°C, more preferably 0°C or less. If the glass transition temperature of the water-insoluble polymer is less than 25°C, the functional layer formed using the slurry composition and the separator substrate can be firmly adhered.
- the lower limit of the glass transition temperature of the water-insoluble polymer is not particularly limited, it can be -100°C or higher, or -50°C or higher, for example.
- the "glass transition temperature" of the water-insoluble polymer can be measured using the method described in Examples.
- the water-insoluble polymer is preferably soluble in an organic solvent having a boiling point of 120° C. or less.
- organic solvents having a boiling point of 120°C or less include acetonitrile (boiling point: 82°C), tetrahydrofuran (boiling point: 66°C), acetone (boiling point: 56.5°C), methyl ethyl ketone (boiling point: 79.64°C), ethylenediamine ( boiling point: 117°C), toluene (boiling point: 110.63°C), cyclopentyl methyl ether (boiling point: 106°C), isopropyl alcohol (boiling point: 82.4°C), and the like.
- the fact that the water-insoluble polymer is "soluble" in an organic solvent means that when 0.5 g of the water-insoluble polymer is dissolved in 100 g of an organic solvent at a temperature of 25 ° C., the It means that the amount of insoluble matter in an organic solvent is less than 50% by mass.
- the "organic solvent-insoluble amount" can be measured using the method described in Examples. The amount of the insoluble matter in the organic solvent can be adjusted by changing the type and amount of the monomer used for preparing the polymer, the weight average molecular weight of the polymer, and the like. For example, by increasing the amount of the epoxy group-containing monomer and/or the crosslinkable monomer used in preparing the polymer, the amount of the insoluble matter in the organic solvent can be increased.
- the content of the water-insoluble polymer in the slurry composition is required to be 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the functional particles, and 0.05 parts by mass or more. is preferably 0.07 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or less, more preferably 8 parts by mass or less, and even more preferably 6 parts by mass or less , 5 parts by mass or less, and particularly preferably 4 parts by mass or less. If the content of the water-insoluble polymer in the slurry composition is less than 0.01 parts by mass per 100 parts by mass of the functional particles, the functional particles may fall off from the functional layer formed on the separator substrate. easier.
- the heat generated by the internal short circuit of the secondary battery increases, the internal resistance of the secondary battery increases, and the battery characteristics deteriorate.
- the content of the water-insoluble polymer in the slurry composition is more than 20 parts by mass per 100 parts by mass of the functional particles, the internal resistance of the obtained secondary battery increases and the battery characteristics deteriorate.
- the content of the water-insoluble polymer in the slurry composition is 10 parts by mass or less per 100 parts by mass of the functional particles, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced.
- the water-soluble polymer can function as a viscosity modifier that adjusts the viscosity of the slurry composition of the present invention, and can function as a component that suppresses heat generation during an internal short circuit in a non-aqueous secondary battery.
- the water-soluble polymer is not particularly limited, but from the viewpoint of further reducing the internal resistance of the secondary battery while further suppressing heat generation during an internal short circuit of the secondary battery, cellulose derivatives, alginic acid and salts thereof ( Alginic acid compounds such as sodium salts, polyacrylic acid compounds such as polyacrylic acid and its salts (sodium salts, etc.), and polyvinyl alcohol are preferred, cellulose derivatives and alginic acid compounds are more preferred, and cellulose derivatives are even more preferred.
- One type of water-soluble polymer may be used alone, or two or more types may be used in combination at an arbitrary ratio.
- Nonionic cellulose derivatives include, for example, methylcellulose, methylethylcellulose, ethylcellulose, alkylcellulose such as microcrystalline cellulose; hydroxyethylcellulose, hydroxybutylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose stearoxyether, hydroxyalkylcellulose such as carboxymethylhydroxyethylcellulose, alkylhydroxyethylcellulose, nonoxynylhydroxyethylcellulose; and the like.
- anionic cellulose derivatives include substituted products obtained by substituting the above nonionic cellulose derivatives with various derivative groups, and salts thereof (sodium salts, ammonium salts, etc.). Specific examples include sodium cellulose sulfate, carboxymethylcellulose (CMC) and salts thereof.
- cationic cellulose derivatives include, for example, low-nitrogen hydroxyethylcellulose dimethyldiallylammonium chloride (polyquaternium-4), O-[2-hydroxy-3-(trimethylammonio)propyl]hydroxyethylcellulose chloride (polyquaternium-10), Chlorinated O-[2-hydroxy-3-(lauryldimethylammonio)propyl]hydroxyethyl cellulose (polyquaternium-24) and the like.
- carboxymethyl cellulose and carboxymethyl cellulose salts are preferable from the viewpoint of further reducing the internal resistance of the secondary battery while further suppressing heat generation during an internal short circuit of the secondary battery.
- the water-soluble polymer preferably has a thermal decomposition temperature of 130° C. or higher, more preferably 140° C. or higher, even more preferably 150° C. or higher, particularly 160° C. or higher. preferable.
- the thermal decomposition temperature of the water-soluble polymer is 130° C. or higher, heat generation during an internal short circuit of the secondary battery can be further suppressed.
- the upper limit of the thermal decomposition temperature of the water-soluble polymer is not particularly limited.
- the thermal decomposition temperature of the water-soluble polymer can be adjusted by changing the type of water-soluble polymer.
- the content of the water-soluble polymer in the slurry composition is required to be 1 part by mass or more and 10 parts by mass or less per 100 parts by mass of the functional particles, and is preferably 1.5 parts by mass or more. Preferably, it is 2 parts by mass or more, more preferably 2.5 parts by mass or more, preferably 8 parts by mass or less, more preferably 7 parts by mass or less, and 6 parts by mass. It is more preferably 5 parts by mass or less, and particularly preferably 5 parts by mass or less.
- the thermal stability of the functional layer is lowered, resulting in internal short circuit of the secondary battery. increased fever.
- the content of the water-soluble polymer in the slurry composition is more than 10 parts by mass per 100 parts by mass of the functional particles, the viscosity of the slurry composition excessively increases and the coatability of the slurry composition decreases. do. Therefore, a uniform functional layer cannot be formed, and heat generation increases when the secondary battery is internally short-circuited.
- the mass ratio of the content of the water-insoluble polymer to the content of the water-soluble polymer in the slurry composition is 0.01 or more. preferably 0.05 or more, still more preferably 0.10 or more, preferably 5.0 or less, more preferably 2.5 or less. It is more preferably 5 or less.
- the water-insoluble polymer/water-soluble polymer (mass ratio) is 0.01 or more, heat generation during an internal short circuit of the secondary battery can be further suppressed.
- the water-insoluble polymer/water-soluble polymer (mass ratio) is 5.0 or less, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced while further suppressing heat generation during an internal short circuit of the secondary battery. be able to.
- the solvent for the slurry composition of the present invention is not particularly limited as long as it contains water.
- the slurry composition of the present invention may contain only water as a solvent, or the solvent may be a mixture of water and an organic solvent.
- the solvent contains only water (that is, the slurry composition of the present invention does not contain an organic solvent. not included).
- the slurry composition of the present invention may contain one organic solvent, or may contain two or more organic solvents.
- the slurry composition of the present invention optionally contains the water-insoluble polymer, Known additives that can be added to the functional layer, such as other polymers that differ in composition and properties from the water-soluble polymer and non-conductive particles (organic fine particles), conductive materials, wetting agents, viscosity modifiers, electrolyte additives, etc. It may contain an agent. In addition, another component may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
- the slurry composition of the present invention preferably further contains a wetting agent. If the slurry composition further contains a wetting agent, it is possible to further reduce the internal resistance of the secondary battery while further suppressing heat generation during an internal short circuit of the secondary battery.
- the wetting agent that the slurry composition of the present invention may optionally contain is not particularly limited, and polyether-based surfactants, sulfonic acid-based surfactants, fluorine-based surfactants, and silicon-based surfactants , acetylenic surfactants, and the like.
- polyether-based surfactants include the product name "Noptex ED052" (manufactured by San Nopco).
- sulfonic acid surfactants include dioctylsulfosuccinic acid and salts thereof.
- fluorosurfactants include the Megafac (registered trademark) series manufactured by DIC, the Futergent (registered trademark) series manufactured by Neos, and the Surflon (registered trademark) series manufactured by AGC.
- silicone-based surfactants include dimethylpolysiloxane.
- acetylenic surfactants include Surfynol (registered trademark) series and Dynol series manufactured by Air Products and Chemicals.
- the content of the above-described wetting agent in the slurry composition is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the functional particles. It is more preferably at least 3 parts by mass, more preferably 3 parts by mass or less, more preferably 2.5 parts by mass or less, and even more preferably 2 parts by mass or less.
- the content of the wetting agent is 0.1 parts by mass or more per 100 parts by mass of the functional particles, the wettability of the slurry composition to the substrate is improved, and the occurrence of repelling is suppressed. Coatability can be improved. Therefore, it is possible to further suppress heat generation when an internal short circuit occurs in the secondary battery.
- the content of the wetting agent is 3 parts by mass or less per 100 parts by mass of the functional particles, the adhesion between the functional layer and the substrate can be improved. Moreover, the internal resistance of the secondary battery can be further reduced.
- the slurry composition of the present invention must have an F sup value of 10% by mass or less, and the F sup value is preferably 8% by mass or less, and is 6% by mass or less. is more preferably 5% by mass or less, even more preferably 4% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or less.
- the value of F sup exceeds 10% by mass, in the functional layer formed using the slurry composition, the water-insoluble polymer causes adverse effects such as clogging the pores of the separator base material, resulting in poor performance of the secondary battery. Battery characteristics deteriorate.
- the lower limit of the value of F sup is not particularly limited, it can be, for example, 0.1% by mass or more, and can be 0.5% by mass or more. Then, the value of F sup can be adjusted by changing the manufacturing method of the slurry composition. Specifically, the value of F sup can be reduced by producing the slurry composition through the organic solvent removal step described below.
- the slurry composition of the present invention preferably has a solid content concentration of 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, preferably 40% by mass or less, and 30% by mass or less. It is more preferable to have If the solid content concentration is within the range described above, the value of F sup calculated by the formula (1) can be lowered, and the desired effect can be exhibited more favorably.
- the slurry composition of the present invention can be produced, for example, using the method for producing a slurry composition of the present invention.
- the method for producing the slurry composition of the present invention is a method for producing the above-described slurry composition of the present invention, comprising the above-described functional particles, water-insoluble polymer and water-soluble polymer, water, and an organic solvent and at least a step of removing the organic solvent (organic solvent removal step) from the dispersion liquid containing
- the following (A) or (B) is performed before the above-described organic solvent removal step: (A) a step of subjecting a composition containing functional particles, a water-insoluble polymer, a water-soluble polymer, water, and an organic solvent to dispersion treatment to obtain a dispersion (dispersion step); or (B) functional particles a step of subjecting a composition containing a water-insoluble polymer and an organic solvent to dispersion treatment to obtain a preliminary dispersion (pre-dispersion step); and adding a water-soluble polymer and water to the preliminary dispersion to obtain a dispersion.
- step (addition step) It is preferable to further include any of the procedures of By using the slurry composition produced through the above-described procedure (A) or (B) before the organic solvent removal step, heat generation during an internal short circuit of the secondary battery can be further suppressed, and the inside of the secondary battery can be The resistance can be further reduced.
- the method for producing the slurry composition of the present invention may include steps (other steps) other than the organic solvent removal step, dispersion step, pre-dispersion step and addition step described above.
- Organic solvent removal step In the organic solvent removing step, the organic solvent is removed from the dispersion containing the functional particles, the water-insoluble polymer, the water-soluble polymer, water, and the organic solvent. It is speculated that the water-insoluble polymer adheres to the surface of the functional particles and precipitates together with the functional particles by carrying out the organic solvent removal step . Good things can be manufactured. Therefore, it is possible to satisfactorily obtain a slurry composition capable of forming a functional layer capable of suppressing heat generation during an internal short circuit of a non-aqueous secondary battery and reducing the internal resistance of the non-aqueous secondary battery.
