JP2006054127A - セパレーターおよびそれを用いた電気電子部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 実質的に安定融点を有しない有機化合物からなる薄葉材を内包してなる200℃以下の融点を有する熱可塑性ポリマーから成形された多孔シートによって構成されていることを特徴とするセパレーター。
【選択図】 なし
Description
(1) 電極材を隔離する機能に加えて、各部短絡などで大きな電流が流れたときに電池 回路を遮断する機能(シャットダウン特性)を有すること、
(2) 電解液を保持した状態では電解質・イオン透過性がよいこと、
(3) 電気的絶縁性を有すること、
(4) 電解液に対して化学的に安定であると同時に、電気化学的にも安定であること、 および
(5) 機械的強度を有すること、膜厚が薄くできること、並びに電解液に対して濡れや すく、電解液の保持性がよいこと
等が挙げられる。特に、シャットダウン特性は、電池に過電流が流れて化学反応が急速に進行したり、電池回路が暴走するのを防ぐ意味で極めて重要である。
特許文献2には、融点の異なる複数種類の材質で形成された微多孔膜が示されている。 一方、特許文献3には、低融点樹脂からなる微孔製膜とこれより融点の高いポリマーから成る不織布を積層した構造体が提案されている。しかし、これらの特許文献に示されている高融点化合物の融点は高々270℃であり、ポリマーの熱運動が開始する目安の温度であるTg(ガラス転移温度)は100℃以下である。したがって、突発的かつ局所的な温度上昇が生じた場合、セパレーター形状および短絡防止機能が完全に保持されるとは言えない。特に、通常のセパレーターを構成するポリマーの場合、熱伝導率が一般に小さいため、局所的な温度上昇と融解の可能性は否定できない。
特許文献2 特開昭63−308866号公報
特許文献3 特開平1−258358号公報
特許文献4 特開平5−33005号公報
特許文献5 特開平7−37571号公報
特許文献6 特開平7−78608号公報
特許文献7 特開平9−27311号公報
本発明におけるポリマーの融点は、DSC(Differential Scanning Calorimetry)、DTA(Differential Thermal Analysis)などの熱的方法にて測定されるものである。一般に、ポリマーは、単一でない分子量成分を含んでいることおよび結晶化の程度の違いなどを反映して幅広い融解挙動を示す。本発明において、融点は、DSC分析による吸熱ピークに対応する温度を以て定義する。
本発明において用いられる200℃以下の融点を有する熱可塑性ポリマーとしては、特に制限はないが、一例を示せば、ポリオレフィンが挙げられる。ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテンおよびこれらの共重合体などを例示することができる。これらのうちでも、特に、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。これらのポリマーは、直鎖状構造以外に、分岐鎖、架橋部位などの構造を含んだものであってもよい。
本発明において用いられる実質的に安定融点を有しない有機化合物は、
1) 加熱昇温した際に架橋反応が進行し実質的に融点が化合物の分解温度以上に上昇す るもの、
2) 化合物の融点と分解温度が近接して融解と並行して化合物の熱分解が生じるもの、
3) 融解特性がなく、したがって融点を持たないもの
などを利用することができる。
本発明において用いられる薄葉材は、上記の如き有機化合物を主成分として含み、かつセパレーターとして十分なイオン透過性を有するものであれば特に制約はない。一例として特開2003−064595号公報に記載されるアラミド薄葉材を挙げることができる。
「実質的に安定融点を有しない有機化合物からなる薄葉材を内包してなる200℃以下の融点を有する熱可塑性ポリマーから成形された多孔シート」における「内包」とは、多孔シート中に、該薄葉材が含まれた状態であって、かつこの薄葉材表面が該熱可塑性ポリマーで実質的に覆われている状態をいう。
本発明において好適に用いられるアラミドには、ベンゼン環またはナフタレン環を連結する結合の60%以上がアミド結合である線状で高分子量の全芳香族ポリアミドが包含される。ベンゼン環を有するアラミドの場合、アミド結合の置換位置によってメタ系アラミドおよびパラ系アラミドに大きく区分される。メタ系アラミドとしては、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミドおよびその共重合体、そしてパラ系アラミドとしては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミドおよびその共重合体、ポリ(パラフェニレン)−コポリ(3,4ジフェニレンエーテル)テレフタルアミドなどが例示されるが、これらに限定されるものではない。アラミドを製造する方法は特に限定されないが、一般的には、芳香族ジアミンと芳香族酸二塩化物との縮合反応による溶液重合法、2段階界面重合法などが挙げられ、これらの方法によって工業的に製造することができる。なお、アラミドの特性を損なわない範囲で、上記アラミドに他の成分を共重合することもできる。本発明において用いられるアラミドの形態は、特に限定されるものではないが、アラミドファイブリッド、アラミド短繊維、フィブリル化したアラミド及びこれらの2種もしくは3種の混合物が好ましい。
