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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024143434
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】ブロック共重合体およびその利用
(51)【国際特許分類】
   C08G 69/48 20060101AFI20241003BHJP
   H01M 50/417 20210101ALI20241003BHJP
   H01M 50/423 20210101ALI20241003BHJP
   H01M 50/443 20210101ALI20241003BHJP
   H01M 50/434 20210101ALI20241003BHJP
   H01M 50/451 20210101ALI20241003BHJP
   H01M 50/446 20210101ALI20241003BHJP
   H01M 50/457 20210101ALI20241003BHJP
   H01M 10/0566 20100101ALI20241003BHJP
   H01M 10/058 20100101ALI20241003BHJP
【FI】
C08G69/48
H01M50/417
H01M50/423
H01M50/443 C
H01M50/443 E
H01M50/443 M
H01M50/434
H01M50/451
H01M50/446
H01M50/457
H01M10/0566
H01M10/058
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023056112
(22)【出願日】2023-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000002093
【氏名又は名称】住友化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127498
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 和哉
(74)【代理人】
【識別番号】100146329
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】古川 洵
(72)【発明者】
【氏名】堀江 健作
【テーマコード(参考)】
4J001
5H021
5H029
【Fターム(参考)】
4J001DA02
4J001DB05
4J001DC05
4J001EB37
4J001EC46
4J001EC81
4J001FB03
4J001FC06
4J001GE06
4J001JA07
4J001JA12
4J001JB01
5H021BB09
5H021CC03
5H021CC04
5H021EE02
5H021EE07
5H021EE15
5H021EE17
5H021EE20
5H021EE22
5H021EE23
5H029AJ07
5H029AJ14
5H029AK01
5H029AK03
5H029AL01
5H029AL02
5H029AL03
5H029AL04
5H029AL06
5H029AL07
5H029AL08
5H029AL11
5H029AL12
5H029AM03
5H029AM05
5H029AM07
5H029CJ11
5H029CJ22
5H029DJ04
5H029EJ14
(57)【要約】
【課題】新規なブロック共重合体を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るブロック共重合体は、特定の式で表されるユニットを主成分とするブロックAと、別の特定の式で表されるユニットを主成分とするブロックBとが、アミド結合またはエステル結合によって連結された構造を有している。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(1)で表されるユニットを主成分とするブロックAと、下記式(2)で表されるユニットを主成分とするブロックBとが、アミド結合またはエステル結合によって連結された構造を有している、ブロック共重合体:
-(NH-Ar1-NHCO-Ar2-CO)-・・・式(1)
-(Ar3-SO-Ar4-O)-・・・式(2)
式(1)および式(2)中、
Ar1、Ar2、Ar3およびAr4は、それぞれ独立して、1つ以上の芳香環を有している2価の基であり、
異なるユニット間においては、Ar1、Ar2、Ar3またはAr4の各々の構造は異なっていてもよい。
【請求項2】
少なくとも1つの上記ブロックAは、式(1)で表されるユニットを30個以上有している、請求項1に記載のブロック共重合体。
【請求項3】
請求項1または2に記載のブロック共重合体を含んでいる、非水電解液二次電池用多孔質層。
【請求項4】
フィラーをさらに含んでいる、請求項3に記載の非水電解液二次電池用多孔質層。
【請求項5】
ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に、請求項3に記載の非水電解液二次電池用多孔質層が積層されている、非水電解液二次電池用積層セパレータ。
【請求項6】
上記非水電解液二次電池用多孔質層とは別に、接着層をさらに備えている、請求項5に記載の非水電解液二次電池用セパレータ。
【請求項7】
正極と、請求項5に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータと、負極とがこの順で配置されている、非水電解液二次電池用部材。
【請求項8】
請求項5に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータを備えている、非水電解液二次電池。
【請求項9】
請求項7に記載の非水電解二次電池用部材を備えている、非水電解液二次電池。
【請求項10】
請求項1または2に記載のブロック共重合体の製造方法であって、下記工程(a)を有する製造方法:
(a)NH-Ar1-NHで表される単量体、XOC-Ar2-COXで表される単量体および末端変性芳香族ポリエーテルスルホンを重合する工程;
ここで、
上記末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、末端が-OHまたは-NHに変性されており、式(2)で表されるユニットを主成分とし、
上記XOC-Ar2-COXで表される単量体に2つ含まれているXは、それぞれ独立に、水酸基またはハロゲンである。
【請求項11】
請求項1または2に記載のブロック共重合体の製造方法であって、下記工程(b)を有する製造方法:
(b)末端変性芳香族ポリエーテルスルホン、芳香族ポリアミド、XOC-Ar2-COXで表される単量体を重合する工程;
ここで、
上記末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、末端が-OHまたは-NHに変性されており、式(2)で表されるユニットを主成分とし、
上記芳香族ポリアミドは、上記式(1)で表されるユニットを主成分とし、
上記XOC-Ar2-COXで表される単量体に2つ含まれているXは、それぞれ独立に、水酸基またはハロゲンである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ブロック共重合体およびその利用に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高いため、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などに用いる電池として広く使用されている。また、最近では、車載用の電池としても開発が進められている。
【0003】
非水電解二次電池には、セパレータなどの樹脂材料を含んでいる部材が用いられている。そのため、樹脂材料そのものも研究開発の対象となっている。中でも、芳香族ポリエーテルスルホンは、注目を集めている樹脂材料の一つである。芳香族ポリエーテルスルホンを二次電池用セパレータの材料として用いることを開示した文献の例としては、特許文献1が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005-317494号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、芳香族ポリエーテルスルホンは、電解液(特に、カーボネートを含有している電解液)に対する溶解性が高く、非水電解液二次電池用の部材としての実用性には改善の余地が残されていた。
【0006】
本発明の一実施形態は、上記を鑑みなされたものであり、新規なブロック共重合体を提供することを目的とする。このブロック共重合体は、例えば、非水電解液二次電池用多孔質層に利用できる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施形態には、以下の構成が含まれる。
<1>
下記式(1)で表されるユニットを主成分とするブロックAと、下記式(2)で表されるユニットを主成分とするブロックBとが、アミド結合またはエステル結合によって連結された構造を有している、ブロック共重合体:
-(NH-Ar1-NHCO-Ar2-CO)-・・・式(1)
-(Ar3-SO-Ar4-O)-・・・式(2)
式(1)および式(2)中、
Ar1、Ar2、Ar3およびAr4は、それぞれ独立して、1つ以上の芳香環を有している2価の基であり、
異なるユニット間においては、Ar1、Ar2、Ar3またはAr4の各々の構造は異なっていてもよい。
<2>
少なくとも1つの上記ブロックAは、式(1)で表されるユニットを30個以上有している、<1>に記載のブロック共重合体。
<3>
<1>または<2>に記載のブロック共重合体を含んでおり、
任意成分としてフィラーをさらに含んでいる、非水電解液二次電池用多孔質層。
<4>
フィラーをさらに含んでいる、<3>に記載の非水電解液二次電池用多孔質層。
<5>
ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に、<3>または<4>に記載の非水電解液二次電池用多孔質層が積層されており、非水電解液二次電池用積層セパレータ。
<6>
上記非水電解液二次電池用多孔質層とは別に、接着層をさらに備えている、請求項5に記載の非水電解液二次電池用セパレータ。
<7>
正極と、<5>または<6>に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータと、負極とがこの順で配置されている、非水電解液二次電池用部材。
