CN115885359A - 蓄电设备用分隔件和蓄电设备 - Google Patents
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Abstract
提供高强度且孔眼堵塞受到抑制的薄膜的蓄电设备用分隔件,或者具有高强度、高安全性和高温下的高尺寸稳定性且能够薄膜化的蓄电设备用分隔件。在一个方式中,提供一种蓄电设备用分隔件,其包含主成分为聚烯烃(A)的微多孔层(X),微多孔层(X)的熔体流动速率为0.9g/10分钟以下,在基于扫描型电子显微镜的微多孔层(X)的MD‑TD表面观察或ND‑MD截面观察中,微多孔层(X)的平均长孔直径为100nm以上。在一个方式中,提供一种蓄电设备用分隔件,其为具备微多孔层的蓄电设备用分隔件,微多孔层包含具有0.7g/10分钟以下的熔体流动速率的聚烯烃,蓄电设备用分隔件的短路温度为200℃以上,蓄电设备用分隔件的热收缩率为TD≤1%且MD≤4%。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电设备用分隔件等。
背景技术
微多孔膜、尤其是聚烯烃系微多孔膜在精滤膜、电池用分隔件、电容器用分隔件、燃料电池用材料等多个技术领域中加以使用,尤其是用作锂离子电池所代表的蓄电设备用分隔件。锂离子电池除了应用于便携电话、笔记本型个人电脑等小型电子设备用途之外,还应用于包括混合动力汽车和插电式混合动力汽车在内的电动汽车等各种用途。
近年来,寻求具有高能量容量、高能量密度和高输出特性的锂离子电池,与此相伴,薄膜且高强度(例如高穿刺强度)的分隔件的需求正在提高。
专利文献1中记载了一种微多孔性薄膜用聚丙烯树脂组合物,其从微多孔性薄膜的刚性和降低一定厚度下的制品不良率的观点出发,包含聚丙烯树脂(X)5~30重量%和聚丙烯树脂(Y)95~70重量%。专利文献1中记载的聚丙烯树脂(X)具有特定的熔体流动速率(MFR)、分子量分布(Mw/Mn)和长链分枝结构。专利文献1中记载的聚丙烯树脂(Y)具有特定的MFR,且不包括聚丙烯树脂(X)。
专利文献2中记载了一种微多孔膜,其从微多孔膜的电化学稳定性、高熔化温度、高电解质亲和性和低水分保持性得以改善的平衡的观点出发,具有如下的三个层(a)~(c):
(a)包含具有6.0×105以上的重均分子量(Mw)的全同立构聚丙烯40.0~85.0重量%的第一层;
(b)含有聚烯烃的第两层;以及
(c)包含具有6.0×105以上的Mw的全同立构聚丙烯40.0~85.0重量%的第三层。
专利文献3中记载了一种层叠微多孔性薄膜,其具备第一微多孔性薄膜和第二微多孔性薄膜,所述第一微多孔性薄膜包含具有熔点TmA的第一树脂组合物,所述第二微多孔性薄膜包含具有比前述熔点TmA低的熔点TmB的第二树脂组合物,所述层叠微多孔性薄膜的伸长粘度为18000~40000Pa·s,剪切粘度为5000~10000Pa·s。
专利文献4中记载了一种丙烯系树脂微孔薄膜,其由分子量为5万以下的成分量为25~60重量%、分子量为70万以上的成分量为19~30重量%、重均分子量为35万~50万且熔融张力为1.1~3.2g的丙烯系树脂形成。
专利文献5中记载了一种微多孔膜形成用聚丙烯树脂组合物,其以丙烯均聚物作为必须成分,所述丙烯均聚物的特性粘度[η]为1dl/g以上且小于7dl/g,内消旋五元组分数为94.0~99.5%的范围,升温时的至100℃为止的溶出积分量为10%以下,熔点为153~167℃,在溶出温度-溶出量曲线中,最大峰的峰顶温度存在于105~130℃,该峰的半值宽度为7.0℃以下。
专利文献6中记载了一种聚烯烃微多孔膜,其为包含聚丙烯系树脂的聚烯烃微多孔膜,熔化温度为195℃以上且230℃以下,该聚丙烯系树脂的重均分子量可以为50万以上且80万以下,并且,分子量分布可以为7.5以上且16以下。
专利文献7中记载了一种层叠微多孔性薄膜,其以层叠的形式具备由第一树脂组合物形成的第一微多孔性薄膜和由第二树脂组合物形成的第二微多孔性薄膜,第一树脂组合物和第二树脂组合物的MFR均为1.0g/10分钟以下,第一树脂组合物中包含的树脂的分子量分布(Mw/Mn)为10以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2018-030992号公报
专利文献2:日本特表2013-517152号公报
专利文献3:日本特开2016-022676号公报
专利文献4:日本特开2012-092286号公报
专利文献5:国际公开第2010/079784号
专利文献6:国际公开第2017/138512号
专利文献7:日本特开2016-22679号公报
发明内容
发明要解决的问题
已知的是:通过在微多孔膜中使用高分子量的聚烯烃,从而能够提供高强度的微多孔膜。
然而,若在微多孔膜的制造中使用高分子量的聚烯烃,则存在如下倾向:成膜性、制造时的开孔性变得不充分,微多孔膜的孔径变小或透气度(即透气阻力)恶化;以及,因熔融时的粘度高而导致难以制作薄膜(例如厚度为20μm以下)的分隔件。因此,本发明的一个方式(更具体为本申请的第一方式)的目的在于,提供高强度且与长期使用相伴的孔眼堵塞受到抑制的薄膜的蓄电设备用分隔件,在特定方式中,其目的在于,提供具有有助于蓄电设备的高安全性的高强度(尤其是高穿刺强度)和高温下的高尺寸稳定性,输出又高且能够薄膜化的蓄电设备用分隔件。
另外,高分子量的聚烯烃如上述那样,熔融时的粘度高,因此难以薄膜化。例如,据称上述列举的专利文献6中记载的分隔件的安全性高,但熔融张力过高,因此无法薄膜化。根据专利文献7中记载的技术,通过共挤出而能够实现薄膜化,但得不到高输出特性。另外,专利文献6和7中记载的分隔件均存在高温时的电池安全性低的倾向。根据专利文献3和5,虽然能够降低分隔件的热收缩率,但熔融时的粘度均低,因此,可预料到安全性低。出于这些情况,在得到既能够薄膜化又高度地兼顾强度、安全性和高温下的尺寸稳定性的分隔件的方面尚存改善的余地。因此,本发明的一个方式(更具体为本申请的第二方式)的目的在于,提供具有高强度、高安全性和高温下的高尺寸稳定性且能够薄膜化的蓄电设备用分隔件。
用于解决问题的方案
以下列举出本发明的实施方式的例子。
[1]一种蓄电设备用分隔件,其包含主成分为聚烯烃(A)的微多孔层(X),
前述微多孔层(X)在载荷2.16kg和温度230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.9g/10分钟以下,并且
在基于扫描型电子显微镜(SEM)的前述微多孔层(X)的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,前述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径为100nm以上。
[2]根据上述方式1所述的蓄电设备用分隔件,其中,在基于前述扫描型电子显微镜(SEM)的前述微多孔层(X)的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,前述微多孔层(X)中存在的孔的最大长孔直径为100nm以上且400nm以下。
[3]根据上述方式1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,在230℃的温度下进行测定时的前述微多孔层(X)的熔融张力为16mN以上。
[4]根据上述方式1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,在230℃的温度下进行测定时的前述微多孔层(X)的熔融张力为16mN以上且40mN以下。
[5]根据上述方式1~4中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述蓄电设备用分隔件的机械方向的拉伸强度(SMD)与宽度方向的拉伸强度(STD)之比(SMD/STD)为SMD/STD>5。
[6]根据上述方式1~5中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述蓄电设备用分隔件在105℃下热处理1小时后的热收缩率在TD上为1%以下、且在MD上为4%以下,
前述蓄电设备用分隔件在120℃下热处理1小时后的热收缩率在TD上为1%以下、且在MD上为10%以下。
[7]根据上述方式1~6中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,将前述蓄电设备用分隔件的厚度换算成14μm时的透气度为250秒/100cm3以下。
[8]根据上述方式1~7中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其厚度为8μm以上且18μm以下,并且,将厚度换算成14μm时的穿刺强度为230gf以上。
[9]根据上述方式1~8中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述聚烯烃(A)包含聚丙烯。
[10]根据上述方式9所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述聚丙烯相对于前述聚烯烃(A)的比例为50~100质量%。
[11]根据上述方式9或10所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述聚丙烯的五元组分数为95.0%以上。
[12]根据上述方式1~11中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述微多孔层(X)的重均分子量(Mw)为500,000以上且1,500,000以下。
[13]根据上述方式1~12中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述微多孔层(X)的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)为6以下。
[14]根据上述方式1~13中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其还具备以聚烯烃(B)作为主成分的微多孔层(Y)。
[15]根据上述方式14所述的蓄电设备用分隔件,其中,在基于前述扫描型电子显微镜(SEM)的前述微多孔层(X)和前述微多孔层(Y)的ND-MD截面观察中,
前述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径为100nm以上且400nm以下,并且
前述微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径大于前述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径。
[16]根据上述方式14或15所述的蓄电设备用分隔件,其中,在基于前述扫描型电子显微镜(SEM)的前述微多孔层(X)和前述微多孔层(Y)的ND-MD截面观察中,前述微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径为150nm以上且2000nm以下,并且是前述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的1.2倍以上且10倍以下。
[17]根据上述方式14~16中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述聚烯烃(A)的主成分为聚丙烯,且前述聚烯烃(B)的主成分为聚乙烯。
[18]根据上述方式1~17中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述蓄电设备用分隔件的孔隙率为20%以上且70%以下。
[19]根据上述方式1~18中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述聚烯烃(A)的主成分为聚丙烯,并且
前述聚丙烯在载荷2.16kg和温度230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.6g/10分钟以下。
[20]一种蓄电设备,其具备上述方式1~19中任一项所述的蓄电设备用分隔件。
[21]一种蓄电设备用分隔件,其为具备微多孔层的蓄电设备用分隔件,
前述微多孔层包含在载荷2.16kg和温度230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.7g/10分钟以下的聚烯烃,
前述蓄电设备用分隔件的熔断短路试验中的短路温度为200℃以上,
将前述蓄电设备用分隔件在105℃下热处理1小时时的宽度方向(TD)的热收缩率和机械方向(MD)的热收缩率分别为TD≤1%和MD≤4%。
[22]根据上述方式21所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述聚烯烃以聚丙烯作为主成分。
[23]根据上述方式21或22所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述聚烯烃的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)为7以下。
[24]根据上述方式21~23中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述熔断短路试验中的熔断温度为150℃以下。
[25]根据上述方式21~24中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其具有以聚丙烯作为主成分的微多孔层与以聚乙烯作为主成分的微多孔层的多层结构。
[26]根据上述方式21~25中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,在前述微多孔层的广角X射线散射测定中,机械方向(MD)的取向比例相对于宽度方向(TD)的取向比例之比MD/TD为1.3以上。
[27]根据上述方式21~26中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其厚度为18μm以下,孔隙率为42%以上,将厚度换算成14μm时的透气阻力为250秒/100cm3以下。
[28]一种蓄电设备,其具备上述方式21~27中任一项所述的蓄电设备用分隔件。
发明的效果
根据本发明的一个方式(更具体为本申请的第一方式),可提供高强度且能够抑制锂离子二次电池等蓄电设备内的孔眼堵塞的蓄电设备用分隔件。根据特定方式,可提供既具有有助于蓄电设备的高安全性的高强度(尤其是高穿刺强度)和高温下的高尺寸稳定性,输出又高且能够薄膜化的蓄电设备用分隔件。
进而,根据本发明的一个方式(更具体为本申请的第二方式),可提供具有高强度、高安全性和高温下的高尺寸稳定性,且能够薄膜化的蓄电设备用分隔件。
需要说明的是,上述记载不能视作公开了与本发明的全部实施方式和本发明相关的全部优点。本发明的进一步的实施方式及其优点通过参照以下的记载而得以明确。
附图说明
图1是用于对广角X射线散射中的(110)结晶峰面积比(MD/TD)的测定进行说明的散射强度的方位角分布的例子的示意图。
具体实施方式
以下,出于对本发明的实施方式(以下称为“本实施方式”)进行例示的目的而进行详细说明,但本发明不限定于本实施方式。
《蓄电设备用分隔件》
在一个方式中,本申请的蓄电设备用分隔件具备一层或两层以上的微多孔层,所述微多孔层包含聚烯烃或者以聚烯烃作为主成分。在一个方式中,微多孔层或构成其的聚烯烃具有特定的熔体流动速率(MFR)。在一个方式中,蓄电设备用分隔件具有本申请中提及的1个以上的优点。以下,针对本发明的非限定性例示方式、即第一方式和第二方式进行说明。
(1)第一方式
〈微多孔层〉
第一方式所述的蓄电设备用分隔件具备包含聚烯烃的微多孔层,在一个方式中,具备以聚烯烃作为主成分的微多孔层。本实施方式中,微多孔层是指构成蓄电设备用分隔件的一个微多孔层,也可以层叠两层以上而以多层的形式使用。在一个方式中,蓄电设备用分隔件具有以聚烯烃(A)作为主成分的微多孔层(X)。蓄电设备用分隔件根据期望可以进一步具备以聚烯烃(B)作为主成分的微多孔层(Y)。
需要说明的是,在分隔件由多个微多孔层形成的情况下,通过将粘合带粘贴于分隔件端部并进行拉伸,从而能够容易地剥离回收各个微多孔层,并测定后述熔融张力、熔体流动速率(MFR)、分子量、长孔直径、孔隙率、厚度等物性。
〈微多孔层(X)〉
本实施方式的蓄电设备用分隔件具有微多孔层(X)。蓄电设备用分隔件可以仅具有1个微多孔层(X),也可以具有两层以上。本实施方式中的以聚烯烃(A)作为主成分是指:以该微多孔层(X)的总质量作为基准,包含50质量%以上的聚烯烃(A)。从分隔件相对于电解液的润湿性、薄膜化和关闭特性等观点出发,在一个方式中,微多孔层(X)中的聚烯烃(A)的含量下限为50质量%以上,优选为55质量%以上、60质量%以上、70质量%以上、80质量%以上、90质量%以上或95质量%以上。微多孔层(X)中的聚烯烃(A)的含量上限例如可以为60质量%以下、70质量%以下、80质量%以下、90质量%以下、95质量%以下、98质量%以下或99质量%以下,也可以为100质量%。
〈聚烯烃(A)〉
本实施方式中的聚烯烃(A)是包含具有碳-碳双键的单体作为重复单元的聚合物。作为构成聚烯烃(A)的单体,没有限定,可列举出具有碳-碳双键的数为1个以上且10个以下的单体,例如乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯等。聚烯烃(A)例如为均聚物、共聚物或多段聚合聚合物等,优选为均聚物。
