JP4614887B2

JP4614887B2 - ポリオレフィン製微多孔膜

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Publication number: JP4614887B2
Application number: JP2005516487A
Authority: JP
Inventors: 貴志池本; 慎也河添
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2011-01-19
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Description

本発明は、透過性能に優れ、高強度及び安全性に優れたポリオレフィン製微多孔膜及びその製造方法に関するものである。本発明は、特に電子部品用として、なかでも高容量、長寿命の非水電解液系セパレーターとして有用なポリオレフィン製微多孔膜及び、その製法、並びに非水電解液系電池に関する。

ポリオレフィン製微多孔膜はこれまで、精密ろ過膜や電池用セパレーター、コンデンサー用セパレーター等に使用されている。特に近年では、リチウムイオン二次電池用セパレーターとして非常に多く用いられている。現在、リチウムイオン二次電池は消費電力の上昇に伴い、高容量化、高出力化、長寿命化が求められている。

これを受け、リチウムイオン電池用セパレーターに求められる特性は、薄膜化と高透過性能である。電池の高容量化には、電池用セパレーターを薄くし、その分、正負極の活物質を多くすることが有効である。電池の高出力化には、一気にイオンを通過することが求められる。一度に多くのイオンを透過する為には、イオンの通り道となる孔径が大きいことが有効である。

電池の高寿命化には、充放電を繰り返した際に発生する不純物で孔詰まりを発生し難くすることが求められる。孔径が大きいセパレーターでは不純物による孔の閉塞が起こりにくく、電池容量の低下が発生し難い。この電池寿命を示す一つの指標としてはサイクル特性が挙げられる。サイクル特性とは、初期容量に対して、充放電を繰り返した際の電池容量保持率を示すものであり、サイクル特性が高ければ長寿命であるといえる。
つまりこれらのことを考えると、高透過性能のセパレーターには膜厚が薄く、且つ孔径の大きな微多孔膜が有用である。

電池特性の向上と同時に、薄膜化に伴う安全性の低下を防ぐため、高強度、高安全性もセパレーターに求められている。本発明で言う安全性とは２つの側面がある。１つは、セパレーターのシャットダウン性能である。これは、電池内部が過熱した際にセパレーターが溶融して電極を覆う被膜となり、電流を遮断し、その被膜が安定に存在することにより電池の安全性を確保する性能である。シャットダウンに寄与する因子として、孔径分布が挙げられる。孔径分布が狭いセパレーターは、電池内部がセパレーターの融点に達した際に、孔閉塞が一斉に発生する為、シャットダウン性能に優れる。

安全性のもう１つは、セパレーターの耐電圧である。これはセパレーターがどの程度の電圧まで短絡せずに、電極間で絶縁体として存在しうるかという、セパレーターの絶縁性能を示している。セパレーターが薄くなるに従い、電極間距離が短くなるため、セパレーターにはより高い耐電圧が求められる。セパレーターの耐電圧には、孔径が大きく寄与していると考えられる。極度に大きい孔径部分が存在すると、その孔径が原因で低い電圧での短絡が発生しやすくなる。

つまり、高容量リチウムイオン二次電池用セパレーターとしては、膜厚に関しては薄膜化、孔径に関して言えば、高い透過性能を得る為に、適度に大きな孔径を持つことが必要である。また、高い耐電圧と、優れたシャットダウン性能を有する為には、孔径分布が狭い微多孔膜が必要である。

また、微多孔膜の１つの製造方法として、相分離法が良く知られている。この製法は、樹脂と可塑剤を高温で混合し均一状態にした後、急冷することで樹脂相と可塑剤相で相分離を起こさせる。その後、可塑剤を抽出除去することで、可塑剤部分が連通孔となった微多孔膜を得るという製法である。

これまで、相分離法で製造された微多孔膜において、特許文献１に代表されるように、ポリマーと可塑剤を溶融混練しフィルム状に成形した後、ポリマーと可塑剤の混合フィルムを延伸し、その後可塑剤を抽出して微多孔膜を得る技術が開示されている。しかしながら、このようなポリマーと可塑剤のみを用いる製法では強度の高い膜は得られるものの、孔径が小さく、透過性能が低いという問題があった。ポリマーと可塑剤のみを用いる製法においても、特許文献２のように孔径が大きく、孔径分布の狭い微多孔膜の要求が開示されている。しかし、この文献の技術によって製造された微多孔膜の平均貫通孔径、並びに最大孔径は粒子透過を阻止する孔径であり、本発明でいうバブルポイント法（後に詳述）で求める孔径としては小さい孔径である。その為、電池セパレーターとして用いた際、電池出力が低く、電池寿命も短いものしか得られない。

一方、孔径が大きく、透過性に優れた微多孔膜を得る技術としては、シリカ微粒子に代表される無機微粉体をポリオレフィン樹脂、可塑剤とともに混練しフィルム状に成形した後、可塑剤、無機微粉体を抽出することで微多孔膜を得る方法が開示されている（例えば、特許文献３〜６）。これらは、無機微粉体を使用することで、容易に孔径の大きな微多孔膜を得ることが出来るという利点がある。無機微粉体を使用することにより孔径の大きな微多孔膜が出来る理由は以下のように考えられる。混合溶融体中のポリマーと可塑剤が相分離する際、混合溶融体中に分散した無機微粉体を核として可塑剤相が形成される。このため、無機微粉体が存在する混合溶融体は、抽出可能相（可塑剤＋無機微粉体相）のサイズを大きくすることが出来、結果的に孔径の大きな微多孔膜を製造することが出来る。
上記のことを鑑みると、高容量リチウムイオン二次電池用セパレーターに有用となる、孔径が適度に大きく、孔径分布が狭い微多孔膜を得る為には、混合溶融体中において適度な粒径で分散し、且つ粒径分布の狭い無機微粉体を用いることが効果的である。

