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电化学元件功能层用组合物、电化学元件用功能层以及电化学元件

文献发布时间:2023-06-19 11:17:41



技术领域

本发明涉及电化学元件功能层用组合物、电化学元件用功能层以及电化学元件。

背景技术

锂离子二次电池、双电层电容器等电化学元件具有小型轻质、且能量密度高、进而还能够反复充放电的特性,被用于广泛的用途。

在此,例如锂离子二次电池通常具有正极、负极以及将正极与负极隔离以防止正极与负极之间短路的间隔件等电池构件。

而且,近年来为了使锂二次电池的进一步高性能化,正在研究进一步改进间隔件。

具体而言,例如在专利文献1中提出了如下的间隔件:在间隔件基材上形成含有非导电性颗粒和粘结剂的耐热层,并且在该耐热层上进一步设置含有规定的颗粒聚合物的粘接剂层而形成的间隔件。而且,在专利文献1中还报道了通过使用在耐热层上具有粘接剂层的间隔件,能够使间隔件与电极良好地粘接、使二次电池的电池特性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2013/151144号。

发明内容

发明要解决的问题

但是,具有耐热层和粘接剂层的上述现有的间隔件在制造时需要依次实施在间隔件基材上形成耐热层和在耐热层上形成粘接剂层,制造工序繁杂。

因此,针对这样的问题,考虑例如代替分别设置的耐热层和粘接剂层而通过在间隔件基材上形成能够同时显现耐热性与粘接性的单一的层(以下将这样的层称为“功能层”),由此将间隔件的制造工序简化、提高生产率。

因此,本发明人关注于如果使用包含有助于耐热性的成分和有助于粘接性的成分的组合物,则能够在得到的功能层中同时显现耐热性和粘接性。但是,本发明人进行了研究后明确,在仅将有助于耐热性的成分和有助于粘接性的成分进行混合来形成组合物、并使用该组合物而形成的功能层中,构成功能层的成分会脱落(以下称为“掉粉”)。此外还明确由于耐热性与粘接性之间存在此消彼长(trade-off)的关系,因此不易形成在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的功能层。

因此,本发明目的在于提供一种能够有效地形成可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层的技术。

用于解决问题的方案

本发明人为了实现上述目的进行了深入研究。然后本发明人发现,如果使用含有具有规定的平均圆度和规定的体积平均粒径的颗粒状聚合物、粘结材料以及无机颗粒的组合物,则能够有效地形成可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的功能层,完成了本发明。

即,本发明以有利地解决上述问题为目的,本发明的电化学元件功能层用组合物特征在于,其包含颗粒状聚合物、粘结材料以及无机颗粒,上述颗粒状聚合物的平均圆度为0.90以上且小于0.99、并且上述颗粒状聚合物的体积平均粒径为1.0μm以上且10.0μm以下。这样,如果将具有规定的平均圆度和规定的体积平均粒径的颗粒状聚合物与粘结材料和无机颗粒组合使用,则能够有效地形成可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层。

另外,本发明中,“平均圆度”和“体积平均粒径”能够通过本说明书的实施例中记载的方法测定。

在此,本发明的电化学元件功能层用组合物优选上述颗粒状聚合物的粒径分布为1.10以上且1.50以下。如果颗粒状聚合物的粒径分布在上述范围内,则能够使得使用电化学元件功能层用组合物形成的电化学元件用功能层随着电化学元件的变化而变化。此外还能够抑制隔着该电化学元件用功能层将构件彼此进行粘接后的电化学元件用功能层的偏差、提高电化学元件的电化学特性。

另外,在本发明中,“粒径分布”能够使用本说明书的实施例中记载的方法测定。

此外,在本发明的电化学元件功能层用组合物中,优选上述无机颗粒与上述颗粒状聚合物的混合比率以体积比计为95∶5~55∶45。如果无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比率以体积比计在上述范围内,则在使用电化学元件功能层用组合物形成的电化学元件用功能层中,耐热性与粘接性的平衡良好。

进而,在本发明的电化学元件功能层用组合物中,优选上述颗粒状聚合物的玻璃化转变温度为10℃以上且90℃以下。如果颗粒状聚合物的玻璃化转变温度在上述范围内,则在使用电化学元件功能层用组合物形成的电化学元件用功能层中,能够在确保良好的粘接性的同时抑制电化学元件用功能层的粘连。

另外,在本发明中,“玻璃化转变温度”能够使用本说明书的实施例中记载的方法测定。

而且,在本发明的电化学元件功能层用组合物中,优选上述颗粒状聚合物包含芳香族乙烯基单体单元。通过使颗粒状聚合物包含芳香族乙烯基单体单元,能够提高使用电化学元件功能层用组合物形成的电化学元件用功能层对基材的密合性。此外,能够减少颗粒状聚合物在电解液中的溶出量,由此能够使电化学元件的输出特性优异。

另外,在本发明中,聚合物“包含单体单元”意为“在使用该单体得到的聚合物中包含来自单体的结构单元”。

此外,本发明以有利地解决上述问题为目的,本发明的电化学元件用功能层的特征在于其是使用上述任一种电化学元件功能层用组合物形成的。这样,如果使用本发明的电化学元件功能层用组合物,则能够提供可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层。

而且,本发明以有利地解决上述问题为目的,本发明的电化学元件的特征在于具有上述的电化学元件用功能层。这样,通过具有本发明的电化学元件用功能层,能够提供可发挥优异的电化学特性的电化学元件。

发明效果

根据本发明,能够提供一种电化学元件功能层用组合物,其能够有效地形成可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层。

此外,根据本发明,能够提供一种可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层。

而且,根据本发明,能够提供一种可发挥优异的电化学特性的电化学元件。

具体实施方式

以下,对本发明的实施方式进行详细地说明。

在此,本发明的电化学元件功能层用组合物(以下也仅称为“功能层用组合物”)可用作形成本发明的电化学元件用功能层(以下也仅称为“功能层”)时的材料。而且,本发明的电化学元件用功能层使用本发明的电化学元件功能层用组合物形成。此外,本发明的电化学元件为至少具有本发明的电化学元件用功能层的电化学元件。

(电化学元件功能层用组合物)

本发明的电化学元件功能层用组合物含有规定的颗粒状聚合物、粘结材料以及无机颗粒,还可任意地包含其它成分。而且,通过使用本发明的功能层用组合物,能够形成可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层。

<颗粒状聚合物>

功能层用组合物中包含的颗粒状聚合物是如下述那样具有规定的平均圆度和规定的体积平均粒径、在功能层用组合物中具有颗粒状的形状的聚合物。另外,颗粒状聚合物在隔着使用功能层用组合物形成的功能层将构件彼此进行粘接后,可以为颗粒状、也可以为其它任意的形状。进而,颗粒状聚合物可以为结晶性高分子聚合物、也可以为非结晶性高分子聚合物、还可以为这些的混合物。

<<颗粒状聚合物的平均圆度>>

而且,颗粒状聚合物的平均圆度需要为0.90以上、优选为0.94以上,需要小于0.99、优选为0.98以下。通过使颗粒状聚合物的平均圆度在上述下限以上,由于在使用功能层用组合物形成的功能层中颗粒状聚合物与无机颗粒的粘接点变多,所以能够抑制掉粉。另一方面,通过使颗粒状聚合物的平均圆度在上述上限以下,由于在功能层中颗粒状聚合物的状态稳定,所以能够抑制掉粉。

<<颗粒状聚合物的体积平均粒径>>

此外,颗粒状聚合物的体积平均粒径需要为1.0μm以上、优选为1.5μm以上、更优选为2.0μm以上、进一步优选为3.0μm以上、最优选超过5.0μm,需要为10.0μm以下、优选为9.0μm以下、更优选为8.0μm以下。通过使颗粒状聚合物的体积平均粒径在上述下限以上,由于在使用功能层组合物形成的功能层的厚度方向表面、颗粒状聚合物相对于无机颗粒易于突出,所以能够得到更良好的粘接性。而且提高了使用功能层用组合物形成的功能层的耐热性。另一方面,通过使颗粒状聚合物的体积平均粒径在上述上限以下,能够抑制在将功能层用组合物涂敷在基材上时颗粒状聚合物脱落,形成均匀的功能层。而且由于功能层的每单位面积的颗粒状聚合物的数量增加,所以被粘接物与功能层的粘接点变多,粘接强度变高。在此,如上述那样功能层的耐热性提高的原因尚不明确,但可推测如下。即,为了提高功能层的耐热性,功能层中的无机颗粒的比例需要高。而且认为在功能层的厚度方向表面,通过使颗粒状聚合物相对于无机颗粒突出,由此使得外观上构成功能层的无机颗粒层中的无机颗粒的比例变高,因此耐热性变高。此外认为功能层的热收缩被无机颗粒层中存在于颗粒状聚合物周围的无机颗粒抑制。而且可推测,通过使颗粒状聚合物的体积平均粒径在上述上限以下,在无机颗粒层中无机颗粒能够平衡良好地存在于颗粒状聚合物的周围,因此能够良好地抑制功能层的热收缩。另外,关于上述无机颗粒层在下文中详细叙述。

