JP5172683B2 - ポリオレフィン微多孔膜及び非水電解液電池用セパレータ - Google Patents
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Description
1.ポリオレフィン樹脂及び無機粒子からなる微多孔膜であって、該微多孔膜の突刺強度が3N/20μm以上、突刺しクリープにおける膜厚保持率が16%以上、無機粒子の含有量が20質量%以上60質量%未満、無機粒子の粒径が1nm以上100nm未満であるポリオレフィン微多孔膜。
2.突刺しクリープにおける膜厚減少率が10%以下である、1.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
3.無機粒子が珪素、アルミニウム、チタンの酸化物や窒化物、カルシウム、バリウムの炭酸塩や硫酸塩から選ばれる一種又は二種以上からなる1.又は2.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
4.無機粒子が珪素酸化物からなる3.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
5.無機粒子がアルミニウム酸化物からなる3.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
6.無機粒子がチタン酸化物からなる3.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
7.無機粒子として親水基を有する無機粒子と親水基に疎水処理を施した無機粒子とが併用されてなる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.全無機粒子中の親水基を有する無機粒子の割合は1重量%以上50重量%未満、疎水処理を施した無機粒子の割合が50重量%以上99重量%未満で併用されてなる7.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
9.微多孔膜の粘度平均分子量が5万以上1000万未満である1.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
10.微多孔膜の粘度平均分子量が5万以上50万以下である1.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
11.微多孔膜の粘度平均分子量が50万より大きく200万未満である1.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
12.ポリオレフィン樹脂がポリプロピレンを含む組成物からなり、ポリオレフィン樹脂100重量%中にポリプロピレンを1重量%以上50重量%未満含む、1.〜11.のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
13.ポリオレフィン樹脂100重量%中にポリプロピレンを20重量%以上50重量%未満含む、12.に記載のポリオレフィン微多孔膜。
14.1.〜13.のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜からなる非水電解液電池用セパレータ。
15.1.〜13.のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜をセパレータとして用いたリチウムイオン二次電池。
16.1.〜13.のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜をセパレータとして用いたハイブリッド自動車用リチウムイオン二次電池。
17.(1)ポリオレフィン樹脂、無機粒子、及び可塑剤を溶融混練する工程、
(2)溶融物を移送し、シート状に成形した後、冷却固化する工程、
(3)面倍率が20倍以上200倍未満で少なくとも一軸方向に延伸する工程、
(4)(3)の延伸工程の後に可塑剤を抽出する工程
を含むポリオレフィン微多孔膜の製造方法であって、
前記(1)の無機粒子の含有量が20質量%以上60質量%未満、無機粒子の粒径が1nm以上100nm未満で、前記(2)の溶融物を移送した後シート状に成形するまでの温度を、溶融混練工程の設定温度より高温に設定するポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
18.前記(3)の延伸工程において二軸方向に延伸する17.に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
(1)ポリオレフィン樹脂及び無機粒子及び可塑剤を溶融混練する工程、
(2)溶融物を移送し、シート状に成形した後、冷却固化する工程、
(3)面倍率が20倍以上200倍未満で少なくとも一軸方向に延伸する工程、
(4)(3)の延伸工程の後に可塑剤を抽出する工程、
を含み、前記(1)の無機粒子の粒径が1nm以上100nm未満で、前記(2)の溶融物を移送した後シート状に成形するまでの温度を、溶融混練工程の設定温度より高温に設定することにより得られる。
0.6≦可塑剤重量/(可塑剤吸油量×無機粒子重量×可塑剤密度)×100≦1.2 (1)
0.6以上の場合、無機粒子が適度に可塑剤を保持しポリオレフィン樹脂との嵩密度の差が小さくなるために均一に分散するので好ましい。1.2以下の場合、大量の可塑剤中に無機粒子を混練することによる無機粒子の凝集を防げるので好ましい。さらに好ましくは0.7以上1.0以下である。最終的に添加する混練物の割合が上記の範囲内であれば、一度に押出機等を用いてポリオレフィン樹脂、無機粒子、可塑剤を混練しても分散性の良好なシートが好適に得られる。
<微多孔膜の評価>
(1)膜厚
微小測厚器(東洋精機製 タイプKBM)を用いて室温23℃で測定した。
10cm×10cm角の試料を微多孔膜から切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を求め、それらと膜密度(g/cm3)より、次式を用いて計算した。
