JP2000256491A - 多孔質フィルム及びその製造方法 - Google Patents
多孔質フィルム及びその製造方法Info
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Abstract
通気度(ガーレ値)が高く、高温での正極負極間の短絡
を防止する多孔質フィルム及び該多孔質フィルムの製造
方法を提供すること。 【解決手段】重量平均分子量が1×106 以上の超高分
子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィン30〜8
5重量%と無機粉体及び/又は無機繊維15〜70重量
%からなる多孔質フィルムであって、該無機粉体及び/
又は無機繊維が平板構造を有する無機物を含むことを特
徴とする多孔質フィルム、並びに前記ポリオレフィンと
平板構造を有する無機物を含む無機粉体及び/又は無機
繊維の総量5〜25重量%並びに溶媒75〜95重量%
からなる樹脂組成物を混練りし、シート状に成形し、延
伸及び脱溶媒処理を行う工程を有する多孔質フィルムの
製造方法。
Description
その製造方法に関する。さらに詳しくは、電池の正極負
極間に配置されてこれらを隔離させる電池用セパレータ
等として好適に用いられる多孔質フィルム及びその製造
方法に関する。
するために、電池として軽量で、高起電力、高エネルギ
ーが得られ、しかも自己放電が少ないリチウム電池が注
目を集めている。このリチウム電池の正極負極の間に
は、正極負極の短絡防止のためにセパレータが設けられ
ており、このセパレータとしては正極負極間のイオンの
透過性を確保するために多数の微孔を有する多孔質フィ
ルムが使用されている。かかる多孔質フィルムの材料と
しては、高分子量ポリオレフィンを用いた多孔質フィル
ムが種々提案されている。
法として、ポリオレフィン系樹脂に無機粉体及び/又は
無機繊維とから構成された厚さ10〜200μmの無機
質多孔膜をセパレータとして用いることが、特開平10
−50287号公報に開示されている。該公報では無機
粉体として酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸カ
リウム等が挙げられ、一般に球形ないし針状の無機物が
挙げられている。
10倍程度とする旨が記載されているが、この程度の延
伸倍率は低いため、得られる膜強度は十分でない。ま
た、球形の無機粉体や針状の無機繊維を用いた多孔質フ
ィルムをリチウム電池セパレータとして用いた場合、膜
強度を向上させるために延伸倍率をさらに大きくする
と、膜の通気度が過度に低下し、膜抵抗が低下する。こ
の場合、例えば、外部短絡等が生じた際に一瞬で大電流
が流れ、電池内部の温度が劇的に上昇するが、セパレー
タのシャットダウン機能も一瞬では作用できず、非常に
危険である。
は、微細孔構造及び適度な空孔率を有し、膜強度や通気
度(ガーレ値)が高く、高温での正極負極間の短絡を防
止する多孔質フィルム及び該多孔質フィルムの製造方法
を提供することにある。
を解決するために鋭意検討した結果、重量平均分子量が
1×106 以上の超高分子量ポリオレフィンを含有する
ポリオレフィンと、平板構造を有する無機物を含有する
無機粉体及び/又は無機繊維とからなる樹脂組成物を混
練してシート状に成形し、延伸及び溶媒除去することに
より得られる多孔質フィルムが、微細孔構造を有し、適
度な空孔率を有し、膜強度や通気度が高く、高温におい
ても正極負極間の短絡を防止することを見出し、本発明
に到達した。
分子量が1×106 以上の超高分子量ポリオレフィンを
含有するポリオレフィン30〜85重量%と無機粉体及
び/又は無機繊維15〜70重量%からなる多孔質フィ
ルムであって、該無機粉体及び/又は無機繊維が平板構
造を有する無機物を含むことを特徴とする多孔質フィル
ム、並びに〔2〕 重量平均分子量が1×106 以上の
超高分子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィンと
平板構造を有する無機物を含む無機粉体及び/又は無機
繊維の総量5〜25重量%並びに溶媒75〜95重量%
からなる樹脂組成物を混練りし、シート状に成形し、延
伸及び脱溶媒処理を行う工程を有する多孔質フィルムの
製造方法に関する。
オレフィンは、重量平均分子量が1×106以上の超高
分子量ポリオレフィンを含有したものである。
レン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペン
テン、1−ヘキセン等のオレフィンの単独重合体、共重
合体及びこれらのブレンド物等が挙げられる。これらの
中では、多孔質フィルムの高強度化の観点から、機械的
強度に優れる超高分子量ポリエチレンを用いることが好
ましい。
量は1×106 以上であり、好ましくは1.5×106
以上である。また、超高分子量ポリオレフィンのポリオ
レフィン中における含有量は、高温での高い溶融粘度を
得る観点から、30重量%以上が好ましく、50〜10
0重量%がより好ましい。
