JP7567779B2 - Separator material and non-aqueous electrochemical device - Google Patents
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Description
本発明は、セパレータ材料および当該セパレータ材料を用いた非水系電気化学デバイスに関するものである。 The present invention relates to a separator material and a non-aqueous electrochemical device using the separator material.
従来、リチウム一次電池等の一次電池;リチウムイオン二次電池、リチウム金属二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、マグネシウム二次電池、アルミニウム二次電池等の非水系二次電池;色素増感型太陽電池等の太陽電池;電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ;エレクトロクロミック表示デバイス;電気化学発光素子;電気二重層トランジスタ;電気化学アクチュエータなどの非水系電気化学デバイスでは、正極と負極とを隔離して正極と負極との間の短絡を防ぐ部材としてセパレータが用いられている。Conventionally, in non-aqueous electrochemical devices such as primary batteries such as lithium primary batteries; non-aqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, lithium metal secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, magnesium secondary batteries, and aluminum secondary batteries; solar cells such as dye-sensitized solar cells; capacitors such as electric double layer capacitors and lithium ion capacitors; electrochromic display devices; electrochemical light-emitting elements; electric double layer transistors; and electrochemical actuators, separators have been used as components that separate the positive and negative electrodes to prevent short circuits between the positive and negative electrodes.
そして、例えば特許文献1には、エチレンカーボネート、ジメチルスルホンおよびテトラフルオロほう酸リチウム(LiBF4)の混合物よりなる電解液と、ガラス繊維フィルター(製品名:Whatman(登録商標)、厚み:675μm)よりなるセパレータとを備えるリチウムイオン二次電池が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery having an electrolyte solution made of a mixture of ethylene carbonate, dimethyl sulfone, and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) and a separator made of a glass fiber filter (product name: Whatman (registered trademark), thickness: 675 μm).
ここで、非水系電気化学デバイスには、安全性の観点から、異常発熱等により内部から着火した場合や、火災等に巻き込まれて外部から着火した場合であっても、燃焼し難く、且つ、外部への物質漏えいが少ないことが求められている。From the perspective of safety, non-aqueous electrochemical devices are required to be difficult to burn and to have minimal leakage of materials to the outside, even if they are ignited internally due to abnormal heat generation, or externally if caught in a fire, etc.
しかし、従来の非水系電気化学デバイスには、燃焼性を低下させると共に着火等により外装が破壊された際の外部への物質漏えいを抑制して安全性を高めるという点において改善の余地があった。However, conventional non-aqueous electrochemical devices had room for improvement in terms of reducing flammability and improving safety by preventing leakage of substances to the outside in the event that the exterior is destroyed by ignition or other causes.
そこで、本発明は、内部または外部から着火した場合であっても、燃焼し難く、且つ、外部への物質漏えいが少ない非水系電気化学デバイスが得られる技術を提供することを目的とする。Therefore, the present invention aims to provide a technology that can obtain a nonaqueous electrochemical device that is difficult to burn and has little leakage of substances to the outside, even if ignited from inside or outside.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、所定の性状を有する多孔性薄膜材料に所定の組成を有する電解質組成物を含浸させてなるセパレータ材料を用いれば、内部または外部から着火した場合であっても安全性に優れる非水系電気化学デバイスが得られることを見出し、本発明を完成させた。As a result of extensive research into achieving the above-mentioned objective, the inventors have discovered that by using a separator material in which a porous thin film material having specified properties is impregnated with an electrolyte composition having a specified composition, a non-aqueous electrochemical device that is highly safe even in the event of internal or external ignition can be obtained, and have thus completed the present invention.
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のセパレータ材料は、厚さが300μm以下の多孔性薄膜材料に対して電解質組成物を含浸させてなり、前記電解質組成物は、少なくとも1種のイオン性物質と、有機組成物とを含有し、且つ、温度100℃の大気圧下において液状であり、前記有機組成物は、温度5℃の大気圧下において固体である化合物を80質量%以上の割合で含み、大気圧下における沸点が130℃未満の低沸点有機化合物の含有割合が0質量%以上20質量%以下であることを特徴とする。このように、上述した所定の厚さを有する多孔性薄膜材料に対して上述した所定の組成および性状を有する電解質組成物を含浸させれば、燃焼性が低く、加熱による穴あきなどの多孔性薄膜材料の損傷が生じにくく、且つ、着火等により外装が破壊された場合であっても外部に物質が漏えいし難いセパレータ材料が得られる。
なお、本発明において、多孔性薄膜材料の「厚さ」は、JIS K7130に準拠して測定した厚みを指す。また、本発明において、「沸点」は、標準大気圧下で沸騰させて還流を行い、蒸気の再凝縮温度を温度計で計測することにより測定することができる。
That is, the present invention aims to advantageously solve the above problems, and the separator material of the present invention is obtained by impregnating a porous thin film material having a thickness of 300 μm or less with an electrolyte composition, the electrolyte composition containing at least one ionic substance and an organic composition, and being liquid under atmospheric pressure at a temperature of 100 ° C., the organic composition containing 80 mass % or more of a compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5 ° C., and the content of a low-boiling point organic compound having a boiling point of less than 130 ° C. under atmospheric pressure is 0 mass % or more and 20 mass % or less. In this way, by impregnating a porous thin film material having the above-mentioned predetermined thickness with an electrolyte composition having the above-mentioned predetermined composition and properties, a separator material can be obtained that has low flammability, is unlikely to cause damage to the porous thin film material such as holes caused by heating, and is unlikely to leak substances to the outside even if the exterior is destroyed by ignition or the like.
In the present invention, the "thickness" of the porous thin film material refers to a thickness measured in accordance with JIS K 7130. In addition, in the present invention, the "boiling point" can be measured by boiling and refluxing at standard atmospheric pressure and measuring the recondensation temperature of the vapor with a thermometer.
ここで、本発明のセパレータ材料において、前記有機組成物は、温度5℃の大気圧下において固体である化合物を2種類以上含むことが好ましく、3種類以上含むことがより好ましい。温度5℃の大気圧下において固体である化合物の種類が多いほど、イオン性物質が溶解し易くなると共に、電解質組成物の性能が向上するからである。Here, in the separator material of the present invention, the organic composition preferably contains two or more types of compounds that are solid at a temperature of 5°C under atmospheric pressure, and more preferably contains three or more types. The more types of compounds that are solid at a temperature of 5°C under atmospheric pressure, the easier it is for the ionic substance to dissolve and the performance of the electrolyte composition to improve.
また、本発明のセパレータ材料において、前記有機組成物は、難燃剤を更に含有することが好ましい。有機組成物が難燃剤を含有していれば、セパレータ材料を更に燃焼し難くすることができる。In addition, in the separator material of the present invention, it is preferable that the organic composition further contains a flame retardant. If the organic composition contains a flame retardant, the separator material can be made even more difficult to burn.
更に、本発明のセパレータ材料において、前記電解質組成物は、高分子成分を更に含有することが好ましい。電解質組成物が高分子成分を含有していれば、セパレータ材料を更に燃焼し難くすることができる。
なお、本発明において、「高分子成分」とは、JIS K7252に準拠して測定した重量平均分子量が10000以上の成分を指す。
In the separator material of the present invention, the electrolyte composition preferably further contains a polymer component. If the electrolyte composition contains a polymer component, the separator material can be made even more difficult to burn.
In the present invention, the term "polymer component" refers to a component having a weight average molecular weight of 10,000 or more as measured in accordance with JIS K7252.
また、本発明のセパレータ材料は、前記多孔性薄膜材料が融点を有するものであることが好ましい。多孔性薄膜材料が加熱により溶融すれば、セパレータ材料が燃焼するのを抑制することができる。In addition, in the separator material of the present invention, it is preferable that the porous thin film material has a melting point. If the porous thin film material melts when heated, the separator material can be prevented from burning.
更に、本発明のセパレータ材料は、前記多孔性薄膜材料の表面に不燃性の微粒子が付着していることが好ましい。表面に不燃性の微粒子が付着した多孔性薄膜材料を使用すれば、セパレータ材料を更に燃焼し難くすることができる。Furthermore, in the separator material of the present invention, it is preferable that non-flammable fine particles are attached to the surface of the porous thin film material. By using a porous thin film material having non-flammable fine particles attached to its surface, the separator material can be made even more difficult to burn.
また、本発明のセパレータ材料において、前記電解質組成物は、温度-20℃におけるイオン伝導度が1.0×10-4S/cm以上であることが好ましい。電解質組成物のイオン伝導度が上記下限値以上であれば、セパレータ材料を用いた非水系電気化学デバイスにおいて電気化学反応を良好に進行させることができる。
なお、本発明において、「イオン伝導度」は、交流法にて測定したイオン伝導度を指し、測定温度±1℃に制御した恒温槽中で、サンプルを2枚のステンレス製の平行極板に挟んで10~100mVの範囲の交流を印可して得られたナイキストプロットの円弧直径から算出される体積固有抵抗を逆数にすることにより求めることができる。
In the separator material of the present invention, the electrolyte composition preferably has an ionic conductivity of 1.0 × 10 -4 S/cm or more at a temperature of −20° C. When the ionic conductivity of the electrolyte composition is equal to or higher than the above lower limit, electrochemical reactions can proceed satisfactorily in a nonaqueous electrochemical device using the separator material.
In the present invention, the "ionic conductivity" refers to the ionic conductivity measured by an AC method, and can be determined by taking the reciprocal of the volume resistivity calculated from the arc diameter of a Nyquist plot obtained by sandwiching a sample between two parallel stainless steel plates in a thermostatic chamber controlled to a measurement temperature of ±1°C and applying an AC voltage in the range of 10 to 100 mV.
