JP2011171290A - 蓄電デバイス用セパレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリオレフィン系多孔フィルムの少なくとも片面に、無機粒子を含む粒子含有層が形成されてなり、以下で定義される透気抵抗変化率(Gd)が10%以下であり、かつ透気抵抗(Ga)が50〜500秒/100mlである多孔質フィルムとする。
Gd={(Ga−Gb)/Gb}×100
Gd:透気抵抗変化率(%)
Ga:多孔質フィルムの透気抵抗(秒/100ml)
Gb:ポリオレフィン系多孔フィルムの透気抵抗(秒/100ml)
【選択図】 なし
Description
Gd:透気抵抗変化率(%)
Ga:多孔質フィルムの透気抵抗(秒/100ml)
Gb:ポリオレフィン系多孔フィルムの透気抵抗(秒/100ml)
β晶形成能が40%未満ではフィルム製造時にβ晶量が少ないためにα晶への転移を利用してフィルム中に形成される空隙数が少なくなり、その結果透過性の低いフィルムしか得られない場合がある。また、β晶形成能が90%を超える場合は、粗大孔が形成され、蓄電デバイス用セパレータとしての機能を有さなくなる場合がある。β晶形成能を40〜90%の範囲内にするためには、アイソタクチックインデックスの高いポリプロピレン樹脂を使用し、かつ、上述のβ晶核剤を添加することが好ましい。β晶形成能としては45〜80%であればより好ましい。
本発明において用いるポリオレフィン系多孔フィルムは少なくとも一軸方向に延伸されていることが好ましい。未延伸のフィルムを用いた場合、フィルムの空孔率や機械強度が不十分となる場合がある。ポリオレフィン系多孔フィルムを少なくとも一軸方向に延伸する方法としては、加熱後、テンター法、ロール法、インフレーション法、又はこれらの組合せにより所定の倍率で延伸するのが好ましい。延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよい。二軸延伸の場合、同時二軸延伸、逐次延伸及び多段延伸(例えば同時二軸延伸及び逐次延伸の組合せ)のいずれでもよいが、逐次二軸延伸が好ましい。
ここで、Gdは透気抵抗変化率(%)、Gaは多孔質フィルムの透気抵抗(秒/100ml)、Gbはポリオレフィン系多孔フィルムの透気抵抗(秒/100ml)を意味する。Gdが10%を超えるとポリオレフィン系多孔フィルム上に粒子含有層を形成する際に使用した塗液がポリオレフィン系多孔フィルムの開孔表面からフィルム内部に浸透し、開孔部を閉塞する場合があり、ポリオレフィン系多孔フィルムにくらべ電池特性が悪くなる場合がある。上記の観点からGdは10%以下が好ましく、5%以下であればより好ましい。
ポリオレフィン系多孔フィルムを構成する樹脂またはポリオレフィン系多孔フィルムそのもの5mgを試料としてアルミニウム製のパンに採取し、示差走査熱量計(セイコー電子工業製RDC220)を用いて測定した。まず、窒素雰囲気下で室温から280℃まで10℃/分で昇温(ファーストラン)し、10分間保持した後、30℃まで10℃/分で冷却する。5分保持後、再度10℃/分で昇温(セカンドラン)した際に観測される融解ピークにについて、145〜157℃の温度領域にピークが存在する融解をβ晶の融解ピーク、158℃以上にピークが観察される融解をα晶の融解ピークとして、高温側の平坦部を基準に引いたベースラインとピークに囲まれる領域の面積から、それぞれの融解熱量を求め、α晶の融解熱量をΔHα、β晶の融解熱量をΔHβとしたとき、以下の式で計算される値をβ晶形成能とする。なお、融解熱量の校正はインジウムを用いて行った。
(2)熱可塑性樹脂粒子の融点
熱可塑性樹脂粒子の融点は、粒子含有層用の塗剤に調整する前の粒子が分散した分散液を適量採取し、熱風オーブンにて70℃で乾燥させ、固形分のみを採取する。固形分5mgを試料としてアルミニウム製のパンに採取し、示差走査熱量計(セイコー電子工業製RDC220)を用いて測定した。窒素雰囲気下で室温から200℃まで20℃/分で昇温したときに観察される融解ピークについて、最も高温側のピーク温度を熱可塑性樹脂粒子の融点とした。
ポリオレフィン系多孔フィルムまたは多孔質フィルムから1辺の長さ100mmの正方形を切取り試料とし、JIS P 8117(2009)のB形のガーレー試験機を用いて、23℃、相対湿度65%にて、100mlの空気の透過時間の測定を3回行った。透過時間の平均値をポリオレフィン系多孔フィルムまたは多孔質フィルムの透気抵抗とした。
ここで、Gdは透気抵抗変化率(%)、Gaは多孔質フィルムの透気抵抗(秒/100ml)、Gbはポリオレフィン系多孔フィルムの透気抵抗(秒/100ml)を意味する。
○:Gdが2%より大きく、5%以下
△:Gdが5%より大きく、10%以下
×:Gdが10%より大きい
(4)貫通孔の平均孔径
水銀圧入法によるポロシメーター(島津製作所社製9220型)にてポリオレフィン系多孔フィルムの平均孔径を測定した。試料は25mm角程度切り取り、標準セルに採り初期圧力約20kPaの条件で測定した。上記測定を任意の5箇所について実施し、平均孔径の平均値を当該サンプルにおける貫通孔の平均孔径とした。
