JP2003157824A - 電池セパレータ及びピン除去方法 - Google Patents
電池セパレータ及びピン除去方法Info
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Abstract
ータを提供する。 【解決手段】 電池アセンブリからピンを除去する方法
は、ステアリン酸金属塩類、有利にはステアリン酸カル
シウムを少なくとも50ppm含有するポリプロピレン
の外面部分を有し、ピン除去力≦7100gを示すよう
に適応された微孔質膜を含んでなるセパレータを提供す
るステップを含む。
Description
去特性を有する電池セパレータを目的とする。
電池、例えば二次リチウム電池、即ち、陽極テープと陰
極テープがセパレータテープを挟む電池アセンブリは、
1つ又は複数のピン(又はコア又は心棒)の周りに巻か
れている。アセンブリを巻き始めるために、セパレータ
テープを、ピンの上に乗せ、次いで陽極及び陰極のテー
プをピンに給送する。巻取りの完成時に、電池アセンブ
リからピンを除去する(又は引き抜く)。アセンブリ
(即ちセパレータテープ)が、ピンの回収の間、その上
に付着していると、アセンブリは、「竹の子状になり
(telescope)」、廃棄せねばならない。そのような不
合格品が電池製造工程のコストを増加させている。従っ
て、電池製造者は、ピン除去特性が改良されたセパレー
タテープ、即ち電池アセンブリをピンから外す時にピン
に付着しないセパレータが所望である。
試みが行われている。1998年4月28日公開の日本
特開平10−110052号公報では、ピン除去を改良
するために、微孔質膜(microporous membrane)の表面
が模様付け(textured)されている。有機樹脂、有利に
はフッ素樹脂及びシリコーン樹脂から選択される少なく
とも1つの樹脂からなる球形粒子が、膜表面から突き出
している。模様付表面は、摩擦抵抗を減じる。1998
年5月26日公開の日本特開平10−139918号公
報では、ピン除去を改良するために、微孔質膜の表面が
滑剤で被覆されている。コーティングは、浸漬被覆又は
ロール塗布により実施することができる。滑剤は、ワッ
クス(例えばパラフィンワックス、マイクロクリスタリ
ンワックス、低分子量ポリエチレン及び他の炭化水素ワ
ックス)、脂肪酸エステル(例えば、ステアリン酸メチ
ル、ステアリン酸ステアリル、ステアリン酸モノグリセ
リド)、脂肪族アミド(例えば、ステアルアミド、パル
ミトアミド、メチレンビス(ステアルアミド))及びこ
れらの組み合わせを含む。1998年7月28日公開の
日本特開平10−195215号公報では、微孔質膜の
表面部は、ポリプロピレンに対するポリエチレンの割合
が膜の中間部より大きく、そのことによりピン除去特性
を改良している。2000年9月13日出願の米国特許
出願番号第09/661519号では、ピンの表面を変
性して、ピン除去を改良している。表面変性は、表面の
肌理処理(texturing)(roughing:粗面化)及び/又
はピンの表面に溝付けをすることを含む。
アリン酸カルシウムを使用することは公知である。参
照:Plastics Engineering Ha
ndbook,Chapman&Hall,New Y
ork City,NY(1991)、645頁。その
中において、ポリオレフィン中に使用される場合に、ス
テアリン酸カルシウムは、「タイアップ触媒」として作
用し、滑剤は、樹脂加工性を高めるのに使用され、かつ
「効果的な滑剤は、最終生成物の特性に悪影響を与えな
い(即ち不活性である)」ことが注目される。例えば、
ステアリン酸カルシウム600ppmが、酸除去剤とし
て作用させる目的のために、ポリプロピレンに添加され
ていた。参照:Witco’s Additive P
roduct Guide,Polymer Addi
tives Group,Olefins/Styre
nics,2頁。ステアリン酸カルシウムは、滑剤とし
ても作用し、ポリオレフィン樹脂の流動特性を改良する
ことができる。Witco,Ibid.,2頁。ステア
リン酸カルシウムを含有するポリプロピレン樹脂は、電
池セパレータ、即ち、単層ポリプロピレンセパレータで
あるセルガード2400(登録商標名:CELGARD
2400)及び多層セパレータであるセルガード230
0(登録商標名:CELGARD2300)を製造する
のに使用された。
レータのピン除去特性を改良する必要性がまだ存在す
る。
されたピン除去特性を有する電池セパレータを提供する
ことである。
酸金属塩類少なくとも50ppmを含むポリプロピレン
の外面部分を有し、ピン除去力≦7100gを示すよう
適合された微孔質膜を含むセパレータを提供することに
より解決される。
抜けて延在する複数の微小孔を有する。微小孔は、0.
