JP2005343936A - Porous film, separator for non-aqueous electrolyte cell and non-aqueous electrolyte cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔性フィルムに関し、包装用、衛生用、畜産用、農業用、建築用、医療用、分離膜、光拡散板、電池用セパレーターとして利用でき、特に、非水電解電池用セパレーターとして好適に利用できるものである。 The present invention relates to a porous film, and can be used as packaging, sanitary, livestock, agricultural, architectural, medical, separation membrane, light diffusion plate, battery separator, and particularly as a separator for non-aqueous electrolytic battery. It can be used suitably.
従来、小型の二次電池はOA、FA、家電、通信機器等のポータブル電子機器用電源として幅広く使用されている。とくに機器に装備した場合に容積効率がよく機器の小型化および軽量化につながることからリチウムイオン二次電池を使用したポータブル機器が増加している。
一方、大型の二次電池はロードレベリング、無停電電源(UPS)、電気自動車をはじめ環境問題に関連する多くの分野において研究開発が進められ、大容量、高出カ、高電圧および長期保存性に優れている点より非水電解液二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池の用途が広がっている。
Conventionally, small secondary batteries are widely used as power sources for portable electronic devices such as OA, FA, home appliances, and communication devices. In particular, portable devices using lithium ion secondary batteries are increasing because they have a high volumetric efficiency and are reduced in size and weight when installed in devices.
On the other hand, large secondary batteries are being researched and developed in many fields related to environmental issues such as load leveling, uninterruptible power supply (UPS), and electric vehicles. Large capacity, high output, high voltage and long-term storage stability The use of lithium ion secondary batteries, which are a type of non-aqueous electrolyte secondary battery, is expanding from the point of being superior to the above.
リチウムイオン二次電池の使用電圧は、通常4.1から4.2Vを上限として設計されている。このような高電圧では水溶液は電気分解を起こすので電解液として使うことができない。そのため、高電圧でも耐えられる電解液として有機溶媒を使用したいわゆる非水電解液が用いられている。
非水電解液用の溶媒としては、より多くのリチウムイオンを存在させることができる高誘電率有機溶媒が用いられ、該高誘電率有機溶媒としてポリプロピレンカーボネートやエチレンカーボネート等の有機炭酸エステルが使用されている。溶媒中でリチウムイオン源となる支持電解質として、6フッ化リン酸リチウム等の反応性の高い電解質を溶媒中に溶かして使用している。
The working voltage of a lithium ion secondary battery is usually designed with an upper limit of 4.1 to 4.2V. At such a high voltage, the aqueous solution causes electrolysis and cannot be used as an electrolyte. Therefore, so-called non-aqueous electrolytes using organic solvents are used as electrolytes that can withstand high voltages.
As the solvent for the non-aqueous electrolyte, a high dielectric constant organic solvent capable of causing more lithium ions to be present is used, and organic carbonates such as polypropylene carbonate and ethylene carbonate are used as the high dielectric constant organic solvent. ing. As a supporting electrolyte that becomes a lithium ion source in the solvent, a highly reactive electrolyte such as lithium hexafluorophosphate is dissolved in the solvent and used.
リチウムイオン二次電池のセパレーターは正極と負極と直接接触させて両極の間に介在させるために内部短絡の防止の点から絶縁性が要求され、かつリチウムイオンの通路となる透気性と電解液の拡散・保持機能を付与するために微細孔構造とし、該微細孔は異常発熱時に孔を溶融し遮断するシャットダウン機能が要求される。
この安全性の観点から、微細孔構造を有し、高温(140〜160℃)状態になると微細孔が閉塞され、その結果電池内部のイオン伝導を遮断し、その後の電池内部の温度上昇を防止できるシャットダウン機能を具備したポリオレフィン系樹脂からなるセパレーターが提供されている。
しかし、シャットダウン後も何らかの理由で電池温度の上昇が続いてセパレーターの耐熱温度を超えるとセパレーターが溶融し正極と負極との隔離性が著しく低下するため、電池内でショートが発生する恐れがある。
The separator of the lithium ion secondary battery is in direct contact with the positive electrode and the negative electrode and is interposed between the two electrodes, so that insulation is required from the viewpoint of preventing an internal short circuit, and the permeability of the lithium ion passage and the electrolyte solution In order to provide a diffusion / holding function, a fine pore structure is used, and the fine pores are required to have a shutdown function for melting and blocking the pores when abnormal heat is generated.
From this safety point of view, it has a microporous structure, and when it reaches a high temperature (140 to 160 ° C.), the micropores are blocked, thereby blocking ion conduction inside the battery and preventing subsequent temperature rise inside the battery. A separator made of a polyolefin resin having a shutdown function capable of being provided is provided.
However, if the battery temperature continues to rise for some reason after the shutdown and exceeds the heat resistance temperature of the separator, the separator melts and the isolation between the positive electrode and the negative electrode is remarkably reduced, so that a short circuit may occur in the battery.
上記問題に対して、ポリオレフィン系樹脂と無機粉体または無機繊維とからなる混合物に対して、可塑剤として鉱物オイルが30〜70重量%配合された混練物からなる耐熱性に優れた無機質含有多孔膜のセパレーターが、特開平10−50287号(特許文献1)で提供されている。
しかし、ポリオレフィン系樹脂と無機粉体を素材としてセパレーター用の多孔性フィルムを製造する際、上記ポリオレフィン樹脂と無機粉体に大量の鉱物オイルからなる可塑剤を混合し、この混合物をシート状に成形する一次加工、該シートを延伸・圧延等して空孔を設ける二次加工を行った後に、配合している鉱物オイルを有機溶媒で抽出除去する工程が必要となり、この抽出工程で多量の有機溶剤等を使用すると共に工程数が増加するなど生産性が悪いという問題がある。
In order to solve the above-mentioned problems, the inorganic-containing porous material having excellent heat resistance composed of a kneaded material containing 30 to 70% by weight of mineral oil as a plasticizer with respect to a mixture of polyolefin resin and inorganic powder or inorganic fiber. A membrane separator is provided in Japanese Patent Laid-Open No. 10-50287 (Patent Document 1).
However, when manufacturing porous films for separators using polyolefin resin and inorganic powder as raw materials, a plasticizer consisting of a large amount of mineral oil is mixed into the polyolefin resin and inorganic powder, and this mixture is formed into a sheet. After the primary processing to perform, secondary processing to stretch and roll the sheet to provide pores, a step of extracting and removing the blended mineral oil with an organic solvent is necessary. In this extraction step, a large amount of organic There is a problem that productivity is poor, for example, the number of processes increases with the use of a solvent.
また、特開2001−164015号(特許文献2)には、ポリプロピレン系樹脂、充填剤及びアミド系可塑剤からなる多孔性フィルムが提供されている。
しかしながら、ポリプロピレン系樹脂は融点が高く異常高温時での微細孔の閉塞が困難で、シャットダウン機能が期待できない。よって、大容量の電池システム用のセパレーターとしては使用可能であるが、民生用電池のセパレーターとしては使用されていなのが現状である。
また、特許文献2に開示された多孔性フィルムは、ポリプロピレン樹脂を用いるため、均一な透過性を有するフィルムを作成することが困難で、かつ、フィルムを特定の厚みおよび特定の厚み精度に保持しにくい。よって、フィルムの厚さが均一になりにくいため、圧力が負荷された時に薄い部分が裂け易くなり絶縁性に問題がある。かつ、巻芯を用いて正極、セパレーターおよび負極を渦巻状に捲回する際に、裂けやすいため切断が困難で安定して電池を製造することができない。
JP-A-2001-164015 (Patent Document 2) provides a porous film made of a polypropylene resin, a filler, and an amide plasticizer.
However, the polypropylene resin has a high melting point and it is difficult to close the micropores at an abnormally high temperature, and a shutdown function cannot be expected. Therefore, although it can be used as a separator for a large-capacity battery system, it is not currently used as a separator for consumer batteries.
Moreover, since the porous film disclosed in Patent Document 2 uses a polypropylene resin, it is difficult to produce a film having uniform permeability, and the film is maintained at a specific thickness and a specific thickness accuracy. Hateful. Therefore, since the thickness of the film is difficult to be uniform, a thin portion is easily torn when pressure is applied, and there is a problem in insulation. In addition, when the positive electrode, the separator, and the negative electrode are wound in a spiral shape by using a winding core, the battery is difficult to cut and cannot be stably manufactured because it is easy to tear.
さらに、特開2003−82139(特許文献3)には、高密度ポリエチレン樹脂、炭酸カルシウム等からなる充填剤、分子量200〜500の脂肪族炭化水素または高級アルコール等の低分子量化合物の可塑剤とからなる樹脂組成物の混練物からシートを成形し、該シートを延伸して形成する多孔性フィルムが提供されている。
しかしながら、本発明者が追試した結果、均一な孔径を有するセパレーターを作ることが実際上困難であり、また厚み精度も目的とする精度に制御することは非常に困難であった。そのため、円筒形、菱形または扁平形等の巻芯を用いて正極、セパレーターおよび負極を重ねて渦巻き状に捲回する際、所定のサイズに収めることができず、電池缶に収容できなかったり、収容できても局所的に圧力がかかり短絡が発生する場合があった。
Furthermore, JP-A-2003-82139 (Patent Document 3) includes a high-density polyethylene resin, a filler made of calcium carbonate, and the like, and a plasticizer of a low molecular weight compound such as an aliphatic hydrocarbon having a molecular weight of 200 to 500 or a higher alcohol. There is provided a porous film formed by forming a sheet from the kneaded product of the resin composition and stretching the sheet.
However, as a result of further examination by the present inventors, it was practically difficult to produce a separator having a uniform pore diameter, and it was very difficult to control the thickness accuracy to the target accuracy. Therefore, when winding the positive electrode, separator and negative electrode in a spiral shape using a cylindrical, rhombus or flat core, etc., it cannot be stored in a predetermined size and cannot be accommodated in a battery can, Even if it could be accommodated, there was a case where a short circuit occurred due to local pressure.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、裂けにくくハンドリング性が向上されており、非水電解質電池セパレーターとして用いられた場合に優れた絶縁性を発揮して短絡の発生を有効に防止することができ、かつ高温(140〜160℃)状態になるとシャットダウン機能を発揮して電池内部の温度上昇を防止できる多孔性フィルムを提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, has improved handling properties that are difficult to tear, and exhibits excellent insulation when used as a nonaqueous electrolyte battery separator, effectively preventing the occurrence of short circuits. An object of the present invention is to provide a porous film that can perform a shutdown function when it is in a high temperature (140 to 160 ° C.) state and can prevent a temperature rise inside the battery.
