JP2006338917A - Electronic component and separator therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品、特に、リチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサまたは電気二重層キャパシタに好適に用いられる電子部品用セパレータおよびそれを用いた電子部品に関する。 The present invention relates to an electronic component, in particular, a separator for an electronic component suitably used for a lithium ion battery, a polymer lithium battery, an aluminum electrolytic capacitor or an electric double layer capacitor, and an electronic component using the same.
近年、産業機器、民生機器に関わらず電気・電子機器の需要増加及びハイブリッド自動車の開発により、電子部品であるリチウムイオン二次電池及びポリマーリチウム二次電池の需要が著しく増加している。これらの電気・電子機器は高容量化、高機能化が日進月歩で進行しており、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、アルミニウム電解コンデンサおよび電気二重層キャパシタにおいても高容量化、高機能化が要求されている。 In recent years, regardless of industrial equipment and consumer equipment, demand for electric / electronic equipment and development of hybrid vehicles have significantly increased demand for lithium-ion secondary batteries and polymer lithium secondary batteries, which are electronic components. These electric and electronic devices are steadily increasing in capacity and functionality. Lithium ion secondary batteries, polymer lithium secondary batteries, aluminum electrolytic capacitors, and electric double layer capacitors also have higher capacities and higher functions. Is required.
リチウムイオン二次電池及びポリマーリチウム二次電池は、活物質とリチウム含有酸化物とポリフッ化ビニリデン等のバインダーとを1−メチル−2−ピロリドン中で混合し、アルミニウム製集電体上にシート化した正極、リチウムイオンを吸蔵放出し得る炭素質材料とポリフッ化ビニリデン等のバインダーとを1−メチル−2−ピロリドン中で混合し、銅製集電体上にシート化した負極、およびポリフッ化ビニリデンやポリエチレン等より成る多孔質電解質膜を、正極、電解質膜、負極の順に捲回もしくは積層された電極体に駆動用電解液を含浸しアルミニウムケースにより封止された構造のものである。また、アルミニウム電解コンデンサは、エッチングした後、化成処理を施して誘電体被膜を形成したアルミニウム製正極箔と、エッチングされたアルミニウム製負極箔とを、セパレータを介して捲回または積層した電極体に駆動用電解液を含浸し、アルミニウムケースと封口体により封止し、短絡しないように正極リードと負極リードを封止体を貫通させて外部に引き出した構造のものである。また、電気二重層キャパシタは、活性炭と導電剤及びバインダーを混練したものをアルミニウム製正極、負極各集電極の両面に貼り付け、セパレータを介して捲回または積層した電極体に駆動用電解液を含浸し、アルミニウムケースと封止体により梱包され、短絡しないように正極リードと負極リードを封止体を貫通させて外部に引き出した構造のものである。 Lithium ion secondary battery and polymer lithium secondary battery are prepared by mixing an active material, lithium-containing oxide and a binder such as polyvinylidene fluoride in 1-methyl-2-pyrrolidone and forming a sheet on an aluminum current collector. A negative electrode formed by mixing a carbonaceous material capable of occluding and releasing lithium ions and a binder such as polyvinylidene fluoride in 1-methyl-2-pyrrolidone and forming a sheet on a copper current collector, polyvinylidene fluoride, In this structure, a porous electrolyte membrane made of polyethylene or the like is wound or laminated on a positive electrode, an electrolyte membrane, and a negative electrode in this order, impregnated with a driving electrolyte, and sealed with an aluminum case. In addition, an aluminum electrolytic capacitor is formed on an electrode body obtained by etching or laminating an aluminum positive electrode foil subjected to a chemical conversion treatment to form a dielectric film and an etched aluminum negative electrode foil via a separator. It is impregnated with an electrolyte for driving, sealed with an aluminum case and a sealing body, and has a structure in which a positive electrode lead and a negative electrode lead are passed through the sealing body and pulled out so as not to be short-circuited. An electric double layer capacitor is a mixture of activated carbon, a conductive agent and a binder, which is attached to both surfaces of an aluminum positive electrode and a negative electrode, and wound or laminated with a separator on the electrode body. It is impregnated and packed with an aluminum case and a sealing body, and has a structure in which a positive electrode lead and a negative electrode lead are passed through the sealing body and pulled out so as not to be short-circuited.
従来、上記リチウムイオン電池またはポリマーリチウム電池のセパレータとしては、ポリオレフィン系の多孔質膜や不織布が使用されており、アルミニウム電解コンデンサおよび電気二重層キャパシタのセパレータとしては、セルロースパルプからなる紙やセルロース繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維等からなる不織布が使用されている。 Conventionally, polyolefin-based porous membranes and non-woven fabrics have been used as separators for lithium ion batteries or polymer lithium batteries, and paper and cellulose fibers made of cellulose pulp have been used as separators for aluminum electrolytic capacitors and electric double layer capacitors. Nonwoven fabric made of polyester fiber, acrylic fiber or the like is used.
ところで、上記のような電子部品は、高容量化、高機能化の試みが進んでいる。高容量化すると、異常充電時などに異常発熱が大きくなるため、高温に耐えうるための耐熱性、高い機械的強度、優れた耐熱寸法安定性を持ったセパレータが求められている。一方、電子部品の高機能化の対策の一つとして、急速充放電特性の向上、高出力特性の向上等が試みられており、セパレータについては、薄膜化および均一性の向上が強く要求されている。上記のような従来のセパレータでは、耐熱性が不十分であるばかりでなく、薄膜化した場合、貫通孔が存在しやすくなり、また機械的強度が低下し、その結果、電極間で内部短絡を生じたり、均一性が不十分でイオン移動または電子移動が局所的に集中する部分が発生して、信頼性を低下させるなどの問題がある。薄膜化する場合、機械的強度を確保する方法としては、空隙率を低下させればよいが、その場合、内部抵抗の上昇を伴い、高機能化の要求を満たすことができなくなる。 By the way, attempts to increase the capacity and function of electronic components as described above have been advanced. When the capacity is increased, abnormal heat generation is increased during abnormal charging, and therefore a separator having heat resistance to withstand high temperatures, high mechanical strength, and excellent heat-resistant dimensional stability is required. On the other hand, improvement of rapid charge / discharge characteristics, improvement of high output characteristics, etc. have been attempted as one of the measures for enhancing the functionality of electronic components, and separators are strongly required to be thin and improve uniformity. Yes. In the conventional separator as described above, not only the heat resistance is insufficient, but also when the film is thinned, through-holes are likely to exist, and the mechanical strength is reduced, resulting in an internal short circuit between the electrodes. There is a problem that the reliability is lowered due to occurrence of a portion where the uniformity is insufficient and ion movement or electron movement is locally concentrated. In the case of thinning the film, as a method of ensuring the mechanical strength, the porosity may be lowered. However, in that case, the internal resistance is increased, and the demand for higher functionality cannot be satisfied.
