CN104518188A - 锂二次电池用隔板用基材和锂二次电池用隔板 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是提供锂二次电池用隔板用基材,其是低单位面积重量薄膜的基材,同时具有复合化处理时难以破损等优点。还提供复合化处理即使为水系处理也难以产生起伏的锂二次电池用隔板用基材。锂二次电池用隔板用基材,其包含含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维和合成纤维的无纺布,其特征在于,无纺布含有上述原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维10~30质量%、和作为合成纤维的、平均纤维直径为2.0~3.5μm的取向结晶化聚酯短纤维40~50质量%和平均纤维直径为5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维30~40质量%,它们的质量%的总计为100以下,单位面积重量为10g/m2以下,且厚度为15μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及可适合用于锂离子二次电池、锂离子聚合物二次电池等锂二次电池中的锂二次电池用隔板用基材和锂二次电池用隔板。以下,有时将“锂二次电池用隔板用基材”表述为“基材”,有时将“锂二次电池用隔板”表述为“隔板”(
)。
背景技术
伴随近年来的便携式电子仪器的普及以及其高性能化,人们期待具有高能量密度的二次电池。作为具有高能量密度的电池,以使用有机电解液(非水电解液)的锂离子二次电池、锂离子聚合物二次电池等锂二次电池为代表的非水系二次电池受到瞩目。
锂二次电池用隔板可以使用现有的多孔质膜。多孔质膜是包含聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃的多孔质膜,其耐热性低,存在安全上的重大问题。即,使用这样的多孔质膜作为隔板的电池在由于内部短路等的原因导致在电池内部产生局部的发热的情况下,有时发热部位周边的隔板收缩,内部短路进而扩大,失控性地发热,直至起火・破裂等的重大事态。为了解决该问题,耐热性高的隔板被要求。
作为耐热性高的隔板,提出了例如在包含聚烯烃的多孔质膜上层叠由玻璃纤维构成的无纺布,并用聚偏二氟乙烯等树脂粘接进行了复合化的隔板。(例如参考专利文献1)。但是,对于专利文献1的隔板的情况,由于分别制造多孔质膜和玻璃无纺布后进行层叠,因此无论如何隔板也变厚,其结果是存在可以使用的领域受限的问题、内部电阻等电池特性差的问题。
另一方面,提出了使用无纺布、而非包含聚烯烃的多孔质膜的耐热性隔板。例如有由聚酯系纤维构成的无纺布、在聚酯系纤维中配合了作为耐热性纤维的芳酰胺纤维的无纺布,但与多孔质膜相比时,存在孔径大、易于引起内部短路的问题(例如参考专利文献2~4)。
另一方面,公开了并非将无纺布、织布等直接用作隔板,而是用作基材,使该基材与各种材料复合化,赋予了耐热性、关闭功能等的复合化隔板。例如报告了在基材上贴合了多孔质膜的复合化隔板,在基材上浸渗・表面涂布了填料粒子、树脂、凝胶状电解质、固体电解质等的复合化隔板(例如参照专利文献5~7)。但是,这些文献中,虽然对填料粒子、树脂、多孔质膜等复合化用的材料(以下有时将“复合化用的材料”表述为“复合化物”)进行了详细研究,但是对于用作基材的无纺布,未进行任何研究。对于至今使用的基材,由于孔大,通过贴合、表面涂布、浸渗等进行复合化时的表面平滑性差,此外,存在复合化物易剥离、脱落的问题。此外,由于向基材内部填充复合化物、将基材内部的空孔堵塞,因此隔板的电解液保液性变差,存在电池的内部电阻变高的问题。
另外,作为用于形成实施选自浸渗或涂布含有填料粒子的浆料的处理、浸渗或涂布含有树脂的浆料的处理、将多孔质膜层叠一体化的处理、浸渍或涂布固体电解质、凝胶状电解质的处理中的至少1种复合化处理而成的锂二次电池用隔板的锂二次电池用隔板用基材,公开了包含含有合成树脂短纤维和原纤化的莱赛尔纤维(溶剂纺丝纤维素纤维)作为必须成分的无纺布的锂二次电池用隔板用基材(例如参照专利文献8)。对于专利文献8的基材,通过使原纤化的莱赛尔纤维与合成树脂短纤维相互缠绕,对该基材实施复合化处理所得到的锂二次电池用隔板可得到表面的不均变小,同时难以发生复合化物的剥离・脱落这样的效果。另外,在锂二次电池用隔板用基材的表面存在的原纤化的莱赛尔纤维与复合化物牢固地结合,由此得到能够更为抑制复合化物的剥离・脱落的效果。
但是,在要求更进一步的锂二次电池的高性能化、高能量密度的趋势中,要求使隔板的厚度进而变薄。因此,基材也需要进而变薄。一般地,实施热压光处理、压光处理而将基材变薄,但以保持单位面积重量的状态施加压力而薄化时,有基材的空隙过于变少,电池的内部电阻变高的情况。因此,需要不仅使基材变薄,还降低基材的单位面积重量,期望单位面积重量为10g/m2以下、且厚度为15μm以下的低单位面积重量薄膜的基材。在专利文献8中记载了基材的单位面积重量优选为3.0~30.0g/m2,基材的厚度优选为4~45μm。但是,研究专利文献8的实施例中制作的基材时,最低单位面积重量8.0g/m2的基材的厚度为18μm,最低厚度14μm的基材的单位面积重量为10.5g/m2,不能得到在单位面积重量和厚度这两者上满足期望的范围的、低单位面积重量薄膜的基材。
另外,对于低单位面积重量薄膜化的基材,在将基材进行操作时、实施复合化处理时,有基材破损的情况。进而,从环境卫生、消防安全、劳动卫生的角度考虑,期望复合化处理为水系处理。即,作为用于将含有填料粒子的浆料、含有树脂的浆料、固体电解质、凝胶状电解质浸渗或涂布的涂布液,期望是主要介质为水的水系浆料、水系涂布液。另外,将基材和多孔质膜层叠一体化的处理也可以是采用了热层压的层叠一体化处理,但还可以使用粘接剂。作为粘接剂,与有机溶剂系粘接剂相比,更期望是水系粘接剂。但是,在为水系处理的情况下,水系浆料、水系粘接剂的表面张力高,因此易于发生在基材上形成的湿润涂布膜变得不均一这样的问题。特别地,对于水系浆料,易于产生该问题。因此,在水系处理中,为了使基材为平坦的状态,优选赋予高的张力。特别地,为了高速地进行复合化处理,优选即使对于基材也赋予更高的张力。在专利文献8中,基材的机械强度用刺穿强度进行评价。另外,在专利文献8中,还测定了拉伸强度,通过使基材的流动方向的拉伸强度(MDs)与宽度方向的拉伸强度(CDs)之比(MDs/CDs)为特定的范围内,实现了抑制复合化时皱折的发生、伴随其的复合化物的脱落这样的效果,但对于拉伸强度的绝对值没有研究。如上述那样,特别地着眼于水系处理的情况下,期望不仅是提高刺穿强度和基材的流动方向的拉伸强度(MDs)与宽度方向的拉伸强度(CDs)之比,还提高拉伸强度的绝对值。