- the dispersion to be subjected to the organic solvent removal step may contain components (other components) other than the functional particles, water-insoluble polymer, water-soluble polymer, water and organic solvent.
- Other components include, for example, those described above in the section “Slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer”.
- the organic solvent contained in the dispersion is not particularly limited as long as it is an organic solvent in which the water-insoluble polymer in the dispersion is soluble.
- the organic solvent contained in the dispersion should have a boiling point of 120° C. or less. is preferably an organic solvent of Examples of the organic solvent having a boiling point of 120° C. or less include those described above in the section “Slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer”. Among these, toluene is preferred.
- an organic solvent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types by arbitrary ratios.
- the method for removing the organic solvent from the dispersion is not particularly limited as long as the desired effect of the present invention can be obtained. It can be done using a dry method. Among these, from the viewpoint of suppressing the decomposition of each component (functional particles, water-insoluble polymer, water-soluble polymer and other components) in the dispersion and efficiently removing the organic solvent in a short time, Vacuum drying is preferred.
- the drying under reduced pressure is preferably performed using a rotary evaporator.
- various conditions bath temperature, rotation speed, ultimate pressure reduction degree, etc.
- various conditions in vacuum drying using a rotary evaporator can be appropriately set according to the type of organic solvent to be used.
- ⁇ Dispersion process> In the dispersing step of procedure (A) above, a composition containing foaming agent particles, a water-insoluble polymer, a water-soluble polymer, water, an organic solvent, and optionally other components is subjected to a dispersion treatment to obtain a dispersion liquid. to prepare. The dispersion thus obtained can be subjected to the subsequent organic solvent removal step.
- other components in the dispersing step include, for example, the other components described above in the section “Organic solvent removal step”.
- the above-described functional particles, water-insoluble polymer, water-soluble polymer and other components can be dissolved and/or dispersed in a mixed liquid of an organic solvent and water. It is not particularly limited as long as it is a method. Specifically, known mixers such as ball mills, sand mills, bead mills, pigment dispersers, crushers, ultrasonic dispersers, homogenizers, planetary mixers, and Filmix can be used.
- ⁇ Pre-dispersion step> In the preliminary dispersion step of procedure (B) above, a composition containing functional particles, a water-insoluble polymer, an organic solvent, and optionally other components is subjected to a dispersion treatment to prepare a preliminary dispersion.
- other components in the preliminary dispersion step include, for example, the other components described above in the section “Organic solvent removal step”.
- the dispersion treatment method in the preliminary dispersion step is not particularly limited as long as it is a method capable of dissolving and/or dispersing the functional particles, water-insoluble polymer and other components in the organic solvent.
- various mixers that can be used in the dispersion step described above can be used.
- the water-soluble polymer, water, and optionally other components are added to the preliminary dispersion obtained through the preliminary dispersion step to prepare a dispersion.
- the dispersion thus obtained can be subjected to the subsequent organic solvent removal step.
- Other components in the addition step include, for example, the other components described above in the section “Organic solvent removal step”.
- steps are not particularly limited, but for example, a step of adding other components after the above-described organic solvent removal step (additional addition step), or a dispersion treatment after the above-described organic solvent removal step or additional addition step. (post-dispersion step) and the like.
- additional addition step include, for example, the other components described above in the section “Organic solvent removal step”.
- post-dispersion step can be carried out in the same manner as the dispersion step and the pre-dispersion step.
- a separator having a functional layer on a separator substrate (hereinafter sometimes abbreviated as "separator with functional layer") can be provided.
- the functional layer-attached separator comprises a separator base material and a functional layer, and the functional layer is made of the dried slurry composition of the present invention described above.
- the functional layer is formed from the slurry composition of the present invention. can be reduced.
- the functional layer may be formed on both sides of the separator base material, or may be formed on only one side of the separator base material.
- the separator substrate is not particularly limited, but includes known separator substrates such as organic separator substrates.
- the organic separator base material is a porous member made of an organic material.
- polyethylene polyethylene , polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene terephthalate (PET) resins, aromatic polyamide resins, microporous membranes or non-woven fabrics.
- the functional layer is made of the dried slurry composition of the present invention, as described above. That is, the functional layer provided in the separator with a functional layer usually contains at least foaming agent particles, a water-insoluble polymer, and a water-soluble polymer, and optionally non-conductive particles and other components such as a wetting agent. contains the ingredients of In addition, since each component contained in the functional layer was contained in the slurry composition of the present invention, the preferred abundance ratio of each component is It is the same as the preferred abundance ratio of each component.
- a polymer such as a water-insoluble polymer is a polymer having a crosslinkable functional group (e.g., an epoxy group, an oxazoline group, etc.)
- the polymer is Alternatively, it may be crosslinked during heat treatment optionally performed after drying (that is, the functional layer may contain a crosslinked product of the water-insoluble polymer described above).
- the functional layer which is a dried product of the slurry composition, may contain a solvent such as water derived from the slurry composition, but the solvent content in the functional layer may vary depending on the battery characteristics of the secondary battery ( rate characteristics, etc.), it is preferably 3% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, even more preferably 0.1% by mass or less, and 0% by mass or less (detection below the limit) is particularly preferred.
- Examples of the method for forming the functional layer-attached separator include the following methods. 1) A method of supplying the slurry composition of the present invention to the surface of a separator substrate and then drying; and 2) A method of supplying the slurry composition of the present invention onto a release substrate and drying to produce a functional layer. and a method of transferring the obtained functional layer to the surface of the separator substrate. Among these methods, the method 1) is particularly preferable because it facilitates layer thickness control of the functional layer.
- the method 1) includes, in detail, a step of supplying the slurry composition onto the separator substrate (supplying step), and a step of drying the slurry composition coated on the separator substrate to form a functional layer. (drying process).
- examples of the method of supplying the slurry composition onto the separator substrate include a method of applying the slurry composition to the surface of the separator substrate and a method of immersing the separator substrate in the slurry composition. Specific examples of these methods are not particularly limited. are mentioned.
- the method for drying the slurry composition on the separator substrate is not particularly limited, and a known method can be used. Drying methods include, for example, drying with hot air, hot air, low humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with infrared rays, electron beams, or the like.
- Non-aqueous secondary battery A non-aqueous secondary battery can be produced using the functional layer-attached separator, the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution described above. Since such a secondary battery includes a separator with a functional layer formed using the slurry composition of the present invention, it is excellent in suppressing heat generation during an internal short circuit and has a reduced internal resistance.
- ⁇ Positive electrode and negative electrode> Known positive and negative electrodes can be used as the positive and negative electrodes without any particular limitation.
- an organic electrolytic solution in which a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent is usually used.
- a supporting electrolyte for example, a lithium salt is used in a lithium ion secondary battery.
- lithium salts include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi. , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi and the like.
- LiPF 6 , LiClO 4 and CF 3 SO 3 Li are preferable because they are easily dissolved in a solvent and exhibit a high degree of dissociation.
- one electrolyte may be used alone, or two or more electrolytes may be used in combination at an arbitrary ratio.
- lithium ion conductivity tends to increase as a supporting electrolyte with a higher degree of dissociation is used, so the lithium ion conductivity can be adjusted depending on the type of supporting electrolyte.
- the organic solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte.
- carbonates are preferable because they have a high dielectric constant and a wide stable potential region.
- the lower the viscosity of the solvent used the higher the lithium ion conductivity, so the lithium ion conductivity can be adjusted by the type of solvent.
- concentration of the electrolyte in the electrolytic solution can be adjusted as appropriate. Further, known additives may be added to the electrolytic solution.
- the positive electrode and the negative electrode are superimposed via the above separator with a functional layer, and this is rolled or folded according to the shape of the battery as necessary, and placed in a battery container. It can be produced by injecting an electrolytic solution into the container and sealing it.
- a fuse an overcurrent protection element such as a PTC element, an expanded metal, a lead plate, or the like may be provided as necessary.
- the shape of the secondary battery may be, for example, coin-shaped, button-shaped, sheet-shaped, cylindrical, rectangular, or flat.
- the thermal decomposition temperature of the foaming agent particles and the water-soluble polymer the volume average particle size and foaming amount of the foaming agent particles, the glass transition temperature of the water-insoluble polymer, and the amount of the insoluble matter in the organic solvent .
- thermogravimetric analysis using a thermogravimetric differential thermal analyzer (manufactured by Hitachi High-Tech Science, product name "TG/DTA7200"), the temperature was raised from 25 ° C. to 500 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere. While measuring the weight of the foaming agent particles, the temperature (30% weight loss temperature) at which the measured weight became 70% of the mass at the start of measurement (25° C.) was defined as the thermal decomposition temperature of the foaming agent particles.
- thermogravimetric analysis using a thermogravimetric differential thermal analyzer (manufactured by Hitachi High-Tech Science, product name "TG/DTA7200"), the temperature was raised from 25 ° C. to 500 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere. While measuring the weight of the water-soluble polymer, the temperature (30% weight loss temperature) at which the measured weight became 70% of the mass at the start of measurement (25 ° C.) was taken as the thermal decomposition temperature of the water-soluble polymer. .
- a sample for measurement was prepared by adjusting the aqueous dispersion containing the prepared foaming agent particles to a solid content concentration of 0.1%. Then, in the particle size distribution (volume basis) measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (manufactured by Beckman Coulter, product name "LS-13320"), the cumulative volume calculated from the small diameter side is 50%. The particle diameter D50 was defined as the volume average particle diameter.
- LS-13320 laser diffraction particle size distribution analyzer
- ⁇ Amount of insoluble matter in organic solvent> An aqueous dispersion of the water-insoluble polymer was dried in an environment of 50% humidity and 23° C. to 25° C. to prepare a film with a thickness of 3 ⁇ 0.3 mm. Then, the produced film was cut into 5 mm squares to prepare film pieces. About 1 g of these film pieces were accurately weighed, and the weight of the accurately weighed film pieces was defined as WA . Then, the accurately weighed film piece was immersed in 100 g of an organic solvent (at a temperature of 25° C.) for 24 hours. After being immersed for 24 hours, the film piece was pulled out of the organic solvent, vacuum-dried at 105° C.
- Insoluble content in organic solvent (%) (W B /W A ) x 100 Based on this result, it was determined whether or not the water-insoluble polymer was soluble in organic solvents. All of the water-insoluble polymers (polymers A to E) used in the examples and comparative examples of the present application were soluble in toluene. ⁇ F sup > The total mass (charged amount) of the water-insoluble polymer used for preparing the slurry composition was measured in advance, and was designated as W0 . The prepared slurry composition was allowed to stand at 25° C. for 1 hour.
- the supernatant liquid after standing was separated by decantation, and 100 parts of methanol was added to 100 parts of the separated supernatant liquid to solidify.
- An operation of adding 100 parts of water to 10 parts of the coagulum obtained in this manner, stirring, and discarding the water was repeated twice to wash the coagulum with water.
- the water-washed coagulum was dried by leaving it in a constant temperature dryer at 60° C. for 1 hour to obtain a dried material. The mass of this dried product was measured and designated as W1 .
- F sup 100 ⁇ (W 1 /W 0 ) [% by mass] (1)
- F sup was calculated by ⁇ Powder drop>
- the functional layer-attached separators produced in Examples and Comparative Examples were cut with a knife into 5 cm squares for the following Gurley test, and at that time, it was visually inspected whether or not the functional particles fell off from the edges. Then, evaluation was made according to the following criteria.
- DCR relative value is 103 or less
- Suppression of heat generation during internal short circuit (forced internal short circuit test)> The lithium ion secondary batteries in Examples and Comparative Examples were allowed to stand at a temperature of 25° C. for 5 hours after electrolyte injection. Next, it was charged to a cell voltage of 3.65 V by a constant current method at a temperature of 25° C. and 0.2 C, and then subjected to aging treatment at a temperature of 60° C. for 12 hours. Then, the battery was discharged to a cell voltage of 3.00 V by a constant current method at a temperature of 25° C. and 0.2 C.
- CC-CV charging upper limit cell voltage 4.35V
- CC discharge was performed to 3.00V by a 0.2C constant current method. This charge/discharge at 0.2C was repeated three times.
