JP2023164348A - ポリオレフィン微多孔膜 - Google Patents
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Abstract
Description
<1>
膜厚が1μm~30μmであり、透気度が500sec/100cm3以下であり、かつ温度60℃、圧力3.4MPa及び圧縮時間1secの条件下でのプレスによる耐電圧減少率が、1.0%以上17.0%以下であるポリオレフィン微多孔膜。
<2>
膜厚が1μm~30μmであり、透気度が500sec/100cm3以下であり、かつ温度70℃、圧力8MPa及び圧縮時間3minの条件下でのプレスによる耐電圧減少率が、1.0%以上28.0%以下であるポリオレフィン微多孔膜。
<3>
小角X線散乱(SAXS)法により測定される圧縮前のポリエチレン結晶長周期が、35.0nm以上かつ、圧縮前のポリエチレン結晶(110)面、(200)面由来の回折ピーク間距離が2.410°以上2.600°以下であるポリオレフィン微多孔膜。
<4>
前記ポリオレフィン微多孔膜の圧縮前の気孔率が、40%以上80%以下かつ、目付換算突刺強度が、55gf/(g/m2)以上150gf/(g/m2)以下である、項目1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
<5>
前記ポリオレフィン微多孔膜の動摩擦係数の両表面の平均が、0.01以上0.4以下である、項目1~4のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
<6>
前記ポリオレフィン微多孔膜のメルトフローインデックス(MI)値が、0.01g/10min以上0.50g/10min以下である、項目1~5のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
<7>
前記ポリオレフィン微多孔膜の長手方向(MD)の引張強度と幅方向(TD)の引張強度の比(MD/TD引張強度比)が、0.7~1.3である、項目1~6のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
<8>
項目1~7のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜と、
前記ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される無機多孔層と、
を有するセパレータ。
<9>
項目1~7のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜と、
前記ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される熱可塑性樹脂層と、
を有するセパレータ。
<10>
項目1~7のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜と、
前記ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される、多機能層、無機多孔層および熱可塑性樹脂層から成る群から選択される少なくとも一層と、
を有するセパレータ。
<11>
項目8~10のいずれか1項に記載のセパレータを含む非水系二次電池。
本発明の一態様は、ポリオレフィン微多孔膜である。ポリオレフィン微多孔膜は、主成分としてポリオレフィン樹脂を含み、優れた電気絶縁性及びイオン透過性を示すことができるため、例えば非水系二次電池等において、具体的には非水系二次電池用セパレータとして、使用されることができる。
実施形態1に係るポリオレフィン微多孔膜は、次の特徴を有する:
膜厚が1μm~30μmである;
透気度が500sec/100cm3以下である;及び
温度60℃、圧力3.4MPa及び圧縮時間1secの条件下でのプレスによる耐電圧減少率が、1.0%以上17.0%以下である。
実施形態2に係るポリオレフィン微多孔膜は、次の特徴を有する:
膜厚が1μm~30μmである;
透気度が500sec/100cm3以下である;及び
温度70℃、圧力8MPa及び圧縮時間3minの条件下でのプレスによる耐電圧減少率が、1.0%以上28.0%以下である。
実施形態3に係るポリオレフィン微多孔膜は、次の特徴を有する:
ポリオレフィン微多孔膜は、小角X線散乱(SAXS)法により測定される圧縮前のポリエチレン結晶長周期が、35.0nm以上である;かつ