而且,颗粒状聚合物的体积平均粒径能够根据制备颗粒状聚合物时使用的金属氢氧化物的种类、量而调节。关于金属氢氧化物在下文中详细叙述。

<<颗粒状聚合物的粒径分布>>

而且,颗粒状聚合物的粒径分布优选为1.10以上、更优选为1.20以上,优选为1.50以下、更优选为1.40以下。如果使颗粒状聚合物的粒径分布在上述下限以上,则可以形成能够追随电极特别是负极的膨胀收缩的功能层。另一方面,如果颗粒状聚合物的粒径分布在上述上限以下,则在隔着功能层将构件彼此进行粘接时,由于能够降低粘接后的功能层的厚度的偏差,所以电化学元件的电化学特性提高。此外,能够良好地抑制掉粉。

<<颗粒状聚合物的玻璃化转变温度>>

此外,颗粒状聚合物的玻璃化转变温度(Tg)优选为10℃以上、更优选为20℃以上、进一步优选为30℃以上,优选为90℃以下、更优选为80℃以下、进一步优选为70℃以下。如果颗粒状聚合物的玻璃化转变温度在上述下限以上,则能够抑制例如在保存具有功能层的电化学元件的期间等功能层发生粘连。另一方面,如果颗粒状聚合物的玻璃化转变温度在上述上限以下,则在隔着功能层将构件彼此进行压制粘接时,也能够得到功能层的良好的粘接性。

<<颗粒状聚合物的熔点>>

进而,颗粒状聚合物的熔点(Tm)优选为50℃以上、更优选为100℃以上。如果颗粒状聚合物的熔点在上述下限以上,则即使在颗粒状聚合物包含结晶性高分子聚合物的情况下,也能够确保功能层良好的粘接性。

另外,在颗粒状聚合物具有玻璃化转变温度和熔点二者的情况下,从使功能层的粘接性进一步提高的观点出发,优选颗粒状聚合物的熔点在上述下限以上。

<<颗粒状聚合物的电解液溶胀度>>

进而,颗粒状聚合物的电解液溶胀度优选为1.0倍以上、更优选为1.2倍以上、进一步优选为1.3倍以上,优选为15倍以下、更优选为10倍以下、进一步优选为7倍以下、特别优选为5倍以下。如果颗粒状聚合物的电解液溶胀度在上述下限以上,则能够使电解液中的功能层的粘接力牢固。另一方面,如果颗粒状聚合物的电解液溶胀度在上述上限以下,则由于在电解液中功能层的电阻变小,所以能够使具有功能层的电化学元件的电化学特性提高。

另外,在本发明中,“电解液溶胀度”能够通过本说明书的实施例中记载的方法测定。

<<颗粒状聚合物的组成>>

而且,作为颗粒状聚合物,只要至少平均圆度和体积平均粒径在上述范围内,则没有特别限定,例如能够使用在形成功能层时可用作粘结材料的已知的聚合物。

在此,作为构成颗粒状聚合物的单体单元,可举出例如芳香族乙烯基单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元、含氟原子单体单元等。另外,在本发明中,“(甲基)丙烯酸”意为丙烯酸和/或甲基丙烯酸。而且,从提高功能层与基材的密合性的观点出发,颗粒状聚合物优选包含芳香族乙烯基单体单元。

-芳香族乙烯基单体单元-

在此,作为可形成芳香族乙烯基单体单元的芳香族乙烯基单体的例子没有特别限定,可举出例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、苯乙烯磺酸、丁氧基苯乙烯、乙烯基萘等,其中,优选苯乙烯。

另外,这些芳香族乙烯基单体可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

而且,在使颗粒状聚合物中的全部单体单元为100质量%的情况下,颗粒状聚合物中的芳香族乙烯基单体单元的含有比例优选为30质量%以上、更优选为60质量%以上,优选为95质量%以下、更优选为90质量%以下、进一步优选为89.9质量%以下。如果芳香族乙烯基单体单元的含有比例在上述下限以上,则颗粒状聚合物的弹性提高,可确保得到的功能层的强度,能够提高功能层与基材的密合性。另一方面,如果芳香族乙烯基单体单元的含有比例在上述上限以下,则颗粒状聚合物的柔软性提高,功能层用组合物在干燥时的成膜性提高。因此,能够提高功能层与基材的密合性。

另外,在本发明中,各“单体单元的含有比例”能够使用

-(甲基)丙烯酸酯单体单元-

而且,作为可形成(甲基)丙烯酸酯单体单元的(甲基)丙烯酸酯单体的例子,可举出:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯和丙烯酸叔丁酯等丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、丙烯酸-2-乙基己酯等丙烯酸辛酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸正十四烷基酯、丙烯酸硬脂酯等丙烯酸烷基酯;以及甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸叔丁酯等甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯等甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸正十四烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酯等甲基丙烯酸烷基酯等。其中,优选丙烯酸正丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯和甲基丙烯酸甲酯,更优选丙烯酸-2-乙基己酯。

另外,这些(甲基)丙烯酸酯单体可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

而且,在使颗粒状聚合物的全部重复单元为100质量%的情况下,颗粒状聚合物中的(甲基)丙烯酸酯单体单元的含有比例优选为10质量%以上,优选为80质量%以下、更优选为75质量%以下、进一步优选为64.9质量%以下。如果(甲基)丙烯酸酯单体单元的含有比例在上述下限以上,则能够避免颗粒状聚合物的玻璃化转变温度过度地降低,使得到的功能层的抗粘连性提高。另一方面,如果(甲基)丙烯酸酯单体单元的含有比例在上述上限以下,则能够使功能层与基材的密合性良好。

-含氟原子单体单元-

而且,作为可形成含氟原子单体单元的含氟原子单体的例子没有特别限定,可举出例如偏二氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚等。其中,优选偏二氟乙烯。

另外,这些含氟原子单体可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

在此,在颗粒状聚合物包含含氟原子单体单元的情况下,从能够确保功能层的更良好的粘接性的观点出发,颗粒状聚合物优选为使用偏二氟乙烯作为含氟原子单体的含氟原子聚合物。其中,作为含氟原子聚合物,优选(i)偏二氟乙烯的均聚物、(ii)偏二氟乙烯和能够与该偏二氟乙烯共聚的其它含氟原子单体的共聚物、(iii)偏二氟乙烯、能够与该偏二氟乙烯共聚的其它含氟原子单体、以及能够与它们共聚的单体的共聚物。而且,在含氟原子聚合物中,优选聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)、聚氟乙烯以及四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的共聚物。

进而,颗粒状聚合物除包含上述单体单元外,还可以包含交联性单体单元。在此,交联性单体单元是指通过加热或能量射线的照射,可在聚合中或聚合后形成交联结构的单体。

-交联性单体单元-

而且,作为可形成交联性单体单元的单体,可举出例如在该单体具有2个以上的聚合反应性基团的多官能单体。作为这样的多官能单体,可举出例如甲基丙烯酸烯丙酯、二乙烯基苯等的二乙烯基化合物;二乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯等二(甲基)丙烯酸酯化合物;三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等三(甲基)丙烯酸酯化合物;烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯等的含有环氧基的烯属不饱和单体等。其中,优选乙二醇二甲基丙烯酸酯。

另外,这些交联性单体可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

而且,在使颗粒状聚合物的全部单体单元的量为100质量%的情况下,颗粒状聚合物中的交联性单体单元的含有比例优选为0.02质量%以上、更优选为0.1质量%以上,优选为2质量%以下、更优选为1.5质量%以下、进一步优选为1质量%以下。如果交联性单体单元的含有比例在上述范围内,则能够充分地抑制颗粒状聚合物在电解液中的溶出。

-其它单体单元-

而且,颗粒状聚合物可以包含除芳香族乙烯基单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元、含氟原子单体单元以及交联性单体单元以外的其它单体单元。在此,作为其它单体单元没有特别限定,可举出例如含腈基单体单元以及在后述的“粘结材料”项中说明的含酸基单体单元等。

-含腈基单体单元-

在此,作为可形成含腈基单体单元的含腈基单体的例子,可举出α,β-烯属不饱和腈单体。具体而言,作为α,β-烯属不饱和腈单体,只要为具有腈基的α,β-烯属不饱和化合物则没有特别限定,可举出例如丙烯腈;α-氯丙烯腈、α-溴丙烯腈等α-卤代丙烯腈;甲基丙烯腈、α-乙基丙烯腈等α-烷基丙烯腈等。

另外,这些含腈基单体可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

而且,在使颗粒状聚合物中的全部重复单元为100质量%的情况下,颗粒状聚合物中的含腈基单体单元的含有比例优选为3质量%以上、更优选为4质量%以上、进一步优选为6质量%以上,优选为30质量%以下、更优选为27质量%以下、进一步优选为25质量%以下。如果含腈基单体单元的含有比例在上述下限以上,则能够使颗粒状聚合物的粘结力提高、提高功能层的剥离强度。另一方面,如果含腈基单体单元的含有比例在上述上限以下,则能够提高颗粒状聚合物的柔软性。

而且,颗粒状聚合物中除含腈基单体单元以外的其它单体单元的含有比例优选为0质量%以上,优选为10质量%以下、更优选为7质量%以下、进一步优选为5质量%以下。如果其它单体单元的含有比例为10质量%以下,则能够抑制功能层用组合物的稳定性降低。

此外,功能层用组合物中的颗粒状聚合物的含有比例相对于颗粒状聚合物、粘结材料以及无机颗粒的合计量(100质量%)优选为1质量%以上且12质量%以下。

[颗粒状聚合物的制备]