特許文献３は無機微粉体を用いて作成した微多孔膜の開示がある。しかし、この微多孔膜は無機微粉体を抽出しない上、延伸を実施していない為、膜厚が厚く、突刺強度が低い微多孔膜しか得られていない。また、特許文献４では、分散性の良好な疎水性シリカを用いて均一な孔径を持つ微多孔膜の製造方法が開示されている。しかし、ここで開示されている微多孔膜はろ過膜を念頭においた技術である。その為、開示された微多孔膜の膜厚は厚く、突刺強度も低いため、本発明で課題としている電子部品用、なかでも高容量の非水電解液系セパレーターに有用な微多孔膜ではない。

また、特許文献５では、無機微粉体を抽出後、延伸を行うことにより、大きな孔径をもち、透過性能に優れた微多孔膜の開示がなされている。しかし、ここで開示されている技術では、分散粒径分布の狭い無機微粉体が使用されていない。また、得られた微多孔膜の孔径分布も広いために、耐電圧が低く、突刺強度も弱い為に、薄膜化した際に安全性に劣る。

特許文献６では、孔径分布が狭い微多孔膜の開示がなされている。しかし、ここで開示されている技術でも、分散粒径分布の狭い無機微粉体が使用されていない。得られた微多孔膜は、膜厚が厚く、気孔率が高く、突刺強度が弱い微多孔膜である。更に、開示されている微多孔膜の孔径分布は本発明に比べて十分狭いものではない。その為、本発明で課題とする高容量の非水電解液系セパレーターに有用な微多孔膜ではない。

以上のように、セパレーターが薄くなった際に、高い透過性能を持ちつつ、高強度、高安全性を備えた電子部品用微多孔膜、及びその微多孔膜を製造する方法、並びにこれらの特徴をもつセパレーターを用いることにより高容量、長寿命、且つ安全性に優れた非水電解液系電池はこれまで得られていない。
特許３３４７８３５号明細書特許２６５７４３０号明細書特公昭５８−１９６８９公報特許２８３５３６５号明細書特開２００２−８８１８８号公報特許３１２１０４７号明細書

本発明の目的は、透過性能に優れ、強度及び安全性に優れたポリオレフィン製微多孔膜を提供することである。本発明の他の目的は、電子部品用、なかでも高容量、長寿命の非水電解液系電池用セパレーターとして有用なポリオレフィン製微多孔膜とその製造方法を提供することである。本発明の更なる他の目的は、非水電解液系電池を提供することである。

本発明者らは、上記目的を達成する為に鋭意研究した結果、適度な大きさの孔径を持ちつつも、孔径分布が狭く、突刺強度の高いポリオレフィン製微多孔膜が、セパレーターとして高い透過性能を持ち、且つ安全性に優れた微多孔膜であり、特に電子部品用として、なかでも高容量の非水電解液系セパレーターとして有用であることを見出した。また、これらの特徴をもつセパレーターを用いることにより高容量、長寿命、且つ安全性に優れた非水電解液系電池が得られることを見出した。
更に、粒径分布が狭くかつ適当な粒径に分散する無機微粉体を用いることが、高い透過性能と高い強度を保ち、高い安全性を有するポリオレフィン製微多孔膜を製造する方法において不可欠な要素であることを見出し本発明に至った。

すなわち本発明の構成は、以下の通りである。
（１）膜厚１〜３０μｍ、気孔率３０〜６０％、透気度５０〜２５０ｓｅｃ／１００ｃｃ、突刺強度３．５〜２０．０Ｎ／２０μｍ、バブルポイント法により求めた最大孔径０．０８〜０．１３８μｍ、最大孔径と平均孔径の比（最大孔径／平均孔径）が１．００〜
１．３９である、ポリオレフィン製微多孔膜を含むポリオレフィン製非水電解液系電池用セパレーター。
（２）上記（１）記載のポリオレフィン製非水電解液系電池用セパレーターを用いることを特徴とする非水電解液系電池。
（３）上記（１）記載のポリオレフィン製非水電解液系電池用セパレーターの製造方法であって、ポリオレフィン樹脂、可塑剤及び無機微粉体を混練・加熱溶融しながらシート状に成型した後、可塑剤、無機微粉体をそれぞれ抽出除去し、少なくとも一軸方向に延伸することによってポリオレフィン製微多孔膜を得ることを含む非水電解液系電池用セパレーターを製造する方法であり、該非水電解液系電池用セパレーターは、使用する無機微粉体の分散平均粒径が０．０１〜５μｍであり、９５ｖｏｌ％分散累積粒径と５ｖｏｌ％分散累積粒径の比が１．０〜１０．０であるポリオレフィン製微多孔膜を含んでいる、上記方法。
（４）無機微粉体がシリカ微粉体である上記（３）の方法。
（５）無機微粉体が乾式法で作成したシリカ微粉体である上記（３）の方法。

本発明によれば、透過性能に優れ、強度及び安全性に優れた、微多孔膜を提供することができる。また、特に電子部品用の微多孔膜、なかでも高容量、長寿命の非水電解液系電池用セパレーターとして有用なポリオレフィン製非水電解液系電池用セパレータ-を提供することができる。特に従来のものに比べて薄膜化した場合においても上記効果を発揮することが出来る。更に、この微多孔膜をセパレーターとして用いることにより、高容量、長寿命、且つ安全性に優れた非水電解液系電池を得ることができる。

以下、本発明について、特にその好ましい形態を中心に、詳細に説明する。
本発明の微多孔膜の膜厚は１〜３０μmであり、好ましくは１〜２７μm、より好ましくは１〜２５μm、更に好ましくは１〜２２μm、最も好ましくは１〜２０μmである。膜厚が１μmより薄いと機械的強度とシャットダウン時の安全性が劣り、３０μmを越えると透過性能が低くなり、高容量電池向けのセパレーターとして劣る。