005〜10ミクロン、有利には0.01〜5ミクロ
ン、最も有利には0.05〜2ミクロンの平均孔径を有
する。微孔質膜は、5〜100秒、有利には10〜60
秒の範囲のガーレイ(Gurley:ASTM D72
6B)も有する。有利には、これらの膜は、「シャット
ダウン膜」であり、即ち、例えば内部短絡のために電池
の温度が迅速に上昇し始める際に、陽極と陰極との間の
イオン流を停止させる能力を有する。微孔質膜は、当技
術で十分に理解されるように、単層膜又は多層膜であっ
てよい。有利な多層構造は、ポリプロピレン/ポリエチ
レン/ポリプロピレン構造(PP/PE/PP)を有す
る。有利な単層膜は、ポリプロピレンから製造されてい
る。膜の外面部分(単層又は多層膜のどちらかの表面に
関連する新造語)は、有利にはポリプロピレンである。
ポリプロピレンは、有利には、アイソタクチックポリプ
ロピレンホモポリマーである。そのようなポリプロピレ
ンは、1〜4、有利には1.2〜1.7の範囲のメルト
フローインデックス(MFI)を有する。そのようなポ
リプロピレンは、0.90〜0.91g/cm3の範囲
の密度を有する。有利には、これらの膜は、「押出し、
アニール、ストレッチ」法(a/k/a「ドライストレ
ッチ(dry stretch)」又はセルガード(登録商標名:
Celgard)法)により製造されるが、他の技術、
例えば「溶剤抽出」を含んでもよい。本明細書中に参考
文献として組み入れられている、Kesting,
R.,Synthetic Polymeric Me
mbranes,John Wiley and So
ns,New York City,NY(1985)
を参照のこと。
ロピレン外面部分にステアリン酸金属塩類、有利には少
なくとも50ppmのステアリン酸金属塩類を含有させ
ることにより改良されることが確定された。有利なステ
アリン酸金属塩類は、ステアリン酸カルシウムである。
有利には、ポリプロピレン中のステアリン酸カルシウム
は、少なくとも50ppm、有利には50〜3000p
pm、最も有利には300〜600ppmである。ステ
アリン酸カルシウムの量は、誘導複合プラズマ(IC
P:induced coupled plasma)分析により決定された。
下限は、改良されたピン除去特性を得るために必要なス
テアリン酸金属塩類の最小量を限定する。上限は、ステ
アリン酸金属塩類が、セパレータから電解質へ溶け込
み、そのことにより電解質の電気化学特性に強い悪影響
を与える危険性が大きくなる前の、許容できるステアリ
ン酸金属塩類の最大量を限定する。そのようなステアリ
ン酸カルシウムは、商標名「Calcium Srea
rate Regular」で、Witco Corp
oration,Greenwich,CTから市販さ
れている。
をさらに詳細に説明する。
する下記の手順を使用して定量化した。
又は心棒)の周りに巻くために使用した。ピンは、直径
0.16インチで滑らかな外面を有する円筒状の心棒2
ピースである。各ピースは半円形の断面を有する。後に
議論するセパレータを、ピン上に載せる。セパレータ上
の初期力(tangential:接線力)は、0.5kgfであ
り、その後、セパレータは、24秒の間に10インチの
割合で巻取られる。巻取りの間、テンションロールは、
セパレータに係合し、これを心棒に巻き取らせる。テン
ションロールは、セパレータ供給機の向かい側に位置す
る直径5/8インチ(5/8”)のロールと、(係合の
際に)空気圧1バールが適用される3/4インチの空気
圧シリンダーと、ロールとシリンダーとを相互に連結す
る1/4インチ棒とを含んでなる。
(幅)×10インチ(10”)の膜2枚からなる。これ
らのセパレータ5個をテストし、結果を平均し、平均値
を報告した。各ピースは、巻取り機のセパレータ供給ロ
ール上に1インチ重ねて重ね継ぎした。セパレータの開
放端から、即ち、重ね継ぎされた末端(distal the spl
iced end)から、1/2インチと7インチの所に、イン
キでマークをつけた。1/2インチのマークは、ピンか
ら遠い側(即ちテンションロールに隣接する側)と1列
になり、セパレータは、ピンのピースの間に引き込ま
れ、テンションロールと係合して、巻取りが始まる。7
インチのマークが、ゼリーロール(jellyroll:ピン周
りに巻きつけられたセパレータ)から約1/2インチに
なった時に、セパレータをそのマークのところで切断
し、セパレータの開放端を接着テープでゼリーロールに
確保する(1インチ幅で1/2インチ重ねる)。ゼリー
ロール(即ちセパレータをその上に巻き付けたピン)を
巻き取り機から外す。容認できるゼリーロールは、しわ
及び竹の子巻き(telescoping)を有さない。
×0.02lb;Chatillon DFGS 5
0)を備えた引張試験機(即ち、Chatillon
Inc.,Greensboro,NC社のChati
llon Model TCD500−MS)内に置
く。歪み速度は、1分当たり2.5インチであり、ロー
ドセルからのデータは、1秒当たり100ポイントの割
合で記録される。ピークの力はピン除去力として報告さ
れる。
より測定した。静摩擦係数(COFSTATIC)は、
“Method for Determining C
oefficient of Friction of
Paper and Board”の題名のJIS
P 8147により測定した。
は、単層ポリプロピレン微孔質膜である。C1及びC2