<8>
<5>に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータを備えている、非水電解液二次電池。
<9>
<7>に記載の非水電解二次電池用部材を備えている、非水電解液二次電池。
<10>
<1>または<2>に記載のブロック共重合体の製造方法であって、下記工程(a)を有する製造方法:
(a)NH-Ar1-NHで表される単量体、XOC-Ar2-COXで表される単量体および末端変性芳香族ポリエーテルスルホンを重合する工程;
ここで、
上記末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、末端が-OHまたは-NHに変性されており、式(2)で表されるユニットを主成分とし、
上記XOC-Ar2-COXで表される単量体に2つ含まれているXは、それぞれ独立に、水酸基またはハロゲンである。
<11>
<1>または<2>に記載のブロック共重合体の製造方法であって、下記工程(b)を有する製造方法:
(b)末端変性芳香族ポリエーテルスルホン、芳香族ポリアミドおよびXOC-Ar2-COXで表される単量体を重合する工程;
ここで、
上記末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、末端が-OHまたは-NHに変性されており、式(2)で表されるユニットを主成分とし、
上記芳香族ポリアミドは、上記式(1)で表されるユニットを主成分とし、
上記XOC-Ar2-COXで表される単量体に2つ含まれているXは、それぞれ独立に、水酸基またはハロゲンである。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一実施形態によれば、新規なブロック共重合体を提供することを目的とする。このブロック共重合体は、例えば、非水電解液二次電池用多孔質層に利用できる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
〔1.ブロック共重合体〕
[ブロック共重合体の構造]
本発明の一実施形態に係るブロック共重合体は、ブロックAおよびブロックBを有している。ブロックAは、下記式(1)で表されるユニットを主成分としている。ブロックBは、下記式(2)で表されるユニットを主成分としている。
-(NH-Ar1-NHCO-Ar2-CO)-・・・式(1)
-(Ar3-SO-Ar4-O)-・・・式(2)
【0010】
ブロックAは、芳香族ポリアミドブロックである。ブロックAに含まれる全ユニットのうち、式(1)で表されるユニットが占める割合は、80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましい。一実施形態において、ブロックAは、末端を除く全体が式(1)で表されるユニットで表される。
【0011】
ブロックBは、芳香族ポリエーテルスルホンブロックである。ブロックBに含まれる全ユニットのうち、式(2)で表されるユニットが占める割合は、80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましい。一実施形態において、ブロックBは、末端を除く全体が式(2)で表されるユニットで表される。
【0012】
ブロックAおよびブロックBを有しているブロック共重合体は、芳香族ポリエーテルスルホンとも芳香族ポリアミドとも異なる性質を有している。例えば、ブロック共重合体は、芳香族ポリエーテルスルホンよりも電解液に対する安定性が向上しうる。また、ブロック共重合体は、芳香族ポリアミドよりも種々の電池特性が向上しうる。
【0013】
Ar1、Ar2、Ar3およびAr4は、それぞれ独立して、1つ以上の芳香環を有している2価の基である。ブロック共重合体には、式(1)および式(2)で表されるユニットが複数含まれている。このとき、異なるユニットの間においては、Ar1、Ar2、Ar3およびAr4の各々の具体的な構造は異なっていてもよい。
【0014】
Ar1、Ar2、Ar3およびAr4は、置換されていない芳香環を有していてもよいし、置換されている芳香環を有していてもよいし、置換されていない芳香環および置換されている芳香環の組合せを有していてもよい。芳香環とは、ヒュッケル則を満たしている環状化合物を表す。芳香環の例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、アズレン、ピロール、ピリジン、フラン、チオフェンが挙げられる。本発明の一実施形態において、芳香環は、炭素原子および水素原子のみから構成される。本発明の一実施形態において、芳香環は、ベンゼン環または2個以上のベンゼン環の縮合環(ナフタレン、アントラセンなど)である。
【0015】
芳香環が有しうる置換基の例としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ニトロ基、アミノ基、ハロゲン基、スルホン酸基が挙げられる。置換基が炭素原子を有している場合、1つの置換基に含まれている炭素原子の数は、1~20個、1~15個または1~10個でありうる。
【0016】
一実施形態において、Ar1およびAr2はベンゼン環であり、アミド基はベンゼン環に対してパラ位に位置している。このとき、ブロックAは、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を主成分とするブロックである。一実施形態において、ブロックAは、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)からなるブロックである。
【0017】
一実施形態において、Ar3およびAr4はベンゼン環であり、スルホニル基およびエーテル基はベンゼン環に対してパラ位に位置している。このとき、ブロックBは、ポリエーテルスルホンを主成分とするブロックである。一実施形態において、ブロックBは、ポリエーテルスルホンからなるブロックである。
【0018】
ブロックAおよびブロックBは、アミド結合またはエステル結合によって連結されている。例えば、NH末端変性芳香族ポリエーテルスルホンを使用してブロック共重合体を合成すると、ブロックAおよびブロックBは、アミド結合によって結合される。例えば、OH末端変性芳香族ポリエーテルスルホンを使用してブロック共重合体を合成すると、ブロックAおよびブロックBは、エステル結合によって結合される。
【0019】
ブロック共重合体のブロック構成は、特に限定されない。一実施形態において、ブロック共重合体は、ブロックA-ブロックBのジブロック共重合体である。一実施形態において、ブロック共重合体は、ブロックA-ブロックB-ブロックAまたはブロックB-ブロックA-ブロックBのトリブロック共重合体である。一実施形態において、ブロック共重合体は、4つ以上のブロックを有している(例えば、ブロックA-ブロックB-ブロックA-ブロックBのテトラブロック共重合体である)。
【0020】
ブロック共重合体全体に対して、ブロックAが占める割合の下限は、5mоl%以上、10mоl%以上、15mоl%以上、20mоl%以上または25mоl%以上であってもよい。ブロック共重合体全体に対して、ブロックAが占める割合の上限は、95mоl%以下、90mоl%以下、85mоl%以下、80mоl%以下または75mоl%以下であってもよい。ブロック共重合体全体に対して、ブロックBが占める割合の下限は、5mоl%以上、10mоl%以上、15mоl%以上、20mоl%以上または25mоl%以上であってもよい。ブロック共重合体全体に対して、ブロックBが占める割合の上限は、95mоl%以下、90mоl%以下、85mоl%以下、80mоl%以下または75mоl%以下であってもよい。ブロックAおよびブロックBが占める割合が上述の範囲であれば、非水電解液二次電池用多孔層の利用に適した重合体となりやすい。
【0021】
ブロック共重合体の全ユニットに対して、式(1)で表されるユニットが占める割合の下限は、5mоl%以上、10mоl%以上、15mоl%以上、20mоl%以上または25mоl%以上であってもよい。ブロック共重合体の全ユニットに対して、式(1)で表されるユニットが占める割合の上限は、95mоl%以下、90mоl%以下、85mоl%以下、80mоl%以下または75mоl%以下であってもよい。ブロック共重合体の全ユニットに対して、式(2)で表されるユニットが占める割合の下限は5mоl%以上、10mоl%以上、15mоl%以上、20mоl%以上または25mоl%以上であってもよい。ブロック共重合体の全ユニットに対して、式(2)で表されるユニットが占める割合の上限は、95mоl%以下、90mоl%以下、85mоl%以下、80mоl%以下または75mоl%以下であってもよい。式(1)で表されるユニットおよび式(2)で表されるユニットが占める割合が上述の範囲であれば、非水電解液二次電池用多孔層の利用に適した重合体となりやすい。
【0022】
ブロックAは、式(1)で表されるユニットを、好ましくは30個以上、より好ましくは33個以上、さらに好ましくは36個以上、より一層好ましくは38個以上、特に好ましくは40個以上有している。好適な実施形態において、ブロックAは、式(1)で表されるユニットを、好ましくは30個以上連続して、より好ましくは33個以上連続して、さらに好ましくは36個以上連続して、より一層好ましくは38個以上連続して、特に好ましくは40個以上連続して有している。1つのブロックAが有している式(1)で表されるユニット数の上限は、例えば、100個以下、80個以下または60個以下である。一実施形態において、ブロック共重合体が有しているブロックAのうち少なくとも1つは、上述の条件を満たすブロックAである。一実施形態において、ブロック共重合体が有しているブロックAのうち全ては、上述の条件を満たすブロックAである。ブロック共重合体が上述の条件を満たすと、非水電解液二次電池用多孔質層を作製する際の塗工性に優れる傾向にある。
【0023】
ブロックBは、式(2)で表されるユニットを、好ましくは10個以上、より好ましくは15個以上、さらに好ましくは20個以上有している。好適な実施形態において、ブロックBは、式(2)で表されるユニットを、好ましくは10個以上連続して、より好ましくは15個以上連続して、さらに好ましくは20個以上連続して有している。1つのブロックBが有している式(2)で表されるユニット数の上限は、例えば、100個以下、80個以下または60個以下である。一実施形態において、ブロック共重合体が有しているブロックBのうち少なくとも1つは、上述の条件を満たすブロックBである。一実施形態において、ブロック共重合体が有しているブロックBのうち全ては、上述の条件を満たすブロックBである。