そして、本発明のセパレータ材料において、前記有機組成物は、温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物の含有割合が0質量%以上20質量%以下であることが好ましい。温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物の含有割合が上記範囲内であれば、セパレータ材料を更に燃焼し難くすることができる。In the separator material of the present invention, the organic composition preferably contains an organic compound that is liquid at atmospheric pressure and a temperature of 40° C. and has a content ratio of 0% by mass or more and 20% by mass or less. If the content ratio of the organic compound that is liquid at atmospheric pressure and a temperature of 40° C. is within the above range, the separator material can be made even more difficult to burn.
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の非水系電気化学デバイスは、上述したセパレータ材料の何れかを備えることを特徴とする。このように、上述したセパレータ材料を用いれば、内部または外部から着火した場合であっても、燃焼し難く、且つ、外部への物質漏えいが少ない非水系電気化学デバイスが得られる。 The present invention also aims to advantageously solve the above problems, and the nonaqueous electrochemical device of the present invention is characterized by comprising any one of the separator materials described above. In this way, by using the separator material described above, a nonaqueous electrochemical device can be obtained that is difficult to burn and has little leakage of substances to the outside, even if ignited from the inside or outside.
本発明によれば、内部または外部から着火した場合であっても、燃焼し難く、且つ、外部への物質漏えいが少ない非水系電気化学デバイスが得られる。According to the present invention, a non-aqueous electrochemical device is obtained which is less likely to burn and has less leakage of substances to the outside, even if ignited from the inside or outside.
本発明のセパレータ材料は、特に限定されることなく、例えば、リチウム一次電池等の一次電池;リチウムイオン二次電池、リチウム金属二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、マグネシウム二次電池、アルミニウム二次電池等の非水系二次電池;色素増感型太陽電池等の太陽電池;電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ;エレクトロクロミック表示デバイス;電気化学発光素子;電気二重層トランジスタ;電気化学アクチュエータなどの非水系電気化学デバイスに用いることができる。中でも、本発明のセパレータ材料は、非水系二次電池、特にはリチウムイオン二次電池に好適に用いることができる。
そして、本発明のセパレータ材料は、燃焼性が低く、且つ、着火等により外装が破壊された場合であっても外部に物質が漏えいし難い。また、本発明の非水系電気化学デバイスは、内部または外部から着火した場合であっても、燃焼し難く、且つ、外部への物質漏えいが少ない。
The separator material of the present invention is not particularly limited and can be used for, for example, primary batteries such as lithium primary batteries; nonaqueous secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, lithium metal secondary batteries, sodium ion secondary batteries, potassium ion secondary batteries, magnesium secondary batteries, and aluminum secondary batteries; solar cells such as dye-sensitized solar cells; capacitors such as electric double layer capacitors and lithium ion capacitors; electrochromic display devices; electrochemical light-emitting devices; electric double layer transistors; and nonaqueous electrochemical devices such as electrochemical actuators. Among these, the separator material of the present invention can be suitably used for nonaqueous secondary batteries, particularly lithium ion secondary batteries.
The separator material of the present invention has low flammability and is unlikely to leak substances to the outside even if the exterior is destroyed by ignition, etc. Furthermore, the nonaqueous electrochemical device of the present invention is unlikely to burn and is unlikely to leak substances to the outside even if ignited from the inside or outside.
(セパレータ材料)
本発明のセパレータ材料は、厚さが300μm以下の多孔性薄膜材料に対して電解質組成物を含浸させたものである。
(Separator material)
The separator material of the present invention is obtained by impregnating a porous thin film material having a thickness of 300 μm or less with an electrolyte composition.
<多孔性薄膜材料>
本発明のセパレータ材料の多孔性薄膜材料としては、特に限定されることなく、例えば、ポリオレフィン多孔膜、ポリオレフィン不織布、フッ素樹脂多孔膜、紙、セルロース不織布、アラミド不織布およびガラス繊維フィルターなどの細孔を多数有する薄膜材料を用いることができる。
<Porous thin film materials>
The porous thin film material of the separator material of the present invention is not particularly limited, and examples of thin film materials having a large number of pores, such as polyolefin porous membranes, polyolefin nonwoven fabrics, fluororesin porous membranes, paper, cellulose nonwoven fabrics, aramid nonwoven fabrics, and glass fiber filters, can be used.
そして、多孔性薄膜材料は、厚さが300μm以下であることを必要とし、200μm以下であることが好ましく、50μm以下であることがより好ましい。多孔性薄膜材料の厚さが300μm超の場合、燃焼し易くなると共に外部に物質が漏えいし易くなる。一方、多孔性薄膜材料の厚さが上記上限値以下であれば、燃焼性が低く、且つ、外部に物質が漏えいし難いセパレータ材料が得られる。
なお、多孔性薄膜材料の厚さを300μm以下とすることでセパレータ材料の燃焼性が低下する理由は、明らかではないが、電解質組成物の保持量を低減すると共に電解質組成物の移動を抑制することで、電解質組成物が燃焼に寄与するのを防止することができるためであると推察される。
The porous thin film material must have a thickness of 300 μm or less, preferably 200 μm or less, and more preferably 50 μm or less. If the thickness of the porous thin film material exceeds 300 μm, it becomes easy to burn and easy to leak substances to the outside. On the other hand, if the thickness of the porous thin film material is equal to or less than the upper limit, a separator material that is low in combustibility and difficult to leak substances to the outside can be obtained.
The reason why the flammability of the separator material decreases when the thickness of the porous thin film material is set to 300 μm or less is not clear, but it is presumed that this is because the amount of electrolyte composition retained is reduced and the movement of the electrolyte composition is suppressed, thereby preventing the electrolyte composition from contributing to combustion.
また、多孔性薄膜材料は、融点を有するものであることが好ましく、溶融開始温度が100℃以上400℃以下であることがより好ましい。多孔性薄膜材料の端部が加熱によって溶融し、多孔形状を失えば、電気化学デバイスの内部または外部から着火した際に多孔性薄膜材料が芯となってセパレータ材料が燃焼するのを抑制することができる。
なお、本発明において、「溶融開始温度」は、示差走査熱量測定(DSC)により3℃/分で昇温した時の融解ピークから求めることができる。
The porous thin film material preferably has a melting point, and more preferably has a melting initiation temperature of 100° C. or more and 400° C. or less. If the ends of the porous thin film material melt when heated and lose their porous shape, the porous thin film material can act as a core to prevent the separator material from burning when the electrochemical device is ignited from inside or outside.
In the present invention, the "melting initiation temperature" can be determined from the melting peak when the temperature is raised at 3°C/min by differential scanning calorimetry (DSC).
そして、多孔性薄膜材料は、表面に不燃性の微粒子が付着していることが好ましく、多孔性薄膜材料の外縁部以外の部分の表面に不燃性の微粒子が付着していることがより好ましい。表面に不燃性の微粒子が付着していれば、セパレータ材料を更に燃焼し難くすることができる。
なお、本発明において、「不燃」とは、800℃まで加熱しても発火も引火もしないことを指す。
The porous thin film material preferably has non-combustible fine particles attached to its surface, and more preferably has non-combustible fine particles attached to the surface of the porous thin film material other than the outer edge portion. If non-combustible fine particles are attached to the surface, the separator material can be made even more difficult to burn.
In the present invention, "non-flammable" means that it will not ignite or catch fire even when heated up to 800°C.
ここで、不燃性の微粒子としては、特に限定されることなく、例えば、シリカ微粒子やアルミナ微粒子等の無機微粒子、並びに、その他の金属の酸化物、硫酸塩および炭酸塩の微粒子などが挙げられる。
そして、微粒子の粒子径は、特に限定されることなく、例えば10μm以下であることが好ましく、0.1μm以上5μm以下であることがより好ましい。なお、本発明において、「粒子径」は、JIS K8825に準拠して測定することができる。
Here, the non-flammable fine particles are not particularly limited, and examples thereof include inorganic fine particles such as silica fine particles and alumina fine particles, as well as fine particles of oxides, sulfates and carbonates of other metals.
The particle size of the fine particles is not particularly limited, but is preferably 10 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. In the present invention, the "particle size" can be measured in accordance with JIS K8825.
また、多孔性薄膜材料は、親水化処理が施されていてもよい。親水化処理を施せば、電解質組成物に対する濡れ性を高め得る。ここで、多孔性薄膜材料を親水化処理する方法としては、特に限定されることなく、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、界面活性剤処理、親水性ポリマー被覆処理、無機フィラー添加などの方法を用いることができる。The porous thin film material may be subjected to a hydrophilic treatment. The hydrophilic treatment can increase the wettability of the porous thin film material with respect to the electrolyte composition. The method for hydrophilicizing the porous thin film material is not particularly limited, and may be, for example, a corona treatment, a plasma treatment, a surfactant treatment, a hydrophilic polymer coating treatment, or the addition of an inorganic filler.
<電解質組成物>
電解質組成物は、少なくとも1種のイオン性物質と、所定の化合物を所定の割合で含む有機組成物とを含有し、任意に、高分子成分および/または添加剤を更に含有し得る。そして、本発明の電解質組成物は、温度100℃の大気圧下において液状であることを必要とする。
<Electrolyte Composition>
The electrolyte composition of the present invention contains at least one ionic substance and an organic composition containing a predetermined compound in a predetermined ratio, and may further contain a polymer component and/or an additive, and is required to be liquid at a temperature of 100° C. under atmospheric pressure.
