WO2024048378A1 - 電気化学素子機能層用組成物、電気化学素子用機能層、電気化学素子用積層体、および電気化学素子 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る機能層を形成可能な電気化学素子機能層用組成物を提供する。本発明の電気化学素子機能層用組成物は、粒子状重合体を含み、前記粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位と、グリシジル基含有単量体単位、アセチル基含有単量体単位およびアミド基含有単量体単位からなる群より選択される少なくとも1つの単量体単位(A)とを含み、前記粒子状重合体の体積平均粒子径が、1.0μm以上10.0μm以下である。
Description
本発明は、電気化学素子機能層用組成物、電気化学素子用機能層、電気化学素子用積層体、および電気化学素子に関するものである。
リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の電気化学素子は、小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能という特性があり、幅広い用途に使用されている。
ここで、例えばリチウムイオン二次電池は、一般に、正極、負極、および、正極と負極とを隔離して正極と負極との間の短絡を防ぐセパレータ等の電池部材を備えている。
リチウムイオン二次電池等の電気化学素子においては、耐熱性および強度を向上させるための多孔膜層や、電池部材同士を接着するための接着層など(以下、これらを総称して「機能層」と称する。)を備える構成部材が使用されている。具体的には、集電体上に電極合材層を設けてなる電極基材上にさらに機能層を形成してなる電極や、セパレータ基材上に機能層を形成してなるセパレータが電池部材として使用されている。そして近年では、リチウムイオン二次電池等の電気化学素子の更なる高性能化を目的として、機能層の更なる改良が検討されている。具体的には、例えば特許文献1では、無機粒子と、シクロアルキル基含有単量体単位を所定の割合で含有する粒子状重合体とを含む機能層用組成物を用いることで、優れた接着性を発揮し得る機能層を形成することが提案されている。
しかしながら、上記従来の技術に従って得られる機能層には、電解液浸漬後の接着性(以下、「ウェット接着性」ともいう。)の点において一層の改善の余地があった。また、上記従来の技術に従って得られる機能層を備える電池等の電気化学素子には、充放電時に電極上にリチウム等の金属が析出するのを十分に抑制できず、金属析出による電極同士の短絡を十分に抑制することができないという問題があった。
そこで、本発明は、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る機能層を形成可能な電気化学素子機能層用組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る電気化学素子用機能層を提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記電気化学素子用機能層が積層されてなる電気化学素子用積層体を提供することを目的とする。そして、本発明は、上記電気化学素子用積層体を備える電気化学素子を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、粒子状重合体を含む、電気化学素子機能層用組成物であって、前記粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位と、グリシジル基含有単量体単位、アセチル基含有単量体単位およびアミド基含有単量体単位のうちの少なくとも1つとを含み、且つ、所定の範囲内の体積平均粒子径を有する、電気化学素子機能層用組成物であれば、上記課題を解決出来ることを新たに見出し、本発明を完成させた。
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、[1]本発明は、粒子状重合体を含む、電気化学素子機能層用組成物であって、前記粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位と、グリシジル基含有単量体単位、アセチル基含有単量体単位およびアミド基含有単量体単位からなる群より選択される少なくとも1つの単量体単位(A)とを含み、前記粒子状重合体の体積平均粒子径が、1.0μm以上10.0μm以下である、電気化学素子機能層用組成物である。
このような電気化学素子機能層用組成物であれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を抑制する機能層を形成可能である。
なお、粒子状重合体が所定の単量体単位を含むか否かは、1H-NMRなどの核磁気共鳴(NMR)法を用いて判定することが出来る。また、粒子状重合体が「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た粒子状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。
なお、本明細書において、「粒子状重合体の体積平均粒子径」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
このような電気化学素子機能層用組成物であれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を抑制する機能層を形成可能である。
なお、粒子状重合体が所定の単量体単位を含むか否かは、1H-NMRなどの核磁気共鳴(NMR)法を用いて判定することが出来る。また、粒子状重合体が「単量体単位を含む」とは、「その単量体を用いて得た粒子状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。
なお、本明細書において、「粒子状重合体の体積平均粒子径」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
[2]上記[1]の電気化学素子機能層用組成物において、前記粒子状重合体のガラス転移温度が0℃以上90℃以下であることが好ましい。
粒子状重合体のガラス転移温度が上記下限値以上であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体のガラス転移温度が上記上限値以下であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来る。
なお、本明細書において、「粒子状重合体のガラス転移温度」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
粒子状重合体のガラス転移温度が上記下限値以上であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体のガラス転移温度が上記上限値以下であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来る。
なお、本明細書において、「粒子状重合体のガラス転移温度」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
[3]上記[1]または[2]の電気化学素子機能層用組成物において、前記粒子状重合体が、前記シクロアルキル基含有単量体単位を51質量%以上99質量%以下含むことが好ましい。
粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記下限値以上含むならば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記上限値以下含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来る。
また、本明細書において、粒子状重合体中における単量体単位の含有割合は、粒子状重合体に含有される全単量体単位の量を100質量%とした場合に、当該単量体単位の占める含有割合を意味する。さらにまた、本発明において、各単量体単位の含有割合(質量%)は、1H-NMRなどの核磁気共鳴(NMR)法を用いて測定することが出来る。
粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記下限値以上含むならば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記上限値以下含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来る。
また、本明細書において、粒子状重合体中における単量体単位の含有割合は、粒子状重合体に含有される全単量体単位の量を100質量%とした場合に、当該単量体単位の占める含有割合を意味する。さらにまた、本発明において、各単量体単位の含有割合(質量%)は、1H-NMRなどの核磁気共鳴(NMR)法を用いて測定することが出来る。
[4]上記[1]から[3]の何れかの電気化学素子機能層用組成物において、前記粒子状重合体の電解液膨潤度が100%以上500%以下であることが好ましい。
粒子状重合体の電解液膨潤度が上記下限値以上であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来るとともに、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。一方、粒子状重合体の電解液膨潤度が上記上限値以下であれば、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
なお、本明細書において、「粒子状重合体の電解液膨潤度」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
粒子状重合体の電解液膨潤度が上記下限値以上であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来るとともに、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。一方、粒子状重合体の電解液膨潤度が上記上限値以下であれば、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
なお、本明細書において、「粒子状重合体の電解液膨潤度」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
[5]上記[1]から[4]の何れかの電気化学素子機能層用組成物は、耐熱性粒子をさらに含むことが好ましい。電気化学素子機能層用組成物が、耐熱性粒子をさらに含めば、耐熱性に優れる機能層を形成し、電気化学素子の耐熱性を高めることができる。
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、[6]本発明は、上記[1]から[5]の何れかの電気化学素子機能層用組成物を用いて形成した、電気化学素子用機能層である。
このような電気化学素子用機能層であれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来る。
このような電気化学素子用機能層であれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来る。
[7]上記[5]の電気化学素子機能層用組成物を用いて形成した電気化学素子用機能層は、前記耐熱性粒子を含む耐熱性粒子層中に前記粒子状重合体の一部が埋め込まれてなる構造を有し、前記耐熱性粒子層の厚みに対する前記粒子状重合体の個数平均粒子径の比が1.0以上5.0以下であることが好ましい。
耐熱性粒子層の厚みに対する粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記下限値以上であれば、機能層の厚み方向表面において、耐熱性粒子の表面に対して粒子状重合体がさらに突出し易くなるため、さらに良好なウェット接着性が発揮され得る。一方、耐熱性粒子層の厚みに対する前記粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記上限値以下であれば、粒子状重合体の接着点が多くなるため、良好なウェット接着性が発揮されうると共に、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来る。
なお、本明細書において、「耐熱性粒子層の厚み」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
また、機能層中での「粒子状重合体の個数平均粒子径」は、下記の方法によって得られる。まず、クロスセクションポリッシャーを用いて、機能層付きセパレータ(積層体)を積層方向に切断する。次に、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、積層体断面に対して垂直方向からその断面を観察し、得られた画像から、20点の粒子状重合体の粒子径を測定し、その平均値を算出する。算出した平均値を、機能層中での粒子状重合体の個数平均粒子径とする。
耐熱性粒子層の厚みに対する粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記下限値以上であれば、機能層の厚み方向表面において、耐熱性粒子の表面に対して粒子状重合体がさらに突出し易くなるため、さらに良好なウェット接着性が発揮され得る。一方、耐熱性粒子層の厚みに対する前記粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記上限値以下であれば、粒子状重合体の接着点が多くなるため、良好なウェット接着性が発揮されうると共に、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来る。
なお、本明細書において、「耐熱性粒子層の厚み」は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
また、機能層中での「粒子状重合体の個数平均粒子径」は、下記の方法によって得られる。まず、クロスセクションポリッシャーを用いて、機能層付きセパレータ(積層体)を積層方向に切断する。次に、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、積層体断面に対して垂直方向からその断面を観察し、得られた画像から、20点の粒子状重合体の粒子径を測定し、その平均値を算出する。算出した平均値を、機能層中での粒子状重合体の個数平均粒子径とする。
[8]本発明は、基材上に、上記[6]または[7]の何れかの電気化学素子用機能層が積層されてなる、電気化学素子用積層体である。
このような電気化学素子用積層体であれば、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来る。また、このような電気化学素子用積層体であれば、かかる電気化学素子用積層体を備える電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
このような電気化学素子用積層体であれば、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来る。また、このような電気化学素子用積層体であれば、かかる電気化学素子用積層体を備える電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
[9] 本発明は、上記[8]の電気化学素子用積層体を備える、電気化学素子である。
このような電気化学素子であれば、優れたサイクル特性を発揮し得る。
このような電気化学素子であれば、優れたサイクル特性を発揮し得る。
本発明によれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を抑制する機能層を形成可能な電気化学素子機能層用組成物を提供出来る。また、本発明によれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を抑制する電気化学素子用機能層を提供出来る。さらに、本発明によれば、上記電気化学素子用機能層が積層されてなる電気化学素子用積層体を提供出来る。そして、本発明によれば、上記電気化学素子用積層体を備える電気化学素子を提供出来る。
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。ここで、本発明の電気化学素子機能層用組成物は、本発明の電気化学素子用積層体に備えられる電気化学素子用機能層を形成する際に用いられる。そして、本発明の電気化学素子用積層体は、本発明の電気化学素子機能層用組成物を用いて形成された機能層を備える。また、本発明の電気化学素子は、少なくとも本発明の電気化学素子用積層体を備える。
(電気化学素子機能層用組成物)
本発明の電気化学素子機能層用組成物は、所定の粒子状重合体を含有し、任意に、結着材、耐熱性粒子、その他の成分、および、分散媒からなる群より選択される1つ以上の成分をさらに含み得る。そして、本発明の機能層用組成物を用いることで、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る電気化学素子用機能層を形成することができる。なお、本発明の機能層用組成物は、通常、水などの分散媒中に上述した成分が分散されてなるスラリー組成物である。
本発明の電気化学素子機能層用組成物は、所定の粒子状重合体を含有し、任意に、結着材、耐熱性粒子、その他の成分、および、分散媒からなる群より選択される1つ以上の成分をさらに含み得る。そして、本発明の機能層用組成物を用いることで、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る電気化学素子用機能層を形成することができる。なお、本発明の機能層用組成物は、通常、水などの分散媒中に上述した成分が分散されてなるスラリー組成物である。
<粒子状重合体>
機能層用組成物中に含まれる粒子状重合体は、以下に詳述するように、所定の単量体単位を含み、且つ、所定の範囲内の体積平均粒子径を有しており、機能層用組成物中で粒子状の形状を有する重合体である。なお、粒子状重合体は、機能層用組成物を用いて形成した機能層を介して部材同士を接着した後は、粒子状であってもよいし、その他の任意の形状であってもよい。さらに、粒子状重合体は、結晶性高分子重合体であっても、非結晶性高分子重合体であってもよく、これらの混合物であってもよい。
機能層用組成物中に含まれる粒子状重合体は、以下に詳述するように、所定の単量体単位を含み、且つ、所定の範囲内の体積平均粒子径を有しており、機能層用組成物中で粒子状の形状を有する重合体である。なお、粒子状重合体は、機能層用組成物を用いて形成した機能層を介して部材同士を接着した後は、粒子状であってもよいし、その他の任意の形状であってもよい。さらに、粒子状重合体は、結晶性高分子重合体であっても、非結晶性高分子重合体であってもよく、これらの混合物であってもよい。
[体積平均粒子径]
粒子状重合体は、1.0μm以上10.0μm以下の体積平均粒子径を有する。
粒子状重合体の体積平均粒子径が上記下限値以上であれば、機能層用組成物を用いて形成した機能層の厚み方向表面において、粒子状重合体が、粒子状重合体以外の材料に対して突出して電池部材と接触し易くなり、その結果、機能層が優れたウェット接着性を発揮し得る。また、粒子状重合体の体積平均粒子径が上記下限値以上であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体の体積平均粒子径が上記上限値以下であれば、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来るとともに、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
粒子状重合体の体積平均粒子径は、1.2μm以上であることが好ましく、1.5μm以上であることがより好ましく、2.0μm以上であることが更に好ましく、9.0μm以下であることが好ましく、8.5μm以下であることがより好ましい。なお、粒子状重合体の体積平均粒子径は、粒子状重合体を調製する際に用いる金属水酸化物の種類や量、並びに、粒子状重合体の調製方法および調製条件によって調整できる。
粒子状重合体は、1.0μm以上10.0μm以下の体積平均粒子径を有する。
粒子状重合体の体積平均粒子径が上記下限値以上であれば、機能層用組成物を用いて形成した機能層の厚み方向表面において、粒子状重合体が、粒子状重合体以外の材料に対して突出して電池部材と接触し易くなり、その結果、機能層が優れたウェット接着性を発揮し得る。また、粒子状重合体の体積平均粒子径が上記下限値以上であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体の体積平均粒子径が上記上限値以下であれば、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来るとともに、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
粒子状重合体の体積平均粒子径は、1.2μm以上であることが好ましく、1.5μm以上であることがより好ましく、2.0μm以上であることが更に好ましく、9.0μm以下であることが好ましく、8.5μm以下であることがより好ましい。なお、粒子状重合体の体積平均粒子径は、粒子状重合体を調製する際に用いる金属水酸化物の種類や量、並びに、粒子状重合体の調製方法および調製条件によって調整できる。
[電解液膨潤度]
また、粒子状重合体の電解液膨潤度は、好ましくは100%以上、より好ましくは110%以上、さらに好ましくは120%以上であり、好ましくは500%以下、より好ましくは400%以下、さらに好ましくは300%以下である。
粒子状重合体の電解液膨潤度が上記下限値以上であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来るとともに、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。一方、粒子状重合体の電解液膨潤度が上記上限値以下であれば、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
また、粒子状重合体の電解液膨潤度は、好ましくは100%以上、より好ましくは110%以上、さらに好ましくは120%以上であり、好ましくは500%以下、より好ましくは400%以下、さらに好ましくは300%以下である。
