JP5128488B2 - 溶融破断特性に優れるポリオレフィン微多孔膜及びその製造方法 - Google Patents
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Description
穿孔強度は、鋭い物質に対するフィルムの強度を示すもので、電池用隔離膜として使用される場合、穿孔強度が十分ではないと、電極の表面異常や、電池使用中に電極表面から発生するデンドライト(dendrite)によりフィルムが破れて、短絡(short)が生じえる。本発明による穿孔強度が0.14N/μmを超えるフィルムは、二次電池用隔離膜として安全に使用できる。
気体透過度は、高ければ高いほどよく、1.5×10−5Darcy以下である場合、多孔膜としての効率が低下し、電池内のイオン透過度及び充放電特性が悪くなる。即ち、本発明による気体透過度が1.5×10−5Darcy以上のフィルムは、電池の高効率充放電など、充放電特性と低温特性、及び寿命に優れている。
閉温度は、電池の内部温度が非理想的に増加する時、隔離膜の微多孔が閉じ、それ以上電流が流れなくなる温度である。溶融破断温度は、閉温度以上に電池の温度が上がり続ける時、隔離膜が溶融破断され、電流が再び流れるようになる温度である。電池の安定性のためには、閉温度は低く、溶融破断温度は高い方が好ましい。特に、溶融破断温度は、電池の爆発を誘発する可能性がある状況で、電流を遮断してくれる温度であって、電池の安定性に最も密接な関係を有している。本発明による微多孔膜は、閉温度が140℃以下であって、ポリエチレン微多孔膜の低い閉温度をそのまま維持し、且つ溶融破断温度が160℃以上であって、ポリエチレンを単独使用した場合の145℃に比べ、15℃以上高く、電池の熱安定性が画期的に改善される。
ポリエチレン及びポリプロピレンの分子量及び分子量分布の測定は、Polymer Laboratory社の高温GPC(Gel Permeation Chromatography、Model: GPC-210)で測定した。分子量キャリブレーションは、Polymer Laboratory社のポリスチレン標準試料(EasiCalPS1-A、B)を使用して、万能検定曲線を得た後、Polymer Laboratory社のポリエチレン及びポリプロピレン標準試料を測定し、Q-factorを補正した。
(1)引張強度は、ASTM D882で測定した。
(2)穿孔強度は、直径0.5mmのピンが120mm/minの速度でフィルムを破断させる時の強度で測定した。
(3)気体透過度は、孔隙測定機(porometer:PMI社のCFP-1500-AEL)で測定した。一般に、気体透過度は、Gurley numberで表示されるが、Gurley numberは、フィルム厚の影響が補正されないため、フィルム自体の孔隙構造による相対的透過度が分かり難い。これを解決するために、本発明では、Darcy’s透過度常数を使用した。Darcy’s透過度常数は、下記数学式1から得られて、本発明では、窒素を使用した。
[数学式1]
C=(8FTV)/(πD2(P2−1))
ここで、C=Darcy透過度常数
F=流速
T=サンプル厚
V=気体の粘度(0.185 for N2)
D=サンプル直径
P=圧力
本発明では、100〜200psi領域でDarcy’s透過度常数の平均値を使用した。
成分Iとして、重量平均分子量が3.0×105であり、分子量104以下の分子の含量が3.5重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が4.9重量%である、コモノマーを含まない高密度ポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、重量平均分子量が5.7×105であり、融点が162℃であるホモポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ95重量%、5重量%であった。成分IIIとしては、100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイル(下記表の成分A)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、70重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも180℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が2.5×105であり、分子量104以下の分子の含量が4.8重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が4.5重量%である、コモノマーを含まない高密度ポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、重量平均分子量が2.9×105であり、融点が162℃であるホモポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ97重量%、3重量%であった。成分IIIとしては、ジブチルフタレートと100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイルを1:2で混合したダイルエント(下記表の成分B)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、60重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも240℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が2.9×105であり、分子量104以下の分子の含量が4.9重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が3.0重量%であって、コモノマーとしてブテン−1を0.1%使用した高密度ポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、重量平均分子量が2.5×105であり、融点が164℃であるホモポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ90重量%、10重量%であった。成分IIIとしては、ジブチルフタレートと100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイルを1:2で混合したダイルエント(下記表の成分B)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、65重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも240℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が3.0×105であり、分子量104以下の分子の含量が3.5重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が4.9重量%である、コモノマーを含まない高密度ポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、重量平均分子量が3.5×105であり、エチレンがコモノマーとして0.3重量%使用されて、融点が157℃であるランダムポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ95重量%、5重量%であった。成分IIIとしては、100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイル(下記表の成分A)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、70重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも180℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が2.5×105であり、分子量104以下の分子の含量が4.8重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が4.5重量%である、コモノマーを含まない高密度ポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、重量平均分子量が4.2×105であり、ホモポリプロピレンにエチレンプロピレンコポリマーが15%含まれて、融点が162℃であるインパクトポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ95重量%、5重量%であった。