作为聚烯烃(A),具体而言,从关闭特性等观点出发,优选为聚乙烯、聚丙烯、乙烯与丙烯的共聚物、以及它们的混合物。聚烯烃(A)更优选包含聚丙烯或者为聚丙烯。从相同的观点出发,聚丙烯相对于微多孔层(X)的主成分即聚烯烃(A)的比例下限优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上、进一步优选为70质量%以上。聚丙烯相对于微多孔层(X)的主成分即聚烯烃(A)的比例下限优选为100质量%以下。
聚丙烯的立构规整性没有限定,可列举出例如无规立构、全同立构或间同立构的聚丙烯等。本实施方式所述的聚丙烯优选为高结晶性的全同立构或间同立构的均聚物。
可作为聚烯烃(A)使用的聚丙烯优选为均聚物,可以为将除丙烯之外的共聚单体、例如α-烯烃共聚单体共聚而得到的共聚物、例如嵌段聚合物。作为聚丙烯的重复单元而包含的丙烯结构的量的下限例如可以为70摩尔%以上、80摩尔%以上、90摩尔%以上、95摩尔%以上或99摩尔%以上。聚丙烯有时包含除丙烯结构之外的重复单元。在该情况下,源自共聚单体的重复单元(其中不包括丙烯结构)的量的上限例如可以为30摩尔%以下、20摩尔%以下、10摩尔%以下、5摩尔%以下或1摩尔%以下。聚丙烯可以单独使用1种,或者混合使用2种以上。
从微多孔层(X)的强度等观点出发,聚烯烃(A)的重均分子量(Mw)的下限优选为300,000以上、更优选为500,000以上、进一步优选为600,000以上、更进一步优选为700,000以上、特别优选为800,000以上。从增大微多孔层(X)的孔径、抑制孔眼堵塞而得到高输出的观点出发,聚烯烃(A)的重均分子量(Mw)的上限优选为1,500,000以下、更优选为1,300,000以下、进一步优选为1,100,000以下、更进一步优选为1,000,000以下、特别优选为960,000以下。
聚烯烃(A)的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)的上限值优选为7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。Mw/Mn的值越小,则分子彼此的缠绕变少,因此,存在所得微多孔层(X)的熔融张力也变小的倾向。因此,若聚烯烃(A)的Mw/Mn值为7以下,则能够将微多孔层(X)的熔融张力控制得较低,以更薄的膜的形式稳定地制作微多孔层(X),故而优选。另外,聚烯烃(A)的Mw/Mn的下限值优选为1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。通过使Mw/Mn为1以上,从而维持适度的分子缠绕,存在成膜时的稳定性变得良好的倾向。
以往的分隔件大多是厚度为20μm~40μm的分隔件,尤其在具有多层结构的分隔件中,难以制作比上述更薄膜的分隔件。可认为这是因为:若使用高分子量的聚烯烃,则成膜时的熔融张力变高,难以稳定地生成薄膜的微多孔层。从制作更薄膜的分隔件的观点出发,将聚烯烃(A)的分子量和用Mw/Mn表示的分子量分布控制至上述说明的数值范围内是有利的。
在聚烯烃(A)包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,从微多孔层(X)的强度等观点出发,聚丙烯的重均分子量(Mw)的下限优选为300,000以上、更优选为500,000以上、进一步优选为600,000以上、更进一步优选为700,000以上、特别优选为800,000以上。从增大微多孔层的孔径、抑制孔眼堵塞的观点出发,聚丙烯的Mw的上限优选为1,500,000以下、更优选为1,300,000以下、进一步优选为1,100,000以下、更进一步优选为1,000,000以下、特别优选为960,000以下。
在聚烯烃(A)包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,聚丙烯的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)的上限值优选为7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。聚丙烯的Mw/Mn的值越小,则存在所得微多孔层(X)的熔融张力也变小的倾向。因此,聚丙烯的Mw/Mn的值为7以下时,会将微多孔层(X)的熔融张力控制至30mN以下,故而优选。另外,聚丙烯的Mw/Mn优选为1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。通过使聚丙烯的Mw/Mn为1以上,从而维持适度的分子缠绕,存在成膜时的稳定性变得良好的倾向。
需要说明的是,本实施方式中,微多孔层(X)、微多孔层(Y)、聚烯烃(A)和聚烯烃(B)各自的重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和Mw/Mn是通过GPC(凝胶渗透色谱)测定而得到的聚苯乙烯换算的分子量。
聚烯烃(A)的密度下限优选为0.85g/cm3以上、0.88g/cm3以上、0.89g/cm3以上或0.90g/cm3以上。聚烯烃(A)的密度上限优选为1.1g/cm3以下、1.0g/cm3以下、0.98g/cm3以下、0.97g/cm3以下、0.96g/cm3以下、0.95g/cm3以下、0.94g/cm3以下、0.93g/cm3以下或0.92g/cm3以下。聚烯烃(A)的密度与聚烯烃(A)的结晶性有关,通过将聚烯烃(A)的密度设为0.85g/cm3以上,从而微多孔层(X)的开孔性提高,尤其在以干式的形式对树脂坯料进行多孔化的方法(以下称为干式法)中是有利的。
〈微多孔层(X)的熔融张力〉
从微多孔层(X)的成形性的观点出发,在230℃的温度下进行测定时的微多孔层(X)的熔融张力(单层的熔融张力)的上限值优选为40mN以下、38mN以下、35mN以下、30mN以下或25mN以下。从微多孔层(X)的强度等观点出发,微多孔层(X)的熔融张力(单层的熔融张力)的下限值优选为10mN以上、15mN以上、16mN以上、17mN以上、20mN以上或24mN以上。
在聚烯烃(A)包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,从微多孔层(X)的成形性的观点出发,在230℃的温度下进行测定时的聚丙烯的熔融张力的上限值优选为30mN以下或25mN以下。从微多孔层(X)的强度等观点出发,聚丙烯的熔融张力的下限值优选为10mN以上、15mN以上或20mN以上。
〈微多孔层(X)的熔体流动速率(MFR)〉
从得到高强度的分隔件的观点出发,在一个方式中,在载荷2.16kg、温度230℃下进行测定时的微多孔层(X)或构成其的聚烯烃(A)的熔体流动速率(MFR)(即单层的MFR)的上限值为0.9g/10分钟以下,例如可以为0.85g/10分钟以下、0.7g/10分钟以下、0.65g/10分钟以下、0.6g/10分钟以下、0.55g/10分钟以下或0.5g/10分钟以下。从微多孔层(X)的成形性等观点出发,微多孔层(X)或聚烯烃(A)的MFR(单层的MFR)的下限值例如可以为0.15g/10分钟以上、0.2g/10分钟以上、0.25g/10分钟以上、0.3g/10分钟以上、0.35g/10分钟以上、0.38g/10分钟以上、0.4g/10分钟以上、0.45g/10分钟以上、0.50g/10分钟以上、0.55g/10分钟以上、0.60g/10分钟以上、0.65g/10分钟以上或0.70g/10分钟以上。
通过使微多孔层(X)中包含的聚烯烃(A)的分子量高,从而存在微多孔层(X)的MFR成为0.9g/10分钟以下的倾向。通过使聚烯烃的分子量高,从而将结晶质彼此键合的系带分子(tie molecule)变多,因此,存在能够得到高强度的微多孔层的倾向。在一个方式中,从得到高强度且薄膜的蓄电设备用分隔件的观点出发,聚烯烃(A)的用Mw/Mn表示的分子量分布为7以下且MFR为0.9g/10分钟以下、尤其为0.6g/10分钟以下是有利的。在一个方式中,通过使微多孔层(X)的MFR为0.15g/10分钟以上,从而微多孔层(X)的熔融张力不会过高,更容易得到高强度、高输出且薄膜的分隔件。
在聚烯烃(A)包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,从得到高强度的分隔件的观点出发,在载荷2.16kg、温度230℃下进行测定时的聚丙烯的MFR的上限值优选为0.9g/10分钟以下、0.85g/10分钟以下、0.8g/10分钟以下、0.7g/10分钟以下、0.65g/10分钟以下、0.6g/10分钟以下、0.55g/10分钟以下或0.5g/10分钟以下。从微多孔层(X)的成形性等观点出发,聚丙烯的MFR的下限值优选为0.2g/10分钟以上、0.25g/10分钟以上、0.3g/10分钟以上、0.35g/10分钟以上、0.4g/10分钟以上、0.45g/10分钟以上或0.5g/10分钟以上。
〈微多孔层(X)的分子量〉
从微多孔层(X)的强度的观点和微多孔层(X)的MFR的观点出发,微多孔层(X)的重均分子量(Mw)的下限优选为500,000以上、更优选为700,000以上。从增大微多孔层(X)的孔径而抑制孔眼堵塞从而得到高输出的观点出发,微多孔层(X)的Mw的上限优选为1,500,000以下、更优选为1,100,000以下。
从微多孔层(X)的强度的观点、将微多孔层(X)的熔融张力控制得较低而减薄的观点、以及增大微多孔层(X)的孔径而抑制孔眼堵塞从而得到高输出的观点出发,微多孔层(X)的Mw除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)的上限优选为6以下、5.5以下或5以下。从微多孔层(X)的稳定性的观点出发,微多孔层(X)的Mw/Mn的下限优选为1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。
〈五元组分数〉
在聚烯烃(A)包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,本实施方式中,从得到透气度低的微多孔层(X)的观点出发,利用13C-NMR(核磁共振法)而测得的聚丙烯的五元组分数的下限值优选为94.0%以上、95.0%以上、96.0%以上、96.5%以上、97.0%以上、97.5%以上、98.0%以上、98.5%以上或99.0%以上。聚丙烯的五元组分数的上限值例如可以为99.9%以下、99.8%以下或99.5%以下。
若聚丙烯的五元组分数为94.0%以上,则聚丙烯的结晶性变高。通过拉伸开孔法、尤其是干式法而得到的分隔件因存在于多个结晶质部分之间的非晶质部分被拉伸而开孔,因此,若聚丙烯的结晶性高,则开孔性变得良好,能够增大孔隙率以及基于扫描型电子显微镜(SEM)的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中的微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径,能够抑制孔眼堵塞且将透气度控制得较低,故而优选。在使用高分子量的聚丙烯的情况下,强度变高,但因分子链彼此的缠绕变大而导致开孔性变差,其结果,难以得到低透气度。可以认为这是难以在干式法中使用高分子量的聚丙烯的主要原因之一。与此相对,通过使用五元组分数高的聚丙烯那样的、结构被控制得非常良好的聚丙烯,从而即便使用高分子量的聚丙烯也能够得到高开孔性。更优选的是:通过使用这种结构受到控制的聚丙烯,且对制造工艺赋予受控的制造条件,从而即便使用高分子量的聚丙烯,也能够得到更高的开孔性。
〈微多孔层(X)的平均长孔直径和最大长孔直径〉
本实施方式的蓄电设备用分隔件中,在利用扫描型电子显微镜(SEM)进行MD-TD表面观察的情况下,微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径优选为100nm以上和/或优选为400nm以下。本申请中,机械方向(MD)表示微多孔层的成膜方向,宽度方向(TD)表示微多孔层的与该成膜方向垂直的方向,法线方向(ND)表示微多孔层的厚度方向(即,与MD和TD垂直的方向)。如果是卷,则具有微多孔层的分隔件的MD为长度方向。将该MD-TD表面中存在的孔的平均长孔直径设为该范围时,存在有助于抑制锂离子二次电池等蓄电设备内的孔眼堵塞和调整分隔件的透气度的倾向。
在基于SEM的MD-TD表面观察中,从抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点出发,微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的下限优选为100nm以上、更优选为130nm以上、进一步优选为140nm以上。在基于SEM的MD-TD表面观察中,从抑制蓄电设备内的短路的观点出发,微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的上限优选为400nm以下、更优选为350nm以下、进一步优选为300nm以下。
在基于SEM的ND-MD截面观察中,从抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点出发,微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的下限优选为100nm以上、更优选为130nm以上、进一步优选为140nm以上。在基于SEM的ND-MD截面观察中,从抑制蓄电设备内的短路的观点出发,微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的上限优选为400nm以下、更优选为350nm以下、进一步优选为300nm以下。
在基于SEM的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,从抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点出发,微多孔层(X)中存在的孔的最大长孔直径的下限优选为100nm以上、更优选为150nm以上、更优选为200nm以上、更优选为220nm以上、进一步优选为230nm以上。在基于SEM的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,从抑制蓄电设备内的短路的观点出发,微多孔层(X)中存在的孔的最大长孔直径的上限优选为400nm以下、更优选为375nm以下、进一步优选为360nm以下、特别优选为350nm以下。
需要说明的是,在本申请中,平均长孔直径是指:在基于SEM的微多孔层的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,根据微多孔层中存在的各孔的面积而算出的长径的面积平均值。最大长孔直径是指:在基于SEM的微多孔层的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,微多孔层中存在的各孔的长径之中最大的直径。平均长孔直径和最大长孔直径可通过进行分隔件的MD-TD表面(求出MD-TD表面中存在的孔的平均长孔直径的情况)或ND-MD截面(求出ND-MD截面中存在的孔的平均长孔直径的情况)的SEM(扫描型电子显微镜)观察,并根据所得SEM图像的4μm×4μm范围的图像分析来进行测定。在实施例中示出详细条件。
在基于SEM的微多孔层的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,若微多孔层的平均长孔直径和最大长孔直径变大,则分隔件的透气度降低、蓄电设备内的孔眼堵塞减少,因而,可期待锂离子电池等蓄电设备的寿命提高。另外,若微多孔层(X)的平均长孔直径和最大长孔直径过大,则存在如下担心:包含微多孔层(X)的分隔件的强度和绝缘性降低,蓄电设备的安全性降低。
〈微多孔层(X)的MFR和平均长孔直径的兼顾〉
在本实施方式的蓄电设备用分隔件中,优选的是:微多孔层(X)的MFR为0.90g/10分钟以下,并且,在表面或截面SEM观察的情况下,MD-TD表面或ND-MD截面处的平均长孔直径为100nm以上。以往,在具有多层结构的分隔件、尤其是通过干式法而得到的多层分隔件中,由于在制造时不使用增塑剂,因此,非常难以使MFR降低至0.90g/10分钟以下那样,且非常难以使MD-TD表面或ND-MD截面处的平均长孔直径增大至100nm以上。在MFR低至0.90g/10分钟以下、即聚烯烃的分子量高的情况下,存在在拉伸开孔时难以开孔、即便开孔其平均长孔直径也变小的倾向。另外,在如上述那样地将透气度调整至200秒/100cm3左右的现有技术中,若分隔件的平均长孔直径小,则存在难以抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的倾向。进而,多层结构的分隔件需要极度减薄各层的膜厚。例如,如果是厚度为18μm的三层结构的分隔件,则在将各层的厚度比设为1:1:1的情况下,需要将各层的厚度设为6μm。在这种薄膜状态下,更难以既使用高分子量的聚烯烃又实现大孔径。在本实施方式中,不限定于此,但通过应用在后述《蓄电设备用分隔件的制造方法》一项中例示那样的受到精密控制的成膜和拉伸条件,和/或,将五元组分数受到控制的聚丙烯用作聚烯烃,从而在以低MFR(即高分子量)的聚烯烃作为主成分的微多孔层(X)中,也能够将基于SEM的微多孔层(X)的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中的平均长孔直径控制至上述范围。
〈微多孔层(X)的孔隙率〉
从抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点和控制分隔件的透气度的观点出发,本实施方式所述的微多孔层(X)的孔隙率的下限优选为20%以上、更优选为25%以上、进一步优选为30%以上、更进一步优选为35%以上、特别优选为40%以上。从保持分隔件的强度的观点出发,微多孔层(X)的孔隙率的上限优选为70%以下、更优选为65%以下、进一步优选为60%以下、特别优选为55%以下。孔隙率利用实施例中记载的方法进行测定。
〈微多孔层(X)的厚度〉
从蓄电设备的高能量密度化等观点出发,本实施方式所述的微多孔层(X)的厚度的上限值优选为10μm以下、8μm以下、7μm以下、6μm以下、5μm以下、4.5μm以下或4μm以下。从强度等观点出发,微多孔层(X)的厚度的下限值优选为1μm以上、2μm以上、3μm以上或3.5m以上。
〈添加剂〉
在本实施方式中,以聚烯烃(A)作为主成分的微多孔层(X)除了含有聚烯烃(A)之外,还可根据需要进一步含有弹性体、流动改性材料(例如氟系流动改性材料)、蜡类、结晶成核剂、抗氧化剂、脂肪族羧酸金属盐等金属皂类、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、防雾剂、着色颜料、填料等添加剂。
〈微多孔层(Y)〉
本实施方式的蓄电设备用分隔件可以具有以聚烯烃(B)作为主成分的微多孔层(Y)。此处,本实施方式的蓄电设备用分隔件可以仅具有一个微多孔层(Y),也可以具有两层以上。本实施方式中的以聚烯烃(B)作为主成分是指:以该微多孔层(Y)的总质量作为基准,包含50质量%以上的聚烯烃(B)。从分隔件相对于电解液的润湿性、薄膜化和关闭特性等观点出发,微多孔层(Y)中的聚烯烃(B)的含量下限优选为55质量%以上、60质量%以上、70质量%以上、80质量%以上、90质量%以上或95质量%以上。微多孔层(Y)中的聚烯烃(B)的含量上限例如可以为60质量%以下、70质量%以下、80质量%以下、90质量%以下、95质量%以下、98质量%以下或99质量%以下,也可以为100质量%。
〈聚烯烃(B)〉
本实施方式中的聚烯烃(B)是包含具有碳-碳双键的单体作为重复单元,且分子结构(更具体为化学组成、分子量和晶体结构中的至少一者)与本实施方式的聚烯烃(A)不同的聚合物。作为构成聚烯烃(B)的单体,没有限定,可列举出具有碳-碳双键的碳原子数为1以上且10以下的单体,例如乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯等。聚烯烃(B)例如为均聚物、共聚物或多段聚合聚合物等,优选为均聚物。
作为聚烯烃(B),具体而言,从关闭特性等观点出发,优选为聚乙烯、聚丙烯、乙烯与丙烯的共聚物、以及它们的混合物。聚烯烃(B)更优选包含聚乙烯或者为聚乙烯。
在使用聚乙烯作为聚烯烃(B)的情况下,从良好的开孔性和抑制孔眼堵塞的观点出发,在载荷2.16kg、温度190℃下测得的聚乙烯的MFR的下限优选为0.1g/10分钟以上、更优选为0.15g/10分钟以上、进一步优选为0.18g/10分钟以上、特别优选为0.2g/10分钟以上。从分隔件的强度的观点出发,聚乙烯的MFR的上限优选为2.0g/10分钟以下、更优选为1.0g/10分钟以下、进一步优选为0.8g/10分钟以下、特别优选为0.5g/10分钟以下。
〈微多孔层(Y)的平均长孔直径〉
本实施方式中,在利用SEM进行ND-MD截面观察的情况下,从分隔件的低透气度和抑制孔眼堵塞的观点出发,微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径的下限优选为100nm以上、更优选为150nm以上、进一步优选为200nm以上。从抑制锂离子电池等蓄电设备内的短路的观点出发,在基于SEM的ND-MD截面观察中,微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径的上限优选为2000nm以下、更优选为1000nm以下。
在基于SEM的ND-MD截面观察中,微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径优选大于微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径。在该情况下,能够更有效地抑制孔眼堵塞。需要说明的是,针对ND-MD截面观察中的平均长孔直径,将微多孔层(X)与微多孔层(Y)加以对比时,在微多孔层(X)存在两层以上的情况和微多孔层(Y)存在两层以上的情况下,可分别将该两层以上的各层的平均长孔直径用该各层的层厚进行算术平均而得到的值规定为微多孔层(X)的平均长孔直径或微多孔层(Y)的平均长孔直径。由此,可针对微多孔层(X)和微多孔层(Y),对其ND-MD截面观察中的平均长孔直径适当加以对比。
在一个优选方式所述的蓄电设备用分隔件中,
蓄电设备用分隔件具有微多孔层(X)和微多孔层(Y),
该微多孔层(X)在载荷2.16kg和温度230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.9g/10分钟以下,
在基于扫描型电子显微镜(SEM)的微多孔层(X)和微多孔层(Y)的ND-MD截面观察中,
微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径为100nm以上且400nm以下,并且
微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径大于微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径。如上所述那样,在使用高分子量的聚烯烃作为微多孔层的构成材料的情况下,因缺乏成膜性和拉伸时的开孔性而导致微多孔层的孔径变小。在将这种微多孔层用作锂离子二次电池等蓄电设备的分隔件的情况下,容易因堆积物而发生孔眼堵塞。在多层结构的分隔件中,从电池特性的观点出发,分隔件总厚度受到限制,因此期望减薄各层。但是,在多层结构中的总厚度和各层的厚度的制约下,存在如下倾向:使用高分子量的聚烯烃而形成的微多孔层的孔径变得更小,由堆积物导致的孔眼堵塞变得显著。从高强度且能够抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点出发,具有上述构成的蓄电设备用分隔件是特别有利的。
〈微多孔层(X)与微多孔层(Y)的平均长孔直径的比率〉
本实施方式中,在利用SEM进行微多孔层(X)和微多孔层(Y)的ND-MD截面观察的情况下,优选优选微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径大于微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径,更优选为微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的1.2倍以上且10倍以下。即,微多孔层(Y)的ND-MD截面中存在的孔的平均长孔直径相对于微多孔层(X)的ND-MD截面中存在的孔的平均长孔直径大某个特定范围是有利的。在基于SEM的ND-MD截面观察中,通过使分隔件具备具有下述平均长孔直径的微多孔层(Y),所述平均长孔直径大于微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径,尤其为微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的1.2倍以上,从而能够有效地抑制孔眼堵塞。从抑制蓄电设备内的短路的观点出发,在基于SEM的ND-MD截面观察中,微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径优选为微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的10倍以下。在基于SEM的ND-MD截面观察中,微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径相对于微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的比率更优选为1.4倍以上,更优选为8倍以下。
〈微多孔层(Y)的厚度〉
从蓄电设备的高能量密度化等观点出发,本实施方式所述的微多孔层(Y)的厚度的上限值优选为10μm以下、8μm以下、7μm以下、6μm以下、5μm以下、4.5μm以下或4μm以下。从强度等观点出发,微多孔层(Y)的厚度的下限值优选为1μm以上、2μm以上、3μm以上或3.5μm以上。
〈多层结构〉
蓄电设备用分隔件可以为单层或多层。在一个方式中,蓄电设备用分隔件可以是以上述说明的聚烯烃(A)作为主成分的微多孔层(X)的单层或多层,也可以具有使一层或两层以上的该微多孔层(X)与一层或两层以上的以聚烯烃(B)作为主成分的微多孔层(Y)层叠而得到的多层结构。在一个方式中,以聚烯烃(B)作为主成分的进一步的微多孔层(Y)可以是具有针对微多孔层(X)而在上述说明的特性(例如特定的熔体流动速率(MFR)和分子量分布(Mw/Mn)等中的一者以上)的聚乙烯微多孔层,在一个方式中,以聚烯烃(B)作为主成分的进一步的微多孔层(Y)也可以是不具有这些特性的聚乙烯微多孔层。另外,微多孔层(Y)还可以是聚丙烯微多孔层。聚乙烯具有适合于熔融关闭的熔点,因此,出于关闭特性的观点,微多孔层(Y)优选以聚乙烯作为主成分。
多层结构是指:包含以本实施方式的聚烯烃(A)作为主成分的微多孔层(X)的、两层以上的结构。作为层构成,可优选列举出微多孔层(X)/微多孔层(Y)的两层结构、微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)的三层结构、微多孔层(Y)/微多孔层(X)/微多孔层(Y)的三层结构等。另外,蓄电设备用分隔件可以具有除微多孔层(X)和微多孔层(Y)之外的层。作为除微多孔层(X)和微多孔层(Y)之外的层,可列举出例如包含无机物的层或包含耐热树脂的层。
在一个方式中,优选为层叠有三层以上的微多孔层的多层结构。多层结构进一步优选具有至少两层的以本实施方式的聚烯烃(A)作为主成分的微多孔层(X)和至少一层的以聚烯烃(B)作为主成分的微多孔层(Y)。多层结构更进一步优选具有至少两层的以聚丙烯作为主成分的微多孔层(X)(PP微多孔层)和至少一层的以聚乙烯作为主成分的微多孔层(Y)(PE微多孔层)。
多层结构无论层叠成何种顺序均能够表现出本实施方式的优点,特别优选具有按照PP微多孔层/PE微多孔层/PP微多孔层的顺序进行层叠的三层结构。通过具有PP微多孔层/PE微多孔层/PP微多孔层的三层结构,从而能够具备由PE微多孔层实现的良好关闭特性,且利用PP微多孔层来维持良好的机械强度。该PP微多孔层优选为具有上述说明的特定熔体流动速率(MFR)等的微多孔层(X)。
〈分隔件的厚度〉
从蓄电设备的高能量密度化等观点出发,本实施方式所述的蓄电设备用分隔件的厚度的上限值优选为25μm以下、22μm以下、20μm以下、18μm以下、17μm以下、16.5μm以下、16μm以下、15.5μm以下、15μm以下、14.5μm以下、14μm以下或12μm以下。从强度等观点出发,本实施方式所述的蓄电设备用分隔件的厚度的下限值优选为6μm以上、7μm以上、8μm以上、9μm以上、10μm以上或11μm以上。
〈分隔件的孔隙率〉
从抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点和控制分隔件的透气度的观点出发,蓄电设备用分隔件的孔隙率的下限优选为20%以上、更优选为25%以上、进一步优选为30%以上、特别优选为35%以上。从保持分隔件的强度的观点出发,蓄电设备用分隔件的孔隙率的上限优选为70%以下、更优选为65%以下、进一步优选为60%以下、特别优选为55%以下。孔隙率可利用实施例中记载的方法进行测定。
〈分隔件的透气度(透气阻力)〉
在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的透气度的上限值优选为300秒/100cm3以下、290秒/100cm3以下、280秒/100cm3以下、270秒/100cm3以下、250秒/100cm3以下、180秒/100cm3以下、170秒/100cm3以下、160秒/100cm3以下、150秒/100cm3以下或140秒/100cm3以下。在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的透气度的下限值例如可以为50秒/100cm3以上、60秒/100cm3以上、70秒/100cm3以上、100秒/100cm3以上、110秒/100cm3以上或120秒/100cm3以上。
在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成16μm的情况下,蓄电设备用分隔件的透气度的上限值优选为250秒/100cm3以下、240秒/100cm3以下、230秒/100cm3以下、200秒/100cm3以下或180秒/100cm3以下。在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成16μm的情况下,蓄电设备用分隔件的透气度的下限值例如可以为50秒/100cm3以上、60秒/100cm3以上或70秒/100cm3以上。
〈穿刺强度〉
在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的穿刺强度的下限值优选为230gf以上、240gf以上、250gf以上、260gf以上、280gf以上、300gf以上、310gf以上、320gf以上、330gf以上、340gf以上、350gf以上或360gf以上。在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的穿刺强度的上限值优选为550gf以下、500gf以下或480gf以下。在特别优选的方式中,蓄电设备用分隔件的厚度为8μm以上且18μm以下,并且,上述穿刺强度为230gf以上。
在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成16μm的情况下,蓄电设备用分隔件的穿刺强度的下限值优选为230gf以上、240gf以上、250gf以上、260gf以上、280gf以上、300gf以上或320gf以上。在将蓄电设备用分隔件的厚度换算成16μm的情况下,蓄电设备用分隔件的穿刺强度的上限值优选为550gf以下、500gf以下或480gf以下。
〈厚度、透气度和穿刺强度的平衡〉
本实施方式的蓄电设备用分隔件通过如上述说明那样地使用以具有特定的熔融张力和熔体流动速率(MFR)的聚烯烃作为主成分的微多孔层,从而能够得到既为薄膜,透气度又低且高强度的蓄电设备用分隔件。例如,进一步优选的是:本实施方式的蓄电设备用分隔件包含微多孔层的多层结构,多层结构的厚度为18μm以下,将该多层结构的厚度换算成14μm时的透气度为300秒/100cm3以下,且将厚度换算成14μm时的穿刺强度为300gf以上。更进一步优选的是:多层结构的厚度为18μm以下,多层结构中包含的本实施方式的微多孔层的厚度(以单层计的厚度)为6μm以下,将该多层结构的厚度换算成14μm时的透气度为300秒/100cm3以下,且穿刺强度为300gf以上。
〈分隔件的拉伸试验特性〉
本实施方式所述的蓄电设备用分隔件的拉伸试验中,机械方向的拉伸强度(SMD)与宽度方向的拉伸强度(STD)之比(SMD/STD)优选满足下述关系。
SMD/STD>5
SMD/STD超过5的分隔件可用作高强度分隔件。作为高强度分隔件,更优选为SMD/STD≥7,进一步优选为SMD/STD≥10,更进一步优选为SMD/STD≥12,特别优选为SMD/STD≥14。SMD/STD的上限没有限定,从分隔件的制造容易性的观点出发,例如可以为SMD/STD≤20。需要说明的是,分隔件的拉伸试验通过实施例的项目中记载的方法来进行。
〈热收缩率〉
关于本实施方式的蓄电设备用分隔件,优选的是:在105℃下热处理1小时后的热收缩率在TD上为1%以下、在MD上为4%以下;并且,在120℃下热处理1小时后的热收缩率在TD上为1%以下、在MD上为10%以下。105℃热处理后的热收缩率是在使用蓄电设备时、尤其是置于严苛的高温环境的情况或者异常放热状态等情况下的蓄电设备用分隔件的尺寸稳定性的指标。120℃热处理后的热收缩率是在使用蓄电设备时、尤其是在蓄电设备为异常状态的条件下的蓄电设备用分隔件的尺寸稳定性的指标。本实施方式的蓄电设备用分隔件通过将在105℃下热处理1小时后以及在120℃下热处理1小时后的TD和MD的热收缩率控制在特定范围内,从而能够确保电池等蓄电设备内部的高温时的尺寸稳定性,能够抑制蓄电设备的异常状态,确保良好的设备特性。本申请的热收缩率的测定方法的详情在实施例中进行说明。
从蓄电设备内部的尺寸稳定性的观点出发,在一个方式中,在105℃下热处理1小时后的TD的热收缩率为1%以下,优选为0.9%以下、更优选为0.8%以下。TD的该热收缩率低是理想的,从蓄电设备用分隔件的制造容易性的观点出发,例如可以为-1%以上、-0.5%以上或0%以上。另外,从蓄电设备内部的尺寸稳定性的观点出发,在一个方式中,在105℃下热处理1小时后的MD的热收缩率为4%以下,优选为3.8%以下、更优选为3.5%以下、进一步优选为3.2%以下、特别优选为3%以下、最优选为2.7%以下。MD的该热收缩率低是理想的,从蓄电设备用分隔件的制造容易性的观点出发,例如可以为0%以上、0.5%以上或1%以上。