【0024】
[ブロック共重合体の製造方法]
上述したブロック共重合体は、以下に説明する製造方法1または製造方法2によって製造できる。ただし、ブロック共重合体の製造方法は、製造方法1または製造方法2には限られない。高分子科学分野の当業者であれば、本明細書の記載および技術常識を参照して、種々の方法によりブロック共重合体を製造できる。
【0025】
(製造方法1)
製造方法1では、末端変性芳香族ポリエーテルスルホンと、芳香族ポリアミドの原料となる単量体を重合する。具体的に、製造方法1は、工程(a):NH-Ar1-NHで表される単量体、XOC-Ar2-COXで表される単量体および末端変性芳香族ポリエーテルスルホンを重合する工程を有する。
【0026】
工程(a)において、末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、末端が-OHまたは-NHに変性されており、式(2)で表されるユニットを主成分とする。末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、公知技術によって合成できる(例えば、国際公開第2021/261391号を参照)。あるいは、市販の末端変性芳香族ポリエーテルスルホンを使用してもよい。末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、ブロック共重合体においてブロックBとなりうる。一実施形態において、末端変性芳香族ポリエーテルスルホンの主鎖は、ポリエーテルスルホンを主成分としている。
【0027】
工程(a)において、XOC-Ar2-COXで表される単量体に2つ含まれているXは、それぞれ独立に、水酸基またはハロゲンである。ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素またはこれらの組合せを表す。
【0028】
工程(a)において、NH-Ar1-NHで表される単量体およびXOC-Ar2-COXで表される単量体は、いずれも、ブロック共重合体においてブロックAとなりうる。したがって、Ar1およびAr2は、上述した定義に従う。一実施形態において、NH-Ar1-NHで表される単量体は、パラフェニレンジアミンである。一実施形態において、XOC-Ar2-COXで表される単量体は、テレフタル酸ジクロライドである。
【0029】
工程(a)における重合条件は、使用する原料や得ようとするブロック共重合体の構造に応じて、当業者により適宜設定できる。
【0030】
製造方法1は、比較的短いブロックAを有しているブロック共重合体の製造に適している。比較的短いブロックAとは、例えば、式(1)で表されるユニットを26個以下含んでいるブロックAである。
【0031】
(製造方法2)
製造方法2では、末端変性芳香族ポリエーテルスルホンと、芳香族ポリアミドとを連結する。具体的に、製造方法2は、工程(b):末端変性芳香族ポリエーテルスルホン、芳香族ポリアミド、XOC-Ar2-COXで表される単量体を重合する工程を有する。
【0032】
工程(b)において、末端変性芳香族ポリエーテルスルホンは、末端が-OHまたは-NHに変性されており、式(2)で表されるユニットを主成分とする。末端変性芳香族ポリエーテルスルホンについては、製造方法1に関連して説明した通りである。
【0033】
工程(b)において、芳香族ポリアミドは、式(1)で表されるユニットを主成分とする。芳香族ポリアミドは、公知技術によって合成できる。あるいは、市販の芳香族ポリアミド製品を利用してもよい。芳香族ポリアミドは、ブロック共重合体においてブロックAとなりうる。一実施形態において、芳香族ポリアミドの主鎖は、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を主成分としている。
【0034】
工程(b)において、XOC-Ar2-COXで表される単量体は、製造方法1に関して説明した通りである。末端変性芳香族ポリエーテルスルホンの末端が-OHまたは-NHのいずれに変性しても、XOC-Ar2-COXで表される単量体を重合系に加える。
【0035】
工程(b)における重合条件は、使用する原料や得ようとするブロック共重合体の構造に応じて、当業者により適宜設定できる。
【0036】
製造方法2は、比較的長いブロックAを有しているブロック共重合体の製造に適している。比較的長いブロックAとは、例えば、式(1)で表されるユニットを27個以上含んでいるブロックAである。
【0037】
〔2.非水電解液二次電池用多孔質層〕
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用多孔質層は、上述のブロック共重合体を含んでいる。
【0038】
本明細書では、非水電解液二次電池用多孔質層のことを、単に「多孔質層」と略記する場合がある。また、本明細書では、非水電解液二次電池用積層セパレータのことを、単に「積層セパレータ」と略記する場合がある。
【0039】
[フィラー]
前記多孔質層は、フィラーを含んでいてもよい。フィラーの種類としては、有機フィラーおよび無機フィラーが挙げられる。
【0040】
有機フィラーの例としては、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチルなどの単独あるいは2種類以上の共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン-6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン-エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素系樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリオレフィン;ポリメタクリレートなどが挙げられる。有機フィラーは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの有機フィラーの中でも、化学的安定性の点で、ポリテトラフルオロエチレン粉末が好ましい。
【0041】
無機フィラーの例としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩などの無機物からなる材料が挙げられる。具体的に例示すると、アルミニウム酸化物(アルミナなど)、ベーマイト、シリカ、チタニア、マグネシア、チタン酸バリウム、水酸化アルミニウムおよび炭酸カルシウムなどの粉末;ならびに、マイカ、ゼオライト、カオリンおよびタルクなどの鉱物が挙げられる。無機フィラーは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの無機フィラーの中でも、化学的安定性の点で、アルミニウム酸化物が好ましい。
【0042】
フィラーの形状については、略球状、板状、柱状、針状、ウィスカー状、繊維状などが挙げられ、何れの粒子も用いることができる。均一な孔を形成しやすいことから、略球状粒子であることが好ましい。
【0043】
多孔質層に含まれているフィラーの平均粒径は、0.01~1μmであることが好ましい。本明細書においては、「フィラーの平均粒径」とはフィラーの体積基準の平均粒径(D50)を意味する。D50とは、体積基準による積算分布が50%になる値の粒子径のことを意味する。D50は、例えば、レーザー回折式粒度分布計(島津製作所製、商品名:SALD2200、SALD2300など)を利用して測定することができる。
【0044】
多孔質層におけるフィラーの含有率は、多孔質層の重量を100重量%として、好ましくは20~90重量%であり、より好ましくは40~80重量%である。フィラーの含有率を上述の範囲であれば、充分なイオン透過性を有する多孔質層が得られる。
【0045】
[その他の成分]
多孔質層は、ブロック共重合体およびフィラー以外の成分を含有していてもよい。例えば、多孔質層は、ブロック共重合体以外の樹脂を含有していてもよい。
【0046】
このような樹脂の例としては、ポリオレフィン;(メタ)アクリレート系樹脂;含フッ素樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリイミド系樹脂;ポリアミドイミド系樹脂;ポリエステル系樹脂;ゴム類;融点またはガラス転移温度が180℃以上の樹脂;水溶性ポリマー;ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。
【0047】
上述の樹脂のうち、(メタ)アクリレート系樹脂、含フッ素樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド、ポリエステル系樹脂および水溶性ポリマーが好ましい。
【0048】
ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、及びエチレン-プロピレン共重合体等が好ましい。
【0049】
含フッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリクロロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-フッ化ビニル共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、及びエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体等、並びに、前記含フッ素樹脂の中でもガラス転移温度が23℃以下である含フッ素ゴムを挙げることができる。
【0050】
ポリアミド系樹脂としては、芳香族ポリアミドおよび全芳香族ポリアミドなどのアラミド樹脂が好ましい。
【0051】
アラミド樹脂としては、具体的には、例えば、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(メタベンズアミド)、ポリ(4,4’-ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-4,4’-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(メタフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2-クロロパラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体、メタフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体等が挙げられる。このうち、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)がより好ましい。
