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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、电化学元件用层叠体以及电化学元件

文献发布时间:2024-04-18 19:48:15



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、电化学元件用层叠体以及电化学元件。

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、还能够反复充放电的特性,被用于广泛的用途。

在此,例如,锂离子二次电池一般具有正极、负极、以及隔离正极与负极而防止正极与负极之间的短路的间隔件等电池构件。

而且,近年来,以锂离子二次电池的进一步高性能化为目的,研究着正极、负极以及间隔件等电化学元件构件的进一步的改良。具体而言,尝试着将用于发挥耐热性、黏合性等期望的功能的层(功能层)层叠在间隔件基材、电极基材之上。而且,从改良功能层而使锂离子二次电池等电化学元件进一步高性能化的观点出发,对用于形成功能层的功能层用组合物进行了各种研究。

具体而言,例如,在专利文献1、2中,通过使用在非水系电解液溶中的胀度为2倍以下的颗粒状聚合物作为功能层用组合物所含有的黏结剂,抑制功能层的耐久性的降低,或者抑制内阻的上升而提高电化学元件的低温输出特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2015-185353号公报;

专利文献2:日本特开2017-084589号公报。

发明内容

发明要解决的问题

但是,在上述现有的功能层用组合物中,在提高电解液浸渍后的功能层的黏合性(以下,有时称为“湿黏合性”)并且提高功能层的离子透过性而提高输出特性的方面存在改善的余地。

因此,本发明的目的在于,提供一种能够形成湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用功能层的电化学元件功能层用组合物。

用于解决问题的方案

本发明人以解决上述问题为目的,进行了深入研究。然后,本发明人发现,如果使用含有体积平均粒径和电解液溶胀度这两者处于规定的范围内的颗粒状聚合物的电化学元件功能层用组合物,则能够形成湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用功能层,从而完成了本发明。

即,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的电化学元件功能层用组合物的特征在于包含颗粒状聚合物,上述颗粒状聚合物的体积平均粒径为0.5μm以上且10μm以下,并且电解液溶胀度为120%以下。如果含有具有上述的体积平均粒径和电解液溶胀度的颗粒状聚合物,则能够形成湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用功能层。

另外,在本发明中,“体积平均粒径”和“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。

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包含加氢聚合物。如果使用包含加氢聚合物的颗粒状聚合物,则能够进一步提高功能层的湿黏合性和电化学元件的输出特性。

而且,在本发明的电化学元件功能层用组合物中,优选上述加氢聚合物的氢化率为95%以上。如果氢化率为95%以上,则能够减小颗粒状聚合物的电解液溶胀度,进一步提高功能层的湿黏合性和电化学元件的输出特性。

另外,在本发明中,“氢化率”是相对于氢化后的聚合物所包含的全部碳-碳不饱和键(在聚合物具有芳香环的情况下还包含该芳香环中的双键)的氢化率,能够使用核磁共振(NMR)法测定。

此外,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玻璃化转变温度为0℃以上且80℃以下。如果颗粒状聚合物的玻璃化转变温度在上述范围内,则能够提高功能层的干黏合性(没有浸渍于电解液的状态下的功能层的黏合性,上述电解液能够给电化学元件的制造工艺中的隔着功能层的电池构件彼此的黏合等带来影响),并且能够进一步提高电化学元件的输出特性。

另外,在本发明中,“玻璃化转变温度”能够通过本说明书的实施例中记载的方法测定。在此,在本发明中,在颗粒状聚合物为嵌段共聚物的情况等观察到多个玻璃化转变温度的情况下,“玻璃化转变温度”是指,由颗粒状聚合物中的赋予各玻璃化转变温度的结构的比例通过进行加权平均而求出的值。具体而言,在颗粒状聚合物为嵌段共聚物的情况下,玻璃化转变温度能够通过将各嵌段的玻璃化转变温度按照各嵌段的含量进行加权平均来计算出。更具体而言,在颗粒状聚合物为具有嵌段A和嵌段B的嵌段共聚物的情况下,能够通过如下公式求出:

嵌段共聚物的玻璃化转变温度=(嵌段A的玻璃化转变温度×嵌段A的含量+嵌段B的玻璃化转变温度×嵌段B的含量)/(嵌段A的含量+嵌段B的含量)

进而,本发明的电化学元件功能层用组合物优选还含有与上述颗粒状聚合物不同的其它聚合物。如果含有其它聚合物,则能够抑制颗粒状聚合物从功能层脱落。

而且,在本发明的电化学元件功能层用组合物中,优选上述其它聚合物的玻璃化转变温度比上述颗粒状聚合物的玻璃化转变温度低。如果其它聚合物的玻璃化转变温度比颗粒状聚合物的玻璃化转变温度低,则能够进一步提高功能层的干黏合性。

进而,本发明的电化学元件功能层用组合物优选还包含非导电性耐热颗粒。如果包含非导电性耐热颗粒,则能够形成耐热性优异的功能层,提高电化学元件的耐热性。

此外,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的电化学元件用功能层的特征在于使用上述的任一种电化学元件功能层用组合物形成。使用上述的电化学元件功能层用组合物形成的电化学元件用功能层的湿黏合性优异,并且能够使电化学元件发挥高的输出特性。

进而,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的电化学元件用层叠体的特征在于在基材的单面或两面具有上述的电化学元件用功能层。具有上述的电化学元件用功能层的电化学元件用层叠体的湿黏合性优异,并且能够使电化学元件发挥高的输出特性,因此优选作为电化学元件构件。

在此,在本发明的电化学元件用层叠体中,上述基材能够为间隔件基材。基材为间隔件基材的电化学元件用层叠体能够优选用作电化学元件的间隔件。

而且,本发明的目的在于有利地解决上述问题,本发明的电化学元件的特征在于具有上述的任一种电化学元件用层叠体。具有上述的电化学元件用层叠体的电化学元件能够发挥高的输出特性,并且寿命长。

发明效果

根据本发明,能够得到湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用功能层、以及能够形成该电化学元件用功能层的电化学元件功能层用组合物。

此外,根据本发明,能够得到湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用层叠体。

进而,根据本发明,能够得到输出特性高、且寿命长的电化学元件。

具体实施方式

以下,对本发明的实施方式进行详细说明。在此,本发明的电化学元件功能层用组合物在形成本发明的电化学元件用层叠体所具有的电化学元件用功能层时使用。而且,本发明的电化学元件用层叠体具有使用本发明的电化学元件功能层用组合物而形成的功能层。此外,本发明的电化学元件至少具有本发明的电化学元件用层叠体。

(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,任意地还能够含有选自其它聚合物、非导电性耐热颗粒、其它的成分、以及水等分散介质中的至少一种。而且,通过使用本发明的功能层用组合物,能够形成湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用功能层。

<颗粒状聚合物>

在此,颗粒状聚合物能够在使用功能层用组合物而形成的功能层中作为黏结剂发挥功能,尤其是,在功能层浸渍于电解液后,能够发挥良好的黏合力。

而且,在本发明中,颗粒状聚合物需要体积平均粒径为0.5μm以上且10μm以下,并且电解液溶胀度为120%以下。如果像这样颗粒状聚合物的电解液溶胀度低至120%以下,则能够抑制在浸渍于电解液时颗粒状聚合物溶胀而软化,因此能够在电解液中充分发挥黏合力,并且能够抑制因伴随溶胀的体积增加而导致功能层的空隙减少、离子透过性降低。此外,如果颗粒状聚合物的体积平均粒径为0.5μm以上,则能够提高湿黏合性和干黏合性。进而,如果颗粒状聚合物的体积平均粒径为10μm以下,则能够抑制颗粒状聚合物从功能层脱落,使颗粒状聚合物发挥期望的功能。因此,能够使具有使用功能层用组合物而形成的功能层的电化学元件发挥高的输出特性,并且能够抑制因伴随充放电的电极活性物质的膨胀和收缩而导致的电化学元件变形,提高电化学元件的循环试验后的容量保持率(长寿命化)。

