JP5312450B2 - ポリオレフィン多層微多孔膜、その製造方法、電池用セパレータ及び電池 - Google Patents
ポリオレフィン多層微多孔膜、その製造方法、電池用セパレータ及び電池 Download PDFInfo
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Description
(i) 前記第一及び第二の微多孔層がポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
(ii) 前記第一の微多孔層が、前記第一の微多孔層の重量基準で、約80重量%以上の第一の含有量でポリエチレンを含み、
(iii) 前記第二の微多孔層が、前記第二の微多孔層の重量基準で、約50重量%以上の第二の含有量でポリエチレンを含み、
(iv) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンの含有量が、前記第二の微多孔層中のポリエチレンの含有量より多く、
(v) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンの含有量及び前記第二の微多孔層中のポリエチレンの含有量の合計が、ポリオレフィン多層微多孔膜の重量基準で約61重量%以上であるポリオレフィン多層微多孔膜に関する。
(i) 前記第一及び第二の微多孔層がポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
(ii) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンが、前記第一の微多孔層の重量基準で、約80重量%〜約99.5重量%の範囲で含まれており、
(iii) 前記第二の微多孔層中のポリエチレンが、前記第二の微多孔層の重量基準で、約50重量%〜約85重量%の範囲で含まれており、
(iv) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンの含有量が、前記第二の微多孔層中のポリエチレンの含有量より多く、かつ
(v) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンの含有量及び前記第二の微多孔層中のポリエチレンの含有量の合計(すなわちポリエチレンの全含有量)が、ポリオレフィン多層微多孔膜の重量基準で約61重量%〜約95重量%の範囲であるポリオレフィン多層微多孔膜に関する。
(1) (a) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンの含有量は、前記第一の微多孔層の重量基準で約85重量%〜約99重量%の範囲であり、前記第二の微多孔層中のポリエチレンの含有量は、前記第二の微多孔層の重量基準で約60重量%〜約83重量%の範囲であり、(b) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンの含有量は、前記第二の微多孔層中のポリエチレンの含有量より約5重量%以上多く、かつ(c) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンの含有量及び前記第二の微多孔層中のポリエチレンの含有量の合計(すなわち第一及び第二の微多孔層中のポリエチレンの全含有量)は、ポリオレフィン多層微多孔膜の重量基準で約70重量%〜約90重量%の範囲である。
(2) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンは、約1×104〜約1×107の範囲、約1×105〜約5×106の範囲、又は約2×105〜約3×106の範囲のMwを有する。
(3) 前記第一の微多孔層は、約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレン及び第二のポリエチレンを含む。
(4) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンは、本質的に前記第一のポリエチレンからなるか、前記第一のポリエチレンからなる。
(5) 前記第一のポリエチレンは、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン又は鎖状低密度ポリエチレンのうちの一種以上である。
(6) 前記第一のポリエチレンは、約1×105〜約5×105の範囲、又は約2×105〜約4×105の範囲のMwを有する高密度ポリエチレンである。
(7) 前記第一のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第三のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(8) 前記第二のポリエチレンは、約1×106以上のMwを有するポリエチレンである。
(9) 前記第二のポリエチレンは超高分子量ポリエチレンである。
(10) 前記第二のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第四のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(11) 前記第二のポリエチレンは、前記第一の微多孔層の重量基準で、前記第一の微多孔層中に15重量%以下の含有量で含まれている。
(12) 前記第一の微多孔層中のポリエチレンは、約5〜約300、約5〜約100、又は約5〜約30の分子量分布(Mw/Mn)を有する。
(13) 前記第一の微多孔層は、前記第一の微多孔層の重量基準で、約80重量%〜約99.5重量%の範囲の含有量のポリエチレンを含む。
(14) 前記第一及び第二の微多孔層は、(i) プロピレンの単独重合体、又は(ii) プロピレンと、エチレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、スチレン、ブタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン及び1,9-デカジエンのようなα-オレフィンからなる群から選ばれた少なくとも一種の第五のオレフィンとの共重合体の一種以上からなるポリプロピレンを含む。