成分IIIとしては、ジブチルフタレートと100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイルを1:2で混合したダイルエント(下記表の成分B)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、75重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも240℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が1.8×105であり、分子量104以下の分子の含量が22.0重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が1.5重量%であって、コモノマーとしてブテン−1を0.8%使用したポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、重量平均分子量が2.5×105であり、融点が162℃であるホモポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ99重量%、1重量%であった。成分IIIとしては、100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイル(下記表の成分A)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、70重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも180℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が3.0×105であり、分子量104以下の分子の含量が3.5重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が4.9重量%である、コモノマーを含まない高密度ポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、重量平均分子量が2.5×105であり、融点が162℃であるホモポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ85重量%、15重量%であった。成分IIIとしては、100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイル(下記表の成分A)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、70重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも180℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が2.3×105であり、分子量104以下の分子の含量が11.6重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が6.4重量%であって、コモノマーとしてブテン−1を0.6重量%使用したポリエチレンが使用されて、成分IIは、使用しなかった。成分IIIとしては、100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイル(下記表の成分A)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、85重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも180℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が8.8×105である超高分子量ポリエチレン25重量%と、重量平均分子量が1.8×105である高密度ポリエチレン75重量%とを混合して使用し、混合物は、分子量104以下の分子の含量が9.4重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が10.5重量%であり、コモノマーとしてブテン−1が0.6%含まれた。成分IIとしては、重量平均分子量が3.1×105であり、コモノマーとしてエチレン3.2重量%とブテン−1 5.0重量%が使用され、融点が131℃であるターポリプロピレンが使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ95重量%、5重量%であった。成分IIIとしては、100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイル(下記表の成分A)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、70重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも180℃であった。
成分Iとして、重量平均分子量が1.8×105であり、分子量104以下の分子の含量が22.0重量%で且つ分子量106以上の分子の含量が1.5重量%であって、コモノマーとしてブテン−1を0.8%使用したポリエチレンが使用されて、成分IIとしては、無機物で、大きさが0.2〜10μmである滑石粉末が使用された。成分Iと成分IIの含量は、それぞれ95重量%、5重量%であった。成分IIIとしては、100℃動粘度が11cStであるパラフィンオイル(下記表の成分A)が使用されて、成分I、II、III全体に対する成分IIIの含量は、40重量%であった。押出機及びダイの温度は、両方とも180℃であった。
[発明の効果]
Claims (8)
- 重量平均分子量が2×105〜4×105であり、分子量が1×104以下である分子の含量が5重量%以下で且つ1×106以上である分子の含量が5重量%以下であるポリエチレン(成分I)90〜98重量%と、重量平均分子量が3.0×104〜8.0×105であり、溶ける温度のピーク点が145℃以上であるポリプロピレン(成分II)2〜10重量%とからなる樹脂組成物20〜50重量%と、ダイルエント(成分III)80〜50重量%とからなる組成物を溶融押出して冷却速度10℃/秒以上で冷却しながらシートに成形する段階と、
前記シートを延伸し、フィルムに成形する段階と、
前記フィルムからダイルエントを抽出する段階と、
前記フィルムを熱固定する段階と、から製造されて、
気体透過度(Darcy’s permeability constant)が1.5×10−5Darcy以上で、微多孔膜の閉温度が140℃以下であり、溶融破断温度が160℃以上であることを特徴とする、ポリオレフィン微多孔膜の製造方法。 - ポリプロピレン(成分II)は、重量平均分子量が2.0×105〜4.5×105であり、溶ける温度のピーク点が145℃以上のポリプロピレンであることを特徴とする、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
- 成分Iは、ホモポリエチレン、炭素数3〜8個のアルファオレフィンあるいはその混合共重合単量体20重量%以下を含有するポリエチレン共重合体、またはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
- 成分IIは、溶ける温度のピーク点が145℃以上であることを特徴とするポリプロピレンとしてホモポリプロピレン;エチレン、炭素数3〜8個のアルファオレフィンあるいはその組合せが使用されたランダムポリプロピレン;エチレン、炭素数3〜8個のアルファオレフィンあるいはその組合せが使用された共重合樹脂が含まれているポリプロピレン;またはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
- 成分Iと成分IIは、95〜97重量%:3〜5重量%の比で使用されることを特徴とする、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
- 成分IIIは、ノナン(nonane)、デカン(decane)、デカリン(decalin)、脂肪族(aliphatic)あるいは環形炭化水素(cyclic hydrocarbon);フタル酸エステル(phthalic acid ester)類;芳香族エーテル類;炭素数10〜20個の脂肪酸類;炭素数10〜20個の脂肪酸アルコール類;炭素元素数4〜26個の飽和及び不飽和脂肪酸の一つあるいは二つ以上の脂肪酸が、ヒドロキシ基が1〜8個で且つ炭素数が1〜10個のアルコールとエステル結合された脂肪酸エステル類;から選択される一つ以上の成分であることを特徴とする、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
- 前記延伸は、成分Iの結晶部分の30〜80重量%が溶ける温度範囲で、縦方向及び横方向にそれぞれ3倍以上、総延伸比25〜50倍になるように延伸することを特徴とする、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
- 請求項1乃至7のいずれか一つの項に記載の製造方法により製造されるポリオレフィン微多孔膜。
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