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公開番号2024166361
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024161079,2022021026
出願日2024-09-18,2022-02-15
発明の名称電池、および高分子多孔膜の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H01M 4/13 20100101AFI20241121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】新規な高分子多孔膜を提供すること。
【解決手段】高分子多孔膜は、第1層と第2層とを含む。第1層は多孔質である。第1層は、三次元網目構造を有する。第2層は、拡大倍率が5万倍である画像において、非多孔質である。第2層の割合が0%より大きく10%未満である。第2層の割合は、式「第2層の割合(%)=(t₂/t₀)×100」により求まる。t₀は高分子多孔膜の厚さを示す。t₂は第2層の厚さを示す。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
電解液と、
を含み、
前記第２電極は、前記第１電極と異なる極性を有し、
前記第２電極は、電極フレームワークを含み、
前記電極フレームワークは、高分子多孔膜を含み、
前記高分子多孔膜は、第１層と第２層とを含み、
前記第１層は、多孔質であり、
前記第１層は、三次元網目構造を有し、
前記第２層は、拡大倍率が５万倍である画像において、非多孔質であり、
下記式（Ｉ）：
前記第２層の割合（％）＝（ｔ
2
／ｔ
0
）×１００（Ｉ）
（ｔ
0
は前記高分子多孔膜の厚さを示し、ｔ
2
は前記第２層の厚さを示す。）
により求まる前記第２層の割合が、０％より大きく１０％未満であり、
前記第２電極は、前記第１層内の空隙における、金属の析出反応により充電され、かつ前記金属の溶解反応により放電されるように構成されている、
電池。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第２層は、２～８％の割合を有する、
請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第２層は、０．５～１．５μｍの厚さを有する、
請求項１または請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記第１層は、５００～２０００ｎｍの平均細孔径を有する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池。
【請求項５】
前記高分子多孔膜は、前記三次元網目構造は、連続気孔構造を含む、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池。
【請求項６】
前記高分子多孔膜は、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリフッ化ビニリデンおよびポリビニルアルコールからなる群より選択される少なくとも１種を含む、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池。
【請求項７】
前記高分子多孔膜は、３２～６００ｓ／１００ｍｌの透気度を有する、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電池。
【請求項８】
前記高分子多孔膜は、５０～７２％の空孔率を有する、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電池。
【請求項９】
前記高分子多孔膜は、１６～２５μｍの厚さを有する、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１０】
（ａ）高分子材料と良溶媒と貧溶媒とを混合することにより、高分子溶液を準備すること、
（ｂ）前記高分子溶液の液膜を形成すること、および
（ｃ）前記液膜を乾燥することにより、高分子多孔膜を製造すること、
を含み、
前記貧溶媒は、前記良溶媒に比して高い沸点を有し、
前記高分子多孔膜は、第１層と第２層とを含み、
前記第１層は、多孔質であり、
前記第１層は、三次元網目構造を有し、
前記第２層は、拡大倍率が５万倍である画像において、非多孔質であり、
下記式（Ｉ）：
前記第２層の割合（％）＝（ｔ
2
／ｔ
0
）×１００（Ｉ）
（ｔ
0
は前記高分子多孔膜の厚さを示し、ｔ
2
は前記第２層の厚さを示す。）
により求まる前記第２層の割合が、０％より大きく１０％未満である、
高分子多孔膜の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、高分子多孔膜、電池用セパレータ、電極ユニット、電極フレームワーク、電池、および高分子多孔膜の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２０２０－１２３４５３号公報（特許文献１）は、相分離法によりセパレータ層を形成することを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－１２３４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多成分溶液の乾燥過程で誘起される相分離（以下「乾燥誘起相分離」とも記される。）により、高分子多孔膜を形成することが提案されている。高分子多孔膜は、例えば電池用セパレータとして利用され得る。以下、高分子多孔膜が「多孔膜」と略記され得る。
【０００５】
多成分溶液は、高分子材料と良溶媒と貧溶媒とを含む。乾燥時、溶液の表面から溶媒が気化する。これにより、溶液の表層と、溶液のバルクとの間に組成差が生じ得る。その結果、多孔膜は、第１層と第２層とを含むように形成され得る。第１層は、多孔膜の基層である。第１層は、三次元網目構造を有し得る。第２層は、多孔膜の最表面に形成され得る。第２層は、非多孔質である。第２層は、５万倍のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像においても、細孔の存在が確認できない。
【０００６】
電池内において、第２層（非多孔質層）は、イオンの透過を阻害し得る。すなわち多孔膜が第２層を含む場合、多孔膜がセパレータとして機能しない可能性がある。
【０００７】
本開示の目的は、新規な高分子多孔膜を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本明細書の作用メカニズムは推定を含む。作用メカニズムは本開示の技術的範囲を限定しない。
【０００９】
１．高分子多孔膜は、第１層と第２層とを含む。第１層は多孔質である。第１層は、三次元網目構造を有する。第２層は、拡大倍率が５万倍である画像において、非多孔質である。第２層の割合は、０％より大きく１０％未満である。
第２層の割合は、下記式（Ｉ）により求まる。
第２層の割合（％）＝（ｔ
2
／ｔ
0
）×１００（Ｉ）
「ｔ
0
」は、高分子多孔膜の厚さを示す。
「ｔ
2
」は、第２層の厚さを示す。
【００１０】
本開示の新知見によると、膜全体に対して、第２層（非多孔質層）が占める割合が、１０％未満になると、第２層がイオン透過性を示すようになる。すなわち、１０％未満の割合で第２層を含む多孔膜は、セパレータとして機能し得る。さらに、第２層が存在することにより、メリットが得られることも分かってきた。すなわち、第２層の存在により、電池の短絡耐性が向上することが期待される。第２層がデンドライトの成長を阻害するためと考えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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