(15) 前記ポリプロピレンは、約1×104〜約4×106の範囲、又は約3×105〜約3×106の範囲のMwを有する。
(16) 前記ポリプロピレンは、約1.01〜約100の範囲、又は約1.1〜約50の範囲のMw/Mnを有する。任意で、前記ポリプロピレンは以下の特性の一種以上を有する:前記ポリプロピレンの立体規則性はアイソタクチックである;前記ポリプロピレンは、約90 Joules/g以上の融解熱を有する;前記ポリプロピレンは、約160℃以上の融解ピーク(第二の融解)を有する。
(17) 前記第二の微多孔層は、約1×104〜約1×107の範囲、約1×105〜約5×106の範囲、又は約2×105〜約3×106の範囲のMwを有するポリエチレンを含む。
(18) 前記第二の微多孔層は、約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレンを含む。
(19) 前記第二の微多孔層は、本質的に前記第一のポリエチレンからなるポリエチレン、又は前記第一のポリエチレンからなるポリエチレンを含む。
(20) 前記第二の微多孔層のポリエチレンは前記第一のポリエチレンを含む。
(21) 前記第二の微多孔層のポリエチレンは、約1×105〜約5×105の範囲、又は約2×105〜約4×105の範囲のMwを有する高密度ポリエチレンの少なくとも一種を含む。
(22) 前記第二の微多孔層の第一のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第三のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(23) 前記第二の微多孔層のポリエチレンは、前記第一のポリエチレンと、前記約1×106以上のMwを有する第二のポリエチレンとを含む。
(24) 前記第二の微多孔層の第二のポリエチレンは超高分子量ポリエチレンである。
(25) 前記第二の微多孔層の第二のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第四のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(26) 前記第二のポリエチレンは、前記第二の微多孔層中に、前記第二の微多孔層の重量基準で、約15重量%以下の含有量で含まれている。
(27) 前記第二の微多孔層の第二のポリエチレンは、約5〜約300、約5〜約100、又は約5〜約30の分子量分布(Mw/Mn)を有する。
(28) ポリオレフィン多層微多孔膜は、一層の第一の微多孔層及び一層の第二の微多孔層を有する。これらの層は、例えば約1μm以上の厚さを有する。
(29) ポリオレフィン多層微多孔膜は、前記第一の微多孔層、前記第二の微多孔層及び前記第一の微多孔層とほぼ同じ組成を有する第三の微多孔層の三層以上を有し、前記第一及び第三の微多孔層はポリオレフィン多層微多孔膜の両外層又は外皮層を構成し、前記第二の微多孔層は、ポリオレフィン多層微多孔膜の第一及び第三の層の間に配置され、任意で平面接触するポリオレフィン多層微多孔膜の中間層を構成する。この実施態様において、前記第一及び第三の層は前記第一の層材料を含み、前記第二の層は前記第二の層材料を含んでもよい。
(30) ポリオレフィン多層微多孔膜は、前記第一の微多孔層、前記第二の微多孔層及び前記第一の微多孔層とほぼ同じ組成を有する第三の微多孔層の三層以上を有し、前記第一及び第三の微多孔層はポリオレフィン多層微多孔膜の両外層又は外皮層を構成し、前記第二の微多孔層は、ポリオレフィン多層微多孔膜の第一及び第三の層の間に配置され、任意で平面接触するポリオレフィン多層微多孔膜の中間層を構成する。この実施態様において、前記第一及び第三の層は前記第二の層材料を含み、前記第二の層は前記第一の層材料を含んでもよい。
(31) ポリオレフィン多層微多孔膜は約25%〜約80%の空孔率を有する。
(32) ポリオレフィン多層微多孔膜は約20〜約400秒/100 cm3の透気度(膜厚20μmに換算)を有する。
(33) ポリオレフィン多層微多孔膜は約2,000 mN/20μm以上の突刺強度を有する。
(34) ポリオレフィン多層微多孔膜は約49,000 kPa以上の引張破断強度を有する。
(35) ポリオレフィン多層微多孔膜は約100%以上の引張破断伸度を有する。
(36) ポリオレフィン多層微多孔膜を約105℃に8時間保持した後の機械方向及び横方向における熱収縮率は約12%以下である。
(37) ポリオレフィン多層微多孔膜は約15%以下の膜厚変動率を有する。
(38) ポリオレフィン多層微多孔膜は約140℃以下のシャットダウン温度を有する。
(39) ポリオレフィン多層微多孔膜は約150℃以上のメルトダウン温度を有する。
(40) ポリオレフィン多層微多孔膜は約10秒以下のシャットダウン速度を有する。
一実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜は二層からなる。第一の層(例えば上層)は第一の微多孔層材料を含み、第二の層(例えば底層)は第二の微多孔層材料を含む。例えば、この膜は、膜の横方向及び機械方向にほぼ垂直な軸方向から見たときに平面的な上層を有し、上層側から見ると平面的な底層は隠れている。別の実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜は三層以上からなり、第一の微多孔層材料を含む両外層(表面層又は外皮層ともよぶ)と、第二の微多孔層材料を含む少なくとも一層の中間層とを有する。関連する実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜は二層からなり、第一の層が本質的に第一の微多孔層材料からなるか、第一の微多孔層材料からなり、第二の層が本質的に第二の微多孔層材料からなるか、第二の微多孔層材料からなる。関連する実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜は三層以上からなり、両外層が本質的に第一の微多孔層材料からなるか、第一の微多孔層材料からなり、少なくとも一層の中間層が本質的に第二の微多孔層材料からなるか、第二の微多孔層材料からなる。本発明の膜は、ポリオレフィンを含むので、「ポリオレフィン膜」とよぶ。本発明の膜は、ポリオレフィンのみを含んでもよいが、これに限定されず、ポリオレフィン及びポリオレフィン以外の材料を含む膜も本発明の範囲内である。