る含有量は、適度な通気度及び優れた高温での耐短絡性
を得る観点から、30〜85重量%であり、好ましくは
40〜80重量%、より好ましくは50〜80重量%で
ある。
無機繊維は、平板構造を有する無機物を含有するもので
ある。即ち、平板構造を有する無機粉体及び無機繊維が
好適に使用される。
繊維の平面図において、その輪郭に接する最短間隔の二
つの平行線間の距離(短径b)と、水平面に平行で粒子
や繊維表面に接する平面の高さ(厚みt)から以下の式
により計算される偏平度が5以上のものを示す。本発明
では、平板構造を有する無機物の中でも偏平度が7以上
の無機物が特に好適である。短径bと厚みtの測定は、
例えばSEM観察により行うことができる。
0.1〜5μmであり、無機繊維としては、平均繊維厚
0.01〜1μm、平均繊維長0.5〜10μmのもの
が好適である。本発明においては、平板構造を有する無
機物を含有する無機粉体及び/又は無機繊維を用いるこ
とに一つの大きな特徴があり、かかる平板構造を有する
無機物を用いることにより、高温での電極間の短絡を効
率よく防止し、フィルム厚みを低減し、かつ通気度を高
く保ち、安全性を向上させるという優れた効果が発現さ
れる。
た場合に、延伸処理において延伸倍率を高くして多孔質
フィルムを製造しても、微細孔構造や適度な空孔率を有
し、膜強度や通気度が高くしかも高温での耐短絡性が高
い多孔質フィルムが得られる理由については必ずしも明
らかではないが、例えば、球状又は針状の無機物を用い
た場合、延伸すると無機物を取り巻くような大きな空隙
が生じると共にポリオレフィンとの接触が小さくなるの
に対し、本発明においては無機物は平板構造を有してい
るため、延伸されてもポリオレフィンとの接触面積が大
きく、連通孔の増大を抑制するためと考えられる。
機粉体や無機繊維であれば特に限定されないが、例え
ば、絶縁体であり、電池内部で不活性な無機材料が好ま
しい。特に限定されないが、その具体例としては、カオ
リナイト、ナクライト、ディッカイト等のカオリン族粘
土、モンモリロナイト、ザウコナイト等のモンモリロナ
イト鉱物、リザルダイト等の蛇紋石、イライト、セリサ
イト、海緑石等のマイカ、バーミキュライト等が挙げら
れる。これらの中では、カオリン族粘土やマイカが特に
好ましい。これらの無機物は、2種以上を混合して用い
てもよい。
び無機繊維中における含有量は、好ましくは50重量%
以上、より好ましくは60〜100重量%である。ま
た、平板構造をもたない無機粉体及び/又は無機繊維を
耐熱性と通気度を電池の特性にあわせ制御する目的で含
有していてもよいが、無機粉体及び無機繊維中に50重
量%未満の量とするのが好ましい。平板構造をもたない
無機粉体及び無機繊維としては、酸化チタン、チタン酸
カリウム、酸化アルミニウム等の球形又は針状無機物が
挙げられる。
ルム中における含有量は、耐熱性向上とフィルム強度の
観点から、15〜70重量%であり、好ましくは20〜
60重量%、より好ましくは30〜60重量%である。
繊維からなる本発明の多孔質フィルムの厚みは、電池の
容量の増大を容易にし、また膜強度を確保する観点か
ら、好ましくは10〜100μm、より好ましくは15
〜50μmである。
0%以上、より好ましくは40〜70%である。特に、
本発明の多孔質フィルムは、かかる範囲の空孔率に加え
て、ポリオレフィンのみからなる多孔質フィルムと同様
な微細孔構造を有するため、優れた電解液保持性を有す
るという優れた効果が発現される。
一瞬で大電流が流れるのを防ぎ、電池の安全性を確保す
る観点及び膜抵抗を適度にし、急速充放電を効率よく行
う観点から、好ましくは100〜1500sec/10
0cc、より好ましくは100〜1000sec/10
0ccである。
におけるフィルムの破膜を防止する観点から、突刺強度
が700gf/25μm以上であることが好ましく、8
00gf/25μm以上であることがより好ましい。
は、例えば、短絡を生じる温度が180℃以上であるこ
とが好ましく、190℃以上であることがより好まし
い。
オレフィンと無機粉体及び/又は無機繊維を溶媒と混合
して樹脂組成物を調製し、これを混練し、シート状に成
形し、延伸及び脱溶媒処理をすることにより製造するこ
とができる。
繊維の使用量としては、その総量が樹脂組成物中におい
て、5〜25重量%であることが好ましく、10〜25
重量%であることがより好ましい。樹脂組成物の調製に
おけるポリオレフィンと無機粉体及び/又は無機繊維の
配合比率、無機粉体及び/又は無機繊維中における平板
構造を有する無機物の配合比率は、得られる多孔質フィ
ルムを構成する各成分比率が本発明で規定する所望の範
囲となるように適宜選択される。
ものであればよく、例えば、ノナン、デカン、ウンデカ
ン、ドデカン、デカリン、流動パラフィン等の脂肪族又
は環状の炭化水素、あるいは沸点がこれらに対応する鉱
油留分が挙げられ、これらの中では、流動パラフィン等
の不揮発性溶媒が好ましい。
延、延伸応力がそれぞれ低く、優れた生産性を得る観点
及びシート化する際のネックインを小さくして生産性を