颗粒状聚合物能够通过将包含上述单体的单体组合物在例如水等水系溶剂中进行聚合来制备。在此,单体组合物中的各单体的比例通常与颗粒状聚合物中的各单体单元的比例相同。

而且,聚合方式没有特别限定,能够使用例如悬浮聚合法、乳液聚合凝聚法、粉碎法等任一种方法。其中,从容易将颗粒状聚合物调节为本发明规定的特定平均圆度的观点出发,优选悬浮聚合法和乳液聚合凝聚法、更优选悬浮聚合法。此外,作为聚合反应,能够使用自由基聚合、活性自由基聚合等任一种反应。

[其它配合剂]

此外,在制备颗粒状聚合物时使用的单体组合物中,能够以任意的配合量配合链转移剂、聚合调节剂、聚合反应延迟剂、反应性流化剂、填充剂、阻燃剂、抗老化剂、着色材料等其它配合剂。

在此,作为一个例子,对通过悬浮聚合法制备颗粒状聚合物的方法进行说明。

[通过悬浮聚合法制备颗粒状聚合物]

(1)单体组合物的制备

首先,将构成期望的颗粒状聚合物的单体以及根据需要添加的其它配合剂进行混合,制备单体组合物。

(2)液滴的形成

接着,使单体组合物分散在水中,添加聚合引发剂后,形成单体组合物的液滴。在此,形成液滴的方法没有特别限定,能够通过例如使用乳化分散机等分散机对包含单体组合物的水进行剪切搅拌来形成。

此时,作为使用的聚合引发剂,可举出例如过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、偶氮二异丁腈等油溶性聚合引发剂。另外,聚合引发剂可以在单体组合物分散在水中之后、形成液滴之前添加,也可以添加在分散于水中之前的单体组合物中。

而且,从使形成的单体组合物液滴在水中稳定化的观点出发,优选将分散稳定剂添加到水中形成单体组合物的液滴。此时,作为分散稳定剂,能够使用例如氢氧化镁等金属氢氧化物、十二烷基苯磺酸钠等。

(3)聚合

而且,在形成单体组合物的液滴后,将包含该形成的液滴的水进行升温引发聚合,由此在水中形成颗粒状聚合物。此时,聚合的反应温度优选为50℃以上且95℃以下。此外,聚合的反应时间优选为1小时以上且10小时以下,优选为8小时以下、更优选为6小时以下。

(4)清洗、过滤、脱水和干燥工序

聚合终止后,按照常规方法对包含颗粒状聚合物的水进行清洗、过滤以及干燥,由此能够得到颗粒状聚合物。

<粘结材料>

功能层用组合物中包含的粘结材料可用于抑制使用本发明的功能层用组合物形成的功能层中所包含的颗粒状聚合物等成分从功能层脱落。

而且,作为粘结材料没有特别限定,可举出非水溶性、且在水等分散介质中能够分散的已知的聚合物,例如热塑性弹性体等粘结树脂。而且,作为热塑性弹性体,优选共轭二烯系聚合物和丙烯酸系聚合物、更优选丙烯酸系聚合物。

在此,共轭二烯系聚合物是指包含共轭二烯单体单元的聚合物。而且,作为共轭二烯系聚合物的具体例子没有特别限定,可举出苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)等包含芳香族乙烯基单体单元和脂肪族共轭二烯单体单元的共聚物、丁二烯橡胶(BR)、丁腈橡胶(NBR)(包含丙烯腈单元和丁二烯单元的共聚物)以及它们的氢化物等。

此外,丙烯酸系聚合物是指包含(甲基)丙烯酸酯单体单元的聚合物。

另外,这些粘结材料可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

而且,作为可优选用作粘结材料的丙烯酸系聚合物,没有特别限定,可举出例如含有上述(甲基)丙烯酸酯单体单元、交联性单体单元以及以下说明的含酸基单体单元的聚合物等。

-含酸基单体单元-

在此,作为可形成含酸基单体单元的含酸基单体,可举出例如具有羧酸基的单体、具有磺酸基的单体、具有磷酸基的单体以及具有羟基的单体。

而且,作为具有羧酸基的单体,可举出例如单羧酸、二羧酸等。作为单羧酸,可举出例如丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸等。作为二羧酸,可举出例如马来酸、富马酸、衣康酸等。

此外,作为具有磺酸基的单体,可举出例如乙烯基磺酸、甲基乙烯基磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、(甲基)丙烯酸-2-磺酸乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、3-芳氧基-2-羟基丙磺酸等。

另外,在本说明书中,“(甲基)烯丙基”意为烯丙基和/或甲基烯丙基,(甲基)丙烯酸意为丙烯酸和/或甲基丙烯酸。

进而,作为具有磷酸基的单体,可举出例如磷酸2-(甲基)丙烯酰氧基乙酯、磷酸甲基-2-(甲基)丙烯酰氧基乙酯、磷酸乙基-(甲基)丙烯酰氧基乙酯等。

另外,在本说明书中,“(甲基)丙烯酰基”意为丙烯酰基和/或甲基丙烯酰基。

此外,作为具有羟基的单体,可举出例如丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯等。

另外,这些含酸基单体可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

另外,丙烯酸系聚合物中的(甲基)丙烯酸酯单体单元的比例优选为50质量%以上、更优选为55质量%以上、进一步优选为58质量%以上,优选为98质量%以下、更优选为97质量%以下、进一步优选为96质量%以下。通过使(甲基)丙烯酸酯单体单元的比例在上述下限以上,能够进一步提高功能层的剥离强度。此外,通过使(甲基)丙烯酸酯单体单元的比例在上述上限以下,能够进一步提高具有功能层的电化学元件的电化学特性。

此外,丙烯酸系聚合物中的交联性单体单元的比例优选为0.1质量%以上、更优选为1.0质量%以上,优选为3.0质量%以下、更优选为2.5质量%以下。通过使交联性单体单元的比例在上述下限以上,能够进一步提高具有功能层的电化学元件的电化学特性。此外,通过使交联性单体单元的比例在上述上限以下,能够更进一步提高功能层的剥离强度。

而且,丙烯酸系聚合物中的含酸基单体单元的比例优选为0.1质量%以上、更优选为0.3质量%以上、进一步优选为0.5质量%以上,优选为20质量%以下、更优选为10质量%以下、进一步优选为5质量%以下。通过使含酸基单体单元的比例在上述下限以上,能够提高功能层用组合物中以及功能层中的粘结材料的分散性、充分地提高具有功能层的电化学元件的电化学特性。此外,通过使含酸基单体单元的比例在上述上限以下,能够降低功能层的残留水分含量、充分地提高电化学元件的电化学特性。

进而,丙烯酸系聚合物还可以包含其它单体单元。而且,作为能够形成可在丙烯酸系聚合物中所包含的其它单体单元的其它单体,可举出1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯等脂肪族共轭二烯单体;在“颗粒状聚合物的组成”项中说明的芳香族乙烯基单体和含腈基单体、乙烯、丙烯等烯烃单体;氯乙烯、偏二氯乙烯等含卤原子单体;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯等乙烯基酯单体;甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚等乙烯基醚单体;甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、丁基乙烯基酮、己基乙烯基酮、异丙烯基乙烯基酮等乙烯基酮单体;以及N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、乙烯基咪唑等含杂环乙烯基化合物单体。其中,作为其它单体,优选丙烯腈。

另外,这些其它单体可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。此外,丙烯酸系聚合物中的其它单体单元的含有比例可以进行适当调节。

<<粘结材料的玻璃化转变温度>>

而且,粘结材料的玻璃化转变温度(Tg)优选为-100℃以上、更优选为-90℃以上、进一步优选为-80℃以上,优选小于30℃、更优选为20℃以下、进一步优选为15℃以下。如果粘结材料的玻璃化转变温度在上述下限以上,则能够提高粘结材料的粘接性和强度。另一方面,如果粘结材料的玻璃化转变温度在上述上限以下,则能够进一步提高功能层的柔软性。

<<粘结材料的体积平均粒径>>

此外,粘结材料的体积平均粒径优选为0.1μm以上、优选为0.4μm以下。如果粘结材料的体积平均粒径在上述下限以上,则能够进一步抑制功能层中的离子传导性降低,提高电化学元件的电化学特性(特别是输出特性)。另一方面,如果粘结材料的体积平均粒径在上述上限以下,则能够充分提高功能层的剥离强度。

另外,粘结材料的体积平均粒径能够通过本说明书的实施例中记载的方法测定。

[粘结材料的含量]

而且,功能层中的粘结材料的含量相对于合计100质量份的无机颗粒与颗粒状聚合物优选为0.1质量份以上、更优选为0.2质量份以上、进一步优选为0.5质量份以上,优选为20质量份以下、更优选为15质量份以下、进一步优选为10质量份以下。如果功能层中的粘结材料的含量在上述下限以上,则能够充分防止颗粒状聚合物从功能层脱落,并且充分提高功能层的剥离强度。另一方面,如果功能层中的粘结材料的含量在上述上限以下,则能够抑制功能层的离子传导性降低,抑制电化学元件的电化学特性降低。

另外,粘结材料没有特别限定,能够通过例如将包含上述单体的单体组合物在例如水等水系溶剂中进行聚合来制备。在此,单体组合物中的各单体的比例通常与粘结材料中的各单体单元的比例相同。