本発明は、高密度ポリエチレン樹脂と低密度ポリエチレン樹脂を含む樹脂(A)と、充填剤(B)とを含む樹脂組成物からなるフィルムで、該フィルムが延伸により充填剤(B)を起点とした空孔が設けられていると共に、平均厚みが5μm以上40μm以下で且つ厚みの最大値と最小値とが平均厚みの±25%未満とされていることを特徴とする多孔性フィルムを提供している。 The present invention is a film comprising a resin composition containing a resin (A) containing a high-density polyethylene resin and a low-density polyethylene resin, and a filler (B), and the film starts from the filler (B) by stretching. Provided with a porous film, wherein the average thickness is 5 μm or more and 40 μm or less, and the maximum value and the minimum value of the thickness are less than ± 25% of the average thickness. ing.
本発明の多孔性フィルムは、高密度ポリエチレン樹脂を含むことから非水電解質電池セパレーターとして用いられた際に異常高温状態において優れたシャットダウン機能を発揮することができる。さらに、本発明の多孔性フィルムは、低密度ポリエチレン樹脂を含むことから裂けにくくなっておりハンドリング性が向上し、かつ、引張性が向上し、膜厚制度が向上する。その上、ポリオレフィン樹脂であるポリエチレン樹脂からなるため透気性および耐熱性にも優れたフィルムとなる。
さらに、フィルムの平均厚みを5μm以上40μm以下とし、厚みの最大値と最小値とを平均厚みの±25%未満に制御することにより、優れた絶縁性を発揮できる。具体的には、厚さが均一であるために圧力が負荷された時に薄い部分が裂けることが実質的にない。また、所定の厚さとしているために、本発明の多孔性フィルムをセパレーターとして用い、正極、セパレーターおよび負極を重ねて渦巻き状に捲回する際に所定のサイズに収めることができ、その結果局所的な圧力がかかることがなく電池缶に容易に収容することでき、短絡の発生を防ぐことができる。
Since the porous film of the present invention contains a high-density polyethylene resin, it can exhibit an excellent shutdown function in an abnormally high temperature state when used as a non-aqueous electrolyte battery separator. Furthermore, since the porous film of the present invention contains a low density polyethylene resin, it is difficult to tear, the handling property is improved, the tensile property is improved, and the film thickness system is improved. In addition, since it is made of a polyethylene resin, which is a polyolefin resin, the film has excellent air permeability and heat resistance.
Furthermore, by setting the average thickness of the film to 5 μm or more and 40 μm or less and controlling the maximum value and the minimum value of the film to less than ± 25% of the average thickness, excellent insulating properties can be exhibited. Specifically, since the thickness is uniform, the thin portion is not substantially torn when pressure is applied. In addition, since it has a predetermined thickness, the porous film of the present invention can be used as a separator, and can be stored in a predetermined size when the positive electrode, the separator, and the negative electrode are wound in a spiral shape. Therefore, it can be easily accommodated in the battery can without being subjected to a certain pressure, and the occurrence of a short circuit can be prevented.
本発明で用いる高密度ポリエチレンについては、異常高温(140〜160℃)状態におけるシャットダウン機能をより有効に発揮するために、密度が0.94g/cm3以上であることが好ましく、さらに0.95g/cm3以上であることがより好ましい。なお、密度の上限は0.97g/cm3である。
また、上記高密度ポリエチレンについては、成形するフィルムの強度を所要に保持するために、メルトフローレートが1.5g/10分以下、好ましくは1.1g/10分以下、より好ましくは0.6g/10分以下、特に好ましくは0.1g/10分以下である。メルトフローレートが1.5g/10分より大きいと3倍以上の延伸が難しくなり、得られる多孔性フィルムの強度が低下する。なお、下限は0.01g/10分である。
The high density polyethylene used in the present invention preferably has a density of 0.94 g / cm 3 or more, and more preferably 0.95 g in order to more effectively exhibit a shutdown function in an abnormally high temperature (140 to 160 ° C.) state. / Cm 3 or more is more preferable. The upper limit of the density is 0.97 g / cm 3 .
For the high-density polyethylene, the melt flow rate is 1.5 g / 10 min or less, preferably 1.1 g / 10 min or less, more preferably 0.6 g in order to maintain the strength of the film to be molded. / 10 min or less, particularly preferably 0.1 g / 10 min or less. When the melt flow rate is larger than 1.5 g / 10 min, stretching of 3 times or more becomes difficult, and the strength of the resulting porous film is lowered. The lower limit is 0.01 g / 10 minutes.
上記高密度ポリエチレンとして、具体的にはホモポリマーポリエチレン或いはα−オレフィンコモノマー含量が2モル%以下のコポリマーポリエチレンが好ましく、ホモポリマーポリエチレンが更に好ましい。なお、α−オレフインコモノマーの種類には特に制限はない。
上記高密度ポリエチレンの重合触媒には特に制限はなく、チーグラー型触媒、フイリップス型触媒、カミンスキー型触媒等いずれのものでも良い。ポリエチレンの重合方法として、一段重合、二段重合もしくはそれ以上の多段重合等があり、いずれの方法でもよい。
Specifically, the high-density polyethylene is preferably a homopolymer polyethylene or a copolymer polyethylene having an α-olefin comonomer content of 2 mol% or less, and more preferably a homopolymer polyethylene. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the kind of alpha-olefin comonomer.
The polymerization catalyst for the high density polyethylene is not particularly limited, and may be any one such as a Ziegler type catalyst, a Phillips type catalyst, or a Kaminsky type catalyst. As a method for polymerizing polyethylene, there are one-stage polymerization, two-stage polymerization, or more multistage polymerization, and any method may be used.
一方、本発明で用いる低密度ポリエチレンついては、フィルムを裂けにくくするために密度が0.86g/cm3以上0.94g/cm3未満であることが好ましい。
低密度ポリエチレンとしては、線状低密度ポリエチレンまたは高圧法にてラジカル重合させた低密度ポリエチレン等が挙げられる。
上記線状低密度ポリエチレンはエチレンとα−オレフィンとの共重合体であり、α−オレ
フィンとしてはプロピレン、ブテンまたはヘキセンなどが挙げられる。
高圧法にてラジカル重合させた低密度ポリエチレンはホモポリマーであってもα−オレフィンとのコポリマーであってもよい。α−オレフインコモノマーとしては、プロピレン、ブテンまたはヘキセンなどが挙げられる。
On the other hand, with low-density polyethylene used in the present invention, it is preferable density to hardly torn the film is less than 0.86 g / cm 3 or more 0.94 g / cm 3.
Examples of the low density polyethylene include linear low density polyethylene and low density polyethylene radical-polymerized by a high pressure method.
The linear low density polyethylene is a copolymer of ethylene and an α-olefin, and examples of the α-olefin include propylene, butene, and hexene.
The low density polyethylene radically polymerized by the high pressure method may be a homopolymer or a copolymer with an α-olefin. Examples of the α-olefin comonomer include propylene, butene, and hexene.
本発明は高密度ポリエチレン樹脂と低密度ポリエチレンとを組み合わせて用いることが特徴であるが、さらに他の熱可塑性樹脂を混合して用いても良い。他の熱可塑性樹脂としては、例えば非晶質熱可塑性樹脂(好ましくはガラス転移温度Tgが10℃〜200℃の樹脂)、ポリプロピレン、ポリブテン、プロピレンエチレンブロック共重合体またはプロピレンエチレンランダム共重合体等が挙げられる。しかしながら、本発明で用いる樹脂(A)は高密度ポリエチレン樹脂および低密度ポリエチレンからなることが好ましい。 The present invention is characterized by using a combination of a high-density polyethylene resin and a low-density polyethylene. However, other thermoplastic resins may be used in combination. Examples of other thermoplastic resins include amorphous thermoplastic resins (preferably resins having a glass transition temperature Tg of 10 ° C. to 200 ° C.), polypropylene, polybutene, propylene ethylene block copolymer, propylene ethylene random copolymer, and the like. Is mentioned. However, the resin (A) used in the present invention is preferably composed of a high density polyethylene resin and a low density polyethylene.
樹脂成分における高密度ポリエチレン樹脂と低密度ポリエチレンの比率は、得られる多孔性フィルムの用途または物性により適宜選択することができるが、樹脂(A)を100質量部とすると高密度ポリエチレン樹脂が99〜70質量部、低密度ポリエチレンが1〜30質量部とすることが好ましい。高密度ポリエチレン樹脂が70質量部より少なく、低密度ポリエチレンが30質量部より多いと、機械的強度が低下する。 The ratio of the high-density polyethylene resin and the low-density polyethylene in the resin component can be appropriately selected depending on the use or physical properties of the obtained porous film. When the resin (A) is 100 parts by mass, the high-density polyethylene resin is 99 to 99 parts by mass. It is preferable that 70 mass parts and low density polyethylene shall be 1-30 mass parts. When the high density polyethylene resin is less than 70 parts by mass and the low density polyethylene is more than 30 parts by mass, the mechanical strength is lowered.
本発明で用いる充填剤は、その平均粒径を0.1〜25μmとしたフィラー状としている。平均粒径を上記範囲内としているのは、樹脂組成物中に均一に分散させるため、および、所望の空孔の大きさを得るためである。平均粒径を0.1μm未満とすると、充填剤同士の凝集により分散性が低下して延伸むらを引き起こすとともに、熱可塑性樹脂と充填剤との界面の接触面積が増大して延伸による界面剥離が難しくなり、多孔化が困難になりやすいからである。一方、平均粒径が25μmを超えると、フィルムを薄くすることが困難となるのに加えフィルムの機械強度が低下するからである。充填剤の平均粒径は好ましくは0.5〜5μm程度である。 The filler used in the present invention is in the form of a filler having an average particle size of 0.1 to 25 μm. The reason why the average particle diameter is within the above range is to uniformly disperse the resin in the resin composition and to obtain a desired pore size. When the average particle size is less than 0.1 μm, the dispersibility is reduced due to aggregation of the fillers, causing uneven stretching, and the contact area of the interface between the thermoplastic resin and the filler is increased to cause interfacial peeling due to stretching. This is because it is difficult to make the material porous. On the other hand, if the average particle size exceeds 25 μm, it becomes difficult to make the film thin, and the mechanical strength of the film is lowered. The average particle size of the filler is preferably about 0.5 to 5 μm.