[体积平均粒径]

另外,从进一步提高功能层的湿黏合性和干黏合性的观点出发,颗粒状聚合物的体积平均粒径优选为1μm以上,更优选为2μm以上,从进一步抑制颗粒状聚合物从功能层脱落的观点出发,优选为8μm以下,更优选为6μm以下。

[电解液溶胀度]

此外,从进一步提高功能层的湿黏合性、并且进一步抑制功能层的离子透过性降低的观点出发,颗粒状聚合物的电解液溶胀度优选为115%以下。另外,颗粒状聚合物的电解液溶胀度通常为100%以上,优选大于100%。

[玻璃化转变温度]

进而,颗粒状聚合物的玻璃化转变温度优选为0℃以上,更优选为10℃以上,进一步优选为30℃以上,特别优选为50℃以上,优选为80℃以下,更优选为70℃以下。如果颗粒状聚合物的玻璃化转变温度为上述下限值以上,则能够抑制颗粒状聚合物变形而使功能层的空隙减少,确保功能层的离子透过性在高水平。此外,如果颗粒状聚合物的玻璃化转变温度为上述上限值以下,则能够进一步提高功能层的干黏合性。

[聚合物的种类]

而且,构成颗粒状聚合物的聚合物没有特别限定,可以是无规聚合物,也可以是嵌段聚合物,还可以是它们的氢化物(加氢聚合物)。其中,构成颗粒状聚合物的聚合物优选为加氢聚合物,更优选为氢化率为95%以上的加氢聚合物,进一步优选为氢化率为98%以上的加氢聚合物。如果构成颗粒状聚合物的聚合物是加氢聚合物,特别是氢化率为上述下限值以上的加氢聚合物,则能够减小颗粒状聚合物的电解液溶胀度,进一步提高功能层的湿黏合性和电化学元件的输出特性。

[聚合物的组成]

此外,构成颗粒状聚合物的聚合物优选为具有环状烃结构的聚合物,更优选为具有环状饱和烃结构的聚合物。

在此,作为具有环状饱和烃结构的聚合物,没有特别限定,可举出例如使用环状烯烃化合物作为单体的聚合物(加成聚合物或开环聚合物)及其氢化物、以及使用芳香族乙烯基化合物作为单体的聚合物的氢化物。其中,优选使用环状烯烃化合物作为单体的开环聚合物的氢化物、以及使用芳香族乙烯基化合物作为单体的聚合物的氢化物。

作为环状烯烃化合物,没有特别限定,可举出例如:

降冰片烯、5-甲基降冰片烯、5-乙基降冰片烯、5-丁基降冰片烯、5-己基降冰片烯、5-癸基降冰片烯、5-环己基降冰片烯、5-环戊基降冰片烯等未取代或具有烷基的降冰片烯类;

5-亚乙基降冰片烯、5-乙烯基降冰片烯、5-丙烯基降冰片烯、5-环己烯基降冰片烯、5-环戊烯基降冰片烯等具有烯基的降冰片烯类;

5-苯基降冰片烯等具有芳香环的降冰片烯类;

5-甲氧基羰基降冰片烯、5-乙氧基羰基降冰片烯、5-甲基-5-甲氧基羰基降冰片烯、5-甲基-5-乙氧基羰基降冰片烯、降冰片烯基-2-甲基丙酸酯、降冰片烯基-2-甲基辛酸酯、5-羟基甲基降冰片烯、5,6-二(羟基甲基)降冰片烯、5,5-二(羟基甲基)降冰片烯、5-羟基异丙基降冰片烯、5,6-二羧基降冰片烯、5-甲氧基羰基-6-羧基降冰片烯等具有包含氧原子的极性基团的降冰片烯类;

5-氰基降冰片烯等具有包含氮原子的极性基团的降冰片烯类;

双环戊二烯、甲基双环戊二烯、三环[5.2.1.0

四环[9.2.1.0

四环十二碳烯、8-甲基四环十二碳烯、8-乙基四环十二碳烯、8-环己基四环十二碳烯、8-环戊基四环十二碳烯、8-甲氧基羰基-8-甲基四环[4.4.0.1

8-亚甲基四环十二碳烯、8-亚乙基四环十二碳烯、8-乙烯基四环十二碳烯、8-丙烯基四环十二碳烯、8-环己烯基四环十二碳烯、8-环戊烯基四环十二碳烯等在环外具有双键的四环十二碳烯类;

8-苯基四环十二碳烯等具有芳香环的四环十二碳烯类;

8-甲氧基羰基四环十二碳烯、8-甲基-8-甲氧基羰基四环十二碳烯、8-羟基甲基四环十二碳烯、8-羧基四环十二碳烯、四环十二碳烯-8,9-二羧酸、四环十二碳烯-8,9-二羧酸酐等具有包含氧原子的取代基的四环十二碳烯类;

8-氰基四环十二碳烯、四环十二碳烯-8,9-二羧酸酰亚胺等具有包含氮原子的取代基的四环十二碳烯类;

8-氯四环十二碳烯等具有包含卤原子的取代基的四环十二碳烯类;

8-三甲氧基甲硅烷基四环十二碳烯等具有包含硅原子的取代基的四环十二碳烯类;

上述的四环十二碳烯类与环戊二烯的狄尔斯-阿尔德(Diles-Alder)加成物等六环十七碳烯类等。

其中,作为环状烯烃化合物,优选非极性降冰片烯系单体,更优选未取代或具有烷基的降冰片烯类(例如降冰片烯、8-乙基四环十二碳烯)、具有烯基的降冰片烯类(例如亚乙基四环十二碳烯(8-亚乙基四环十二碳烯))、双环戊二烯、具有芳香环的降冰片烯衍生物(例如四环[9.2.1.0

另外,能够任意加氢的、使用环状烯烃化合物作为单体的聚合物可以是仅使用环状烯烃化合物作为单体的聚合物,也可以是使用环状烯烃化合物和除环状烯烃化合物以外的能够共聚的化合物作为单体的聚合物,优选为仅使用环状烯烃化合物作为单体的聚合物。

而且,能够任意加氢的、使用环状烯烃化合物作为单体的聚合物优选为使用四环十二碳烯、双环戊二烯以及降冰片烯作为单体的聚合物,更优选为使用四环十二碳烯、双环戊二烯以及降冰片烯作为单体的开环聚合物。

在此,聚合物中的来自四环十二碳烯的结构单元的比例优选为15质量%以上,更优选为25质量%以上,优选为40质量%以下,更优选为35质量%以下。此外,聚合物中的来自双环戊二烯的结构单元的比例优选为15质量%以上,更优选为25质量%以上,优选为40质量%以下,更优选为35质量%以下。进而,聚合物中的来自降冰片烯的结构单元的比例优选为30质量%以上,更优选为40质量%以上,优选为60质量%以下,更优选为50质量%以下。

另外,使用环状烯烃化合物作为单体的聚合物没有特别限定,能够使用例如日本专利第3235219号公报中记载的方法、日本专利第6590156号公报中记载的方法来制备。

此外,作为芳香族乙烯基化合物没有特别限定,可举出例如:苯乙烯;α-甲基苯乙烯、2-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、2,4-二异丙基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、4-叔丁基苯乙烯、5-叔丁基-2-甲基苯乙烯等烷基取代苯乙烯;4-氯苯乙烯、2,4-二氯苯乙烯等卤代苯乙烯等。其中,优选苯乙烯。

