JP2013032505A - 多孔性ポリオレフィンフィルム、蓄電デバイス用セパレータおよび蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは適度な透気抵抗を有しながら、フィルム幅方向の熱寸法安定性、機械特性に優れた蓄電デバイス用セパレータおよび蓄電デバイスを提供すること。
【解決手段】ポリプロピレン樹脂を含み、曲路率が１．２〜５．０、透気抵抗が５０〜１，０００秒／１００ｍｌ、長手方向の破断強度（ｆ（ＭＤ））および幅方向の破断強度（ｆ（ＴＤ））の関係が次式を満たす多孔性ポリオレフィンフィルムとする。
｛ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）｝＞２
【選択図】 なし

Description

本発明は、適度な透気抵抗を有しながら、フィルムの熱寸法安定性、機械特性に優れ、蓄電デバイス用セパレータとして好適に用いることができる多孔性ポリオレフィンフィルムに関する。

ポリプロピレンフィルムは優れた機械特性、熱特性、電気特性、光学特性により、工業材料用途、包装材料用途、光学材料用途、電機材料用途など多様な用途で使用されている。このポリプロピレンフィルムに空隙を設け、多孔化した多孔性ポリプロピレンフィルムについても、ポリプロピレンフィルムとしての特性に加えて、透過性や低比重などの優れた特性を併せ持つことから、電池や電解コンデンサーのセパレータや各種分離膜、衣料、医療用途における透湿防水膜、フラットパネルディスプレイの反射板や感熱転写記録シートなど多岐に渡る用途への展開が検討されている。特に電気絶縁性やイオン透過性に加えて、力学特性にも優れることから、特にリチウムイオン二次電池のセパレータ用途に広く用いられている。リチウムイオン二次電池用セパレータとして備えるべき性質には多くの項目があるが、主に電池の高容量化、高出力化、および安全性に適した膜物性が求められている。

従来の技術において、例えば、乾燥−延伸法（ＣＥＬＧＡＲＤプロセスとして知られている）の多孔性フィルムが開示され、溶融押出時に低温押出、高ドラフト比を採用することにより、シート化した延伸前のフィルム中のラメラ構造を制御し、これを長手方向に一軸延伸することでラメラ界面での開裂を発生させ、空隙を形成する方法であるが、特異的な直線状貫通孔構造から透気性能に優れる反面、曲路率が小さいためデンドライトの析出や電極活物質の移動による微少短絡が発生しやすいことがあった（特許文献１、２）。

また乾式法であり、かつ二軸延伸により製膜される多孔性ポリプロピレンフィルムとしては、ポリプロピレンの結晶多形であるα型結晶（α晶）とβ型結晶（β晶）の結晶密度の差と結晶転移を利用してフィルム中に空隙を形成させる（β晶法と呼ばれる）方法の提案も数多くなされており、中には二軸延伸する延伸温度の制御を行うことで機械特性を改善することが開示されているが、長手方向と直行する幅方向の機械特性が高くなるため幅方向の熱寸法安定性が不足し、蓄電デバイス用セパレータとして用いた場合に安全性が劣る場合があった（特許文献３）。またβ晶法の逐次二軸延伸フィルムにおいて一軸延伸後のβ晶配向度を制御することで透気性を向上させる提案がされているが、熱寸法安定性が不十分であり、また機械特性バランスの観点から例えば電池組立工程において、走行中のフィルムが幅方向に破断したり、シワが入りやすくなるなど未だ改善余地があった（特許文献４）。その他、β晶法の逐次二軸延伸フィルムの寸法安定性を改善、二次加工において引き裂きを抑制するため製膜条件で長手方向と幅方向の延伸比を制御することが提案されているが、十分な改善効果が得られていないものであった（特許文献５、６）。

他方、粒子延伸法ではポリオレフィンに炭酸カルシウムや硫酸バリウムなどの無機物粒子が大量に混合した多孔性フィルムを得ることが提案されているが、該多孔性フィルムは大量の粒子を含有するため、強度が小さくなりやすく、凝集した粒子を基点として製膜時や機械特性試験で破断しやすい傾向を示し、蓄電デバイス用セパレータとして用いた場合に孔径も大きくなるため曲路率が小さくなりデンドライトの析出や電極活物質の移動による微少短絡が発生しやすい問題があった（特許文献７、８）。

特公昭５５−３２５３１号公報 特表２００９−５２７６３３号公報 特開平７−１１８４２９号公報 特許第４１０２８９４号公報 特開２０１０−１１１０９５号公報 特開２０１０−１１１０９６号公報 特開昭６０−１２９２４０号公報 特開昭６３−２１０１４４号公報

本発明の課題は、上記した問題点を解決することにある。すなわち透気性、熱寸法安定性、機械特性に優れた多孔性ポリオレフィンフィルムを提供することにある。

上記した課題は、次の手段によって達成可能である。

ポリプロピレン樹脂を含み、曲路率が１．２〜５．０、透気抵抗が５０〜１，０００秒／１００ｍｌ、長手方向の破断強度（ｆ（ＭＤ））および幅方向の破断強度（ｆ（ＴＤ））の関係が次式を満たす多孔性ポリオレフィンフィルム。

｛ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）｝＞２

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは透気性、フィルムの熱寸法安定性、機械特性に優れ、例えば蓄電デバイス用のセパレータとして用いた場合に電池性能の安全性に優れる観点から好適に使用することができる。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは、ポリプロピレン樹脂を含んでいる。また曲路率が１．２〜５．０、透気抵抗が５０〜１，０００秒／１００ｍｌ、長手方向の破断強度（ｆ（ＭＤ））および幅方向の破断強度（ｆ（ＴＤ））の関係が次式を満たしている。

