ホーム > 特許ランキング > セルガード エルエルシー
特表2022-533263改良されたコーティングされた電池セパレータおよび電池
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-21
(54)【発明の名称】改良されたコーティングされた電池セパレータおよび電池
(51)【国際特許分類】
H01M 50/451 20210101AFI20220713BHJP
H01M 50/443 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/411 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/403 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/414 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/426 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/42 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/489 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/434 20210101ALI20220713BHJP
H01M 50/431 20210101ALI20220713BHJP
【ＦＩ】
H01M50/451
H01M50/443 M
H01M50/411
H01M50/403 D
H01M50/414
H01M50/426
H01M50/42
H01M50/489
H01M50/443 C
H01M50/434
H01M50/431
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021569511
(86)(22)【出願日】2020-05-21
(85)【翻訳文提出日】2022-01-24
(86)【国際出願番号】 US2020034046
(87)【国際公開番号】W WO2020242894
(87)【国際公開日】2020-12-03
(31)【優先権主張番号】62/956,905
(32)【優先日】2020-01-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/852,350
(32)【優先日】2019-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】598064680
【氏名又は名称】セルガード エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100115679
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 勇毅
(74)【代理人】
【識別番号】100114177
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 龍
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】ジョン，インシク
(72)【発明者】
【氏名】ラプリー，ジェームス
(72)【発明者】
【氏名】ユー，シャン
(72)【発明者】
【氏名】アゼィ，フル
(72)【発明者】
【氏名】カルディロ，サルヴァトーレ
【テーマコード（参考）】
5H021
【Ｆターム（参考）】
5H021BB12
5H021CC04
5H021EE01
5H021EE02
5H021EE03
5H021EE06
5H021EE10
5H021EE21
5H021HH01
5H021HH06
(57)【要約】
セパレータ膜または多孔質膜の１つまたは２つの側にコーティングを含むコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜が開示されている。コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含有していてよい。これらの構成要素を含有するコーティングは、セラミック材料を含めたいずれの無機もしくは有機耐熱性材料も含有しておらず、または、セラミック材料を含めた無機もしくは有機耐熱性材料を少量で含有する。セパレータは、自身がシャットダウン能を有さないセパレータであってよい。例えば、セパレータのセパレータ膜は、ポリプロピレンでできている単層セパレータ膜であってよい。また、本明細書に開示されているコーティングされたセパレータのうちの少なくとも１つを含有する電池セル、二次電池、およびコンデンサも開示されている。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜であって：セパレータ；ならびに
接着剤、シャットダウン剤、およびバインダからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる少なくとも１つのコーティング
を含み、前記コーティングが、無機もしくは有機のいずれかの耐熱性粒子のいずれをも含有せず、または、ほんの少量の無機および／もしくは有機耐熱性粒子（ナノもしくは非ナノ粒子）を含有する、前記コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項2】
前記コーティングが、無機または有機のいずれかの耐熱性粒子のいずれをも含有しない、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項3】
前記コーティングが、ほんの少量の無機および／または有機耐熱性粒子を含有する、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項4】
前記コーティングが、接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項5】
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤の群から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項6】
前記接着が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項7】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項６に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項8】
前記接着が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項9】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になるを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項10】
前記接着が、湿潤接着剤および乾燥接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項11】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１０に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項12】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１０に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項13】
前記コーティングが、シャットダウン剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項14】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項15】
前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１４に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項16】
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項17】
前記コーティングが、接着剤およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項18】
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤の群から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１７に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項19】
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項20】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１９に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項21】
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項22】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項２１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項23】
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項24】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項２３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項25】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項２３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項26】
前記コーティングが、シャットダウン剤およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項27】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項２６に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項28】
前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項２７に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項29】
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項２６に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項30】
前記コーティングが、接着剤およびシャットダウン剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項31】
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３０に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項32】
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項33】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３２に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項34】
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項３１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項35】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３４に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項36】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３４に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項37】
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項38】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３７に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項39】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３０に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項40】
前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項３９に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項41】
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項３０に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項42】
前記コーティングが、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項43】
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４２に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項44】
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項45】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４４に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項46】
