JP2014097656A - 多層多孔膜及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラーと樹脂バインダとを含む多孔層を備え、前記多孔層が次の(A)〜(C)、(A)前記無機フィラーの平均粒径が0.1μm以上3.0μm以下、(B)前記樹脂バインダが、前記無機フィラーと前記樹脂バインダとの総量に占める割合が、体積分率で0.5%以上8%以下、(C)前記多孔層の層厚が、総層厚に占める割合が15%以上50%以下、を同時に満たし、前記ポリオレフィン樹脂多孔膜の、表面の濡れ指数(測定法:JIS K−6768)が40mN/m以上であることを特徴とする多層多孔膜。
【選択図】なし
Description
ここで、リチウムイオン二次電池には通常、電解液として有機溶媒が用いられている。従って、リチウムイオン二次電池に短絡や過充電などの異常事態が生じた場合には、電解液が分解して最悪の場合には発火に至る可能性がある。このような事態を防ぐため、リチウムイオン二次電池にはいくつかの安全機能が組み込まれている。セパレータのシャットダウン機能もその一例である。
このような事情のもと、セパレータと電極との間に、絶縁性無機フィラーを主成分とする層を形成する方法が提案されている(特許文献1、2、3、4、5、6、7)。また、これらの特許文献には、無機フィラーと樹脂バインダとを含有する分散液を、多孔膜であるセパレータ表面に塗布することにより、無機フィラー層をセパレータ表面に形成する方法が記載されている。
一方、無機フィラー層の層厚を過度に薄くすると、シャットダウン温度を超えて温度が上昇し続けた場合に、溶融したセパレータと無機フィラー層とが共に破膜する場合がある。このような破膜は、両極の短絡を引き起こす場合があった。また、無機フィラーに対する樹脂バインダの比率が過度に少ないと、無機フィラーが十分に結着されない場合がある。無機フィラーの結着が十分でない場合、無機フィラーがセパレータ表面から容易に剥離、欠落する傾向となる。
[1]
ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラーと樹脂バインダとを含む多孔層を備え、
前記多孔層が次の(A)〜(C)、
(A)前記無機フィラーの平均粒径が0.1μm以上3.0μm以下、
(B)前記樹脂バインダが、前記無機フィラーと前記樹脂バインダとの総量に占める割合が、体積分率で0.5%以上8%以下、
(C)前記多孔層の層厚が、総層厚に占める割合が15%以上50%以下、
を同時に満たし、
前記ポリオレフィン樹脂多孔膜の、表面の濡れ指数(測定法:JIS K−6768)が40mN/m以上であることを特徴とする多層多孔膜。
[2]
前記[1]に記載の多層多孔膜を用いた非水電解液電池用セパレータ。
[3]
前記[2]に記載の非水電解液電池用セパレータを用いた非水電解液電池。
[4]
ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラーと樹脂バインダとを含有する分散液を塗布することで、ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に次の(A)〜(C)、
(A)前記無機フィラーの平均粒径が0.1μm以上3.0μm以下、
(B)前記樹脂バインダが、前記無機フィラーと前記樹脂バインダとの総量に占める割合が、体積分率で0.5%以上8%以下、
(C)前記多孔層の層厚が、総層厚に占める割合が15%以上50%以下、
を同時に満たす多孔層を形成することを特徴とする多層多孔膜の製造方法であって、
前記ポリオレフィン樹脂多孔膜に表面処理工程を実施する製造方法。
[5]
前記表面処理工程がコロナ放電処理法である前記[4]に記載の製造方法。
[6]
前記ポリオレフィン樹脂微多孔膜の表面の濡れ指数(測定法:JIS K−6768)を40mN/m以上に調整する前記[4]または[5]に記載の製造方法。
本実施の形態の多層多孔膜は、ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラーと樹脂バインダとを含む多孔層を備える。
本実施の形態のポリオレフィン樹脂多孔膜は、ポリオレフィン樹脂を主成分として含むポリオレフィン樹脂組成物にて形成される。ポリオレフィン樹脂を主成分として含むことは、電池用セパレータとして用いた場合のシャットダウン性能を良好に実現する観点から好適である。
なお、本実施の形態において「主成分」とは、特定の成分が全成分中に占める割合が、好ましくは50質量%以上、より好ましくは55質量%以上、更に好ましくは60質量%以上、特に好ましくは80質量%以上、最も好ましくは90質量%以上であることを意味し、100質量%であっても良いことを意味する。
また、前記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン、エチレン−プロピレンランダム共重合体、ポリブテン、エチレンプロピレンラバー、等が挙げられる。
なお、前記ポリオレフィン樹脂としては、多層多孔膜の電池用セパレータとしての低い融点と高い強度とを両立する観点から、高密度ポリエチレンを主成分として含むことが好ましい。
ここで、前記ポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量を調整する方法としては、単独で特定の粘度平均分子量を有する重合体を用いる方法の他、粘度平均分子量の異なる複数の重合体を混合して用いる方法が挙げられる。例えば、粘度平均分子量が100万未満に調整する場合、粘度平均分子量が100万未満のポリオレフィンを使用する代わりに、例えば粘度平均分子量が200万のポリエチレンと、例えば粘度平均分子量が27万のポリエチレンとを混合して用いることができる。
なお、本実施の形態における「粘度平均分子量」とは、後述する実施例の測定法に準じて測定される値である。
このような無機充填材としてより具体的には、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄などの酸化物系セラミックス;
窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;
シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス、ガラス繊維等のセラミックス;
などが挙げられる。
これらは1種を単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。
前記無機充填材が、前記ポリオレフィン樹脂と当該無機充填材との総量中に占める割合(質量分率)としては、好ましくは0%以上、より好ましくは1%以上、更に好ましくは3%以上、特に好ましくは5%以上であり、上限として好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下、更に好ましくは70%以下、特に好ましくは60%以下である。無機充填材を添加することは、電解液との親和性を向上させ、電解液の含浸性を向上させる観点から好ましい。一方、無機充填材の質量分率を90%以下とすることは、生産性を損な
わず、均一かつシート状の多孔膜前駆体(後述)を溶融製膜にて形成し得る観点から好ましい。
(I)ポリオレフィン樹脂と可塑剤とを溶融混練してシート状に成形後、可塑剤を抽出することで多孔化させる方法、
(II)ポリオレフィン樹脂を溶融混練して高ドロー比で押出した後、熱処理と延伸によってポリオレフィン結晶界面を剥離させることで多孔化させる方法、
(III)ポリオレフィン樹脂と無機充填材とを溶融混練してシート状に成形後、延伸によってポリオレフィン樹脂と無機充填材との界面を剥離させることで多孔化させる方法、(IV)ポリオレフィン樹脂を溶解後、ポリオレフィン樹脂に対する貧溶媒に浸漬させポリオレフィン樹脂を凝固させると同時に溶剤を除去することで多孔化させる方法、
などが挙げられる。
前記(I)の方法において用いられる可塑剤としては、ポリオレフィン樹脂と混合した際にポリオレフィン樹脂の融点以上において均一溶液を形成しうる不揮発性溶媒であることが好ましい。このような可塑剤としては、例えば、流動パラフィンやパラフィンワックス等の炭化水素類、フタル酸ジオクチルやフタル酸ジブチル等のエステル類、オレイルアルコールやステアリルアルコール等の高級アルコール類、等が挙げられる。特に、ポリオレフィン樹脂がポリエチレンを主成分として含有する場合に流動パラフィンを用いることは、流動パラフィンがポリエチレンとの良好な相溶性を有するため、延伸時にポリオレフィン樹脂との間で界面剥離を生じ難く、均一な延伸を実施する観点から好適である。