｛ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）｝＞２
曲路率が１．２未満の場合は連続する孔構造が実質的に直線状構造であることを意味し、デンドライトの析出や電極活物質の移動による微少短絡が発生じ、電池性能の指標の１つである安全性の低下につながる。また、曲路率が５．０を超えると、透気性が不足し、例えば蓄電デバイス用のセパレータとして用いた場合に電池の出力特性が十分でなく、性能の劣った電池となる傾向がある。曲路率は１．５〜４．５がより好ましく、１．８〜４がさらに好ましい。なお、本発明における曲路率の算出は次の関係式から求めることができる。

多孔質体における細孔モデルにおいて、流体の透過速度と空孔率や孔径や流体の粘度との関係は、式（１）で表される。

ｕ＝（ｄ^２・ε／１００）ΔＰ／（２ηＬτ^２） ・・・（１）
ここで、ｕ（ｍ／ｓｅｃ）は流体の透過速度、ｄ（ｍ）は孔径、ε（％）は空孔率、ΔＰ（Ｐａ）は圧力差、η（Ｐａ・ｓｅｃ）は流体の粘度、Ｌ（ｍ）は膜厚、τ（無次元）は曲路率である。なお、本式を変形すると、曲路率は式（２）のように表され、上記各パラメータを代入することで求めることができる。

τ＝ｄ（εΔＰ／２ηＬｕ）^０．５ ・・・（２）
本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは実質的に粒子を含まないことが好ましい。粒子を含む場合、粒子基点の空孔が形成されるため孔径が大きくなり、曲路率が小さくなり例えば蓄電デバイス用のセパレータとして用いた場合にデンドライトの析出や電極活物質の移動による微少短絡が発生じ、電池性能の指標の１つである安全性が低下することがある。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは透気抵抗が５０〜１，０００秒／１００ｍｌである。透気抵抗が５０秒／１００ｍｌ未満の場合は、フィルムの機械強度が低下してハンドリング性が低下したり、セパレータに用いたとき安全性が低下することがあり、透気抵抗が１，０００秒／１００ｍｌを超えると、セパレータに用いたとき出力特性が低下する傾向がある。このような観点から本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムの透気抵抗は、より好ましくは８０〜６００秒／１００ｍｌ、更に好ましくは１００〜５００秒／１００ｍｌである。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは、フィルムの熱寸法安定性および機械特性に優れ、例えば蓄電デバイス用のセパレータとして用いた場合に電池の安全性を向上させる観点から、長手方向の破断強度（ｆ（ＭＤ））および幅方向の破断強度（ｆ（ＴＤ））の関係が次式を満たすことが重要である。

｛ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）｝＞２
上記式を満たさない場合、例えば電池のセパレータとして使用した際の電池組立工程において、走行中のフィルムが幅方向に破断したり、シワが入りやすくなる場合があり、また電池に圧力がかかった場合にセパレータに接する電極活物質等の粒子がフィルムに接触しフィルムが破断する場合がある。上記観点から、｛ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）｝＞３．５であることが好ましく、｛ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）｝＞５であることがより好ましい。ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）の上限は特に限定されないが、例えば１５とすることができ、１５を超える場合は長手方向に裂けやすくなることが考えられる。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムの長手方向の破断強度は特に限定されないが１００ＭＰａ以上であることが好ましい。破断強度が１００ＭＰａ未満の場合は電池組立工程において、走行中のフィルムが幅方向に破断したり、シワが入りやすくなる場合がある。長手方向の破断強度は好ましくは１３０ＭＰａ以上、より好ましくは１６０ＭＰａ以上である。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは、フィルムの両表面を貫通し、透気性を有する孔（以下、貫通孔という）を有している。この貫通孔は、少なくとも一軸方向あるいは二軸延伸によりフィルム中に形成することが好ましい。高い生産性、均一物性、薄膜化を達成する観点からβ晶法により製造することが可能である。

β晶法を用いてフィルムに貫通孔を形成するためには、ポリプロピレン樹脂のβ晶形成能が６０％以上であることが好ましい。β晶形成能が６０％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。一方、β晶形成能の上限は特に限定されるものではないが、９９．９％を超えるようにするのは、後述するβ晶核剤を多量に添加したり、使用するポリプロピレン樹脂の立体配向性を極めて高くしたりする必要があり、製膜安定性が低下するなど工業的な実用価値が低い。工業的にはβ晶形成能は６５〜９９．９％が好ましく、７０〜９５％が特に好ましい。また、多孔性ポリオレフィンフィルムのβ晶形成能についても、６０％以上であることが好ましい。

β晶形成能を６０％以上に制御するためには、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たり、β晶核剤と呼ばれる、ポリプロピレン樹脂中に添加することでβ晶を選択的に形成させる結晶化核剤を添加剤として用いたりすることが好ましい。β晶核剤としては種々の顔料系化合物やアミド系化合物などを挙げることができるが、特に特開平５−３１０６６５号公報に開示されているアミド系化合物を好ましく用いることができる。β晶核剤の添加量としては、ポリプロピレン樹脂全体を基準とした場合に、０．０５〜０．５質量％であることが好ましく、０．１〜０．３質量％であればより好ましい。０．０５質量％未満では、β晶の形成が不十分となり、多孔性ポリオレフィンフィルムの透気性が低下する場合がある。０．５質量％を超えると、粗大ボイドを形成し、蓄電デバイス用セパレータに用いたとき、安全性が低下する場合がある。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムに含まれるポリプロピレン樹脂は、メルトフローレート（以下、ＭＦＲと表記する、測定条件は２３０℃、２．１６ｋｇ）が２〜３０ｇ／１０分の範囲であることが好ましく、さらにアイソタクチックポリプロピレン樹脂であることが好ましい。ＭＦＲが２ｇ／１０分未満であると、樹脂の溶融粘度が高くなり高精度濾過が困難となり、フィルムの品位が低下する場合がある。ＭＦＲが３０ｇ／１０分を超えると、分子量が低くなりすぎるため、延伸時のフィルム破れが起こりやすくなり、生産性が低下する場合がある。より好ましくは、ＭＦＲは３〜２０ｇ／１０分である。