另外,使用芳香族乙烯基化合物作为单体的聚合物可以是仅使用芳香族乙烯基化合物作为单体的聚合物,也可以是使用芳香族乙烯基化合物和除芳香族乙烯基化合物以外的能够共聚的化合物作为单体的聚合物,优选为使用芳香族乙烯基化合物和除芳香族乙烯基化合物以外的能够共聚的化合物作为单体的聚合物。

此外,使用芳香族乙烯基化合物和除芳香族乙烯基化合物以外的能够共聚的化合物作为单体的聚合物可以是无规聚合物,也可以是嵌段聚合物,优选为嵌段聚合物。

而且,作为除芳香族乙烯基化合物以外的能够共聚的化合物,没有特别限定,可举出1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯等脂肪族共轭二烯化合物。其中,优选1,3-丁二烯、异戊二烯。

另外,聚合物中的来自芳香族乙烯基化合物的结构单元的比例优选为20质量%以上,更优选为25质量%以上,优选为60质量%以下,更优选为40质量%以下。此外,聚合物中的来自脂肪族共轭二烯化合物的结构单元的比例优选为30质量%以上,更优选为50质量%以上,优选为80质量%以下,更优选为75质量%以下。

而且,使用芳香族乙烯基化合物和除芳香族乙烯基化合物以外的能够共聚的化合物作为单体的聚合物的氢化物没有特别限定,能够使用例如日本专利第6435733号公报中记载的方法来制备。

<其它聚合物>

其它聚合物是与颗粒状聚合物不同的聚合物,能够在使用功能层用组合物形成的功能层中作为黏结剂发挥功能。

[组成]

作为其它聚合物,可举出用作黏结材料的已知的聚合物,例如共轭二烯系聚合物、丙烯酸系聚合物、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVOH)。其它聚合物可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。而且,作为其它聚合物,优选共轭二烯系聚合物、丙烯酸系聚合物、聚偏二氟乙烯(PVDF)等非水溶性且能够分散于水等分散介质中的聚合物,更优选共轭二烯系聚合物、丙烯酸系聚合物,进一步优选丙烯酸系聚合物。另外,在将功能层应用于电化学元件的正极表面的情况下,优选其它聚合物是除共轭二烯系聚合物以外的聚合物。

另外,在本发明中,聚合物是“非水溶性”是指,在温度25℃将0.5g的聚合物溶解于100g的水中时,不溶成分为90质量%以上。

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没有特别限定,可举出包含苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)等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)、丙烯酸橡胶(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,这些其它聚合物可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。

而且,作为能够优选地作为其它聚合物使用的丙烯酸系聚合物,没有特别限定,可举出例如含有交联性单体单元、(甲基)丙烯酸酯单体单元和含酸性基团单体单元的聚合物等。

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为上述范围的下限值以上,能够提高功能层的黏合性。此外,通过使其为上限值以下,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为上述下限值以上,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为上述上限值以下,能够提高功能层的黏合性。

而且,丙烯酸系聚合物的含酸性基团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。通过使含酸性基团单体单元的比例为上述下限值以上,能够提高功能层用组合物中和功能层中的其它聚合物的分散性,充分提高具有功能层的电化学元件的电化学特性。此外,通过使含酸性基团单体单元的比例为上述上限值以下,能够减少功能层的残留水分量,充分提高电化学元件的电化学特性。

另外,丙烯酸系聚合物也可以包含其它的单体单元。

[玻璃化转变温度]

其它聚合物优选玻璃化转变温度比颗粒状聚合物的玻璃化转变温度低。如果其它聚合物的玻璃化转变温度比颗粒状聚合物的玻璃化转变温度低,则能够进一步提高功能层的干黏合性。

而且,其它聚合物的玻璃化转变温度优选为-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。如果其它聚合物的玻璃化转变温度为上述下限以上,则能够提高功能层的干黏合性和强度。另一方面,如果其它聚合物的玻璃化转变温度为上述上限以下,则能够提高功能层的柔软性。

[其它聚合物的含量]

相对于总计100质量份的后述的非导电性耐热颗粒和颗粒状聚合物,其它聚合物的含量优选为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。如果其它聚合物的含量为上述下限以上,则能够充分防止颗粒状聚合物、非导电性耐热颗粒从功能层脱落,并且提高功能层的干黏合性和湿黏合性。另一方面,如果功能层中的其它聚合物的含量为上述上限以下,则能够抑制功能层的离子传导性降低,抑制电化学元件的输出特性降低。

另外,其它聚合物没有特别限定,能够通过例如使包含上述的单体的单体组合物在例如水等水系溶剂中聚合来制备。在此,单体组合物中的各单体的比例通常与其它聚合物中的各单体单元的比例相同。

此外,其它聚合物的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。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。

而且,其它聚合物的形状可以为颗粒状,也可以为非颗粒状,从良好地抑制功能层所包含的成分脱落的观点出发,优选其它聚合物的形状为颗粒状。

<非导电性耐热颗粒>

在此,作为非导电性耐热颗粒,没有特别限定,可举出在电化学元件的使用环境中稳定存在且电化学方面稳定的由无机材料构成的微粒(即,无机微粒)和由有机材料构成的微粒(即,有机微粒)。

另外,作为非导电性耐热颗粒,可以分别单独使用无机微粒和有机微粒,也可以将无机微粒和有机微粒组合使用。

[无机微粒]

作为无机微粒,可举出:氧化铝(alumina,Al

[有机微粒]

有机微粒与上述的规定的颗粒状聚合物和其它聚合物不同,是由不具有黏合性的聚合物形成的微粒。

在此,作为有机微粒,可举出交联聚甲基丙烯酸甲酯、交联聚苯乙烯、交联聚二乙烯基苯、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物交联物、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、苯代三聚氰胺-甲醛缩合物等各种交联高分子颗粒,聚砜、聚丙烯腈、聚芳酰胺、聚缩醛、热塑性聚酰亚胺等耐热性高分子颗粒,以及它们的改性物和衍生物,以及国际公开第2019/065416号所公开的耐热性的有机颗粒等。另外,有机微粒可以单独使用一种,也可以组合使用两种以上。

另外,如上所述,有机微粒由不具有黏合性的聚合物构成。具体而言,构成有机微粒的聚合物的玻璃化转变温度优选为150℃以上。

在上述的非导电性耐热颗粒之中,从进一步提高耐热性的观点出发,优选无机微粒和由玻璃化转变温度为150℃以上的聚合物构成的有机微粒,更优选无机微粒,进一步优选由氧化铝构成的颗粒(氧化铝颗粒)、由勃姆石构成的颗粒(勃姆石颗粒)、由硫酸钡构成的颗粒(硫酸钡颗粒)、以及由氢氧化镁构成的颗粒(氢氧化镁颗粒)。

[非导电性耐热颗粒的性状]

非导电性耐热颗粒的体积平均粒径优选为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1.0μm以下,更优选为0.9μm以下,进一步优选为0.8μm以下。如果非导电性耐热颗粒的体积平均粒径为0.1μm以上,则能够抑制因非导电性耐热颗粒过度密集地填充在功能层中而导致的功能层的离子传导性降低,使电化学元件发挥优异的输出特性。另一方面,如果非导电性耐热颗粒的体积平均粒径为1.0μm以下,则即使在减薄功能层的情况下,也能够使具有该功能层的电化学元件构件充分发挥优异的耐热性。因此,能够充分确保电化学元件构件的耐热性,并且提高电化学元件的容量。