ポリオレフィン微多孔膜は、圧縮前のポリエチレン結晶(110)面、(200)面由来の回折ピーク間距離が2.410°以上2.600°以下である。
実施形態4では、実施形態1~実施形態3に係る構成の何れか2つ以上を組み合わせたポリオレフィン微多孔膜が提供される。
ポリオレフィン微多孔膜としては、例えば、ポリオレフィン樹脂を含む多孔膜;ポリオレフィン樹脂に加えて、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂も含む多孔膜;ポリオレフィン系の繊維を織ったもの(織布);ポリオレフィン系の繊維の不織布などが挙げられる。これらの中でも、膜の電気抵抗の低下又は上昇抑制、膜の耐圧縮性及び構造均一性などの観点から、ポリオレフィン樹脂を含む微多孔膜(以下、ポリオレフィン樹脂多孔膜という)が好ましく、主成分としてポリエチレンを含む微多孔膜がより好ましい。
ポリオレフィン微多孔膜は、非常に小さな孔が多数集まって緻密な連通孔を形成した多孔構造を有しているため、電解液を含んだ状態においてイオン透過性に非常に優れると同時に高強度であるという特徴を有する。
本発明の一態様では、上記で説明されたポリオレフィン微多孔膜と、その少なくとも片面に配置される少なくとも1つの層とを有する多層多孔膜も提供される。多層多孔膜は、少なくとも1つの層の性質に応じて、ポリオレフィン微多孔膜に単数又は複数の機能を付与することができ、非水系二次電池用セパレータとして使用されることもできる。
層構成1:ポリオレフィン微多孔膜と、ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される無機多孔層とを含む;
層構成2:ポリオレフィン微多孔膜と、ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される熱可塑性樹脂層とを含む;
層構成3:ポリオレフィン微多孔膜と、ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される多機能層とを含む;及び
層構成4:ポリオレフィン微多孔膜と、ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される、無機多孔層、熱可塑性樹脂層、多機能層から成る群から選択される少なくとも二層以上とを含む。
無機多孔層は、無機粒子及びバインダ高分子を含む。無機多孔層を含む多層多孔膜は、無機多孔層の孔構造を有するため、イオン透過性を維持しながら、薄膜でも熱収縮抑制能に優れたものとなる。
1)ポリオレフィン:例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンラバー、及びこれらの変性体;
2)共役ジエン系重合体:例えば、スチレン-ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体及びその水素化物;
3)アクリル系重合体:例えば、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;
4)ポリビニルアルコール系樹脂:例えば、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル;
5)含フッ素樹脂:例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、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、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体;
6)セルロース誘導体:例えば、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース;
7)融点及び/又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂あるいは融点を有しないが分解温度が200℃以上のポリマー:例えば、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。
熱可塑性樹脂層は、熱可塑性樹脂を主成分として含む層であり、所望により他の成分を含んでよい。高接着性の観点から、熱可塑性樹脂層とポリオレフィン微多孔膜が直接接触していることが好ましい。