一実施態様において、第一のポリエチレンは1×106未満のMwを有するポリエチレンであり、例えば約1×104〜約5×105の範囲のMwを有するポリエチレンである。任意で、第一のポリエチレンは、HDPE、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン又は鎖状低密度ポリエチレンのうちの少なくとも一種でよい。限定的ではないが、高密度ポリエチレンのMwは、例えば約1×105〜約5×105の範囲、又は約2×105〜約4×105の範囲でもよい。一実施態様において、第一のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) プロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1等のような第三のα-オレフィンを、典型的にはエチレン量に比べて比較的少量含有する共重合体の少なくとも一種である。このような共重合体はシングルサイト触媒により製造することができる。
一実施態様において、第二のポリエチレンは約1×106以上のMwを有するポリエチレンである。例えば第二のポリエチレンはUHMWPEでよい。一実施態様において、第二のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) 第四のα-オレフィンを、典型的にはエチレン量に比べて比較的少量含有する共重合体の少なくとも一種である。第四のα-オレフィンは、例えば、プロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、又はスチレンの一種以上でよい。限定的ではないが、第二のポリエチレンのMwは、約1×106〜約15×106の範囲、約1×106〜約5×106の範囲、又は約1×106〜約3×106の範囲でよい。
ポリエチレン以外に、第一及び第二の微多孔層材料はポリプロピレンを含んでもよい。ポリプロピレンは、例えば(i) プロピレンの単独重合体又は(ii) プロピレンと第五のオレフィンとの共重合体のいずれでも良い。共重合体はランダム及びブロック共重合体のいずれでも良い。第五のオレフィンとしては、例えばエチレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、スチレン等のα−オレフィン、ブタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン、1,9-デカジエン等のジオレフィン等が挙げられる。プロピレン共重合体中の第五のオレフィンの割合は、耐熱性、耐圧縮性、耐熱収縮性等のような多層微多孔膜の特性に悪影響を与えない範囲であれば良い。具体的には10モル%未満であるのが良い。
(1) ポリエチレンは、約1×104〜約1×107の範囲、約1×105〜約5×106の範囲、又は約2×105〜約3×106の範囲のMwを有する。
(2) ポリエチレンは、約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレンを含む。
(3) ポリエチレンは、本質的に第一のポリエチレンからなるか、第一のポリエチレンからなる。
(4) 第一のポリエチレンは、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン又は鎖状低密度ポリエチレンのうちの一種以上である。
(5) 第一のポリエチレンは、約1×105〜約5×105の範囲、又は約2×105〜約4×105の範囲のMwを有する高密度ポリエチレンの一種以上である。
(6) 第一のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第三のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(7) ポリエチレンは、第一のポリエチレンと、約1×106以上のMwを有する第二のポリエチレンとを含む。
(8) 第二のポリエチレンは、約1×106〜約15×106の範囲、任意で約1×106〜約5×106の範囲、又は任意で約1×106〜約3×106の範囲のMwを有する。
(9) 第二のポリエチレンは超高分子量ポリエチレンである。
(10) 第二のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第四のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(11) 第一の微多孔層材料中の第二のポリエチレン量は、第一の微多孔層材料の重量基準で、約15重量%以下である。
(12) ポリエチレンは、約5〜約300、約5〜約100、又は任意で約5〜約30の分子量分布(Mw/Mn)を有する。
(13) 第一の微多孔層材料中のポリエチレン量は、第一の微多孔層材料の重量基準で、約80重量%〜約99.5重量%の範囲である。
(14) ポリプロピレンは、(i) プロピレンの単独重合体、又は(ii) プロピレンと、エチレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、スチレン、ブタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン及び1,9-デカジエンのようなα-オレフィンからなる群から選ばれた少なくとも一種の第五のオレフィンとの共重合体の一種以上である。