从蓄电设备内部的尺寸稳定性的观点出发,在一个方式中,在120℃下热处理1小时后的TD的热收缩率为1%以下,优选为0.9%以下、更优选为0.8%以下。TD的该热收缩率低是理想的,从蓄电设备用分隔件的制造容易性的观点出发,例如可以为-1%以上、-0.5%以上或0%以上。另外,从蓄电设备内部的尺寸稳定性的观点出发,在一个方式中,在120℃下热处理1小时后的MD的热收缩率为10%以下,优选为9.0%以下、更优选为8.5%以下、进一步优选为8.0%以下、特别优选为7.5%以下、最优选为7.0%以下。MD的该热收缩率低是理想的,从蓄电设备用分隔件的制造容易性的观点出发,例如可以为0%以上、0.5%以上或1%以上。
〈透气度、穿刺强度和热收缩率的平衡〉
本实施方式的蓄电设备用分隔件使用以具有特定的熔体流动速率(MFR)的聚烯烃(A)作为主成分的微多孔层(X),透气度低、强度高且热收缩率低。一般来说,MFR低、即分子量高的聚烯烃的聚合物彼此的缠绕大,因此,使用其得到的分隔件的开孔性不充分,其结果,难以将透气度控制得较低。因此,在以往的分隔件中,无法使用分子量充分高的聚烯烃,存在穿刺强度不充分的倾向,或者,在使用高分子量的聚烯烃的情况下,开孔性变得不充分,难以实现低透气度、大孔径。像这样,以往低透气度与高强度(尤其是高穿刺强度)呈现相反的关系。进而,在以往的干式分隔件中,存在MD的热收缩率高的倾向,非常难以获得兼顾高强度、低透气度和低热收缩率这三项的分隔件。本实施方式的蓄电设备用分隔件通过在微多孔层(X)中使用特定的聚烯烃(A),从而能够兼具低透气度、高穿刺强度和低热收缩率。这种蓄电设备用分隔件不限定于此,可通过例如应用在后述《蓄电设备用分隔件的制造方法》一项中例示那样的精密受控的成膜和拉伸条件,和/或,将五元组分数受控的聚丙烯用作聚烯烃(A)来制造。
(2)第二方式
〈微多孔层〉
第二方式所述的蓄电设备用分隔件具备包含聚烯烃的微多孔层。微多孔层优选以聚烯烃作为主成分。本实施方式中,微多孔层可以以单层的形式使用,也可以层叠两层以上而以多层的形式使用。以聚烯烃作为主成分的微多孔层是指:以该微多孔层的总质量作为基准,包含50质量%以上的聚烯烃的膜。从膜相对于电解液的润湿性、薄膜化和关闭特性等观点出发,微多孔层中的聚烯烃的含量下限优选为55质量%以上、60质量%以上、70质量%以上、80质量%以上、90质量%以上或95质量%以上。微多孔层中的聚烯烃的含量上限例如可以为60质量%以下、70质量%以下、80质量%以下、90质量%以下、95质量%以下、98质量%以下或99质量%以下,也可以为100质量%。
〈聚烯烃〉
聚烯烃是包含具有碳-碳双键的单体作为重复单元的聚合物。作为构成聚烯烃的单体,没有限定,可举出具有碳-碳双键的碳原子数为1以上且10以下的单体,例如乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯等。聚烯烃例如为均聚物、共聚物或多段聚合聚合物等,优选为均聚物。
作为聚烯烃,具体而言,从关闭特性等观点出发,优选为聚乙烯、聚丙烯、乙烯与丙烯的共聚物、以及它们的混合物。聚烯烃更优选包含聚丙烯或者为聚丙烯。
本实施方式的聚烯烃优选以聚丙烯作为主成分。此处,聚烯烃以聚丙烯作为主成分是指:以聚烯烃的总质量作为基准,包含50质量%以上的聚丙烯。从得到良好的关闭特性等的观点出发,聚烯烃中的聚丙烯的含量下限优选为55质量%以上、60质量%以上、70质量%以上、80质量%以上、90质量%以上或95质量%以上。聚烯烃中的聚丙烯的含量上限可以为100质量%,也可以为99质量%以下或98质量%以下。
作为聚丙烯的立构规整性,没有限定,可列举出例如无规立构、全同立构或间同立构等。聚丙烯优选为全同立构或间同立构的高结晶性均聚物。
聚丙烯优选为均聚物,可以是将除丙烯之外的少量共聚单体、例如α-烯烃共聚单体进行共聚而得到的共聚物,例如嵌段聚合物。在聚丙烯中以重复单元的形式包含的丙烯结构的量例如可以为70摩尔%以上、80摩尔%以上、90摩尔%以上、95摩尔%以上或99摩尔%以上。聚丙烯中包含的源自除丙烯结构之外的共聚单体的重复单元的量例如可以为30摩尔%以下、20摩尔%以下、10摩尔%以下、5摩尔%以下或1摩尔%以下。聚丙烯可以单独使用1种,或者混合使用2种以上。
从微多孔层的强度等观点出发,聚烯烃的重均分子量(Mw)优选为100,000以上、更优选为200,000以上、进一步优选为300,000以上、进一步优选为500,000以上、特别优选为550,000以上,且优选为2,000,000以下、更优选为1,500,000以下。
将聚烯烃的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)的上限值优选为7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。通过使Mw/Mn所示的分子量分布小,从而分子彼此的缠绕变少,因而,熔融张力变小,能够得到薄膜化的效果。另外,聚烯烃的Mw/Mn优选为1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。通过使Mw/Mn为1以上,从而维持适度的分子缠绕,存在成膜时的稳定性变得良好的倾向。
在聚烯烃包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,从微多孔层的强度等观点出发,聚丙烯的重均分子量(Mw)优选为100,000以上、更优选为200,000以上、进一步优选为300,000以上、进一步优选为500,000以上、特别优选为550,000以上,且优选为2,000,000以下、更优选为1,500,000以下。
将聚丙烯的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)的上限值优选为7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。通过使Mw/Mn所示的分子量分布小,从而分子彼此的缠绕变少,因而,具有熔融张力变小、能够薄膜化的效果。另外,Mw/Mn优选为1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。通过使Mw/Mn为1以上,从而维持适度的分子缠绕,存在成膜时的稳定性变得良好的倾向。
需要说明的是,本实施方式的聚烯烃的重均分子量、数均分子量、Mw/Mn是通过GPC(凝胶渗透色谱)测定而得到的聚苯乙烯换算的分子量。
聚烯烃的密度优选为0.85g/cm3以上、0.88g/cm3以上、0.89g/cm3以上或0.90g/cm3以上。聚烯烃的密度优选为1.1g/cm3以下、1.0g/cm3以下、0.98g/cm3以下、0.97g/cm3以下、0.96g/cm3以下、0.95g/cm3以下、0.94g/cm3以下、0.93g/cm3以下或0.92g/cm3以下。聚烯烃的密度与聚烯烃的结晶性有关,如果聚烯烃的密度为0.85g/cm3以上,则微多孔层的生产率提高,尤其在以干式的形式对树脂坯料进行多孔化的方法(以下称为干式法)中是有利的。
〈微多孔层的熔融张力〉
从微多孔层的成形性的观点出发,在230℃的温度下进行测定时的微多孔层的熔融张力(单层的熔融张力)的上限值优选为30mN以下、更优选为25mN以下。从微多孔层的强度等观点出发,微多孔层的熔融张力(单层的熔融张力)的下限值优选为10mN以上、15mN以上或20mN以上。
〈熔体流动速率(MFR)〉
从得到强度更高且安全性高的微多孔层的观点出发,在一个方式中,将本实施方式的微多孔层或构成其的聚烯烃在载荷2.16kg、温度230℃下进行测定时的熔体流动速率(MFR)(即,单层的MFR)为0.7g/10分钟以下,例如可以为0.6g/10分钟以下、0.55g/10分钟以下或0.5g/10分钟以下。从微多孔层的熔融张力不会过高、安全性高且薄膜的微多孔层的成形性良好的观点出发,微多孔层或构成其的聚烯烃的MFR(单层的MFR)的下限值例如可以为0.15g/10分钟以上、0.2g/10分钟以上、0.25g/10分钟以上、0.3g/10分钟以上、0.35g/10分钟以上或0.4g/10分钟以上。
需要说明的是,在分隔件由多个微多孔层形成的情况下,通过将粘合带粘贴于分隔件端部并进行拉伸,从而也能够容易地剥离回收各微多孔层,并测定熔融张力等物性。
微多孔层或构成其的聚烯烃的MFR为0.7g/10分钟以下、尤其是0.6g/10分钟以下是指微多孔层中包含的聚烯烃的分子量高。通过使聚烯烃的分子量高,从而将结晶质彼此键合的系带分子变多,因此,存在能够得到高强度的微多孔层的倾向。另外,因分子量高而熔融时的粘度变高,熔断短路试验时的短路温度变高,电池的高温安全性变高。在一个方式中,在Mw/Mn所示的分子量分布为7以下且MFR为0.7g/10分钟以下、尤其是0.6g/10分钟以下的情况下,在能够得到高安全性且薄膜的蓄电设备用分隔件的方面特别有利。
在聚烯烃包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,从得到高安全性且高强度的微多孔层的观点出发,在载荷2.16kg、温度230℃下进行测定时的聚丙烯的MFR优选为0.2g/10分钟以上且0.7g/10分钟以下。从得到更高强度的微多孔层的观点出发,聚丙烯的MFR的上限值例如可以为0.6g/10分钟以下、0.55g/10分钟以下、0.5g/10分钟以下、0.45g/10分钟以下、0.4g/10分钟以下或0.35g/10分钟以下。从微多孔层的成形性等观点出发,聚丙烯的MFR的下限值例如可以为0.25g/10分钟以上、0.3g/10分钟以上、0.35g/10分钟以上、0.4g/10分钟以上、0.45g/10分钟以上或0.5g/10分钟以上。
〈五元组分数〉
在聚烯烃包含聚丙烯或者为聚丙烯的情况下,本实施方式中,从得到低透气度的微多孔层的观点出发,利用13C-NMR(核磁共振法)而测得的聚丙烯的五元组分数的下限值可优选为95.0%以上、96.0%以上、96.5%以上、97.0%以上、97.5%以上、98.0%以上、98.5%以上或99.0%以上。聚丙烯的五元组分数的上限值例如可以为99.9%以下、99.8%以下或99.5%以下。
若聚丙烯的五元组分数为95.0%以上,则聚丙烯的结晶性变高。通过拉伸开孔法、尤其是干式法而得到的微多孔层因存在于多个结晶质部分之间的非晶质部分被拉伸而开孔,因此,若聚丙烯的结晶性高,则能够将透气度控制得较低,故而优选。
〈添加剂〉
本实施方式中,包含聚烯烃的(优选作为主成分的)微多孔层除了包含聚烯烃之外,也可以根据需要以单独1种或2种以上的组合来包含弹性体、氟系流动改性材料、蜡类、结晶成核剂、抗氧化剂、脂肪族羧酸金属盐等金属皂类、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、防雾剂、着色颜料等添加剂。
〈弹性体〉
作为弹性体,可列举出热塑性弹性体、例如乙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/苯乙烯共聚物、丙烯/α-烯烃共聚物、1-丁烯/α-烯烃共聚物、苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物(SBS)及其氢化聚合物(SEBS)、苯乙烯与异戊二烯的嵌段共聚物(SIS)及其氢化聚合物(SEPS)等。作为α-烯烃,可列举出例如丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃。还可列举出使乙烯与α-烯烃共聚而得到的高分子量体、如直链状低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯等那样在聚合时发生链转移而使长链分枝进行共聚而得到的高分子量体等。这些热塑性弹性体可以单独使用,也可以混合使用2种以上。
〈熔断温度和短路温度〉
在一个方式中,蓄电设备用分隔件的通过本申请的熔断短路试验而测得的短路温度(在本申请中有时也简称为短路温度)被控制为特定范围,在优选方式中,进而蓄电设备用分隔件的通过本申请的熔断短路试验而测得的熔断温度(在本申请中有时也简称为熔断温度)被控制为特定范围。
本申请的熔断短路试验如下那样地进行。在埋设有热电偶的陶瓷板上配置分隔件样品,边利用液压加压机来施加1.5MPa的表面压力,边将加热器升温,使用与正极和负极的集电体部分连接的交流电阻测定装置,连续地测定温度和电阻值。需要说明的是,关于温度,以15℃/分钟的速度从室温(在一个方式中为23℃)升温至220℃,阻抗(电阻值)利用1kHz的交流来进行测定。根据这种熔断短路试验,通过使用正极和负极,进一步施加表面压力,从而能够反映出蓄电设备内的熔断短路行为。将所得阻抗(Ω)乘以有效正极面积而算出的值作为正极单位面积换算的阻抗(Ω·cm2)。将正极单位面积换算的阻抗达到100Ω·cm2的时刻的温度作为熔断温度(℃),将在阻抗从增加转为减少(这意味着分隔件达到孔闭塞状态)后,正极单位面积换算的阻抗再次低于100Ω·cm2的时刻的温度作为短路温度(℃)。
短路温度相当于因使用蓄电设备时的异常高温而发生短路的温度。将蓄电设备用分隔件的短路温度控制为规定以上在防止蓄电设备的异常高温下的短路方面是有利的。从上述观点出发,在一个方式中,短路温度的下限为200℃以上,优选为201℃以上、202℃以上、203℃以上或204℃以上。从分隔件的制造容易性的观点出发,短路温度的上限例如可以为250℃以下、245℃以下、230℃以下或225℃以下。
熔断温度相当于因使用蓄电设备时的异常高温而导致分隔件发生变质(例如熔融)、从而阻断电极间电流的温度。将蓄电设备用分隔件的熔断温度控制为规定以下对于在蓄电设备的异常高温下使熔断良好地发挥功能而实现高安全性的方面是有利的。从上述观点出发,熔断温度的上限优选为150℃以下、145℃以下、140℃以下或135℃以下。从分隔件的良好强度的观点出发,熔断温度的下限优选为105℃以上、110℃以上、115℃以上或120℃以上。
〈取向比例(广角X射线散射)〉
通过广角X射线散射对本实施方式中的微多孔层进行测定时的、机械方向(MD)的取向比例相对于宽度方向(TD)的取向比例之比MD/TD以(110)结晶峰面积比(MD/TD)的形式来获得。上述比值(MD/TD)的下限值优选为1.3以上、2以上、2.5以上、3以上、3.5以上、4以上、4.5以上或5以上。取向比例之比(MD/TD)的上限值例如可以为12以下、10以下、8以下、6以下、5.5以下、5以下、4.5以下或4以下。需要说明的是,在本申请中,“机械方向”和“MD”是指微多孔层连续成形中的机械方向,“宽度方向”和“TD”是指将MD以90°的角度进行横切的方向。
基于广角X射线散射的微多孔层的(110)结晶峰面积比(MD/TD)为1.3以上意味着构成微多孔层的聚合物分子链在MD上强有力地取向。在通过对微多孔层施加强MD拉伸的方法、尤其是MD拉伸的干式法来制造微多孔层的情况下,存在取向比例之比(MD/TD)为1.3以上的倾向。本实施方式的微多孔层的高强度且能够薄膜化这一优点没有限定,在通过MD拉伸的干式法来制造微多孔层的情况下是显著的,因此,基于广角X射线散射的微多孔层的取向比例之比(MD/TD)优选为1.3以上。
〈多层结构〉
本实施方式的蓄电设备用分隔件可以由单层或多层的微多孔层构成,只要具有至少一层包含本实施方式的聚烯烃的微多孔层即可。例如,多层结构可以是全部层包含聚烯烃,也可以包含不含聚烯烃的层。多层结构可以具有包含上述说明的本实施方式的聚烯烃的(优选作为主成分的)微多孔层单层、或者层叠有两层以上的该微多孔层的多层结构。例如,多层结构可以是使以聚丙烯作为主成分的微多孔层与以聚乙烯作为主成分的微多孔层进行层叠而得到的多层结构。该以聚乙烯作为主成分的微多孔层可以是具有针对包含聚烯烃的微多孔层而在上述说明的特性(例如特定的熔体流动速率(MFR)和分子量分布(Mw/Mn)等中的1种以上)的聚乙烯微多孔层,或者,也可以是不具有这些特性的聚乙烯微多孔层。聚乙烯具有适合于熔融关闭的熔点,因此,从关闭特性的观点出发,优选包含以聚乙烯作为主成分的进一步的微多孔层。
从关闭特性、良好的开孔性和抑制孔眼堵塞的观点出发,在载荷2.16kg、温度190℃下测得的聚乙烯的MFR优选为0.1g/10分钟以上、更优选为0.15g/10分钟以上、进一步优选为0.18g/10分钟以上、特别优选为0.2g/10分钟以上,从分隔件的强度的观点出发,优选为2.0g/10分钟以下、更优选为1.0g/10分钟以下、进一步优选为0.8g/10分钟以下、特别优选为0.7g/10分钟以下。
作为多层结构,优选为层叠有三层以上的微多孔层的多层结构。多层结构进一步优选具有以本实施方式的聚烯烃作为主成分且构成聚合物彼此相同的至少两层的微多孔层(A)、以及构成聚合物与微多孔层(A)不同且是不是以本实施方式的聚烯烃作为主成分均可的至少一层的微多孔层(B)。多层结构更进一步优选具有至少两层的以本实施方式的聚丙烯作为主成分的微多孔层(PP微多孔层)、以及至少一层的以聚乙烯作为主成分的进一步的微多孔层(PE微多孔层)。
多层结构无论层叠成何种顺序均能够表现出本实施方式的优点,特别优选为按照PP微多孔层/PE微多孔层/PP微多孔层的顺序进行层叠的三层结构。通过具有PP微多孔层/PE微多孔层/PP微多孔层的三层结构,从而能够具备由PE微多孔层实现的良好关闭特性,且利用PP微多孔层来维持良好的机械强度。该PP微多孔层是具有针对包含聚烯烃的微多孔层而在上述说明的特定的熔融张力和熔体流动速率(MFR)等的本实施方式中的微多孔层。另一方面,中间的PE微多孔层可以是具有上述说明的特定的熔融张力和熔体流动速率(MFR)等的聚乙烯微多孔层,也可以是不具有这些特性的聚乙烯微多孔层。
〈微多孔层的厚度〉
