JP2009197096A - 多孔性フィルムならびにそれを含む積層多孔性フィルムおよびセパレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリオレフィン系樹脂と、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸およびこれらの脂肪酸の金属塩からなる群より選ばれる1種以上の脂肪酸成分で、炭素原子数が12以上24以下の範囲である脂肪酸成分0.001質量%以上2質量%以下と、を含有する多孔性フィルム。該多孔性フィルムに、耐熱樹脂および/またはフィラーを含有する多孔性耐熱層が積層されてなる、積層多孔性フィルム。該多孔性フィルムまたは積層多孔性フィルムを含む、セパレータ。該セパレータを有する蓄電デバイスまたは非水電解質二次電池。
【選択図】なし
Description
(1) ポリオレフィン樹脂と、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸およびこれらの脂肪酸の金属塩からなる群より選ばれる1種以上の脂肪酸成分で、炭素原子数が12以上24以下の範囲である脂肪酸成分0.001質量%以上2質量%以下と、を含有する多孔性フィルム。
(2) ポリオレフィン樹脂100質量部と、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸およびこれらの脂肪酸の金属塩からなる群より選ばれる1種以上の脂肪酸成分で、炭素原子数が12以上24以下の範囲である脂肪酸成分と、水溶性充填剤100〜400質量部と、を含むポリオレフィン樹脂組成物を成形してシートにし、次いで該シートを水性液体に接触させることにより該シートから該水溶性充填剤を除去し、かつ、該シートを延伸することにより得られる多孔性フィルムであって、該脂肪酸成分の残留量が、0.001質量%以上2質量%以下である、(1)の多孔性フィルム。
(3) 前記ポリオレフィン樹脂がポリエチレン樹脂である、(1)または(2)の多孔性フィルム。
(4) (1)〜(3)のいずれかの多孔性フィルムに、耐熱樹脂および/またはフィラーを含有する多孔性耐熱層が積層されてなる、積層多孔性フィルム。
(5) 前記耐熱樹脂が含窒素芳香族重合体である、(4)の積層多孔性フィルム。
(6) (1)〜(3)のいずれかの多孔性フィルムを含む、セパレータ。
(7) (4)または(5)の積層多孔性フィルムを含む、セパレータ。
(8) (6)または(7)のセパレータを有する蓄電デバイス。
(9) (6)または(7)のセパレータを有する非水電解質二次電池。
ここで、「該シートを水性液体に接触させることにより該シートから該水溶性充填剤を除去し、かつ、該シートを延伸する」とは、ポリオレフィン樹脂組成物を成形したシートから該シートに含まれる水溶性充填剤を除去した後にシートを延伸する、シートを延伸した後に水溶性充填剤を除去する、水溶性充填剤の除去とシートの延伸を同時に行う、のいずれの順序も包含する。より膜厚の均一性に優れる多孔性フィルムが得られることから、水溶性充填剤を除去した後にシートを延伸することが好ましい。以下、この水溶性充填剤を除去した後にシートを延伸する方法について詳細に説明するが、他の順序の場合も水溶性充填剤の除去に用いられる液体や除去方法、延伸方法は同様である。なお、多孔性フィルムを製造する際に用いるシートは、本発明のためのポリオレフィン樹脂組成物を成形したシートが2枚以上積層されてなる多層シートであってもよい。
なお、脂肪酸成分の炭素原子数が11以下、または25以上の場合には、多孔性フィルムにおける孔の均一性や多孔性フィルムの強度において、十分となり難い場合もあるが、本発明の効果を阻害しない範囲で、含有していてもよい。
分子量=分子鎖長×Qファクター
次に未知試料のGPC測定を行い、保持時間−溶出成分量曲線を得る。標準ポリスチレンのGPC測定において、保持時間Tであった標準ポリスチレンの分子鎖長をLとするとき、未知試料のGPC測定において保持時間Tであった成分の「ポリスチレン換算の分子鎖長」をLとする。この関係を用いて、当該未知試料の前記保持時間−溶出成分量曲線から、当該未知試料のポリスチレン換算の分子鎖長分布(ポリスチレン換算の分子鎖長と溶出成分量との関係)が求められる。