(15) ポリプロピレンは、約1×104〜約4×106の範囲、又は約3×105〜約3×106の範囲のMwを有する。
(16) ポリプロピレンは、約1.01〜約100の範囲、又は約1.1〜約50の範囲のMw/Mnを有する。
(17) ポリエチレンは、約1×104〜約1×107の範囲、約1×105〜約5×106の範囲、又は約2×105〜約3×106の範囲のMwを有する。
(18) ポリエチレンは、約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレンを含む。
(19) ポリエチレンは、本質的に第一のポリエチレンからなるか、第一のポリエチレンからなる。
(20) 第一のポリエチレンは、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン又は鎖状低密度ポリエチレンのうちの一種以上である。
(21) 第一のポリエチレンは、約1×105〜約5×105の範囲、又は約2×105〜約4×105の範囲のMwを有する高密度ポリエチレンの一種以上である。
(22) 第一のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第三のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(23) ポリエチレンは、第一のポリエチレンと、約1×106以上のMwを有する第二のポリエチレンとを含む。
(24) 第二のポリエチレンは、約1×106〜約15×106の範囲、任意で約1×106〜約5×106の範囲、又は任意で約1×106〜約3×106の範囲のMwを有する。
(25) 第二のポリエチレンは超高分子量ポリエチレンである。
(26) 第二のポリエチレンは、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第四のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である。
(27) 第二の微多孔層材料中の第二のポリエチレン量は、第二の微多孔層材料の重量基準で、約15重量%以下、約9重量%以下、又は約6重量%以下である。
(28) ポリエチレンは、約5〜約300、約5〜約100、又は任意で約5〜約30の分子量分布(Mw/Mn)を有する。
(29) 第二の微多孔層材料中のポリエチレン量は、第二の微多孔層材料の重量基準で、約60重量%〜約83重量%の範囲、又は約65重量%〜約80重量%の範囲である。
A. 第一の微多孔層材料調製用ポリマー樹脂
一実施態様において、第一の微多孔層材料は第一のポリオレフィン溶液から調製する。第一のポリオレフィン溶液は、第一のポリオレフィン組成物及び第一のプロセス溶剤を含む。本発明のプロセスではポリオレフィン多層微多孔膜を製造するので、プロセス溶剤を希釈剤又は成膜用溶剤ともよぶ。第一のポリオレフィン組成物は、第一のポリエチレン系樹脂及び第一のポリプロピレン系樹脂を含む。第一のポリオレフィン組成物中の第一のポリエチレン系樹脂量は、第一のポリオレフィン組成物の重量基準で約80重量%以上である。第一のポリオレフィン組成物の調製に使用する材料について、以下詳細に説明する。
一実施態様において、第一のポリエチレン系樹脂は、上記[1]で説明した第一のポリエチレンを含む。別の実施態様において、第一のポリエチレン系樹脂は、第一ポリエチレン及び上記[1]で説明した第二のポリエチレンを含む。例えば、第一のポリエチレン系樹脂は、UHMWPEより低いMwを有するポリエチレン系樹脂(HDPEのような)及びUHMWPE樹脂の混合物であってよい。限定的ではないが、第一のポリエチレン系樹脂のMwは、例えば約1×104〜約1×107の範囲、約1×105〜約5×106の範囲、又は約2×105〜約3×106の範囲でよい。第一のポリエチレン系樹脂中のUHMWPEの量は、第一のポリエチレン系樹脂の重量基準で、一般的に約15重量%以下であり、任意で約9重量%以下である。例えば、第一のポリエチレン系樹脂中のUHMWPEの量は、第一のポリエチレン系樹脂の重量基準で、約3重量%〜約6重量%の範囲でもよい。
第一のポリエチレン系樹脂以外に、第一のポリオレフィン組成物はさらに第一のポリプロピレン系樹脂を含む。第一のポリプロピレン系樹脂は、例えば(i) プロピレンの単独重合体又は(ii) プロピレンと第五のオレフィンとの共重合体のいずれでも良い。共重合体はランダム及びブロック共重合体のいずれでも良い。第五のオレフィンとしては、例えばエチレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、スチレン等のα−オレフィン、ブタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン、1,9-デカジエン等のジオレフィン等が挙げられる。プロピレン共重合体中の第五のオレフィンの割合は、耐熱性、耐圧縮性、耐熱収縮性等のような多層微多孔膜の特性に悪影響を与えない範囲にすべきである。例えば、共重合体全体を100モル%として、10モル%未満であるのが良い。
一実施態様において、第一のポリオレフィン組成物中の第一のポリエチレン系樹脂は、第一のポリオレフィン組成物の重量基準で、約80重量%〜約99.5重量%の範囲である。この第一のポリエチレン系樹脂の量が約80重量%未満だと、比較的低いシャットダウン温度及び比較的速いシャットダウン速度を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造が困難であることがある。この第一のポリエチレン系樹脂の量が99.5重量%超だと、比較的高いメルトダウン温度を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造が困難であることがある。一実施態様において、第一のポリオレフィン組成物中の第一のポリエチレン系樹脂量は、第一のポリオレフィン組成物の重量基準で、約85重量%〜約99重量%の範囲、又は約87重量%〜約98重量%の範囲である。