从蓄电设备的高能量密度化等观点出发,本实施方式的蓄电设备用分隔件中包含的、本实施方式的多层结构中的微多孔层的厚度(单层的厚度)的上限值优选为8μm以下、7.5μm以下、7μm以下、6.5μm以下、6μm以下、5.5μm以下或5μm以下。从强度等观点出发,本实施方式的微多孔层的厚度(单层的厚度)的下限值优选为1μm以上、2μm以上、3μm以上、3.5μm以上、4μm以上或4.5μm以上。
〈分隔件的厚度〉
从蓄电设备的高能量密度化等观点出发,可以是单层或多层的蓄电设备用分隔件整体的厚度上限值优选为18μm以下、17μm以下、16.5μm以下、16μm以下、15.5μm以下、15μm以下、14.5μm以下或14μm以下。从强度等观点出发,分隔件整体的厚度下限值优选为3μm以上、5μm以上、8μm以上、10μm以上、11μm以上、11.5μm以上、12μm以上、12.5μm以上或13μm以上。
〈分隔件的孔隙率〉
从抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点和得到分隔件的良好透气度的观点出发,蓄电设备用分隔件的孔隙率优选为20%以上、更优选为25%以上、进一步优选为30%以上、特别优选为35%以上,从保持分隔件的强度的观点出发,优选为70%以下、更优选为65%以下、进一步优选为60%以下、特别优选为55%以下。孔隙率利用实施例中记载的方法进行测定。
〈透气度(透气阻力)〉
在将分隔件的厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的透气度的上限值优选为300秒/100cm3以下、290秒/100cm3以下、280秒/100cm3以下、270秒/100cm3以下或260秒/100cm3以下。在将分隔件的厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的透气度的下限值例如可以为100秒/100cm3以上、110秒/100cm3以上或120秒/100cm3以上。
〈热收缩率〉
从蓄电设备在高温下的安全性的观点出发,将本实施方式的蓄电设备用分隔件在105℃下热处理1小时时的MD热收缩率的上限值为4%以下,优选为3.5%以下、3%以下或2.5%以下。若MD热收缩率大于4%,则在高温时分隔件在蓄电设备内部发生收缩,导致层叠电极体和卷绕电极体的变形或短路的风险变大。从蓄电设备用分隔件的制造容易性的观点出发,MD热收缩率的下限值例如可以为0%以上、0.5%以上或1%以上。
从蓄电设备在高温下的安全性的观点出发,将本实施方式的蓄电设备用分隔件在105℃下热处理1小时时的TD热收缩率的上限值为1%以下,优选为0.9%以下、更优选为0.8%以下。TD的该热收缩率低是理想的,从蓄电设备用分隔件的制造容易性的观点出发,例如可以为-1%以上、-0.5%以上或0%以上。
〈穿刺强度〉
在将厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的穿刺强度的下限值优选为300gf以上、310gf以上、320gf以上、330gf以上、340gf以上、350gf以上或360gf以上。在将厚度换算成14μm的情况下,蓄电设备用分隔件的穿刺强度的上限值优选为450gf以下、440gf以下或430gf以下。
〈厚度、透气度和穿刺强度的平衡〉
本实施方式的蓄电设备用分隔件中,使用包含具有特定熔体流动速率(MFR)的聚烯烃的微多孔层,尽管为薄膜,但仍然能够实现低透气度且高强度。例如,在本实施方式的蓄电设备用分隔件(尤其是包含微多孔层的多层结构的分隔件)中,进一步优选的是:厚度为18μm以下,将该分隔件的厚度换算成14μm时的透气度为300秒/100cm3以下,且穿刺强度为300gf以上。更进一步优选的是:多层结构的厚度为18μm以下,多层结构中包含的本实施方式的微多孔层的厚度(以单层计的厚度)为5μm以下,将该多层结构的厚度换算成14μm时的透气度为300秒/100cm3以下,且穿刺强度为300gf以上。
〈厚度、孔隙率和透气度的平衡〉
在一个方式中,本实施方式的蓄电设备用分隔件尽管为薄膜,但仍然能够实现高孔隙率且低透气度。在优选方式中,蓄电设备用分隔件的厚度为18μm以下,孔隙率为42%以上,且将厚度换算成14μm时的透气阻力为250秒/100cm3以下。
《蓄电设备用分隔件的制造方法》
作为包括第一方式和第二方式在内的本实施方式所述的微多孔层的制造方法,一般包括如下工序:将包含上述说明的聚烯烃的树脂组合物(以下称为聚烯烃系树脂组合物)进行熔融挤出而得到树脂薄膜的熔融挤出工序;以及任选的退火工序、拉伸工序和热松弛工序等。可以在拉伸工序之前、拉伸工序中或拉伸工序之后进行将树脂薄膜开孔而实现多孔化的孔形成。
在一个方式中,聚烯烃系树脂组合物为由微多孔层(X)的构成成分形成的组合物,在一个方式中,是由微多孔层(Y)的构成成分形成的组合物。聚烯烃系树脂组合物可根据微多孔层的制造方法或者根据目标的微多孔层的物性而任选含有除聚烯烃之外的树脂和添加剂等。作为添加剂,可列举出例如成孔材料、氟系流动改性材料、弹性体、蜡、结晶成核剂、抗氧化剂、脂肪族羧酸金属盐等金属皂类、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、防雾剂和着色颜料等。作为成孔材料,可列举出增塑剂、无机填充材料或它们的组合。
作为增塑剂,可列举出例如液体石蜡、链烷烃蜡等烃类;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。
作为无机填充材料,可列举出例如氧化铝、二氧化硅(硅氧化物)、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、二氧化铈、三氧化二钇、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、皂土、石棉、沸石、硅酸钙、硅酸镁、硅藻土、硅砂等陶瓷;玻璃纤维。
微多孔层的制造方法被大致分为在孔形成时不使用溶剂的干式法和在孔形成时使用溶剂的湿式法。作为上述熔融挤出的方法,可列举出基于T模法的方法、基于吹胀法的方法等。
作为干式法,可列举出:在将聚烯烃系树脂组合物进行熔融混炼而挤出后,通过热处理和拉伸而使聚烯烃结晶界面发生剥离的方法(即,干式片晶开孔工艺);在将聚烯烃系树脂组合物与无机填充材料进行熔融混炼而成形为薄膜状后,通过拉伸而使聚烯烃与无机填充材料的界面发生剥离的方法等。
作为湿式法,可列举出:将聚烯烃系树脂组合物与成孔材料进行熔融混炼而成形为薄膜状,并根据需要进行拉伸后,取出成孔材料的方法;在将聚烯烃系树脂组合物溶解后,使其浸渍于对于聚烯烃而言的不良溶剂而使聚烯烃发生凝固,同时去除溶剂的方法等。
在聚烯烃系树脂组合物的熔融混炼中,可以使用单螺杆挤出机和双螺杆挤出机,除了它们之外,也可以使用例如捏合机、LABOPLASTOMIL、混炼辊和班伯里密炼机等。
熔融混炼时的挤出机的温度优选为“比聚烯烃系树脂组合物的熔点高20℃的温度”以上且“比聚烯烃系树脂组合物的熔点高110℃的温度”以下。在温度为上述下限以上的情况下,所得聚烯烃系树脂薄膜的厚度变得均匀,不易在挤出时发生薄膜断裂的现象。另外,在温度为上述上限以下的情况下,聚烯烃系树脂组合物中包含的聚烯烃的取向性高,在该聚烯烃中良好地生成薄层结构,因此,所得蓄电设备用分隔件的透气度低,锂离子二次电池等蓄电设备变为低电阻。在聚烯烃系树脂薄膜具有使用互不相同的聚烯烃系树脂组合物而形成的多个层的情况下,上述熔点是指具有更低熔点的聚烯烃系树脂组合物的熔点。需要说明的是,在一个方式中,熔点以如下的峰顶温度的形式进行评价:使用DSC(差示扫描量热计)以10℃/分钟的升温速度进行升温时观测到的吸热峰之中峰高度最大的峰的峰顶温度。
将聚烯烃系树脂组合物从挤出机中挤出成薄膜状时的牵伸比优选为50以上、更优选为75以上、特别优选为100以上,且优选为400以下、更优选为350以下、特别优选为300以下。需要说明的是,牵伸比是指:T模或吹胀模的模唇的间隙除以从模唇中挤出的聚烯烃系树脂薄膜的厚度而得到的值。通过将牵伸比调整至上述所示的范围内,从而聚烯烃的分子取向变得良好,能够良好地生成薄层,能够将分隔件的透气度控制得较低。与此同时,薄膜的成膜稳定性不会降低,能够提高所得聚烯烃系树脂薄膜的厚度精度和宽度精度。
从模具中挤出的聚烯烃系树脂组合物可以利用空气进行冷却。在第一方式中,若利用空气对从模具中挤出的聚烯烃树脂进行充分冷却,则聚烯烃系树脂发生结晶化而生成薄层,因此,平均长孔直径、最大长孔直径大,孔隙率变高,能够得到具有低透气度的微多孔层的分隔件。作为空气的风量,相对于模具宽度500mm,优选为300L/分钟以上且1000L/分钟以下。若将风量设为上述下限以上,则从模具中挤出的聚烯烃系树脂组合物被空气充分冷却,因此,聚烯烃发生结晶化而生成薄层,存在微多孔层变为低透气度的倾向,故而优选。另外,从提高薄膜的成膜稳定性以及所得聚烯烃系树脂片的厚度精度和宽度精度的观点出发,优选将风量设为上述上限以下。作为空气的温度,从成膜稳定性、厚度精度和宽度精度的观点出发,优选为0℃以上且40℃以下。
另外,在第二方式中,通过利用空气对从模具中挤出的聚烯烃系树脂组合物进行充分冷却,从而聚烯烃发生结晶化而生成薄层,实现良好的透气度。从使透气度良好的观点出发,空气的风量优选为300L/分钟以上,从使薄膜的成膜稳定性和所得聚烯烃系树脂薄膜的厚度精度和宽度精度良好的观点出发,优选为600L/分钟以下。
作为包含本实施方式的微多孔层且具有层叠有多个微多孔层的多层结构的蓄电设备用分隔件的制造方法,不限定于它们,可列举出例如共挤出法和层压法。在共挤出法中,将各层的树脂组合物进行共挤出,层叠化成两层以上来制作坯料薄膜。可以使所得两层以上的坯料薄膜发生拉伸开孔来制作微多孔层。与分别制作单层的微多孔层相比,通过在制作层叠化成两层以上的薄膜的坯料后,再对其进行开孔来制作微多孔层时,容易获得高强度的微多孔层。在层压法中,通过在分别制作各层后再进行贴合,从而使各层相互密合。层压法从控制平均长孔直径、控制微多孔层(X)与微多孔层(Y)的孔径比和抑制蓄电设备内的孔眼堵塞的观点出发也是有利的。不期望受到理论束缚,但可以认为:在层压法中,能够分别成膜出微多孔层(X)和微多孔层(Y),因此,能够实现更严密的温度管理且赋予成膜时的取向。其结果,存在实现良好的平均长孔直径与孔径比、抑制孔眼堵塞的倾向。作为层压法,可列举出使用粘接剂等的干式层压法、通过加热而将多个层贴合的热层压法等,从进一步提高所得蓄电设备用分隔件的透气度和强度的观点出发,优选为热层压法。
在层压法中,作为微多孔层(X)的挤出成膜条件,优选的是:通过尽可能以低速喷出树脂,并吹附低温的空气而使其有效地骤冷。通常在成膜时优选以高喷出量进行成膜,但可以认为:通过特意以低喷出量进行成膜,且对膜吹附15℃以下的空气而使其骤冷,从而微多孔层(X)能够兼顾良好的平均长孔直径和高强度。从赋予良好的平均长孔直径的观点出发,喷出量的上限值相对于模具宽度1m优选为20kg/h以下、更优选为15kg/h以下、进一步优选为10kg/h以下、特别优选为8kg/h以下。作为喷出量的下限值,从成膜时的稳定性的观点出发,优选为4kg/h以上。优选在成膜后利用空气进行骤冷,作为吹附空气的温度上限,优选为20℃以下、更优选为15℃以下。通过吹附这种控制为低温的冷风,从而成膜后的树脂被骤冷且均匀地沿着MD发生取向。其结果可以认为:即便使用在载荷2.16kg和温度230℃下的MFR为0.9g/10分钟以下这种分子量较高的树脂,微多孔层(X)也会表现出良好的开孔性,且能够得到本申请范围内的平均长孔直径。
接着,进行对所得聚烯烃系树脂薄膜加以热处理的退火工序。该退火工序使挤出工序中的聚烯烃系树脂薄膜上生成的薄层生长。通过进行该处理,从而能够改善薄膜的开孔性,降低所得蓄电设备用分隔件的透气度。
聚烯烃系树脂薄膜的退火温度优选设定为“比聚烯烃系树脂薄膜的熔点低40℃的温度”以上且“比聚烯烃系树脂薄膜的熔点低1℃的温度”以下。其中,在聚烯烃系树脂薄膜具有层叠结构的情况下,退火温度优选设定为“比熔点最低的树脂薄膜的熔点低40℃的温度”以上且“比熔点最低的树脂薄膜的熔点低1℃的温度”以下。需要说明的是,退火温度是指退火装置内部的气氛温度。在退火温度为上述下限以上的情况下,薄层会良好地生长,在薄膜的拉伸工序中容易开孔,在退火温度为上述上限以下的情况下,可抑制由聚烯烃系树脂薄膜的聚烯烃的取向松弛导致的薄层结构崩坏。
从使薄层良好地生长、使聚烯烃系树脂薄膜在拉伸工序中良好地开孔的观点出发,聚烯烃系树脂薄膜的退火时间优选为10分钟以上。在一个方式中,退火时间可以为180分钟以下。
尤其是,通过在特定温度下长时间进行退火处理,从而结晶进行生长而晶体结构不会紊乱,因此表现出高开孔性,其结果,存在微多孔层(X)和微多孔层(Y)均能够得到良好的平均长孔直径的倾向。在退火工序中,从得到良好的平均长孔直径、抑制蓄电设备的孔眼堵塞的观点出发,优选在115℃以上且130℃以下的温度范围内耗费优选30分钟以上、更优选60分钟以上的时间来进行退火处理。
聚烯烃系树脂薄膜的退火可通过边使聚烯烃系树脂薄膜行进边进行,也可以在将聚烯烃系树脂薄膜卷取成卷状的状态下进行。
接着,进行将已退火的聚烯烃系树脂薄膜进行拉伸并开孔的拉伸工序。作为拉伸处理,单轴拉伸或双轴拉伸均可使用。虽然没有限定,但从使用干式法时的制造成本等观点出发,优选为单轴拉伸。从提高所得分隔件的强度等的观点出发,优选为双轴拉伸。作为双轴拉伸,可列举出例如同时双轴拉伸、逐次双轴拉伸、多阶段拉伸、多次拉伸等方法。从提高穿刺强度、拉伸的均匀性和关闭性的观点出发,优选为同时双轴拉伸。另外,从面取向的控制容易性的观点出发,优选为逐次双轴拉伸。若将片状成形体沿着双轴方向进行高倍率拉伸,则分子沿着面方向发生取向,因此,存在能够得到不易碎裂、具有高穿刺强度的分隔件的倾向。
拉伸工序优选包括第一拉伸工序和该第一拉伸工序之后的第二拉伸工序。
在第一拉伸工序中,通过使聚烯烃系树脂薄膜中生成的薄层彼此分隔,从而在薄层之间的非晶质部分产生微细的龟裂,以该龟裂作为起点而形成多个微小孔。在第一拉伸工序中,进行MD的单轴拉伸。
在第一拉伸工序中,聚烯烃系树脂薄膜的温度下限优选为-20℃以上、更优选为0℃以上。在第一拉伸工序中,聚烯烃系树脂薄膜的温度上限优选为110℃以下、更优选为80℃以下。在温度为上述下限以上的情况下,拉伸时的聚烯烃系树脂薄膜的断裂受到抑制,在温度为上述上限以下的情况下,在薄层之间的非晶质部分良好地产生龟裂,薄膜的颈缩受到抑制。
在第一拉伸工序中,聚烯烃系树脂薄膜的拉伸倍率的下限优选为1.02倍以上、更优选为1.06倍以上。在第一拉伸工序中,聚烯烃系树脂薄膜的拉伸倍率的上限优选为1.5倍以下、更优选为1.4倍以下。在拉伸倍率为上述下限以上的情况下,在薄层之间的非晶质部分容易形成微小孔。在拉伸倍率为上述上限以下的情况下,不会过量地形成微小孔,孔径不会变得过小,因此,能够降低透气度。在本申请中,聚烯烃系树脂薄膜的拉伸倍率是指:拉伸后的聚烯烃系树脂薄膜的长度除以拉伸前的聚烯烃系树脂薄膜的长度而得到的值。
聚烯烃系树脂薄膜的第一拉伸工序中的拉伸速度优选为10%/分钟以上、更优选为50%/分钟以上,且优选为1000%/分钟以下、更优选为600%/分钟以下。在拉伸速度为上述下限以上的情况下,在薄层之间的非晶质部分容易均匀形成微小孔,在上述上限以下的情况下,能够抑制聚烯烃系树脂薄膜的断裂。
需要说明的是,在本申请中,聚烯烃系树脂薄膜的拉伸速度是指:每单位时间的聚烯烃系树脂薄膜的拉伸方向上的尺寸的变化比例。
上述第一拉伸工序中的聚烯烃系树脂薄膜的拉伸方法只要能够对聚烯烃系树脂薄膜进行单轴拉伸,就没有特别限定,可列举出例如使用单轴拉伸装置,在规定温度下对聚烯烃系树脂薄膜进行拉伸的方法等。
接着,优选的是:对于第一拉伸工序中的单轴拉伸后的聚烯烃系树脂薄膜,进行优选以装置内部的气氛温度为比第一拉伸工序中的单轴拉伸时的气氛温度高并且比聚烯烃系树脂薄膜(在多层结构的情况下是最低熔点的树脂薄膜)的熔点低1℃以上且60℃以下的温度以下(在第一方式中)、或者为低1℃以上且小于40℃的温度以下(在第二方式中)的方式加以拉伸的第二拉伸工序(即,进行作为冷拉伸的第一拉伸工序和作为热拉伸的第二拉伸工序)。在第二拉伸工序中,也将聚烯烃系树脂薄膜优选仅沿着机械方向进行单轴拉伸。像这样,通过在比第一拉伸工序中的装置内气氛温度更高的气氛温度下,对聚烯烃系树脂薄膜进行拉伸处理,从而能够使在第一拉伸工序中形成于聚烯烃系树脂薄膜的多个微小孔生长。在温度为上述下限以上的情况下,在第一拉伸工序中形成于聚烯烃系树脂薄膜的微小孔容易生长,能够降低所得蓄电设备用分隔件的透气度。在温度为上述上限以下的情况下,在第一拉伸工序中形成于聚烯烃系树脂薄膜的微小孔难以闭塞,能够降低所得蓄电设备用分隔件的透气度。
在第二拉伸工序中,聚烯烃系树脂薄膜的拉伸倍率优选为1.5倍以上、更优选为1.8倍以上,且优选为3倍以下、更优选为2.5倍以下。在拉伸倍率为上述下限以上的情况下,在第一拉伸工序时形成于聚烯烃系树脂薄膜的微小孔容易生长,能够降低所得蓄电设备用分隔件的透气度。在拉伸倍率为上述上限以下的情况下,在第一拉伸工序中形成于聚烯烃系树脂薄膜的微小孔难以闭塞,能够降低所得蓄电设备用分隔件的透气度。
在第二拉伸工序中,从将第一拉伸工序中形成的微小孔均匀扩大的观点出发,聚烯烃系树脂薄膜的拉伸速度优选为60%/分钟以下或30%/分钟以下。从工艺效率的观点出发,拉伸速度例如可以为2%/分钟以上或3%/分钟以上。
作为第二拉伸工序中的聚烯烃系树脂薄膜的拉伸方法,只要能够将聚烯烃系树脂薄膜进行单轴拉伸,就没有特别限定,可列举出例如使用单轴拉伸装置在规定温度下进行单轴拉伸的方法等。
在一个方式中,对拉伸工序后(优选在第二拉伸工序中进行了单轴拉伸后)的聚烯烃系树脂薄膜赋予通过加热来松弛残留应力的热松弛工序。通过第二拉伸工序中的拉伸,有时使聚烯烃系树脂薄膜产生残留应力。热松弛工序是为了松弛残留应力,抑制所得聚烯烃系树脂微多孔层因与热松弛工序不同的加热而发生热收缩,提高所得蓄电设备用分隔件的安全性而进行的。热松弛工序可使用拉幅机或辊拉伸机来进行。