B型粘度計(東京計器社製)を用いて、JISK7117(1999)に準拠し、スピンドルNo.4を用い、25℃にて回転数60rpmで測定をおこない粘度を求めた。
粒子含有層を塗布する前のフィルムの幅方向の中央部について、長手方向には少なくとも5cm感覚で任意の場所の合計10箇所をダイアルゲージ式厚み計(PEACOCK製UPRIGHT DIAL GAUGE(No.25))にて測定し、その平均値をオレフィン系多孔フィルムの厚み(la)とする。
粒子含有層の各層の積層厚みは、各層を積層するごとに上記の方法を用いて測定した。
荷重:50g
(7)塗布抜け
巻出機と巻取機を備えた欠点検出器で、得られた多孔質フィルムの幅方向の中央部について幅50mm分の透過光量を測定した。光源には、長さ750mm、直径φ10mmの円柱状のロッドレンズを用い、ロッドレンズの端面から250Wのメタルハライド光源の光を入射した。フィルムの一方の面から光源を250mm離して設置し、照射した光の光量をもう一方の面から検出した。検出器とフィルムの距離は15mmとした。検出器としてはエレクトロセンサリデバイス(株)社製CCDラインセンサカメラE7450Dとニコン社製カメラレンズAiMicro−Nikkor55mmF2.8Sを用い、以下の条件で検査した。多孔質フィルムを6m/分で走行させ、フィルムの透過光量を長さ40m×幅50mmを測定した。表には平均透過光量に比べ、透過光量が2.5倍以上となる部分の個数を計測した。ここで、平均透過光量はフィルムの巻き芯部分と巻き外部分についてそれぞれ長さ1m分の透過光量を測定し、その平均値を用いた。
長さ方向分解能:20μm/pixel
視野幅 :中央部200mm幅
スキャンレート:9,500
絞り :8F
○:塗布抜けなし。
多孔質フィルムを3×3cmの正方形に切り取り、テスター産業(株)製ヒートシールテスターを用いて、加熱温度200℃、加熱時間10秒間、荷重0.1MPaの条件で1×3cmの面積を加熱した。
ポリオレフィン系多孔フィルムの原料樹脂として、住友化学(株)製ホモポリプロピレンFLX80E4(以下、PP−1と表記)を94質量部、高溶融張力ポリプロピレン樹脂であるBasell製ポリプロピレンPF−814(以下、HMS−PP−1と表記)を1質量部、エチレン−オクテン−1共重合体であるダウ・ケミカル製 Engage8411(メルトインデックス:18g/10分、以下、単にPE−1と表記)を5質量部に加えて、β晶核剤であるN,N’−ジシクロヘキシル−2,6−ナフタレンジカルボキシアミド(新日本理化(株)製、Nu−100、以下、単にβ晶核剤と表記)を0.2質量部、さらに酸化防止剤であるチバ・スペシャリティ・ケミカルズ製IRGANOX1010、IRGAFOS168を各々0.15、0.1質量部(以下、単に酸防剤と表記し、特に記載のない限り3:2の質量比で使用)を、この比率で混合されるように計量ホッパーから二軸押出機に原料供給し、300℃で溶融混練を行い、ストランド状にダイから吐出して、25℃の水槽にて冷却固化し、チップ状にカットしてチップ原料とした。
(1)A層用塗液(塗液粘度 35Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
2.0質量部
イオン交換水 71質量部
(2)B層用塗液(塗液粘度 10Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.0質量部
イオン交換水 71質量部
(実施例2)
実施例1において、粒子含有層のA層用として、塗液粘度が45Pa・sになるように以下の組成の塗液を調合し、実施例1と同様の手法で多孔質フィルムを作製した。
・A層用塗液(塗液粘度 45Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
2.5質量部
イオン交換水 71質量部
(実施例3)
実施例1において、粒子含有層のA層用として、塗液粘度が25Pa・sになるように以下の組成の塗液を調合し、実施例1と同様の手法で多孔質フィルムを作製した。
・A層用塗液(塗液粘度 25Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.5質量部
イオン交換水 71質量部
(実施例4)
実施例1において、粒子含有層のB層用として、塗液粘度が17Pa・sになるように以下の組成の塗液を調合し、実施例1と同様の手法で多孔質フィルムを作製した。
・B層用塗液(塗液粘度 17Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.3質量部
イオン交換水 71質量部
(実施例5)
実施例1において、粒子含有層のA層用として、塗液粘度が36Pa・sになるように以下の組成の塗液を調合し、実施例1と同様の手法で多孔質フィルムを作製した。
・A層用塗液(塗液粘度 36Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.5質量部
PVDF/アクリル水分散体(アルケマ社製“カイナーアクアテック” 固形分濃度40%)2.5質量部
イオン交換水 69質量部