[非导电性耐热颗粒的含量]

而且,功能层用组合物中的非导电性耐热颗粒的含量优选为非导电性耐热颗粒与颗粒状聚合物的混合比率以体积比(非导电性耐热颗粒/颗粒状聚合物)计为1.2倍以上的量,更优选为1.5倍以上的量,进一步优选为2.0倍以上的量,优选为99倍以下的量,更优选为20倍以下的量,进一步优选为15倍以下的量,特别优选为10倍以下的量。如果非导电性耐热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黏合性的平衡变得良好。

<其它成分>

功能层用组合物除了包含上述成分以外,也可以包含任意的其它成分。其它成分只要不会给电化学元件中的电化学反应带来影响则没有特别限定,可举出例如分散剂、黏度调节剂、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的颗粒状聚合物、其它聚合物、非导电性耐热颗粒、作为分散介质的水与其它成分混合来制备。另外,在将单体组合物在水系溶剂中聚合而制备颗粒状聚合物、其它聚合物的情况下,颗粒状聚合物、其它聚合物可以以水分散体的状态直接与其它成分混合。此外,在将颗粒状聚合物、其它聚合物以水分散体的状态进行混合的情况下,也可以使用水分散体中的水作为分散介质。

在此,上述的成分的混合方法没有特别限制,为了使各成分高效地分散,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、磨碎机、超声波分散机、均质器、行星式搅拌机等。

进而,在将上述的规定的颗粒状聚合物与非导电性耐热颗粒和其它聚合物进行混合之前,优选将上述的规定的颗粒状聚合物与非离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、阳离子性表面活性剂以及两性表面活性剂等分散剂预先混合。作为分散剂,在这些之中,能够优选优选使用阴离子性表面活性剂。作为阴离子性表面活性剂的具体例,可举出:月桂基硫酸钠、月桂基硫酸铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵、辛基硫酸钠、癸基硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠等高级醇的硫酸酯盐;十二烷基苯磺酸钠、月桂基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠等烷基苯磺酸盐;月桂基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十四烷基磺酸钠等脂肪族磺酸盐等。而且,相对于100质量份的颗粒状聚合物,分散剂的配合量优选为0.01质量份以上,更优选为0.05质量份以上,进一步优选为0.1质量份以上,优选为0.5质量份以下,更优选为0.4质量份以下,进一步优选为0.3质量份以下。而且,如果分散剂的配合量为上述下限值以上,则能够抑制功能层中的颗粒状聚合物的分布不均,提高得到的电化学元件的循环特性。如果分散剂的配合量为上述上限值以下,则能够抑制得到的电化学元件的内阻上升,能够抑制输出特性的恶化。

(电化学元件用功能层和电化学元件用层叠体)

本发明的电化学元件用功能层是使用上述的功能层用组合物而形成的,例如,能够通过将上述的功能层用组合物涂敷在适当的基材的表面(单面或两面)而形成涂膜后对形成的涂膜进行干燥而形成。即,电化学元件用功能层由上述的功能层用组合物的干燥物形成,在功能层中至少包含上述的颗粒状聚合物,任意地还包含选自其它聚合物、非导电性耐热颗粒、以及其它成分中的至少一种。另外,在功能层中包含的各成分是在上述功能层用组合物中包含的成分,这些各成分的优选的存在比与功能层用组合物中的各成分的优选的存在比相同。而且,由于电化学元件用功能层是使用上述的功能层用组合物而形成的,因此湿黏合性优异,并且能够提高使用该功能层而得到的电化学元件的输出特性。此外,在基材的单面或两面形成电化学元件用功能层而成的层叠体能够用作本发明的电化学元件用层叠体,湿黏合性优异并且能够提高电化学元件的输出特性。

<基材>

在此,涂敷功能层用组合物的基材没有限制,可以在例如脱模基材的表面形成功能层用组合物的涂膜,对该涂膜进行干燥形成功能层,从功能层剥离脱模基材。这样,能够将从脱模基材剥离的功能层作为自支撑膜而用于形成电化学元件的构件。

但是,从省略剥离功能层的工序而提高电化学元件构件的制造效率的观点出发,优选使用间隔件基材或电极基材作为基材。能够将在间隔件基材的单面或两面形成功能层而成的层叠体良好地用作具有功能层的间隔件,能够将在电极基材的单面或两面形成功能层而成的层叠体良好地用作具有功能层的电极。

[间隔件基材]

作为间隔件基材,没有特别限定,可举出有机间隔件基材等已知的间隔件基材。有机间隔件基材是由有机材料形成的多孔性构件,当举出有机间隔件基材的例子时,可举出包含聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯等聚烯烃系树脂、芳香族聚酰胺树脂等的微多孔膜或无纺布等。

在这些之中,从能够提高电化学元件内的电极活性物质的比例而提高单位体积的容量的观点出发,优选由聚烯烃系树脂形成的微多孔膜。

另外,间隔件基材的厚度能够为任意的厚度,优选为5μm以上且30μm以下,更优选为5μm以上且20μm以下,进一步优选为5μm以上且18μm以下。

[电极基材]

作为电极基材,没有特别限定,可举出在上述的集流体上形成有包含电极活性物质颗粒和黏结材料的电极复合材料层的电极基材

在此,作为电极基材中的电极复合材料层所包含的电极活性物质颗粒和黏结材料,没有特别限定,能够使用能够在电化学元件的领域中使用的任意的电极活性物质颗粒和黏结材料,能够使用例如日本特开2013-145763号公报中记载的材料。

此外,作为集流体,使用具有导电性并且具有电化学耐久性的材料。具体而言,作为集流体,能够使用由例如铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金、铂等构成的集流体。其中,作为用于负极的集流体,特别优选铜箔。此外,作为用于正极的集流体,特别优选铝箔。另外,上述材料可以单独使用一种,也可以以任意比率组合使用两种以上。

<功能层和层叠体的制造方法>

制造本发明的功能层和层叠体的方法没有特别限定,能够使用例如在脱模片上形成功能层,将该功能层转印在基材上的方法。但是,从不需要转印的操作而提高制造效率的观点出发,优选层叠体经由如下工序来制造:将功能层用组合物供给至基材上的工序(供给工序);以及对供给至基材上的功能层用组合物进行干燥的工序(干燥工序)。

[供给工序]

在供给工序中,将上述的本发明的功能层用组合物供给至基材上,在该基材上形成功能层用组合物的覆膜。将功能层用组合物供给至基材上的方法没有特别限定,可以将功能层用组合物涂敷于基材的表面,也可以将基材浸渍于功能层用组合物中。而且,从容易控制制造的功能层的厚度的观点出发,优选将功能层用组合物涂敷于基材的表面。

作为将功能层用组合物涂敷于基材的表面的方法没有特别限制,可举出例如刮刀法、逆转辊涂法、直接辊涂法、凹版涂布法、棒涂法、挤压法、刷涂法等方法。

另外,在供给工序中,可以仅在基材的一个面形成功能层用组合物的覆膜,也可以在基材的两面形成功能层用组合物的覆膜。

[干燥工序]

在干燥工序中,对在供给工序中在基材上形成的功能层用组合物的覆膜进行干燥,除去分散介质,形成功能层。

对功能层用组合物的覆膜进行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:利用暖风、热风、低湿风的干燥;真空干燥;利用红外线、电子束等的照射的干燥法。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。