前記可塑剤が、前記ポリオレフィン樹脂と当該可塑剤、及び必要に応じて配合される無機充填材との総量中に占める割合(質量分率)としては、好ましくは30%以上、より好ましくは40%以上であり、上限として好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下である。可塑剤の質量分率を80%以下とすることは、溶融成形時のメルトテンションを維持し、成形性を確保する観点から好ましい。一方、30%以上とすることは、均質な薄膜を得る観点から好ましい。即ち、30%以上とすることによって可塑化効果が十分となり、結晶状に折り畳まれたラメラ晶が効率よく引き伸ばされ、高倍率の延伸でもポリオレフィン鎖の切断が起こらず均一かつ微細な孔構造が実現し得、その結果、高い膜強度が実現し得る。更に、30%以上とすることは、押出し成形時の押し出し負荷が低減される傾向となり、高い生産性を実現する観点からも好ましい。
中でも、予めポリオレフィン樹脂と可塑剤、あるいはポリオレフィン樹脂と無機充填材
と可塑剤とをヘンシェルミキサー等を用い所定の割合で事前混練する工程を経て、該混練物を押出機(例えば、二軸押出機)に投入し、加熱溶融させながら所定可塑剤添加量の残り分を(例えば、サイドフィードする等の方法によって)任意の比率で導入し、更に混練する方法が好ましい。このような方法を採用することで、より分散性が良好なシートを得ることができ、高倍率の延伸が破膜することなく実施され得る。
Tダイよりシート状に押出す際のダイリップ間隔としては、好ましくは400μm以上であり、より好ましくは500μm以上であり、上限として好ましくは3000μm以下、好ましくは2500μm以下である。ダイリップ間隔を400μm以上とすることは、メヤニ等を低減し、スジや欠点など膜品位への影響を低減し、その後の延伸工程に於いて膜破断などを防止する観点から好ましい。一方、3000μm以下とすることは、冷却速度が速く冷却ムラを防ぐ観点、及び厚みの安定性を維持する観点から好ましい。
なお、本実施の形態においてMD方向とは、樹脂の押し出し方向(機械方向、流れ方向)を意味する。一方、TD方向とは、シート状に押し出されたシートの幅方向(機械方向と垂直方向)を意味する。
可塑剤を抽出する方法としてはバッチ式、連続式のいずれでもよいが、抽出溶剤に多孔膜前駆体を浸漬することにより可塑剤を抽出し、充分に乾燥させ、可塑剤を多孔膜から実質的に除去することが好ましい。多孔膜の収縮を抑えるために、浸漬、乾燥の一連の工程中に多孔膜の端部を拘束することが好ましい。また、抽出後の多孔膜中の可塑剤残存量は1質量%未満にすることが好ましい。
このような抽出溶剤としては、例えば、n−ヘキサンやシクロヘキサン等の炭化水素類、塩化メチレンや1,1,1−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ハイドロフルオロエーテルやハイドロフルオロカーボン等の非塩素系ハロゲン化溶剤、エタノールやイソプロパノール等のアルコール類、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。
ここで、これら抽出溶剤としては、その蒸留等により回収された抽出溶剤を使用することも可能である。
なお、可塑剤と共に無機充填材を溶融混練した場合には、必要に応じて無機充填材を抽出してもよい。この場合の抽出溶剤は、ポリオレフィン樹脂に対して貧溶媒であり、かつ無機充填材に対して良溶媒であり、沸点がポリオレフィン多孔膜の融点より低いことが望ましい。
このような熱処理工程としてより具体的には、例えば、テンター熱固定機にて熱固定する方法等が挙げられる。
なお、本実施の形態において「熱収縮応力の最大値」とは、一定の高温条件下、後述する実施例の測定方法「最大熱収縮応力(g)」で測定された、MD熱収縮応力値とTD熱収縮応力値とを比較した場合の、大きい方の数値を意味する。一般的な製法で作製されたポリオレフィン多孔膜の場合、MD熱収縮応力がTD熱収縮応力より大きいので、MD熱収縮応力の最大値が10g以下のポリオレフィン樹脂多孔膜を採用することで、MD方向、TD方向ともに高温での熱収縮率の小さい多層多孔膜を得ることができる。そのような多層多孔膜は、高温でMD方向、TD方向いずれの寸法安定性も要求される用途に特に好適に用いることができる。なお、そのような用途としては、例えばスタック型非水電解液電池用のセパレータ用途、などが挙げられる。
の吐出量を下げる方法、Tダイ等のダイリップ間隔を広げる方法、延伸工程での延伸倍率を下げる方法、延伸工程での延伸温度を上げる方法、熱処理工程での処理温度を上げる方法、熱固定工程での緩和倍率を上げる方法、熱固定工程での緩和温度を上げる方法などが挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。
そのような方法の中でも特に、粘度平均分子量10万以上の高密度ポリエチレンを質量分率で50%以上含むポリオレフィン樹脂を用い(高温時のメルトテンションを確保)、120℃以上で熱固定して配向緩和する方法が、ポリオレフィン樹脂多孔膜の膜強度を維持しつつ、熱収縮応力の最大値を10g以下に調整する観点から好ましい。
ここで、このような表面処理工程としては、例えば、コロナ放電処理法、プラズマ処理法、機械的粗面化法、溶剤処理法、酸処理法、紫外線酸化法、界面活性剤等による親水化処理法、電離性放射線等による架橋処理法、などが挙げられる。
なお、ポリオレフィン樹脂多孔膜の、表面の濡れ指数を上記範囲に調整する方法としては、上記表面処理工程の条件を適宜選定すれば良い。
気孔率=(体積−質量/膜密度)/体積×100
また、前記ポリオレフィン樹脂多孔膜の透気度としては、好ましくは10秒/100cc以上、より好ましくは150秒/100cc以上であり、上限として好ましくは650秒/100cc以下、好ましくは400秒/100cc以下である。
なお、上記気孔率や透気度は、ポリオレフィン樹脂多孔膜の製造条件を適宜選定することで調整可能である。
本実施の形態の多孔層は、例えば、無機フィラーと樹脂バインダとを含む無機フィラー含有樹脂溶液(分散液)を用いて形成される。
前記無機フィラーとしては、200℃以上の融点をもち、電気絶縁性が高く、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定であるものが好ましい。このような無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄などの酸化物系セラミックス、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス、ガラス繊維などが挙げられる。これら
は1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。中でも、電気化学的安定性の観点から、アルミナ、チタニアがより好ましい。
なお、本実施の形態において「無機フィラーの平均粒径」とは、後述する実施例の測定法において、SEMを用いる方法に準じて測定される値である。
このような樹脂バインダとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体やエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などの含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体およびその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体およびその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどのゴム類、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステルなどの融点および/またはガラス転移温度が180℃以上の樹脂が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することも可能である。
なお、樹脂バインダに使用するポリオレフィンの粘度平均分子量としては、成形加工性の観点から、好ましくは1000以上、より好ましくは2000以上、さらに好ましくは5000以上であり、上限として好ましくは1200万未満、好ましくは200万未満、さらに好ましくは100万未満である。