多機能層は、ポリオレフィン微多孔膜又はセパレータに多数の機能を付与する層であり、例えば、上記の無機多孔層と熱可塑性樹脂層の両方の機能を有することができる。より詳細には、多機能層は、上記で説明された、バインダ高分子又は熱可塑性樹脂と、無機粒子とを含み、所望により分散剤などの追加の成分を含んでよい。多機能層の厚みは、限定されるものではないが、ポリオレフィン微多孔膜に付与する機能、及び塗工条件に応じて決定されることができる。
本発明に係るポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、特に限定されないが、一例として以下の工程を含む方法が挙げられる:
(A)ポリオレフィン樹脂及び孔形成材を含むポリオレフィン組成物を押し出して、ゲル状シートを形成する工程;
(B)ゲル状シートを二軸延伸して、延伸シートを形成する工程;
(C)延伸シートから孔形成材を抽出して、多孔膜を形成する工程;並びに
(D)多孔膜を熱固定する工程。
ポリオレフィン微多孔膜の製造工程及び好ましい実施形態について以下に説明する。
工程(A)では、ポリオレフィン組成物を押し出して、ゲル状シートを形成する。ポリオレフィン組成物は、ポリオレフィン樹脂、孔形成剤等を含んでよい。ポリオレフィン組成物に含まれる樹脂は、微粒子等の非樹脂成分、又は融点の大きく異なる高耐熱性樹脂を含まずに、ポリオレフィンのみから成ることが、延伸応力の均一化、及び得られる膜の透気度と透気度分布を良好にする観点から好ましい。ゲル状シートは、ポリオレフィン樹脂と孔形成材とを溶融混練してシート状に成形することにより得ることができる。
工程(B)では、工程(A)で得られたゲル状シートを延伸する。工程(B)は、シートから孔形成材を抽出する工程(C)の前に行う。工程(B)では、ゲル状シートの延伸処理は、ポリオレフィン微多孔膜の曲げ剛性をコントロールする観点から、長手方向と幅方向に少なくとも1回ずつ(すなわち、二軸延伸により)行われる。
工程(C)では、シート状成形体から孔形成材を除去して多孔膜を得る。孔形成材を除去する方法としては、例えば、抽出溶剤にシート状成形体を浸漬して孔形成材を抽出し、充分に乾燥させる方法が挙げられる。孔形成材を抽出する方法は、バッチ式と連続式のいずれであってもよい。多孔膜の収縮を抑えるために、浸漬及び乾燥の一連の工程中にシート状成形体の端部を拘束することが好ましい。また、多孔膜中の孔形成材残存量は、多孔膜全体の質量に対して1質量%未満であることが好ましい。
熱固定工程(D)では、ポリオレフィン微多孔膜の収縮を抑制するために、工程(C)の可塑剤抽出後に、熱固定(HS)を目的として微多孔膜の熱処理を行う。微多孔膜の熱処理としては、物性の調整を目的として、所定の温度の雰囲気及び所定の延伸倍率で行う延伸操作、並びに/又は、延伸応力の低減を目的として、所定の温度の雰囲気及び所定の緩和率で行う緩和操作が挙げられる。緩和操作は、延伸操作後の膜の縮小操作のことである。これらの熱処理は、テンター又はロール延伸機を用いて行うことができる。なお、可塑剤抽出後の延伸及び緩和操作などを含む熱固定は、TDに行うことが好ましい。
本発明の一態様に係る多層多孔膜の製造方法は、特に限定されないが、一例として、上記で製造されたポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に、多機能層、無機多孔層、及び熱可塑性樹脂層から成る群から選択される少なくとも一層を配置する工程を含むことができる。
実施形態1~4に係るポリオレフィン微多孔膜は、例えば非水系二次電池等において、具体的には非水系二次電池用セパレータとして、使用されることができる。非水系二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池等が挙げられる。実施形態1~4に係るポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池に組み込まれることによって、リチウムイオン二次電池の熱暴走を抑制するだけでなく、易収縮性電極、高容量電極、又はSi含有負極を備える場合でさえも、高出力特性及び高サイクル特性などの電池特性と、ショート不良の抑制とを両立することができる。
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)を求めた。
ポリエチレンについては、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