また、アイソタクチックポリプロピレン樹脂を用いる場合、アイソタクチックインデックスは９０〜９９．９％であることが好ましい。アイソタクチックインデックスが９０％未満であると、樹脂の結晶性が低く、高い透気性を達成するのが困難な場合がある。

本発明で用いるポリプロピレン樹脂としては、ホモポリプロピレン樹脂を用いることができるのはもちろんのこと、製膜工程での安定性や造膜性、物性の均一性の観点から、ポリプロピレンにエチレン成分やブテン、ヘキセン、オクテンなどのα−オレフィン成分を５質量％以下、より好ましくは２．５質量％以下の範囲で共重合した樹脂を用いることもできる。なお、ポリプロピレンへのコモノマー（共重合成分）の導入形態としては、ランダム共重合でもブロック共重合でもいずれでも構わない。

また、上記したポリプロピレン樹脂には本発明の効果を阻害しない範囲で高分子量ポリプロピレン、低融点ポリプロピレン、高溶融張力ポリプロピレンなど含有させることが安全性向上や製膜性向上の点で好ましい。ここで高分子量ポリプロピレンとはＭＦＲが０．１〜２ｇ／１０分のポリプロピレンであり、低融点ポリプロピレンとは融点１５３℃より低い融点を持つポリプロピレンであり（例えば、エチレン成分やブテン、ヘキセン、オクテンなどのα−オレフィン成分を共重合したポリプロピレンなど）、高溶融張力ポリプロピレンとは高分子量成分や分岐構造を有する成分をポリプロピレン樹脂中に混合したり、ポリプロピレンに長鎖分岐成分を共重合させたりすることで溶融状態での張力を高めたポリプロピレン樹脂である。

本発明で用いるポリプロピレン樹脂は、二軸延伸時の空隙形成効率の向上や、孔の均一な開孔、孔径が拡大することによる透気性向上の観点から、ポリプロピレン８０〜９９質量部とエチレン・α−オレフィン共重合体２０〜１質量部の質量比率とした混合物とすることが好ましい。ここで、エチレン・α−オレフィン共重合体としては直鎖状低密度ポリエチレンや超低密度ポリエチレンを挙げることができ、中でも、オクテン−１を共重合した、融点が６０〜９０℃の共重合ポリエチレン樹脂（共重合ＰＥ樹脂）を好ましく用いることができる。この共重合ポリエチレンは市販されている樹脂、たとえば、ダウ・ケミカル製“Ｅｎｇａｇｅ（エンゲージ）（登録商標）”（タイプ名：８４１１、８４５２、８１００など）を挙げることができる。