気孔率は３０〜６０％であり、好ましくは３５〜５５％である。気孔率が３０％より低いと透過性能が劣り、６０％を越えると機械的強度とシャットダウン時の安全性が劣る。
透気度は５０〜２５０秒／１００ｃｃであり、好ましくは５０〜２００秒／１００ｃｃであり、更に好ましくは５０〜１５０秒／１００ｃｃである。透気度が５０秒／１００ｃｃよりも低いとシャットダウン時の安全性に劣り、２５０秒／１００ｃｃを越えると透過性能が劣る。
突刺強度は２０μm換算で３．５〜２０．０Nであり、好ましくは４．０〜２０．０Nである。２０μm換算の突刺強度が３．５Nよりも小さいと、膜強度が低く、膜が破れやすく、安全性が劣る。

バブルポイント法により求める最大孔径は０．０８〜０．２０μｍであり、好ましくは０．０９〜０．２０μｍであり、更に好ましくは０．１０〜０．２０μｍであり、最も好ましくは０．１０〜０．１５μｍである。最大孔径が０．０８μmよりも小さいと透過性能が劣り、０．２０μｍよりも大きいとシャットダウン時の安全性と、耐電圧に劣る。
平均孔径と最大孔径の比は１．００〜１．４０である。孔径比が１．４０よりも大きいと、孔径分布が広く、孔径が不均一であり、シャットダウン時の安全性確保と耐電圧が劣る。

更に、本発明の微多孔膜のシャットダウン間温度は７℃以下が好ましく、更に好ましくは５℃以下であり、最も好ましくは４℃以下である。シャットダウン時の安全性確保の観点からシャットダウンが開始してから電流の遮断が完全に行われるまでの温度は５℃以下が好ましい。そして、膜が溶融し始めてからシャットダウンが行われるまでの温度差が少なく、時間が短いほうが安全性に優れる。

透過性能を表す指標として、透気度とポリマー率（＝１００−気孔率）の比（すなわち、透気度／ポリマー率）を用いることが出来る。この数値が低い微多孔膜はポリマーが多く含まれていても高い透過性能を持ち、透過性能と安全性に優れたセパレーターとして有用である。
透気度とポリマー率の比は、透過性能と安全性を考えると、２．５以下が好ましく、更に好ましくは２．３以下であり、最も好ましくは２．０以下である。
耐電圧は高電圧時の短絡の抑制を考えると、２０μm換算で０．８KV以上が好ましく、更に好ましくは１．０KV以上であり、最も好ましくは１．２KV以上である。

本発明の微多孔膜製造方法の一例を下記の（ａ）〜（ｅ）に示す。
（ａ）ポリオレフィン樹脂、可塑剤、無機微粉体及び添加剤をヘンシェルミキサー等で混合造粒する工程；
（ｂ）（ａ）工程で作成した混合物を、先端にＴダイスを装着した押出機中で溶融混練する工程；
（ｃ）（ｂ）工程で得た混練物を、Ｔダイスから押出し、両側から加熱ロールで圧延後、冷却しシート状に成形する工程；
（ｄ）シート状の成形物から可塑剤と無機微粉体を抽出除去、並びに乾燥する工程；
（ｅ）シート状の成型物を少なくとも一方向に延伸、並びに熱処理をする工程。

上記（ａ）工程において、本発明の製造方法に用いる無機微粉体とは、シリカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリンクレー、タルク、酸化チタン、カーボンブラック、珪藻土類などが挙げられる。これらは単独で用いても良いし、数種類を混合しても良い。本発明に好ましい無機微粉体はシリカであり、特に好ましくは乾式法にて作成したシリカである。

無機微粉体の分散平均粒径は０．０１〜５μmであり、好ましくは０．０５〜３μmであり、更に好ましくは０．１〜１μmである。シリカに代表される無機微粒子は凝集力が強く、通常凝集体を形成している。その為、一次粒子（凝集体を形成していない微粒子一つの大きさ）の状態では存在しにくい。本発明で言う分散平均粒径は、一次粒径とは異なり、無機微粒子の凝集状態、分散状態を示す。微粒子混合系において重要なのは微粒子の分散状態である。分散平均粒径が０．０１μmよりも小さいと、微多孔膜を製造する時に用いた際、細かく分散しすぎる。その結果、得られる微多孔膜の透過性が不十分である。一方、分散平均粒径が５μmよりも大きいと、微多孔膜を製造する時に用いた際、無機微粒子が膜中に大きな状態として存在する。その結果、膜構造が不均一となり、高い強度と高い安全性を持った微多孔膜が得られない。

無機微粉体の９５ｖｏｌ％分散累積粒径と５ｖｏｌ％分散累積粒径の比（すなわち、前者の数値／後者の数値）は１．０〜１０．０であり、好ましくは１．０〜７．０であり、更に好ましくは、１．０〜５．０である。５ｖｏｌ％分散累積粒径とは、使用する無機微粉体全体に占める、小粒径側から積算した体積分率の累計が５％に達する粒子径である。同様に、９５ｖｏｌ％分散累積粒径とは、使用する無機微粉体全体に占める小粒径側から積算した体積分率が９５％に達する粒子径である。この分散累積粒径比は、分散平均粒径測定時の無機微粒子の分布状態を示す。無機微粉体の分散累積粒径比が１０．０を超えると、膜中での無機粒子の分散が不均一な為、膜構造が不均一となり、高い強度と安全性を持った微多孔膜が得られない。