上記充填剤としては、無機系及び有機系のいずれ充填剤も使用でき、1種を単独で使用しても良いし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
無機充填剤の例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムなどの炭酸塩;硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩;塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどの塩化物;酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、シリカ等の酸化物のほか、タルク、クレー、マイカなどのケイ酸塩等が挙げられる。これらの中でも炭酸カルシウムまたは硫酸バリウムがより好ましく、硫酸バリウムが最も好ましい。上記無機充填剤は樹脂中の分散性向上のため、表面処理剤で無機充填剤の表面を被覆して疎水化してもかまわない。この表面処理剤としては例えばステアリン酸もしくはラウリル酸等の高級脂肪酸またはそれらの金属塩を挙げることができる。
As the filler, both inorganic and organic fillers can be used, and one kind can be used alone, or two or more kinds can be used in combination.
Examples of inorganic fillers include carbonates such as calcium carbonate, magnesium carbonate and barium carbonate; sulfates such as calcium sulfate, magnesium sulfate and barium sulfate; chlorides such as sodium chloride, calcium chloride and magnesium chloride; calcium oxide, In addition to oxides such as magnesium oxide, zinc oxide, titanium oxide, and silica, silicates such as talc, clay, and mica can be used. Among these, calcium carbonate or barium sulfate is more preferable, and barium sulfate is most preferable. In order to improve the dispersibility in the resin, the inorganic filler may be hydrophobized by coating the surface of the inorganic filler with a surface treatment agent. Examples of the surface treatment agent include higher fatty acids such as stearic acid or lauric acid, or metal salts thereof.
有機充填剤としては、延伸温度において充填剤が溶融しないように高密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレンの融点よりも融点が高い樹脂粒子が好ましく、ゲル分が4〜10%程度の架橋した樹脂粒子がさらに好ましい。
有機充填剤の例としては、超高分子量ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、メラミン、ベンゾグアナミンなどの熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられ、これらの中でも、特に架橋させたポリスチレンなどが好ましい。
As the organic filler, resin particles having a melting point higher than that of high-density polyethylene and low-density polyethylene are preferable so that the filler does not melt at the stretching temperature, and crosslinked resin particles having a gel content of about 4 to 10% are further included. preferable.
Examples of organic fillers include ultra high molecular weight polyethylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polytetrafluoroethylene, polyimide, poly Examples thereof include thermoplastic resins and thermosetting resins such as etherimide, melamine, and benzoguanamine. Among these, crosslinked polystyrene is particularly preferable.
上記樹脂と充填剤との配合比は、樹脂100質量部に対して充填剤が50質量部以上400質量部以下であることが好ましい。充填剤の配合量を50質量部未満とすると、目的とする良好な透気性が発現されにくくなり、外観および風合いも悪くなりやすい。一方、充填剤の配合量が400質量部を超えると、フィルム成形の際に樹脂焼けなど工程上の不具合を起こしやすくなり、フィルム強度も大幅に低下する。
より好ましくは、樹脂100質量部に対して充填剤を60質量部以上150質量部以下の割合で配合する。
The blending ratio of the resin and the filler is preferably 50 parts by mass or more and 400 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the resin. When the blending amount of the filler is less than 50 parts by mass, the desired good air permeability is hardly expressed, and the appearance and texture are liable to deteriorate. On the other hand, when the blending amount of the filler exceeds 400 parts by mass, problems in the process such as resin burning are likely to occur during film forming, and the film strength is greatly reduced.
More preferably, the filler is blended at a ratio of 60 parts by mass or more and 150 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the resin.
上記樹脂と充填剤とはフィルムの必須成分であるが、さらにこれらの原料を混合溶融した時に樹脂中への充填剤の分散性を向上させる目的で可塑剤を配合することが好ましい。 The resin and the filler are essential components of the film, but it is preferable to add a plasticizer for the purpose of improving the dispersibility of the filler in the resin when these raw materials are mixed and melted.
本発明で用いる可塑剤は、沸点が140℃以上であることが好ましい。沸点が140℃未満の可塑剤を用いた場合は、本発明のフィルムを有する製品が何らかの原因で高温となったときに可塑剤が揮発し、当該製品が破裂するおそれがある。沸点が140℃以上の可塑剤とは、大気圧での沸点が140℃以上であるもの、または140℃で1時間加熱した後の重量が加熱前の重量に対して10%以上減少していないものと定義する。
さらに、上記可塑剤は、沸点が140℃以上である上に融点が25℃以上であることがより好ましい。融点が25℃以上の可塑剤を用いれば、フィルムの剛性が向上し、例えば電池などの本発明のフィルムを有する製品の組み立て工程でのハンドリングがより容易となる。ここで、融点が25℃以上の可塑剤とは、DSC(示差走査熱量測定)による測定で溶融時の吸熱ピークが明確に25℃以上であるもの、またはDSCによる測定で吸熱ピークを明確に有していないものは25℃の動粘度が100000mm2/sec以上のものと定義する。
The plasticizer used in the present invention preferably has a boiling point of 140 ° C. or higher. When a plasticizer having a boiling point of less than 140 ° C. is used, the plasticizer volatilizes when the product having the film of the present invention becomes hot for some reason, and the product may burst. A plasticizer having a boiling point of 140 ° C. or higher is a plasticizer having a boiling point of 140 ° C. or higher at atmospheric pressure, or the weight after heating at 140 ° C. for 1 hour does not decrease by 10% or more with respect to the weight before heating. It is defined as a thing.
Further, the plasticizer preferably has a boiling point of 140 ° C. or higher and a melting point of 25 ° C. or higher. If a plasticizer having a melting point of 25 ° C. or higher is used, the rigidity of the film is improved, and handling in the assembling process of a product having the film of the present invention such as a battery becomes easier. Here, a plasticizer having a melting point of 25 ° C. or higher is a plasticizer having a clear endothermic peak at 25 ° C. or higher when measured by DSC (differential scanning calorimetry), or a clear endothermic peak when measured by DSC. What is not defined is defined as having a kinematic viscosity at 25 ° C. of 100,000 mm 2 / sec or more.
本発明における可塑剤に使用可能なものとして、エステル化合物、アミド化合物、脂肪酸、アルコール化合物、アミン化合物、エポキシ化合物、エーテル化合物、鉱油、パラフィンワックス、液状シリコーン、フッ素オイル、液状ポリエーテル類、液状ポリブテン類、液状ポリブタジエン類、カルボン酸塩、スルホン酸塩、アミン塩、カルボン酸化合物、フッ素系化合物、スルホン結合を有する化合物等が挙げられる。可塑剤は1種類を単独で使用しても良いし、2種類以上を組み合わせて用いても良い。
具体的には、可塑剤としては、「プラスチックス配合剤」(株式会社 大成社発行 昭和62年11月30日 第2版発行)のP29〜64の可塑剤の項目に記載され、P49からP50の表4と、P52〜P54の表6に列挙されている可塑剤(TCP、TOP,PS ESBO等)が使用可能である。
但し、本発明が規定する融点25℃以上且つ沸点140℃以上のものが用いられる。
Usable as plasticizers in the present invention are ester compounds, amide compounds, fatty acids, alcohol compounds, amine compounds, epoxy compounds, ether compounds, mineral oil, paraffin wax, liquid silicone, fluorine oil, liquid polyethers, liquid polybutene , Liquid polybutadienes, carboxylates, sulfonates, amine salts, carboxylic acid compounds, fluorine-based compounds, compounds having a sulfone bond, and the like. One plasticizer may be used alone, or two or more plasticizers may be used in combination.
Specifically, as a plasticizer, it describes in the item of the plasticizer of P29-64 of "Plastics compounding agent" (The Taiseisha issue November 30, 1987 2nd edition issue), P49 to P50. The plasticizers (TCP, TOP, PS ESBO, etc.) listed in Table 4 and Table 6 of P52 to P54 can be used.
However, those having a melting point of 25 ° C. or higher and a boiling point of 140 ° C. or higher specified by the present invention are used.
上記エステル化合物としては、テトラグリセリントリステアレート、グリセリントリステアレート、ステアリルステアレート、グリセリンモノステアレート、ソルビタンモノステアレート、エチレンカーボネートまたはジステアリルカーボネート等が挙げられる。
上記アミド化合物としては、エチレンビスステアリン酸アミドまたはヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどが挙げられる。
上記アルコール化合物としては、ステアリルアルコール、オレイルアルコールまたはドデシルフェノールなどが挙げられる。
上記アミン化合物としては、ジヒドロジエチルステアリルアミンまたはラウリルアミンなどが挙げられる。
上記エポキシ化合物としては、エポキシ大豆油などが挙げられる。
上記エーテル化合物としては、トリエチレングリコールなどが挙げられる。
前記鉱油としては、灯油またはナフテン油などが挙げられる。
Examples of the ester compound include tetraglycerin tristearate, glycerin tristearate, stearyl stearate, glycerin monostearate, sorbitan monostearate, ethylene carbonate or distearyl carbonate.
Examples of the amide compound include ethylene bis stearamide and hexamethylene bis stearamide.
Examples of the alcohol compound include stearyl alcohol, oleyl alcohol, and dodecylphenol.
Examples of the amine compound include dihydrodiethyl stearylamine and laurylamine.
Examples of the epoxy compound include epoxy soybean oil.
Examples of the ether compound include triethylene glycol.
Examples of the mineral oil include kerosene and naphthenic oil.
上記カルボン酸塩としては、ステアリン酸カルシウムまたはオレイン酸ナトリウムなどが挙げられる。
上記スルホン酸塩としてはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。
上記アミン塩としては、ステアリルジメチルベタインまたはラウリルトリメチルアンモニウムクロリドなどが挙げられる。
上記カルボン酸化合物としては、ステアリン酸もしくはオレイン酸、またはこれらのエステル体などの誘導体(ただし塩は除く。)などが挙げられる。
上記スルホン結合を有する化合物としては、スルホランまたはジプロピルスルホン酸などが挙げられる。
Examples of the carboxylate include calcium stearate and sodium oleate.
