JP5077975B2

JP5077975B2 - 電池用セパレータ

Info

Publication number: JP5077975B2
Application number: JP2004162612A
Authority: JP
Inventors: 昭彦坂井; 康宇佐見
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: JP2005343937A

Description

本発明は、電池用セパレータに関し、特に、各種電子機器等の電源として利用されるリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池用セパレーターとして好適に用いられるものである。

多数の微細連通孔を有する高分子多孔性フィルムは、超純水の製造、薬液の生成、水処
理などに使用する分離膜、衣類・衛生材料など使用する防水透湿性フィルム、あるいは電池などに使用する電池セパレータなど各種の分野で利用されている。
特に、従来、小型の二次電池は、ＯＡ、ＦＡ、家電、通信機器等のポータブル電子機器
用電源として幅広く使用されており、さらに機器に装備した場合に容積効率がよく、機器の小型化、軽量化につながることからリチウムイオン二次電池を使用したポータブル機器が増加している。
一方、大型の二次電池は、ロードレベリング、無停電電源（ＵＰＳ）、電気自動車をは
じめ、環境問題に関連する多くの分野に置いて研究開発が進められ、大容量、高出カ、高電圧、長期保存性に優れている点より、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池の用途が広がっている。

リチウムイオン二次電池の使用電圧は、通常、４．１から４．２Ｖを上限として設計さ
れている。このような高電圧では、水溶液は電気分解を起こすので電解質として使うことができない。そのため、高電圧でも耐えられる電解質として、有機溶媒を使用した所謂、非水電解質が用いられている。
非水電解質用の溶媒としては、より多くのリチウムイオンを存在させることができる高
誘電率有機溶媒が用いられ、該高誘電率有機溶媒としてポリプロピレンカーボネートやエチレンカーボネート等の有機炭酸エステルが使用されている。また、溶媒中でリチウムイオン源となる支持電解質として、６フッ化リン酸リチウム等の反応性の高い電解質を溶媒中に溶かして使用している。

リチウムイオン二次電池は、構成材料に多くの可燃性物質が使われているので、誤使用
されても発火などの事故がおこらないように種々の対策を行っている。特にセパレータは正極と負極と直接接触させて介在させるために、内部短絡の防止の点から絶縁性が要求され、かつリチウムイオンの通路となる透気性と電解質の拡散・保持機能を付与するため、異常高温時（１４０〜１６０℃）にはセパレータが溶融して、微孔が閉鎖し電池内部のイオン伝導を遮断し、その後の電池内部の温度上昇を防止できるシャットダウン機能を具備することが要求される。
この観点から、ポリオレフィン系樹脂からなる微多孔質膜がセパレータとして使用され
ている。しかし、シャットダウン後も何らかの理由で電池内部で温度の上昇が続いてセパレータの耐熱温度を超えると、セパレータが溶融し、極板間の隔離性が著しく低下するため、電池内でショートが発生する恐れがある。

上記問題に対して、ポリオレフィン系樹脂と無機粉体または無機繊維とからなる混練物
からなる耐熱性に優れた無機質含有多孔膜のセパレータが、特開平１０−５０２８７号（特許文献１）で提供されている。
しかし、ポリオレフィン系樹脂と無機粉体を素材としてセパレータ用の多孔性フィルム
を製造する際、上記ポリエチレン樹脂と無機粉体に可塑剤を混合し、この混合物をシート状に成形する一次加工、該シートを延伸・圧延等して空孔を設ける二次加工を行った後に、配合している可塑剤を有機溶媒で抽出除去する工程が必要となり、この抽出工程で多量の有機溶剤等を使用すると共に工程数が増加し、生産性が悪い問題がある。

また、特開２００１ー１６４０１５号（特許文献２）には、ポリプロピレン系樹脂、充
填剤及びアミド系可塑剤からなる多孔性フィルムが提供されている。
しかしながら、ポリプロピレンのみを主体とすると、ポリプロピレンは融点が高く異常
高温時での閉塞が困難で、シャットダウン機能を期待できない。よって、大容量の電池システム用のセパレータとしては使用可能であるが、民生用電池のセパレータとしては使用されていなのが現状である。

さらに、特開２００３−８２１３９（特許文献３）には、高密度ポリエチレン樹脂、炭
酸カルシウム等からなる充填剤、分子量２００〜５００の脂肪族炭化水素または高級アルコール等の低分子量化合物の可塑剤とからなる樹脂組成物の混練物からシートを成形し、該シートを延伸して形成する多孔性フィルムが提供されている。
しかしながら、本発明者が生産機レベルで追試した結果、連続的に製造することは困難
であり、また厚み精度も目的とする精度を制御して得ることができない。原因として特に二軸延伸を行う場合は高密度ポリエチレンのみでは延展性が悪いという問題点が挙げられる。延展性がわるいと、製造される多孔性フィルムからなるセパレータは、その厚み精度が低くなり均一な厚にならない。その場合、円筒形、菱形または扁平形等の巻芯を用いて正極、セパレータおよび負極を重ねて渦巻状に捲回する際、所定のサイズに収めることができず、電池缶に収容出来きず、巻き込み不良が発生し易くなる問題があった。さらに、収容できても局所的に圧力がかかり短絡が発生しやすい場合がある。