無機微粉体の代表例として、以下にシリカ微粉体の製造方法を示す。シリカ微粉体の合成方法としては、一般的にその特徴から製法が大きく３つに分けられる。１０００℃以上の高温下で生成させる乾式法；珪酸ソーダと鉱酸および塩類を水溶液中で反応させる湿式法；珪酸ソーダを鉱酸と反応させてシリカゲルを生成させた後、ゲル中の水を有機溶媒で置換して得られたオルガノゲルを加圧加熱処理して作成するエアロゲル法がある。

乾式法の中では、気化させた四塩化珪素を空気中で燃焼させて、非常に微細なシリカ粒子を得る燃焼法が多く用いられている。この他にも、珪砂とコークスを加熱して得られるＳｉＯ蒸気を空気中で酸化させて燃焼法よりも大きな粒子を得る加熱法がある。
湿式法の中では、珪酸ソーダと鉱酸の反応時にｐＨをアルカリ性にしてシリカ粒子の成長速度を上げてフロック状に凝集させることで、生成したシリカを沈降させる沈降法と、反応時にｐＨを酸性にしてシリカ粒子の成長を抑えた状態でシリカを凝集させ、シリカ凝集体と反応液をゲル状にするゲル法がある。

本発明では、ここに挙げた製法で作成したシリカを用いることができるが、シリカ微粉体の分散性を考えると乾式法で合成したシリカが好ましい。これは、乾式シリカは湿式シリカに比べて粒子同士の凝集力が弱いことに起因して、（ａ）のミキシング工程や（ｂ）の押出機による溶融混錬で高い分散性を示す為である。

また、乾式シリカに比べて凝集力の強い湿式シリカでも、合成後に粉砕、分級をすることにより、分散平均粒径が小さく、且つ、粒径の均一なものを得ることが出来る。湿式法で作成したシリカにおいても、この粉砕、分級をしたシリカを用いることは好ましい。
更に、合成したシリカの表面に疎水化処理を行った表面疎水性シリカも知られている。しかし、膜中での分散、製造時のハンドリング、シリカの価格を考えると親水性シリカが好ましい。シリカ微粉体の吸油量は、ポリオレフィン樹脂と可塑剤と分散を考えると好ましくは１００〜４００ｍｌ／１００ｇであり、更に好ましくは１５０〜３００ｍｌ／１００ｇである。

本発明に用いられるポリオレフィン樹脂は、一種のポリオレフィンからなっても、数種のポリオレフィンを含むポリオレフィン組成物であってもよい。ポリオレフィンとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテンなどが挙げられ、これらを２種類以上ブレンドして用いても良い。高い透過性を実現する為にはポリエチレンを単独で用いることが好ましい。

本発明にて使用されるポリエチレンの種類としては、密度が０．９４ｇ／ｃｍ^３を越えるような高密度ポリエチレン、密度が０．９３〜０．９４ｇ／ｃｍ^３の範囲の中密度ポリエチレン、密度が０．９３ｇ／ｃｍ^３より低い低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等が挙げられる。膜強度を高くするためには、高密度ポリエチレン及び中密度ポリエチレンの使用が好ましく、それらを単独で使用しても、或いは混合物として使用してもよい。

また、高い強度を実現するためには、極限粘度［η］が５〜２０dl/g程度の超高分子量ポリエチレンを５〜９０ｗｔ％加えることが好ましく、成形性を考えると１０〜８０ｗｔ％加えることが更に好ましい。また、高い透過性能を得るためには、高密度ポリエチレンを１０〜９５ｗｔ％加えることが好ましい。
また、分子量分布に関していえば、メタロセン触媒を用いて作成した分子量分布が狭いポリエチレンや、２段重合により作成した分子量分布の広いポリエチレンを用いることも出来る。

本発明で使用されるポリプロピレンの種類としては、プロピレンホモポリマー、エチレン−プロピレンランダムコポリマー、エチレン−プロピレンブロックコポリマーが挙げられる。使用する全ポリプロピレンにおけるエチレン含量は０〜３モル％とすることが好ましく、全てプロピレンホモポリマーであることが更に好ましい。使用するポリプロピレンの［η］は１〜２５dl/gであることが好ましく、２〜７dl/gであることが更に好ましい。

本発明に用いられる可塑剤はフタル酸ジオクチル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジブチルのようなフタル酸エステルやアジピン酸エステルやグリセリン酸エステル等の有機酸エステル類；リン酸トリオクチル等のリン酸エステル類；流動パラフィン；固形ワックス；ミネラルオイル等が挙げられる。ポリエチレンとの相溶性を考慮するとフタル酸エステルが好ましい。尚、これらを単独で使用しても或いは混合物として使用してもよい。

本発明の製造方法におけるポリオレフィン樹脂、可塑剤、無機微粉体の混合比については、ポリオレフィン樹脂は、微多孔膜の強度を高くする為に、上記三成分の合計重量に対して１０〜５０ｗｔ％が好ましく、２０〜４０ｗｔ％が更に好ましい。可塑剤は、成形性を良くし、微多孔膜の孔径を適正化する為に３０〜７０ｗｔ％か好ましく、４０〜６０ｗｔ％が更に好ましい。無機微粉体は、孔径を適正化し、膜の強度を高くする為に５〜４０ｗｔ％が好ましく、１０〜３０ｗｔ％が更に好ましい。

なお、ポリオレフィン、無機微粉体、可塑剤の他に本発明を大きく阻害しない範囲で必要に応じて酸化防止剤、耐電防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、アンチブロッキング剤等の各種添加剤を添加することができる。
これらポリオレフィン、無機微粉体、可塑剤の三成分の混合には、ヘンシェルミキサー、Ｖ−ブレンダー、プロシェアミキサー、リボンブレンダー等の配合機を用いた通常の混合法で充分である。