なお、混合組成物の密度は、用いたポリオレフィン樹脂と無機粒子の各々の密度と混合比より計算で求められる値を用いた。
JIS P−8117準拠のガーレー式透気度計(東洋精機製)にて測定した。
カトーテック製、商標、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、突刺速度2mm/secの条件で突刺試験を行い、最大突刺荷重を突刺強度(N)とした。
図1に示す、測定子の先端がφ0.1mmの針状測定子(尾崎製作所製 XT−4)を用い、定圧厚み測定器「PEACOCK FFA−1」(尾崎製作所製、商標)にて測定した。測定力1.25Nの荷重を付与し続けた状態で、1時間後の厚みをd[1h]、24時間後の厚みをd[24h]とし、測定前の膜厚をDとし、次式を用いて膜厚保持率と膜厚減少率を計算した。測定は任意に5箇所を選択して実施し平均値を特性値とした。膜厚保持率は、測定開始から24時間後における膜厚保持率を示す。膜厚減少率は、測定開始1時間後から24時間後(時間は常用対数換算)における膜厚減少率を示す。突刺クリープ評価では、時間軸を常用対数とした場合(log[時間])に、膜厚保持率は概ね直線状に低下することから、その傾き(減少率)を膜厚減少率と定義した。
膜厚減少率(%)=(d[1h]−d[24h])/D×100/log1024
(6)粘度平均分子量(Mv)
デカヒドロナフタリンへ試料の劣化防止のため2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールを0.1w%の濃度となるように溶解させ、これ(以下DHNと略す)を試料溶媒として用いる。
求められた[η]より、次式によりMvを算出した。
(7)バブルポイント(MPa)
ASTM E−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する。
微多孔膜の孔径比は、表面孔径/断面孔径で表される。微多孔膜の表面孔径は、表面の25000倍走査型電子顕微鏡写真5cm×5cmあたりに存在する孔の長径と短径をカウントし、その平均値より表面孔径を算出する。断面孔径は、厚み方向の切断面の5000倍走査型電子顕微鏡写真5cm×5cmあたりに存在する孔の長径のみをカウントし、その平均値より断面孔径を算出する。
a.正極
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を92.2質量%、導電材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2.3質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)3.2質量%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片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/m2、活物質嵩密度は3.00g/cm3になるようにする。
負極活物質として人造グラファイト96.6質量%、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質量%とスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量%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の銅箔の片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。この時、負極の活物質塗布量は106g/m2、活物質嵩密度は1.35g/cm3になるようにする。
プロピレンカーボネート:エチレンカーボネート:γ−ブチルラクトン=1:1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiBF4を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させて調整する。
熱電対を繋いだセラミックスプレート上に、65mm×20mmに切り出し非水電解液に1分以上浸漬した負極を載せ、この上に中央部に直径16mmの穴をあけた50mm×50mmに切り出した厚さ9μmのアラミドフィルムを載せ、この上に40mm×40mmに切り出し非水電解液に1時間以上浸漬した試料の微多孔膜をアラミドフィルムの穴部を覆うように載せ、この上に65mm×20mmに切り出し非水電解液に1分以上浸漬した正極を負極に接触しないように載せ、その上にカプトンフィルム、更に厚さ約4mmのシリコンゴムを載せる。
(10)耐熱性評価
a.正極
シャットダウン温度を測定した際に使用した正極と同様のものを使用した。
シャットダウン温度を測定した際に使用した正極と同様のものを使用した。
正極75mm×25mm、負極75mm×25mm、微多孔膜50mm×50mm、PETフィルム75mm×75mmを切り出す。SUS板70×70mmとダブルクリップ(KOKUYO製、仕様小、口幅19mm)を用い、SUS板、PETフィルム、負極、微多孔膜、正極、PETフィルム、SUS板の順に重ねた後、ダブルクリップで4隅を挟み、固定する。正極及び負極の活物質面同士が互いに向かい合うように、正極と負極が互いに交差するように、正極及び負極の片端がPETフィルムよりはみ出すように設置する。正極と負極が重なる部分に微多孔膜を配置し、正極と負極が直接接しないように重ね合わせる。テスター(HIOKI製、HIOKI3560 AC ミリオーム ハイテスター)を用い、PETフィルムよりはみ出した正極と負極に端子をつなぎ、正負極間の抵抗値を測定し、106Ω以上であることを確認する。セル外観図を図2,3に示す。
セルを所定温度に設定したオーブン中に静置し、所定時間後に取り出し、セルが十分に冷却した後、正負極間の抵抗を測定した。抵抗値が1000Ω以上であれば合格(○)、1000Ω未満の場合は不合格(×)と判定した。測定は以下の2条件で実施した。
