JP4974448B2 - 電子部品用セパレータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品、すなわちリチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、リチウム金属電池、アルミニウム電解コンデンサ又は電気二重層キャパシタ等の電子部品に使用され、特に耐熱性が要求される大型のリチウム系電池、あるいは電気二重層キャパシタに好適に用いられるセパレータの製造方法に関するものである。

近年、産業機器、民生機器に関わらず、電気・電子機器の需要の増加、及びハイブリッド自動車の開発により、電子部品であるリチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、アルミニウム電解コンデンサ及び電気二重層キャパシタの需要が著しく増加している。これらの電気・電子機器は小型化、高機能化が日進月歩で進行しており、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、アルミニウム電解コンデンサ及び電気二重層キャパシタにおいても、小型化、高機能化が要求されている。

リチウムイオン二次電池及びポリマーリチウム二次電池は、活物質とリチウム含有酸化物とポリフッ化ビニリデン等のバインダーを１−メチル−２−ピロリドンと混合しアルミニウム製集電体上にシート化した正極と、リチウムイオンを吸蔵放出し得る炭素質材料とポリフッ化ビニリデン等のバインダーを１−メチル−２−ピロリドンと混合して銅製集電体上にシート化した負極と、ポリフッ化ビニリデンやポリエチレン等より成る多孔質電解質膜とを、正極、電解質膜、負極の順に捲回もしくは積層して形成された電極体に駆動用電解液を含浸させ、アルミニウムケースにより封止された構造のものである。また、アルミニウム電解コンデンサは、エッチングした後、化成処理を施して誘電体皮膜を形成したアルミニウム製正極箔と、エッチングされたアルミニウム製負極箔とを、セパレータを介して捲回もしくは積層した電極体に駆動用電解液を含浸し、アルミニウムケースと封口体により封止し、短絡しないように正極リードと負極リードを封止体を貫通させて外部に引き出した構造のものである。また、電気二重層キャパシタは、活性炭と導電剤及びバインダーを混錬したものをアルミニウム製正極、負極各集電極の両面に貼り付け、セパレータを介して捲回又は積層した電極体に駆動用電解液を含浸し、アルミニウムケースと封止体により梱包され、短絡しないように正極リードと負極リードを封止体を貫通させて外部に引き出した構造のものである。

従来、上記リチウムイオン二次電池及びポリマーリチウム二次電池のセパレータとしては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド等の多孔質膜や不織布が使用されており、アルミニウム電解コンデンサ及び電気二重層キャパシタのセパレータとしては、セルロースパルプからなる紙やセルロース繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、アクリル繊維等からなる不織布が使用されている。

ところで、上記リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、アルミニウム電解コンデンサ及び電気二重層キャパシタは、前述の通り小型化が進んでいるためにセパレータも薄膜化が要求されている。しかしながら、従来のセパレータで薄膜化を進めると、正極、負極間で微小短絡が発生したり、電子部品を駆動させるために必要な駆動用電解液を十分保持できなくなるだけでなく、機械的強度の低下により製造工程での作業性、生産性を損ない、製品の信頼性の低下などの問題が発生する。十分な機械的強度を持たせながら薄膜化するためには、セパレータの空隙率を低下させればよいが、空隙率を低下させると、内部抵抗の上昇を伴ない、高機能化の要求を満たすことができなくなる。

一方、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池などの比較的エネルギー密度が高い二次電池は、車載用途や、コジェネレーションにおける蓄電に応用され始めている。ところが、例えば、車載用途の場合は、使用温度域が比較的高温まで求められるほか、高レートで連続使用する場合に温度が上がりやすいなど、従来のセパレータには、これまでの要求以上の耐熱安定性が求められており、現状主流のポリオレフィン樹脂を用いたセパレータ等ではその要求を満たすものではない。すなわち、ポリオレフィン樹脂を用いたセパレータでは、過熱時の安全性確保のため、１２０〜１３０℃程度で溶融しイオン伝導を抑制する必要があるため、高温環境におけるシュリンクを起こしやすいという問題がある。このシュリンクを抑制する方法としては、例えば特許文献１では、耐熱性が良好な不織布を選択して、これにポリエチレン粒子や繊維などを複合することにより、シュリンク性を抑えつつシャットダウン機能をあわせ持たせる技術が開示されている。特許文献１では、例えばポリエチレン粒子などのフィラー粒子は、偏析させる方がシャットダウン機能は発現しやすいとされているが、しかし、フィラー粒子を偏析させた場合には、特に製造工程等のハンドリング時にフィラー粒子が脱落しやすく、その部分が塗工欠陥となってピンホールなどのセパレータの欠陥を発生しやすいという問題があり、また、低融点の繊維を予め不織布に混抄した場合にはシュリンクしやすくなる等の不具合が生じることがある。
特開２００３−３１７６９３号公報

本発明は、上記のような実状に鑑みて提案されたものであり、その目的は、作業性、生産性を損なうことなく、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、アルミニウム電解コンデンサ及び電気二重層キャパシタの種々の実用特性を良好に保ちつつ、過熱時にも熱収縮が極めて少なく高信頼特性を得ることを可能とする電子部品用セパレータの製造方法を提供することにある。