粒子状重合体の電解液膨潤度が上記下限値以上であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来るとともに、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。一方、粒子状重合体の電解液膨潤度が上記上限値以下であれば、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
[ガラス転移温度]
さらに、粒子状重合体のガラス転移温度は、好ましくは0℃以上、より好ましくは20℃以上、さらに好ましくは30℃以上であり、好ましくは90℃以下、より好ましくは87℃以下、さらに好ましくは75℃以下である。
粒子状重合体のガラス転移温度が上記下限値以上であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体のガラス転移温度が上記上限値以下であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来る。
さらに、粒子状重合体のガラス転移温度は、好ましくは0℃以上、より好ましくは20℃以上、さらに好ましくは30℃以上であり、好ましくは90℃以下、より好ましくは87℃以下、さらに好ましくは75℃以下である。
粒子状重合体のガラス転移温度が上記下限値以上であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体のガラス転移温度が上記上限値以下であれば、得られる機能層のウェット接着性をより向上出来る。
[粗大粒子の量]
なお、機能層用組成物中に含まれる粒子状重合体中の粗大粒子の量は、1.0質量%未満であることが好ましく、0.1質量%未満であることがより好ましい。
粒子状重合体中の粗大粒子の量は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
なお、機能層用組成物中に含まれる粒子状重合体中の粗大粒子の量は、1.0質量%未満であることが好ましく、0.1質量%未満であることがより好ましい。
粒子状重合体中の粗大粒子の量は、本明細書の実施例に記載の方法により測定出来る。
[重合体の組成]
粒子状重合体は、シクロアルキル基含有単量体単位と、グリシジル基含有単量体単位、アセチル基含有単量体単位およびアミド基含有単量体単位からなる群より選択される少なくとも1つの単量体単位(A)とを含み、任意に、その他の単量体単位をさらに含み得る。
粒子状重合体は、シクロアルキル基含有単量体単位と、グリシジル基含有単量体単位、アセチル基含有単量体単位およびアミド基含有単量体単位からなる群より選択される少なくとも1つの単量体単位(A)とを含み、任意に、その他の単量体単位をさらに含み得る。
-シクロアルキル基含有単量体単位-
ここで、シクロアルキル基含有単量体単位としては、特に限定されることなく、例えば、1つ以上のエチレン性不飽和結合と、1つ以上のシクロアルキル基とを有する単量体に由来する単量体単位が挙げられる。具体的には、特に限定されることなく、シクロアルキル基含有単量体単位を形成し得るシクロアルキル基含有単量体としては、エチレン性不飽和結合およびシクロアルキル基をそれぞれ1つずつ有するシクロアルキル基含有単量体などが挙げられる。エチレン性不飽和結合およびシクロアルキル基をそれぞれ1つずつ有するシクロアルキル基含有単量体としては、ビニルシクロペンタン、ビニルシクロヘキサン、ビニルエポキシシクロヘキサンおよびシクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体などが挙げられる。中でも、シクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体が好ましい。
なお、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。
また、本明細書においては、シクロアルキル基と、グリシジル基、アセチル基およびアミド基からなる群より選択される少なくとも1つの官能基(A)とを有している単量体は、シクロアルキル基含有単量体単位を形成するものとする。
ここで、シクロアルキル基含有単量体単位としては、特に限定されることなく、例えば、1つ以上のエチレン性不飽和結合と、1つ以上のシクロアルキル基とを有する単量体に由来する単量体単位が挙げられる。具体的には、特に限定されることなく、シクロアルキル基含有単量体単位を形成し得るシクロアルキル基含有単量体としては、エチレン性不飽和結合およびシクロアルキル基をそれぞれ1つずつ有するシクロアルキル基含有単量体などが挙げられる。エチレン性不飽和結合およびシクロアルキル基をそれぞれ1つずつ有するシクロアルキル基含有単量体としては、ビニルシクロペンタン、ビニルシクロヘキサン、ビニルエポキシシクロヘキサンおよびシクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体などが挙げられる。中でも、シクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体が好ましい。
なお、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。
また、本明細書においては、シクロアルキル基と、グリシジル基、アセチル基およびアミド基からなる群より選択される少なくとも1つの官能基(A)とを有している単量体は、シクロアルキル基含有単量体単位を形成するものとする。
シクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸シクロヘキシルメチル、アクリル酸メンチル、およびアクリル酸2,2,5-トリメチルシクロヘキシル等の単環式シクロアルキル基を有するアクリル酸エステル単量体;アクリル酸ノルボルニル、アクリル酸ノルボルニルメチル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸フェンチル等の2環式シクロアルキル基を有するアクリル酸エステル単量体;アクリル酸アダマンチル、アクリル酸トリシクロ〔5,2,1,02′6〕デカン-8-イル、およびアクリル酸トリシクロ〔5,2,1,02′6〕デカン-3(または4)-イルメチル等の3つ以上の環を含むシクロアルキル基を有するアクリル酸エステル単量体;等のアクリル酸シクロアルキル、並びに、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシルメチル、メタクリル酸メンチル、およびメタクリル酸2,2,5-トリメチルシクロヘキシル等の単環式シクロアルキル基を有するメタクリル酸エステル単量体;メタクリル酸ノルボルニル、メタクリル酸ノルボルニルメチル、メタクリル酸ボルニル、メタクリル酸イソボルニル、およびメタクリル酸フェンチル等の2環式シクロアルキル基を有するメタクリル酸エステル単量体;メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸トリシクロ〔5,2,1,02′6〕デカン-8-イル、メタクリル酸トリシクロ〔5,2,1,02′6〕デカン-3(または4)-イルメチル等の3つ以上の環を含むシクロアルキル基を有するメタクリル酸エステル単量体;等のメタクリル酸シクロアルキルエステルなどが挙げられる。これらは、単独で、または、2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記した中でも、シクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、脂環式構造中に含まれる炭素数が6である単量体が好ましい。なお、本明細書において、「脂環式構造中に含まれる炭素数」は、脂環式構造中にて環を形成する炭素の数を指し、脂環式構造が置換基を有する場合は、当該置換基に含有される炭素原子の数は含まない。
脂環式構造に含まれる炭素数が6であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制できる。
脂環式構造に含まれる炭素数が6であれば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制できる。
具体的には、上記列挙した単量体の中でも、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制できる観点から、シクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、単環式シクロアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステル単量体が好ましい。中でも、シクロアルキル基含有(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、アクリル酸シクロヘキシル(脂環式構造中に含まれる炭素数:6)およびメタクリル酸シクロヘキシル(脂環式構造中に含まれる炭素数:6)が好ましく、メタクリル酸シクロヘキシル(脂環式構造中に含まれる炭素数:6)がより好ましい。
粒子状重合体中のシクロアルキル基含有単量体単位の含有割合は、粒子状重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、好ましくは51質量%以上、より好ましくは55質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上であり、好ましくは99質量%以下、より好ましくは95質量%以下、さらに好ましくは90質量%以下である。
粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記下限値以上含むならば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記上限値以下含むならば、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来る。
粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記下限値以上含むならば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。一方、粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位を上記上限値以下含むならば、充放電時の電極上への金属析出を抑制出来る。
-単量体単位(A)-
粒子状重合体は、単量体単位(A)を含む。ここで、本明細書においては、グリシジル基と、アセチル基およびアミド基の少なくとも一方とを有している単量体は、グリシジル基含有単量体単位を形成するものとする。また、アセチル基およびアミド基を有している単量体は、アセチル基含有単量体単位を形成するものとする。
粒子状重合体は、単量体単位(A)を含む。ここで、本明細書においては、グリシジル基と、アセチル基およびアミド基の少なくとも一方とを有している単量体は、グリシジル基含有単量体単位を形成するものとする。また、アセチル基およびアミド基を有している単量体は、アセチル基含有単量体単位を形成するものとする。
ここで、グリシジル基含有単量体単位を形成し得るグリシジル基含有単量体としては、特に限定されることなく、例えば、アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート、エポキシ-9-デセン、エポキシ-5-ヘキセンなどが挙げられる。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。
中でも、充放電時の電極上への金属析出を抑制するとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上させる観点から、グリシジル基含有単量体単位を形成し得るグリシジル基含有単量体としては、グリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレートが好ましく、グリシジルメタクリレートがより好ましい。
中でも、充放電時の電極上への金属析出を抑制するとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上させる観点から、グリシジル基含有単量体単位を形成し得るグリシジル基含有単量体としては、グリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレートが好ましく、グリシジルメタクリレートがより好ましい。
ここで、アセチル基含有単量体単位を形成し得るアセチル基含有単量体としては、特に限定されることなく、例えば、ビニルアセテート、アリルアセテート、ジメチルアリルアセテート、イソプロペニルアリルアセテートなどが挙げられる。
中でも、得られる機能層のウェット接着性をより向上させる観点から、アセチル基含有単量体単位を形成し得るアセチル基含有単量体としては、ビニルアセテートが好ましい。
中でも、得られる機能層のウェット接着性をより向上させる観点から、アセチル基含有単量体単位を形成し得るアセチル基含有単量体としては、ビニルアセテートが好ましい。
ここで、アミド基含有単量体単位を形成し得るアミド基含有単量体単位としては、特に限定されることなく、例えば、N-ビニルアセトアミド、(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-エチロールジメチル(メタ)アクリルアミド、N-プロピロールジメチル(メタ)アクリルアミド、N-ブチロールジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。
中でも、得られる機能層のウェット接着性をより向上させる観点から、アミド基含有単量体単位を形成し得るアミド基含有単量体としては、メタクリルアミドおよびアクリルアミドが好ましく、アクリルアミドがより好ましい。
中でも、得られる機能層のウェット接着性をより向上させる観点から、アミド基含有単量体単位を形成し得るアミド基含有単量体としては、メタクリルアミドおよびアクリルアミドが好ましく、アクリルアミドがより好ましい。
粒子状重合体中の単量体単位(A)の含有割合は、粒子状重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、好ましくは49質量%以下、より好ましくは44質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下である。
粒子状重合体が、単量体単位(A)を合計で上記下限値以上含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来るとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上できる。粒子状重合体が、単量体単位(A)を合計で上記上限値以下含むならば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。
粒子状重合体が、単量体単位(A)を合計で上記下限値以上含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来るとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上できる。粒子状重合体が、単量体単位(A)を合計で上記上限値以下含むならば、粒子状重合体の調製中に重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化するのを抑制出来る。
-その他の単量体単位-
その他の単量体単位としては、特に限定されないが、例えば、架橋性単量体単位、芳香族モノビニル単量体単位、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体単位などが挙げられる。
その他の単量体単位としては、特に限定されないが、例えば、架橋性単量体単位、芳香族モノビニル単量体単位、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体単位などが挙げられる。
架橋性単量体単位を形成し得る架橋性単量体としては、例えば、当該単量体に2個以上の重合反応性基を有する多官能単量体が挙げられる。
このような多官能単量体としては、例えば、アリルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸アリルエステル単量体;ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族ジビニル単量体;ジエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート等のジ(メタ)アクリル酸エステル単量体;トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等のトリ(メタ)アクリル酸エステル単量体;1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等の共役ジエン単量体;等が挙げられる。
ここで、架橋性単量体単位を形成し得る架橋性単量体としては、ジ(メタ)アクリル酸エステル単量体、共役ジエン単量体、および芳香族ジビニル単量体が好ましく、中でも、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレートがより好ましく、エチレングリコールジメタクリレートがさらに好ましい。
このような多官能単量体としては、例えば、アリルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸アリルエステル単量体;ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族ジビニル単量体;ジエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート等のジ(メタ)アクリル酸エステル単量体;トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート等のトリ(メタ)アクリル酸エステル単量体;1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等の共役ジエン単量体;等が挙げられる。
ここで、架橋性単量体単位を形成し得る架橋性単量体としては、ジ(メタ)アクリル酸エステル単量体、共役ジエン単量体、および芳香族ジビニル単量体が好ましく、中でも、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレートがより好ましく、エチレングリコールジメタクリレートがさらに好ましい。
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、特に限定されることなく、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、スチレンスルホン酸、ブトキシスチレン、ビニルナフタレン等が挙げられ、中でも、スチレンが好ましい。なお、これらの芳香族モノビニル単量体は、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。
モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を形成し得るモノ(メタ)アクリル酸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およびt-ブチルアクリレート等のブチルアクリレート、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、2-エチルヘキシルアクリレート等のオクチルアクリレート、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等のアクリル酸鎖状アルキルエステル;並びに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およびt-ブチルメタクリレート等のブチルメタクリレート、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、2-エチルヘキシルメタクリレート等のオクチルメタクリレート、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等のメタクリル酸鎖状アルキルエステル等が挙げられる。
中でも、n-ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレートが好ましい。なお、これらの(メタ)アクリル酸エステル単量体は、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。
中でも、n-ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレートが好ましい。なお、これらの(メタ)アクリル酸エステル単量体は、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。
粒子状重合体中のその他の単量体単位の含有割合は、粒子状重合体中の全単量体単位の量を100質量%とした場合に、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは18質量%以下である。
粒子状重合体が、その他の単量体単位を上記下限値以上含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来るとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上できる。粒子状重合体が、その他の単量体単位を上記上限値以下含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来るとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上できる。
粒子状重合体が、その他の単量体単位を上記下限値以上含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来るとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上できる。粒子状重合体が、その他の単量体単位を上記上限値以下含むならば、充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来るとともに、得られる機能層のウェット接着性をより向上できる。
