(57)【要約】【課題】  本発明は、蓄電デバイス用セパレータの耐電極性を簡便に確認しうることができる試験方法を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の蓄電デバイス用セパレータの試験方法によれば、蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた負極側電気分解溶液および蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた正極側電気分解溶液に、セパレータの試験片を浸漬することにより、該試験片の劣化度合いを確認できる。そのため、蓄電デバイス用セパレータとして実用上必要な耐電極性について簡便に確認することが可能である。上記蓄電デバイスとしては、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタを挙げることができる。【選択図】  図１
2010267811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた負極側電気分解溶液および蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた正極側電気分解溶液に、蓄電デバイス用セパレータの試験片を浸漬することを特徴とする蓄電デバイス用セパレータの試験方法。
【請求項２】
前記蓄電デバイスが、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス用セパレータの試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電デバイス用セパレータの試験方法に関するものであり、特に、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイス用セパレータ（以下、「セパレータ」という。）の試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用、民生用のいずれにおいても電気・電子機器の増加している上に、ハイブリッド自動車が実用化されたことにより、それらに搭載される蓄電デバイス、例えば、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、アルミニウム電解コンデンサ、電機二重層キャパシタなどの需要が著しく増加している。電気・電子機器は長寿命化、高機能化が日進月歩で進行しており、蓄電デバイス用セパレータにおいても長寿命化、高機能化が要求されており、過酷な環境下での使用も増えている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、活物質とリチウム含有酸化物とポリフッ化ビニリデン等のバインダーを１−メチル−２−ピロリドンで混合しアルミニウム製集電体上にシート化した正極と、リチウムイオンを吸蔵放出し得る炭素質材料とポリフッ化ビニリデン等のバインダーを１−メチル−２−ピロリドンで混合し銅製集電体上にシート化した負極と、ポリエチレンやポリプロピレン等により成る多孔質電解質膜とを、正極、電解質膜、負極の順に捲回もしくは積層した電極体に駆動用電解液を含浸し、アルミニウムケースにより封止した構造のものである。
【０００４】
電気二重層キャパシタは、活性炭と導電剤及びバインダーを混錬したものをアルミニウム製正極、負極各集電体の両面に貼り付け、セルロース等により成るセパレータを介して捲回もしくは積層した電極体に駆動用電解液を含浸し、アルミニウムケースと封止体により梱包して短絡しないように正極リードと負極リードを封止体に貫通させ外部に引き出した構造のものである。
【０００５】
従来、前記リチウムイオン二次電池のセパレータとしてはポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔質膜が使用されており、電気二重層キャパシタのセパレータとしては、セルロースパルプから成る紙や、セルロース繊維から成る不織布が使用されている。
【０００６】
蓄電デバイスの電極表面は、電解液や電圧との関係によって、一方の極で強い酸化力が発生し、他方の極で強い還元力が発生するため、電極と接触しているセパレータ表面に存在する繊維が酸化または還元されてしまい、蓄電デバイスの性能を劣化させてしまう場合がある。例えば、ポリアミド繊維は比較的酸に弱いため、酸化されやすく、ポリエステル繊維は比較的アルカリに弱く、還元されやすい傾向がある。そのため、電極の極性に対する耐性を備えた繊維を選択する必要があることは一般に知られている。