本発明の電子部品用セパレータの製造方法は、１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる多孔質基材に、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンを含む共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルを含む共重合体、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチルを含む共重合体、ポリスチレン、スチレンを含む共重合体、ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイドを含む共重合体、ポリイミドアミド、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリテトラフルオロエチレンの少なくとも１種類からなる多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工した後、乾燥することによって該多孔質基材の表面および／または内部に多孔質樹脂構造体を形成することを特徴とする。そしてその第１の態様としては、樹脂フィルム上に、予め１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる不織布または網状物を重ね、その上に、多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工した後、乾燥することによって、前記多孔質樹脂構造体と不織布または網状物とを一体化し、その後樹脂フィルムを除去することを特徴とし、また、第２の態様としては、樹脂フィルム上に、多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工して塗布層を形成した後に、１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる不織布または網状物を塗布層の上に積層し、次いで乾燥して不織布または網状物と一体化した多孔質樹脂構造体を形成し、その後樹脂フィルムを除去することを特徴とする。

本発明の電子部品用セパレータは、種々の実用特性を良好に保ちつつ、過熱時にも熱収縮が極めて少なく高信頼特性を得ることが可能であって、作業性、生産性に優れたものである。したがって、本発明の電子部品用セパレータは、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、リチウム金属電池、アルミニウム電解コンデンサ又は電気二重層キャパシタ等の電子部品において、耐短絡性に優れ、低インピーダンス化と高耐熱性化を両立した優れたものであり、これらの電子部品に好適に使用される。特に、本発明の電子部品用セパレータにおける多孔質基材は、耐熱寸法安定性に優れたものであるので、耐熱寸法安定性を確実に付与することができ、したがって、耐熱性が要求される大型のリチウム系電池、あるいは電気二重層キャパシタに好適に用いることができる。

本発明の電子部品用セパレータを構成する多孔質基材としては、融点が１８０℃以上の物質からなるものであって、具体的には、セルロースパルプからなる紙、綿、大麻、黄麻等の靭皮繊維、マニラ麻等の葉脈繊維等のセルロース繊維からなる紙の他、レーヨン、キュプラ等の再生セルロース繊維及び再生タンパク繊維等の再生繊維、酢酸セルロース繊維及びプロミックス等の半合成繊維、ナイロンアラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維及びポリエチレンナフタレート繊維等のポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリウレタン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズビスチアゾール繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維等、ビニロン繊維、セラミック繊維および金属繊維等からなる不織布および網状物をあげることができる。また、上記繊維を構成する物質からなる樹脂フィルムであって、フィルム面に対して垂直方向に設けられた、フィルムの一面から他面の間に実質上遮蔽構造を有しない貫通孔のみからなる孔を有する微多孔樹脂フィルムをあげることができる。上記不織布は、公知の技術を用いて製造することができる。すなわち、湿式、乾式、乾式パルプ式、スパンボンド式、メルトブロー式、フラッシュ紡糸式、トウ開繊式などにより得ることができる。また、貫通孔を設けた微多孔樹脂フィルムは、レーザー照射により樹脂フィルムに孔を設ける方法を用いることによって製造することができる。本発明に用いる上記の多孔質基材を構成する物質は融点が１８０℃を超すものであることが必要である。融点が１８０℃以下であると、加熱時に熱溶融しシュリンクしやすいために、電極間での短絡を起こすという問題が生じる。

また、多孔質基材の少なくとも一面、内部、または少なくとも一面と内部に設けられた樹脂構造体を構成する樹脂としては、具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンを含む共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルを含む共重合体、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチルを含む共重合体、ポリスチレン、スチレンを含む共重合体、ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイドを含む共重合体、ポリイミドアミド、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリテトラフルオロエチレンの少なくとも１種類からなるものがあげられる。これらの樹脂は、公知の技術を用いて製造することができる。すなわち、ホモポリマーの場合は、それぞれの樹脂のモノマーの付加重合反応、例えば、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、光・放射線重合、縣濁重合法、乳化重合法、塊状重合法などによって得ることができ、また、コポリマーの場合は、それぞれの樹脂のモノマーと他のモノマーを上記と同様な重合方法により共重合させることによって得ることができる。

本発明において、上記樹脂構造体を構成する樹脂は、融点が１４５℃以上であることが好ましい。融点が１４５℃以下の場合、加熱時に熱溶融し多孔質を塞ぐ場合があり、また、電解液に溶解あるいはゲル化しやすい材質であると、更に目詰まりしやすくなるために、電池性能を低下させる可能性があり望ましくない。

本発明においては、前記の樹脂構造体を形成する樹脂は、アミド系溶媒またはケトン系溶媒またはフラン系溶媒に可溶であることが望ましい。本発明で特に好適に用いられるフッ化ビニリデン系樹脂はアミド系溶媒で溶解した場合において、成膜性が非常に良好であるため、特に好適に用いることができるが、塗工面の乾燥効率を向上する上では、ケトン系溶媒やフラン系溶媒に可溶である樹脂を用いることが望ましい。本発明では、乾燥速度や成膜状態を見ながら、上記の溶媒を適宜混合して用いてもよい。

