CN101687404B - 多层多孔膜 - Google Patents
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Abstract
提供一种多层多孔膜,其具有:由包含聚丙烯和聚丙烯以外的聚烯烃的树脂组合物构成的多孔膜、以及层叠在该多孔膜的至少一面上的、含有无机填料的多孔层;该多层多孔膜即使在异常发热时发热量大的情况下,也能兼顾防止两极短路的优良耐热性和良好的切断功能。
Description
技术领域
本发明涉及适合用于分离、净化各种物质等的多层多孔膜。
此外,本发明还涉及特别适合于电池用隔膜、即电池中配置于正极和负极之间的膜的多层多孔膜及其制造方法。
进而,还涉及使用它们的非水电解液电池用隔膜和非水系电解液电池。
背景技术
聚烯烃多孔膜因为显示出优良的电绝缘性、离子透过性,正广泛地用作电池或电容器等中的隔膜。特别是近年来,伴随着便携仪器的多功能化、轻量化,作为其电源使用高输出密度、高容量密度的锂离子二次电池,在这样的电池用隔膜中主要使用聚烯烃多孔膜。
锂离子二次电池具有高的输出密度、容量密度,但另一面,电解液使用有机溶剂,因此电解液由于伴随短路或过度充电等异常情况的发热而分解,最严重的情况下甚至会起火。为了防止这类情况的发生,已在锂离子二次电池中加入几种安全功能,其中之一就是隔膜的切断功能。切断功能是指在电池产生异常发热时,隔膜的微多孔通过热熔融等而闭塞,抑制电解液内的离子传导,从而使电化学反应停止进行的功能。一般而言,切断温度越低,安全性越高,聚乙烯作为隔膜成分使用的理由之一是具有适度的切断温度这一点。但是,在具有高能量的电池中,即使通过切断使电化学反应停止进行,电池内的温度仍继续上升,结果隔膜发生热收缩而破裂,产生两极短路(short)的问题。
为了解决这样的问题,提出了在隔膜和电极间形成含有无机填料的层的方法(专利文献1)。通过该方法,即使在超过切断温度而温度继续上升、隔膜破膜时,因为存在含无机填料的层作为绝缘层,能防止两极的短路。
专利文献1:日本专利第3756815号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,近年来电池的高容量化正在发展。这样的高容量电池中存在如下问题:异常发热时的发热量大,一旦产生异常发热的话,则隔膜将发生破裂,并达到不能保持含无机填料的层的程度,即使隔膜中设有含无机填料的层,也无法防止异常发热时两极短路。
如果使用熔点高的聚烯烃作为隔膜用多孔膜的材料则可以提高多孔膜的耐热性,因此可以解决该异常发热时短路的问题。但是,使用多孔膜作为电池用隔膜时,要求切断温度下膜热熔融而闭塞多孔(切断功能),作为多孔膜的材料使用熔点高的聚烯烃的话,今后将产生或者切断温度太高,或者不引起切断等其他问题。
此外,异常发热时短路的问题也能通过增加隔膜上层叠的含无机填料的层的厚度来解决。但是,增加含无机填料的层的厚度的话,隔膜在电池内所占的体积会增加,因此从电池的高容量化观点来看是不利的。并且,增加含无机填料的层的厚度的话,隔膜的透气度会有增加的倾向。
从而,本发明的目的在于提供一种多层多孔膜,其即使在异常发热时发热量大的情况下,也能兼顾防止两极短路的优良耐热性和良好的切断功能。
并且,本发明的目的在于提供一种耐热性和透过性优良、具有非常薄的含无机填料的层的多层多孔膜。
接着,提供一种能制造上述多层多孔膜的方法,以及安全性高并适合于电池高容量化的非水电解液电池用隔膜和非水电解液电池。
用于解决课题的手段
本发明人为了解决上述第一课题进行了深入研究,结果发现,在层叠有含无机填料的层的聚烯烃多孔膜中,多孔膜中仅少量含有聚丙烯则耐热性显著提高,在200℃以上的高温下也不短路,从而完成了本发明。
进而,本发明人为了解决上述第二课题进行了深入研究,结果发现,在层叠有含无机填料的层的聚烯烃多孔膜中,作为无机填料,使用(i)具有特定范围的平均粒径的氧化铝颗粒、(ii)含有一定比例以上的具有特定范围粒径的颗粒的氧化铝颗粒、(iii)以轻质碳酸钙为主要成分的颗粒中的任何一种,即使使用非常薄的无机填料层都能显著提高耐热性,在高温下的热收缩率明显被抑制,具有良好的切断功能且在200℃以上的高温下也不短路。
即,本发明的方案如下所示。
第1方案是一种多层多孔膜,其具有:由包含聚丙烯和聚丙烯以外的聚烯烃的树脂组合物构成的多孔膜、以及层叠在该多孔膜的至少一面上的、含有无机填料和树脂制粘合剂的多孔层。
第2方案是一种多层多孔膜,其在以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜的至少一面上,具有由平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒和树脂制粘合剂构成的多孔层。
第3方案是一种多层多孔膜,其在以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜的至少一面上,具有由全部颗粒数中的50%以上的颗 粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒和树脂制粘合剂构成的多孔层。
第4方案是一种多层多孔膜,其在以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜的至少一面上具有由以轻质碳酸钙为主要成分的颗粒和树脂制粘合剂构成的多孔层。
发明的效果
根据本申请的第1方案,可提供一种能耐受200℃以上高温的高耐热性的多层多孔膜。
并且,根据本申请的第1方案,能提供一种兼顾良好的切断功能和耐热性的多层多孔膜,因而使用它能制造安全性高的电池。
并且,根据采用特定的颗粒作为无机填料的本发明第2~第4方案,能提供即使在含无机填料的层的厚度薄的情况下也能显著抑制高温下的热收缩率,能耐受200℃以上高温的高耐热性的多层多孔膜,因而使用它能制造安全性高、且隔膜的占有率低的适合高容量化的电池。
附图说明
图1是柱状的轻质碳酸钙A的扫描型电子显微镜照片。
图2是纺锤状的轻质碳酸钙B的扫描型电子显微镜照片。
图3是无定形的重质碳酸钙C的扫描型电子显微镜照片。
具体实施方式
下面详细说明本发明。
首先说明多孔膜。
本申请的第2~第4方案中,多孔膜以聚烯烃树脂为主要成分。这里,以聚烯烃树脂为主要成分是指在构成多孔膜的树脂 成分中,聚烯烃树脂的比例(重量%)最高。
考虑作为电池用隔膜使用时的切断性能等,以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜优选为:聚烯烃树脂占构成多孔膜的树脂成分的质量百分率的50%以上、100%以下。聚烯烃树脂所占比例更优选为60%以上、100%以下,最优选70%以上、100%以下。
并且,本申请的第1方案和本申请的第2~第4方案的优选实施方式中,多孔膜由含有聚丙烯、聚丙烯以外的聚烯烃的树脂组合物(下面称为“聚烯烃树脂组合物”。)构成。
本申请的第1方案和本申请的第2~第4方案的优选实施方式中,通过使多孔膜中含有聚丙烯,能提高多孔膜的耐热性。
这里,聚丙烯的立体结构没有限制,可以是等规立构聚丙烯、间规立构聚丙烯和无规聚丙烯中的任何一种。
并且,聚烯烃树脂组合物中的聚丙烯的含量没有特别限制。聚丙烯含量越大,多孔膜的耐热性越高,但是聚丙烯含量即使在数质量%左右,也有充分的耐热性提高效果,而且在使用本发明的多层多孔膜作为电池用隔膜时,要求切断温度下膜热熔融、多孔被闭塞,而聚丙烯具有较高熔点,因此聚丙烯含量太多的话,可能会使切断温度变高,或者不会引起切断。
因而,为了兼顾耐热性和良好的切断功能,聚烯烃树脂组合物中,聚丙烯相对于总聚烯烃的比例优选为0.5~35重量%,更优选为1~30重量%,进而优选为1~10重量%,最优选为5~10重量%。
本申请的第1~第4方案中,聚烯烃或聚烯烃树脂是指含有烯烃作为单体成分的聚合物。这里,聚烯烃中也包括烯烃和烯烃以外的单体的共聚物,但是烯烃单元的共聚合比例优选为95重量%以上,更优选为97重量%以上,进而优选为99重量%以上。另外,本申请中,“聚烯烃树脂”和“聚烯烃”同义。本申请的第1~ 第4方案中使用的聚丙烯以外的聚烯烃没有限制,例如能列举有乙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯等烯烃的均聚物或共聚物。具体地,能列举有低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等聚乙烯;聚丁烯;乙烯-丙烯无规共聚物;乙丙橡胶等。
用作电池用隔膜时等,在要求通过热熔融而使孔闭塞从而进行切断时,作为聚丙烯以外的聚烯烃,优选使用低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等聚乙烯。考虑强度的话,它们中更优选使用基于JIS K 7112测定的密度为0.93以上的聚乙烯。
本申请的第1~第4方案中使用的聚丙烯、聚丙烯以外的聚烯烃的粘均分子量优选为3万以上、1200万以下,更优选为5万以上、不到200万,进而优选为10万以上、不到100万。
粘均分子量为3万以上的话,熔融成型时的熔融张力变大,成型性良好,同时聚合物之间缠在一起而产生高强度,因而是优选的。另一方面,粘均分子量为1200万以下的话,容易均匀地熔融混炼,薄片的成型性、特别是厚度稳定性优良,因而是优选的。进而,将本发明的多层多孔膜用作电池用隔膜时,粘均分子量不到100万的话,温度上升时孔容易闭塞,能获得良好的切断功能,因而是优选的。另外,例如代替单独使用粘均分子量不到100万的聚烯烃,而使用粘均分子量200万的聚烯烃和粘均分子量27万的聚烯烃的混合物,可以使混合物的粘均分子量不到100万。
本申请的第1~第4方案中的以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜或聚烯烃树脂组合物中,除了聚烯烃以外,在不损害本发明目的的范围内,根据各种目的,能混合任意的添加剂。作为这样的添加剂,例如能列举有聚烯烃以外的聚合物;无机填料; 苯酚系、磷系、硫系等抗氧化剂;硬脂酸钙、硬脂酸锌等金属皂类;紫外线吸收剂;光稳定剂;防静电剂;防雾剂;着色颜料等。
这些添加剂的总添加量相对于100重量份聚烯烃树脂组合物优选为20重量份以下,更优选为10重量份以下,进而优选为5重量份以下。
本申请的第1~第4方案中的多孔膜的平均孔径没有限制,可以根据用途适宜确定,使用多层多孔膜作为电池用隔膜时,孔径通常为0.001~10μm,优选为0.01~1μm左右。
本发明中,由以聚烯烃树脂为主要成分的树脂组合物或聚烯烃树脂组合物制造多孔膜的方法没有限制,可以采用公知的制造方法。例如,将聚烯烃树脂组合物和增塑剂熔融混炼,成型为薄片状后,根据情况拉伸,然后通过提取增塑剂使其多孔化的方法;熔融混炼聚烯烃树脂组合物,以高拉伸比挤出,然后通过热处理和拉伸剥离聚烯烃晶体表面而多孔化的方法;熔融混炼聚烯烃树脂组合物和无机填充材料,在薄片上成型后,通过拉伸剥离聚烯烃和无机填充材料的界面而多孔化的方法;溶解聚烯烃树脂组合物后,用聚烯烃的不良溶剂浸渍聚烯烃,使其凝固,同时除去溶剂而多孔化的方法等。
下面说明制造本申请的第1~第4方案中的多孔膜的方法的一个例子,该例中,将聚烯烃树脂组合物和增塑剂熔融混炼,成型为薄片状后,提取增塑剂。
首先,将聚烯烃树脂组合物和增塑剂熔融混炼。作为熔融混炼的方法,例如将聚丙烯、聚丙烯以外的聚烯烃、和根据需要的其他添加剂投入挤出机、捏合机、转矩流变仪(LABOPLASTOMILL)、碾轮、班伯利混合器等树脂混炼装置中,边加热熔融树脂成分,边以任意比例引入增塑剂,进行混炼的方 法。此时,在将聚丙烯、聚丙烯以外的聚烯烃、其他添加剂和增塑剂投入到树脂混炼装置中前,优选预先使用亨舍尔混合器等以一定比例进行事前混炼。更优选的是,在事前混炼中只投入一部分增塑剂,边将残留的增塑剂用树脂混炼装置侧进料,边混炼。由此,提高增塑剂的分散性,在其后的工序中拉伸树脂组合物和增塑剂的熔融混炼物的薄片状成型体时,能以高倍率拉伸而不使膜破裂。
作为增塑剂,能够使用在聚烯烃的熔点以上能形成均匀溶液的不挥发性溶剂。作为这样的不挥发性溶剂的具体例子,例如能列举有液体石蜡、石蜡等烃类;邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等酯类;油醇、硬脂醇等高级醇等。