上記共重合ポリエチレン樹脂は本発明のフィルムを構成するポリプロピレン樹脂全体を１００質量％としたときに、１〜１０質量％含有することが機械特性を向上させる観点で好ましい。より好ましくは１〜７質量％、さらに好ましくは１〜５質量％である。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムを形成するポリプロピレン樹脂は、ポリプロピレン樹脂中のハイドロタルサイト量が０．０１質量％以下であることが好ましい。より好ましくは０．００５質量％以下、更に好ましくは０．００１質量％以下である。ハイドロタルサイトはβ晶形成を阻害する場合があり、ハイドロタルサイト量が０．０１質量％を超えると、多孔性ポリプロピレンフィルムの透気性が低下する場合がある。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムを形成するポリプロピレン樹脂は、ポリプロピレン樹脂中の灰分量が０．０１質量％以下であることが好ましい。灰分量が０．０１質量％を超えると、蓄電デバイス用セパレータに用いたとき、耐電圧が低下したり、電池寿命が低下する場合がある。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムを形成するポリプロピレン樹脂には、本発明の効果を損なわない範囲において、酸化防止剤、熱安定剤、中和剤、帯電防止剤、さらにはブロッキング防止剤や充填剤、非相溶性ポリマーなどの各種添加剤を含有させてもよい。特に、ポリプロピレン樹脂の熱履歴による酸化劣化を抑制する目的で、酸化防止剤を添加することが好ましいが、ポリプロピレン樹脂１００質量部に対して酸化防止剤添加量は１質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは０．５質量部以下、更に好ましくは０．３質量部以下である。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムはセパレータとして用いた際の電池出力特性と安全性の両立の観点から空孔率は３５〜８０％であることが好ましい。空孔率が３５％未満ではセパレータとして使用したときに電気抵抗が大きくなる場合がある。一方、空孔率が８０％を超えると、蓄電デバイス用セパレータに用いたとき安全性に劣る場合がある。優れた電池特性と発現する観点からフィルムの空孔率は４０〜７５％であればより好ましく、４０〜７０％であれば特に好ましい。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは蓄電デバイスセパレータとして用いた場合に安全性に優れる観点から、１２５℃、１時間処理後の長手方向における熱収縮率が５％以下であることが好ましい。熱収縮率が５％を越える場合、セパレータとして使用した際に、発生した熱によって容易に収縮し短絡を引き起こす場合がある。蓄電デバイス用セパレータとして安全性向上の観点から１２５℃、１時間処理後の長手方向における熱収縮率は４％以下が好ましく、さらに好ましくは３％以下が好ましく、さらに好ましくは１．５％以下である。本発明においては長手方向への一軸延伸後に熱処理を施すことで結晶構造固定し一軸延伸方向への配向性を向上させることで、長手方向の熱収縮率を好ましい範囲内とすることができる。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは１２５℃、１時間処理後の幅方向における熱収縮率が１．０％以下であることが好ましい。熱収縮率が１．０％を超える場合、セパレータとして使用した際に、発生した熱によって容易に収縮し短絡を引き起こす場合がある。蓄電デバイス用セパレータとして安全性向上の観点から１２５℃、１時間処理後の幅方向における熱収縮率は０．５％以下が好ましく、さらに好ましくは０．３％以下である。熱収縮率を好ましい範囲とするには後述する延伸、熱処理、弛緩率を適宜調整することで可能である。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは孔径が５０〜２００ｎｍであることが好ましい。５０ｎｍ未満ではセパレータとして用いた際の特性が不十分となり、２００ｎｍを超えると微短絡が起こりやすくなり電池の寿命に対して悪影響を及ぼすなどの問題が起こるおそれがある。５０〜１５０ｎｍであることが電池の寿命の観点からより好ましい
本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは、フィルム厚みが５〜５０μｍであることが好ましい。厚みが５μｍ未満では使用時にフィルムが破断する場合があり、５０μｍを超えると蓄電デバイス内に占める多孔性ポリオレフィンフィルムの体積割合が高くなりすぎてしまい、高いエネルギー密度を得ることができなくなることがある。フィルム厚みは７〜３０μｍであればより好ましく、１０〜２５μｍであればなお好ましい。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムは、水銀圧入法により測定した平均細孔直径が０．１〜０．５μmであることが好ましい。より好ましくは０．１〜０．３μm、さらに好ましくは０．１〜０．２μmである。フィルムをセパレータとした場合に平均細孔直径が０．１μm未満ではセパレータとして用いた際の透気性能が不十分となり、他方０．５μmを超えると微短絡が起こりやすくなり電池の寿命に対して悪影響を及ぼすなどの問題が起こるおそれがある。水銀圧入法とは水銀の表面張力が大きいことを利用し、水銀を浸入させるために加えた圧力から空隙の大きさを、浸入した水銀量から空隙の容積を測定する方法である。

本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムにおいて上述した曲路率、透気抵抗、機械強度、さらに好ましくは熱寸法安定性の関係を全て満足させるには、後述する二軸延伸法において長手方向への一軸延伸後に該一軸延伸温度＋２５℃〜ポリプロピレン組成物の融点＋１５℃での熱処理を施し、次いで幅方向に延伸、熱固定処理（１）、弛緩処理、熱固定処理（２）を行う方法を適用することで達成することができる。

以下に本発明の多孔性ポリオレフィンフィルムの製造方法を説明するが、本発明のフィルムの製造方法はこれに限定されるものではない。

まず、ポリプロピレン樹脂として、融点が１６３℃でＭＦＲ１〜１０ｇ／１０分の市販のホモポリプロピレン樹脂９９．４５質量部に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０．３質量部、さらに酸化防止剤を０．２５質量部が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ポリプロピレン組成物（イ）を作成する。

次に、ポリプロピレン組成物（イ）１００質量部を単軸の溶融押出機に供給し、２００〜２３０℃にて溶融押出を行う。そして、ポリマー管の途中に設置したフィルターにて異物や変性ポリマーなどを除去した後、Ｔダイよりキャストドラム上に吐出し、未延伸シートを得る。未延伸シートを得る際のキャストドラムは表面温度が１０５〜１３０℃であることが、未延伸シート中のβ晶分率を高く制御する観点から好ましい。この際、特にシートの端部の成形が後の延伸性に影響するため、端部にスポットエアーを吹き付けてドラムに密着させることが好ましい。また、シート全体のドラム上への密着状態に基づき、必要に応じて全面にエアナイフを用いて空気を吹き付けてもよい。また、複数の押出機を用いて共押出による積層を行ってもよい。

次に得られた未延伸シートを二軸延伸してフィルム中に空孔（貫通孔）を形成する。二軸延伸の方法としては、フィルム長手方向に延伸後幅方向に延伸、あるいは幅方向に延伸後長手方向に延伸する逐次二軸延伸法、またはフィルムの長手方向と幅方向をほぼ同時に延伸していく同時二軸延伸法などを用いることができるが、高透気性フィルムを得やすいという点で逐次二軸延伸法を採用することが好ましく、特に長手方向に延伸後、幅方向に延伸することが好ましい。ここで本発明においては多孔性ポリプロピレンフィルムの曲路率、透気抵抗、破断強度の関係を全て満足させる観点から上述したように長手方向へ一軸延伸後に該一軸延伸温度＋１５℃〜ポリプロピレン組成物の融点での熱処理を施し、次いで幅方向に横延伸および熱固定処理（１）・弛緩処理・熱固定処理（２）を行う方法を好ましく適用できる。具体的には次の通りである。