なお、本実施の形態において「ケン化度」とは、後述する実施例の測定法に準じて測定される値である。
00以下である。平均重合度を200以上とすることは、少量で無機フィラーを強固に結着できる傾向となり、多孔層の力学的強度を維持しながら多層多孔膜の透気度上昇を抑える観点から好ましい。一方、平均重合度を5000以下とすることは、無機フィラーとの分散液を調製する場合にゲル化等を防止する観点から好ましい。
なお、前記ポリビニルアルコールとしては市販品を用いることができ、その平均重合度としても、市販品のカタログ値を用いることができる。
ここで、無機フィラーと樹脂バインダとを含有する分散液を、多孔膜であるセパレータ表面に塗布することにより無機フィラー層をセパレータ表面に形成する場合、このような方法は生産性に優れる反面、無機フィラーおよび無機フィラーを結着するための樹脂バインダがセパレータの細孔に入り込み、多くの細孔を閉塞してセパレータの透過性が低下する場合があった。
しかし、本実施の形態においては、分散液の組成や基材となるセパレータの熱収縮応力の最大値、或いはセパレータ表面の濡れ指数を特定範囲に設定することにより、意外なことに目詰まりが低減され、良好なセパレータの透過性を実現し得ることが見出されたものである。
なお、基材であるポリオレフィン樹脂多孔膜の透気度が100秒/100cc未満の場合には、透気度増加率が0%以上500%以下であっても、多層多孔膜をセパレータとして好ましく用いることが可能である。
は100μm以下、更に好ましくは50μm以下である。膜厚を2μm以上とすることは、機械強度を十分に確保する観点から好適である。一方、200μm以下とすることは、セパレータの占有体積を低減し得、電池を高容量化する観点から好適である。
なお、これら多層多孔膜の透気度、膜厚、熱収縮率、シャットダウン温度、ショート温度はいずれも、後述する実施例の測定法に準じて測定することができる。
ASTM−D4020に基づき、デカリン溶媒における135℃での極限粘度[η](dl/g)を求める。ポリエチレンのMvは次式により算出した。
[η]=6.77×10-4Mv0.67
ポリプロピレンについては、次式によりMvを算出した。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
ダイヤルゲージ(尾崎製作所製PEACOCK No.25(商標))にて測定した。MD10mm×TD10mmのサンプルを多孔膜から切り出し、格子状に9箇所(3点×3点)の膜厚を測定した。得られた平均値を膜厚(μm)とした。
JIS P−8117準拠のガーレー式透気度計(東洋精機製G−B2(商標))を用
いた。内筒重量は567gで、直径28.6mm、645mm2の面積を空気100mlが通過する時間を測定した。多孔層を形成させたことによる透気度増加率を、以下の式にて算出する。
透気度増加率(%)={(多孔多層膜の透気度−ポリオレフィン樹脂多孔膜の透気
度)/ポリオレフィン樹脂多孔膜の透気度}×100
走査型電子顕微鏡(SEM)にて拡大した、10μm×10μmの視野を直接、あるいはネガより写真に焼き付けた後、画像解析装置に読み込み、これから計算される各粒子の円換算径(面積を同じくする円の直径)の数平均値を、無機フィラーの平均粒径(μm)とした。ただし、写真から画像解析装置に入力する際に染色境界が不明瞭な場合には、写真のトレースを行い、この図を用いて画像解析装置に入力を行った。本実施の形態において特に断りの無い場合、「無機フィラーの平均粒径」は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定される。
なお、無機フィラーの平均粒径は、レーザー式粒度分布測定装置を用いて測定することも可能である。この場合、無機フィラーを蒸留水に加え、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を少量添加してから超音波ホモジナイザーで1分間分散させた後、レーザー式粒度分布測定装置(日機装(株)製マイクロトラックMT3300EX)を用いて粒径分布を測定し、累積頻度が50%となる粒径を無機フィラーの平均粒径とすることができる。なお、本実施の形態において無機フィラーの平均粒径をレーザー式粒度分布測定装置を用いて測定した場合には、その旨が明記されている。
JIS R−9301−2−3に準拠する方法で、重装かさ密度を測定した。
以下の式にて樹脂バインダの体積分率(%)を算出した。
Vb={(Wb/Db)/(Wb/Db+Wf/Df)}×100
Vb:樹脂バインダの体積分率(%)
Wb:樹脂バインダの重量(g)
Wf:無機フィラーの重量(g)
Db:樹脂バインダの密度(g/cm3)
Df:無機フィラーのかさ密度(g/cm3)
JIS K−0070に準拠して測定した。
島津製作所製TMA50(商標)を用いて測定した。MD(TD)方向の値を測定する場合は、TD(MD)方向に幅3mmに切り出したサンプルを、チャック間距離が10mmとなるようにチャックに固定し、専用プローブにセットする。初期荷重を1.0gとし、30℃から200℃まで10℃/minの昇温速度で加熱し、その時発生する荷重(g)を測定し、その最大値をMD(TD)最大熱収縮応力(g)とした。
セパレータをMD方向に100mm、TD方向に100mmに切り取り、所定温度(130℃)のオーブン中に1時間静置する。このとき、温風が直接サンプルにあたらないよう、サンプルを2枚の紙にはさむ。サンプルをオーブンから取り出し冷却した後、長さ(mm)を測定し、以下の式にてMDおよびTDの熱収縮率を算出した。
MD熱収縮率(%)={(100−加熱後のMDの長さ)/100}×100
TD熱収縮率(%)={(100−加熱後のTDの長さ)/100}×100
JIS K−6768に準拠する方法で測定した。
a.正極の作製
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を92.2質量%、導電材としてリン片状グラファイトとアセチレンブラックをそれぞれ2.3質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)3.2質量%をN−メチルピロリドン(NMP)中に分散させてスラリーを調製する。このスラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にダイコーターで塗布し、130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形する。この時、正極の活物質塗布量は250g/m2、活物質かさ密度は3.00g/cm3になるようにする。
b.負極の作製
負極活物質として人造グラファイト96.6質量%、バインダーとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩1.4質量%とスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量%を精製水中に分散させてスラリーを調製する。このスラリーを負極集電体となる厚さ12μmの銅箔の片面にダイコーターで塗布し、120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形する。この時、負極の活物質塗布量は106g/m2、活物質かさ密度は1.35g/cm3になるようにする。
c.非水電解液
プロピレンカーボネート:エチレンカーボネート:γ−ブチルラクトン=1:1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiBF4を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させて調製する。
d.評価
熱電対を繋いだセラミックスプレート上に、65mm×20mmに切り出し非水電解液に1分以上浸漬した負極を載せ、この上に中央部に直径16mmの穴をあけた50mm×50mmに切り出した厚さ9μmのアラミドフィルムを載せ、この上に40mm×40mmに切り出し非水電解液に1時間以上浸漬した試料の多孔膜をアラミドフィルムの穴部を覆うように載せ、この上に65mm×20mmに切り出し非水電解液に1分以上浸漬した正極を負極に接触しないように載せ、その上にカプトンフィルム、更に厚さ約4mmのシリコンゴムを載せる。
