非水系蓄电元件用粘结剂和非水系蓄电元件的制作方法_4

文档序号:9693456阅读:来源:国知局
-SiOH的物质。
[0155]作为钛系偶联剂,可以举出三乙醇胺钛酸酯、乙酰丙酮钛、乙酰乙酸乙酯钛、乳酸 钛、乳酸钛铵盐、四硬脂基钛酸酯、异丙基三异丙苯基苯基钛酸酯、异丙基三(N-氨基乙基-氨基乙基)钛酸酯、二异丙苯基苯基氧乙酸酯钛酸酯、异丙基三辛醇钛酸酯、二甲基丙烯酰 基异硬脂酰基钛酸异丙酯、乳酸钛乙酯、辛二醇钛酸酯、异丙基三异硬脂酰基钛酸酯、三异 硬脂基异丙基钛酸酯、异丙基三(十二烷基)苯磺酰基钛酸酯、四(2-乙基己基)钛酸酯、钛酸 丁酯二聚物、异丙基异硬脂酰基二丙烯酰基钛酸酯、异丙基三(磷酸二辛酯)钛酸酯、异丙基 三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯、四异丙基双(亚磷酸二辛酯)钛酸酯、四辛基双(亚磷酸双十三烷 基酯)钛酸酯、四(2,2_二烯丙氧基甲基-1-丁基)双(双十三烷基)亚磷酸酯钛酸酯、双(焦磷 酸二辛酯)氧乙酸酯钛酸酯、双(焦磷酸二辛酯)亚乙基钛酸酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁 酯、二异硬脂酰基亚乙基钛酸酯等。
[0?5?]作为偶联剂,优选钦系偶联剂、以及乙烯基二甲氧基硅烷、乙烯基二乙氧基硅烷、 γ -氯丙基三甲氧基硅烷、γ -氨基丙基三乙氧基硅烷、Ν-(β-氨基乙基)-γ -氨基丙基三甲 氧基硅烷、Ν-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基 硅烷、β-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲 基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷以及氰醇甲硅烷基醚。硅 烷系偶联剂和钛系偶联剂可以使用一种或者将两种以上组合使用。
[0157]这样的偶联剂可以通过与电池电极表面或隔板表面发生相互作用而提高密合力。 另外,通过用这些偶联剂被覆填料的表面,能够利用偶联剂分子所产生的排斥效果在填料 之间形成间隙,通过在其间传导离子,还能够提高离子传导性。另外,通过用偶联剂被覆无 机填料、有机硅颗粒或聚烯烃颗粒等填料的表面,能够使这些填料疏水化,因此能够进一步 提高消泡性。另外,通过用硅烷偶联剂置换填料表面的活性氢,能够减少表面吸附水的量, 因此能够减少导致非水系蓄电元件的特性降低的水分的量。
[0158]相对于粘结剂100质量份,组合物可以包含0.01质量份~500质量份的偶联剂,优 选为〇. 1质量份~100质量份。
[0159] [稳定剂]
[0160] 组合物可以包含稳定剂。作为这样的稳定剂,没有特别限制,可以举出2,6_二叔丁 基苯酸、2,4_二叔丁基苯酸、2,6_二叔丁基_4_乙基苯酸、2,4_二(正辛基硫基)-6-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯胺基)-1,3,5-三嗪等酚系抗氧化剂;烷基二苯胺、N,Ν' -二苯基对苯二胺、 6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉、Ν-苯基-Ν' -异丙基对苯二胺等芳香族胺系抗氧化 剂;由二月桂基-3,3'_硫代二丙酸酯、双十三烷基-3,3'_硫代二丙酸酯、双[2-甲基-4-{3-正烷基硫代丙酰基氧基}-5_叔丁基苯基]硫醚、2-巯基-5-甲基苯并咪唑等所例示的硫醚系 过氧化氢分解剂;三(异癸基)亚磷酸酯、苯基二异辛基亚磷酸酯、二苯基异辛基亚磷酸酯、 二(壬基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、3,5_二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯、双(4-叔丁基 苯基)磷酸钠等磷系过氧化氢分解剂;水杨酸苯酯、4-叔辛基苯基水杨酸酯等水杨酸酯系光 稳定剂;2,4_二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸等二苯甲酮系光稳定剂; 2-(2'_羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、2,2'_亚甲基双[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-6-(2^苯 并三唑-2-基)苯酚]等苯并三唑系光稳定剂;苯基-4-哌啶基碳酸酯、癸二酸双[2,2,6,6_四 甲基-4-哌啶基]酯等受阻胺系光稳定剂;[2,2'_硫代双(4-叔辛基苯酚)]-2_乙基己胺镍 (II)等Ni系光稳定剂;氰基丙稀酸酯系光稳定剂;草酰苯胺系光稳定剂;富勒稀、氢化富勒 烯、氢氧化富勒烯等富勒烯系光稳定剂;等等。这些稳定剂可以单独使用,也可以将两种以 上组合使用。