[粒子状重合体の調製]
粒子状重合体は、上述した単量体を含む単量体組成物を、例えば水などの水系溶媒中で重合することにより調製することができる。ここで、単量体組成物中の各単量体の割合は、通常、粒子状重合体中の各単量体単位の割合と同様とする。
粒子状重合体は、上述した単量体を含む単量体組成物を、例えば水などの水系溶媒中で重合することにより調製することができる。ここで、単量体組成物中の各単量体の割合は、通常、粒子状重合体中の各単量体単位の割合と同様とする。
そして、重合様式は、特に限定されず、例えば、懸濁重合法、乳化重合凝集法、粉砕法などのいずれの方法も用いることができる。中でも、懸濁重合法および乳化重合凝集法が好ましく、懸濁重合法がより好ましい。また、重合反応としては、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの反応も用いることができる。
ここで、一例として、懸濁重合法による粒子状重合体の調製方法について説明する。
-懸濁重合法による粒子状重合体の調製-
(1)単量体組成物の調製
はじめに、所望の粒子状重合体を構成する単量体、および必要に応じて添加されるその他の配合剤を混合し、単量体組成物の調製を行う。
(1)単量体組成物の調製
はじめに、所望の粒子状重合体を構成する単量体、および必要に応じて添加されるその他の配合剤を混合し、単量体組成物の調製を行う。
(2)液滴の形成
次に、単量体組成物を、水中に分散させ、重合開始剤を添加した後、単量体組成物の液滴を形成する。ここで、液滴を形成する方法は特に限定されず、例えば、単量体組成物を含む水を、乳化分散機などの分散機を用いて剪断撹拌することにより形成することができる。
次に、単量体組成物を、水中に分散させ、重合開始剤を添加した後、単量体組成物の液滴を形成する。ここで、液滴を形成する方法は特に限定されず、例えば、単量体組成物を含む水を、乳化分散機などの分散機を用いて剪断撹拌することにより形成することができる。
その際、用いる重合開始剤としては、例えば、ジ(3,5,5-トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、アゾビスイソブチロニトリルなどの重合開始剤が挙げられる。なお、重合開始剤は、単量体組成物が水中に分散された後、液滴を形成する前に添加してもよく、水中へ分散される前の単量体組成物に添加してもよい。
そして、形成された単量体組成物の液滴を水中で安定化させる観点からは、分散安定剤を水中に添加して単量体組成物の液滴を形成することが好ましい。その際、分散安定剤としては、例えば、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物や、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどを用いることができる。ここで、分散安定剤は、例えば、水中に分散安定剤を分散させたコロイド分散液の状態で添加してもよい。
(3)重合
そして、単量体組成物の液滴を形成後、当該形成された液滴を含む水を昇温して重合を開始することで、水中に粒子状重合体が形成される。その際、重合の反応温度は、好ましくは50℃以上95℃以下である。また、重合の反応時間は、好ましくは1時間以上10時間以下であり、より好ましくは8時間以下、さらに好ましくは7時間以下である。
そして、単量体組成物の液滴を形成後、当該形成された液滴を含む水を昇温して重合を開始することで、水中に粒子状重合体が形成される。その際、重合の反応温度は、好ましくは50℃以上95℃以下である。また、重合の反応時間は、好ましくは1時間以上10時間以下であり、より好ましくは8時間以下、さらに好ましくは7時間以下である。
(4)洗浄、濾過、脱水および乾燥工程
重合終了後、粒子状重合体を含む水を、常法に従い、洗浄、濾過、および乾燥を行うことで、粒子状重合体を得ることができる。
重合終了後、粒子状重合体を含む水を、常法に従い、洗浄、濾過、および乾燥を行うことで、粒子状重合体を得ることができる。
<結着材>
本発明の機能層用組成物は、任意で、結着材をさらに含み得る。機能層用組成物が結着材をさらに含めば、ウェット接着性を向上できる。
本発明の機能層用組成物は、任意で、結着材をさらに含み得る。機能層用組成物が結着材をさらに含めば、ウェット接着性を向上できる。
[組成]
結着材としては、上記粒子状重合体に該当しないものであれば特に限定されることなく、結着材として用いられる既知の重合体、例えば、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルアルコール(PVOH)等が挙げられる。結着材は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。そして、結着材としては、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの、非水溶性で、水などの分散媒中に分散可能な重合体が好ましく、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体がより好ましく、アクリル系重合体がさらに好ましい。なお、機能層を電気化学素子の正極表面に適用する場合においては、結着材が共役ジエン系重合体以外であることが好ましい。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を100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となることをいう。
結着材としては、上記粒子状重合体に該当しないものであれば特に限定されることなく、結着材として用いられる既知の重合体、例えば、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルアルコール(PVOH)等が挙げられる。結着材は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。そして、結着材としては、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの、非水溶性で、水などの分散媒中に分散可能な重合体が好ましく、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体がより好ましく、アクリル系重合体がさらに好ましい。なお、機能層を電気化学素子の正極表面に適用する場合においては、結着材が共役ジエン系重合体以外であることが好ましい。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を100gの水に溶解した際に、不溶分が90質量%以上となることをいう。
ここで、共役ジエン系重合体とは、共役ジエン単量体単位を含む重合体を指す。そして、共役ジエン系重合体の具体例としては、特に限定されることなく、スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)などの芳香族ビニル単量体単位および脂肪族共役ジエン単量体単位を含む共重合体、ブタジエンゴム(BR)、アクリルゴム(NBR)(アクリロニトリル単位およびブタジエン単位を含む共重合体)、並びに、それらの水素化物などが挙げられる。また、共役ジエン系重合体に含まれる共役ジエン単量体単位としては、粒子状重合体に含まれ得る共役ジエン単量体単位に関して上述したものと同様のものも挙げられる。
そして、アクリル系重合体とは、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む重合体を指す。なお、これらの結着材は、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。
そして、アクリル系重合体とは、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含む重合体を指す。なお、これらの結着材は、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。
そして、結着材として好ましく使用し得るアクリル系重合体は、特に限定されることなく、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位以外の単量体単位を任意の割合で含んでいてもよい。
[ガラス転移温度]
結着材のガラス転移温度は、好ましくは-100℃以上、より好ましくは-90℃以上、さらに好ましくは-80℃以上であり、好ましくは30℃未満、より好ましくは20℃以下、さらに好ましくは15℃以下である。結着材のガラス転移温度が上記下限以上であれば、ウェット接着性をより向上できる。一方、結着材のガラス転移温度が上記上限以下であれば、機能層の柔軟性をより高めることができる。
結着材のガラス転移温度は、好ましくは-100℃以上、より好ましくは-90℃以上、さらに好ましくは-80℃以上であり、好ましくは30℃未満、より好ましくは20℃以下、さらに好ましくは15℃以下である。結着材のガラス転移温度が上記下限以上であれば、ウェット接着性をより向上できる。一方、結着材のガラス転移温度が上記上限以下であれば、機能層の柔軟性をより高めることができる。
[結着材の含有量]
機能層用組成物中における結着材の含有量は、粒子状重合体100質量部当たり、好ましくは10質量部以上、好ましくは80質量部以下、より好ましくは70質量部以下である。結着材の含有量が上記下限以上であれば、ウェット接着性をより向上できる。一方、結着材の含有量が上記上限以下であれば、機能層のイオン伝導性が低下するのを抑制し、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
機能層用組成物中における結着材の含有量は、粒子状重合体100質量部当たり、好ましくは10質量部以上、好ましくは80質量部以下、より好ましくは70質量部以下である。結着材の含有量が上記下限以上であれば、ウェット接着性をより向上できる。一方、結着材の含有量が上記上限以下であれば、機能層のイオン伝導性が低下するのを抑制し、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
機能層用組成物が後述する耐熱性粒子を含む場合、機能層用組成物中における結着材の含有量は、耐熱性粒子100質量部当たり、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.2質量部以上、さらに好ましくは0.5質量部以上であり、好ましくは20質量部以下である。結着材の含有量が上記下限以上であれば、ウェット接着性をより向上できる。一方、結着材の含有量が上記上限以下であれば、機能層のイオン伝導性が低下するのを抑制し、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。
なお、結着材は、特に限定されることなく、例えば、上述した単量体を含む単量体組成物を、例えば水などの水系溶媒中で重合することにより調製することができる。ここで、単量体組成物中の各単量体の割合は、通常、結着材中の各単量体単位の割合と同様とする。
また、結着材の重合様式は、特に限定されず、例えば、懸濁重合法、乳化重合凝集法、粉砕法などのいずれの方法も用いることができる。また、重合反応としては、ラジカル重合、リビングラジカル重合などいずれの反応も用いることができる。
そして、結着材の形状は、粒子状であってもよく、非粒子状であってもよいが、機能層に含まれる成分が脱落することを良好に抑制する観点からは、結着材の形状は粒子状であることが好ましい。
<耐熱性粒子>
本発明の機能層用組成物は、耐熱性粒子をさらに含むことが好ましい。機能層用組成物が耐熱性粒子をさらに含めば、機能層の耐熱性を向上できる。
本発明の機能層用組成物は、耐熱性粒子をさらに含むことが好ましい。機能層用組成物が耐熱性粒子をさらに含めば、機能層の耐熱性を向上できる。
ここで、耐熱性粒子としては、特に限定されることなく、電気化学素子の使用環境下で安定に存在し電気化学的に安定である、無機材料からなる粒子(即ち、無機粒子)および有機材料からなる粒子(即ち、有機粒子)が挙げられる。なお、耐熱性粒子としては、無機粒子および有機粒子をそれぞれ単独で使用してもよいし、無機粒子と有機粒子を組み合わせて使用してもよい。
[無機粒子]
無機粒子としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)、酸化アルミニウムの水和物(ベーマイト、AlOOH)、ギブサイト(Al(OH)3)、酸化ケイ素、酸化マグネシウム(マグネシア)、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン(チタニア)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、ZrO、アルミナ-シリカ複合酸化物等の無機酸化物粒子;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粒子;などが挙げられる。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、無機粒子は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機粒子としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)、酸化アルミニウムの水和物(ベーマイト、AlOOH)、ギブサイト(Al(OH)3)、酸化ケイ素、酸化マグネシウム(マグネシア)、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタン(チタニア)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、ZrO、アルミナ-シリカ複合酸化物等の無機酸化物粒子;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粒子;などが挙げられる。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、無機粒子は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[有機粒子]
有機粒子は、上述した所定の粒子状重合体および結着材とは異なり、接着性を有さない重合体からなる粒子である。ここで、有機粒子としては、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン-ホルムアルデヒド縮合物、などの各種架橋高分子粒子や、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子粒子、並びにこれらの変性体および誘導体、並びに、国際公開第2019/065416号に開示された耐熱性の有機粒子などが挙げられる。なお、有機粒子は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上述した通り、有機粒子は接着性を有さない重合体で構成される。具体的に、有機粒子を構成する重合体のガラス転移温度は、150℃以上であることが好ましい。
有機粒子は、上述した所定の粒子状重合体および結着材とは異なり、接着性を有さない重合体からなる粒子である。ここで、有機粒子としては、架橋ポリメタクリル酸メチル、架橋ポリスチレン、架橋ポリジビニルベンゼン、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体架橋物、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン-ホルムアルデヒド縮合物、などの各種架橋高分子粒子や、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリアセタール、熱可塑性ポリイミドなどの耐熱性高分子粒子、並びにこれらの変性体および誘導体、並びに、国際公開第2019/065416号に開示された耐熱性の有機粒子などが挙げられる。なお、有機粒子は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上述した通り、有機粒子は接着性を有さない重合体で構成される。具体的に、有機粒子を構成する重合体のガラス転移温度は、150℃以上であることが好ましい。
上述した耐熱性粒子の中でも、耐熱性をさらに向上させる観点から、無機粒子およびガラス転移温度が150℃以上である重合体で構成される有機粒子が好ましく、無機粒子がより好ましく、アルミナからなる粒子(アルミナ粒子)、ベーマイトからなる粒子(ベーマイト粒子)、硫酸バリウムからなる粒子(硫酸バリウム粒子)および水酸化マグネシウムからなる粒子(水酸化マグネシウム粒子)がさらに好ましい。
[耐熱性粒子の性状]
耐熱性粒子は、体積平均粒子径が、0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、0.3μm以上であることがさらに好ましく、5.0μm以下であることが好ましく、1.0μm以下であることがより好ましく、0.8μm以下であることがさらに好ましい。耐熱性粒子の体積平均粒子径が0.1μm以上であれば、機能層中で耐熱性粒子が過度に密に充填されることに起因して機能層のイオン伝導性が低下するのを抑制し、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。一方、耐熱性粒子の体積平均粒子径が1.0μm以下であれば、機能層を薄くした場合でも、当該機能層を備える電気化学素子部材に優れた耐熱性を十分に発揮させることができる。したがって、電気化学素子部材の耐熱性を十分に確保しつつ、電気化学素子の容量を高めることができる。
耐熱性粒子は、体積平均粒子径が、0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であることがより好ましく、0.3μm以上であることがさらに好ましく、5.0μm以下であることが好ましく、1.0μm以下であることがより好ましく、0.8μm以下であることがさらに好ましい。耐熱性粒子の体積平均粒子径が0.1μm以上であれば、機能層中で耐熱性粒子が過度に密に充填されることに起因して機能層のイオン伝導性が低下するのを抑制し、得られる電気化学素子のサイクル特性を向上出来る。一方、耐熱性粒子の体積平均粒子径が1.0μm以下であれば、機能層を薄くした場合でも、当該機能層を備える電気化学素子部材に優れた耐熱性を十分に発揮させることができる。したがって、電気化学素子部材の耐熱性を十分に確保しつつ、電気化学素子の容量を高めることができる。
[耐熱性粒子と粒子状重合体との混合比率]
機能層用組成物中の耐熱性粒子と粒子状重合体との混合比は、質量比(耐熱性粒子:粒子状重合体)で、91.5:8.5~54.5:45.5であることが好ましい。耐熱性粒子と粒子状重合体との混合比率が質量比で上記範囲内であれば、機能層の耐熱性と接着性のバランスがより良好になる。
機能層用組成物中の耐熱性粒子と粒子状重合体との混合比は、質量比(耐熱性粒子:粒子状重合体)で、91.5:8.5~54.5:45.5であることが好ましい。耐熱性粒子と粒子状重合体との混合比率が質量比で上記範囲内であれば、機能層の耐熱性と接着性のバランスがより良好になる。
<その他の成分>
機能層用組成物は、上述した成分以外に、任意のその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分は、電気化学素子における電気化学反応に影響を及ぼさないものであれば特に限定されず、例えば、分散剤、濡れ剤、増粘剤、懸濁保護剤、乳化剤、消泡剤、防腐剤、pH調整剤などの既知の添加剤が挙げられる。これらのその他の成分は、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。
機能層用組成物は、上述した成分以外に、任意のその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分は、電気化学素子における電気化学反応に影響を及ぼさないものであれば特に限定されず、例えば、分散剤、濡れ剤、増粘剤、懸濁保護剤、乳化剤、消泡剤、防腐剤、pH調整剤などの既知の添加剤が挙げられる。これらのその他の成分は、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。
<電気化学素子機能層用組成物の調製方法>
機能層用組成物の調製方法は、特に限定されることなく、例えば、上述した粒子状重合体と、結着材と、耐熱性粒子と、分散媒としての水と、その他の成分とを混合することにより調製できる。なお、水系溶媒中で単量体組成物を重合して粒子状重合体や結着材を調製した場合には、粒子状重合体や結着材は、水分散体の状態でそのまま他の成分と混合してもよい。また、粒子状重合体や結着材を水分散体の状態で混合する場合には、水分散体中の水を分散媒として用いてもよい。
機能層用組成物の調製方法は、特に限定されることなく、例えば、上述した粒子状重合体と、結着材と、耐熱性粒子と、分散媒としての水と、その他の成分とを混合することにより調製できる。なお、水系溶媒中で単量体組成物を重合して粒子状重合体や結着材を調製した場合には、粒子状重合体や結着材は、水分散体の状態でそのまま他の成分と混合してもよい。また、粒子状重合体や結着材を水分散体の状態で混合する場合には、水分散体中の水を分散媒として用いてもよい。
ここで、上述した成分の混合方法は特に制限されないが、各成分を効率よく分散させるべく、混合装置として分散機を用いて混合を行うことが好ましい。そして、分散機は、上記成分を均一に分散および混合できる装置が好ましい。分散機としては、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、擂潰機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサーなどが挙げられる。
(電気化学素子用機能層および電気化学素子用積層体)
本発明の電気化学素子用機能層は、上述した機能層用組成物を用いて形成されたものであり、例えば、上述した機能層用組成物を適切な基材の表面(片面または両面)に塗布して塗膜を形成した後、形成した塗膜を乾燥することにより、形成することができる。即ち、電気化学素子用機能層は、上述した機能層用組成物の乾燥物よりなり、機能層には、少なくとも、上述した粒子状重合体が含まれ、任意に、結着材、耐熱性粒子、および、その他の成分からなる群より選択される少なくとも1種がさらに含まれている。