これをホットプレート上にセットした後、油圧プレス機にて4.1MPaの圧力をかけた状態で、15℃/minの速度で昇温し、この際の正負極間のインピーダンス変化を交流1V、1kHzの条件下で200℃まで測定した。この測定において、インピーダンスが1000Ωに達した時点の温度をシャットダウン温度とし、孔閉塞状態に達した後、再びインピーダンスが1000Ωを下回った時点の温度をショート温度とした。
a.正極の作製
(11)のaで作製した正極を面積2.00cm2の円形に打ち抜いた。
b.負極の作製
(11)のbで作製した負極を面積2.05cm2の円形に打ち抜いた。
c.非水電解液
エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.0ml/Lとなるように溶解させて調製した。
d.電池組立と評価
正極と負極の活物質面が対向するように、下から負極、セパレータ、正極の順に重ね、蓋付きステンレス金属製容器に収納する。容器と蓋とは絶縁されており、容器は負極の銅
箔と、蓋は正極のアルミ箔と接している。この容器内に前記した非水電解液を注入して密閉する。
上記のようにして組み立てた簡易電池を25℃雰囲気下、電流値3mA(約0.5C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を3mAから絞り始めるという方法で、合計約6時間、電池作成後の最初の充電を行い、そして 電流値3mAで電池電圧3.0Vまで放電した。
次に、25℃雰囲気下、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を1C放電容量(mAh)とした。
次に、25℃雰囲気下、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値12mA(約2.0C)で電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を2C放電容量(mAh)とした。
1C放電容量に対する2C放電容量の割合を算出し、この値をレート特性とした。
レート特性(%)=2C放電容量/1C放電容量 ×100
さらに、60℃雰囲気下、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電するというサイクルを繰り返した。
このサイクルにおける1サイクル目の放電容量に対する所定サイクル後の放電容量の割合を容量維持率(%)として求め、サイクル特性を判断した。
粘度平均分子量(Mv)70万のポリエチレン16.6質量部とMv25万のポリエチレン16.6質量部とMv40万のポリプロピレン1.8質量部、可塑剤として流動パラフィン(LP)を40質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また溶融混練し押し出される全混合物(100質量部)中に占める流動パラフィン量比が65質量部となるように、流動パラフィンを二軸押出機シリンダーへサイドフィードした。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数240rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をTダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚さ1300μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンター延伸機へ導き、MD方向に7倍、TD方向に6.4倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は120℃であった。次にメチルエチルケトン槽に導き可塑剤を除去した後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。さらにTDテンター熱固定機に導き、熱固定を行った。熱固定温度は125℃、TD緩和率0.80とした。その結果、膜厚16μm、気孔率46%、透気度190秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。
得られた多層多孔膜は、透気度210秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は11%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率10%、TD熱収縮率6%と小さく、シャットダウン温度は148℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例1で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、アルミナ粒子(平均粒径0.70μm、かさ密度0.9g/cm3)96質量部とポリビニルアルコール(樹脂の密度1.28g/cm3、平均重合度1700、ケン化度99%以上)4質量部を150質量部の水にそれぞれ均一に分散させた水溶液を、グラビアコーターを用いて塗布した後、60℃にて乾燥して水を除去し、多孔膜上に厚さ7μmの多孔層が形成した、総膜厚23μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が2.7%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は30%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度265秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は39%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率4%、TD熱収縮率3%と小さく、シャットダウン温度は143℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例1において、アルミナ粒子を平均粒径0.70μm、かさ密度0.9g/cm3のものに代えたこと以外は、実施例1と同様にして、多孔膜上に厚さ4μmの多孔層が形成した、総膜厚20μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が3.7%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は20%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度215秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は13%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率9%、TD熱収縮率6%と小さく、シャットダウン温度は140℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例3において、アルミナ粒子95質量部、SBラテックスの固形分量を5質量部に変えたこと以外は、実施例3と同様にして、多孔膜上に厚さ3μmの多孔層が形成した、総膜厚19μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は16%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度205秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は8%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率7%、TD熱収縮率6%と小さく、シャットダウン温度は142℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例4において、多孔層の厚さを7μmに変えたこと以外は、実施例4と同様にして、総膜厚23μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は30%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度240秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は26%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