HLB=((界面活性剤中の親水基部分の分子量)/(界面活性剤全体の分子量))×(100/5)
前記のグリフィン式でHLBを算出できない界面活性剤のHLBについては、HLBが未知の該界面活性剤で油を乳化させ、別にHLBが既知の複数の界面活性剤(HLBの値が異なるものを使用)で同じ油を乳化させて比較する試験を行うことにより決定する。油の乳化状態をHLB未知の界面活性剤と同一としたHLB既知の界面活性剤のHLBを、HLB未知の界面活性剤のHLBとする。
(a)耐熱樹脂100質量部を含む極性有機溶媒溶液に、該耐熱樹脂100質量部に対しフィラーを1〜1500質量部分散したスラリー状塗工液を調製する。
(b)該塗工液を多孔性フィルムの少なくとも片面に塗工し、塗工膜を形成する。
(c)加湿、溶媒除去あるいは耐熱樹脂を溶解しない溶媒への浸漬等の手段で、前記塗工膜から耐熱樹脂を析出させた後、必要に応じて乾燥する。
塗工液は、特開2001−316006号公報に記載の塗工装置および特開2001−23602号公報に記載の方法により連続的に塗工することが好ましい。
フィルムのガーレー値(秒/100cc)は、JIS P8117に準じて、B型デンソメーター(東洋精機製)にて測定することができる。測定は任意の場所50箇所において測定し、平均、標準偏差および変動率を求める。
JISK7130に準拠してミツトヨ製VL-50Aにて測定を行った。測定は任意の場所50箇所において測定し、平均、標準偏差および変動率を求めた。
測定装置としてウォーターズ社製ゲルクロマトグラフAlliance GPC2000型を使用した。その他の条件を以下に示す。
カラム :東ソー社製TSKgel GMHHR−H(S)HT 30cm×2、TSKgel GMH6 −HTL 30cm×2
移動相 :o−ジクロロベンゼン
検出器 :示差屈折計
流 速 :1.0mL/分
カラム温度:140℃
注入量 :500μL
試料30mgをo−ジクロロベンゼン20mLに145℃で完全に溶解した後、その溶液を孔径が0.45μmの焼結フィルターでろ過し、そのろ液を供給液とした。なお、較正曲線は、分子量既知の16種の標準ポリスチレンを用いて作製した。
走査電子顕微鏡SEM(日立製 S−4200)により30000倍で観測し、粒子100個について直径を測定し、その平均を平均粒子径(μm)とした。
多孔性フィルムを12mmΦのワッシャで固定し、ピンを200mm/minで突き刺したときの最大応力(gf)を該フィルムの突刺強度とする。ピンは、ピン径1mmΦ、先端0.5Rのものを使用する。
重合液を水中へ滴下し、ミキサーで粉砕、ろ過を行いパラアラミド重合体を得た。次に98%硫酸100mlに300℃で一時間真空乾燥したパラアラミド重合体0.5gを溶解させ、パラアラミド硫酸溶液および98%硫酸について、それぞれ毛細管粘度計により30℃にて流動時間を測定し、求められた流動時間の比から次式により固有粘度を求めた。
固有粘度=ln(T/T0)/C 〔単位:dl/g〕
ここでTおよびT0は、それぞれパラアラミド硫酸溶液および硫酸の流動時間であり、Cは、パラアラミド硫酸溶液中のパラアラミド濃度(g/dl)を示す。
作製した多孔性フィルム中の脂肪酸成分の残留量を、熱抽出−GCMS法により定量した。分析に使用した装置はパイロライザー:PY−2020D(フロンティア・ラボ製)、クライオトラップ:MJT−1030E(同上)、GCMS:Agilent 5973型である。多孔性フィルム試料5mgを、予め100℃に加熱したパイロライザー中に投入後、1分あたり30℃の割合で300℃まで加熱し、加熱中に揮発する脂肪酸成分についてGCMS測定(SIMモード)を行った。キャリアガスはHeを用い流量は1.0ml毎分であった。多孔性フィルム試料と同時に各種脂肪酸成分のエタノール溶液を調製し、これを標準溶液としてGCMS測定(SIMモード)を行い、検量線を作成した。作成した検量線を基に多孔性フィルム中の脂肪酸成分の残留量を求めた。