另外,在制造本发明的层叠体时,可以在对基材的一个面实施供给工序和干燥工序而形成功能层之后,进而对基材的另一个面实施供给工序和干燥工序而形成功能层。

在此,功能层的厚度优选为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3.5μm以下。如果功能层的厚度为上述下限以上,则功能层的耐热性非常良好。另一方面,如果功能层的厚度为上述上限以下,则能够确保功能层的离子扩散性,进一步提高电化学元件的输出特性。

[颗粒状聚合物的体积平均粒径相对于功能层的厚度的比]

此外,颗粒状聚合物的体积平均粒径相对于上述功能层的厚度的比(颗粒状聚合物的体积平均粒径/功能层的厚度)优选为0.5以上,更优选为1.5以上,优选为10.0以下,更优选为9.0以下,进一步优选为8.0以下。如果颗粒状聚合物的体积平均粒径相对于功能层的厚度的比为上述下限以上,则由于颗粒状聚合物容易在功能层的厚度方向表面上突出,因此能够发挥良好的湿黏合性。此外,如果颗粒状聚合物的体积平均粒径相对于功能层的厚度的比为上述上限值以下,则由于颗粒状聚合物的黏合点变多,因此能够发挥良好的黏合性。

(电化学元件)

本发明的电化学元件的特征在于具有电极和间隔件,具有上述的本发明的层叠体作为电极和间隔件中的至少一者,优选具有上述的本发明的层叠体作为间隔件。本发明的电化学元件使用上述的本发明的层叠体作为电极和间隔件中的至少任一种电化学元件构件,因此输出特性优异,并且能够抑制因伴随充放电的电极活性物质的膨胀和收缩而导致的电化学元件变形,寿命长。

另外,在使用层叠体的电化学元件中,层叠体的功能层所包含的颗粒状聚合物可以维持颗粒状的形状,也可以成为其它的任意形状。

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、双电层电容器以及锂离子电容器,优选为锂离子二次电池。

在此,以下举出作为本发明的电化学元件的一个例子的锂离子二次电池,并且对使用上述的本发明的层叠体作为该锂离子二次电池的间隔件的情况进行说明,但本发明的电化学元件不限定于此。

<正极和负极>

作为正极和负极能够使用由在“基材”项中所述的已知的电极基材(正极基材和负极基材)形成的电极。

<电解液>

作为电解液,通常可使用在有机溶剂中溶解有支持电解质的有机电解液。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

作为在电解液中使用的有机溶剂,只要是能够溶解支持电解质的溶剂则没有特别限定,例如在锂离子二次电池中,可优选使用: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(碳酸乙基甲酯(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,也可以使用这些溶剂的混合液。

其中,因为介电常数高、稳定的电位区域宽,所以优选碳酸酯类。通常,存在使用的溶剂的黏度越低则锂离子电导率越高的倾向,因此能够根据溶剂的种类来调节锂离子电导率。

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

<电化学元件的制造方法>

制造本发明的电化学元件的方法没有特别限定。例如作为上述的本发明的电化学元件的一个例子的锂离子二次电池能够通过如下所述的方法来制造:使正极和负极隔着间隔件重合,根据需要将其卷绕、折叠等放入电池容器,向电池容器注入电解液并封口。另外,使正极、负极、间隔件中的至少一个构件是本发明的层叠体。此外,也可以根据需要在电池容器中放入多孔金属网、保险丝、PTC元件等防过电流元件、导板等,来防止电池内部的压力上升、过度充放电。电池的形状可以为例如硬币型、纽扣型、片型、圆筒型、方形、扁平型等中的任一种形状。

实施例

以下,基于实施例对本发明进行具体说明,但本发明不限定于这些实施例。另外,在以下的说明中,只要没有特别限定,表示量的“%”和“份”为质量基准。

此外,在将多种单体共聚而制造的聚合物中,只要没有另外说明,将某单体聚合而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该聚合物的聚合中使用的全部单体中所占的比率(投料比)一致。

而且,在实施例和比较例中,各种测定和评价如下所述地实施。

<电解液溶胀度>

将颗粒状聚合物成型为约0.1mm厚的膜,将其切成约2厘米见方,测定重量(浸渍前重量)。然后,在温度60℃的电解液中浸渍72小时。提起浸渍后的膜,擦去电解液,立即测定重量(浸渍后重量),将(浸渍后重量)/(浸渍前重量)×100(%)的值作为电解液溶胀度。另外,作为电解液,使用将LiPF

<聚合物的体积平均粒径>

聚合物(颗粒状聚合物和黏结材料(其它聚合物))的体积平均粒径通过激光衍射法来测定。具体而言,将制备的包含聚合物的水分散溶液(固体成分浓度调节至0.1质量%)作为试样。然后,在使用激光衍射式粒径分布测定装置(贝克曼库尔特(Beckman Coulter)公司制,“LS-230”)测定的粒径分布(体积基准)中,将从小粒径侧起计算的累积体积为50%的粒径D50作为体积平均粒径。

<聚合物的玻璃化转变温度>

在铝盘中称取10mg的测定试样,利用差示热分析测定装置(精工纳米科技株式会社(SII NanoTechnology Inc.)制,“EXSTAR DSC6220”),使用空的铝盘作为参照,在测定温度范围-100℃~500℃之间,以10℃/分钟的升温速度,在JIS Z8703所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,求出微分信号(DDSC)为0.05mW/分钟/mg以上的DSC曲线的吸热峰即将出现时的基线与在吸热峰后首先出现的拐点处的DSC曲线的切线的交点,作为玻璃化转变温度(℃)。

另外,在实施例3的颗粒状聚合物中,测定了2个玻璃化转变温度,因此将使用下述式计算出的值作为玻璃化转变温度:

玻璃化转变温度=(来自氢化的异戊二烯嵌段的玻璃化转变温度×氢化的异戊二烯嵌段的含量+来自氢化的苯乙烯嵌段的玻璃化转变温度×氢化的苯乙烯嵌段的含量)/(氢化的异戊二烯嵌段的含量+氢化的苯乙烯嵌段的含量)

<颗粒状聚合物的氢化率>

对氢化前的聚合物和氢化后的聚合物通过

<功能层的工艺黏合性(干黏合性)>

将制作的正极和带功能层的间隔件分别切成宽度10mm、长度50mm,使正极和带功能层的间隔件层叠,在温度70℃、负荷10kN/m、压制速度30m/分钟的条件下,使用辊压机进行压制,得到使正极与带功能层的间隔件一体化的一体化物。

将得到的一体化物的正极的集流体侧的面朝下,在正极的表面粘贴透明胶带。此时,作为透明胶带,使用JIS Z1522所规定的透明胶带。此外,透明胶带预先固定于水平的试验台。然后,测定将带功能层的间隔件的一端沿铅直上方以50mm/分钟的拉伸速度进行拉伸而剥离时的应力。

此外,对于制作的负极,也进行与使用正极的情况相同的操作,测定应力。

对正极和带功能层的间隔件的一体化物、以及负极和带功能层的间隔件的一体化物分别进行5次、合计10次上述的应力的测定,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,使用计算出的剥离强度,根据以下的基准评价电极和带功能层的间隔件的工艺黏合性。剥离强度越大,则意味着工艺黏合性(电池的制造工艺中的构件的黏合性)越高。

A:剥离强度为6N/m以上

B:剥离强度为4N/m以上且小于6N/m

C:剥离强度为2N/m以上且小于4N/m

D:剥离强度小于2N/m

<功能层的电解液浸渍后的黏合性(湿黏合性)>

将功能层用组合物涂敷于间隔件基材,将间隔件基材上的功能层用组合物在50℃干燥10分钟,形成功能层。将具有该功能层的间隔件作为评价用间隔件。将评价用间隔件切成10mm×100mm的短条状。然后,隔着功能层使间隔件沿着负极的负极复合材料层侧的表面后,在温度85℃、压力0.5MPa进行6分钟加热压制,制备具有负极和间隔件的层叠体,将该层叠体作为试验片。