率5%、TD熱収縮率4%と小さく、シャットダウン温度は143℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例1において、アルミナ粒子を平均粒径0.61μm、かさ密度1.5g/cm3のものに代えたこと以外は、実施例1と同様にして、多孔膜上に厚さ5μmの多孔層が形成した、総膜厚21μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が6.3%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は24%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度220秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は16%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率10%、TD熱収縮率8%と小さく、シャットダウン温度は150℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例6において、アルミナ粒子95質量部、SBラテックスの固形分量を5質量部に変えたこと以外は、実施例6と同様にして、多孔膜上に厚さ5μmの多孔層が形成した、総膜厚21μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が7.8%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は24%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度225秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は18%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率10%、TD熱収縮率5%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例7において、多孔層の厚さを14μmに変えたこと以外は、実施例7と同様にして、総膜厚30μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が7.8%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は47%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度270秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は42%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率3%、TD熱収縮率2%と小さく、シャットダウン温度は144℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例1において、アルミナ粒子を平均粒径1.0μm、かさ密度1.2g/cm3のものに代え、アルミナ粒子94質量部、SBラテックスの固形分量を6質量部に変えたこと以外は、実施例1と同様にして、多孔膜上に厚さ5μmの多孔層が形成した、総膜厚21μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が7.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は24%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度220秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は16%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率9%、TD熱収縮率5%と小さく、シャットダウン温度は147℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
膜厚16μm、気孔率48%、透気度165秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、チタニア粒子(平均粒径0.40μm、かさ密度1.2g/cm3)97質量部とポリビニルアルコール(樹脂の密度1.28g/cm3、平均重合度1700、ケン化度99%以上)3質量部を150質量部の水にそれぞれ均一に分散させた水溶液を、グラビアコーターを用いて塗布した後、60℃にて乾燥して水を除去し、多孔膜上に厚さ5μmの多孔層が形成した、総膜厚21μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が2.7%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は24%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度190秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は15%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率8%、TD熱収縮率4%と小さく、シャットダウン温度は142℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例10において、チタニア粒子95質量部、ポリビニルアルコール5質量部に変えたこと以外は、実施例10と同様にして、多孔膜上に厚さ3μmの多孔層が形成した、総膜厚19μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は16%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度180秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は9%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率10%、TD熱収縮率6%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。この多層多
孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例11において、多孔層の厚さを6μmに変えたこと以外は、実施例11と同様にして、総膜厚22μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は27%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度200秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は21%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率8%、TD熱収縮率4%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例12において、基材のポリオレフィン多孔膜を膜厚20μm、気孔率40%、透気度280秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜に変えたこと以外は、実施例12と同様にして、総膜厚22μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は23%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度320秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は14%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率4%、TD熱収縮率2%と小さく、シャットダウン温度は148℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例12において、基材のポリオレフィン多孔膜を膜厚16μm、気孔率45%、透