[イオン性物質]
ここで、イオン性物質としては、セパレータ材料が用いられる非水系電気化学デバイスにおける電気化学反応に利用されるイオンの種類に応じた任意のイオン性物質を用いることができる。
なお、イオン性物質の配合量は、非水系電気化学デバイスの種類に応じて適宜に設定することができる。具体的には、電解質組成物中のイオン性物質の濃度は、電解質組成物を取り扱い易い粘度範囲とする観点からは、0.01mol/L以上2.5mol/L未満とすることが好ましい。一方、電気化学デバイスの安全性、耐熱性および寿命を向上する観点からは、電解質組成物中のイオン性物質の濃度は、2.5mol/L以上とすることが好ましい。
[Ionic substances]
Here, as the ionic substance, any ionic substance can be used depending on the type of ions utilized in the electrochemical reaction in the nonaqueous electrochemical device in which the separator material is used.
The amount of the ionic substance can be appropriately set according to the type of non-aqueous electrochemical device. Specifically, the concentration of the ionic substance in the electrolyte composition is preferably 0.01 mol/L or more and less than 2.5 mol/L from the viewpoint of making the electrolyte composition in a viscosity range that is easy to handle. On the other hand, from the viewpoint of improving the safety, heat resistance, and life of the electrochemical device, the concentration of the ionic substance in the electrolyte composition is preferably 2.5 mol/L or more.
具体的には、セパレータ材料が用いられる非水系電気化学デバイスがリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等の場合には、イオン性物質としては、特に限定されることなく、例えば、LiBF4、LiPF6、リチウムビス(オキサレート)ボレート、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドなどのリチウム塩を用いることができる。また、セパレータ材料が用いられる非水系電気化学デバイスがマグネシウム二次電池等の場合には、イオン性物質としては、特に限定されることなく、例えば、マグネシウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等のマグネシウム塩を用いることができる。
これらのイオン性物質は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Specifically, when the non-aqueous electrochemical device in which the separator material is used is a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor, the ionic substance is not particularly limited and may be, for example, a lithium salt such as LiBF 4 , LiPF 6 , lithium bis(oxalate)borate, lithium bis(fluorosulfonyl)imide, lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, etc. When the non-aqueous electrochemical device in which the separator material is used is a magnesium secondary battery, the ionic substance is not particularly limited and may be, for example, a magnesium salt such as magnesium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide.
These ionic substances may be used alone or in combination of two or more.
[有機組成物]
有機組成物は、温度5℃の大気圧下において固体である化合物を80質量%以上の割合で含むことを必要とし、任意に、温度5℃の大気圧下において液体である化合物および難燃剤からなる群より選択される少なくとも1種を更に含有し得る。また、有機組成物は、大気圧下における沸点が130℃未満の低沸点有機化合物の含有割合が0質量%以上20質量%以下であることを必要とする。
温度5℃の大気圧下において固体である化合物および低沸点有機化合物の含有割合が上記範囲内でなければ、着火等により外装が破壊された際に電解質組成物が外部に漏えいするのを十分に抑制することができない。なお、温度5℃の大気圧下において固体である化合物および低沸点有機化合物の含有割合を上記範囲内とすることで着火等により外装が破壊された際に電解質組成物が外部に漏えいするのを抑制することができる理由は、明らかではないが、温度5℃の大気圧下において固体である化合物を主成分とする有機組成物を用いることで、電解質組成物が高粘度になると共に、火災などで高温にさらされた際に成分の一部が揮散して電解質組成物が液状を保てる範囲を逸脱する(固体が析出する)ためであると推察される。
[Organic Composition]
The organic composition is required to contain 80% by mass or more of a compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C., and may optionally further contain at least one selected from the group consisting of a compound that is liquid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. and a flame retardant. In addition, the organic composition is required to contain 0% by mass or more and 20% by mass or less of a low-boiling organic compound having a boiling point of less than 130° C. under atmospheric pressure.
If the content ratio of the compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. and the low boiling point organic compound is not within the above range, it is not possible to sufficiently prevent the electrolyte composition from leaking to the outside when the exterior is destroyed by ignition, etc. By setting the content ratio of the compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. and the low boiling point organic compound within the above range, it is possible to prevent the electrolyte composition from leaking to the outside when the exterior is destroyed by ignition, etc. It is not clear why the electrolyte composition can be prevented from leaking to the outside when the exterior is destroyed by ignition, etc., by using an organic composition mainly composed of a compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C., the electrolyte composition becomes highly viscous, and when exposed to high temperatures such as a fire, part of the components volatilize, causing the electrolyte composition to deviate from the range in which it can remain liquid (solids precipitate).
〔温度5℃の大気圧下において固体である化合物〕
ここで、温度5℃の大気圧下において固体である化合物としては、特に限定されることなく、大気圧下における沸点が130℃以上の高沸点有機化合物が挙げられる。また、温度5℃の大気圧下において固体である化合物は、通常、難燃性を有さない化合物であり、難燃剤とは異なるものである。更に、温度5℃の大気圧下において固体である化合物は、分子量が10000未満であることが好ましい。
そして、温度5℃の大気圧下において固体である化合物としては、例えば、グルタル酸無水物、コハク酸無水物、スクシノニトリル、ジグリコール酸無水物、スルホラン、エチルメチルスルホン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、スルホレン、硫酸エチレン(1,3,2-ジオキサチオラン-2,2-ジオキシド)、イタコン酸無水物、エチレンカーボネート、N-メチルオキサゾリドン、フルオロエチレンカーボネート、メチルカーバメート、N,N-ジメチルイミダゾリジノン、シュウ酸ジメチル、ビニレンカーボネート、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
これらの化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。中でも、温度5℃の大気圧下において固体である化合物は、2種類以上を併用することが好ましく、3種類以上を併用することがより好ましい。
[Compounds that are solid at 5°C and atmospheric pressure]
Here, the compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. is not particularly limited, and examples thereof include high-boiling organic compounds having a boiling point of 130° C. or more under atmospheric pressure. Moreover, a compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. is usually a compound that does not have flame retardancy and is different from a flame retardant. Furthermore, it is preferable that the compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. has a molecular weight of less than 10,000.
Examples of compounds that are solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. include glutaric anhydride, succinic anhydride, succinonitrile, diglycolic anhydride, sulfolane, ethyl methyl sulfone, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, sulfolene, ethylene sulfate (1,3,2-dioxathiolane-2,2-dioxide), itaconic anhydride, ethylene carbonate, N-methyloxazolidone, fluoroethylene carbonate, methyl carbamate, N,N-dimethylimidazolidinone, dimethyl oxalate, vinylene carbonate, and dimethyl sulfoxide.
These compounds may be used alone or in combination of two or more. Among them, it is preferable to use two or more compounds that are solid at a temperature of 5° C. under atmospheric pressure, and it is more preferable to use three or more compounds in combination.
中でも、イオン性物質の溶解性向上および電解質組成物の性能向上の観点からは、温度5℃の大気圧下において固体である化合物としては、酸素原子および/または窒素原子を有する極性化合物を用いることが好ましく、エチレンカーボネート、ジメチルスルホン、スクシノニトリル、イタコン酸無水物、ジグリコール酸無水物、スルホレン、1,3,2-ジオキサチオラン2,2-ジオキシド、ビニレンカーボネートおよびフルオロエチレンカーボネートからなる群より選択される1種以上を用いることがより好ましく、上記群より選択される2種以上を用いることが更に好ましく、上記群より選択される3種以上を用いることが特に好ましい。
また、燃焼時に発生する熱を低減する観点からは、温度5℃の大気圧下において固体である化合物は、炭素数が8以下の化合物であることが好ましく、炭素数5以下の化合物であることがより好ましい。
なお、温度5℃の大気圧下において固体である化合物を用いて液状となる組成を知りたい場合は、組成物の配合に使用する化合物全てを等量ずつ混合し、それらの化合物のうちの最も融点の高い化合物の融点以上にまで全体を加熱して融解させ、その後液体として使用したい温度まで冷却して、全体が液状のままならばそのまま使用でき、一部が固体となった場合は上澄みの組成をガスクロマトグラフや液体クロマトグラフにて定量すれば、液状を呈する組成を知ることができる。
Among these, from the viewpoint of improving the solubility of the ionic substance and improving the performance of the electrolyte composition, it is preferable to use a polar compound having an oxygen atom and/or a nitrogen atom as the compound that is solid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C., and it is more preferable to use one or more compounds selected from the group consisting of ethylene carbonate, dimethyl sulfone, succinonitrile, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, sulfolene, 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide, vinylene carbonate, and fluoroethylene carbonate, it is even more preferable to use two or more compounds selected from the above group, and it is particularly preferable to use three or more compounds selected from the above group.
From the viewpoint of reducing the heat generated during combustion, the compound that is solid at a temperature of 5° C. under atmospheric pressure is preferably a compound having 8 or less carbon atoms, and more preferably a compound having 5 or less carbon atoms.
When it is desired to know a composition that will become liquid using compounds that are solid at a temperature of 5°C under atmospheric pressure, equal amounts of all compounds to be used in the composition are mixed, and the whole is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the compound with the highest melting point among those compounds until it is melted, and then cooled to a temperature at which it is desired to use it as a liquid. If the whole remains liquid, it can be used as is, but if only part of it becomes solid, the composition of the supernatant can be quantified by gas chromatography or liquid chromatography to determine the composition that will become liquid.