さらに、前記特許文献１〜３のいずれの多孔性フィルムからなるセパレータも、いずれ
もオレフィン樹脂の強度、剛性が低いため、巻回時に裂けやすく、安定した状態で高速で電池が組み立てることができない等の問題がある。
特開平１０−５０２８７号公報特開２００１−１６４０１５公報特開２００３−８２１３９号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、特に、強度、剛性を備え、セパレータとして巻回工程で裂けにくく、連続生産性が良い多孔性フィルムを提供するものである。さらに、リチウムイオン二次電池等の非水電解質電池のセパレータとして用いた場合に電解質に対して耐性が良好であり、しかも、異常高温時におけるシャットダウン機能を備えると共に、延展性がよく厚さ精度が高く均一な厚さとできる電池用セパレータを提供することを課題としている。

本発明者は、上記課題を解決するために、種々の材料について、フィルムの強度、剛性
が大きく、非常に薄くしても裂けにものとするため研究、実験を繰り返した結果、融点の相違する樹脂の組み合わせが最適であると知見した。

上記知見に基づき、本発明は、密度０．９４ｇ／ｃｍ³以上の高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）と、
エチレンプロピレンランダム共重合体からなるポリプロピレン樹脂（Ｂ）と、
平均粒径が０．１〜２５μｍの無機フィラーからなる充填剤（Ｃ）と、
０℃で液体もしくは固体の可塑剤（Ｄ）としてエチレンカーボネートとを含み、
上記高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）１００質量部に対して上記ポリプロピレン樹脂（Ｂ）が１〜５０質量部であり、上記高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）と上記ポリプロピレン樹脂（Ｂ）の合計１００質量部に対して上記充填剤（Ｃ）が５０質量部以上４００質量部以下、上記可塑剤（Ｄ）が１質量部以上３０質量部以下である樹脂組成物からなるフィルムで、延伸により上記充填剤（Ｃ）を起点とする空孔が設けられている多孔性フィルムからなり、
厚さが平均５μｍ以上４０μｍ以下、透気度が５０〔ｓｅｃ／１００ｃｃ〕以上５００〔ｓｅｃ／１００ｃｃ〕以下、厚みの振れが前記平均厚さの±１０％以上１８％以下、シャットダウン温度が１４０℃未満、破膜温度が１５０℃以上である電池用セパレータを提供している。

上記のように樹脂成分として融点が２０℃以上相違する上記密度０．９４ｇ／ｃｍ³以上の高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）とエチレンプロピレンランダム共重合体からなるポリプロピレン樹脂（Ｂ）を用いることで、電池用セパレータとして用いる場合、熱閉塞温度（シャットダウン温度）をあまり上げずにピンホール発生温度を引き上げ、より安全性の高いセパレータを提供できるようにしている。

上記樹脂を高密度ポリエチレン樹脂とすると、ポリエチレン樹脂自体を高密度とするこ
とで、強度、剛性を高めて薄いフィルムとした場合にも裂けにくくすることができ、加工時におけるハンドリング性を高めることができると共に、シャットダウン機能も高めることができる。

上記高密度ポリエチレン樹脂の密度を０．９４０ｇ／ｃｍ^３以上としているのは、例え
ば、厚さ５μｍ〜４０μｍ程度の薄肉としても、容易に裂けない所要の強度、剛性を付与するためであり、より好ましくは０．９５ｇ／ｃｍ^３で、上限は０．９７ｇ／ｃｍ^３である。該高密度ポリエチレンは、メルトフローレートが１ｇ／１０分以下、好ましくは０．６ｇ／１０分以下、よりこのましくは０．１ｇ／１０分以下である。メルトフローレートが１ｇ／１０分より大きいと３倍以上の延伸が難しくなり、得られる多孔性フィルムの強度が低下する。なお、下限は０．０１ｇ／１０分である。

上記高密度ポリエチレン樹脂としては、具体的にホモポリマーポリエチレンあるいはａ
−オレフィンコモノマー含量が２モル％以下のコポリマーポリエチレンが好ましく、フィルムの剛性を高めるためにの点から、０．９５ｇ／ｃｍ^３以上のホモポリマーポリエチレンが最も好ましい。
ポリエチレンの重合触媒には制限は無く、チーグラー型触媒、フィリップス触媒、カミ
ンスキー型触媒等いずれのものでも高密度ポリエチレンに適合する。重合については一段重合、二段重合、もしくはそれ以上の多段重合等があり、いずれの方法でもよい。

また、上記ポリプロピレン樹脂（Ｂ）としては、融点の温度が１４０℃以上であるエチレンプロピレンランダム共重合体を用いている。

上記高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）とポリプロピレン樹脂（Ｂ）との配合比は、樹脂Ａ、Ｂの種類および得られる多孔性フィルムの用途または物性により選択されるが、上記樹脂（Ａ）１００質量部に対して、樹脂（Ｂ）が１〜５０質量部である。