Examples of the sulfonate include sodium dodecylbenzenesulfonate.
Examples of the amine salt include stearyl dimethyl betaine or lauryl trimethyl ammonium chloride.
Examples of the carboxylic acid compound include stearic acid or oleic acid, or derivatives thereof (excluding salts).
Examples of the compound having a sulfone bond include sulfolane and dipropylsulfonic acid.
本発明で用いる可塑剤としては、エステル化合物、アミド化合物またはスルホン結合を有する化合物がより好ましい。とくに、本発明においては、可塑剤としてエチレンカーボネートまたはスルホランを含むことが好ましく、これらの割合が可塑剤の成分100質量部中に80〜100質量部であることが好ましい。 The plasticizer used in the present invention is more preferably an ester compound, an amide compound or a compound having a sulfone bond. In particular, in this invention, it is preferable that ethylene carbonate or sulfolane is included as a plasticizer, and it is preferable that these ratios are 80-100 mass parts in 100 mass parts of components of a plasticizer.
本発明においては、可塑剤の配合比が樹脂100質量部に対し1〜30質量部であることが好ましい。より好ましい配合比は、樹脂100質量部に対し1〜20質量部である。可塑剤の配合比が1質量部未満であると、目的とする良好な延伸性が発現されにくくなり、外観および風合いも悪くなりやすい。一方、可塑剤の配合比が30質量部を超えるとフィルム成形の際に樹脂焼けなど工程上の不具合を起こしやすくなる。 In this invention, it is preferable that the compounding ratio of a plasticizer is 1-30 mass parts with respect to 100 mass parts of resin. A more preferable blending ratio is 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin. When the blending ratio of the plasticizer is less than 1 part by mass, the desired good stretchability is hardly expressed, and the appearance and texture are liable to deteriorate. On the other hand, when the blending ratio of the plasticizer exceeds 30 parts by mass, problems in the process such as resin burning are likely to occur during film formation.
さらに、本発明の多孔性フィルムでは、一般に樹脂組成物に配合される添加剤、例えば、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、スリップ剤、着色剤等を、多孔性フィルムの特性を損なわない程度の範囲で配合してもよい。
具体的には、前記「プラスチックス配合剤」のP154〜P158に記載されている酸化防止剤、P178〜P182に記載されている紫外線吸収剤、P271〜P275に記載されている帯電防止剤としての界面活性剤、P283〜294に記載されている滑剤が必要に応じて適宜に配合される。
Furthermore, in the porous film of the present invention, additives generally blended in the resin composition, for example, antioxidants, heat stabilizers, light stabilizers, ultraviolet absorbers, neutralizers, antifogging agents, antiblocking agents. Further, an antistatic agent, a slip agent, a colorant, and the like may be blended within a range that does not impair the properties of the porous film.
Specifically, as the antioxidant described in P154 to P158 of the “plastics compounding agent”, the ultraviolet absorber described in P178 to P182, and the antistatic agent described in P271 to P275. A surfactant and a lubricant described in P283 to 294 are appropriately blended as necessary.
本発明の多孔性フィルムは、前記したように、上記樹脂組成物の溶融混練物をフィルムとして成形加工し、成形されたフィルムを延伸することにより充填剤を起点として空孔を設ている。該多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いる場合には、平均厚みが5μm以上40μm以下、より好ましくは5〜30μmであり、厚みが5μm未満であるとフィルムが破れやすくなり、一方、40μmを越えると電池用セパレーターとして所定の電池缶に捲回して収納する際、電池面積が小さくなり、ひいては電池容量が小さくなる。
且つ、且つ厚みの最大値と最小値とが平均厚みの±25%未満、すなわち厚みの振れを±25%未満としている。厚みの最大値と最小値とが平均厚みは、より好ましくは±20%以下、特に、±15%以下である。厚みの振れが平均厚みの±25%を越えると、捲回した時に部分的に圧力がかかり、電池用セパレーターとして用いたときに絶縁性が低下する。
As described above, the porous film of the present invention is formed by processing the melt-kneaded product of the resin composition as a film, and stretching the formed film to provide pores starting from the filler. When the porous film is used as a battery separator, the average thickness is 5 μm or more and 40 μm or less, more preferably 5 to 30 μm. When the thickness is less than 5 μm, the film is easily broken, whereas when the thickness exceeds 40 μm. When being wound and stored in a predetermined battery can as a battery separator, the battery area is reduced, and consequently the battery capacity is reduced.
In addition, the maximum value and the minimum value of the thickness are less than ± 25% of the average thickness, that is, the thickness fluctuation is less than ± 25%. The average thickness of the maximum value and the minimum value of the thickness is more preferably ± 20% or less, particularly ± 15% or less. When the thickness fluctuation exceeds ± 25% of the average thickness, a partial pressure is applied when the film is wound, and the insulation is lowered when used as a battery separator.
なお、上記多孔性フィルムの平均厚みは、1/1000mmのダイアルゲージにて面内を不特定に30箇所測定し、その平均を算出して得られる値である。また、厚みの最大値とは前記30箇所の測定値のうち最も大きい値をいい、厚みの最小値とは前記30箇所の測定値のうち最も小さい値をいう。厚みの振れとは、式;{(最大厚みまたは最小厚み−平均厚み)/平均厚み}×100(%)により算出される値である。 In addition, the average thickness of the said porous film is a value obtained by measuring 30 places unspecified in a surface with a 1/1000 mm dial gauge, and calculating the average. Moreover, the maximum value of the thickness refers to the largest value among the measured values at the 30 locations, and the minimum value of the thickness refers to the smallest value among the measured values at the 30 locations. The thickness fluctuation is a value calculated by the formula: {(maximum thickness or minimum thickness−average thickness) / average thickness} × 100 (%).
特に、本発明の好ましい態様においては充填剤(B)を熱可塑性樹脂(A)100質量部に対し50〜400質量部と比較的大量に充填しており、充填剤(B)の配合が少ない場合もしくは充填剤が配合されていない場合と比較して強度が比較的低くなるため、厚みと厚み精度を十分に制御することが重要となる。
多孔性フィルムの厚さは、上記熱可塑性樹脂(A)、充填剤(B)および可塑剤(C)の種類もしくは配合量、延伸条件(延伸倍率、延伸温度等)によって自由に調整できる。
Particularly, in a preferred embodiment of the present invention, the filler (B) is filled in a relatively large amount of 50 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin (A), and the blending of the filler (B) is small. Since the strength is relatively low as compared with the case where no filler is blended, it is important to sufficiently control the thickness and thickness accuracy.
The thickness of the porous film can be freely adjusted by the types or blending amounts of the thermoplastic resin (A), filler (B) and plasticizer (C), and stretching conditions (stretching ratio, stretching temperature, etc.).
本発明の多孔性フィルムは例えば下記の方法で製造している。
まず、各成分をヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、タンブラー型ミキサー等の粉体混合機で混合する。このとき、熱可塑性樹脂はパウダーあるいはペレット状、充填材はパウダー、可塑剤はパウダー、延伸補助財はペレット状に予めしておくことが好ましい。
ついで、1軸あるいは2軸混練機、ニーダー等で加熱混練する。その後、ペレット化して成膜工程に移行しても良いし、ペレット化せずに直接成型機で製膜してもよい。このペレットはサイロ、ホッパーフレコン等の原料を保存する設備、容器に一時的に保存しておいても良い。
The porous film of the present invention is produced, for example, by the following method.
First, each component is mixed with a powder mixer such as a Henschel mixer, a super mixer, or a tumbler mixer. At this time, it is preferable to preliminarily prepare the thermoplastic resin in powder or pellet form, the filler in powder form, the plasticizer in powder form, and the stretching aid in pellet form.
Next, the mixture is heated and kneaded with a uniaxial or biaxial kneader, a kneader or the like. Thereafter, it may be pelletized and transferred to a film forming step, or may be directly formed by a molding machine without being pelletized. The pellets may be temporarily stored in equipment or containers for storing raw materials such as silos and hopper flexible containers.
本発明では、通常、上記ペレットの水分率が1000ppm以下、好ましくは700ppm以下にして溶融成形してフィルム化している。ペレットの水分が1000ppmより大きいとゲル、ピンボールが極度に発生して好ましくないためである。一方、溶融混合物をペレット化せずに直接成膜工程にもって行く場合も溶融混合物の水分率が1000ppm以下となるように溶融混練工程から成膜工程までの途中で真空脱気もしくは解放脱気を行うことが好ましい。 In the present invention, the moisture content of the pellets is usually 1000 ppm or less, preferably 700 ppm or less, and melt-molded to form a film. This is because if the moisture content of the pellet is larger than 1000 ppm, gel and pinball are extremely generated, which is not preferable. On the other hand, when the molten mixture is directly taken to the film forming process without pelletization, vacuum degassing or open degassing is performed in the middle from the melt kneading process to the film forming process so that the moisture content of the molten mixture is 1000 ppm or less. Preferably it is done.
その後、高密度ポリエチレン樹脂と低密度ポリエチレン樹脂の融点以上、好ましくは融点+20℃以上で分解温度未満の温度条件下において押出成形機等を用いて溶融、成膜することによりフィルム(原反シート)を得ている。成膜方法としては、具体的にはTダイ成形、カレンダー成形、プレス成形等が挙げられる。このようにして成形されるフィルム(原反シート)の厚さは延伸性等を損なわない範囲で適時選択できるが、0.02〜2mmの範囲内が好ましい。 Thereafter, the film (raw sheet) is melted and formed into a film using an extruder or the like under a temperature condition that is higher than the melting point of the high-density polyethylene resin and the low-density polyethylene resin, preferably higher than the melting point + 20 ° C. and lower than the decomposition temperature Have gained. Specific examples of the film forming method include T-die molding, calendar molding, and press molding. The thickness of the film (raw fabric sheet) formed in this way can be selected as appropriate as long as the stretchability and the like are not impaired, but is preferably in the range of 0.02 to 2 mm.