【0052】
ポリエステル系樹脂としては、ポリアリレートなどの芳香族ポリエステルおよび液晶ポリエステルが好ましい。
【0053】
ゴム類としては、スチレン-ブタジエン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリ酢酸ビニル等を挙げることができる。
【0054】
融点又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂としては、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルアミド等を挙げることができる。
【0055】
水溶性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸等を挙げることができる。
【0056】
なお、多孔質層に用いられる樹脂としては、1種類のみを用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【0057】
〔3.非水電解液二次電池用積層セパレータ〕
本発明の一態様は、ポリオレフィン多孔質フィルムの片面または両面に、上述の多孔質層が積層されている、非水電解液二次電池用積層セパレータである。
【0058】
[ポリオレフィン多孔質フィルム]
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用積層セパレータは、ポリオレフィン多孔質フィルムを備えている。ポリオレフィン多孔質フィルムは、その内部に連結した細孔を多数有しており、一方の面から他方の面に気体および液体を通過させることが可能となっている。ポリオレフィン多孔質フィルムは、非水電解液二次電池用積層セパレータの基材となりうる。ポリオレフィン多孔質フィルムは、電池が発熱したときに溶融して非水電解液二次電池用積層セパレータを無孔化することにより、当該非水電解液二次電池用積層セパレータにシャットダウン機能を付与するものであり得る。
【0059】
ここで、「ポリオレフィン多孔質フィルム」とは、ポリオレフィン系樹脂を主成分とする多孔質フィルムである。また、「ポリオレフィン系樹脂を主成分とする」とは、多孔質フィルムに占めるポリオレフィン系樹脂の割合が、当該多孔質フィルムを構成する材料全体の50体積%以上、好ましくは90体積%以上であり、より好ましくは95体積%以上であることを意味する。
【0060】
ポリオレフィン多孔質フィルムの主成分であるポリオレフィン系樹脂は、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂である、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテンおよび/または1-ヘキセンなどの単量体が重合されてなる単独重合体および共重合体が挙げられる。すなわち、単独重合体としては、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリブテンなどが、共重合体としてはエチレン-プロピレン共重合体などが挙げられる。ポリオレフィン多孔質フィルムは、これらのポリオレフィン系樹脂を単独にて含む層、または、これらのポリオレフィン系樹脂の2種以上を含む層でありうる。このうち、過大電流が流れることをより低温で阻止(シャットダウン)することができるため、ポリエチレンがより好ましく、特に、エチレンを主体とする高分子量のポリエチレンが好ましい。なお、ポリオレフィン多孔質フィルムは、その機能を損なわない範囲で、ポリオレフィン以外の成分を含むことを妨げない。
【0061】
ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレ(エチレン-α-オレフィン共重合体)および超高分子量ポリエチレンなどが挙げられる。このうち、超高分子量ポリエチレンがさらに好ましく、重量平均分子量が5×10~15×10の高分子量成分が含まれていることがさらに好ましい。特に、ポリオレフィン系樹脂に重量平均分子量が100万以上の高分子量成分が含まれていると、ポリオレフィン多孔質フィルムおよび非水電解液二次電池用積層セパレータの強度が向上するのでより好ましい。
【0062】
ポリオレフィン多孔質フィルムの膜厚は、5~20μmが好ましく、7~15μmがより好ましく、9~15μmがさらに好ましい。膜厚が5μm以上ならば、ポリオレフィン多孔質フィルムに要求される機能(シャットダウン機能など)が、充分に得られる。膜厚が20μm以下ならば、薄型化された非水電解液二次電池用積層セパレータが得られる。
【0063】
ポリオレフィン多孔質フィルムが有する細孔の孔径は、0.1μm以下であることが好ましく、0.06μm以下であることがより好ましい。これにより、十分なイオン透過性を得ることができ、かつ、電極を構成する粒子の入り込みを、より防止することができる。
【0064】
ポリオレフィン多孔質フィルムの単位面積当たりの重量目付は、電池の重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を高くすることができるように、通常、4~20g/mであることが好ましく、5~12g/mであることがより好ましい。
【0065】
ポリオレフィン多孔質フィルムの透気度は、ガーレー値で30~500s/100mLであることが好ましく、50~300s/100mLであることがより好ましい。これにより、非水電解液二次電池用積層セパレータが十分なイオン透過性を得ることができる。
【0066】
ポリオレフィン多孔質フィルムの空隙率は、20~80体積%であることが好ましく、30~75体積%であることがより好ましい。これにより、電解液の保持量を高めると共に、過大電流が流れることをより低温で確実に阻止(シャットダウン)することができる。
【0067】
ポリオレフィン多孔質フィルムの製造方法は、公知の手法を用いることができ、特に限定されない。例えば、日本国特許第5476844号公報に記載されたように、熱可塑性樹脂にフィラーを加えてフィルム成形した後、当該フィラーを除去する方法が挙げられる。
【0068】
具体的には、例えば、ポリオレフィン多孔質フィルムが、超高分子量ポリエチレンおよび重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィンを含むポリオレフィン系樹脂から形成されてなる場合には、製造コストの観点から、以下に示す工程(1)~(4)を含む方法により製造することが好ましい。
【0069】
(1)超高分子量ポリエチレン100重量部と、重量平均分子量1万以下の低分子量ポリオレフィン5重量部~200重量部と、炭酸カルシウムなどの無機充填剤100重量部~400重量部とを混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得る工程、
(2)ポリオレフィン系樹脂組成物を用いてシートを成形する工程、
(3)工程(2)で得られたシート中から無機充填剤を除去する工程、
(4)工程(3)で得られたシートを延伸する工程。
その他、上述した各特許文献に記載の方法を利用してもよい。
【0070】
また、ポリオレフィン多孔質フィルムとして、上述の特徴を有する市販品を使用してもよい。
【0071】
[非水電解液二次電池用積層セパレータの物性]
積層セパレータの透気度は、ガーレー値で、500s/100mL以下が好ましく、300s/100mL以下がより好ましい。積層セパレータに備わっている多孔質層の透気度は、ガーレー値で、400s/100mL以下が好ましく、200s/100mL以下がより好ましい。透気度が上記の範囲であるならば、充分なイオン透過性を有すると言える。
【0072】
多孔質層の透気度は、ポリオレフィン多孔質フィルムの透気度をX、積層セパレータの透気度をYとして、Y-Xにより算出される。多孔質層の透気度は、例えば、樹脂の固有粘度および多孔質層の目付によって調節できる。一般的に、樹脂の固有粘度が小さくなると、ガーレー値が小さくなる傾向にある。また、多孔質層の目付が小さくなると、ガーレー値が小さくなる傾向にある。
【0073】
積層セパレータに備わっている多孔質層の膜厚は、10μm以下が好ましく、7μm以下がより好ましく、5μm以下がさらに好ましい。
【0074】
尚、本発明の一実施形態におけるセパレータは、前記多孔質フィルムおよび前記多孔質層以外の別の多孔質層を、必要に応じて、本発明の目的を損なわない範囲で含んでいてもよい。前記別の多孔質層としては、耐熱層や接着層、保護層等の公知の多孔質層が挙げられる。
【0075】
前記別の多孔質層は、積層セパレータの片面または両面に備えられ得る。前記積層セパレータが、多孔質フィルムの両面に絶縁性多孔質層を備える場合、前記別の多孔質層は、両面の絶縁多孔質層上に備えられていてもよく、片面の絶縁多孔質層上に備えられていてもよい。前記積層セパレータが、多孔質フィルムの片面のみに絶縁性多孔質層を備える場合、前記別の多孔質層は、絶縁多孔質層上に備えられていてもよく、多孔質フィルムの絶縁多孔質層が備えられていない面上に備えられていてもよい。前記別の多孔質層は、積層セパレータの最外層に備えられ得るとも言える。
【0076】
例えば前記積層セパレータは、前記絶縁性多孔質層とは別に、接着層をさらに備える。本明細書において、接着層とは、接着性を有する多孔質層を意味する。接着層は、積層セパレータの、電極と接する面に設けられ得る。
【0077】
[非水電解液二次電池用積層セパレータの製造方法]
ブロック共重合体、フィラーおよび任意で他の成分を、溶媒に溶解または分散させた塗工液を用いて、多孔質層を形成することができる。塗工液の形成方法としては、例えば、機械攪拌法、超音波分散法、高圧分散法、メディア分散法などが挙げられる。溶媒としては、例えば、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルアセトアミドおよびN,N-ジメチルホルムアミドなどを使用することができる。
【0078】
多孔質層の形成方法としては、例えば、上述の塗工液を調製し、当該塗工液をポリオレフィン多孔質フィルムに塗布し、乾燥させることにより、多孔質層を形成する方法が挙げられる。
【0079】
塗工液をポリオレフィン多孔質フィルムに塗工する方法としては、ナイフ、ブレード、バー、グラビア、またはダイなどの公知の塗工方法を用いることができる。