如上所述,为了使聚烯烃系树脂微多孔层在加热时的尺寸稳定性良好,需要对聚烯烃系树脂薄膜的残留应力加以松弛。为此,热松弛工序中的装置内气氛温度优选为比聚烯烃系树脂薄膜(在多层结构的情况下是最低熔点的树脂薄膜)的熔点低40℃的温度或该程度以上、或者低20℃的温度或该程度以上。另外,从抑制拉伸工序中形成的微小孔的闭塞的观点出发,上述温度优选为比聚烯烃系树脂薄膜(在多层结构的情况下,是最低熔点的树脂薄膜)的熔点低1℃以上或者低4℃以上。
热松弛工序中的聚烯烃系树脂薄膜的热收缩率的下限优选为25%以上、更优选为30%以上。热松弛工序中的聚烯烃系树脂薄膜的热收缩率的上限优选为60%以下、更优选为50%以下。需要说明的是,热松弛工序中的聚烯烃系树脂薄膜的热收缩率是指:热松弛工序中的拉伸方向上的聚烯烃系树脂薄膜的收缩长度除以第二拉伸工序后的拉伸方向上的聚烯烃系树脂薄膜的长度并乘以100而得到的值。在热收缩率为上述下限以上的情况下,聚烯烃系树脂薄膜的残留应力得以充分松弛,所得聚烯烃系树脂微多孔层在加热时的尺寸稳定性良好,在高温时的锂离子二次电池等蓄电设备的安全性良好。另外,在热收缩率为上述上限以下的情况下,不易使聚烯烃系树脂薄膜产生松弛,可抑制辊的卷取不良或均匀性降低。
在第二拉伸工序和热松弛工序中,从使应力充分松弛而减小热收缩率的观点出发,优选以拉伸速度和搬运速度不会过大的方式调整它们。
另外,在热松弛工序后,优选在与热松弛工序的温度相同的温度或该程度以上的温度、并且比热松弛工序的温度高20℃的温度或该程度以下的温度下再次施加热松弛。通过赋予本工序,从而能够得到具有更良好的热收缩物性的蓄电设备用分隔件。
《蓄电设备》
本实施方式的蓄电设备具备本实施方式的蓄电设备用分隔件。本实施方式的蓄电设备具有正极和负极。蓄电设备用分隔件优选层叠在正极与负极之间,或者在电池外包装内位于正极或负极的外侧,或者包裹电极。根据期望,可以以正极和负极能够与外部的机器等连接的方式将引线体分别连接于正极和负极。
作为蓄电设备,虽然没有限定,但可列举出例如锂二次电池、锂离子二次电池、钠二次电池、钠离子二次电池、镁二次电池、镁离子二次电池、钙二次电池、钙离子二次电池、铝二次电池、铝离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池、电双层电容器、锂离子电容器、氧化还原液流电池、锂硫电池、锂空气电池和锌空气电池等。这些之中,从与本实施方式所述的分隔件的适应性的观点出发,优选为锂二次电池、锂离子二次电池、镍氢电池或锂离子电容器,更优选为锂离子二次电池。
蓄电设备可利用例如如下的方法进行制作:
将正极与负极隔着上述说明的分隔件进行重合,根据需要进行卷绕,形成层叠电极体或卷绕电极体。其后,将层叠电极体或卷绕电极体装填至外包装体中。此时,可以以外包装体内的正负极分别连接有引线体、且引线体的端部露出至外包装体外侧的方式进行配置。在正极和负极分别为多个的情况下,可通过焊接等将同一极的极耳彼此接合而接合于1个引线体,并露出至外包装体的外侧。同一极的极耳可以由集电体的露出部构成,或者,可以将金属片焊接于或集电体的露出部来构成。将正负极与外包装体的正负极端子借助引线体等进行连接。此时,可以通过热熔接等而将引线体的一部分与外包装体的一部分进行接合。进而,将包含链状碳酸酯和/或环状碳酸酯等非水溶剂且包含锂盐等电解质的非水电解液注入至外包装体内。其后,可以将外包装体密封来制作蓄电设备。
实施例
以下,通过实施例和比较例来具体说明本发明,但本发明不限定于以下的实施例。
《测定和评价方法》
(1)例A(第一方式)
[样品制作]
在多层结构的分隔件中的微多孔层的评价中,使用通过将粘合带粘贴于分隔件端部并进行拉伸而将各微多孔层剥离后得到的试样。作为存在两个聚丙烯(PP)层或聚乙烯(PE)层的三层结构的分隔件中的该两层的各种评价的值,采用将两层各自的值利用各层的层厚进行算术平均而得到的值。但任意例子中,两层的厚度和特性值均彼此相同。
[熔体流动速率(MFR)的测定]
微多孔层(X)和聚丙烯的MFR分别按照JIS K 7210,在温度230℃和载荷2.16kg的条件下进行测定。微多孔层(Y)和聚乙烯的熔体流动速率(MFR)按照JIS K 7210,在温度190℃和载荷2.16kg的条件下进行测定。
[基于GPC(凝胶渗透色谱)的Mw和Mn测定]
使用Agilent Technologies公司制的Agilent PL-GPC220,在以下的条件下对标准聚苯乙烯进行测定而制作较正曲线。针对试样的聚合物,也在同样的条件下测定色谱,根据较正曲线并利用下述条件,计算聚合物的标准聚苯乙烯换算的重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)、以及重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)。
柱:TSKgel GMHHR-H(20)HT(7.8mmI.D.×30cm)2根
流动相:1,2,4-三氯苯
检测器:RI
柱温度:160℃
试样浓度:1mg/ml
较正曲线:聚苯乙烯
[熔融张力的测定]
使用株式会社东洋精机制作所制的CAPILOGRAPH,利用以下的条件来测定微多孔层的熔融张力(mN)。
·毛细管:直径1.0mm、长度20mm
·料筒挤出速度:2mm/分钟
·牵引速度:60m/分钟
·温度:230℃
[五元组分数的测定]
聚丙烯的五元组分数根据基于高分子分析手册(日本分析化学会编纂)的记载进行归属而得到的13C-NMR光谱,利用峰高度法进行计算。13C-NMR光谱的测定使用日本电子公司制的JEOL-ECZ500,使聚丙烯溶解于邻二氯苯-d,在测定温度为145℃、累积次数为25000次的条件下进行。
[厚度(μm)的测定]
使用MITUTOYO公司制的数字千分表(Digimatic indicator)IDC112,在室温23±2℃下测定分隔件的厚度(μm)。
[孔隙率(%)的测定]
从分隔件中切取10cm×10cm见方的试样,求出其体积(cm3)和质量(g),根据它们和密度(g/cm3),使用下式来计算孔隙率。
孔隙率(%)=(体积-质量/密度)/体积×100
[透气阻力(秒/100cm3)的测定]
使用基于JIS P-8117的葛利式透气度计,测定分隔件的透气阻力(秒/100cm3),除以厚度(单位为μm)后再乘以14,由此算出将厚度换算成14μm时的透气阻力(透气度)。
[穿刺强度的测定]
准备前端为半径0.5mm的半球状的针,将分隔件夹在具有直径(dia.)11mm的开口部的两个板之间,安装针、分隔件和板。使用IMADA公司制的“MX2-50N”,在针前端的曲率半径为0.5mm、分隔件保持板的开口部直径为11mm和穿刺速度为25mm/分钟的条件下进行穿刺试验。使针与分隔件接触,测定最大穿刺载荷(即穿刺强度(gf))。通过所得穿刺强度除以厚度(单位为μm)后再乘以14,从而算出将厚度换算成14μm时的穿刺强度。
[拉伸试验]
使用拉伸试验机(株式会社岛津制作所、Autograph AG-A型)来进行分隔件的拉伸试验,通过试样断裂时的强度除以试验前的试样截面积,作为拉伸断裂强度(kg/cm2)。测定条件如下:温度:23±2℃、试样形状:宽度10mm×长度100mm、卡盘间距离:50mm、拉伸速度:200mm/分钟,测定MD的拉伸强度SMD和TD的拉伸强度STD,算出SMD/STD。
[平均长孔直径和最大长孔直径的测定]
平均长孔直径和最大长孔直径通过MD-TD表面或ND-MD截面中存在的孔的SEM观察中的图像分析来进行测定。首先,作为前处理,对分隔件进行钌染色而得到已染色的分隔件。另外,通过将上述已染色的分隔件浸渗至环氧树脂中,在60℃下使其固化12小时以上,从而用环氧树脂包埋上述已染色的分隔件。利用剃刀对所得包埋物粗略地进行截面加工,其后,使用离子磨削装置(E3500 Plus、日立高新科技公司制)进行截面磨削加工,得到使分隔件的ND-MD截面露出的已截面加工的分隔件。利用导电性粘接剂(碳系)将已染色的分隔件和已截面加工的分隔件分别固定于SEM试样台并干燥后,使用锇涂布机(HPC-30W、真空设备公司制)进行导电处理后,在施加电压调整按钮设定为4.5、放电时间为0.5秒的条件下实施锇涂布,得到MD-TD表面观察用和ND-MD截面观察用各自的显微镜检查试样。
针对上述显微镜检查试样各自的任意3点,利用扫描型电子显微镜(SEM)(日立高新科技公司制、S-4800),在加速电压为1.0kV、工作距离为5mm、倍率为3万倍的条件下进行观察,提取SEM图像。在所得MD-TD表面或ND-MD截面的SEM图像的4μm×4μm的视野范围内,测定各孔的长孔直径,根据需要利用图像处理软件ImageJ,并使用Otsu法来进行将树脂部与孔部加以区分的二值化处理,计算最大长孔直径和平均长孔直径。此时,从测定对象中排除横跨上述4μm×4μm的范围内和范围外地存在的孔和面积为0.001nm2以下的微小孔。关于孔的长孔直径,通过计算孔的面积加权平均值来获得平均长孔直径的值。采用孔的长孔直径之中的最大值作为最大长孔直径。针对具有多个同种类微多孔层的例子,将利用该多层各自的层厚进行算术平均而得到的值作为微多孔层的值。表1~表9中示出通过MD-TD表面和ND-MD截面的SEM观察而测得的最大长孔直径和平均长孔直径。
[热收缩率的测定]
将分隔件切成MD/TD分别为50mm的方形,将由此得到的试样投入至分别加热(常压、大气下)至105℃和120℃的热风干燥机(雅马拓科技公司制、DF1032)中。在1小时后和2小时后,从热风干燥机中取出试样,求出热收缩率。试样以不附着于干燥机内壁等的方式且以试样彼此不熔接的方式载置于打印纸上,然后放入热风干燥机中。
热收缩率(%):(加热前的尺寸(mm)-加热后的尺寸(mm))/(加热前的尺寸(mm))×100
[片状锂离子二次电池的制作]
作为电解液,使用在将碳酸亚乙酯与碳酸甲乙酯以1:2的体积比进行混合而得到的物质中含有1mol/L作为锂盐的LiPF6而成的电解液。
将作为正极活性物质的锂镍锰钴复合氧化物(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)、作为导电助剂的炭黑粉末(Timcal公司制、商品名:SuperP Li)和作为粘结剂的PVDF以复合氧化物:导电助剂:粘结剂=100:3.5:3的质量比进行混合。使所得混合物分散于溶剂(N-甲基吡咯烷酮),形成分散体。在厚度15μm的作为正极集电体的铝箔的两面涂布分散体,在将溶剂干燥去除后,通过辊加压进行加压,从而制作两面涂布正极。
将作为负极活性物质的粒径22μm(D50)的石墨粉末(日立化成公司制、商品名:MAG)、粘结剂(日本ZEON公司制、商品名:BM400B)和作为增稠剂的羧甲基纤维素(大赛璐公司制、商品名:#2200)以石墨粉末:粘结剂:增粘剂=100:1.5:1.1的质量比进行混合。使所得混合物分散于溶剂(水),制作水分散体。将水分散体涂布于厚度10μm的作为负极集电体的铜箔的单面,制作单面涂布体。与单面涂布体另行地,将水分散体涂布于厚度10μm的作为负极集电体的铜箔的两面,制作两面涂布体。从单面涂布体和两面涂布体中干燥去除溶剂(水),其后,通过辊加压对涂布的铜箔进行加压,分别制作单面涂布负极和两面涂布负极。
将所得正极和负极以在各自的活性物质的对向面夹持下述制作的分隔件的方式并按照单面涂布负极/两面涂布正极/两面涂布负极/两面涂布正极/单面涂布负极的顺序进行层叠。接着,将所得层叠体插入至由用树脂层覆盖铝箔(厚度40μm)的两面而得到的层压薄膜形成的袋(电池外包装)的内部。所插入的电极的端子从电池外包装突出设置。其后,将如上那样操作而制作的电解液0.8mL注入至袋内,对袋进行真空密封,由此制作片状锂离子二次电池。
[电池性能评价和孔眼堵塞的观察]
将所得片状锂离子二次电池收纳在设定为25℃的恒温槽(二叶科学公司制、商品名:PLM-73S)中,连接于充放电装置(Asuka Denshi公司制、商品名:ACD-01),并静置16小时。接着,以0.05C的恒定电流对该电池进行充电,在电压达到4.35V后,以4.35V的恒定电压充电2小时后,以0.2C的恒定电流放电至3.0V,将该充放电循环反复3次,由此进行电池的初始充放电。需要说明的是,1C表示耗费1小时将电池的全部容量进行放电时的电流值。
在上述初始充放电后,将上述电池收纳在设定为50℃的恒温槽中,将该电池以1C的恒定电流进行充电,在电压达到4.35V后,以4.35V的恒定电压充电1小时后,以1C的恒定电流放电至3.0V,将该充放电循环反复100次。电池的循环试验是将上述充放电循环反复100次的试验。
将第100个循环的放电容量(mAh)除以第1个循环的放电容量(mAh)而得到的值(百分数)作为循环容量维持率。另外,将结束100个循环后的片状锂离子二次电池在氩气气氛下进行拆解,取出分隔件。通过将分隔件在含有碳酸甲乙酯的槽中浸渍30秒钟并取出,从而进行第1次的浸渍清洗。进行共计3次的浸渍清洗。在第2次和第3次的浸渍清洗中,更换槽内的碳酸甲乙酯。其后,利用光学显微镜在倍率为100~1000倍的条件下以1mm见方的范围对分隔件负极侧表面进行观察,确认分隔件表面有无孔眼堵塞。在表1~表7中示出孔眼堵塞的有无。
[锂离子二次电池内的短路评价]
将所得片状锂离子二次电池收纳在设定为25℃的恒温槽(二叶科学公司制、商品名:PLM-73S)中,连接于充放电装置(Asuka Denshi公司制、商品名:ACD-01),并静置16小时。接着,以0.05C的恒定电流对该电池进行充电,在电压达到4.35V后,以4.35V的恒定电压充电2小时后,以0.2C的恒定电流放电至3.0V,将该充放电循环反复3次,由此进行电池的初始充放电。需要说明的是,1C表示耗费1小时将电池的全部容量进行放电时的电流值。
在上述初始充放电后,以0.2C的恒定电流充电至4.0V,将上述电池收纳在恒温槽中,将恒温槽的温度从25℃起每10分钟升温5℃,确认电池电压降低至0.5V以下时的温度,记作成为电池安全性指标的短路发生温度。在表8和9中示出结果。
(2)例B(第一方式)
[样品制作]
与例A同样地进行。
[熔体流动速率(MFR)的测定]
微多孔层(X)和聚丙烯的熔体流动速率(MFR)分别按照JIS K 7210,在温度230℃和载荷2.16kg的条件下进行测定(单位为g/10分钟)。微多孔层(Y)和聚乙烯的熔体流动速率(MFR)分别按照JIS K 7210,在温度190℃和载荷2.16kg的条件下进行测定。
[GPC(凝胶渗透色谱)的测定]
与例A同样地进行。
[熔融张力的测定]
与例A同样地进行。
[五元组分数的测定]
与例A同样地进行。
[厚度(μm)的测定]
与例A同样地进行。
[孔隙率(%)的测定]
与例A同样地进行。
[透气度(秒/100cm3)]
使用基于JIS P-8117的葛利式透气度计,测定分隔件的透气阻力(秒/100cm3),在除以厚度(单位为μm)后再乘以16,由此算出将厚度换算成16μm时的透气度。
[穿刺强度的评价]
准备前端为半径0.5mm的半球状的针,将分隔件夹在具有直径(dia.)11mm的开口部的两个板之间,安装针、分隔件和板。使用IMADA公司制的“MX2-50N”,在针前端的曲率半径为0.5mm、分隔件保持板的开口部直径为11mm和穿刺速度为25mm/分钟的条件下进行穿刺试验。使针与分隔件接触,测定最大穿刺载荷(即穿刺强度(gf))。通过所得穿刺强度除以厚度(单位为μm)后再乘以16,从而算出将厚度换算成16μm时的穿刺强度。
[平均长孔直径的评价]
与例A同样地进行。
[片状锂离子二次电池的制作]
与例A同样地进行。
[电池性能评价和孔眼堵塞的观察]
与例A同样地进行。
(3)例C(第二方式)
[样品制作]
与例A同样地进行。
[熔体流动速率(MFR)的测定]
聚丙烯层和聚丙烯的MFR分别按照JIS K 7210,在温度230℃和载荷2.16kg的条件下进行测定。聚乙烯的熔体流动速率(MFR)按照JIS K 7210,在温度190℃和载荷2.16kg的条件下进行测定。
[基于GPC(凝胶渗透色谱)的Mw和Mn的测定]
与例A同样地进行。
[熔融张力的测定]
与例A同样地进行。
[五元组分数的测定]
与例A同样地进行。
[广角X射线散射的测定(取向比例)]
聚丙烯微多孔层的(110)结晶峰面积比(MD/TD)通过透射法广角X射线散射(WAXS)进行测定。WAXS测定利用以下的条件来实施。
装置名:NANOPIX、理学公司制
X射线波长λ:0.154nm
光学系统:点准直(point collimation)
第一条狭缝:0.55mmφ
第二条狭缝:Open
第三条狭缝:0.35mmφ
曝光时间:900秒
检测器:HyPix-6000(二维检测器)
照相机长度:85.7mm
对于1片微多孔层试样,从膜法线方向入射X射线,对透射散射光进行检测。为了尽量减少来自试样之外的散射,使用从试样起至束阑为止被设置在真空中的真空腔室来进行测定。需要说明的是,HyPix-6000因检测器存在非灵敏区域,因此,将使检测器沿着纵向移动并测定两次而得到的结果加以统合,得到没有非灵敏区域的二维数据。针对所得二维WAXS图案实施透射率校正、空白单元散射校正。接着,通过进行圆环平均而对散射数据进行一维化,确定与源自聚丙烯的(110)面的结晶峰的小角侧和广角侧的峰尾相当的布拉格角θs和θe。并且,针对已经实施透射率校正、空白单元散射校正的二维WAXS图案,计算2θs<2θ<2θe这一范围的散射强度的方位角分布(源自(110)面的结晶衍射峰强度的方位角分布)。将所得2θs<2θ<2θe这一范围的散射强度的方位角分布的例子示于图1。在2θs<2θ<2θe这一范围的散射强度的方位角分布图中,在TD上观测到源自结晶c轴沿着MD发生取向的c轴取向结晶的(110)峰,在MD附近观测到源自结晶a轴沿着MD发生取向的a轴取向结晶的(110)峰。利用一个高斯函数对源自c轴取向结晶的峰进行拟合,利用两个高斯函数对源自a轴取向结晶的峰进行拟合,实施峰分离。在图1中示出其例子。峰分离使用Wave Metrics公司制的软件IgorPro8ver.8.0.0.10。将通过这种峰分离而得到的源自c轴取向结晶(c轴沿着MD发生取向的结晶)的峰面积记作S_MD,并将源自a轴取向结晶(c轴沿着接近TD的方向发生取向的结晶)的峰面积(两个高斯函数的面积和)记作S_TD时,(110)结晶峰面积比(MD/TD)被定义为S_MD/S_TD。需要说明的是,在散射强度的方位角分布图中,如图1所示那样地,各在两处观测到源自c轴取向结晶的峰和源自a轴取向结晶的峰。因而,将各自的峰面积的平均记作S_MD、S_TD。