将该试验片与约400μl的电解液一同放入层压包装材料中。经过1小时后,将试验片连同层压包装材料一起在60℃、压力0.5MPa进行15分钟压制。压制后,在温度60℃保持1天。在此,作为电解液,使用将作为支持电解质的LiPF

然后,取出试验片,擦去附着在表面的电解液。接下来,将该试验片的负极的集流体侧的表面朝下,在负极的集流体侧的表面粘贴透明胶带。此时,作为玻璃纸胶带,使用JISZ1522所规定的透明胶带。此外,透明胶带预先固定于水平的试验台。然后,测定将间隔件的一端沿铅直上方以50mm/分钟的拉伸速度进行拉伸而剥离时的应力。进行3次该测定,求出应力的平均值作为剥离强度P2,按照下述的基准进行评价。剥离强度P2越大,则表示电解液中的功能层的黏合性越优异,负极与带功能层的间隔件牢固地黏合。

A:剥离强度P2为4N/m以上

B:剥离强度P2为3N/m以上且小于4N/m

C:剥离强度P2为2N/m以上且小于3N/m

D:剥离强度P2小于2N/m

<工艺特性(良品率)>

按照上述<功能层的工艺黏合性(干黏合性)>中记载的方法进行共计100次的测定。然后,对剥离强度小于1N/m的样品的个数进行计数,按照下述的基准进行评价。个数越少,则表示良品率越高,工艺特性越优异。

A:0个

B:1个以上且小于3个

C:3个以上且小于6个

D:6个以上

<输出特性>

在温度25℃的环境下,以恒电流恒电压(CC-CV)将制作的锂离子二次电池充电至4.40V,准备电池单元。通过0.2C和3.0C的恒电流法将准备的电池单元放电至3.0V,求出电容量。然后,求出电容量的比(=(3.0C时的电容量/0.2C时的电容量)×100(%))所表示的放电容量保持率。对5个电池单元的锂离子二次电池进行该测定。然后,求出各电池单元的放电容量保持率的平均值,按照以下的基准进行评价。放电容量保持率的平均值越大,则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%

<循环特性>

在电解液注液后,将制作的锂离子二次电池在温度25℃静置5小时。接下来,通过温度25℃、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小时老化处理。然后,通过温度25℃、0.2C的恒电流法放电至电池单元电压为3.00V。然后,通过0.2C的恒电流法,进行CC-CV充电(上限电池单元电压4.40V),通过0.2C的恒电流法CC放电至3.00V。重复实施3次该0.2C时的充放电。

然后,在温度25℃的环境下,以电池单元电压4.40~3.00V、1.5C的充放电倍率进行100循环的充放电的操作。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(%),按照以下的基准进行评价。容量保持率ΔC′的值越大,则表示二次电池的循环特性越优异,寿命越长。

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%

(实施例1)

<颗粒状聚合物(A)的制备>

在将内部干燥并进行氮置换后的聚合反应器中加入2.0份(相对于用于聚合的单体总量为1%)的由29%的四环十二碳烯(TCD)、30%的双环戊二烯(DCPD)、41%的降冰片烯(NB)构成的单体混合物、785份的脱水环己烷、1.21份的作为分子量调节剂的1-己烯、0.98份的乙氧基二乙基铝的正己烷溶液(浓度:19%)、以及11.7份的(苯基酰亚胺)四氯化钨·四氢呋喃的甲苯溶液(浓度:2.0%),在50℃搅拌10分钟。

接下来,将全部内容物保持在50℃,一边搅拌,一边在上述聚合反应器中历时150分钟连续地滴加198.0份的与上述组成相同的单体混合物。滴加终止后继续搅拌30分钟后,添加4份的异丙醇使聚合反应终止。通过气相色谱仪测定聚合反应溶液,结果单体向聚合物的转化率为100%。

接下来,将300份的得到的聚合反应溶液转移到带搅拌器的高压釜中,加入32份的环己烷、3.8份的硅藻土担载镍催化剂(日挥化学株式会社制,“T8400RL”,镍担载率:58%)。将高压釜内用氢置换后,在190℃、4.5MPa的氢压力下使其反应6小时。

氢化反应终止后,将硅藻土(“RADIOLITE(注册商标)#500”)作为过滤床,使用加压过滤器(石川岛播磨重工株式会社制,“FUNDA Filter”),在压力0.25MPa进行加压过滤,得到无色透明的溶液。

在该溶液中,相对于100份的聚合物氢化物,加入0.5份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](汽巴精化公司制,产品名“Irganox(注册商标)1010”)后,使用过滤器(坤诺过滤设备(CUNO Filter)公司制,“Zeta plus(注册商标)30H”,孔径:0.5~1μm)以及金属纤维制过滤器(株式会社NICHIDAI制造,孔径0.4μm)过滤除去杂质。

接下来,将上述得到的滤液加入到圆筒型浓缩干燥机(日立制作所制)中,在温度290℃、压力1kPa以下的条件下,除去作为溶剂的环己烷和其它的挥发成分,从与浓缩干燥机直接连接的模头以熔融状态挤出成股状,水冷却后,用造粒机(长田制作所制,“OSP-2”)进行切割,得到树脂(A)的颗粒。

然后,测定树脂(A)的电解液溶胀度、玻璃化转变温度以及氢化率。结果示于表1。

然后,向带搅拌机的容器中添加90份的环己烷、10份的上述得到的树脂(A)的颗粒,使颗粒完全溶解,由此得到树脂溶解物。

此外,在搅拌下向将4.0份的氯化镁溶解于200份的离子交换水而成的水溶液(A1)中缓慢地添加将2.8份的氢氧化钠溶解于50份的离子交换水而成的水溶液(A2),制备包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A)。

然后,通过溶解悬浮法制备颗粒状聚合物(A)。具体而言,向包含上述氢氧化镁的胶体分散液(A)中投入上述那样得到的树脂溶解物,进一步进行搅拌,由此得到混合液。使用管线型乳化分散机(太平洋机工株式会社制,“CAVITRON”),以15000rpm的转速对得到的混合液进行1分钟高剪切搅拌,在包含氢氧化镁的胶体分散液(A)中形成树脂溶解物的液滴。

之后,将包含上述氢氧化镁的胶体分散液(A)投入带搅拌机的容器,通过进行加热减压蒸馏,蒸馏除去体系内的环己烷,得到包含颗粒状聚合物(A)的水分散液。

进而,一边对包含上述颗粒状聚合物(A)的水分散液进行搅拌,一边在室温(25℃)滴加硫酸,进行酸洗直至pH成为6.5以下。接下来,进行过滤分离,在得到的固体成分中加入500份的离子交换水,使其再次浆料化,反复进行数次水洗处理(清洗、过滤以及脱水)。之后,进行过滤分离,将得到的固体成分放入干燥器的容器内,在40℃进行48小时干燥,得到干燥的颗粒状聚合物(A)。

测定得到的颗粒状聚合物(A)的粒径。结果示于表1。

<包含黏结材料(其它聚合物)的水分散液的制备>

向具有搅拌机的反应器供给70份的离子交换水、0.15份的作为乳化剂的月桂基硫酸钠(花王化学株式会社制,“EMAL(注册商标)2F”)、以及0.5份的作为聚合引发剂的过硫酸铵,用氮气置换气相部分,升温至60℃。