上記成形された樹脂フィルム(原反シート)をロール延伸、テンター延伸、同時2軸延伸、圧延等の方法により、少なくとも1軸方向に延伸(1軸延伸)、好ましくはフィルム長手方向(縦方向)と直交する横方向の2軸方向に延伸(2軸延伸)する。かかる延伸処理は、上記樹脂の軟化点(JIS K6760による測定値)付近で行うことが好ましい。上記延伸により樹脂と充填剤との界面を剥離させることにより多数の空孔を設けることができる。なお、開孔径を安定させるために延伸後に熱処理してもよい。
上記延伸工程における延伸倍率は、延伸時のフィルムの破れ、得られるフィルムの透気度またはフィルムの硬さ等に対応させて適宜選択すればよい。具体的には、例えば2軸延伸の場合、縦横方向の延伸倍率は少なくとも一方向が1.5倍以上、好ましくは縦横いずれか一方に2.0倍以上である。
The molded resin film (raw fabric sheet) is stretched in at least a uniaxial direction (uniaxial stretching) by a method such as roll stretching, tenter stretching, simultaneous biaxial stretching, and rolling, preferably in the film longitudinal direction (longitudinal direction). Is stretched (biaxial stretching) in the biaxial direction in the transverse direction. Such stretching treatment is preferably performed in the vicinity of the softening point of the resin (measured according to JIS K6760). A number of pores can be provided by peeling the interface between the resin and the filler by the above stretching. In addition, in order to stabilize an aperture diameter, you may heat-process after extending | stretching.
The stretching ratio in the stretching step may be appropriately selected in accordance with the film breakage during stretching, the air permeability of the obtained film, the hardness of the film, or the like. Specifically, for example, in the case of biaxial stretching, the stretching ratio in the vertical and horizontal directions is 1.5 times or more in at least one direction, preferably 2.0 or more in either the vertical or horizontal direction.
上記多孔性フィルムの延伸により形成される空孔は、三次元網状としフィルムの両面開口に連通させ、電池用セパレータとする場合には、気体または水蒸気は透過可能とし、液滴は透過不可としている。詳細には空孔径は0.3μm以下とし、100〜3000μmの水滴は透過させず0.0004μm程度の水蒸気は透過可能としている。
より具体的には、本発明の多孔性フィルムは、その透気度が50〜500(sec/100cc)であることが好ましく、100〜500(sec/100cc)であることがより好ましく、100〜300(sec/100cc)であることがさらに好ましい。
透気度を50〜500(sec/100cc)としているのは、50(sec/100cc)未満とすると、電解液の含浸性・保持性が低下して二次電池の容量が低くなったり、サイクル性が低下したりする恐れがある。一方、透気度が500(sec/100cc)を超えると、イオン伝導性が低くなり非水電解質電池用セパレーターとして用いた場合に十分な電池特性を得ることが困難となる。
なお、上記透気度(ガーレ値)はJIS P8117に準拠して通気度(sec/100cc)を測定している。
The pores formed by stretching the porous film have a three-dimensional network shape and are communicated with the opening on both sides of the film to form a battery separator. Gas or water vapor can be transmitted and liquid droplets cannot be transmitted. . Specifically, the pore diameter is set to 0.3 μm or less, water droplets of 100 to 3000 μm are not transmitted, and water vapor of about 0.0004 μm can be transmitted.
More specifically, the porous film of the present invention preferably has an air permeability of 50 to 500 (sec / 100 cc), more preferably 100 to 500 (sec / 100 cc), More preferably, it is 300 (sec / 100 cc).
The air permeability is set to 50 to 500 (sec / 100 cc). When the air permeability is less than 50 (sec / 100 cc), the impregnating / holding ability of the electrolytic solution is lowered and the capacity of the secondary battery is reduced. There is a risk that the sex will decline. On the other hand, if the air permeability exceeds 500 (sec / 100 cc), the ion conductivity becomes low, and it becomes difficult to obtain sufficient battery characteristics when used as a separator for a nonaqueous electrolyte battery.
In addition, the said air permeability (Gurley value) has measured the air permeability (sec / 100cc) based on JISP8117.
こうして得られるフィルムは、包装用、衛生用、畜産用、農業用、建築用、医療用、分離膜、光拡散板用、電池用セパレーター等の多岐の用途に利用できるが、非水電解質電池セパレーターとして好適に使用でき、良好な非水電解質電池が得られる。 The film thus obtained can be used for various applications such as packaging, hygiene, livestock, agriculture, construction, medical, separation membrane, light diffusion plate, battery separator, etc., but non-aqueous electrolyte battery separator Can be suitably used, and a good nonaqueous electrolyte battery can be obtained.
本発明の多孔性フォルムを電池用セパレーターとして用いる場合、通常、本発明の多孔性フォルムを正極と負極との間に介在させ渦巻状に捲回して電池缶内に収納する。本発明においては、このときの捲回不良率が15%以下であることが好ましく、10%以下がより好ましい。捲回不良率が15%以下であると、電池組立て工程においてハンドリング性が良好で不良品の発生率も少ないなど工業的な生産により適している。なお、捲回不良率は後述する実施例に記載の方法で測定する。 When the porous form of the present invention is used as a battery separator, the porous form of the present invention is usually interposed between a positive electrode and a negative electrode, wound in a spiral shape, and stored in a battery can. In the present invention, the winding failure rate at this time is preferably 15% or less, and more preferably 10% or less. When the winding defect rate is 15% or less, it is more suitable for industrial production, such as good handling in the battery assembling process and low occurrence rate of defective products. The winding failure rate is measured by the method described in the examples described later.
本発明の多孔性フィルムからなる非電解質電池セパレーターを収容している非水電解質電池は、安全性の観点から高温(140〜160℃)状態になるとセパレーターに開孔された微細な孔を閉塞し、その結果電池内部のイオン伝導を遮断し、その後の電池内部の温度上昇を防止できるシャットダウン機能が要求される。この機能の指標として、本発明の非水電解質電池は昇温後の絶縁不良率を20%以下とし、より好ましくは10%以下を達成できるようにしている。これは、昇温後の絶縁不良率が20%以上であると電池としての初期不良率が増大するからである。なお、昇温後の絶縁不良率は後述する実施例に記載の方法で測定する。 The non-aqueous electrolyte battery containing the non-electrolyte battery separator made of the porous film of the present invention closes the fine holes opened in the separator when in a high temperature (140 to 160 ° C.) state from the viewpoint of safety. As a result, there is a need for a shutdown function that can block ion conduction inside the battery and prevent a subsequent temperature rise inside the battery. As an index of this function, the non-aqueous electrolyte battery of the present invention has an insulation failure rate after temperature rise of 20% or less, more preferably 10% or less. This is because the initial failure rate as a battery increases when the insulation failure rate after temperature rise is 20% or more. In addition, the insulation defect rate after temperature rising is measured by the method as described in the Example mentioned later.
上述した如く、本発明の多孔性フィルムは、高密度ポリエチレン樹脂を含むことから非水電解質電池セパレーターに用いられた際に高温状態において優れたシャットダウン機能を発揮することができる。さらに、本発明の多孔性フィルムは、低密度ポリエチレン樹脂を含むことから裂けにくくなっておりハンドリング性が向上している。その上、これらポリエチレン樹脂を用いることにより、透気性および耐熱性にも優れたフィルムとすることができる。 As described above, since the porous film of the present invention contains a high-density polyethylene resin, it can exhibit an excellent shutdown function in a high temperature state when used in a nonaqueous electrolyte battery separator. Furthermore, since the porous film of the present invention contains a low-density polyethylene resin, it is difficult to tear and the handling property is improved. In addition, by using these polyethylene resins, a film excellent in air permeability and heat resistance can be obtained.
また、本発明の多孔性フィルムは、厚み精度が高められ厚さが略均一に保持されているため、電池用セパレーターとして正極板と負極板の間に介在させて渦巻き状に巻回して電池缶内に収容したとき、セパレーターに局部的に負荷がかかることを抑制でき、その結果セパレーターの破損等が防止でき絶縁性を確実に保持することができる。かつ、セパレーターの厚さを5〜40μmと薄くしているため電池缶内への正極板および負極板の充填量を増加でき、電池容量を高めることができる。 In addition, since the porous film of the present invention has a high thickness accuracy and the thickness is substantially uniform, it is interposed between a positive electrode plate and a negative electrode plate as a battery separator and wound in a spiral shape in a battery can. When accommodated, it is possible to suppress a local load on the separator, and as a result, the separator can be prevented from being damaged and the insulation can be reliably maintained. And since the thickness of a separator is made thin with 5-40 micrometers, the filling amount of the positive electrode plate and negative electrode plate in a battery can can be increased, and battery capacity can be raised.
さらにまた、適性な透気性を保持する微細孔構造を持たせるために延伸法を採用しており、製造コストを低廉化できる。
そのうえ、本発明の多孔質フィルムの物性は、樹脂、充填剤および可塑剤の配合量や種類、延伸条件(延伸倍率、延伸温度等)によって自由に調整できる。そのため、該条件等を種々変化させることにより、用途に応じた所望の物性の多孔性フィルムを得ることができる。
Furthermore, a stretching method is employed to provide a fine pore structure that maintains appropriate air permeability, and the manufacturing cost can be reduced.
Moreover, the physical properties of the porous film of the present invention can be freely adjusted by the blending amount and type of resin, filler and plasticizer, and stretching conditions (stretching ratio, stretching temperature, etc.). Therefore, a porous film having desired physical properties according to the application can be obtained by variously changing the conditions.
以下、図面を用いて本発明を具体的に説明する。
図1は多孔性フィルムの断面模式図であり、多孔性フィルム1は三次元網状の空孔1aを備え、該空孔1aは多孔性フィルムの両面1b、1cに連通し、多孔性フィルムの透気度は100〜500(sec/100cc)の範囲内としている。
多孔性フィルム1aの厚さは5〜40μm、かつ、厚みの振れを平均厚さの±25%未満としている。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a porous film. The
The thickness of the
上記多孔性フィルムでは、樹脂として密度0.95g/cm3以上0.97g/cm3以下で且つメルトフローレートが1.5g/10分以下である高密度ポリエチレンおよび、密度0.86g/cm3以上0.94g/cm3未満である低密度ポリエチレンを用いている。
充填剤として平均粒径0.1〜25μmの硫酸バリウムまたは炭酸カルシウムを用い、可塑剤として融点が25℃以上で且つ沸点が140℃以上であるエチレンカーボネート、ソルビタンモノステアレート、エチレンビスステアリン酸アミドまたはグリセリントリステアレートを用いている。充填剤と可塑剤の配合比は、上記樹脂100質量部に対して充填剤が100〜150質量部、可塑剤が5〜10質量部である。
In the porous film, the resin has a density of 0.95 g / cm 3 to 0.97 g / cm 3 and a melt flow rate of 1.5 g / 10 min or less, and a density of 0.86 g / cm 3. The low density polyethylene which is 0.94 g / cm 3 or more is used.