它们中,液体石蜡与聚乙烯或聚丙烯的相容性高,即使拉伸熔融混炼物,也不会引起树脂和增塑剂的界面剥离,因而容易均匀地实施拉伸,是优选的。
聚烯烃树脂组合物和增塑剂的比例只要在将其均匀地熔融混炼后成型为薄片状的范围,则没有特别限制。例如在聚烯烃树脂组合物和增塑剂构成的组合物中,增塑剂所占的质量百分率优选为30~80重量%,更优选为40~70重量%。增塑剂的质量百分率为80重量%以下的话,溶融成型时的熔融张力不会不够,有提高成型性的倾向。另一方面,质量百分率在30重量%以上的话,即使以高倍率拉伸聚烯烃树脂组合物和增塑剂的混合物,也不会引起聚烯烃链的断裂,容易形成均匀且微细的孔结构,强度也会增加。
接着,将熔融混炼物成型为薄片状。作为制造薄片状成型体的方法,例如能列举有将熔融混炼物经T型模等挤出为薄片状,与导热体接触,冷却到比树脂成分的结晶化温度充分低的温度,使其固化的方法。作为在冷却固化中使用的导热体,能 使用金属、水、空气、或增塑剂本身等,金属制的辊的热传导效率高,因而是优选的。此时,在与金属制的辊接触时,在辊间夹入的话,能进一步提高热传导的效率,同时薄片取向,膜强度增强,薄片的表面平滑性也提高,因而更为优选。通过T型模挤出为薄片状时的模唇间隔优选为400μm以上、3000μm以下,更优选为500μm以上、2500μm以下。模唇间隔为400μm以上的话,能降低滴料(drool)等,条纹或污点等影响膜品质的地方少,在之后的拉伸工序中能防止膜断裂等。另一方面,模唇间隔在3000μm以下的话,冷却速度快,能防止冷却不匀,同时能维持薄片厚度的稳定性。
优选对这样获得的薄片状成型体进行拉伸。作为拉伸处理,可以使用单轴拉伸或双轴拉伸中的任何一种,从获得的多孔膜的强度等考虑,优选双轴拉伸。薄片状成型体沿双轴方向进行高倍率拉伸的话,分子沿表面方向取向,最终获得的多孔膜不易裂开,具有高穿刺强度。作为拉伸方法,例如能列举有同时双轴拉伸、依次双轴拉伸、多段拉伸、多次拉伸等方法,从提高穿刺强度、拉伸的均匀性、切断性考虑,优选同时双轴拉伸。
另外,这里,同时双轴拉伸是指MD方向的拉伸和TD方向的拉伸同时实施的拉伸方法,各方向的拉伸倍率可以不同。逐次双轴拉伸是指MD方向、或TD方向的拉伸是独立实施的拉伸方法,沿MD方向或TD方向拉伸时,另一个方向是非拘束状态或固定为一定长度的状态。
拉伸倍率优选面倍率在20倍以上、100倍以下的范围,更优选为25倍以上、50倍以下的范围。各轴方向的拉伸倍率优选沿MD方向为4倍以上、10倍以下,沿TD方向为4倍以上、10倍以下的范围,更优选沿MD方向为5倍以上、8倍以下,沿TD方向为5倍以上、8倍以下的范围。总面积倍率为20倍以上的话,获 得的多孔膜能被赋予充分的强度,另一方面,总面积倍率为100倍以下的话,能防止拉伸工序中的膜断裂,获得高的生产率。
并且,也可以压延薄片状成型体。压延例如可以通过使用双带挤压机等的加压法来实施。压延特别可以增加表层部分的取向。压延面倍率优选大于1倍、且在3倍以下,更优选大于1倍、且在2倍以下。压延倍率大于1倍的话,面取向增加,最终获得的多孔膜的膜强度增加。另一方面,压延倍率在3倍以下的话,表层部分和中心内部的取向差小,在膜的厚度方向能形成均匀的多孔结构,因而是优选的。
接着,从薄片状成型体除去增塑剂,制成多孔膜。作为除去增塑剂的方法,例如能列举有在提取溶剂中浸渍薄片状成型体,提取增塑剂,并充分干燥的方法。提取增塑剂的方法可以是间歇式、连续式中的任何一种。为了抑制多孔膜的收缩,优选在浸渍、干燥的一系列工序中固定薄片状成型体的端部。并且,多孔膜中的增塑剂残存量优选不到1重量%。
作为提取溶剂,优选使用相对于聚烯烃树脂为不良溶剂,且相对于增塑剂为良溶剂,并且沸点比聚烯烃树脂的熔点低的产品。作为这样的提取溶剂,例如能列举有正己烷、环己烷等烃类;二氯甲烷、1,1,1-三氯乙烷等卤代烃类;氢氟醚、氢氟烃等非氯系卤化溶剂;乙醇、异丙醇等烷醇类;二乙醚、四氢呋喃等醚类;丙酮、甲乙酮等酮类。另外,这些提取溶剂可以通过蒸馏等操作回收再利用。
为了抑制多孔膜的收缩,可以在拉伸工序后或多孔膜形成后进行热定形或热缓和等热处理。并且,也可对多孔膜通过表面活性剂等进行亲水化处理、通过电离性放射线等进行交联处理等来进行后处理。
接着,说明多孔层。
本申请的第1~第4方案的多层多孔膜在多孔膜的至少一面上具有含有无机填料和树脂制粘合剂的多孔层。由此,能抑制多孔膜的热收缩,防止由于膜破裂引起的短路。
含无机填料的多孔层可以只层叠在多孔膜的一面上,也可以层叠在两面上。
本申请的第1方案中,使用多层多孔膜作为电池用隔膜时,作为多孔层中含有的无机填料,优选具有200℃以上的熔点、电绝缘性高、且在使用条件下电化学稳定的填料。
作为无机填料的具体例子,例如能列举有氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、二氧化铈、氧化钇、氧化锌、氧化铁等氧化物系陶瓷;氮化硅、氮化钛、氮化硼等氮化物系陶瓷;碳化硅、碳酸钙、硫酸铝、氢氧化铝、钛酸钾、滑石、高岭土、粘土、高岭石、多水高岭土、叶蜡石、蒙脱石、绢云母、云母、镁绿泥石、膨润土、石棉、沸石、硅酸钙、硅酸镁、硅藻土、硅砂等陶瓷;玻璃纤维等。它们可以单独使用,也可以混合2种以上使用。
本发明的多层多孔膜用作电池用隔膜时,考虑电化学的稳定性的话,作为无机填料,优选使用氧化铝、二氧化钛。
无机填料的平均粒径优选为0.1μm以上、3μm以下,更优选为0.2μm以上、1μm以下。无机填料的平均粒径不到0.1μm的话,使用多层多孔膜作为电池用隔膜时,短路温度有降低的倾向。并且,无机填料的平均粒径超过3μm的话,难以形成层厚度薄的多孔层。
作为无机填料,特别优选(i)平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒,(ii)全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒,(iii)以轻质碳酸钙为主要成分的颗粒。使用这些颗粒作为无机填料的话,即使 含无机填料的层薄时,也能赋予隔膜充分的耐热性。
下面详细说明这些无机填料。
首先,说明(i)平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒。
本申请的第1方案的优选实施方式和本申请的第2方案中,作为构成多孔层的无机填料,采用平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒。通过采用这样的颗粒,即使更薄的多孔层厚度也能抑制多孔膜在高温下的热收缩,表现优良的耐热性。
氧化铝颗粒的平均粒径更优选大于0.5μm且在0.9μm以下,最优选0.55μm以上且在0.85μm以下。使用平均粒径为0.5μm以下或大于1.2μm的氧化铝时,使多孔层厚度变厚的话,能抑制高温下的热收缩,但是当多孔层的厚度薄到6μm以下时,则难以抑制高温下的热收缩。
另外,本发明中,氧化铝颗粒的平均粒径是指:用水作为分散介质,使用激光式粒度分布测定装置测定粒径分布,颗粒数的累积频率为50%的粒径的值。
平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒的粒径分布优选全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下。采用具有这样的粒径分布的氧化铝颗粒,即使更薄的多孔层厚度也能抑制多孔膜在高温下的热收缩,表现优良的耐热性。
粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒的含有率优选为55%以上,更优选为60%以上,最优选为65%以上。通过采用具有这样的粒径分布的制品,能进一步提高在高温下的热收缩的抑制效果,即使在多孔层的厚度薄到6μm以下时,也能抑制高温下的热收缩。
另外,本申请中,氧化铝颗粒的粒径分布是将水作为分散介质,使用激光式粒度分布测定装置测定的值。
优选平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒进一步满足上述条件,且粒径大于0.5μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒的含有率为45%以上,更优选为50%以上。特别优选粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒的含有率为35%以上,更优选为40%以上。
氧化铝存在α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝等多种结晶形态,可以适当使用任何一种。其中α-氧化铝是热学上、化学上稳定的物质,最为优选。
氧化铝颗粒的形状根据其制造方法等,可以以球形、椭圆形、矩形、无定形等各种形式存在,但是只要是平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下,则可以适宜使用任何一种。
接着,说明(ii)全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒。
本申请的第1方案的优选实施方式和本申请的第3方案中,构成多孔层的无机填料采用全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒。使用这样的颗粒,即使更薄的多孔层厚度也能抑制多孔膜在高温下的热收缩,表现优良的耐热性。粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒的含有率优选为55%以上,更优选为60%以上,最优选为65%以上。使用粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒的含有率不到50%的氧化铝颗粒时,使多孔层厚度变厚的话,能抑制高温下热收缩,但是多孔层的厚度薄到6μm以下时,难以抑制高温下的热收缩。
另外,本申请中,氧化铝颗粒的粒径分布是以水作为分散介质,使用激光式粒度分布测定装置测定的值。
优选全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒进一步满足上述条件,同时粒径大于0.5μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒的含有率为45%以上,更优选为50%以上。特别优选粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒的含有率为35%以上,更优选为40%以上。
并且,全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒,其平均粒径优选大于0.5μm且在1.2μm以下,更优选大于0.5μm且在0.9μm以下,最优选为大于0.5μm且在0.85μm以下。通过采用具有这样的平均粒径的制品,能进一步提高高温下的热收缩的抑制效果,即使在多孔层的厚度薄到6μm以下时,也能抑制高温下的热收缩。
另外,本申请中,氧化铝颗粒的平均粒径是用水作为分散介质,使用激光式粒度分布测定装置测定粒径分布,颗粒数的累积频率为50%的粒径的值。
氧化铝中存在α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝、θ-氧化铝等多种结晶形态,可适宜使用任何一种。其中α-氧化铝因为是热学上、化学上稳定的物质,最为优选。
氧化铝颗粒的形状根据其制造方法等可以以球形、椭圆形、矩形、无定形等各种形式存在,只要是全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒,则可以适宜使用任何一种。
接着,说明(iii)以轻质碳酸钙为主要成分的颗粒。
本申请的第1方案的优选实施方式和本申请的第4方案中,作为构成多孔层的无机填料,采用以轻质碳酸钙为主要成分的颗粒。采用这样的颗粒,即使更薄的多孔层厚度也能抑制多孔膜在高温下的热收缩,表现优良的耐热性。