而且,作为聚合方法和聚合反应没有特别限定,能够使用例如在上述颗粒状聚合物的聚合方法中举出的聚合方法和聚合反应。

此外,粘结材料的形状可以为颗粒状,也可以为非颗粒状,但是从良好地抑制功能层包含的成分脱落的观点出发,粘结材料的形状优选为颗粒状。

<无机颗粒>

功能层用组合物包含的无机颗粒通常能够提高功能层的耐热性。在此,作为无机颗粒的材料,优选在电化学元件的使用环境下稳定地存在、电化学稳定。从这样的观点出发,作为无机颗粒的优选材料,可举出氧化铝(alumina)、氧化铝的水合物(勃姆石(AlOOH))、三水铝石(Al(OH

另外,这些无机颗粒可以单独使用一种,也可以任意的比率组合使用两种以上。

<无机颗粒的体积平均粒径>

而且,无机颗粒的体积平均粒径(D50)优选为0.1μm以上、更优选为0.2μm以上、进一步优选为0.3μm以上,优选为1μm以下、更优选为0.9μm以下、进一步优选为0.8μm以下。如果无机颗粒的体积平均粒径在上述下限以上,则无机颗粒可在功能层中紧密地填充。因此,能够进一步抑制功能层中的离子传导性降低,使电化学元件的电化学特性(特别是输出特性)提高。此外,如果无机颗粒的体积平均粒径在上述上限以下,即使在使功能层薄的情况下,也能够使功能层发挥优异的耐热性,因此能够提高电化学元件的容量。

<无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比率>

而且,功能层用组合物中的无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比率以体积比(无机颗粒∶颗粒状聚合物)计,优选为95∶5~55∶45、更优选为80∶20~55∶45、进一步优选为75∶25~60∶40、特别优选为70∶30~65∶35。如果无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比率以体积比计在上述范围内,则功能层的耐热性与粘接性的平衡良好。

此外,功能层用组合物中的无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比以质量比(无机颗粒∶颗粒状聚合物)计,优选为49∶51~99∶1、更优选为58∶42~94∶6、进一步优选为64∶39~91∶9。如果无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比率以质量比计在上述范围内,则功能层的耐热性与粘接性的平衡更加良好。

<其它成分>

功能层用组合物除上述成分以外还可以包含任意的其它成分。其它成分只要不影响电化学元件中的电化学反应则没有特别限定,可举出例如分散剂、粘度调节剂、润湿剂等已知的添加剂。这些其它成分可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。

<电化学元件功能层用组合物的制备方法>

功能层用组合物的制备方法没有特别限定,能够通过例如将上述颗粒状聚合物、粘结材料、无机颗粒、作为分散介质的水以及根据需要使用的其它成分进行混合来制备。另外,在水系溶剂中将单体组合物聚合制备颗粒状聚合物、粘结材料的情况下,颗粒状聚合物、粘结材料可以以水分散体的状态直接与其它成分混合。此外,在以水分散体的状态将颗粒状聚合物、粘结材料进行混合的情况下,可以将水分散体中的水用作分散介质。

在此,上述成分的混合方法没有特别限制,为了使各成分更高效地分散,优选使用分散机作为混合装置进行混合。而且,分散机优选为能够将上述成分均匀地分散和混合的装置。作为分散机,可举出球磨机、砂磨机、颜料分散机、研磨机、超声波分散机、均质机、行星式混合机等。

(电化学元件用功能层)

电化学元件用功能层能够使用上述功能层用组合物、在例如适当的基材上形成。在此,功能层中至少包含上述颗粒状聚合物、粘结材料、无机颗粒以及根据需要使用的其它成分。另外,功能层中包含的各成分是上述功能层用组合物中包含的各成分,这些各成分优选的存在比与功能层用组合物中的各成分优选的存在比相同。

在此,作为使用功能层用组合物在基材上形成功能层的方法没有特别限定,可举出例如如下的方法。

1)将功能层用组合物涂敷在基材的表面,接着进行干燥的方法

2)将基材浸渍在功能层用组合物中之后,将其干燥的方法

3)将功能层用组合物涂敷在脱模基材上,进行干燥形成功能层,将得到的功能层转印到基材的表面的方法

另外,功能层可以仅在基材的单面形成,也可以在基材的双面形成。

在这些中,上述1)的方法容易控制功能层的厚度,因此优选。而且,上述1)的方法可以包含例如将功能层用组合物涂敷在基材上的工序(涂敷工序)和使涂敷在基材上的功能层用组合物干燥形成功能层的工序(功能层形成工序)。

[涂敷工序]

而且,在涂敷工序中,作为将功能层用组合物涂敷在基材上的方法,没有特别限制,可举出例如刮刀法、逆转辊法、直接辊法、凹版印刷法、挤出法、刷涂法等方法。

[功能层形成工序]

此外,在功能层形成工序中,作为将基材上的功能层用组合物干燥的方法,没有特别限定,能够使用公知的方法,可举出例如利用温风、热风、低湿风的干燥;真空干燥;利用红外线、电子射线等照射的干燥法。干燥条件没有特别限定,干燥温度优选为50~150℃、干燥时间优选为1~30分钟。

而且,在基材上形成的功能层能够优选地用作同时发挥作为提高基材的耐热性的耐热层的功能和作为牢固地粘接构件彼此的粘接剂层的功能的单一的层。

此外,具有如上述那样使用功能层用组合物形成的功能层的基材(以下也称为“带功能层基材”)与现有的具有耐热层和粘接剂层的基材相比,能够以更短的工时和时间制作,因此生产率高。

在此,在使用功能层用组合物形成的功能层中,通常多个无机颗粒以沿功能层的厚度方向重叠的方式进行配置。而且,无机颗粒沿功能层的厚度方向重叠而成的层(以下也称为“无机颗粒层”)的厚度优选为0.5μm以上、更优选为0.8μm以上、进一步优选为1μm以上,优选为6μm以下、更优选为5μm以下、进一步优选为4μm以下。如果无机颗粒层的厚度在上述下限以上,则功能层的耐热性极其良好。另一方面,如果无机颗粒层的厚度在上述上限以下,则能够确保功能层的离子扩散性、进一步充分地提高电化学元件的电化学特性(输出特性)。

[颗粒状聚合物的体积平均粒径与无机颗粒层的厚度的比]

此外,颗粒状聚合物的体积平均粒径与上述无机颗粒层的厚度的比(颗粒状聚合物的体积平均粒径/无机颗粒层的厚度)优选为0.75以上、更优选为1.0以上、进一步优选为1.5以上,优选为5.0以下、更优选为3.0以下。如果颗粒状聚合物的体积平均粒径与无机颗粒层的厚度的比在上述下限以上,则在功能层的厚度方向表面,颗粒状聚合物相对于无机颗粒的表面更容易突出,因此可发挥更加良好的粘接性。此外,如果颗粒状聚合物的体积平均粒径与无机颗粒层的厚度的比在上述下限以上,则能够进一步抑制将功能层用组合物涂敷在基材时颗粒状聚合物发生脱落,形成更加均匀的功能层。

[功能层的最大厚度]

进而,在基材上形成的功能层的最大厚度优选为1.0μm以上、更优选为1.5μm以上、进一步优选为2.0μm以上、特别优选为2.5μm以上、最优选为5.0μm以上,优选为10.0μm以下、更优选为9.0μm以下、进一步优选为8.0μm以下。即,在形成的功能层中,优选上述无机颗粒层与颗粒状聚合物在功能层的厚度方向上彼此不重叠,功能层的厚度与功能层中包含的颗粒状聚合物的体积平均粒径相等。而且,如果功能层的最大厚度在上述下限以上,则功能层的耐热性极其良好。另一方面,如果功能层的最大厚度在上述上限以下,则能够确保功能层的离子扩散性,进一步充分地提高电化学元件的电化学特性(输出特性)。

另外,本说明书中,“功能层的最大厚度”能够使用例如场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)测定。

(电化学元件)

具有本发明的功能层的电化学元件只要至少具有本发明的功能层即可,因此,只要不显著损害本发明的效果,也可以具有除本发明的功能层以外的结构要素。

而且,本发明的电化学元件没有特别限定,例如为锂离子二次电池、双电层电容器,优选为锂离子二次电池。

在此,以下对作为本发明的电化学元件的一个例子的锂离子二次电池进行说明。本发明的锂离子二次电池具有上述本发明的功能层。更具体而言,锂离子二次电池具有正极、负极、在间隔件基材上形成了本发明的功能层而成的间隔件(带功能层间隔件)以及电解液。另外,功能层可以仅在间隔件基材的单面上形成,也可以在间隔件基材的双面上形成。

而且,在本发明的锂离子二次电池中,正极与间隔件基材和/或负极与间隔件基材通过功能层在电解液中牢固地粘接。因此,能够抑制随着重复的充放电而电极极板间的距离扩大,使得循环特性等电池特性良好。此外,在该锂离子二次电池中,通过功能层,间隔件基材的耐热性提高。进而,与使用了现有的具有耐热层和粘接剂层的间隔件的情况相比,该锂离子二次电池能够缩短制造间隔件所需要的时间,能够以高生产率制造间隔件。

另外,作为上述正极、负极和电解液,能够使用在锂离子二次电池中所使用的已知的正极、负极和电解液。

<正极和负极>

具体而言,作为电极(正极和负极),能够使用在集流体上形成电极复合材料层而成的电极。另外,作为集流体,能够使用由铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金、铂等金属材料形成的集流体。在这些中,作为负极用的集流体,优选使用由铜形成的集流体。此外,作为正极用的集流体,优选使用由铝形成的集流体。进而,作为电极复合材料层,能够使用包含电极活性物质和粘结剂的层。