まず未延伸シートを長手方向に延伸可能な温度に制御する。温度制御の方法は、温度制御された回転ロールを用いる方法、熱風オーブンを使用する方法などを採用することができる。長手方向の延伸温度としてはフィルム特性とその均一性の観点から、１１０〜１４０℃、さらに好ましくは１２０〜１３５℃、特に好ましくは１２３〜１３０℃の温度を採用することが好ましい。本発明の多孔性ポリプロピレンフィルムの機械特性およびの熱寸法安定性向上の観点から、延伸倍率としては４〜１０倍、より好ましくは４．５〜８倍である。また、延伸倍率を高くするほど高透気性を発現するが、１０倍を超えて延伸すると、次の横延伸工程でフィルム破れが起きやすくなってしまう場合がある。本発明においては一軸延伸後、二軸目である幅方向延伸の前に熱処理を施すことが重要である。熱処理方法は温度制御された回転ロールを用いる方法、熱風オーブンを使用する方法などを採用することができる。一軸延伸によって形成されたフィブリルを熱処理によって結晶構造固定し一軸延伸方向への配向性を向上することができ、次の横延伸工程において僅かな延伸倍率においても幅方向へのフィブリル開裂が進行し、優れた透気性を発現することができる。加えて長手方向の機械特性も大幅に向上できるうえ、延伸に伴う残留歪みが少なくなるため、長手方向および幅方向の熱寸法安定性が優れたフィルムとなるものである。ここで一軸延伸後に該一軸延伸温度＋２５℃〜ポリプロピレン組成物の融点＋１５℃が好ましく、より好ましくは一軸延伸温度＋３０℃〜ポリプロピレン組成物の融点＋１０℃、さらに好ましくはより好ましくは一軸延伸温度＋３５℃〜ポリプロピレン組成物の融点＋５℃である。熱処理温度が一軸延伸温度＋２５℃より低い場合は、実質的に一軸延伸のみの状態となりフィルブリル結晶構造固定および一軸延伸方向への配向性が不足し、実用的な透気性が発現しなかったり、熱寸法安定性が劣る場合がある。他方、熱処理温度がポリプロピレン組成物の融点＋１５℃より高い場合はフィルムが溶融して、横延伸工程で孔が形成しなかったり、フィルム破れを発生させる場合がある。一軸延伸後の熱処理時間は１〜６０秒が好ましく、より好ましくは２〜４５秒、さらに好ましくは３〜３０秒である。またＤＳＣ法やＸ線回折など公知の方法で観察できる一軸延伸後のフィルムのβ晶分率が実質０％であることが好ましい。ここで実質０％とはＤＳＣ法やＸ線回折でのβ晶分率の検出下限以下を意味する。β晶分率が０％より大きい場合は一軸延伸および熱処理工程中での結晶転位が不十分なため、実用的な透気性が発現しない場合がある。

次いで一軸延伸・熱処理の後に横延伸および熱固定処理（１）・弛緩処理・熱固定処理（２）をテンター式延伸機にフィルム端部を把持させて導入処理する。幅方向への横延伸は好ましくは１３０〜１５５℃、より好ましくは１４５〜１５３℃に加熱して幅方向に１．２倍以上４倍未満、より好ましくは１．５倍以上３．８倍未満、更に好ましくは１．７倍以上３．５倍未満での延伸を行う。なお、このときの横延伸速度としては５００〜６，０００％／分で行うことが好ましく、１，０００〜５，０００％／分であればより好ましい。本発明において、延伸倍率が４倍を越える場合はフィルム長手方向の破断強度（ｆ（ＭＤ））および幅方向の破断強度（ｆ（ＴＤ））の比：ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）の値が２以下となりやすく、例えば蓄電デバイスのセパレータとして使用した際の電池組立工程において、走行中のフィルムが幅方向に破断したり、シワが入りやすくなる場合がある。また電池に圧力がかかった場合にセパレータに接する電極活物質等の粒子がフィルムに接触しフィルムが破断する場合がある。

次いで、幅方向（横）延伸後に端部把持のままテンター内で熱固定処理および幅方向に弛緩処理を行うが、その温度は横延伸温度以上１６５℃以下が好ましく、より好ましくは横延伸温度以上１６３℃以下とすることが好ましい。本発明では機械特性および熱寸法安定性をさらに向上させる観点から熱固定処理（１）、弛緩処理、熱固定処理（２）の各工程を以下温度条件で施すことがさらに好ましい。具体的には幅方向への延伸直後、幅方向に緊張把持した状態で熱固定処理（１）を横延伸温度−１０℃以上、横延伸温度＋１０℃以下で行うことが好ましい。横延伸温度−１０℃未満であると、長手および幅方向の熱収縮率が大きくなる場合がある。延伸温度＋１０℃を超えると、フィルムの配向が緩和しすぎ、機械特性が低下したり、高温により孔周辺のポリマーが溶けて透気抵抗が大きくなる場合がある。熱固定処理（１）の温度は、横延伸温度−５℃以上、横延伸温度＋５℃以下であればより好ましい。

次いでフィルムの長手方向および／もしくは幅方向に熱を掛けながら幅方向に弛緩処理をするが、熱固定処理（１）の温度と横延伸温度のうち、低い方の温度をＴ℃としたとき、Ｔ＋５℃以上、Ｔ＋２０℃以下であることが好ましい。弛緩処理の温度がＴ＋５℃未満であると、幅方向の熱収縮率が大きくなる場合がある。Ｔ＋２０℃を超えると、高温により孔周辺のポリマーが溶けて透気抵抗が大きくなる場合がある。Ｔ＋５℃以上、Ｔ＋１５℃以下であることがより好ましい。また、ここで幅方向の弛緩率を５〜３０％、より好ましくは７〜２０％とすることが長手方向の破断強度を高め、さらに長手および幅方向の熱寸法安定性を向上させる観点で好ましい。