なお、機能層中に含まれている各成分は、上記機能層用組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、機能層用組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。そして、電気化学素子用機能層は、上述した機能層用組成物を用いて形成されているため、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る。
また、基材の片面または両面に電気化学素子用機能層を形成してなる積層体は、本発明の電気化学素子用積層体として用いることができ、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る。
本発明の電気化学素子用機能層は、上述した機能層用組成物を用いて形成されたものであり、例えば、上述した機能層用組成物を適切な基材の表面(片面または両面)に塗布して塗膜を形成した後、形成した塗膜を乾燥することにより、形成することができる。即ち、電気化学素子用機能層は、上述した機能層用組成物の乾燥物よりなり、機能層には、少なくとも、上述した粒子状重合体が含まれ、任意に、結着材、耐熱性粒子、および、その他の成分からなる群より選択される少なくとも1種がさらに含まれている。
なお、機能層中に含まれている各成分は、上記機能層用組成物中に含まれていたものであり、それら各成分の好適な存在比は、機能層用組成物中の各成分の好適な存在比と同じである。そして、電気化学素子用機能層は、上述した機能層用組成物を用いて形成されているため、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る。
また、基材の片面または両面に電気化学素子用機能層を形成してなる積層体は、本発明の電気化学素子用積層体として用いることができ、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る。
<耐熱性粒子層>
ここで、機能層用組成物が耐熱性粒子を含む場合、電気化学素子用機能層は、特に限定されることなく、耐熱性粒子を含む耐熱性粒子層に粒子状重合体の一部が埋め込まれてなる構造(換言すれば、耐熱性粒子層から粒子状重合体の一部が突出した構造)を有し得る。
ここで、機能層用組成物が耐熱性粒子を含む場合、電気化学素子用機能層は、特に限定されることなく、耐熱性粒子を含む耐熱性粒子層に粒子状重合体の一部が埋め込まれてなる構造(換言すれば、耐熱性粒子層から粒子状重合体の一部が突出した構造)を有し得る。
[耐熱性粒子層の厚み]
そして、耐熱性粒子層の厚みは、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは0.8μm以上、さらに好ましくは1μm以上であり、好ましくは6μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3.5μm以下である。耐熱性粒子層の厚みが上記下限値以上であれば、電気化学素子の耐熱性が極めて良好となる。一方、耐熱性粒子層の厚みが上記上限値以下であれば、機能層のイオン拡散性を確保して、得られる電気化学素子のサイクル特性をより高めることが出来る。
そして、耐熱性粒子層の厚みは、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは0.8μm以上、さらに好ましくは1μm以上であり、好ましくは6μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3.5μm以下である。耐熱性粒子層の厚みが上記下限値以上であれば、電気化学素子の耐熱性が極めて良好となる。一方、耐熱性粒子層の厚みが上記上限値以下であれば、機能層のイオン拡散性を確保して、得られる電気化学素子のサイクル特性をより高めることが出来る。
[耐熱性粒子層の厚みに対する粒子状重合体の個数平均粒子径の比]
また、上記耐熱性粒子層の厚みに対する粒子状重合体の個数平均粒子径の比(粒子状重合体の個数平均粒子径/耐熱性粒子層の厚み)は、1.0以上であることが好ましく、1.75以上であることがより好ましく、5.0以下であることが好ましく、4.5以下であることがより好ましく、4.25以下であることがさらに好ましい。
耐熱性粒子層の厚みに対する粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記下限値以上であれば、機能層の厚み方向表面において、耐熱性粒子の表面に対して粒子状重合体がさらに突出し易くなるため、さらに良好なウェット接着性が発揮され得る。一方、耐熱性粒子層の厚みに対する前記粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記上限値以下であれば、粒子状重合体の接着点が多くなるため、良好なウェット接着性が発揮されうると共に、機能層を介して積層されたセパレータと電極との間に最適な空間が得られ、リチウムイオンなどの金属イオンの集中が抑止されることで充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来る。
また、上記耐熱性粒子層の厚みに対する粒子状重合体の個数平均粒子径の比(粒子状重合体の個数平均粒子径/耐熱性粒子層の厚み)は、1.0以上であることが好ましく、1.75以上であることがより好ましく、5.0以下であることが好ましく、4.5以下であることがより好ましく、4.25以下であることがさらに好ましい。
耐熱性粒子層の厚みに対する粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記下限値以上であれば、機能層の厚み方向表面において、耐熱性粒子の表面に対して粒子状重合体がさらに突出し易くなるため、さらに良好なウェット接着性が発揮され得る。一方、耐熱性粒子層の厚みに対する前記粒子状重合体の個数平均粒子径の比が上記上限値以下であれば、粒子状重合体の接着点が多くなるため、良好なウェット接着性が発揮されうると共に、機能層を介して積層されたセパレータと電極との間に最適な空間が得られ、リチウムイオンなどの金属イオンの集中が抑止されることで充放電時の電極上への金属析出をより抑制出来る。
<基材>
ここで、機能層用組成物を塗布する基材に制限は無く、例えば、離型基材の表面に機能層用組成物の塗膜を形成し、その塗膜を乾燥して機能層を形成し、機能層から離型基材を剥がすようにしてもよい。このように、離型基材から剥がされた機能層を自立膜として電気化学素子の部材の形成に用いることもできる。しかし、機能層を剥がす工程を省略して電気化学素子部材の製造効率を高める観点からは、基材として、セパレータ基材または電極基材を用いることが好ましい。セパレータ基材の片面または両面に機能層を形成してなる積層体は機能層を備えるセパレータとして良好に用いることができ、電極基材の片面または両面に機能層を形成してなる積層体は機能層を備える電極として良好に用いることができる。
ここで、機能層用組成物を塗布する基材に制限は無く、例えば、離型基材の表面に機能層用組成物の塗膜を形成し、その塗膜を乾燥して機能層を形成し、機能層から離型基材を剥がすようにしてもよい。このように、離型基材から剥がされた機能層を自立膜として電気化学素子の部材の形成に用いることもできる。しかし、機能層を剥がす工程を省略して電気化学素子部材の製造効率を高める観点からは、基材として、セパレータ基材または電極基材を用いることが好ましい。セパレータ基材の片面または両面に機能層を形成してなる積層体は機能層を備えるセパレータとして良好に用いることができ、電極基材の片面または両面に機能層を形成してなる積層体は機能層を備える電極として良好に用いることができる。
[セパレータ基材]
機能層を形成するセパレータ基材としては、特に限定されることなく、例えば特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、電気化学素子内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。なお、セパレータ基材は、機能層以外の、所期の機能を発揮し得る任意の層をその一部に含んでいてもよい。
機能層を形成するセパレータ基材としては、特に限定されることなく、例えば特開2012-204303号公報に記載のものを用いることができる。これらの中でも、セパレータ全体の膜厚を薄くすることができ、これにより、電気化学素子内の電極活物質の比率を高くして体積あたりの容量を高くすることができるという点より、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル)の樹脂からなる微多孔膜が好ましい。なお、セパレータ基材は、機能層以外の、所期の機能を発揮し得る任意の層をその一部に含んでいてもよい。
[電極基材]
機能層を形成する電極基材(正極基材および負極基材)としては、特に限定されないが、集電体上に電極合材層が形成された電極基材が挙げられる。ここで、集電体、電極合材層中の成分(例えば、電極活物質(正極活物質、負極活物質)および電極合材層用結着材(正極合材層用結着材、負極合材層用結着材)等)、並びに、集電体上への電極合材層の形成方法は、既知のものを用いることができ、例えば特開2013-145763号公報に記載のものを用いることができる。なお、電極基材は、機能層以外の、所期の機能を有する任意の層をその一部に含んでいてもよい。
機能層を形成する電極基材(正極基材および負極基材)としては、特に限定されないが、集電体上に電極合材層が形成された電極基材が挙げられる。ここで、集電体、電極合材層中の成分(例えば、電極活物質(正極活物質、負極活物質)および電極合材層用結着材(正極合材層用結着材、負極合材層用結着材)等)、並びに、集電体上への電極合材層の形成方法は、既知のものを用いることができ、例えば特開2013-145763号公報に記載のものを用いることができる。なお、電極基材は、機能層以外の、所期の機能を有する任意の層をその一部に含んでいてもよい。
<機能層および積層体の製造方法>
本発明の機能層および積層体を製造する方法は、特に限定されず、例えば離型シート上に機能層を形成し、当該機能層を基材上に転写するといった方法を用いることもできる。しかしながら、転写の作業を不要とし製造効率を高める観点から、積層体は、機能層用組成物を基材上に供給する工程(供給工程)と、基材上に供給された機能層用組成物を乾燥する工程(乾燥工程)を経て製造することが好ましい。
本発明の機能層および積層体を製造する方法は、特に限定されず、例えば離型シート上に機能層を形成し、当該機能層を基材上に転写するといった方法を用いることもできる。しかしながら、転写の作業を不要とし製造効率を高める観点から、積層体は、機能層用組成物を基材上に供給する工程(供給工程)と、基材上に供給された機能層用組成物を乾燥する工程(乾燥工程)を経て製造することが好ましい。
[供給工程]
供給工程では、上述した本発明の機能層用組成物を基材上に供給して、当該基材上に機能層用組成物の被膜を形成する。基材上に機能層用組成物を供給する方法は、特に限定されず、機能層用組成物を基材の表面に塗布してもよいし、機能層用組成物に基材を浸漬させてもよい。そして、製造される機能層の厚みを制御し易いことから、機能層用組成物を基材の表面に塗布することが好ましい。機能層用組成物を基材の表面に塗布する方法としては、特に制限は無く、例えば、ドクターブレード法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビアコート法、バーコート法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。なお、供給工程においては、基材の一方の面のみに機能層用組成物の被膜を形成してもよいし、基材の両面に機能層用組成物の被膜を形成してもよい。
供給工程では、上述した本発明の機能層用組成物を基材上に供給して、当該基材上に機能層用組成物の被膜を形成する。基材上に機能層用組成物を供給する方法は、特に限定されず、機能層用組成物を基材の表面に塗布してもよいし、機能層用組成物に基材を浸漬させてもよい。そして、製造される機能層の厚みを制御し易いことから、機能層用組成物を基材の表面に塗布することが好ましい。機能層用組成物を基材の表面に塗布する方法としては、特に制限は無く、例えば、ドクターブレード法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビアコート法、バーコート法、エクストルージョン法、ハケ塗り法などの方法が挙げられる。なお、供給工程においては、基材の一方の面のみに機能層用組成物の被膜を形成してもよいし、基材の両面に機能層用組成物の被膜を形成してもよい。
[乾燥工程]
乾燥工程では、供給工程で基材上に形成された機能層用組成物の被膜を乾燥して分散媒を除去し、機能層を形成する。機能層用組成物の被膜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、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法が挙げられる。乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は好ましくは40~150℃で、乾燥時間は好ましくは1~30分である。
乾燥工程では、供給工程で基材上に形成された機能層用組成物の被膜を乾燥して分散媒を除去し、機能層を形成する。機能層用組成物の被膜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、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法が挙げられる。乾燥条件は特に限定されないが、乾燥温度は好ましくは40~150℃で、乾燥時間は好ましくは1~30分である。
なお、本発明の積層体を製造するに際しては、基材の一方の面に対して、供給工程および乾燥工程を実施して機能層を形成した後に、さらに、基材の他方の面に対して、供給工程および乾燥工程を実施して機能層を形成してもよい。
[機能層の厚み]
基材上に形成された機能層の厚み(以下、「機能層の最大厚み」ともいう。)は、好ましくは1.0μm以上、より好ましくは1.5μm以上、更に好ましくは2.0μm以上、特に好ましくは2.5μm以上、最も好ましくは5.0μm以上であり、好ましくは10.0μm以下、より好ましくは9.0μm以下、更に好ましくは8.0μm以下である。
機能層の最大厚みが上記下限値以上であれば、電気化学素子の耐熱性が極めて良好となる。一方、機能層の最大厚みが上記上限値以下であれば、機能層のイオン拡散性を確保して、得られる電気化学素子のサイクル特性をより高めることが出来る。
なお、本明細書において、「機能層の最大厚み」は、例えば、電解放出型操作電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて測定できる。
基材上に形成された機能層の厚み(以下、「機能層の最大厚み」ともいう。)は、好ましくは1.0μm以上、より好ましくは1.5μm以上、更に好ましくは2.0μm以上、特に好ましくは2.5μm以上、最も好ましくは5.0μm以上であり、好ましくは10.0μm以下、より好ましくは9.0μm以下、更に好ましくは8.0μm以下である。
機能層の最大厚みが上記下限値以上であれば、電気化学素子の耐熱性が極めて良好となる。一方、機能層の最大厚みが上記上限値以下であれば、機能層のイオン拡散性を確保して、得られる電気化学素子のサイクル特性をより高めることが出来る。
なお、本明細書において、「機能層の最大厚み」は、例えば、電解放出型操作電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて測定できる。
(電気化学素子)
本発明の電気化学素子は、電極と、セパレータとを備え、電極とセパレータの少なくとも一方、好ましくはセパレータとして、上述した本発明の積層体を備えることを特徴とする。本発明の電気化学素子は、電極とセパレータの少なくとも何れかの電気化学素子部材として上述した本発明の積層体を用いているため、優れたサイクル特性を発揮し得る。なお、積層体を用いた電気化学素子において、積層体の機能層に含まれていた粒子状重合体は、粒子状の形状を維持していてもよいし、その他の任意の形状になっていてもよい。
本発明の電気化学素子は、電極と、セパレータとを備え、電極とセパレータの少なくとも一方、好ましくはセパレータとして、上述した本発明の積層体を備えることを特徴とする。本発明の電気化学素子は、電極とセパレータの少なくとも何れかの電気化学素子部材として上述した本発明の積層体を用いているため、優れたサイクル特性を発揮し得る。なお、積層体を用いた電気化学素子において、積層体の機能層に含まれていた粒子状重合体は、粒子状の形状を維持していてもよいし、その他の任意の形状になっていてもよい。
そして、本発明の電気化学素子は、特に限定されることなく、例えば、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタおよびリチウムイオンキャパシタであり、好ましくはリチウムイオン二次電池である。
ここで、以下では、本発明の電気化学素子の一例としてのリチウムイオン二次電池を挙げつつ、当該リチウムイオン二次電池のセパレータとして、上述した本発明の積層体を用いた場合について説明するが、本発明の電気化学素子はこれに限定されるものではない。
<正極および負極>
正極および負極としては、「基材」の項で上述した既知の電極基材(正極基材および負極基材)からなる電極を用いることができる。
正極および負極としては、「基材」の項で上述した既知の電極基材(正極基材および負極基材)からなる電極を用いることができる。
<電解液>
電解液としては、通常、有機溶媒に支持電解質を溶解した有機電解液が用いられる。支持電解質としては、例えば、リチウムイオン二次電池においてはリチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLi等が挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すことから、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液としては、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等が挙げられる。なかでも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すことから、LiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。なお、電解質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。通常は、解離度の高い支持電解質を用いるほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、支持電解質の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。
電解液に使用する有機溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えばリチウムイオン二次電池においては、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、メチルエチルカーボネート(エチルメチルカーボネート(EMC))、ビニレンカーボネート等のカーボネート類;γ-ブチロラクトン、ギ酸メチル等のエステル類;1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;スルホラン、ジメチルスルホキシド等の含硫黄化合物類;等が好適に用いられる。また、これらの溶媒の混合液を用いてもよい。
中でも、誘電率が高く、安定な電位領域が広いことから、カーボネート類が好ましい。通常、用いる溶媒の粘度が低いほどリチウムイオン伝導度が高くなる傾向があるので、溶媒の種類によりリチウムイオン伝導度を調節することができる。なお、電解液中の電解質の濃度は適宜調整することができる。また、電解液には、既知の添加剤を添加してもよい。
<電気化学素子の製造方法>
本発明の電気化学素子を製造する方法は、特に限定されない。例えば、上述した本発明の電気化学素子の一例としてのリチウムイオン二次電池は、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて、巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することで製造することができる。なお、正極、負極、セパレータのうち、少なくとも一つの部材を本発明の積層体とする。また、電池容器には、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
本発明の電気化学素子を製造する方法は、特に限定されない。例えば、上述した本発明の電気化学素子の一例としてのリチウムイオン二次電池は、正極と負極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを必要に応じて、巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口することで製造することができる。なお、正極、負極、セパレータのうち、少なくとも一つの部材を本発明の積層体とする。また、電池容器には、必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をしてもよい。電池の形状は、例えば、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型など、何れであってもよい。
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。また、複数種類の単量体を共重合して製造される重合体において、ある単量体を重合して形成される構造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、各種の測定および評価は、以下に従って実施した。
<ガラス転移温度>