評価条件1:オーブン温度180℃、加熱時間30分間
評価条件2:オーブン温度200℃、加熱時間10分間
d−2.評価(2)
上記a.−c.で得られるセルにおいて、ダブルクリップで固定せずに、プレス機(東洋精機製、MINI TEST PRESS10、シリンダー面積3318mm2)を用い、セルを加圧状態で加熱した。所定時間後に取り出し、セルが十分に冷却した後に、正負極間の抵抗を測定した。抵抗値が1000Ω以上であれば合格(○)、1000Ω未満の場合は不合格(×)と判定した。測定は以下の条件で実施した。
評価条件3:プレス機ゲージ圧力5MPa、プレス機温度200℃、加熱時間10分間
(11)融点、融解熱量
島津製作所社製DSC60を使用し測定した。多孔シートを直径5mmの円形に打ち抜き、数枚重ね合わせて3mgとしたのを測定サンプルとして用いた。これを直径5mmのアルミ製オープンサンプルパンに敷き詰め、クランピングカバーを乗せサンプルシーラーでアルミパン内に固定した。窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで30℃から200℃までを測定し、融解吸熱曲線を得た。得られた融解吸熱曲線のピークトップ温度を融点(℃)とし、そのピーク面積より融解熱量(J/g)を算出した。
粘度平均分子量(Mv)27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を18質量部、Mv200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を12質量部、平均一次粒径が15nmであるシリカ「DM10C」(商標、(株)トクヤマ製 ジメチルジクロロシランで疎水処理実施)を20質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を30質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをスーパーミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また溶融混練し押し出される全混合物(100質量部)中に占める流動パラフィン量比が50質量部となるように、流動パラフィンを二軸押出機シリンダーへサイドフィードした。押出し機における、溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をそれぞれ220℃に温度設定されたギアポンプ、導管、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚み1200μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンターへ導き、縦方向に7倍、横方向に7倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は123℃である。次に塩化メチレン槽に導き、十分に塩化メチレンに浸漬して流動パラフィンを抽出除去した。その後塩化メチレンの乾燥を行った。さらに横テンターに導き横方向に1.4倍延伸したのち最終出口は1.2倍となるように緩和し巻取りを行った。横延伸部の設定温度は132℃で緩和部の設定温度は137℃である。製膜条件および膜特性を表1に示す。
実施例1のMv27万の高密度ポリエチレンを9質量部に、Mv200万の超高分子量ポリエチレンを13.5質量部に、平均一次粒径が15nmであるシリカ「DM10C」(商標、(株)トクヤマ製、ジメチルジクロロシランで疎水処理実施)を27.5質量部に流動パラフィンを40質量部にしスーパーミキサーにて予備混合した以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表1に示す。
実施例1のMv27万の高密度ポリエチレンを24質量部に、Mv200万の超高分子量ポリエチレンを16質量部に、平均一次粒径が15nmであるシリカ「DM10C」(商標、(株)トクヤマ製、ジメチルジクロロシランで疎水処理実施)を10質量部に流動パラフィンを20質量部にしスーパーミキサーにて予備混合し、横延伸の設定温度を125℃、緩和部の設定温度を130℃とした以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表1に示す。
実施例1のポリエチレンをMv27万の高密度ポリエチレン30質量部にし、横延伸の設定温度を128℃、緩和部の設定温度を133℃とした以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表1に示す。
実施例3のポリエチレンをMv27万の高密度ポリエチレン40質量部にし、横延伸の設定温度を125℃、緩和部の設定温度を130℃とした以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表1に示す。
実施例1のシリカを平均一次粒径が12nmであるシリカ「HM−20L」(商標、(株)トクヤマ製、ヘキサメチルジシランで疎水処理実施)に変更した以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表2に示す。
実施例1のシリカを平均一次粒径が15nmであるシリカ「QS10」(商標、(株)トクヤマ製、疎水処理未実施)を1.5質量部と平均一次粒径が12nmである「シリカHM−20L」(商標、(株)トクヤマ製、ヘキサメチルジシランで疎水処理実施)を18.5質量部とし、同時二軸延伸の倍率を縦方向に10倍、横方向に10倍にした以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表2に示す。
実施例1のシリカを平均一次粒径が13nmであるアルミナ「AluC」(商標、Degussa製、疎水処理未実施)に変更した以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表2に示す。