【0080】
溶媒(分散媒)の除去方法は、乾燥による方法が一般的である。乾燥方法としては、自然乾燥、送風乾燥、加熱乾燥および減圧乾燥などが挙げられるが、溶媒(分散媒)を充分に除去することができるのであれば如何なる方法でもよい。また、塗料に含まれる溶媒(分散媒)を他の溶媒に置換してから乾燥を行ってもよい。溶媒(分散媒)を他の溶媒に置換してから除去する方法としては、具体的には水、アルコール、またはアセトンなどの低沸点の貧溶媒で置換、析出させ、乾燥を行う方法がある。
【0081】
〔4.非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池〕
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用部材は、正極と、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータと、負極とがこの順で配置されてなる。また、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータを備える。上記非水電解液二次電池は、通常、負極と正極とが、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータを介して対向した構造体を有する。上記非水電解液二次電池では、当該構造体に電解液が含浸された電池要素が、外装材内に封入されている。例えば、上記非水電解液二次電池は、リチウムイオンのドープ・脱ドープにより起電力を得るリチウムイオン二次電池である。
【0082】
[正極]
正極としては、例えば、正極活物質および結着剤を含む活物質層が集電体上に成形された構造を備える正極シートを使用することができる。なお、上記活物質層は、さらに導電剤を含んでもよい。
【0083】
上記正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料が挙げられる。
【0084】
当該材料としては、例えば、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuなどの遷移金属を少なくとも1種類含んでいるリチウム複合酸化物が挙げられる。リチウム複合酸化物としては、例えば、層状構造を有するリチウム複合酸化物、スピネル構造を有するリチウム複合酸化物、並びに、層状構造及びスピネル構造の両方を有するリチウム複合酸化物からなる固溶体リチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。また、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物も挙げられる。さらに、これらのリチウム複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ca、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn及びW等の他の元素で置換したものも挙げられる。
【0085】
上記リチウム複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部を他の元素で置換したリチウム複合酸化物は、例えば、下記式(3)で表される層状構造を有するリチウムコバルト複合酸化物、下記式(4)で表されるリチウムニッケル複合酸化物、下記式(5)で表されるスピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物、下記式(6)で表される固溶体リチウム含有遷移金属酸化物等が挙げられる。
【0086】
Li[Lix(Co1-a 1-x]O・・・(3)
(式(3)中、M1はNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、-0.1≦x≦0.30、0≦a≦0.5、を満たす。)
【0087】
Li[Liy(Ni1-b )1-y]O・・・(4)
(式(4)中、M2はNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、-0.1≦y≦0.30、0≦b≦0.5、を満たす。)
【0088】
LizMn2-c ・・・(5)
(式(5)中、MはNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn及びWからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、0.9≦z、0≦c≦1.5を満たす。)
【0089】
Li1+w ・・・(6)
(式(6)中、M及びMはAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg及びCaからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属であり、0<w≦1/3、0≦d≦2/3、0≦e≦2/3、w+d+e=1を満たす。)
【0090】
上記式(3)~(6)で示されたリチウム複合酸化物の具体例としては、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiNi0.8Co0.2、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.85Co0.10Al0.05、LiNi0.8Co0.15Al0.05、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi0.6Co0.2Mn0.2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33、LiMn、LiMn1.5Ni0.5、LiMn1.5Fe0.5、LiCoMnO、Li1.21Ni0.20Mn0.59、Li1.22Ni0.20Mn0.58、Li1.22Ni0.15Co0.10Mn0.53、Li1.07i0.35Co0.08Mn0.50、Li1.07Ni0.36Co0.08Mn0.49等が挙げられる。
【0091】
また、上記式(3)~(6)で示されるリチウム複合酸化物以外のリチウム複合酸化物も好ましく正極活物質として使用することができる。そのようなリチウム複合酸化物としては例えば、LiNiVO、LiV、Li1.2Fe0.4Mn0.4等が挙げられる。
【0092】
リチウム複合酸化物以外で好ましく正極活物質として使用することができる材料としては、例えば、オリビン型構造を有するリン酸塩が挙げられ、下記式(7)で表されるオリビン型構造を有するリン酸塩が挙げられる。
【0093】
Liv(M PO・・・(7)
(式(7)中、M6は、Mn、Co、またはNiであり、Mは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、またはMoであり、Mは、VIA族およびVIIA族の元素を任意に除外した遷移金属または典型元素であり、Mは、VIA族およびVIIA族の元素を任意に除外した遷移金属または典型元素であり、1.2≧a≧0.9、1≧b≧0.6、0.4≧c≧0、0.2≧d≧0、0.2≧e≧0、1.2≧f≧0.9を満たす。)
【0094】
正極活物質は、正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物の粒子の表面に、被覆層を有することが好ましい。上記被覆層を構成する材料としては例えば、金属複合酸化物、金属塩、ホウ素含有化合物、窒素含有化合物、ケイ素含有化合物、硫黄含有化合物などが挙げられ、これらの中でも金属複合酸化物が好適に用いられる。
【0095】
上記金属複合酸化物としては、リチウムイオン伝導性を有する酸化物が好適に用いられる。このような金属複合酸化物としては、例えば、Liと、Nb、Ge、Si、P、Al、W、Ta、Ti、S、Zr、Zn、V及びBからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素との金属複合酸化物を挙げることができる。正極活物質が被覆層を有すると、当該被覆層が高電圧下での正極活物質と電解質との界面における副反応を抑制し、得られる二次電池の高寿命化が実現できる。また、正極活物質と電解質との界面における高抵抗層の形成を抑制し、得られる二次電池の高出力化が実現できる。
【0096】
上記導電剤としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体などの炭素質材料などが挙げられる。
【0097】
上記結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-トリクロロエチレンの共重合体、フッ化ビニリデン-フッ化ビニルの共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレンの共重合体、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、アクリル樹脂、ならびに、スチレンブタジエンゴムが挙げられる。なお、結着剤は、増粘剤としての機能も有している。
【0098】
正極集電体としては、例えば、Al、Ni、ステンレスなどの導電体が挙げられる。中でも、薄膜に加工し易く、安価であることから、Alがより好ましい。
【0099】
シート状の正極の製造方法としては、例えば、正極合剤となる正極活物質、導電剤および結着剤を正極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて正極活物質、導電剤および結着剤をペースト状にして正極合剤を得た後、当該正極合剤を正極集電体に塗工し、これを乾燥して得られたシート状の正極合剤を加圧することにより、正極集電体に固着する方法などが挙げられる。
【0100】
[負極]
負極としては、例えば、負極活物質および結着剤を含む活物質層が集電体上に成形された構造を備える負極シートを使用することができる。なお、上記活物質層は、さらに導電剤を含んでもよい。
【0101】
上記負極活物質としては、例えば、炭素材料、カルコゲン化合物(酸化物、硫化物など)、窒化物、金属または合金であって、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープおよび脱ドープが可能な材料などが挙げられる。
【0102】
負極活物質として使用可能な炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維および有機高分子化合物焼成体などを挙げることができる。
【0103】