第３成分として配合する上記充填剤（Ｃ）は、好ましくは、硫酸バリウムまたは炭酸カルシウムからなり、平均粒径が０．１〜２５μｍ、好ましくは０．５〜５μｍのフィラーである。
平均粒径を上記０．１〜２５μｍの範囲としているのは、０．1μｍ未満の場合には、充
填剤同士の凝集により分散性が低下して延伸むらを引き起こすとともに、熱可塑性樹脂と充填剤との界面の接触面積が増大して、延伸による界面剥離が難しく、多孔化が困難になりやすいからである。一方、平均粒径が２５μｍを超えると、フィルムを薄くすることが困難となるのに加え、フィルムの機械的強度が低下することに因る。

上記充填剤（Ｃ）としては、無機系及び有機系のいずれ充填剤も使用出来、１種又は２
種以上を組み合わせて使用出来る。
無機充填剤の例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムなどの炭
酸塩、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどの塩化物、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、シリカ等の酸化物のほか、タルク、クレー、マイカなどのケイ酸塩等が挙げられる。これらの中でも、硫酸バリウムが最も好ましい。
前記した理由より、本発明で用いるフィラーからなる充填剤としては、平均粒径０．１〜２５μｍの硫酸バリウムあるいは炭酸カルシウムが最も好適に用いられる。

また、上記無機充填剤は樹脂中の分散性向上のため、表面処理剤で無機充填剤の表面を
被覆して疎水化してもかまわない。この表面処理剤としては例えば、ステアリン酸、ラウリル酸等の高級脂肪酸またはそれらの金属塩を挙げることができる。

上記樹脂成分（Ａ）と（Ｂ）の合計１００質量部に対して、充填剤（Ｃ）の配合比は、５０〜４００質量部である。
充填剤（Ｃ）を上記配合比としているのは、充填剤が５０質量部未満の場合、目的とする良好な透気性が発現されにくくなり、外観、風合いも悪くなり易いからである。一方、充填剤が４００質量部を超えるとフィルム成形の際に、樹脂焼けなど工程上の不具合を起こしやすくなるだけでなく、フィルム強度も大幅に低下し、セパレータとして巻回時に裂けやすくなりハンドリング性が低下することによる。
より好ましくは、樹脂成分１００質量部に対し、充填剤（Ｃ）は５０〜３００質量部で
ある。

上記樹脂（Ａ）と（Ｂ）、充填剤（Ｃ）の原料を混合溶融した時に樹脂成分への充填剤（Ｃ）の分散性を向上させる目的で、０℃で液体もしくは固体の可塑剤（Ｄ）を配合し、４成分を必須としている。

本発明においては、リチウム二次電池用セパレータとする場合、有機溶媒からなる電解質に対して耐性を有するエチレンカーボネートを主体とする可塑剤を用いている。

上記可塑剤の配合比は上記樹脂成分（Ａ）と（Ｂ）の合計１００質量部に対して１質量部以上３０質量部以下としている。より好ましい配合比は、上記（Ａ）＋（Ｂ）１００質量部に対し１〜２０質量部である。
上記範囲としているのは、可塑剤の配合比が１質量部未満であると、目的とする良好な延伸性が発現されにくくなり、外観および風合いも悪くなりやすい。一方、可塑剤の配合比が３０質量部を超えるとフィルム成形の際に樹脂焼けなど工程上の不具合を起こしやすくなるためである。

さらに、本発明の多孔性フィルムでは、一般に樹脂組成物に配合される添加剤、例えば
、酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、スリップ剤、着色剤等を、多孔性フィルムの特性を損なわない程度の範囲で配合してもよい。
具体的には、前記「プラスチックス配合剤」のＰ１５４〜Ｐ１５８に記載されている酸
化防止剤、Ｐ１７８〜Ｐ１８２に記載されている紫外線吸収剤、Ｐ２７１〜Ｐ２７５に記載されている帯電防止剤としての界面活性剤、Ｐ２８３〜２９４に記載されている滑剤が必要に応じて適宜に配合される。

本発明の多孔性フィルムは、前記したように、上記樹脂組成物の溶融混練物をフィルムとして成形加工し、成形されたフィルムを延伸することにより充填剤を起点として空孔を設けている。該多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いる場合には、平均厚みが５μｍ以上４０μｍ以下で且つ厚みの最大値と最小値とが平均厚みの±１０〜１８％とする。
平均厚みを５〜４０μｍとしているのは、厚みが５μｍ未満であるとフィルムが破れやすくなり、４０μｍを越えると電池用セパレータとして所定の電池缶に捲回して収納する際、電池面積が小さくなり、ひいては電池容量が小さくなる。平均厚みは、より好ましくは１０〜３０μｍ程度である。厚みの振れ（厚み精度）を平均厚みの±１０〜１８％としているのは、この値を越えると、捲回した時に部分的に圧力がかかり、電池用セパレータとして用いたときに絶縁性が低下するからである。

なお、上記多孔性フィルムの平均厚みは、１／１０００ｍｍのダイアルゲージにて面内
を不特定に３０箇所測定し、その平均を算出して得られる値である。また、厚みの最大値とは前記３０箇所の測定値のうち最も大きい値をいい、厚みの最小値とは前記３０箇所の測定値のうち最も小さい値をいう。厚みの振れとは、式；｛（最大厚みまたは最小厚み−平均厚み）／平均厚み｝×１００（％）により算出される値である。

