JP2005268096A - 電子部品用セパレータ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の電子部品用セパレータは、繊維状シート基材および加熱により溶融する熱可塑性樹脂微粒子を含む多孔質構造体よりなるものであって、前記多孔質構造体における細孔の平均孔径が0.1〜15μmであり、前記微粒子が、セパレータに1〜50g/m2の範囲で含まれ、且つ前記微粒子の一次平均粒子径が前記孔径の1%〜95%の範囲にあることを特徴とする。この電子部品用セパレータは、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池に好適に用いられる。
【選択図】 なし
Description
本発明の電子部品用セパレータにおいて、多孔質構造体は多数の細孔を有するものであって、その細孔のバブルポイント法による平均孔径が0.1〜15μmの範囲にあることが必要であり、より好ましくは0.5〜5μmの範囲にある。平均孔径が0.1μm未満の場合は、イオン伝導性を阻害する場合があり好ましくないほか、電解液の含浸性が低下する傾向や、先述の微小なデンドライトとの成長を阻害するので好ましくない。一方、15μmを超えると、特にセパレータを薄膜化した場合に短絡などの不具合を生ずるので好ましくない。なお、バブルポイント法による平均孔径の測定は、西華産業社製のポリメーターで行なった。
厚さ20μmのポリエチレンテレフタレート繊維よりなる不織布を比較用の電子部品用セパレータとした。
重量平均分子量30万のフッ化ビニリデンホモポリマーを1−メチル−2−ピロリドン及びジメチルアセトアミド(良溶媒)に溶解し、フタル酸ジブチル(貧溶媒)を添加してフッ化ビニリデンホモポリマー成分が10重量%になるように調整した塗布液を得た。この塗布液中に含まれる水分量をカールフィッシャー法で測定したところ、0.54重量%であった。次に、ポリエチレンテレフタレートからなる保持材面に、ポリエチレンテレフタレート繊維よりなる厚さ15μmの不織布を載置し、その不織布上に上記塗布液をキャスティング法により塗布した。次に、不織布の内部に含まれる塗布液中の溶剤を熱により蒸発させ、不織布繊維間にフッ化ビニリデンホモポリマーの多孔質構造体を有する厚さが30μmの比較用のセパレータを得た。
重量平均分子量50万のフッ化ビニリデンホモポリマーを1−メチル−2−ピロリドン及びジメチルアセトアミド(良溶媒)に溶解し、フタル酸ジブチル(貧溶媒)を添加してフッ化ビニリデンホモポリマー成分が10重量%になるように調整した塗布液を得た。この塗布液中に含まれる水分量をカールフィッシャー法で測定したところ、0.59重量%であった。次に、ポリエチレンテレフタレートからなる樹脂フィルム面に、予めポリエチレンテレフタレート繊維よりなる厚さ10μmの不織布に粒径3μmで軟化点が113℃のポリエチレン粒子と粒径が1μmで軟化点が132℃のポリエチレン粒子を0.5g/m2保持させておいたものを載置し、その不織布上に上記塗布液をキャスティング法により塗布した。次に、不織布の内部に含まれる塗布液中の溶剤を熱により蒸発させ、不織布繊維間にフッ化ビニリデンホモポリマーの多孔質構造体を有する厚さが15μmの比較用のセパレータを得た。
重量平均分子量20万のフッ化ビニリデンホモポリマーを1−メチル−2−ピロリドン及びジメチルアセトアミド(良溶媒)に溶解し、フタル酸ジブチル(貧溶媒)を添加してフッ化ビニリデンホモポリマー成分が8重量%になるように調整した塗布液を得た。この塗布液中に含まれる水分量をカールフィッシャー法で測定したところ、0.50重量%であった。次にポリエチレンテレフタレートからなる樹脂フィルム面に、予めポリエチレンテレフタレート繊維よりなる厚さ20μmの不織布に粒径1μmで軟化点が113℃のポリエチレン粒子と粒径が5μmで軟化点が148℃のポリプロピレン粒子を60g/m2保持させておいたものを載置し、その不織布上に上記塗布液をキャスティング法により塗布した。次に、不織布の内部に含まれる塗布液中の溶剤を熱により蒸発させ、不織布繊維間にフッ化ビニリデンホモポリマーの多孔質構造体を有する複合膜を得た。これにプレス処理を施し、厚さが40μmの比較用のセパレータを得た。
厚さ20μmのポリエチレン製延伸多孔質膜を比較用の電子部品用セパレータとした。[比較例6]
厚さ10μmのポリエチレン製延伸多孔質膜を比較用の電子部品用セパレータとした。
実施例1におけると同様にして塗布液をキャスティング法により塗布して得た塗工物を、乾燥せずに水に浸漬して溶媒置換し、その後に乾燥した以外は、実施例1と同様にして比較例用セパレータを得た。この比較用セパレータの膜厚は24μmであった。
この比較用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの貫通孔は存在せず、前記多孔質構造体は、セパレータの片面からもう一方の面に細孔の繋がりによって通じていることが認められるものの、セパレータ内の孔が、多数のポリエチレン粒子で閉塞している状態が確認された。また、各細孔の孔径はセパレータの厚さより小さかった。また、樹脂フィルムとの接触面側のセパレータ表面は細孔の開き方がまばらであり、極薄いスキン層が形成されていることが認められた。バブルポイント法により細孔の平均孔径を測定したところ、孔径は3.2μmであり、ポリエチレン粒子の粒径よりも小さいことが分かった。