そして、温度5℃の大気圧下において固体である化合物の有機組成物中における含有割合は、80質量%以上100質量%以下であり、85質量%以上100質量%以下であることが好ましい。The content of the compound that is solid at a temperature of 5°C under atmospheric pressure in the organic composition is 80% by mass or more and 100% by mass or less, and preferably 85% by mass or more and 100% by mass or less.
〔温度5℃の大気圧下において液体である化合物〕
また、温度5℃の大気圧下において液体である化合物としては、特に限定されることなく、大気圧下における沸点が130℃以上の高沸点有機化合物が挙げられる。また、温度5℃の大気圧下において液体である化合物は、通常、難燃性を有さない化合物であり、難燃剤とは異なるものである。更に、温度5℃の大気圧下において液体である化合物は、分子量が10000未満であることが好ましい。
そして、温度5℃の大気圧下において液体である化合物としては、例えば、リン酸トリスエチルヘキシル、アジポニトリル、1,3-プロパンスルトン、リン酸トリブチル、テトラグライム、リン酸トリスブトキシエチル、ビニルエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、トリグライム、リン酸トリエチル、シトラコン酸無水物、N-メチルピロリドン、γ-ブチロラクトン、リン酸トリメチルなどが挙げられる。
これらの化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
中でも、ハンドリング性および電解質組成物の調製の容易性の観点から、温度5℃の大気圧下において液体である化合物としては、プロピレンカーボネートを用いることが好ましい。
[Compounds that are liquid at 5°C and atmospheric pressure]
The compound that is liquid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. is not particularly limited, and examples thereof include high-boiling organic compounds having a boiling point of 130° C. or higher under atmospheric pressure. Compounds that are liquid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. are generally compounds that do not have flame retardancy and are different from flame retardants. Furthermore, it is preferable that the compound that is liquid under atmospheric pressure at a temperature of 5° C. has a molecular weight of less than 10,000.
Examples of compounds that are liquid at a temperature of 5° C. under atmospheric pressure include trisethylhexyl phosphate, adiponitrile, 1,3-propane sultone, tributyl phosphate, tetraglyme, trisbutoxyethyl phosphate, vinyl ethylene carbonate, propylene carbonate, triglyme, triethyl phosphate, citraconic anhydride, N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, and trimethyl phosphate.
These compounds may be used alone or in combination of two or more.
Among these, from the viewpoint of ease of handling and preparation of the electrolyte composition, it is preferable to use propylene carbonate as a compound that is liquid at a temperature of 5° C. under atmospheric pressure.
なお、温度5℃の大気圧下において液体である化合物の有機組成物中における含有割合は、通常、0質量%以上20質量%以下であり、0質量%以上15質量%以下であることが好ましい。In addition, the content of compounds that are liquid at a temperature of 5°C under atmospheric pressure in the organic composition is typically 0% by mass or more and 20% by mass or less, and preferably 0% by mass or more and 15% by mass or less.
〔難燃剤〕
難燃剤としては、炭素数が24以下のリン酸エステル類、炭素数が24以下の亜リン酸エステル類、ホスファゼン類などを用いることができる。そして、有機組成物に難燃剤を含有させれば、セパレータ材料を更に燃焼し難くすることができる。
[Flame retardant]
As the flame retardant, phosphates having 24 or less carbon atoms, phosphites having 24 or less carbon atoms, phosphazenes, etc. can be used. If the organic composition contains a flame retardant, the separator material can be made even more difficult to burn.
ここで、炭素数が24以下のリン酸エステル類としては、例えば、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレジルおよびリン酸トリキシレニル等のアルキルリン酸エステル;並びに、リン酸トリス(トリフルオロエチル)、リン酸ビス(トリフルオロエチル)メチルおよびリン酸トリス(ヘキサフルオロイソプロピル)等のフッ素化リン酸エステル;などが挙げられる。
また、炭素数が24以下の亜リン酸エステル類としては、例えば、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリイソプロピルおよび亜リン酸トリブチル等のアルキル亜リン酸エステルなどが挙げられる。
更に、ホスファゼン類としては、例えば、モノエトキシシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、モノフェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼンなどが挙げられる。
なお、上述した化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
Examples of phosphate esters having 24 or less carbon atoms include alkyl phosphate esters such as trimethyl phosphate, triethyl phosphate, triphenyl phosphate, tricresyl phosphate, and trixylenyl phosphate; and fluorinated phosphate esters such as tris(trifluoroethyl)phosphate, bis(trifluoroethyl)methyl phosphate, and tris(hexafluoroisopropyl)phosphate.
Examples of phosphites having 24 or less carbon atoms include alkyl phosphites such as triethyl phosphite, triisopropyl phosphite, and tributyl phosphite.
Furthermore, examples of phosphazenes include monoethoxypentafluorocyclotriphosphazene, diethoxytetrafluorocyclotriphosphazene, and monophenoxypentafluorocyclotriphosphazene.
The above-mentioned compounds may be used alone or in combination of two or more.
そして、難燃性を有する化合物は、火災等の際には電解液から分離せずに共に移動した方がよいことから、温度5℃の大気圧下において液体であることが好ましい。また、難燃性を有する化合物は、大気圧下における沸点が130℃以上であることが好ましい。 In addition, since it is better for the flame-retardant compound to move together with the electrolyte rather than being separated from it in the event of a fire, etc., it is preferable for the flame-retardant compound to be liquid at atmospheric pressure and a temperature of 5°C. In addition, it is preferable for the flame-retardant compound to have a boiling point of 130°C or higher at atmospheric pressure.
なお、有機組成物中における難燃剤の含有割合は、通常、0質量%以上20質量%以下であり、非水系電気化学デバイスの性能低下を抑制する観点から、0質量%以上10質量%以下であることが好ましく、難燃剤としてリン化合物を用いた場合に人体の健康への影響を少なくする観点からは、0質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。The content of the flame retardant in the organic composition is typically 0% by mass or more and 20% by mass or less, and from the viewpoint of suppressing deterioration in the performance of non-aqueous electrochemical devices, it is preferably 0% by mass or more and 10% by mass or less, and from the viewpoint of minimizing the impact on human health when a phosphorus compound is used as a flame retardant, it is more preferably 0% by mass or more and 5% by mass or less.
〔低沸点有機化合物〕
低沸点有機化合物としては、大気圧下における沸点が130℃未満であれば特に限定されることなく、例えば、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、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルなどが挙げられる。これらの化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、低沸点有機化合物は、分子量が10000未満であることが好ましい。
[Low boiling point organic compound]
The low boiling point organic compound is not particularly limited as long as it has a boiling point of less than 130° C. under atmospheric pressure, and examples thereof include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethyl acetate, ethyl propionate, and propyl propionate. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
The low-boiling point organic compound preferably has a molecular weight of less than 10,000.
そして、着火等により外装が破壊された際に電解質組成物が外部に漏えいするのを十分に抑制する観点から、有機組成物中における低沸点有機化合物の含有割合は、0質量%以上20質量%以下であることが必要であり、0質量%以上10質量%以下であることが好ましい。In order to adequately prevent the electrolyte composition from leaking to the outside when the exterior is destroyed by fire or the like, the content of the low-boiling point organic compound in the organic composition must be 0% by mass or more and 20% by mass or less, and preferably 0% by mass or more and 10% by mass or less.
なお、セパレータ材料を更に燃焼し難くする観点から、有機組成物は、温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物の含有割合が0質量%以上20質量%以下であることが好ましく、0質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。In addition, from the viewpoint of making the separator material more difficult to burn, it is preferable that the organic composition contains organic compounds that are liquid at a temperature of 40°C and atmospheric pressure in an amount of 0% by mass or more and 20% by mass or less, and it is more preferable that the amount of organic compounds that are liquid at a temperature of 40°C and atmospheric pressure in an amount of 0% by mass or more and 10% by mass or less.
ここで、温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物としては、特に限定されることなく、例えば、スルホラン、エチルメチルスルホン、エチレンカーボネート、N-メチルオキサゾリドン、フルオロエチレンカーボネート、ジメチルイミダゾリジノン、ビニレンカーボネート、ジメチルスルホキシドなどの大気圧下における沸点が130℃以上の高沸点有機化合物が挙げられる。これらの化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。Here, examples of organic compounds that are liquid at atmospheric pressure and a temperature of 40°C include, but are not limited to, high-boiling organic compounds with a boiling point of 130°C or higher at atmospheric pressure, such as sulfolane, ethyl methyl sulfone, ethylene carbonate, N-methyloxazolidone, fluoroethylene carbonate, dimethylimidazolidinone, vinylene carbonate, and dimethyl sulfoxide. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
なお、温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物は、通常、難燃性を有さない化合物であり、難燃剤とは異なるものである。また、温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物は、温度5℃の大気圧下において固体であることが好ましい。更に、温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物は、分子量が10000未満であることが好ましい。In addition, organic compounds that are liquid at atmospheric pressure and a temperature of 40°C are usually compounds that do not have flame retardancy and are different from flame retardants. In addition, organic compounds that are liquid at atmospheric pressure and a temperature of 40°C are preferably solid at atmospheric pressure and a temperature of 5°C. Furthermore, organic compounds that are liquid at atmospheric pressure and a temperature of 40°C preferably have a molecular weight of less than 10,000.