このようなセパレータへの要求に対して、例えば、特許文献1に記載のような耐熱性樹脂からなる多孔質膜の検討がなされている。耐熱性樹脂を多孔質化する場合、通常、相転換法(ミクロ相分離法)が用いられる。相転換法の原理は高分子溶液の相分離現象に基づいており、高分子溶液の加熱又は冷却による温度変化、溶媒蒸発による濃度変化、または非溶媒接触による溶媒組成の変化があると、安定な溶液状態からゲル化または相分離を起こして固形化する。一般的に、蒸発による方法を乾式法、非溶媒の接触による方法を湿式法と称している。このような相分離現象は一般的には非対称で進行することが多い。つまり、蒸発による濃度変化は溶液表面から内部に向けて徐々に起こり、また、非溶媒接触による溶媒組成の変化も高分子溶液相と非溶媒の接触界面から内部に向けて進行する。したがって、溶液表面あるいは接触界面と溶液内部とでは相分離の進行状態が異なるために非対称構造の多孔質構造が形成される。相転換法で製膜された多孔質膜は、膜の表面層に近づくにつれて孔径が小さくなったり、または、孔が存在しない緻密層(スキン層)を形成したりして、階層的構造を有する膜となる。このような現象は、特に、湿式法での多孔質化において顕著になりやすい。このような階層的構造は、逆浸透膜のような選択的分離機能を有する分離膜ではむしろ好適に用いられるが、充電と放電を繰り返すことでイオン又は電子が双方向に移動するような電子部品用のセパレータにとっては、性能を低下させる要因となっていた。
本発明の目的は、電子部品用セパレータにおける上記のような問題を解決し、薄膜化が容易で、かつ、機械的強度、寸法安定性、耐熱性に優れた電子部品用セパレータを提供することにある。更に、本発明の目的は、上記電子部品用セパレータを用いた高容量、高機能の電子部品を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electronic component separator that solves the above-described problems in an electronic component separator, is easy to be thinned, and has excellent mechanical strength, dimensional stability, and heat resistance. is there. Furthermore, the objective of this invention is providing the high capacity | capacitance and the highly functional electronic component using the said separator for electronic components.
上記の課題を達成するための本発明の電子部品用セパレータは、連通孔を有する多孔質膜よりなり、該多孔質膜が、ガラス転移点が180℃以上または融点が200℃以上の合成樹脂と融点180℃未満のフッ化ビニリデン樹脂とを含む樹脂材料と、実質的に融点を有しないか、または融点が180℃以上のフィラー粒子とよりなることを特徴とする。 An electronic component separator according to the present invention for achieving the above-described object comprises a porous film having communication holes, and the porous film comprises a synthetic resin having a glass transition point of 180 ° C. or higher or a melting point of 200 ° C. or higher. It is characterized by comprising a resin material containing a vinylidene fluoride resin having a melting point of less than 180 ° C. and filler particles having substantially no melting point or a melting point of 180 ° C. or higher.
本発明において、ガラス転移点が180℃以上または融点が200℃以上の合成樹脂は、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリアクリロニトリルのいずれか1種、またはそれら2種以上の混合物であることが好ましい。また、前記フィラー粒子の含有量は、多孔質膜の全固形分に対して25〜85重量%であることが好ましい。また、フィラー粒子の一次平均粒子径は、多孔質膜の膜厚の1/100〜1/2であることが好ましい。さらにまた、フィラー粒子は、電気絶縁性無機粒子またはポリテトラフルオロエチレン粒子であることが好ましい。また、前記フッ化ビニリデン樹脂の含有量は、多孔質膜の全固形分に対して0.5重量%〜30重量%であることが好ましい。本発明のセパレータは、多孔質膜の透気度が0.1〜100秒/100mlであることが好ましく、また、膜厚は1〜50μmであることが好ましい。
本発明の電子部品は、正極と負極とを有し、それらの間に上記の電子部品用セパレータが配置され、該電子部品用セパレータに電解液が含侵されたものであることを特徴とする。
In the present invention, the synthetic resin having a glass transition point of 180 ° C. or higher or a melting point of 200 ° C. or higher is any one of polyamide, polyamideimide, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, and polyacrylonitrile, or those 2 A mixture of seeds or more is preferred. Moreover, it is preferable that content of the said filler particle is 25 to 85 weight% with respect to the total solid of a porous membrane. Moreover, it is preferable that the primary average particle diameter of a filler particle is 1 / 100-1 / 2 of the film thickness of a porous membrane. Furthermore, the filler particles are preferably electrically insulating inorganic particles or polytetrafluoroethylene particles. Moreover, it is preferable that content of the said vinylidene fluoride resin is 0.5 to 30 weight% with respect to the total solid of a porous membrane. In the separator of the present invention, the air permeability of the porous membrane is preferably 0.1 to 100 seconds / 100 ml, and the film thickness is preferably 1 to 50 μm.
The electronic component of the present invention has a positive electrode and a negative electrode, the electronic component separator is disposed between them, and the electronic component separator is impregnated with an electrolyte. .
本発明の電子部品用セパレータは、薄膜化が容易で、機械的強度、寸法安定性、耐熱性に優れ、且つ、電解液に対する濡れ性および保持性がきわめて良好であり、種々の実用特性を良好に保ちつつ、加熱時にも熱収縮が極めて少なく高信頼性を得ることが可能である。したがって、本発明の電子部品用セパレータは、リチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、レドックスキャパシタ等の電子部品に好適に用いられる。特に耐熱性が要求される大型の電子部品に好適に用いることができ、上記電子部品の高性能化・高機能化を果たすことが可能となる。 The separator for electronic parts according to the present invention can be easily thinned, has excellent mechanical strength, dimensional stability and heat resistance, and has very good wettability and retainability with respect to an electrolytic solution, and has various practical characteristics. It is possible to obtain high reliability while maintaining extremely low thermal shrinkage even during heating. Therefore, the separator for electronic parts of the present invention is suitably used for electronic parts such as lithium ion batteries, polymer lithium batteries, aluminum electrolytic capacitors, electric double layer capacitors, and redox capacitors. In particular, it can be suitably used for large electronic components that require heat resistance, and it is possible to achieve high performance and high functionality of the electronic components.
本発明の電子部品用セパレータを構成する樹脂材料は、ガラス転移点が180℃以上または融点が200℃以上の合成樹脂と融点180℃未満のフッ化ビニリデン樹脂とを含む。ガラス転移点が180℃以上または融点が200℃以上の合成樹脂としては、具体的には、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィドおよびポリテトラフルオロエチレンの少なくとも1種類からなるものが挙げられる。これらの合成樹脂は公知の技術を用いて製造することができる。本発明のセパレータの耐熱性、寸法安定性、機械的強度は、これら耐熱性合成樹脂に依存するために、その特性が極めて重要であり、特に耐熱性の点ではガラス転移点または融点が重要な特性となる。合成樹脂のガラス転移点が180℃に満たないか、または融点が200℃に満たないと、電子部品が180℃以上の高温に発熱した際に、寸法変化および変形を起こす可能性が高く、電子部品性能の劣化に繋がるため好ましくない。電子部品の製造や電子部品の使用環境によっては、200℃以上の高温環境下にさらされることもあり、合成樹脂は200℃以上のガラス転移点または220℃以上の融点を有することがより好ましい。前記ガラス転移点の測定方法と解析方法は、JIS K 7121に記載の方法により行うことができる。 The resin material constituting the separator for electronic parts of the present invention includes a synthetic resin having a glass transition point of 180 ° C. or higher or a melting point of 200 ° C. or higher and a vinylidene fluoride resin having a melting point of less than 180 ° C. Specific examples of synthetic resins having a glass transition point of 180 ° C. or higher or a melting point of 200 ° C. or higher include polyamide, polyamideimide, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyacrylonitrile, polyetheretherketone, and polyphenylene. Examples thereof include those composed of at least one of sulfide and polytetrafluoroethylene. These synthetic resins can be produced using known techniques. Since the heat resistance, dimensional stability, and mechanical strength of the separator of the present invention depend on these heat-resistant synthetic resins, the characteristics are extremely important. In particular, the glass transition point or the melting point is important in terms of heat resistance. It becomes a characteristic. If the glass transition point of the synthetic resin is less than 180 ° C. or the melting point is less than 200 ° C., the electronic component is likely to undergo dimensional change and deformation when heated to a high temperature of 180 ° C. or higher. Since it leads to deterioration of component performance, it is not preferable. Depending on the production of the electronic component and the environment in which the electronic component is used, the synthetic resin may be exposed to a high temperature environment of 200 ° C. or higher, and the synthetic resin preferably has a glass transition point of 200 ° C. or higher or a melting point of 220 ° C. or higher. The glass transition point can be measured and analyzed by the method described in JIS K7121.