(実施例6)
実施例1において、粒子含有層のA層用として、塗液粘度が36Pa・s、B層用として塗液粘度が12Pa・sになるように以下の組成の塗液を調合し、実施例1と同様の手法で多孔質フィルムを作製した。
・A層用塗液(塗液粘度 36Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.5質量部
PVDF/アクリル水分散体(アルケマ社 “カイナーアクアテック” 固形分濃度40%)2.5質量部
イオン交換水 69質量部
・B層用塗液(塗液粘度 12Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
0.5質量部
PVDF/アクリル水分散体(アルケマ社製“カイナーアクアテック” 固形分濃度40%)1.25質量部
イオン交換水 71.25質量部
(比較例1)
実施例1において、粒子含有層のA層用として、塗液粘度が10Pa・sになるように以下の組成の塗液を調合し、実施例1と同様の手法で多孔質フィルムを作製した。
・A層用塗液(塗液粘度 10Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.0質量部
イオン交換水 71質量部
(比較例2)
実施例1において、粒子含有層のA層用として、塗液粘度が10Pa・sとなるように、またB層用として、塗液粘度が35Pa・sとなるようにそれぞれ以下の組成の塗液を調合し、実施例1と同様の手法で多孔質フィルムを作製した。
(1)A層用塗液(塗液粘度 10Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.0質量部
イオン交換水 71質量部
(2)B層用塗液(塗液粘度 35Pa・s)
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
2.0質量部
イオン交換水 71質量部
(比較例3)
実施例1の多孔フィルムの片面(溶融押出時にドラムに接触した面、以下D面と表記)に、ダイコーターを用いて乾燥後の積層厚みが6μmになるように以下の組成の塗液を塗布し、100℃で1分間乾燥させ、単層構成の粒子含有層を形成し、多孔質フィルムを作製した。
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
2.0質量部
イオン交換水 71質量部
(比較例4)
実施例1の多孔フィルムの片面(溶融押出時にドラムに接触した面、以下D面と表記)に、ダイコーターを用いて乾燥後の積層厚みが6μmになるように以下の組成の塗液を塗布し、100℃で1分間乾燥させ、単層構成の粒子含有層を形成し、多孔質フィルムを作製した。
シリカ粒子(電気化学工業(株)製“SFP20”) 15質量部
ポリエチレン粒子(三井化学(株)製ケミパール“W100”) 10質量部
オキシラン環含有化合物(ナガセ化成工業(株)製デナコール“EX−861”)2.0質量部
カルボキシメチルセルロース(ダイセル化学工業(株)製“CMCダイセル2240”
1.0質量部
イオン交換水 71質量部
(比較例5)
実施例1の粒子含有層を塗布する前の多孔フィルムをそのまま評価した。
Claims (11)
- ポリオレフィン系多孔フィルムの少なくとも片面に、無機粒子を含む粒子含有層が形成されてなり、以下で定義される透気抵抗変化率(Gd)が10%以下であり、かつ透気抵抗(Ga)が50〜500秒/100mlである多孔質フィルム。
Gd={(Ga−Gb)/Gb}×100
Gd:透気抵抗変化率(%)
Ga:多孔質フィルムの透気抵抗(秒/100ml)
Gb:ポリオレフィン系多孔フィルムの透気抵抗(秒/100ml) - 粒子含有層に熱可塑性樹脂粒子を含み、その融点が100〜140℃である、請求項1に記載の多孔質フィルム。
- ポリオレフィン系多孔フィルムの平均孔径が40〜400nmである、請求項1または2に記載の多孔質フィルム。
- ポリオレフィン系多孔フィルムの透気抵抗が50〜500秒/100mlである、請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質フィルム。
- ポリオレフィン系多孔フィルムが少なくとも一軸方向に延伸されたフィルムである、請求項1〜4のいずれかに記載の多孔質フィルム。
- ポリオレフィン系多孔フィルムがポリプロピレン樹脂からなる、請求項1〜5のいずれかに記載の多孔質フィルム。
- ポリプロピレン樹脂のβ晶形成能が40〜90%である、請求項6に記載の多孔質フィルム。
- 粒子含有層がオキシラン環化合物を含んでいる、請求項1〜7のいずれかに記載の多孔質フィルム。
- 粒子含有層が少なくとも2層の積層構成を有している、請求項1〜8のいずれかに記載の多孔質フィルム。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の多孔質フィルムを用いてなる蓄電デバイス用セパレータ。
- 請求項10に記載の蓄電デバイス用セパレータを用いた蓄電デバイス。
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