- the battery was charged to 4.35 V (cutoff condition: 0.02 C) by a constant voltage constant current (CC-CV) method at a charging rate of 0.2 C.
- CC-CV constant voltage constant current
- Example 1 ⁇ Preparation of slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer> 100 parts of melamine cyanurate A (volume average particle diameter: 300 nm, thermal decomposition temperature: 350°C, foaming amount at 400°C: 80 cm 3 /g (converted at 25°C and 1 atmosphere)) as foaming agent particles, Carboxymethyl cellulose aqueous solution (thermal decomposition temperature: 180 ° C.) 4 parts (equivalent to solid content) as a coalescence, and polymer A as a water-insoluble polymer (manufactured by Asahi Kasei Corporation, product name “Tuftec (registered trademark) M1911”, conjugated Diene-based polymer hydride (maleic acid-modified styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer), toluene solution with a solid content concentration of 10%) 0.5 parts (equivalent to solid content).
- melamine cyanurate A volume
- a planetary mixer was charged with 48.75 parts of artificial graphite (theoretical capacity of 360 mAh/g), 48.75 parts of natural graphite (theoretical capacity of 360 mAh/g), and 1 part of carboxymethyl cellulose as a solid content as a negative electrode active material. put in. Further, the mixture was diluted with ion-exchanged water to a solid content concentration of 60%, and then kneaded for 60 minutes at a rotational speed of 45 rpm. Thereafter, 1.5 parts of the binder composition for a negative electrode obtained above was added in terms of solid content, and kneaded at a rotation speed of 40 rpm for 40 minutes.
- a negative electrode slurry composition was prepared.
- the negative electrode slurry composition was applied to the surface of a copper foil having a thickness of 15 ⁇ m as a current collector with a comma coater in an amount of 11 ⁇ 0.5 mg/cm 2 .
- the copper foil coated with the negative electrode slurry composition was conveyed at a speed of 400 mm/min in an oven at a temperature of 80° C. for 2 minutes and further in an oven at a temperature of 110° C. for 2 minutes.
- the negative electrode slurry composition on the foil was dried to obtain a negative electrode raw roll in which a negative electrode mixture layer was formed on a current collector.
- the negative electrode mixture layer side of the negative electrode raw fabric thus prepared was roll-pressed under the conditions of a linear pressure of 11 t (tons) under an environment of a temperature of 25 ⁇ 3° C., and the density of the negative electrode mixture layer was 1.60 g/cm 3 .
- a negative electrode was obtained.
- the positive electrode slurry composition was applied onto a 20 ⁇ m-thick aluminum foil serving as a current collector with a comma coater in an amount of 10 ⁇ 0.5 mg/cm 2 . Furthermore, the positive electrode slurry composition on the aluminum foil is dried by conveying it in an oven at a temperature of 90° C. for 2 minutes and then in an oven at a temperature of 120° C. for 2 minutes at a speed of 0.5 m / min.
- a positive electrode raw sheet (lower layer) in which a positive electrode mixture layer was formed on a current collector.
- the positive electrode mixture layer side of the prepared positive electrode material layer was roll-pressed under the conditions of a load of 14 tons (tons) under an environment of a temperature of 25 ⁇ 3° C., and the density of the positive electrode mixture layer was 3.80 g/cm 3 .
- a positive electrode having a thickness of the positive electrode mixture layer of 53 ⁇ m was obtained.
- Example 2 When preparing the slurry composition for the non-aqueous secondary battery functional layer, instead of 0.5 parts of polymer A (equivalent to solid content) as a water-insoluble polymer, polymer B (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., product name "Quintac (registered trademark) 3520", a hydride of a conjugated diene polymer (styrene-isoprene-styrene block copolymer)) Same as in Example 1, except that 0.6 parts (corresponding to the solid content) was used.
- Example 3 A separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer prepared as follows was used. . Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- ⁇ Preparation of slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer 100 parts of melamine cyanurate B (volume average particle diameter: 400 nm, thermal decomposition temperature: 350°C, amount of foaming at 400°C: 80 cm 3 /g (converted at 25°C to 1 atmosphere)) as foaming agent particles, Dispersion treatment in a composition containing 4 parts of a carboxymethyl cellulose aqueous solution as a coalescence (equivalent to solid content) and 5 parts of polymer A (toluene solution with a solid content concentration of 10%) as a water-insoluble polymer (equivalent to solid content) was applied to obtain a dispersion.
- melamine cyanurate B volume average particle diameter: 400 nm, thermal decomposition temperature: 350°C, amount of foaming at 400°C: 80 cm 3 /g (converted at 25°C to 1 atmosphere)
- Heating and decompression treatment (bath temperature 80 ° C., decompression degree 150 Torr) was performed for 1 hour with a rotary evaporator to remove toluene from the dispersion, and then 1.5 parts of Noptex ED052 (manufactured by San Nopco Co., Ltd.) was added as a wetting agent.
- a slurry composition was prepared by stirring with a motor for 30 minutes.
- Example 4 A separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer prepared as follows was used. . Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results. ⁇ Preparation of slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer> 10 parts of melamine cyanurate A as foaming agent particles and 10 parts of toluene were placed in a glass container and mixed, and polymer C (manufactured by Kraton, product name "Kraton G1657", conjugated) as a water-insoluble polymer was added.
- polymer C manufactured by Kraton, product name "Kraton G1657", conjugated
- Hydrogenated diene polymer (styrene-ethylene/butylene-styrene block copolymer), 0.05 part (equivalent to solid content) of toluene solution with solid content concentration of 10% is added, and pre-dispersed by performing dispersion treatment. I got the liquid. 100 parts of ion-exchanged water and 0.4 parts of an aqueous solution of carboxymethyl cellulose as a water-soluble polymer (corresponding to the solid content) were added to the obtained preliminary dispersion to obtain a dispersion. Toluene was removed from the dispersion by heating and depressurizing treatment (bath temperature 80° C., degree of depressurization 150 Torr) with a rotary evaporator for 1 hour. and stirred for 30 minutes to prepare a slurry composition.
- depressurizing treatment bath temperature 80° C., degree of depressurization 150 Torr
- Example 5 A separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer prepared as follows was used. . Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- ⁇ Preparation of slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer 100 parts of finely divided melamine as foaming agent particles (volume average particle diameter: 800 nm, thermal decomposition temperature: 300°C, foaming amount at 400°C: 100 cm 3 /g (converted to 1 atmosphere at 25°C)), and water-soluble polymer: A composition containing 7 parts of an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (equivalent to solid content) and 10 parts of polymer A (toluene solution with a solid content concentration of 10%) as a water-insoluble polymer (equivalent to solid content) is subjected to dispersion treatment. , to obtain a dispersion.
- Heating and decompression treatment (bath temperature 80 ° C., decompression degree 150 Torr) was performed for 1 hour with a rotary evaporator to remove toluene from the dispersion, and then 1.5 parts of Noptex ED052 (manufactured by San Nopco Co., Ltd.) was added as a wetting agent.
- a slurry composition was prepared by stirring with a motor for 30 minutes.
- Example 6 A separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer prepared as follows was used. . Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results. ⁇ Preparation of slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer> 100 parts of fine melamine as foaming agent particles, 8 parts of sodium alginate aqueous solution (thermal decomposition temperature: 180° C.
- water-soluble polymer equivalent to solid content
- polymer D Karl Fischer Co., Ltd.
- product name “Septon (registered trademark) HG252” hydride of conjugated diene polymer (hydroxyl group-containing styrene-ethylene/ethylene/propylene-styrene block copolymer), toluene solution with a solid concentration of 10%) 0 .7 parts (corresponding to the solid content) was subjected to a dispersion treatment to obtain a dispersion.
- Heating and decompression treatment (bath temperature 80 ° C., decompression degree 150 Torr) was performed for 1 hour with a rotary evaporator to remove toluene from the dispersion, and then 1.5 parts of Noptex ED052 (manufactured by San Nopco Co., Ltd.) was added as a wetting agent.
- a slurry composition was prepared by stirring with a motor for 30 minutes.
- Example 1 A separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer prepared as follows was used. . Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results. ⁇ Preparation of water-insoluble polymer (polymer E)> 70 parts of ion-exchanged water and 0.5 parts of ammonium persulfate were supplied to a reactor equipped with a stirrer, the gas phase was replaced with nitrogen gas, and the temperature was raised to 60°C.
- a monomer composition was obtained by mixing 0.3 parts of allyl methacrylate as a monomer and 3 parts of acrylic acid as a carboxylic acid group-containing monomer. This monomer composition was continuously added to the reactor over 4 hours to carry out polymerization. The reaction was carried out at 70° C. during the continuous addition. After completion of the continuous addition, the mixture was further stirred at 80° C.
- slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer 100 parts of melamine cyanurate A as foaming agent particles, 4 parts of an aqueous carboxymethyl cellulose solution as a water-soluble polymer (equivalent to solid content), and polymer E as a water-insoluble polymer obtained as described above (solid After subjecting a composition containing 2.5 parts (equivalent to solid content) of a water dispersion with a concentration of 40% to dispersion treatment, 1.5 parts of Noptex ED052 (manufactured by San Nopco Co., Ltd.) as a wetting agent was added, and three-one A slurry composition was prepared by stirring with a motor for 30 minutes.
- Example 2 A separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared or produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer prepared as follows was used. . Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- ⁇ Preparation of slurry composition for non-aqueous secondary battery functional layer 100 parts of finely powdered melamine as foaming agent particles, 4 parts of aqueous carboxymethyl cellulose solution as water-soluble polymer (equivalent to solid content), and 30 parts of polymer A as water-insoluble polymer (toluene solution with solid content concentration of 10%) (corresponding to the solid content) was subjected to a dispersion treatment to obtain a dispersion.
- Heating and decompression treatment (bath temperature 80 ° C., decompression degree 150 Torr) was performed for 1 hour with a rotary evaporator to remove toluene from the dispersion, and then 1.5 parts of Noptex ED052 (manufactured by San Nopco Co., Ltd.) was added as a wetting agent.
- a slurry composition was prepared by stirring with a motor for 30 minutes.
- Example 3 In the same manner as in Example 1, except that the water-insoluble polymer was not added during the preparation of the slurry composition for the non-aqueous secondary battery functional layer, the slurry composition for the non-aqueous secondary battery functional layer, A separator with a functional layer, a negative electrode, and a positive electrode were prepared or produced. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results. In addition, evaluation of the Gurley value of the separator with a functional layer was not performed. In addition, since the amount of powder falling off was large and the secondary battery could not be assembled, the IV resistance of the secondary battery and the suppression of heat generation during an internal short circuit were not evaluated.
- Comparative Example 4 Except for changing the blending amount of the water-insoluble polymer (polymer E) from 2.5 parts to 20 parts (corresponding to the solid content) during the preparation of the slurry composition for the non-aqueous secondary battery functional layer, the comparison In the same manner as in Example 1, a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer, a separator with a functional layer, a negative electrode, a positive electrode, and a secondary battery were prepared or produced. Then, evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.
- “Expansion amount” indicates the expansion amount of the foaming agent particles at 400°C (converted at 25°C and 1 atm)
- “F sup ” is the total mass of the water-insoluble polymer contained in the slurry composition
- the supernatant liquid obtained by standing the slurry composition at a temperature of 25 ° C. for 1 hour is solidified with methanol.
- Comparative Example 2 using the slurry composition in which the ratio of the water-insoluble polymer to the functional particles was outside the predetermined range, the internal resistance of the secondary battery increased. Further, in Comparative Example 3 using a slurry composition containing no water-insoluble polymer, it can be seen that the functional particles fell off from the functional layer formed on the separator substrate. Furthermore, in Comparative Example 4 using a slurry composition having a F sup greater than a predetermined value, it can be seen that the internal resistance of the secondary battery is increased.
- a slurry composition for a non-aqueous secondary battery functional layer capable of suppressing heat generation during an internal short circuit of a non-aqueous secondary battery and reducing the internal resistance of the non-aqueous secondary battery. and a method for producing the slurry composition for the non-aqueous secondary battery functional layer.