全ての実施例および比較例1、2で調製した乾燥状態の粒子状重合体に、イオン交換水を加えて、粒子状重合体を20質量%含む水分散液を調製し、これを乾燥前水分散液とした。また、比較例3で調製した粒子状重合体を含む水分散液を、乾燥前水分散液とした。ここで、乾燥前水分散液をテフロン(登録商標)シャーレへ滴下し、25℃に設定した熱風式乾燥オーブンにて、24時間乾燥させて測定試料を得た。次に、測定試料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「EXSTAR DSC6220」)にて、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲-100℃~500℃の間で、昇温速度10℃/分で、JIS Z 8703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。この昇温過程で、微分信号(DDSC)が0.05mW/分/mg以上となるDSC曲線の吸熱ピークが出る直前のベースラインと、吸熱ピーク後に最初に現れる変曲点でのDSC曲線の接線との交点を、ガラス転移温度(℃)として求めた。粒子状重合体のガラス転移温度についての結果を表1に示す。
全ての実施例および比較例1、2で調製した乾燥状態の粒子状重合体に、イオン交換水を加えて、粒子状重合体を20質量%含む水分散液を調製し、これを乾燥前水分散液とした。また、比較例3で調製した粒子状重合体を含む水分散液を、乾燥前水分散液とした。ここで、乾燥前水分散液をテフロン(登録商標)シャーレへ滴下し、25℃に設定した熱風式乾燥オーブンにて、24時間乾燥させて測定試料を得た。次に、測定試料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「EXSTAR DSC6220」)にて、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲-100℃~500℃の間で、昇温速度10℃/分で、JIS Z 8703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。この昇温過程で、微分信号(DDSC)が0.05mW/分/mg以上となるDSC曲線の吸熱ピークが出る直前のベースラインと、吸熱ピーク後に最初に現れる変曲点でのDSC曲線の接線との交点を、ガラス転移温度(℃)として求めた。粒子状重合体のガラス転移温度についての結果を表1に示す。
<電解液膨潤度>
実施例および比較例で調製した粒子状重合体を含む水分散液をポリテトラフルオロエチレン製のシャーレに入れ、25℃、48時間の条件で乾燥して粉末を調製した。得られた粉末0.2g程度を、200℃、5MPaで、2分間プレスし試験片を得た。そして、得られた試験片を1cm角に裁断し、裁断した試験片の質量W0を測定した。
また、上述の試験片を、電解液に60℃で72時間浸漬した。その後、試験片を電解液から取り出し、試験片の表面の電解液を拭き取り、浸漬試験後の試験片の質量W1を測定した。
測定した質量W0およびW1を用いて、電解液膨潤度S(%)を、S=W1/W0×100にて計算した。粒子状重合体の電解液膨潤度についての結果を表1に示す。
なお、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)との混合溶媒(体積混合比:EC/DEC/VC=68.5/30/1.5)に、支持電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶かしたものを用いた。
実施例および比較例で調製した粒子状重合体を含む水分散液をポリテトラフルオロエチレン製のシャーレに入れ、25℃、48時間の条件で乾燥して粉末を調製した。得られた粉末0.2g程度を、200℃、5MPaで、2分間プレスし試験片を得た。そして、得られた試験片を1cm角に裁断し、裁断した試験片の質量W0を測定した。
また、上述の試験片を、電解液に60℃で72時間浸漬した。その後、試験片を電解液から取り出し、試験片の表面の電解液を拭き取り、浸漬試験後の試験片の質量W1を測定した。
測定した質量W0およびW1を用いて、電解液膨潤度S(%)を、S=W1/W0×100にて計算した。粒子状重合体の電解液膨潤度についての結果を表1に示す。
なお、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)との混合溶媒(体積混合比:EC/DEC/VC=68.5/30/1.5)に、支持電解質としてLiPF6を1mol/Lの濃度で溶かしたものを用いた。
<粒子状重合体の体積平均粒子径>
全ての実施例および比較例1、2で調製した乾燥状態の粒子状重合体と、比較例3で調製した粒子状重合体を含む水分散液に対して後述する操作(A)を行って得られた乾燥状態の粒子状重合体を測定試料とした。測定試料0.1g相当量を秤量し、ビーカーに取り、分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸水溶液(富士フイルム社製、「ドライウエル」)0.1mLを加えた。上記ビーカーに、さらに、希釈液(ベックマン・コールター社製、「アイソトンII」)を10~30mL加え、20W(Watt)の超音波分散機で3分間分散させた。その後、粒径測定機(ベックマン・コールター社製、「マルチサイザー」)を用いて、アパーチャー径:20μm、媒体:アイソトンII、測定粒子個数:100,000個の条件下で、測定試料の体積基準におけるD50(体積平均粒子径)を測定した。結果を表1に示す。
全ての実施例および比較例1、2で調製した乾燥状態の粒子状重合体と、比較例3で調製した粒子状重合体を含む水分散液に対して後述する操作(A)を行って得られた乾燥状態の粒子状重合体を測定試料とした。測定試料0.1g相当量を秤量し、ビーカーに取り、分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸水溶液(富士フイルム社製、「ドライウエル」)0.1mLを加えた。上記ビーカーに、さらに、希釈液(ベックマン・コールター社製、「アイソトンII」)を10~30mL加え、20W(Watt)の超音波分散機で3分間分散させた。その後、粒径測定機(ベックマン・コールター社製、「マルチサイザー」)を用いて、アパーチャー径:20μm、媒体:アイソトンII、測定粒子個数:100,000個の条件下で、測定試料の体積基準におけるD50(体積平均粒子径)を測定した。結果を表1に示す。
<結着材の体積平均粒子径>
実施例で調製した結着材の体積平均粒子径は、レーザー回折法にて測定した。具体的には、調製した結着材を含む水分散溶液(固形分濃度0.1質量%に調整)を試料とした。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、「LS-230」)を用いて測定された粒度分布(体積基準)において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径D50を、体積平均粒子径とした。
実施例で調製した結着材の体積平均粒子径は、レーザー回折法にて測定した。具体的には、調製した結着材を含む水分散溶液(固形分濃度0.1質量%に調整)を試料とした。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、「LS-230」)を用いて測定された粒度分布(体積基準)において、小径側から計算した累積体積が50%となる粒子径D50を、体積平均粒子径とした。
<粗大粒子の量の測定>
テフロン(登録商標)製メッシュ(#200)の質量(A0)を測定し、漏斗にセットした。そこに、実施例および比較例で調製した粒子状重合体を含む水分散液1000gを注ぎ、ろ過した。ろ過に使用したテフロン(登録商標)製メッシュを、105℃の熱風乾燥オーブンで1時間乾燥した。放冷後、テフロン(登録商標)製メッシュの質量(A1)を測定した。下記式により、実施例および比較例で調製した粒子状重合体を含む水分散液中の粗大粒子の量を求めた。
粗大粒子の量(質量%)=〔(A1)-(A0)〕÷〔A2×A3÷100〕×100
A0:メッシュの質量(g)
A1:メッシュ+乾燥物の質量(g)
A2:ろ過した分散液の質量(g)
A3:ろ過した分散液の全固形分濃度(%)
そして、上記粗大粒子の量を、下記の基準で評価した。結果を表1に示す。
なお、粗大粒子の量が少ないほど、粒子状重合体の調製において、重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化することが抑制されたことを示す。
A:粗大粒子の量が0.1質量%未満
B:粗大粒子の量が0.1質量%以上、1.0質量%未満
C:粗大粒子の量が1.0質量%以上
テフロン(登録商標)製メッシュ(#200)の質量(A0)を測定し、漏斗にセットした。そこに、実施例および比較例で調製した粒子状重合体を含む水分散液1000gを注ぎ、ろ過した。ろ過に使用したテフロン(登録商標)製メッシュを、105℃の熱風乾燥オーブンで1時間乾燥した。放冷後、テフロン(登録商標)製メッシュの質量(A1)を測定した。下記式により、実施例および比較例で調製した粒子状重合体を含む水分散液中の粗大粒子の量を求めた。
粗大粒子の量(質量%)=〔(A1)-(A0)〕÷〔A2×A3÷100〕×100
A0:メッシュの質量(g)
A1:メッシュ+乾燥物の質量(g)
A2:ろ過した分散液の質量(g)
A3:ろ過した分散液の全固形分濃度(%)
そして、上記粗大粒子の量を、下記の基準で評価した。結果を表1に示す。
なお、粗大粒子の量が少ないほど、粒子状重合体の調製において、重合体の粒子が不安定化して一部の粒子が粗大化することが抑制されたことを示す。
A:粗大粒子の量が0.1質量%未満
B:粗大粒子の量が0.1質量%以上、1.0質量%未満
C:粗大粒子の量が1.0質量%以上
<耐熱性粒子層の厚み>
まず、クロスセクションポリッシャーを用いて、機能層付きセパレータ(積層体)を積層方向に切断した。次に、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、得られた積層体断面に対して垂直方向からその断面を観察し、得られた画像から、耐熱性粒子層の厚みを算出した。なお、耐熱性粒子層の厚みは、耐熱性粒子層が形成された側のセパレータの表面から、耐熱性粒子層の表面を形成する耐熱性粒子までの鉛直方向の距離とした。
まず、クロスセクションポリッシャーを用いて、機能層付きセパレータ(積層体)を積層方向に切断した。次に、電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて、得られた積層体断面に対して垂直方向からその断面を観察し、得られた画像から、耐熱性粒子層の厚みを算出した。なお、耐熱性粒子層の厚みは、耐熱性粒子層が形成された側のセパレータの表面から、耐熱性粒子層の表面を形成する耐熱性粒子までの鉛直方向の距離とした。
<電解液浸漬後の接着性(ウェット接着性)>
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10mm×50mmの短冊状に切り出した。そして、実施例および比較例にて作製した負極の負極合材層側の表面に、機能層を介してセパレータを沿わせて、機能層付きセパレータおよび負極を備える評価用積層体を作製した。
上記で得られた評価用積層体を20mm×80mmの短冊状に切り出して、ラミネート包材中に入れて、電解液約300μlを注液し、ラミネート包材を密封した後、温度25℃にて12時間浸漬した。この際、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)との混合溶媒(EC/DEC/VC(25℃における体積混合比)=68.5/30/1.5)に、支持電解質としてLiPF6を溶媒に対して1mol/Lの濃度で溶かしたものを用いた。
その後、包材の上から、温度80℃、荷重0.5kNで平板プレスを用いて、20分間、評価用積層体を加熱プレスし、機能層付きセパレータおよび負極が接着されてなる試験片を得た。
得られた試験片を取り出し、表面に付着した電解液を拭き取った。その後、この試験片を、負極側の面を下にして、負極側の面にセロハンテープ(JIS Z1522に規定されるもの)を貼り付けた。なお、セロハンテープは水平な試験台に固定しておいた。その後、セパレータの一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を、3回行ない、応力の平均値を求めて、当該平均値をピール強度とした。得られたピール強度から、下記の基準により、電解液浸漬後におけるセパレータの負極に対する接着性を評価した。結果を表1に示す。
なお、ピール強度の値が大きいほど、電解液浸漬後におけるセパレータの負極に対する接着性が優れていることを示す。
A:ピール強度5.0N/m以上
B:ピール強度3.0N/m以上5.0N/m未満
C:ピール強度3.0N/m未満
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10mm×50mmの短冊状に切り出した。そして、実施例および比較例にて作製した負極の負極合材層側の表面に、機能層を介してセパレータを沿わせて、機能層付きセパレータおよび負極を備える評価用積層体を作製した。
上記で得られた評価用積層体を20mm×80mmの短冊状に切り出して、ラミネート包材中に入れて、電解液約300μlを注液し、ラミネート包材を密封した後、温度25℃にて12時間浸漬した。この際、電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)との混合溶媒(EC/DEC/VC(25℃における体積混合比)=68.5/30/1.5)に、支持電解質としてLiPF6を溶媒に対して1mol/Lの濃度で溶かしたものを用いた。
その後、包材の上から、温度80℃、荷重0.5kNで平板プレスを用いて、20分間、評価用積層体を加熱プレスし、機能層付きセパレータおよび負極が接着されてなる試験片を得た。
得られた試験片を取り出し、表面に付着した電解液を拭き取った。その後、この試験片を、負極側の面を下にして、負極側の面にセロハンテープ(JIS Z1522に規定されるもの)を貼り付けた。なお、セロハンテープは水平な試験台に固定しておいた。その後、セパレータの一端を鉛直上方に引張り速度50mm/分で引っ張って剥がしたときの応力を測定した。この測定を、3回行ない、応力の平均値を求めて、当該平均値をピール強度とした。得られたピール強度から、下記の基準により、電解液浸漬後におけるセパレータの負極に対する接着性を評価した。結果を表1に示す。
なお、ピール強度の値が大きいほど、電解液浸漬後におけるセパレータの負極に対する接着性が優れていることを示す。
A:ピール強度5.0N/m以上
B:ピール強度3.0N/m以上5.0N/m未満
C:ピール強度3.0N/m未満
<金属析出率>
二次電池等の電気化学素子の充放電時における電極上での金属析出率は、以下の方法により、負極上でのリチウム析出面積割合として測定した。具体的には、実施例および比較例で作製したリチウムイオン二次電池を、温度10℃の環境下、セル電圧4.35-3.00V、1.5Cの充放電レートにて充放電の操作を10サイクル行い、最後に充電深度(SOC)100%まで充電した。
そして、満充電した二次電池を解体して負極を取り出し、負極合材層の表面上に析出したリチウムの面積割合を、以下の式から求めた。
リチウム析出面積割合(%)=(析出したリチウムの面積/負極合材層の表面の面積)×100
そして、リチウム析出面積割合を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
なお、リチウム析出面積割合が低いほど、充放電時の電極上への金属析出が良好に抑制されていることを示す。
A:リチウム析出面積割合が2%未満
B:リチウム析出面積割合が2%以上5%未満
C:リチウム析出面積割合が5%以上
二次電池等の電気化学素子の充放電時における電極上での金属析出率は、以下の方法により、負極上でのリチウム析出面積割合として測定した。具体的には、実施例および比較例で作製したリチウムイオン二次電池を、温度10℃の環境下、セル電圧4.35-3.00V、1.5Cの充放電レートにて充放電の操作を10サイクル行い、最後に充電深度(SOC)100%まで充電した。
そして、満充電した二次電池を解体して負極を取り出し、負極合材層の表面上に析出したリチウムの面積割合を、以下の式から求めた。
リチウム析出面積割合(%)=(析出したリチウムの面積/負極合材層の表面の面積)×100
そして、リチウム析出面積割合を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
なお、リチウム析出面積割合が低いほど、充放電時の電極上への金属析出が良好に抑制されていることを示す。
A:リチウム析出面積割合が2%未満
B:リチウム析出面積割合が2%以上5%未満
C:リチウム析出面積割合が5%以上
<二次電池のサイクル特性>
実施例および比較例で作製したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、CC-CV充電(上限セル電圧4.20V)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、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を100サイクル行った。その際、第1回目のサイクルの放電容量をX1、第100回目のサイクルの放電容量をX2と定義した。
そして、放電容量X1および放電容量X2を用いて、容量維持率ΔC’=(X2/X1)×100(%)を求め、以下の基準により評価した。結果を表1に示す。
なお、容量維持率ΔC’の値が大きいほど、二次電池はサイクル特性に優れていることを示す。なお、二次電池の100サイクル時のサイクル特性が優れているのは、二次電池が備える機能層が電解液を良好に保持し得るためと推察される。
A:容量維持率ΔC’が93%以上
B:容量維持率ΔC’が90%以上93%未満
C:容量維持率ΔC’が90%未満
実施例および比較例で作製したリチウムイオン二次電池を、電解液注液後、温度25℃で5時間静置した。次に、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.65Vまで充電し、その後、温度60℃で12時間エージング処理を行った。そして、温度25℃、0.2Cの定電流法にて、セル電圧3.00Vまで放電した。その後、0.2Cの定電流法にて、CC-CV充電(上限セル電圧4.20V)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、温度25℃の環境下、セル電圧4.20-3.00V、1.0Cの充放電レートにて充放電の操作を100サイクル行った。その際、第1回目のサイクルの放電容量をX1、第100回目のサイクルの放電容量をX2と定義した。
そして、放電容量X1および放電容量X2を用いて、容量維持率ΔC’=(X2/X1)×100(%)を求め、以下の基準により評価した。結果を表1に示す。
なお、容量維持率ΔC’の値が大きいほど、二次電池はサイクル特性に優れていることを示す。なお、二次電池の100サイクル時のサイクル特性が優れているのは、二次電池が備える機能層が電解液を良好に保持し得るためと推察される。
A:容量維持率ΔC’が93%以上
B:容量維持率ΔC’が90%以上93%未満
C:容量維持率ΔC’が90%未満
(実施例1)
<粒子状重合体(A)の調製>
[単量体組成物(A)の調製]
シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシル70部、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレート22部、芳香族モノビニル単量体としてのスチレン3部、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレート4.7部、および架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート0.3部を混合して、単量体組成物(A)を調製した。
<粒子状重合体(A)の調製>
[単量体組成物(A)の調製]
シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシル70部、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレート22部、芳香族モノビニル単量体としてのスチレン3部、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレート4.7部、および架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート0.3部を混合して、単量体組成物(A)を調製した。
[金属水酸化物の調製]
イオン交換水200部に塩化マグネシウム10.0部を溶解してなる水溶液(A1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム7.0部を溶解してなる水溶液(A2)を撹拌下で徐々に添加して、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)を調製した。
イオン交換水200部に塩化マグネシウム10.0部を溶解してなる水溶液(A1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム7.0部を溶解してなる水溶液(A2)を撹拌下で徐々に添加して、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)を調製した。
[懸濁重合法]
懸濁重合法により粒子状重合体(A)を調製した。具体的には、上記水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に、上述のようにして得た単量体組成物(A)を投入し、さらに撹拌した後、重合開始剤としてのt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(日油社製、「パーブチルO」)2.0部を添加して混合液を得た。得られた混合液を、インライン型乳化分散機(太平洋機工社製、「キャビトロン」)を用いて12,000rpmの回転数で1分間高剪断撹拌して、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液中に、単量体組成物(A)の液滴を形成した。
懸濁重合法により粒子状重合体(A)を調製した。具体的には、上記水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に、上述のようにして得た単量体組成物(A)を投入し、さらに撹拌した後、重合開始剤としてのt-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(日油社製、「パーブチルO」)2.0部を添加して混合液を得た。得られた混合液を、インライン型乳化分散機(太平洋機工社製、「キャビトロン」)を用いて12,000rpmの回転数で1分間高剪断撹拌して、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液中に、単量体組成物(A)の液滴を形成した。