进而,包含含有合成树脂短纤维和原纤化的莱赛尔纤维作为必须成分的无纺布的基材由于原纤化的莱赛尔纤维为纤维素,因此在水接触的水系处理中,纤维素的氢键变弱,在基材上易于产生起伏(凹凸、波动等),存在难以得到平坦的隔板的问题。在专利文献8中,进行使用了有机溶剂的复合化处理,对于该问题没有进行研究,但为了是具有高能量密度的锂二次电池,而降低基材的单位面积重量、使厚度变薄时,该起伏特别易于发生,难以得到薄的、平坦的隔板。
现有技术文献
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2003-323878号公报
【专利文献2】日本特开2003-123728号公报
【专利文献3】日本特开2007-317675号公报
【专利文献4】日本特开2006-19191号公报
【专利文献5】日本特开2005-293891号公报
【专利文献6】日本特表2005-536857号公报
【专利文献7】日本特开2007-157723号公报
【专利文献8】国际公开第2011/046066号小册子。
发明内容
本发明的课题是提供基材,其是为了与多孔质膜、填料粒子、树脂、凝胶状电解质、固体电解质等的复合化物一起实施复合化处理来形成锂二次电池隔板而被使用的、包含含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维和合成纤维的无纺布的锂二次电池用隔板用基材,该基材是低单位面积重量薄膜的基材,同时不仅低电阻、复合化时的表面的不均小、涂布液渗透到背面的情况少、可以减少复合化物的剥离・脱落,而且机械强度强,复合化处理时难以破损。另外,提供即使复合化处理为水系处理,也难以产生起伏的锂二次电池用隔板用基材,进而通过使用该锂二次电池用隔板用基材,得到薄的、平坦的锂二次电池用隔板。
为了解决上述课题而进行了努力研究,结果发现下述方案。
(1)锂二次电池用隔板用基材,其是包含无纺布的锂二次电池用隔板用基材,所述无纺布含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维和合成纤维,该锂二次电池用隔板用基材的特征在于,
无纺布含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维10~30质量%、以及作为合成纤维的、平均纤维直径为2.0~3.5μm的取向结晶化聚酯短纤维40~50质量%和平均纤维直径为5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维30~40质量%,它们的质量%的总计为100以下,
单位面积重量为10g/m2以下,且厚度为15μm以下。
(2)根据上述(1)所述的锂二次电池用隔板用基材,其单位面积重量为7.0~10.0g/m2。
(3)根据上述(1)或(2)所述的锂二次电池用隔板用基材,其厚度为10.0~15.0μm。
(4)根据上述(1)~(3)中任一项所述的锂二次电池用隔板用基材,其拉伸强度为450N/m以上。
(5)锂二次电池用隔板,其通过在上述(1)~(4)中任一项所述的锂二次电池用隔板用基材上,实施选自浸渗或涂布含有填料粒子的浆料的处理、浸渗或涂布含有树脂的浆料的处理、将多孔质膜层叠一体化的处理、和浸渗或涂布固体电解质、凝胶状电解质的处理中的至少1种复合化处理而形成。
(6)根据上述(5)所述的锂二次电池用隔板,其中,复合化处理为水系处理。
本发明的锂二次电池用隔板用基材包含无纺布,所述无纺布含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维10~30质量%、平均纤维直径为2.0~3.5μm的取向结晶化聚酯短纤维40~50质量%、平均纤维直径为5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维30~40质量%,单位面积重量为10g/m2以下,且厚度为15μm以下。通过形成该配合,为低单位面积重量薄膜的同时,原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维与细的取向结晶化聚酯短纤维相互缠绕,可以用未拉伸粘合剂用聚酯短纤维将纤维网的交点固定化,能够提高机械强度。另外,作为机械强度,可以不仅提高刺穿强度,还可提高拉伸强度。其结果是可以使作为基材的操作性飞跃性地提高,能够抑制在操作基材时、实施复合化处理时的基材破损。另外,本发明的锂二次电池用隔板用基材为低单位面积重量,同时不会使隔板的空隙过于变少,而能够薄化,可以降低内部电阻。通过在本发明的锂二次电池用隔板用基材上实施贴合、浸渗、表面涂布等的复合化处理而得的本发明的锂二次电池用隔板在表面的不均变小的同时,难以发生复合化物的剥离、脱落。另外,在锂二次电池用隔板用基材的表面存在的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维和复合化物牢固地结合,可以更为抑制涂布液渗透到背面的情况、剥离・脱离。
另外,本发明的锂二次电池用隔板用基材为低单位面积重量薄膜,同时拉伸强度高,还难以产生起伏。因此,在复合化处理时,可以赋予高的张力。由此,可在平坦的状态的基材上实施复合化处理,即使在基材的平坦性低时、难以得到均一的湿润涂布膜的水系处理的情况下,也可以得到均一性高的湿润涂布膜。其结果是可以得到薄的、平坦的锂二次电池用隔板。
具体实施方式
以下,对于本发明的锂二次电池用隔板用基材和锂二次电池用隔板进行详细地说明。
本发明的锂二次电池用隔板用基材是指用于实施复合化处理来制造隔板的基材,该基材为锂二次电池用隔板的前体片材,所述复合化处理是浸渗或涂布含有填料粒子的浆料的处理、浸渗或涂布含有树脂的浆料的处理、将多孔质膜层叠一体化的处理、浸渗或涂布固体电解质、凝胶状电解质的处理等。
浸渗或涂布含有填料粒子的浆料的处理由于可得到耐热性高的隔板,从而即使在这些复合化处理中也是合适的处理,更优选填料为无机填料。从环境卫生、消防安全、劳动卫生的角度考虑,优选复合化处理为水系处理。水系处理是指使用水作为用于将含有填料粒子的浆料、含有树脂的浆料、固体电解质、凝胶状电解质进行浸渗或涂布的涂布液的主要介质的处理。另外,将基材和多孔质膜层叠一体化的处理也可以是利用了热层压的层叠一体化处理,但还可以使用粘接剂。使用水系粘接剂、而非有机溶剂系粘接剂作为粘接剂的处理也包含在水系处理中。另外,以水作为主要介质、浸渗或涂布含有填料粒子的浆料的处理由于使隔板的内部电阻更为变低,从而是特别合适的复合化处理。
填料可以为无机、有机中的任意一种。作为无机填料,可以举出氧化铝、水铝矿、勃姆石、氧化镁、氢氧化镁、二氧化硅、氧化钛、钛酸钡、氧化锆等无机氧化物,氮化铝、氮化硅等无机氮化物,铝化合物、沸石、云母等。作为有机填料,可以举出聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯-乙烯基单体共聚物、聚烯烃蜡等。