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Abstract
Description
具体的には、特許文献1では、所定の官能基を有する重合体である結着材と、体積平均粒子径が所定の範囲内であるメラミン化合物とを含み、結着材とメラミン化合物の合計中に占めるメラミン化合物の割合が所定の範囲内である機能層用スラリー組成物が開示されている。そして、特許文献1の機能層用スラリー組成物によれば、セパレータ基材に対して強固に密着しうる機能層を形成可能であると共に、二次電池のレート特性を高めることができる。
すなわち、二次電池の内部短絡時の発熱を十分に抑制しつつ、内部抵抗を低減する新たな技術が要求されていた。
〔1〕機能性粒子と、非水溶性重合体と、水溶性重合体と、水とを含む非水系二次電池機能層用スラリー組成物であって、前記機能性粒子は、発泡剤粒子を含み、前記非水溶性重合体の含有量が、前記機能性粒子100質量部当たり0.01質量部以上20質量部以下であり、前記水溶性重合体の含有量が、前記機能性粒子100質量部当たり1質量部以上10質量部以下であり、前記非水系二次電池機能層用スラリー組成物に含まれる前記非水溶性重合体の全質量をW0(g)とし、前記非水系二次電池機能層用スラリー組成物を温度25℃で1時間静置して得られる上澄み液をメタノールで凝固させ、得られた凝固物を水洗した後に温度60℃で1時間乾燥させて得られる乾燥物の質量をW1(g)として、下記式(1):
Fsup=100×(W1/W0)[質量%]・・・(1)
により算出される値(Fsup)が10質量%以下である、非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
このように、発泡剤粒子を含む機能性粒子と、非水溶性重合体と、水溶性重合体と、水とを含み、機能性粒子に対する非水溶性重合体および水溶性重合体の量比がそれぞれ上述の範囲内であり、上述の式(1)により算出される値(Fsup)が上記値以下であるスラリー組成物を用いれば、内部短絡時の発熱抑制に優れ、且つ内部抵抗が低減された非水系二次電池を形成可能な機能層を作製することができる。
なお、本発明において、重合体が「非水溶性」であるとは、温度25℃において重合体0.5g(固形分換算)を100gの水に溶解した際に、不溶分量が90質量%以上となることをいう。
また、本発明において、重合体が「水溶性」であるとは、温度25℃において重合体0.5g(固形分換算)を100gの水に溶解した際に、不溶分量が1.0質量%未満となることをいう。
そして、本発明において、「Fsup」は、より具体的には、実施例に記載の方法を用いて算出することができる。
ここで、本発明において、「機能性粒子」とは、機能層の耐熱性および/または強度を向上させるために用いられる非導電性粒子と、熱により分解され不燃性ガスを発生する発泡剤粒子とで構成される概念である。すなわち、本発明において、「非水溶性重合体」は、仮に粒子状であっても、「機能性粒子」に含まれないものとする。
このように、機能性粒子に対する非水溶性重合体の量比が上記値以下であれば、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
このように、水溶性重合体の熱分解温度が上記値以上であるスラリー組成物を用いれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制することができる。
なお、本発明において、水溶性重合体の「熱分解温度」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
このように、セルロース誘導体、アルギン酸化合物、ポリビニルアルコールおよびポリアクリル酸化合物からなる群から選択される水溶性重合体を含むスラリー組成物を用いれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
このように、発泡剤粒子の熱分解温度が上述の範囲内であれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
なお、本発明において、発泡剤粒子の「熱分解温度」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
このように、発泡剤粒子の400℃での発泡量が25℃1気圧換算で10cm3/g以上であれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
なお、本発明において、発泡剤粒子の400℃での「発泡量」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
また、本発明において、「1気圧」は、101325Paを意味するものとする。
このように、スラリー組成物が発泡剤粒子としてメラミン化合物を含めば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
このように、スラリー組成物が発泡剤粒子としてメラミンシアヌレートを含めば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
このように、発泡性粒子を含む機能性粒子、非水溶性重合体、水溶性重合体、水および有機溶媒を含む分散液から有機溶媒を除去する工程を備える非水系二次電池機能層用スラリー組成物の製造方法によれば、内部短絡時の発熱抑制に優れ、且つ内部抵抗が低減された二次電池を形成可能な本発明のスラリー組成物を良好に製造することができる。
(A)前記機能性粒子、前記非水溶性重合体、前記水溶性重合体、水および前記有機溶媒を含む組成物に分散処理を施して、前記分散液を得る工程;または
(B)前記機能性粒子、前記非水溶性重合体および前記有機溶媒を含む組成物に分散処理を施して予備分散液を得る工程と、前記予備分散液に前記水溶性重合体および水を加えて前記分散液を得る工程;
の何れかの手順を更に備える、上記〔9〕に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物の製造方法。
このように、上述の(A)または(B)の手順を経て製造されたスラリー組成物を用いれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
ここで、本発明の非水系二次電池機能層用スラリー組成物は、非水系二次電池内において、補強および/または接着などの機能を担う機能層の形成に用いることができる。また、本発明の非水系二次電池機能層用スラリー組成物の製造方法は、本発明の非水系二次電池機能層用スラリー組成物を製造するために使用することができる。
本発明のスラリー組成物は、機能性粒子と、非水溶性重合体と、水溶性重合体とが、水中に溶解および/または分散してなる組成物である。ここで、機能性粒子は、少なくとも発泡剤粒子を含むことが必要である。なお、本発明のスラリー組成物は、機能性粒子、非水溶性重合体、水溶性重合体および水以外の成分(その他の成分)を含有していてもよい。
ここで、本発明のスラリー組成物は、非水溶性重合体の含有量が機能性粒子100質量部当たり0.01質量部以上20質量部以下であり、水溶性重合体の含有量が機能性粒子100質量部当たり1質量部以上10質量部以下であり、そしてFsupが10質量%以下であることを特徴とする。
また、本発明のスラリー組成物は、結着材として機能しうる非水溶性重合体の含有量が所定の範囲内であるため、スラリー組成物から形成される機能層の接着性を十分に確保しつつ、二次電池の内部抵抗を過度に高めることもない。
次いで、式(1)により算出されるFsupが10質量%以下であることの意義を説明する。ここで、Fsupは、式(1)の通り、W1/W0に100を乗じて得られる値であり、分母のW0はスラリー組成物中に含まれる非水溶性重合体の全質量(g)である。一方、分子のW1は、スラリー組成物を静置して得られる上澄み液をメタノールで凝固し、凝固物を水洗した後に乾燥して得られる乾燥物の質量(g)である。スラリー組成物を静置すると、機能性粒子のみならず、機能性粒子表面に付着していた非水溶性重合体および水溶性重合体も機能性粒子と共に沈殿する。一方、上澄み液には、発泡剤粒子等の機能性粒子表面に付着せずに分散していた非水溶性重合体および水溶性重合体が含まれることとなる。そして、上澄み液を凝固し、得られた凝固物を水洗することで水溶性重合体が洗い落されるため、上澄み液から得られる乾燥物は実質、スラリー組成物中において機能性粒子表面に付着せず分散していた非水溶性重合体の乾燥物に相当すると考えられる。換言すると、乾燥物の質量W1(g)は、スラリー組成物中において機能性粒子表面に付着せず分散していた非水溶性重合体の質量に相関する値として扱うことができ、式(1)で求められるFsupは、スラリー組成物中に含まれる非水溶性重合体の全質量に占める、機能性粒子表面に付着せずスラリー組成物中に分散している非水溶性重合体の質量の割合(質量%)に相当するといえる。そして、式(1)により算出されるFsupが10質量%以下であることにより、機能性粒子表面に十分な量の非水溶性重合体が付着しているといえ、スラリー組成物を用いて形成される機能層の接着性を向上させうる。加えて、式(1)により算出されるFsupが10質量%以下であることで、スラリー組成物を用いて形成した機能層において、機能性粒子に付着せず分散していた非水溶性重合体がセパレータ基材の孔を塞いでしまうなどの悪影響を低減し、二次電池の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
更に、スラリー組成物に含まれる水溶性重合体は、スラリー組成物を用いて形成される機能層に熱安定性を付与する機能を有する。ここで、機能性粒子に対する水溶性重合体の量比が小さすぎると、機能層の熱安定性が低下することに起因して、二次電池の内部短絡時の発熱が増加する。一方、機能性粒子に対する水溶性重合体の量比が大きすぎると、スラリー組成物の粘度が過度に上昇し、スラリー組成物の塗工性が低下する。そのため、均一な機能層を形成することができず、結果的に二次電池の内部短絡時の発熱が増加し、また二次電池の内部抵抗が上昇する。そして、本発明のスラリー組成物は、機能性粒子に対する水溶性重合体の量比が所定の範囲内であるため、上記のような問題が生じることがない。
したがって、本発明のスラリー組成物を用いて形成される機能層を備える二次電池は、内部短絡時の発熱抑制に優れ、且つ内部抵抗が十分に低減されていると考えられる。
本発明のスラリー組成物は、機能性粒子として発泡剤粒子を少なくとも含有し、任意に非導電性粒子を含有する。換言すると、本発明のスラリー組成物は、機能性粒子として発泡剤粒子のみを含んでいてもよく、発泡剤粒子と非導電性粒子の双方を含んでいてもよい。
本発明のスラリー組成物に含まれる発泡剤粒子は、熱により分解され不燃性ガスを発生する化合物であれば特に限定されない。しかしながら、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減する観点からは、熱分解により不燃性ガスとして窒素を発生させる化合物が好ましく、アミノ基、アゾ基、ヒドラジノ基、ヒドラゾ基およびニトロソ基からなる群から選択される少なくとも1種を有する化合物およびその誘導体、ならびにそれらの塩がより好ましく、アミノ基とアゾ基の少なくとも一方を含む化合物およびその誘導体、ならびにそれらの塩が更に好ましく、メラミン化合物が特に好ましい。
なお、発泡剤粒子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
メラミン化合物としては、メラミンおよびメラミンの誘導体、ならびにそれらの塩が挙げられる。そして、メラミンおよびメラミンの誘導体としては、例えば以下の式(I)で表される化合物が挙げられる。
なお、メラミン化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
上述したメラミン化合物以外の発泡剤粒子としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、p-トルエンスルホニルヒドラジド、5-メチル-lH-ベンゾトリアゾール、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、トリヒドラジントリアジン、アゾジカルボンアミド、ヒドラゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、p-トルエンスルホニルセミカルバジド、p,p’-オキシビズベンゼンスルホニルセミカルバジド、炭酸水素ナトリウムが挙げられる。
なお、その他の発泡剤粒子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
ここで、発泡剤粒子は、熱分解温度が150℃以上であることが好ましく、200℃以上であることがより好ましく、250℃以上であることが更に好ましく、300℃以上であることが特に好ましく、450℃以下であることが好ましく、400℃以下であることがより好ましく、380℃以下であることが更に好ましい。発泡剤粒子の熱分解温度が150℃以上であれば、発泡剤粒子が熱分解してしまうことが抑制されるため、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。一方、発泡剤粒子の熱分解温度が450℃以下であれば、発泡剤粒子が適切なタイミングで不燃性ガスを発生させ易くなり、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制することできる。
なお、発泡剤粒子の熱分解温度は、発泡剤粒子の種類を変更する等して調整することができる。
そして、発泡剤粒子は、体積平均粒子径が、200nm以上であることが好ましく、5000nm以下であることが好ましく、4000nm以下であることがより好ましく、3000nm以下であることが更に好ましい。発泡剤粒子の体積平均粒子径が200nm以上であれば、スラリー組成物を用いて形成された機能層とセパレータ基材を強固に密着させることができる。一方、発泡剤粒子の体積平均粒子径が5000nm以下であれば、スラリー組成物を用いて形成された機能層とセパレータ基材を強固に密着させることができ、また当該機能層を有するセパレータにより、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
なお、本発明において、発泡剤粒子の「体積平均粒子径」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