一実施態様において、第二の微多孔層材料は、第一のポリオレフィン溶液とは独立的に選択される第二のポリオレフィン溶液から調製する。第二のポリオレフィン溶液は、第二のポリオレフィン組成物及び第一のプロセス溶剤と同じでよい第二のプロセス溶剤を含む。第一のポリオレフィン溶液のように、第二のプロセス溶剤を第二の成膜用溶剤又は第二の希釈剤ともよぶ。一実施態様において、第二のポリオレフィン組成物は、第二のポリエチレン系樹脂及び第二のポリプロピレン系樹脂を含む。例えば、第二のポリオレフィン組成物中の第二のポリエチレン系樹脂の量は、第二のポリオレフィン組成物の重量基準で、約50重量%〜約85重量%の範囲でよい。第二のポリオレフィン組成物中の第二のポリエチレン系樹脂の量が約50重量%未満だと、比較的高い透過性を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造が困難であることがある。第二のポリオレフィン組成物中の第二のポリエチレン系樹脂の量が約85重量%超だと、比較的高いメルトダウン温度を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造が困難であることがある。一実施態様において、第二のポリオレフィン組成物中の第二のポリエチレン系樹脂の量は、第二のポリオレフィン組成物の重量基準で、約60重量%〜約83重量%の範囲、又は約65重量%〜約80重量%の範囲である。
必須ではないが、各第一及び第二のポリオレフィン組成物は、さらにポリブテン-1、ポリペンテン-1、ポリ4-メチルペンテン-1、ポリヘキセン-1、ポリオクテン-1、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン及びエチレン・α-オレフィン共重合体(エチレン-プロピレン共重合体を除く)からなる群から選ばれた第三のポリオレフィンを含んでもよい。第三のポリオレフィンを用いる実施態様において、第三のポリオレフィンは、例えば約1×104〜約4×106の範囲のMwを有してよい。第三のポリオレフィンに加えて又はそれ以外に、第一及び/又は第二のポリオレフィン組成物は、例えば約1×103〜約1×104の範囲のMwを有するポリエチレンワックスをさらに含んでもよい。これらの種は、望ましい微多孔膜の特性(例えばメルトダウン、シャットダウン等)を大きく低下させない範囲で添加すべきである。第三のポリオレフィンが、ポリブテン-1、ポリペンテン-1、ポリ4-メチルペンテン-1、ポリヘキセン-1、ポリオクテン-1、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル及びポリスチレンのうちの一種以上である場合、第三のポリオレフィンは、単独重合体のみならず、他のα-オレフィンを少量含有するエチレン・α-オレフィン共重合体でも良い。
ポリオレフィン多層微多孔膜中の第一の微多孔層材料は、第二の微多孔層材料より高いポリエチレン含有量を有するべきであるので、第一のポリオレフィン溶液は、一般的に第二のポリオレフィン溶液より高いポリエチレン濃度を有する。従って、一実施態様において、特に第一のポリオレフィン溶液中の第一の成膜用溶剤濃度が、第二のポリオレフィン溶液中の第二の成膜用溶剤濃度とほぼ同じ場合、第一のポリオレフィン組成物は、一般的に第二のポリオレフィン組成物より高いポリエチレン含有量を有する。第一のポリオレフィン組成物中のポリエチレン系樹脂の相対量が、第二のポリオレフィン組成物中の相対量以下である場合、シャットダウン温度、シャットダウン速度及びメルトダウン温度のバランスが適切で優れたポリオレフィン多層微多孔膜の製造が困難であることがある。一実施態様において、第一のポリオレフィン組成物中のポリエチレン系樹脂の相対量は、第一のポリオレフィン組成物の重量基準で、第二のポリオレフィン組成物中のポリエチレン系樹脂の相対量より約5重量%以上多く、又は約8重量%以上多い。
一実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜の製造に使用するポリエチレン系樹脂の全含有量は、第一及び第二のポリエチレン系樹脂の合計重量基準で、約61重量%以上であり、又はポリオレフィン多層微多孔膜の重量基準で約61重量%以上である。このポリエチレンの全含有量が約61重量%未満だと、比較的低いシャットダウン温度及び比較的速いシャットダウン速度を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造が困難であることがある。このポリエチレンの全含有量が約95重量%超だと、比較的高いメルトダウン温度を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造が困難であることがある。一実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜の製造に使用するポリエチレンの全含有量は、ポリオレフィン多層微多孔膜の重量基準で、約70重量%〜約90重量%の範囲、又は約80重量%〜約90重量%の範囲である。
一実施態様において、微多孔膜は二層膜である。別の実施態様において、微多孔膜は三層以上を有する。簡略化のために、微多孔膜の製造方法は、主に二層及び三層の膜について説明する。当業者であれば、同じ方法を四層以上の膜の製造方法に用いることができる。
ポリオレフィン多層微多孔膜を製造する第一の方法は、(1) 第一のポリオレフィン組成物と成膜用溶剤とを混合(例えば溶融混練)して第一のポリオレフィン溶液を調製し、(2) 第二のポリオレフィン組成物と第二の成膜用溶剤とを混合して第二のポリオレフィン溶液を調製し、(3) 第一及び第二のポリオレフィン溶液を少なくとも1つのダイより押出して(好ましくは同時に)押出し成形体を形成し、(4) 得られた押出し成形体を冷却して冷却押出し成形体、すなわちゲル状積層シートを形成し、(5) 成膜用溶剤を除去して溶剤除去ゲル状シートを形成し、(6) 溶剤除去ゲル状シートを乾燥してポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程を含む。必要に応じて、工程(4)と(5)の間に延伸工程(7)及び熱溶剤処理工程(8)等を設けても良い。必要に応じて、工程(6)の後に、多層微多孔膜を延伸する工程(9)、熱処理工程(10)、電離放射による架橋処理工程(11)、及び親水化処理工程(12)を設けても良い。