作为多孔质膜,若为可以形成膜的树脂,则不特别限定,但是优选为聚乙烯系树脂和聚丙烯系树脂这样的聚烯烃系树脂。作为聚乙烯系树脂,不仅可以举出单独的超低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线状低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、或超高密度聚乙烯这样的聚乙烯系树脂,还可以举出乙烯丙烯共聚物、或聚乙烯系树脂与其它的聚烯烃系树脂的混合物等。作为聚丙烯系树脂,可以举出均聚丙烯(丙烯均聚物),或丙烯与乙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯或1-癸烯等α-烯烃的无规共聚物或嵌段共聚物等。
本发明中的锂二次电池指的是锂离子电池、锂离子聚合物电池等。作为锂二次电池的负极活性物质,可使用石墨、焦炭等碳材料,选自金属锂、铝、硅石、锡、镍、铅中的一种以上的金属与锂的合金,SiO、SnO、Fe2O3、WO2、Nb2O5、Li4/3Ti5/3O4等金属氧化物,Li0.4CoN等氮化物。
而反复进行充放电时,产生金属锂在负极表面上析出的“锂枝状结晶”这样的现象,该锂枝状结晶有时缓慢地生长,贯穿隔板而到达正极,形成内部短路的原因。本发明的锂二次电池用隔板可以得到即使在该锂二次电池中使用,也难以产生内部短路的效果。
作为正极活性物质,使用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钛酸锂、锂镍锰氧化物、磷酸铁锂。磷酸铁锂可以进一步为与选自锰、铬、钴、铜、镍、钒、钼、钛、锌、铝、镓、镁、硼、铌中的一种以上金属的复合物。
锂二次电池的电解液可使用在碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二甲氧基乙烷、二甲氧基甲烷、它们的混合溶剂等有机溶剂中溶解了锂盐的电解液。作为锂盐,可以举出六氟化磷酸锂(LiPF6)、四氟化硼酸锂(LiBF4)等。作为固体电解质,可以列举在聚乙二醇或其衍生物、丙烯酸系树脂、聚硅氧烷或其衍生物、聚偏二氟乙烯等凝胶状聚合物中溶解了锂盐的固体电解质。可以使用使有机溶剂含在这些固体电解质中而形成凝胶状的凝胶状电解质。
本发明的锂二次电池用隔板用基材含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维、平均纤维直径为2.0~3.5μm的取向结晶化聚酯短纤维和平均纤维直径为5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维。
溶剂纺丝纤维素纤维与现有的粘胶人造丝、铜氨人造丝这样的、使纤维素暂时化学性地转换为纤维素衍生物后、再次恢复为纤维素的所谓再生纤维素纤维不同,其是不使纤维素产生化学性变化、而是将使其溶解于氧化胺中的纺丝原液在水中进行干湿式纺丝、使纤维素析出的纤维。
溶剂纺丝纤维素纤维与天然纤维素纤维、细菌纤维素纤维、人造丝纤维等相比,分子在纤维长轴方向上高度排列,因此在湿润状态下施加摩擦等的机械性的力时,易于微细化,生成细长的微细纤维。由于在该微细纤维间牢固地保持电解液,因此与天然纤维素纤维、细菌纤维素纤维、人造丝纤维的微细化物相比,原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维具有优异的电解液的保液性。原纤化的纤维是指不是膜状、而是主要在与纤维轴平行的方向上具有非常细地分绞的部分的纤维状,至少一部分是纤维直径为1μm以下的纤维。在原纤化的纤维中,优选长度与宽度的纵横比为约20~约100000的范围。
在本发明中,优选使用变法游离度为80~130ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维。原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的变法游离度更优选为90~120ml,进而优选为95~115ml。如果变法游离度高于130ml,则形成为低单位面积重量薄膜时,不能得到充分的机械强度,表面的不均变大,同时易于产生涂布液渗透到背面的情况、复合化物的剥离、脱落。另一方面,如果变法游离度小于80ml,则平均纤维长度变短,与聚酯纤维的缠绕降低,因此机械强度下降。
本发明的变法游离度是指除了使用线径为0.14mm、网孔大小为0.18mm的80目金属网作为筛板、使试样浓度为0.1%以外,其它根据JIS P8121测定的值。
对于溶剂纺丝纤维素纤维的情况,随着原纤化进行,纤维长度变短,特别是试样浓度低时,纤维之间的缠绕变少,难以形成纤维网,因此溶剂纺丝纤维素纤维自身从筛板的孔挤过。即,对于原纤化的溶剂纺丝纤维素的情况,不能用JIS
P8121的测定方法测量正确的游离度。更详细地进行说明时,对于天然纤维素纤维,微细化的程度越高,则越形成很多细的原纤维从纤维的干部裂开的状态,因此通过原纤维,纤维之间易于缠绕,易于形成纤维网,与此相对地,对于溶剂纺丝纤维素纤维,通过微细化处理而容易与纤维的长轴平行地产生细的分绞,分绞后的纤维1根1根的纤维直径的均一性高,因此认为平均纤维长度越短,则纤维之间越难以缠绕,不易形成纤维网。因此,在本发明中,为了测定溶剂纺丝纤维素纤维的正确的游离度,使用下述变法游离度,其是除了使用线径为0.14mm、网孔大小为0.18mm的80目金属网作为筛板、使试样浓度为0.1%以外,其它根据JIS P8121测定的变法游离度。
作为制作原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的方法,可以列举盘磨机,打浆机,磨机,磨碎装置,利用高速的旋转刃形成剪切力的旋转刃式均化器,在高速旋转的圆筒形的内刃与固定的外刃之间产生剪切力的双层圆筒式的高速均化器,利用由超声波产生的冲击进行微细化的超声波破碎器,对纤维悬浮液施与至少20MPa的压力差而使其通过小直径的小孔并形成高速度,使其碰撞而急剧减速、由此对纤维施加剪切力、切断力的高压均化器等。其中特别优选盘磨机。
原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的长度加权平均纤维长度没有特别限定,但优选为0.70~1.25mm,更优选为0.80~1.10mm,进而优选为0.90~1.05mm。如果纤维长度比0.70mm短,则基材的机械强度有时降低,如果比1.25mm长,则表面的不均有时变大、有时易于产生涂布液渗透到背面的情况、复合化物的剥离、脱落。