また、発泡剤粒子の400℃での発泡量は、25℃1気圧換算で、10cm3/g以上であることが好ましく、15cm3/g以上であることがより好ましく、20cm3/g以上であることが更に好ましい。発泡剤粒子の400℃での発泡量が25℃1気圧換算で10cm3/g以上であれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。そして、発泡剤粒子の400℃での発泡量の上限は特に限定されないが、例えば、500cm3/g以下とすることができ、350cm3/g以下とすることができる。
なお、発泡剤粒子の発泡量は、発泡剤粒子の種類を変更する等して調整することができる。
そして、機能性粒子は、得られる機能層の耐熱性や強度などの諸特性を向上させることを目的として、上述した発泡剤粒子に加えて非導電性粒子を含むことができる。非導電性粒子としては、特に限定されることなく、二次電池に用いられる既知の非導電性粒子を挙げることができる。
具体的には、非導電性粒子としては、無機微粒子と有機微粒子との双方を用いることができるが、通常は無機微粒子が用いられる。ここで、非導電性粒子の材料としては、二次電池の使用環境下で安定に存在し、電気化学的に安定である材料が好ましい。このような観点から非導電性粒子の好ましい例を挙げると、酸化アルミニウム(アルミナ)、水和アルミニウム酸化物(ベーマイト)、酸化ケイ素、酸化マグネシウム(マグネシア)、酸化カルシウム、酸化チタン(チタニア)、BaTiO3、ZrO、アルミナ-シリカ複合酸化物等の酸化物粒子;窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の窒化物粒子;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;タルク、モンモリロナイト等の粘土微粒子;などが挙げられる。また、これらの粒子は必要に応じて元素置換、表面処理、固溶体化等が施されていてもよい。
なお、上述した非導電性粒子は、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、有機微粒子のガラス転移温度は、特に限定されないが、通常25℃以上である。
なお、本発明において、有機微粒子の「ガラス転移温度」は、本明細書の実施例に記載した非水溶性重合体の「ガラス転移温度」と同様にして測定することができる。
非水溶性重合体は、スラリー組成物を使用してセパレータ表面に形成した機能層に接着性を付与する成分である。そして、非水溶性重合体は、スラリー組成物中において、粒子状となり水に分散した状態で存在する。
ここで、非水溶性重合体としては、セパレータ表面に形成した機能層に接着性を付与し得る重合体であれば特に限定されず、任意の重合体を用いることができる。そして非水溶性重合体の好適な例としては、共役ジエン系重合体(脂肪族共役ジエン単量体単位を主として含むランダム重合体およびブロック重合体)およびその水素化物、脂肪族共役ジエン/芳香族モノビニル系共重合体(脂肪族共役ジエン単量体単位および芳香族モノビニル単量体単位を主として含むランダム重合体およびブロック重合体)およびその水素化物、アクリル系重合体((メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を主として含む重合体)、アクリル酸/アクリルアミド系共重合体((メタ)アクリル酸単量体単位および(メタ)アクリルアミド単量体単位を主として含む重合体)などが挙げられる。そしてこれらの中でも、共役ジエン系重合体の水素化物、アクリル系重合体が好ましく、共役ジエン系重合体の水素化物がより好ましい。
なお、非水溶性重合体は、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。
また、本発明において、「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよび/またはメタクリルを意味する。
芳香族モノビニル単量体単位を形成し得る芳香族モノビニル単量体としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、ブトキシスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、ビニルナフタレンなどが挙げられる。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。
(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体単位を形成し得る(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などのメタクリル酸アルキルエステルが挙げられる。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。
(メタ)アクリル酸単量体単位を形成し得る(メタ)アクリル酸単量体としては、アクリル酸とメタクリル酸の少なくとも一方を用いることができる。
(メタ)アクリルアミド単量体単位を形成し得る(メタ)アクリルアミド単量体としては、アクリルアミドとメタクリルアミドの少なくとも一方を用いることができる。
なお、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繰り返し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、1種または複数種の単量体単位を「主として含む」とは、「重合体に含有される全繰り返し単位の量を100質量%とした場合に、当該1種の単量体単位の含有割合、または当該複数種の単量体単位の含有割合の合計が50質量%を超える」ことを意味する。
ここで、非水溶性重合体は、官能基を有することが好ましい。非水溶性重合体が有する官能基としては、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減する観点から、カルボン酸基、ヒドロキシル基、アミノ基、エポキシ基、オキサゾリン基、スルホン酸基、ニトリル基、エステル基、およびアミド基(以下、これらの官能基を纏めて「特定官能基」と称する場合がある。)が好ましく、カルボン酸基、エポキシ基、エステル基がより好ましい。
なお、非水溶性重合体は、上述した特定官能基を1種有していてもよく、2種以上有していてもよい。
エポキシ基を有する単量体としては、ビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブテニルグリシジルエーテル、o-アリルフェニルグリシジルエーテル等の不飽和グリシジルエーテル;ブタジエンモノエポキシド、クロロプレンモノエポキシド、4,5-エポキシ-2-ペンテン、3,4-エポキシ-1-ビニルシクロヘキセン、1,2-エポキシ-5,9-シクロドデカジエン等のジエンまたはポリエンのモノエポキシド;3,4-エポキシ-1-ブテン、1,2-エポキシ-5-ヘキセン、1,2-エポキシ-9-デセン等のアルケニルエポキシド;グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、グリシジルクロトネート、グリシジル-4-ヘプテノエート、グリシジルソルベート、グリシジルリノレート、グリシジル-4-メチル-3-ペンテノエート、3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステル、4-メチル-3-シクロヘキセンカルボン酸のグリシジルエステル等の不飽和カルボン酸のグリシジルエステル類;などが挙げられる。
エステル基を有する単量体としては、上述した(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体などが挙げられる。
なお、特定官能基含有単量体は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。
非水溶性重合体は、上述した単量体以外の単量体に由来する繰り返し単位(その他の繰り返し単位)を含んでいてもよい。このようなその他の繰り返し単位としては、特に限定されないが、架橋性単量体単位が挙げられる。
なお、本発明において「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよび/またはメタクリレートを意味する。
非水溶性重合体の調製方法は特に限定されない。非水溶性重合体は、例えば、上述した単量体を含む単量体組成物を溶媒中で重合することにより製造される。なお、単量体組成物中の各単量体の含有割合は、非水溶性重合体中の所望の単量体単位(繰り返し単位)の含有割合に準じて定めることができる。
そして、非水溶性重合体は、ガラス転移温度が25℃未満であることが好ましく、0℃以下であることがより好ましい。非水溶性重合体のガラス転移温度が25℃未満であれば、スラリー組成物を用いて形成された機能層とセパレータ基材を強固に密着させることができる。なお、非水溶性重合体のガラス転移温度の下限は特に限定されないが、例えば、-100℃以上とすることができ、-50℃以上とすることができる。
なお、本発明において、非水溶性重合体の「ガラス転移温度」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。
また、非水溶性重合体は、沸点120℃以下の有機溶媒に対して溶解性であることが好ましい。沸点120℃以下の有機溶媒としては、例えば、アセトニトリル(沸点:82℃)、テトラヒドロフラン(沸点:66℃)、アセトン(沸点:56.5℃)、メチルエチルケトン(沸点:79.64℃)、エチレンジアミン(沸点:117℃)、トルエン(沸点:110.63℃)、シクロペンチルメチルエーテル(沸点:106℃)、イソプロピルアルコール(沸点:82.4℃)などが挙げられる。
なお、本発明において、非水溶性重合体が有機溶媒に対して「溶解性」であるとは、温度25℃において非水溶性重合体0.5gを100gの有機溶媒に溶解した際に、当該有機溶媒への不溶分量が50質量%未満となることをいう。
また、本発明において、「有機溶媒への不溶分量」は、実施例に記載の方法を用いて測定することができる。そして、有機溶媒への不溶分量は、重合体の調製に用いる単量体の種類や量、重合体の重量平均分子量などを変更することにより調整することができる。例えば、重合体の調製に用いるエポキシ基含有単量体および/または架橋性単量体の量を増やすことで、有機溶媒への不溶分量を増加させることができる。
ここで、スラリー組成物中の非水溶性重合体の含有量は、機能性粒子100質量部当たり、0.01質量部以上20質量部以下であることが必要であり、0.05質量部以上であることが好ましく、0.07質量部以上であることがより好ましく、10質量部以下であることが好ましく、8質量部以下であることがより好ましく、6質量部以下であることが更に好ましく、5質量部以下であることがより一層好ましく、4質量部以下であることが特に好ましい。スラリー組成物中の非水溶性重合体の含有量が機能性粒子100質量部当たり0.01質量部未満であると、セパレータ基材上に形成した機能層からの機能性粒子の脱落が発生しやすくなる。その結果、二次電池の内部短絡時の発熱が増加すると共に、二次電池の内部抵抗が上昇し、電池特性が低下する。一方、スラリー組成物中の非水溶性重合体の含有量が機能性粒子100質量部当たり20質量部超であると、得られる二次電池の内部抵抗が上昇し、電池特性が低下する。また、スラリー組成物中の非水溶性重合体の含有量が機能性粒子100質量部当たり10質量部以下であれば、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
水溶性重合体は、本発明のスラリー組成物の粘度を調整する粘度調整剤として機能し得ると共に、非水系二次電池の内部短絡時の発熱を抑制する成分として機能し得る。
そして、水溶性重合体としては、特に限定されないが、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減する観点から、セルロース誘導体、アルギン酸およびその塩(ナトリウム塩など)等のアルギン酸化合物、ポリアクリル酸およびその塩(ナトリウム塩など)等のポリアクリル酸化合物、ポリビニルアルコールが好ましく、セルロース誘導体、アルギン酸化合物がより好ましく、セルロース誘導体が更に好ましい。
なお、水溶性重合体は、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。
ノニオン性セルロース誘導体としては、例えば、メチルセルロース、メチルエチルセルロース、エチルセルロース、マイクロクリスタリンセルロース等のアルキルセルロース;ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシブチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースステアロキシエーテル、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、アルキルヒドロキシエチルセルロース、ノノキシニルヒドロキシエチルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース;等が挙げられる。
また、アニオン性セルロース誘導体としては、上記のノニオン性セルロース誘導体を各種誘導基により置換した置換体ならびにその塩(ナトリウム塩およびアンモニウム塩など)が挙げられる。具体例を挙げると、セルロース硫酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース(CMC)およびその塩が挙げられる。
更に、カチオン性セルロース誘導体としては、例えば、低窒素ヒドロキシエチルセルロースジメチルジアリルアンモニウムクロリド(ポリクオタニウム-4)、塩化O-[2-ヒドロキシ-3-(トリメチルアンモニオ)プロピル]ヒドロキシエチルセルロース(ポリクオタニウム-10)、塩化O-[2-ヒドロキシ-3-(ラウリルジメチルアンモニオ)プロピル]ヒドロキシエチルセルロース(ポリクオタニウム-24)等が挙げられる。
ここで、水溶性重合体は、熱分解温度が130℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることが更に好ましく、160℃以上であることが特に好ましい。水溶性重合体の熱分解温度が130℃以上であれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制することができる。なお、水溶性重合体の熱分解温度の上限は、特に限定されないが、例えば、350℃以下とすることができ、300℃以下とすることができる。
なお、水溶性重合体の熱分解温度は、水溶性重合体の種類を変更する等して調整することができる。
