[发明专利]非水系蓄电元件用粘结剂和非水系蓄电元件

说明书

技术领域

本发明涉及非水系蓄电元件用粘结剂，涉及使用该粘结剂得到的非水系蓄电元件用电极、隔板或集电体；具备该非水系蓄电元件用电极、隔板和集电体中的至少任一种的非水系蓄电元件。

背景技术

与水系蓄电元件相比，非水系蓄电元件能够获取高电压，因此能够以高能量密度蓄积能量，作为移动设备或汽车用的电源的利用价值高。例如，锂离子一次电池和二次电池作为移动电话或笔记本电脑等便携式电子设备的电源而被广泛地普及，双电层电容器被用作电动工具的电源或重型设备的能量再生设备。此外，钙离子一次电池和二次电池、镁离子一次电池和二次电池、钠离子一次电池和二次电池等作为兼具高电压和高能量密度的蓄电元件也是大有前途的。但是，这些非水系蓄电元件使用可燃性物质作为电解液，因此由于正极和负极发生短路所产生的发热而存在起火、爆炸的危险性，确保安全性成为了重要的课题。

作为目前的安全性确保，可以举出如下所述的关闭功能，即，在蓄电元件发热时由聚烯烃形成的隔板的微孔堵塞，屏蔽离子传导。在电池产生正负极短路等异常的情况下，该关闭功能发挥作用，由此可以抑制发热，防止热失控。

但是，聚烯烃制的隔板的熔点为200℃以下，在发热剧烈的情况下，隔板收缩，引起正负极的直接接触，存在导致热失控的危险性。并且，聚烯烃制的隔板比活性物质或金属异物更柔软，且厚度为10μm～30μm左右、非常薄，因此在蓄电元件的制造工艺中若发生活性物质的脱落或金属异物的混入，则存在刺破隔板、引起正负极的电接触的危险性。这样，非水系蓄电元件的安全性并不充分，要求进一步提高安全性。

作为上述问题的改进方法，设计了下述方法：在涂布于集电体上的活性物质涂布层上形成耐热性高的多孔质膜层，从而防止活性物质从电极脱落(专利文献1)。由于该多孔质膜以无机填料作为骨架，因此即使在熔点低的隔板因短路时的温度上升而熔化、收缩的情况下，也能够防止正负极的接触，能够抑制热失控，所以具有作为耐热涂层的效果。另外，即使混入活性物质或金属异物，由于刚性的无机填料的膜的刺穿强度高，因而具有防止刺破隔板而穿孔的效果。

另外，这样的耐热涂层可抑制枝晶的产生，或者还作为保持电解液的层发挥作用。另外，耐热涂层使得由电极表面的不均匀带来的电极反应的集中所导致的局部劣化的加速得以缓冲均匀化，由此还具有防止长时间使用时的活性物质层劣化的效果。

对于耐热涂层，除了聚偏二氟乙烯以外，提出了一种具有耐电解液性的橡胶树脂(专利文献2)。

另外，为了形成耐热涂层，提出了一种具有亲水性基团和疏水性基团的粘结剂，将该粘结剂、无机颗粒和溶剂混合，用于制作为了形成耐热层的组合物(专利文献3)。

除了这样的粘结剂以外，还提出了活性物质的粘结剂、集电体的基底处理剂的粘结剂，除了上述的耐热涂层组合物以外，还提出了包含活性物质和粘结剂的组合物、基底处理剂组合物等各组合物(专利文献4、5)。

另外，若水进入电池内部，则具有充放电特性或电池寿命变差的问题，因此要求所制作的部件的含水率低(专利文献6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-220759号公报

专利文献2：日本特开2009-54455号公报

专利文献3：日本特表2010-520095号公报

专利文献4：日本特开平8-157677号公报

专利文献5：日本特开2010-146726号公报

专利文献6：日本特开2010-232048号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在上述列举的现有技术中，若为了提高耐电解液性而向粘结剂中导入亲水性基团，则使用包含粘结剂的组合物在电极、隔板、集电体之类的基材上形成层的情况下，具有层的含水率升高的趋势。若导入疏水性基团，虽然能够降低层的含水率，但具有耐电解液性变差的趋势。此外，亲水性基团与疏水性基团的极性差极端地增大、或者平衡差时，层容易从基材剥离，含水率也容易升高。

它们的原因可考虑如下。首先，在将组合物适用于基材时，若无法充分确保对于基材表面的润湿性，则组合物在基材表面被排斥，所形成的层的密合性容易变得不充分。

另外，若粘结剂具有亲水性基团和疏水性基团两者，则亲水性基团包围水分子的周围，在其周围进一步包围疏水性基团，从而水难以逃离，其结果，含水率容易升高。可以举出：该水与电极活性物质或电解液成分反应，容易降低非水系蓄电元件的特性。