実施例2のシリカを平均一次粒径が13nmであるアルミナ「AluC」(商標、Degussa製、疎水処理未実施)に変更した以外は実施例2と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表2に示す。
実施例1のシリカを平均一次粒径が30nmである炭酸カルシウム「白艶華O」(商標、白石工業(株)製、ロジン酸で疎水処理実施)に変更した以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表2に示す。
粘度平均分子量(Mv)27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を14質量部、Mv200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を10質量部、Mv40万のホモポリプロピレン「H−100M」(プライムポリマー製)を6質量部、平均一次粒径が13nmであるアルミナ「AluC」(商標、Degussa製、疎水処理未実施)を20質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を30質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをスーパーミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また溶融混練し押し出される全混合物(100質量部)中に占める流動パラフィン量比が50質量部となるように、流動パラフィンを二軸押出機シリンダーへサイドフィードした。押出し機における、溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をそれぞれ220℃に温度設定されたギアポンプ、導管、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚み1200μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンターへ導き、縦方向に7倍、横方向に7倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は123℃である。次に塩化メチレン槽に導き、十分に塩化メチレンに浸漬して流動パラフィンを抽出除去した。その後塩化メチレンの乾燥を行った。さらに横テンターに導き横方向に1.4倍延伸したのち最終出口は1.2倍となるように緩和し巻取りを行った。横延伸部の設定温度は132℃で緩和部の設定温度は137℃である。製膜条件および膜特性を表3に示す。
実施例11のMv27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を10.8質量部、Mv200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を7.2質量部、Mv40万のホモポリプロピレン「H−100M」(プライムポリマー製)を4.5質量部、平均一次粒径が13nmであるアルミナ「AluC」(商標、Degussa製、疎水処理未実施)を27.5質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を40質量部に変更した以外は実施例11と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表3に示す。
実施例12のMv27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を12.6質量部、Mv200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を8.4質量部、Mv40万のホモポリプロピレン「H−100M」(プライムポリマー製)を1.5質量部に変更した以外は実施例12と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表3に示す。
実施例11のアルミナのかわりに、平均一次粒径が15nmであるシリカ「DM10C」(商標、(株)トクヤマ製、ジメチルジクロロシランで疎水処理実施)を20質量部に変更した以外は実施例11と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表3に示す。
実施例11において、Mv27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を12.6質量部に、Mv200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を8.4質量部に、Mv40万のホモポリプロピレン「H−100M」(プライムポリマー製)を9質量部に変更し、アルミナのかわりに、平均一次粒径が15nmであるシリカ「DM10C」(商標、(株)トクヤマ製、ジメチルジクロロシランで疎水処理実施)を20質量部に変更した以外は実施例11と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表3に示す。
実施例11のアルミナのかわりに、平均一次粒径が50nmであるチタニア「TTO−55S」(石原産業(株)製、オルガノシロキサンで疎水処理実施)を20質量部に変更した以外は実施例11と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表3に示す。