また、本発明においては、前記の樹脂構造体は多孔質樹脂構造体であることが望ましい。樹脂構造体が多孔質ではない場合は、電解液の抽液性が低下するほか、イオン伝導性が低下する。前記多孔質樹脂構造体の各孔は、セパレータの一面から他面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径はセパレータの膜厚より小さいことが好ましい。孔径がセパレータの膜厚と同等以上であると、微小短絡を起こしやすく電池歩留まりを低下する原因となり好ましくない。

多孔質基材および／または樹脂構造体に含有させるフィラー粒子は、１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないことが必要である。融点が１８０℃よりも低い場合は、加熱時に熱溶融し多孔質構造体の細孔を塞ぐ場合があり、また、電解液に溶解あるいはゲル化しやすい材質であると、更に目詰まりしやすくなるために、電池性能を低下させる可能性があり望ましくない。本発明において用いることができるフィラー粒子としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、架橋ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シリカ、アルミナ、バンゾグアナミン、ナイロン、ガラス、シリコーン、架橋スチレン、ポリウレタンなどの微粒子があげられる。これらの微粒子の一次平均粒子径は１０μｍ以下の範囲が好ましい。フィラー粒子を多孔質基材および／または樹脂構造体に含有させるには、フィラー粒子を含有する塗料を用いて樹脂構造体を形成したり、不織布を作製する際に繊維間にフィラー粒子をすきこんだり、フィラー粒子と不織布を結着するための樹脂を含む樹脂溶液に不織布を浸漬することで、不織布にフィラー粒子を予め固着する方法をあげることができる。

また、フィラー粒子の含有量は、多孔質基材に対して、０．５ｇ／ｍ^２〜１００ｇ／ｍ^２の範囲が好ましい。

本発明においては、セパレータに存在する孔は、バブルポイント法による孔径が０．１〜１５μｍ、より好ましくは０．５〜５μｍである。孔径が０．１μｍより小さいと、イオン伝導性を阻害する場合があり好ましくないほか、電解液の含浸性が低下する傾向や、微小なデンドライトの成長を阻害する場合があり好ましくない。一方、１５μｍより大きいと、特にセパレータを薄膜化した場合に短絡などの不具合を生ずる場合があり好ましくない。

また、本発明のセパレータは,上記のように樹脂構造体が多孔質樹脂構造体であることが好ましいが、その場合、セパレータの片面からもう一方の面に向かって、孔が連通して繋がっていることが望まれる。しかしながら、セパレータ面の実質的に垂直方向にピンホール状の貫通孔を有さないことが望ましい。ここで、貫通孔とはセパレータのいずれか一方の面から、もう一方の面を実質的に垂直に見た時に、セパレータを構成する部材で全く覆われずに、貫通して見える部分を意味する。このような貫通孔を有するセパレータは、短絡を起こしやすく、したがって、充放電性能を著しく阻害する場合がある。

本発明において、セパレータの膜厚としては特に限定されるものではないが、電子部品の小型化を可能にする為には５０μｍ以下が好適である。ただし、５μｍ未満になると強度が非常に弱くなり、好ましくない。

次に、本発明の電子部品用セパレータの製造方法について説明する。本発明の電子部品用セパレータは、１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる上記の多孔質基材に、上記の樹脂構造体形成するための樹脂を含有する塗料を塗工した後、乾燥することによって多孔質基材の表面および／または内部に樹脂構造体を形成することによって製造することができる。

本発明の上記の方法においては、前記樹脂構造体を塗工法によってのみ形成し、塗工後の塗面に含まれる溶媒を除去する工程において、他の溶媒による溶媒置換や抽出などの手段を用いず、実質的に乾燥工程の１パスだけで多孔質の樹脂構造体を形成することができる。

また、本発明において、樹脂構造体を形成するための塗料として、樹脂構造体を形成する樹脂を実質的に溶解する溶媒（良溶媒）を少なくとも１種以上含み、かつ、上記樹脂を実質的には溶解しない溶媒（貧溶媒）を少なくとも１種以上含むものを用いることによって、多孔質樹脂構造体を形成することが可能である。多孔質フィルムを貧溶媒を用いて乾燥工程だけで作る技術は、古くから知られているが、本発明者等は、両溶媒の乾燥のしやすさや、乾燥工程における風量設定によって、膜性能が大きく変化することや、製造効率に多大な影響があることを見出した。すなわち、加熱・送風乾燥によるセパレータ性能への影響は非常に大きく、具体的には、両溶媒の沸点や蒸気圧で決まる乾燥速度、及び、両溶媒の乾燥のタイミング、送風量が非常に重要であることを見出した。本発明においては、良溶媒及び貧溶媒を用い、乾燥条件を後述のように適宜制御することにより効率的に多孔質構造体を形成することができる。塗料のハンドリング性からは、塗料粘度をある程度低くすることが重要であるため、比較的低粘度である補助的な良溶媒を、これとは異なる主たる良溶媒と併用することで塗料粘度を低減することが望ましい。このような補助的良溶媒の選択は、上記の溶媒粘度のほか、貧溶媒との乾燥バランスや、溶媒同士の共沸を考慮して選択すればよい。本発明において、補助的良溶媒は１種類に限らず複数種用いてもよく、また、実質的に樹脂を溶かさない貧溶媒でなければ、上記の選択指針によって適宜選択すればよく、いずれのものも使用できる。