Waters社製 ALC/GPC 150C型(商標)を用い、標準ポリスチレンを以下の条件で測定して較正曲線を作成した。また、下記各ポリマーについても同様の条件でクロマトグラムを測定し、較正曲線に基づいて、下記方法により各ポリマーの重量平均分子量を算出した。
カラム :東ソー製 GMH6-HT(商標)2本+GMH6-HTL(商標)2本
移動相 :o-ジクロロベンゼン
検出器 :示差屈折計
流速 :1.0ml/min
カラム温度:140℃
試料濃度 :0.1wt%
(ポリエチレン及びポリプロピレンの重量平均分子量と数平均分子量)
得られた較正曲線における各分子量成分に、0.43(ポリエチレンのQファクター/ポリスチレンのQファクター=17.7/41.3)又は0.64(ポリプロピレンのQファクター/ポリスチレンのQファクター=26.4/41.3)を乗じることにより、ポリエチレン換算又はポリプロピレン換算の分子量分布曲線を得て、重量平均分子量と数平均分子量を算出した。
(樹脂組成物又は樹脂微多孔膜の重量平均分子量と数平均分子量)
最も質量分率の大きいポリオレフィンのQファクター値を用い、その他はポリエチレンの場合と同様にして重量平均分子量と数平均分子量を算出した。
JIS K7210:1999(プラスチック-熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR))に従って、微多孔膜のメルトフローインデックス(MI)を測定した。190℃で21.6kgfの荷重を膜に加えて、直径2mm、長さ10mmのオリフィスから10分で流出した樹脂量(g)を測定し、小数点以下第一位を四捨五入した値をMIとした。
JIS K7112:1999に従い、密度勾配管法(23℃)により、試料の密度を測定した。
目付は、単位面積(1m2)当たりのポリオレフィン微多孔膜の重量(g)である。1m×1mにサンプリング後、島津製作所製の電子天秤(AUW120D)にて重量を測定した。なお、1m×1mにサンプリングできない場合は、適当な面積に切り出して重量を測定した後、単位面積(1m2)当たりの重量(g)に換算した。
東洋精機製の微少測厚器(タイプKBN、端子径Φ5mm)を用いて、雰囲気温度23±2℃で厚みを測定した。なお、厚みを測定する際には微多孔膜を10cm×10cmにサンプリング後、重ねて15μm以上になるように複数枚微多孔膜を重ねて、9か所を測定して平均を取り、その平均値を重ねた枚数で割った値を1枚の厚みとする。
東洋精機株式会社製の微小測厚器「KBM(商標)」を用いて、室温(23±2℃)で多層多孔膜の厚みを測定して、(圧縮前の)微多孔膜の平均膜厚と(圧縮前の)多層多孔膜のそれぞれの厚みから塗工層の厚みを算出した。また、多層多孔膜からの検出の観点から、断面SEM像を用いて各層の厚みを計測することも可能である。
3cm×3cm四方、1cm×1cm四方、5cm×5cm四方、または10cm×10cm四方の試料をポリオレフィン微多孔膜から切り取り、前記膜厚の測定結果より、その体積(cm3)と質量(g)を求め、それらと密度(g/cm3)より、次式を用いて計算した。
気孔率(%)=(体積-質量/混合組成物の密度)/体積×100
なお、混合組成物の密度は、用いたポリオレフィン樹脂と他の成分の各々の密度と混合比より計算して求められる値を用いた。
多層多孔膜の気孔率=(基材となるポリオレフィン樹脂微多孔膜の気孔率)×(基材となるポリオレフィン樹脂微多孔膜の平均膜厚)÷(多層多孔膜全体の厚み)+(塗工層の気孔率)×(塗工層の厚み)÷(多層多孔膜全体の厚み)
ここでは、塗工層の気孔率は50%として、多層多孔膜の気孔率を算出した。塗工層の気孔率が50%ではない場合には、必要に応じて、塗工層の気孔率をポリオレフィン微多孔膜の気孔率と同様に上記式と同様に算出できる。具体的には、塗工膜において、SEMでの直接観察もしくは塗工前後の膜厚変化から塗工層の厚みを測定し、特定の面積の塗工層試料の体積を求めたうえで、当該塗工層の構成成分の材料比率から算出した塗工成分の質量平均密度を用いて、塗工層の気孔率を算出する。
旭精工株式会社の王研式透気度測定機「EGO2」で透気度を測定した。
透気度の測定値は、膜の幅方向(TD)に沿って両端から中央に向かって全幅の10%内側の地点2点と中央1点との計3点の透気度を測定し、それらの平均値を算出した値である。