は、セルガード2400(登録商標名:CELGARD
2400)という名称で販売される市販の膜(先行技
術、PA)であった。試料1と2は、本発明を例示す
る。これらの試料それぞれは、サーキュラーダイにより
200℃で押し出され、6%のストレッチで、150℃
でアニールし、ストレッチ、即ち常温延伸16〜18%
及び熱延伸を行い、下記の表に記載の量まで緩和(rela
x)させた。
多層(PP/PE/PP)微孔質膜である。C3及びC
4は、それぞれ、市販製品、セルガード2300(登録
商標名:CELGARD2300)及びセルガードE1
62(登録商標名:CELGARD E162)であっ
た。試料3は、本発明を例示する。全ての薄層PPは、
サーキュラーダイにより224℃で押出された。全ての
3層は、アニール(125℃)され、11%のストレッ
チで結合(133℃)された。ついで、フィルムを常温
延伸20〜25%及び熱延伸を行い、かつ下記の表に記
載のストレッチ合計について緩和させた。
(PP/PE/PP)微孔質膜である。C5は、市販製
品(先行技術(PA))、セルガード2320(登録商
標名:CELGARD2320)であった。試料4は、
本発明を例示する。全ての薄層PPは、サーキュラーダ
イにより224℃で押出された。全ての3層は、アニー
ル(125℃)され、11%のストレッチで結合(13
3℃)された。ついで、フィルムを常温延伸20〜25
%及び熱延伸を行い、かつ表3に記載のストレッチ合計
のために緩和させた。
性から逸脱することなく、他の形式で実施してもよい。
従って、本発明の範囲を示すものとして、前記明細書よ
りもむしろ添付クレームを参照されたい。
Claims (20)
- 【請求項1】 電池アセンブリからピンを除去する方法
であって、この方法は、ポリプロピレンの外面部分を有
する微孔質膜を含んでなるセパレータを提供するステッ
プを含み、前記ポリプロピレンがステアリン酸カルシウ
ムを少なくとも50ppm含有する方法。 - 【請求項2】 前記ステアリン酸カルシウムが、ポリプ
ロピレン中、50〜3000ppmの範囲にある請求項
1記載の方法。 - 【請求項3】 前記微孔質膜がそれを貫く複数の微小孔
を更に含み、該微小孔の平均孔径が0.05〜10ミク
ロンの範囲であり、前記膜が5〜100秒の範囲のガー
レイを有する請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記膜がポリプロピレン−ポリエチレン
−ポリプロピレン構造を有する多層膜を更に含む請求項
1記載の方法。 - 【請求項5】 前記膜がシャットダウンセパレータであ
る請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 前記ポリプロピレンが1〜4のメルトフ
ローインデックスを有するポリプロピレンを含む請求項
1記載の方法。 - 【請求項7】 前記ポリプロピレンが1.2〜1.7の
メルトフローインデックスを有するポリプロピレンであ
る請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 電池アセンブリからピンを除去する方法
であって、この方法は、ポリプロピレンの外面部分と、
膜厚≦1mil(25ミクロン)と、ピン除去力≦71
00gとを有する微孔質膜を含んでなるセパレータを提
供するステップを含み、前記ポリプロピレンがステアリ
ン酸金属塩類を少なくとも50ppm含有する方法。 - 【請求項9】 前記ステアリン酸金属塩類がステアリン
酸カルシウムである請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 前記ステアリン酸カルシウムが、ポリ
プロピレン中、50〜3000ppmの範囲にある請求
項9記載の方法。 - 【請求項11】 前記ステアリン酸カルシウムが、ポリ
プロピレン中、300〜600ppmの範囲にある請求
項9記載の電池セパレータ。 - 【請求項12】 前記微孔質膜がそれを貫く複数の微小
孔を更に含み、該微小孔の平均孔径が0.05〜10ミ
クロンの範囲であり、前記膜が5〜100秒の範囲のガ
ーレイを有する請求項8記載の方法。 - 【請求項13】 前記膜がポリプロピレン−ポリエチレ
ン−ポリプロピレン構造を有する多層膜を更に含む請求
項8記載の方法。 - 【請求項14】 前記膜がシャットダウンセパレータで
ある請求項13記載の方法。 - 【請求項15】 前記ポリプロピレンが1〜4のメルト
フローインデックスを有するポリプロピレンを含む請求
項8記載の方法。 - 【請求項16】 前記ポリプロピレンが1.2〜1.7
のメルトフローインデックスを有するポリプロピレンで
ある請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 少なくとも50ppmのステアリン酸
金属塩類を含有するポリプロピレンの表面部分を有する
微孔質膜を含んでなる、ピンを除去する特性が改良され
た電池セパレータ。 - 【請求項18】 前記ステアリン酸金属塩類が50〜3
000ppmの範囲のステアリン酸カルシウムである請
求項17記載の電池セパレータ。 - 【請求項19】 前記ポリプロピレンが1〜4のメルト
フローインデックスを有する請求項17記載の電池セパ
レータ。 - 【請求項20】 ピン除去力≦7100gを有する請求
項17記載の電池セパレータ。
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