（ｂ）工程では、混合物は押出機、ニーダー等の溶融混練装置により混練される。得られる混練物は、Ｔダイスを用いた溶融成形によりシート状に成形される。この場合、ギアーポンプを介して成形するのが、寸法安定性の面で好ましく、特にギアーポンプ前圧力を一定に制御して成形するのが、寸法安定性の面で好ましい。

（ｃ）工程では、冷却方法としては、エアーにて冷却する方法、Ｔダイス吐出樹脂温度より２０〜１２０℃低く温調したロールにて接触させて冷却する方法、Ｔダイス吐出樹脂温度より２０〜１２０℃低いカレンダーロールにて圧延成形してシート状に成形しながら冷却する方法をとることができる。Ｔダイス吐出樹脂温度より２０〜１２０℃低いカレンダーロールにて圧延成形してシート状に成形しながら冷却する方法をとるのが膜厚み均一性の面で好ましい。この場合において、ロールを使用する際、Ｔダイスとロールのシートとの接点の距離は５〜５００ｍｍの範囲にて成形するのが好ましい。ダイス吐出温度は通常の熱電対温度計にて端子をダイスに触れないようにし、吐出樹脂に接触させることにより測定することができる。

（ｄ）工程では、膜中の可塑剤と無機微粉体を溶剤によって抽出を行う。可塑剤の抽出に用いられる溶剤としては、メタノール、エタノール、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶剤；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；テトラヒドロフラン等のエーテル類；塩化メチレン、１，１，１−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類等を使用することができる。これらは単独あるいは混合して用いることも出来る。可塑剤抽出の後、無機微粉体抽出を行うが、無機微粉体の抽出に用いられる溶剤としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ水溶液を使用することができる。

（ｅ）工程では、上記の抽出済み膜は少なくとも一軸方向に延伸される。一軸方向に延伸する際は、ロール延伸でも、テンターを用いた延伸でも可能である。延伸倍率は高強度と薄膜化を考えると二軸延伸が好ましい。延伸倍率は高強度と薄膜化を考えると面倍率で６倍以上が好ましく、更に好ましくは８倍以上である。二軸延伸する場合は、逐次二軸延伸でも同時二軸延伸でもどちらでも構わない。孔径が大きく、高透過性の微多孔膜を得る為には逐次二軸延伸が好ましい。その際、一枚膜で延伸も出来るし、複数枚重ねて延伸することも出来る。高強度の観点から、二枚以上重ねて延伸することが好ましい。また、さらに、延伸に続いて、または後に、熱固定あるいは熱緩和等の熱処理を行っても良い。

次に実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
実施例において示される試験方法は次の通りである。
（１）無機微粉体分散平均粒径（μｍ）
島津製作所（株）製レーザー回折／散乱式粒度分布測定器を用いて下記条件で測定した。測定で求めたメディアン径を平均分散粒径とした。
測定溶媒：工業用アルコール
日本アルコール販売（株）製エキネンＦ−８
組成・・・エタノール８６．４％、メタノール７．３％、水分６．３％
分散条件：２００ｒｐｍで攪拌しながら４０Ｗの超音波を１０分の照射後に測定
シリカ屈折率設定値：実数部…１．４０、虚数部…０
測定温度：２５℃

（２）分散累積粒径比
（１）の装置で測定した値を用い、下記の式により計算した。
分散累積粒径比＝９５ｖｏｌ％分散累積粒径／５ｖｏｌ％分散累積粒径
（３）吸油量（ｍｌ／１００ｇ）
ＪＩＳＫ５１０１−１９９１に準拠し、ＤＯＰを用いて測定した。
（４）膜厚（μｍ）
ダイヤルゲージ（尾崎製作所：ＰＥＡＣＯＣＫＮｏ．２５）にて測定した。一つのサンプルにおいて複数点測定し、それらの平均値を膜厚とした。

（５）気孔率（％）
２０ｃｍ角のサンプルをとり、その体積と質量から次式を用いて計算した。
気孔率（％）＝〔｛体積（ｃｍ^３）−（質量（ｇ）／ポリエチレンの密度（ｇ／ｃｍ^３））｝／体積（ｃｍ^３）〕×１００（％）
（６）透気度（秒／０．１ｄｍ^３）
ＪＩＳＰ−８１１７準拠のガーレー式透気度計にて測定した。
（７）突き刺し強度（Ｎ）
カトーテック製ＫＥＳ−Ｇ５ハンディー圧縮試験器を用いて、針先端の曲率半径０．５ｍｍ、突き刺し速度２ｍｍ／ｓｅｃの条件で突き刺し試験を行い、最大突き刺し荷重（Ｎ）を測定した。測定値に２０（μｍ）／膜厚（μｍ）を乗じることによって２０μｍ換算突き刺し強度とした。

（８）最大孔径（バブルポイント法）（μｍ）
ＡＳＴＭＥ−１２８−６１に準拠し、エタノール中でのバブルポイントにより算出した。
（９）平均孔径（ハーフドライ法）（μｍ）
ＡＳＴＭＦ−３１６−８６に準拠し、エタノールを使用して測定した。
（１０）孔径比
（８）、（９）で測定した最大孔径と平均孔径を用い以下の式で孔径比を測定した。
孔径比＝最大孔径（μm）／平均孔径（μm）

（１１）電気抵抗（Ωｃｍ²）
安藤電気製ＬＣＲメーターＡＧ−４３と図１に示したセルを用いて１ｋＨｚの交流にて測定し、次式で算出した。
電気抵抗（Ωｃｍ²）＝（膜が存在するときの抵抗値−膜が存在しないときの抵抗値）×０．７８５
なお、電解液：プロピレンカーボネートとジエトキシエタンの混合溶液（５０／５０容量％）中に過塩素酸リチウム１ｍｏｌ／リットルを溶解したもの、電極：白金黒電極、極板面積：０．７８５ｃｍ²、極間距離：３ｍｍの条件で測定した。