さらに弛緩処理後のフィルムを幅方向に緊張把持した状態で熱固定処理（２）を弛緩処理温度−５℃以上、弛緩処理温度＋５℃以下で行うことが好ましい。熱固定処理（２）の温度が弛緩処理温度−５℃未満であると、弛緩処理後のフィルムの緊張が不十分となり、長手方向および幅方向の熱収縮率が大きくなる場合がある。弛緩処理温度＋５℃を超えると、高温により孔周辺のポリマーが溶けて透気抵抗が大きくなる場合がある。熱固定処理（２）の温度は、弛緩処理温度以上、弛緩処理温度＋５℃以下であることが好ましい。

ここで熱固定処理（１）、弛緩処理、熱固定処理（２）の各工程での処理時間は各々２〜３０秒間であることが好ましい。各工程において処理時間が各々２秒間未満である場合には熱寸法安定性が発現しにくくなる場合がある。

熱固定処理工程後のフィルムは、テンターのクリップで把持した耳部をスリットして除去し、ワインダーでコアに巻き取って製品とする。

上述のように製造された本発明の多孔性ポリプロピレンフィルムは適度な透気抵抗を有しながら、フィルムの熱寸法安定性、機械特性に優れ、蓄電デバイス用セパレータとして好適に用いることができる。また、この蓄電デバイス用セパレータを用いて蓄電デバイスを製造することが可能である。

ここで、蓄電デバイスとしては、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池や、リチウムイオンキャパシタなどの電気二重層キャパシタなどを挙げることができる。このような蓄電デバイスは充放電することで繰り返し使用することができるので、産業装置や生活機器、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの電源装置として使用することができる。本発明のセパレータとして使用した蓄電デバイスは、セパレータの優れた特性から産業機器や自動車の電源装置に好適に用いることができる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。なお、特性は以下の方法により測定、評価を行った。

（１）曲路率
多孔質体における細孔モデルにおいて、流体の透過速度と空孔率や孔径や流体の粘度との関係は、式（１）で表される。

ｕ＝（ｄ^２・ε／１００）ΔＰ／（２ηＬτ^２） ・・・（１）
ここで、ｕ（ｍ／ｓｅｃ）は流体の透過速度、ｄ（ｍ）は孔径、ε（％）は空孔率、ΔＰ（Ｐａ）は圧力差、η（Ｐａ・ｓｅｃ）は流体の粘度、Ｌ（ｍ）は膜厚、τ（無次元）は曲路率である。なお、本式を変形すると、曲路率は式（２）のように表される。

τ＝ｄ（εΔＰ／２ηＬｕ）^０．５ ・・・（２）
ここで、各パラメータは以下に従って求め、それぞれ式（２）に代入し、曲路率を求めた。

＜孔径ｄ（ｍ）＞
下記（６）項に記載の方法で測定した
＜空孔率ε（％）＞
フィルムを３０ｍｍ×４０ｍｍの大きさに切取り試料とした。電子比重計（ミラージュ貿易（株）製ＳＤ−１２０Ｌ）を用いて、室温２３℃、相対湿度６５％の雰囲気にて比重の測定を行った。測定を３回行い、平均値をそのフィルムの比重ρとした。

次に、測定したフィルムを２８０℃、５ＭＰａで熱プレスを行い、その後、２５℃の水で急冷して、空孔を消去したシートを作成した。このシートの比重を上記した方法で同様に測定し、平均値を樹脂の比重（ｄ）とした。なお、後述する実施例においては、いずれの場合も樹脂の比重ｄは０．９１であった。フィルムの比重と樹脂の比重から、以下の式により空孔率を算出した。

空孔率（％） ＝ 〔（ ｄ − ρ ） ／ ｄ 〕 × １００
＜流体粘度η（Ｐａ・ｓｅｃ）＞
測定装置はティー・エイ・インスツルメント・ジャパン（株）社製レオメーターＡＲ１０００を使用し、測定用ジオメトリーには、直径４０ｍｍ 角度２°のコーンアンドプレートを使用した。測定は２５℃でステップ状にせん断速度を変化させた定常流測定を行った。本実験で用いた流体（ジメチルカーボネート：エチレンカーボネート＝７：３（質量比））。測定条件の詳細はせん断速度１００ｓ^−１で予備せん断（３０秒間）後、せん断速度１００ｓ^−１から０．０１ｓ^−１まで対数間隔で計１６点（１，０００ｓ^−１、１０ｓ^−１、０．１ｓ^−１、０．０１ｓ^−１の計４点を含む１６点）の測定を行った。結果、流体粘度は０．００１Ｐａ・ｓｅｃ（２５℃）であった。

＜圧力差ΔＰ（Ｐａ）＞
０．２ＭＰａ（＝２×１０^５Ｐａ）にて測定。

＜膜厚Ｌ（ｍ）＞
（株）尾崎製作所製ピーコックアプライトダイヤルゲージ（測定子：１０ｍｍφ、荷重５０ｇ）による測定値を用いた。

＜透過速度ｕ（ｍ／ｓｅｃ）＞
試料を円形に切り出し、アドバンテック東洋（株）社製タンク付きステンレスホルダーＫＳＴ−４７（濾過面積０．１８１ｍ^２）に取り付けた。ここにジメチルカーボネート：エチレンカーボネート＝７：３（質量比、密度１．１１５ｇ／ｃｍ^３）を入れ、圧力２×１０^５Ｐａで５ｇ（＝０．００４５ｍ^３）透過するのにかかる時間Ｔ（ｓｅｃ）を計測し、下記（式）より透過速度ｕ（ｍ／ｓｅｃ）を算出した。