[0161] 相对于粘结剂100质量份,组合物可以包含0.01质量份~10质量份的稳定剂,优选 为0.05质量份~5质量份。在合用上述稳定剂和无机填料的情况下,相对于无机填料100质 量份,可以包含10质量份以下的稳定剂,优选为0.01质量份~10质量份、更优选为0.05质量 份~5质量份、进一步优选为0.1质量份~1质量份。
[0162] [防腐剂]
[0163] 组合物可以包含防腐剂。由此,可以调节组合物的保存稳定性。
[0164] 作为防腐剂,可以举出苯甲酸、水杨酸、脱氢乙酸、山梨酸之类的酸;苯甲酸钠、水 杨酸钠、脱氢乙酸钠以及山梨酸钾之类的盐;2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮以及1,2_苯并异噻 唑啉-3-酮之类的异噻唑啉系防腐剂;甲醇、乙醇、异丙醇以及乙二醇等醇类;对羟基苯甲酸 酯类、苯氧基乙醇、苯扎氯铵、盐酸氯己定等。
[0165] 这些防腐剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
[0166] 相对于粘结剂100质量份,组合物可以包含0.0001质量份~1质量份的防腐剂。在 合用上述防腐剂和无机填料的情况下,相对于无机填料1〇〇质量份,可以包含1质量份以下 的防腐剂,优选为〇. 0001质量份~1质量份、更优选为〇. 0005质量份~0.5质量份。
[0167] [表面活性剂]
[0168] 出于调节组合物的润湿性、消泡性的目的,组合物可以包含表面活性剂。另外,出 于提高离子传导性的目的,组合物可以包含离子性的表面活性剂。
[0169] 作为表面活性剂,可以使用阴离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子(Nonion) 表面活性剂中的任一种。
[0170] 作为阴离子表面活性剂,可以举出皂、月桂基硫酸盐、聚氧乙烯烷基醚硫酸盐、烷 基苯磺酸盐(例如十二烷基苯磺酸盐)、聚氧乙烯烷基醚磷酸、聚氧乙烯烷基苯基醚磷酸、N-酰基氨基酸盐、烯烃磺酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基苯基醚硫酸酯盐、甲基牛磺酸盐、三氟甲 磺酸盐、五氟乙磺酸盐、七氟丙磺酸盐、九氟丁磺酸盐等;作为抗衡阳离子,可以使用钠离 子、锂离子等。在锂离子电池中更优选锂离子型的表面活性剂,在钠离子电池中更优选钠离 子型的表面活性剂。
[0171] 作为两性表面活性剂,可以举出盐酸烷基二氨基乙基甘氨酸、2-烷基-Ν-羧甲基-Ν-羟乙基咪唑啉鑰甜菜碱、月桂基二甲氨基乙酸甜菜碱、椰子油脂肪酸酰胺丙基甜菜碱、月旨 肪酸烷基甜菜碱、磺基甜菜碱、氧化胺等。
[0172] 作为非离子(Nonion)型表面活性剂,可以举出聚乙二醇的烷基酯型化合物、三乙 二醇单丁醚等烷基醚型化合物、聚氧山梨糖醇酐酯等酯型化合物、烷基酚型化合物、乙炔骨 架型化合物、氟型化合物、有机硅型化合物等。
[0173] 表面活性剂可以单独使用,也可以将两种以上组合使用。
[0174] 相对于粘结剂100质量份,组合物可以包含0.01质量份~50质量份的表面活性剂, 优选为0.05质量份~20质量份。在将上述表面活性剂与无机填料合用的情况下,相对于无 机填料100质量份,可以包含50质量份以下,优选为0.01质量份~50质量份、更优选为0.05 质量份~2〇质量份、进一步优选为〇. 1质量份~1〇质量份。
[0175] 组合物为非水系蓄电元件用,具体地说,可以用于保护电极或隔板。可以使用本发 明的组合物在电极或隔板的至少表面形成涂层,其一部分可以进入电池电极或隔板内部。
[0176] [组合物的制造方法]
[0177] 组合物可以通过对上述成分进行混合搅拌来制作,以下述3种组合物为例进行说 明。