（１２）シャットダウン間温度（℃）
図１に示すように、厚さ１０μｍのニッケル箔を２枚（Ａ、Ｂ）用意し、一方のニッケル箔Ａをスライドガラス上に、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍの正方形部分を残してテフロンテープでマスキングすると共に固定する。
図２に示すように、熱電対を繋いだセラミックスプレート上に、別のニッケル箔Ｂを載せ、この上に規定の電解液で３時間浸漬させた測定試料の微多孔膜を置き、その上からニッケル箔を貼りつけたスライドガラスを載せ、更に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１．５ＭＰａの圧力をかけた状態で、１５℃／ｍｉｎの速度で昇温した。この際のインピーダンス変化を交流１Ｖ、１ｋＨｚの条件下で測定した。

この測定によりシャットダウン速度を以下のように求めた。横軸に温度、縦軸にＬｏｇ（インピーダンス）のグラフを作成し、インピーダンス１００Ωの所で曲線に対して接線を引き、この接線が１Ωと交わる点と１０００Ωと交わる点を用いてシャットダウン間温度を求めた。
シャットダウン間温度（℃）＝（接線が１０００Ωと交わる温度（℃）−接線が１Ωと交わる温度（℃））
なお、規定の電解液の組成比は以下の通りである。
溶媒の組成比（体積比）：炭酸プロピレン／炭酸エチレン／δ−ブチルラクトン＝１／１／２
電解液の組成比：上記溶媒にてＬｉＢＦ_４を１ｍｏｌ／リットルの濃度になるように溶かし、０．５重量％になるようにトリオクチルフォスフェイトを加えた。

（１３）極限粘度（ｄｌ／ｇ）
原料のポリオレフィン及び膜の極限粘度［η］の測定は、ＡＳＴＭＤ４０２０に基づき、デカリン溶媒における１３５℃での極限粘度［η］を求めることによって得られる。
（１４）微多孔膜耐電圧（ＫＶ）
直径４ｃｍのアルミニウム製電極で微多孔膜を挟み１５ｇの荷重をかけ、これを菊水電子工業製の耐電圧測定機（ＴＯＳ９２０１）に繋いで測定を実施した。測定条件は、交流電圧（６０Hz）を１．０ＫＶ／ｓｅｃの速度でかけていき、短絡した電圧値を微多孔膜の耐電圧測定値とする。この測定値に２０（μｍ）／膜厚（μｍ）を乗じることによって２０μｍ換算耐電圧値とした。

（電池評価）
電池評価を実施する為に、電極、電解液を以下に示すように作製した。
正極の作成
正極活物質として、リチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ₂を１００重量部、導電剤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２．５重量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）３．５重量部を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両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／ｍ^２、活物質嵩密度は３．００ｇ／ｃｍ^３となるようにする。これを電池幅に合わせて切断し、帯状にする。

負極の作成
負極活物質として、グラファイト化したメソフェーズピッチカーボンファイバー（ＭＣＦ）９０重量部とリン片状グラファイト１０重量部、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重量部とスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス１．８重量部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の銅箔の両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。このとき、負極の活物質塗布量は１０６ｇ／ｍ^２、活物質嵩密度は１．３５ｇ／ｃｍ^３となるようにする。これを電池幅に合わせて切断し、帯状にする。
非水電解液の作製
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ＬｉＰＦ_６を濃度１．０ｍｏｌ／リットルとなるように溶解させて調製する。

（１５）電池耐電圧（ＫＶ）
評価する微多孔膜セパレーター、帯状正極、及び帯状負極を帯状負極、セパレーター、帯状正極、セパレーターの順に重ねて渦巻状に複数回捲回することで電極板積層体を作製する。この電極板積層体を平面状にプレス後、アルミニウム製容器に収納し、アルミニウム製リードを正極集電体から導出して電池蓋に、ニッケル製リードを負極集電体から導出して容器底に溶接し、電池捲回体を作製した。
この電池捲回体を（１４）と同様の条件で耐電圧を測定し、電池耐電圧とした。

（１６）サイクル特性
（１５）で作製した電池捲回体に、前述した非水電解液を注入し封口し、リチウムイオン電池を作製する。
この電池を温度２５℃の条件下で、充電電流１Ａで充電終止電圧４．２Ｖまで充電を行い、充電電流１Ａで放電終止電圧３Ｖまで放電を行う。これを１サイクルとして充放電を繰り返し、初期容量に対する５００サイクル後の容量の割合（容量保持率）をサイクル特性として表した。

［実施例１］
乾式法で作成した分散平均粒径０．２５μｍ、９５ｖｏｌ％分散累積粒径０．４５μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．１５μｍ、分散累積粒径比３．０、吸油量２４０ｍｌ／１００ｇ、１次粒径１２ｎｍのシリカ微粉体Ａ（表１参照）を２０ｗｔ％、［η］７．０ｄｌ／ｇの超高分子量ポリエチレンを１９．２ｗｔ％、［η］２．８ｄｌ／ｇの高密度ポリエチレンを１２．８ｗｔ％、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）を４８ｗｔ％混合して造粒した。その後、Ｔダイスを装着した二軸押出機にて混練・押出し厚さ９０μｍのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてＤＯＰを、水酸化ナトリウムにて微粉シリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を２枚重ねて１１０℃に加熱のもと、縦方向に４．５倍延伸した後、１３０℃に加熱のもと、横方向に２．０倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。図３、４に、この膜のシャットダウン間温度を測定したチャートを示す。また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［実施例２］
実施例１と同様に作成した微粉シリカ抽出膜を２枚重ねて１１５℃に加熱のもと、縦方向に５．０倍延伸した後、１３３℃に加熱のもと、横方向に２．２倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。
［実施例３］
実施例１と同様に作成した微粉シリカ抽出膜を２枚重ねて１１７℃に加熱のもと、縦方向に６．０倍延伸した後、１３５℃に加熱のもと、横方向に２．５倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。

