JP5605591B2 - 二次電池多孔膜スラリー、二次電池多孔膜、二次電池電極、二次電池セパレーター、二次電池、及び二次電池多孔膜の製造方法 - Google Patents
二次電池多孔膜スラリー、二次電池多孔膜、二次電池電極、二次電池セパレーター、二次電池、及び二次電池多孔膜の製造方法 Download PDFInfo
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Description
(1)有機高分子を含む非導電性粒子、バインダー及び溶媒を含んでなり、
該バインダーが、スルホン酸基を有するアクリル重合体粒子A、及びエポキシ基を有するアクリル重合体粒子Bを含む二次電池多孔膜スラリー。
(メタ)アクリロニトリル単量体単位、及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含んでなる(1)または(2)に記載の二次電池多孔膜スラリー。
重合体粒子中の(メタ)アクリロニトリル単量体単位の含有割合が2.5〜40質量%であり、
重合体粒子中の(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が60〜97.5質量%である(3)に記載の二次電池多孔膜スラリー。
該非導電性粒子の平均粒子径が0.1〜2.0μmであり、
該非導電性粒子の平均円形度が0.900〜0.995である(1)〜(7)のいずれかに記載の二次電池多孔膜スラリー。
該集電体に付着してなる、電極活物質及び電極用結着剤を含んでなる電極活物質層、及び、
該電極活物質層の表面に積層された、(9)に記載の二次電池多孔膜、を含んでなる、二次電池電極。
該有機セパレーターに積層された、(9)に記載の二次電池多孔膜、を含んでなる、二次電池セパレーター。
本発明の二次電池多孔膜スラリー(以下、「多孔膜スラリー」と表すことがある。)は、後述する二次電池多孔膜を形成するためのスラリーである。多孔膜スラリーは、非導電性粒子と特性組成のバインダーを含み、固形分として該非導電性粒子、該バインダー及び任意の成分を、後述する溶媒に均一に分散したものである。
本発明に用いる非導電性粒子は、有機高分子を含む。本発明においては、有機高分子を含む非導電性粒子を用いることで、二次電池の性能に悪影響を及ぼす金属のコンタミネーション(以下、「金属異物」と表すことがある。)を少なくすることができると共に、二次電池多孔膜スラリーの製造コストを抑えることができる。
モノカルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、2−エチルアクリル酸、イソクロトン酸、α−アセトキシアクリル酸、β−trans−アリールオキシアクリル酸、α−クロロ−β−E−メトキシアクリル酸、β−ジアミノアクリル酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸、フェニルマレイン酸、クロロマレイン酸、ジクロロマレイン酸、及びフルオロマレイン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸の無水物としては、無水マレイン酸、アクリル酸無水物、メチル無水マレイン酸、ジメチル無水マレイン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸誘導体としては、マレイン酸メチルアリル、マレイン酸ジフェニル、マレイン酸ノニル、マレイン酸デシル、マレイン酸ドデシル、マレイン酸オクタデシル、及びマレイン酸フルオロアルキルなどのマレイン酸エステルが挙げられる。
非導電性粒子の製造方法は特に限定されず、非導電性粒子を構成する単量体及び必要に応じて他の任意の成分を分散媒に溶解又は分散させ、乳化重合法またはソープフリー重合法によって、かかる分散液中で重合する方法が挙げられる。
このように、シードポリマー粒子を2段階の反応で形成し、それからさらに非導電性粒子を形成することにより、安定して所望の粒子径及び平均円形度を得られるという利点がある。この場合、非導電性粒子を構成する単量体のうちの極性基含有モノマーの一部又は全部(好ましくは全部)を、シードポリマー粒子A及びシードポリマー粒子Bを形成する際に用いることが、粒子の安定性確保のため好ましい。さらに、この場合において、シードポリマー粒子Aを形成するための単量体として、任意の単量体であるスチレンを用いることが、シードポリマー粒子Bおよび非導電性粒子を形成する際、シードポリマー粒子への単量体の吸収性を確保するため好ましい。
重合の中期以降に単量体を添加すると、単量体がシードポリマー粒子に吸収されないため、微少粒子が多量に生じて重合安定性が悪くなり、重合反応を維持することができない場合がある。そのためシードポリマー粒子に対してすべての単量体を重合開始前に添加するか、重合転化率が30%程度に達する前にすべての単量体の添加を終了させておくことが好ましい。特に重合の開始前にシードポリマー粒子の水性分散体に単量体を加えて撹拌し、シードポリマー粒子にこれを吸収させた後に重合を開始することが好ましい。
界面活性剤としては通常のものを用いることができ、例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物などのアニオン系乳化剤を例示することができる。さらに、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールモノステアレート、ソルビタンモノステアレートなどのノニオン系界面活性剤を併用することも可能である。好ましい懸濁保護剤としては、ポリビニルアルコール、カルボキシルメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウムあるいは微粉末無機化合物などを挙げることができる。
本発明に用いる非導電性粒子の形状は、球状、針状、棒状、紡錘状、板状等特に限定されないが、球状、針状、紡錘状が好ましい。また、非導電性粒子として、多孔性粒子を使用することもできる。多孔膜スラリーの全固形分100質量%当たりの非導電性粒子の含有割合は、好ましくは70〜97質量%、より好ましくは80〜95質量%、特に好ましくは85〜95質量%である。多孔膜スラリーの全固形分100質量%当たりの非導電性粒子の含有割合を上記範囲とすることにより、高い熱安定性を示す多孔膜を得ることができる。また、非導電性粒子の多孔膜からの脱離(粉落ち)を抑制し、高い強度を示す多孔膜を得ることができると共に、サイクル特性等の電池特性の低下を防ぐことができる。
本発明に用いるバインダーは、スルホン酸基を有するアクリル重合体粒子A、及びエポキシ基を有するアクリル重合体粒子Bを含む。本発明においては、該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを含むバインダーを用いることで、多孔膜スラリーのゲル化を防止することができるため、均一な多孔膜を形成することができる。
多孔膜スラリーに用いる溶媒としては、水および有機溶媒のいずれも使用できる。有機溶媒としては、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの環状脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類;アセトン、エチルメチルケトン、ジイソプロピルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどのケトン類;メチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素など塩素系脂肪族炭化水素;芳酢酸エチル、酢酸ブチル、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、プロピオニトリルなどのアシロニトリル類;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類:メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのアルコール類;N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド類があげられる。