そして、上述した化合物を含む有機組成物としては、特に限定されることなく、例えば、エチレンカーボネート単体、エチレンカーボネートとジメチルスルホンとの混合物、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの混合物、エチレンカーボネートとスクシノニトリルとの混合物、ジメチルスルホンとスクシノニトリルとの混合物、スクシノニトリルとイタコン酸無水物との混合物、エチレンカーボネートとフルオロエチレンカーボネートとの混合物、エチレンカーボネートとジメチルスルホンとスクシノニトリルとの混合物、エチレンカーボネートとジメチルスルホンとビニレンカーボネートとの混合物、エチレンカーボネートとジメチルスルホンと難燃剤(例えば、リン酸トリメチル)との混合物などが挙げられる。 And, examples of organic compositions containing the above-mentioned compounds include, but are not limited to, ethylene carbonate alone, a mixture of ethylene carbonate and dimethyl sulfone, a mixture of ethylene carbonate and propylene carbonate, a mixture of ethylene carbonate and succinonitrile, a mixture of dimethyl sulfone and succinonitrile, a mixture of succinonitrile and itaconic anhydride, a mixture of ethylene carbonate and fluoroethylene carbonate, a mixture of ethylene carbonate, dimethyl sulfone and succinonitrile, a mixture of ethylene carbonate, dimethyl sulfone and vinylene carbonate, a mixture of ethylene carbonate, dimethyl sulfone and a flame retardant (e.g., trimethyl phosphate), and the like.
[高分子成分]
任意成分である高分子成分としては、特に限定されることなく、例えば、置換基を有していてもよいエチレンオキシド連鎖を有する重合体、および、エピクロロヒドリン系重合体が挙げられる。そして、置換基を有していてもよいエチレンオキシド連鎖を有する重合体としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド共重合体、エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド-アリルグリシジルエーテル共重合体、エチレンオキサイド-アリルグリシジルエーテル共重合体、オキシエチレン連鎖を有するポリアクリレート系重合体などのエチレンオキサイド系重合体が挙げられる。これらの重合体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。そして、電解質組成物に高分子成分を含有させれば、セパレータ材料を更に燃焼し難くすることができる。
[Polymer component]
The optional polymer component is not particularly limited, and examples thereof include polymers having an ethylene oxide chain which may have a substituent, and epichlorohydrin-based polymers. Examples of polymers having an ethylene oxide chain which may have a substituent include ethylene oxide-based polymers such as polyethylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymers, ethylene oxide-propylene oxide-allyl glycidyl ether copolymers, ethylene oxide-allyl glycidyl ether copolymers, and polyacrylate-based polymers having an oxyethylene chain. These polymers may be used alone or in combination of two or more. If the electrolyte composition contains a polymer component, the separator material can be made even more difficult to burn.
ここで、本発明のセパレータ材料に含まれる高分子成分は、非水系電気化学デバイスの組み立て後に内部で熱重合などの重合方法を用いて重合したものであってもよい。そして、高分子成分は、非水系電気化学デバイスの製造などの操作温度に於いて電解質組成物に均一に溶解している方が好ましい。Here, the polymer component contained in the separator material of the present invention may be polymerized using a polymerization method such as thermal polymerization inside the nonaqueous electrochemical device after assembly. It is preferable that the polymer component is uniformly dissolved in the electrolyte composition at the operating temperature for manufacturing the nonaqueous electrochemical device.
また、高分子成分の重量平均分子量は、10000以上であれば特に限定はされないが、10万以上3000万以下であることが好ましい。
更に、高分子成分は、架橋構造を有していてもよいが、電解質組成物中で良好に溶解させる観点からは架橋構造を有さないことが好ましい。ここで、架橋構造は、例えば紫外線照射などの任意の架橋方法を用いて高分子成分に導入することができる。また、電解質組成物中で良好に溶解させる観点から、高分子成分は、ゲル含有量が少ないことが好ましい。ゲル含有量は高分子成分のうちの20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましい。高分子成分のゲル含有量は、プロピレンカーボネートに対して高分子成分を5質量%の比率で添加して、100℃で12時間掛けて攪拌溶解させて、不溶分を100℃においてメンブレンフィルタで濾別し、真空乾燥してプロピレンカーボネートを除去し、残渣重量を測ることにより知ることができる。
The weight average molecular weight of the polymer component is not particularly limited as long as it is 10,000 or more, but is preferably 100,000 or more and 30,000,000 or less.
Furthermore, the polymer component may have a crosslinked structure, but from the viewpoint of good dissolution in the electrolyte composition, it is preferable that the polymer component does not have a crosslinked structure. Here, the crosslinked structure can be introduced into the polymer component using any crosslinking method such as ultraviolet irradiation. Also, from the viewpoint of good dissolution in the electrolyte composition, it is preferable that the polymer component has a low gel content. The gel content is preferably 20% by mass or less of the polymer component, more preferably 10% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or less. The gel content of the polymer component can be determined by adding the polymer component to propylene carbonate at a ratio of 5% by mass, stirring and dissolving it at 100 ° C. for 12 hours, filtering the insoluble matter with a membrane filter at 100 ° C., vacuum drying to remove propylene carbonate, and measuring the weight of the residue.
そして、電解質組成物中における高分子成分の含有割合は、有機組成物100質量部当たり、通常、0質量部以上100質量部以下であり、電解質組成物のイオン伝導度の低下を抑制する点から、0質量部以上50質量部以下であることが好ましい。The content ratio of the polymer component in the electrolyte composition is typically 0 parts by mass or more and 100 parts by mass or less per 100 parts by mass of the organic composition, and from the viewpoint of suppressing a decrease in the ionic conductivity of the electrolyte composition, it is preferable that the content ratio is 0 parts by mass or more and 50 parts by mass or less.
[添加剤]
任意成分である添加剤としては、特に限定されることなく、例えば濡れ剤などの電気化学デバイスの分野において使用し得る任意の添加剤を用いることができる。
[Additives]
The optional additive is not particularly limited, and any additive that can be used in the field of electrochemical devices, such as a wetting agent, can be used.
〔濡れ剤〕
ここで、濡れ剤としては、親水部と疎水部を分子内に有するものであれば特に限定されることなく、例えば、炭素数8以上の長鎖アルキルカルボン酸塩、炭素数8以上の長鎖アルキルスルホン酸塩、炭素数8以上の長鎖パーフルオロアルキルカルボン酸塩、炭素数8以上の長鎖パーフルオロアルキルスルホン酸塩、炭素数8以上の長鎖アルキルリン酸エステル、炭素数8以上の長鎖パーフルオロアルキルリン酸エステル、フッ素置換エーテル、炭素数8以上の末端アルキル基を有するエチレンオキシド重合体、エチレンオキサイド(EO)-プロピレンオキサイド(PO)ブロック共重合体などが挙げられる。なお、上記の化合物が有するアルキル基は、一部に不飽和結合を有していてもよいし、分岐鎖を有していてもよい。そして、これらの濡れ剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
[Wetting agent]
Here, the wetting agent is not particularly limited as long as it has a hydrophilic part and a hydrophobic part in the molecule, and examples thereof include long-chain alkyl carboxylates having 8 or more carbon atoms, long-chain alkyl sulfonates having 8 or more carbon atoms, long-chain perfluoroalkyl carboxylates having 8 or more carbon atoms, long-chain perfluoroalkyl sulfonates having 8 or more carbon atoms, long-chain alkyl phosphates having 8 or more carbon atoms, long-chain perfluoroalkyl phosphates having 8 or more carbon atoms, fluorine-substituted ethers, ethylene oxide polymers having terminal alkyl groups having 8 or more carbon atoms, and ethylene oxide (EO)-propylene oxide (PO) block copolymers. The alkyl groups of the above compounds may have unsaturated bonds in part or may have branched chains. These wetting agents may be used alone or in combination of two or more.
なお、濡れ剤の配合量は、特に限定されることなく、例えば、有機組成物100質量部当たり、5質量部以下とすることが好ましく、3質量部以下とすることがより好ましい。The amount of wetting agent is not particularly limited, but for example, it is preferable to use 5 parts by weight or less, and more preferably 3 parts by weight or less, per 100 parts by weight of the organic composition.
[電解質組成物の性状]
電解質組成物は、温度100℃の大気圧下において液状であることを必要とする。ここで、「液状」には、単一の液相状態以外に、主となる液相中に5体積%以下の割合で別の液相が一つ以上する状態や、液相中に5体積%以下の微量な固相を含む状態も含まれる。
[Properties of Electrolyte Composition]
The electrolyte composition is required to be in a liquid state under atmospheric pressure at a temperature of 100° C. Here, the term "liquid state" includes not only a single liquid phase state, but also a state in which a main liquid phase contains one or more other liquid phases at a ratio of 5% by volume or less, and a state in which a liquid phase contains a small amount of a solid phase at 5% by volume or less.
そして、電解質組成物は、温度-20℃におけるイオン伝導度が1.0×10-4S/cm以上であることが好ましく、また、電解質組成物は、温度25℃におけるイオン伝導度が1.0×10-3S/cm以上であることが好ましい。電解質組成物のイオン伝導度が上記下限値以上であれば、セパレータ材料を用いた非水系電気化学デバイスにおいて電気化学反応を良好に進行させることができる。 The electrolyte composition preferably has an ionic conductivity of 1.0×10 −4 S/cm or more at a temperature of −20° C., and preferably has an ionic conductivity of 1.0×10 −3 S/cm or more at a temperature of 25° C. When the ionic conductivity of the electrolyte composition is equal to or more than the above lower limit, the electrochemical reaction can proceed satisfactorily in a nonaqueous electrochemical device using the separator material.