上記単量体組成物(A)の液滴が形成された、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液を反応器に入れ、90℃に昇温して5時間重合反応を行ない、粒子状重合体(A)を含む水分散液を得た。
ここで、得られた粒子状重合体(A)を含む水分散液に対して、以下の操作(A)を行い、乾燥状態の粒子状重合体(A)を得た。まず、上記粒子状重合体(A)を含む水分散液を撹拌しながら、室温(25℃)下で硫酸を滴下し、pHが5.5以下となるまで酸洗浄を行った。次いで、濾過分離を行い、得られた固形分にイオン交換水500部を加えて再スラリー化させて、水洗浄処理(洗浄、濾過および脱水)を数回繰り返し行った。それから、濾過分離を行い、得られた固形分を乾燥器の容器内に入れ、25℃で48時間乾燥を行い、乾燥状態の粒子状重合体(A)を得た。
<結着材(α)を含む水分散液の調製>
撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「エマール(登録商標)2F」)0.15部、および重合開始剤としての過流酸アンモニウム0.5部を供給し、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した。
一方、別の容器で、イオン交換水50部、分散安定剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレート94部、メタクリル酸2部、およびアクリロニトリル2部、並びに架橋性単量体としてのアリルメタクリレート1部およびグリシジル基含有単量体としてのアリルグリシジルエーテル1部を混合して、単量体組成物(α)を調製した。
得られた単量体組成物(α)を4時間かけて上述した撹拌機を備えた反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに70℃で3時間撹拌してから反応を終了し、粒子状の結着材(α)を含む水分散液を得た。得られた粒子状の結着材(α)は、体積平均粒子径が0.25μmであり、ガラス転移温度は-40℃であった。
撹拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「エマール(登録商標)2F」)0.15部、および重合開始剤としての過流酸アンモニウム0.5部を供給し、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した。
一方、別の容器で、イオン交換水50部、分散安定剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレート94部、メタクリル酸2部、およびアクリロニトリル2部、並びに架橋性単量体としてのアリルメタクリレート1部およびグリシジル基含有単量体としてのアリルグリシジルエーテル1部を混合して、単量体組成物(α)を調製した。
得られた単量体組成物(α)を4時間かけて上述した撹拌機を備えた反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに70℃で3時間撹拌してから反応を終了し、粒子状の結着材(α)を含む水分散液を得た。得られた粒子状の結着材(α)は、体積平均粒子径が0.25μmであり、ガラス転移温度は-40℃であった。
<スラリー組成物(機能層用組成物)の調製>
耐熱性粒子としてのアルミナ(住友化学社製、「AKP3000」、体積平均粒子径:0.7μm)70部に、分散剤としてのポリアクリル酸ナトリウム0.5部を添加し、固形分濃度が55%となるようにイオン交換水を加え、ボールミルを用いて混合し、混合前スラリーを得た。
さらに、混合前スラリーに含まれるアルミナ70部に対して、粒子状重合体(A)25部と、結着材(α)5.0部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース1.5部と、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(花王ケミカル社製、「ネオぺレックスG-15」)0.2部とを混合した後、得られた混合液を、上記のようにして得た混合前スラリーに加えた。さらに固形分濃度が40%となるようにイオン交換水を添加して、スラリー組成物(機能層用組成物)を得た。
その際、スラリー組成物中の耐熱性粒子と粒子状重合体(A)との混合比率は、質量比[耐熱性粒子:粒子状重合体(A)]で、73.7:26.3であった。
耐熱性粒子としてのアルミナ(住友化学社製、「AKP3000」、体積平均粒子径:0.7μm)70部に、分散剤としてのポリアクリル酸ナトリウム0.5部を添加し、固形分濃度が55%となるようにイオン交換水を加え、ボールミルを用いて混合し、混合前スラリーを得た。
さらに、混合前スラリーに含まれるアルミナ70部に対して、粒子状重合体(A)25部と、結着材(α)5.0部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース1.5部と、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(花王ケミカル社製、「ネオぺレックスG-15」)0.2部とを混合した後、得られた混合液を、上記のようにして得た混合前スラリーに加えた。さらに固形分濃度が40%となるようにイオン交換水を添加して、スラリー組成物(機能層用組成物)を得た。
その際、スラリー組成物中の耐熱性粒子と粒子状重合体(A)との混合比率は、質量比[耐熱性粒子:粒子状重合体(A)]で、73.7:26.3であった。
<機能層付きセパレータ(積層体)の作製>
ポリエチレン製の微多孔膜(厚み:12μm)をセパレータ基材として用意した。このセパレータ基材の一方の面に、上述のようにして得たスラリー組成物をバーコーター法により塗布した。次に、スラリー組成物が塗布されたセパレータ基材を50℃で10分間乾燥し、機能層を形成した。同様の操作をセパレータ基材の他方の面に対しても行い、セパレータ基材の両面にそれぞれ耐熱性微粒子層の厚みが2.0μmである機能層を備える機能層付きセパレータ(積層体)を作製した。
ポリエチレン製の微多孔膜(厚み:12μm)をセパレータ基材として用意した。このセパレータ基材の一方の面に、上述のようにして得たスラリー組成物をバーコーター法により塗布した。次に、スラリー組成物が塗布されたセパレータ基材を50℃で10分間乾燥し、機能層を形成した。同様の操作をセパレータ基材の他方の面に対しても行い、セパレータ基材の両面にそれぞれ耐熱性微粒子層の厚みが2.0μmである機能層を備える機能層付きセパレータ(積層体)を作製した。
<正極の作製>
正極活物質としてのLiCoO2(体積平均粒子径:12μm)を100部、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、「HS-100」)を2部、正極合材層用結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、「#7208」)を固形分相当で2部、および溶媒としてのN-メチルピロリドンを混合し、全固形分濃度を70%とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を調製した。
上記正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体としての厚み20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、プレス前の正極原反を得た。このプレス前の正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層(厚み:60μm)を備えるプレス後の正極を得た。
正極活物質としてのLiCoO2(体積平均粒子径:12μm)を100部、導電材としてのアセチレンブラック(電気化学工業社製、「HS-100」)を2部、正極合材層用結着材としてのポリフッ化ビニリデン(クレハ社製、「#7208」)を固形分相当で2部、および溶媒としてのN-メチルピロリドンを混合し、全固形分濃度を70%とした。これらをプラネタリーミキサーにより混合し、正極用スラリー組成物を調製した。
上記正極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体としての厚み20μmのアルミ箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、アルミ箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、プレス前の正極原反を得た。このプレス前の正極原反をロールプレスで圧延して、正極合材層(厚み:60μm)を備えるプレス後の正極を得た。
<負極の作製>
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、1,3-ブタジエン33部、イタコン酸3.5部、スチレン63.5部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部、イオン交換水150部および重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却して反応を停止し、負極合材層用結着材(SBR)を含む混合物を得た。この負極合材層用結着材を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。その後、30℃以下まで冷却し、所望の負極合材層用結着材を含む水分散液を得た。
負極活物質(1)としての人造黒鉛(体積平均粒子径:15.6μm)80部、負極活物質(2)としてシリコン系活物質SiOx(体積平均粒子径:4.9μm)16部を配合し、粘度調整剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(日本製紙社製、「MAC350HC」)の2%水溶液を固形分相当で2.5部、およびイオン交換水を混合して固形分濃度68%に調整した後、25℃で60分間さらに混合した。さらにイオン交換水で固形分濃度を62%に調整した後、25℃で15分間さらに混合し、混合液を得た。この混合液に、上記負極合材層用結着材を含む水分散液を固形分相当量で1.5部、およびイオン交換水を入れ、最終固形分濃度が52%となるように調整し、さらに10分間混合し、混合液を得た。この混合液を減圧下で脱泡処理して流動性の良い負極用スラリー組成物を得た。
上記負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体としての厚み20μmの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、プレス前の負極原反を得た。このプレス前の負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層(厚み:80μm)を備えるプレス後の負極を得た。
撹拌機付き5MPa耐圧容器に、1,3-ブタジエン33部、イタコン酸3.5部、スチレン63.5部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4部、イオン交換水150部および重合開始剤としての過硫酸カリウム0.5部を入れ、十分に撹拌した後、50℃に加温して重合を開始した。重合転化率が96%になった時点で冷却して反応を停止し、負極合材層用結着材(SBR)を含む混合物を得た。この負極合材層用結着材を含む混合物に、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pH8に調整後、加熱減圧蒸留によって未反応単量体の除去を行った。その後、30℃以下まで冷却し、所望の負極合材層用結着材を含む水分散液を得た。
負極活物質(1)としての人造黒鉛(体積平均粒子径:15.6μm)80部、負極活物質(2)としてシリコン系活物質SiOx(体積平均粒子径:4.9μm)16部を配合し、粘度調整剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩(日本製紙社製、「MAC350HC」)の2%水溶液を固形分相当で2.5部、およびイオン交換水を混合して固形分濃度68%に調整した後、25℃で60分間さらに混合した。さらにイオン交換水で固形分濃度を62%に調整した後、25℃で15分間さらに混合し、混合液を得た。この混合液に、上記負極合材層用結着材を含む水分散液を固形分相当量で1.5部、およびイオン交換水を入れ、最終固形分濃度が52%となるように調整し、さらに10分間混合し、混合液を得た。この混合液を減圧下で脱泡処理して流動性の良い負極用スラリー組成物を得た。
上記負極用スラリー組成物を、コンマコーターで、集電体としての厚み20μmの銅箔の上に、乾燥後の膜厚が150μm程度になるように塗布し、乾燥させた。この乾燥は、銅箔を0.5m/分の速度で60℃のオーブン内を2分間かけて搬送することにより行った。その後、120℃にて2分間加熱処理して、プレス前の負極原反を得た。このプレス前の負極原反をロールプレスで圧延して、負極合材層(厚み:80μm)を備えるプレス後の負極を得た。
<リチウムイオン二次電池の作製>
上述のようにして作製したプレス後の正極を49cm×5cmの長方形に切り出して、正極合材層側の表面が上側になるように置き、その正極合材層上に、120cm×5.5cmに切り出した上記機能層付きセパレータを、正極が機能層付きセパレータの長手方向の一方側に位置するように配置した。さらに、上述のようにして作製したプレス後の負極を50cm×5.2cmの長方形に切り出し、機能層付きセパレータ上に、負極合材層側の表面が機能層付きセパレータに対向し、且つ、負極が機能層付きセパレータの長手方向の他方側に位置するように配置した。そして、得られたものを捲回体によって捲回し、捲回体を得た。
この捲回体を50℃、1MPaでプレスし、扁平体とした後、電池の外装としてのアルミ包材外装で包み、電解液[溶媒:エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート/ビニレンカーボネート(体積比)=68.5/30/1.5、電解質:濃度1MのLiPF6)]を空気が残らないように注入した。そして、アルミ包材外装の開口を温度150℃でヒートシールして閉口して、容量800mAhの捲回型リチウムイオン二次電池を作製した。
上述のようにして作製したプレス後の正極を49cm×5cmの長方形に切り出して、正極合材層側の表面が上側になるように置き、その正極合材層上に、120cm×5.5cmに切り出した上記機能層付きセパレータを、正極が機能層付きセパレータの長手方向の一方側に位置するように配置した。さらに、上述のようにして作製したプレス後の負極を50cm×5.2cmの長方形に切り出し、機能層付きセパレータ上に、負極合材層側の表面が機能層付きセパレータに対向し、且つ、負極が機能層付きセパレータの長手方向の他方側に位置するように配置した。そして、得られたものを捲回体によって捲回し、捲回体を得た。
この捲回体を50℃、1MPaでプレスし、扁平体とした後、電池の外装としてのアルミ包材外装で包み、電解液[溶媒:エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート/ビニレンカーボネート(体積比)=68.5/30/1.5、電解質:濃度1MのLiPF6)]を空気が残らないように注入した。そして、アルミ包材外装の開口を温度150℃でヒートシールして閉口して、容量800mAhの捲回型リチウムイオン二次電池を作製した。
(実施例2)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(B)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(B)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(B)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から91部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から5部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から1部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から2.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(B)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から91部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から5部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から1部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から2.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(B)を調製した。
(実施例3)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(C)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(C)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(C)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から96部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から3部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から0.7部に変更し、スチレンを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(C)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から96部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から3部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から0.7部に変更し、スチレンを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(C)を調製した。
(実施例4)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(D)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(D)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(D)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から61部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から34部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から2.7部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から2部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(D)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から61部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から34部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から2.7部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から2部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(D)を調製した。
(実施例5)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(E)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(E)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(E)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から51部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から35部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から2部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から1.7部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレートを10部用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(E)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から51部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から35部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から2部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から1.7部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレートを10部用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(E)を調製した。