多孔膜スラリーには、上記成分(非導電性粒子、バインダー及び溶媒)のほかに、さらに任意の成分が含まれていてもよい。かかる任意の成分としては、無機粒子、分散剤、レベリング剤、酸化防止剤、上記バインダー以外の結着剤、増粘剤、消泡剤や、電解液分解抑制等の機能を有する電解液添加剤等の成分を挙げることができる。これらは電池反応に影響を及ぼさないものであれば特に限られない。
本発明の二次電池多孔膜(以下、「多孔膜」と表すことがある。)は、上述した二次電池多孔膜スラリーを膜状に形成、乾燥してなる。
多孔膜は、有機セパレーターや電極に積層して用いたり、有機セパレーターそのものとして用いたりする。
本発明の多孔膜を製造する方法としては、(I)上記の非導電性粒子、バインダー、溶媒及び任意の成分を含む多孔膜スラリーを所定の基材(正極、負極または有機セパレーター)上に塗布し、次いで乾燥する方法;(II)上記の非導電性粒子、バインダー、溶媒及び任意の成分を含む多孔膜スラリーを基材(正極、負極または有機セパレーター)に浸漬後、これを乾燥する方法;(III)上記の非導電性粒子、バインダー、溶媒及び任意の成分を含む多孔膜スラリーを、剥離フィルム上に塗布、成膜し、得られた多孔膜を所定の基材(正極、負極または有機セパレーター)上に転写する方法;が挙げられる。この中でも、(I)多孔膜スラリーを基材(正極、負極または有機セパレーター)に塗布し、次いで乾燥する方法が、多孔膜の膜厚を制御しやすいことから最も好ましい。
(I)の方法では、多孔膜スラリーを、所定の基材(正極、負極または有機セパレーター)上に塗布し、乾燥することで本発明の多孔膜は製造される。
乾燥方法としては、上述の(I)の方法での乾燥方法と同じ方法が挙げられる。
塗布方法としては、上述の(I)の方法での塗布方法と同じ方法が挙げられる。転写方法は特に限定されない。
二次電池としては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等が挙げられる。この中でも、安全性向上が最も求められており多孔膜導入効果が最も高いことからリチウムイオン二次電池が好ましいため、以下においては、リチウムイオン二次電池に使用する場合について説明する。
本発明の二次電池電極は、集電体、該集電体に付着してなる、電極活物質及び結着剤を含んでなる電極活物質層、及び、該電極活物質層の表面に積層された上述の二次電池多孔膜を含んでなる。つまり、本発明の二次電池電極は、電極活物質及び電極用結着剤を含む電極活物質層が集電体に付着し、かつ、電極活物質層の表面に、上述の二次電池多孔膜が積層されてなる。
リチウムイオン二次電池用電極に用いられる電極活物質は、電解質中で電位をかける事により可逆的にリチウムイオンを挿入放出できるものであればよく、無機化合物でも有機化合物でも用いることができる。
本発明において、電極活物質層は電極活物質の他に、結着剤(以下、「電極用結着剤」と記載することがある。)を含む。電極用結着剤を含むことにより電極中の電極活物質層の結着性が向上し、電極の捲回時等の工程上においてかかる機械的な力に対する強度が上がり、また電極中の電極活物質層が脱離しにくくなることから、脱離物による短絡等の危険性が小さくなる。
ポリブチルアクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ブチルアクリレート・スチレン共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル共重合体、ブチルアクリレート・アクリロニトリル・グリシジルメタクリレート共重合体などの、アクリル酸またはメタクリル酸誘導体の単独重合体またはそれと共重合可能なモノマーとの共重合体である、アクリル系軟質重合体;
ポリイソブチレン、イソブチレン・イソプレンゴム、イソブチレン・スチレン共重合体などのイソブチレン系軟質重合体;
ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン・スチレンランダム共重合体、イソプレン・スチレンランダム共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレン・ブロック共重合体、イソプレン・スチレン・ブロック共重合体、スチレン・イソプレン・スチレン・ブロック共重合体などジエン系軟質重合体;
ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、ジヒドロキシポリシロキサンなどのケイ素含有軟質重合体;
液状ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、エチレン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(EPDM)、エチレン・プロピレン・スチレン共重合体などのオレフィン系軟質重合体;
ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリステアリン酸ビニル、酢酸ビニル・スチレン共重合体などビニル系軟質重合体;
ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エピクロルヒドリンゴムなどのエポキシ系軟質重合体;
フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン−プロピレンゴムなどのフッ素含有軟質重合体;
天然ゴム、ポリペプチド、蛋白質、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーなどのその他の軟質重合体などが挙げられる。これらの軟質重合体は、架橋構造を有したものであってもよく、また、変性により官能基を導入したものであってもよい。
本発明において、電極活物質層には、上記の電極活物質と電極用結着剤の他に、導電性付与材や補強材などの任意の添加剤を含有していてもよい。導電付与材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボン繊維、カーボンナノチューブ等の導電性カーボンを使用することができる。黒鉛などの炭素粉末、各種金属のファイバーや箔などが挙げられる。補強材としては、各種の無機および有機の球状、板状、棒状または繊維状のフィラーが使用できる。導電性付与材を用いることにより電極活物質同士の電気的接触を向上させることができ、リチウムイオン二次電池に用いる場合に放電レート特性を改善することができる。導電性付与材や補強材の使用量は、電極活物質100質量部に対して通常0〜20質量部、好ましくは1〜10質量部である。また、イソチアゾリン系化合物やキレート化合物を、電極活物質層中に含んでもよい。
集電体は、電気導電性を有しかつ電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有するとの観点から、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などの金属材料が好ましい。中でも、リチウムイオン二次電池の正極用としてはアルミニウムが特に好ましく、リチウムイオン二次電池の負極用としては銅が特に好ましい。集電体の形状は特に制限されないが、厚さ0.001〜0.5mm程度のシート状のものが好ましい。集電体は、電極活物質層の接着強度を高めるため、予め粗面化処理して使用するのが好ましい。粗面化方法としては、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。機械的研磨法においては、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシ等が使用される。また、電極活物質層の接着強度や導電性を高めるために、集電体表面に中間層を形成してもよい。
本発明の二次電池セパレーターは、有機セパレーター、該有機セパレーターに積層された上述の二次電池多孔膜を含んでなる。つまり、本発明の二次電池セパレーターは、有機セパレーター上に、上述の二次電池多孔膜が積層されてなる。