また、電解質組成物は、粘度が、10mPa・s以上であることが好ましく、20mPa・s以上であることがより好ましく、50mPa・s以上であることが更に好ましい。電解質組成物の粘度が上記下限値以上であれば、着火等により外装が破壊された際に電解質組成物が更に外部に漏えいし難くなると共に、電解質組成物が燃えたとしても全量が燃え難くなるので燃焼性が低下する。
なお、本発明において、「粘度」とは、温度25℃においてEMS粘度計(京都電子工業製、EMS-1000S)を用いて密閉条件で有機組成物が揮散せず、空気中の水分が混入しないようにモーター回転数1000rpmで測定した粘度を指す。なお、この測定方法で測定した粘度は、基本的には、JIS Z8803に準拠して測定した値と同じ値となる。そして、電解質組成物の粘度は電解質組成物の組成を変更することにより調整することができる。具体的には、例えば、高粘度の化合物を配合したり、イオン性物質の濃度を高くしたりすることで、電解質組成物の粘度を高めることができる。
In addition, the electrolyte composition preferably has a viscosity of 10 mPa·s or more, more preferably 20 mPa·s or more, and even more preferably 50 mPa·s or more. If the viscosity of the electrolyte composition is equal to or more than the lower limit, the electrolyte composition is more unlikely to leak to the outside when the exterior is destroyed by ignition or the like, and even if the electrolyte composition burns, the entire amount is less likely to burn, so that the flammability is reduced.
In the present invention, the term "viscosity" refers to a viscosity measured at a temperature of 25°C using an EMS viscometer (Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd., EMS-1000S) under sealed conditions with a motor speed of 1000 rpm so that the organic composition does not volatilize and moisture in the air does not get mixed in. The viscosity measured by this measurement method is basically the same as the value measured in accordance with JIS Z8803. The viscosity of the electrolyte composition can be adjusted by changing the composition of the electrolyte composition. Specifically, for example, the viscosity of the electrolyte composition can be increased by blending a high-viscosity compound or increasing the concentration of an ionic substance.
<セパレータ材料の作製>
多孔性薄膜材料への電解質組成物の含浸は、特に限定されることなく、電解質組成物中への多孔性薄膜材料の浸漬、多孔性薄膜材料への電解質組成物の注液などの任意の方法を用いて行うことができる。
<Preparation of separator material>
The impregnation of the porous thin film material with the electrolyte composition is not particularly limited, and can be carried out using any method, such as immersing the porous thin film material in the electrolyte composition or pouring the electrolyte composition into the porous thin film material.
(非水系電気化学デバイス)
本発明の非水系電気化学デバイスは、本発明のセパレータ材料を備えている。具体的には、本発明の非水系電気化学デバイスは、通常、正極および負極と、正極と負極とを隔離するセパレータ材料と、電解液とを備えている。そして、本発明の非水系電気化学デバイスは、本発明のセパレータ材料を備えているので、内部または外部から着火した場合であっても、燃焼し難く、且つ、外部への物質漏えいが少ない。
(Non-aqueous electrochemical devices)
The nonaqueous electrochemical device of the present invention includes the separator material of the present invention. Specifically, the nonaqueous electrochemical device of the present invention usually includes a positive electrode and a negative electrode, a separator material that separates the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte. Since the nonaqueous electrochemical device of the present invention includes the separator material of the present invention, it is difficult to burn even if ignited from the inside or outside, and there is little leakage of materials to the outside.
ここで、正極および負極としては、特に限定されることなく、非水系電気化学デバイスの分野において使用し得る任意の正極および負極を用いることができる。Here, the positive and negative electrodes are not particularly limited, and any positive and negative electrodes that can be used in the field of non-aqueous electrochemical devices can be used.
また、電解液としては、本発明のセパレータ材料に用いられている電解質組成物を用いることができる。 In addition, the electrolyte composition used in the separator material of the present invention can be used as the electrolyte solution.
まず、下記の参考例1~2を実施し、様々な化合物について単体での燃焼性を調査した。First, we carried out Reference Examples 1 and 2 below to investigate the flammability of various compounds on their own.
(参考例1)
直径2cmのステンレス製の皿に評価対象の化合物100mgを入れ、ライターの炎を1秒間当てて着火の有無を調べた。結果を以下に示す。
この結果より、沸点が130℃を下回る化合物や、表面積の大きい評価対象は着火し易いことが分かる。
<着火した化合物>
ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド共重合体(粉末状)
<着火しなかった化合物>
スクシノニトリル、エチレンカーボネート、ジメチルスルホン、シュウ酸ジメチル、グリコリド、アジポニトリル、テトラグライム、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、リン酸トリメチル等の難燃剤、ヒドリンゴム(塊状)、アクリルゴム(塊状)
(Reference Example 1)
100 mg of the compound to be evaluated was placed in a stainless steel dish having a diameter of 2 cm, and the dish was exposed to a lighter flame for 1 second to check whether or not it ignited. The results are shown below.
These results show that compounds with boiling points below 130° C. and evaluation objects with large surface areas are prone to ignition.
<Ignite compound>
Dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl acetate, ethyl propionate, propyl propionate, ethylene oxide-propylene oxide copolymer (powder form)
<Compounds that did not ignite>
Flame retardants such as succinonitrile, ethylene carbonate, dimethyl sulfone, dimethyl oxalate, glycolide, adiponitrile, tetraglyme, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and trimethyl phosphate, hydrin rubber (lump), and acrylic rubber (lump)
(参考例2)
参考例1で着火しなかった化合物のうち、スクシノニトリル、エチレンカーボネート、ジメチルスルホン、シュウ酸ジメチル、グリコリド、アジポニトリル、テトラグライム、プロピレンカーボネートおよびフルオロエチレンカーボネートについて、着火するまで炎を当て続ける試験を実施した。
その結果、いずれの化合物も着火した。なお、スクシノニトリル、エチレンカーボネート、ジメチルスルホン、シュウ酸ジメチル、グリコリドおよびフルオロエチレンカーボネートの燃焼は、アジポニトリル、テトラグライムおよびプロピレンカーボネートの燃焼と比較して穏やかであり、炎は皿の内側に収まっていた。
(Reference Example 2)
Of the compounds that did not ignite in Reference Example 1, succinonitrile, ethylene carbonate, dimethyl sulfone, dimethyl oxalate, glycolide, adiponitrile, tetraglyme, propylene carbonate and fluoroethylene carbonate were subjected to a test in which a flame was continuously applied until they ignited.
As a result, all of the compounds ignited. However, the combustion of succinonitrile, ethylene carbonate, dimethyl sulfone, dimethyl oxalate, glycolide, and fluoroethylene carbonate was milder than that of adiponitrile, tetraglyme, and propylene carbonate, and the flames were contained within the dish.
次に、以下の参考例3を実施し、様々な化合物について単体での揮発性を調査した。Next, the following Reference Example 3 was carried out to investigate the volatility of various compounds on their own.
(参考例3)
エチレンカーボネートやジメチルスルホン等の温度5℃の大気圧下において固体である化合物と、プロピレンカーボネート等の温度5℃の大気圧下において液体である化合物とについて、それぞれ、プラスチック製の直径5cmの皿に10g計り取り、125℃のホットプレートに乗せた。そして、上方2cmの位置にガラス板を水平に設置した。
その結果、エチレンカーボネートやジメチルスルホン等の温度5℃の大気圧下において固体である化合物は、蒸気がガラス上に付着したものの、その場に留まっていた。一方、プロピレンカーボネート等の温度5℃の大気圧下において液体である化合物は、蒸気がガラス上に付着した後、付着量が増えると周囲に移動する挙動を示した。
これより、温度5℃の大気圧下において固体である化合物は、火災時等でも流動し難く、燃焼の拡大を招き難いことが分かった。
(Reference Example 3)
10 g of a compound that is a solid at atmospheric pressure and a temperature of 5° C., such as ethylene carbonate or dimethyl sulfone, and a compound that is a liquid at atmospheric pressure and a temperature of 5° C., such as propylene carbonate, were weighed out onto a plastic dish having a diameter of 5 cm and placed on a hot plate at 125° C. A glass plate was then placed horizontally at a position 2 cm above the dish.
As a result, compounds that are solid under atmospheric pressure at a temperature of 5°C, such as ethylene carbonate and dimethyl sulfone, remained in place even though their vapor adhered to the glass. On the other hand, compounds that are liquid under atmospheric pressure at a temperature of 5°C, such as propylene carbonate, showed a behavior in which, after their vapor adhered to the glass, they migrated to the surroundings as the amount of vapor adhering increased.
This shows that compounds that are solid under atmospheric pressure at a temperature of 5°C are less likely to flow in the event of a fire, and are less likely to cause the combustion to spread.
更に、下記の参考例4~5を実施し、化合物の揮発による電解質組成物の状態変化を確認した。 Furthermore, the following Reference Examples 4 and 5 were carried out to confirm the change in the state of the electrolyte composition due to the volatilization of the compounds.
(参考例4)
エチレンカーボネートを45g、ジメチルスルホンを45g、LiBF4を10g秤り取り、混合して均一な溶液の電解質組成物とした。
この電解質組成物をガラス板に1g取り、60℃のホットプレート上で放置しておいたところ有機化合物が揮散して重量の減少が見られた。
重量の減少に伴って粘性が上がる様子が観察され、重量の20%ほどが失われた時点でホットプレートから降ろして観察したところ固体が析出しており、流動性はなくなっていた。
これは電解質組成物を構成する有機化合物の一部揮散により、組成がアンバランスになり、有機化合物と塩とが相互に溶けた状態を維持できなくなったためと考えられる。
(Reference Example 4)
45 g of ethylene carbonate, 45 g of dimethyl sulfone, and 10 g of LiBF 4 were weighed out and mixed to prepare a homogeneous solution of an electrolyte composition.