(実施例6)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(F)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(F)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(F)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から55部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から44部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から0.7部に変更し、スチレンを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(F)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から55部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から44部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から0.7部に変更し、スチレンを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(F)を調製した。
(実施例7)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(G)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(G)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(G)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から90部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から1部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から5部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から3.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(G)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から90部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から1部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から5部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から3.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(G)を調製した。
(実施例8)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(H)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(H)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(H)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から80部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から10部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から5部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(H)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から80部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から10部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から5部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(H)を調製した。
(実施例9)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(I)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(I)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(I)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から65部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から30部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から2部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から2.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(I)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から65部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から30部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から2部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から2.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(I)を調製した。
(実施例10)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(J)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(J)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(J)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、ビニルアセテート22部を用い、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(J)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、ビニルアセテート22部を用い、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(J)を調製した。
(実施例11)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(K)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(K)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(K)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド15部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から77部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(K)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド15部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から77部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(K)を調製した。
(実施例12)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(L)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(L)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(L)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド20部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から51部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から28.7部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートと、2-エチルヘキシルアクリレートとを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(L)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド20部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から51部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から28.7部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートと、2-エチルヘキシルアクリレートとを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(L)を調製した。
(実施例13)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(M)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(M)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(M)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド20部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から52部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から11部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から16.7部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(M)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、アミド基含有単量体としてのアクリルアミド20部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から52部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを3部から11部に変更し、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から16.7部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(M)を調製した。
(実施例14)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(N)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(N)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(N)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレート19.7部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から65部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から15部に変更し、スチレンと2-エチルヘキシルアクリレートとを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(N)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレート19.7部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から65部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から15部に変更し、スチレンと2-エチルヘキシルアクリレートとを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(N)を調製した。
(実施例15)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(O)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(O)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(O)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレート29.7部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から60部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から10部に変更し、スチレンと2-エチルヘキシルアクリレートとを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(O)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としてのn-ブチルアクリレート29.7部を用い、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から60部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から10部に変更し、スチレンと2-エチルヘキシルアクリレートとを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(O)を調製した。
(実施例16)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(P)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(P)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(P)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(P)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(P)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(P)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム12.0部を溶解してなる水溶液(P1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム8.4部を溶解してなる水溶液(P2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(P)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(P)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(P)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム12.0部を溶解してなる水溶液(P1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム8.4部を溶解してなる水溶液(P2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
(実施例17)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(Q)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(Q)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(Q)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(Q)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(Q)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(Q)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム8部を溶解してなる水溶液(Q1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム5.6部を溶解してなる水溶液(Q2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(Q)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(Q)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(Q)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム8部を溶解してなる水溶液(Q1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム5.6部を溶解してなる水溶液(Q2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
(実施例18)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(R)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(R)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(R)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、分散機の回転数を12,000rpmから10,500rpmに変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(R)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、分散機の回転数を12,000rpmから10,500rpmに変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(R)を調製した。
(実施例19)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(S)を用いたこと、および機能層付きセパレータ(積層体)の作製にあたり、セパレータ基材の両面にそれぞれ耐熱性微粒子層の厚みが1.0μmである機能層を備える機能層付きセパレータ(積層体)を作製したこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(S)を用いたこと、および機能層付きセパレータ(積層体)の作製にあたり、セパレータ基材の両面にそれぞれ耐熱性微粒子層の厚みが1.0μmである機能層を備える機能層付きセパレータ(積層体)を作製したこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(S)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(S)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(S)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(S)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム15.0部を溶解してなる水溶液(S1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム10.5部を溶解してなる水溶液(S2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(S)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(S)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(S)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム15.0部を溶解してなる水溶液(S1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム10.5部を溶解してなる水溶液(S2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