ｕ＝Ｔ×０．０４５／０．１８１ ・・・（式）
（２）長手方向の破断強度（ｆ（ＭＤ））および幅方向の破断強度（ｆ（ＴＤ））
ＪＩＳ Ｋ ７１２７（１９９９、試験片タイプ２）に準じて、（株）オリエンテック製フィルム強伸度測定装置（ＡＭＦ／ＲＴＡ−１００）を用いて、２５℃、６５％ＲＨにて長手方向および幅方向の破断強度を測定した。具体的には、多孔性ポリプロピレンフィルムを全長（測定方向）：１５ｃｍ、幅：１ｃｍのサイズに切り出し、測定長：５０ｍｍ、引張り速度３００ｍｍ／分で伸張して、破断強度（単位：ＭＰａ）を測定した。同じサンプルについて同様の測定を５回行い、得られた破断強度の平均値を当該サンプルの破断強度とした。

（３）透気抵抗
多孔性ポリプロピレンフィルムから１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの正方形を切取り試料とした。ＪＩＳ Ｐ ８１１７（１９９８）のＢ形ガーレー試験器を用いて、２３℃、相対湿度６５％にて、１００ｍｌの空気の透過時間の測定を行った。測定はフィルム中央部について試料を替えて３回行い、透過時間の平均値をそのフィルムの透気性とした。なお、フィルムに貫通孔が形成されていることは、この透気性の値が有限値であることをもって確認できる。

（４）β晶形成能
ポリプロピレン組成物または多孔性ポリプロピレンフィルム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２６０℃まで２０℃／分で昇温（ファーストラン）し、１０分間保持した後、２０℃まで１０℃／分で冷却する。５分保持後、再度２０℃／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。

β晶形成能（％） ＝ 〔ΔＨβ ／ （ΔＨα ＋ ΔＨβ）〕 × １００
なお、ファーストランで観察される融解ピークから同様にβ晶の存在比率を算出することで、その試料の状態でのβ晶分率を算出することができる。

（５）融点（Ｔｍ）
上記β晶形成能の測定方法と同様の方法でポリプロピレン組成物または多孔性ポリプロピレンフィルムを測定し、セカンドランの高温側ピーク温度を融点（Ｔｍ）とした。

（６）１２５℃、１時間処理の熱収縮率（長手方向および幅方向）
フィルムの長手方向および幅方向について、幅１０ｍｍ、長さ２００ｍｍを５本切り出し、両端から２５ｍｍの位置に印を付けて試長１５０ｍｍ（ｌ_０）とする。次に、荷重３ｇを付けて１２５℃に保温されたオーブン内に吊し、１時間加熱後に取り出して、室温で冷却後、寸法（ｌ_１）を測定して下記式にて求め、５本の平均値を熱収縮率とした。

熱収縮率＝｛（ｌ_０−ｌ_１）／ｌ_０｝×１００（％）
（７）孔径
ＰＯＲＯＵＳ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，Ｉｎｃ．製自動細孔径分布測定器“ＰＥＲＭ−ＰＯＲＯＭＥＴＥＲ”を用いて多孔層面を上側として測定した。なお、測定条件は以下の通りである。

試験液：３Ｍ製“フロリナート”ＦＣ−４０
試験温度：２５℃
試験ガス：空気
解析ソフト：Ｃａｐｗｉｎ
測定条件：Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｆｌｏｗ Ｐｏｒｏｍｅｔｒｙ−Ｗｅｔ ｕｐ，Ｄｒｙ ｄｏｗｎのｄｅｆａｕｌｔ条件による自動測定
なお、孔径（細孔直径）と試験圧力の間には以下の関係式が成立する。

ｄ＝Ｃγ／Ｐ×１０^３
［ただし、ｄ：細孔直径（ｎｍ）、Ｃ：定数、γ：フロリナートの表面張力（１６ｍＮ／ｍ）、Ｐ：圧力（Ｐａ）である。］
ここでは、上記に基づき、装置付属のデータ解析ソフトを用いて、１／２半濡れ曲線から平均孔径を算出した。但し、測定時の圧力上限の問題により、測定限界を３７ｎｍとした。同じサンプルについて同様の測定を、場所を変えて５回行い、得られた平均孔径の平均値を当該サンプルにおける貫通孔の孔径とした。

（８）水銀圧入法による平均細孔直径
フィルムサンプルを２ｃｍ×２０ｃｍに切りだし、島津社製電子天秤（ＡＷ２２０）で秤量し、デジタルマイクロメーターで厚みを計測した後、ガラス製の試料容器に封入して以下条件にて、細孔容積Ｖｐ（ｃｍ^３／ｇ）、比表面積Ｓｐ（ｃｍ^２／ｇ）を測定し、平均細孔直径Ｄａｖ（μm）を次式より算出した。

平均細孔直径Ｄａｖ＝４Ｖｐ／Ｓｐ
測定装置：マイクロメリティックス社製「オートポアＩＶ９５１０」
水銀圧入圧力：約０．５Ｐｓｉ〜６００００ｐｓｉ＝約３ｋＰａ〜４００ＭＰａ
測定細孔直径：約４ｎｍ〜４００μm
測定モード：昇圧（圧入）過程
測定セル容積：約５ｃｍ^３
水銀接触角：１４１．３°
水銀表面張力：４８４ｄｙｎ／ｃｍ
（実施例１）
ポリプロピレン樹脂として、住友化学（株）製ホモポリプロピレンＦＬＸ８０Ｅ４を９９．４５質量％、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０．３質量％、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質量％、０．１質量％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ポリプロピレン樹脂原料（あ）とした。