実施例1の貧溶媒をトリプロピレングリコールに換えた以外は、実施例1と同様に処理して塗工物を得た。その塗工物を貧溶媒を残した状態まで半乾燥した。次に、塗工面内に残っている貧溶媒をアルコールで抽出した後、再度乾燥して比較用セパレータを得た。得られた比較用セパレータの膜厚は25μmであった。
この比較用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの貫通孔は存在せず、前記多孔質構造体は、セパレータの片面からもう一方の面に細孔の繋がりが認められ、各細孔の孔径はセパレータの厚さより小さかった。しかし、このセパレータを電子顕微鏡で観察したところ、多孔質構造化しているものの、表面近傍の孔径が非常に大きいことがわかった。また、多孔質構造体の内部において、ポリエチレン粒子で孔が塞がれている状態が多数観察された。バブルポイント法により細孔の平均孔径を測定したところ、孔径は3.4μmであり、ポリエチレン粒子の粒径よりも小さいことが確認された。
実施例1において、ポリエチレン粒子の代わりに、平均粒子径が25μの燐酸カルシウム粒子を塗布液に対して10重量%混合し分散した後に、実施例1と同様に処理して塗工物を得た。それを乾燥した後、更に希硝酸にて燐酸カルシウムを分解し、水洗後、再度乾燥して比較用セパレータを得た。得られた比較用セパレータの膜厚は28μmであった。
この比較用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの貫通孔が認められ、前記多孔質構造体は、セパレータの片面からもう一方の面に孔の繋がりが認められた。孔各々の径は繊維状シート基材の厚さとほぼ同等であり、また、バブルポイント法により細孔の平均孔径を測定したところ26μmであった。
実施例1において貧溶媒を用いない以外は、実施例1と同様にして膜厚22μmの比較用セパレータを得た。得られた比較用セパレータを電子顕微鏡により観察したところ、膜厚方向への連通孔は少なくポリエチレン粒子による閉塞個所が多数確認された。バブルポイント法により細孔の平均孔径を測定したところ0.06μmであった。
実施例1において、ジメチルアセトアミドを用いない以外は、実施例1と同様にして比膜厚21μmの比較用セパレータを得た。その場合、実施例1に比べて約1.5倍の乾燥時間を要した。
この比較用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの貫通孔は存在せず、前記多孔質構造体は、セパレータの片面からもう一方の面に多数の細孔の繋がりによって通じており、各細孔の孔径はセパレータの厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることは確認できた。しかしながら、セパレータは全体的に細孔の孔径が小さく、ポリエチレン粒子で閉塞している個所を多々観察された。バブルポイント法により細孔の平均孔径を測定したところ、孔径は0.05μmであり、ポリエチレン粒子の一次平均粒子径以下の孔径であることが分かった。
実施例1において、35℃85%RHの雰囲気下、開放系で作製した塗布液を用いた以外は、実施例1と同様にして比較用セパレータを作製した。得られた比較用セパレータの多孔質膜は、目視上、細孔密度の濃淡がはっきりわかる非常に不均一な膜であった。その膜厚は約24μmであった。なお、使用した塗布液の水分量は、カールフィッシャー法で測定した結果、1.7重量%であった。
上記26種のセパレータに関してイオン伝導度を評価した。測定には、前記26種のセパレータを使用しコイン型セルを作製した。その結果を表1に示す。なお、測定環境、測定装置は次の通りである。
測定環境:20℃50%RH
測定装置:Solartron社製 SI 1287 1255B
機械的強度の尺度として、上記実施例及び比較例の26種についてJIS K 7161に準拠し引張最大点荷重により引張強度を測定した。その結果を表2に示す。測定環境、測定装置、測定条件は次の通りである。
測定環境:25℃65%RH
測定装置:ORIENTEC社製 UCT−500
初期試料長:10mm
引張速度:50mm/min
引張方向:長尺方向(MD)
上記26種のセパレータに関してシャットダウン性を評価した。測定には、前記26種のセパレータを使用しコイン型セルを作製した。その結果を表3に示す。試験方法としては、満充電したコイン型セルに更に充電を行い、その際の電池内部の温度変化を測定し、温度が下がり始めた点をシャットダウン温度とした。
Claims (19)
- 繊維状シート基材および加熱により溶融する熱可塑性樹脂微粒子を含む多孔質構造体よりなる電子部品用セパレータであって、前記多孔質構造体の細孔の平均孔径が0.1〜15μmであり、前記微粒子が、セパレータに1〜50g/m2の範囲で含まれ、且つ前記微粒子の一次平均粒子径が前記孔径の1%〜95%の範囲にあることを特徴とする電子部品用セパレータ。