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項４３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項47】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４６に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項48】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４６に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項49】
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項50】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４９に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項51】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項４２に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項52】
前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項５１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項53】
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項４２に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項54】
前記コーティングされたセパレータが、１つの側がコーティングされたセパレータである、請求項１、２、３、４、１３、１７、２６、３０、または４２のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項55】
前記セパレータが、２つの側がコーティングされたセパレータである、請求項１、２、３、４、１３、１７、２６、３０、または４２のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項56】
前記の２つの側がコーティングされたセパレータのコーティングが同じである、請求項５５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項57】
前記の２つの側がコーティングされたセパレータのコーティングが異なる、請求項５５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項58】
前記コーティングのうちの１つが、セラミックコーティングである、請求項５７に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項59】
前記セパレータが、前記コーティング無しに１５０℃または１４０℃未満の温度でシャットダウン能を有さない、請求項１、２、３、４、１３、１７、２６、３０、または４２のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項60】
前記コーティング無しに１５０℃または１４０℃未満の温度でシャットダウン能を有さない前記セパレータが、乾式プロセスセパレータである、請求項５９に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項61】
前記セパレータが、ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になるセパレータである、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項62】
ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になる前記セパレータが、単層セパレータである、請求項６１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項63】
前記セパレータが、乾式プロセスセパレータである、請求項６２に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項64】
前記コーティングが、水ベースまたは水系コーティングである、請求項１～６３のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項65】
無機または有機耐熱性粒子が存在し、前記無機または有機耐熱性粒子が、１～１，０００ｎｍの粒子サイズを有する、請求項１～６４のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項66】
前記無機または有機耐熱性粒子が、１～５００ｎｍまたは１～２５０ｎｍの粒子サイズＤ５０を有する、請求項６５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項67】
前記無機または有機耐熱性粒子が、２５０ｎｍ～１，０００ｎｍの粒子サイズＤ５０を有する、請求項６５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項68】
請求項１、２、３、４、１３、１７、２６、３０、または４２のいずれか一項に記載の少なくとも１つのコーティングされたセパレータを含む電池セル。
【請求項69】
前記セルが、円筒型セル、パウチセル、角柱セル、巻きセル、折り畳みセル、ラッピングセル、ポケットセルまたはスタックセルから選択される少なくとも１つである、請求項６８に記載の電池セル。
【請求項70】
請求項１、２、３、４、１３、１７、２６、３０、または４２のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータのうちの少なくとも１つを含む二次電池。
【請求項71】
請求項１、２、３、４、１３、１７、２６、３０、または４２のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータのうちの少なくとも１つを含むコンデンサ。
【請求項72】
前記コーティングを介して別のコーティングされたもしくはコーティングされていないセパレータまたはコーティングされた多孔質膜に積層または接着されている請求項１～６４のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜を含む複合体。
【請求項73】
ポリマー膜の１つまたは２つの側にコーティングを含むコーティングされた膜であって、前記コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含有していてよく、これらの構成要素を含有する前記コーティングが、セラミック材料を含めたいずれの無機もしくは有機耐熱性材料も含有していなくてよく、または、セラミック材料を含めた無機もしくは有機耐熱性材料を少量で含有しており、前記膜、またはベースフィルムは、自身がシャットダウン能を有さない膜であってよく、例えば、前記コーティングされた膜の膜が、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ブレンドなどでできている単層または多層膜であってよく、また、電池、セル、二次電池、コンデンサ、テキスタイル、フィルタ、ガーメントなどが、前記コーティングされた膜のうちの少なくとも１つを含有していてよい、前記コーティングされた膜。
【請求項74】
ポリマー膜の１つまたは２つの側にコーティング、層、または処理を含む多層または複合体膜であって、前記コーティング、層、または処理は、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含有していてよく、これらの構成要素を含有する前記コーティング、層、または処理が、セラミック材料を含めたいずれの無機もしくは有機耐熱性材料も含有していなくてよく、または、セラミック材料を含めた無機もしくは有機耐熱性材料を少量で含有しており、前記膜、またはベースフィルムは、自身がシャットダウン能を有さない膜であってよく、例えば、前記多層膜のベース膜は、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ブレンドなどでできている単層または多層膜であってよく、また、電池、セル、二次電池、コンデンサ、テキスタイル、フィルタ、ガーメントなども、前記多層または複合体膜のうちの少なくとも１つを含有していてよい、前記多層または複合体膜。
【請求項75】
請求項１～６４のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜を含む複合体であって、さらなるコーティングが、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる少なくとも１つのコーティングの上部に直接設けられており、前記コーティングが、無機もしくは有機のいずれかの耐熱性粒子のいずれをも含有せず、または、ほんの少量の無機および／もしくは有機耐熱性粒子（ナノもしくは非ナノ粒子）を含有する、前記複合体。
【請求項76】
前記コーティングが、接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項７５に記載の複合体。
【請求項77】
前記コーティングが、接着剤およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項７５に記載の複合体。
【請求項78】
前記コーティングが、接着剤、バインダ、ならびに少量の無機および／または有機耐熱性粒子（ナノもしくは非ナノ粒子）をさらに含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項７５に記載の複合体。
【請求項79】
前記コーティングが、水ベースまたは水系コーティングである、請求項７５～７８のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項80】
前記の少量の無機および／または有機耐熱性粒子（ナノもしくは非ナノ粒子）が、前記コーティングの合計固形分の１０％未満、前記コーティングの合計固形分の９％未満、前記コーティングの合計固形分の８％未満、前記コーティングの合計固形分の７％未満、前記コーティングの合計固形分の６％未満、前記コーティングの合計固形分の５％未満、前記コーティングの合計固形分の４％未満、前記コーティングの合計固形分の３％未満、前記コーティングの合計固形分の２％未満、または前記コーティングの合計固形分の１％未満の量で存在していてよい、請求項７５～７８のいずれか一項に記載の複合体。
【請求項81】
さらなるコーティングが、セラミックコーティング、ポリマーコーティング、電極材料のコーティング、固体電解質材料のコーティング、金属含有コーティング、金属コーティングなどである、請求項７５～８０のいずれか一項に記載の複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、とりわけ、改良された安全性、改良された取り扱い容易性、および電池製造における改良された使用容易性を有する改良された電池セパレータを対象とする。
【背景技術】
【0002】
性能規格、安全性規格、製造要求、および／または環境上の関心の増加により、新しいおよび／または改良された電池セパレータ用コーティング組成物の開発が望ましくなっている。
【0003】
リチウムイオン電池に関する１つの主な安全性の問題は、熱暴走である。酷使状態、例えば、過充電、過放電、および内部短絡は、例えば、電池製造者らが意図している使用される電池の温度をはるかに超える電池温度を引き起こし得る。酷使状態を模倣するための試験として、限定されないが、釘刺試験およびホットボックス試験を挙げることができる。例えば、熱暴走の事象におけるアノードとカソードとの間の電池のシャットダウン、例えば、セパレータを横断するイオン流の停止は、熱暴走を防止するのに使用される安全機構である。少なくともある特定のリチウムイオン電池におけるセパレータは、それらの機械的特性を依然として保持しながらも、熱暴走が起こる温度よりも少なくとも僅かに低い温度でシャットダウンする能力を付与しなければならない。例えば、ユーザーまたはデバイスがシステムを止めるためにより長い時間を有するように、より低い温度およびより長い持続時間でのより速いシャットダウンが非常に望ましい。
【0004】
全体が参照により本明細書に組み込まれるＣｅｌｇａｒｄの米国特許第５，９５２，１２０号は、シャットダウン３層セパレータを開示している。このセパレータは、その内側ポリエチレン層に少なくとも起因してシャットダウンを示す。ポリエチレンは、ポリエチレンの融点付近の温度で溶融してセパレータの細孔を閉鎖する。しかし、いくつかのセパレータは、低温で（例えば、約１３５℃以下で）自身においてシャットダウンする能力を有していない。例えば、ポリプロピレンでできている単層セパレータは有していない場合がある。そのため、低温シャットダウン能を、かかるシャットダウン能を自身で有していない場合があるセパレータに与えることができることも望ましい。
【0005】
市場がますます薄いセパレータを要求するにつれて、これらの非常に薄いセパレータを取り扱う能力がますます重要になってくる。そのため、セパレータのより容易な取り扱いの構築が非常に望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
より薄いセパレータへの要求が増加するにつれて、電池セパレータが電池セルを製造するのに使用され得る容易性も重要である。そのため、広範な異なる電池セルタイプを製造するのに容易に使用され得るセパレータの構築が非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一態様において、コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜が、本明細書に記載されている。コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜は、セパレータまたは多孔質膜、ならびに接着剤、シャットダウン剤、およびバインダからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる少なくとも１つのコーティングを含む。コーティングは、いくつかの実施形態において、無機または有機のいずれかの耐熱性粒子のいずれをも含有しないが、他の実施形態において、コーティングは、少量の無機および／または有機耐熱性粒子（合計固体の１０％未満または５％未満）を含んでいてよい。いくつかの実施形態において、コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜は、少量を超えるセラミックまたは無機もしくは有機耐熱性粒子を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる別のコーティングを有していてよい。このコーティングは、少量を超えるセラミックまたは有機もしくは無機耐熱性粒子を含有しない層の上部に直接設けられていてよい。しかし、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になる層は、少量を超えるセラミックまたは有機もしくは無機耐熱性粒子を含有しない。