圧縮試験は、三庄インダストリー株式会社の20kNヒータプレスを用い、1サイクル自動ヒータプレス、150×150mmおよび200℃に条件設定して実施した。厚さ0.8mmのゴム製の緩衝材、厚さ0.1mmのPETフィルム、微多孔膜、上記PETフィルム、上記緩衝材の順序で積層し、得られた積層体を静置し、積層体の片側の緩衝材面に対して圧力を掛けることにより圧縮試験を行なった。ここで、用いる微多孔膜は、幅方向90cmまでの範囲で、任意の箇所で、2枚重ねずつサンプリングし、次の2つの圧縮試験条件に応じて使用枚数を変更して、圧縮試験に用いた。必要に応じて、微多孔膜またはセパレータは、膜の幅方向90cmまでの範囲で、任意の箇所で、2枚重ねで5×5cmのサイズを圧縮前後用にそれぞれ70点ずつサンプリングした。プレス試験に用いる前に平均膜厚(9点平均)、目付、及び透気度を測定した。また、目付と平均膜厚から圧縮試験前の気孔率を算出した。
温度60℃、圧力3.4MPa及び圧縮時間1secの条件下、微多孔膜を一枚ずつプレスして、上記のとおりに圧縮試験を行なった。その後、再度2枚重ねの微多孔膜をセットにして、耐電圧試験に用いた。
温度70℃、圧力8MPa及び圧縮時間3minの条件下、5cm×5cmのサイズを有する微多孔膜を二枚ずつプレスして、上記のとおりに圧縮試験を行なった。その後、二枚重ねのまま微多孔膜をセットして、耐電圧試験に用いた。
圧縮試験前後の微多孔膜またはセパレータを5×5cmのサイズで2枚重ねたものを、アルミニウム箔の中心と微多孔膜またはセパレータの中心とを合わせて両面からアルミニウム箔(4×4cmのサイズ)で挟み、それらを両面から、菊水電子工業の「TOS9201」備え付け電極で挟んで、絶縁破壊試験を行った。温度23℃、湿度40%の環境下で次の条件に従って測定を行った。
・0Vから100V/sの速度で電圧を上げ、直流試験を行い、「>0.5mA、3s」となった電圧を絶縁破壊電圧として記録した。
・絶縁破壊試験は、菊水電子工業の「TOS9201」を用いて実施した。除電機は、SHISHIDO ELECTROSTATIC,LTD.の「WINSTAT AIR IONIZER BF-2DD」を用いて実施した。
・アルミニウム箔は、「A1N30H」(厚さ20μm)を用いた。
・微多孔膜またはセパレータは、上述のとおり、膜の幅方向90cmまでの範囲で、任意の箇所で、2枚重ね(5×5cm)を圧縮前後用にそれぞれ70点ずつサンプリングした。耐電圧試験前に必ず除電機を使用し、除電してから測定を行った。圧縮前の耐電圧試験では、サンプリングした2枚重ねのセットをそのまま測定に使用した。圧縮後の試験では、一枚ずつプレスした場合は、再度二枚に重ね、二枚ずつプレスした場合には、そのまま測定に使用した。
・圧縮試験前後、それぞれ70点の平均値を算出し、((圧縮前の耐電圧平均)―(圧縮後の耐電圧平均))/(圧縮前の耐電圧平均)×100を計算して、耐電圧減少率(%)を求めた。
微多孔膜の一方の表面(A面)と他方の表面(B面)について、動摩擦係数は、カトーテック株式会社製、KES-SE摩擦試験機を用い、荷重50g、接触子面積10×10=100mm2(0.5mmφの硬質ステンレス線SUS304製ピアノ線を互いに隙間なく、かつ、重ならないように20本巻きつけたもの)、接触子送りスピード1mm/sec、張力6kPa、温度23℃、及び湿度50%の条件下にてMD50mm×TD200mmのサンプルサイズについてMD、TDに各3回測定し、その平均値を求めることにより算出した。なお、下記表には、微多孔膜サンプルのA面とB面のそれぞれについて、MD、TDに各3回測定し、それらの平均値を示す。
サンプルとして、多孔膜をMDに100mmかつTDに100mm、MDに50mmでTDかつ50mm、またはMDに30mmかつTDに30mmの加熱前の長さ(mm)に切り取り、120℃のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接サンプルに当たらないように、サンプルを10枚の紙に挟んだ。サンプルをオーブンから取り出して冷却した後、長さを測定して加熱後の長さ(mm)とし、下式にて熱収縮率を算出した。測定はMDとTDでそれぞれ行い、数値の大きい方を熱収縮率とした。
熱収縮率(%)={(加熱前の長さ-加熱後の長さ)/加熱前の長さ}×100