本发明的锂二次电池用隔板用基材含有10~30质量%的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维。原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的含量更优选为20~30质量%。原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的含有率小于10质量%时,有下述情况:形成低单位面积重量薄膜;电解液的保液性不充分,内部电阻变高;产生涂布液渗透到背面的情况。原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的含有率超过30质量%时,聚酯短纤维的含量减少,因此基材的机械强度、表面强度降低,在基材的操作时、复合化时,基材有时破损、起毛。另外,在利用了压光处理、热压光处理的厚度调整中,原纤化的溶剂纺丝纤维素填埋空隙,保液性降低,因此内部电阻变高。进而,在单位面积重量为10g/m2以下、且厚度为15μm以下的低单位面积重量薄膜的基材上实施水系处理来制造隔板时,产生下述问题:在基材表面易于产生起伏,不能得到平坦的隔板。
本发明的锂二次电池用隔板用基材含有平均纤维直径为2.0~3.5μm的取向结晶化聚酯短纤维40~50质量%。取向结晶化聚酯短纤维与未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的粘接性高,因此即使例如对于单位面积重量为10g/m2以下、且厚度为15μm以下的低单位面积重量薄膜的基材,也可以提高基材的机械强度。取向结晶化聚酯短纤维的含量小于40质量%的情况下和超过50质量%的情况下,复合化处理所需要的基材的机械强度变得不充分。
取向结晶化聚酯短纤维的平均纤维直径为2.0~3.5μm。为了增加每单位面积的纤维根数、提高基材的表面平滑性,取向结晶化聚酯短纤维的平均纤维直径优选尽可能细。从单纤维强度的角度考虑,优选使用进行熔融纺丝、拉伸了的纤维,但平均纤维直径小于2.0μm的纤维难以用熔融纺丝进行制造,难以大量获得价格便宜的纤维。平均纤维直径超过3.5μm时,纤维根数减少,因此基材的机械强度降低。另外,对于低单位面积重量薄膜的基材的情况,基材的最大孔径扩大,将含有填料粒子、树脂的浆料进行表面涂布处理时,有时渗透到背面。
本发明的锂二次电池用隔板用基材含有平均纤维直径为5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维30~40质量%。未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的含量小于30质量%时,原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维与聚酯短纤维的粘接变松,易于产生纤维的脱落、起毛等,基材的机械强度降低。含量超过40质量%时,未拉伸粘合剂用聚酯短纤维之间皮膜化,离子导电性被抑制,由此内部电阻变高,放电特性变低。
未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的平均纤维直径为5.0μm以下。平均纤维直径超过5.0μm时,每单位面积的纤维根数变少,因此原纤化的溶剂纺丝纤维素与聚酯短纤维的粘接变松,基材的机械强度下降。另外,对于低单位面积重量薄膜的基材的情况,基材的最大孔径扩大,将含有填料粒子、树脂的浆料进行表面涂布处理时,易于渗透到背面。另一方面,作为平均纤维直径的下限,优选为3.0μm。平均纤维直径小于3.0μm时,拉伸倍率变高,因此聚酯短纤维的结晶化进行,作为粘合剂的粘接力降低,因此虽然可以增加纤维根数,但基材的机械强度有时降低。
在本发明中,平均纤维直径通过测定观察了基材的截面的扫描型电子显微镜图像中的纤维直径来求得。测定从扫描型电子显微镜图像中随机选择的100根纤维的基材厚度方向的纤维直径,将其平均值作为平均纤维直径。使用基材厚度方向的纤维直径的理由如以下所述。一般地,在薄的无纺布中,纤维在相对于基材的厚度方向为垂直的方向上大致取向。另一方面,在相对于基材的厚度方向为垂直的面中,纤维的取向不定。因此,测定与厚度方向不同的方向的纤维直径时,有比实际的纤维直径显著粗的纤维直径被测量的情况,因此在本发明中测定厚度方向的纤维直径。
取向结晶化聚酯短纤维和未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的纤维长度优选为1~7mm,更优选为1.5~5mm,进而优选为2~3mm。纤维长度比1mm短时,有时从基材上脱落,比7mm长时,有时纤维缠结在一起而形成团块,另外,由于纤维根数变少,因此有时基材的机械强度降低。
作为本发明中使用的取向结晶化聚酯短纤维和未拉伸粘合剂聚酯短纤维的树脂,可以列举例如聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯系树脂、聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯系树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯系树脂、聚萘二甲酸丁二醇酯系树脂、聚间苯二甲酸乙二醇酯系树脂、它们的衍生物等。其中,在用于锂二次电池用隔板用基材时,优选为耐热性和耐电解液性优异的聚对苯二甲酸乙二醇酯系树脂。
锂二次电池用隔板用基材可以使用下述方法制造,所述方法是使用具有圆网、长网、短网、倾斜型短网等抄纸方式中的1种抄纸机方式的抄纸机、将同种或不同种的2种以上的抄纸方式组合而成的组合抄纸机等进行抄纸的方法。在抄纸用浆料中,除了纤维原料以外,根据需要可以适当添加分散剂、增稠剂、无机填料、有机填料、消泡剂等,以5~0.001质量%左右的固形成分浓度制备抄纸用浆料。将该抄纸用浆料进而稀释为规定浓度并进行抄纸、干燥。
抄纸而得的锂二次电池用隔板用基材根据需要可实施压光处理、热压光处理、热处理等。本发明的锂二次电池用隔板用基材由于使用了平均纤维直径为5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维,因此优选实施热压光处理。在热压光处理中,优选通过金属辊与金属辊之间、金属辊与弹性辊之间、或金属辊与棉质辊子之间,在未拉伸粘合剂用聚酯短纤维未皮膜化的温度(比未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的熔点低20℃以上的温度)下进行加压。如果未拉伸粘合剂用聚酯短纤维皮膜化,则内部电阻变高,放电特性降低,而且基材的机械强度下降,因此不是优选的。
锂二次电池用隔板用基材的单位面积重量为10g/m2以下,更优选为10.0g/m2以下。单位面积重量的下限优选为5.0g/m2,更优选为6.0g/m2,进而优选为7.0g/m2以上。小于5.0g/m2时,有不能得到充分的机械强度的情况,在基材的操作时、复合化时基材有时破损。如果超过10g/m2,则有锂二次电池用隔板用基材的厚度变厚、内部电阻变高的情况、或有放电特性变低的情况。本发明的基材的单位面积重量是根据JIS
P8124测定的值。