上記のようなポリオレフィン系樹脂を含む第一のポリオレフィン組成物を、適当な成膜用溶剤とともに、例えばドライブレンド又は溶融混練により混合して、第一のポリオレフィン溶液を調製すれば良い。任意で、第一のポリオレフィン溶液に、酸化防止剤、微粉珪酸(孔形成剤)等のような一種以上の添加剤を添加しても良い。これらは、望ましいポリオレフィン微多孔膜の特性を低下させない範囲で使用する。
第二のポリオレフィン溶液は、第一のポリオレフィン溶液と同じ方法で調製することができる。例えば、第二のポリオレフィン溶液は、第二のポリオレフィン組成物と第二の成膜用溶剤とを溶融混練することにより、調製することができる。第二の成膜用溶剤は、第一の成膜用溶剤と同じ溶剤群から選択することができる。第二の成膜用溶剤は、第一の成膜用溶剤とは独立的に選択することができるが、第二の成膜用溶剤は第一の成膜用溶剤と同じでもよく、第一のポリオレフィン溶液に用いる第一の成膜用溶剤と同じ相対濃度で使用することができる。
一実施態様において、第一のポリオレフィン溶液を第一の押出機から第一のダイに導き、第二のポリオレフィン溶液を第二の押出機から第二のダイに導く。シート状(すなわち、厚さ方向より平面方向に顕著に大きい形体)の積層押出し成形体を第一及び第二のダイから押し出せばよい。任意で、第一及び第二のポリオレフィン溶液を、第一及び第二のダイから共に押し出して、第一のポリオレフィン溶液から形成した第一の押出し成形体層の平らな表面と、第二のポリオレフィン溶液から形成した第二の押出し成形体層の平らな表面とを接触させてもよい。押出し成形体の平らな表面は、押出し成形体の機械方向(MD)の第一のベクトル及び横方向(TD)の第二のベクトルにより定義される。
得られた積層押出し成形体を、例えば冷却することによりゲル状積層シートを形成することができる。冷却速度及び冷却温度は特に制限されない。例えば、積層押出し成形体がほぼゲル化温度(又はゲル化温度以下)に到達するまで約50℃/分以上の冷却速度で冷却すれば良い。一実施態様において、押出し成形体を約25℃以下まで冷却してゲル状積層シートを形成する。いかなる理論又はモデルにも拘束されることは望まないが、積層押出し成形体の冷却により、成膜用溶剤によって分離された第一及び第二のポリオレフィン溶液領域からなるポリオレフィンミクロ相が形成されると考えられる。一般に冷却速度が遅いと(例えば50℃/分未満)得られる冷却押出し成形体の高次構造が粗くなり、それを形成する擬似細胞単位も大きくなると考えられる。一方比較的冷却速度が速いと(例えば80℃/分)密な細胞単位となる。限定的なパラメータではないが、冷却速度が50℃/分未満では、おそらく膜の結晶化度の上昇により、ゲル状積層シートの延伸が困難になることがある。冷却方法は限定的ではない。例えば、公知のシート冷却方法を用いることができる。一実施態様において、冷却方法として、例えば冷風、冷却水等の冷却媒体に積層押出し成形体を直接接触させる方法が挙げられる。また、冷媒で冷却したロールに押出し成形体を接触させる方法等を用いることもできる。
一実施態様において、溶剤を除去したゲル状シートを形成するために、ゲル状積層シートから第一及び第二の成膜用溶剤の少なくとも一部を除去(置換)する。第一及び第二の成膜用溶剤を除去(洗浄又は置換)するために、置換用溶媒(又は洗浄用溶媒ともよぶ)を用いても良い。いかなる理論又はモデルにも拘束されることは望まないが、第一及び第二のポリオレフィン溶液(すなわち、第一及び第二のポリオレフィン)から形成したゲル状積層シート中に生成したポリオレフィン相は、成膜用溶剤相から分離されているので、成膜用溶剤を除去すると、微細な三次元網目構造を形成するフィブリルからなり、三次元的に不規則に連通する孔を有する多孔質の膜が得られると考えられる。第一及び/又は第二の成膜用溶剤を溶解又は置換することができる限り、洗浄溶媒は制限されない。適した洗浄溶媒として、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の飽和炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、メチルエチルケトン等のケトン類、三フッ化エタン,C6F14,C7F16等の鎖状フルオロカーボン、C5H3F7等の環状ハイドロフルオロカーボン、C4F9OCH3,C4F9OC2H5等のハイドロフルオロエーテル、C4F9OCF3,C4F9OC2F5等のパーフルオロエーテル等の易揮発性溶媒の少なくとも一種が挙げられる。
一実施態様において、成膜用溶剤の少なくとも一部を除去することにより得られた溶剤除去ゲル状積層シートは、洗浄溶剤を除去するために乾燥する。加熱乾燥法又は風乾法のような公知の方法を含む、洗浄溶媒を除去可能ないずれの方法でも用いることができる。ゲル状シートの乾燥温度は限定的ではない。例えば、乾燥温度は上記結晶分散温度Tcd以下でよい。Tcdは、第一のポリエチレン系樹脂の結晶分散温度Tcd1及び第二のポリエチレン系樹脂の結晶分散温度Tcd2のうち低い方である。例えば、乾燥温度は、Tcdより5℃以上低くても良い。第一及び第二のポリエチレン系樹脂の結晶分散温度は、ASTM D 4065に基づいて動的粘弾性の温度特性測定により求められる値を言う。一実施態様において、第一又は第二のポリエチレン系樹脂は約90〜100℃の結晶分散温度を有する。
成膜用溶剤除去工程の前(すなわち工程(5)の前)に、ゲル状積層シートを延伸して延伸ゲル状積層シートを形成する。ゲル状積層シートは第一及び第二の成膜用溶剤を含むと、比較的均一に延伸できると考えられる。ゲル状積層シートを、特に延伸の開始時又は延伸の比較的初期段階(例えば延伸完了の50%より前)で加熱すると、一層均一に延伸できると考えられる。