また、電子部品用セパレータの製造に際しては、樹脂材料を溶媒中に溶解または分散して使用する。その場合、合成樹脂としては、多孔質膜の機械的強度、均一性をより良好にするためには、溶媒に溶解する合成樹脂が好ましく、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホンおよびポリアクリロニトリルのいずれか1種、またはこれら2種以上の混合物であることが好ましい。中でも、機械的強度に優れたポリアミドイミド、ポリフェニルスルホンが特に好適に用いられる。 Moreover, when manufacturing the separator for electronic components, the resin material is used by being dissolved or dispersed in a solvent. In this case, the synthetic resin is preferably a synthetic resin that dissolves in a solvent in order to make the mechanical strength and uniformity of the porous membrane better. Polyamideimide, polyimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone And any one of polyacrylonitrile or a mixture of two or more thereof. Of these, polyamideimide and polyphenylsulfone having excellent mechanical strength are particularly preferably used.
一方、機械的強度、寸法安定性、耐熱性を損なわない範囲で、ガラス転移点が180℃未満の合成樹脂を含有させることも可能である。そのような合成樹脂を含有させることによって、電子部品に用いられる電解液の濡れ性の向上、保持性の向上、可とう性の向上等がはかられる。その場合の含有量としては、全樹脂成分の20重量%以下の範囲にすることが好ましい。20重量%より多くの添加量になると、耐熱性が低下する可能性があり、本発明の目的を達成することができなくなる。 On the other hand, it is also possible to contain a synthetic resin having a glass transition point of less than 180 ° C. within a range that does not impair mechanical strength, dimensional stability, and heat resistance. Inclusion of such a synthetic resin can improve the wettability, retainability, and flexibility of the electrolyte used in the electronic component. In such a case, the content is preferably in the range of 20% by weight or less of the total resin components. If the added amount exceeds 20% by weight, the heat resistance may be lowered, and the object of the present invention cannot be achieved.
本発明の電子部品用セパレータは、融点が180℃未満のフッ化ビニリデン樹脂を含有することが必要であり、そして好ましくは80℃以上、より好ましくは120℃以上の融点を有するものが使用される。フッ化ビニリデン樹脂は、電気化学的に安定であり、電子部品に組み立てた際の電極間電位において十分な電位を有している。その上、電子部品に使用されるカーボネート系溶媒、エーテル系溶媒、ラクトン系溶媒、アミド系溶媒に対して良好な濡れ性を有しており、本発明のセパレータの濡れ性を向上する目的で必要となるものである。融点が180℃未満のフッ化ビニリデン樹脂の具体的なものとしては、フッ化ビニリデン単独からなるホモポリマー(ポリフッ化ビニリデン)の他、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、エチレンからなる群より選ばれる1種類以上とフッ化ビニリデンとの共重合体があげられる。また、これら共重合体を単独で、または混合して使用することも可能である。耐熱性を高めるためには、ポリフッ化ビニデンを用いることが好ましいが、濡れ性をより向上するためには共重合体を用いた方が好ましい。特に、耐熱性と濡れ性を両立するフッ化ビニリデン樹脂としては、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレンおよびフッ化ビニリデンの三元共重合体が好ましいものとしてあげられる。 The separator for electronic parts of the present invention needs to contain a vinylidene fluoride resin having a melting point of less than 180 ° C., and preferably has a melting point of 80 ° C. or more, more preferably 120 ° C. or more. . The vinylidene fluoride resin is electrochemically stable and has a sufficient potential at the interelectrode potential when assembled into an electronic component. In addition, it has good wettability with respect to carbonate solvents, ether solvents, lactone solvents, and amide solvents used in electronic components, and is necessary for the purpose of improving the wettability of the separator of the present invention. It will be. Specific examples of the vinylidene fluoride resin having a melting point of less than 180 ° C. are selected from the group consisting of homopolymer (polyvinylidene fluoride) made of vinylidene fluoride alone, ethylene tetrafluoride, hexafluoropropylene, and ethylene. And a copolymer of one or more of the above and vinylidene fluoride. These copolymers can be used alone or in combination. In order to improve heat resistance, it is preferable to use polyvinylidene fluoride, but in order to further improve wettability, it is preferable to use a copolymer. In particular, as a vinylidene fluoride resin having both heat resistance and wettability, a terpolymer of ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, and vinylidene fluoride is preferable.
本発明において、上記フッ化ビニリデン樹脂の含有量は、多孔質膜の全固形分に対して0.5重量%〜20重量%であることが好ましい。含有量が0.5重量%未満であると、濡れ性、保持性に対する効果が得られないために好ましくない。含有量が20重量%より多いと、フッ化ビニリデン樹脂の融点が180℃未満であるために、本発明のセパレータの耐熱性を損なうことになり、好ましくない。高い耐熱性と高い濡れ性を両立するために、より好ましい含有量は1〜10重量%であり、さらに好ましくは2〜5重量%である。 In this invention, it is preferable that content of the said vinylidene fluoride resin is 0.5 to 20 weight% with respect to the total solid of a porous membrane. If the content is less than 0.5% by weight, the effect on wettability and retention cannot be obtained, which is not preferable. When the content is more than 20% by weight, since the melting point of the vinylidene fluoride resin is less than 180 ° C., the heat resistance of the separator of the present invention is impaired, which is not preferable. In order to achieve both high heat resistance and high wettability, the more preferable content is 1 to 10% by weight, and even more preferably 2 to 5% by weight.
本発明の電子部品用セパレータは、実質上遮蔽構造を有さない連通孔を有する多孔質膜よりなるが、このような多孔質膜を得るためにフィラー粒子を含有させることが必要である。フィラー粒子の存在は、本発明の電子部品用セパレータを製造する際に、すなわち、多孔質構造化の際に、孔が存在しない緻密層(スキン層)の形成を防ぐ効果がある。その理由は定かではないが、樹脂溶液に均一分散しているフィラー粒子と樹脂界面の間に溶媒が偏在し、フィラー粒子の周囲において優先的に多孔化が進行するためと考えられる。フィラー粒子は、塗布した塗料の表面および内部に均一に分散しているため、相分離状態が塗布厚方向にて均一になりやすいためと推測される。緻密層の形成を防ぐことにより、多孔質膜の一方の面から他方の面に連通した多孔質構造体とすることができ、電子部品内部でのイオン伝導、電子伝導を妨げることがない。 The separator for electronic parts of the present invention is composed of a porous film having a communication hole substantially having no shielding structure, and it is necessary to contain filler particles in order to obtain such a porous film. The presence of the filler particles has an effect of preventing formation of a dense layer (skin layer) having no pores when the separator for electronic parts of the present invention is produced, that is, when the porous structure is formed. The reason for this is not clear, but it is considered that the solvent is unevenly distributed between the filler particles uniformly dispersed in the resin solution and the resin interface, and the porosity is preferentially advanced around the filler particles. The filler particles are presumably because the phase separation state tends to be uniform in the coating thickness direction because the filler particles are uniformly dispersed on the surface and inside of the applied paint. By preventing the formation of the dense layer, a porous structure can be formed which communicates from one surface of the porous membrane to the other surface, and does not hinder ion conduction and electron conduction inside the electronic component.