轻质碳酸钙是指通过CO2反应法或可溶性盐反应法而化学 制造的碳酸钙。轻质碳酸钙中,柱状、针状或纺锤状的轻质碳酸钙,即使更薄的多孔层厚度也能抑制多孔膜在高温下的热收缩,能表现优良的耐热性,是优选的。柱状、针状或纺锤状的轻质碳酸钙是指:相对于颗粒的短径L1,颗粒的长径L2为1.5倍以上大小,即具有L2/L1≥1.5的形状,通过CO2反应法或可溶性盐反应法而化学制备的碳酸钙。L2/L1≥2是优选的,进而优选为L2/L1≥3。为了容易形成更薄的多孔层,短径L 1优选0.005μm以上、3μm以下,更优选0.01μm以上、1μm以下,进而优选0.05μm以上、0.5μm以下。长径L2没有特别限制,但是为了使形成多孔层的涂布液中颗粒的分散更容易,优选0.05μm以上、5μm以下,更优选0.1μm以上、3μm以下,进而优选0.2μm以上、2μm以下。
另外,颗粒的短径L1和长径L2如下定义。用扫描型电子显微镜(以下称为SEM)观察颗粒粉末,在任意的15×15μm的视野中,直接、或通过负片进行印刷后,测定200个以上颗粒各自的长径和短径,短径的平均值作为L1,长径的平均值作为L2。
形成多孔层的无机填料颗粒只要是以轻质碳酸钙为主要成分,即使混合有其他无机填料颗粒也有效果。另外,主要成分是指在构成颗粒的成分中其比例(体积%)最高的成分。无机填料颗粒中轻质碳酸钙占全部颗粒体积的50%以上的话,从耐热性、抑制高温下的热收缩考虑是优选的,更优选占60%以上,进而优选占70%以上。
本申请的第1~第4方案中的多孔层除了无机填料以外,还含有用于在多孔膜上粘结无机填料的树脂制粘合剂。树脂制粘合剂的种类没有限制,将本发明的多层多孔膜用作锂离子二次电池用隔膜时,优选对锂离子二次电池的电解液不溶、且在锂离子二次电池的使用范围内电化学稳定的产品。
作为这样的树脂制粘合剂的具体例子,例如能列举有聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃;聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等含氟树脂;偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物等含氟橡胶;苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其氢化物、甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、乙丙橡胶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯等橡胶类;乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等纤维素衍生物;聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚酯等熔点和/或玻璃化转变温度为180℃以上的树脂等。
使用聚乙烯醇作为树脂制粘合剂时,其皂化度优选为85%以上、100%以下。皂化度为85%以上的话,多层多孔膜用作电池用隔膜时,能提高短路的温度(短路温度),获得良好的安全性能,因而优选。皂化度更优选为90%以上、100%以下,进而优选为95%以上、100%以下,特别优选为99%以上、100%以下。并且,聚乙烯醇的聚合度优选为200以上、5000以下,更优选为300以上、4000以下,特别优选为500以上、3500以下。聚合度为200以上的话,用少量的聚乙烯醇能牢固地粘结无机填料,既能维持多孔层的力学强度又能抑制由于形成多孔层而导致的多层多孔膜的透气度增加,因而是优选的。并且,聚合度为5000以下的话,能防止制备分散液时的凝胶化等,因而是优选的。
多孔层中无机填料的质量百分率可以根据无机填料的粘结性、多层多孔膜的透过性、耐热性等适宜确定,优选50%以上、不到100%,更优选为55%以上、99.99%以下,进而优选为60%以上、99.9%以下,特别优选为65%以上、99%以下。
考虑多层多孔膜的耐热性的话,多孔层的层厚优选为 0.5μm以上,考虑透气度或电池的高容量化的话,多孔层的层厚优选为100μm以下。更优选为1μm以上、50μm以下,进而优选为2μm以上、30μm以下,最优选为3μm以上、20μm以下。
并且,使用上述的(i)~(iii)作为无机填料时(即本申请的第2~第4方案),为了在含无机填料的层的厚度薄时也能显著抑制高温下的热收缩率,多孔层的层厚优选为1.5μm以上、10μm以下,更优选为2μm以上、6μm以下,最优选为3μm以上、6μm以下。
多孔层的形成方法没有限制,可以通过公知的方法形成。例如可以将在溶剂中分散或溶解有无机填料和树脂制粘合剂的涂布液涂布在多孔膜上,由此在多孔膜的至少一面上形成多孔层。
作为涂布液的溶剂,优选能均匀且稳定地分散或溶解无机填料和树脂制粘合剂的物质,例如能列举有N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、水、乙醇、甲苯、热二甲苯、二氯甲烷、己烷等。
为了使分散稳定和提高涂布性,可以在涂布液中加入表面活性剂等分散剂;增粘剂;湿润剂;消泡剂;包括酸、碱在内的PH调节剂等各种添加剂。这些添加剂优选在溶剂除去时能被除去的物质,但是如果在锂离子二次电池的使用范围中电化学稳定,不妨碍电池反应,且直到200℃左右仍然稳定,则也可以残留在多孔层内。
关于在溶剂中溶解或分散无机填料和树脂制粘合剂的方法,只要是能实现涂布工序中所需的溶液或分散液特性的方法,则没有特别限制。例如能列举有球磨机、珠磨机、行星式球磨机、振动球磨机、砂磨机、胶体磨、磨耗机、辊磨机、高速叶轮分散、分散器、均化器、高速冲击磨、超声波分散、用搅拌 桨等进行的机械搅拌等。
关于在多孔膜上涂布涂布液的方法,只要是能实现必要的层厚度或涂布面积的方法则没有特别限制。例如能列举有凹版涂布法、小直径凹版涂布法、逆转辊涂布法、转移辊涂布(transfer roll coating)法、吻涂(kiss coating)法、浸涂法、刮刀涂布(knife coating)法、气刮刀涂布法、刮板涂布(bladecoating)法、棒式涂布(rod coating)法、抽涂涂布(squeezecoating)法、流延涂布法、口模涂布法、丝网印刷法、喷涂涂布法等。
进而,在涂布前对多孔膜表面进行表面处理的话,涂布液的涂布变得容易,同时涂布后的含无机填料的多孔层和多孔膜表面的粘合性得到提高,因而是优选的。表面处理的方法只要不显著损害多孔膜的多孔质结构则没有特别限制,例如能列举有电晕放电处理法、机械的表面粗糙化法、溶剂处理法、酸处理法、紫外线氧化法等。
关于涂布后从涂布膜除去溶剂的方法,只要不对多孔膜产生坏的影响则没有特别限制。例如能列举有边固定多孔膜边在其熔点以下的温度下进行干燥的方法、低温下减压干燥的方法、用树脂制粘合剂的不良溶剂浸渍以使粘合剂凝固并同时提取溶剂的方法等。
接着,说明将本申请的第1~第4方案的多层多孔膜用作电池用隔膜的情况。
本申请的第1~第4方案的多层多孔膜的耐热性优良,具有切断功能,因而适合作为电池中隔离正极和负极的电池用隔膜。
特别地,本申请的第1~第4方案的多层多孔膜在200℃以上的高温下也不短路,因而能安全地用作高电动势电池用的隔膜。
作为这样的高电动势电池,例如能列举有非水电解液电池, 通过在正极和负极间配置本发明的多层多孔膜,保持非水电解液,能制造非水电解液电池。
正极、负极、非水电解液没有限制,可以使用公知的产品。
作为正极材料,例如能列举有LiCoO2、LiNiO2、尖晶石型LiMnO4、橄榄石型LiFePO4等含锂的复合氧化物等,作为负极材料,例如能列举有石墨质、难石墨化碳质、易石墨化碳质、复合碳体等碳材料;硅、锡、金属锂、各种合金材料等。
并且,作为非水电解液,能使用在有机溶剂中溶解有电解质的电解液,作为有机溶剂,例如能列举有碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙基甲基酯等,作为电解质,例如能列举有LiClO4、LiBF4、LiPF6等锂盐。
本申请的第1~第4方案的多层多孔膜用作电池用隔膜时,多层多孔膜的透气度优选在10秒/100cc以上、650秒/100cc以下,更优选为20秒/100cc以上、500秒/100cc以下,进而优选为30秒/100cc以上、450秒/100cc以下,特别优选为50秒/100cc以上、400秒/100cc以下。
透气度为10秒/100cc以上的话,用作电池用隔膜时的自放电少,透气度在650秒/100cc以下的话,能获得良好的充放电特性。
并且,形成多孔层而导致的多层多孔膜的透气度的增加率优选为0%以上、200%以下,更优选为0%以上、100%以下,特别优选为0%以上、70%以下。其中,多孔膜的透气度不到100秒/100cc时,可优选使用形成多孔层后的多层多孔膜的透气度增加率为0%以上、500%以下的多孔膜。
多层多孔膜的最终膜厚优选为2μm以上、200μm以下,更优选为5μm以上、100μm以下,进而优选为7μm以上、50μm以下。
膜厚为2μm以上的话,机械强度是充分的,并且在200μm以下的话,隔膜占有的体积减少,因而对电池的高容量化是有利的。
多层多孔膜在150℃下的热收缩率优选沿MD方向、沿TD方向均为0%以上、15%以下,更优选为0%以上、10%以下,进而优选为0%以上、5%以下。热收缩率沿MD方向、TD方向均为15%以下的话,能抑制电池异常发热时多层多孔膜的破裂,不容易引起短路,因而是优选的。
多层多孔膜的切断温度优选为120℃以上、160℃以下,更优选为120℃以上、150℃以下的范围。切断温度为160℃以下的话,电池发热时等也能加速电路断开,具有更好的安全性能,因而是优选的。另一方面,切断温度在120℃以上的话,电池能在100℃前后使用,因而是优选的。
多层多孔膜的短路温度优选为180℃以上、1000℃以下,更优选为200℃以上、1000℃以下。短路温度为180℃以上的话,即使电池产生异常发热也不会立即引起短路,可以在其间放热,能获得更良好的安全性能。
本发明中,短路温度可以通过调整聚丙烯的含量、聚丙烯以外的聚烯烃的种类、无机填料的种类、含有无机填料的层的厚度等来控制为期望的值。
实施例
接着,通过实施例来更详细地说明本发明,但是它们不对本发明的范围构成限制。实施例中测定、试验的方法表示如下。
(1)聚烯烃的粘均分子量Mv
基于ASTM-D4020,求得在萘烷溶剂中135℃下的特性粘度[η](dl/g)。
对聚乙烯,根据下式来计算。
[η]=6.77×10-4Mv0.67
对聚丙烯,根据下式算出Mv。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
(2)多孔膜的膜厚、多孔层的层厚
从多孔膜、多层多孔膜切出MD10mm×TD10mm的样品,呈格子状选出9个位置(3点×3点),使用直读式厚度计(尾崎制作所制造PEACOCK No.25(注册商标))测定膜厚,取9个位置的测定值的平均值作为多孔膜、多层多孔膜的膜厚(μm)。
并且,这样测定的多层多孔膜和多孔膜的膜厚之差作为多孔层的层厚(μm)。
(3)多孔膜透气度(秒/100cc)、形成多孔层而导致的透气度增加率(%)
使用基于JIS P-8117的古来(Gurley)式透气度计(东洋精机制造G-B2(商标)、内筒质量:567g),测定100cc空气通过面积645mm2(直径28.6mm的圆)的多孔膜、多层多孔膜的时间(秒),将其作为多孔膜、多层多孔膜的透气度。
形成多孔层而导致的透气度增加率根据下式算出。
透气度增加率(%)={(多层多孔膜的透气度-多孔膜的透气度)/多孔膜的透气度}×100
(4)多层多孔膜的切断温度、短路温度
a.正极的制作
准备92.2重量份的作为正极活性物质的锂钴复合氧化物(LiCoO2)、各为2.3重量份的作为导电材料的鳞片状石墨和乙炔黑、3.2重量份的作为树脂制粘合剂的聚偏氟乙烯(PVDF),将其分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,制备浆料。使用口模式涂布机将该浆料涂布在作为正极集电体的厚度为20μm的铝箔的一面上,使得正极活性物质涂布量为250g/m2。在130℃下 干燥3分钟后,使用辊压机压缩成型,使得正极活性物质体积密度为3.00g/cm3,制成正极。
b.负极的制作