気度235秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜に変えたこと以外は、実施例12と同様にして、多孔膜上に厚さ7μmの多孔層が形成した、総膜厚23μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は30%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度285秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は21%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率3%、TD熱収縮率1%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例11において、多孔層の厚さを8μmに変えたこと以外は、実施例11と同様にして、総膜厚24μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は33%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度240秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は45%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率3%、TD熱収縮率3%と小さく、シャットダウン温度は147℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例10で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、コロナ放電処理(放電量50W)を実施した後、当該処理面側に、チタニア粒子(平均粒径0.40μm、かさ密度1.2g/cm3)95質量部、SBラテックス(樹脂の密度0.93g/cm3、固形分濃度50%、最低成膜温度0℃以下)10質量部、濃アンモニア水0.5質量部、ポリオキシアルキレン系界面活性剤(サンノプコ製SNウェット980)0.5質量部を150質量部の水にそれぞれ均一に分散させた水溶液を、バーコーターを用いて塗布した後、60℃にて乾燥して水を除去し、多孔膜上に厚さ8μmの多孔層が形成した、総膜厚24μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が6.2%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は33%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度180秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は9%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率10%、TD熱収縮率6%と小さく、シャットダウン温度は149℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例16において、チタニア粒子94質量部、SBラテックスの固形分量を6質量部に変えたこと以外は、実施例16と同様にして、多孔膜上に厚さ4μmの多孔層が形成した、総膜厚20μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が7.4%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は20%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度175秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は6%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率10%、TD熱収縮率7%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例2において、アルミナ粒子を平均粒径0.51μm(レーザー式粒度分布測定装置によって測定した平均粒径0.61μm)、かさ密度1.2g/cm3のものに代え、アルミナ粒子98.2質量部、ポリビニルアルコール1.8質量部に代えたこと以外は、実施例2と同様にして、多孔膜上に厚さ5μmの多孔層が形成した、総膜厚21μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が1.7%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は24%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度205秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は8%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱
収縮率2%、TD熱収縮率1%と小さく、シャットダウン温度は143℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例2において、アルミナ粒子を平均粒径0.85μm(レーザー式粒度分布測定装置によって測定した平均粒径1.2μm)、かさ密度1.2g/cm3のものに代え、アルミナ粒子98.6質量部、ポリビニルアルコール1.4質量部に代えたこと以外は、実施例2と同様にして、多孔膜上に厚さ6μmの多孔層が形成した、総膜厚22μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が1.3%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は27%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度210秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は11%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率2%、TD熱収縮率1%と小さく、シャットダウン温度は143℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例2において、アルミナ粒子を平均粒径1.5μm(レーザー式粒度分布測定装置によって測定した平均粒径2.3μm)、かさ密度1.4g/cm3のものに代え、アルミナ粒子98.2質量部、ポリビニルアルコール1.8質量部に代えたこと以外は、実施例2と同様にして、多孔膜上に厚さ6μmの多孔層が形成した、総膜厚22μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が2.0%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は27%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度240秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は26%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率3%、TD熱収縮率1%と小さく、シャットダウン温度は144℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例2において、アルミナ粒子99.3質量部、ポリビニルアルコール0.7質量部に代えたこと以外は、実施例2と同様にして、多孔膜上に厚さ7μmの多孔層が形成した、総膜厚23μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が0.5%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は30%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度200秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は5%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率10%、TD熱収縮率5%と小さく、シャットダウン温度は144℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。なお、取り扱い時に剥離が若干観察された。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は9