シート(1)の作製
ポリエチレン粉末100質量部(ハイゼックスミリオン340M、三井化学(株)製、質量平均分子鎖長17000nm、質量平均分子量300万、融点136℃)に対し、オレフィン系ワックス粉末43質量部(ハイワックス110P、三井化学(株)製、質量平均分子量1000、融点110℃)と炭酸カルシウム150質量部(白石カルシウム製Vigot10、SEMで求めた平均粒子径0.15μm、脂肪酸成分を含有)をヘンシェルミキサーで混合し、その後2軸混練機にて混練してポリオレフィン樹脂組成物を得た。該ポリオレフィン樹脂組成物を、表面温度が151℃であり、同周速度で回転する一対のロールで圧延し、膜厚約70μmのシート(1)を作製した。このシート(1)の厚み精度は、±2μm以内であり、また、ポリオレフィン樹脂組成物中のポリオレフィン樹脂の質量を100質量%としたとき、該ポリオレフィン樹脂のうち分子鎖長2850nm以上のポリオレフィン樹脂は30質量%であった。
図1に示す装置を用いてシート(1)中の炭酸カルシウムを除去した。シート(1)をロールにより搬送し塩酸水溶液(塩酸2〜4mol/L、非イオン系界面活性剤0.1〜0.5質量%)の入ったaの槽に15分間浸漬して炭酸カルシウムを除去し、続いて該シートを水酸化ナトリウム水溶液(濃度0.1〜2mol/L)の入ったbの槽に2分間浸漬し、中和する工程を繰り返し3回行った。該シートをcの槽で60分間イソプロパノールを10%含有した水で洗浄した後、50℃に加熱したロールに接触させて乾燥して巻き取り、テンターにて8倍に延伸した(延伸温度103℃)。
多孔性フィルム中の脂肪酸成分の分析
このようにして作製した多孔性フィルム中の脂肪酸成分の残留量を、熱抽出−GCMS法により、定量分析した結果を表1に示す。
電池の作製
このようにして作製した多孔性フィルムを、活物質としてコバルト酸リチウムを92%含む正極シートと活物質としてカーボンを98%含む負極シートとともに巻回し、濃度1.3mol/LのLiPF6塩を含有する電解液を注液して18650型の円筒電池を作製した。
充放電試験機で所定のエージングを行った後、放電レートを0.2C、1C、2C、3Cと変えた場合の電池の放電容量を測定した結果を表2に示す。
高温保存試験
上記電池を4.25Vに充電した状態で、70℃の恒温槽中で1週間の保存を行い、保存後の放電レートを0.2C、1C、2C、3Cと変えた場合の電池の放電容量、および負荷特性を測定した結果を表2に示す。
実施例1においてcの槽の温度を45℃に加温した以外は同様に行い多孔性フィルムを得た。この多孔性フィルム中の脂肪酸成分の残留量を表1に、多孔性フィルムを用いて作製した電池の評価結果を表2に示した。
パラアラミド(ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド))の合成
撹拌翼、温度計、窒素流入管および粉体添加口を有する、3リットルのセパラブルフラスコを使用して、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の製造を行った。フラスコを十分乾燥し,N−メチル−2−ピロリドン(NMP)2200gを仕込み、200℃で2時間真空乾燥した塩化カルシウム粉末151.07gを添加し、100℃に昇温して完全に溶解させた。室温に戻して、パラフェニレンジアミン、68.23gを添加し完全に溶解させた。この溶液を20℃±2℃に保ったまま、テレフタル酸ジクロライド、124.97gを10分割して約5分おきに添加した。その後も撹拌しながら、溶液を20℃±2℃に保ったまま1時間熟成した。1500メッシュのステンレス金網でろ過した。得られた溶液は、パラアラミド濃度6%の液晶相で、光学的異方性を示した。パラアラミド溶液の一部をサンプリングし、水で再沈して得られたパラアラミドの固有粘度は、2.01dl/gであった。
塗工液の調製