【0008】
いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤およびバインダを含んでいてよい。接着剤は、湿潤接着剤および乾燥接着剤の群から選択される少なくとも１つを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。湿潤接着剤は、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマーまたはこれらの組み合わせを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。乾燥接着剤は、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる乾燥接着ポリマーを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。接着剤は、乾燥接着剤単独、湿潤接着剤単独、または乾燥接着剤および湿潤接着剤を含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。
【0009】
いくつかの実施形態において、コーティングは、シャットダウン剤を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、シャットダウン剤およびバインダを含んでいてよい。シャットダウン剤は、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。ある実施形態において、１００℃～１４０℃の融点を有するＰＥビーズが使用されてよい。いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。
【0010】
いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤およびシャットダウン剤を含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダを含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。接着剤は、乾燥接着剤単独、湿潤接着剤単独、または湿潤および乾燥の両方の接着剤を含んでいてよい。
【0011】
コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜は、１つの側がコーティングされたセパレータもしくは１つの側がコーティングされた多孔質膜または２つの側がコーティングされたセパレータもしくは２つの側がコーティングされた多孔質膜であってよい。２つの側がコーティングされたセパレータまたは２つの側がコーティングされた多孔質膜では、一方または両方の側が、本明細書に記載されているコーティングを含んでいてよく、または、一方の側が、本明細書に記載されているコーティングを含んでいてよく、他方が、異なるコーティングを含んでいてよい。異なるコーティングは、例えば、セラミックコーティング、ポリマーコーティングなどであってよい。例示的な１つの側および２つの側がコーティングされたセパレータまたは多孔質膜を図１に示す。
【0012】
いくつかの実施形態において、コーティングされたセパレータのセパレータは、コーティング無しに１５０℃または１４０℃未満の温度でシャットダウン能を有さないものであってよい。いくつかの実施形態において、シャットダウン能を有さないセパレータは、乾式プロセスセパレータである。いくつかの実施形態において、セパレータは、ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になるセパレータである。いくつかの実施形態において、セパレータは、単層ポリプロピレンセパレータである。
【0013】
いくつかの実施形態において、コーティングされた多孔質膜の多孔質膜は、ミクロ多孔質、マクロ多孔質、またはメソ多孔質の多孔質膜であってよい。多孔質膜は、乾式プロセスによって形成される多孔質膜であってよい。
【0014】
別の態様において、本明細書に記載されている少なくとも１つのコーティングされたセパレータを含む電池セルが記載されている。セルは、円筒型セル、パウチセル、角柱セル、巻きセル、折り畳みセル、ラッピングセル、ポケットセルまたはスタックセルから選択される少なくとも１つであってよい。
【0015】
別の態様において、本明細書に記載されている少なくとも１つのコーティングされたセパレータを含む二次電池が記載されている。
【0016】
別の態様において、本明細書に記載されているコーティングされたセパレータの少なくとも１つを含むコンデンサが記載されている。
【0017】
一態様において、コーティングされた電池セパレータが、本明細書に記載されている。コーティングされたセパレータは、いずれのセラミックまたは耐熱性粒子も含有しない少なくとも１つのコーティングを有し、接着剤およびシャットダウン剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる。いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤およびシャットダウン剤からなっていてよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、および任意選択的なバインダから本質的になっていてよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、および任意選択的なバインダを含んでいてよい。かかる実施形態において、コーティングは、他のものを含んでいてもよいが、少量以下（合計固体の１０％未満）のセラミックまたは無機もしくは有機耐熱性粒子が添加されていてよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、セラミック、または有機、または有機耐熱性粒子を含んでいなくてよい。
【0018】
いくつかの実施形態において、コーティングされたセパレータは、少量を超えるセラミックまたは無機もしくは有機耐熱性粒子を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる別のコーティングを有していてよいが、接着剤、シャットダウン剤、および任意選択的なバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる層は、少量を超えるセラミックまたは有機もしくは無機耐熱性粒子、好ましくはナノ粒子を含有しない。例えば、セラミックコーティングは、セパレータもしくは膜の、本発明コーティングと反対側に設けられていてよく、または、本発明コーティングの上部に直接設けられていてよい。用語セラミックコーティングは、電池セパレータ分野において、特に二次リチウム電池セパレータ分野においてよく理解されており、体積または重量％で５０％以上、７５％以上、９０％以上、または９５％以上のセラミック粒子、および、それぞれ、体積または重量％で５０％以下、２５％以下、１０％以下、または５％以下のバインダまたはポリマーマトリックスを有する、バインダまたはポリマーマトリックス（例えば、有機溶媒ＰＶＤＦバインダまたは水性アクリル系バインダおよびアルミナまたはベーマイト粒子を使用して作製される）中のセラミック粒子を典型的には含んでいてよい。今日、多くの典型的なセラミックコーティングは、低いバインダ添加量を有し、重量で８０％超、９０％超、もしくは９５％超またはこれを超えるセラミック、および、それぞれ、重量で２０％未満、１０％未満、または５％未満のバインダまたはマトリックス（高セラミック含量および低バインダまたはポリマーマトリックス含量）を含む。いくつかの実施形態において、コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、任意選択的なバインダ、および少量のさらなる構成要素を含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。例えば、さらなる構成要素は、帯電防止剤の群から選択される少なくとも１つであってよく、帯電防止剤は、無機またはセラミック粒子、例えば、カーボンブラック、アルミナなどを含んでいてよい。
【0019】
いくつかの実施形態において、接着剤は、乾燥接着剤、湿潤接着剤、およびこの２つの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、接着剤は、湿潤接着剤を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、接着剤は、乾燥接着剤を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、接着剤は、湿潤接着剤および乾燥接着剤を含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、接着剤は、ＰＶＤＦを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。
【0020】
いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、ＰＥビーズを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせを含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。ビーズまたは粒子は、０．５～３ミクロンの粒子径の平均粒子サイズを有していてよい。
【0021】
いくつかの実施形態において、セパレータは、ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になるセパレータである。いくつかの実施形態において、ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になるセパレータは、単層および／または乾式プロセスセパレータである。いくつかの実施形態において、セパレータは、接着剤およびシャットダウン剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になるコーティング無しにシャットダウン能を有さないセパレータである。いくつかの実施形態において、コーティング無しにシャットダウン能を有さないセパレータは、乾式プロセスセパレータである。
【0022】
いくつかの実施形態において、コーティングは、セパレータまたは多孔質フィルムの１つの側にあってよく、他の実施形態において、セパレータまたは多孔質フィルムの２つの側にあってよい。時折、セパレータまたは多孔質フィルムは、セラミックまたは耐熱性粒子を含有しない別のコーティングを含んでいてよい。
【0023】
別の態様において、ミクロ多孔質フィルムおよびコーティングを含むコーティングされたセパレータが、本明細書に記載されている。コーティングされたセパレータは、いくつかの実施形態において、少なくとも縦または横寸法（長さおよび／または幅）において１５％超、１２％超、または１０％超収縮する前にシャットダウンする。コーティングされたセパレータが１５％超、１２％超、または１０％超収縮する前にシャットダウンするいくつかの実施形態において、かかる温度は１３０℃未満、１２５℃未満、１２０℃未満、１１５℃未満、または１１０℃未満である。
【0024】
いくつかの実施形態において、コーティングされたセパレータのコーティングは、ポリエチレンおよびバインダを含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、コーティング中の合計固体の１０％以下、または５％以下の量で無機微粒子をさらに含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。無機微粒子は、５００ｎｍ未満、２５０ｎｍ未満もしくはこれより小さいまたは２００ｎｍ未満もしくはこれより小さい粒子サイズＤ５０を有する金属酸化物を含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、金属酸化物は、アルミナを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。コーティングは、多孔質またはミクロ多孔質フィルムの一方または両方の側にあってよく、多孔質のミクロ多孔質フィルムに直接または間接的に（すなわち、介在層を介して）適用されてよい。例えば、介在層は、いくつかの実施形態において、セラミック層であってよい。
【0025】
いくつかの実施形態において、多孔質のミクロ多孔質フィルムは、単層フィルムであってよい。単層フィルムは、ポリプロピレンを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。ミクロ多孔質フィルムは、３０％超の平均気孔率を有していてよい。ミクロ多孔質フィルムは、０．０３ミクロン超、０．０４ミクロン超、０．０４５ミクロン超、またはこれを超える平均細孔サイズを有していてよい。いくつかの実施形態において、ミクロ多孔質フィルムは、２層、３層、または多層ミクロ多孔質フィルムであってよい。
【0026】
別の態様において、本明細書に記載されている少なくとも１つのコーティングされた電池セパレータを含む二次電池が記載されている。
【0027】
別の態様において、本明細書に記載されているコーティングされた多孔質膜のコーティングされた電池セパレータを含むコンデンサが記載されている。
【0028】
別の態様において、コーティングの上部に直接さらなる層を有する、本明細書に記載されているコーティングされた多孔質膜のコーティングされた電池セパレータを含む複合体が記載されている。かかる実施形態において、コーティングは、接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になるものであってよい。コーティングは、接着剤およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になるものであってよい。コーティングは、接着剤、バインダ、および無機または有機粒子を少量で含む、これらからなる、またはこれらから本質的になるものであってよい。コーティングは、水系または水ベースのコーティングであってよい。コーティングの上部に直接設けられているさらなるコーティングは、セラミックコーティング、ポリマーコーティング、電極材料を含む、これからなる、またはこれから本質的になるコーティング、固体電解質材料を含む、これからなる、またはこれから本質的になるコーティング、金属コーティング、金属層、金属含有コーティングなどであってよい。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【発明を実施するための形態】
【0030】
コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜が、本明細書に記載されている。好ましい実施形態において、コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜は、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になるコーティングを有する。コーティングは、セラミックもしくは耐熱性材料を含まず、または、ほんの少量のかかる材料を含む。いくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、および１つ以上のさらなる構成要素を含んでいてよい。他の好ましい実施形態において、コーティングは、接着剤およびシャットダウン剤からなっていても、本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、以下の組み合わせ：接着剤；ならびに接着剤およびバインダ；シャットダウン剤；シャットダウン剤およびバインダ；シャットダウン剤および接着剤ならびにシャットダウン剤、接着剤、およびバインダ；のうちの１つを含んでいてよい。以上の組み合わせのいずれにおいても、接着剤は、以下：湿潤接着剤もしくは湿潤接着剤のみ；乾燥接着剤もしくは乾燥接着剤のみ；または少なくとも１つの湿潤接着剤および少なくとも１つの乾燥接着剤の組み合わせ；を含んでいてよい。
【0031】
コーティングは、セパレータまたは多孔質膜の１つの側または２つの側に設けられていてよい。コーティングが２つの側に設けられているいくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、セパレータまたは多孔質膜の２つの対向する側に設けられている。これを図１に示す。
【0032】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されているコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜は、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダから選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になるコーティング以外のコーティングを含んでいてよい。例えば、２つの側がコーティングされたセパレータは、１つの側に、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダから選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になるコーティング、ならびに、他方の側に異なるコーティングを有していてよい。例えば、異なるコーティングは、セラミックコーティングであってよい。
【0033】
コーティング
本明細書に記載されているコーティングは、（１）シャットダウン剤および（２）接着剤の少なくとも１つ、ならびに（３）バインダを含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。いくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、セラミックまたは他の耐熱性無機もしくは有機材料を含まない。いくつかの実施形態において、コーティングは、例えば、帯電防止効果を付与する目的で、少量で（合計固体の約１０％未満または５％未満）、セラミックまたは他の耐熱性有機もしくは無機材料をさらに含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。本明細書に記載されているコーティングは、いくらかの量のセラミックまたは他の有機もしくは無機耐熱性材料を含んでいてよいが、コーティングは、典型的なセラミックコーティングではなく、重量で９０％または９５％以上のセラミックまたは他の無機もしくは有機耐熱性材料を含有していてよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、以下：シャットダウン剤；シャットダウン剤およびバインダ；接着剤；接着剤およびバインダ；シャットダウン剤および接着剤；またはシャットダウン剤、接着剤、およびバインダを含んでいてよい。以上の実施形態のいずれにおいても、接着剤は：湿潤接着剤もしくは湿潤接着剤のみ；乾燥接着剤もしくは乾燥接着剤のみ；または少なくとも１つの乾燥接着剤および少なくとも１つの湿潤接着剤を含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。
本明細書に記載されているコーティングは、（１）シャットダウン剤および（２）接着剤の少なくとも１つ、ならびに（３）バインダを含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。いくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、セラミックまたは他の耐熱性無機もしくは有機材料を含まない。いくつかの実施形態において、コーティングは、例えば、帯電防止効果を付与する目的で、少量で（合計固体の約１０％未満または５％未満）、セラミックまたは他の耐熱性有機もしくは無機材料をさらに含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。本明細書に記載されているコーティングは、いくらかの量のセラミックまたは他の有機もしくは無機耐熱性材料を含んでいてよいが、コーティングは、典型的なセラミックコーティングではなく、重量で９０％または９５％以上のセラミックまたは他の無機もしくは有機耐熱性材料を含有していてよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、以下：シャットダウン剤；シャットダウン剤およびバインダ；接着剤；接着剤およびバインダ；シャットダウン剤および接着剤；またはシャットダウン剤、接着剤、およびバインダを含んでいてよい。以上の実施形態のいずれにおいても、接着剤は：湿潤接着剤もしくは湿潤接着剤のみ；乾燥接着剤もしくは乾燥接着剤のみ；または少なくとも１つの乾燥接着剤および少なくとも１つの湿潤接着剤を含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。
【0034】
いくつかの他の実施形態において、コーティングは、ポリエチレンシャットダウン剤を、またはポリエチレンシャットダウン剤をバインダ、および任意選択的に無機微粒子と共に含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。ポリエチレンは、さほど限定されず、本明細書に記載されているものを含めた任意のポリエチレン、特に、本明細書に記載されている、溶融温度がより低いポリエチレンを含んでいてよい。バインダは、さほど限定されず、本明細書に記載されている任意のバインダであってよい。無機微粒子は、さほど限定されず、本明細書に記載されている無機材料などのいずれかであってよく、またはこれを含んでいてよい。無機微粒子は、ナノ粒子であってよく、約５００ｎｍ未満、４５０ｎｍ未満、４００ｎｍ未満、３５０ｎｍ未満、３００ｎｍ未満、２５０ｎｍ未満、２２５ｎｍ未満、２００ｎｍ未満、１７５ｎｍ未満、１５０ｎｍ未満、１２５ｎｍ未満、またはこれより小さい平均粒子サイズを有していてよい。いくつかの実施形態において、粒子サイズは、２５０ｎｍを超えて最大１，０００ｎｍであってよい。より小さい粒子サイズは、本明細書に記載されているいくつかの実施形態において、特に、本明細書に記載されているシャットダウンコーティングに、また、本明細書に記載されているいくつかの接着コーティングに関して有利である。例えば、いずれの特定の理論によっても拘束されることを望まないが、無機微粒子は、シャットダウン剤を含むコーティングに好ましくあり得るとされている、なぜなら、シャットダウン剤が、より容易に流動して、セパレータまたは多孔質膜の細孔を遮断し、結果としてシャットダウンを生じさせ得るからである。いくつかの実施形態において、無機微粒子は、金属酸化物を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、金属酸化物は、アルミナまたは酸化アルミニウムであってよい。いくつかの実施形態において、金属酸化物は、本明細書に開示されている金属酸化物を含めた、アルミナ以外の別の金属酸化物であってよい。無機微粒子は、コーティングの合計固形分の１０％未満、コーティングの合計固形分の９％未満、コーティングの合計固形分の８％未満、コーティングの合計固形分の７％未満、コーティングの合計固形分の６％未満、コーティングの合計固形分の５％未満、コーティングの合計固形分の４％未満、コーティングの合計固形分の３％未満、コーティングの合計固形分の２％未満、またはコーティングの合計固形分の１％未満の量で存在していてよい。
【0035】
コーティングは、０．５～１０ミクロン、０．５～９ミクロン、０．５～８ミクロン、０．５～７ミクロン、０．５～６ミクロン、０．５～５ミクロン、０．５～４ミクロン、０．５～３ミクロン、または０．５～２ミクロンの厚さを有していてよい。いくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、約１～約２ミクロン厚であってよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、単層であってよい。
【0036】
コーティングは、いずれの公知の方法を使用して提供されてもよい。これは、セパレータおよびコーティングが一緒に共押出される共押出プロセスによって形成されてもよい。
【0037】
いくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、セパレータの表面に直接設けられているが、いくつかの実施形態において、介在層が、セパレータとコーティングとの間に設けられていてよい。例えば、図９は、介在するセラミック層を有する例を示す。別の層または他の層が、コーティングの上部に設けられていてよい。例えば、無機または有機耐熱性粒子を含む層が、層の上部に設けられていてよい。さらに、セラミック層、電極材料を含む層、固体電解質材料を含む層、金属層、金属含有層などが、コーティングの上部に直接設けられていてよい。これを図１６に示す。図１６において、コーティングは、好ましくは接着性または粘着性コーティングであるが、コーティングは、シャットダウン剤、および／または、ナノ粒子を含めた有機もしくは無機粒子を含んでいてもよい。
【0038】
これらの耐熱性粒子のサイズ、形状、化学組成などは、さほど限定されない。耐熱性粒子は、有機材料、無機材料、例えば、セラミック材料、もしくは、無機および有機の両方の材料、２つ以上の有機材料、ならびに／または２つ以上の無機材料を含む複合体材料を含んでいてよい。
【0039】
いくつかの実施形態において、耐熱性は、２つ以上の異なる材料から構成されている複合体材料を含んでいてよい、粒子が構成されている材料が、２００℃の温度で実質的な物理変化、例えば、変形を経ないことを意味する。例示的な材料には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、グラファイトなどが含まれる。
【0040】
本明細書に開示されている耐熱性粒子を形成するのに使用され得る無機材料の非限定例は以下の通りである：酸化鉄、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ベーマイト（Ａｌ（Ｏ）ＯＨ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、酸化チタンバリウム（ＢａＴｉＯ３）、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカ、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウムスズ、遷移金属の酸化物、グラファイト、カーボン、金属、およびこれらの任意の組み合わせ。
【0041】
本明細書に開示されている耐熱性粒子を形成するのに使用され得る有機材料の非限定例は以下の通りである：ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリジビニルベンゼン（ＰＤＶＢ）樹脂、カーボンブラック、グラファイト、およびこれらの任意の組み合わせ。
【0042】
耐熱性粒子は、円形、不規則な形状、フレークなどであってよい。耐熱性材料の平均粒子サイズは、０．０１～５ミクロン、０．０３～３ミクロン、０．０１～２ミクロン、０．５～３ミクロンの範囲などである。
【0043】
いくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、水系または水ベースのコーティングであってよい。「水系」とは、コーティングが、溶媒が水のみまたは水およびアルコールまたは他の非有機水溶性溶媒であるコーティングスラリーから形成されていることを意味する。例えば、水系または水ベースのコーティングは、水である溶媒および最大５０％のアルコールまたは非有機水溶性溶媒、例えば、ＰＶＡを含んでいてよい。いくつかの実施形態において、コーティングは、溶媒系コーティングであってよい。溶媒系コーティングは、溶媒が有機溶媒であるスラリーから形成されている。時折、溶媒は、使用されるバインダと共に存在する。コーティングスラリーから形成された後、大部分の溶媒がコーティングから除去される。
【0044】
（１）シャットダウン剤
シャットダウン剤は、さほど限定されない。いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、以下の機能のうち少なくとも１つを付与することが可能である：（１）低温（例えば、１３５℃未満）シャットダウン能を、コーティング無しに低温シャットダウン能を有さないセパレータに与えること、（２）低温シャットダウン能を有するセパレータのシャットダウン開始温度を低下させること、および（３）低温シャットダウン能を有するセパレータのシャットダウンウィンドウを拡大すること。本明細書に記載されているシャットダウン剤は、全てが、ある特定の用途が他のものよりも好ましい場合があっても、低温シャットダウン能を有するまたは有さないセパレータにおいて使用され得る。
シャットダウン剤は、さほど限定されない。いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、以下の機能のうち少なくとも１つを付与することが可能である：（１）低温（例えば、１３５℃未満）シャットダウン能を、コーティング無しに低温シャットダウン能を有さないセパレータに与えること、（２）低温シャットダウン能を有するセパレータのシャットダウン開始温度を低下させること、および（３）低温シャットダウン能を有するセパレータのシャットダウンウィンドウを拡大すること。本明細書に記載されているシャットダウン剤は、全てが、ある特定の用途が他のものよりも好ましい場合があっても、低温シャットダウン能を有するまたは有さないセパレータにおいて使用され得る。
【0045】