リチウムイオン二次電池用の有機セパレーターとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂や芳香族ポリアミド樹脂を含んでなるセパレーターなどの公知のものが用いられる。
特に、電解液の含浸性が高く前記多孔膜との密着性を得やすい点から、カルボン酸基、水酸基及びスルホン酸基などの極性基を含有する高分子化合物で被覆処理するのが好ましい。
本発明の二次電池は、正極、負極、有機セパレーター及び電解液を含み、正極、負極及び有機セパレーターのいずれかに、上述の多孔膜が積層されてなる。
電解液としては、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、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、特に制限はないが、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、CF3SO3Li、C4F9SO3Li、CF3COOLi、(CF3CO)2NLi、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)NLiなどが挙げられる。中でも、溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF6、LiClO4、CF3SO3Liが好ましい。これらは、二種以上を併用してもよい。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。
窒素雰囲気下において、熱天秤により30℃から昇温速度10℃/分で加熱し、非導電性粒子の減量割合が10質量%に達する温度[℃]を求め、耐熱温度とした。
電子顕微鏡にて25000倍の倍率で撮影した写真から100個の非導電性粒子を任意に選択し、その粒子像の最長辺をa、最短辺をbとしたとき、(a+b)/2を粒径とし、100個の平均から平均粒子径[μm]を算出した。
電子顕微鏡にて25000倍の倍率で撮影した写真から100個の非導電性粒子を任意に選択し、その粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長をL0、粒子像の周囲長をLとしたとき、L0/Lを円形度とし、100個の平均から平均円形度を算出した。
非導電性粒子の粒子径分布は、ベックマン株式会社製のレーザー回折散乱粒度分布測定装置(LS230)にて粒子径測定を行った後、得られた体積平均粒子径をV、数平均粒子径をNとし、以下の式で求めた。
粒子径分布=V/N
二次電池多孔膜(多孔膜付有機セパレーター)もしくは二次電池電極(多孔膜付電極)を、幅10cm×長さ1.5mに切り出して、切り出した二次電池多孔膜もしくは二次電池電極の厚みを、株式会社ニコン製の厚さ計(MH−15M)を用いて幅方向3点×長さ方向5cmおきに20点の60点において測定し、膜厚の標準偏差と平均値から、下記式に基づき、膜厚のばらつき[%]を計算し、下記の基準で評価した。
(評価基準)
A:2%未満
B:2%以上〜3%未満
C:3%以上〜10%未満
D:10%以上
二次電池セパレーター(多孔膜付有機セパレーター)を直径19mmの円形に打ち抜き、非イオン性界面活性剤(花王社製;エマルゲン210P)の3重量%メタノール溶液中に浸漬して風乾した。この円形の二次電池セパレーターに電解液を含浸させ、一対の円形のSUS板(直径15.5mm)に挟み、(SUS板)/(円形の二次電池セパレーター)/(SUS板)という構成に重ね合わせた。ここで電解液はエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをEC:DEC=1:2(20℃での容積比)で混合してなる混合溶媒にLiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。これを2032型コインセルに封入した。コインセルからリード線をとり、熱電対を付けてオーブンの中に入れた。振幅10mV、1kHzの周波数の交流を印加しながら、昇温速度1.6℃/分で200℃まで昇温させ、この間のセル抵抗を測定することで短絡の発生状況を確認した。本試験では温度上昇と共にシャットダウンにより抵抗値が上昇し、少なくとも1000Ω/cm2以上になる。その後、10Ω/cm2以下まで急激に低下した場合に短絡が発生したものとした。尚、この試験を20回行ない、評価は下記の基準で評価した。
(評価基準)
A:短絡発生数0個
B:短絡発生数1個
C:短絡発生数2〜3個
D:短絡発生数4個以上
有機セパレーター(単層のポリプロピレン製セパレーター、気孔率55%、厚さ25μm)を直径19mmの円形に打ち抜き、非イオン性界面活性剤(花王社製;エマルゲン210P)の3重量%メタノール溶液中に浸漬して風乾した。一方、測定対象の二次電池電極(多孔膜付電極)を直径19mmの円形に打ち抜いた。これらに電解液を含浸させ、これらを重ねて、一対の円形のSUS板(直径15.5mm)に挟み、(SUS板)/(円形の有機セパレーター)/(円形の二次電池電極)/(SUS板)という構成に重ね合わせた。円形の二次電池電極は、その多孔膜側の面が有機セパレーター側となるよう配置した。ここで電解液はエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをEC:DEC=1:2(20℃での容積比)で混合してなる混合溶媒にLiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。これを2032型コインセルに封入した。コインセルからリード線をとり、熱電対を付けてオーブンの中に入れた。振幅10mV、1kHzの周波数の交流を印加しながら、昇温速度1.6℃/分で200℃まで昇温させ、この間のセル抵抗を測定することで短絡の発生状況を確認した。本試験では温度上昇と共にシャットダウンにより抵抗値が上昇し少なくとも1000Ω/cm2以上になる。その後、10Ω/cm2以下まで急激に低下した場合に短絡が発生したものとした。尚、この試験を20回行ない、評価は下記の基準で評価した。
(評価基準)
A:短絡発生数0個
B:短絡発生数1〜2個
C:短絡発生数3個以上
得られた二次電池(コイン型電池)を、20℃で0.2Cの定電流で4.3Vまで充電し、0.2Cの定電流で3.0Vまで放電する操作を1サイクルとし、充放電を繰り返した。2サイクル目における放電容量に対する100サイクル目おける放電容量の割合を百分率で算出して充放電サイクル特性とし、下記の基準で判定した。この値が大きいほど繰り返し充放電による容量減が少ないことを示す。
(評価基準)
A:97%以上
B:95%以上97%未満
C:90%以上95%未満
D:85%以上90%未満
E:85%未満
二次電池電極(多孔膜付電極)を5cm角で切り出して、500mlのガラス瓶に入れ、しんとう機で300rpmにて3時間しんとうさせた。落ちた粉の質量をa、しんとう前の二次電池電極の質量をb、多孔膜を積層する前の電極の質量をc、多孔膜を積層していない電極のみをしんとうさせた際の落ちた粉の質量をdとし、落ちた粉の比率X[質量%]を下記式で計算し、以下の基準で評価した。
X=(a−d)/(b−c−a)×100 [質量%]
(評価基準)
A:2質量%未満
B:2質量%以上5質量%未満
C:5質量%以上
二次電池セパレーター(多孔膜付有機セパレーター)を5cm角で切り出して、500mlのガラス瓶に入れ、しんとう機で300rpmにて3時間しんとうさせた。しんとう前の二次電池セパレーターの質量をa、しんとう後の二次電池セパレーターの質量をbとし、落ちた粉の比率X[質量%]を下記式で計算し、以下の基準で評価した。
X=(a−b)/a×100 [質量%]
(評価基準)
A:1質量%未満
B:1質量%以上3質量%未満
C:3質量%以上5質量%未満
D:5質量%以上10質量%未満
E:10質量%以上
アクリル重合体粒子Aの重合時に添加したスルホン酸基を有する単量体の添加量[g]をa、分子量をb、スルホン酸基部分に当たる分子量をc(81.07)、単量体全量をdとすると、アクリル重合体粒子Aにおける(単量体全量に対する)スルホン酸基の含有割合[質量%]が下記式のように計算される。
アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基の含有割合(A)
=(a/b)×c/d×100 [質量%]
アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ基の含有割合(B)
=(e/f)×g/h×100 [質量%]
スラリー作成時に添加したアクリル重合体粒子Aの固形分量[g]をCとし、スラリー作成時に添加したアクリル重合体粒子Bの固形分量[g]をDとした。さらに、重合体粒子におけるスルホン酸基及びエポキシ基の含有割合の測定にて得られた、アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基の含有割合(A)及びアクリル重合体粒子Bにおけるスルホン酸基の含有割合(B)を用いて、スルホン酸基/エポキシ基の重量比は下記のように計算できる。
スルホン酸基/エポキシ基=(A×C)/(B×D)[重量比]
<(1)シードポリマー粒子Aの製造>
撹拌機を備えた反応器に、スチレン100部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部、イオン交換水100部、及び過硫酸カリウム0.5部を入れ、80℃で8時間重合させた。これにより、平均粒子径60nmのシードポリマー粒子Aの水分散体を得た。
撹拌機を備えた反応器に、工程(1)で得たシードポリマー粒子Aの水分散体を固形分基準(即ちシードポリマー粒子Aの重量基準)で2部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.2部、過硫酸カリウムを0.5部、及びイオン交換水を100部入れ、混合して混合物を得、80℃に昇温した。一方、別の容器中でスチレン97部、メタクリル酸3部、t−ドデシルメルカプタン4部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部、及びイオン交換水100部を混合して、単量体混合物の分散体を調製した。この単量体混合物の分散体を、4時間かけて、上記混合物中に、連続的に添加して重合させた。単量体混合物の分散体の連続的な添加中における反応系の温度は80℃に維持し、反応を行った。連続的な添加の終了後、さらに90℃で3時間反応を継続させた。
これにより、平均粒子径200nmのシードポリマー粒子Bの水分散体を得た。
次に、撹拌機を備えた反応器に、工程(2)で得たシードポリマー粒子Bの水分散体を固形分基準(即ちシードポリマー粒子B重量基準)で10部、単量体混合物(ジビニルベンゼンとエチルビニルベンゼンの混合物、単量体混合比:ジビニルベンゼン/エチルビニルベンゼン=60/40、新日鐵化学社製、製品名:DVB−570)を90部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1部、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(日油社製、商品名:パーブチルO)を5部、及びイオン交換水を200部入れ、35℃で12時間撹拌することで、シードポリマー粒子Bに単量体混合物及び重合開始剤を完全に吸収させた。その後、これを90℃で4時間重合させた。その後、スチームを導入して未反応の単量体を除去した。
これにより、平均粒子径0.4μmの非導電性粒子の水分散体を得た。
シードポリマー粒子の形成から、非導電性粒子を得るまでに用いた単量体(スチレン、メタクリル酸、ジビニルベンゼン、及びエチルビニルベンゼン)の組成、並びに非導電性粒子の耐熱温度(T10値)、平均円形度及び粒子径分布は、表1に示す通りである。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート81.1部、アクリロニトリル14.9部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸4.0部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は4.0%、スルホン酸基の含有割合は1.56%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.9%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は81.1%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート81.9部、アクリロニトリル15.1部、グリシジルメタクリレート3.0部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は3.0%、エポキシ酸基の含有割合は0.91%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は15.1%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は81.9%であった。
増粘剤として、エーテル化度が0.8〜1.0で、1%水溶液粘度が10〜20mPa・sであるカルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業株式会社製ダイセル1220)を用いて、1%水溶液を調製した。
工程(3)で得た非導電性粒子の水分散体、工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの水分散液、工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの水分散液及びカルボキシメチルセルロースの1%水溶液を、固形分重量比が83.1:6.15:6.15:4.6となるように水中で混合し、更に溶媒として水を加えて、ビーズミルを用いて分散させ多孔膜スラリーを得た。なお、多孔膜スラリーにおける水以外の原料(固形分の合計)の含有量は、50質量%となるようにした。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が1.7であった。
正極活物質としてのスピネル構造を有するマンガン酸リチウム95部に、電極用結着剤としてのPVDF(ポリフッ化ビニリデン、呉羽化学社製、商品名:KF−1100)を固形分換算量で3部となるように加え、さらに、アセチレンブラック2部、及びN−メチルピロリドン20部を加えて、これらをプラネタリーミキサーで混合して、スラリー状の正極用電極組成物(正極用スラリー)を得た。この正極用スラリーを厚さ18μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、120℃で3時間乾燥した後、ロールプレスして全厚みが100μmの、正極活物質層を有する正極を得た。
負極活物質としての粒子径20μm、比表面積4.2m2/gのグラファイト98部と、電極用結着剤としてのSBR(スチレン−ブタジエンゴム、ガラス転移温度:−10℃)の固形分換算量1部とを混合し、この混合物にさらにカルボキシメチルセルロースを1.0部を混合し、更に溶媒として水を加えて、これらをプラネタリーミキサーで混合して、スラリー状の負極用電極組成物(負極用スラリー)を調製した。この負極用スラリーを厚さ18μmの銅箔の片面に塗布し、120℃で3時間乾燥した後、ロールプレスして全厚みが60μmの、負極活物質層を有する負極を得た。
乾式法により製造された単層のポリプロピレン製セパレーター(気孔率55%、厚さ25μm)を、有機セパレーターとして用意した。この有機セパレーターの一方の面に、工程(6)で得た多孔膜スラリーを、乾燥後の厚みが5μmとなるようにワイヤーバーを用いて塗布してスラリー層を得、スラリー層を50℃で10分間乾燥し、多孔膜を形成した。続いて、有機セパレーターの他方の面にも、同様に多孔膜を形成し、両面に多孔膜を有する、多孔膜付有機セパレーターを得た。
工程(7)で得られた正極を直径13mmの円形に切り抜いて、円形の正極を得た。工程(8)で得られた負極を直径14mmの円形に切り抜いて、円形の負極を得た。また、工程(9)で得た多孔膜付有機セパレーターを直径18mmの円形に切り抜いて、円形の多孔膜付有機セパレーターを得た。