准备96.6重量份的作为负极活性物质的人造石墨、作为树脂制粘合剂的1.4重量份的羧甲基纤维素的铵盐和1.7重量份的苯乙烯-丁二烯共聚物乳液,将上述物质分散在精制水中,制备浆料。使用口模式涂布机将该浆料涂布在作为负极集电体的厚度为12μm的铜箔的一面上,使得负极活性物质涂布量为106g/m2。在120℃下干燥3分钟后,使用辊压机压缩成型,使得负极活性物质体积密度为1.35g/cm3,制成负极。
c.非水电解液的制备
在碳酸丙烯酯∶碳酸乙烯酯∶γ-丁内酯=1∶1∶2(体积比)的混合溶剂中,以浓度1.0mol/L溶解作为溶质的LiBF4,制备非水电解液。
d.切断温度、短路温度的测定
准备切成65mm×20mm、在非水电解液中浸渍1分钟以上的负极,中央部有直径16mm的洞的9μm(厚度)×50mm×50mm的芳香族聚酰胺薄膜,切成65mm×20mm、在非水电解液中浸渍1小时以上的多层多孔膜(多孔膜),切成65mm×20mm、在非水电解液中浸渍1分钟以上的正极,聚酰亚胺(KAPTON)薄膜,厚度为约4mm的硅橡胶,在连接了热电偶的陶瓷板上以该顺序层叠。将该层叠体设置在热板上,在用油压机施加4.1MPa的压力的状态下,以15℃/min的速度升温,在交流1V、1kHz的条件下测定正负极间的阻抗变化,直到温度升至200℃。
阻抗达到1000Ω时刻的温度作为切断温度,切断后阻抗再次降低到1000Ω时刻的温度作为短路温度。
(5)电池用隔膜适应性的评价
a.正极的制作
将和(4)的a一样制造的正极冲切出面积2.00cm2的圆形。
b.负极的制作
将和(4)的b一样制作的负极冲切出面积2.05cm2的圆形。
c.非水电解液
在碳酸乙烯酯∶碳酸乙基甲基酯=1∶2(体积比)的混合溶剂中,以浓度1.0ml/L溶解作为溶质的LiPF6来制备。
d.电池组装
按照正极和负极的活性物质面相对的方式,从下方依次层叠负极、多层多孔膜、正极。该层叠体收纳在容器主体和盖绝缘的带盖不锈钢金属制容器中,使得负极的铜箔、正极的铝箔分别与容器主体、盖连接。在该容器内注入非水电解液,并密闭。
e.评价(倍率特性)
将d.中组装的简易电池在25℃下以电流值3mA(约0.5C)充电到电池电压4.2V,将电流值从3mA开始减小以使电池电压保持在4.2V,通过该方法进行合计约6小时的电池制成后的首次充电,其后在电流值3mA下放电到电池电压3.0V。
接着,在25℃下以电流值6mA(约1.0C)充电到电池电压为4.2V,将电流值从6mA开始减小以使电池电压保持在4.2V,通过该方法进行合计约3小时的充电,然后在电流值6mA下放电到电池电压为3.0V,此时的放电容量作为1C放电容量(mAh)。
接着,在25℃下以电流值6mA(约1.0C)充电到电池电压为4.2V,将电流值从6mA开始减小以使电池电压保持在4.2V,通过该方法进行合计约3小时的充电,然后以电流值12mA(约2.0C)放电到电池电压为3.0V,此时的放电容量作为2C放电容量(mAh)。
计算2C放电容量相对于1C放电容量的比例,该值作为倍率特性。
倍率特性(%)=(2C放电容量/1C放电容量)×100
(循环特性)
将评价倍率特性的简易电池在60℃下以电流值6mA(约1.0C)充电到电池电压为4.2V,将电流值从6mA开始减小以使电池电压保持在4.2V,通过该方法进行合计约3小时的充电,接着在电流值6mA下放电到电池电压为3.0V,重复100次这样的循环,测定第一次循环和第100次循环的放电容量(mAh)。
计算第100次循环的放电容量相对于第一次的放电容量的比例,该值作为循环特性。
循环特性(%)=(第100次的放电容量/第1次的放电容量)×100
(6)无机填料的平均粒径、粒径分布
将无机填料加入到蒸馏水中,添加少量六偏磷酸钠水溶液,用超声波均化器分散1分钟后,使用激光式粒度分布测定装置(日机装公司制造的マイクロトラツクMT3300EX)测定粒径分布,将颗粒数的累积频率为50%的粒径作为平均粒径。
(7)(多层)多孔膜在150℃下的热收缩率(%)
将(多层)多孔膜沿MD方向切成100mm、沿TD方向切成100mm,在150℃的烤箱中静置1小时。此时,将样品夹在两张纸中间以避免热风直接吹到样品上。将样品从烤箱中取出,冷却,然后测定长度(mm),根据下式计算MD和TD的热收缩率。
MD热收缩率(%)={(100-加热后的MD的长度)/100}×100
TD热收缩率(%)={(100-加热后的TD的长度)/100}×100
[实施例1-1]
(多孔膜的制造)
准备95重量份的粘均分子量(Mv)为20万的乙烯均聚物、5重量份的Mv为40万的丙烯均聚物、60重量份的作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下的动力粘度为7.59×10-5m2/s)和1重量份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],将它们用亨舍尔混合器预混合。
将获得的聚合物等混合物供给到用于熔融混炼的同向双螺杆挤出机的给料口。并且,将液体石蜡侧进料到同向双螺杆挤出机的料筒中,使得熔融混炼挤出的全部混合物中液体石蜡量所占的比为50重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃,螺杆转速200rpm、排出量15kg/h下进行。
接着,使用T型模,将熔融混炼物挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊间,得到厚度为1050μm的薄片状成型体。
接着,将薄片状成型体连续引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸,得到拉伸薄膜。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着,将获得的拉伸薄膜导入到甲乙酮槽中,除去增塑剂后,干燥除去甲乙酮。
进而,将拉伸薄膜引入到TD拉幅热定形机中,进行热定形。热定形条件为:最大拉伸倍率为1.5倍,最终拉伸倍率为1.3倍,最大拉伸时设定温度为123℃,最终拉伸时设定温度为128℃。结果,获得膜厚16μm、气孔率45体积%、透气度235秒/100cc的多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散5重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上)和95重量份的氧化铝颗粒(平均粒径为0.7μm),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述多孔膜的表面上。在60℃下干燥,除去水,获得在多孔膜上形 成有厚度2μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例1-2]
使用苯乙烯丁二烯共聚物作为多孔层的粘合剂,多孔层的厚度为7μm,此外和实施例1-1一样获得多层多孔膜。
[实施例1-3]
(多孔膜的制造)
将47.5重量份的Mv为70万的乙烯均聚物、47.5重量份的Mv为25万的乙烯均聚物和5重量份的Mv为40万的丙烯均聚物用桶混机干混。在获得的99重量份的纯聚合物混合物中,添加1重量份的抗氧化剂季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],再次用桶混机干混,获得聚合物等混合物。
获得的聚合物等混合物用氮气置换后,在氮气气氛下用给料器供给到双螺杆挤出机中。并且,在挤出机料筒中用柱塞泵注入作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下动力粘度为7.59×10-5m2/s)。调整给料器和泵,使得熔融混炼挤出的全部混合物中液体石蜡量所占的比为65重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。
接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊上,浇铸,由此获得厚度为1300μm的薄片状成型体。
接着,将薄片状成型体引入同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸,获得拉伸薄膜。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着,将获得的拉伸薄膜引入到甲乙酮槽,提取除去液体石蜡后,干燥除去甲乙酮。
进而,将拉伸薄膜引入TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为122℃、TD缓和率0.80。结果,获得膜厚16μm、气孔率49体积%、透气度165秒/100cc的多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散5重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上)和95重量份的二氧化钛颗粒(平均粒径0.4μm),制备涂布液,使用小直径凹版涂布机将其涂布到上述多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在多孔膜上形成有厚度3μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例1-4]
作为多孔层的无机填料,使用实施例1-1中使用的氧化铝颗粒,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例1-3一样获得多层多孔膜。
[实施例1-5]
在多孔膜的制造中使用的挤出后的薄片状成型体的厚度为1000μm,多孔膜的膜厚为12μm,气孔率为36体积%,透气度为230秒/100cc,此外和实施例1-3一样获得多层多孔膜。
[实施例1-6]
作为多孔层的无机填料使用氧化铝颗粒(平均粒径2.0μm),多孔层的厚度为8μm,此外和实施例1-5一样,获得多层多孔膜。
[实施例1-7]
作为多孔膜的聚烯烃,使用46重量份的Mv为30万的乙烯均聚物、47重量份的Mv为70万的乙烯均聚物和7重量份的Mv为40万的聚丙烯,在多孔膜的制造中使用的挤出后的薄片状成型体的厚度为1700μm,多孔膜的膜厚为20μm,气孔率为40体积%,透气度为280秒/100cc,多孔层的厚度为2μm,此外和实施例1-3一样获得多层多孔膜。
[实施例1-8]
多孔层的厚度为8μm,此外和实施例1-7一样获得多层多孔 膜。
[实施例1-9]
多孔膜的膜厚为16μm,气孔率为41体积%,透气度为160秒/100cc,多孔层的厚度为3μm,此外和实施例1-7一样获得多层多孔膜。
[实施例1-10]
多孔膜的膜厚为25μm,气孔率为42%,透气度为300秒/100cc,多孔层的厚度为4μm,此外和实施例1-7一样获得多层多孔膜。
[实施例1-11]
使用Mv为70万的乙烯均聚物代替Mv为20万的乙烯均聚物,获得气孔率43体积%、透气度190秒/100cc的多孔膜,使用小直径凹版涂布机将涂布液涂布到上述多孔膜的表面上,此外和实施例1-1一样获得多层多孔膜。
[实施例1-12]
用99重量份的Mv为70万的乙烯均聚物和1重量份的Mv为40万的丙烯均聚物,获得透气度170秒/100cc的多孔膜,多孔层的厚度为4μm,此外和实施例1-11一样获得多层多孔膜。
[实施例1-13]
用90重量份的Mv为70万的乙烯均聚物和10重量份的Mv为40万的丙烯均聚物,获得透气度250秒/100cc的多孔膜,多孔层的厚度为3μm,此外和实施例1-11一样获得多层多孔膜。
[实施例1-14]
使用70重量份的Mv为70万的乙烯均聚物和30重量份的Mv为40万的丙烯均聚物,获得膜厚18μm、透气度360秒/100cc的多孔膜,此外和实施例1-11一样获得多层多孔膜。
[比较例1-15]
使用60重量份的Mv为70万的乙烯均聚物和40重量份的Mv为40万的丙烯均聚物,获得膜厚18μm、透气度400秒/100cc的多孔膜,此外和实施例1-11一样获得多层多孔膜。
[比较例1-1]
作为多孔膜的聚烯烃,使用100重量份的Mv为20万的乙烯均聚物,挤出后的薄片状成型体的厚度为1300μm,多孔膜的膜厚为20μm,气孔率为41体积%,透气度为260秒/100cc,多孔层的厚度为3μm,此外和实施例1-1一样获得多层多孔膜。
[比较例1-2]