アラミドファイブリッドとは、抄紙性を有するフィルム状のアラミド粒子であり、アラミドパルプとも呼ばれる(特公昭35−11851号公報、特公昭37−5752号公報等参照)。
アラミド短繊維は、アラミドを原料とする繊維を切断したものであり、そのような繊維としては、例えば、帝人(株)の「テイジンコーネックス(登録商標)」、「テクノーラ(登録商標)」、デュポン社の「ノーメックス(登録商標)」、「ケブラー(登録商標)」、帝人トワロン社の「トワロン(登録商標)」等の商品名で入手することができるものが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
フィブリル化されたアラミドは、アラミド繊維、アラミドファイブリッドなどにせん断力を加えるなどしてフィブリル化されたものであり、濾水度は10〜800cm3(カナディアンフリーネス)の範囲内にあることが好ましい。この範囲より大きな濾水度のフィブリル化されたアラミドでは電極間の十分な遮蔽性が確保されない可能性がある。一方、10cm3よりも小さな濾水度を得ようとすると、フィブリル化されたアラミドの微細化が進行しすぎるためいわゆるバインダー機能の低下を招きやすい。したがって、このように10cm3よりも小さい濾水度を得ようとしても、格段の利点が認められない。
このようにして得られる多孔シートから構成されるセパレーターは、熱可塑性ポリマーに起因する200℃以下での効率的なシャットダウン機能と、アラミドに基づく高温形状安定化機能を兼ね備えており、工業用途を想定した非水電解液電池、特にリチウム2次電池において好適に使用することができる。電池に本発明のセパレーターを装着することにより、電池の安全性を大幅に高めることが可能である。このような電池は、従来の携帯電話、パーソナルコンピューターなどの電気機器電池用途のみならず、電気自動車のような大型機器のエネルギー貯蔵/発生装置としても応用することができる。
測定方法
(1) シートの坪量、厚みの測定
JIS C2111に準じて行う。
(2) ガーレー透気度
JIS P8117に規定のガーレー透気度測定器を使用し、外径28.6mmの円孔を有する締め付け板に押さえられたシート試料(面積642mm2)を100cc(0.1dm3)の空気が通過する時間(秒)を測定する。
(3) 多孔度:空孔容積/多孔シート容積×100(%)
但し、空孔容積=含水重量―絶乾重量
参考例 (原料調製)
特公昭52−151624号公報に記載のステーターとローターの組み合わせで構成される湿式沈殿機を用いる方法で、ポリメタフェニレンイソフタルアミドのファイブリッドを製造した。これを離解機、叩解機で処理し、重量平均繊維長を0.9mmに調節した。一方、デュポン社製メタアラミド繊維(ノーメックス(登録商標))を長さ6mmに切断し抄紙用原料とした。
(薄葉材の製造)
調製したアラミドファイブリッドとアラミド短繊維をおのおの水中で分散しスラリーを作製した。このスラリーに、ファイブリッドおよびアラミド短繊維を表1に示す各実施例の配合比率で混合し、タッピー式手抄き機(断面積325cm2)にてシート状物を作製した。次いで、これを金属製カレンダーロールにより温度295℃、線圧300kg/cmで熱圧加工し、アラミド薄葉材を得た。
(多孔シートの製造)
微粉珪酸13容量%とジオクチルフタレ−ト61.5容量%をヘンシエルミキサ−で混合し、これに重量平均分子量60万、Mw/Mn=15のポリエチレン樹脂25.5容量%を添加し、再度ヘンシエルミキサ−で混合した。
ポリプロピレン多孔質フィルム(セルガードTM2400、Celgard社製)は室温における空気の透過時間が350sec/100mlであり、200℃で5min加熱すると閉孔し、室温におけるガレー透気度が∞sec/100mlとなりシャットダウン性がえられるが、フィルム自体が大きく変形し、収縮した。
Claims (6)
- 実質的に安定融点を有しない有機化合物からなる薄葉材を内包してなる200℃以下の融点を有する熱可塑性ポリマーから成形された多孔シートによって構成されていることを特徴とするセパレーター。
- 有機化合物が200℃以下において実質的に安定融点を有しない請求項1に記載のセパレーター。
- 有機化合物がアラミドである請求項1または2に記載のセパレーター。
- アラミドがアラミドファイブリッド、アラミド短繊維およびフィブリル化したアラミドより選ばれる少なくとも1つの形態を有する請求項3に記載のセパレーター。
- 熱可塑性ポリマーがポリオレフィンである請求項1〜4のいずれかに記載のセパレーター。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のセパレーターが導電部材間の隔離板として使用されている電気電子部品。
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