<带功能层间隔件>

带功能层间隔件能够通过例如使用在上述“电化学元件用功能层”项中举出的形成功能层的方法在间隔件基材上形成功能层来制作。

在此,作为间隔件基材没有特别限定,能够使用例如日本特开2012-204303号公报记载的间隔件基材。在这些中,从能够使带功能层间隔件整体的膜厚变薄由此提高锂离子二次电池内的电极活性物质的比率、提高单位体积的容量的观点出发,优选由聚烯烃系的树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯)形成的微多孔膜。

<电解液>

作为电解液,通常使用将支持电解质溶解在有机溶剂中而成的有机电解液。作为支持电解质,例如在锂离子二次电池中,可使用锂盐。作为锂盐,可举出例如LiPF

作为电解液中使用的有机溶剂,只要能够溶解支持电解质则没有特别限定,例如在锂离子二次电池中,优选使用碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸甲乙酯(碳酸乙甲酯(EMC))、碳酸亚乙烯酯等碳酸酯类;γ-丁内酯、甲酸甲酯等酯类;1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃等醚类;环丁砜、二甲基亚砜等含硫化合物类等。

此外也可以使用这些有机溶剂的混合液。其中,从介电常数高、稳定的电位区域广的方面出发,优选碳酸酯类。通常,有使用的有机溶剂的粘度越低锂离子传导率会越高的倾向,因此能够根据有机溶剂的种类调节锂离子传导率。

另外,电解液中的电解质的浓度能够适当调节。此外,电解液中可以添加已知的添加剂。

<锂离子二次电池的制造方法>

作为本发明的电化学元件的锂离子二次电池,可通过例如如下方法来制造:隔着带功能层间隔件将上述正极与负极重合,根据需要将其卷绕、弯折等放入电池容器,在电池容器中注入电解液进行封口。在此,可以根据需要在电池容器中放入金属网、保险丝、PTC元件等过电流保护元件、导板等,防止电池内部的压力上升、过充放电。电池的形状可以为例如硬币型、纽扣型、片型、圆柱型、方形、扁平型等任一种。

实施例

以下,基于实施例对本发明进行具体地说明,但本发明并不限定于这些实施例。另外,在以下的说明中,表示量的“%”和“份”只要没有另外说明,为质量基准。

此外,只要没有另外说明,在将多种单体进行共聚所制造的聚合物中,将某单体进行聚合所形成的结构单元在上述聚合物中的比例通常与该某单体在用于聚合该聚合物的全部单体中所占的比率(进料比)一致。

在实施例和比较例中,玻璃化转变温度、体积平均粒径、粒径分布、电解液溶胀度、平均圆度、无机颗粒层的厚度以及无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比率通过下述的方法进行测定。此外,工序粘接性、功能层的抗粘连性、功能层的耐热性、电解液注液性、二次电池的循环特性、二次电池的输出特性以及功能层的耐掉粉性通过下述的方法进行测定和评价。

<玻璃化转变温度>

将实施例和比较例中制备的颗粒状聚合物和粘结材料作为测定试样。在铝盘中称量10mg的测定试样,利用差示热分析测量装置(SII NanoTechnology Inc.制“EXSTARDSC6220”),使用空铝盘作为参考,在测定温度范围-100℃~500℃之间以升温速度为10℃/分钟、在JIS Z8703规定的条件下实施测定,得到差示扫描量热分析(DSC)曲线。在该升温过程中,将微分信号(DDSC)成为0.05mW/分钟/mg以上的DSC曲线的吸热峰即将出现之前的基线与在吸热峰后最初出现拐点处的DSC曲线的切线的交点,作为玻璃化转变温度(℃)而求出。

<体积平均粒径>

<<颗粒状聚合物的体积平均粒径和粒径分布>>

将实施例和比较例中制备的颗粒状聚合物作为测定试样。称量0.1g相当量的测定试样放入烧杯,加入0.1mL的作为分散剂的烷基苯磺酸水溶液(FUJIFILM Corporation制、“DRIWEL”)。在上述烧杯中进一步加入10~30mL的稀释液(Beckman Coulter制,“isotone.II”),用20W(Watt)的超声波分散机分散3分钟。然后,使用粒径测定机(BeckmanCoulter制,“Multisizer”)在孔径:20μm、介质:isotone.II、测定颗粒个数:100000个的条件下,对测定试样的体积平均粒径(Dv)进行测定。此外,还测定了颗粒状聚合物的数均粒径(Dn),算出粒径分布(Dv/Dn)。

<<粘结材料的体积平均粒径>>

利用激光衍射法测定在实施例中制备的粘结材料的体积平均粒径。具体而言,将包含制备的粘结材料的水分散溶液(调节为固体成分浓度0.1质量%)作为试样。然后,使用激光衍射式粒径分布测定装置(Beckman Coulter制,“LS-230”)测定粒径分布(体积基准),在该所测定的粒径分布中,将从小径侧起计算的累积体积成为50%的粒径D50作为体积平均粒径。

<电解液溶胀度>

将在实施例和比较例中制备的包含颗粒状聚合物的水分散液加入聚四氟乙烯制的培养皿中,在25℃、48小时的条件下干燥、制备粉末。将得到的0.2g左右的粉末在200℃、5MPa压制2分钟得到膜。然后将得到的薄膜裁断为1cm见方,得到试验片。测定该试验片的质量W0。

此外,将上述试验片在电解液中于60℃浸渍72小时。然后,将试验片从电解液中取出,擦掉试验片表面的电解液,测定浸渍后的试验片的质量W1。

使用测定的质量W0和W1,通过S=W1/W0计算电解液溶胀度S(倍)。

另外,作为电解液,使用在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)以及碳酸亚乙烯酯(VC)的混合溶剂(体积比:EC/DEC/VC=68.5/30/1.5)中,以1mol/L的浓度溶解了作为支持电解质的LiPF

<平均圆度>

将在实施例和比较例中制备的颗粒状聚合物作为测定试样。在容器中预先加入10mL的离子交换水,向其中加入0.02g的作为分散剂的表面活性剂(烷基苯磺酸),进而加入0.02g的测定试样,使用超声波分散机以60W(Watt)进行3分钟分散处理。测定时的测定试样的浓度调节为3000~10000个/μL,使用流式颗粒图像分析装置(Sysmex Corporation制,“FPIA-3000”)对1000~10000个圆当量直径(equivalent circle diameter)为0.4μm以上的测定试样进行测定。另外,圆度如下述式(I)所示,平均圆度取其平均值。

圆度=与颗粒状聚合物的投影面积相等的圆的周长/颗粒状聚合物的投影像的周长…(I)

<无机颗粒层的厚度>

使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察带功能层间隔件的剖面,根据得到的图像算出无机颗粒层的厚度。另外,无机颗粒层的厚度为从形成了功能层侧的间隔件的表面到形成功能层表面的无机颗粒为止的垂直方向的距离。

<无机颗粒与颗粒状聚合物的混合比率>

根据制备浆料组合物时的无机颗粒(氧化铝)和颗粒状聚合物的投料量求出无机颗粒(氧化铝)与颗粒状聚合物的混合比率(体积比)。另外,氧化铝的密度计算为4g/cm

<工序粘接性>

将在实施例和比较例中制作的正极和带功能层间隔件分别切成宽10mm、长50mm,使正极和带功能层间隔件层叠,使用辊压机以温度70℃、负荷10kN/m、压制速度30m/分钟的条件进行压制,得到使正极和带功能层间隔件一体化的一体化物。

将得到的一体化物以正极的集流体侧的面朝下的方式,在正极的表面粘贴透明胶带。此时,作为透明胶带使用JIS Z1522规定的透明胶带。此外,透明胶带预先固定在水平的试验台上。然后,以拉伸速度50mm/分钟将带功能层间隔件的一端沿垂直上方进行拉伸,测定剥离时的应力。

此外,对于在实施例和比较例中制作的负极,也进行与使用了正极的情况相同的操作测定应力。

分别对正极和带功能层间隔件的一体化物以及负极和带功能层间隔件的一体化物进行3次、合计进行6次上述应力的测定,求出应力的平均值,将得到的平均值作为剥离强度(N/m)。

然后,使用算出的剥离强度,根据以下的基准评价电极与带功能层间隔件的工序粘接性。剥离强度越大,表示工序粘接性(电池的制造工序中电池构件的粘接性)越高。

A:剥离强度为3N/m以上

B:剥离强度为2N/m以上且小于3N/m

C:剥离强度为1N/m以上且小于2N/m

D:剥离强度小于1N/m

<功能层的抗粘连性>

将在实施例和比较例中制作的带功能层间隔件切成2张宽4cm×长4cm的尺寸,作为试验片。将得到的2张试验片以功能层侧相对的方式重叠后,在温度40℃、压力5MPa的加压下压制2分钟得到压制体。将得到的压制体的一端固定,将压制体的另一端以拉伸速度50mm/分钟沿垂直上方进行拉伸,测定剥离时的应力,将得到的应力作为粘连强度。然后根据以下的基准评价粘连强度。粘连强度越小,表示功能层越良好地抑制粘连的发生,即,表示功能层的抗粘连性越高。