0%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例18において、アルミナ粒子98.8質量部、ポリビニルアルコール1.2質量部に代えたこと以外は、実施例18と同様にして、多孔膜上に厚さ15μmの多孔層が形成した、総膜厚31μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が1.1%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は48%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度240秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は26%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率2%、TD熱収縮率1%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
粘度平均分子量(Mv)27万のポリエチレン24質量部とMv200万のポリエチレン16質量部、平均一次粒径が15nmである、ジメチルジクロロシランで疎水処理されたシリカを10質量部、可塑剤として流動パラフィン(LP)を20質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また溶融混練し押し出される全混合物(100質量部)中に占める流動パラフィン量比が50質量部となるように、流動パラフィンを二軸押出機シリンダーへサイドフィードした。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をTダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚さ1200μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンター延伸機へ導き、MD方向に7倍、TD方向に7倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は123℃であった。次にメチルエチルケトン槽に導き可塑剤を除去した後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。さらにTDテンター熱固定機に導き、熱固定を行った。熱固定温度は130℃、TD緩和率0.85とした。その結果、膜厚19μm、気孔率56%、透気度150秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。
上記ポリオレフィン樹脂多孔膜の表面にコロナ放電処理(放電量50W)を実施した後、当該処理面側に、アルミナ粒子(平均粒径0.85μm(レーザー式粒度分布測定装置によって測定した平均粒径1.2μm)、かさ密度1.2g/cm3)98.4質量部、ポリビニルアルコール(樹脂の密度1.28g/cm3、平均重合度1700、ケン化度99%以上)1.6質量部を150質量部の水にそれぞれ均一に分散させた水溶液を、バーコーターを用いて塗布した後、60℃にて乾燥して水を除去し、多孔膜上に厚さ6μmの多孔層が形成した、総膜厚25μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が1.5%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は24%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度170秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は13%と低く、優れた透過性を維持していた。また、130℃でのMD熱収縮率2%、TD熱収縮率1%と小さく、シャットダウン温度は155℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に高い耐熱性を示した。
この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例1で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、コロナ放電処理(放電量50W)を実施した後、当該処理面側に、アルミナ粒子(平均粒径0.013μm、かさ密度0.1g/cm3)65質量部、SBラテックス(樹脂の密度0.93g/cm3、固形分濃度50%、最低成膜温度0℃以下)70質量部、ポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ製SNディスパーサント5468)1質量部、ポリオキシアルキレン系界面活性剤(サンノプコ製SNウェット980)1質量部を150質量部の水にそれぞれ均一に分散させた水溶液を、バーコーターを用いて塗布した後、60℃にて乾燥して水を除去し、多孔膜上に厚さ6μmの多孔層が形成した、総膜厚22μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が2.8%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は27%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度230秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は21%と低く、優れた透過性を維持していた。しかし、130℃でのMD熱収縮率28%、TD熱収縮率24%と大きく、また、ショートも173℃と低く、耐熱性が悪かった。
実施例2において、アルミナ粒子を平均粒径3.1μm(レーザー式粒度分布測定装置によって測定した平均粒径3.7μm)、かさ密度1.5g/cm3のものに代え、アルミナ粒子98.2質量部、ポリビニルアルコール1.8質量部に代えたこと以外は、実施例2と同様にして、多孔膜上に厚さ10μmの多孔層が形成した、総膜厚26μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が2.1%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は38%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度240秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は26%と低く、優れた透過性を維持していた。しかし、130℃でのMD熱収縮率25%、TD熱収縮率15%と大きく、耐熱性が悪かった。
実施例1において、アルミナ粒子90質量部、SBラテックスの固形分量を10質量部に変えたこと以外は、実施例1と同様にして、多孔膜上に厚さ3μmの多孔層が形成した、総膜厚19μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が13.4%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は16%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度315秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率が66%と高く、透過性が悪化した。また、130℃でのMD熱収縮率26%、TD熱収縮率17%と大きく、また、ショートも153℃と低かった。