良溶媒および貧溶媒としては、種々の溶剤が使用できるが、共沸や、乾燥の温度差及び蒸気圧の差が大きい組み合わせは、大径のピンホールの発生頻度を高める点で好ましくなく、また製造効率上も望ましくない。良溶媒と貧溶媒の沸点差は、５０℃以内、更に好ましくは、３０℃以内とすることが製造効率上好ましい。５０℃を超す範囲では、製造のプロセス速度があげられないほか、乾燥エネルギーが大きくなり好ましくない。また、５０℃を超す範囲では、乾燥条件を段階的に設定する場合には、プロセス方向への瞬時の条件切り替えが実質的に不可能となるために、大量生産には向いていない。

溶媒として吸湿性が高いものを用いて塗料を得る場合には、できる限り水分の混入を防ぐことが必要であり、本発明では、カールフィッシャー法による測定で水分量が０．７重量％以下、より好ましくは、０．５重量％以下のものが好ましく使用される。水分量が０．７重量％を超すと、ゲル化が早期に進み塗料の保存期間が極端に短くなったり、成膜性に悪影響を与える場合があり好ましくない。

本発明において、フィラー粒子として、ポリフッ化ビニリデン粒子を含むセパレータを作製する際には、フィラー粒子ができるだけ溶融しない温度条件が好ましいが、ポリフッ化ビニリデンを溶解する溶媒は沸点が高いものが多いために、実質的には７０〜１８０℃の加熱温度が必要となる。このため、乾燥風量を多くすることにより乾燥を早期に行いつつ、更にはプロセス速度を上げることによって、できるだけ短時間で乾燥を終了するようにすればよい。加熱温度が７０℃以下であると、乾燥効率が悪く製造効率があがらず、一方、１８０℃を超える範囲では、フィラー粒子や樹脂構造体が溶融する場合があり、多孔質樹脂構造体を形成する場合には問題となるので、上記の範囲の加熱温度が好ましい。また、一般的には、乾燥条件は段階的な設定を行い、良溶媒を先に乾燥させた後に貧溶媒を乾燥させることが多孔質樹脂構造体を作る上では好ましいが、セパレータの膜性能上は、共沸するものでなければ、両溶媒は必ずしもはっきりと分けて乾燥しなくてもよく、多孔質構造体の空隙率や、孔径の制御を適宜行いつつ乾燥条件を決定することが望ましい。本発明では、上記のように溶媒処方の組み合わせ、乾燥温度および送風量の条件を適宜選択すること等で、セパレータの電池性能へ与える負の影響を最小化することと、製造効率向上の両立が実現できる。また、本発明では、上記の如く、溶媒などにより貧溶媒や残留溶媒を除去する工程を設けることなく、塗工後に乾燥工程を一度経るだけで、セパレータに最適な多孔質膜を簡便に形成することができるので、製造効率が非常に良好なことから、安価で良質なセパレータを大量に提供することが可能となる。

本発明において、塗工に際しては、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等により塗布又はキャスティング法等を用いることができるが、多孔質基材を載置するための保持材を用いて塗工を行なうのが好ましい。保持材としては、ポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム、ガラス板等を挙げることができる。保持材には離型処理、易接着処理等の表面処理を施してもよい。これらの保持材の中でも柔軟性を有する樹脂フィルムが電子部品用セパレータの表面保護膜の機能も有するため好ましい。また、保持材として柔軟性を有する樹脂フィルムを用いた場合は、乾燥工程後、樹脂フィルムに電子部品用セパレータが保持されたままの状態の積層物を巻き取って保管・搬送することも可能となるため好ましい。

本発明のセパレータの製造方法の第１の態様においては、樹脂フィルム上に、予め１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる不織布または網状物を重ね、その上に、多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工した後、乾燥することによって、前記多孔質樹脂構造体と不織布または網状物とを一体化し、その後樹脂フィルムを除去する。また、第２の態様においては、樹脂フィルム上に、多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工して塗布層を形成した後に、１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる不織布または網状物を塗布層の上に積層し（ウェットラミネーション）、次いで乾燥して不織布または網状物と一体化した多孔質樹脂構造体を形成し、その後樹脂フィルムを除去する。