上記負極活物質として使用可能な酸化物としては、例えば、SiO、SiOなど式SiO(ここで、xは正の実数)で表されるケイ素の酸化物;TiO、TiOなど式TiO(ここで、xは正の実数)で表されるチタンの酸化物;V、VOなど式V(ここで、xおよびyは正の実数)で表されるバナジウムの酸化物;Fe、Fe、FeOなど式Fe(ここで、xおよびyは正の実数)で表される鉄の酸化物;SnO、SnOなど式SnO(ここで、xは正の実数)で表されるスズの酸化物;WO、WOなど一般式WO(ここで、xは正の実数)で表されるタングステンの酸化物;LiTi12、LiVOなどのリチウムとチタンまたはバナジウムとを含有する複合金属酸化物;などを挙げることができる。
【0104】
負極活物質として使用可能な硫化物としては、例えば、Ti、TiS、TiSなど式TiSy(ここで、xおよびyは正の実数)で表されるチタンの硫化物;V、VS、VSなど式VS(ここで、xは正の実数)で表されるバナジウムの硫化物;Fe、FeS、FeSなど式FexSy(ここで、xおよびyは正の実数)で表される鉄の硫化物;Mo、MoSなど式Mo(ここで、xおよびyは正の実数)で表されるモリブデンの硫化物;SnS、SnSなど式SnS(ここで、xは正の実数)で表されるスズの硫化物;WSなど式WS(ここで、xは正の実数)で表されるタングステンの硫化物;Sbなど式Sb(ここで、xおよびyは正の実数)で表されるアンチモンの硫化物;Se、SeS、SeSなど式Se(ここで、xおよびyは正の実数)で表されるセレンの硫化物;を挙げることができる。
【0105】
負極活物質として使用可能な窒化物としては、例えば、LiN、Li3-xN(ここで、AはNiおよびCoのいずれか一方または両方であり、0<x<3である。)などのリチウム含有窒化物を挙げることができる。
【0106】
これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、1種のみ用いてもよく2種以上を併用して用いてもよい。また、これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、結晶質または非晶質のいずれでもよい。これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、主に負極集電体に担持させて、電極として用いられる。
【0107】
また、負極活物質として使用可能な金属としては、リチウム金属、シリコン金属およびスズ金属などを挙げることができる。
【0108】
また、SiまたはSnを第1の構成元素とし、それに加えて第2、第3の構成元素を含む複合材料が挙げられる。第2の構成元素は、例えば、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム及びジルコニウムのうち少なくとも1種である。第3の構成元素は、例えば、ホウ素、炭素、アルミニウム及びリンのうち少なくとも1種である。
【0109】
特に、高い電池容量および優れた電池特性が得られることから、上記金属材料として、ケイ素またはスズの単体(微量の不純物を含んでよい)、SiO(0<v≦2)、SnO(0≦w≦2)、Si-Co-C複合材料、Si-Ni-C複合材料、Sn-Co-C複合材料、Sn-Ni-C複合材料が好ましい。
【0110】
負極集電体としては、例えば、Cu、Ni、ステンレスなどが挙げられる。中でも、特にリチウムイオン二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、かつ薄膜に加工し易いことから、Cuがより好ましい。
【0111】
シート状の負極の製造方法としては、例えば、負極合剤となる負極活物質を負極集電体上で加圧成型する方法;適当な有機溶剤を用いて負極活物質をペースト状にして負極合剤を得た後、当該負極合剤を負極集電体に塗工し、これを乾燥して得られたシート状の負極合剤を加圧することにより、負極集電体に固着する方法などが挙げられる。上記ペーストには、好ましくは上記導電剤および上記結着剤が含まれる。
【0112】
[非水電解液]
非水電解液としては、例えば、リチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiBF、LiSOF、LiCFSO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(COCF)、Li(CSO)、LiC(SOCF、Li10Cl10、LiBOB(ここで、BOBは、bis(oxalato)borateのことである。)、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlClなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上の混合物として使用してもよい。なかでもリチウム塩としては、フッ素を含むLiPF、LiAsF、LiSbF、LiBF、LiSOF、LiCFSO、LiN(SOCFおよびLiC(SOCFからなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものを用いることが好ましい。
【0113】
有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4-トリフルオロメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、1,2-ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2-ジメトキシエタン、1,3-ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ-ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3-メチル-2-オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3-プロパンサルトンなどの含硫黄化合物;またはこれらの有機溶媒にさらにフルオロ基を導入したもの(有機溶媒が有する水素原子のうち1以上をフッ素原子で置換したもの)を用いることができる。
【0114】
上記有機溶媒は、2種以上を混合して、混合溶媒として用いることが好ましい。中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒および環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒が好ましい。このような混合溶媒を用いた非水電解液は、動作温度範囲が広く、高い電圧で使用しても劣化し難く、長時間使用しても劣化し難く、かつ負極の活物質として天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛材料を用いた場合でも難分解性であるという利点を有する。
【0115】
また、非水電解液としては、得られる非水電解質二次電池の安全性が高まるため、LiPFなどのフッ素を含むリチウム塩およびフッ素置換基を有する有機溶媒を含む非水電解液を用いることが好ましい。ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテルなどのフッ素置換基を-有するエーテル類とジメチルカーボネートとを含む混合溶媒は、高い電圧で放電させても容量維持率が高いため、さらに好ましい。
【0116】
[非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池の製造方法]
非水電解液二次電池用部材の製造方法としては、例えば、正極と、上述の非水電解液二次電池用積層セパレータと、負極とをこの順で配置する方法が挙げられる。
【0117】
また、非水電解液二次電池の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。まず、非水電解液二次電池の筐体となる容器に当該非水電解液二次電池用部材を入れる。次いで、当該容器内を非水電解液で満たした後、減圧しつつ容器を密閉する。これにより、非水電解液二次電池を製造することができる。
【0118】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例0119】
〔合成例〕
[合成例1:アミン変性ポリエーテルスルホンの合成]
国際公開第2021/261391号に記載の方法により、末端に-NH基を有しているアミン変性ポリエーテルスルホンを合成した。アミン変性ポリエーテルスルホンの重量平均分子量は、11,600であった(SECで測定したポリスチレン換算値)。
【0120】
[合成例2:製造方法2に基づくブロック共重合体(1)の合成]
下記の手順により、製造方法2に基づいてブロック共重合体を合成した。
1. 攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有している500mLのセパラブルフラスコを、充分に乾燥させた。
2. フラスコ内に、426gのN-メチルピロリドンを仕込んだ。さらに、32.8gの塩化カルシウム(200℃にて2時間乾燥させたもの)を加えて、100℃に昇温させ、塩化カルシウムを完全に溶解させた。これにより、塩化カルシウム溶液を得た。塩化カルシウム溶液における塩化カルシウムの濃度は、7.14重量%である。塩化カルシウム溶液における水分率は、200ppmになるように調整した。
3. 塩化カルシウム溶液に、8.02gのパラフェニレンジアミンを加えて、30分間攪拌することで完全に溶解させた。この工程において、液温は25℃に維持した。
4. 液温を20℃まで冷却した。その後、12.5gのテレフタル酸ジクロライドを加えて1時間反応させた。このようにして、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)から構成されるブロックAを合成した。
5. 液温を40℃まで昇温した。17.2gのアミン変性ポリエーテルスルホン(合成例1で合成したもの)を加え、1時間かけて完全に溶解させた。
6. 液温を20℃まで冷却した。その後、2.66gのテレフタル酸ジクロライドを加えて、1.5時間反応させた。このようにして、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)から構成されるブロックAとポリエーテルスルホンから構成されるブロックBとがアミド結合で連結されているブロック共重合体(1)を合成した。合成系である溶液におけるブロック共重合体の含有率は、7重量%であった。
【0121】
