JP2021501968A - 改良された微多孔膜、バッテリーセパレータ、バッテリー、及びこれらを備えるデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
(│li−lf│/li)×100 (1)
16ミクロンに対する正規化を、次式(a)により行う:
(サンプルの突刺強度/サンプルのフィルム厚ミクロン)×16ミクロン (a)
20ミクロンに対する正規化を、次式(b)により行う:
(サンプルの突刺強度/サンプルの厚さミクロン)×20ミクロン (b)
別の態様では、本明細書に開示されている少なくとも1つの微多孔膜を備える、から成る、又はから本質的に成るバッテリーセパレータを記載する。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの微多孔膜又は微孔フィルム(セパレータ膜、被覆されるようにしたセパレータベースフィルム)を片面又は両面に被覆して、片面又は両面被覆バッテリーセパレータを形成してよい。本明細書中のいくつかの実施形態による片面被覆(OSC)セパレータ及び両面被覆(TSC)バッテリーセパレータを図1に示す。
直接これらと接して提供される、上記本明細書に記載されているいずれかのバッテリーセパレータ並びに1つ以上の電極、例えば、アノード、カソード、又はアノード及びカソードを備えるコンポジット又はデバイス(セル、システム、バッテリー、コンデンサー、その他)。電極の種類はそのように限定されない。例えば、電極は、リチウムイオン二次電池における使用に適するものであり得る。本発明の少なくとも選択される実施形態は、最新の高エネルギー、高電圧、及び/若しくはCE、UPS、若しくはEV、EDV、ISS若しくはハイブリッド乗り物バッテリーなどの高クーロン速度リチウム電池を用いた使用又はこれらにおける使用、並びに/又は最新の高エネルギー、高電圧、及び/若しくは高充電/放電若しくは急速充電/放電電極、カソード、及び同種のものを用いた使用に充分に適し得る。本発明の少なくとも特定の薄い(12μm未満、好ましくは10μm未満、より好ましくは8μm未満)及び/又は強い又はロバストなドライプロセス膜又はセパレータの実施形態は、最新の高エネルギー、高電圧、及び/若しくは高クーロン速度リチウム電池(又はコンデンサー)を用いた使用又はこれらにおける使用、並びに/又は最新の高エネルギー、高電圧、及び/若しくは高充電/放電若しくは急速充電/放電電極、カソード、及び同種のものを用いた使用に特に充分に適し得る。
実施例1(12ミクロンPP/PE/PP三層):本発明の33%/33%/33%の比のPP/PE/PPの12ミクロン三層
実施例2a(16ミクロンPP/PE/PP三層):本発明の31%/38%/31%の比のPP/PE/PPの16ミクロン三層
実施例2b(16ミクロンPP/PE/PP三層):本発明の31%/38%/31%の比のPP/PE/PPの16ミクロン三層
実施例3(16ミクロンPP/PE/PP三層):本発明の31%/38%/31%の比のPP/PE/PPの16ミクロン三層
実施例4(改良された14μm三層):33%/33%/33%の比のPP/PE/PPの13〜14ミクロン三層
実施例5(改良された20μm三層):本発明の31%/38%/31%の比のPP/PE/PPの20ミクロン三層
比較例1(12ミクロンPP/PE/PP三層):比較の33%/33%/33%の比のPP/PE/PPの12ミクロン三層
比較例2(16ミクロンPP/PE/PP三層):比較の33%/33%/33%の比のPP/PE/PPの16ミクロン三層
比較例3(16ミクロンPP/PE/PP三層):比較のPPの16ミクロン単層
比較例4(14ミクロン(PP/PP/PP)/(PP/PE/PP)/(PP/PP/PP)):比較の33%/33%/33%の全体的比の(PP/PP/PP)/(PP/PE/PP)/(PP/PP/PP))の14ミクロン三層
比較例5(14μm三層):比較の33%/33%/33%の比のPP/PE/PPの14ミクロン三層
比較例6(20μm三層):比較の33%/33%/33%の比のPP/PE/PPの低ガーレー20ミクロン三層
比較例7(12μm三層)
半球状プローブを備える熱機械分析装置(TMA)を圧縮試験のために使用する。圧縮力を、0.25N/分の速度で0.5Nまで上昇させる。それから、同じ速度で力を0.01Nまで減じる。力を印加する前後の膜厚さを使用して圧縮%を算出する。結果を下表5に示す。
インストロン(Instron)圧縮試験機を使用して、突刺試験を行う。25mm/分クロスヘッド速度を使用して試験機のクロスヘッドに0.5mm半径の針を取り付け、該針により破壊する膜の点における最大力を突刺強度として記録する。「スリット状」は、その長さが、その高さのおよそ3倍超、およそ4倍超、およそ5倍超、およそ6倍超、およそ7倍超、およそ8倍超、およそ9倍超、又はおよそ10倍超である開口部を表すために使用される。「丸形」は、その長さが、その高さのおよそ3倍以下、2倍、2.2倍、又は1倍である開口部を表すために使用される。図4に示されているように、本発明の微孔フィルム(実施例4)を突刺試験に付す場合に丸形開口部を形成し、比較微孔フィルム(比較例5)を突刺試験に付す場合にスリット状開口部を形成した。本発明の実施例のため、開口部は、高さ0.70mm、幅又は長さ1.57mmを有する。本発明の比較例のため、開口部は、高さ0.97mm、幅又は長さ10.98mmを有する。