本発明においては、上記いずれの方法も好適に用いられるが、例えば多孔質基材の空隙率が大きい場合は、後者の方法が好ましい。すなわち、前者の場合は、樹脂フィルム上に多孔質基材を重ねた上に塗料を塗工するために、多孔質基材を構成する例えば繊維間の空隙に空気が残存しやすく、塗工欠点となる場合があるためである。しかしながら、前者の製法は、塗料を樹脂フィルムに塗工後、湿潤状態にある塗工面の上に多孔質基材をウェットラミネーションによって重ねる後者の方法と比べて、予め多孔質基材を樹脂フィルムと同軸に巻いておくことが可能であるため、後者のように多孔質基材を別に巻きだすための巻き出し機構が不要であり、より効率の良い製造が可能である。それ故、空隙率が比較的低く成膜性に問題のない多孔質基材を用いる場合には、前者の方法が適している。多孔質基材の空隙率は電池設計を優先して決めるべきであり、その設計要求によって多孔質基材の複合方法を適宜選択すればよい。後者の方法では、例えば多孔質基材の空隙率の大小に関わらず、塗工欠点のない均質なセパレータを製造することが可能であるが、本発明では、上記の空隙率に代表される多孔質基材の諸物性によって、製造方法を適宜選択することにより、いずれの製法でも均質なセパレータを製造することが可能である。

本発明においては、上記の多孔質基材との複合方法において、前記樹脂フィルムの物性が非常に重要である。すなわち、本発明では、多孔質構造体と樹脂フィルムとの剥離強度が０．１〜７５（ｇ／２０ｍｍ）であり、より好ましくは０．１〜４０（ｇ／２０ｍｍ）である樹脂フィルムを用いることが好ましい。剥離強度は、樹脂フィルム上に形成された多孔質樹脂構造体の端部を剥離した後、その剥離端部とこれと同じ側に位置する樹脂フィルムの端部とをテンシロンの上下のチャックにそれぞれ固定し、引っ張り強度を測定した場合に得られる引っ張り荷重の５点平均値を、試験片の幅で割った値である。

特にウェットラミネーションを用いる上記第２の態様の場合には、前記の如く多孔質基材を複合する前に樹脂フィルム上に塗料を塗工するが、剥離強度が０．１ｇ／２０ｍｍ未満のような比較的離型性が良好な樹脂フィルムでは、塗料粘度が低い場合には塗工直後の湿潤状態にある塗工面が安定せず塗料の単位面積あたりの塗布量が、塗工直後からウェットラミネーションを実施するまでの間で変動してしまい、セパレータの面方向で多孔質構造体の単位面積あたりの重量が変動してしまう。この現象は本質的には、樹脂フィルムの表面張力に由来するものである。また、これとは別に、樹脂フィルムの剥離強度が０．１ｇ／２０ｍｍ未満の場合には、乾燥工程においてセパレータが樹脂フィルムから剥離する場合があり好ましくない。一方、７５ｇ／２０ｍｍを超すような接着性が高い樹脂フィルムでは、上記のような変動は認められないが、樹脂フィルムからセパレータを効率的に剥離し取り出すことが困難となるため好ましくない。

一方、樹脂フィルム上に多孔質基材を重ねておいた上に塗工する本発明の上記第１の態様の塗工方法においては、塗料が直接的に多孔質基材上に塗工されるために塗料は塗工後において多孔質基材に絡むため流動しにくく、樹脂フィルムの剥離強度が０．１ｇ／２０ｍｍ未満の場合であっても、ウェットラミネーションを用いる上で生じる上記の重量バラツキの問題点は発生しないが、乾燥工程においてセパレータが樹脂フィルムから剥離する場合があるので、０．１ｇ／２０ｍｍ未満の場合はやはり好ましくない。一方、剥離強度が７５ｇ／２０ｍｍを超す樹脂フィルムを用いる場合には、ウェットラミネーションを使用する場合と同じく、樹脂フィルムからセパレータを効率的に剥離し取り出すことが困難となるため好ましくない。

また、上記範囲にある樹脂フィルムを用いる別の利点として、以下に述べる内容がセパレータの孔径を制御する上で重要である。すなわち、上記のいずれの複合方法においても共通するが、剥離強度を０．１ｇ／２０ｍｍに近い低い範囲に設計する場合は、樹脂フィルムの接するセパレータ面側の孔径が、塗工表層にあたるセパレータ面の孔径に比べて大きくなり、逆に７５ｇ／２０ｍｍに近く高い範囲に設計する場合は、樹脂フィルムの接するセパレータ面側の孔径が、塗工表層にあたるセパレータ面の孔径に比べて小さくなる。また、０．１ｇ／２０ｍｍ未満の場合は、樹脂面に接する側のセパレータ面の孔が閉塞する場合があり、７５ｇ／２０ｍｍを超す範囲では、塗工表層にあたるセパレータ面の孔が閉塞しやすくなる場合がある。この現象の原因は必ずしも明らかではないが、多孔質基材の表面張力が異なる材質を用いた場合でも同様の孔径の表裏非対称性が生ずることから、表面張力の強さによって生ずるものと考えられる。したがって、本発明では、電池設計からの要求から多孔質基材の材質を固定しても、その多孔質基材に複合される多孔質の表裏における孔径の対称性を、樹脂フィルムの表面性で制御することが可能となる。つまり、本発明では、従来は多孔質基材の材質によって必ずしも上記の表裏孔径の対象性が制御できなかったことに比較して、セパレータ材料としては残らない樹脂フィルムの剥離強度を設定することによって孔径の対称性を制御することができる。

本発明の電子部品用セパレータの好ましい具体例は、多孔質樹脂構造体がポリフッ化ビニリデンまたはフッ化ビニリデン共重合体等のフッ化ビニリデン樹脂を用いて形成された場合である。そのようなセパレータは次のようにして作製することができる。