ブロック共重合体(1)は、全ユニットのうち50mol%をブロックAが占め、残りの50mol%をブロックBが占めていた。単量体の仕込み量から計算した、1つのブロックAあたりのパラフェニレンテレフタルアミドユニットの数(式(1)で表されるユニットの数)は、40個であった。
【0122】
[合成例3:製造方法2に基づくブロック共重合体(2)の合成]
合成例2において下記の点を変更し、ブロック共重合体(2)を合成した。
・工程2において、N-メチルピロリドンの使用量を424gとした。
・工程2において、塩化カルシウムの投入量を32.6gとした。
・工程3において、パラフェニレンジアミンの投入量を12.0gとした。
・工程4において、テレフタル酸ジクロライドの投入量を20.5gとした。
・工程5において、アミン変性ポリエーテルスルホンの投入量を8.58gとした。
・工程6において、テレフタル酸ジクロライドの投入量を1.63gとした。
【0123】
ブロック共重合体(2)は、全ユニットのうち75mol%をブロックAが占め、残りの25mol%をブロックBが占めていた。単量体の仕込み量から計算した、1つのブロックAあたりのパラフェニレンテレフタルアミドユニットの数(式(1)で表されるユニットの数)は、54個であった。
【0124】
[合成例4~6:製造方法2に基づくブロック共重合体(3)~(5)の合成]
合成例1、2と同様に、使用する材料の量を適宜変化させて、製造方法2に基づいてブロック共重合体(3)~(5)を合成した。ブロック共重合体(3)~(5)において、1つのブロックAあたりのパラフェニレンテレフタルアミドユニットの数(式(1)で表されるユニットの数)は、下記の通りであった。
・ブロック共重合体(3):29個
・ブロック共重合体(4):36個
・ブロック共重合体(5):47個
【0125】
[合成例7:製造方法1に基づくブロック共重合体(6)の合成]
下記の手順により、製造方法1に基づいてブロック共重合体を合成した。
1. 攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有している500mLのセパラブルフラスコを、充分に乾燥させた。
2. フラスコ内に、424gのN-メチルピロリドンを仕込んだ。さらに、32.6gの塩化カルシウム(200℃にて2時間乾燥させたもの)を加えて、100℃に昇温させ、塩化カルシウムを完全に溶解させた。これにより、塩化カルシウム溶液を得た。塩化カルシウム溶液における塩化カルシウムの濃度は、7.14重量%である。塩化カルシウム溶液における水分率は、170ppmになるように調整した。
3. 塩化カルシウム溶液を40℃まで昇温し、24.8gのアミン変性ポリエーテルスルホン(合成例1で合成したもの)を加え、30分間攪拌することで完全に溶解させた。
4. 液温を20℃まで冷却した。
5. 11.5gのパラフェニレンジアミンを加えて30分撹拌させることで完全に溶解させた。
6. 21.4gのテレフタル酸ジクロライドを加え、1時間反応させた。このようにして、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)から構成されるブロックAとポリエーテルスルホンから構成されるブロックBとがアミド結合で連結されているブロック共重合体(6)を合成した。合成系である溶液における、ブロック共重合体の含有率は、10重量%であった。
【0126】
ブロック共重合体(6)は、全ユニットのうち50mol%をブロックAが占め、残りの50mol%をブロックBが占めていた。単量体の仕込み量から計算した、1つのブロックAあたりのパラフェニレンテレフタルアミドユニットの数(式(1)で表されるユニットの数)は、23個であった。
【0127】
[合成例8:製造方法1に基づくブロック共重合体(7)の合成]
合成例7と同様に、使用する材料の量を適宜変化させて、製造方法1に基づいてブロック共重合体(7)を合成した。ブロック共重合体(7)において、1つのブロックAあたりのパラフェニレンテレフタルアミドユニットの数(式(1)で表されるユニットの数)は、26個であった。
【0128】
[比較合成例1:ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の合成]
下記の手順により、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を合成した。
1. 攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有している500mLのセパラブルフラスコを、充分に乾燥させた。
2. フラスコ内に、428gのN-メチルピロリドンを仕込んだ。さらに、32.9gの塩化カルシウム(200℃にて2時間乾燥させたもの)を加えて、100℃に昇温させ、塩化カルシウムを完全に溶解させた。これにより、塩化カルシウム溶液を得た。塩化カルシウム溶液における塩化カルシウムの濃度は、7.14重量%である。塩化カルシウム溶液における水分率は、450ppmになるように調整した。
3. 塩化カルシウム溶液に、13.9gのパラフェニレンジアミンを加えて、完全に溶解させた。この工程において、液温は30±2℃に維持した。
4. 液温を20℃まで冷却した。
5. 25.2gのテレフタル酸ジクロライドを3分割して加え、1時間反応させた。この工程において、液温は20±2℃に維持した。このようにして、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を合成した。合成系である溶液におけるポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の含有率は、6重量%であった。
【0129】
[比較合成例2:ポリエーテルスルホン溶液の調製]
下記の手順により、ポリエーテルスルホン溶液を調製した。比較合成例2で使用したポリエーテルスルホンは未変性であり、Cl原子が末端に位置している。
1. 攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有している500mLのセパラブルフラスコを、充分に乾燥させた。
2. フラスコ内に、470gのN-メチルピロリドンを仕込んだ。
3. 30gのポリエーテルスルホン(スミカエクセル3600P、住友化学株式会社)をフラスコに加え、液温を100℃に昇温した。
4. 温度を100℃±5℃に保った状態で1時間攪拌を続け、ポリエーテルスルホンを完全に溶解させた。その後、液温を20℃まで冷却した。
【0130】
[比較合成例3:ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)およびポリエーテルスルホンの混合溶液の調製]
下記の手順により、混合溶液を調製した。
1. 比較合成例1と同様にして、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)を合成した。合成系である溶液の重量は500gであった。
2. 比較合成例2と同様にして、ポリエーテルスルホン溶液を調製した。溶液の重量は500gであった。
3. 攪拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有している500mLのセパラブルフラスコを、充分に乾燥させた。工程1で得られた溶液を200gと、工程2で得られた溶液を200gとを、このフラスコに仕込んだ。
4. 温度を20±2℃に保った状態で1時間攪拌し、混合溶液を得た。
【0131】
〔重合体の物性評価〕
[分子量測定]
下記の手順により測定した。
1. 合成例1、2および比較合成例1、2で得られた溶液をN-メチルピロリドンで稀釈した。このとき、重合体の濃度が0.1重量%となるように稀釈した。
2. 溶液をPTFE製メンブレンフィルタ(孔径:0.45μm)で濾過した。
3. 濾液をサイズ排除クロマトグラフィ(SEC)により分析した。分析条件は下記の通りであった。
【0132】
装置:LC-20A(株式会社島津製作所)に相当する装置
カラム:TSK-GEL SUPER AWM-H(東ソー株式会社)を2本連結
溶離液:30mMのLiBrを溶解させたN-メチルピロリドン
流速:0.4mL/min
カラム温度:40℃
検出:UV310nm
4. 得られたクロマトグラムに基づいて、ポリスチレン換算分子量を得た。
【0133】
[電解液に対する溶解性]
下記の手順により測定した。
【0134】
(サンプル溶液の調製)
●合成例2、3のブロックコポリマーからのサンプル溶液
1. 合成例2、3で得られた溶液を50g秤取し、500mLのイオン交換水に加えた。このようにして、重合体を析出させた。析出させた重合体を、濾過により分離させた。
2. 工程1で析出させた重合体に、100mLのイオン交換水を加えて洗浄した後、濾過した。得られた粉体を、150℃のオーブンで2時間乾燥させた。
3. 工程2で得られた粉体を、0.20g秤取した。この粉体を、LC用バイアル内にて、99.8gの電解液(EC/EMC/DMC=3/5/2)に浸漬した。浸漬した状態で、適宜攪拌しながら、5日間かけて抽出した。
4. 工程3で得られた抽出液を、PTFE製メンブレンフィルタ(孔径:0.45μm)で濾過して、サンプル溶液を得た。サンプル溶液には、ブロックコポリマーの合成反応において未反応だったポリエーテルスルホンが主として溶出している。
●比較合成例2のポリエーテルスルホンからのサンプル溶液
1. 比較合成例2で使用したポリエーテルスルホン(スミカエクセル3600P、住友化学株式会社)を0.20g秤取した。このポリエーテルスルホンを、LC用バイアル内にて、99.8gの電解液(EC/EMC/DMC=3/5/2)に浸漬した。浸漬した状態で、適宜攪拌しながら、5日間かけて抽出した。
2. 工程1で得られた抽出液を、PTFE製メンブレンフィルタ(孔径:0.45μm)で濾過して、サンプル溶液を得た。サンプル溶液には、ポリエーテルスルホンの一部が溶解している。
●比較合成例3の混合溶液からのサンプル溶液
1. 比較合成例3で得られた溶液を50g秤取し、500mLのイオン交換水に加えた。このようにして、重合体を析出させた。析出させた重合体を、濾過により分離させた。
2. 工程1で析出させた重合体に、100mLのイオン交換水を加えて洗浄した後、濾過した。得られた粉体を、150℃のオーブンで2時間乾燥させた。
3. 工程2で得られた粉体を、0.20g秤取した。この粉体を、LC用バイアル内にて、99.8gの電解液(EC/EMC/DMC=3/5/2)に浸漬した。浸漬した状態で、適宜攪拌しながら、5日間かけて抽出した。