1 g of this electrolyte composition was placed on a glass plate and left on a hot plate at 60° C., whereupon the organic compounds evaporated and a loss in weight was observed.
It was observed that the viscosity increased with the weight loss, and when about 20% of the weight was lost, the mixture was removed from the hot plate and observed. A solid was precipitated and the mixture had lost fluidity.
This is believed to be because the composition became unbalanced due to partial volatilization of the organic compound constituting the electrolyte composition, and the organic compound and the salt could no longer maintain a mutually dissolved state.
(参考例5)
ジメチルカーボネートを90g、LiBF4を10g秤り取り、混合して均一な溶液の電解質組成物とした。
参考例4と同様に試験したところ、ジメチルカーボネートの沸点が90℃と低いことから重量減少のスピードが著しく早かった。
重量の60%が失われた時点でホットプレートから降ろして観察したが固体の析出は見られなかった。
(Reference Example 5)
90 g of dimethyl carbonate and 10 g of LiBF 4 were weighed out and mixed to prepare a homogeneous solution of an electrolyte composition.
When the test was carried out in the same manner as in Reference Example 4, the rate of weight loss was extremely fast because the boiling point of dimethyl carbonate is as low as 90°C.
When 60% of the weight had been lost, the sample was removed from the hot plate and observed, but no solid was precipitated.
最後に、下記の参考例6を実施し、多孔性薄膜材料について単独で着火試験を行った。 Finally, Reference Example 6 below was carried out, and an ignition test was performed on the porous thin film material alone.
(参考例6)
表1に示す多孔性薄膜材料をそれぞれ2cm×2cmの正方形に切抜き、ピンセットで1辺をつまんで下から3秒間炎に当てた。そして、着火の有無および形状の変化の有無を確認した。結果を表1に示す。
(Reference Example 6)
The porous thin film materials shown in Table 1 were cut into squares of 2 cm x 2 cm, one side of which was pinched with tweezers and exposed to a flame from below for 3 seconds. Then, it was confirmed whether or not the material ignited and whether or not the shape changed. The results are shown in Table 1.
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「%」および「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
また、実施例および比較例において、各種評価は以下の方法で行った。
The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following description, "%" and "parts" expressing amounts are based on mass unless otherwise specified.
In the examples and comparative examples, various evaluations were carried out by the following methods.
<多孔性薄膜材料の厚み>
多孔性薄膜材料の厚みは、定圧デジタル測厚計(東洋精機製)を用いて測定した。
<電解質組成物の粘度>
電解質組成物の粘度は、温度25℃において、EMS粘度計(京都電子工業製、EMS-1000S)を用いてモーター回転数1000rpmで測定した。
<電解質組成物のイオン伝導度>
インピーダンスアナライザ(ソーラトロン社製)を用いて温度-20℃および25℃において測定した。
<セパレータ材料の着火試験>
作製したセパレータ材料を、直径16mm、厚み500μmの円盤状ステンレス板2枚で全周からセパレータ材料が2mmはみ出すように挟んで、試験片とした。
そして、試験片のはみ出し部付近にバーナーを当てて着火の有無を調べた。その後、試験片の中央部に5秒間バーナーの火を当てることにより燃焼性を評価した。具体的には、バーナーの火を離した後の継続燃焼の有無、および、はみ出し部の状態について、目視観察を行った。
試験後にステンレス板を剥がして、ステンレス板に接していた部分のセパレータ材料が乾いているか湿っているか、および、セパレータ材料の多孔性薄膜材料に損傷(穴空き)があるか否かを観察した。そして、湿っている部分の面積(湿潤面積)の割合が電解質組成物が燃焼せずに残った量を反映していると判断した。
<Thickness of porous thin film material>
The thickness of the porous thin film material was measured using a constant pressure digital thickness gauge (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.).
<Viscosity of Electrolyte Composition>
The viscosity of the electrolyte composition was measured at a temperature of 25° C. using an EMS viscometer (manufactured by Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd., EMS-1000S) at a motor rotation speed of 1000 rpm.
<Ionic Conductivity of Electrolyte Composition>
The measurements were carried out at temperatures of -20°C and 25°C using an impedance analyzer (manufactured by Solartron).
<Ignition test of separator material>
The prepared separator material was sandwiched between two disk-shaped stainless steel plates having a diameter of 16 mm and a thickness of 500 μm so that the separator material protruded by 2 mm from the entire circumference to prepare a test piece.
A burner was then applied to the vicinity of the protruding portion of the test piece to check for ignition. The burner was then applied to the center of the test piece for 5 seconds to evaluate flammability. Specifically, the presence or absence of continued combustion after the burner was removed and the state of the protruding portion were visually observed.
After the test, the stainless steel plate was peeled off, and the separator material in contact with the stainless steel plate was observed to see if it was dry or wet, and whether the porous thin film material of the separator material had any damage (holes).The percentage of the wet area (wet area) was determined to reflect the amount of electrolyte composition that remained without burning.
(実施例1)
<電解質組成物の調製>
イオン性物質としてのLiBF4を10gと、有機組成物としてのエチレンカーボネート80gおよびジメチルスルホン20gとを秤り取り、混合して均一な溶液の電解質組成物とした。
そして、粘度およびイオン伝導度を測定した。結果を表2に示す。
<多孔性薄膜材料の準備>
厚み210μmのガラス繊維フィルタ(ADVANTEC社製、GA-55)を直径20mmの円形に切り出し、多孔性薄膜材料とした。
<セパレータ材料の作製>
電解質組成物に多孔性薄膜材料を浸漬し、電解質組成物を多孔性薄膜材料に含浸させた。そして、電解質組成物が含浸した多孔性薄膜材料を引き上げ、余剰の電解質をこそぎ取ってセパレータ材料とした。
そして、着火試験を行った。結果を表2に示す。
Example 1
<Preparation of Electrolyte Composition>
10 g of LiBF4 as an ionic substance, 80 g of ethylene carbonate and 20 g of dimethyl sulfone as an organic composition were weighed out and mixed to prepare a homogeneous solution of an electrolyte composition.
The viscosity and ionic conductivity were then measured, and the results are shown in Table 2.
<Preparation of porous thin film material>
A glass fiber filter (GA-55, manufactured by ADVANTEC) having a thickness of 210 μm was cut into a circular shape having a diameter of 20 mm to prepare a porous thin film material.
<Preparation of separator material>
A porous thin film material was immersed in the electrolyte composition to impregnate the porous thin film material with the electrolyte composition, and the porous thin film material impregnated with the electrolyte composition was then pulled out and the excess electrolyte was scraped off to obtain a separator material.
An ignition test was then carried out, and the results are shown in Table 2.
(実施例2~3)
多孔性薄膜材料の準備時に、ガラス繊維フィルタ(ADVANTEC社製、GA-55)のガラス繊維を表面からピンセットで慎重に剥がして厚みをそれぞれ100μm(実施例2)および50μm(実施例3)とした以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Examples 2 to 3)
During the preparation of the porous thin film material, the glass fibers of a glass fiber filter (GA-55, manufactured by ADVANTEC) were carefully peeled off from the surface with tweezers to a thickness of 100 μm (Example 2) and 50 μm (Example 3), respectively. Except for this, the electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was fabricated in the same manner as in Example 1. Various evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例4~7)
多孔性薄膜材料の準備時に、ガラス繊維フィルタ(ADVANTEC社製、GA-55)に替えて、それぞれ、厚み25μmのポリオレフィン(PO)微多孔膜(ポリポア製、セルガード2325)(実施例4)、厚み29μmのアルミナコートポリオレフィン(PO)微多孔膜(実施例5)、厚み100μmのPTFEメンブレンフィルター(メルク社製、オムニポアJMWP04700)(実施例7)、および、厚み35μmの紙(ニッポン高度紙工業製、TF4535)(実施例8)を用いた以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
なお、実施例4のポリオレフィン(PO)微多孔膜(ポリポア製、セルガード2325)は、特開2000-103886号公報の実施例に従って親水化処理を行ってから用いた。また、実施例5のアルミナコートポリオレフィン(PO)微多孔膜としては、親水化処理を行った実施例4のポリオレフィン(PO)微多孔膜の両面に対し、特開2014-149935号公報に記載の方法に従って、端部3mmを除く部分に厚さ2μmのアルミナ粒子層を形成したものを用いた。
(Examples 4 to 7)
In preparing the porous thin film material, instead of the glass fiber filter (GA-55, manufactured by ADVANTEC), a 25 μm thick polyolefin (PO) microporous membrane (Celgard 2325, manufactured by Polypore) (Example 4), a 29 μm thick alumina-coated polyolefin (PO) microporous membrane (Example 5), a 100 μm thick PTFE membrane filter (Omnipore JMWP04700, manufactured by Merck) (Example 7), and a 35 μm thick paper (TF4535, manufactured by Nippon Kodoshi Kogyo) (Example 8) were used, respectively. The electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was produced in the same manner as in Example 1. Then, various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
The polyolefin (PO) microporous membrane (Celgard 2325, manufactured by Polypore) of Example 4 was used after being subjected to a hydrophilization treatment according to the examples of JP 2000-103886 A. The alumina-coated polyolefin (PO) microporous membrane of Example 5 was prepared by forming an alumina particle layer having a thickness of 2 μm on both sides of the polyolefin (PO) microporous membrane of Example 4, except for a 3 mm portion at the end, according to the method described in JP 2014-149935 A.