本発明の電子部品用セパレータに用いるフィラー粒子は、180℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有さないことが必要である。融点が180℃よりも低い場合は、加熱時に熱溶融し、多孔質構造の細孔をふさぐ可能性がある。また、電解液に溶解またはゲル化しやすい材質の場合は、目詰まりしやすくなるために、電子部品性能を低下させる可能性があり好ましくない。また、フィラー粒子が導電性であると、内部短絡を起こすため使用することができない。したがって、フィラー粒子は電気絶縁性であることが必要である。フィラー粒子の形状には特に制限はなく、無定型フィラー、板状フィラー、針状フィラー、球形フィラーが用いられるが、多孔質膜に均一に分散するためには球形フィラーが最も適している。フィラー粒子の具体的な材質としては、例えば、天然シリカ、合成シリカ、アルミナ、酸化チタン、ガラス等の電気絶縁性無機粒子、ポリテトラフルオロエチレン、架橋アクリル樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、架橋ポリウレタン、架橋スチレン樹脂、メラミン樹脂等の有機粒子が挙げられる。中でも耐薬品性、耐熱性及び分散性に優れた電気絶縁性無機粒子またはポリテトラフルオロエチレン粒子が好適に用いられる。前記融点の測定方法は、JIS K 7121に記載の方法により行うことができる。 The filler particles used in the electronic component separator of the present invention must have a melting point of 180 ° C. or higher or substantially no melting point. When the melting point is lower than 180 ° C., it may be melted by heat at the time of heating to block the pores of the porous structure. Further, in the case of a material that is easily dissolved or gelled in the electrolytic solution, clogging is likely to occur, which may reduce the performance of the electronic component, which is not preferable. Further, if the filler particles are conductive, they cannot be used because they cause an internal short circuit. Accordingly, the filler particles need to be electrically insulating. There are no particular limitations on the shape of the filler particles, and amorphous fillers, plate-like fillers, needle-like fillers, and spherical fillers are used, but spherical fillers are most suitable for uniform dispersion in the porous membrane. Specific materials for the filler particles include, for example, electrically insulating inorganic particles such as natural silica, synthetic silica, alumina, titanium oxide, and glass, polytetrafluoroethylene, crosslinked acrylic resin, benzoguanamine resin, crosslinked polyurethane, and crosslinked styrene resin. And organic particles such as melamine resin. Of these, electrically insulating inorganic particles or polytetrafluoroethylene particles having excellent chemical resistance, heat resistance and dispersibility are preferably used. The melting point can be measured by the method described in JIS K7121.
本発明において、フィラー粒子の含有量は、多孔質膜の全固形分に対して25〜85重量%の範囲が好ましい。含有量が多いほど、緻密層の形成を防ぐことが可能となるが、多孔質膜の機械的強度を低下させることになるため85重量%以下であることが好ましい。また、含有量が25重量%未満になると、緻密層の形成を妨げる効果が減少するために、後述する透気度において満足するものが得られなくなるため好ましくない。機械的強度、透気度を両立する最適な含有量は40〜70重量%の範囲である。 In the present invention, the content of the filler particles is preferably in the range of 25 to 85% by weight with respect to the total solid content of the porous membrane. As the content increases, it becomes possible to prevent the formation of a dense layer. However, since the mechanical strength of the porous film is lowered, it is preferably 85% by weight or less. On the other hand, if the content is less than 25% by weight, the effect of hindering the formation of the dense layer is reduced, so that a material satisfying the air permeability described later cannot be obtained. The optimum content that satisfies both mechanical strength and air permeability is in the range of 40 to 70% by weight.
また、フィラー粒子の一次平均粒子径は、多孔質膜の膜厚の1/100〜1/2であり、最大粒子径が膜厚以下であることが好ましい。一次平均粒子径が上記の範囲より大きいと多孔質膜の表面上に突起状に突出する粒子が存在しやすくなり、膜厚に斑が生じる可能性があり好ましくない。最も好適な一次平均粒子径としては、膜厚の1/100〜1/10であり、1/10以下の一次平均粒子径で十分に緻密層の形成を防ぐことができるので、これ以上の粒子径は必ずしも必要ではない。また、粒子径が1/100より小さいと、緻密層の形成を防ぐ効果がなくなり、透気度が悪化する。フィラー粒子の一次平均粒子径の好ましい具体的な範囲は、1〜10μmである。なお、上記一次平均粒子径は、レーザー回折拡散法(マイクロトラック法)による粒度分布測定から求めた体積平均粒子径である。 The primary average particle diameter of the filler particles is 1/100 to 1/2 of the film thickness of the porous film, and the maximum particle diameter is preferably equal to or less than the film thickness. When the primary average particle diameter is larger than the above range, particles protruding in a protruding shape are likely to be present on the surface of the porous film, and the film thickness may be uneven, which is not preferable. The most preferable primary average particle diameter is 1/100 to 1/10 of the film thickness, and the primary average particle diameter of 1/10 or less can sufficiently prevent the formation of a dense layer. The diameter is not always necessary. On the other hand, when the particle diameter is smaller than 1/100, the effect of preventing the formation of the dense layer is lost, and the air permeability deteriorates. A preferred specific range of the primary average particle diameter of the filler particles is 1 to 10 μm. In addition, the said primary average particle diameter is a volume average particle diameter calculated | required from the particle size distribution measurement by the laser diffraction diffusion method (microtrack method).
本発明の電子部品用セパレータは、上記した樹脂材料と、フィラー粒子と、フッ化ビニリデン樹脂とからなる多孔質膜より構成されている。この多孔質膜は、多数の連続する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0.1〜5μmであることが好ましく、より好ましくは、0.5〜3μmの範囲である。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るほか、電解液の含浸性が低下する傾向があるので好ましくない。また、平均孔径が5μmより大きい場合は、特にセパレータを薄膜した場合において内部短絡などの不具合を生じるため好ましくない。 The separator for electronic parts of the present invention is composed of a porous film made of the above resin material, filler particles, and vinylidene fluoride resin. The porous membrane has a large number of continuous pores, and the average pore diameter of the pores by the bubble point method is preferably 0.1 to 5 μm, more preferably 0.5 to 3 μm. Range. When the average pore diameter is less than 0.1 μm, ion conductivity may be inhibited, and the impregnation property of the electrolytic solution tends to be lowered, which is not preferable. Further, when the average pore diameter is larger than 5 μm, it is not preferable because a problem such as an internal short circuit occurs when the separator is thinned.
該多孔質膜の多孔性の程度は、空隙率が目安となる。本発明のセパレータの空隙率は、30〜90%の範囲とすることが好ましい。空隙率が低すぎると内部抵抗が大きくなり、電子部品の性能の悪化に繋がる。また、空隙率が高すぎると機械的強度が低下し、本発明の目的を達成することが難しくなる。より好ましい範囲は、50〜80%であり、この範囲であれば、本発明のセパレータは機械的強度が十分に保たれ、内部抵抗も低く、イオン伝導性、電子伝導性に優れたセパレータとなる。
ここでいう空隙率は、坪量M(g/cm2)、厚さT(μm)、密度D(g/cm3)を用いて次式により求められる。
空隙率(%)=[1−(M/T)/D]×100
The porosity of the porous film is a measure of the porosity. The porosity of the separator of the present invention is preferably in the range of 30 to 90%. If the porosity is too low, the internal resistance increases, leading to deterioration of the performance of the electronic component. On the other hand, if the porosity is too high, the mechanical strength is lowered and it is difficult to achieve the object of the present invention. A more preferable range is 50 to 80%, and if it is within this range, the separator of the present invention is a separator having sufficient mechanical strength, low internal resistance, and excellent ion conductivity and electron conductivity. .
The porosity here is calculated | required by following Formula using basis weight M (g / cm < 2 >), thickness T (micrometer), and density D (g / cm < 3 >).