先に重合したパラアラミド溶液100gをフラスコに秤取し、243gのNMPを添加し、最終的に、パラアラミド濃度が1.75質量%の等方相の溶液に調製して60分間攪拌した。上記のパラアラミド濃度が1.75質量%の溶液にアルミナC(日本アエロジル社製品)を6g(対パラアラミド100g)、アドバンスドアルミナAA-03(住友化学社製品)を6g(対パラアラミド100g)混合し、240分間攪拌した。アルミナ微細粒子を十分分散させた塗工ドープを1000メッシュの金網でろ過した。その後、酸化カルシウム0.73gを添加して240分攪拌して中和を行い、減圧下で脱泡しスラリー状の塗工液を得た。
積層多孔性フィルムの作製(連続法)
実施例2で作製した多孔性フィルムの巻き物(幅300mm、長さ300m)を巻き出し機に取り付け、張力2kg/300mm、ライン速度4m/分で引き出しながら塗工液を塗布し、連続的に積層多孔性フィルムを作製した。
まず、引き出した多孔性フィルムの下面にNMPをマイクログラビアコーターで塗布し、上面に調製した塗工液をバーコーターで100μm厚みに塗布した。長さ1.5mの恒温恒湿槽内(温度50℃、相対湿度70%)を通し、塗布した塗工液よりパラアラミドを析出させた。続いて、ライン長4mの水洗装置(イオン交換水を入れ、イオン交換水を10リットル/分で供給、排出する槽内にガイドロールをセットしたもの)を通してNMP、塩化カルシウムを除去した。その後、ヤンキードライヤーで熱風を送りつつ、熱ロール(直径1m、表面温度70℃、メタアラミド布のキャンバスで覆う)を通して水分を乾燥除去して多孔性フィルムの片面に多孔性耐熱層が積層されてなる積層多孔性フィルムを得た。該積層多孔性フィルムの厚みは16μm、透気度は270秒/100ccであった。
この積層多孔性フィルム中の脂肪酸成分の残留量を表1に、積層多孔性フィルムを用いて作製した電池の評価結果を表2に示した。
実施例1においてcの槽で純水で5分間洗浄した以外は同様に行い多孔性フィルムを得た。この多孔性フィルム中の脂肪酸成分の残留量を表1に、多孔性フィルムを用いて作製した電池の評価結果を表2に示した。
b アルカリ水溶液槽
c 水槽
d 巻取機
e ポリオレフィン樹脂組成物から成形されたシート
f 乾燥ドラム(加熱ドラム)
Claims (9)
- ポリオレフィン樹脂と、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸およびこれらの脂肪酸の金属塩からなる群より選ばれる1種以上の脂肪酸成分で、炭素原子数が12以上24以下の範囲である脂肪酸成分0.001質量%以上2質量%以下と、を含有する多孔性フィルム。
- ポリオレフィン樹脂100質量部と、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸およびこれらの脂肪酸の金属塩からなる群より選ばれる1種以上の脂肪酸成分で、炭素原子数が12以上24以下の範囲である脂肪酸成分と、水溶性充填剤100〜400質量部と、を含むポリオレフィン樹脂組成物を成形してシートにし、次いで該シートを水性液体に接触させることにより該シートから該水溶性充填剤を除去し、かつ、該シートを延伸することにより得られる多孔性フィルムであって、該脂肪酸成分の残留量が、0.001質量%以上2質量%以下である、請求項1記載の多孔性フィルム。
- 前記ポリオレフィン樹脂がポリエチレン樹脂である、請求項1または2記載の多孔性フィルム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の多孔性フィルムに、耐熱樹脂および/またはフィラーを含有する多孔性耐熱層が積層されてなる、積層多孔性フィルム。
- 前記耐熱樹脂が含窒素芳香族重合体である、請求項4に記載の積層多孔性フィルム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の多孔性フィルムを含む、セパレータ。
- 請求項4または5に記載の積層多孔性フィルムを含む、セパレータ。
- 請求項6または7に記載のセパレータを有する蓄電デバイス。
- 請求項6または7に記載のセパレータを有する非水電解質二次電池。
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