多孔层的厚度为8μm,此外和比较例1-1一样获得多层多孔膜。
[比较例1-3]
作为多孔膜的聚烯烃,使用43重量份的Mv为30万的乙烯均聚物、43重量份的Mv为70万的乙烯均聚物和14重量份的Mv为40万的乙烯均聚物,挤出后的薄片状成型体的厚度为1550μm,多孔膜的膜厚为24μm,气孔率为40体积%,透气度为510秒/100cc,作为多孔层的无机填料使用氧化铝,此外和实施例1-3一样获得多层多孔膜。
[比较例1-4]
多孔层的厚度为10μm,此外和比较例1-3一样获得多层多孔膜。
[比较例1-5]
不形成多孔层,此外和实施例1-1、2一样获得多孔膜。
[比较例1-6]
不形成多孔层,此外和实施例1-3、4一样获得多孔膜。
[比较例1-7]
不形成多孔层,此外和实施例1-5、6一样获得多孔膜。
[比较例1-8]
不形成多孔层,此外和实施例1-7、8一样获得多孔膜。
[比较例1-9]
不形成多孔层,此外和比较例1-1、2一样获得多孔膜。
[比较例1-10]
不形成多孔层,此外和比较例1-3、4一样获得多孔膜。
[比较例1-11]
作为多孔膜的聚烯烃,使用100重量份的Mv为70万的乙烯均聚物,挤出后的薄片状成型体的厚度为1000μm,获得膜厚16μm、气孔率43体积%、透气度170秒/100cc的多孔膜,使用小直径凹版涂布机将涂布液涂布到上述多孔膜的表面上,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例1-1一样获得多层多孔膜。
[比较例1-12]
不形成多孔层,此外和实施例1-9一样获得多孔膜。
[比较例1-13]
不形成多孔层,此外和实施例1-10一样获得多孔膜。
[比较例1-14]
不形成多孔层,此外和比较例1-11一样获得多孔膜。
[比较例1-15]
不形成多孔层,此外和实施例1-12一样获得多孔膜。
[比较例1-16]
不形成多孔层,此外和实施例1-11一样获得多孔膜。
[比较例1-17]
不形成多孔层,此外和实施例1-13一样获得多孔膜。
[比较例1-18]
不形成多孔层,此外和实施例1-14一样获得多孔膜。
[比较例1-19]
不形成多孔层,此外和实施例1-15一样获得多孔膜。
实施例1-1~15和比较例1-1~4、1-11中制造的多层多孔膜、比较例1-5~10、1-12~19中制造的多孔膜的透气度、电池用隔膜适应性、切断温度和短路温度示于表1中。
使用实施例1-1~15、比较例1-1~19的多层多孔膜或多孔膜作为隔膜的简易电池中任何之一都显示90%以上的倍率特性、循环特性。因此,可以确认实施例1~15和比较例1~19中制造的多层多孔膜或多孔膜能用作电池用隔膜。
特别地,聚丙烯相对于构成多孔膜的树脂组合物中总聚烯烃的比例小的实施例1-1~14、比较例1-1~18的多层多孔膜或多孔膜的切断温度为144~152℃,具有非常良好的切断功能。
但是,使用不含聚丙烯的多孔膜的比较例1-1~4、1-11的多层多孔膜或不层叠含无机填料的层的比较例1-5~10、1-12~18的多孔膜仅加热到切断温度+数℃就短路,到200℃没有不短路的,耐热性差。
与此相对,多孔膜含有聚丙烯且具有含无机填料的层的实施例1~15的多层多孔膜即使加热到200℃也不短路,耐热性优良。
[表1]
[实施例2-1]
(多孔膜的制造)
将47.5重量份的Mv为70万的乙烯均聚物、47.5重量份的Mv为25万的乙烯均聚物和5重量份的Mv为40万的丙烯均聚物用桶混机干混。在获得的99重量%的纯聚合物混合物中添加1重量%的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],再次使用桶混机干混,获得聚合物等混合物。获得的聚合物等混合物用氮气进行置换后,在氮气气氛下通过给料器供给到双螺杆挤出机。并且,在挤出机料筒中通过柱塞泵注入作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下的动力粘度为 7.59×10-5m2/s)。调整给料器和泵,使得熔融混炼挤出的全部混合物中液体石蜡量所占的比为65重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。
接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊上,浇铸,由此获得厚度为1300μm的薄片状的聚烯烃组合物。
接着,引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着,引入到甲乙酮槽中,提取除去液体石蜡后,干燥除去甲乙酮。
进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为122℃、TD缓和率为0.80。结果,得到膜厚16μm、气孔率49%、透气度155秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散平均粒径0.56μm、全部颗粒数中的86%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的α-氧化铝颗粒98.2重量份和聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度为99%以上)1.8重量份,制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度5μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例2-2]
使用平均粒径0.80μm、全部颗粒数中的69%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的α-氧化铝颗粒,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[实施例2-3]
使用平均粒径1.15μm、全部颗粒数中的68%以上的颗粒为 粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[实施例2-4]
(多孔膜的制造)
将47重量份的Mv为70万的乙烯均聚物、46重量份的Mv为25万的乙烯均聚物和7重量份的Mv为40万的丙烯均聚物用桶混机干混。在获得的99重量%的纯聚合物混合物中添加1重量%的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],再次使用桶混机干混,获得聚合物等混合物。获得的聚合物等混合物用氮气进行置换后,在氮气气氛下通过给料器供给到双螺杆挤出机。并且,通过柱塞泵在挤出机料筒中注入作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下的动力粘度为7.59×10-5m2/s)。调整给料器和泵,使得熔融混炼挤出的全部混合物中液体石蜡量所占的比为65重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。
接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊上,浇铸,由此得到厚度为2000μm的薄片状的聚烯烃组合物。
接着,引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向7倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为125℃。接着,引入到甲乙酮槽,提取除去液体石蜡后,干燥除去甲乙酮。进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为133℃、TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚16μm、气孔率40%、透气度165秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散平均粒径0.80μm、全部颗粒数中的69%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的α-氧 化铝颗粒98.2重量份和聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度为99%以上)1.8重量份,制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为4μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例2-5]
(多孔膜的制造)
添加47.5重量份的粘均分子量(Mv)为20万的聚乙烯和2.5重量份的Mv为40万的聚丙烯、30重量份的作为增塑剂的液体石蜡(LP)和0.5重量份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],用亨舍尔混合器预混合。将获得的混合物通过给料器供给到同向双螺杆挤出机给料口。将液体石蜡侧进料到双螺杆挤出机料筒,使得熔融混炼挤出的全部混合物(100重量份)中液体石蜡量所占的比为50重量份。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速200rpm、排出量15kg/h下进行。接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊间,获得厚度为1050μm的薄片状聚烯烃组合物。接着连续地引入到同时双轴拉幅拉伸机中,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着引入到甲乙酮槽中,除去增塑剂后,干燥除去甲乙酮。进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形条件为:最大拉伸倍率1.5倍、最终拉伸倍率1.3倍、最大拉伸时设定温度123℃、最终拉伸时设定温度128℃。结果,获得膜厚16μm、气孔率45%、透气度235秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散平均粒径0.80μm、全部颗粒 数中的69%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的α-氧化铝颗粒98.2重量份和聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上)1.8重量份,制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布在上述聚烯烃树脂组合物多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为3μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例2-6]
(多孔膜的制造)
添加16.6重量份的粘均分子量(Mv)为70万的聚乙烯、16.6重量份的Mv为25万的聚乙烯、1.8重量份的Mv为40万的聚丙烯、40重量份的作为增塑剂的液体石蜡(LP)和0.3重量份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],用亨舍尔混合器预混合。将获得的混合物通过给料器供给到同向双螺杆挤出机给料口。另外,将液体石蜡侧进料到双螺杆挤出机料筒中,使得熔融混炼挤出的全部混合物(100重量份)中液体石蜡量所占的比为65重量份。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊间,获得厚度为1000μm的薄片状聚烯烃组合物。接着连续地引入同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着引入到甲乙酮槽中,除去增塑剂后,干燥除去甲乙酮。进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为130℃,TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚12μm、气孔率36%、透气度235秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散平均粒径0.80μm、全部颗粒 数中的69%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的α-氧化铝颗粒98.2重量份和聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上)1.8重量份,制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂组合物多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为6μm的多孔层的多层多孔膜。