粘度平均分子量(Mv)27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を22.8質量部、Mv200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を15.2質量部、平均一次粒径が15nmであるシリカ「DM10C」(商標、(株)トクヤマ製、ジメチルジクロロシランで疎水処理実施)を2質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を4質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをスーパーミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また溶融混練し押し出される全混合物(100質量部)中に占める流動パラフィン量比が60質量部となるように、流動パラフィンを二軸押出機シリンダーへサイドフィードした。押出し機における、溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をそれぞれ220℃に温度設定されたギアポンプ、導管、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚み1200μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンターへ導き、縦方向に7倍、横方向に7倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は122℃である。次に塩化メチレン槽に導き、十分に塩化メチレンに浸漬して流動パラフィンを抽出除去した。その後塩化メチレンの乾燥を行った。さらに横テンターに導き横方向に1.4倍延伸したのち最終出口は1.2倍となるように緩和し巻取りを行った。横延伸部の設定温度は125℃で緩和部の設定温度は130℃である。製膜条件および膜特性を表4に示す。
粘度平均分子量(Mv)27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を45質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また溶融混練し押し出される全混合物(100質量部)中に占める流動パラフィン量比が55質量部となるように、流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を二軸押出機シリンダーへサイドフィードした。押出し機における、溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をそれぞれ220℃に温度設定されたギアポンプ、導管、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚み1200μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンターへ導き、縦方向に7倍、横方向に7倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は124℃である。次に塩化メチレン槽に導き、十分に塩化メチレンに浸漬して流動パラフィンを抽出除去した。その後塩化メチレンの乾燥を行った。さらに横テンターに導き横方向に1.4倍延伸したのち最終出口は1.2倍となるように緩和し巻取りを行った。横延伸部の設定温度は125℃で緩和部の設定温度は130℃である。製膜条件および膜特性を表4に示す。
実施例1のシリカを平均一次粒径が700nmであるアルミナ「A33F」(商標、日本軽金属(株)製、疎水処理未実施)に変更した以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表4に示す。
粘度平均分子量(Mv)27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を38質量部、平均粒径が1.5μmである炭酸カルシウム「PC」(商標、白石工業(株)製、疎水処理未実施)を60質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を2質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部の割合で添加したものを東洋精機製作所社製プラストミルを用いて加熱混合した。加熱混合は、プラストミルの温度を200℃、回転数を50rpmに設定して10分間行った。溶融した混合物をプラストミルから取り出して冷却し、得られた固化物をポリイミドフィルムを介して金属板の間に挟み、200℃に設定した熱プレス機を用い10MPaで圧縮し、厚さ320μmのシートを作成した。得られたシートを岩本製作所社製二軸延伸機を用いて135℃で縦方向に5.5倍、横方向に5.5倍で同時二軸延伸した。次にステンレスの枠で四方を固定した状態で塩化メチレン中で可塑剤を除去した後、室温で乾燥し微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表4に示す。
粘度平均分子量(Mv)27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を18質量部、Mv200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を12質量部、平均粒径が6μmであるシリカ「エクセリカSE−5」(商標、(株)トクヤマ製、疎水処理未実施)を10質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を15質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また溶融混練し押し出される全混合物(100質量部)中に占める流動パラフィン量比が60質量部となるように、流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を二軸押出機シリンダーへサイドフィードした。押出し機における、溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をそれぞれ220℃に温度設定されたギアポンプ、導管、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚み1500μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンターへ導き、縦方向に7倍、横方向に7倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は125℃である。次に塩化メチレン槽に導き、十分に塩化メチレンに浸漬して流動パラフィンを抽出除去した。その後塩化メチレンの乾燥を行った。さらに横テンターに導きTD方向に1.3倍延伸を施した後、連続して熱固定を行い巻取りを行った。横テンターの設定温度は延伸部分が131℃、熱固定部分が136℃である。製膜条件および膜特性を表5に示す。