A:粘连强度小于4N/m

B:粘连强度为4N/m以上且小于6N/m

C:粘连强度为6N/m以上且小于8N/m

D:粘连强度为8N/m以上且小于10N/m

E:粘连强度为10N/m以上

<功能层的耐热性>

将在实施例和比较例中制作的带功能层间隔件切成宽12cm×长12cm的正方形,在得到的正方形片的内部画出一边为10cm的正方形,作为试验片。然后,将试验片放入150℃的恒温槽中,放置1小时后,将在内部画出的正方形的面积变化[={(放置前的正方形的面积-放置后的正方形的面积)/放置前的正方形的面积}×100%)]作为热收缩率而求出,根据以下的基准进行评价。热收缩率越小,表示带功能层间隔件的耐热性越优异。

A:热收缩率小于3%

B:热收缩率为3%以上且小于5%

C:热收缩率为5%以上且小于10%

D:热收缩率为10%以上

<电解液注液性>

在实施例和比较例中制作的注入电解液前的锂离子二次电池中注入电解液。然后,将锂离子二次电池的内部减压至-100kPa,在该状态下保持1分钟。然后实施热封。然后在10分钟后将电极(正极)拆解,目视确认电极中的电解液的含浸状态。然后根据以下的基准进行评价。在电极中,电解液被含浸的部分越多,表示电解液注液性越高。

A:电解液含浸在电极的所有面。

B:在电极中,电解液未被含浸的部分剩余不到1cm

C:在电极中,电解液未被含浸的部分剩余1cm

<二次电池的循环特性>

将在实施例和比较例中制作的锂离子二次电池在温度25℃静置5小时。接着,在温度25℃用0.2C的恒电流法充电至电池单元电压为3.65V,然后,在温度60℃进行12小时的老化处理。然后,在温度25℃用0.2C的恒电流法放电至电池单元电压为3.00V。然后,用0.2C的恒电流法进行CC-CV充电(上限电池单元电压为4.20V),用0.2C的恒电流法CC放电至3.00V。将该0.2C的充放电重复实施3次。

然后,在温度25℃的环境下,以电池单元电压4.20-3.00V、1.0C的充放电倍率进行100个循环的充放电操作。此时,将第1次循环的放电容量定义为X1、将第100次循环的放电容量定义为X2。

然后,使用放电容量X1和放电容量X2求出容量保持率ΔC′=(X2/X1)×100(%),根据以下的基准进行评价。容量保持率ΔC′的值越大,表示二次电池的循环特性越优异。

A:容量保持率ΔC′为93%以上

B:容量保持率ΔC′为90%以上且小于93%

C:容量保持率ΔC′为87%以上且小于90%

D:容量保持率ΔC′小于87%

<二次电池的输出特性>

将在实施例和比较例中制作的锂离子二次电池在温度25℃的环境下恒电流恒电压(CCCV)充电至4.3V,准备电池单元。将准备的电池单元用0.2C和1.5C的恒电流法放电至3.0V,求出电容量。然后,求出以电容量的比[=(1.5C的电容量/0.2C的电容量)×100(%)]表示的放电容量保持率。对锂离子二次电池的5个电池单元进行该测定。然后,求出各电池单元的放电容量保持率的平均值,根据以下的基准进行评价。放电容量保持率的平均值越大,表示二次电池的输出特性越优异。

A:放电容量保持率的平均值为90%以上

B:放电容量保持率的平均值为85%以上且小于90%

C:放电容量保持率的平均值为75%以上且小于85%

D:放电容量保持率的平均值小于75%

<功能层的耐掉粉性>

将在实施例和比较例中制作的带功能层间隔件切成5cm×5cm,测定得到的带功能层间隔件片的质量(a)。接着,将带功能层间隔件片放入500ml的玻璃瓶中,使用振荡机以300rpm的转速振荡3小时。然后,测定振荡后的带功能层间隔件片的质量(b),根据下述式(II)算出掉粉率。

掉粉率(质量%)=[(a-b)/a]×100…(II)

然后,根据以下的基准评价功能层的耐掉粉性。掉粉率的值越小,表示颗粒状聚合物等构成功能层的成分没有从功能层脱落,耐掉粉性越优异。

A:掉粉率小于1质量%

B:掉粉率为1质量%以上且小于3质量%

C:掉粉率为3质量%以上且小于5质量%

D:掉粉率为5质量%以上

(实施例1)

<颗粒状聚合物(A)的制备>

[单体组合物(A)的制备]

将81.9份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、18份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯以及0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯进行混合,制备单体组合物(A)。

[金属氢氧化物的制备]

将5.6份的氢氧化钠溶于50份的离子交换水而成的水溶液(A2)在搅拌下缓慢添加到将8份的氯化镁溶于200份的离子交换水而成的水溶液(A1)中,制备包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A)。

[悬浮聚合法]

通过悬浮聚合法制备颗粒状聚合物(A)。具体而言,在上述包含氢氧化镁的胶体分散液(A)中投入如上所述进行得到的单体组合物(A),进一步搅拌后,添加2.0份的作为聚合引发剂的过氧化-2-乙基己酸叔丁酯(NOF CORPORATION制,“PERBUTYL(注册商标)O”),得到混合液。使用串联型乳化分散机(Pacific Industrial Co.,Ltd.制,“Cavitron”)以15000rpm的转速将得到的混合液高剪切搅拌1分钟,在包含氢氧化镁的胶体分散液(A)中形成单体组合物(A)的液滴。

将形成有上述单体组合物(A)的液滴的包含氢氧化镁的胶体分散液(A)加入反应器中,升温至90℃进行5小时聚合反应,得到包含颗粒状聚合物(A)的水分散液。

使用包含上述颗粒状聚合物(A)的水分散液,测定颗粒状聚合物(A)的体积平均粒径、粒径分布和电解液溶胀度。结果示于表1。

进而,一边搅拌上述包含颗粒状聚合物(A)的水分散液,一边在室温(25℃)下滴加硫酸,进行酸洗直至pH为6.5以下。接下来,进行过滤分离,对得到的固体成分加入500份的离子交换水使其再度浆料化,多次重复进行水洗处理(清洗、过滤和脱水)。然后进行过滤分离,将得到的固体成分加入干燥器的容器内,在40℃进行48小时干燥,得到干燥了的颗粒状聚合物(A)。

测定得到的颗粒状聚合物(A)的玻璃化转变温度和平均圆度。结果示于表1。

<包含粘结材料(α)的水分散液的制备>

在具有搅拌机的反应器中,供给70份的离子交换水、0.15份的作为乳化剂的月桂基硫酸钠(Kao Corporation.制,“EMAL(注册商标)2F”)以及0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸铵,用氮气置换气相部,升温至60℃。

另一方面,在另外的容器中混合50份的离子交换水、0.5份的作为分散稳定剂的十二烷基苯磺酸钠、94份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸正丁酯、2份的作为含酸基单体的甲基丙烯酸和2份的作为含腈基单体的丙烯腈以及作为交联性单体的1份的甲基丙烯酸烯丙酯和1份的烯丙基缩水甘油醚,制备单体组合物(α)。

在上述具有搅拌机的反应器中,历经4小时连续地添加得到的单体组合物(α),进行聚合。在添加过程中,在60℃进行反应。添加结束后,进一步在70℃搅拌3小时,然后终止反应,得到包含作为丙烯酸系聚合物的颗粒状的粘结材料(α)的水分散液。得到的颗粒状的粘结材料(α)的体积平均粒径为0.25μm、玻璃化转变温度为-40℃。

<浆料组合物的制备>

在100份的作为无机颗粒的氧化铝(Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制,“AKP3000”、体积平均粒径:0.7μm)中添加0.5份的作为分散剂的聚丙烯酸,添加以固体成分相当量计6份的包含粘结材料(α)的水分散液以及1.5份的作为增稠剂的羧甲基纤维素,加入离子交换水使固体成分浓度为55%,使用球磨机进行混合,得到混合前浆料。

对100份的颗粒状聚合物(A)添加0.2份的作为表面活性剂的十二烷基苯磺酸钠(Kao Corporation.制,“NEOPELEXG-15”),进行混合使得固体成分浓度为40%,将得到的混合液加入如上述进行得到的混合前浆料中。进一步添加离子交换水,使固体成分浓度为40%,得到无机颗粒(氧化铝)与颗粒状聚合物(A)的混合比率成为表1所示的混合比率的浆料组合物(功能层用组合物)。

<带功能层间隔件的制作>

准备聚乙烯制的微多孔膜(厚度:12μm)作为间隔件基材。通过棒涂法在该间隔件基材的一面涂敷如上述进行而得到的浆料组合物。接着,在50℃将涂敷有浆料组合物的间隔件基材干燥1分钟,形成功能层。对间隔件基材的另一面也进行同样的操作,制作在间隔件基材的两面分别具有功能层的带功能层间隔件。另外,各功能层中的无机颗粒层的厚度为2.0μm。

<正极的制作>

混合100份的作为正极活性物质的LiCoO

使用缺角轮涂布机,将上述正极用浆料组合物以干燥后的膜厚成为150μm左右的方式涂敷在作为集流体的厚度为20μm的铝箔上,使其干燥。该干燥通过以0.5m/分钟的速度将铝箔在60℃的烘箱内运送2分钟来进行。然后,在120℃加热处理2分钟,得到压制前的正极原材料。使用辊压机将该压制前的正极原材料进行压延,得到具有正极复合材料层(厚度:60μm)的压制后的正极。