Porosity (%) = [1- (M / T) / D] × 100
多孔質膜の細孔の連通性を評価するものとして、JIS P 8117に記載のガーレー式透気度測定装置において測定した透気度がある。透気度の数値が低いほど、空気の透過性がよいことを示しており、電子部品用セパレータにおいては、透気度の数値が低いことが好ましい。電子部品用セパレータにおいては、透気度の数値が低い方がイオン伝導性は向上する。本発明の電子部品用セパレータは、透気度が0.1〜100秒/100mlであることが好ましい。透気度が100秒/100mlより大きいと、イオン移動を阻害することになり、即ち、イオン伝導性が悪くなり、インピーダンスが増大し、電子部品性能も劣ってくる。しかし、一方で0.1秒/100mlより小さいと、イオン伝導性は良いけれども、電極間の微小短絡が起こりやすくなり、上記の場合と同様に電子部品性能が悪くなる。 As one for evaluating the connectivity of the pores of the porous membrane, there is an air permeability measured by a Gurley type air permeability measuring apparatus described in JIS P 8117. The lower the air permeability value, the better the air permeability. In the electronic component separator, the air permeability value is preferably low. In the electronic component separator, the lower the value of the air permeability, the better the ion conductivity. The separator for electronic parts of the present invention preferably has an air permeability of 0.1 to 100 seconds / 100 ml. When the air permeability is greater than 100 seconds / 100 ml, ion migration is inhibited, that is, ion conductivity is deteriorated, impedance is increased, and electronic component performance is also deteriorated. However, if it is smaller than 0.1 sec / 100 ml, on the other hand, although the ion conductivity is good, a minute short circuit between the electrodes is likely to occur, and the electronic component performance is deteriorated as in the above case.
本発明の電子部品用セパレータは、膜厚が1〜50μmの範囲にすることが好ましい。本発明の電子部品用セパレータは、50μm以下の薄膜であっても実用上問題のない優れた機械的強度を有しており、それより大きい膜厚はむしろ必要性がない。一方、膜厚が1μm未満の場合、機械的強度が低下し、また、取り扱い性も悪化するため、生産性が悪くなるので好ましくない。本発明のセパレータのより好ましい膜厚は3〜30μmであり、最も好ましくは5〜15μmである。本発明のセパレータにおいては、膜厚15μm以下でも十分高い機械的強度を有しており、薄膜化により、内部抵抗が低下するので、実用上問題ない優れた電子部品を得ることができるようになる。 The separator for electronic parts of the present invention preferably has a thickness in the range of 1 to 50 μm. The separator for electronic parts of the present invention has excellent mechanical strength that is practically acceptable even if it is a thin film of 50 μm or less, and a film thickness larger than that is not necessary. On the other hand, when the film thickness is less than 1 μm, the mechanical strength is lowered, and the handleability is also deteriorated. A more preferable film thickness of the separator of the present invention is 3 to 30 μm, and most preferably 5 to 15 μm. The separator of the present invention has a sufficiently high mechanical strength even at a film thickness of 15 μm or less, and the internal resistance is reduced by thinning, so that an excellent electronic component having no practical problem can be obtained. .
上記したように、耐熱性が高く、透気性に優れ、機械的強度が高く、薄膜化が可能な本発明の電子部品用セパレータは、電子部品に用いられた場合、低内部抵抗、高容量化、高温対応、高信頼性、長寿命などに寄与するため、リチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池、アルミニウム電解コンデンサまたは電気二重層キャパシタに好適に用いることができる。 As described above, the separator for electronic parts of the present invention, which has high heat resistance, excellent air permeability, high mechanical strength and can be thinned, has low internal resistance and high capacity when used in electronic parts. Therefore, it can be suitably used for lithium ion batteries, polymer lithium batteries, aluminum electrolytic capacitors, or electric double layer capacitors.
次に、本発明のセパレータについて、その製造方法を述べる。製造方法はこれのみに限定されるものではなく、他の製造方法でも本発明のセパレータを製造することは可能である。
先ず、ガラス転移点が180℃以上または融点が200℃以上の合成樹脂と融点180℃未満のフッ化ビニリデン樹脂とを含む樹脂材料と、180℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子と、上記樹脂材料を実質的に溶解する溶媒(良溶媒)と、上記樹脂材料を実質的に溶解しない溶媒(貧溶媒)とを含む塗料を基材に塗布し、乾燥することにより多孔質膜を形成し、その後、基材を除去してセパレータを得る。ここで塗料に用いられる良溶媒は特に制限はないが、上記樹脂材料を溶解できる溶剤であれば好適に使用することができる。主な例としては、1−メチル−2ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶剤、2−ブタノン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤等が挙げられる。上記樹脂材料を溶解しない貧溶媒は特に制限はなく、樹脂材料の溶解性を確認して用いればよい。貧溶媒の種類、性状、物理特性、添加量は多孔質膜の孔径、空隙率等に大きく影響を与えるため、以下のような条件で適宜選択されることが好ましい。貧溶媒は良溶媒より沸点が高い方が多孔質膜の空隙率が大きくなりやすく、更に、添加量が多いほど空隙率が高くなりやすい。しかし、多すぎると塗料の粘度等が高くなりすぎるため、取り扱い性が悪く生産性が悪化する。好ましい貧溶媒は、沸点が良溶媒より10〜20℃高いものであって、その添加量が全溶媒に対して10〜30重量%の範囲である。上記の良溶媒を用いた場合に選択できる貧溶媒としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のグリコール類、オクタノール、デカノール等のアルコール類、ノナン、デカン等の脂肪族炭化水素類、フタル酸ジブチル等のエステル類が挙げられるが、これらに限定されるものではない。前記塗料を調整する際、樹脂材料、フィラー粒子および溶媒の添加方法に特に制限はないが、塗料は、樹脂材料を良溶媒に溶解した後、フィラー粒子を混合、分散し、貧溶媒を添加することによっても容易に調製可能である。
Next, the manufacturing method of the separator of the present invention will be described. The production method is not limited to this, and the separator of the present invention can be produced by other production methods.
First, a resin material including a synthetic resin having a glass transition point of 180 ° C. or higher or a melting point of 200 ° C. or higher and a vinylidene fluoride resin having a melting point of less than 180 ° C., a melting point of 180 ° C. or higher, or a substantial melting point Applying a coating material containing filler particles that do not have, a solvent that substantially dissolves the resin material (good solvent), and a solvent that does not substantially dissolve the resin material (poor solvent) to the substrate, and then drying. To form a porous film, and then the substrate is removed to obtain a separator. Although the good solvent used for a coating here does not have a restriction | limiting in particular, If it is a solvent which can melt | dissolve the said resin material, it can use suitably. Principal examples include amide solvents such as 1-methyl-2pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, and ketone solvents such as 2-butanone and cyclohexanone. The poor solvent that does not dissolve the resin material is not particularly limited, and may be used after confirming the solubility of the resin material. Since the type, properties, physical characteristics, and addition amount of the poor solvent greatly affect the pore diameter, porosity, etc. of the porous membrane, it is preferably selected as appropriate under the following conditions. As the poor solvent has a higher boiling point than the good solvent, the porosity of the porous film tends to increase. Further, the larger the amount added, the higher the porosity. However, if the amount is too large, the viscosity of the coating becomes too high, and the handleability is poor and the productivity is deteriorated. A preferable poor solvent has a boiling point that is 10 to 20 ° C. higher than that of the good solvent, and its addition amount is in the range of 10 to 30% by weight based on the total solvent. Examples of the poor solvent that can be selected when the above good solvent is used include, for example, glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and glycerin, alcohols such as octanol and decanol, aliphatic hydrocarbons such as nonane and decane, and phthalic acid. Examples include esters such as dibutyl, but are not limited thereto. When preparing the coating material, there is no particular limitation on the method of adding the resin material, filler particles, and solvent, but the coating material dissolves the resin material in a good solvent, then mixes and disperses the filler particles, and adds the poor solvent. Can also be easily prepared.