5. 工程3で得られた抽出液を、PTFE製メンブレンフィルタ(孔径:0.45μm)で濾過して、サンプル溶液を得た。サンプル溶液には、混合溶液に含まれていたポリエーテルスルホンの一部が溶解している。
【0135】
(レファレンス溶液の調製)
●合成例2、3用のレファレンス溶液
1. 0.20gのアミン変性ポリエーテルスルホンを、99.8gのN-メチルピロリドンに1日間浸漬させて、完全に溶解させた。
2. 工程1で得られた溶液を、PTFE製メンブレンフィルタ(孔径:0.45μm)で濾過して、レファレンス溶液を得た。
●比較合成例2、3用のレファレンス溶液
1. 0.20gのポリエーテルスルホン(スミカエクセル3600P、住友化学株式会社)を、99.8gのN-メチルピロリドンに1日間浸漬させて、完全に溶解させた。
2. 工程1で得られた溶液を、PTFE製メンブレンフィルタ(孔径:0.45μm)で濾過して、レファレンス溶液を得た。
【0136】
(サイズ排除クロマトグラフィ)
1. サンプル溶液およびレファレンス溶液を、サイズ排除クロマトグラフィ(SEC)により分析した。分析条件は下記の通りであった。
装置:LC-20A(株式会社島津製作所)に相当する装置
カラム:TSK-GEL SUPER AWM-H(東ソー株式会社)を2本連結
溶離液:30mMのLiBrを溶解させたN-メチルピロリドン
流速:0.4mL/min
カラム温度:40℃
検出:UV310nm
2. サンプル溶液およびレファレンス溶液から得られたクロマトグラムのそれぞれについて、ポリエーテルスルホンに該当するピークの面積値を求めた。サンプル溶液から求められた面積値を面積値Aとし、レファレンス溶液から求められた面積値を面積値Bとした。
3. 下記式に基づいて、ポリエーテルスルホンの電解液への溶出率を算出した。式中、pは補正係数であり、合成例または比較合成例で得られた重合体においてポリエーテルスルホンが占める割合(重量%)を表す。例えば、合成例2におけるpの値は0.492である。
【0137】
電解液に溶出したポリエーテルスルホンの割合(重量%)=面積値A/(面積値B×p)
【0138】
[結果]
結果を下記表1に示す。
【表1】
【0139】
合成例2、3で得られた重合体は、ポリエーテルスルホンと比較して、電解液への溶出率が顕著に低く、したがって電解液に対する安定性が顕著に向上していた。これらの結果から、合成例2、3では、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)とポリエーテルスルホンとのブロック共重合体が合成できたことが示唆される。
【0140】
この結果に関連して、注目に値するのは、合成例2、3で使用したのはアミン変性ポリエーテルスルホンであったのに対し、比較合成例2、3で使用したのは一般的なCl末端のポリエーテルスルホンであった点である。一般的なポリエーテルスルホンには電解液に対する安定性が低いという難点があった。この難点に対し、電解液に対する安定性が高いポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)と混合するという手段を検討したが、電解液に対する安定性は依然として不十分だった。本発明者らが最終的に見出した解決手段は、ポリエーテルスルホンの末端を変性させ、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)とのブロック共重合体を形成させるというものであった。この点において、本発明は、従来技術に対して高度な創意工夫を施したものであると言える。
【0141】
〔重合体の電池特性評価〕
[多孔質層および積層セパレータの作製]
下記の手順で多孔質層および積層セパレータを作製した。
1. 合成例2、3または比較合成例1~3で得られた溶液と、N-メチルピロリドンとを混合した。これにより、重合体が溶解または分散した溶液を得た。合成例2、3または比較合成例1~3で得られた溶液の使用量は、全て400gであった。N-メチルピロリドンの使用量は、合成例2、3に係る重合体に対しては687gであり、比較合成例1~3に係る重合体に対しては637gであった。
2. 工程1で得られた溶液に、酸化アルミニウム(平均粒径:0.013μm)を加え、圧力式分散機により均一に分散させた。これにより、塗工液を調製した。塗工液の固形分濃度(重合体および酸化アルミニウムの合計濃度)は、5重量%であった。酸化アルミニウムの使用量は、合成例2、3に係る重合体に対しては28.0gであり、比較合成例1~3に係る重合体に対しては24.0gであった。
3. ポリエチレン多孔質フィルム(厚さ:10.7μm、重量目付:6.0g/m)に塗工液を塗布した。このようにして、塗工物を得た。
4. 工程3で得られた塗工物を、50℃、湿度70%のオーブンで2分間処理した。これにより、ポリエチレン多孔質フィルム上に多孔質層を形成させた。
5. 多孔質層を水洗および乾燥させて、多孔質層を備えている積層セパレータを得た。比較合成例2で得られた重合体では、水洗工程において多孔質層の大部分が剥がれ落ち、充分に成膜できなかった。
【0142】
[サイクル特性]
(非水電解液二次電池の作製)
下記の手順により、積層セパレータを組込んだ試験用の非水電解液二次電池を作製した。
1. (正極)厚み:49.9μm、密度:2.97g/cm、空隙体積:24.4μLの正極材を用意した。正極活物質層の組成は、重量比で、LiNi0.78Co0.19Al0.03:導電材:ポリフッ化ビニリデン=92:4:4であった。
2. (負極)厚み:71.2μm、密度:1.45g/cm、空隙体積:41.3μLの負極剤を用意した。負極活物質層の組成は、重量比で、人造黒鉛:スチレンブタジエンゴム:カルボキシメチルセルロース=96.5:2.0:1.5であった。
3. 負極、積層セパレータ、正極の順に積層し、非水電解液二次電池用部材を作製した。このとき、負極活物質層と積層セパレータのポリオレフィン基材側とが対向するように積層した。また、正極活物質層と積層セパレータの多孔質層側とが対向するように積層した。
4. アルミニウム層とヒートシール層とが積層されてなる袋の中に、非水電解液二次電池用部材を格納し、非水電解液を注入した。非水電解液の注入量は、電極と積層セパレータの空隙体積の合計に対して2.8倍であった。非水電解液の組成は、エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート:ジエチルカーボネート=3:5:2(体積比)である混合溶媒に、1重量%のビニレンカーボネートおよび1mol/LのLiPFを溶解させたものである。
5. 袋の内部を減圧しながら、袋をヒートシールした。これにより、試験用の非水電解液二次電池を作製した。
【0143】
(容量維持率の測定)
下記の手順により、作製した電池の放電容量を測定した。
1. 温度:25℃、電圧範囲:2.7~4.2V、電流値:0.1C(充電時)または0.2C(放電時)の条件で、1サイクルの初回充放電を実施した。ここで、1Cとは、1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値である。
2. 温度:25℃、電圧範囲:2.7~4.2V、電流値:1C(充電時)または5C(放電時)で10サイクルの充放電を行い、非水電解液二次電池をエージングさせた。
3. 温度:45℃、電圧範囲:2.5~4.2V、電流値:1C(充電時)または5C(放電時)の条件で、200サイクルの充放電を行った。200サイクル後の放電容量(mAh)を、1サイクル目の放電容量(mAh)で除した値を、200サイクル後の容量維持率とした。
【0144】
[結果]
結果を表2に示す。
【表2】
【0145】
合成例2、3に係る重合体を使用した非水電解液二次電池は、比較合成例1~3に係る重合体を使用した非水電解液二次電池と比較して、200サイクル後の容量維持率が高かった。少なくともこの点において、合成例2、3に係る重合体を使用した非水電解液二次電池は、従来技術に係る非水電解液二次電池よりもサイクル特性が優れている。
【0146】
[レート特性]
(非水電解液二次電池の作製)
上述の手順により、積層セパレータを組込んだ試験用の非水電解液二次電池を作製した。耐熱層を構成する重合体としては、合成例2、3または比較合成例1で合成したものを利用した。
【0147】
(容量維持率の測定)
下記の手順により、作製した電池の放電容量を測定した。
1. 温度:25℃、電圧範囲:2.7~4.2V、電流値:0.1C(充電時)または0.2C(放電時)の条件で、1サイクルの初回充放電を実施した。ここで、1Cとは、1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値である。
2. 温度:25℃、電圧範囲:2.7~4.2V、電流値:1C(充電時)または5C(放電時)で10サイクルの充放電を行い、非水電解液二次電池をエージングさせた。
3. 温度:45℃、電圧範囲:2.5~4.2V、電流値:1C(充電時)または1C、3C、4Cまたは5C(放電時)の条件で、各々1サイクルの充放電を行った。放電時の電流値が3C、4Cまたは5Cであったときの放電容量(mAh)を、放電時の電流値が1Cであったときの放電容量(mAh)で除した値を、それぞれ、3C、4Cまたは5C放電後の容量維持率とした。
【0148】
[結果]
結果を下記表3に示す。
【表3】
【0149】
合成例2、3に係る重合体を使用した非水電解液二次電池は、比較合成例1に係る重合体を使用した非水電解液二次電池と比較して、3C、4Cおよび5C放電後の容量維持率が高かった。少なくともこの点において、合成例2、3に係る重合体を使用した非水電解液二次電池は、従来技術に係る非水電解液二次電池よりもレート特性が優れている。
【0150】
〔塗工性の評価〕
下記の手順により、塗工液の塗工性を評価した。
1. 合成例2、4、5で得られた溶液から、上述の方法に従って塗工液を調製した。
2. 得られた塗工液を、ポリエチレン多孔質フィルム(厚さ:10.7μm、重量目付:6.0g/m)に塗布した。塗工時の塗工性を、下記基準に基づいて評価した。
++:粉落ちおよび塗りムラのいずれも認められなかった。
+ :粉落ちおよび塗りムラのいずれかが認められたが、製品として問題のない程度だった。
【0151】
[結果]
結果を表4に示す。
【表4】
【0152】
合成例2、4、5に係る重合体を使用した塗工液は、いずれも、良好な塗工性を示した。とりわけ、1ブロックあたりのパラフェニレンテレフタルアミドユニット数が40個以上である合成例2、5に係る重合体を使用した塗工液は、特に良好な塗工性を示した。
【産業上の利用可能性】
【0153】
本発明は、非水電解液二次電池などに利用できる。