ポリプロピレン製パッキンを設けたステンレス鋼製のコイン型外装容器の内底面上に円形の正極を載置し、その上に円形の多孔膜付有機セパレーターを載置し、さらにその上に円形の負極を載置し、これらを容器内に収納した。円形の正極は、そのアルミニウム箔側の面が外装容器の底面側に向き、正極活物質層側の面が上側に向くよう載置した。円形の負極は、その負極活物質層側の面が円形の多孔膜付有機セパレーター側に向き、銅箔側の面が上側に向くよう載置した。この容器を105℃で24時間、真空乾燥した。
容器中に電解液を空気が残らないように注入し、ポリプロピレン製パッキンを介して外装容器に厚さ0.2mmのステンレス鋼のキャップをかぶせて固定し、電池缶を封止して、直径20mm、厚さ約3.2mmのリチウムイオン二次電池(コインセルCR2032)を製造した。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)とをEC:DEC=1:2(20℃での容積比)で混合してなる混合溶媒にLiPF6を1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。
得られた多孔膜付有機セパレーターの多孔膜の均一性及び信頼性、粉落ち性、並びに得られた二次電池のサイクル特性を評価した。結果を表1に示す。
実施例1の工程(8)で得た負極の負極活物質層側の面に、実施例1の工程(6)で得た多孔膜スラリーを、負極活物質層が完全に覆われ、乾燥後の多孔膜厚みが5μmとなるように塗布してスラリー層を得た。スラリー層を50℃で10分間乾燥し、多孔膜を形成し、多孔膜付負極を得た。得られた多孔膜付負極は、(多孔膜)/(負極活物質層)/(銅箔)の層構成を有していた。得られた多孔膜付負極の多孔膜の均一性及び信頼性、粉落ち性を評価した。結果を表1に示す。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いた。また、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いた。該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が1.7であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート89.0部、アクリロニトリル7.0部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸4.0部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子A1の水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は4.0%、スルホン酸基の含有割合は1.56%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は7%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は89%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート90.0部、アクリロニトリル7.0部、グリシジルメタクリレート3.0部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は3.0%、エポキシ酸基の含有割合は0.91%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は7%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は90.0%であった。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いた。また、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いた。該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が1.7であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート66.1部、アクリロニトリル29.9部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸4.0部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は4.0%、スルホン酸基の含有割合は1.56%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は29.9%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は66.1%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート66.8部、アクリロニトリル30.2部、グリシジルメタクリレート3.0部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は3.0%、エポキシ酸基の含有割合は0.91%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は30.2%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は66.8%であった。
実施例1の工程(1)〜(3)で得た非導電性粒子の代わりに、下記の非導電性粒子を用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
撹拌機を備えた反応器に、実施例1の工程(1)、(2)で得たシードポリマー粒子Bの水分散体を固形分基準(即ちシードポリマー粒子B重量基準)で10部、ジビニルベンゼンとエチルビニルベンゼンの混合物(単量体混合比:ジビニルベンゼン/エチルビニルベンゼン=60/40、新日鐵化学社製、製品名:DVB−570)を33部、エチルビニルベンゼンを57部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1部、重合開始剤としてt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(日油社製、商品名:パーブチルO)を5部、及びイオン交換水を200部入れ、35℃で12時間撹拌することで、シードポリマー粒子Bに単量体混合物及び重合開始剤を完全に吸収させた。その後、これを90℃で4時間重合させた。その後、スチームを導入して未反応の単量体を除去した。
これにより、平均粒子径0.4μmの非導電性粒子の水分散体を得た。
シードポリマー粒子の形成から、非導電性粒子を得るまでに用いた単量体(スチレン、メタクリル酸、ジビニルベンゼン、及びエチルビニルベンゼン)の組成、並びに非導電性粒子の耐熱温度(T10値)、平均円形度及び粒子径分布は、表1に示す通りである。
実施例1の工程(1)〜(3)で得た非導電性粒子の代わりに、下記の非導電性粒子を用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
撹拌機を備えた反応器に、スチレン95部、ジビニルベンゼン5部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部、イオン交換水100部、及び過硫酸カリウム0.5部を入れ、80℃で8時間重合させた。これにより、平均粒子径60nmのシードポリマー粒子Aの水分散体を得た。