[厚度(μm)的测定]
与例A同样地进行。
[孔隙率(%)的测定]
与例A同样地进行。
[透气阻力(秒/100cm3)的测定]
与例A同样地进行。
[穿刺强度的测定]
与例A同样地进行。
[热收缩率的测定]
将分隔件切成MD/TD分别为50mm的方形,将由此得到的试样投入至加热(常压、大气下)至105℃的热风干燥机(雅马拓科技公司制、DF1032)中。在1小时后,从热风干燥机中取出试样,求出热收缩率。试样以不附着于干燥机内壁等的方式且以试样彼此不熔接的方式载置于打印纸上,然后放入热风干燥机中。
热收缩率(%):(加热前的尺寸(mm)-加热后的尺寸(mm))/(加热前的尺寸(mm))×100
[正极的制作]
将作为正极活性物质的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、作为导电助剂的炭黑和作为粘结剂的聚偏二氟乙烯溶液以91:5:4的固体成分质量比进行混合,以固体成分成为68质量%的方式添加作为分散溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮,进一步进行混合,制备浆料状溶液。将该浆料状溶液以铝箔的一部分露出的方式涂布于厚度15μm的铝箔的单面后,干燥去除溶剂,将涂布量设为175g/m2。进而,以正极合剂部分的密度成为2.8g/cm3的方式,通过辊加压来进行压延。其后,以涂布部为20mm×20mm且包含铝箔露出部的方式进行裁切,得到正极。
[负极的制作]
将作为负极活性物质的人造石墨、作为粘结剂的苯乙烯丁二烯橡胶和羧甲基纤维素水溶液以96.4:1.9:1.7的固体成分质量比进行混合,以固体成分成为50质量%的方式添加作为分散溶剂的水,进一步进行混合,制备浆料状溶液。将该浆料状溶液以铜箔的一部分露出的方式涂布于厚度10μm的铜箔的单面后,干燥去除溶剂,将涂布量设为86g/m2。进而,以负极合剂部分的密度成为1.45g/cm3的方式通过辊加压进行压延。其后,以涂布部为25mm×25mm且包含铜箔露出部的方式进行裁切,得到负极。
[非水电解液的制备]
使作为溶质的LiBF4以浓度成为1.0mol/L的方式溶解于碳酸亚丙酯:碳酸亚乙酯:γ-丁内酯=1:1:2(体积比)的混合溶剂,进一步以成为0.5重量%的方式添加磷酸三辛酯,制备非水电解液。
[层叠电极体的制作]
从分隔件中切出30mm×30mm见方的试样,在上述非水电解液中浸渗1分钟以上,作为试样1。按照负极、试样1、正极、KAPTON薄膜、厚度4mm硅橡胶的顺序进行层叠,制作层叠电极体。
[熔断短路试验]
将该层叠电极体配置在埋设有热电偶的陶瓷板上,边利用液压加压机来施加1.5MPa的表面压力,边将加热器升温,使用与正极和负极的集电体部分连接的交流电阻测定装置“AG-4311”(安藤电机公司制),连续地测定温度和电阻值。需要说明的是,关于温度,以15℃/分钟的速度从室温23℃升温至220℃,阻抗利用1kHz的交流来进行测定。通过使用实际的正极、负极,施加表面压力,从而能够反映出电池内的熔断短路行为。
将所得阻抗(Ω)乘以有效正极面积4cm2而算出的值作为正极单位面积换算的阻抗(Ω·cm2)。将正极单位面积换算的阻抗达到100Ω·cm2的时刻的温度作为熔断温度(℃),将达到孔闭塞状态后正极单位面积换算的阻抗再次小于100Ω·cm2的时刻的温度作为短路温度(℃)。
[层压电池(锂离子二次电池样品)的制作]
在前述[正极的制作]中,除了极耳部之外冲切成30mm×50mm的长方形状,除此之外,同样操作而得到正极。
另外,在前述[负极的制作]中,除了极耳部之外冲切成32mm×52mm的长方形状,除此之外,同样操作而得到负极。
使用在将作为非水溶剂的碳酸亚乙酯与碳酸甲乙酯以1:2的体积比混合得到的混合溶剂中含有1mol/L作为锂盐的LiPF6盐而成的溶液(Kishida Chemical公司制、LBG00069)。
将后述实施例和比较例中制作的分隔件冲切成34mm×54mm的长方形,按照由包含上述制作的正极的正极活性物质的混合物形成的层和由包含上述制作的负极的负极活性物质的混合物形成的层分别面向分隔件表面的方式,将正极、分隔件、负极按照该顺序的配置进行重合,将正负极的端子以突出设置的方式插入至由利用树脂层覆盖铝箔(厚度40μm)两面而得到的层压薄膜形成的袋内,然后添加电解液0.6g,实施2次在减压至-90kPa后再恢复至-30kPa的操作后,在-95kPa下保持5分钟。在恢复至常压后,以电解液量合计成为0.6g的方式追加进行添加。其后,减压至-85kPa,并进行密封,得到层压电池。
[加热试验]
将所得锂离子二次电池投入至设定为25℃的恒温槽(二叶科学公司制、商品名:PLM-73S)中,连接于充放电装置(Asuka Denshi公司制、商品名:ACD-01),以0.05C的恒定电流充电至4.35V,在电压达到4.35V后,以4.35V的恒定电压充电2小时后,以0.2C的恒定电流进行放电,直至3.0V为止。
接着,以0.33C的恒定电流进行充电,在电压达到4.35V后,以4.35V的恒定电压充电1小时后,以0.33C的恒定电流进行放电,直至3.0V为止。
接着,同样地进行充电和放电。充电同样地以0.33C来进行,在电压达到4.35V后,以4.35V的恒定电压充电1小时。将充电后的电池以1.5MPa进行约束,并投入至烘箱中。将温度以5℃/分钟升温至200℃为止,进行电压的监测来确认是否观察到短路。如果未观察到短路则记作良,如果观察到短路则记作不良。此处提及的短路是指电池电压低于2V。
《实施例和比较例》
(1)例A(第一方式)
〈实施例1〉
[单层分隔件(微多孔层(X))的制作]
利用2.5英寸的挤出机,将高分子量的聚丙烯树脂(PP、MFR(230℃)=0.51g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw/Mn=5.2、五元组分数=99.3%)进行熔融,使用齿轮泵向模具宽度被调整至500mm、模唇间隙被调整至3.3mm的T模具中进行供给。T模具的温度设定至210℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,利用风量为500L/分钟的12℃吹入空气将喷出树脂充分冷却,并卷取成卷。卷取成卷的坯料薄膜具有15μm的厚度,牵伸比为220。接着,将坯料薄膜在130℃下进行20分钟的退火。将已退火的坯料薄膜在室温下冷拉伸至8%,接着,在116℃下热拉伸185%,在126℃下热松弛45%,由此形成微多孔,得到由PP单层结构的微多孔层(X)形成的分隔件。在上述拉伸开孔后,进行所得分隔件的透气度、穿刺强度、孔隙率、平均长孔直径和最大长孔直径的测定。将结果示于表1~3。
〈实施例2~11〉
如表1~3所示那样地变更原料和制造条件,除此之外,按照与实施例1相同的方法,得到由微多孔层(X)形成的分隔件,对所得分隔件进行评价。
〈比较例1~11〉
如表4和表5所示那样地变更原料和制造条件,除此之外,按照与实施例1相同的方法,制作由微多孔层(X)形成的分隔件,对分隔件进行评价。
〈实施例12〉
[三层分隔件(微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)的制作]
利用2.5英寸的挤出机,将高分子量的聚丙烯树脂(PP、MFR(230℃)=0.51g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw/Mn=5.2、五元组分数=99.3%)进行熔融,使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定至230℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,利用吹入空气将喷出树脂冷却,将微多孔层(X)的前体、即PP坯料薄膜(X’)卷取成卷。
同样操作,利用2.5英寸的挤出机将聚乙烯树脂(PE、MFR(190℃)=0.38g/10分钟、密度=0.96g/cm3)进行熔融,使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定为220℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,利用吹入空气将喷出树脂冷却,将微多孔层(Y)的前体、即PE坯料薄膜(Y’)卷取成卷。
卷取成卷的PP坯料薄膜(X’)和PE坯料薄膜(Y’)分别具有5μm的厚度,接着,将PP坯料薄膜(X’)和PE坯料薄膜(Y’)以成为PP坯料薄膜(X’)/PE坯料薄膜(Y’)/PP坯料薄膜(X’)的方式进行粘结,得到具有PP/PE/PP的三层结构的坯料薄膜。接着,将三层结构的坯料薄膜在130℃下退火20分钟。将退火后的坯料薄膜在室温下冷拉伸至11%,接着,在125℃下热拉伸至158%,在125℃下松弛至113%,由此形成微多孔,得到由微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)构成的PP/PE/PP三层结构的分隔件。
在上述拉伸开孔后,进行所得三层结构分隔件的透气阻力和穿刺强度的测定、以及微多孔层(X)的MFR和熔融张力的测定。需要说明的是,微多孔层(X)的MFR的值与用于制造该微多孔层(X)的聚丙烯树脂的MFR值相同。即,可以将用于制造微多孔层的聚烯烃的MFR值视作该微多孔层的MFR值。PP坯料薄膜(X’)的下限厚度通过在制造PP坯料薄膜(X’)后,在喷出量恒定的条件下提高牵引速度来进行评价。另外,将所得下限厚度的PP坯料薄膜与上述5μm厚的PE坯料薄膜(Y’)进行层压,其后,在上述退火和拉伸条件(在125℃下退火20分钟,在室温下冷拉伸至11%,在125℃下热拉伸至158%,在125℃下松弛至113%)下使其拉伸开孔,由此制作具有三层结构的分隔件,确认分隔件的厚度。将结果示于表6。
〈实施例13~16〉
如表6所示那样地变更原料和制造条件,除此之外,按照与实施例12相同的方法,得到具有三层结构的分隔件,对所得分隔件进行评价。
〈比较例12~18〉
如表7所示那样地变更原料和制造条件,除此之外,按照与实施例12相同的方法,制作具有三层结构的分隔件,对所得分隔件进行评价。
〈实施例17〉
[微多孔层的制作]
利用2.5英寸的挤出机,将作为聚烯烃(A)的高分子量聚丙烯(PP、MFR(230℃)=0.51g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw=900000、Mw/Mn=5.2、五元组分数=99.3%)进行熔融,使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定至230℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至10℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约6μm厚度的前体(X’)(微多孔层(X)的前体)。此处,T模具的TD的唇口宽度设定至500mm、T模具的唇口间距离(唇口间隙)设定至2.4mm,以3.8kg/h的喷出量进行喷出。
同样操作,利用2.5英寸的挤出机将作为聚烯烃(B)的聚乙烯(PE、MFR(190℃)=0.38g/10分钟、密度=0.96g/cm3)进行熔融,向T模具中使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定至210℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至10℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约6μm厚度的前体(Y’)(微多孔层(Y)的前体)。此处,T模具的TD的唇口宽度设定至500mm、T模具的唇口间距离(唇口间隙)设定至2.4mm,以3.8kg/h的喷出量进行喷出。
接着,将所得前体(X’)和前体(Y’)以形成前体(X’)/前体(Y’)/前体(X’)的方式使用热压接层压机在120℃、4m/分钟的条件下进行热压接处理,由此得到三层结构的前体(Z)。接着,将所得前体(Z)投入至干燥机中,在120℃下实施1小时的退火处理。其后,将退火后的前体(Z)在室温下冷拉伸8%,投入至116℃的烘箱中而不使拉伸后的膜发生收缩,热拉伸至185%,其后,在124℃下使其松弛25%,进而,在128℃下使其松弛20%,由此得到具有由微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)构成的三层结构的分隔件。将所得分隔件的结构、物性和电池性能的评价结果示于表8。
〈实施例18~21、比较例19、比较例20〉
如表8和表9所示那样地变更原料,除此之外,按照与实施例17相同的方法,得到微多孔层,对所得分隔件进行评价。
〈实施例22〉
在热松弛工序中,在第一阶段的热松弛中,在124℃下使其松弛15%,进而在第二阶段的热松弛中,在128℃下使其松弛10%,除此之外,按照与实施例17相同的方法,得到微多孔层,对微多孔层和使用其得到的分隔件进行评价。
〈实施例23〉
在热松弛工序中,在第一阶段的热松弛中,在126℃下使其松弛20%,不进行第二阶段的热松弛,除此之外,按照与实施例17相同的方法,得到微多孔层,对微多孔层和使用其得到的分隔件进行评价。
〈比较例21〉
如表9所示那样地变更聚烯烃的原料,不利用层压工艺,而是利用共挤出工艺来进行成膜。具体而言,利用2.5英寸的挤出机,分别在220℃下对表9中示出的聚丙烯进行熔融,在200℃下对实施例17所述的聚乙烯进行熔融。接着,将聚丙烯熔融树脂和聚乙烯熔融树脂以形成聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三层结构的方式以1:1:1的喷出量比供给至共挤出用的T模具(220℃)中,将熔融的聚合物从T模具中以11.4kg/h进行喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至20℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约18μm厚度的三层结构的前体(Z)(微多孔层(Z)的前体)。将所得前体(Z)投入至干燥机中,在120℃下实施1小时的退火处理。其后,将退火后的前体(Z)在室温下冷拉伸8%,投入至125℃的烘箱中而不使拉伸后的膜发生收缩,进行热拉伸至150%为止,其后,使其松弛25%,由此得到具有由微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)构成的三层结构的分隔件。将所得分隔件的结构、物性和电池性能的评价结果示于表9。
[表1]
表1(例A).单层分隔件(微多孔层(X))的评价
[表2]
表2(例A).单层分隔件(微多孔层(X))的评价
[表3]
表3(例A).单层分隔件(微多孔层(X))的评价
[表4]
表4(例A).单层分隔件(微多孔层(X))的评价
[表5]
表5(例A).单层分隔件(微多孔层(X))的评价
[表6]
表6(例A).PP/PE/PP三层分隔件(微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X))的评价
[表7]
表7(例A).PP/PE/PP三层分隔件(微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X))的评价
[表8]
表8(例A).PP/PE/PP三层分隔件(微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X))的评价
[表9]
表9(例A).PP/PE/PP三层分隔件(微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X))的评价
(2)例B(第一方式)
<实施例1>
[微多孔层的制作]
利用2.5英寸的挤出机,将作为聚烯烃(A)的高分子量聚丙烯树脂(PP、MFR(230℃)=0.51g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw/Mn=5.2、五元组分数=99.3%)进行熔融,使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定至230℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至10℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约6μm厚度的前体(X’)(微多孔层(X)的前体)。此处,T模具的TD的唇口宽度设定至500mm、T模具的唇口间距离(唇口间隙)设定至2.4mm,以3.8kg/h的喷出量进行喷出。