そして、スラリー組成物中の水溶性重合体の含有量は、機能性粒子100質量部当たり、1質量部以上10質量部以下であることが必要であり、1.5質量部以上であることが好ましく、2質量部以上であることがより好ましく、2.5質量部以上であることが更に好ましく、8質量部以下であることが好ましく、7質量部以下であることがより好ましく、6質量部以下であることが更に好ましく、5質量部以下であることが特に好ましい。スラリー組成物中の水溶性重合体の含有量が機能性粒子100質量部当たり1質量部未満であると、機能層の熱安定性が低下することに起因して、二次電池の内部短絡時の発熱が増加する。一方、スラリー組成物中の水溶性重合体の含有量が機能性粒子100質量部当たり10質量部超であると、スラリー組成物の粘度が過度に上昇し、スラリー組成物の塗工性が低下する。そのため、均一な機能層を形成することができず、二次電池の内部短絡時の発熱が増加する。
ここで、スラリー組成物中の水溶性重合体の含有量に対する非水溶性重合体の含有量の質量比(非水溶性重合体/水溶性重合体(質量比))は、0.01以上であることが好ましく、0.05以上であることがより好ましく、0.10以上であることが更に好ましく、5.0以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましく、1.5以下であることが更に好ましい。非水溶性重合体/水溶性重合体(質量比)が0.01以上であれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制することができる。一方、非水溶性重合体/水溶性重合体(質量比)が5.0以下であれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
本発明のスラリー組成物の溶媒としては、水を含んでいれば特に限定されない。例えば、本発明のスラリー組成物は、溶媒として水のみを含んでいてもよいし、溶媒は水と有機溶媒の混合物であってもよい。しかしながら、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減する観点からは、溶媒は水のみを含む(即ち、本発明のスラリー組成物は有機溶媒を含まない)ことが好ましい。
なお、本発明のスラリー組成物は、1種の有機溶媒を含んでいてもよく、2種以上の有機溶媒を含んでいてもよい。
本発明のスラリー組成物は、上述した機能性粒子(発泡剤粒子、非導電性粒子)、非水溶性重合体、水溶性重合体および溶媒に加えて、任意で、上記非水溶性重合体、水溶性重合体および非導電性粒子(有機微粒子)とは組成および性状の異なる他の重合体、導電材、濡れ剤、粘度調整剤、電解液添加剤などの機能層に添加しうる既知の添加剤を含有してもよい。
なお、その他の成分は、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。
ここで、本発明のスラリー組成物は、濡れ剤を更に含むことが好ましい。スラリー組成物が濡れ剤を更に含めば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
ポリエーテル系界面活性剤の具体例としては、製品名「ノプテックスED052」(サンノプコ社製)などが挙げられる。
スルホン酸系界面活性剤の具体例としては、ジオクチルスルホコハク酸またはその塩などが挙げられる。
フッ素系界面活性剤の具体例としては、DIC社製メガファック(登録商標)シリーズ、ネオス社製フタージェント(登録商標)シリーズ、AGC社製サーフロン(登録商標)シリーズなどが挙げられる。
シリコン系界面活性剤の具体例としては、ジメチルポリシロキサンなどが挙げられる。
アセチレン系界面活性剤の具体例としては、エアープロダクツアンドケミカルズ社製サーフィノール(登録商標)シリーズ、ダイノールシリーズなどが挙げられる。
これらの中でも、スラリー組成物の安定性を向上させると共に、二次電池の内部抵抗を一層低減する観点から、濡れ剤としてポリエーテル系界面活性剤を用いることが好ましい。
なお、これらの濡れ剤は、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。
ここで、本発明のスラリー組成物は、Fsupの値が10質量%以下であることが必要であり、Fsupの値は、8質量%以下であることが好ましく、6質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、4質量%以下であることがより一層好ましく、2質量%以下であることが特に好ましい。Fsupの値が10質量%超であると、スラリー組成物を用いて形成した機能層において、非水溶性重合体がセパレータ基材の孔を塞いでしまうなどの悪影響が生じ、二次電池の電池特性が低下する。また、十分な結着能を得るために非水溶性重合体の配合量を増やす必要が生じ、その結果、二次電池の内部抵抗が上昇する。なお、Fsupの値の下限は特に限定されないが、例えば、0.1質量%以上とすることができ、0.5質量%以上とすることができる。
そして、Fsupの値は、スラリー組成物の製造方法を変更する等して調整することができる。具体的には、後述する有機溶媒除去工程を経てスラリー組成物を製造することで、Fsupの値を低下させることができる。
本発明のスラリー組成物は、例えば、本発明のスラリー組成物の製造方法を用いて製造することができる。本発明のスラリー組成物の製造方法は、上述した本発明のスラリー組成物を製造する方法であって、上述した機能性粒子、非水溶性重合体および水溶性重合体と、水と、有機溶媒とを含む分散液から、有機溶媒を除去する工程(有機溶媒除去工程)を少なくとも備える。
(A)機能性粒子、非水溶性重合体、水溶性重合体、水および有機溶媒を含む組成物に分散処理を施して、分散液を得る工程(分散工程);または
(B)機能性粒子、非水溶性重合体および有機溶媒を含む組成物に分散処理を施して予備分散液を得る工程(予備分散工程)と、当該予備分散液に水溶性重合体および水を加えて分散液を得る工程(添加工程);
の何れかの手順を更に備えることが好ましい。有機溶媒除去工程の前に上述の(A)または(B)の手順を経て製造されたスラリー組成物を用いれば、二次電池の内部短絡時の発熱を更に抑制しつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減することができる。
なお、本発明のスラリー組成物の製造方法は、上述した有機溶媒除去工程、分散工程、予備分散工程および添加工程以外の工程(その他の工程)を備えていてもよい。
有機溶媒除去工程では、上述した機能性粒子、非水溶性重合体および水溶性重合体と、水と、有機溶媒とを含む分散液から有機溶媒を除去する。有機溶媒除去工程を実施することで、非水溶性重合体が機能性粒子の表面に付着して機能性粒子と共に沈殿するためと推察されるが、Fsupの値が所定値以下であるスラリー組成物を良好に製造することができる。したがって、非水系二次電池の内部短絡時の発熱を抑制すると共に、非水系二次電池の内部抵抗を低減し得る機能層を形成可能なスラリー組成物を良好に得ることができる。
ここで、分散液に含まれる有機溶媒としては、分散液中の非水溶性重合体が溶解性である有機溶媒であれば特に限定されない。しかしながら、有機溶媒除去工程において分散液に含まれる成分(発泡剤粒子、水溶性重合体など)が熱分解されることを防止する観点からは、分散液に含まれる有機溶媒は、沸点120℃以下の有機溶媒であることが好ましい。そして、沸点120℃以下の有機溶媒としては、例えば、「非水系二次電池機能層用スラリー組成物」の項で上述したものなどが挙げられる。これらの中でも、トルエンが好ましい。
なお、有機溶媒は、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。
ここで、分散液から有機溶媒を除去する方法としては、本発明の所望の効果が得られる限り特に限定されず、例えば、熱風乾燥、自然乾燥、減圧乾燥、凍結乾燥、噴霧乾燥などの既知の乾燥方法を用いて行うことができる。これらの中でも、分散液中の各成分(機能性粒子、非水溶性重合体、水溶性重合体およびその他の成分)の分解を抑制すると共に、短時間で効率よく有機溶媒を除去する観点から、減圧乾燥が好ましい。
上記手順(A)の分散工程では、発泡剤粒子、非水溶性重合体、水溶性重合体、水および有機溶媒と、任意にその他の成分とを含む組成物に分散処理を施して、分散液を調製する。このようにして得られた分散液を、続く有機溶媒除去工程に供することができる。なお、分散工程におけるその他の成分としては、例えば、「有機溶媒除去工程」の項で上述したその他の成分が挙げられる。
上記手順(B)の予備分散工程では、機能性粒子、非水溶性重合体および有機溶媒と、任意にその他の成分とを含む組成物に分散処理を施して、予備分散液を調製する。なお、予備分散工程におけるその他の成分としては、例えば、「有機溶媒除去工程」の項で上述したその他の成分が挙げられる。
上記手順(B)の添加工程では、上述した予備分散工程を経て得られた予備分散液に水溶性重合体および水と、任意にその他の成分とを添加して、分散液を調製する。このようにして得られた分散液を、続く有機溶媒除去工程に供することができる。なお、添加工程におけるその他の成分としては、例えば、「有機溶媒除去工程」の項で上述したその他の成分が挙げられる。
その他の工程としては、特に限定されないが、例えば、上述した有機溶媒除去工程の後にその他の成分を添加する工程(追加添加工程)や、上述した有機溶媒除去工程または追加添加工程の後に分散処理を行う工程(後分散工程)などが挙げられる。なお、追加添加工程におけるその他の成分としては、例えば、「有機溶媒除去工程」の項で上述したその他の成分が挙げられる。また、後分散工程は、分散工程および予備分散工程と同様にして実施することができる。
上述した本発明のスラリー組成物を用いて、セパレータ基材上に機能層を備えるセパレータ(以下、「機能層付きセパレータ」と略記する場合がある。)を提供することができる。機能層付きセパレータは、セパレータ基材と機能層を備え、機能層が、上述した本発明のスラリー組成物の乾燥物からなる。機能層付きセパレータにおいて、機能層が本発明のスラリー組成物から形成されているため、機能層付きセパレータによれば、二次電池の内部短絡時の発熱を抑制すると共に、二次電池の内部抵抗を低減することができる。なお、機能層付きセパレータでは、機能層がセパレータ基材の両面に形成されていてもよいし、セパレータ基材の片面にのみ形成されていてもよい。
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、二次電池のサイクル特性を高めつつ、二次電池の内部抵抗を一層低減する観点から、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)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好ましく挙げられる。
機能層は、上述した通り、本発明のスラリー組成物の乾燥物からなる。即ち、機能層付きセパレータが備える機能層は、通常、少なくとも、発泡剤粒子と、非水溶性重合体と、水溶性重合体とを含有し、任意に、非導電性粒子および濡れ剤などのその他の成分を含有する。なお、機能層中に含まれている各成分は、上記本発明のスラリー組成物中に含まれていたものであるため、それら各成分の好適な存在比は、本発明のスラリー組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。また、非水溶性重合体などの重合体が、架橋性の官能基(例えば、エポキシ基、およびオキサゾリン基など)を有する重合体である場合には、当該重合体は、スラリー組成物の乾燥時、或いは、乾燥後に任意に実施される熱処理時などに架橋されていてもよい(即ち、機能層は、上述した非水溶性重合体の架橋物を含んでいてもよい)。
また、スラリー組成物の乾燥物である機能層には、スラリー組成物に由来する水等の溶媒が含まれていてもよいが、機能層中の溶媒含有量は、二次電池の電池特性(レート特性等)を確保する観点から、3質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることが更に好ましく、0質量%以下(検出限界以下)であることが特に好ましい。
そして、機能層付きセパレータの形成方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。
1)本発明のスラリー組成物をセパレータ基材の表面に供給し、次いで乾燥する方法;および
2)本発明のスラリー組成物を離型基材上に供給し、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、スラリー組成物をセパレータ基材上に供給する工程(供給工程)と、セパレータ基材上に塗布されたスラリー組成物を乾燥させて機能層を形成する工程(乾燥工程)を含む。
そして、供給工程において、スラリー組成物をセパレータ基材上に供給する方法としては、スラリー組成物をセパレータ基材の表面に塗布する方法、スラリー組成物にセパレータ基材を浸漬する方法が挙げられる。これらの方法の具体例としては、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、ディップコート法、スプレーコート法、真空含浸法が挙げられる。
なお、スラリー組成物をセパレータ基材内部に含侵させるためには、ディップコート法、スプレーコート法、真空含浸法、グラビア法を用いることが好ましい。
また、乾燥工程において、セパレータ基材上のスラリー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。
上述した機能層付きセパレータ、正極、負極、および電解液を用いて、非水系二次電池を製造することができる。このような二次電池は、上述した本発明のスラリー組成物を用いて形成した機能層付きセパレータを備えているので、内部短絡時の発熱抑制に優れ、且つ内部抵抗が低減されている。
正極および負極としては、特に限定されることなく、既知の正極および負極を用いることができる。
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。中でも、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種類以上を任意の比率で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。
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。
非水系二次電池は、例えば、正極と負極とを上記の機能層付きセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて電池形状に応じて巻く、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により製造することができる。二次電池の内部の圧力上昇、過充放電等の発生を防止するために、必要に応じて、ヒューズ、PTC素子等の過電流防止素子、エキスパンドメタル、リード板などを設けてもよい。二次電池の形状は、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。