Barium sulfate or calcium carbonate having an average particle size of 0.1 to 25 μm is used as a filler, and ethylene carbonate, sorbitan monostearate, ethylene bis-stearic acid amide having a melting point of 25 ° C. or higher and a boiling point of 140 ° C. or higher as a plasticizer Or glycerin tristearate is used. The compounding ratio of the filler and the plasticizer is such that the filler is 100 to 150 parts by mass and the plasticizer is 5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin.
上記原料を混合、混練して充填剤を樹脂中に分散させる。この混練物を所要温度で加熱して溶融した後、Tダイで成形してフィルム(原反シート)を作成する。成形温度は、樹脂の種類などに応じて適宜選択することができるが、150〜250℃、好ましくは180〜220℃である。得られたフィルム(原反シート)の厚さは0.02〜2mmとされている。 The above raw materials are mixed and kneaded to disperse the filler in the resin. The kneaded material is heated and melted at a required temperature, and then formed with a T-die to form a film (raw sheet). The molding temperature can be appropriately selected according to the type of the resin, but is 150 to 250 ° C, preferably 180 to 220 ° C. The obtained film (raw sheet) has a thickness of 0.02 to 2 mm.
上記フィルムを2軸延伸機で、まずフィルムの長手方向(縦方向)に延伸倍率4〜4.5倍で延伸し、ついで長手方向と直交方向(横方向)に延伸倍率4〜4.5倍で延伸する。このような縦・横方向の2軸延伸により、図2に示すように樹脂11中に充填剤12が分散されているフィルム10は樹脂11と充填剤12との界面で剥離が生じ、この剥離した部分が空孔1aとなり、多孔性フィルム1が得られる。その際、多孔性フィルム1の厚さは前記したように5〜40μmで、厚さの振れが±25%未満となっている。このような多孔性フィルム1は連続材として得られ、コイル状に巻き取られる。
The film is first stretched in the longitudinal direction (longitudinal direction) of the film at a stretching ratio of 4 to 4.5 times with a biaxial stretching machine, and then stretched in the direction perpendicular to the longitudinal direction (transverse direction) to be 4 to 4.5 times. Stretch with. By such biaxial stretching in the vertical and horizontal directions, as shown in FIG. 2, the
本実施形態では得られた多孔性フィルム1を所要長さに切断して非水電解質電池用のセパレーター1’としている。セパレーター1’は正極板21と負極板22との間に介在させて渦巻き状に巻回され図3に示す円筒型のリチウム二次電池20の内部に収容されている。
In the present embodiment, the obtained
本発明の多孔性フィルムをセパレータとして収容するリチウム二次電池について詳細に説明する。
電解液としては、例えばリチウム塩を支持電解質とし、これを有機溶媒に溶解した電解液が用いられる。有機溶媒としては特に限定されるものではないが、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸ブチルなどのエステル類;アセトニトリル等のニトリル類;1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジメトキシメタン、ジメトキシプロパン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、4−メチル−1,3−ジオキソランなどのエーテル類;さらにはスルホランなどが使用できる。これら溶媒は1種類を単独で使用しても良いし、2種類以上の混合溶媒としてもよい。
後述する実施例においてセパレータを装着するリチウム二次電池缶に充填する電解液は、エチレンカーボネート1質量部に対してメチルエチルカーボネートを2質量部配合した混合溶媒中にL1PF6を1.4mol/Lの割合で溶解した電解液としている。
The lithium secondary battery containing the porous film of the present invention as a separator will be described in detail.
As the electrolytic solution, for example, an electrolytic solution in which a lithium salt is used as a supporting electrolyte and this is dissolved in an organic solvent is used. Examples of the organic solvent include, but are not limited to, esters such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, dimethyl carbonate, methyl propionate, and butyl acetate; nitriles such as acetonitrile Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dimethoxymethane, dimethoxypropane, 1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 4-methyl-1,3-dioxolane; Can be used. These solvents may be used alone or as a mixed solvent of two or more.
In an example to be described later, an electrolytic solution filled in a lithium secondary battery can equipped with a separator is 1.4 mol / L of L1PF6 in a mixed solvent in which 2 parts by mass of methyl ethyl carbonate is blended with 1 part by mass of ethylene carbonate. The electrolyte is dissolved at a rate.
負極としてはアルカリ金属またはアルカリ金属を含む化合物をステンレス銅製網などの集電材料と一体化したものが用いられる。その際、アルカリ金属としては、例えばリチウム、ナトリウムまたはカリウムなどが挙げられる。上記アルカリ金属を含む化合物としては、例えばアルカリ金属とアルミニウム、鉛、インジウム、カドミウム、スズもしくはマグネシウムなどとの合金、さらにはアルカリ金属と炭素材料との化合物、低電位のアルカリ金属と金属酸化物もしくは硫化物との化合物などが挙げられる。負極に炭素材料を用いる場合、該炭素材料としてはリチウムイオンをドープ・脱ドープできるものであればよく、例えば黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維または活性炭などを用いることができる。 As the negative electrode, a material in which an alkali metal or a compound containing an alkali metal is integrated with a current collecting material such as a stainless copper net is used. At that time, examples of the alkali metal include lithium, sodium, and potassium. Examples of the compound containing an alkali metal include an alloy of an alkali metal and aluminum, lead, indium, cadmium, tin or magnesium, a compound of an alkali metal and a carbon material, a low potential alkali metal and a metal oxide, or And compounds with sulfides. When a carbon material is used for the negative electrode, the carbon material may be any material that can be doped / undoped with lithium ions. For example, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, and fired bodies of organic polymer compounds Mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, or the like can be used.
後述する実施例においてセパレータを装着するリチウム二次電池缶における負極板は、フッ化ビニリデンをN−メチルピロリドンに溶解させた溶液と平均粒径10μmの炭素材料を混合してスラリーにし、この負極合剤スラリーを70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ18μmの帯状の銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥し、その後ロールプレス機により圧縮成形し切断し、帯状の負極板としている。 A negative electrode plate in a lithium secondary battery can equipped with a separator in an example described later is prepared by mixing a solution of vinylidene fluoride dissolved in N-methylpyrrolidone and a carbon material having an average particle diameter of 10 μm into a slurry. The agent slurry is passed through a 70-mesh net to remove large particles, and then uniformly applied to both sides of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 18 μm and dried, and then compression molded by a roll press. Then, it is cut into a strip-like negative electrode plate.
正極としては、正極活物質に導電助剤やポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤などを適宜添加した合剤を、ステンレス銅製網などの集電材料を芯材として成形体に仕上げたものが用いられる。前記正極活物質としては、例えばリチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、クロム酸化物などの金属酸化物、二硫化モリブデンなどの金属硫化物などが挙げられる。 As the positive electrode, a mixture obtained by appropriately adding a conductive additive, a binder such as polytetrafluoroethylene to the positive electrode active material, and using a current collector material such as a stainless copper net as a core material to form a molded body is used. It is done. Examples of the positive electrode active material include metal oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, manganese dioxide, vanadium pentoxide, and chromium oxide, and metal sulfides such as molybdenum disulfide. It is done.
後述する実施例においてセパレータを装着するリチウム二次電池缶における正極板は、より好ましい実施形態では、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2)に導電助剤としてリン状黒鉛を重量比90:5で加えて混合し、この混合物とポリフッ化ビニリデンをN−メチルピロリドンに溶解させた溶液とを混合してスラリーにし、この正極合剤スラリーを70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ20μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥し、その後ロールプレス機により圧縮成形した後、切断し帯状の正極板としている。 In a more preferred embodiment, a positive electrode plate in a lithium secondary battery can in which a separator is mounted in an example described later is obtained by adding phosphorous graphite as a conductive additive to lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) at a weight ratio of 90: 5. After mixing, this mixture and a solution in which polyvinylidene fluoride was dissolved in N-methylpyrrolidone were mixed to form a slurry. After this positive electrode mixture slurry was passed through a 70-mesh net, a large one was removed. A positive electrode current collector made of 20 μm aluminum foil is uniformly coated on both sides and dried, then compression molded by a roll press machine, and then cut into a strip-shaped positive electrode plate.
上記正極板21、負極板22の両極をセパレーター1’を介して互いに重なるようにし、渦巻き状に捲回し、巻き止めテープで外側を止めて捲回体としている。
上記正極板21、セパレーター1’および負極板22を一体的に巻き付けた捲回体を有底円筒状の電池ケース内に充填し、正極及び負極のリード体24、25と溶接する。ついで、上記電解液を電池缶内に注入し、セパレーター1’などに十分に電解液を浸透させた後、電池缶の開口周縁にガスケット26を介して正極蓋27を封口し、予備充電、エージングを行い、筒型の二次リチウム電池を作製している。
Both electrodes of the
A wound body integrally wound with the
上記多孔性フィルム1からなるセパレーターは絶縁性を有するため両面に直接接触する正極板21と負極板22との短絡を防止し、リチウムイオンは空孔1aを透過する一方で液は透過できないため、電解液の拡散・保液を図ることができる。
Since the separator made of the
「実施例」
本発明の多孔性フィルムと比較例の多孔性フィルムを作製して、厚み、厚み精度、透気度、捲回不良率、昇温後の絶縁不良率を測定した。
"Example"
The porous film of the present invention and the porous film of the comparative example were prepared, and the thickness, thickness accuracy, air permeability, winding failure rate, and insulation failure rate after temperature increase were measured.