(実施例8~11)
電解質組成物の調製時に、有機組成物として表2に示す化合物を表2に示す量で用いた以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
なお、表中、「EO-PO共重合体」とは、重量平均分子量が100万のエチレンオキサイド(EO)-プロピレンオキサイド(PO)共重合体(EO:PO=90:10)を指す。
(Examples 8 to 11)
The electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was produced in the same manner as in Example 1, except that the compounds shown in Table 2 were used as the organic composition in the amounts shown in Table 2 when preparing the electrolyte composition. Various evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
In the table, "EO-PO copolymer" refers to an ethylene oxide (EO)-propylene oxide (PO) copolymer (EO:PO=90:10) having a weight average molecular weight of 1,000,000.
(実施例12~15および17~18)
電解質組成物の調製時に、イオン性物質として10gのLiBF4に替えて30gのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を使用し、有機組成物として表2に示す化合物を表2に示す量で用いた以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Examples 12 to 15 and 17 to 18)
In preparing the electrolyte composition, 30 g of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) was used as the ionic substance instead of 10 g of LiBF 4 , and the compounds shown in Table 2 were used as the organic composition in the amounts shown in Table 2. Except for this, the electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was produced in the same manner as in Example 1. Various evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例16)
電解質組成物の調製時に、イオン性物質として10gのLiBF4に替えて40gのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)を使用し、有機組成物として表2に示す化合物を表2に示す量で用いた以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Example 16)
In preparing the electrolyte composition, 40 g of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) was used as the ionic substance instead of 10 g of LiBF 4 , and the compounds shown in Table 2 were used as the organic composition in the amounts shown in Table 2. Except for this, the electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was produced in the same manner as in Example 1. Then, various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(実施例19)
電解質組成物の調製時に、イオン性物質として10gのLiBF4に替えて30gのマグネシウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Mg(TFSI)2)を使用し、有機組成物として表2に示す化合物を表2に示す量で用いた以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Example 19)
In preparing the electrolyte composition, 30 g of magnesium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Mg(TFSI) 2 ) was used as the ionic substance instead of 10 g of LiBF4, and the compounds shown in Table 2 were used in the amounts shown in Table 2 as the organic composition, but the electrolyte composition was prepared, a porous thin film material was prepared, and a separator material was produced in the same manner as in Example 1. Various evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(比較例1)
電解質組成物の調製時に、有機組成物として表2に示す化合物を表2に示す量で用いた以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Comparative Example 1)
The electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was produced in the same manner as in Example 1, except that the compounds shown in Table 2 were used as the organic composition in the amounts shown in Table 2 when preparing the electrolyte composition. Various evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(比較例2)
多孔性薄膜材料の準備時に、ガラス繊維フィルタ(ADVANTEC社製、GA-55)に替えて、厚み25μmのポリオレフィン(PO)微多孔膜(ポリポア製、セルガード2325)を用いた以外は比較例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
The electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1, except that a 25 μm-thick polyolefin (PO) microporous membrane (Celgard 2325, manufactured by Polypore) was used instead of a glass fiber filter (GA-55, manufactured by Advantec Corporation) when preparing the porous thin film material. Various evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(比較例3)
多孔性薄膜材料の準備時に、ガラス繊維フィルタ(ADVANTEC社製、GA-55)に替えて、厚み675μmのガラス繊維フィルタ(GEヘルスケアライフサイエンス社製、Whatman(登録商標) GF/B)を用いた以外は実施例1と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Comparative Example 3)
The electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a 675 μm thick glass fiber filter (Whatman (registered trademark) GF/B, manufactured by GE Healthcare Life Sciences) was used instead of the glass fiber filter (GA-55, manufactured by ADVANTEC) when preparing the porous thin film material. Various evaluations were then performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
(比較例4~5)
電解質組成物の調製時に、有機組成物として表2に示す化合物を表2に示す量で用いた以外はそれぞれ比較例1および比較例2と同様にして、電解質組成物の調製、多孔性薄膜材料の準備およびセパレータ材料の作製を行った。そして、実施例1と同様にして各種評価を行った。結果を表2に示す。
(Comparative Examples 4 to 5)
In preparing the electrolyte composition, the electrolyte composition was prepared, the porous thin film material was prepared, and the separator material was produced in the same manner as in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, except that the compounds shown in Table 2 were used as the organic composition in the amounts shown in Table 2. Then, various evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
表2より、実施例1~19のセパレータ材料は、着火試験後の湿潤面積の割合が大きく、また、多孔性薄膜材料の穴空きも無いので、外部から着火した場合であっても、燃焼し難いことが分かる。また、表2より、比較例1,3,4のセパレータ材料は、着火試験後の湿潤面積の割合が小さく、電解質組成物が燃焼し易いことが分かる。更に、表2より、比較例2,5のセパレータ材料は、多孔性薄膜材料に穴空きがあり、多孔性薄膜材料が損傷し易いため、電気化学デバイスが内部ショートし易いことが分かる。
また、実施例1~19のセパレータ材料は、温度5℃の大気圧下において固体である化合物の割合が高く、外部への物質漏えいが起こり難かった。
From Table 2, it can be seen that the separator materials of Examples 1 to 19 have a large wet area ratio after the ignition test and no holes in the porous thin film material, so that they are unlikely to burn even when ignited from the outside. Also, from Table 2, it can be seen that the separator materials of Comparative Examples 1, 3, and 4 have a small wet area ratio after the ignition test and the electrolyte composition is likely to burn. Furthermore, from Table 2, it can be seen that the separator materials of Comparative Examples 2 and 5 have holes in the porous thin film material, so that the porous thin film material is easily damaged, and therefore the electrochemical device is likely to have an internal short circuit.
Furthermore, the separator materials of Examples 1 to 19 had a high proportion of compounds that were solid at a temperature of 5° C. under atmospheric pressure, and therefore were less susceptible to leakage of substances to the outside.
(実施例20)
実施例10で作製したセパレータ材料を介在させて、セパレータ材料と同じ電解質組成物を含浸させた正極合材層(正極活物質:リン酸鉄リチウム)を有する正極と、リチウム金属製の負極とを貼り合わせ、リチウムイオン二次電池を製造した。作製後、直ぐに電圧3.8~3.0V、電流値0.1Cの条件で繰り返し充放電を行ったところ、充放電が可能であることが確認された。
(Example 20)
A lithium ion secondary battery was produced by bonding a positive electrode having a positive electrode composite layer (positive electrode active material: lithium iron phosphate) impregnated with the same electrolyte composition as the separator material, with the separator material produced in Example 10 interposed therebetween, and a negative electrode made of lithium metal. Immediately after production, the battery was repeatedly charged and discharged under conditions of a voltage of 3.8 to 3.0 V and a current value of 0.1 C, and it was confirmed that charging and discharging were possible.
本発明によれば、内部または外部から着火した場合であっても、燃焼し難く、且つ、外部への物質漏えいが少ない非水系電気化学デバイスが得られる。According to the present invention, a non-aqueous electrochemical device is obtained which is less likely to burn and has less leakage of substances to the outside, even if ignited from the inside or outside.
Claims (10)
前記電解質組成物は、少なくとも1種のイオン性物質と、有機組成物とを含有し、且つ、温度100℃の大気圧下において液状であり、
前記有機組成物は、温度5℃の大気圧下において固体である化合物を80質量%以上の割合で含み、大気圧下における沸点が130℃未満の低沸点有機化合物の含有割合が0質量%以上20質量%以下であり、
前記電解質組成物は、温度-20℃におけるイオン伝導度が1.0×10 -4 S/cm以上である、セパレータ材料。 A porous thin film material having a thickness of 300 μm or less is impregnated with an electrolyte composition,
The electrolyte composition contains at least one ionic substance and an organic composition, and is liquid at a temperature of 100° C. under atmospheric pressure;
The organic composition contains a compound that is solid at a temperature of 5° C. under atmospheric pressure in a proportion of 80% by mass or more, and a content ratio of a low-boiling point organic compound having a boiling point of less than 130° C. under atmospheric pressure is 0% by mass or more and 20% by mass or less,
The electrolyte composition has an ionic conductivity of 1.0×10 −4 S/cm or more at a temperature of −20° C.
前記電解質組成物は、少なくとも1種のイオン性物質と、有機組成物とを含有し、且つ、温度100℃の大気圧下において液状であり、
前記有機組成物は、温度5℃の大気圧下において固体である化合物を80質量%以上の割合で含み、大気圧下における沸点が130℃未満の低沸点有機化合物の含有割合が0質量%以上20質量%以下であり、温度40℃の大気圧下において液体である有機化合物の含有割合が0質量%以上20質量%以下である、セパレータ材料。 A porous thin film material having a thickness of 300 μm or less is impregnated with an electrolyte composition,
The electrolyte composition contains at least one ionic substance and an organic composition, and is liquid at a temperature of 100° C. under atmospheric pressure;
The organic composition contains 80% by mass or more of a compound that is solid at a temperature of 5° C. under atmospheric pressure, a content of low-boiling point organic compounds having a boiling point of less than 130° C. under atmospheric pressure is 0% by mass or more and 20% by mass or less , and a content of organic compounds that are liquid at a temperature of 40° C. under atmospheric pressure is 0% by mass or more and 20% by mass or less .
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