しかしながら、耐電極性を試験する方法としては、実際に蓄電デバイスを製作し、電圧を長時間印可して、漏れ電流、内部短絡、容量変化等を測定している為、試験に時間が掛かる等の問題を有している（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９７１９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、蓄電デバイス用セパレータの耐電極性を簡便に確認しうることができる試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蓄電デバイス用セパレータの試験方法は、蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた負極側電気分解溶液および蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた正極側電気分解溶液に、蓄電デバイス用セパレータの試験片を浸漬することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の蓄電デバイス用セパレータの試験方法によれば、蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた負極側電気分解溶液および蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた正極側電気分解溶液に、セパレータの試験片を浸漬することにより、該試験片の劣化度合いを確認できる。そのため、蓄電デバイス用セパレータとして実用上必要な耐電極性について簡便に確認することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を構成する負極側電気分解溶液及び正極側電気分解溶液を得るための装置に関する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の蓄電デバイス用セパレータの試験方法は、蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた負極側電気分解溶液および蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解して得られた正極側電気分解溶液に、蓄電デバイス用セパレータの試験片を浸漬することを特徴とする。
【００１３】
本発明における蓄電デバイス駆動用電解液としては、例えば、エーテル類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、硫黄化合物、ハロゲン化炭化水素類、エステル類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル系化合物、スルホラン系炭化水素類などおよびこれらの混合溶媒などに、リチウム塩やイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレートなどのアンモニウム塩などの電解質塩を溶解させたものを挙げることができる。
【００１４】
本発明の負極側電気分解溶液及び正極側電気分解溶液は、上記蓄電デバイス駆動用電解液に負極側電極および正極側電極を浸漬した後、負極側電極と正極側電極に電気をくわえることによって得ることができる。
本発明の負極側電気分解溶液及び正極側電気分解溶液の作成方法の一例について具体的に説明する。
先ず、図１に示す容器１に蓄電デバイス駆動用電解液２を入れる。次に、蓄電デバイス駆動用電解液２に負極側電極３および正極側電極４を浸漬した後、該負極側電極３と正極側電極４に２．５Ｖ〜２０Ｖで、１分間〜６０分間電気をくわえ、蓄電デバイス駆動用電解液２を電気分解する。このように蓄電デバイス駆動用電解液２を電気分解することにより、負極側電極３の近傍の容器１内に負極側電気分解溶液５が得られ、正極側電極４の近傍の容器１内に正極側電気分解溶液６を得ることが出きる。得られた負極側電気分解溶液５および正極側電気分解溶液６を取り出し、本発明の試験に使用する溶液を得ることが出きる。
負極側電極３と正極側電極４にくわえる電圧が２．５Ｖより低い場合は、電気分解が進行しにくく、２０Ｖより高い場合は有機溶剤が分解したり、フッ酸が発生したりするので好ましくない。電気をくわえる時間が１分間より短い場合は、電気分解が進行しにくく、６０分間より長くしても、電気分解が定常状態になり変化がない。
【００１５】
負極側電極３および正極側電極４としては、耐蓄電デバイス駆動用電解液性のある金属板であれば良く、金、白金、銅、アルミニウム等を挙げることができる。
【００１６】
蓄電デバイス用セパレータの試験片としては、蓄電デバイス用セパレータ自体から得られる試料を挙げることができる。また、該試験片にはその他セパレータの原材料を含むものである。具体的に蓄電デバイス用セパレータの試験片としては、不織布、織布、多孔質膜、繊維、樹脂塊、樹脂粒子などを挙げることができる。
【００１７】
負極側電気分解溶液または正極側電気分解溶液に浸漬された蓄電デバイス用セパレータの試験片は、溶解性観察、浸漬前後の重量減少（重量減少率）などを評価して耐電極性を確認することができる。
【実施例１】
【００１８】
プロピレンカーボネートに、１ｍｏｌ／Ｌとなるようにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（キシダ化学株式会社製）を溶解した蓄電デバイス駆動用電解液を図１に示すような容器に入れた後、負極側電極および正極側電極を浸漬した。次に、該負極側電極と正極側電極に１０Ｖで５分間電気をくわえ、蓄電デバイス駆動用電解液を電気分解し、負極側電気分解溶液と正極側電気分解溶液を得た。