カトーテック製のハンディー圧縮試験器KES-G5(商標)を用いて、開口部の直径11.3mmの試料ホルダーで微多孔膜を固定した。次に固定された微多孔膜の中央部を、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/secで、室温23℃及び湿度40%の雰囲気下にて突刺試験を行うことにより、最大突刺荷重として突刺強度(gf)を測定した。突刺試験の測定値は、膜のTDに沿って、両端から中央に向かって全幅の10%内側の地点2点と中央1点との計3点を測定し、それらの平均値を算出した値である。
目付換算突刺強度は以下の式で求める。
目付換算突刺強度[gf/(g/m2)]=突刺強度[gf]/目付[g/m2]
ここで、ポリオレフィン微多孔膜基材に少なくとも1つ以上の層を設けた多層多孔膜の突刺強度および目付換算突刺強度に関しては、樹脂の強度および目付当たりの強度を評価する観点から、ポリオレフィン微多孔膜基材の突刺強度および目付換算突刺強度をもって特性を評価した。
ハーフドライ法に準拠し、パームポロメータ(Porous Materials,Inc.社:CFP-1500AE)を用い、平均孔径(nm)を測定した。浸液には同社製のパーフルオロポリエステル(商品名「Galwick」、表面張力15.6dyn/cm)を用いた。乾燥曲線、及び湿潤曲線について、印加圧力、及び空気透過量の測定を行い、得られた乾燥曲線の1/2の曲線と湿潤曲線とが交わる圧力PHD(Pa)から、次式により平均孔径dHD(nm)を求め、孔径とした。
dHD=2860×γ/PHD
ポリオレフィン微多孔膜の幅方向の中央1点について、MD10cm×TD10cmに切り出し、直径5mmのアルミニウム板で挟み、菊水電子工業製の耐電圧測定機(TOS9201)でこれの測定を実施した。測定条件については、直流電圧を初電圧0Vからスタートし、100V/secの昇圧速度で電圧を掛け、電流値が0.2mA流れた時の電圧値(kV)を微多孔膜の耐電圧測定値とした。なお、15mm間隔にMD5点×TD5点の合計25点測定し、その平均値を耐電圧測定値とした。目付当たりの耐電圧は、耐電圧に対する目付の比(耐電圧/目付)を算出した。
ポリオレフィン微多孔膜中の結晶長周期については、リガク社製NANOPIXを用い、透過法の小角X線散乱測定を行った。CuKα線を試料に照射し、半導体検出器HyPix-6000により散乱を検出した。試料-検出器間距離は1312mm、出力は40kV,30mAの条件で測定を行った。光学系はポイントフォーカスを採用し、スリット径は1st slit:φ=0.55mm, 2nd slit:open, guard slit:φ=0.35mmの条件で行った。なお、試料は、試料面とX線入射方向とが垂直になるようにセットした。
HyPix-6000から得られたX線散乱パターンに対して、円環平均によりSAXSプロフィールI(q)を得た。得られた1次元プロフィールI(q)のLinear-Linearプロットにおいて0.1nm-1< q < 0.6nm-1範囲で直線のベースラインを引き、Gauss関数でフィッティングを行った。最大強度となっている位置を結晶長周期由来のピーク位置qmとして下記式4から結晶長周期を計算した。
d = 2π/ qm 式4
{式中、d(nm):結晶長周期
qm(nm-1):SAXSプロフィール中のラメラ由来のピーク位置}
得られたXRDプロフィールの2θ=9.7°から2θ=29.0°までの範囲を直線でベースラインを引き、斜方晶(110)面回折ピークと斜方晶(200)面回折ピークと非晶ピークの3つに分離した。(110)面回折ピークと(200)面回折ピークはVoight関数で近似し、非晶ピークはgauss関数で近似した。なお、非晶ピークのピーク位置は、2θ=19.6°、半値全幅は6.3°で固定し、結晶ピークのピーク位置と半値全幅は特に固定せずにピーク分離を行った。ピーク分離により得られた(110)面および(200)面回折ピーク位置の差分の絶対値をピーク間距離として算出した。
JIS K7127に準拠し、島津製作所製の引張試験機、オートグラフAG-A型(商標)を用いて、MD及びTDサンプル(形状;幅10mm×長さ100mm)について測定した。引張試験機のチャック間を50mmとし、サンプルの両端部(各25mm)の片面にセロハン(登録商標)テープ(日東電工包装システム(株)製、商品名:N.29)を貼ったものを用いた。更に、試験中のサンプル滑りを防止するために、引張試験機のチャック内側に、厚み1mmのフッ素ゴムを貼り付けた。
なお、測定は、温度23±2℃、チャック圧0.40MPa、及び引張速度100mm/minの条件下で行った。