［実施例４］
実施例１で用いたシリカ微粉体Ａを２０．６ｗｔ％、［η］１１．５ｄｌ／ｇの超高分子量ポリエチレン１０．２ｗｔ％、［η］１．８dl／ｇの高密度ポリエチレン１０．２ｗｔ％、［η］が１．８ｄｌ／ｇの直鎖状低密度ポリエチレン１３．６ｗｔ％、ＤＯＰ４５．４ｗｔ％を混合して造粒した。その後、Ｔダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し厚さ９０μｍのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてＤＯＰを、水酸化ナトリウムにて微粉シリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を２枚重ねて１１５℃に加熱のもと、縦方向に４．５倍延伸した後、１２０℃に加熱のもと、横方向に２．０倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。

［実施例５］
実施例１で用いたシリカ微粉体Ａを２０．６ｗｔ％、［η］１１．５ｄｌ／ｇの超高分子量ポリエチレン３．４ｗｔ％、［η］７．０dl／ｇの超高分子量ポリエチレン６．８ｗｔ％、［η］３．８ｄｌ／ｇの低密度ポリエチレン１０．２ｗｔ％、［η］が１．８ｄｌ／ｇの直鎖状低密度ポリエチレン１３．６ｗｔ％、ＤＯＰ４５．４ｗｔ％を混合して造粒した。その後、Ｔダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し厚さ９０μｍのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてＤＯＰを、水酸化ナトリウムにて微粉シリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を２枚重ねて１１５℃に加熱のもと、縦方向に５．０倍延伸した後、１２０℃に加熱のもと、横方向に２．０倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［実施例６］
実施例５と同様に作成した微粉シリカ抽出膜を２枚重ねて１１５℃に加熱のもと、縦方向に５．５倍延伸した後、１２２℃に加熱のもと、横方向に２．０倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。

［実施例７］
実施例１で用いたシリカ微粉体Ａを２０．６ｗｔ％、［η］５．５ｄｌ／ｇの超高分子量ポリエチレン１０．２ｗｔ％、［η］３．８ｄｌ／ｇの低密度ポリエチレン１０．２ｗｔ％、［η］が１．８ｄｌ／ｇの直鎖状低密度ポリエチレン１３．６ｗｔ％、ＤＯＰ４５．４ｗｔ％を混合して造粒した。その後、Ｔダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し厚さ９０μｍのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてＤＯＰを、水酸化ナトリウムにて微粉シリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を２枚重ねて１１５℃に加熱のもと、縦方向に５．０倍延伸した後、１２０℃に加熱のもと、横方向に２．０倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。

［実施例８］
乾式法で作成した分散平均粒径０．３０μｍ、９５ｖｏｌ％分散累積粒径０．５０μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．１３μｍ、分散累積粒径比３．８、吸油量２２０ｍｌ／１００ｇ、１次粒径２０ｎｍのシリカ微粉体Ｂ（表１参照）を用いた以外は、実施例５と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した。また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［実施例９］
乾式法で作成し、表面をジメチルシクロロシランで疎水化した疎水性シリカであり、分散平均粒径０・２７μｍ、９５ｖｏｌ％分散累積粒径０．５５μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．１６μｍ、分散累積粒径比３．４、吸油量２８０ｍｌ／１００ｇ、１次粒径１２ｎｍのシリカ微粉体Ｃ（表１参照）を２０ｗｔ％、［η］７．０ｄｌ／ｇの超高分子量ポリエチレンを１９．２ｗｔ％、［η］２．８ｄｌ／ｇの高密度ポリエチレンを１２．８ｗｔ％、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）を４８ｗｔ％、ヘンシェルミキサーで混合した。その後、二軸押出機にて混錬・押出した後、冷却を行いペレタイザーにてペレット原料とした。
この原料を実施例１と同様にＴダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し厚さ９０μｍのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてＤＯＰを、水酸化ナトリウムにて微粉シリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を２枚重ねて１１０℃に加熱のもと、縦方向に４．５倍延伸した後、１３０℃に加熱のもと、横方向に２．０倍延伸した。得られた膜の物性を表２に記載した。

［参考例１］
湿式法で作成し、粉砕、分級をかけた分散平均粒径０．６０μｍ、９５ｖｏｌ％分散累
積粒径０．８５μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．４２μｍ、分散累積粒径比２．０、吸
油量２００ｍｌ／１００ｇ、１次粒径１５ｎｍのシリカ微粉体Ｄ（表１参照）を用いた以
外は、実施例１と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した。
また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［実施例１０］
湿式法で作成し、粉砕、分級をかけた分散平均粒径０．８０μｍ、９５ｖｏｌ％分散累
積粒径２．３８μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．４９μｍ、分散累積粒径比４．９、吸
油量２００ｍｌ／１００ｇ、１次粒径１５ｎｍのシリカ微粉体Ｅ（表１参照）を用いた以
外は、実施例５と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した。
また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［実施例１１］
実施例１０と同様に作成した微粉シリカ抽出膜を２枚重ねて１１５℃に加熱のもと、縦
方向に５．５倍延伸した後、１２２℃に加熱のもと、横方向に２．０倍延伸した。得られ
た膜の物性を表２に記載した。
［実施例１２］
実施例１０で用いたシリカ微粉体Ｅを用い、実施例７と同じように微多孔膜を作成した
。得られた膜の物性を表２に記載した。