本発明では充填剤（Ｃ）を、樹脂成分（Ａ）＋（Ｂ）の合計１００質量部に対し、５０〜４００質量部と比較的大量に充填しており、充填剤（Ｃ）の配合が少ない場合もしくは充填剤が配合されていない場合と比較して強度が比較的低くなるため、厚みと厚み精度を十分に制御することが重要となる。
多孔性フィルムの厚さは、上記樹脂（Ａ）、（Ｂ）、充填剤（Ｃ）および可塑剤（Ｄ）の種類もしくは配合量、延伸条件（延伸倍率、延伸温度等）によって自由に調整できる。

本発明の多孔性フィルムは例えば下記の方法で製造している。
まず、各成分をヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、タンブラー型ミキサー等の粉
体混合機で混合する。このとき、ポリエチレン、ゴム成分はパウダーあるいはペレット状、充填材はパウダー、可塑剤はパウダー、延伸補助財はペレット状に予めしておくことが好ましい。
ついで、１軸あるいは２軸混練機、ニーダー等で加熱混練する。その後、ペレット化し
て成膜工程に移行しても良いし、ペレット化せずに直接成型機で製膜してもよい。このペレットはサイロ、ホッパーフレコン等の原料を保存する設備、容器に一時的に保存しておいても良い。

本発明では、通常、上記ペレットの水分率が１０００ｐｐｍ以下、好ましくは７００ｐ
ｐｍ以下にして溶融成形してフィルム化している。ペレットの水分が１０００ｐｐｍより大きいとゲル、ピンボールが極度に発生して好ましくないためである。一方、溶融混合物をペレット化せずに直接成膜工程にもって行く場合も溶融混合物の水分率が１０００ｐｐｍ以下となるように溶融混練工程から成膜工程までの途中で真空脱気もしくは解放脱気を行うことが好ましい。

その後、樹脂（Ａ）（Ｂ）の融点以上、好ましくは融点＋２０℃以上で分解温度未満の
温度条件下において押出成形機等を用いて溶融、成膜することによりフィルム（原反シート）を得ている。成膜方法としては、具体的にはＴダイ成形、カレンダー成形、プレス成形等が挙げられる。このようにして成形されるフィルム（原反シート）の厚さは延伸性等を損なわない範囲で適時選択できるが、０．０２〜２ｍｍの範囲内が好ましい。

上記成形された樹脂フィルム（原反シート）をロール延伸、テンター延伸、同時２軸延
伸、圧延等の方法により、少なくとも１軸方向に延伸（１軸延伸）、好ましくはフィルム長手方向（縦方向）と直交する横方向の２軸方向に延伸（２軸延伸）する。かかる延伸処理は、上記樹脂の軟化点（ＪＩＳＫ６７６０による測定値）付近で行うことが好ましい。上記延伸により樹脂と充填剤との界面を剥離させることにより多数の空孔を設けることができる。なお、開孔径を安定させるために延伸後に熱処理してもよい。

上記延伸工程における延伸方法、延伸倍率は、延伸時のフィルムの破れ、得られるフィ
ルムの透気度またはフィルムの硬さ等に対応させて適宜選択すればよいが、２軸方向に延伸することが、引裂き性の面から好ましい。具体的には、例えば２軸延伸の場合、縦横方向の延伸倍率は少なくとも一方向が１．５倍以上、好ましくは縦横方向の各延伸倍率が２倍以上である。

上記多孔性フィルムの延伸により形成される空孔は、三次元網状としフィルムの両面開
口に連通させ、電池用セパレータとする場合には、気体または水蒸気は透過可能とし、液滴は透過不可としている。詳細には空孔径は０．３μｍ以下とすることが好ましく、１００〜３０００μｍの水滴は透過させず０．０００４μｍ程度の水蒸気は透過可能としている。より具体的には、本発明の多孔性フィルムは、その透気度が５０〜５００（ｓｅｃ／１００ｃｃ）としている。１００〜５００（ｓｅｃ／１００ｃｃ）であることがより好ましく、１００〜３００（ｓｅｃ／１００ｃｃ）であることがさらに好ましい。
透気度を５０〜５００（ｓｅｃ／１００ｃｃ）としているのは、５０（ｓｅｃ／１００
ｃｃ）未満とすると、電解質の含浸性・保持性が低下して二次電池の容量が低くなったり、サイクル性が低下したりする恐れがある。一方、透気度が５００（ｓｅｃ／１００ｃｃ）を超えると、イオン導電性が低くなり非水電解質電池用セパレータとして用いた場合に十分な電池特性を得ることができない。
なお、上記透気度（ガーレ値）はＪＩＳＰ８１１７に準拠して透気度（ｓｅｃ／１０
０ｃｃ）を測定している。

本発明の多孔性フォルムを電池用セパレータとして用いる場合、通常、本発明の多孔性
フォルムを正極と負極との間に介在させ渦巻状に捲回して電池缶内に収納する。
本発明においては、このときの巻き込み不良率が１０％以下、好ましくは５％以下であ
る。巻き込み不良率が１０％以下であると、電池組立て工程においてハンドリング性が良好で不良品の発生率も少ないなど工業的な生産により適している。なお、巻き込み不良率は後述する実施例に記載の方法で測定する。
さらに、本発明のフィルムは初期の特定長さに対して１０ｍｍ以上長くならない、即ち
、伸びを抑制でき、その結果、電極間でショートを発生させない所要の厚みに保持でき、巻き込み特性に優れたものとなる。