另一方面,在其它容器中,将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、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进行混合,制备单体组合物(α)。

历时4小时将得到的单体组合物(α)连续地添加至上述的具有搅拌机的反应器中,进行聚合。在添加过程中,在60℃进行反应。在添加结束后,进一步在70℃搅拌3小时后终止反应,得到包含作为丙烯酸系聚合物的颗粒状的黏结材料(α)的水分散液。测定得到的黏结材料(α)的体积平均粒径和玻璃化转变温度。结果示于表1。

<浆料组合物的制备>

在100份的作为无机微粒的氧化铝(住友化学株式会社制,“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,使用球磨机进行混合,进而添加以固体成分相当量计为6份的包含黏结材料(α)的水分散液和1.5份的作为增稠剂(黏度调节剂)的羧甲基纤维素,加入离子交换水以使得固体成分浓度成为55%,得到混合前浆料。

对100份的颗粒状聚合物(A)添加0.2份的作为乳化剂的十二烷基苯磺酸钠(花王化学株式会社制,“NEOPELEX G-15”),进行混合以使得固体成分浓度成为20%,将得到的混合液加入上述那样得到的混合前浆料。进一步添加离子交换水,以使得固体成分浓度成为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)。

<带功能层的间隔件的制作>

准备聚乙烯制的微多孔膜(厚度:12μm)作为间隔件基材。通过棒涂法将上述那样得到的浆料组合物涂敷在该间隔件基材的一个面上。接下来,将涂敷有浆料组合物的间隔件基材在50℃干燥1分钟,形成功能层。对间隔件基材的另一个面也进行相同的操作,制作在间隔件基材的两面分别具有功能层的带功能层的间隔件。另外,使各个功能层的厚度为3.0μm。

<正极的制作>

将100份的作为正极活性物质的LiCoO

用缺角轮涂布机将上述正极用浆料组合物涂敷于作为集流体的厚度为20μm的铝箔上,进行干燥以使得干燥后的膜厚成为150μm左右。该干燥是通过将铝箔以0.5m/分钟的速度在60℃的烘箱内历时2分钟运送而进行的。然后,在120℃加热处理2分钟,得到压制前的正极原材料。用辊压机对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>

向带搅拌机的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,升温至50℃引发聚合。在聚合转化率达到96%的时刻进行冷却,终止反应,得到包含负极复合材料层用黏结材料(SBR)的混合物。向包含该负极复合材料层用黏结材料的混合物中添加5%氢氧化钠水溶液,将pH调节至8后,通过加热减压蒸馏进行未反应单体的除去。然后,冷却至30℃以下,得到包含期望的负极复合材料层用黏结材料的水分散液。

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SiO

用缺角轮涂布机将上述负极用浆料组合物涂敷于作为集流体的厚度为20μm的铜箔上,进行干燥以使得干燥后的膜厚成为150μm左右。该干燥是通过将铜箔以0.5m/分钟的速度在60℃的烘箱内历时2分钟运送而进行的。然后,在120℃加热处理2分钟,得到压制前的负极原材料。用辊压机对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。

然后,使用上述那样得到的带功能层的间隔件、正极、以及负极,评价干黏合性、湿黏合性、良品率。结果示于表1。

<锂离子二次电池的制作>

将上述那样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为上侧的方式放置,在该正极复合材料层上配置切成120cm×5.5cm的上述带功能层的间隔件,以使得正极位于带功能层的间隔件的长度方向的一侧。进而,将上述那样制作的压制后的负极切成50cm×5.2cm的长方形,配置在带功能层的间隔件上,以使得负极复合材料层侧的表面与带功能层的间隔件相对并且负极位于带功能层的间隔件的长度方向的另一侧。然后,通过卷绕机对得到的层叠体进行卷绕,得到卷绕体。

将该卷绕体在70℃、1MPa进行压制,制成扁平体之后,用作为电池的外包装的铝包装材料外包装进行包装,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1mol的LiPF

使用得到的锂离子二次电池评价二次电池的输出特性和循环特性。结果示于表1。

(实施例2)

将单体混合物的组成变更为22%的四环十二碳烯(TCD)、22%的双环戊二烯(DCPD)、56%的降冰片烯(NB),除此以外,与颗粒状聚合物(A)同样地制备颗粒状聚合物(B),使用该颗粒状聚合物(B)代替颗粒状聚合物(A),除此以外,与实施例1同样地制作颗粒状聚合物、黏结材料、浆料组合物、带功能层的间隔件、正极、负极以及锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种评价。结果示于表1。

(实施例3)

使用以下那样制备的颗粒状聚合物(C)代替颗粒状聚合物(A),除此以外,与实施例1同样地制作颗粒状聚合物、黏结材料、浆料组合物、带功能层的间隔件、正极、负极以及锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(C)的制备>

向内部被充分氮置换后的具有搅拌装置的反应器加入550份的脱水环己烷、15.0份的脱水苯乙烯、以及0.475份的正丁基醚。一边在60℃搅拌全部内容物,一边添加0.83份的正丁基锂(15%环己烷溶液),引发聚合,一边在60℃搅拌一边使其进一步反应60分钟。通过气相色谱仪测定反应液,结果在该时刻聚合转化率为99.5%。

然后,向反应液中加入70.0份的脱水异戊二烯,直接在60℃继续搅拌30分钟。通过气相色谱仪测定反应液,结果在该时刻聚合转化率为99%。

然后,进一步向反应液中加入15.0份的脱水苯乙烯,在60℃将全部内容物搅拌60分钟。通过气相色谱仪测定反应液,结果在该时刻聚合转化率几乎为100%。

在此,加入0.5份的异丙醇使反应终止。

接下来,将上述聚合物溶液转移到具有搅拌装置的耐压反应器中,添加4.0份的作为氢化催化剂的硅藻土担载型镍催化剂(日挥催化剂化成株式会社制,产品名“E22U”,镍担载量:60%)和100份的脱水环己烷,进行混合。将反应器内部用氢气置换,进而一边搅拌溶液一边供给氢,在温度170℃、压力4.5MPa进行氢化反应6小时。

通过氢化反应得到的嵌段共聚物氢化物[D]的重均分子量(Mw)为52500,分子量分布(Mw/Mn)为1.04。

在氢化反应终止后,过滤反应液除去氢化催化剂后,向滤液中添加1.0份的溶解有0.05份的作为酚系抗氧化剂的季戊四醇-四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](株式会社KO-YO化学研究所制,Songnox1010)的二甲苯溶液,使其溶解。

接下来,将上述溶液通过Zeta plus(注册商标)过滤器30H(坤诺(CUNO)公司制,孔径0.5~1μm)进行过滤,再通过其它的金属纤维制过滤器(株式会社NICHIDAI制,孔径0.4μm)依次进行过滤,除去微小的固体成分后,使用圆筒型浓缩干燥器(株式会社日立制作所制,KONTRO)在温度260℃、压力0.001MPa以下,从溶液中除去作为溶剂的环己烷、二甲苯以及其它的挥发成分,从与浓缩干燥器直接连接的模头以熔融状态挤出成股状,冷却后,用造粒机进行切割,得到95份的嵌段共聚物(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)氢化物的颗粒。

得到的嵌段共聚物氢化物的重均分子量(Mw)为51900,分子量分布(Mw/Mn)为1.05。

然后,测定嵌段共聚物氢化物的电解液溶胀度、玻璃化转变温度以及氢化率。结果示于表1。另外,观察到-50℃(来自氢化的异戊二烯嵌段)和135℃(来自氢化的苯乙烯嵌段)这两个玻璃化转变温度。