本明細書に開示されているシャットダウン剤の使用に関して、自身が低温シャットダウン機能を示さないセパレータにおいて低温シャットダウンを与えるシャットダウン剤を使用することが好ましくあり得る。しかし、シャットダウン開始温度を低下させるまたはシャットダウンウィンドウを拡大するシャットダウン剤が、拡大されたシャットダウンウィンドウを付与するのに使用されてもよい。低温シャットダウン機能を示すセパレータの例は、全体が参照により本明細書に組み込まれるＣｅｌｇａｒｄの米国特許第５，９５２，１２０号に見出され得る。この文献において、シャットダウンは、３層のうちのポリエチレン含有中間層の溶融によって少なくとも部分的に付与される。かかるシャットダウン３層においては、ＰＥシャットダウンがフィルムの強度にも寄与するため、使用されるポリエチレンの融点および分子量には典型的には下限がある。より低い分子量（およびしたがってより低い融点）は、典型的には使用されない、なぜなら、これらは、より高い分子量（およびより高い融点）のポリエチレンと同じ機械的強度を付与しないからである。しかし、シャットダウンが、ここでなされるときにコーティングにおいて付与されるときには、より低い分子量（およびしたがってより低い融点）のポリエチレンは、必ずしもセパレータに機械的強度を付与しないコーティングのシャットダウン剤として使用され得る。本明細書におけるコーティングはまた、シャットダウン３層のシャットダウン層において使用されるポリマーのものよりも典型的には低いシャットダウン剤の融点においてシャットダウンが起こり始め得る「ダブルシャットダウン」効果を付与する、Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）の米国特許第５，９５２，１２０号に開示されているシャットダウン３層に付与されてもよい。より低いシャットダウン能をセパレータに付与することによって、セパレータが使用される電池の安全性が改良される。例えば、熱暴走が、より良好に防止され得る。
【0046】
いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、粒子状物またはビーズの形態であってよい。粒子状物またはビーズは、０．１～３ミクロン、０．１～２ミクロン、０．１～１．５ミクロン、０．１～１．０ミクロン、０．５～３．０ミクロン、または０．１～０．５ミクロンの平均粒子サイズを有していてよい。粒子またはビーズは、対称に、非対称に、球状に、または非球状に成型されていてよい。
【0047】
シャットダウン剤が、コーティング無しに低温シャットダウン能を有さないセパレータに低温シャットダウン能を付与することが可能である実施形態において、シャットダウン剤は、約１３５℃以下の融点を有するポリマーを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、ポリマーは、約１３０℃未満、約１２５℃未満、約１２０℃未満、約１１５℃未満、約１１０℃未満、約１０５℃未満、約１００℃未満、約９５℃未満、または約９０℃未満の融点を有していてよい。いくつかの実施形態において、ポリマーは、８０℃～１３５℃の範囲の融点を有していてよい。いくつかの実施形態において、シャットダウン剤は、ポリマーのビーズを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの好ましい実施形態において、シャットダウン剤は、ポリエチレンビーズを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。
【0048】
シャットダウン剤がセパレータのシャットダウン開始温度を低下させる実施形態において、セパレータは、図２に示されているものと同様のシャットダウンプロファイルを示す。
【0049】
かかる実施形態において、シャットダウン剤は、シャットダウンの開始温度、または、セパレータ自体のシャットダウンの開始温度の１もしくは２もしくは３度以内である値よりも低い融点を有する。例えば、シャットダウン剤は、８０℃から、セパレータ自体、すなわち、コーティング無しのものについて測定されるシャットダウンの開始温度よりも低い値の融点を有するポリマーを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。代替的には、シャットダウン剤は、８０℃からセパレータ自体のシャットダウン開始温度の１、または２、または３度以内の温度までの融点を有するポリマーを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。例示的な材料には、ワックス、オリゴマー、ポリエチレン（ＰＥ）、例えば、低密度ＰＥなどを含む粒子またはビーズが含まれ得る。これらの粒子は、コーティングされていても、コーティングされていなくても、部分的にコーティングされていてもよい。
【0050】
シャットダウン剤がシャットダウン能を有するセパレータのシャットダウンウィンドウを拡大する実施形態において、セパレータは、図２に示されているシャットダウンウィンドウを示す。かかる実施形態において、シャットダウン剤は、シャットダウン温度よりも高い融点を有するポリマーを含んでいてよい。例えば、これらの実施形態において、シャットダウン剤は、１３５℃超の溶融温度を有していてよい。例えば、シャットダウン剤は、１４０℃～２２０℃の範囲、時折、１５０℃～２００℃の範囲、時折、１６０℃～１９０℃の範囲、時折、１７０℃～１８０℃の範囲などの融点を有していてよい。
【0051】
（２）接着剤
本明細書に記載されている接着剤は、さほど限定されない。いくつかの実施形態において、接着剤は、湿潤接着剤、乾燥接着剤、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つである。
本明細書に記載されている接着剤は、さほど限定されない。いくつかの実施形態において、接着剤は、湿潤接着剤、乾燥接着剤、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つである。
【0052】
いくつかの実施形態において、接着剤は、０．１～３ミクロン、０．１～２ミクロン、０．１～１．５ミクロン、０．１～１．０ミクロン、０．５～３ミクロン、または０．１～０．５ミクロンの平均粒子サイズを有するビーズまたは粒子の形態である。ビーズまたは粒子は、球状に、対称に、または非対称に成型されていてよい。
【0053】
いくつかの好ましい実施形態において、湿潤接着剤は、湿潤接着ポリマーを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。本明細書に記載されている湿潤接着ポリマーは、さほど限定されず、電解質を吸収する、電解質を吸収するときにはサイズが膨張もしくは増大する、および／または電解質を吸収するときにはゲル様になるいずれのポリマーであってもよい。電解質は、限定されないが溶媒がＤＥＣ、ＰＣ、ＤＭＣ、ＥＣ、またはこれらの組み合わせである電解質を含んでいてよい、二次電池における使用に好適ないずれの電解質であってもよい。湿潤接着ポリマーは、電解質によって湿潤するときに、二次電池のアノードまたはカソードへのコーティングの接着も増加させる。
【0054】
いくつかの実施形態において、湿潤接着ポリマーは、フルオロポリマーを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、フルオロポリマーは、ＰＶＤＦ、例えば、ＰＶＤＦ－ＨＦＰである。ＰＶＤＦ－ＨＦＰのＨＦＰ含量は、ポリマーの合計重量を基準にして１～５０重量％であってよい。いくつかの実施形態において、それは、１～４０重量％、１～３０重量％、１～２０重量％、１～１５重量％、１～１０重量％、または１～５重量％であってよい。
【0055】
いくつかの実施形態において、湿潤接着ポリマーは、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ－プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ－ブチル（メタ）アクリレート、ｔ－ブチル（メタ）アクリレート、ｓｅｃ－ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、２－エチルブチル（メタ）アクリレート、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ－オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、イソノニル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、テトラデシル（メタ）アクリレート、ポリ二フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ（フッ化ビニリデン－コ－ヘキサフルオロプロピレン）（ＰＶＤＦ：ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアクリルアミド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、イソタクチックＰＰ、高密度ＰＰ、超高分子量ＰＰ、低密度ＰＰを含めたポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ＰＥ、超高分子量ＰＥ、低密度ＰＥを含めたポリエチレン（ＰＥ）、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ビスフェノール－Ａポリカーボネート（ＢＰＡ－ＰＣ）、シクロ－オレフィン性コポリマー（ＣＯＣ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリウレタン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、上記のいずれかのコポリマー、またはこれらの任意の組み合わせを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。
【0056】
湿潤接着ポリマーの使用は、電極への接着が重要である電池において有用であり得る。
【0057】
いくつかの好ましい実施形態において、接着剤は、本明細書に記載されている湿潤接着ポリマーであり、これからなり、またはこれから本質的になる。いくつかの好ましい実施形態において、ＰＶＤＦは、湿潤接着ポリマーである。いくつかの実施形態において、湿潤接着ポリマーは、アクリル系ポリマーである。
【0058】
いくつかの好ましい実施形態において、乾燥接着剤は、乾燥接着ポリマーを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。本明細書に記載されている乾燥接着ポリマーは、さほど限定されず、コーティングに高いまたは低い粘着性を与える任意のポリマーである。高い粘着性のコーティングは、結合が形成されている別の表面と接触した後に分離することはより困難である。より低い粘着性のコーティングは、結合が形成されている別の表面と接触した後に分離および堆積することがより容易である。粘着性を有するコーティングは、例えば、スタック型または角柱型電池セルに使用される電池セパレータに有益であり得る。これは、セルにおいて一旦適した位置にあるセパレータの移動を防止することを助ける。
【0059】
本明細書に記載されている乾燥接着ポリマーは、そのガラス転移温度によって特徴付けられ得る。いくつかの実施形態において、乾燥接着ポリマーは、１００℃未満、９０℃未満、８０℃未満、７０℃未満、６０℃未満、５０℃未満、４０℃未満、３０℃未満または２０℃未満のガラス転移温度を有する。最小のガラス転移温度は、２０℃、１０℃、５℃、または０℃であってよい。好ましくは、いくつかの実施形態において、ガラス転移温度は、２０℃～１００℃、または２０℃～７０℃、または２５℃～１００℃であってよい。いくつかの実施形態において、乾燥接着ポリマーは、１００℃未満、９０℃未満、８０℃未満、または７０℃未満のガラス転移温度を有する。いくつかの好ましい実施形態において、乾燥接着ポリマーのガラス転移温度は、３０℃～８０℃の間、４０℃～７０℃の間、４０℃～６５℃の間、４５℃～６０℃の間、４５℃～５５℃の間、または４５℃～５０℃の間である。
【0060】
乾燥接着ポリマーのいくつかの非限定例は、上記に記載されているガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリル系であってよい。いくつかの実施形態において、ＰＶＤＦ－ＨＦＰにおけるＨＦＰ含量は、ポリマーの合計重量を基準にして１～５０％、１～４０％、１～３０％、１～２０％、１～１０％、または１～５重量％であってよい。いくつかの実施形態において、乾燥接着ポリマーは、アクリル系ポリマーであってよい。
【0061】
接着剤が乾燥接着ポリマーおよび湿潤接着ポリマーを含む実施形態において、これらのタイプのポリマーを使用することの利益（例えば、電極（複数可）への接着、およびスタック型または角柱型セルの製造の容易性）が実現され得る。いくつかの実施形態において、セラミックコーティング、電極材料、金属、金属製の材料、または固体電解質材料は、接着剤を含むコーティングに直接適用されていてよい。
【0062】
（３）バインダ
バインダは、さほど限定されない。
バインダは、さほど限定されない。
【0063】
いくつかの実施形態において、バインダは、アクリル系であってよい。いくつかの実施形態において、バインダは、ポリマー性、オリゴマー性、またはエラストマー性材料を含む、これからなる、またはこれから本質的になるポリマー性バインダであってよく、限定されない。本開示と矛盾しないいずれのポリマー性、オリゴマー性、またはエラストマー性材料が使用されてもよい。バインダは、イオン伝導性、半伝導性、または非伝導性であってよい。リチウムポリマー電池または固体電解質電池における使用に関して推奨されているいずれのゲル形成性ポリマーが使用されてもよい。例えば、ポリマー性バインダは、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、イソブチレンポリマー、アクリル系樹脂、ラテックス、アラミド、またはこれらの材料の任意の組み合わせから選択される少なくとも１つ、または２つ、または３つなどを含んでいてよい。
【0064】
いくつかの好ましい実施形態において、ポリマー性バインダは、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーであるポリラクタムポリマーを含む、これからなる、またはこれから本質的になる。いくつかの実施形態において、ポリマー性材料は、式（１）によるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーを含む。
【0065】
【化1】
【0066】
式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は、アルキルまたは芳香族置換基であってよく、Ｒ５は、アルキル置換基、アリール置換基、または縮合環を含む置換基であってよく；好ましいポリラクタムは、ホモポリマー、あるいは、コポリマー性基Ｘがビニル、置換もしくは非置換アルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アルキルアクリレート、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイン酸イミド、スチレン、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム（ＰＶＣａｐ）、ポリアミド、またはポリイミドから誘導され得るコポリマーであってよく；ｍは、１～１０の間、好ましくは２～４の間の整数であってよく、ｌ対ｎの比は、０≦ｌ：ｎ≦１０または０≦ｌ：ｎ≦１であるようになっている。いくつかの好ましい実施形態において、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーは、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルカプロラクタム（ＰＶＣａｐ）、およびポリビニル－バレロラクタムからなる群から選択される少なくとも１つ、少なくとも２つ、または少なくとも３つである。