[0178] (1)用于形成耐热涂层的组合物(耐热涂层用组合物)
[0179] (2)用于形成活性物质的组合物(活性物质层用组合物)
[0180] (3)用于集电体的表面处理的组合物(集电体表面处理用组合物)
[0181] (1)耐热涂层组合物可以用于在隔板、电极、集电体上形成具有耐热性的层。特别 是,隔板或电极表面具有离子传导性,通过形成电绝缘性的涂层以提高绝缘性,可以提高电 池的安全性。耐热涂层组合物可以进一步包含耐热性高的有机填料或无机填料,例如在使 用氧化铝作为无机填料的情况下,氧化铝可以以分散于溶剂中的状态进行混合。具体地说, 可以举出包含无机填料、本发明的粘结剂、溶剂的组合物。关于这些成分的优选量,如上所 述。
[0182] (2)活性物质层用组合物可以用于形成非水系蓄电元件的电极的活性物质层。对 于活性物质层用组合物,可以根据所期望的非水系蓄电元件适当地选择活性物质而制成配 合物。非水系蓄电元件为电池的情况下,可以举出授受负责电池的充放电的碱金属离子的 活性物质,例如,在正极可以使用钴酸锂或橄榄石型磷酸铁锂等锂盐的颗粒,在负极可以使 用石墨或硅合金颗粒等,为了提高电传导性,还可以进一步使用上述碳系填料。具体地说, 可以举出包含活性物质、本发明的粘结剂、溶剂的组合物。关于这些成分的优选量,如上所 述。
[0183] (3)集电体表面处理用组合物可以用于涂布至集电体表面,由此降低电阻,提高对 于电解的耐性。其结果,可以实现非水系蓄电元件特性的提高和寿命的延长。在集电体表面 处理用组合物中可以混配以碳系填料为代表的导电性填料作为导电助剂。具体地说,可以 举出包含导电性填料(例如碳系填料)、本发明的粘结剂、溶剂的组合物。关于这些成分的优 选量,如上所述。
[0184] 对这些组合物进行搅拌的情况下,可以使用螺旋桨式搅拌机、行星式搅拌机、混合 搅拌机、捏合机、乳化用均化机以及超声波均化机等搅拌装置来进行。另外,还可以根据需 要在加热或冷却的同时进行搅拌。需要说明的是,本粘结剂不仅可以适应于这些示例,还可 以适应于与电解液接触的部分所用的部件,在层积膜型电池的情况下,也可以用于密合性 提高剂、密封剂、极耳的密合提高剂等。
[0185] [利用组合物形成各组合物层的方法]
[0186] 组合物为非水系蓄电元件用,具体地说,涂布至非水系蓄电元件的电极、隔板或集 电体表面,并使溶剂蒸发,由此可以形成层。如此形成的层与基材的密合性优异,且含水率 低。另外,可以形成耐电解液性或耐热性优异的层,进而,通过形成层,可以进行电极或隔板 的表面保护。
[0187]本发明包含使用本发明的组合物得到的各种层。即,在粘结剂为溶解于溶剂中的 状态的情况下,使用本发明的组合物的各种层的形成方法包括以下工序:在电极、隔板或集 电体表面形成至少1层以上的组合物的组合物层的工序;以及使溶剂蒸发的工序。另外,在 粘结剂为不溶于溶剂的固体的情况下,包括以下工序:在电极、隔板或集电体表面形成至少 1层以上的组合物的组合物层的工序;使溶剂蒸发的工序;以及在固体粘结剂在使上述溶剂 蒸发的温度条件下不发生热熔接时,对上述固体粘结剂进行加热熔接的工序。
[0188](组合物层的形成方法)
[0189]关于组合物层在电极、隔板或集电体上的形成,可以在其表面利用凹版涂布机、缝 模涂布机、喷涂机、浸渍等适用组合物,由此来进行。
[0190]在(1)耐热涂层用组合物的情况下,所适用的组合物的厚度优选为0 · Ο?μπι~100μL? 的范围,从电气特性和密合性的方面出发,更优选0 · 05μπι~50μπι的范围。本发明中,使组合 物层干燥后的厚度、即涂层的厚度优选为O.OlMi~100μπι的范围、更优选为0.05μηι~50μηι的 范围。涂层的厚度为该范围时,对于电传导的绝缘性充分,可以充分减小短路的危险性。另 外,若涂层的厚度增加,由于电阻与厚度成比例地增加,若为该范围,则容易避免对于离子 传导的电阻变得过高、非水系蓄电元件的充放电特性降低的情况。
[0191] (2)在活性物质层用组合物的情况下,通过非水系蓄电元件的设计可以使层的厚 度发生变化,但适用的组合物的厚度优选为Ο.ΟΙμπι~ΙΟΟΟμπι的范围,从电学特性和密合性 的方面出发,更优选为Ιμπι~500μπι的范围。本发明中,将组合物层干燥后的厚度、即活性物 质层的厚度优选为2μπι~300μπι的范围、更优选为ΙΟμπι~200μπι的范围。若为该范围,则容易 避免下述情况:活性物质层的厚度过薄,电池容量减小;厚度过厚,对于离子传导的电阻升 高,非水系蓄电元件的充放电特性降低。