次に、得られた塗料を基材上に塗布する。基材としては平滑なものならば如何なるものでも使用することができ、例えば、ポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム等の樹脂フィルム、アルミニウム等の金属箔、各種ガラス等が挙げられる。これらの基材は、離型処理、易接着処理等の表面処理を施したものでもよく、塗布方法により適宜選択すればよい。塗布する方法としては、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等による塗布又はキャスティング法等を挙げることができる。基材上に塗布された後、室温から180℃程度の範囲で乾燥し、溶媒を蒸発させることによって、基材上に多孔質膜が形成される。乾燥方法は減圧下でも常圧下でもよく、風乾でもよい。多孔質膜を基材から剥離することによって、本発明の電子部品用セパレータを得ることができる。 Next, the obtained coating material is apply | coated on a base material. Any substrate can be used as long as it is smooth, and examples thereof include resin films such as polyolefin films and polyester films, metal foils such as aluminum, and various glasses. These base materials may be subjected to surface treatment such as mold release treatment or easy adhesion treatment, and may be appropriately selected depending on the coating method. Examples of the coating method include a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, a screen printing method, and a coating or casting method. After being coated on the base material, the porous film is formed on the base material by drying in the range of room temperature to about 180 ° C. and evaporating the solvent. The drying method may be under reduced pressure, normal pressure, or air drying. By separating the porous film from the substrate, the electronic component separator of the present invention can be obtained.
次に、本発明のセパレータを用いた電子部品について説明する。
電子部品として、例えば、円筒型ポリマーリチウム二次電池を製造する場合、正極と負極の2枚のテープ状の電極間に、本発明のセパレータを挟み、捲回機によって積層しながら巻き取る。その後円筒状のアルミニウムまたはステンレス鋼製の器に入れ、電解液を注入する。正極および負極のそれぞれの端子からリード線を出し、封止することによって製造することができる。上記正極としては、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムなどの活物質と、アセチレンブラックなどの導電助剤を、ポリフッ化ビニリデンのN−メチルピロリドン溶液などのバインダー樹脂溶液に分散し、スラリー化したものを、アルミニウム箔からなる正極集電体上に塗布したものが使用できる。上記負極としては、天然グラファイトを上記と同様のバインダー樹脂溶液に分散したものを、銅箔からなる負極集電体上に塗布したものが使用できる。また、電解液としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを添加したものなどが使用できる。
Next, an electronic component using the separator of the present invention will be described.
For example, when manufacturing a cylindrical polymer lithium secondary battery as an electronic component, the separator of the present invention is sandwiched between two tape-shaped electrodes of a positive electrode and a negative electrode, and wound while being stacked by a winding machine. Then, it is put into a cylindrical aluminum or stainless steel vessel, and an electrolyte is injected. The lead wire can be taken out from each terminal of the positive electrode and the negative electrode and sealed. As the positive electrode, an active material such as lithium cobaltate and lithium manganate and a conductive auxiliary agent such as acetylene black are dispersed in a binder resin solution such as an N-methylpyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride and slurried. Those coated on a positive electrode current collector made of aluminum foil can be used. As said negative electrode, what apply | coated the thing which disperse | distributed natural graphite in the binder resin solution similar to the above on the negative electrode electrical power collector which consists of copper foil can be used. As the electrolytic solution, a solution obtained by adding lithium hexafluorophosphate to a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate can be used.
また、本発明のセパレータを用いて、例えば、電気二重層キャパッシタのコイン型セルを製造する場合には、2枚の円状の電極に本発明の円状のセパレータを挟んで積層体を形成し、アルミニウムまたはステンレス鋼製のコイン型の器に入れる。電解液を注入した後に、コイン型の上蓋で封止することによって製造することができる。2枚の電極は、器の内側でそれぞれ上蓋および下蓋(器の底部)に接した構造となっており、それぞれの蓋が端子となる。ここで、例えば、上記電極として活性炭電極などを、電解液として、四フッ化ホウ素のテトラエチルアンモニウム塩などを使用することができる。 In addition, for example, when manufacturing a coin-type cell of an electric double layer capacitor using the separator of the present invention, a laminate is formed by sandwiching the circular separator of the present invention between two circular electrodes. Place in a coin-shaped vessel made of aluminum or stainless steel. After injecting the electrolytic solution, it can be manufactured by sealing with a coin-shaped upper lid. The two electrodes have a structure in contact with the upper lid and the lower lid (bottom of the vessel) inside the vessel, and each lid serves as a terminal. Here, for example, an activated carbon electrode or the like can be used as the electrode, and a tetraethylammonium salt of boron tetrafluoride or the like can be used as the electrolytic solution.
以下に、本発明の電子部品用セパレータを実施例によって説明する。しかしながら、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。 Below, the separator for electronic parts of the present invention will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
ガラス転移点が300℃のポリアミドイミド47重量部と、融点が174℃のポリフッ化ビニリデン3重量部とを、良溶媒のN,N−ジメチルアセトアミド400重量部に溶解した後、貧溶媒としてエチレングリコール、および、フィラー粒子として、融点が327℃で一次平均粒子径が0.25μmのポリテトラフルオロエチレン粒子50重量部を添加混合し、塗料を調製した。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基材上に、上記塗料をキャスティング法により塗布し、80℃の送風乾燥機中で乾燥させ溶剤を完全に蒸発させた。その後、樹脂フィルム基材を剥離し、本発明の電子部品用セパレータを得た。得られたセパレータの厚みは20μmであった。 After dissolving 47 parts by weight of polyamideimide having a glass transition point of 300 ° C. and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride having a melting point of 174 ° C. in 400 parts by weight of N, N-dimethylacetamide as a good solvent, ethylene glycol as a poor solvent As a filler particle, 50 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles having a melting point of 327 ° C. and a primary average particle diameter of 0.25 μm were added and mixed to prepare a paint. Next, the coating material was applied onto a resin film substrate made of polyethylene terephthalate by a casting method and dried in an air blow dryer at 80 ° C. to completely evaporate the solvent. Thereafter, the resin film substrate was peeled off to obtain the electronic component separator of the present invention. The thickness of the obtained separator was 20 μm.
塗布量を調節した以外は、実施例1と同様にして本発明の電子部品用セパレータを得た。得られたセパレータの厚みは12μmであった。 An electronic component separator of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating amount was adjusted. The obtained separator had a thickness of 12 μm.
ガラス転移点が300℃のポリアミドイミド40重量部と、融点が174℃のポリフッ化ビニリデン10重量部とを、良溶媒のN,N−ジメチルアセトアミド400重量部に溶解した後、貧溶媒としてエチレングリコール、および、フィラー粒子として、融点が327℃で一次平均粒子径が0.25μmのポリテトラフルオロエチレン粒子50重量部を添加混合し、塗料を調製した。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基材上に、上記塗料をキャスティング法により塗布し、80℃の送風乾燥機中で乾燥させ溶剤を完全に蒸発させた。その後、樹脂フィルム基材を剥離し、本発明の電子部品用セパレータを得た。得られたセパレータの厚みは20μmであった。 After dissolving 40 parts by weight of polyamideimide having a glass transition point of 300 ° C. and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride having a melting point of 174 ° C. in 400 parts by weight of N, N-dimethylacetamide as a good solvent, ethylene glycol is used as a poor solvent. As a filler particle, 50 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles having a melting point of 327 ° C. and a primary average particle diameter of 0.25 μm were added and mixed to prepare a paint. Next, the coating material was applied onto a resin film substrate made of polyethylene terephthalate by a casting method and dried in an air blow dryer at 80 ° C. to completely evaporate the solvent. Thereafter, the resin film substrate was peeled off to obtain the electronic component separator of the present invention. The thickness of the obtained separator was 20 μm.