锂二次电池用隔板用基材的厚度为15μm以下,更优选为15.0μm以下。厚度的下限优选为6μm,更优选为8μm,进而优选为10μm,特别优选为10.0μm以上。小于6μm时,有不能得到充分的机械强度的情况、或有内部电阻变高的情况。如果比15μm厚,则有锂二次电池的内部电阻变高、放电特性变低的情况。另外,使用其制造的隔板的厚度变厚,因此有不能与高能量密度相适应的情况。应予说明,本发明的隔板的厚度是利用JIS
B7502中规定的方法测定的值,即是指利用5N负荷时的外侧测微计测定的值。
锂二次电池用隔板用基材的拉伸强度优选为450N/m以上,更优选为500N/m以上。拉伸强度小于450N/m时,有在基材的操作、复合化时基材破损的情况。拉伸强度越高越优选,但拉伸强度超过700N/m时,对于本发明的基材的情况,未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的皮膜化过剩地产生,刺穿强度易于降低,基材的电阻也有时变高,有时放电特性变低。因此,拉伸强度优选为700N/m以下,更优选为650N/m以下。
锂二次电池用隔板用基材的刺穿强度优选为0.8N以上。原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维与取向结晶化聚酯短纤维相互缠绕,用未拉伸粘合剂用聚酯短纤维粘接,增强纤维间的结合,由此可以实现该刺穿强度。基材的刺穿强度小于0.8N时,即使在基材上实施复合化处理而形成锂二次电池用隔板,在进行卷绕作业、将卷绕物进行加热加压时也易于发生内部短路不良。
锂二次电池用隔板用基材的最大孔径优选为8.0μm以下。通过配合原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维、和使未拉伸粘合剂用聚酯纤维熔融,可以实现该最大孔径。最大孔径超过8.0μm时,有产生涂布液渗透到背面的情况、或有时表面平滑性降低、易于引起复合化物的剥离・脱落,产生微细的针孔。
锂二次电池用隔板的内部电阻与将浸透了电解液的基材用电极夹住、外加交流电而测定的阻抗的实数成分具有相关性。该阻抗的实数成分越小,作为在基材上实施复合化处理后的锂二次电池用隔板的内部电阻也越可以抑制为低的水平,能够得到放电特性越优异的锂二次电池。
实施例
以下通过实施例进而详细地说明本发明,但本发明不限于实施例。
[基材的单位面积重量]
根据JIS P8124,测定单位面积重量。
[基材的厚度]
利用JIS B7502中规定的方法、即利用5N负荷时的外侧测微计测定厚度。
实施例1
使用盘磨机,将平均纤维直径为10μm、纤维长度为4mm的溶剂纺丝纤维素纤维处理,将变法游离度为97ml的溶剂纺丝纤维素纤维10质量%、平均纤维直径为2.4μm、纤维长度为3mm的取向结晶化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)短纤维50质量%、平均纤维直径为4.4μm、纤维长度为3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维40质量%在一起混合,在浆粕机的水中使其离解,在采用了搅拌器(agitator)的搅拌的基础上,制备均一的抄纸用浆料(0.3质量%浓度)。使用倾斜型短网作为第1层、圆网作为第2层,将倾斜型短网和圆网的单位面积重量比设为50∶50而使该抄纸用浆料层叠,得到湿润薄片,在扬克烘缸的温度为130℃的条件下进行干燥后,实施采用了表面温度为195℃的金属辊和弹性辊的热压光处理,得到单位面积重量为8.2g/m2、厚度为14.2μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例2
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为20质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.3g/m2、厚度为13.6μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例3
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.4g/m2、厚度为13.7μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例4
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为20质量%、平均纤维直径3.2μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.3g/m2、厚度为13.5μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例5
除了使用盘磨机,将平均纤维直径10μm、纤维长度4mm的溶剂纺丝纤维素纤维处理,使变法游离度113ml的溶剂纺丝纤维素纤维为20质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.4g/m2、厚度为13.4μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例6
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为20质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为7.1g/m2、厚度为11.6μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例7
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为9.9g/m2、厚度为15.0μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例8
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为20质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为7.0g/m2、厚度为10.1μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例9
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为7.5g/m2、厚度为12.2μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例10
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为10质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为50质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为9.0g/m2、厚度为15.0μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例11