実施例4において、多孔層の厚さを2μmに変えたこと以外は、実施例4と同様にして、多孔膜上に厚さ2μmの多孔層が形成した、総膜厚18μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は11%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度200秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は5%と低く、優れた透過性を維持していた。しかし、130℃でのMD熱収縮率26%、TD熱収縮率16%と大きく、また、ショートも152℃と低く、耐熱
性が低かった。
実施例1において、アルミナ粒子95質量部、SBラテックスの固形分量を5質量部に変えたことと多孔層の厚さを17μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして、総膜厚33μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が6.9%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は52%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度325秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率が71%と高く、透過性が悪化した。なお、耐熱性については、130℃でのMD熱収縮率4%、TD熱収縮率3%と小さく、シャットダウン温度は144℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に良好であった。
実施例11において、チタニア粒子85質量部、ポリビニルアルコール15質量部に変えたこと以外は、実施例11と同様にして、総膜厚19μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が13.8%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は16%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度1000秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率が506%と非常に高く、透過性が悪化した。また、130℃でのMD熱収縮率が14%と大きかった。なお、130℃でのTD熱収縮率は6%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されなかった。
実施例11において、多孔層の厚さを2μmに変えたこと以外は、実施例11と同様にして、総膜厚18μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は11%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度175秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率は6%と低く、優れた透過性を維持していた。しかし、130℃でのMD熱収縮率23%、TD熱収縮率16%と大きく、また、ショートも154℃と低く、耐熱性が低かった。
実施例11において、多孔層の厚さを23μmに変えたこと以外は、実施例11と同様にして、総膜厚39μmの多層多孔膜を得た。多孔層中の無機フィラーと樹脂バインダとの組成比は、樹脂バインダの体積分率が4.6%であった。また、多層多孔膜の総層厚のうち、多孔層の層厚の占める割合は59%であった。
得られた多層多孔膜は、透気度360秒/100ccで、多孔層を形成させたことによる透気度増加率が118%と高く、透過性が悪化した。なお、耐熱性については、130℃でのMD熱収縮率3%、TD熱収縮率2%と小さく、シャットダウン温度は145℃に観測され、ショートは200℃以上になっても観察されず、非常に良好であった。
実施例1で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、多孔層を形成させずに同様の評価を行ったところ、130℃でのMD熱収縮率28%、TD熱収縮率25%と大きかった。またシャットダウン温度は152℃に観測されたが、ショート温度が155℃と低かった。なお、この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、
レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例10で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、多孔層を形成させずに同様の評価を行ったところ、130℃でのMD熱収縮率28%、TD熱収縮率26%と大きかった。またシャットダウン温度は148℃に観測されたが、ショート温度が152℃と低かった。なお、この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例13で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、多孔層を形成させずに同様の評価を行ったところ、130℃でのMD熱収縮率20%、TD熱収縮率16%と大きかった。またシャットダウン温度は149℃に観測されたが、ショート温度が153℃と低かった。なお、この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例14で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、多孔層を形成させずに同様の評価を行ったところ、130℃でのMD熱収縮率19%、TD熱収縮率19%と大きかった。またシャットダウン温度は147℃に観測されたが、ショート温度が150℃と低かった。なお、この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
実施例23で基材に用いたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、多孔層を形成させずに同様の評価を行ったところ、130℃でのMD熱収縮率17%、TD熱収縮率22%と大きかった。またシャットダウン温度は151℃に観測されたが、ショート温度が153℃と低かった。なお、この多層多孔膜をセパレータとして用いて電池評価を実施したところ、レート特性は90%以上と高く、100サイクル後の容量維持率は90%以上でサイクル特性も良好であった。
以上の実施例、比較例における物性を表1にまとめて示した。
Claims (6)
- ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラーと樹脂バインダとを含む多孔層を備え、
前記多孔層が次の(A)〜(C)、
(A)前記無機フィラーの平均粒径が0.1μm以上3.0μm以下、
(B)前記樹脂バインダが、前記無機フィラーと前記樹脂バインダとの総量に占める割合が、体積分率で0.5%以上8%以下、
(C)前記多孔層の層厚が、総層厚に占める割合が15%以上50%以下、
を同時に満たし、
前記ポリオレフィン樹脂多孔膜の、表面の濡れ指数(測定法:JIS K−6768)が40mN/m以上であることを特徴とする多層多孔膜。 - 請求項1に記載の多層多孔膜を用いた非水電解液電池用セパレータ。
- 請求項2に記載の非水電解液電池用セパレータを用いた非水電解液電池。
- ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に、無機フィラーと樹脂バインダとを含有する分散液を塗布することで、ポリオレフィン樹脂多孔膜の少なくとも片面に次の(A)〜(C)、
(A)前記無機フィラーの平均粒径が0.1μm以上3.0μm以下、
(B)前記樹脂バインダが、前記無機フィラーと前記樹脂バインダとの総量に占める割合が、体積分率で0.5%以上8%以下、
(C)前記多孔層の層厚が、総層厚に占める割合が15%以上50%以下、
を同時に満たす多孔層を形成することを特徴とする多層多孔膜の製造方法であって、
前記ポリオレフィン樹脂多孔膜に表面処理工程を実施する製造方法。 - 前記表面処理工程がコロナ放電処理法である請求項4に記載の製造方法。
- 前記ポリオレフィン樹脂微多孔膜の表面の濡れ指数(測定法:JIS K−6768)を40mN/m以上に調整する請求項4または5に記載の製造方法。
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