ガラス転移点が300℃のポリアミドイミド45重量部と、融点が124℃のフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体5重量部とを、良溶媒のN,N−ジメチルアセトアミド 400重量部に溶解した後、貧溶媒としてエチレングリコール、および、フィラー粒子として、融点が327℃で一次平均粒子径が0.25μmのポリテトラフルオロエチレン粒子50重量部を添加混合し、塗料を調製した。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基材上に、上記塗料をキャスティング法により塗布し、80℃の送風乾燥機中で乾燥させ溶剤を完全に蒸発させた。その後、樹脂フィルム基材を剥離し、本発明の電子部品用セパレータを得た。得られたセパレータの厚みは20μmであった。 45 parts by weight of polyamideimide having a glass transition point of 300 ° C. and 5 parts by weight of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer having a melting point of 124 ° C. are dissolved in 400 parts by weight of a good solvent N, N-dimethylacetamide. Thereafter, ethylene glycol as a poor solvent and 50 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles having a melting point of 327 ° C. and a primary average particle diameter of 0.25 μm as additive particles were added and mixed to prepare a coating material. Next, the coating material was applied onto a resin film substrate made of polyethylene terephthalate by a casting method and dried in an air blow dryer at 80 ° C. to completely evaporate the solvent. Thereafter, the resin film substrate was peeled off to obtain the electronic component separator of the present invention. The thickness of the obtained separator was 20 μm.
ガラス転移点が300℃のポリアミドイミド45重量部と、融点が124℃のフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体5重量部とを、良溶媒のN,N−ジメチルアセトアミド400重量部に溶解した後、貧溶媒としてエチレングリコール、および、フィラー粒子として、融点が327℃で一次平均粒子径が0.25μmであるポリテトラフルオロエチレン粒子50重量部を添加混合し、塗料を調製した。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基材上に、上記塗料をキャスティング法により塗布し、80℃の送風乾燥機中で乾燥させて溶剤を完全に蒸発させた。その後、樹脂フィルム基材を剥離し、本発明の電子部品用セパレータを得た。得られたセパレータの厚みは20μmであった。 45 parts by weight of polyamideimide having a glass transition point of 300 ° C. and 5 parts by weight of vinylidene fluoride-propylene hexafluoride-tetrafluoroethylene copolymer having a melting point of 124 ° C. are used as a good solvent, N, N-dimethylacetamide. After being dissolved in 400 parts by weight, ethylene glycol as a poor solvent and 50 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles having a melting point of 327 ° C. and a primary average particle diameter of 0.25 μm are added and mixed as a filler particle. Prepared. Next, the coating material was applied onto a resin film substrate made of polyethylene terephthalate by a casting method and dried in an air blow dryer at 80 ° C. to completely evaporate the solvent. Thereafter, the resin film substrate was peeled off to obtain the electronic component separator of the present invention. The thickness of the obtained separator was 20 μm.
耐熱性高分子材料として、融点が235℃のポリアミドを用いた以外は、実施例2と同様にして本発明の電子部品用セパレータを得た。得られたセパレータの厚みは20μmであった。 A separator for electronic parts of the present invention was obtained in the same manner as in Example 2 except that polyamide having a melting point of 235 ° C. was used as the heat resistant polymer material. The thickness of the obtained separator was 20 μm.
ガラス転移点が300℃のポリアミドイミド47重量部と、融点が174℃のポリフッ化ビニリデン3重量部とを、良溶媒のN,N−ジメチルアセトアミド400重量部に溶解した後、貧溶媒としてエチレングリコール、および、フィラー粒子として実質的に融点を有さない一次平均粒子径が1μmであるシリカ粒子50重量部を添加混合し、塗料を調製した。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基材上に、上記塗料をキャスティング法により塗布し、80℃の送風乾燥機中で乾燥させ溶剤を完全に蒸発させた。その後、樹脂フィルム基材を剥離し、本発明の電子部品用セパレータを得た。得られたセパレータの厚みは20μmであった。 After dissolving 47 parts by weight of polyamideimide having a glass transition point of 300 ° C. and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride having a melting point of 174 ° C. in 400 parts by weight of N, N-dimethylacetamide as a good solvent, ethylene glycol as a poor solvent Then, 50 parts by weight of silica particles having a primary average particle diameter of 1 μm having substantially no melting point as filler particles were added and mixed to prepare a coating material. Next, the coating material was applied onto a resin film substrate made of polyethylene terephthalate by a casting method and dried in an air blow dryer at 80 ° C. to completely evaporate the solvent. Thereafter, the resin film substrate was peeled off to obtain the electronic component separator of the present invention. The thickness of the obtained separator was 20 μm.
[比較例1]
リチウムイオン二次電池に現在広く使われているポリエチレン製延伸多孔質フィルムを比較用のセパレータとした。このポリエチレン製セパレータの膜厚は20μmであった。
[Comparative Example 1]
A polyethylene stretched porous film that is currently widely used in lithium ion secondary batteries was used as a comparative separator. The film thickness of this polyethylene separator was 20 μm.
[比較例2]
電気二重層キャパシタに現在広く用いられているセルロースパルプからなる紙製セパレータを比較用のセパレータとした。この紙製セパレータの膜厚は30μmであった。
[Comparative Example 2]
A paper separator made of cellulose pulp, which is currently widely used for electric double layer capacitors, was used as a comparative separator. The film thickness of this paper separator was 30 μm.
[比較例3]
ガラス転移点が300℃のポリアミドイミドを、良溶媒のN,N−ジメチルアセトアミドに溶解し、貧溶媒としてエチレングリコールを添加混合し、塗料を調製した。最終的な固形分濃度は10重量%であり、本塗料にはフィラー粒子は含まれていなかった。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基材上に、上記塗料をキャスティング法により塗布し、80℃の送風乾燥機中で乾燥させ溶剤を完全に蒸発させた。その後、樹脂フィルム基材を剥離し、比較用のセパレータを得た。得られたセパレータの厚みは25μmであった。
[Comparative Example 3]
A polyamideimide having a glass transition point of 300 ° C. was dissolved in a good solvent N, N-dimethylacetamide, and ethylene glycol was added and mixed as a poor solvent to prepare a paint. The final solid content concentration was 10% by weight, and this paint did not contain filler particles. Next, the coating material was applied onto a resin film substrate made of polyethylene terephthalate by a casting method and dried in an air blow dryer at 80 ° C. to completely evaporate the solvent. Thereafter, the resin film substrate was peeled off to obtain a comparative separator. The thickness of the obtained separator was 25 μm.
[比較例4]
ガラス転移点が300℃のポリアミドイミド50重量部を、良溶媒のN,N−ジメチルアセトアミド400重量部に溶解し、貧溶媒としてエチレングリコール、および、フィラー粒子として融点が327℃で一次平均粒子径が0.25μmのポリテトラフルオロエチレン粒子50重量部を添加混合し、塗料を調整した。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基材上に、上記塗料をキャスティング法により塗布し、80℃の送風乾燥機中で乾燥させて溶剤を完全に蒸発させた。その後、基材に用いたフィルム基材を剥離し、比較用のセパレータを得た。得られたセパレータの厚みは20μmであった。
[Comparative Example 4]
50 parts by weight of polyamideimide having a glass transition point of 300 ° C. is dissolved in 400 parts by weight of N, N-dimethylacetamide as a good solvent, ethylene glycol as a poor solvent, and a melting point of 327 ° C. as filler particles and a primary average particle diameter Was added and mixed with 50 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles having a particle size of 0.25 μm to prepare a coating material. Next, the coating material was applied onto a resin film substrate made of polyethylene terephthalate by a casting method and dried in an air blow dryer at 80 ° C. to completely evaporate the solvent. Then, the film base material used for the base material was peeled off to obtain a comparative separator. The thickness of the obtained separator was 20 μm.