［参考例２］
湿式法で作成し、粉砕、分級をかけた分散平均粒径１．７０μｍ、９５ｖｏｌ％分散
累積粒径４．３２μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．６４μｍ、分散累積粒径比６．８、
吸油量２００ｍｌ／１００ｇ、１次粒径１５ｎｍのシリカ微粉体Ｆ（表１参照）を用いた
以外は、実施例５と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した
。

［比較例１］
湿式法で作成した、分散平均粒径７．１０μｍ、９５ｖｏｌ％分散累積粒径１０．１０μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径２．５μｍ、分散累積粒径比４．０、吸油量１９０ｍｌ／１００ｇ、１次粒径２０ｎｍのシリカ微粉体G（表１参照）を用いた以外は、実施例１と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した。図３、５に、この膜のシャットダウン間温度を測定したチャートを示す。また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［比較例２］
湿式法で作成した、分散平均粒径２．０８μｍ、９５ｖｏｌ％分散累積粒径６．４０μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．４８μｍ、分散累積粒径比１３．３、吸油量２２０ｍｌ／１００ｇ、１次粒径１５ｎｍのシリカ微粉体H（東ソー・シリカ製：Nipsil N-41）（表１参照）を用いた以外は、実施例１と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した。

［比較例３］
湿式法で作成した分散平均粒径０．７１μｍ、９５ｖｏｌ％分散累積粒径１４．１４μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．４９μｍ、分散累積粒径比２８．９、吸油量２４０ｍｌ／１００ｇ、１次粒径２０ｎｍのシリカ微粉体I（東ソー・シリカ製：Nipsil LP）（表１参照）を用いた以外は、実施例５と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した。また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［比較例４］
湿式法で作成した分散平均粒径５．３２μｍ、９５ｖｏｌ％分散累積粒径１６．２６μｍ、５ｖｏｌ％分散累積粒径０．４９μｍ、分散累積粒径比３３．２、吸油量２４０ｍｌ／１００ｇ、１次粒径１６ｎｍのシリカ微粉体J（東ソー・シリカ製：Nipsil VN）（表１参照）を用いた以外は、実施例５と同じように微多孔膜を作成した。得られた膜の物性を表２に記載した。

［比較例５］
［η］１３．１ｄｌ／ｇの超高分子量ポリエチレンを６０ｗｔ％、［η］２．８ｄｌ／ｇの高密度ポリエチレン４０ｗｔ％をタンブラーブレンダーでドライブレンドした。得られたポリエチレン混合物４５ｗｔ％と流動パラフィン５５ｗｔ％を、Ｔダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し、厚み１８５０μｍのゲルシートを得た。
次に、同時二軸テンター延伸機に導き、１１５℃の加熱のもと倍率７×７倍で同時二軸延伸を行った。次に、塩化メチレン中に充分に浸漬して流動パラフィンを抽出除去し微多孔膜とした。得られた微多孔膜の物性を表２に記載した。また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

［比較例６］
［η］７．０ｄｌ／ｇの超高分子量ポリエチレン２ｗｔ％、［η］３．６ｄｌ／ｇの高密度ポリエチレン１３ｗｔ％と流動パラフィン８５ｗｔ％を混合し、オートクレーブに充填して２００℃で９０分間攪拌し、ポリマー溶液を得た。これを比較例３と同様に、同時二軸延伸の倍率５×５にし、流動パラフィンを抽出した膜を得た。これを更に、９５℃の加熱のもと横方向に倍率１．５倍の延伸を行った。得られた微多孔膜の物性を表２に記載した。また、この膜を用いて電池評価を行った。電池評価の結果も表２に記載した。

本発明の薄膜且つ、透過性能に優れ、高強度及び安全性に優れたポリオレフィン製微多孔膜は、電子部品用として、なかでも非水電解液系電池セパレーターとして好ましく用いられる。特に薄膜化が求められる高容量の非水電解液系セパレーターとして好適である。また、この微多孔膜をセパレーターとして用いることにより、高容量、長寿命、且つ安全性に優れた非水電解液系電池を得ることができる。

ヒューズ温度、ショート温度を測定する際に使用するニッケル箔付きスライドガラスを示す平面図。ヒューズ温度、ショート温度測定装置の概略図。実施例１及び比較例１のインピーダンスの推移を表すグラフ。実施例１のインピーダンス拡大図。比較例１のインピーダンス拡大図。

Claims

膜厚１〜３０μｍ、気孔率３０〜６０％、透気度５０〜２５０ｓｅｃ／１００ｃｃ、突刺強度３．５〜２０．０Ｎ／２０μｍ、バブルポイント法により求めた最大孔径０．０８〜０．１３８μｍ、最大孔径と平均孔径の比（最大孔径／平均孔径）が１．００〜１．３９である、ポリオレフィン製微多孔膜を含むポリオレフィン製非水電解液系電池用セパレーター。
請求項１記載のポリオレフィン製非水電解液系電池用セパレーターを用いることを特徴とする非水電解液系電池。
請求項１記載のポリオレフィン製非水電解液系電池用セパレーターの製造方法であって、ポリオレフィン樹脂、可塑剤及び無機微粉体を混練・加熱溶融しながらシート状に成型した後、可塑剤、無機微粉体をそれぞれ抽出除去し、少なくとも一軸方向に延伸することによってポリオレフィン製微多孔膜を得ることを含む非水電解液系電池用セパレーターを製造する方法であり、該非水電解液系電池用セパレーターは、使用する無機微粉体の分散平均粒径が０．０１〜５μｍであり、９５ｖｏｌ％分散累積粒径と５ｖｏｌ％分散累積粒径の比が１．０〜１０．０であるポリオレフィン製微多孔膜を含んでいる、上記方法。
無機微粉体がシリカ微粉体である請求項３記載の方法。
無機微粉体が乾式法で作成したシリカ微粉体である請求項３記載の方法。