必須ではないが、工程(4)及び(5)の間において、ゲル状積層シートを熱溶剤に接触させる処理を施しても良い。熱溶剤処理により、比較的厚い葉脈状構造を有するフィブリル(ゲル状積層シートの延伸により形成される)が得られると考えられる。この構造により、そのため細孔径が大きく、強度及び透過性に優れた多層微多孔膜が得られると考えられる。ここで「葉脈状」とは、フィブリルが太い幹の繊維とその外方に連なる細い繊維とからなり、細い繊維が複雑な網状構造を形成している状態をいう。熱溶剤処理方法の詳細はWO 2000/20493に記載されている。
一実施態様において、工程(6)で得られた乾燥後の多層微多孔膜を、少なくとも一軸方向に延伸しても良い。延伸方法の選択は限定的ではなく、例えばテンター法等の公知の延伸方法を用いることができる。限定的ではないが、膜を延伸中に加熱してもよい。限定的ではないが、延伸は一軸延伸又は二軸延伸でよい。二軸延伸の場合、延伸は両軸方向に同時に行うか、ポリオレフィン多層微多孔膜を、例えばまず機械方向に延伸し、次いで横方向に延伸する逐次延伸を行えばよい。一実施態様において、同時二軸延伸を行う。工程(7)でゲル状積層シートを延伸した場合、工程(9)の乾燥後のポリオレフィン多層微多孔膜の延伸をドライ延伸、再延伸又はドライ配向とよぶ。
一実施態様において、工程(6)の後、乾燥後の多層微多孔膜を熱処理してもよい。熱処理により、乾燥後の多層微多孔膜中のポリオレフィンの結晶が安定化し、均一なラメラが形成されると考えられる。一実施態様において、熱固定処理及び/又は熱緩和処理を用いる。熱固定処理の場合、テンター法及び/又はロール法のような公知の方法を用いて行うことができる。限定的ではないが、熱固定処理中の多層微多孔膜の温度(すなわち、熱固定処理温度)はTcd〜ほぼTmの範囲でよい。一実施態様において、熱固定処理温度は、多層微多孔膜のほぼドライ延伸温度±5℃の範囲内、又は多層微多孔膜のほぼドライ延伸温度±3℃の範囲内でよい。
一実施態様において、工程(6)の後、ポリオレフィン多層微多孔膜に対して、例えばα線、β線、γ線、電子線等の電離放射線の照射により架橋処理を施しても良い。電子線の照射の場合、例えば約0.1〜100 Mradの電子線量で良く、例えば約100〜約300 kVの加速電圧で良い。架橋処理により、比較的高いメルトダウン温度を有するポリオレフィン微多孔膜を容易に製造することができると考えられる。
一実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜に親水化処理(すなわち、ポリオレフィン多層微多孔膜を一層親水化する処理)を施してもよい。親水化処理は、例えばモノマーグラフト、界面活性剤処理、コロナ放電等により行うことができる。一実施態様において、架橋処理後にモノマーグラフト処理を行う。
ポリオレフィン多層微多孔膜を製造する第二の方法は、(1) 第一のポリオレフィン組成物と第一の成膜用溶剤とを混合(例えば溶融混練)して第一のポリオレフィン溶液を調製し、(2) 第二のポリオレフィン組成物と第二の成膜用溶剤とを混合して第二のポリオレフィン溶液を調製し、(3) 第一のポリオレフィン溶液を第一のダイより押出し、第二のポリオレフィン溶液を第二のダイより押出し、押し出した第一及び第二のポリオレフィン溶液を積層して積層押出し成形体を形成し、(4) 得られた積層押出し成形体を冷却してゲル状積層シートを形成し、(5) ゲル状積層シートから少なくとも一部の成膜用溶剤を除去し、(6) 得られた溶剤除去ゲル状シートを乾燥して多層微多孔膜を形成する工程を含む。必要に応じて、工程(4)と(5)の間に延伸工程(7)、熱溶剤処理工程(8)等を設けても良い。工程(6)の後に、多層微多孔膜を延伸する工程(9)、熱処理工程(10)、電離放射による架橋処理工程(11)、親水化処理工程(12)等を設けても良い。
ポリオレフィン多層微多孔膜を製造する第三の方法は、(1) 第一のポリオレフィン組成物と成膜用溶剤とを混合(例えば溶融混練)して第一のポリオレフィン溶液を調製し、(2) 第二のポリオレフィン組成物と第二の成膜用溶剤とを混合して第二のポリオレフィン溶液を調製し、(3) 第一のポリオレフィン溶液を少なくとも一つの第一のダイより押し出して少なくとも一つの第一の押出し成形体を形成し、(4) 第二のポリオレフィン溶液を少なくとも一つの第二のダイより押し出して少なくとも一つの第二の押出し成形体を形成し、(5) 得られた第一及び第二の押出し成形体を冷却して少なくとも一つの第一のゲル状シート及び少なくとも一つの第二のゲル状シートを形成し、(6) 第一及び第二のゲル状シートを積層してゲル状積層シートを形成し、(7) ゲル状積層シートから少なくとも一部の成膜用溶剤を除去して溶剤除去ゲル状シートを形成し、(8) 溶剤除去ゲル状シートを乾燥して多層微多孔膜を形成する工程を有する。必要に応じて、工程(5)と(6)の間、又は工程(6)と(7)の間に、延伸工程(9)、熱溶剤処理工程(10)等を設けても良い。工程(8)の後に、多層微多孔膜を延伸する工程(11)、熱溶剤処理工程(12)、電離放射による架橋処理工程(13)、親水化処理工程(14)等を設けても良い。
ポリオレフィン多層微多孔膜を製造する第四の方法は、(1) 第一のポリオレフィン組成物と成膜用溶剤とを混合(例えば溶融混練)して第一のポリオレフィン溶液を調製し、(2) 第二のポリオレフィン組成物と第二の成膜用溶剤とを混合して第二のポリオレフィン溶液を調製し、(3) 第一のポリオレフィン溶液を少なくとも一つの第一のダイより押し出して少なくとも一つの第一の押出し成形体を形成し、(4) 第二のポリオレフィン溶液を少なくとも一つの第二のダイより押し出して少なくとも一つの第二の押出し成形体を形成し、(5) 得られた第一及び第二の押出し成形体を冷却して少なくとも一つの第一のゲル状シート及び少なくとも一つの第二のゲル状シートを形成し、(6) 第一及び第二のゲル状シートから少なくとも一部の第一及び第二の成膜用溶剤を除去して第一及び第二の溶剤除去ゲル状シートを形成し、(7) 第一及び第二の溶剤除去ゲル状シートを乾燥して少なくとも一つの第一のポリオレフィン膜及び少なくとも一つの第二のポリオレフィン膜を形成し、(8) 得られた第一及び第二のポリオレフィン微多孔膜を積層して多層微多孔膜を形成する工程を有する。