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为6.5g/m2、厚度为10.6μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例12
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为7.2g/m2、厚度为9.8μm的锂二次电池用隔板用基材。
实施例13
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为10质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为50质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.8g/m2、厚度为13.1μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例1
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为35质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为35质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法,得到单位面积重量为8.4g/m2、厚度为14.2μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例2
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为5质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为50质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为45质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.2g/m2、厚度为13.5μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例3
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为30质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.3g/m2、厚度为13.5μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例4
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为10质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为60质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.2g/m2、厚度为13.7μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例5
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为10质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为50质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.1g/m2、厚度为13.5μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例6
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为50质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为20质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.2g/m2、厚度为13.2μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例7
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为20质量%、平均纤维直径5.3μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.1g/m2、厚度为13.5μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例8
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为20质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径6.5μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.3g/m2、厚度为13.6μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例9
除了使实施例1中使用的变法游离度97ml的溶剂纺丝纤维素纤维为70质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为15质量%、平均纤维直径3.2μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为15质量%,并在常温下进行压光处理以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.4g/m2、厚度为13.1μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例10
除了使在实施例1中使用的平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径3.2μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为20质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用聚酯纤维为40质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.0g/m2、厚度为13.0μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例11
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为10.5g/m2、厚度为15.0μm的锂二次电池用隔板用基材。
比较例12
除了使变法游离度97ml的原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维为30质量%、平均纤维直径2.4μm、纤维长度3mm的取向结晶化PET短纤维为40质量%、平均纤维直径4.4μm、纤维长度3mm的未拉伸粘合剂用PET短纤维为30质量%以外,其它用与实施例1同样的方法得到单位面积重量为8.5g/m2、厚度为15.5μm的锂二次电池用隔板用基材。
使用实施例和比较例的锂二次电池用隔板用基材,进行基材的评价、隔板的制作和隔板的评价,结果示于表1~表6。
[基材的拉伸强度]
对于制作的基材,使用台式材料试验机(株式会社オリエンテック(Orientec Co,. LTD.)、商品名:STA-1150) ,根据JIS
P8113测定纵向的拉伸强度。试验片的尺寸是纵向为250mm、宽度为50mm,将2个夹具的间隔设为100mm、拉伸速度设为300mm/min。
[基材的刺穿强度]
对于制作的基材,将前端形成曲率为1.6的圆形的直径1mm的金属针装配在台式材料试验机(株式会社オリエンテック(Orientec Co,. LTD.)、商品名:STA-1150),对于样品面成直角以1mm/s的恒定速度降下直至贯穿。测量此时的最大负荷(N),测定刺穿强度。
[基材的最大孔径]
对于制作的基材,使用PMI公司Perm气孔计(パームポロメーター,Perm-Porometer)CFP-1500A,根据JIS K3832、ASTM F316-86、ASTM E1294-89进行测定,测定最大孔径。
[基材的阻抗]
对于制作的基材,浸在电解液(1M-LiPF6/碳酸亚乙酯(EC)+碳酸二乙酯(DEC)+碳酸二甲酯(DMC)(1:1:1、vol比))中后,夹在2个大致为圆筒形的铜电极(直径25mm)中,使LCR测试仪(Instec公司、装置名:LCR-821)测定200kHz时的交流阻抗的实数成分。
[基材的耐磨损性]
将制作的基材裁切成20mm宽、250mm长,并安装在学振型摩擦牢度试验机(Color Fastness Rubbing
Tester、テスター产业株式会社(TESTER SANGYO Co,. LTD.)、商品名:AB-301)上,将试验用黑布(倉敷纺织株式会社(KURABO INDUSTRIES LTD.) 、クラボウコーマブロード(KURABO COMBED BROAD CLOTH)H-444)安装在磨损夹具上后,在基材上装载磨损夹具,负重为最低的200gf(1.96N)的负重,以120mm距离、以每分钟往复30次的速度进行往复5次的摩擦,目测观察由此导致的起毛(绒毛)的发生,以下述基准进行评价。如果为“△”以上,则在对基材进行操作时、复合化处理时,不产生工序上的问题。
○:由绒毛产生的纤维渣几乎不附着在黑布上。
△:由绒毛产生的纤维渣仅附着在黑布上一点点。
×:由绒毛产生的纤维渣附着在黑布上。
[隔板A的制作]
将板状勃姆石(平均粒径1μm、纵横比:10)1000g、N-甲基吡咯烷酮1000g、聚偏二氟乙烯375g加入到容器中,用搅拌机(商品名:スリーワンモーター(Three one motor)、新东科学株式会社(Shinto Scientific Co., Ltd.))搅拌1小时进行分散,形成均一的浆料。将该浆料对基材的每一单面进行表面涂布后,通过具有规定间隔的间隙之间,然后用防爆型干燥机在120℃的温度下进行干燥,得到具有每一面的厚度为3μm的多孔膜的隔板A。
[隔板B的制作]
将板状勃姆石(平均粒径:1μm、纵横比:10)1000g、水2000g、聚丙烯酸钠5g加入容器中,用提供有锯齿状翼的分散机搅拌1小时,使其分散,形成均一的浆料。向其中添加其1质量%溶液的粘度为8000mPa・秒的羧甲基纤维素钠的1质量%水溶液1000g,进而搅拌15分钟,得到水系浆料。将该水系浆料在基材的单面上进行表面涂布后,通过以使干燥后的涂布量为9g/m2的方式调整了的间隙之间,然后在干燥机中吹120℃的热风,进行干燥而得到隔板B。
[涂布性]
对于制作的隔板A,进行任意10处地方的厚度测定,以下面的评价进行评价。应予说明,厚度指的是通过JIS B7502中规定的方法测定得到的值,即指的是通过5N负荷时的外侧测微计测定得到的值。
○:厚度的差为0.8μm以下。
△:厚度的差超过0.8μm且为1μm以下。
×:厚度的差超过1μm。
[脱落的有无]
对于所制造的隔板A,整齐地切成50mm宽×300mm的长方形,目测确认卷缠在直径10mm的聚四氟乙烯棒上时的多孔膜的状态,按照以下的基准进行评价。
○:多孔膜的状态无变化。
△:裂纹扩展到多孔膜的整个厚度,但是未产生剥离。
×:产生剥离。
[切断的有无]
在隔板A的制造工序中,观察涂布基材时的基材的状态,以下述的基准进行评价。
○:没有基材的切断、破裂、裂纹,可以没有问题地涂布。
×:频繁发生基材的切断、破裂、裂纹的任意一者,给涂布带来障碍。
[渗透到背面]
在隔板A的制造工序中,渗透到背面按照以下的基准进行评价。
○:涂布液完全未渗透到背面。
△:稍微渗透到背面,但是没有基材的背面粘贴到涂布装置的辊上等障碍。
×:渗透到背面,基材的背面粘贴到辊上,带来不能顺利涂布等障碍。
[起伏的形成]
对于隔板B,按照以下的基准评价起伏的形成。
○:完全没有形成起伏。
△:形成起伏,但夹在玻璃板之间时平坦化,与电极的密合没有障碍。
×:形成起伏,即使夹在玻璃板之间也不平坦化,与电极的密合具有障碍。
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
【表6】
实施例1~13的锂二次电池用隔板用基材包含含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维10~30质量%、平均纤维直径2.0~3.5μm的取向结晶化聚酯短纤维40~50质量%、平均纤维直径5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维30~40质量%的无纺布,单位面积重量为10g/m2以下,且厚度为15μm以下,因此所述锂二次电池用隔板用基材为低单位面积重量薄膜,同时机械强度强,几乎没有纤维的脱落、起毛,对于单位面积重量最低的实施例11和厚度最薄的实施例12以外的实施例的基材,在隔板制作时没有发生基材的切断、破裂。另外,由于隔板的涂布性优异、涂布后的多孔膜与基材的粘接强,因此没有多孔膜的脱落,在涂布处理中也不发生成为障碍的程度的涂布液渗透到背面的情况。进而,将含有填料粒子的水系浆料涂布后的起伏也少。另外,可以将阻抗的实数成分抑制为低的水平。