撹拌機を備えた反応器に、上記シードポリマー粒子Aの水分散体を用いたこと以外は、実施例1の工程(2)、(3)と同様に操作し、平均円形度が0.91の非導電性粒子の水分散体を得た。シードポリマー粒子の形成から、非導電性粒子を得るまでに用いた単量体(スチレン、メタクリル酸、ジビニルベンゼン、及びエチルビニルベンゼン)の組成、並びに非導電性粒子の耐熱温度(T10値)、平均粒子径及び粒子径分布は、表1に示す通りである。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いた。また、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いた。該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が3.4であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート80.2部、アクリロニトリル14.8部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸5.0部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は5.0%、スルホン酸基の含有割合は1.95%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.8%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は80.2%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート82.9部、アクリロニトリル15.2部、グリシジルメタクリレート1.9部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は1.9%、エポキシ酸基の含有割合は0.58%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は15.2%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は82.9%であった。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いた。また、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いた。該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が0.6であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート82.6部、アクリロニトリル15.2部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸2.2部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを1.0部入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は2.2%、スルホン酸基の含有割合は0.86%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は15.2%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は82.6%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート80.5部、アクリロニトリル14.8部、グリシジルメタクリレート4.7部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は4.7%、エポキシ酸基の含有割合は1.42%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.8%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は80.5%であった。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いた。また、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いた。該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が2.8であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート76.2部、アクリロニトリル14.0部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸9.8部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は9.8%、スルホン酸基の含有割合は3.82%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.0%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は76.2%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート80.6部、アクリロニトリル14.9部、グリシジルメタクリレート4.5部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は4.5%、エポキシ酸基の含有割合は1.36%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.9%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は80.6%であった。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いた。また、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いた。該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が1.8であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート83.6部、アクリロニトリル15.4部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸1.0部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は1.0%、スルホン酸基の含有割合は0.39%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は15.4%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は83.6%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート83.9部、アクリロニトリル15.4部、グリシジルメタクリレート0.7部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は0.7%、エポキシ酸基の含有割合は0.21%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は15.4%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は83.9%であった。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いた。また、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いた。該アクリル重合体粒子A及び該アクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が1.5であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート77.9部、アクリロニトリル14.4部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸7.7部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は7.7%、スルホン酸基の含有割合は3.00%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.4%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は77.9%であった。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート78.7部、アクリロニトリル14.5部、グリシジルメタクリレート6.8部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は6.8%、エポキシ酸基の含有割合は2.06%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.5%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は78.7%であった。