[比较用实施例2-1]
在150重量份的水中均匀分散92.8重量份的平均粒径0.09μm的α-氧化铝颗粒和7.2重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成厚度为8μm的多孔层,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-2]
使用平均粒径0.20μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为10μm,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-3]
在150重量份的水中均匀分散96.4重量份的平均粒径0.33μm的α-氧化铝颗粒和3.6重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成厚度为7μm的多孔层,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-4]
使用平均粒径0.41μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-5]
使用平均粒径1.47μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-6]
使用平均粒径2.33μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-7]
使用平均粒径2.51μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为7μm,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-8]
使用平均粒径3.57μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例2-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-9]
使用平均粒径0.33μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例2-4一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-10]
使用平均粒径1.47μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例2-4一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-11]
使用平均粒径0.20μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为7μm,此外和实施例2-5一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-12]
使用平均粒径1.47μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为7μm,此外和实施例2-5一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例2-13]
使用平均粒径0.33μm的α-氧化铝颗粒,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例2-6一样获得多层多孔膜。
[比较例2-14]
不形成多孔层,此外和实施例2-1一样获得多孔膜。
[比较例2-15]
不形成多孔层,此外和实施例2-4一样获得多孔膜。
[比较例2-16]
不形成多孔层,此外和实施例2-5一样获得多孔膜。
[比较例2-17]
不形成多孔层,此外和实施例2-6一样获得多孔膜。
实施例2-1~6和比较用实施例2-1~13、比较例2-14~17中制造的多层多孔膜的透气度、150℃下的热收缩率、切断温度和短路温度示于表2中。
不形成多孔层的比较例2-14~17的多孔膜在150℃下的热收缩率显示非常大的值,该值超过50%。
另一方面,使用平均粒径为0.5μm以下或大于1.2μm的氧化铝形成了多孔层的比较用实施例2-1~13的多层多孔膜和不形成氧化铝多孔层的比较例2-14~17的多孔膜相比,在150℃下的热收缩率虽然被抑制,但是即使多孔层的厚度为6μm以上,MD方向的热收缩率值也为40%以上,TD方向的热收缩率值也为15%以上。
与此相对,使用平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝形成了多孔层的实施例1~6的多层多孔膜,不仅氧化铝多孔层的厚度为3~6μm,较薄,而且在150℃下的热收缩率沿MD方向、TD方向中的任何方向都在5%以下,非常小,显示良好的耐热收缩特性。
实施例2-1~6、比较用实施例2-1~13的多层多孔膜的透气度任何之一都小,为300秒/100cc以下。特别地,实施例2-1~6的多层多孔膜因为氧化铝多孔层薄,因而即使和不形成氧化铝多孔层的比较例2-14~17的多孔膜相比,透气度上升率也能抑制在40%以下。
使用实施例2-1~6、比较用实施例2-1~13、比较例2-14~ 17的多层多孔膜或多孔膜作为隔膜的简易电池中任何一个都显示出90%以上的倍率特性、循环特性。因此,可确认实施例2-1~6、比较用实施例2-1~13、比较例2-14~17制造的多层多孔膜或多孔膜能够用作电池用隔膜。进而,这些多层多孔膜或多孔膜的切断温度为144~148℃,具有良好的切断功能。
不形成氧化铝多孔层的比较例2-14~17的多孔膜在加热到切断温度+数℃时短路,但是形成了氧化铝多孔层的实施例2-1~6、比较用实施例2-1~13的多层多孔膜全部在加热到180℃以上也都不短路。特别地,实施例2-1~6的多层多孔膜中任何一个加热到200℃也不短路,耐热性非常优良。
[表2]
[实施例3-1]
(多孔膜的制造)
将47.5重量份的Mv为70万的乙烯均聚物、47.5重量份的Mv为25万的乙烯均聚物和5重量份的Mv为40万的丙烯均聚物用桶混机干混。在获得的99重量%的纯聚合物混合物中添加1重量%的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],再次使用桶混机干混,获得聚合物等混合物。获得的聚合物等混合物用氮气进行置换后,在氮气气氛下通过给料器供给到双螺杆挤出机。并且,在挤出机料筒中通过柱塞泵注入作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下的动力粘度为7.59×10-5m2/s)。调整给料器和泵,使得熔融混炼挤出的全部混合物中液体石蜡量所占的比为65重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。
接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊上,浇铸,由此获得厚度为1300μm的薄片状聚烯烃树脂组合物。
接着,引入同时双轴拉幅拉伸机中,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着,引入到甲乙酮槽中,提取除去液体石蜡后,干燥除去甲乙酮。
进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为122℃,TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚16μm、气孔率49%、透气度155秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的表3中的氧化铝颗粒5和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂组合物多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯 烃树脂多孔膜上形成有厚度为5μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例3-2]
使用表3的氧化铝颗粒6,多孔层的厚度为4μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[实施例3-3]
使用表3的氧化铝颗粒7,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[实施例3-4]
(多孔膜的制造)
将47重量份的Mv为70万的乙烯均聚物、46重量份的Mv为25万的乙烯均聚物和7重量份的Mv为40万的丙烯均聚物使用桶混机干混。在获得的99重量%的纯聚合物混合物中添加1重量%的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],再次使用桶混机干混,获得聚合物等混合物。获得的聚合物等混合物用氮气进行置换后,在氮气气氛下通过给料器供给到双螺杆挤出机。并且,在挤出机料筒中通过柱塞泵注入作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下的动力粘度为7.59×10-5m2/s)。调整给料器和泵,使得熔融混炼挤出的全部混合物中液体石蜡量所占的比为65重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。
接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊上,浇铸,由此获得厚度为2000μm的薄片状聚烯烃组合物。
接着,引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向7倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为125℃。接着引入到甲乙酮槽中,提取除去液体石蜡后,干燥除去甲乙酮。
进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为133℃,TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚16μm、气孔率40%、透气度165秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的表3的氧化铝颗粒6和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为6μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例3-5]
(多孔膜的制造)