- 前記繊維状シート基材が、織布、不織布又は網状物であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品用セパレータ。
- 前記不織布が、繊維径0.15デニール以下の繊維を少なくとも1重量%以上含むことを特徴とする請求項2に記載の電子部品セパレータ。
- 前記微粒子が、ポリエチレン及び/又はポリプロピレンからなることを特徴とする請求項1に記載の電子部品用セパレータ。
- 前記多孔質構造体が、繊維状シート基材の表面及び/又は内部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品用セパレータ。
- 前記多孔質構造体が、フッ化ビニリデン樹脂よりなることを特徴とする請求項5に記載の電子部品用セパレータ。
- 前記多孔質構造体の多数の細孔が繋がってセパレータの一面から他面に連通しており、セパレータ面の垂直方向にピンホール状の垂直な貫通孔を有さず、各細孔の孔径はセパレータの厚さより小さいことを特徴とする請求項1に記載の電子部品用セパレータ。
- セパレータの厚さが5〜30μmであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電子部品用セパレータ。
- 電子部品が、リチウムイオン二次電池又はポリマーリチウム二次電池であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の電子部品用セパレータ。
- 樹脂フィルム上に、加熱により溶融する熱可塑性樹脂微粒子を含む繊維状シート基材を載置する工程、該繊維状シート基材の上に、フッ化ビニリデン樹脂とその良溶媒及び貧溶媒を含有する塗布液を塗工する工程、形成された塗工層を乾燥して溶媒を除去することによって繊維状シート基材の表面及び/又は内部に多孔質構造体を形成する工程、その後樹脂フィルムを除去することによって繊維状シート基材および加熱により溶融する熱可塑性樹脂微粒子を含む多孔質構造体よりなるセパレータを得る工程を含み、該塗布液中に含まれる水分量がカールフィッシャー法による測定で0.7重量%以下であることを特徴とする電子部品用セパレータの製造方法。
- 樹脂フィルム上に、フッ化ビニリデン樹脂とその良溶媒及び貧溶媒を含有する塗布液を塗工して塗工層を形成する工程、加熱により溶融する熱可塑性樹脂微粒子を含む繊維状シート基材を前記塗工層に重ね合わせる工程、その後、乾燥して溶媒を除去することによって繊維状シート基材の表面及び/又は内部に多孔質構造体を形成する工程、その後樹脂フィルムを除去することによって繊維状シート基材および加熱により溶融する熱可塑性樹脂微粒子を含む多孔質構造体よりなるセパレータを得る工程を含み、該塗布液中に含まれる水分量がカールフィッシャー法による測定で0.7重量%以下であることを特徴とする電子部品用セパレータの製造方法。
- 前記塗布液における貧溶媒の沸点が、良溶媒の沸点よりも高いことを特徴とする請求項10又は11に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
- 前記繊維状シート基材が、織布、不織布又は網状物であることを特徴とする請求項10又は11に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
- 前記不織布が、繊維径0.15デニール以下の繊維を少なくとも1重量%以上含むことを特徴とする請求項13に記載の電子部品セパレータの製造方法。
- 前記微粒子がポリエチレン及び/又はポリプロピレンからなることを特徴とする請求項10又は11に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
- 前記多孔質構造体の多数の細孔が繋がってセパレータの一面から他面に連通しており、セパレータ面の垂直方向にピンホール状の垂直な貫通孔を有さず、各細孔の孔径はセパレータの厚さより小さいことを特徴とする請求項10又は11に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
- セパレータの厚さが5〜30μmであることを特徴とする請求項10又は11に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
- 前記樹脂フィルムの多孔質構造体に対する剥離強度が0.1〜75g/20mmであることを特徴とする請求項10又は11に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
- 電子部品が、リチウムイオン二次電池又はポリマーリチウム二次電池であることを特徴とする請求項10乃至18のいずれかに記載の電子部品用セパレータの製造方法。
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