20インチ/分のクロスヘッド速度においてインストロン試験機で0.5インチ×2インチの膜検体の延伸によって、引張特性を試験する。最大力及び破断点伸びを、引張強さ及び伸びと呼ぶ。応力対歪み曲線を、延伸処理中に集められた個々のデータ点を用いてプロットすることができる。自動及び弦モジュラスを、データを使用して算出することもできる。12ミクロン、16ミクロン及び20ミクロン比較例並びに実施例を試験した。MD応力−歪み曲線を図13に示し、MD引張強さ、MD破断前伸び、自動ヤング率、及び弦モジュラスについての算出値を、下表6に示す。
MD拘束膨張試験を行い、上表1に示されている処理工程に従ってバッテリー製造者により使用される処理工程をシミュレートする。本明細書に記載されているいくつかの比較例及び本発明の実施例の結果を下表7に示す。
DEC中膨張試験を次のように行う:長さ50mm×幅25mmの膜検体を縦方向に沿って裁断した。炭酸ジエチル中に1時間浸漬する前(li)後(lf)でノギスを使用してフィルムの長さを測定する。次式(3)により膨潤%を算出する:
(lf−li)/li×100 (3)
比較及び本発明の16μm三層のSEMを20,000倍で撮影し、図7に示す。195nmである本発明の実施例2aのラメラ厚さと比較して、比較例2の最厚ラメラは390nmであった。比較例2の平均ラメラ厚さは約158nmであったが、本発明の実施例2aの平均厚さは132nmであった。
Claims (50)
- 微孔フィルムであって、次の特性:
前記フィルムを90℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、2%以上の無拘束MD収縮率と;
前記フィルムを105℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、2.5%以上の無拘束MD収縮率と;
MD拘束膨張試験を使用して測定する場合、0.2%以下のMD拘束膨張と;
圧縮試験によって測定する場合、5%以上の反発弾性率又は回復率と;
圧縮試験によって測定する場合、18%以上の最大圧縮率と;
DEC中膨潤試験による測定の場合、0.95%以下のDEC中の膨潤率と
の少なくとも1つを有し;
前記フィルムは、突刺試験に付す場合、丸形であってスリット状でない開口部を示し;
前記フィルムのラメラは、250nm以下の厚さを有し;
350g/16ミクロン超の正規化突刺強度を有し;
縦方向においてより高い弾性率及び40%未満の破断前伸びを有する
微孔フィルム。 - 前記特性の少なくとも2つを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記特性の少なくとも3つを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記特性の少なくとも4つを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記特性の少なくとも5つを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記特性の少なくとも6つを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記特性の少なくとも7つを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記特性の少なくとも8つを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを105℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは2.5%以上の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを105℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは≧3%の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを105℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは≧6%の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを105℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは≧9%の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを90℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは2%以上の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを90℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは≧3%の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを90℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは≧4%の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムを90℃、1時間において無拘束下で焼成する場合、前記フィルムは≧5%の無拘束MD収縮率を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、0.2%以下のMD拘束膨張を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、0.1%以下のMD拘束膨張を