【0067】
別の好ましい実施形態において、ポリマー性バインダは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む、これからなる、またはこれから本質的になる。ＰＶＡの使用は、低カールコーティング層を結果として生じさせ得、これは、コーティングが適用される基材が安定かつ平坦なままであることを助け、例えば、基材のカールを防止することを助ける。ＰＶＡは、特に、低カールが望まれるとき、本明細書に記載されているいずれの他のポリマー性、オリゴマー性、またはエラストマー性材料と組み合わせて添加されてもよい。
【0068】
別の好ましい実施形態において、ポリマー性バインダは、アクリル系樹脂を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。アクリル系樹脂のタイプは特に限定されず、例えば、改良された安全性を有する電池セパレータを作製するのに使用され得る新しい改良されたコーティング組成物を付与する、本明細書に記述されている目標に反し得ないいずれのアクリル系樹脂であってもよい。例えば、アクリル系樹脂は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）の群から選択される少なくとも１つ、または２つ、または３つ、または４つであってよい。
【0069】
他の好ましい実施形態において、ポリマー性バインダは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、イソブチレンポリマー、ラテックス、またはこれらの任意の組み合わせを含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。これらは、単独で、または、任意の他の好適なオリゴマー性、ポリマー性、もしくはエラストマー性材料と一緒に添加されてよい。
【0070】
いくつかの実施形態において、ポリマー性バインダは、水のみ、水性もしくは水ベースの溶媒、および／または非水性溶媒である溶媒を含んでいてよい。溶媒が水であるとき、いくつかの実施形態において、他の溶媒は存在しない。水性または水ベースの溶媒は、過半数（５０％超）の水、６０％超の水、７０％超の水、８０％超の水、９０％超の水、９５％超の水、または９９％超、しかし１００％未満の水を含んでいてよい。水性または水ベースの溶媒は、水に加えて、極性または非極性有機溶媒を含んでいてよい。非水性溶媒は、限定されず、本願において表記されている目標と適合するいずれの極性または非極性有機溶媒であってもよい。いくつかの実施形態において、ポリマー性バインダは、ほんの微量の溶媒を含んでおり、他の実施形態において、５０％以上の溶媒、時折、６０％以上、時折、７０％以上、時折、８０％以上などを含む。
【0071】
バインダの量は、いくつかの好ましい実施形態において、コーティング中の合計固体の２０％未満、１５％未満、１０％未満、または５％未満であってよい。いくつかの特に好ましい実施形態において、バインダの量は、コーティング中の合計固体の１０％以下、または５％以下であってよい。
【0072】
セパレータまたは多孔質膜
本明細書に記載されている電池セパレータ（コーティングされていない）または多孔質膜は、さほど限定されず、任意の電池セパレータまたは多孔質膜が使用され得る。例えば、セパレータまたは多孔質膜は、当該分野において公知の乾式プロセスおよび湿式プロセスを含めた任意のタイプのプロセスによって作製される単層、２層、３層、または多層セパレータまたは多孔質膜であってよい。
本明細書に記載されている電池セパレータ（コーティングされていない）または多孔質膜は、さほど限定されず、任意の電池セパレータまたは多孔質膜が使用され得る。例えば、セパレータまたは多孔質膜は、当該分野において公知の乾式プロセスおよび湿式プロセスを含めた任意のタイプのプロセスによって作製される単層、２層、３層、または多層セパレータまたは多孔質膜であってよい。
【0073】
好ましい実施形態において、セパレータは、多孔質、ナノ多孔質、ミクロ多孔質、またはマクロ多孔質である。いくつかの特に好ましい実施形態において、セパレータは、ミクロ多孔質である。例えば、セパレータは、０．１～１．０ミクロンの間の平均細孔サイズを有していてよい。
【0074】
いくつかの好ましい実施形態において、セパレータまたは膜は、自身がシャットダウン能を有さないものである。例えば、セパレータは、１６０℃未満、１５０℃未満、または１４０℃未満の温度でシャットダウン能を有さない。例えば、いくつかの実施形態において、セパレータは、Ｃｅｌｇａｒｄの米国特許第５，９５２，１２０号に開示されている３層シャットダウンセパレータではない。しかし、いくつかの実施形態において、セパレータ自体は、（例えば、１６０℃未満、１５０℃未満、または１４０℃未満の温度において）シャットダウン能を有していよく、コーティングは、シャットダウン開始温度を低下させるまたはシャットダウンウィンドウを拡大するのに使用され得る。
【0075】
いくつかの好ましい実施形態において、セパレータは、単層セパレータである。
【0076】
いくつかの好ましい実施形態において、本明細書に記載されている電池セパレータは、乾式プロセスの電池セパレータまたは膜である。
【0077】
乾式プロセスは、いくつかの実施形態において、いずれの細孔形成因子／細孔形成剤、またはベータ－核形成因子／ベータ－核形成剤も使用しないプロセスである。いくつかの実施形態において、乾式プロセスは、いずれの溶媒、ワックス、または油も使用しないものである。いくつかの実施形態において、乾式プロセスは、いずれの細孔形成因子／細孔形成剤、またはベータ－核形成因子／ベータ－核形成剤も使用せず、また、いずれの溶媒、ワックス、または油も使用しないものである。かかる実施形態において、乾式プロセスは、乾式延伸プロセスであってよい。Ｃｅｌｇａｒｄ乾式延伸プロセスとして公知の例示的な乾式延伸プロセスは、全体が参照により本明細書に組み込まれるＣｈｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標） Ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ：Ｍｅｌｔ－Ｅｘｔｒｕｄｅｄ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｆｉｌｍｓ，Ｊ． ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉ．，ｖｏｌ． ５３，４７１－４８３（１９９４）に記載されている。Ｃｅｌｇａｒｄ乾式延伸プロセスは、細孔形成が、少なくとも機械方向に非多孔質の配向された前駆体を延伸することから得られるプロセスを指す。Ｋｅｓｔｉｎｇ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｅ．，Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，Ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｎ．Ｙ．，（１９８５），ｐａｇｅｓ ２９０－２９７はまた、乾式延伸プロセスも開示しており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの好ましい実施形態による乾式延伸プロセスにおいて、プロセスは、延伸工程を含んでいてよい。延伸工程は、単軸延伸（例えば、ＭＤ方向のみもしくはＴＤ方向のみの延伸）、二軸延伸（例えば、ＭＤおよびＴＤ方向の延伸）、または多軸延伸（例えば、３つ以上の異なる軸、例えば、ＭＤ、ＴＤ、および別の軸に沿った延伸）を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、乾式延伸プロセスは、押出工程および延伸工程を、この順序でまたはこの順序でなく含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。いくつかの実施形態において、乾式延伸プロセスは、押出工程、アニーリング工程、および延伸工程を、この順序でまたはこの順序でなく含んでいても、これらからなっていても、これらから本質的になっていてもよい。押出工程は、いくつかの実施形態において、インフレーションフィルム押出工程またはキャストフィルム押出プロセスであってよい。いくつかの実施形態において、非多孔質前駆体は、押出され、延伸されて、細孔を形成する。いくつかの実施形態において、非多孔質前駆体は、押出され、アニーリングされ、次いで延伸されて、細孔を形成する。他の実施形態において、多孔質または非多孔質前駆体は、押出以外の方法によって、例えば、焼結または印刷によって形成され得、延伸は、前駆体において実施されて、細孔を形成し得、または既存の細孔を大きくし得る。
【0078】
いくつかの実施形態において、細孔形成因子／細孔形成剤、またはベータ－核形成因子／ベータ－核形成剤が使用されてよく、プロセスは、依然として乾式プロセスとされる。例えば、粒子延伸プロセスは、乾式プロセスであるとされ得る、なぜなら、油または溶媒がポリマーと共に押出されず、押出されたポリマーから抽出されず、細孔を形成するからである。粒子延伸プロセスにおいて、粒子、例えば、シリカまたは炭酸カルシウムがポリマー混合物に添加され、これらの粒子が、細孔を形成することを助ける。かかる方法において、例えば、粒子およびポリマーを含むポリマー混合物が押出されて、延伸された前駆体を形成し、粒子の周りに空隙が作り出される。いくつかの実施形態において、粒子は、空隙が作り出された後に除去され得る。粒子延伸プロセスは、粒子の除去の前後に延伸工程を含んでいてよいが、粒子延伸プロセスは、乾式延伸プロセスとされない、なぜなら、原理の細孔形成メカニズムが、延伸しない粒子の使用であるからである。
【0079】
いくつかの好ましい実施形態において、乾式プロセス多孔質膜の構造は、１つ以上の顕著な特徴を有し得る。例えば、乾式プロセス膜は、１０％超の量のポリプロピレンを含んでいてよい。湿式プロセス、または溶媒を使用する他のプロセスは、ポリプロピレンに概して適合性でない、なぜなら、溶媒がポリプロピレンを劣化させるからである。そのため、湿式プロセス多孔質膜は、典型的には、１０％を超えない、最も典型的には５％以下のポリプロピレンを含有する。いくつかの乾式プロセス多孔質膜、特に電池セパレータとして使用されるもののうちの１つの他の顕著な特徴は、シャットダウン機能を有することができるとういうことである。シャットダウン機能は、いくつかの場合において、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ構造によって付与され得る。これは、乾式プロセス膜に特有である、なぜなら、主にポリプロピレン（ＰＰ）を含む層は、概して、湿式プロセスにおいて形成され得ないからである。乾式プロセスは、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰシャットダウン膜構造を形成するのに比類なく適している。
【0080】
いくつかの実施形態において、乾式プロセス多孔質膜の識別は、図３に示されているラメラおよびフィブリルの存在を有し得る。例えば、多孔質膜は、図３または図４Ａおよび図４Ｂに示されているもののような構造を有し得る。図４Ａおよび図４Ｂは、ＰＥ（Ａ）およびＰＰ（Ｂ）を含むＣｅｌｇａｒｄ（登録商標）ミクロ多孔質膜におけるスリット様のミクロ細孔を示すＦＥＳＭ画像である。いくつかの実施形態において、乾式プロセス多孔質膜の細孔またはミクロ細孔は、円形、楕円形、半円形、台形などであってよい。
【0081】
いくつかの実施形態において、乾式プロセス多孔質膜の顕著な特徴は、ピンホールを含有しないまたは実質的に含有しないということである。ピンホールは、欠陥であるとされ、概して、乾式プロセス多孔質膜の意図的に形成された特徴ではない。いくつかの実施形態において、乾式プロセスのミクロ多孔質膜は、１０ｎｍを超えるピンホールを含有しなくてよく、または実質的に含有しなくてよい。いくつかの好ましい実施形態において、乾式プロセス多孔質膜の細孔は、曲がりくねっている。いくつかの実施形態において、乾式プロセス多孔質膜の顕著な特徴は、ねじれである。いくつかの実施形態において、乾式プロセス多孔質膜のねじれは、１超、１．２超、１．３超、１．４超、１．５超、１．６超、１．７超、１．８超、１．９超、または２．０超である。いくつかの実施形態において、ねじれを大まかに計算するための式は、式（２）であり、
ねじれ＝ｘ／ｔ （２）
式中、「ｘ」は、多孔質膜における開口または細孔の長さであり、「ｔ」は、膜の厚さである。ピンホールは、１のねじれを有する、なぜなら、ピンホールの長さが膜の厚さと同じであるからである。曲がりくねった細孔は、図５に示されているように１を超えるねじれを有する、なぜなら、細孔の長さが、膜の厚さよりも長いからである。
ねじれ＝ｘ／ｔ （２）
式中、「ｘ」は、多孔質膜における開口または細孔の長さであり、「ｔ」は、膜の厚さである。ピンホールは、１のねじれを有する、なぜなら、ピンホールの長さが膜の厚さと同じであるからである。曲がりくねった細孔は、図５に示されているように１を超えるねじれを有する、なぜなら、細孔の長さが、膜の厚さよりも長いからである。
【0082】
いくつかの実施形態において、乾式延伸多孔質膜は、半結晶性である。いくつかの実施形態において、乾式延伸多孔質膜は、半結晶性であり、単一の方向に配向されている。例えば、膜は、ＭＤ配向されていてよい。湿式プロセスによって形成される多孔質フィルム、例えば、ベータ－核形成プロセスによって形成されるフィルムは、ランダムに配向されていてよい。
【0083】
複合体またはデバイス
複合体またはデバイスは、本明細書において上記に記載されているいずれかのコーティングされた電池セパレータまたはコーティングされた多孔質膜、ならびに、これに間接または直接接触して設けられている１つ以上の電極、例えば、アノード、カソード、またはアノードおよびカソードを含む。電極のタイプは、さほど限定されない。例えば、電極は、リチウムイオン二次電池における使用に好適なものであり得る。
複合体またはデバイスは、本明細書において上記に記載されているいずれかのコーティングされた電池セパレータまたはコーティングされた多孔質膜、ならびに、これに間接または直接接触して設けられている１つ以上の電極、例えば、アノード、カソード、またはアノードおよびカソードを含む。電極のタイプは、さほど限定されない。例えば、電極は、リチウムイオン二次電池における使用に好適なものであり得る。
【0084】