実施例1の工程(1)〜(3)で得た非導電性粒子の代わりに、下記の非導電性粒子を用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
撹拌機を備えた反応器に、実施例1の工程(2)で得たシードポリマー粒子Bの水分散体を固形分基準(即ちシードポリマー粒子B重量基準)で2部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.2部、過硫酸カリウムを0.5部、及びイオン交換水を100部入れ、混合して混合物を得、80℃に昇温した。一方、別の容器中でスチレン97部、メタクリル酸3部、t−ドデシルメルカプタン4部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部、及びイオン交換水100部を混合して、単量体混合物の分散体を調製した。この単量体混合物の分散体を、4時間かけて、上記混合物中に、連続的に添加して重合させた。単量体混合物の分散体の連続的な添加中の反応系の温度は80℃に維持し、反応を行った。連続的な添加の終了後、さらに90℃で3時間反応を継続させた。
これにより、平均粒子径400nmのシードポリマー粒子Cの水分散体を得た。
実施例1の工程(2)で得たシードポリマー粒子Bの代わりに、上記シードポリマー粒子Cを用い、実施例1の工程(3)と同様の操作を行って、平均粒子径700nmの非導電性粒子の水分散体を得た。シードポリマーの形成から、非導電性粒子を得るまでに用いた単量体(スチレン、メタクリル酸、ジビニルベンゼン、及びエチルビニルベンゼン)の組成、並びに非導電性粒子の耐熱温度(T10値)、平均円形度及び粒子径分布は、表1に示す通りである。
実施例1の工程(1)〜(3)で得た非導電性粒子の代わりに、下記の非導電性粒子を用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1の工程(3)で用いた単量体混合物の代わりに、ジビニルベンゼンとエチルビニルベンゼンの混合物(単量体混合比:ジビニルベンゼン/エチルビニルベンゼン=82/18、新日鐵化学社製、製品名:DVB−810)を72部、及びメチルメタクリレートを18部用いたこと以外は、実施例1の工程(3)と同様の操作を行って、平均粒子径400nmの非導電性粒子の水分散体を得た。シードポリマー粒子の形成から、非導電性粒子を得るまでに用いた単量体(スチレン、メタクリル酸、ジビニルベンゼン、エチルビニルベンゼン、及びメチルメタクリレート)の組成、並びに非導電性粒子の耐熱温度(T10値)、平均円形度及び粒子径分布は、表1に示す通りである。
<非導電性粒子のNMP分散体の作製>
実施例1の工程(3)で得た非導電性粒子の水分散体100部(固形分濃度は20%)にN−メチル−2−ピロリドン(NMP)200部を添加し十分に混合した後、90℃減圧環境で系内の水およびNMPを留去して、非導電性粒子のNMP分散体(固形分濃度は20%)を得た。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの水分散体100部(固形分は40%)にNMP760部を添加し十分に混合した後、90℃減圧環境で系内の水とNMPを留去して、アクリル重合体粒子AのNMP分散体(固形分は10%)を得た。
実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの水分散体100部(固形分は40%)にNMP760部を添加し十分に混合した後、90℃減圧環境で系内の水とNMPを留去して、アクリル重合体粒子BのNMP分散体(固形分は10%)を得た。
上記の工程で得た非導電性粒子のNMP分散体、アクリル重合体粒子AのNMP分散体および、アクリル重合体粒子BのNMP分散体を、固形分比が87.0:6.5:6.5となるよう混合して、固形分濃度18%の多孔膜スラリーを得た。
なお、多孔膜スラリー中のアクリル重合体粒子Bに対するアクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)は1、バインダーにおけるエポキシ基に対するスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が1.7であった。
実施例1の工程(8)で得た負極の負極活物質層側の面に、上記の工程で得た多孔膜スラリーを、負極活物質層が完全に覆われ、乾燥後の多孔膜厚みが5μmとなるように塗布してスラリー層を得た。スラリー層を100℃で10分間乾燥し、多孔膜を形成し、多孔膜付負極を得た。得られた多孔膜付負極は、(多孔膜)/(負極活物質層)/(銅箔)の層構成を有していた。得られた多孔膜付負極の多孔膜の均一性及び信頼性、粉落ち性を評価した。結果を表1に示す。
実施例1の工程(9)で得た多孔膜付有機セパレーターの代わりに、有機セパレーター(単層のポリプロピレン製セパレーター、気孔率55%、厚さ25μm、実施例1の工程(9)で有機セパレーターとして用いられているものと同じ)を用いた。
実施例1の工程(4)、(5)で得たアクリル重合体粒子A、Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Cを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート81.5部、アクリロニトリル15.0部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸2.0部、グリシジルメタクリレート1.5部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Cの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。また、アクリル重合体粒子Cはスルホン酸基とエポキシ基を有し、アクリル重合体粒子Cにおけるスルホン酸基の含有割合は0.78%、エポキシ基の含有割合は0.45%であった。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aを用いず、実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート78.7部、アクリロニトリル14.5部、グリシジルメタクリレート6.8部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は6.8%、エポキシ酸基の含有割合は2.06%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.5%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は78.7%であった。