同样操作,利用2.5英寸的挤出机,将作为聚烯烃(B)的聚乙烯树脂(PE、MFR(190℃)=0.38g/10分钟、密度=0.96g/cm3)进行熔融,使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定至210℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至10℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约6μm厚度的前体(Y’)(微多孔层(Y)的前体)。此处,T模具的TD的唇口宽度设定至500mm、T模具的唇口间距离(唇口间隙)设定至2.4mm,以3.8kg/h的喷出量进行喷出。
接着,将所得前体(X’)和前体(Y’)以形成前体(X’)/前体(Y’)/前体(X’)的方式使用热压接层压机在120℃、4m/分钟的条件下进行热压接处理,由此得到三层结构的前体(Z)。接着,将所得前体(Z)投入至干燥机中,在120℃下实施1小时的退火处理。其后,将退火后的前体(Z)在室温下进行8%的冷拉伸,投入至125℃的烘箱中而不使拉伸后的膜发生收缩,进行热拉伸至140%为止,其后,使其松弛15%,由此得到具有由微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)构成的三层结构的分隔件。将所得分隔件的结构、物性和电池性能的评价结果示于表10。
〈实施例2、实施例3、实施例6、比较例1、比较例3〉
如表10所示那样地,变更原料,除此之外,按照与实施例1相同的方法,得到微多孔层,对微多孔层和使用其得到的分隔件进行评价。
〈实施例4〉
如表10所示那样地变更原料,在前体(X’)的成膜中,将吹入空气的温度变更为25℃,且将吹入空气量变更为600L/分钟,进行成膜而得到前体(X’)。其它条件与实施例1中记载的条件相同。
〈实施例5〉
如表10所示那样地变更原料,在前体(X’)的成膜中,将吹入空气的温度变更为0℃,且将吹入空气量变更为1000L/分钟,进行成膜而得到前体(X’)。另外,在实施例5的退火工序中,在125℃下进行3小时的退火处理。其它条件与实施例1中记载的条件相同。
〈比较例4〉
利用2.5英寸的挤出机,将作为聚烯烃(A)的高分子量聚丙烯树脂(PP、MFR(230℃)=0.25g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw/Mn=5.0、五元组分数=97.5%)进行熔融,使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定至230℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至10℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约6μm厚度的前体(X’)(微多孔层(X)的前体)。此处,T模具的TD的唇口宽度设定至500mm、T模具的唇口间距离(唇口间隙)设定至2.4mm,以3.8kg/h的喷出量进行喷出。
同样操作,利用2.5英寸的挤出机,将作为聚烯烃树脂(B)的高分子量聚丙烯树脂(PP、MFR(230℃)=0.25g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw/Mn=5.0、五元组分数=97.5%)进行熔融,使用齿轮泵向T模具中进行供给。T模具的温度设定至230℃。将熔融的聚合物从T模具中喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至10℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约6μm厚度的前体(Y’)(微多孔层(Y)的前体)。此处,T模具的TD的唇口宽度设定至500mm、T模具的唇口间距离(唇口间隙)设定至2.4mm,以3.8kg/h的喷出量进行喷出。
接着,将所得前体(X’)和前体(Y’)以形成前体(X’)/前体(Y’)/前体(X’)的方式使用热压接层压机在135℃、2m/分钟的条件下进行热压接处理,由此得到三层结构的前体(Z)。接着,将所得前体(Z)投入至干燥机中,在120℃下实施1小时的退火处理。其后,将退火后的前体(Z)在室温下进行8%的冷拉伸,投入至125℃的烘箱中而不使拉伸后的膜发生收缩,进行热拉伸至140%为止,其后,使其松弛15%,由此得到具有由微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)构成的三层结构的分隔件。将所得分隔件的结构、物性和电池性能的评价结果示于表1。
〈比较例2〉
如表10所示那样地变更原料,不利用层压工艺,而是利用共挤出工艺来进行成膜。具体而言,使用2.5英寸的挤出机,分别在220℃下对表10中示出的聚丙烯树脂进行熔融,在200℃下对表10中示出的聚乙烯树脂进行熔融。接着,将聚丙烯熔融树脂和聚乙烯熔融树脂以形成聚丙烯树脂/聚乙烯树脂/聚丙烯树脂的三层结构的方式以1:1:1的喷出量比供给至共挤出用的T模具(220℃)中。进而,将熔融的聚合物从T模具中以11.4kg/h进行喷出。其后,边利用通过冷却装置冷却至10℃的800L/分钟的吹入空气将喷出树脂骤冷,边以25m/分钟的卷绕速度卷取成卷,由此得到约16μm厚度的三层结构的前体(Z)(微多孔膜(Z)的前体)。将所得前体(Z)投入至干燥机中,在120℃下进行1小时的退火处理。其后,将退火后的前体(Z)在室温下进行8%的冷拉伸,投入至125℃的烘箱中而不使拉伸后的膜发生收缩,进行热拉伸至140%为止,其后,使其松弛15%,得到具有由微多孔层(X)/微多孔层(Y)/微多孔层(X)构成的三层结构的分隔件。将所得分隔件的结构、物性和电池性能的评价结果示于表10。
根据表10可知:通过在微多孔层(X)中使用在载荷2.16kg和温度230℃下的MFR为0.9g/10分钟以下的聚烯烃树脂,并严格控制成膜条件,从而能够制作平均长孔直径充分大、透气度也充分低且兼顾高穿刺强度的分隔件。另外,通过使用具有充分的平均长孔直径、以及在微多孔层(X)与微多孔层(Y)的对比中平均长孔直径具有充分比率的分隔件,从而抑制锂离子二次电池内的分隔件孔眼堵塞,改善循环性能。
[表10]
(3)例C(第二方式)
〈实施例1〉
[具有微多孔层的分隔件的制作]
利用2.5英寸的挤出机,将高分子量的聚丙烯(PP、MFR(230℃)=0.51g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw=900000、Mw/Mn=5.2、五元组分数=99.3%)进行熔融,使用齿轮泵向模具宽度被调整至500mm、模唇间隙被调整至2.0mm的T模具中进行供给。T模具的温度设定至230℃,将熔融的聚合物从T模具中喷出后,利用风量为400L/分钟的25℃吹入空气进行充分冷却,并卷取成卷。同样操作,利用2.5英寸的挤出机,将聚乙烯(PE、MFR(190℃)=0.38g/10分钟、密度=0.96g/cm3)进行熔融,使用齿轮泵向模唇宽度被调整至2.0mm的T模具中进行供给。T模具的温度设定至210℃,将熔融的聚合物从T模具中喷出后,通过400L/分钟的25℃的风量的吹入空气进行充分冷却,并卷取成卷。卷取成卷的PP坯料薄膜和PE坯料薄膜分别具有6μm的厚度,牵伸比为330。接着,将PP坯料薄膜和PE坯料薄膜以成为PP/PE/PP的方式进行粘结,得到具有PP/PE/PP的三层结构的坯料薄膜。接着,将三层结构的坯料薄膜在126℃下退火20分钟。将退火后的坯料薄膜在室温下冷拉伸至8%,接着,在116℃下热拉伸185%,在126℃下热松弛45%,由此形成微多孔,得到PP/PE/PP三层结构的分隔件。热拉伸和热松弛的速度为约10%/分钟。在上述拉伸开孔后,进行所得三层结构分隔件的透气度、穿刺强度、熔断短路试验和105℃下的热收缩率的测定。将结果示于表11。
〈实施例2~5〉
如表11和表12所示那样地变更原料和热松弛中的收缩率,除此之外,按照与实施例1相同的方法,得到具有微多孔层的分隔件,对所得分隔件进行评价。
〈比较例1~4〉
如表12所示那样地变更原料和热松弛中的收缩率,除此之外,按照与实施例1相同的方法,制作具有微多孔层的分隔件,对分隔件进行评价。其中,关于因熔融张力过高而无法制作厚度6μm的PP坯料薄膜的样品,记作无法制作。
〈实施例6〉
利用2.5英寸的挤出机,将高分子量的聚丙烯(PP、MFR(230℃)=0.51g/10分钟、密度=0.91g/cm3、Mw=900000、Mw/Mn=5.2、五元组分数=99.3%)进行熔融,使用齿轮泵向模具宽度被调整至500mm、模唇间隙被调整至3.3mm的T模具中进行供给。T模具的温度设定至230℃,将熔融的聚合物从T模具中喷出后,利用风量为400L/分钟的25℃吹入空气进行充分冷却,卷取成卷。卷取成卷的PP坯料薄膜具有15μm的厚度,牵伸比为220。接着,将三层结构的坯料薄膜在130℃下退火20分钟。将退火后的坯料薄膜在室温下冷拉伸至10%,接着,在130℃下热拉伸185%,在130℃下热松弛45%,由此形成微多孔,得到由PP单层的微多孔层形成的分隔件。在上述拉伸开孔后,进行所得三层结构分隔件的透气度、穿刺强度、熔断短路试验和105℃下的热收缩率的测定。将结果示于表13。
〈比较例5〉
如表13所示那样地变更原料,除此之外,按照与实施例6相同的方法,得到具有微多孔层的分隔件,对所得分隔件进行评价。
[表11]
表11(例C).PP/PE/PP三层分隔件的评价
[表12]
表12(例C).PP/PE/PP三层分隔件的评价
[表13]
表13(例C).由PP单层微多孔层形成的分隔件的评价
产业上的可利用性
本申请的第一方式所述的蓄电设备用分隔件的强度高且能够薄膜化,可适合地用作蓄电设备、例如锂离子二次电池等的分隔件。
本申请的第二方式所述的蓄电设备用分隔件的安全性高且能够薄膜化,可适合地用作蓄电设备、例如锂离子二次电池等的分隔件。
Claims (28)
1.一种蓄电设备用分隔件,其包含主成分为聚烯烃(A)的微多孔层(X),
所述微多孔层(X)在载荷2.16kg和温度230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.9g/10分钟以下,并且
在基于扫描型电子显微镜(SEM)的所述微多孔层(X)的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,所述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径为100nm以上。
2.根据权利要求1所述的蓄电设备用分隔件,其中,在基于所述扫描型电子显微镜(SEM)的所述微多孔层(X)的MD-TD表面观察或ND-MD截面观察中,所述微多孔层(X)中存在的孔的最大长孔直径为100nm以上且400nm以下。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,在230℃的温度下进行测定时的所述微多孔层(X)的熔融张力为16mN以上。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,在230℃的温度下进行测定时的所述微多孔层(X)的熔融张力为16mN以上且40mN以下。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述蓄电设备用分隔件的机械方向的拉伸强度(SMD)与宽度方向的拉伸强度(STD)之比(SMD/STD)为SMD/STD>5。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述蓄电设备用分隔件在105℃下热处理1小时后的热收缩率在TD上为1%以下、且在MD上为4%以下,
所述蓄电设备用分隔件在120℃下热处理1小时后的热收缩率在TD上为1%以下、且在MD上为10%以下。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,将所述蓄电设备用分隔件的厚度换算成14μm时的透气度为250秒/100cm3以下。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其厚度为8μm以上且18μm以下,并且,将厚度换算成14μm时的穿刺强度为230gf以上。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述聚烯烃(A)包含聚丙烯。
10.根据权利要求9所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述聚丙烯相对于所述聚烯烃(A)的比例为50~100质量%。
11.根据权利要求9或10所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述聚丙烯的五元组分数为95.0%以上。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述微多孔层(X)的重均分子量(Mw)为500,000以上且1,500,000以下。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述微多孔层(X)的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)为6以下。
14.根据权利要求1~13中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其还具备以聚烯烃(B)作为主成分的微多孔层(Y)。
15.根据权利要求14所述的蓄电设备用分隔件,其中,在基于所述扫描型电子显微镜(SEM)的所述微多孔层(X)和所述微多孔层(Y)的ND-MD截面观察中,
所述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径为100nm以上且400nm以下,并且,
所述微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径大于所述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径。
16.根据权利要求14或15所述的蓄电设备用分隔件,其中,在基于所述扫描型电子显微镜(SEM)的所述微多孔层(X)和所述微多孔层(Y)的ND-MD截面观察中,所述微多孔层(Y)中存在的孔的平均长孔直径为150nm以上且2000nm以下,并且是所述微多孔层(X)中存在的孔的平均长孔直径的1.2倍以上且10倍以下。
17.根据权利要求14~16中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述聚烯烃(A)的主成分为聚丙烯,且所述聚烯烃(B)的主成分为聚乙烯。
18.根据权利要求1~17中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述蓄电设备用分隔件的孔隙率为20%以上且70%以下。
19.根据权利要求1~18中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述聚烯烃(A)的主成分为聚丙烯,并且
所述聚丙烯在载荷2.16kg和温度230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.6g/10分钟以下。
20.一种蓄电设备,其具备权利要求1~19中任一项所述的蓄电设备用分隔件。
21.一种蓄电设备用分隔件,其为具备微多孔层的蓄电设备用分隔件,
所述微多孔层包含在载荷2.16kg和温度230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.7g/10分钟以下的聚烯烃,
所述蓄电设备用分隔件的熔断短路试验中的短路温度为200℃以上,
将所述蓄电设备用分隔件在105℃下热处理1小时时的宽度方向(TD)的热收缩率和机械方向(MD)的热收缩率分别为TD≤1%和MD≤4%。
22.根据权利要求21所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述聚烯烃以聚丙烯作为主成分。
23.根据权利要求21或22所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述聚烯烃的重均分子量(Mw)除以数均分子量(Mn)而得到的值(Mw/Mn)为7以下。
24.根据权利要求21~23中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述熔断短路试验中的熔断温度为150℃以下。
25.根据权利要求21~24中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其具有以聚丙烯作为主成分的微多孔层与以聚乙烯作为主成分的微多孔层的多层结构。
26.根据权利要求21~25中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,在所述微多孔层的广角X射线散射测定中,机械方向(MD)的取向比例相对于宽度方向(TD)的取向比例之比MD/TD为1.3以上。
27.根据权利要求21~26中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其厚度为18μm以下,孔隙率为42%以上,将厚度换算成14μm时的透气阻力为250秒/100cm3以下。
28.一种蓄电设备,其具备权利要求21~27中任一项所述的蓄电设备用分隔件。
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