さらに、本発明の多孔性フィルムからなる非電解質電池セパレータを収容している非水
電解質電池は、安全性の観点から高温（１４０〜１６０℃）状態になるとセパレータに開孔された微細な孔を閉塞し、その結果電池内部のイオン伝導を遮断し、その後の電池内部の温度上昇を防止できるシャットダウン機能が要求される。この機能の指標として、本発明の非水電解質電池は昇温後の絶縁不良率を５％未満とし、より好ましくは１％以下を達成できるようにしている。なお、昇温後の絶縁不良率は後述する実施例に記載の方法で測定する。

上述した如く、本発明の多孔性フィルムは、高密度ポリエチレン樹脂とポリプロピレン
樹脂とからなる融点が相違する２種類の樹脂を用いているため、非水電解質電池セパレータに用いられた際にシャットダウン温度をあまりあげずに、ピンホール発生温度を引き上げることにより安全性の高い電池用セパレータを提供することができる。よって、電池用セパレータとして巻回する際、裂けにくく巻き込み加工が容易で生産性を高めることができると共に、巻き込み後においても電極の間の所要の厚さで介在し、絶縁性を高めることができる。かつ、リチウム二次電池の非水電解質からなる有機溶媒に対して耐性のよい樹脂を配合することで、セパレータの劣化および電解質の保持を図ることができる上、延展性が良くなり、延伸時において厚み精度が高まり、均一な厚さのフィルムを得ることができる。
よって、電池用セパレータとして正極板と負極板の間に介在させて渦巻き状に巻回して
電池缶内に収容したとき、セパレータに局部的に負荷がかかることを抑制でき、その結果セパレータの破損等が防止でき絶縁性を確実に保持することができる。かつ、セパレータの厚さを５〜４０μｍと薄くしているため電池缶内への正極板および負極板の充填量を増加でき、電池容量を高めることができる。

さらに、本発明で用いる多孔性フィルムは、適性な透気性を保持する微細孔構造を持たせるために延伸法を採用しており、製造コストを低廉化できる。
そのうえ、本発明の多孔質フィルムの物性は、樹脂、充填剤および可塑剤の配合量や種類、延伸条件（延伸倍率、延伸温度等）によって自由に調整できる。そのため、該条件等を種々変化させることにより、用途に応じた所望の物性の多孔性フィルムを得ることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
図１は多孔性フィルムの断面模式図であり、多孔性フィルム１は三次元網状の空孔１ａを備え、該空孔１ａは多孔性フィルムの両面１ｂ、１ｃに連通し、多孔性フィルムの透気度は５０〜５００［ｓｅｃ／１００ｃｃ］の範囲内としている。
多孔性フィルム１の厚さは５〜４０μｍ、かつ、厚みの振れを平均厚さの±１０〜１８％としている。

上記多孔性フィルムは、高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）とエチレンプロピレンランダム共重合体からなるポリプロピレン樹脂（Ｂ）とを用いている。高密度ポリエチレン樹脂は密度０．９５ｇ／ｃｍ³以上で且つメルトフローレートが１ｇ／１０分以下であり、融点は１３５℃である。

充填剤（Ｃ）として、粒径０．１〜２５μｍの硫酸バリウムを用い、可塑剤として融点
が２５℃以上且つ沸点が１４０℃以上で、２５℃での動粘度が１０００００ｍｍ^２／Ｓ未満である可塑剤（本実施形態ではエチレンカーボーネートを主成分とする可塑剤）を用いている。

上記樹脂の配合比は、高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）１００質量部、ポリプロピレン樹
脂（Ｂ）を１〜５０質量部、充填剤は樹脂成分（Ａ＋Ｂ）１００質量部に対して１００〜１５０質量部、可塑剤は５〜１０質量部としている。

上記原料を混合、混練して充填剤を樹脂中に分散させている。この混練物を所要温度で加熱して溶融した後、Ｔダイで成形してフィルムを成形している。得られたフィルムの厚さは０．０２〜２ｍｍとしている。
このフィルムを少なくとも１軸方向に１．５倍以上延伸している。本実施形態では、まず、フィルムの長手方向（縦方向）に延伸し、ついで、長手方向と直交方向（横方向）に延伸している。
上記縦・横方向の２軸延伸で、図２に示すように、樹脂（Ａ）（Ｂ）からなる樹脂１１中に充填剤１２が分散されているフィルム１０は、樹脂１１と充填剤１２との界面で剥離が生じ、この剥離した部分を空孔１ａとして、多孔性フィルム１を得ている。其の際、多孔性フィルム１の厚さは前記したように５〜４０μｍで、厚さの振れが±１０〜１８％となっている。
上記多孔性フィルム１は、連続材からなるフィルム１０を連続的に２軸延伸することで、連続材として得られ、コイル状に巻き取っている。

得られた多孔性フィルム１を、本実施形態では、所要長さに切断して非水電解質電池用
のセパレータ１’としている。
セパレータ１’は図３に示す円筒型のリチウム二次電池２０の内部に、正極板２１と負
極板２２との間に介在させて渦巻き状に巻回して収容している。