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、約0のMD拘束膨張を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、圧縮試験によって測定する場合、5%以上の反発弾性率又は回復率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、圧縮試験によって測定する場合、18%以上の最大圧縮率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、圧縮試験によって測定する場合、19%以上の最大圧縮率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、圧縮試験によって測定する場合、20%以上の最大圧縮率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、前記DEC中膨潤試験による測定の場合、0.95%以下のDEC中の膨潤率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、前記DEC中膨潤試験による測定の場合、0.8%以下のDEC中の膨潤率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、前記DEC中膨潤試験による測定の場合、0.7%以下のDEC中の膨潤率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、前記DEC中膨潤試験による測定の場合、0.6%以下のDEC中の膨潤率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、前記DEC中膨潤試験による測定の場合、0.5%以下のDEC中の膨潤率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、前記DEC中膨潤試験による測定の場合、0.4%未満のDEC中の膨潤率を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、突刺試験に付す場合、丸形であってスリット状でない開口部を示す、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、350g/16ミクロンの正規化突刺強度を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、360g/16ミクロンの正規化突刺強度を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、370g/16ミクロンの正規化突刺強度を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、380g/16ミクロンの正規化突刺強度を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、390g/16ミクロンの正規化突刺強度を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、400g/16ミクロンの正規化突刺強度を有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムのラメラは、250nm以下の厚さを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 前記フィルムは、縦方向においてより高い弾性率及び40%未満のより低い破断前伸びを有する、請求項1に記載の微孔フィルム。
- 請求項1に記載の微孔フィルムを備える、バッテリーセパレータ。
- 前記微孔フィルムの少なくとも1つの面は、その上に設けられたコーティングを有する、請求項39に記載のバッテリーセパレータ。
- 前記微孔フィルムの両面は、その上に設けられたコーティングを有する、請求項39に記載のバッテリーセパレータ。
- 前記コーティングの少なくとも1つは、セラミックコーティングである、請求項40又は41に記載のバッテリーセパレータ。
- 請求項39〜42のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータを備える二次電池。
- 前記二次電池は、炭酸エチレン(EC)、炭酸プロピレン(PC)、炭酸ジメチル(DMC)、炭酸エチルメチル(EMC)、炭酸ジエチル(DEC)、及び炭酸モノフルオロエチレン(FEC)から成る群から選択される電解質溶媒を含む、請求項43に記載の二次電池。
- 請求項44に記載の二次電池を備えるデバイス。
- 約25/50/25〜約35/30/35のPP/PE/PP層厚さ比を含む三層バッテリーセパレータ。
- 前記PP/PE/PP層厚さ比は、約30±3/40±6/30±3である、請求項46に記載の三層バッテリーセパレータ。
- 本明細書に示された、記載又はクレームされた新規又は改良された膜、フィルム、ベースフィルム、セパレータ膜、セパレータ、又はバッテリーセパレータ。
- 本明細書に示された、記載又はクレームされた前記新規又は改良された膜、フィルム、ベースフィルム、セパレータ膜、セパレータ、又はバッテリーセパレータを使用するバッテリーの製造方法。
- 本明細書に示された、記載又はクレームされた新規又は改良された薄い、広い、及び/若しくは高充電率(2クーロン超)の膜、フィルム、ベースフィルム、セパレータ膜、セパレータ、又はバッテリーセパレータ。
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