すなわち、まずフッ化ビニリデン樹脂を溶媒に分散させる。溶媒としてはフッ化ビニリデン樹脂が溶解するもの（良溶媒）を選択しなければならない。良溶媒の例として、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルスルホキシド等が挙げられる。分散、溶解方法としては市販の攪拌機を使用して行うことができる。フッ化ビニリデン樹脂は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルスルホキシドに室温で容易に溶解するので、特に加熱する必要はない。その後、フッ化ビニリデン樹脂が溶解しない溶媒（貧溶媒）を更に混合する。貧溶媒としては、良溶媒より沸点の高い溶媒を選択するのが好ましい。貧溶媒の例として、フタル酸ジブチル、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等があげられる。フッ化ビニリデン樹脂の濃度としては、得るべきセパレータの特性を考慮に入れ適宜変更する必要がある。

上記の操作によって得られるフッ化ビニリデン樹脂及び貧溶媒等を溶解した塗料において、溶媒として吸湿性が高いものを用いる場合には、できる限り水分の混入を防ぐことが必要であり、本発明では、カールフィッシャー法による測定で水分量が０．７重量％以下、より好ましくは、０．５重量％以下のものが使用される。水分量が０．７重量％を超すと、ゲル化が早期に進み塗料の保存期間が極端に短くなったり、成膜性に悪影響を与える場合があり好ましくない。

上記不織布または網状物等の繊維状基材に、予め上記のフィラー粒子を含有させておき、これに上記のようにして得られた塗料を塗布する。その一例として、繊維状基材を保持材上に重ね合わせ、その繊維状基材上に、前記で得たフッ化ビニリデン樹脂及び貧溶媒等を溶解した塗料を塗布する。保持材としてはポリプロピレンやポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム、ガラス板等を用いることができる。これらの保持材の中でも柔軟性を有する樹脂フィルムが電子部品用セパレータの表面保護膜の機能も有するため好ましい。保持材として柔軟性を有する樹脂フィルムを用いた場合は、乾燥工程後、樹脂フィルムに電子部品用セパレータが保持されたままの状態の積層物を巻き取って保管・搬送することも可能となるため好ましい。

フッ化ビニリデン樹脂を繊維状基材上に塗布する方法としては、前記したディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等により塗布又はキャスティング法等を用いることができる。これにより、繊維状基材の内部にフッ化ビニリデン樹脂が含まれる。次に、塗布された繊維状基材上のフッ化ビニリデン樹脂を含む塗布層から溶媒を乾燥により蒸発させることにより、本発明の電子部品用セパレータを得ることができる。この場合、繊維状基材の内部にポリフッ化ビニリデンが含まれていると共に、繊維状基材の片面又は両面にポリフッ化ビニリデンよりなる膜状物が形成されていてもよい。本発明の電子部品用セパレータは、保持材から剥離して使用される。

また、他の方法として、上記の塗料を、例えば前記の、ポリエチレンテレフタレート繊維よりなる不織布に、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等により塗布又はキャスティング法等により塗布して、シート状の被覆物を得る。塗布により得られたシート状の被覆物から溶媒を乾燥により蒸発または揮散させることにより、多孔性のシートが形成され、本発明のセパレータを得ることができる。この場合、繊維状基材の内部にポリフッ化ビニリデンが含まれていると共に、繊維状基材の片面又は両面にポリフッ化ビニリデンよりなる膜状物が形成されていてもよい。

次に、本発明を実施例によって説明する。なお、以下の実施例において、セパレータと樹脂フィルムとが直接接しない面及び接する面の両方の孔径をバブルポイント法で測定し、両者を比較の上、孔径が小さい方を、孔径の測定値とした。厚さ方向の孔径分布は電子顕微鏡により観察した。なお、本発明における多孔質樹脂構造体の孔径は、塗料化及び乾燥条件やプレス条件を適宜選択することにより制御した。

重量平均分子量３０万のフッ化ビニリデンホモポリマーを１−メチル−２−ピロリドンに溶解し、フタル酸ジブチルを添加してフッ化ビニリデンホモポリマー成分が１５重量％になるように調整した溶液を準備した。この溶液中に含まれる水分量をカールフィッシャー法で測定したところ、０．６％であった。次にポリエチレンテレフタレートからなる樹脂フィルム面に、予め融点が２６０℃の繊維のみからなるポリエチレンテレフタレート繊維よりなる厚さ１０μｍの不織布に一次平均粒子径０．２５μｍで融点が３２０℃のＰＴＦＥ粒子を５ｇ／ｍ^２保持させておいたものを載置し、その不織布に上記溶液をキャスティング法により塗布した。次に、不織布の内部に含まれる溶液中の溶剤を熱により蒸発させ、不織布の繊維間にフッ化ビニリデンホモポリマーよりなる多孔質樹脂構造体を有する厚さが２２μｍのセパレータを作製した。なお、多孔質樹脂構造体に対する上記樹脂フィルムの剥離強度は１５ｇ／２０ｍｍであった。

