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公開番号2024114686
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-23
出願番号2024029186
出願日2024-02-09
発明の名称蓄電デバイス用セパレータ
出願人株式会社スリーダムアライアンス
代理人
主分類H01M 50/449 20210101AFI20240816BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ポリイミド多孔膜を蓄電デバイス用のセパレータとして用いる場合に、ポリイミド樹脂におけるイミド結合の分解を低減ないし抑制したセパレータを提供する。
【解決手段】本発明の蓄電デバイス用のセパレータは、負極と対向する第1層と、正極と対向する第2層とを有し、第1、第2の層に、微粒子を除去することで連通孔を形成した多層ポリイミド多孔膜であって、この第1層を、カルボン酸としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミド樹脂で形成したことを特徴とする。このような構成にすることで、例えば第2層にカルボン酸としてビフェニルテトラカルボン酸二無水物に由来したポリイミド樹脂を用いたポリイミド製セパレータを使用して蓄電デバイスを構成したとしてもイミド結合の還元ないし分解を確実に防止できる。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
負極と対向する第１層と、正極と対向する第２層とを有し、
前記第１、第２の層に、微粒子を除去することで連通孔を形成した多層ポリイミド多孔膜であって、
前記第１層を、カルボン酸としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミドで形成した蓄電デバイス用セパレータ。
続きを表示（約 300 文字）【請求項２】
前記第２層を、カルボン酸としてビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いたポリイミドで形成した請求項１に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項３】
正極、負極、および前記正極と負極との間に介装されるセパレータとを有する蓄電デバイスであって、
前記セパレータが、
前記負極と対向する第１層と、前記正極と対向する第２層とを有し、
前記第１、第２の層に、微粒子を除去することで連通孔を形成した多層ポリイミド多孔膜であって、
前記第１層を、カルボン酸としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミドで形成したことを特徴とする蓄電デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどの蓄電デバイスに用いられるセパレータに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池やキャパシタなどの蓄電デバイスが普及している。中でも黒鉛を負極とするリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、金属リチウムを負極とするリチウム金属電池などの技術が著しく発展している。これら蓄電デバイスは、正極、セパレータ、負極が順に積層配置され、セパレータによって正極と負極とが絶縁された構造を有しており、これらの負極としては、例えば金属リチウム、リチウムと他の金属との合金、カ－ボンやグラファイト等がよく用いられる。
【０００３】
特に耐熱性の比較的高いポリイミド多孔質膜を絶縁用のセパレータとして用いることが検討されているが、ポリオレフィン多孔膜と比較してポリイミド多孔質膜の作製には手間や時間を要するため生産性の向上が課題となっている。
これに対し、特許文献１では樹脂粒子を用いることで従来の方法と比較してより簡便で生産性の高いポリイミド多孔膜の製法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【】
ＷＯ２０１４／１９６６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ポリイミド樹脂には、二次電池の充放電中に還元ないし分解作用を受けやすいポリイミドと、還元ないし分解作用を受けにくいポリイミドとがあることが判明してきている。この還元ないし分解されるメカニズムの詳細は定かではないが、電極、特に負極と接触することによりポリイミド樹脂のイミド結合が分解されることがわかっている。ポリイミド樹脂のイミド結合が分解されると膜の強度が低下してしまうことが予想され、蓄電デバイスの安全性に不安が生じる。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ポリイミド樹脂におけるイミド結合の分解を低減ないし抑制したセパレータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のポリイミド多孔膜は上述した目的を達成するために以下の［１］～［３］の構成を有する。
【０００６】
［１］
本発明の蓄電デバイス用のセパレータは、
負極と対向する第１層と、正極と対向する第２層とを有し、
第１、第２の層に、微粒子を除去することで連通孔を形成した多層ポリイミド多孔膜であって、
この第１層を、カルボン酸としてピロメリット酸二無水物を用いたポリイミド樹脂で形成したことを特徴とする。
このような構成にすることで、例えば第２層にカルボン酸としてビフェニルテトラカルボン酸二無水物に由来したポリイミド樹脂を用いたポリイミド製セパレータを使用して蓄電デバイスを構成したとしても、この第２層のイミド結合が還元ないし分解されることを確実に防止することができる。
【０００７】
［２］
また本発明のセパレータは、単位厚さあたりの最大応力が２０Ｎ／ｍｍ２以上であることも特徴である。
このような最大応力を有することにより、蓄電デバイスを製造するときに破断したり損傷することを防ぐことが可能となる。カルボン酸としてピロメリット酸二無水物のみを用いたポリイミド樹脂でセパレータを構成するとビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いた場合と比較してそもそもの最大応力が低く、このために蓄電デバイスの製造に支障をきたすことがあるが、本発明ではこのようなことも回避することができる。
【０００８】
［３］
また、第１層の厚さは３μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。第２層のイミド結合の分解を防ぐには最低でも第１層の厚さを３μｍ確保すればよい。このとき、最大応力を高めたい場合は第１層よりも単位厚みあたりの膜強度の高い第２層を厚めにするとよい。また第１層を厚めにして他の膜物性を重視する構成としてももちろんよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第２層を形成するビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いたポリイミド樹脂が蓄電デバイスの負極と接触することを回避でき、第２層を形成するビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いたポリイミド樹脂におけるイミド結合の分解を防ぐことができる。これにより蓄電デバイスにおけるポリイミド製セパレータの膜強度を保持することができ、より安全な蓄電デバイスの提供が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明のポリイミド多孔膜について説明する。本発明の、カルボン酸とジアミンとの共重合体で構成されたポリイミド多孔膜はリチウムイオン電池やリチウム金属電池あるいはキャパシタなどの蓄電デバイス用のセパレータとして用いてもよいし、その他の用途に用いてもよく、用途に制限はない。
（【００１１】以降は省略されています）

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