实施例1~5的锂二次电池用隔板用基材是8g/m2、13~14μm这样的低单位面积重量薄膜的基材。由于含有原纤化的溶剂纺丝纤维素10~30质量%,因此纤维之间易于缠绕,易于形成纤维网,因此即使为低单位面积重量薄膜,基材的拉伸强度也强。特别地,基材的刺穿强度与比较例10的仅由聚酯短纤维构成的基材相比也强,在制作隔板时不发生基材的切断、破裂。另外,本发明的锂二次电池用隔板用基材即使为这样的低单位面积重量薄膜,也难以产生将含有填料粒子的水系浆料涂布后的起伏。
另一方面,比较例1~10的锂二次电池用隔板用基材也是8g/m2、13~14μm这样的低单位面积重量薄膜的基材。比较例1和比较例2为原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的含量在10~30质量%范围之外的情况。在超过30质量%的比较例1中,拉伸强度和刺穿强度降低,发生基材的切断、纤维的脱落。进而,易于产生将含有填料粒子的水系浆料涂布后的起伏。另外,在小于10质量%的比较例2中,最大孔径扩大,因此发生渗透到背面的情况,未拉伸粘合剂用聚酯短纤维增加,因此阻抗的实数成分变高。另外,形成涂布性、脱落差的结果。
比较例3和比较例4是取向结晶化聚酯短纤维的含量在40~50质量%范围之外的情况。在小于40质量%的比较例3中,拉伸强度和刺穿强度降低,因此发生基材的切断。另外,在超过50质量%的比较例4中,最大孔径扩大,因此稍微发生渗透到背面的情况。
比较例5和比较例6是未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的含量在30~40质量%范围之外的情况。在超过40质量%的比较例5中,最大孔径扩大,因此发生渗透到背面。另外,阻抗的实数成分变高,涂布性降低。另一方面,在小于30质量%的比较例6中,拉伸强度和刺穿强度降低,因此发生纤维从基材上的脱落、基材的切断。
比较例7是取向结晶化聚酯短纤维的平均纤维直径超过3.5μm的情况,其刺穿强度降低,最大孔径扩大,因此稍微发生渗透到背面的情况,涂布性降低。
比较例8是未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的平均纤维直径超过5.0μm的情况,其未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的纤维根数减少,因此拉伸强度和刺穿强度降低,最大孔径也扩大,因此涂布性降低,有纤维从基材上的脱落,发生基材的切断、渗透到背面。
比较例9为不含未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的配合,其拉伸强度和刺穿强度极其低,有纤维从基材上的脱落,也多发生基材的切断。进而,易于产生将含有填料粒子的水系浆料涂布后的起伏。
比较例10为不含原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的配合,其最大孔径大,发生渗透到背面的情况。另外,涂布性降低,多孔膜脱落。
由实施例1~3的比较可知,原纤化的溶剂纺丝纤维素的配合量越增加,拉伸强度和刺穿强度越是略微降低,但不发生基材的切断、纤维从基材上的脱落、起毛。另外,涂布性也好,也没有多孔膜的脱落,阻抗的实数成分降低。
由实施例2和实施例4的比较可知,使取向结晶化聚酯短纤维少许粗化的实施例4的锂二次电池用隔板用基材虽然最大孔径扩大,但不发生渗透到背面的情况、多孔膜的脱落。由实施例2和实施例5的比较可知,对于抑制了溶剂纺丝纤维素的原纤化的实施例5的基材,即使变法游离度为113ml,也不发生渗透到背面的情况,涂布性也没有问题,也没有多孔膜的脱落。
将实施例1~13、比较例11~12进行比较时,对于单位面积重量小于7.0g/m2的实施例11,与实施例1~10相比,观察到拉伸强度和刺穿强度降低的倾向,发生基材的切断。对于单位面积重量超过10.0g/m2的比较例11,与实施例1~10相比,阻抗的实数成分上升。推测使用该基材时,电池的放电特性降低。对于厚度小于10.0μm的实施例12,与实施例1~10相比,阻抗的实数成分上升。推测使用该基材时,电池的放电性能降低。另外,拉伸强度和刺穿强度也降低,发生基材的切断。对于厚度超过15.0μm的比较例12,与实施例1~10相比,未拉伸粘合剂用聚酯短纤维的熔合变松,因此拉伸强度稍微降低,刺穿强度也下降,发生切断和纤维的起毛。对于拉伸强度小于450N/m的实施例11和12,与实施例1~10相比,发生基材的切断。对于拉伸强度大于700N/m的实施例13,与实施例1~10相比,提高了热压光处理的压光压力,因此刺穿强度降低,阻抗的实数成分上升。推测使用该基材时,放电性能降低。由这些结果可知,优选单位面积重量为7.0~10.0g/m2、厚度为10.0~15.0μm、拉伸强度为450N/m以上,更优选拉伸强度为700N/m以下。
产业上的可利用性
本发明的基材和隔板可以适合用于锂离子二次电池、锂离子聚合物二次电池等的锂二次电池。
Claims (6)
1.锂二次电池用隔板用基材,其是包含无纺布的锂二次电池用隔板用基材,所述无纺布含有原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维和合成纤维,所述锂二次电池用隔板用基材的特征在于,
上述无纺布含有上述原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维10~30质量%、以及作为上述合成纤维的、平均纤维直径为2.0~3.5μm的取向结晶化聚酯短纤维40~50质量%和平均纤维直径为5.0μm以下的未拉伸粘合剂用聚酯短纤维30~40质量%,它们的质量%的总计为100以下,
单位面积重量为10g/m2以下,且厚度为15μm以下。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池用隔板用基材,其中,上述单位面积重量为7.0~10.0g/m2。
3.根据权利要求1或2所述的锂二次电池用隔板用基材,其中,上述厚度为10.0~15.0μm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的锂二次电池用隔板用基材,其拉伸强度为450N/m以上。
5.锂二次电池用隔板,其通过在权利要求1~4中任一项所述的锂二次电池用隔板用基材上,实施选自浸渗或涂布含有填料粒子的浆料的处理、浸渗或涂布含有树脂的浆料的处理、将多孔质膜层叠一体化的处理、和浸渗或涂布固体电解质、凝胶状电解质的处理中的至少1种复合化处理而形成。
6.根据权利要求5所述的锂二次电池用隔板,其中,上述复合化处理为水系处理。
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