(実施例20)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(T)を用いたこと、および機能層付きセパレータ(積層体)の作製にあたり、セパレータ基材の両面にそれぞれ耐熱性微粒子層の厚みが1.0μmである機能層を備える機能層付きセパレータ(積層体)を作製したこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(T)を用いたこと、および機能層付きセパレータ(積層体)の作製にあたり、セパレータ基材の両面にそれぞれ耐熱性微粒子層の厚みが1.0μmである機能層を備える機能層付きセパレータ(積層体)を作製したこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(T)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(T)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(T)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(T)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム14.5部を溶解してなる水溶液(T1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム10.2部を溶解してなる水溶液(T2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(T)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(T)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(T)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム14.5部を溶解してなる水溶液(T1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム10.2部を溶解してなる水溶液(T2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
(実施例21)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(U)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(U)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(U)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(U)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(U)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(U)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム7.6部を溶解してなる水溶液(U1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム5.3部を溶解してなる水溶液(U2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(U)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(U)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(U)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム7.6部を溶解してなる水溶液(U1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム5.3部を溶解してなる水溶液(U2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
(実施例22)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(V)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(V)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(V)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(V)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(V)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(V)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム7.0部を溶解してなる水溶液(V1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム4.9部を溶解してなる水溶液(V2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(V)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(V)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(V)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム7.0部を溶解してなる水溶液(V1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム4.9部を溶解してなる水溶液(V2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
(実施例23)
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<スラリー組成物(機能層用組成物)の調製>
スラリー組成物を調製するにあたり、耐熱性粒子としてのアルミナを70部から90部に変更し、粒子状重合体(A)を25部から8.3部に変更し、結着材(α)を5部から1.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
スラリー組成物を調製するにあたり、耐熱性粒子としてのアルミナを70部から90部に変更し、粒子状重合体(A)を25部から8.3部に変更し、結着材(α)を5部から1.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
(実施例24)
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<スラリー組成物(機能層用組成物)の調製>
スラリー組成物を調製するにあたり、耐熱性粒子としてのアルミナを70部から50部に変更し、粒子状重合体(A)を25部から41.7部に変更し、結着材(α)を5部から8.3部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
スラリー組成物を調製するにあたり、耐熱性粒子としてのアルミナを70部から50部に変更し、粒子状重合体(A)を25部から41.7部に変更し、結着材(α)を5部から8.3部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
(実施例25)
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<スラリー組成物(機能層用組成物)の調製>
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を25部から27部に変更し、結着材(α)を5部から3部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を25部から27部に変更し、結着材(α)を5部から3部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
(実施例26)
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
機能層付きセパレータ(積層体)を調製するにあたり、以下のようにして調製したスラリー組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<スラリー組成物(機能層用組成物)の調製>
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を25部から18部に変更し、結着材(α)を5部から12部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を25部から18部に変更し、結着材(α)を5部から12部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、スラリー組成物を調製した。
(実施例27)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(W)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(W)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(W)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から51部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から35部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを使用せず、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から13.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(W)を調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシルを70部から51部に変更し、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレートを22部から35部に変更し、芳香族モノビニル単量体としてのスチレンを使用せず、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレートを4.7部から13.7部に変更したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(W)を調製した。
(比較例1)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を含む水分散液に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(a)を含む水分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を含む水分散液に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(a)を含む水分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(a)を含む水分散液の調製>
攪拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「エマール(登録商標)2F」)0.07部、および重合開始剤としての過硫酸アンモニウム0.3部を供給し、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した。
一方、別の容器で、イオン交換水50部、分散安定剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.3部、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシル70部、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレート22部、芳香族モノビニル単量体としてのスチレン3部、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレート4.7部、および架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート0.3部を混合して、単量体組成物(a)を調製した。
得られた単量体組成物(a)を4時間かけて上述した攪拌機を備えた反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに70℃で3時間攪拌してから反応を終了し、粒子状重合体(a)を含む水分散液を調製した。
攪拌機を備えた反応器に、イオン交換水70部、乳化剤としてのラウリル硫酸ナトリウム(花王ケミカル社製、「エマール(登録商標)2F」)0.07部、および重合開始剤としての過硫酸アンモニウム0.3部を供給し、気相部を窒素ガスで置換し、60℃に昇温した。
一方、別の容器で、イオン交換水50部、分散安定剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.3部、シクロアルキル基含有単量体としてのメタクリル酸シクロヘキシル70部、グリシジル基含有単量体としてのグリシジルメタクリレート22部、芳香族モノビニル単量体としてのスチレン3部、モノ(メタ)アクリル酸エステル単量体としての2-エチルヘキシルアクリレート4.7部、および架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート0.3部を混合して、単量体組成物(a)を調製した。
得られた単量体組成物(a)を4時間かけて上述した攪拌機を備えた反応器に連続的に添加して重合を行った。添加中は、60℃で反応を行った。添加終了後、さらに70℃で3時間攪拌してから反応を終了し、粒子状重合体(a)を含む水分散液を調製した。
(比較例2)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(b)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(b)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(b)の調製>
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(b)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(b)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(b)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム6.0部を溶解してなる水溶液(b1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム4.2部を溶解してなる水溶液(b2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
粒子状重合体を調製するにあたり、金属水酸化物としての水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(A)に替えて、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(b)を使用したこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、粒子状重合体(b)を調製した。なお、水酸化マグネシウムを含むコロイド分散液(b)は、イオン交換水200部に塩化マグネシウム6.0部を溶解してなる水溶液(b1)に、イオン交換水50部に水酸化ナトリウム4.2部を溶解してなる水溶液(b2)を撹拌下で徐々に添加することにより調製した。
(比較例3)
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を含む水分散液に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(c)を含む水分散液を用いたこと、および粒子状重合体(c)を含む水分散液に対して、操作(A)を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
スラリー組成物を調製するにあたり、粒子状重合体(A)を含む水分散液に替えて、以下のようにして調製した粒子状重合体(c)を含む水分散液を用いたこと、および粒子状重合体(c)を含む水分散液に対して、操作(A)を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして各種操作、測定および評価を行った。結果を表1に示す。
<粒子状重合体(c)を含む水分散液の調製>
撹拌機、還流冷却器、滴下槽および温度計を取りつけた反応容器に、イオン交換水70.4質量部と、乳化剤として「アクアロンKH1025(登録商標)」(第一工業製薬株式会社製、25%水溶液)0.5質量部と、「アデカリアソープSR1025(登録商標)」(株式会社ADEKA製、25%水溶液)0.5質量部を投入した。次いで、反応容器内部の温度を80℃に昇温し、80℃の温度を保ったまま、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を7.5質量部添加した。過硫酸アンモニウム水溶液を添加終了した5分後に、後述する通り得られた乳化液を滴下槽から反応容器に150分かけて滴下した。
撹拌機、還流冷却器、滴下槽および温度計を取りつけた反応容器に、イオン交換水70.4質量部と、乳化剤として「アクアロンKH1025(登録商標)」(第一工業製薬株式会社製、25%水溶液)0.5質量部と、「アデカリアソープSR1025(登録商標)」(株式会社ADEKA製、25%水溶液)0.5質量部を投入した。次いで、反応容器内部の温度を80℃に昇温し、80℃の温度を保ったまま、過硫酸アンモニウムの2%水溶液を7.5質量部添加した。過硫酸アンモニウム水溶液を添加終了した5分後に、後述する通り得られた乳化液を滴下槽から反応容器に150分かけて滴下した。
乳化液は、メタクリル酸シクロヘキシル15質量部、メタクリル酸1質量部、アクリル酸1質量部、アクリルアミド0.1質量部、2-ヒドロキシエチルメタクリレート5質量部、トリメチロールプロパントリアクリレート1.0質量部、メチルメタクリレート4.9質量部、n-ブチルメタクリレート1.0質量部、n-ブチルアクリレート1.0質量部、2-エチルヘキシルアクリレート70質量部、乳化剤として「アクアロンKH1025(登録商標)」(第一工業製薬株式会社製25%水溶液)3質量部、「アデカリアソープSR1025(登録商標)」(株式会社ADEKA製25%水溶液)3質量部、p-スチレンスルホン酸ナトリウム0.05質量部、過硫酸アンモニウムの2%水溶液3.75質量部、およびイオン交換水52質量部の混合物をホモミキサーにより5分間混合させて調製した。
乳化液の滴下終了後、反応容器内部の温度を80℃に保ったまま90分間維持し、その後室温まで冷却した。得られたエマルジョンを、水酸化アンモニウム水溶液(25%水溶液)でpH=9.0に調整し、固形分濃度が40%となるようにイオン交換水を加えて、粒子状重合体(c)を含む水分散液を得た。
なお、表1中、「その他(※)」は、メタクリル酸、アクリル酸、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、メチルメタクリレート、およびn-ブチルメタクリレートを示す。
表1からも明らかなように、実施例1から27の電気化学素子機能層用組成物を用いて形成した機能層は、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得ることが分かる。
本発明によれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る機能層を形成可能な電気化学素子機能層用組成物を提供出来る。また、本発明によれば、ウェット接着性に優れると共に、充放電時の電極上への金属析出を良好に抑制し得る電気化学素子用機能層を提供出来る。さらに、本発明によれば、上記電気化学素子用機能層が積層されてなる電気化学素子用積層体を提供出来る。そして、本発明によれば、上記電気化学素子用積層体を備える電気化学素子を提供出来る。
Claims (9)
- 粒子状重合体を含む、電気化学素子機能層用組成物であって、
前記粒子状重合体が、シクロアルキル基含有単量体単位と、グリシジル基含有単量体単位、アセチル基含有単量体単位およびアミド基含有単量体単位からなる群より選択される少なくとも1つの単量体単位(A)とを含み、
前記粒子状重合体の体積平均粒子径が、1.0μm以上10.0μm以下である、
電気化学素子機能層用組成物。 - 前記粒子状重合体のガラス転移温度が0℃以上90℃以下である、請求項1に記載の電気化学素子機能層用組成物。
- 前記粒子状重合体が、前記シクロアルキル基含有単量体単位を51質量%以上99質量%以下含む、請求項1に記載の電気化学素子機能層用組成物。
- 前記粒子状重合体の電解液膨潤度が100%以上500%以下である、請求項1に記載の電気化学素子機能層用組成物。
- 耐熱性粒子をさらに含む、請求項1に記載の電気化学素子機能層用組成物。
- 請求項1から5の何れかに記載の電気化学素子機能層用組成物を用いて形成した、電気化学素子用機能層。
- 請求項5に記載の電気化学素子機能層用組成物を用いて形成した電気化学素子用機能層であって、
前記耐熱性粒子を含む耐熱性粒子層中に前記粒子状重合体の一部が埋め込まれてなる構造を有し、
前記耐熱性粒子層の厚みに対する前記粒子状重合体の個数平均粒子径の比が1.0以上5.0以下である、電気化学素子用機能層。 - 基材上に、請求項6に記載の電気化学素子用機能層が積層されてなる、電気化学素子用積層体。
- 請求項8に記載の電気化学素子用積層体を備える、電気化学素子。
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