得られたポリプロピレン組成物（あ）を単軸の溶融押出機に供給し、２２０℃で溶融押出を行い、２０μｍカットの焼結フィルターで異物を除去後、Ｔダイから１２０℃に表面温度を制御したキャストドラムに吐出し、ドラムに１５秒間接するようにキャストして未延伸シートを得た。ついで、１２０℃に加熱したセラミックロールを用いて予熱を行いフィルムの長手方向に５倍延伸を行い、さらに１６２℃に加熱したセラミックロールを用いてロール熱処理５秒間を行った。次にテンター式延伸機に端部をクリップで把持させて導入し、１，２００％／ｍｉｎの速度にて１５０℃で２．５倍に延伸した。そのまま、幅方向に緊張把持したまま１６０℃で５秒間の熱固定処理（１）を行い、次いで１６０℃５秒間、幅方向に１０％の弛緩処理を行い、最後に幅方向に緊張把持したまま１６０℃で５秒間の熱固定処理（２）、合計１５秒の熱固定処理を施した。その後、テンタークリップで把持したフィルムの耳部をスリットして除去し、ワインダーで幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。製膜条件、フィルム特性を表１に示す。

（実施例２）
一軸延伸後の熱処理条件を表１に示した条件とした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す。

（実施例３、４）
テンターでの横延伸条件を表１に示した条件とした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す。

（実施例５）
一軸延伸の倍率および温度を表１に示した条件とした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す。

（実施例６、７）
熱固定処理（１）、弛緩処理、熱固定処理（２）の温度および弛緩処理率を表１に示した条件とした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す。

（比較例１）
一軸延伸後の熱処理を実施しないとした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す。

（比較例２）
実施例１と同様に一軸延伸し、熱処理を施した後、テンターで横延伸を行わず幅方向に緊張把持したまま１６０℃で５秒間の熱固定処理（１）を行い、次いで１６０℃５秒間、幅方向に１０％の弛緩処理を行い、最後に幅方向に緊張把持したまま１６０℃で５秒間の熱固定処理（２）、合計１５秒の熱固定処理を施した。その後、テンタークリップで把持したフィルムの耳部をスリットして除去し、ワインダーで幅６００ｍｍ、厚み２５μｍ、実質ＭＤ一軸延伸の多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。製膜条件、フィルム特性を表１に示す。条件を表１に示した条件とした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す。

（比較例３）
ポリプロピレン樹脂として、住友化学（株）製ホモポリプロピレンＦＬＸ８０Ｅ４を３０．４５質量％、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０．３質量％、白石カルシウム社製の軽質無処理炭酸カルシウム平均粒径０．０８μｍを６９質量％、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質量％、０．１質量％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ポリプロピレン樹脂原料（い）とした。

得られたポリプロピレン組成物（い）を単軸の溶融押出機に供給し、実施例１と同様にして延伸、熱固定処理および弛緩処理を行ったが、テンター出口でフィルムが破れが多発し、フィルム採取ができず、評価ができなかった。

（比較例４）
市販のセルガード２５００について評価をおこなった。フィルム特性を表１に示す。

（比較例５）
一軸延伸後の熱処理条件を１４０℃とした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す。

（比較例６）
一軸延伸後の熱処理を実施せず、その後の横延伸倍率を５．０倍とした以外は実施例１と同様にして幅６００ｍｍ、厚み２５μｍの多孔性ポリプロピレンフィルムをコアに５００ｍ巻き取った。フィルム特性を表１に示す

本発明の要件を満足する実施例ではセパレータに適した透気抵抗を有しながら、フィルムの熱寸法安定性、機械特性に優れ、蓄電デバイス用セパレータとして好適に用いることができることが可能であると考えられる。一方、比較例では、熱寸法安定性および機械強度が不十分で透気抵抗が高く、曲路率がフィルムおよび曲路率が低すぎるフィルムであり蓄電デバイス用セパレータとして安全性が不十分のものであった。

本発明の多孔性ポリプロピレンフィルムは適度な透気抵抗を有しながら、フィルムの熱寸法安定性、機械特性に優れ、特に蓄電デバイス用セパレータとして好適に用いることができる。

Claims (9)

1. ポリプロピレン樹脂を含み、曲路率が１．２〜５．０、透気抵抗が５０〜１，０００秒／１００ｍｌ、長手方向の破断強度（ｆ（ＭＤ））および幅方向の破断強度（ｆ（ＴＤ））の関係が次式を満たす多孔性ポリオレフィンフィルム。
   ｛ｆ（ＭＤ）／ｆ（ＴＤ）｝＞２
2. １２５℃、１時間処理後のフィルム長手方向における熱収縮率が５％以下である、請求項１に記載の多孔性ポリオレフィンフィルム。
3. ポリプロピレン樹脂とβ晶核剤とを含む、請求項１または２に記載の多孔性ポリオレフィンフィルム。
4. 透気抵抗が１００〜５００秒／１００ｍｌである、請求項１〜３のいずれかに記載の多孔性ポリオレフィンフィルム。
5. 孔径が５０〜２００ｎｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の多孔性ポリオレフィンフィルム。
6. １２５℃、１時間処理後のフィルム幅方向における熱収縮率が１．０％以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の多孔性ポリオレフィンフィルム。
7. 水銀圧入法により測定した平均細孔直径が０．１〜０．５μmである、請求項１〜６のいずれかに記載の多孔性ポリオレフィンフィルム。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の多孔性ポリオレフィンフィルムを用いた蓄電デバイス用セパレータ。
9. 請求項８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。