「実施例1」
高密度ポリエチレン[三井化学社製 HI−ZEX3300F、密度:0.950g/cm3、メルトフローレート:1.1g/10分]を20メッシュスルーの大きさ以下に粉砕したもの80質量部と、低密度ポリエチレン[日本ポリケム社製 HF230、密度:0.923g/cm3]20質量部との混合樹脂に、可塑剤としてスルホラン[和光純薬工業社製 試薬 融点29℃、沸点287℃]5質量部、充填剤として硫酸バリウム[堺化学社製 B−55]100質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。上記硫酸バリウムは平均粒径0.66μmであった。
次に、温度200℃でTダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均250μmであった。
次に得られた原反シートを80℃でシートの長手方向(MD)に4.5倍、次いで125℃で直交する横方向(TD)に4倍の延伸倍率で逐次延伸を行い、本発明に係る多孔性フィルムを作製した。
"Example 1"
80 parts by mass of high-density polyethylene [HI-ZEX3300F manufactured by Mitsui Chemicals, density: 0.950 g / cm 3 , melt flow rate: 1.1 g / 10 min] pulverized to a size of 20 mesh-thru or less Density polyethylene [Nippon Polychem HF230, density: 0.923 g / cm 3 ] mixed resin with 20 parts by mass, plasticizer, sulfolane [Wako Pure Chemical Industries, Ltd. reagent melting point 29 ° C., boiling point 287 ° C.] 5 parts by mass Then, 100 parts by mass of barium sulfate [B-55 manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.] as a filler was blended and compounded. The barium sulfate had an average particle size of 0.66 μm.
Next, T-die molding was performed at a temperature of 200 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was an average of 250 μm.
Next, the obtained raw sheet is stretched successively at 80 ° C. in the longitudinal direction (MD) of the sheet at 4.5 times, and then at a stretching ratio of 4 times in the transverse direction (TD) orthogonal at 125 ° C. The porous film which concerns on was produced.
「実施例2」
高密度ポリエチレン[三井化学社製 HI−ZEX7000FP、密度:0.956g/cm3、メルトフローレート:0.04g/10分]70質量部と、実施例1で用いた低密度ポリエチレン30質量部との混合樹脂に、可塑剤としてエチレンビスステアリン酸アミド[日本油脂社製 アルフローH−50L 融点144℃、140℃1時間の加熱後の重量減少率が0.3%]10質量部、充填剤として炭酸カルシウム[日東粉化社製 NC#2310]120質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。上記炭酸カルシウムは平均粒径0.97μmであった。
次に、温度200℃でTダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均250μmであった。得られた原反シートを用いて実施例1と全く同様にして本発明に係る多孔性フィルムを作製した。
"Example 2"
70 parts by mass of high-density polyethylene [HI-ZEX7000FP manufactured by Mitsui Chemicals, density: 0.956 g / cm 3 , melt flow rate: 0.04 g / 10 min], and 30 parts by mass of low-density polyethylene used in Example 1 As a plasticizer, ethylenebis stearamide [Alfro H-50L, melting point 144 ° C., 140 ° C. after heating at 140 ° C. for 1 hour is 0.3%] 10 parts by mass as a plasticizer 120 parts by mass of calcium carbonate [NC # 2310 manufactured by Nitto Flour Chemical Co., Ltd.] was blended and compounded. The calcium carbonate had an average particle size of 0.97 μm.
Next, T-die molding was performed at a temperature of 200 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was an average of 250 μm. Using the obtained raw sheet, a porous film according to the present invention was produced in the same manner as in Example 1.
「実施例3」
実施例2で用いた高密度ポリエチレン90質量部と、実施例1で用いた低密度ポリエチレン10質量部との混合樹脂に、可塑剤としてエチレンカーボネート[和光純薬工業社製 試薬 融点39℃、沸点238℃]5質量部およびソルビタンモノステアレート[花王株式会社製 レオドールSP−S10 融点51℃、140℃・1時間加熱後の重量減少率が0.1%]5質量部、充填剤として硫酸バリウム[堺化学社製 B−55]120質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。
次に、温度200℃でTダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均250μmであった。得られた原反シートを用いて実施例1と全く同様にして本発明に係る多孔性フィルムを作製した。
"Example 3"
A mixed resin of 90 parts by mass of the high-density polyethylene used in Example 2 and 10 parts by mass of the low-density polyethylene used in Example 1 was mixed with ethylene carbonate [a reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., melting point 39 ° C., boiling point] 238 ° C.] 5 parts by mass and sorbitan monostearate [Reodol SP-S10 made by Kao Corporation, melting point 51 ° C., 140 ° C./0.1% weight loss after heating for 1 hour] 5 parts by mass, barium sulfate as filler [B-55 manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.] 120 parts by mass were blended and compounded.
Next, T-die molding was performed at a temperature of 200 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was an average of 250 μm. Using the obtained raw sheet, a porous film according to the present invention was produced in exactly the same manner as in Example 1.
「実施例4」
実施例2で用いた高密度ポリエチレン80質量部と、実施例1で用いた低密度ポリエチレン20質量部との混合樹脂に、可塑剤としてグリセリントリステアレート[和光純薬工業社製 試薬 融点72℃、140℃1時間加熱後の重量減少率が1.1%]5質量部、充填剤として硫酸バリウム[堺化学社製 B−55]120質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。
次に、温度200℃でTダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均250μmであった。得られた原反シートを用いて実施例1と全く同様にして本発明に係る多孔性フィルムを作製した。
"Example 4"
To a mixed resin of 80 parts by mass of the high-density polyethylene used in Example 2 and 20 parts by mass of the low-density polyethylene used in Example 1, glycerin tristearate [reagent melting point: 72 ° C., manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] The compound was compounded by blending 5 parts by mass with a weight loss rate of 1.1% after heating at 140 ° C. for 1 hour and 120 parts by mass of barium sulfate [B-55 manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.] as a filler.
Next, T-die molding was performed at a temperature of 200 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was an average of 250 μm. Using the obtained raw sheet, a porous film according to the present invention was produced in the same manner as in Example 1.
「実施例5」
実施例2で用いた高密度ポリエチレン50質量部と、実施例1で用いた低密度ポリエチレン50質量部との混合樹脂に、可塑剤としてエチレンカーボネート[和光純薬工業社製 試薬 融点39℃、沸点238℃]10質量部、充填剤として硫酸バリウム[堺化学社製 B−55]122質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。
次に、温度200℃でTダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均250μmであった。得られた原反シートを用いて実施例1と全く同様にして本発明に係る多孔性フィルムを作製した。
"Example 5"
To a mixed resin of 50 parts by mass of the high-density polyethylene used in Example 2 and 50 parts by mass of the low-density polyethylene used in Example 1, ethylene carbonate [reagent made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., melting point 39 ° C., boiling point Compound was performed by blending 10 parts by mass of 238 ° C. and 122 parts by mass of barium sulfate [B-55 manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.] as a filler.
Next, T-die molding was performed at a temperature of 200 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was an average of 250 μm. Using the obtained raw sheet, a porous film according to the present invention was produced in the same manner as in Example 1.
「比較例1」
実施例2で用いた高密度ポリエチレン80質量部と、実施例1で用いた低密度ポリエチレン20質量部との混合樹脂に、可塑剤としてエチレンカーボネート[和光純薬工業社製 試薬 融点39℃、沸点238℃]10質量部、充填剤として硫酸バリウム[堺化学社製 B−55]110質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。
次に、温度200℃でTダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均250μmであった。得られた原反シートを80℃でシートの長手方向(MD)に4.5倍、次いで125℃で直交する横方向(TD)に4倍の延伸倍率で逐次延伸を行い、多孔性フィルムを作製した。
"Comparative Example 1"
A mixed resin of 80 parts by mass of the high-density polyethylene used in Example 2 and 20 parts by mass of the low-density polyethylene used in Example 1, ethylene carbonate as a plasticizer [reagent made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., melting point 39 ° C., boiling point Compounding was performed by blending 10 parts by mass of 238 ° C. and 110 parts by mass of barium sulfate [B-55 manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.] as a filler.
Next, T-die molding was performed at a temperature of 200 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was an average of 250 μm. The obtained raw sheet is stretched at 80 ° C. in the longitudinal direction (MD) of the sheet at 4.5 times, and then at 125 ° C. in the transverse direction (TD) at a stretching ratio of 4 times to obtain a porous film. Produced.
「比較例2」
比較例1と全く同様にして原反シートを作成した。得られた原反シートを80℃でシートの長手方向(MD)に4倍、次いで125℃で直交する横方向(TD)に3.3倍の延伸倍率で逐次延伸を行い、多孔性フィルムを作製した。
"Comparative Example 2"
A raw sheet was prepared in exactly the same manner as in Comparative Example 1. The obtained raw sheet was stretched at 80 ° C. in the longitudinal direction (MD) of the sheet at 4 times, and then at a stretching ratio of 3.3 times in the transverse direction (TD) orthogonal at 125 ° C. to obtain a porous film. Produced.
「比較例3」
高密度ポリエチレン[三井化学社製 HI−ZEX7000FP、密度:0.956g/cm3、メルトフローレート:0.04g/10分]100質量部に、可塑剤としてエチレンカーボネート[和光純薬工業社製 試薬 融点39℃、沸点238℃]6質量部、充填剤として硫酸バリウム[堺化学社製 B−55]110質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。
次に、温度200℃でTダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均250μmであった。
次に得られた原反シートを80℃でシートの長手方向(MD)に4.5倍、次いで125℃で直交する横方向(TD)に4倍の延伸倍率で逐次延伸を行い、本発明に係る多孔性フィルムを作製した。
“Comparative Example 3”
High density polyethylene [HI-ZEX7000FP, manufactured by Mitsui Chemicals, density: 0.956 g / cm 3 , melt flow rate: 0.04 g / 10 min], 100 parts by mass of ethylene carbonate [made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent Compounding was carried out by blending 6 parts by mass of melting point 39 ° C. and boiling point 238 ° C. and 110 parts by mass of barium sulfate [B-55 manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.] as a filler.
Next, T-die molding was performed at a temperature of 200 ° C. to obtain a raw sheet. The thickness of the original fabric sheet was an average of 250 μm.
Next, the obtained raw sheet is stretched successively at 80 ° C. in the longitudinal direction (MD) of the sheet at 4.5 times, and then at a stretching ratio of 4 times in the transverse direction (TD) orthogonal at 125 ° C. The porous film which concerns on was produced.