本発明の多孔性フィルムをセパレータとして収容するリチウム二次電池について詳細に
説明する。

詳しくは、電解質としては、例えば、リチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解
した電解質が用いられる。有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、たとえば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、プチレンカーボネート、γ−プチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸プチルなどのエステル頼、アセトニトリル等のニトリル頼、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジメトキシメタン、ジメトキシプロパン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、２一メチルテトラヒドロフラン、４−メチルー１，３一ジオキソランなどのエーテル類、さらにはスルフオランなどの単独、もしくは二種類以上の混合溶媒が使用できる。

本実施形態では、電解質はエチレンカーボネートが１質量部に対してメチルエチルカー
ボネートを２質量部の混合溶媒中にＬ１ＰＦ６を１．４モル／リットルの割合で溶解した電解質を調整している。

負極としてはアルカリ金属またはアルカリ金属を含む化合物をステンレス銅製網などの
集電材料と一体化したものが用いられる。その際、アルカリ金属として、例えばリチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられる。
上記アルカリ金属を含む化合物としては、例えばアルカリ金属とアルミニウム、鉛、イ
ンジウム、カリウム、カドミウム、スズ、マグネシウムなどの合金、さらにはアルカリ金属と炭素材料との化合物、低電位のアルカリ金属と金属酸化物、硫化物との化合物などが挙げられる。
負極に炭素材料を用いる場合、炭素材料としては、リチウムイオンをドープ、脱ドープ
できるものであればよく、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などを用いることができる。

本実施形態では、負極板２２は、平均粒径１０μｍの炭素材料を、フッ化ビニリデンを
Ｎ−メチルピロリドンに溶解させた溶液と混合してスラリーにした。この負極合剤スラリーを７０メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ１８μｍの帯状の銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥し、その後、ロールプレス機により圧縮成形し切断し、帯状の負極板としている。

正極としては、例えばリチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマ
ンガン酸化物、二酸化マンガン、五酸化バナジウム、クロム酸化物、などの金属酸化物、二硫化モリブデンなどの金属窒化物などが活物質として用いられる。これらの正極活物質に導電助剤やポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤などを適宜添加した合剤を、ステンレス銅製網などの集電材料を芯材として成形体に仕上げたものが用いられる。

本実施形態には、正極板２１は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）に導電助剤
としてリン状黒鉛を重量比９０：５で加えて混合し、この混合物と、ポリフッ化ビニリデンをＮ−メチルピロリドンに溶解させた溶液とを混合してスラリーにした。この正極合剤スラリーを７０メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥し、その後、ロールプレス機により圧縮成形した後、切断し、帯状の正極板としている。

上記正極板２１、負極板２２の両極をセパレータ１’を介して互いに重なるようにして
、渦巻き状に捲回し、巻き止めテープで外側を止めて捲回体としている。この渦巻き状に巻回する際、セパレータ１’は厚さが５〜３０μｍである。

上記正極板２１、セパレータ１’および負極板２２を一体的に巻き付けた捲回体を有底
円筒状の電池ケース内に充填し、正極及び負極のリード体２４、２５と溶接している。上記巻回した正極板２１、セパレータ１’および負極板２１を電池ケース内に収容し、ついで、上記電解質を電池缶内に注入し、セパレータ１’などに十分に電解質が浸透した後、電池缶の開口周縁にガスケット２６を介して正極蓋２７を封口し、予備充電、エージングを行い、筒型の二次リチウム電池を作製している。

上記多孔性フィルム１からなるセパレータは、絶縁性を有するため、両面に直接接触す
る正極板２１と負極板２２との短絡を防止し、リチウムイオンは空孔１ａを透過する一方、液は透過させないため、電解質の拡散・保液を図ることができる。

本発明の多孔性フィルムからなる実施例と、比較例の下記の表１に原料および配合比と
してフィルムを作製し、記載の延伸方法で多孔性フィルムを作製して、透気度、巻き込み不良率（裂け易さ）、巻取特性、絶縁性を測定した。
表中、樹脂は高密度ポリエチレンと熱可塑性エラストマーとの合計（質量部）／充填剤
（質量部）を示す。

「参考実施例１」
高密度ポリエチレン［日本ポリケム製ＨＹ４３０Ｐ、密度：０．９５５ｇ／ｃｍ³、
メルトフローレート：０．８ｇ／１０ｍｉｎ］９０質量部、ホモポリプロピレン［日本ポリケム製ＦＬ６ＣＫ、密度：０．９１ｇ／ｃｍ³、メルトフローレート：２．４ｇ／１０ｍｉｎ］１０質量部に、充填剤として平均粒径０．６６μｍの硫酸バリウム［堺化学社製Ｂ−５５］１５０質量部、可塑剤としてグリセリントリステアレート［和光純薬工業社製試薬融点７２℃、１４０℃１時間加熱後の重量減少が１．１％］５質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。次に、温度２００℃でＴダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均１００μｍであった。
次に得られた原反シートを１軸延伸し、８０℃でシートの長手方向（ＭＤ）に５．０倍延伸を行い、多孔性フィルムを得た。該多孔性フィルムの厚み平均は１４μｍ、厚み振れは±１５％、透気度は２１０ｓｅｃ／１００ｃｃとした。