この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、前記多孔質樹脂構造体の細孔は、多孔質基材である不織布の片面から他面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は繊維状基材の厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりセパレータの孔径を測定したところ１．２μｍであった。

実施例１において、多孔質基材として、融点が２０５℃のビニロン繊維だけからなる厚さ１５μｍの不織布を用いた以外は、実施例１と同様にして電子部品用セパレータを作製した。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は多孔質基材の厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ１．０μｍであった。

実施例１において、融点が２００℃のポリエチレンテレフタレートからなる樹脂フィルムの垂直方向に向かって、その樹脂フィルムの一方の面から他方の面の間に実質上遮蔽構造を有しない貫通孔だけからなる厚さ１５μｍ微多孔樹脂フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電子部品用セパレータを作製した。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は微多孔樹脂フィルムの厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ０．８μｍであった。

重量平均分子量５０万のポリメチルメタアクリレートをアセトンに溶解し、フタル酸ジブチルを添加してポリメチルメタアクリレートが１２重量％になるように調整した溶液を準備した。この溶液中に含まれる水分量をカールフィッシャー法で測定したところ、０．５％であった。この溶液を用いた以外は、実施例１と同様にして不織布と多孔質樹脂構造体が一体化した電子部品用セパレータを作製した。得られた電子部品用セパレータの厚さは２０μｍであった。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は不織布の厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ１．２μｍであった。

実施例４において、アセトンをテトラヒドロフランに変えた以外は、実施例４と同様にして電子部品用セパレータを作製した。なお、使用した溶液中に含まれる水分量をカールフィッシャー法で測定したところ、０．６％であった。この溶液を用いた以外は、実施例４と同様にして不織布と多孔質構造体が一体化した電子部品用セパレータを得た。得られた電子部品用セパレータの厚さは２１μｍであった。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は不織布の厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ０．７μｍであった。

実施例１において、多孔質樹脂構造体に対する剥離強度が２ｇ／２０ｍｍのポリエチレンテレフタレートからなる樹脂フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電子部品用セパレータを作製した。得られた電子部品用セパレータの厚さは２０μｍであった。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、前記多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は多孔質基材の厚さより小さかった。また、セパレータの保持材と接する面では孔径が大きく、一方樹脂フィルムと接しない面は孔径が小さいことを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ１．２μｍであった。

実施例１において、多孔質樹脂構造体に対する剥離強度が５５ｇ／２０ｍｍのポリエチレンテレフタレートからなる樹脂フィルムを用いた以外は、実施例１と同様にして電子部品用セパレータを得作製した。得られた電子部品用セパレータの厚さは２１μｍであった。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は多孔質基材の厚さより小さかった。また、セパレータの樹脂フィルムと接する面では孔径が小さく、一方樹脂フィルムと接しない面は孔径が大きいことを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ１．３μｍであった。

実施例１において、樹脂フィルム面上に先に溶液を塗工し、塗面が湿潤状態にあるうちに、多孔質基材をウェットラミネートして多孔質基材と多孔質樹脂構造体を一体化した以外は、実施例１と同様にして電子部品用セパレータを作製した。得られた電子部品用セパレータの厚さは２３μｍであった。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は多孔質基材の厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ１．０μｍであった。

実施例１において、不織布に予め融点が１９０℃の架橋ＰＭＭＡからなる一次平均粒子径が２μｍのフィラー粒子を２０ｇ／ｍ^２だけ保持させたものを多孔質基材として用いた以外は、実施例１と同様にして電子部品用セパレータを作製した。得られた電子部品用セパレータの厚さは２４μｍであった。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、形成された多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は多孔質基材の厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりこのセパレータの孔径を測定したところ０．８μｍであった。

実施例１において、不織布にシリカからなる一次平均粒子径が５０ｎｍのフィラー粒子を３０ｇ／ｍ^２だけ保持させたものを多孔質基材として用いた以外は、実施例１と同様にして電子部品用セパレータを作製した。得られた電子部品用セパレータの厚さは２０μｍであった。この電子部品用セパレータを電子顕微鏡で観察したところ、ピンホールなどの欠点は存在せず、多孔質樹脂構造体は、多孔質基材の片面からもう一方の面に多数の孔の繋がりによって通じており、各孔の孔径は多孔質基材の厚さより小さかった。また、セパレータの厚さ方向で孔径分布の傾斜は認められず、厚さ方向に均質な多孔質構造であることを確認した。バブルポイント法によりセパレータの孔径を測定したところ０．５μｍであった。

［比較例１］
厚さ２５μｍの融点が１８５℃のポリエチレンテレフタレート繊維よりなる不織布を比較用のセパレータとして使用した。
［比較例２］
厚さ２０μｍのポリエチレン製延伸多孔質膜を比較用のセパレータとして使用した。
［比較例３］
融点が１９０℃の架橋ＰＭＭＡからなるフィラー粒子の代わりに、融点が１２４℃からなる一次平均粒子径が２μｍのポリエチレン粒子を用いた以外は、実施例９と同様にして比較用のセパレータを作製した。