引張破断強度(MPa)は、ポリオレフィン微多孔膜の破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除することで求めた。また、ポリオレフィン微多孔膜の破断時の伸度を、引張破断伸度(%)とした。
引張破断強度をMDとTDのそれぞれについて求めて、MD引張破断強度とTD引張破断強度の比(MD/TD引張破断強度比)も算出した。同様に、引張破断伸度をMDとTDのそれぞれについて求めて、MD引張破断伸度とTD引張破断伸度の比(MD/TD引張破断伸度比)も算出した。
ISO 8791-5:2020に準拠し、旭精工(株)製の透気度平滑度計EYO-5型において内径0.15mm、長さ50mmのステンレス製のノズルを用いて、温度30℃、及び湿度40%の雰囲気でポリオレフィン微多孔膜の平滑度を測定した。ポリオレフィン微多孔膜の一方の表面と他方の表面について、それぞれ表面平滑度の測定を行って、上記で説明されたとおりに一方の表面と他方の表面の平滑度の平均値も算出した。
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、並びに導電材としてグラファイト及びアセチレンブラックを、バインダであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びN-メチルピロリドン(NMP)に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔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した。得られた成形体を57.0mm幅にスリットして正極を得た。
負極活物質として人造グラファイト、及びバインダとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩とスチレン-ブタジエン共重合体ラテックスとを、精製水に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体となる銅箔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した。得られた成形体を58.5mm幅にスリットして負極を得た。
エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1mol/Lとなるように溶解させて、非水電解液を調製した。
正極、実施例又は比較例で得られた多孔膜及び負極を捲回した後、常法により捲回電極体を作製し、外装缶に入るようにプレス機にてプレスした。なお、捲回数はポリオレフィン微多孔膜の厚み及びスプリングバックの程度によって調整した。得られた巻回電極体の最外周端部を絶縁テープの貼付により固定した。負極リードを電池缶に、正極リードを安全弁にそれぞれ溶接して、巻回電極体を電池缶の内部に挿入した。その後、非水電解液を電池缶内に5g注入し、ガスケットを介して蓋を電池缶にかしめることにより、幅42.0mm、高さ63.0mm、厚さ10.5mmの角型二次電池を得た。この角型二次電池を25℃の雰囲気下、0.2C(定格電気容量の1時間率(1C)の0.2倍の電流)の電流値で電池電圧4.2Vまで充電し、到達後4.2Vを保持するようにして電流値を絞り始めるという方法で、合計3時間充電を行った。続いて0.2Cの電流値で電池電圧3.0Vまで放電した。
上記d.と同様にして組み立てて評価のために選定された角型二次電池について、25℃の環境下で、1Cの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電した。充電後の電池を、25℃の雰囲気下の恒温状態で放電終止電圧3Vまでの1C放電容量と5C放電容量を測定し、5C容量/1C容量を出力特性値とした。なお、下記基準に即して出力特性値を評価した。
A:出力特性値が0.95以上。
B:出力特性値が0.90以上0.95未満。
C:出力特性値が0.90未満。
上記d.と同様にして組み立てて評価のために選定された角型二次電池を用いて、(i)電流量0.5C、上限電圧4.2V、合計3時間の定電流定電圧充電、(ii)10分間の休止、(iii)電流量0.5C、終止電圧3.0Vの定電流放電、(iv)10分間の休止、のサイクル条件下で都合100回の充放電を行った。上記充放電処理は全て25℃の雰囲気下にてそれぞれ実施した。その後、上記初回電池容量X(mAh)に対する上記100サイクル目の放電容量の比を100倍することで、容量維持率(%)を求めた。なお、下記基準に即して容量維持率を評価した。