実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bを用いず、実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート78.7部、アクリロニトリル14.5部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸6.8部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は6.8%、スルホン酸基の含有割合は2.65%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は14.5%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は78.7%であった。
実施例1の工程(4)で得たアクリル重合体粒子Aの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Aを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。なお、アクリル重合体粒子Bは、実施例1の工程(5)で得られたアクリル重合体粒子Bと同様のものを用いた。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート84.5部、アクリロニトリル15.5部および分子量調整剤としてt一ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Aの水分散液を得た。
なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基を有する単量体単位の含有割合は0%、スルホン酸基の含有割合は0%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は15.5%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は84.5%であった。
実施例1の工程(5)で得たアクリル重合体粒子Bの代わりに、下記のアクリル重合体粒子Bを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例1と同様の操作を行って、多孔膜付有機セパレーター及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。なお、アクリル重合体粒子Aは、実施例1の工程(4)で得られたアクリル重合体粒子Aと同様のものを用いた。
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、n−ブチルアクリレート84.5部、アクリロニトリル15.5部および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部、乳化剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を入れ、十分に撹拝した後、70℃に加温して重合を行い、未反応の単量体を含有する重合体水分散液を得た。次いで、該重合体水分散液を25℃に冷却し、これにアンモニア水を添加してpHを7に調整後、スチームを導入して未反応の単量体を除去し、平均粒子径0.18μmのアクリル重合体粒子Bの水分散液を得た。
なお、固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。
アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ酸基を有する単量体単位の含有割合は0%、エポキシ酸基の含有割合は0%、アクリロニトリル単量体単位の含有割合は15.5%、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合は84.5%であった。
実施例2の工程(4)、(5)で得たアクリル重合体粒子A、Bの代わりに、比較例1で得られたアクリル重合体Cを用いて多孔膜スラリーを製造したこと以外は、実施例2と同様の操作を行って、多孔膜付負極及び二次電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
有機高分子を含む非導電性粒子、及びバインダーを含んでなり、該バインダーが、スルホン酸基を有するアクリル重合体粒子A、及びエポキシ基を有するアクリル重合体粒子Bからなる二次電池多孔膜スラリー(実施例1〜14)を用いて形成した二次電池多孔膜を有する二次電池セパレーター、二次電池電極及び二次電池は、多孔膜の均一性、信頼性、サイクル特性のバランスに優れる。
一方、スルホン酸基とエポキシ基を一つの重合体粒子に有するバインダーを用いた場合(比較例1,6)、スルホン酸基を有さないバインダーを用いた場合(比較例2,4)、及びエポキシ基を有さないバインダーを用いた場合(比較例3,5)においては、多孔膜の均一性、信頼性、サイクル特性のバランスに劣る。
Claims (12)
- 有機高分子を含む非導電性粒子、バインダー及び溶媒を含んでなり、
該バインダーが、スルホン酸基を有するアクリル重合体粒子A、及びエポキシ基を有するアクリル重合体粒子Bを含み、
前記アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基の含有割合が0.04〜5.8質量%、前記アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ基の含有割合が0.03〜3.0質量%であり、
バインダーにおけるアクリル重合体粒子Aの含有割合が30〜75質量%、バインダーにおけるアクリル重合体粒子Bの含有割合が25〜70質量%である二次電池多孔膜スラリー。 - 全固形分100質量%当たりの前記非導電性粒子の含有割合が70〜97質量%、前記バインダーの含有割合が0.5〜20質量%である請求項1に記載の二次電池多孔膜スラリー。
- 前記アクリル重合体粒子A及び前記アクリル重合体粒子Bが、
(メタ)アクリロニトリル単量体単位、及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を含んでなる請求項1または2に記載の二次電池多孔膜スラリー。 - 前記アクリル重合体粒子A及び前記アクリル重合体粒子Bにおける、
重合体粒子中の(メタ)アクリロニトリル単量体単位の含有割合が2.5〜40質量%であり、
重合体粒子中の(メタ)アクリル酸エステル単量体単位の含有割合が60〜97.5質量%である請求項3に記載の二次電池多孔膜スラリー。 - 前記アクリル重合体粒子Bに対する前記アクリル重合体粒子Aの重量比(アクリル重合体粒子A/アクリル重合体粒子B)が0.3〜3である請求項1〜4のいずれかに記載の二次電池多孔膜スラリー。
- 前記バインダーにおける、前記アクリル重合体粒子Bにおけるエポキシ基に対する前記アクリル重合体粒子Aにおけるスルホン酸基の重量比(スルホン酸基/エポキシ基)が0.2〜3である請求項1〜5のいずれかに記載の二次電池多孔膜スラリー。
- 熱天秤により窒素雰囲気下で昇温速度10℃/分で加熱したときの前記非導電性粒子の減量割合が10質量%に達する温度が250℃以上であり、
該非導電性粒子の平均粒子径が0.1〜2.0μmであり、
該非導電性粒子の平均円形度が0.900〜0.995である請求項1〜6のいずれかに記載の二次電池多孔膜スラリー。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の二次電池多孔膜スラリーを、膜状に形成、乾燥してなる二次電池多孔膜。
- 集電体、
該集電体に付着してなる、電極活物質及び電極用結着剤を含んでなる電極活物質層、及び、
該電極活物質層の表面に積層された、請求項8に記載の二次電池多孔膜、を含んでなる、二次電池電極。 - 有機セパレーター、
該有機セパレーターに積層された、請求項8に記載の二次電池多孔膜、を含んでなる、二次電池セパレーター。 - 正極、負極、有機セパレーター及び電解液を含む二次電池であって、前記正極、負極及び有機セパレーターのいずれかに、請求項8に記載の二次電池多孔膜が積層されてなる二次電池。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の二次電池多孔膜スラリーを基材に塗布し、次いで乾燥する工程を含む二次電池多孔膜の製造方法。
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