上げる観点から、樹脂組成物中において、75〜95重
量%であることが好ましい。
化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を、目的を損なわな
い範囲で添加することができる。
に成形する工程は、通常用いられる公知の方法により行
うことができる。例えば、樹脂組成物をバンバリーミキ
サー、ニーダー等を用いてバッチ式で混練りし、次い
で、冷却された金属板に挟み込み急冷して急冷結晶化に
よりシート状成形物にしてもよく、Tダイ等を取り付け
た押出機等を用いてシート状成形物を得てもよい。
レフィンを効率良く分散し、ポリオレフィンの分解を抑
える観点から、該ポリオレフィンを該溶媒が溶解を開始
させる温度(溶解開始温度)〜+60℃の範囲が好まし
く、溶解開始温度+20℃〜+50℃の範囲がより好ま
しい。
から出てくるシート状成形物をさらに急冷してもよい。
この時、過冷却度(ΔT)が20℃以上になる条件で急
冷することがより好ましい。
形物を得ることができる。ここで、シート状成形物の厚
みとしては、特に限定されないが、1〜20mmのもの
が好ましく、3〜15mmのものがより好ましい。
理を行う。延伸処理の方式は、特に限定されるものでは
なく、通常の圧延法(プレス法)、テンター法、ロール
法、インフレーション法又はこれらの方法の組合せであ
ってもよく、また、一軸延伸、二軸延伸等のいずれの方
式も適用することができる。また、二軸延伸の場合は、
縦横同時延伸又は逐次延伸のいずれでもよい。さらに、
本発明では、延伸処理に先立ち、シート状成形物の圧延
等の処理を行ってもよい。
で、充分な膜強度を得る観点から、ポリオレフィンの融
点(Tm)+5℃以下が好ましい。また、延伸倍率は、
25〜400倍が好ましく、50〜300倍がより好ま
しい。その他の延伸処理条件は、通常用いられる公知の
条件を採用することができる。
除去して多孔質構造を形成させる工程であり、例えば、
シート状成形物を溶剤で洗浄して残留する溶媒を除去す
ることにより行うことができる。溶剤としては、ペンタ
ン、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の炭化水素、塩化メ
チレン、四塩化炭素等の塩素炭化水素、三フッ化エタン
等のフッ化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等
のエーテル類等の易揮発性溶剤が挙げられ、これらは単
独で又は2種以上を混合して用いることができる。かか
る溶剤を用いた洗浄方法は、特に限定されず、例えば、
シート状成形物を溶剤中に浸漬して溶媒を抽出する方
法、溶剤をシート状成形物にシャワーする方法等が挙げ
られる。
伸前後に適宜行えばよい。例えば、前記シート状成形物
を脱溶媒処理してから延伸処理に供してもよく、またシ
ート状成形物をそのまま延伸処理してから脱溶媒処理を
行ってもよい。あるいは、延伸処理前に脱溶媒処理を行
い、延伸処理後に再度脱溶媒処理を行って残存溶媒を除
去する態様であってもよい。
を有する成形物をヒートセット処理することができる。
本発明において、ヒートセット処理は、フィルムの寸法
変化を抑制して連続熱風炉へ通す等の公知の方法を用い
ることができる。ヒートセット処理の温度は、ポリオレ
フィンのTm−20℃以上、Tm+5℃以下が好まし
い。また、ヒートセット処理時間は、温度により異なり
一概には限定できないが、例えば、30秒〜1時間程度
行うのが好ましい。
ポリオレフィンの融点−20℃以下の温度で予熱を行っ
た後にヒートセット処理を行ってもよい。
ィルムは、微細孔構造及び適度な空孔率を有し、膜強度
や通気度が高く、高温での耐短絡性が優れているため、
電池のセパレータとしての用途だけでなく、各種フィル
ター、電解コンデンサー用隔膜等にも好適に使用するこ
とができる。
らに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例により何
ら限定されるものではない。なお、各種特性について
は、下記要領にて測定を行う。
き、その体積と重量を求め、得られる結果から次式を用
いて計算する。
−重量(g)/平均密度(g/cm 3 )〕/体積(cm
3 ) なお、式中の「平均密度」はポリオレフィン並びに無機
粉体及び/又は無機繊維の平均密度である。
びバインダーからなるペーストをステンレスメッシュに
塗布した後乾燥固定した大きさφ14mmの正極と、平
均粒径10μmのカーボンフレーク及びバインダーから
なるペーストをステンレスメッシュに塗布した後乾燥固
定した大きさφ16mmの負極でφ20mm以上の大き
さの多孔質フィルムを挟み、四フッ化エチレンシートを
介してステンレス板に挟み、四隅のボルトをトルクレン
チで1.0kgf・cmのトルクで締め、10℃/mi
nで昇温しながら両極の導通性をテスターにて調べて、
短絡を生じた温度を測定する。
S−G5」を使用して針突き刺し試験を行い、測定によ
り得られた荷重変異曲線より最大荷重を読み取って突刺
強度値とした。針は直径1.0mm、先端曲率半径0.