いくつかの実施形態において、複合体またはデバイスは、以下：円筒型セル、パウチセル、角柱セル、巻きセル、折り畳みセル、ラッピングセル、ポケットセルまたはスタックセル；のうちの少なくとも１つから選択されるセルである。
いくつかの実施形態において、複合体またはデバイスは、二次電池、例えば、リチウムイオン電池である。
本明細書におけるいくつかの実施形態によるリチウムイオン電池を図６に示す。
いくつかの実施形態において、複合体またはデバイスは、二次電池、例えば、リチウムイオン電池である。
本明細書におけるいくつかの実施形態によるリチウムイオン電池を図６に示す。
【0085】
好適なアノードは、３７２ｍＡｈ／ｇ以上、好ましくは≧７００ｍＡｈ／ｇ、最も好ましくは≧１０００ｍＡＨ／ｇのエネルギー容量を有し得る。アノードは、リチウム金属箔もしくはリチウム合金箔（例えば、リチウムアルミニウム合金）、またはリチウム金属ならびに／もしくはリチウム合金および材料の混合物、例えば、カーボン（例えば、コークス、グラファイト）、ニッケル、銅から構成されている。アノードは、リチウムを含有するインターカレーション化合物またはリチウムを含有する挿入化合物のみから作製されているのではない。
【0086】
好適なカソードは、アノードと適合性の任意のカソードであってよく、インターカレーション化合物、挿入化合物、または電気化学的に活性なポリマーを含んでいてよい。好適なインターカレーション材料には、例えば、ＭｏＳ２、ＦｅＳ２、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＮｂＳｅ３、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｖ６Ｏ１３、Ｖ２Ｏ５、およびＣｕＣｌ２が含まれる。好適なポリマーには、例えば、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、およびポリチオフェンが含まれる。
【0087】
本明細書に上記に記載されている任意の電池セパレータが、完全にまたは部分的に電池式である任意の自動車、例えば、電気自動車、またはデバイス、例えば、携帯電話もしくはノート型パソコンに組み込まれ得る。
【0088】
本発明の種々の実施形態が、本発明の種々の目的の実現において記載されている。これらの実施形態は、単に本発明の原理を示していると認識されるべきである。多くの変形および適応が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者に容易に明らかであろう。
【0089】
いくつかの態様において、本明細書に記載されている少なくとも１つのコーティングされたセパレータを含むコンデンサが開示されている。いくつかの実施形態において、コンデンサは、スーパーコンデンサであってよい。
【0090】
いくつかの実施形態において、コーティングの上部に直接さらなる層を有する、本明細書に記載されているコーティングされた多孔質膜のコーティングされた電池セパレータが記載されている。かかる実施形態において、コーティングは、少なくとも接着剤を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。いくつかの好ましい実施形態において、コーティングは、水系または水ベースのコーティングであってよい。かかるコーティングは、優れた均一性を有するため、その上部に別のコーティングを直接適用するのに理想的である。例えば、コーティングの接着性は、均一であり得る。上部に直接設けられている層は、セラミックコーティング、電極材料のコーティングまたは層、固体電解質材料のコーティングまたは層、金属製の層またはコーティング、金属含有コーティングまたは層、金属層またはコーティングなどのうちの少なくとも１つであってよい。
【実施例】
【0091】
実施例１：
実施例１において、ポリプロピレンでできている単層セパレータ（多孔質膜）を、接着剤としてのＰＶＤＦおよびシャットダウン剤としてのＰＥビーズを含むコーティングスラリーまたは混合物でコーティングした。この実施形態において、バインダを実施例１ａにおいて使用し、バインダを実施例１ｂにおいて使用しなかった。実施例１ｂにおいて、ＰＶＤＦおよびＰＥを、水または最大で５０％のアルコールもしくは他の水溶性溶媒を含有していてよい水ベースの溶媒に分散させた。１ａにおけるコーティングもまた、水系、水性、または水ベースのコーティングであった。コーティングをセパレータ（多孔質膜）の一方または両方の側（１つの側であってもよい）に適用した。実施例１による２つの側がコーティングされたセパレータの概略像を図７に示す。セパレータ（実施例１における多孔質膜は、シャットダウン能自体を有さなかった。
実施例１において、ポリプロピレンでできている単層セパレータ（多孔質膜）を、接着剤としてのＰＶＤＦおよびシャットダウン剤としてのＰＥビーズを含むコーティングスラリーまたは混合物でコーティングした。この実施形態において、バインダを実施例１ａにおいて使用し、バインダを実施例１ｂにおいて使用しなかった。実施例１ｂにおいて、ＰＶＤＦおよびＰＥを、水または最大で５０％のアルコールもしくは他の水溶性溶媒を含有していてよい水ベースの溶媒に分散させた。１ａにおけるコーティングもまた、水系、水性、または水ベースのコーティングであった。コーティングをセパレータ（多孔質膜）の一方または両方の側（１つの側であってもよい）に適用した。実施例１による２つの側がコーティングされたセパレータの概略像を図７に示す。セパレータ（実施例１における多孔質膜は、シャットダウン能自体を有さなかった。
【0092】
実施例２
実施例２において、ポリプロピレンでできている単層セパレータを、湿潤接着剤としてのＰＶＤＦ、乾燥接着剤、およびシャットダウン剤としてのＰＥビーズを含むコーティングを含むスラリーまたは混合物でコーティングした。バインダを実施例２ａにおいて使用したが、バインダを実施例２ｂにおいて使用しなかった。実施例２ｂにおいて、湿潤接着剤としてのＰＶＤＦ、乾燥接着剤、およびシャットダウン剤としてのＰＥビーズを、最大で５０％のアルコールまたは別の水溶性溶媒を有する水ベースの溶媒に分散させた。２ａにおけるコーティングもまた、水ベースまたは水系コーティングであった。コーティングを、セパレータの一方または両方の側に適用した。実施例２による２つの側がコーティングされたセパレータの概略像を図８に示す。実施例１におけるセパレータは、シャットダウン能自体を有さなかった。
実施例２において、ポリプロピレンでできている単層セパレータを、湿潤接着剤としてのＰＶＤＦ、乾燥接着剤、およびシャットダウン剤としてのＰＥビーズを含むコーティングを含むスラリーまたは混合物でコーティングした。バインダを実施例２ａにおいて使用したが、バインダを実施例２ｂにおいて使用しなかった。実施例２ｂにおいて、湿潤接着剤としてのＰＶＤＦ、乾燥接着剤、およびシャットダウン剤としてのＰＥビーズを、最大で５０％のアルコールまたは別の水溶性溶媒を有する水ベースの溶媒に分散させた。２ａにおけるコーティングもまた、水ベースまたは水系コーティングであった。コーティングを、セパレータの一方または両方の側に適用した。実施例２による２つの側がコーティングされたセパレータの概略像を図８に示す。実施例１におけるセパレータは、シャットダウン能自体を有さなかった。
【0093】
実施例３～２０２は、以下の表に示す量の接着剤およびシャットダウン剤を含有する。「Ｘ」が「バインダ」欄にある各実施例において、バインダを、水または水ベースのもしくは有機溶媒であってよい溶媒と共に添加する。バインダを、コーティング中の合計固体の１０％を超えない量で添加する。いくつかの実施形態において、バインダを添加せず、例えば、接着剤、シャットダウン剤、および／または無機もしくは耐熱性粒子を、有機溶媒または水もしくは水ベースの溶媒にバインダを用いずに分散させることができる。水ベースの溶媒は、最大で５０％のアルコールまたは水に可溶性である別の溶媒を含んでいてよい。無機または耐熱性粒子を、「Ｘ」が「無機または耐熱性粒子」欄にある各実施例において添加した。ダッシュ（「－」）は、構成要素がその実施例のコーティングに存在しないことを意味する。実施例３～２０２は、多孔質膜（セパレータ）、例えば、ポリプロピレン単層膜（セパレータ）の各側に同じコーティングを有する全２つの側がコーティングされたセパレータである。コーティングの１つがセラミックコーティングであり、他方のコーティングが実施例３～２３８におけるもののような組成を有する、２つの側がコーティングされたセパレータも調製した。１つのコーティングを適用しており、コーティングの組成物が実施例３～２３８において使用したコーティング組成物に相当する、例示的な１つの側がコーティングされたセパレータも調製した。加えて、無機または有機耐熱性粒子がナノ粒子（約５００ｎｍ未満、４５０ｎｍ未満、４００ｎｍ未満、約３５０ｎｍ未満、約３００ｎｍ未満、２５０ｎｍまたは２００ｎｍ未満の粒子サイズ）および非ナノ粒子（粒子サイズ２５０ｎｍ超、３００ｎｍ超、３５０ｎｍ超、４００ｎｍ超、４５０ｎｍ超、または５００ｎｍ超および最大で１，０００ｎｍ）である、実施例３～２３８におけるもののような実施形態を調製した。最終的に、実施例３～２３８のような例を形成し、ここでは、コーティングをセラミックまたはナノセラミック層の上部に形成した。コーティングは、セラミックまたはナノセラミック層に連続または非連続的に形成され得る。本明細書に記載されているセラミックまたはナノセラミック層は、重量で８０％、８５％以上、９０％以上、９５％以上、または９８％以上のセラミックまたはナノセラミック、および任意選択的にバインダまたは他の添加剤を含む層である。本明細書に記載されている実施形態の全てを溶媒として水を使用して行い、次いでコーティングする水ベースまたは水系コーティング溶液を形成した。実施形態はまた、溶媒ベースのコーティング溶液を使用しても行った。水系とは、溶媒が水のみまたは水およびアルコールまたは他の非有機水溶性溶媒であることを意味する。例えば、水系または水ベースのコーティングは、水である溶媒および最大５０％のアルコールまたは非有機水溶性溶媒、例えば、ＰＶＡを含んでいてよい。
【0094】
【表1-1】
【0095】
【表1-2】
【0096】
【表1-3】
【0097】
【表1-4】
【0098】
【表1-5】
【0099】
【表1-6】
【0100】
【表1-7】
【0101】
【表1-8】
【0102】
【表1-9】
【0103】
【表1-10】
【0104】
【表1-11】
【0105】
ナノセラミックまたはナノ無機物（実施例におけるナノアルミナ）の使用により、優れた結果を生じさせることが見出された。例えば、粘着または接着剤コーティングにおけるナノアルミナの使用は、図１２に示すように、自己接着の約５０％の低減を結果として生じさせた。図１２において、使用したナノアルミナは、２５０ｎｍの粒子サイズを有した。いずれの特定の理論によっても拘束されることを望まないが、なぜ自己接着が低減されるかを説明する提案された機構を図１３に示す。ナノセラミックまたはナノ無機物（実施例におけるナノアルミナ）はまた、シャットダウンコーティングの機能を改良することも見出された。例えば、抵抗は、シャットダウンの際、１００オーム超、５００オーム超、１，０００オーム超、２，０００オーム超、３，０００オーム超、４，０００オーム超、５，０００オーム超、６，０００オーム超、７，０００オーム超、８，０００オーム超、９，０００オーム超、または１０，０００オーム超増加した。これらの抵抗の増加は、１３５℃未満、１３０℃未満、１２５℃未満、１２０℃未満、１１５℃未満、１１０℃未満、１０５℃未満、１００℃未満、または９５℃未満の温度で生じた。これは、７００ｎｍのサイズを有する従来のセラミックを含む実施形態および２５０ｎｍのサイズを有するナノセラミックを含む実施形態を比較する図１４において明らかであり得る。いずれの特定の理論によっても拘束されることを望まないが、この改良された機能のシャットダウンコーティングは、ポリマーが流動してセパレータの細孔を遮断し得るという事実に部分的に起因するとされる。より大きいサイズの無機またはセラミックまたは耐熱性粒子により、ポリマーの流動および／またはセパレータの細孔の遮断をより困難にし得る。
【0106】
図１５は、それぞれ、ＰＶＤＦおよびナノセラミック、ならびにＰＶＤＦおよびセラミックを含有するコーティングの画像を示す。コーティングを含有するナノセラミックは、ナノセラミックの存在に少なくとも部分的に起因してより薄型にすることが可能である。
【0107】
いくつかの実施形態、態様または目的において、セパレータ膜の１つまたは２つの側にコーティングを含むコーティングされたセパレータが開示されている。コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含有していてよい。これらの構成要素を含有するコーティングは、セラミック材料を含めたいずれの無機もしくは有機耐熱性材料も含有しておらず、または、セラミック材料を含めた無機もしくは有機耐熱性材料を少量で含有する。セパレータは、自身がシャットダウン能を有さないセパレータであってよい。例えば、セパレータのセパレータ膜は、ポリプロピレンでできている単層セパレータ膜であってよい。本明細書に開示されているコーティングされたセパレータのうちの少なくとも１つを含有する電池セル、二次電池、およびコンデンサも開示されている。
【0108】
いくつかの実施形態、態様または目的において、セパレータ膜の１つまたは２つの側にコーティングを含むコーティングされたセパレータ膜が開示されている。コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含有していてよい。これらの構成要素を含有するコーティングは、セラミック材料を含めたいずれの無機もしくは有機耐熱性材料も含有しておらず、または、セラミック材料を含めた無機もしくは有機耐熱性材料を少量で含有する。セパレータは、自身がシャットダウン能を有さないセパレータであってよい。例えば、セパレータのセパレータ膜は、ポリプロピレンでできている単層セパレータ膜であってよい。また、本明細書に開示されているコーティングされたセパレータのうちの少なくとも１つを含有する電池セル、二次電池、およびコンデンサも開示されている。
【0109】
いくつかの実施形態、態様または目的において、ポリマー膜の１つまたは２つの側にコーティングを含むコーティングされた膜が開示されている。コーティングは、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含有していてよい。これらの構成要素を含有するコーティングは、セラミック材料を含めたいずれの無機もしくは有機耐熱性材料も含有していなくてよく、または、セラミック材料を含めた無機もしくは有機耐熱性材料を少量で含有する。膜、またはベースフィルムは、自身がシャットダウン能を有さない膜であってよい。例えば、コーティングされた膜の膜が、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ブレンドなどでできている単層または多層膜であってよい。また、本明細書に開示されているコーティングされた膜の少なくとも１つを含有する電池、セル、二次電池、コンデンサ、テキスタイル、フィルタ、ガーメントなども開示されている。
【0110】