実施例1〜5および比較例1〜3で作製した多孔性フィルムについて、厚み、厚み振れおよび透気度を以下のように測定した。
(厚みの測定)
1/1000mmのダイアルゲージにて面内の厚みを不特定に30箇所測定し、その平均値を算出した。
(厚み振れ=厚み精度の測定)
上記測定方法で測定した30箇所の測定値のうち最も大きい値(最大厚み)、最も小さい値(最小厚み)および算出された平均値から次式に基づき厚み振れを算出した。なお、表中には次式で算出される値のうち大きい方を記載した。
(最大厚み−平均厚み)/平均厚み×100(%)
(最小厚み−平均厚み)/平均厚み×100(%)
(透気度)
JIS P 8117に準拠して、通気度(秒/100cc)を測定した。
About the porous film produced in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3, thickness, thickness fluctuation | variation, and air permeability were measured as follows.
(Measurement of thickness)
30 thicknesses were measured indefinitely with a 1/1000 mm dial gauge, and the average value was calculated.
(Thickness fluctuation = thickness accuracy measurement)
Based on the following equation, the thickness fluctuation was calculated from the largest value (maximum thickness), the smallest value (minimum thickness), and the calculated average value among the 30 measured values measured by the measurement method. In the table, the larger one of the values calculated by the following equation is shown.
(Maximum thickness-average thickness) / average thickness x 100 (%)
(Minimum thickness-average thickness) / average thickness x 100 (%)
(Air permeability)
In accordance with JIS P 8117, the air permeability (seconds / 100 cc) was measured.
実施例1〜5および比較例1〜3の多孔性フィルムを電池用セパレーターとして用い、二次電池の電解液、正極板および負極板として前記した電解液、正極板および負極板規を用いた。 The porous films of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were used as battery separators, and the above-described electrolyte, positive electrode plate, and negative electrode plate were used as the electrolyte solution, positive electrode plate, and negative electrode plate of the secondary battery.
上記正極板、負極板の両極を実施例1〜5および比較例1〜3の多孔性フィルムのいずれかを介して互いに重なるようにして渦巻き状に捲回し、巻き止めテープで外側を止めて捲回体とした。外径18mmの有底円筒状の電池ケース内に得られた捲回体を充填し、正極及び負極のリード体を溶接した。
エチレンカーボネートが1質量部に対してメチルエチルカーボネートを2質量部含む混合溶媒中にL1PF6を1.4モル/リットルの割合で溶解した電解液を調整した。この電解液を電池缶内に注入し、セパレーターなどに十分に電解液を浸透させた後、電池缶の開口周縁にガスケットを介して正極蓋を封口し、予備充電、エージングを行い、筒型の二次リチウム電池を作製した。
The positive electrode plate and the negative electrode plate were wound in a spiral manner so as to overlap each other through any of the porous films of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, and the outside was stopped with a winding tape. It was a round body. The obtained wound body was filled in a bottomed cylindrical battery case having an outer diameter of 18 mm, and the positive and negative lead bodies were welded.
An electrolytic solution in which L1PF6 was dissolved at a ratio of 1.4 mol / liter in a mixed solvent containing 2 parts by mass of methylethyl carbonate with respect to 1 part by mass of ethylene carbonate was prepared. After injecting this electrolyte into the battery can and sufficiently infiltrating the separator into the separator, etc., the positive electrode lid is sealed around the opening periphery of the battery can via a gasket, precharging and aging are performed. A secondary lithium battery was produced.
得られた二次リチウム電池について、下記のような評価を行った。
(捲回不良率の測定)
長さ50cm、幅59mm正極板と負極板を用い、上記実施例1〜5および比較例1〜3の多孔性フィルムからなるセパレーターを2枚用い、該セパレーター2枚と上記正極板と負極板とを交互に重ね、正極板に3.92N/cm、負極板に3.92N/cm、セパレーターに0.29N/cmの力をかけ、直径4mmでセパレーターを2枚分挟めるようなスリットを入れてある金属製の巻芯を用いて、この巻芯に巻き付けるように捲回した。終了後金属製巻芯を引きぬいた。
上記巻き込み電極群を100個作り、セパレーターが裂けているものの数を確認した。セパレーターが裂けているものの数をxとすると捲回不良率はx%となる。
The obtained secondary lithium battery was evaluated as follows.
(Measurement of winding defect rate)
Using a positive electrode plate and a negative electrode plate having a length of 50 cm and a width of 59 mm, using two separators made of the porous films of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, the two separators, the positive electrode plate, and the negative electrode plate Are alternately stacked, applying a force of 3.92 N / cm to the positive electrode plate, 3.92 N / cm to the negative electrode plate, 0.29 N / cm to the separator, and inserting a slit that sandwiches two separators with a diameter of 4 mm. A certain metal core was used to wind around the core. After completion, the metal core was pulled out.
100 of the above-mentioned entrained electrode groups were made, and the number of the separators that were torn was confirmed. If the number of the separators torn is x, the winding defect rate is x%.
(昇温後の絶縁不良率)
上記巻き込み電極群100個を速度10℃/分で昇温させ、130℃のオーブンに1時間入れ、正負電極間の絶縁抵抗を測定し、1MΩ以下となった数を数えた。1MΩ以下となった数をyとすると昇温後の絶縁不良率はy%となる。この比率が大きいと電池としての初期不良率が増大する。
(Insulation failure rate after temperature rise)
The above-mentioned 100 electrode groups were heated at a rate of 10 ° C./min, placed in an oven at 130 ° C. for 1 hour, and the insulation resistance between the positive and negative electrodes was measured, and the number of 1 MΩ or less was counted. When the number of 1 MΩ or less is y, the insulation failure rate after the temperature rise is y%. If this ratio is large, the initial failure rate as a battery increases.
上記実施例1〜5、比較例1〜3の素材、配合割合、上記方法で測定した多孔性フィルムの平均厚さ、厚さの振れ、透気度、捲回不良率、昇温後の絶縁不良率を下記の表1に示す。なお、表中、樹脂比は高密度ポリエチレン(質量部)/低密度ポリエチレン(質量部)のことをいう。また、充填剤および可塑剤の配合割合は熱可塑性樹脂100質量部に対する割合(質量部)を示す。 Materials of Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3, blending ratio, average thickness of porous film measured by the above method, thickness fluctuation, air permeability, winding failure rate, insulation after temperature increase The defective rate is shown in Table 1 below. In the table, the resin ratio means high density polyethylene (parts by mass) / low density polyethylene (parts by mass). Moreover, the compounding ratio of the filler and the plasticizer indicates a ratio (parts by mass) to 100 parts by mass of the thermoplastic resin.
実施例1〜5の多孔性フィルムは、その平均厚さおよび厚さの振れともに本発明に規定する数値範囲内であった。一方、比較例1の多孔性フィルムは厚み平均が4μmと非常に薄いものになった。比較例2の多孔性フィルムは厚み平均が30μmと本発明の規定範囲内であったが、厚み振れが±83%と均一性に非常に乏しいものであった。 In the porous films of Examples 1 to 5, both the average thickness and thickness fluctuation were within the numerical range defined in the present invention. On the other hand, the porous film of Comparative Example 1 was very thin with an average thickness of 4 μm. The porous film of Comparative Example 2 had a thickness average of 30 μm and was within the specified range of the present invention, but the thickness fluctuation was ± 83% and the uniformity was very poor.
捲回不良率については、実施例1〜5の多孔性フィルムが2〜12%であるのに対し、比較例1の多孔性フィルムは85%であった。よって、実施例1〜4の多孔性フィルムは比較例1の多孔性フィルムに比べて捲回時のハンドリングが極めて向上していることが確認できた。また、樹脂成分として高密度ポリエチレン樹脂のみを用いた比較例3では捲回不良率が25%と実用には十分適しているが、低密度ポリエチレン樹脂を加えることにより捲回不良率がさらに向上することが確認できた。 Regarding the winding failure rate, the porous film of Examples 1 to 5 was 2 to 12%, whereas the porous film of Comparative Example 1 was 85%. Therefore, it was confirmed that the handling of the porous films of Examples 1 to 4 was significantly improved as compared with the porous film of Comparative Example 1. Further, in Comparative Example 3 in which only the high-density polyethylene resin is used as the resin component, the winding failure rate is 25%, which is sufficiently suitable for practical use. However, the addition of the low-density polyethylene resin further improves the winding failure rate. I was able to confirm.
昇温後の絶縁不良率については、実施例1〜5の多孔性フィルムが3〜19%であるのに対し、比較例1の多孔性フィルムは89%、比較例2の多孔性フィルムは77%であった。よって、実施例1〜5の多孔性フィルムは比較例1、2の多孔性フィルムに比べて電池セパレーターとして使用したときにその電池の初期不良率が著しく低くなることが確認できた。また、本発明の多孔性フィルムは、樹脂成分として高密度ポリエチレン樹脂のみを用いた比較例3と同程度の絶縁性を保っていることが確認できた。 Regarding the insulation failure rate after the temperature rise, the porous films of Examples 1 to 5 are 3 to 19%, whereas the porous film of Comparative Example 1 is 89% and the porous film of Comparative Example 2 is 77%. %Met. Therefore, it was confirmed that when the porous films of Examples 1 to 5 were used as battery separators as compared with the porous films of Comparative Examples 1 and 2, the initial failure rate of the batteries was significantly reduced. Moreover, it has confirmed that the porous film of this invention was maintaining the insulation property comparable as the comparative example 3 which used only the high density polyethylene resin as a resin component.
こうして得られるフィルムは、包装用、衛生用、畜産用、農業用、建築用、医療用、分離膜、光拡散板用、電池用セパレーター等の多岐の用途に利用できるが、非水電解質電池セパレーターとして好適に使用でき、良好な非水電解質電池が得られる。 The film thus obtained can be used for various applications such as packaging, hygiene, livestock, agriculture, construction, medical, separation membrane, light diffusion plate, battery separator, etc., but non-aqueous electrolyte battery separator Can be suitably used, and a good nonaqueous electrolyte battery can be obtained.
1 多孔性フィルム
1a 空孔
1’セパレーター
10 フィルム
11 樹脂
12 充填剤
20 電池
21 正極板
22 負極板
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