[0192] (3)在集电体表面处理用组合物的情况下,适用的组合物的厚度优选为Ο.ΟΙμπι~ 100μπι的范围,从电学特性和密合性的方面出发,更优选为0.05μπι~50μπι的范围。本发明中, 涂布后干燥后的厚度、即表面处理层的厚度优选为〇. Ο?μπι~100μπι的范围、更优选为0.05μπι ~50μπι的范围。若为该范围,则容易避免下述情况:表面处理层的厚度变得过薄,密合性降 低而容易剥离;厚度过厚,对于电传导的电阻升高,非水系蓄电元件的充放电特性降低。
[0193] (溶剂的蒸发方法)
[0194] 组合物包含溶剂的情况下,在各层的形成中可以通过加热、抽真空而使溶剂蒸发。 作为加热法,可以使用热风炉、红外线加热器、加热辊等,真空干燥可以通过向腔室内导入 组合物的组合物层并使腔室为真空来进行干燥。另外,在使用具有升华性的溶剂时,也可以 通过将其冷冻干燥而使溶剂蒸发。加热法中的加热温度和加热时间只要是溶剂产生蒸发的 温度和时间就没有特别限制,例如可以设定为80°C~120°C下0.1小时°C~2小时。通过使溶 剂蒸发,各组合物中的除去溶剂后的成分与电极、隔板、集电体密合,在粘结剂为热熔性的 情况下可以发生热熔接。组合物包含填料的情况下,由此形成多孔质膜,在耐热涂层用组合 物的情况下,形成耐热性多孔质膜。
[0195] (加热方法)
[0196] 在各层的形成中,粘结剂为颗粒状的情况下,可以使粘结剂彼此热熔接并使其固 化。这种情况下,可以在颗粒完全熔融的温度下使其热熔接并固化,也可以通过在仅使表面 热熔、熔敷而相互密合的状态下进行冷却而使颗粒彼此以点的方式密合,并在留有间隙的 状态下使其固化。利用前者的热熔接固化时,形成连续相的部分多,离子传导性、机械强度 和耐热性高。利用后者的热熔接固化时,形成连续相的部分少,热熔接后的有机物颗粒介导 的离子传导性、机械强度和耐热性差,但电解液会浸渗到颗粒间的空隙内,由此能够提高离 子传导性。另外,由于后者形成了随机地留有间隙的结构,因此,在产生枝晶的情况下,通过 妨碍其线性生长,也能够提高防止短路的效果。热熔时的加热熔接方法可以使用热风、加热 板、烘箱、红外线、超声波熔接等各种公知的方法,也可以通过在加热时进行加压来提高保 护剂层的密度。另外,冷却除了自然冷却以外,也可以使用冷却气体、按压到散热板上等各 种公知的方法。另外,在加热至粘结剂熔融的温度的情况下,可以在粘结剂熔融的温度下加 热0.1秒~1000秒。
[0197] 通过包括上述工序的形成方法,可得到具有与各组合物对应的层的电极、隔板、集 电体。即,在使用耐热涂层用组合物的情况下,形成耐热涂层;在使用活性物质层用组合物 的情况下,形成活性物质层;在使用集电体表面处理用组合物的情况下,形成表面处理层。 关于耐热涂层或表面处理层,在电极、隔板和集电体为多孔质体的情况下,上述层的至少一 部分可以进入内部而形成。这些层的空隙率为〇%以上、优选为15%~90%、更优选为20% ~80%。空隙率可以由密度测定计算出。通过电解液浸渗到上述孔中,蓄电元件之类的电池 的充放电特性提高。集电体为多孔质体的情况下,耐热涂层、表面处理层优选为多孔质体, 可以增加集电体的单位面积的表面积,提高离子传导性。这样的集电对可以优选适应于双 电层型电容器。
[0198] [电极和/或隔板和/或集电体]
[0199] 本发明涉及具有上述层的电极、隔板或集电体。对设置有电极、隔板或集电体的非 水系蓄电元件没有特别限制,可以举出公知的各种电池(可以为一次电池,也可以为二次电 池。例如锂离子电池、钠离子电池。钙离子电池、镁离子电池等)、电容器(双电层型电容器 等)。由此,作为电极没有特别限制,可例示出公知的各种电池、电容器的正极或负极。可以 在它们的至少一个面上涂布或浸渗组合物,并使溶剂蒸发,由此可以形成涂层。可以对正极 或负极的任意一个或两者适用组合物。作为隔板,可例示出聚丙烯或聚乙烯制的多孔质材 料、纤维素制或聚丙烯、聚乙烯、聚酯制的无纺布等,可以在它们的双面或单面上进行涂布 或浸渗并使溶剂蒸发,由此可以形成涂层。本发明的涂层可以在与相对的隔板或
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