A:容量維持率(%)が90%以上。
B:容量維持率(%)が88%以上90%未満。
C:容量維持率(%)が88未満。
(A)表1に示すように、Mv70万以上のポリエチレン(PE)の割合を調整して、原料樹脂組成物を得た。次に、原料樹脂組成物と流動パラフィンと0.1質量%の酸化防止剤とを配合して、ポリオレフィン組成物を得た。次に、ポリオレフィン組成物を二軸押出機に投入し、溶融したポリオレフィン組成物を押出してゲル状シートを形成し、キャストロールで冷却固化した。
(B)同時二軸延伸機を用いて、表1に示される条件下で、冷却固化されたシートの二軸延伸工程を行なって、延伸シートを得た。
(C)その後、延伸シートを塩化メチレンに浸漬し、流動パラフィンを抽出除去してから乾燥させて多孔化した。
(D)さらに、一軸延伸機を用いて、表1に示される条件下で、得られた多孔化物の熱固定を行なって、ポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の総延伸倍率は、78倍であった。得られたポリオレフィン微多孔膜を上記方法に従って評価し、さらにポリオレフィン微多孔膜を備える電池も評価した。評価結果を表3に示す。
表1及び2に示される樹脂原料と製造条件を使用したこと以外は実施例1と同様の方法でポリオレフィン微多孔膜を得て、評価した。評価結果を下記表3及び4に示す。
Claims (13)
- 膜厚が1μm~30μmであり、透気度が500sec/100cm3以下であり、かつ温度60℃、圧力3.4MPa及び圧縮時間1secの条件下でのプレスによる耐電圧減少率が、1.0%以上17.0%以下であるポリオレフィン微多孔膜。
- 膜厚が1μm~30μmであり、透気度が500sec/100cm3以下であり、かつ温度70℃、圧力8MPa及び圧縮時間3minの条件下でのプレスによる耐電圧減少率が、1.0%以上28.0%以下であるポリオレフィン微多孔膜。
- 小角X線散乱(SAXS)法により測定される圧縮前のポリエチレン結晶長周期が、35.0nm以上かつ、圧縮前のポリエチレン結晶(110)面、(200)面由来の回折ピーク間距離が2.410°以上2.600°以下であるポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の圧縮前の気孔率が、40%以上80%以下かつ、目付換算突刺強度が、55gf/(g/m2)以上150gf/(g/m2)以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の動摩擦係数の両表面の平均が、0.01以上0.4以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜のメルトフローインデックス(MI)値が、0.01g/10min以上0.50g/10min以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の長手方向(MD)の引張強度と幅方向(TD)の引張強度の比(MD/TD引張強度比)が、0.7~1.3である、請求項1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜と、
前記ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される無機多孔層と、
を有するセパレータ。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜と、
前記ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される熱可塑性樹脂層と、
を有するセパレータ。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜と、
前記ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも片面に配置される、多機能層、無機多孔層および熱可塑性樹脂層から成る群から選択される少なくとも一層と、
を有するセパレータ。 - 請求項8に記載のセパレータを含む非水系二次電池。
- 請求項9に記載のセパレータを含む非水系二次電池。
- 請求項10に記載のセパレータを含む非水系二次電池。
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