また、複数種類の単量体を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。そして、実施例および比較例において、発泡剤粒子および水溶性重合体の熱分解温度、発泡剤粒子の体積平均粒子径および発泡量、非水溶性重合体のガラス転移温度、有機溶媒への不溶分量、Fsup、機能層付きセパレータの粉落ちおよびガーレー値、ならびに、二次電池のIV抵抗および内部短絡時の発熱抑制は、以下の方法で評価した。
熱重量示差熱分析装置(日立ハイテクサイエンス社製、製品名「TG/DTA7200」)を用いた熱重量分析において、窒素雰囲気下、25℃から500℃まで昇温速度10℃/分で昇温させながら発泡剤粒子の重量を測定し、測定される重量が測定開始時(25℃)質量の70%となった温度(30%重量減少温度)を、発泡剤粒子の熱分解温度とした。
<水溶性重合体の熱分解温度>
熱重量示差熱分析装置(日立ハイテクサイエンス社製、製品名「TG/DTA7200」)を用いた熱重量分析において、窒素雰囲気下、25℃から500℃まで昇温速度10℃/分で昇温させながら水溶性重合体の重量を測定し、測定される重量が測定開始時(25℃)質量の70%となった温度(30%重量減少温度)を、水溶性重合体の熱分解温度とした。
<発泡剤粒子の体積平均粒子径>
発泡剤粒子の体積平均粒子径は、レーザー回折法にて以下のように測定した。まず、調製した発泡剤粒子を含む水分散液を固形分濃度0.1%に調整して測定用試料を準備した。そして、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-13320」)を用いて測定された粒子径分布(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D50を、体積平均粒子径とした。
<発泡剤粒子の発泡量>
発泡剤粒子をハステロイの容器に封入し、ARC測定装置(Netzsch製)に導入した。まず、初期温度である40℃まで加熱した。その後、5℃刻みで、発熱検知されないことを確認しながらステップ昇温し、400℃まで昇温した。400℃時点の圧力を測定し、試料の投入量と温度の関係から、下記式により25℃1気圧換算の発泡量を算出した。
発泡剤粒子の400℃での発泡量(cm3/g、25℃1気圧換算の値)=
{400℃時点の圧力(気圧)×容器中の空隙体積(cm3)×(298/673)}/封入した発泡剤粒子の重量(g)
<非水溶性重合体のガラス転移温度>
まず、調製した非水溶性重合体を含む水分散液を、温度25℃で48時間乾燥し、得られた粉末を測定用試料とした。
そして、測定用試料10mgをアルミパンに計量し、示差熱分析測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、製品名「EXSTAR DSC6220」)にて、測定温度範囲-100℃~200℃の間で、昇温速度20℃/分で、JIS Z8703に規定された条件下で測定を実施し、示差走査熱量分析(DSC)曲線を得た。リファレンスとしては、空のアルミパンを用いた。この昇温過程で、微分信号(DDSC)がピークを示す温度をガラス転移温度(℃)として求めた。
<有機溶媒への不溶分量>
非水溶性重合体の水分散液を、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。次いで、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、精秤されたフィルム片の重量をWAとした。そして、精秤したフィルム片を、有機溶媒(温度25℃)100gに24時間浸漬した。24時間浸漬後、有機溶媒からフィルム片を引き揚げ、引き揚げたフィルム片を105℃で3時間真空乾燥して、その重量(不溶分の重量)WBを精秤した。そして、下記式に従って、有機溶媒への不溶分量(%)を算出した。
有機溶媒への不溶分量(%)=(WB/WA)×100
この結果に基づいて非水溶性重合体が有機溶媒に対して溶解性か否かを特定した。本願の実施例および比較例で用いられている非水溶性重合体(重合体A~E)は、何れもトルエンに対して溶解性であった。
<Fsup>
スラリー組成物の調製に用いた非水溶性重合体の全質量(仕込み量)を予め測定しておき、これをW0とした。調製したスラリー組成物を25℃で1時間静置した。静置後の上澄み液をデカンテーションで分離し、分離した上澄み液100部当たりメタノール100部を添加して凝固させた。このようにして得られた凝固物10部当たり水100部を加えて、撹拌し、水を捨てる操作を2回繰り返すことで凝固物を水洗した。その後、水洗した凝固物を60℃の定温乾燥器内に1時間放置することで乾燥させて、乾燥物を得た。この乾燥物の質量を測定し、これをW1とした。そして、下記式(1):
Fsup=100×(W1/W0)[質量%]・・・(1)
により、Fsupを算出した。
<粉落ち>
実施例および比較例で作製した機能層付きセパレータを下記のガーレー試験用に5cm四方にナイフで切断し、その際に端部から機能性粒子の脱落が見られるかどうかを目視により検査した。そして、以下の基準により評価した。
A:端部からの機能性粒子の脱落が見られなかった
B:端部からの機能性粒子の脱落が見られた
<ガーレー値>
実施例および比較例で作製した機能層付きセパレータのガーレー値(sec/100cc)を、ガーレー測定器(熊谷理機工業製、SMOOTH&POROSITY METER(測定径:φ2.9cm))を用いて測定した。このガーレー値が小さいほど、機能層付きセパレータがイオン透過性に優れ、優れた電池特性を確保し易いことを示す。
<IV抵抗>
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4.35V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電した。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。その後、25℃の環境下で、0.2Cで充電深度(SOC;State of Charge)50%となるように充電の操作を行い。600秒静置した。600秒目の電圧をV0とした。その後、0.5C(=I0.5)の定電流法にて10秒間放電し、10秒目の電圧をV0.5とした。その後、0.2Cの定電流法にて直前の放電電気量を充電した。次に、1.0C(=I1.0)の定電流法にて10秒間放電し、10秒目の電圧をV1.0とした。その後0.2Cの定電流法にて直前の放電電気量を充電した。次に1.5C(=I1.5)の定電流法にて10秒間放電し、10秒目の電圧をV1.5とした。(I0.5,V0.5)、(I1.0,V1.0)、(I1.5,V1.5)をXYグラフにプロットし,下記の式にて回帰直線の傾きbを求め、DCR(直流抵抗)とした。
A:DCR相対値が103以下
B:DCR相対値が103超105以下
C:DCR相対値が105超
<内部短絡時の発熱抑制(強制内部短絡試験)>
実施例、比較例における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4.35V)を行い、0.2Cの定電流法にて3.00VまでCC放電した。この0.2Cにおける充放電を3回繰り返し実施した。その後、25℃の雰囲気下で、0.2Cの充電レートにて定電圧定電流(CC-CV)方式で4.35V(カットオフ条件:0.02C)まで充電した。その後、リチウムイオン二次電池の中央付近に、直径3mm、長さ10cmの鉄製の釘を5m/分の速度で貫通させることにより、強制的に短絡させた。この強制的な短絡を、同一の操作でそれぞれ作製した5つのリチウムイオン二次電池(試験体)について行い、破裂も発火も生じない試験体の数により、下記の基準で評価した。破壊も発火も生じない試験体の数が多いほど、リチウムイオン二次電池が内部短絡時の発熱抑制に優れることを示す。
A:破裂も発火も生じない試験体の数が4個又は5個
B:破裂も発火も生じない試験体の数が3個
C:破裂も発火も生じない試験体の数が2個以下
<非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製>
発泡剤粒子としてのメラミンシアヌレートA(体積平均粒子径:300nm、熱分解温度:350℃、400℃での発泡量:80cm3/g(25℃1気圧換算))100部と、水溶性重合体としてのカルボキシメチルセルロース水溶液(熱分解温度:180℃)4部(固形分相当)と、非水溶性重合体としての重合体A(旭化成社製、製品名「タフテック(登録商標)M1911」、共役ジエン系重合体の水素化物(マレイン酸変性スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体)、固形分濃度10%のトルエン溶液)0.5部(固形分相当)を含む組成物に分散処理を施し、分散液を得た。ロータリーエバポレーターで加熱減圧処理(バス温度80℃、減圧度150Torr)を1時間行って、分散液からトルエンを除去した後、濡れ剤としてのノプテックスED052(サンノプコ社製)1.5部を加え、スリーワンモーターで30分間撹拌してスラリー組成物を調製した。なお、スラリー組成物の固形分濃度は11.4%であった。また、このスラリー組成物についてW0およびW1を特定し、Fsupを算出した。結果を表1に示す。
<機能層付きセパレータの作製>
単層のポリプロピレン製セパレータ基材(セルガード社製、製品名「#2500」)を準備した。上述で得られたスラリー組成物を、バーコータを用いてセパレータ基材上に塗布した。塗布後、セーフティ―オーブンにて温度50℃で乾燥させて、セパレータ基材の片面に機能層を有するセパレータ(機能層の厚み:3μm)を得た。
この機能層付きセパレータについて、粉落ちおよびガーレー値を評価した。結果を表1に示す。
<負極の作製>
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、スチレン63部、1,3-ブタジエン34部、イタコン酸2部およびアクリル酸-2-ヒドロキシエチル1部、分子量調整剤としてのt-ドデシルメルカプタン0.3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5部、イオン交換水150部、ならびに、重合開始剤としての過硫酸カリウム1部を投入し、十分に撹拌した後、温度55℃に加温して重合を開始した。単量体消費量が95.0%になった時点で冷却し、反応を停止した。こうして得られた重合体を含んだ水分散体に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを8に調整した。その後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。さらにその後、温度30℃以下まで冷却することにより、負極用結着材を含む水分散液(負極用結着材組成物)を得た。
プラネタリーミキサーに、負極活物質としての人造黒鉛(理論容量360mAh/g)を48.75部、天然黒鉛(理論容量360mAh/g)を48.75部、そしてカルボキシメチルセルロースを固形分相当で1部投入した。さらに、イオン交換水にて固形分濃度が60%となるように希釈し、その後、回転速度45rpmで60分間混練した。その後、上述で得られた負極用結着材組成物を固形分相当で1.5部投入し、回転速度40rpmで40分間混練した。そして、粘度が3000±500mPa・s(B型粘度計、25℃、60rpmで測定)となるようにイオン交換水を加えることにより、負極用スラリー組成物を調製した。
上記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15μmの銅箔の表面に、塗付量が11±0.5mg/cm2となるように塗布した。その後、負極用スラリー組成物が塗布された銅箔を、400mm/分の速度で、温度80℃のオーブン内を2分間、さらに温度110℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、銅箔上の負極用スラリー組成物を乾燥させ、集電体上に負極合材層が形成された負極原反を得た。その後、作製した負極原反の負極合材層側を温度25±3℃の環境下、線圧11t(トン)の条件でロールプレスし、負極合材層の密度が1.60g/cm3の負極を得た。
<正極の作製>
プラネタリーミキサーに、正極活物質としてのNMC811(LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2)96.0部、導電材としてのカーボンブラック(デンカ社製、商品名「Li-100」)固形分相当で2.0部、およびポリフッ化ビニリデン(Solvay社製、商品名「ソレフ(登録商標)5130」)2.0部を投入して混合した。更に、N-メチルピロリドン(NMP)を徐々に加えて、温度25±3℃、回転数60rpmにて撹拌混合することで、粘度3,600mPa・s(B型粘度計、25±3℃、60rpm(ローターM4)で測定)の正極用スラリー組成物を得た。
上記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のアルミニウム箔の上に、塗布量が10±0.5mg/cm2となるように塗布した。更に、0.5m/分の速度で、温度90℃のオーブン内を2分間、さらに温度120℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより、アルミニウム箔上の正極用スラリー組成物を乾燥させ、集電体上に正極合材層が形成された正極原反(下層)を得た。その後、作製した正極原反の正極合材層側を温度25±3℃の環境下、荷重14t(トン)の条件でロールプレスし、正極合材層の密度が3.80g/cm3であり、正極合材層の厚みが53μmである正極を得た。
<二次電池の作製>
上記で得られた負極、正極およびセパレータを用いて、積層ラミネートセル(初期設計放電容量3Ah相当)を作製した。この際、セパレータの機能層が正極に対向するように配置した。得られた積層体をアルミ包材内に配置して、60℃、10時間の条件にて真空乾燥を行った。その後、電解液として濃度1.0MのLiPF6溶液(溶媒:エチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=3/7(体積比)の混合溶媒、添加剤:ビニレンカーボネート2体積%(溶媒比)を含有)を充填した。さらに、アルミ包材の開口を密封するために、温度150℃のヒートシールをしてアルミ包材を閉口し、リチウムイオン二次電池を製造した。
このリチウムイオン二次電池について、IV抵抗および内部短絡時の発熱抑制を評価した。結果を表1に示す。