5mmを用い、突き刺しは2mm/秒の速度で行った。
(Tm:133℃、密度0.94g/cm3 )15重量
部とマイカ(平均径2μm、密度2.6g/cm3 、偏
平度15)10重量部、流動パラフィン85重量部をス
ラリー状に均一混合し、160℃の温度で小型ニーダー
を用い、60分間溶解混練りした。その後、これらの混
練物を0℃に冷却された金属板に挟み込み、厚さ5mm
のシート状に急冷した。これらの急冷結晶化したシート
状樹脂を、120℃でシート厚さが0.8mmになるま
でヒートプレス(延伸倍率6.1倍)し、120℃で同
時に縦横3.5×3.5倍に二軸延伸し(総延伸倍率7
5倍)、ヘプタンを用いて脱溶媒処理を行なった。次い
で130℃で10分間ヒートセット処理し、膜厚27μ
m、空孔率57%の微細孔構造を有する多孔質フィルム
を得た。
溶媒、ヒートセット処理を行ない、膜厚25μm、空孔
率52%の多孔質フィルムを得た。
厚0.1μm、平均繊維長5μm、密度3.3g/cm
3 、偏平度3)5重量部を添加した以外は実施例1と同
様に製膜し、脱溶媒、ヒートセット処理を行ない、膜厚
28μm、空孔率67%の多孔質フィルムを得た。
質フィルムの膜厚、空孔率、ガーレ値、短絡温度及び突
刺強度を表1に示す。
質フィルムは、比較例1〜2で得られた多孔質フィルム
に比べ、適度な空孔率を有し、ガーレ値(通気度)や膜
強度が高く、耐熱性(高温での耐短絡性)に優れたもの
であることがわかる。
強度や通気度が高く、高温での耐短絡性が高く、電解液
保液性がよい多孔質フィルムを得ることができるという
効果が奏される。また、本発明の多孔質フィルムは、電
池セパレータとしての用途だけでなく、各種フィルタ
ー、電解コンデンサー用隔膜等に好適に用いることがで
きる。
Claims (3)
- 【請求項1】 重量平均分子量が1×106 以上の超高
分子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィン30〜
85重量%と無機粉体及び/又は無機繊維15〜70重
量%からなる多孔質フィルムであって、該無機粉体及び
/又は無機繊維が平板構造を有する無機物を含むことを
特徴とする多孔質フィルム。 - 【請求項2】 平板構造を有する無機物がカオリナイ
ト、ナクライト、ディッカイト等のカオリン族粘土、モ
ンモリロナイト、ザウコナイト等のモンモリロナイト鉱
物、リザルダイト等の蛇紋石、イライト、セリサイト、
海緑石等のマイカ、バーミキュライトからなる群より選
ばれる1種以上のものである請求項1記載の多孔質フィ
ルム。 - 【請求項3】 重量平均分子量が1×106 以上の超高
分子量ポリオレフィンを含有するポリオレフィンと平板
構造を有する無機物を含む無機粉体及び/又は無機繊維
の総量5〜25重量%並びに溶媒75〜95重量%から
なる樹脂組成物を混練りし、シート状に成形し、延伸及
び脱溶媒処理を行う工程を有する多孔質フィルムの製造
方法。
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JP05743099A JP4177929B2 (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 多孔質フィルム及びその製造方法 |
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