<负极的制作>

在带搅拌机的5MPa耐压容器中加入33份的1,3-丁二烯、3.5份的衣康酸、63.5份的苯乙烯、0.4份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、150份的离子交换水以及0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸钾,充分搅拌后,加热至50℃引发聚合。在聚合转化率成为96%的时刻冷却,终止反应,得到包含负极复合材料层用粘结材料(SBR)的混合物。在该包含负极复合材料层用粘结材料的混合物中添加5%氢氧化钠水溶液,将pH调节为8后,通过加热减压蒸馏除去未反应单体。然后,冷却至30℃以下,得到期望的包含负极复合材料层用粘结材料的水分散液。

配合80份的作为负极活性物质(1)的人造石墨(体积平均粒径:15.6μm)、16份的作为负极活性物质(2)的硅系活性物质SiOx(体积平均粒径:4.9μm),混合以固体成分相当量计为2.5份的作为粘度调节剂的羧甲基纤维素钠盐(NIPPON PAPER INDUSTRIES CO.,Ltd.制,“MAC350HC”)的2%水溶液和离子交换水,调节至固体成分浓度为68%后,在25℃进一步混合60分钟。进一步用离子交换水将固体成分浓度调节为62%后,在25℃进一步混合15分钟,得到混合液。在该混合液中加入以固体成分相当量计为1.5份的上述包含负极复合材料层用粘结材料的水分散液和离子交换水,将最终固体成分浓度调节为52%,进一步混合10分钟,得到混合液。在减压下对该混合液进行脱泡处理,得到流动性良好的负极用浆料组合物。

使用缺角轮涂布机,将上述负极用浆料组合物以干燥后的膜厚成为150μm左右的方式涂敷在作为集流体的厚度为20μm的铜箔上,使其干燥。该干燥通过以0.5m/分钟的速度将铜箔在60℃的烘箱内运送2分钟来进行。然后,在120℃加热处理2分钟,得到压制前的负极原材料。使用辊压机将该压制前的负极原材料进行压延,得到具有负极复合材料层(厚度:80μm)的压制后的负极。

使用如上述进行而得到的带功能层间隔件、正极和负极,评价工序粘接性、功能层的抗粘连性、功能层的耐热性和功能层的耐掉粉性。结果示于表1。

<锂离子二次电池的制作>

将如上述进行而制作的压制后的正极切成49cm×5cm的长方形,以正极复合材料层侧的表面在上侧的方式放置,在该正极复合材料层上配置切成120cm×5.5cm的上述带功能层间隔件,使正极位于带功能层间隔件的长度方向的一侧。进而,将如上述进行而制作的压制后的负极切成50cm×5.2cm的长方形,配置在带功能层间隔件上,使负极复合材料层侧的表面与带功能层间隔件相向且负极位于带功能层间隔件的长度方向的另一侧。然后,通过卷绕机卷绕得到的层叠体,得到卷绕体。以70℃、1MPa压制该卷绕体制成扁平体后,用作为电池的外包装的铝包装材料外包装进行包裹,以不残留空气的方式注入电解液[溶剂:碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯/碳酸亚乙烯酯(体积比)=68.5/30/1.5,电解质:浓度为1M的LiPF

使用得到的锂离子二次电池评价二次电池的电解液注液性、循环特性和二次电池的输出特性。结果示于表1。

(实施例2)

在制备浆料组合物时,代替颗粒状聚合物(A)而使用如下述进行而制备的颗粒状聚合物(B),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(B)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A)而使用包含氢氧化镁的胶体分散液(B),除此以外,进行与实施例1相同的操作,制备颗粒状聚合物(B)。

另外,包含氢氧化镁的胶体分散液(B)通过如下方法来制备:将7.0份的氢氧化钠溶于50份的离子交换水而成的水溶液(B2)在搅拌下缓慢地添加到将10.0份的氯化镁溶于200份的离子交换水而成的水溶液(B1)中。

(实施例3)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下述进行而制备的颗粒状聚合物(C)。此外,将用作乳化剂的十二烷基苯磺酸钠的量调节为相对于合计100份的颗粒状聚合物和氧化铝为0.2份的量。除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(C)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A)而使用0.3份的十二烷基苯磺酸钠,除此以外,进行与实施例1相同的操作,得到颗粒状聚合物(C)。

(实施例4)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下述进行而制备的颗粒状聚合物(D),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(D)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A)而使用包含氢氧化镁的胶体分散液(D),除此以外,进行与实施例1相同的操作,制备颗粒状聚合物(D)。

另外,包含氢氧化镁的胶体分散液(D)通过如下方法来制备:将4.2份的氢氧化钠溶于50份的离子交换水而成的水溶液(D2)在搅拌下缓慢地添加到将6.0份的氯化镁溶于200份的离子交换水而成的水溶液(D1)中。

(实施例5)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)、使用乳液聚合凝聚法并使用如下述进行而制备的颗粒状聚合物(E),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(E)的制备>

(1)树脂微粒的制备

在烧瓶内混合81.9份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、18份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯以及0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯,制备单体组合物(E)。

另一方面,在可拆卸烧瓶(separable flask)中,将0.7份的作为阴离子表面活性剂的十二烷基苯磺酸钠溶解在373份的离子交换水中,制备表面活性剂溶液。

在上述表面活性剂溶液中添加如上述进行得到的单体组合物(E),使用乳化分散机(M Technique Co.,Ltd.制,“CLEARMIX”)进行分散,制备单体组合物(E)的乳化分散液。

在得到的乳化分散液中添加400份的离子交换水后,添加包含2.1份的作为聚合引发剂的过硫酸钾的水溶液(使2.1份的过硫酸钾溶于39.6份的离子交换水而成的水溶液)以及1.9份的作为分子量调节剂的正辛基硫醇,在80℃进行3小时聚合(第一阶段聚合)。

进而添加包含3.2份的作为聚合引发剂的过硫酸钾的水溶液(使3.2份的过硫酸钾溶于61.3份的离子交换水而成的水溶液)后,通过滴加而添加81.1份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、作为(甲基)丙烯酸酯单体单元的12.0份的甲基丙烯酸和36.8份的丙烯酸正丁酯、以及2.1份的作为分子量调节剂的正辛基硫醇。滴加后,在2小时内直接保持温度(80℃)进行聚合(第二阶段聚合)。

聚合后,将反应液用水冷却,得到包含树脂微粒的分散液。

(2)树脂颗粒的制备

在烧瓶中加入以固体成分相当量计为150份的如上述进行而得到的包含树脂微粒的分散液和645份的离子交换水,进行搅拌。将得到的分散液的温度调节为30℃后,加入氢氧化钠水溶液(浓度:5mol/L)直至pH为10。

接下来,将32份的氯化镁六水合物溶于32份的离子交换水而成的水溶液在搅拌下于30℃历经10分钟添加到上述分散液中。然后,一边在60分钟内将该分散液升温至90℃、并继续搅拌和加热,一边进行由树脂微粒彼此的盐析引起的凝聚和由加热引起的融合,形成树脂颗粒。

然后,一边继续搅拌和加热,一边使用粒径测定机(Beckman Coulter制,“Multisizer”)测定树脂颗粒的粒径,在所形成的树脂颗粒的体积平均粒径成为3μm的时刻,添加将8.8份的氯化钠溶于57.7份的离子交换水而成的水溶液,终止盐析和融合。在90℃继续加热和搅拌3小时,进行颗粒形状的控制,得到包含颗粒状聚合物(E)的分散液。

将包含上述颗粒状聚合物(E)的分散液脱水,使用离子交换水进行水洗后,使用真空干燥机,以压力30torr、温度50℃干燥一天,得到颗粒状聚合物(E)。

(实施例6)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A),使用粉碎法并且使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(F),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(F)的制备>

在甲苯中混合81.9份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、18份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯以及0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯。添加0.5份的作为聚合引发剂的偶氮二异丁腈(AIBN),在70℃反应10小时。反应后,用甲醇生成沉淀,经过真空干燥,得到聚合物(F)。接下来,使用喷射磨将得到的聚合物(F)粉碎。通过气流分流器(Hosokawa Micron Corporation制,“100ATP”)将得到的粉碎物进行分级。

然后,对经分级的粉碎物实施热球化处理,得到颗粒状聚合物(F)。另外,热球化处理在温度270℃的环境下使用热球化装置(Nippon Pneumatic Mfg.Co.,Ltd.制,“SFS3型”)进行。

(实施例7)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(G),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(G)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代单体组合物(A)而使用单体组合物(G),除此以外,进行与实施例1相同的操作,制备颗粒状聚合物(G)。

单体组合物(G)是将20.9份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸正丁酯、20份的作为含腈基单体的丙烯腈、59份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的甲基丙烯酸甲酯以及0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯进行混合来制备的。

(实施例8)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(H),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

<颗粒状聚合物(H)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代单体组合物(A)而使用单体组合物(H),并且对得到的颗粒状聚合物进一步实施微粉和粗粉切割处理,除此以外,进行与实施例1相同的操作,制备颗粒状聚合物(H)。

具体而言,单体组合物(H)是将60份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、39.9份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯以及0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯进行混合来制备的。

然后,使用分级机(Hosokawa Micron Corporation制,“Alpine”)对使用单体组合物(H)得到的颗粒状聚合物实施微粉和粗粉切割处理,得到颗粒状聚合物(H)。

(实施例9)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(I),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