添加47.5重量份的粘均分子量(Mv)为20万的聚乙烯、2.5重量份的Mv为40万的聚丙烯、30重量份的作为增塑剂的液体石蜡(LP)和0.5重量份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],用亨舍尔混合器预混合。将获得的混合物通过给料器供给到同向双螺杆挤出机给料口。另外,将液体石蜡侧进料到双螺杆挤出机料筒中,使得熔融混炼挤出的全部混合物(100重量份)中液体石蜡量所占的比为50重量份。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速200rpm、排出量15kg/h下进行。接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊间,获得厚度为1050μm的薄片状聚烯烃组合物。接着连续地引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着,引入到甲乙酮槽中,除去增塑剂后,干燥除去甲乙酮。进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形条件为:最大拉伸倍率1.5倍、最终拉伸倍率1.3倍、最大拉伸时设定温度123℃、最终拉伸时设定温度128℃。 结果,获得膜厚16μm、气孔率45%、透气度235秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的表3的氧化铝颗粒6和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂组合物多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为3μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例3-6]
(多孔膜的制造)
添加16.6重量份的粘均分子量(Mv)为70万的聚乙烯、16.6重量份的Mv为25万的聚乙烯、1.8重量份的Mv为40万的聚丙烯、40重量份的作为增塑剂的液体石蜡(LP)和0.3重量份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],用亨舍尔混合器预混合。将获得的混合物通过给料器供给到同向双螺杆挤出机给料口。另外,将液体石蜡侧进料到双螺杆挤出机料筒中,使得熔融混炼挤出的全部混合物(100重量份)中液体石蜡量所占的比为65重量份。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊间,获得厚度为1000μm的薄片状聚烯烃树脂组合物。接着,连续引入到同时双轴拉幅拉伸机中,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着,引入到甲乙酮槽中,除去增塑剂后,干燥除去甲乙酮。进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为130℃、TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚12μm、气孔率36%、 透气度235秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的表3的氧化铝颗粒6和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度5μm的多孔层的多层多孔膜。
[比较用实施例3-1]
在150重量份的水中均匀分散92.8重量份的表3的氧化铝颗粒1和7.2重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成厚度为8μm的多孔层,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-2]
使用表3的氧化铝颗粒2,多孔层的厚度为10μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-3]
在150重量份的水中均匀分散96.4重量份的表3的氧化铝颗粒3和3.6重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成厚度为7μm的多孔层,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-4]
使用表3的氧化铝颗粒4,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-5]
使用表3的氧化铝颗粒8,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-6]
使用表3的氧化铝颗粒9,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-7]
使用表3的氧化铝颗粒10,多孔层的厚度为7μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-8]
使用表3的氧化铝颗粒11,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例3-1一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-9]
使用表3的氧化铝颗粒3,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例3-4一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-10]
使用表3的氧化铝颗粒8,多孔层的厚度为6μm,此外和实施例3-4一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-11]
使用表3的氧化铝颗粒2,多孔层的厚度为7μm,此外和实施例3-5一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-12]
使用表3的氧化铝颗粒8,多孔层的厚度为7μm,此外和实施例3-5一样获得多层多孔膜。
[比较用实施例3-13]
使用表3的氧化铝颗粒8,多孔层的厚度为8μm,此外和实施例3-6一样获得多层多孔膜。
[比较例3-14]
不形成多孔层,此外和实施例3-1一样获得多孔膜。
[比较例3-15]
不形成多孔层,此外和实施例3-4一样获得多孔膜。
[比较例3-16]
不形成多孔层,此外和实施例3-5一样获得多孔膜。
[比较例3-17]
不形成多孔层,此外和实施例3-6一样获得多孔膜。
实施例3-1~6和比较用实施例3-1~13、比较例3-14~17中制造的多层多孔膜的透气度、150℃下的热收缩率、切断温度和短路温度示于表4中。
不形成多孔层的比较例3-14~17的多孔膜在150℃下的热收缩率显示非常大的值,该值超过50%。
另一方面,使用粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的颗粒不到全部颗粒数的50%的氧化铝颗粒形成了多孔层的比较用实施例3-1~13的多层多孔膜,与不形成氧化铝多孔层的比较例3-14~17的多孔膜相比,在150℃下的热收缩率虽然被抑制,但即使多孔层的厚度为6μm以上,MD方向的热收缩率值也为40%以上、TD方向的热收缩率值也为15%以上。
与此相对,使用全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒形成了多孔层的实施例3-1~6的多层多孔膜,不仅氧化铝多孔层的厚度薄,为3~6μm,且在150℃下的热收缩率无论沿MD方向、沿TD方向都非常小,在5%以下,显示良好的耐热收缩特性。
实施例3-1~6、比较用实施例3-1~13的多层多孔膜的透气度中任何一个都小,在300秒/100CC以下。特别地,实施例3-1~6的多层多孔膜因为其氧化铝多孔层薄,即使和不形成氧化铝多孔层的比较例3-14~17的多孔膜相比,透气度上升率也能抑制在40%以下。
使用实施例3-1~6、比较用实施例3-1~13、比较例3-14~17的多层多孔膜或多孔膜作为隔膜的简易电池中任何一个都显 示90%以上的倍率特性、循环特性。因此,可确认实施例3-1~6、比较用实施例3-1~13、比较例3-14~17中制造的多层多孔膜或多孔膜能用作电池用隔膜。进而,这些多层多孔膜或多孔膜的切断温度为144~148℃,具有良好的切断功能。
不形成氧化铝多孔层的比较例3-14~17的多孔膜在加热到切断温度+数℃时短路,但是形成了氧化铝多孔层的实施例3-1~6、比较用实施例3-1~13的多层多孔膜全部加热到180℃以上也都不短路。特别地,实施例3-1~6的多层多孔膜中任何一个加热到200℃也不短路,耐热性非常优良。
[表3]
[表4]
[实施例4-1]
(多孔膜的制造)
将47.5重量份的Mv为70万的乙烯均聚物、47.5重量份的Mv为25万的乙烯均聚物和5重量份的Mv为40万的丙烯均聚物用桶混机干混。在获得的99重量%的纯聚合物混合物中添加1重量%的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],再次使用桶混机干混,获得聚合物等混合物。获得的聚合物等混合物用氮气进行置换后,在氮气气氛下通过给料器供给到双螺杆挤出机。并且,在挤出机料筒中通过柱塞泵注入作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下的动力粘度为7.59×10-5m2/s)。调整给料器和泵,使得溶融混炼挤出的全部混合物中液体石蜡量所占的比为65重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。
接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊上,浇铸,由此获得厚度为1300μm的薄片状的聚烯烃组合物。
接着,引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着引入到甲乙酮槽中,提取除去液体石蜡后,干燥除去甲乙酮。
进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为122℃,TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚16μm、气孔率49%、透气度155秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的柱状的轻质碳酸钙颗粒A(L2/L1=6.5,图1示出SEM图像)和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚 度为2μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例4-2]
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的纺锤状的轻质碳酸钙颗粒B(L2/L1=2.73,图2中示出SEM图像)和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700,皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成厚度为3μm的多孔层,此外和实施例4-1一样获得多层多孔膜。
[实施例4-3]
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的纺锤状的轻质碳酸钙颗粒B、1.8重量份的丙烯酸乳液(固体成分浓度50%,最低成膜温度在0℃以下)、1重量份的多元羧酸铵水溶液(サンノプコ制造的SNデイスパ一サント5468)和1重量份的聚氧化烯系表面活性剂(サンノプコ制造的SNウエツト980),制备涂布液,在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成厚度为4μm的多孔层,此外和实施例4-1一样获得多层多孔膜。
[实施例4-4]
(多孔膜的制造)
将47重量份的Mv为70万的乙烯均聚物、46重量份的Mv为25万的乙烯均聚物和7重量份的Mv为40万的丙烯均聚物用桶混机干混。在获得的99重量%的纯聚合物混合物中添加1重量%的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],再次使用桶混机干混,获得聚合物等混合物。获得的聚合物等混合物用氮气进行置换后,在氮气气氛下通过给料器供给到双螺杆挤出机。并且,在挤出机料筒中通过柱塞泵注入作为增塑剂的液体石蜡(37.78℃下的动力粘度为7.59×10-5m2/s)。调整给料器和泵,使得熔融混炼挤出的全部混 合物中液体石蜡量所占的比为65重量%。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。