「実施例１」
高密度ポリエチレン［日本ポリケム製ＨＹ４３０Ｐ、密度：０．９５５ｇ／ｃｍ³、
メルトフローレート：０．８ｇ／１０ｍｉｎ］７５質量部、エチレンポリプロピレンランダム共重合体［日本ポリケム製ＥＧ７Ｅ、密度：０．９１ｇ／ｃｍ³、メルトフローレート：１．３ｇ／１０ｍｉｎ］２５質量部に、充填剤として硫酸バリウム［堺化学社製Ｂ−５５］１３０質量部、可塑剤としてエチレンカーボネート［和光純薬工業社製試薬融点３９℃ 沸点２３８℃］１０質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。次に、温度２００℃でＴダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均１００μｍであった。
次に得られた原反シートを１軸延伸し、８０℃でシートの長手方向（ＭＤ）に５．０倍延伸を行い、多孔性フィルムを得た。該多孔性フィルムの厚み平均は２０μｍ、厚み振れは±１８％、透気度は１６０ｓｅｃ／１００ｃｃとした。

「参考実施例２」
高密度ポリエチレン［日本ポリケム製ＨＹ４３０Ｐ、密度：０．９５５ｇ／ｃｍ³、
メルトフローレート：０．８ｇ／１０ｍｉｎ］９５質量部、エチレンポリプロピレンブロック共重合体［日本ポリケム製ＥＣ７、密度：０．９１ｇ／ｃｍ³、メルトフローレート：１．５ｇ／１０ｍｉｎ］５質量部に、充填剤として硫酸バリウム［堺化学社製Ｂ−５５］１００質量部、可塑剤としてエチレンビスステアリン酸アミド［日本油脂社製アルフローＨ−５０Ｌ融点１１４℃ １４０℃１時間加熱後の重量減少が０．２％］７質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。次に、温度２００℃でＴダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均１００μｍであった。
次に得られた原反シートを１軸延伸し、８０℃でシートの長手方向（ＭＤ）に５．０倍延伸を行い、多孔性フィルムを得た。該多孔性フィルムの厚み平均は２２μｍ、厚み振れは±１０％、透気度は３００ｓｅｃ／１００ｃｃとした。

「比較例１」
高密度ポリエチレン［日本ポリケム製ＨＹ４３０Ｐ、密度：０．９５５ｇ／ｃｍ^３、
メルトフローレート：０．８ｇ／１０ｍｉｎ］１００質量部に、硫酸バリウム［堺化学社製Ｂ−５５］１５０質量部、可塑剤としてグリセリントリステアレート［和光純薬工業社製試薬融点７２℃ １４０℃１時間加熱後の重量減少が１．１％］５質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。次に、温度２００℃でＴダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均１００μｍであった。
次に得られた原反シートを１軸延伸し、８０℃でシートの長手方向（ＭＤ）に５．０倍
延伸を行い、多孔性フィルムを得た。該多孔性フィルムの厚み平均は１６μｍ、厚み振れは±１０％、透気度は１９０ｓｅｃ／１００ｃｃとした。

「比較例２」
高密度ポリエチレン［日本ポリケム製ＨＹ４３０Ｐ、密度：０．９５５ｇ／ｃｍ^３、
メルトフローレート：０．８ｇ／１０ｍｉｎ］８５質量部に、線状低密度ポリエチレン［日本ポリケム製ＵＦ２３０、密度：０．９２１ｇ／ｃｍ^３、メルトフローレート：１．１ｇ／１０ｍｉｎ］１５質量部に、硫酸バリウム［堺化学社製Ｂ−５５］１００質量部、可塑剤としてエチレンビスステアレート酸アミド［日本油脂社製アルフローＨ−５０Ｌ融点１１４℃ １４０℃１時間加熱後の重量減少が０．２％］７質量部をブレンドしてコンパウンドを行った。次に、温度２００℃でＴダイ成形を行い原反シートを得た。原反シートの厚みは平均１００μｍであった。
次に得られた原反シートを１軸延伸し、８０℃でシートの長手方向（ＭＤ）に５．０倍
延伸を行い、多孔性フィルムを得た。該多孔性フィルムの厚み平均は２４μｍ、厚み振れは±８％、透気度は１８０ｓｅｃ／１００ｃｃとした。

上記多孔性フィルムの厚みは、１／１０００ｍｍのダイアルゲージにて面内の厚みを不
特定に３０箇所測定し、その平均値を算出した。
また厚み精度（厚み振れ）は上記測定方法で測定した３０箇所の測定値のうち最も大き
い値（最大厚み）、最も小さい値（最小厚み）および算出された平均値から次式に基づき厚み振れを算出した。なお、次式で算出される値のうち大きい方を記載した。
（最大厚み−平均厚み）／平均厚み×１００（％）
（最小厚み−平均厚み）／平均厚み×１００（％）
透気度はＪＩＳＰ８１１７に準拠して、通気度（秒／１００ｃｃ）を測定した。

実施例１、参考実施例１、２および比較例１、２の多孔性フィルムを電池用セパレータとして用いた場合における電池に装着する時の巻き込み不良率、巻き取り特性、絶縁性を測定した。