<颗粒状聚合物(I)的制备>

在进行悬浮聚合法时,将进行高剪切搅拌的时间替换为10秒,除此以外,进行与实施例1相同的操作,得到颗粒状聚合物(I)。

(实施例10)

在制备浆料组合物时,将浆料组合物中的氧化铝与颗粒状聚合物(A)的混合比率调节为以体积比[氧化铝∶颗粒状聚合物(A)]为80∶20,除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

(实施例11)

在制备浆料组合物时,将浆料组合物中的氧化铝与颗粒状聚合物(A)的混合比率调节为以体积比[氧化铝∶颗粒状聚合物(A)]为55∶45,除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

(实施例12)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(J),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

<颗粒状聚合物(J)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代单体组合物(A)而使用单体组合物(J),除此以外,进行与实施例1相同的操作,制备颗粒状聚合物(J)。

单体组合物(J)是将35份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、64.9份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸2-乙基己酯和0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯进行混合来制备的。

(实施例13)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(K),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

<颗粒状聚合物(K)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代单体组合物(A)而使用单体组合物(K),除此以外,进行与实施例1相同的操作,制备颗粒状聚合物(K)。

单体组合物(K)是将89.9份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、10份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯和0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯进行混合来制备的。

(实施例14)

在制备浆料组合物时,替代包含粘结材料(α)的水分散液,使用如下进行而制备的包含粘结材料(β)的水分散液,除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

<包含粘结材料(β)的水分散液的制备>

在具有搅拌机的反应器中,供给70份的离子交换水、0.15份的作为乳化剂的聚氧乙烯月桂醚(Kao Corporation.制,“EMULGEN(注册商标)120”)和0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸铵,用氮气置换气相部,升温至60℃。

另一方面,在另外的容器中混合50份的离子交换水、0.5份的作为乳化剂的聚氧乙烯月桂醚(Kao Corporation.制,“EMULGEN(注册商标)120”)、70份的作为(甲基)丙烯酸烷基酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯、25份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、作为交联性单体的1.7份的烯丙基缩水甘油醚和0.3份的甲基丙烯酸烯丙酯、以及3份的作为含酸基单体的丙烯酸,制备单体组合物(β)。

将得到的单体组合物(β)历经4小时连续地添加到上述具有搅拌机的反应器中,进行聚合。在添加过程中,在70℃进行反应。添加结束后,进一步在80℃搅拌3小时,然后终止反应,得到包含颗粒状的粘结材料(β)的水分散液。得到的颗粒状的粘结材料(β)的体积平均粒径为0.3μm、玻璃化转变温度为-35℃。

(实施例15)

在制备浆料组合物时,替代包含粘结材料(α)的水分散液而使用如下进行而制备的包含粘结材料(γ)的水分散液,除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表2。

<包含粘结材料(γ)的水分散液的制备>

在容器A中投入如下的混合物,该混合物包含33份的作为脂肪族共轭二烯单体的1,3-丁二烯、62份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、4份的作为含羧酸基单体的衣康酸、0.3份的作为链转移剂的叔十二烷基硫醇和0.3份的作为乳化剂的月桂基硫酸钠。然后,开始将容器A中的混合物添加至耐压容器B中,同时开始将1份的作为聚合引发剂的过硫酸钾添加至耐压容器B中,引发聚合反应。此时,反应温度保持为75℃。

此外,自聚合引发起4小时后(即,向耐压容器B中添加上述混合物的70%后),历经1小时30分钟将1份的作为含羟基单体的2-羟乙基丙烯酸酯(丙烯酸-2-羟乙酯)加入耐压容器B中。

自聚合引发起5小时30分钟后,结束了上述单体的总量的添加。然后,进一步升温至85℃使其反应6小时。

在聚合转化率成为97%的时刻进行冷却、终止反应,得到包含颗粒状的聚合物(γ1)的混合物。在得到的混合物中添加5%氢氧化钠水溶液,将pH调节为8。然后,通过加热减压蒸馏除去未反应单体。然后,进行冷却,得到作为颗粒状的粘结材料(γ)的包含苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)的水分散液(固体成分浓度:40%)。得到的颗粒状的粘结材料(γ)的体积平均粒径为0.18μm、玻璃化转变温度为15℃。

(比较例1)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A),使用种子聚合法并使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(V),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表3。

<颗粒状聚合物(V)的制备>

在带搅拌机的5MPa耐压容器中,加入包含79.9份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、18份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸2-乙基己酯、2份的作为含酸基单体单元的甲基丙烯酸和0.1份的作为二(甲基)丙烯酸酯单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯的单体组合物(V1),并加入1份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、150份的离子交换水以及0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸钾,充分搅拌后,升温至60℃引发聚合。

在聚合转化率成为96%的时刻,进行冷却,终止反应,得到包含种子颗粒(V

进一步对包含种子颗粒(V

在聚合转化率成为96%的时刻,进行冷却,终止反应,得到包含种子颗粒(V

进而,对包含种子颗粒(V

在聚合转化率成为96%的时刻,进行冷却,终止反应,得到包含颗粒状聚合物(V)的水分散液。

(比较例2)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A),使用种子聚合法并且使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(W),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表3。

<颗粒状聚合物(W)的制备>

在带搅拌机的5MPa耐压容器中加入包含75份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、20份的作为(甲基)丙烯酸烷基酯单体的丙烯酸正丁酯、4份的作为含酸基单体的甲基丙烯酸和1份的作为二(甲基)丙烯酸酯单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯的单体组合物(W1),并且加入1.2份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、150份的离子交换水以及0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸钾,充分搅拌后,升温至60℃引发聚合。

在聚合转化率成为96%的时刻,进行冷却,终止反应,得到包含种子颗粒(W

进一步对包含种子颗粒(W

在聚合转化率成为96%的时刻,进行冷却,终止反应,得到包含颗粒状聚合物(W)的水分散液。

(比较例3)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(X),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表3。

<颗粒状聚合物(X)的制备>

将实施例5中制作的颗粒状聚合物(E)进行粗粉碎。使用喷射磨(Hosokawa MicronCorporation制,“200AFG”),在粉碎空气压力500(kPa)的下,以转子转速7000(rpm)对得到的粗粉碎物进行微粉碎,由此得到颗粒状聚合物(X)。

(比较例4)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(Y),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表3。

<颗粒状聚合物(Y)的制备>

在制备颗粒状聚合物时,替代实施例1中使用的包含氢氧化镁的胶体分散液(A),使用如下进行而制备的包含氢氧化镁的胶体分散液(Y),除此以外,进行与实施例1相同的操作,得到颗粒状聚合物(Y)。

[包含氢氧化镁的胶体分散液(Y)的制备]

将2.8份的氢氧化钠溶于50份的离子交换水而成的水溶液(Y2)在搅拌下缓慢地添加到将4.0份的氯化镁溶于200份的离子交换水而成的水溶液(Y1)中,制备包含氢氧化镁的胶体分散液(Y)。

(比较例5)

在制备浆料组合物时,替代颗粒状聚合物(A)而使用如下进行而制备的颗粒状聚合物(Z),除此以外,与实施例1同样地进行,制作带功能层间隔件、正极和负极,得到锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种测定和评价。结果示于表3。

<颗粒状聚合物(Z)的制备>

在带搅拌机的5MPa耐压容器中,加入包含79.9份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、18份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯、2份的作为含酸基单体的甲基丙烯酸和0.1份的作为交联性单体的乙二醇二甲基丙烯酸酯的单体组合物(Z1),并加入1份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠、150份的离子交换水以及0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸钾,充分搅拌后,升温至60℃引发聚合。

在聚合转化率成为96%的时刻,进行冷却,终止反应,得到包含颗粒状聚合物(Z)的水分散液。

[表1]

[表2]

[表3]

另外,在表1~3中,

“ST”表示苯乙烯、

“2EHA”表示丙烯酸-2-乙基己酯、

“EDMA”表示乙二醇二甲基丙烯酸酯、

“BA”表示丙烯酸正丁酯、

“AN”表示丙烯腈、

“MAA”表示甲基丙烯酸、

“MMA”表示甲基丙烯酸甲酯、

“AGE”表示烯丙基缩水甘油醚、

“AMA”表示甲基丙烯酸烯丙酯、

“AA”表示丙烯酸、

“SBR”表示苯乙烯-丁二烯共聚物。

根据表1~3可知,使用了包含平均圆度为0.90以上且小于0.99并且体积平均粒径为1.0μm以上且10.0μm以下的颗粒状聚合物、粘结材料以及无机颗粒的浆料组合物(功能层用组合物)的实施例1~15,能够形成可抑制掉粉、在确保高的耐热性的同时还能够使得间隔件与电极在电解液中牢固地粘接的功能层。而且还可知,通过使用该功能层,可得到具有良好的电化学特性的二次电池。

产业上的可利用性

根据本发明,能够提供一种电化学元件功能层用组合物,其能够有效地形成可抑制掉粉、且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层。

此外,根据本发明,能够提供一种可抑制掉粉、并且在确保充分的耐热性的同时还能够发挥优异的粘接性的电化学元件用功能层。

而且,根据本发明,能够提供一种可发挥优异的电化学特性的电化学元件。

相关技术
  • 电化学元件功能层用粘结剂组合物、电化学元件功能层用组合物、电化学元件用功能层和电化学元件
  • 电化学元件功能层用组合物、电化学元件用功能层以及电化学元件
技术分类

06120112876093