次に、繊維径２．５μｍ、繊維長６ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維の抄紙体からなるセパレータを準備した。
準備したセパレータの試験片を、負極側電気分解溶液と正極側電気分解溶液の各々に、室温で２４時間浸漬した。
２４時間浸漬後のポリエチレンテレフタレート繊維からなるセパレータの試験片を確認したところ、負極側電気分解溶液中では溶解し、正極側電気分解溶液中では形状を保持する結果を得た。
【実施例２】
【００１９】
実施例１と同様にして、負極側電気分解溶液と正極側電気分解溶液を得た。
次に、繊維径０．５μｍ、繊維長１ｍｍにフィブリル化された溶剤紡糸セルロースの抄紙体からなるセパレータを準備した。
上記溶剤紡糸セルロースからなるセパレータの試験片を実施例１と同様に試験した。
２４時間浸漬後の溶剤紡糸セルロースからなるセパレータの試験片を確認したところ、負極側電気分解溶液中では形状を保持し、正極側電気分解溶液中では溶解する結果を得た。
【実施例３】
【００２０】
実施例１と同様にして、負極側電気分解溶液と正極側電気分解溶液を得た。
次に、繊維径２．５μｍ、繊維長６ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維からなる抄紙体と、繊維径０．５μｍ、繊維長１ｍｍにフィブリル化された溶剤紡糸セルロースからなる抄紙体を張り合わせたセパレータを準備した。
上記張り合わせたセパレータの試験片を実施例１と同様に試験した。
２４時間浸漬後の張り合わせたセパレータの試験片を確認したところ、負極側電気分解溶液中では、ポリエチレンテレフタレート繊維は溶解し、溶剤紡糸セルロースは形状を保持していた。一方、正極側電気分解溶液中では、ポリエチレンテレフタレート繊維は形状を保持していたが、溶剤紡糸セルロースは溶解していた。
【００２１】
次に上記セパレータについて、次のように評価した。
＜電気二重層キャパシタの組み立てと放電容量および電圧保持性の評価＞
実施例１〜３で準備したセパレータについて、正極、負極の電極を用いて電気二重層キャパシタを組み立てて、各々１００個ずつ捲回型セルを作製した。なお、捲回型セルの作製においては、電極として電気二重層キャパシタ用の活性炭電極（宝泉株式会社製）を用いた。また、電解液としてプロピレンカーボネートに、１ｍｏｌ／Ｌとなるようにテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート（キシダ化学株式会社製）を溶解したものを用いた。
【００２２】
作製された捲回型セルについて、初期放電容量、２０００時間試験後の放電容量についてＬＣＲメーターで測定した。また、各々のセルについて、２０００時間試験後に２．５Ｖにて充電した後に、電気回路を開放して２４時間後の保持電圧を調べた。なお、試験条件は、８０℃、２．５Ｖ印加で行った。さらに、２０００時間試験後の捲回型セルを分解し、セパレータ表面を観察した。
これらの結果を表１および表２に示した。
【００２３】
なお、実施例３で準備したセパレータについては、負極側にポリエチレンテレフタレート繊維が接し、正極側にセルロース繊維が接するもの（実施例３−１）と、負極側にセルロース繊維が接し、正極側にポリエチレンテレフタレート繊維が接するもの（実施例３−２）の２種類を作製した。
【００２４】
【表１】
2010267811.tif 000003
【００２５】
【表２】
2010267811.tif 000004
【００２６】
表１及び表２の結果から明らかなように、負極側電気分解溶液に溶解した繊維からなるセパレータ（実施例１および実施例３−１）を用いた電気二重層キャパシタは、８０℃、２．５Ｖ電圧印加試験後に負極側でセパレータの表面が溶解し、電圧印加試験後に十分な放電容量を維持していないことが確認できた。
また、正極側電気分解溶液に溶解した繊維からなるセパレータ（実施例２および実施例３−１）を用いた電気二重層キャパシタは、８０℃、２．５Ｖ電圧印加試験後に正極側でセパレータの変色が発生し、電圧印加試験後に十分な放電容量を維持していないことが確認できた。
一方、負極側に負極側電気分解溶液中では溶解しないで形状を保持できる繊維を接し、正極側に正極側電気分解溶液中では溶解しないで形状を保持できる繊維を接したセパレータ（実施例３−２）を用いた電気二重層キャパシタは、何れのセパレータにも変色は発生せず、８０℃、２．５Ｖ電圧印加試験後も十分な放電容量を維持していることが確認できた。
【００２７】
前記、実施例１〜３、表１および表２の結果から明らかなように、本発明の試験方法の評価は、実際に蓄電デバイスを作製して評価した結果と相関を有していた。
上記のように、本発明の試験方法によれば、実際に蓄電デバイスを作製して評価した結果と相関を有しているため、蓄電デバイスを作製しなくても蓄電デバイス用セパレータの耐電極性を簡便に確認しうることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  容器
２  蓄電デバイス駆動用電解液
３  負極側電極
４  正極側電極
５  負極側電気分解溶液
６  正極側電気分解溶液
【図１】
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