粘度平均分子量(Mv)268万の高密度ポリエチレン「GUR2122」(商標、Ticona製)を8質量部、平均一次粒径が12nmであるシリカ「Aerosil200」(商標、日本アエロジル(株)製、疎水処理未実施)を10−質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を82質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。押出し機における、溶融混練条件は、設定温度160℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をそれぞれ160℃に温度設定されたギアポンプ、導管、Tダイを経てシート状に押出し、水浴により急冷し、厚さ約5mmのシート状成形物を得た。得られたシート状成形物を150℃に予備加熱した後、120℃で加熱圧延し、厚み0.2mmのシート状成形物を得た。シート状成形物から、塩化メチレンを使用し流動パラフィンを除去した後、岩本製作所社製二軸延伸機を用いて120℃で縦方向に2倍、横方向に2倍で同時二軸延伸した。次にステンレスの枠で四方を固定した状態でヘプタン中で残留流動パラフィンを除去した後、室温で乾燥し微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表5に示す。
粘度平均分子量(Mv)200万の超高分子量ポリエチレン「UH850」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を22質量部、平均一次粒径が12nmであるシリカ「Aerosil200」(商標、日本アエロジル(株)製 疎水処理未実施)を25質量部、可塑剤として流動パラフィン「スモイル P−350P」(商標、(株)松村石油研究所製)を53質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをスーパーミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。押出し機における、溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数180rpm、吐出量12kg/hで行った。続いて、溶融混練物をそれぞれ200℃に温度設定されたギアポンプ、導管、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール間に押出し、厚み200μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続してロール延伸機へ導き、縦方向に6倍、一軸延伸を行った。この時ロール延伸機の設定温度は120℃である。次に塩化メチレン槽に導き、十分に塩化メチレンに浸漬して流動パラフィンを抽出除去した。その後塩化メチレンの乾燥を行った。製膜条件および膜特性を表5に示す。
実施例1のシリカを平均一次粒径が200nmであるアルミナ「AKP−50」(住化アルケム(株)製、疎水処理未実施)に変更した以外は実施例1と同様にして微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表5に示す。
粘度平均分子量(Mv)27万の高密度ポリエチレン「SH800」(商標、旭化成ケミカルズ(株)製)を36質量部、Mv40万のホモポリプロピレン「H−100M」(プライムポリマー製)を9質量部、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.3質量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給し、その後は比較例2と同様に実施し微多孔膜を得た。製膜条件および膜特性を表5に示す。
a.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92.2質量%、導電材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2.3質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)3.2質量%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片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/m2、活物質嵩密度は3.00g/cm3になるようにする。
負極活物質として人造グラファイト96.6質量%、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質量%とスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量%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の銅箔の片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。この時、負極の活物質塗布量は106g/m2、活物質嵩密度は1.35g/cm3になるようにする。
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LiPF6を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させて調製する。