接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊上,浇铸,由此获得厚度为2000μm的薄片状的聚烯烃组合物。
接着,引入到同时双轴拉幅拉伸机中,沿MD方向7倍、沿TD方向7倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为125℃。接着引入到甲乙酮槽中,提取除去液体石蜡后,干燥除去甲乙酮。
进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为133℃,TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚16μm、气孔率40%、透气度165秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的纺锤状的轻质碳酸钙颗粒B和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂组合物多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为2μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例4-5]
(多孔膜的制造)
添加47.5重量份的粘均分子量(Mv)为20万的聚乙烯、2.5重量份的Mv为40万的聚丙烯、30重量份的作为增塑剂的液体石蜡(LP)和0.5重量份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],用亨舍尔混合器预混合。将获得的混合物通过给料器供给到同向双螺杆挤出机给料口。另外,将液体石蜡侧进料到双螺杆挤出机料筒中,使得熔融混炼 挤出的全部混合物(100重量份)中液体石蜡量所占的比为50重量份。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速200rpm、排出量15kg/h下进行。接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊间,获得厚度为1050μm的薄片状的聚烯烃树脂组合物。接着连续地引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着引入到甲乙酮槽中,除去增塑剂后,干燥除去甲乙酮。进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形条件为:最大拉伸倍率1.5倍、最终拉伸倍率1.3倍、最大拉伸时设定温度123℃、最终拉伸时设定温度128℃。结果,获得膜厚16μm、气孔率45%、透气度235秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的纺锤状的轻质碳酸钙颗粒B和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为2μm的多孔层的多层多孔膜。
[实施例4-6]
(多孔膜的制造)
添加16.6重量份的粘均分子量(Mv)为70万的聚乙烯、16.6重量份的Mv为25万的聚乙烯、1.8重量份的Mv为40万的聚丙烯、40重量份的作为增塑剂的液体石蜡(LP)和0.3重量份的作为抗氧化剂的季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯],用亨舍尔混合器预混合。将获得的混合物通过给料器供给到同向双螺杆挤出机给料口。另外,将液体石蜡侧进料到双螺杆挤 出机料筒中,使得熔融混炼挤出的全部混合物(100重量份)中液体石蜡量所占的比为65重量份。熔融混炼在条件为:设定温度200℃、螺杆转速240rpm、排出量12kg/h下进行。接着,将熔融混炼物经T型模挤出到表面温度控制在25℃的冷却辊间,获得厚度为1000μm的薄片状的聚烯烃组合物。接着连续地引入到同时双轴拉幅拉伸机,沿MD方向7倍、沿TD方向6.4倍进行同时双轴拉伸。此时,同时双轴拉幅机的设定温度为118℃。接着引入到甲乙酮槽中,除去增塑剂后,干燥除去甲乙酮。进而,引入到TD拉幅热定形机,进行热定形。热定形温度为130℃,TD缓和率为0.80。结果,获得膜厚12μm、气孔率36%、透气度235秒/100cc的聚烯烃树脂组合物多孔膜。
(多孔层的形成)
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的纺锤状的轻质碳酸钙颗粒B和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,使用凹版涂布机将其涂布到上述聚烯烃树脂多孔膜的表面上。在60℃下干燥除去水,获得在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成有厚度为4μm的多孔层的多层多孔膜。
[比较用实施例4-1]
在150重量份的水中均匀分散98.2重量份的用湿式粉碎法制造的无定形重质碳酸钙颗粒C(图3中示出了SEM图像)和1.8重量份的聚乙烯醇(平均聚合度1700、皂化度99%以上),制备涂布液,在聚烯烃树脂组合物多孔膜上形成厚度为5μm的多孔层,此外和实施例4-1一样获得多层多孔膜。
[比较例4-2]
不形成多孔层,此外和实施例4-1一样获得多孔膜。
[比较例4-3]
不形成多孔层,此外和实施例4-4一样获得多孔膜。
[比较例4-4]
不形成多孔层,此外和实施例4-5一样获得多孔膜。
[比较例4-5]
不形成多孔层,此外和实施例4-6一样获得多孔膜。
实施例4-1~6和比较用实施例4-1、比较例4-2~5中制造的多层多孔膜或多孔膜的透气度、150℃下的热收缩率、切断温度和短路温度示于表5中。
不形成多孔层的比较例4-2~5的多孔膜在150℃下的热收缩率显示非常大的值,该值超过50%。
另一方面,使用无定形重质碳酸钙形成了多孔层的比较用实施例4-1的多层多孔膜和不形成多孔层的比较例4-2~5的多孔膜相比,在150℃下的热收缩率虽然被抑制,但即使多孔层的厚度为5μm以上,MD方向的热收缩率值也为50%以上、TD方向的热收缩率值也为10%以上。
与此相对,使用以柱状、针状或纺锤状的轻质碳酸钙为主要成分的颗粒形成了多孔层的实施例4-1~6的多层多孔膜不仅多孔层的厚度薄,为2~4μm,而且在150℃下的热收缩率沿MD方向、TD方向中任何方向都在4%以下,非常小,显示良好的耐热收缩特性。
实施例4-1~6的多层多孔膜的透气度中任何之一都小,在250秒/100CC以下。特别地,即使和不形成多孔层的比较例4-2~5的多孔膜相比,透气度上升率也能抑制在30%以下。
使用实施例4-1~6、比较用实施例4-1、比较例4-2~5的多层多孔膜或多孔膜作为隔膜的简易电池中任何一个都显示90%以上的倍率特性、循环特性。因此,能确认实施例4-1~6、比较用实施例4-1、比较例4-2~5中制造的多层多孔膜或多孔膜能 用作电池用隔膜。进而,这些多层多孔膜或多孔膜的切断温度为145~148℃,具有良好的切断功能。
不形成多孔层的比较例4-2~5的多孔膜在加热到切断温度+数℃时发生短路,形成了包含以柱状、针状或纺锤状的轻质碳酸钙为主要成分的颗粒的多孔层的实施例4-1~6的多层多孔膜全部在加热到200℃以上也不短路,耐热性非常优良。
[表5]
产业上的可利用性
本申请的第1~第4方案的多层多孔膜因为耐热性优良,能适用于在高温下的各种物质的分离或净化等。
并且,本申请的第1~第4方案的多层多孔膜因为具有切断 功能,特别能适用于电池用隔膜。尤其适合锂离子二次电池用的电池用隔膜。
Claims (21)
1.一种多层多孔膜,其具有:由包含聚丙烯和聚丙烯以外的聚烯烃的树脂组合物构成的多孔膜、以及层叠在该多孔膜的至少一面上的、含有无机填料和树脂制粘合剂的多孔层,
所述树脂组合物中,聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例为0.5~35重量%,所述多孔层中无机填料的质量百分率为50%以上不到100%。
2.一种多层多孔膜,其在以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜的至少一面上,具有由平均粒径大于0.5μm且在1.2μm以下的氧化铝颗粒和树脂制粘合剂构成的多孔层,所述聚烯烃树脂中,聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例为0.5~35重量%,所述多孔层中无机填料的质量百分率为50%以上不到100%。
3.根据权利要求2所述的多层多孔膜,其中,上述多孔膜为由包含聚丙烯和聚丙烯以外的聚烯烃的树脂组合物构成的多孔膜。
4.根据权利要求2或3所述的多层多孔膜,其中,上述多孔层的层厚为3μm以上、6μm以下。
5.一种多层多孔膜,其在以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜的至少一面上,具有由全部颗粒数中的50%以上的颗粒为粒径大于0.4μm且在1.5μm以下的氧化铝颗粒和树脂制粘合剂构成的多孔层,所述聚烯烃树脂中,聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例为0.5~35重量%,所述多孔层中无机填料的质量百分率为50%以上不到100%。
6.根据权利要求5所述的多层多孔膜,其中,上述氧化铝颗粒中,全部颗粒数中的45%以上的颗粒粒径大于0.5μm且在1.5μm以下。
7.根据权利要求5或6所述的多层多孔膜,其中,上述氧化铝颗粒中,全部颗粒数中的35%以上的颗粒粒径大于0.5μm且在1.2μm以下。
8.根据权利要求5或6所述的多层多孔膜,其中,上述多孔膜为由包含聚丙烯和聚丙烯以外的聚烯烃的树脂组合物构成的多孔膜。
9.根据权利要求5或6所述的多层多孔膜,其中,上述多孔层的层厚为3μm以上、6μm以下。
10.一种多层多孔膜,其在以聚烯烃树脂为主要成分的多孔膜的至少一面上具有由以轻质碳酸钙为主要成分的颗粒和树脂制粘合剂构成的多孔层,所述聚烯烃树脂中,聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例为0.5~35重量%,所述多孔层中无机填料的质量百分率为50%以上不到100%。
11.根据权利要求10所述的多层多孔膜,其中,上述以轻质碳酸钙为主要成分的颗粒为柱状、针状或纺锤状。
12.根据权利要求10或11所述的多层多孔膜,其中,上述多孔膜为由包含聚丙烯和聚丙烯以外的聚烯烃的树脂组合物构成的多孔膜。
13.根据权利要求10或11的任一项所述的多层多孔膜,其中,上述多孔层的层厚为2μm以上、5μm以下。
14.根据权利要求1或3的任一项所述的多层多孔膜,其中,上述树脂组合物中,上述聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例为1~30重量%。
15.根据权利要求1或3的任一项所述的多层多孔膜,其中,上述聚丙烯以外的聚烯烃为聚乙烯。
16.根据权利要求8所述的多层多孔膜,其中,上述树脂组合物中,上述聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例为1~30重量%。
17.根据权利要求8所述的多层多孔膜,其中,上述聚丙烯以外的聚烯烃为聚乙烯。
18.根据权利要求12所述的多层多孔膜,其中,上述树脂组合物中,上述聚丙烯相对于全部聚烯烃的比例为1~30重量%。
19.根据权利要求12所述的多层多孔膜,其中,上述聚丙烯以外的聚烯烃为聚乙烯。
20.一种非水电解液电池用隔膜,其由权利要求1、2、3、5、6、10、11的任一项所述的多层多孔膜构成。
21.一种非水电解液电池,其具有权利要求20所述的电池用隔膜。
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