（シャットダウン温度の測定）
多孔性フィルムを１００ｍｍφの穴をあけたアルミ板に挟み、オーブン中に２分間放置
後、透気度を測定した。３０００秒／１００ｃｃ以上となるオーブン温度をシャットダウン温度とする。
この温度が１４０℃より高いと、電池として組み込んだ場合、充放電時異常に温度が上
がっても多孔性フィルムの透過性が落ちないため、発煙、発火の危険性がある。

（破壊温度の測定）
多孔性フィルムを１００ｍｍφの穴をあけたアルミ板に挟み、オーブン中に２分間放置
後、フィルムに０．１ｍｍ以上の破れが生じた温度を破壊温度とする。
この温度が１５０℃よりも低いと、セパレータがシャットダウンして電池として作動し
なくなった後も温度が下がりきれず、更に温度が上がった場合、フィルムに孔が空き再度電気が流れるようになり、爆発する危険性がある。

（巻き込み不良率の測定）
長さ５０ｃｍ、幅５９ｍｍ正極板と負極板を用い、上記実施例および比較例の多孔性フ
ィルムからなるセパレータを２枚用い、該セパレータ２枚と上記正極板と負極板とを交互に重ね、正極板に３．９２Ｎ／ｃｍ、負極板に３．９２Ｎ／ｃｍ、セパレータに０．２９Ｎ／ｃｍの力をかけ、直径４ｍｍでセパレータを２枚分挟めるようなスリットを入れてある金属製の巻芯を用いて、この巻芯に巻き付けるように捲回した。終了後金属製巻芯を引きぬいた。
上記巻き込み電極群を１００個作り、セパレータが裂けているものの数を確認した。セ
パレータが裂けているものの数をｘとし、捲回不良率をｘ％とした。

（昇温後の絶縁性）
上記巻き込み電極群１００個を速度１０℃／ｍｉｎで昇温させ、６０℃のオーブンに１
時間入れ、正負電極間の絶縁抵抗を測定し、１ＭΩ以下となった数を数え、％で表示した。この比率が大きく絶縁抵抗が大きく低下すると、実際の電池として組みつけた場合に、急激に内部で電流が流れ、温度が上昇してセパレータのシャットダウン機能が働かないものとなる。

表１に示すように、実施例１、参考実施例１、２、比較例１、２はいずれも厚みの振れが±２５％以下であり、シャットダウン温度も１３８℃以下であるが、破膜温度が実施例１、参考実施例１、２は１５０℃であったが、比較例１、２は１５０℃未満であった。よって、実施例１、参考実施例１、２はセパレータがシャットダウンして電池として作動しなくなった後の爆発の危険性はない。さらに、巻回不良率も実施例１、参考実施例１、２は３〜７％と非常に低いのに対して、比較例１、２は不良率が１５％を越えていた。さらに、昇温後の絶縁不良率も実施例１、参考実施例１、２は１％以下であるのに対して、比較例１、２は３〜５％で絶縁性の点で劣っていた。

本発明に係る多孔性フィルムは、包装用、衛生用、畜産用、農業用、建築用、医療用、
分離膜、光拡散板用、電池用セパレータ等の多岐の用途に利用できるが、特に、非水電解質電池のリチウム二次電池のセパレータとして好適に使用でき、良好な非水電解質電池が得られる。

上記多孔性フィルムの断面模式図である。延伸による孔が形成される方法を示す説明図である。電池内でのセパレータを示す一部破断斜視図である。

符号の説明

１多孔性フィルム
１ａ空孔
１’セパレータ
１０フィルム
１１樹脂
１２充填剤
２０電池
２１正極板
２２負極板

Claims

密度０．９４ｇ／ｃｍ³以上の高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）と、
エチレンプロピレンランダム共重合体からなるポリプロピレン樹脂（Ｂ）と、
平均粒径が０．１〜２５μｍの無機フィラーからなる充填剤（Ｃ）と、
０℃で液体もしくは固体の可塑剤（Ｄ）としてエチレンカーボネートとを含み、
上記高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）１００質量部に対して上記ポリプロピレン樹脂（Ｂ）が１〜５０質量部であり、上記高密度ポリエチレン樹脂（Ａ）と上記ポリプロピレン樹脂（Ｂ）の合計１００質量部に対して上記充填剤（Ｃ）が５０質量部以上４００質量部以下、上記可塑剤（Ｄ）が１質量部以上３０質量部以下である樹脂組成物からなるフィルムで、延伸により上記充填剤（Ｃ）を起点とする空孔が設けられている多孔性フィルムからなり、
厚さが平均５μｍ以上４０μｍ以下、透気度が５０〔ｓｅｃ／１００ｃｃ〕以上５００〔ｓｅｃ／１００ｃｃ〕以下、厚みの振れが前記平均厚さの±１０％以上１８％以下、シャットダウン温度が１４０℃未満、破膜温度が１５０℃以上である電池用セパレータ。
上記充填剤（Ｃ）は硫酸バリウムおよび炭酸カルシウムからなる請求項１に記載の電池用セパレータ。
縦横方向に２軸延伸され少なくとも１方向は１．５倍以上の延伸倍率である請求項１または請求項２に記載の電池用セパレータ。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電池用セパレータを収容している電池。