然后,向带搅拌机的容器中添加90份的环己烷、10份的上述得到的嵌段共聚物氢化物的颗粒,使颗粒完全溶解,由此得到树脂溶解物。

此外,在搅拌下向将4.0份的氯化镁溶解于200份的离子交换水而成的水溶液(A1)中缓慢地添加将2.8份的氢氧化钠溶解于50份的离子交换水而成的水溶液(A2),制备包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A)。

然后,通过溶解悬浮法制备颗粒状聚合物(C)。具体而言,向包含上述氢氧化镁的胶体分散液(C)中投入上述那样得到的树脂溶解物,进一步进行搅拌,由此得到混合液。使用管线型乳化分散机(太平洋机工株式会社制,“CAVITRON”),以15000rpm的转速对得到的混合液进行1分钟高剪切搅拌,在包含氢氧化镁的胶体分散液(A)中形成树脂溶解物的液滴。

之后,将包含上述氢氧化镁的胶体分散液(A)投入带搅拌机的容器,通过进行加热减压蒸馏,蒸馏除去体系内的环己烷,得到包含颗粒状聚合物(C)的水分散液。

进而,一边对包含上述颗粒状聚合物(C)的水分散液进行搅拌,一边在室温(25℃)滴加硫酸,进行酸洗直至pH成为6.5以下。接下来,进行过滤分离,在得到的固体成分中加入500份的离子交换水,使其再次浆料化,反复进行数次水洗处理(清洗、过滤以及脱水)。之后,进行过滤分离,将得到的固体成分放入干燥器的容器内,在40℃进行48小时干燥,得到干燥的颗粒状聚合物(C)。

测定得到的颗粒状聚合物(C)的粒径。结果示于表1。

(实施例4)

在制备颗粒状聚合物(A)时,使用2.5份的十二烷基苯磺酸钠代替包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A),如以下那样进行浆料组合物的制备以及带功能层的间隔件的制作,除此以外,与实施例1同样地制作颗粒状聚合物、黏结材料、浆料组合物、带功能层的间隔件、正极、负极以及锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种评价。结果示于表1。

<浆料组合物的制备>

[耐热层浆料组合物的制备]

在100份的作为无机微粒的氧化铝(住友化学株式会社制,“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,使用球磨机进行混合,进而添加以固体成分相当量计为6份的包含黏结材料(α)的水分散液和1.5份的作为增稠剂(黏度调节剂)的羧甲基纤维素,加入离子交换水以使得固体成分浓度成为40%,得到耐热层浆料组合物。

[黏合层浆料组合物的制备]

在100份的颗粒状聚合物中添加以固体成分相当量计为20份的包含黏结材料(α)的水分散液,加入离子交换水以使得固体成分浓度成为5%,得到黏合层浆料。

<带功能层的间隔件的制作>

准备聚乙烯制的微多孔膜(厚度:12μm)作为间隔件基材。通过棒涂法将上述那样得到的耐热层浆料组合物涂敷在该间隔件基材的一个面上。接下来,将涂敷有耐热层浆料组合物的间隔件基材在50℃干燥1分钟,形成耐热功能层。接下来,通过棒涂法涂敷上述那样得到的黏合层浆料组合物。接下来,将涂敷有黏合层浆料组合物的间隔件基材在50℃干燥1分钟,形成黏合功能层。对间隔件基材的另一个面也进行相同的操作,制作在间隔件基材的两面分别具有耐热功能层和黏合功能层的带功能层的间隔件。另外,使各个功能层中的耐热功能层的厚度为3.0μm,使黏合功能层的单位面积质量为0.25g/m

(比较例1)

使用以下那样制备的颗粒状聚合物(E)代替颗粒状聚合物(A),除此以外,与实施例1同样地制作颗粒状聚合物、黏结材料、浆料组合物、带功能层的间隔件、正极、负极以及锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种评价。结果示于表1。

<颗粒状聚合物(E)的制备>

将81份的作为芳香族乙烯基单体的苯乙烯、16份的作为(甲基)丙烯酸酯单体的丙烯酸-2-乙基己酯、以及3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。

此外,在搅拌下向将8.0份的氯化镁溶解于200份的离子交换水而成的水溶液(A1)中缓慢地添加将5.6份的氢氧化钠溶解于50份的离子交换水而成的水溶液(A2),制备包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A)。

通过悬浮聚合法制备颗粒状聚合物(A)。具体而言,向包含上述氢氧化镁的胶体分散液(A)中投入上述那样得到的单体组合物,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(日油株式会社制,“PERBUTYL(注册商标)O”),得到混合液。使用管线型乳化分散机(太平洋机工株式会社制,“CAVITRON”),以15000rpm的转速对得到的混合液进行1分钟高剪切搅拌,在包含氢氧化镁的胶体分散液(A)中形成单体组合物的液滴。

之后,将包含上述氢氧化镁的胶体分散液(A)加入反应器,升温至90℃,进行5小时聚合反应,得到包含颗粒状聚合物(E)的水分散液。

进而,一边对包含上述颗粒状聚合物(E)的水分散液进行搅拌,一边在室温(25℃)滴加硫酸,进行酸洗直至pH成为6.5以下。接下来,进行过滤分离,在得到的固体成分中加入500份的离子交换水,使其再次浆料化,反复进行数次水洗处理(清洗、过滤以及脱水)。之后,进行过滤分离,将得到的固体成分放入干燥器的容器内,在40℃进行48小时干燥,得到干燥的颗粒状聚合物(E)。

测定得到的颗粒状聚合物(E)的粒径。结果示于表1。

(比较例2)

将氢化反应时间变更为3小时,除此以外,与颗粒状聚合物(A)同样地制备颗粒状聚合物(F),使用该颗粒状聚合物(F)代替颗粒状聚合物(A),除此以外,与实施例1同样地制作颗粒状聚合物、黏结材料、浆料组合物、带功能层的间隔件、正极、负极以及锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种评价。结果示于表1。

(比较例3)

使十二烷基苯磺酸钠为4.2份,除此以外,与实施例4同样地制作颗粒状聚合物、黏结材料、浆料组合物、带功能层的间隔件、正极、负极以及锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种评价。结果示于表1。

(比较例4)

在搅拌下向将3.3份的氯化镁溶解于200份的离子交换水而成的水溶液(H1)中缓慢地添加将2.3份的氢氧化钠溶解于50份的离子交换水而成的水溶液(H2)制备包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(H),在制备颗粒状聚合物(A)时,使用该胶体分散液(H)代替包含作为金属氢氧化物的氢氧化镁的胶体分散液(A),除此以外,与实施例1同样地制作颗粒状聚合物、黏结材料、浆料组合物、带功能层的间隔件、正极、负极以及锂离子二次电池。然后,与实施例1同样地进行各种评价。结果示于表1。

[表1]

由表1可知,在实施例1~4中,能够得到湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用功能层。此外,由表1的比较例1、2可知,在颗粒状聚合物的电解液溶胀度大的情况下,输出特性降低,由比较例3可知,在颗粒状聚合物的体积平均粒径小的情况下,湿黏合性和输出特性降低,由比较例4可知,在颗粒状聚合物的体积平均粒径大的情况下,湿黏合性和循环特性降低。

产业上的可利用性

根据本发明,能够得到湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用功能层、以及能够形成该电化学元件用功能层的电化学元件功能层用组合物。

此外,根据本发明,能够得到湿黏合性优异并且能够使电化学元件发挥高的输出特性的电化学元件用层叠体。

进而,根据本发明,能够得到输出特性高、且寿命长的电化学元件。

技术分类

06120116308996