［比較例４］
実施例１において、不織布として融点が１２５℃のポリエチレン繊維だけからなる不織布を用いた以外は、実施例１と同様にして比較用のセパレータを作製した。
［比較例５］
実施例１において、不織布として融点が２６０℃のポリエチレンテレフタレート繊維と融点が１３０℃のポリエチレンテレフタレート繊維とが混在した厚さ１０μｍの不織布を用い、融点が３２０℃のＰＴＦＥ粒子の代わりに融点が１２０℃のポリエチレン粒子を８０ｇ／ｍ^２保持させた以外は、実施例１と同様にして比較用のセパレータを作製した。
上記実施例及び比較例で得られたセパレータを、リチウムイオン二次電池に使用した場合の特性を下記のように評価した。

〔耐熱寸法安定性〕
１０×１０ｃｍ^２のサイズで、厚さが５ｍｍの２枚のガラス板間に、実施例及び比較例のセパレータを５×５ｃｍ^２の正方形に切り出したサンプルを挟んだ後に、水平にしてアルミニウム製のバットに静置し、１５０℃の乾燥機に一晩放置して熱による面積変化を調べた。面積変化を、面積変化率＝（試験後の面積／試験前の面積：２５ｃｍ^２）×１００％として評価した。その結果を表１に示す。

以上の結果から、実施例の本発明のセパレータは、耐熱寸法安定性がいずれも良好であることが分かった。これに対して比較例のセパレータは、いずれも実施例に比べて劣るものであった。また、比較例１のセパレータは耐熱寸法安定性がかなり良好ではあるが、多孔質樹脂構造体が存在しないことから、若干劣る結果となったと思われる。

〔交流インピーダンス〕
上記セパレータを使用してコイン型セルを作製し、セルの交流インピーダンスを測定した。その結果を表２に示す。

上記の結果から、実施例の本発明のセパレータは、何れもイオン伝導度が優れたものであることが分かった。

〔短絡性〕
次に、短絡性の試験を行なった。２枚のステンレス板（３×３ｃｍ^２）にセパレータ（５×５ｃｍ^２）を挟みステンレス電極間に８０Ｖの電位差を設けた状態で、両電極が対向する方向から加圧して、短絡を起こす圧力を調べた。その結果を表３に示す。

上記の結果から、実施例の本発明のセパレータは、短絡し難く、セパレータとしての本来の電気絶縁性は従来のセパレータ以上の性能を有していることが明らかとなった。一方、イオン伝導性においては比較的良好な結果を得た不織布だけからなる比較例のセパレータは電気絶縁性が非常に不十分な結果となった。

以上の３種類の試験結果から、本発明の電子部品用セパレータは各特性を全て満足するものであるのに対して、比較用のセパレータは全ての特性を満足するものではなく、比較的高温域でも性能を維持すべき電気化学装置において使用されるセパレータとしては、いずれも不十分な性能であることが明らかとなった。

Claims (7)

1. １８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる多孔質基材に、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンを含む共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルを含む共重合体、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチルを含む共重合体、ポリスチレン、スチレンを含む共重合体、ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイドを含む共重合体、ポリイミドアミド、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリテトラフルオロエチレンの少なくとも１種類からなる多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工した後、乾燥することによって該多孔質基材の表面および／または内部に多孔質樹脂構造体を形成することを特徴とする電子部品用セパレータの製造方法。
2. 樹脂フィルム上に、予め１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる不織布または網状物を重ね、その上に、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンを含む共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルを含む共重合体、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチルを含む共重合体、ポリスチレン、スチレンを含む共重合体、ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイドを含む共重合体、ポリイミドアミド、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリテトラフルオロエチレンの少なくとも１種類からなる多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工した後、乾燥することによって、前記多孔質樹脂構造体と不織布または網状物とを一体化し、その後樹脂フィルムを除去することを特徴とする請求項１に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
3. 樹脂フィルム上に、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンを含む共重合体、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルを含む共重合体、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチルを含む共重合体、ポリスチレン、スチレンを含む共重合体、ポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイドを含む共重合体、ポリイミドアミド、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリテトラフルオロエチレンの少なくとも１種類からなる多孔質樹脂構造体を形成するための樹脂を含有する塗料を塗工して塗布層を形成した後に、１８０℃以上の融点を有するか、または実質的に融点を有しないフィラー粒子を含む、融点が１８０℃以上の物質からなる不織布または網状物を該塗布層の上に積層し、次いで乾燥して不織布または網状物と一体化した多孔質樹脂構造体を形成し、その後樹脂フィルムを除去することを特徴とする請求項１に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
4. 樹脂フィルムとして、多孔質樹脂構造体との剥離強度が０．１〜７５（ｇ／２０ｍｍ）であるものを用いることを特徴とする請求項２または３に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
5. 前記多孔質樹脂構造体を形成するための塗料が、多孔質樹脂構造体を形成する樹脂を溶解する良溶媒を少なくとも１種含み、かつ、前記樹脂を溶解しない貧溶媒を少なくとも１種含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
6. 前記貧溶媒を乾燥のみによって気中に除去することを特徴とする請求項５に記載の電子部品用セパレータの製造方法。
7. 前記塗料に含まれる水分量がカールフィッシャー法による測定で０．７重量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品用セパレータの製造方法。