非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製の際に、非水溶性重合体としての重合体A0.5部(固形分相当)に代えて、重合体B(日本ゼオン社製、製品名「クインタック(登録商標)3520」、共役ジエン系重合体の水素化物(スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体))0.6部(固形分相当)を使用した以外は、実施例1と同様にして、非水系二次電池機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
以下のようにして調製した非水系二次電池機能層用スラリー組成物を使用した以外は、実施例1と同様にして、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製>
発泡剤粒子としてのメラミンシアヌレートB(体積平均粒子径:400nm、熱分解温度:350℃、400℃での発泡量:80cm3/g(25℃1気圧換算))100部と、水溶性重合体としてのカルボキシメチルセルロース水溶液4部(固形分相当)と、非水溶性重合体としての重合体A(固形分濃度10%のトルエン溶液)5部(固形分相当)とを含む組成物に分散処理を施し、分散液を得た。ロータリーエバポレーターで加熱減圧処理(バス温度80℃、減圧度150Torr)を1時間行って、分散液からトルエンを除去した後、濡れ剤としてのノプテックスED052(サンノプコ社製)1.5部を加え、スリーワンモーターで30分間撹拌してスラリー組成物を調製した。
以下のようにして調製した非水系二次電池機能層用スラリー組成物を使用した以外は、実施例1と同様にして、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製>
発泡剤粒子としてのメラミンシアヌレートA10部と、トルエン10部とをガラス容器に入れて混合した系に、非水溶性重合体としての重合体C(クレイトン社製、製品名「クレイトンG1657」、共役ジエン系重合体の水素化物(スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体)、固形分濃度10%のトルエン溶液)0.05部(固形分相当)を添加し、分散処理を施して予備分散液を得た。得られた予備分散液にイオン交換水100部と、水溶性重合体としてのカルボキシメチルセルロース水溶液0.4部(固形分相当)とを加えて分散液を得た。ロータリーエバポレーターで加熱減圧処理(バス温度80℃、減圧度150Torr)を1時間行って、分散液からトルエンを除去し、濡れ剤としてのノプテックスED052(サンノプコ社製)0.15部を加え、スリーワンモーターで30分間撹拌してスラリー組成物を調製した。
以下のようにして調製した非水系二次電池機能層用スラリー組成物を使用した以外は、実施例1と同様にして、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製>
発泡剤粒子としての微粉メラミン(体積平均粒子径:800nm、熱分解温度:300℃、400℃での発泡量:100cm3/g(25℃1気圧換算))100部と、水溶性重合体としてのカルボキシメチルセルロース水溶液7部(固形分相当)と、非水溶性重合体としての重合体A(固形分濃度10%のトルエン溶液)10部(固形分相当)とを含む組成物に分散処理を施し、分散液を得た。ロータリーエバポレーターで加熱減圧処理(バス温度80℃、減圧度150Torr)を1時間行って、分散液からトルエンを除去した後、濡れ剤としてのノプテックスED052(サンノプコ社製)1.5部を加え、スリーワンモーターで30分間撹拌してスラリー組成物を調製した。
以下のようにして調製した非水系二次電池機能層用スラリー組成物を使用した以外は、実施例1と同様にして、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製>
発泡剤粒子としての微粉メラミン100部と、水溶性重合体としてのアルギン酸ナトリウム水溶液(熱分解温度:180℃以上)8部(固形分相当)と、非水溶性重合体としての重合体D(クラレ社製、製品名「セプトン(登録商標)HG252」、共役ジエン系重合体の水素化物(水酸基含有スチレン-エチレン・エチレン・プロピレン-スチレンブロック共重合体)、固形分濃度10%のトルエン溶液)0.7部(固形分相当)とを含む組成物に分散処理を施し、分散液を得た。ロータリーエバポレーターで加熱減圧処理(バス温度80℃、減圧度150Torr)を1時間行って、分散液からトルエンを除去した後、濡れ剤としてのノプテックスED052(サンノプコ社製)1.5部を加え、スリーワンモーターで30分間撹拌してスラリー組成物を調製した。
以下のようにして調製した非水系二次電池機能層用スラリー組成物を使用した以外は、実施例1と同様にして、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<非水溶性重合体(重合体E)の調製>
撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部および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、乳化剤としてのポリオキシエチレンラウリルエーテル(花王ケミカル社製、製品名「エマルゲン(登録商標)120」)0.5部、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体(エステル基含有単量体)としての2-エチルヘキシルアクリレート65部、芳香族モノビニル単量体としてのスチレン30部、エポキシ基含有単量体としてのアリルグリシジルエーテル1.7部、架橋性単量体としてのアリルメタクリレート0.3部、およびカルボン酸基含有単量体としてのアクリル酸3部を混合して単量体組成物を得た。
この単量体組成物を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。連続添加中は、70℃で反応を行った。連続添加終了後、さらに80℃で3時間撹拌して反応を終了し、非水溶性重合体としての重合体E(アクリル系重合体)の水分散体を得た。
得られた重合体Eの水分散体を25℃に冷却後、これに水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8.0に調整し、その後スチームを導入して未反応の単量体を除去した。その後、イオン交換水で固形分濃度を調整しながら、200メッシュ(目開:約77μm)のステンレス製金網でろ過を行って、重合体Eの水分散体(固形分濃度:40%)を得た。なお、重合体Eのガラス転移温度を測定したところ、ガラス転移温度は-25℃であった。
<非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製>
発泡剤粒子としてのメラミンシアヌレートA100部と、水溶性重合体としてのカルボキシメチルセルロース水溶液4部(固形分相当)と、上述のようにして得られた非水溶性重合体としての重合体E(固形分濃度40%の水分散体)2.5部(固形分相当)とを含む組成物に分散処理を施した後、濡れ剤としてのノプテックスED052(サンノプコ社製)1.5部を加え、スリーワンモーターで30分間撹拌してスラリー組成物を調製した。
以下のようにして調製した非水系二次電池機能層用スラリー組成物を使用した以外は、実施例1と同様にして、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
<非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製>
発泡剤粒子としての微粉メラミン100部と、水溶性重合体としてのカルボキシメチルセルロース水溶液4部(固形分相当)と、非水溶性重合体としての重合体A(固形分濃度10%のトルエン溶液)30部(固形分相当)とを含む組成物に分散処理を施し、分散液を得た。ロータリーエバポレーターで加熱減圧処理(バス温度80℃、減圧度150Torr)を1時間行って、分散液からトルエンを除去した後、濡れ剤としてのノプテックスED052(サンノプコ社製)1.5部を加え、スリーワンモーターで30分間撹拌してスラリー組成物を調製した。
非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製の際に、非水溶性重合体を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして、非水系二次電池機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、および正極を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。なお、機能層付きセパレータのガーレー値の評価は行わなかった。また、粉落ちが大きく、二次電池の組み立て操作ができなかったため、二次電池のIV抵抗および内部短絡時の発熱抑制の評価は行わなかった。
非水系二次電池機能層用スラリー組成物の調製の際に、非水溶性重合体(重合体E)の配合量を2.5部から20部(固形分相当)に変更した以外は、比較例1と同様にして、非水系二次電池機能層用スラリー組成物、機能層付きセパレータ、負極、正極、および二次電池を準備または作製した。そして、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
「発泡量」は、発泡剤粒子の400℃での発泡量(25℃1気圧換算)を示し、
「Fsup」は、スラリー組成物に含まれる非水溶性重合体の全質量をW0(g)とし、スラリー組成物を温度25℃で1時間静置して得られる上澄み液をメタノールで凝固させ、得られた凝固物を水洗した後に温度60℃で1時間乾燥させて得られる乾燥物の質量をW1(g)として、下記式(1):
Fsup=100×(W1/W0)[質量%]・・・(1)
により算出される値を示し、
「非水溶性重合体/水溶性重合体(質量比)」は、スラリー組成物における水溶性重合体の含有量に対する非水溶性重合体の含有量の質量比を示し、
「MC」は、メラミンシアヌレートを示し、
「MM」は、メラミンを示し、
「CMC」は、カルボキシメチルセルロースを示し、
「SA」は、アルギン酸ナトリウムを示し、
「<25」は、25℃未満であることを示し、
「≧180」は、180℃以上であることを示す。
また、表1中、「非水溶性重合体/水溶性重合体(質量比)」は、水溶性重合体および非水溶性重合体の仕込み量から算出した値を四捨五入の上、有効数字3桁で表記した。
一方、Fsupが所定値より大きいスラリー組成物を用いた比較例1では、二次電池の内部短絡時の発熱抑制が低下すると共に、二次電池の内部抵抗が上昇していることが分かる。
また、機能性粒子に対する非水溶性重合体の量比が所定範囲外であるスラリー組成物を用いた比較例2では、二次電池の内部抵抗が上昇していることが分かる。
そして、非水溶性重合体を含まないスラリー組成物を用いた比較例3では、セパレータ基材上に形成した機能層からの機能性粒子の脱落が発生していることが分かる。
更に、Fsupが所定値より大きいスラリー組成物を用いた比較例4では、二次電池の内部抵抗が上昇していることが分かる。
Claims (10)
- 機能性粒子と、非水溶性重合体と、水溶性重合体と、水とを含む非水系二次電池機能層用スラリー組成物であって、
前記機能性粒子は、発泡剤粒子を含み、
前記非水溶性重合体の含有量が、前記機能性粒子100質量部当たり0.01質量部以上20質量部以下であり、
前記水溶性重合体の含有量が、前記機能性粒子100質量部当たり1質量部以上10質量部以下であり、
前記非水系二次電池機能層用スラリー組成物に含まれる前記非水溶性重合体の全質量をW0(g)とし、前記非水系二次電池機能層用スラリー組成物を温度25℃で1時間静置して得られる上澄み液をメタノールで凝固させ、得られた凝固物を水洗した後に温度60℃で1時間乾燥させて得られる乾燥物の質量をW1(g)として、下記式(1):
Fsup=100×(W1/W0)[質量%]・・・(1)
により算出される値(Fsup)が10質量%以下である、非水系二次電池機能層用スラリー組成物。 - 前記非水溶性重合体の含有量が、前記機能性粒子100質量部当たり10質量部以下である、請求項1に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
- 前記水溶性重合体の熱分解温度が130℃以上である、請求項1に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
- 前記水溶性重合体が、セルロース誘導体、アルギン酸化合物、ポリビニルアルコールおよびポリアクリル酸化合物からなる群から選択される、請求項1に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
- 前記発泡剤粒子の熱分解温度が150℃以上450℃以下である、請求項1に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
- 前記発泡剤粒子の400℃での発泡量が、25℃1気圧換算で10cm3/g以上である、請求項1に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
- 前記発泡剤粒子がメラミン化合物である、請求項1に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
- 前記メラミン化合物がメラミンシアヌレートである、請求項7に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物。
- 請求項1~8の何れかに記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物を製造する方法であって、
前記機能性粒子、前記非水溶性重合体、前記水溶性重合体、水および有機溶媒を含む分散液から前記有機溶媒を除去する工程を備える、非水系二次電池機能層用スラリー組成物の製造方法。 - 前記除去する工程に先んじて、以下の(A)または(B):
(A)前記機能性粒子、前記非水溶性重合体、前記水溶性重合体、水および前記有機溶媒を含む組成物に分散処理を施して、前記分散液を得る工程;または
(B)前記機能性粒子、前記非水溶性重合体および前記有機溶媒を含む組成物に分散処理を施して予備分散液を得る工程と、前記予備分散液に前記水溶性重合体および水を加えて前記分散液を得る工程;
の何れかの手順を更に備える、請求項9に記載の非水系二次電池機能層用スラリー組成物の製造方法。
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