いくつかの実施形態、態様または目的において、ポリマー膜の１つまたは２つの側にコーティング、層、または処理を含む多層または複合体膜が開示されている。コーティング、層、または処理は、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダのうちの少なくとも１つを含有していてよい。これらの構成要素を含有するコーティング、層、または処理は、セラミック材料を含めたいずれの無機もしくは有機耐熱性材料も含有していなくてよく、または、セラミック材料を含めた無機もしくは有機耐熱性材料を少量で含有する。膜またはベースフィルムは、自身がシャットダウン能を有さない膜であってよい。例えば、多層膜のベース膜は、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ブレンドなどでできている単層または多層膜であってよい。また、本明細書に開示されている多層または複合体膜のうちの少なくとも１つを含有する電池、セル、二次電池、コンデンサ、テキスタイル、フィルタ、ガーメントなども開示されている。
【0111】
本発明の種々の実施形態が、本発明の種々の目的の実現において記載されている。これらの実施形態は、単に本発明の原理を示していると認識されるべきである。本発明の多くの変形および適応が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者に容易に明らかであろう。例えば、不織布、例えば、繊維、メッシュ、ネットなどが、コーティングされたセパレータ、コーティングされた膜、多層または複合体膜などの一方または両方の側に付加されてよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【手続補正書】
【提出日】2022-01-28
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜であって：セパレータ；ならびに
接着剤、シャットダウン剤、およびバインダからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる少なくとも１つのコーティング
を含み、前記コーティングが、無機もしくは有機のいずれかの耐熱性粒子のいずれをも含有せず、または、ほんの少量の無機および／もしくは有機耐熱性粒子（ナノもしくは非ナノ粒子）を含有する、前記コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項2】
前記コーティングが、無機または有機のいずれかの耐熱性粒子のいずれをも含有しない、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項3】
前記コーティングが、ほんの少量の無機および／または有機耐熱性粒子を含有する、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項4】
前記コーティングが、接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜であって、
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤の群から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記湿潤接着剤がＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記乾燥接着剤が１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になるか、
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になり、かつ、前記湿潤接着剤がＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になり、かつ、前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項5】
前記コーティングが、シャットダウン剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項6】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、または
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項7】
前記コーティングが、接着剤およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項8】
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤の群から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項７に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項9】
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項10】
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項11】
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、コーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜であって、
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、および／または
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項12】
前記コーティングが、シャットダウン剤およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項13】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含み、前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、または
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１２に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項14】
前記コーティングが、接着剤およびシャットダウン剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項15】
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１４に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項16】
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項17】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１６に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項18】
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項19】
前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になり、および/または
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１８に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項20】
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項１５に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項21】
前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項２０に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項22】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、または
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１４に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項23】
前記コーティングが、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項24】
前記接着剤が、湿潤接着剤および乾燥接着剤から選択される少なくとも１つを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、湿潤接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になるか、
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になり、前記湿潤接着剤が、ＰＶＤＦ、アクリル系ポリマー、またはこれらの組み合わせを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、乾燥接着剤および湿潤接着剤を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になり、前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、または
前記接着剤が、乾燥接着剤を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、前記乾燥接着ポリマーが、１００℃未満、好ましくは３０℃～８０℃の間のガラス転移温度を有するＰＶＤＦ－ＨＦＰコポリマーまたはアクリルを含む、これからなる、またはこれから本質的になる、請求項２３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項25】
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、
前記シャットダウン剤が、約１００℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子を含む、これからなる、またはこれから本質的になり、かつ、前記シャットダウン剤が、ＰＥビーズを含む、これからなる、またはこれから本質的になるか、または
前記シャットダウンが、約１３０℃～約１４０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；約８０℃～約１３０℃の融点を有するポリマーでできているビーズまたは粒子；１４０℃～２２０℃の融点を有するビーズまたは粒子、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる、請求項２３に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項26】
前記セパレータが、１つの側または２つの側がコーティングされたセパレータである、請求項１、２、３、４、５、７、１２、１４、または２３のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項27】
前記セパレータが２つの側がコーティングされ、前記２つの側のコーティングが同じであるか、異なるか、または異なり、かつ前記２つの側のコーティングの１つがセラミックコーティングである、請求項２６に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項28】
前記セパレータが、前記コーティング無しに１５０℃または１４０℃未満の温度でシャットダウン能を有さず、かつ、前記コーティング無しに１５０℃または１４０℃未満の温度でシャットダウン能を有さない前記セパレータが、乾式プロセスセパレータである、請求項１、２、３、４、５、７、１２、１４、または２３のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項29】
前記セパレータが、ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になるセパレータであるか、
前記セパレータが、ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になる単層セパレータであるか、
前記セパレータが、ポリプロピレンからなるまたはこれから本質的になる乾式プロセス単層セパレータである、請求項１に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項30】
前記コーティングが、水ベースまたは水系コーティングである、請求項１～２０、２２～２５または２９のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項31】
無機または有機耐熱性粒子が存在し、前記無機または有機耐熱性粒子が、１～１，０００ｎｍ、１～５００ｎｍまたは１～２５０ｎｍの粒子サイズを有する、請求項１～２０、２２～２５または２９のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜。
【請求項32】
請求項１～２０、２２～２５、２９または３１のいずれか一項に記載のコーティングされたセパレータまたはコーティングされた多孔質膜を含む複合体であって、さらなるコーティングが、接着剤、シャットダウン剤、およびバインダからなる群から選択される少なくとも１つを含む、これらからなる、またはこれらから本質的になる少なくとも１つのコーティングの上部に直接設けられており、前記コーティングが、無機もしくは有機のいずれかの耐熱性粒子のいずれをも含有せず、または、ほんの少量の無機および／もしくは有機耐熱性粒子（ナノもしくは非ナノ粒子）を含有する、前記複合体。
【請求項33】
前記コーティングが、水ベースまたは水系コーティングである、請求項３２に記載の複合体。
【請求項34】
前記コーティングが、前記の少量の無機および／または有機耐熱性粒子（ナノもしくは非ナノ粒子）を、前記コーティングの合計固形分の１０％未満、前記コーティングの合計固形分の９％未満、前記コーティングの合計固形分の８％未満、前記コーティングの合計固形分の７％未満、前記コーティングの合計固形分の６％未満、前記コーティングの合計固形分の５％未満、前記コーティングの合計固形分の４％未満、前記コーティングの合計固形分の３％未満、前記コーティングの合計固形分の２％未満、または前記コーティングの合計固形分の１％未満の量で含む、請求項３２に記載の複合体。
【請求項35】
さらなるコーティングが、セラミックコーティング、ポリマーコーティング、電極材料のコーティング、固体電解質材料のコーティング、金属含有コーティング、金属コーティングなどである、請求項３２に記載の複合体。
【国際調査報告】