上記実施例1〜7及び比較例1〜4で得られたセパレータにおいて下記評価を行い、電子部品用セパレータとしての特性を評価した。なお、多孔質膜製造に用いた樹脂材料の種類、フィラー粒子の種類、一次平均粒子径、全固形分中の含有量、多孔質膜の膜厚を表1にまとめて示す。なお、表1において、PTFEとはポリテトラフルオロエチレン(ポリ四フッ化エチレン)を、PVdFとはポリフッ化ビニリデンを、PVdF−HFPとはフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体を、PVdF−HFP−TFEとはフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン−四フッ化エチレン共重合体をそれぞれ意味する。 The following evaluation was performed on the separators obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4, and the characteristics as the separator for electronic parts were evaluated. In addition, Table 1 summarizes the types of resin materials used for the production of the porous membrane, the types of filler particles, the primary average particle diameter, the content in the total solid content, and the thickness of the porous membrane. In Table 1, PTFE is polytetrafluoroethylene (polytetrafluoroethylene), PVdF is polyvinylidene fluoride, PVdF-HFP is vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, PVdF- HFP-TFE means a vinylidene fluoride-propylene hexafluoride-tetrafluoroethylene copolymer, respectively.
<透気度>
実施例1〜7及び比較例1〜4で得られたセパレータについて、JIS P 8117に準拠した安田精機社製ガーレー式デンソメーターB型により、透気度を測定した。その結果を表2に示す。
<Air permeability>
About the separator obtained in Examples 1-7 and Comparative Examples 1-4, the air permeability was measured with the Gurley type densometer B type made from Yasuda Seiki Co., Ltd. based on JISP8117. The results are shown in Table 2.
以上の結果から、本発明の電子部品用セパレータは、何れも低い透気度を有しており、多孔質膜の厚み方向で均一な細孔と、且つ連通孔を有していることが確認された。これに対して、比較例3のセパレータは、透気度が高く、つまり、多孔質膜内部に緻密層を有していることが確認された。 From the above results, it is confirmed that the separators for electronic parts of the present invention all have low air permeability and have uniform pores and communication holes in the thickness direction of the porous membrane. It was done. On the other hand, it was confirmed that the separator of Comparative Example 3 has high air permeability, that is, has a dense layer inside the porous membrane.
<耐熱寸法安定性>
10×10cmのサイズで、厚さが5mmの2枚のガラス板間に、実施例及び比較例のセパレータを5×5cmの正方形に切り出した試験片を挟んだ後に、水平にしてアルミニウム製のバットに静置し、200℃のオーブン中に24時間放置して熱による面積変化を調べた。面積変化を、面積変化率(100%)=(試験後の面積/試験前の面積:25cm2)×100として評価し、耐熱寸法安定性の指標とした。その結果を表3に示す。
<Heat-resistant dimensional stability>
An aluminum bat that is horizontally placed after sandwiching a test piece obtained by cutting a separator of Examples and Comparative Examples into a square of 5 × 5 cm between two glass plates having a size of 10 × 10 cm and a thickness of 5 mm. And left in an oven at 200 ° C. for 24 hours to examine changes in area due to heat. The area change was evaluated as area change rate (100%) = (area after test / area before test: 25 cm 2 ) × 100, and used as an index of heat-resistant dimensional stability. The results are shown in Table 3.
以上の結果から、耐熱性の樹脂材料を用いた本発明の電子部品用セパレータは、耐熱寸法安定性について、比較例2のものと比べて少なくとも同等以上であり、何れも良好であることが確認された。一方、耐熱性の樹脂材料を用いない比較例1のセパレータは、耐熱寸法安定性に劣るものであり、200℃で完全に溶解しており、形状を全く維持していなかった。 From the above results, it was confirmed that the separator for electronic parts of the present invention using a heat-resistant resin material is at least equal to or better than that of Comparative Example 2 in terms of heat-resistant dimensional stability. It was done. On the other hand, the separator of Comparative Example 1 using no heat-resistant resin material was inferior in heat-resistant dimensional stability, completely dissolved at 200 ° C., and did not maintain its shape at all.
<組み立てられた電子部品のイオン伝導度>
実施例1〜7及び比較例1〜4のセパレータについて、電極を用いて電気二重層キャパシタを組み立てて、コイン型セルを作製した。コイン型セルの作製においては、電極として電気二重層キャパシタ用の活性炭電極(宝泉社製)を用いた。また、電解液としてプロピレンカーボネートに、1mol/Lとなるように(C2H5)4NBF4を溶解したものを用いた。
<Ion conductivity of assembled electronic components>
About the separator of Examples 1-7 and Comparative Examples 1-4, the electric double layer capacitor was assembled using the electrode, and the coin-type cell was produced. In the production of the coin-type cell, an activated carbon electrode (made by Hosen Co., Ltd.) for an electric double layer capacitor was used as an electrode. Also, were used for the propylene carbonate as an electrolyte, was dissolved at a 1 mol / L of (C 2 H 5) 4 NBF 4.
作製されたコイン型セルについて、20℃環境下におけるイオン伝導度を交流インピーダンス測定法により測定した。さらに、上記耐熱寸法安定性の評価にて実施した加熱処理後の試験片についても同様にコイン型セルを作製し、イオン伝導度の評価を行った。なお、イオン伝導度の測定には、ソーラトロン社製:SI 1287−1255Bを用いた。得られた結果を表4に示す。 About the produced coin-type cell, the ionic conductivity in a 20 degreeC environment was measured with the alternating current impedance measuring method. Furthermore, a coin-type cell was similarly produced for the test piece after the heat treatment carried out in the evaluation of the heat-resistant dimensional stability, and the ionic conductivity was evaluated. In addition, the solar conductivity company make: SI1287-1255B was used for the measurement of ion conductivity. Table 4 shows the obtained results.
上記の結果から、本発明の電子部品用セパレータは、200℃の高温にさらされた後においても高いイオン伝導度を示し、比較例1〜4のセパレータに比べて、何れもイオン伝導度が優れたものであることが確認された。なお、比較例1のセパレータは耐熱性が低いため、高温環境下での使用に耐えられなかった。 From the above results, the separator for electronic parts of the present invention shows high ionic conductivity even after being exposed to a high temperature of 200 ° C., and all have superior ionic conductivity compared to the separators of Comparative Examples 1 to 4. It was confirmed that In addition, since the separator of the comparative example 1 had low heat resistance, it could not endure use in a high temperature environment.
以上の4種類の評価結果を纏めると、本発明の電子部品用セパレータは、多孔質膜の膜厚方向に均一な連通孔を有し、耐熱性、イオン伝導性の全てを高いレベルで満足するものであることが明らかである。したがって、本発明の電子部品用セパレータは、最近の電子部品の高容量化、高機能化の要求に十分対応できるものである。 Summarizing the above four types of evaluation results, the separator for electronic parts of the present invention has uniform communication holes in the thickness direction of the porous membrane, and satisfies all of heat resistance and ion conductivity at a high level. It is clear that it is. Therefore, the separator for electronic parts of the present invention can sufficiently meet the recent demand for higher capacity and higher functionality of electronic parts.
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