セパレータを30mmφ、正極及び負極を16mmφの円形に切り出し、正極と負極の活物質面が対向するよう、負極、銅粉末(和光純薬工業(株)製 75μm)、セパレータ、正極の順に重ね、蓋付きステンレス金属製容器に収納する。容器と蓋は絶縁されており、容器は負極の銅箔と、蓋は正極のアルミニウム箔と接している。この容器内に前記した非水電解液を注入して密閉する。室温にて一日放置した後、25℃雰囲気下、2.0mA(0.33C)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地を2.0mAから絞り始めるという方法で、合計8時間電池作成後の最初の充電を行う。続いて2.0mA(0.33C)の電流値で電池電圧3.0Vまで放電する。
充放電は45℃雰囲気下で100サイクル実施する。充電は6.0mA(1.0C)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6.0mAから絞り始めるという方法で、合計3時間充電する。放電は6.0mA(1.0C)の電流値で電池電圧3.0Vまで放電する。100サイクル後、25℃雰囲気下、6mA(1.0C)の電流値で電池電圧3.0Vまで放電する。
耐電圧/絶縁抵抗試験器「TOS9201」(商標、菊水電子工業製)を用い、サイクル評価前後の耐電圧を測定する。測定はセパレータを平滑な金属板で挟みこみ、1kV/sec.の速度で電圧を付与し短絡が見られる電圧値を測定する(交流60Hz)。サイクル評価前の耐電圧に対するサイクル評価後の耐電圧維持率を比較し電池用セパレータとしての長期加圧下における耐圧縮性を検証した。
実施例1〜16、比較例1〜10における耐圧縮性の結果を表6〜10に示す。
2 正極
3 負極
4 PETフィルム
5 SUS板
6 ダブルクリップ
Claims (18)
- ポリオレフィン樹脂及び無機粒子からなる微多孔膜であって、該微多孔膜の突刺強度が3N/20μm以上、突刺しクリープにおける膜厚保持率が16%以上、無機粒子の含有量が20質量%以上60質量%未満、無機粒子の粒径が1nm以上100nm未満であるポリオレフィン微多孔膜。
- 突刺しクリープにおける膜厚減少率が10%以下である、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 無機粒子が珪素、アルミニウム、チタンの酸化物や窒化物、カルシウム、バリウムの炭酸塩や硫酸塩から選ばれる一種又は二種以上からなる請求項1又は2に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 無機粒子が珪素酸化物からなる請求項3に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 無機粒子がアルミニウム酸化物からなる請求項3に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 無機粒子がチタン酸化物からなる請求項3に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 無機粒子として親水基を有する無機粒子と親水基に疎水処理を施した無機粒子とが併用されてなる請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 全無機粒子中の親水基を有する無機粒子の割合は1重量%以上50重量%未満、疎水処理を施した無機粒子の割合が50重量%以上99重量%未満で併用されてなる請求項7に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 微多孔膜の粘度平均分子量が5万以上1000万未満である請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 微多孔膜の粘度平均分子量が5万以上50万以下である請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 微多孔膜の粘度平均分子量が50万より大きく200万未満である請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- ポリオレフィン樹脂がポリプロピレンを含む組成物からなり、ポリオレフィン樹脂100重量%中にポリプロピレンを1重量%以上50重量%未満含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- ポリオレフィン樹脂100重量%中にポリプロピレンを20重量%以上50重量%未満含む、請求項12に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜からなる非水電解液電池用セパレータ。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜をセパレータとして用いたリチウムイオン二次電池。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜をセパレータとして用いたハイブリッド自動車用リチウムイオン二次電池。
- (1)ポリオレフィン樹脂、無機粒子、及び可塑剤を溶融混練する工程、
(2)溶融物を移送し、シート状に成形した後、冷却固化する工程、
(3)面倍率が20倍以上200倍未満で少なくとも一軸方向に延伸する工程、
(4)(3)の延伸工程の後に可塑剤を抽出する工程
を含むポリオレフィン微多孔膜の製造方法であって、
前記(1)の無機粒子の含有量が20質量%以上60質量%未満、無機粒子の粒径が1nm以上100nm未満で、前記(2)の溶融物を移送した後シート状に成形するまでの温度を、溶融混練工程の設定温度より高温に設定するポリオレフィン微多孔膜の製造方法。 - 前記(3)の延伸工程において二軸方向に延伸する請求項17に記載のポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
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