一実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜は、約3μm〜約200μmの範囲、又は約5μm〜約50μmの範囲の厚さを有する。ポリオレフィン多層微多孔膜は、以下の特性のうちの一種以上を任意で有しても良い。
空孔率が25%未満では、ポリオレフィン多層微多孔膜は、電池用セパレータとして用いた場合に望ましい透気度を一般的に有さない。一方80%を超えると、電池用セパレータとして用いた場合に望ましい強度が不十分となり、電極が短絡する危険が大きくなる。
JIS P8117に準拠して測定したポリオレフィン多層微多孔膜の透気度(空気透過度)が約20〜約400秒/100 cm3であると、望ましい電池容量及びサイクル特性を有する電池を容易に製造することができる。透気度が約20秒/100 cm3未満では、特に電池内部の温度上昇時に望ましいシャットダウン特性を有する電池の製造が困難であることがある。膜厚T1の多層微多孔膜に対してJIS P8117に準拠して測定した透気度P1を、P2=(P1×20)/T1の式により、膜厚を20μmとしたときの透気度P2に換算すればよい。
多層微多孔膜の突刺強度(膜厚20μmに換算)は、先端が球面(曲率半径R:0.5 mm)の直径1mmの針を2mm/秒の速度で多層微多孔膜に突刺したときの最大荷重である。ポリオレフィン多層微多孔膜の突刺強度が2,000 mN/20μm未満では、望ましい機械的な完全性、耐久力及び頑丈さを有する電池の製造が困難である。
ASTM D882により測定したポリオレフィン多層微多孔膜の引張破断強度が長手方向(MD)及び横手方向(TD)のいずれにおいても49,000 kPa以上であると、望ましい機械的強度を有する電池の製造が容易である。ポリオレフィン多層微多孔膜の引張破断強度は好ましくは80,000 kPa以上である。
ASTM D882により測定したポリオレフィン多層微多孔膜の引張破断伸度が長手方向(MD)及び横手方向(TD)のいずれにおいても100%以上であると、望ましい機械的な完全性、耐久力及び頑丈さを有する電池の製造が容易である。
ポリオレフィン多層微多孔膜を約105℃に8時間保持したときの熱収縮率が長手方向及び横手方向ともに12%を超えると、電池の発熱によりセパレータが収縮したときに内部短絡を生じない電池の製造が困難である。
ポリオレフィン多層微多孔膜の膜厚変動率が約15%を超えると、内部短絡に対して望ましい防止性を有する電池の製造が困難であることがある。ポリオレフィン多層微多孔膜の膜厚変動率は、TD方向に30 cmの長さにわたって5mm間隔で接触厚さ計により微多孔膜の厚さを測定し、(最大厚さ−最小厚さ)/平均厚さにより求めることができる。
ポリオレフィン多層微多孔膜のシャットダウン温度が140℃を超えると、電池が過熱したときに、望ましい遮断応答性を有する電池用セパレータの製造が困難であることがある。シャットダウン温度の一測定方法は、長手方向及び横方向にそれぞれ3mm及び10 mmの試験片について、長手方向に2gの荷重を掛けながら、5℃/分の速度で室温から昇温し、ポリオレフィン多層微多孔膜の融点付近で観測された変曲点の温度を求める工程を有する。
一実施態様において、メルトダウン温度は約150〜約190℃である。メルトダウン温度の一測定方法は、長手方向及び横方向にそれぞれ3mm及び10 mmのポリオレフィン多層微多孔膜の試験片について、長手方向に2gの荷重を掛けながら、5℃/分の速度で室温から昇温し、破膜した温度として求める工程を有する。
ポリオレフィン多層微多孔膜のシャットダウン速度(135℃)が10秒を超えると、過熱したときに、望ましい遮断応答性を有する電池の製造が困難である。シャットダウン速度の一測定方法は、複数のポリオレフィン多層微多孔膜を、135℃に温調したプレート上に同時に面接触するように固定して透気度を測定し、透気度が100,000秒/100 cm3(膜厚20μmに換算)に達するのに要した時間(秒)をシャットダウン速度とする工程を有する。
多層微多孔膜をリチウムイオン二次電池に組み込んだ場合の80℃/30日間保存後の電池容量回復率(保存後の電池容量/初期電池容量)×100(%)は70%以上であることが望ましい。電池容量回復率は75%以上が好ましい。
一実施態様において、上記ポリオレフィン多層微多孔膜からなる電池用セパレータは、約3〜約200μmの範囲、又は約5〜約50μmの範囲の膜厚を有する。例えば、選択した電解液によるが、セパレータの膨潤により、膜厚は200μmを超えることがある。
一実施態様において、ポリオレフィン多層微多孔膜は、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル−水素二次電池、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル−亜鉛二次電池、銀−亜鉛二次電池等の一次及び二次の電池用のセパレータとして用いることができ、特にリチウムイオン二次電池用セパレータとして用いることができる。以下リチウムイオン二次電池を説明する。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。
(1) 第一のポリオレフィン溶液の調製
重量平均分子量(Mw)が2.0×106の超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)5重量%、Mwが3.5×105の高密度ポリエチレン(HDPE)90重量%、及びMwが5.3×105のプロピレン単独重合体(PP)5重量%からなる第一のポリオレフィン99.8重量部に、酸化防止剤としてテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.2重量部をドライブレンドした。UHMWPE及びHDPEからなるポリエチレン混合物の融点は135℃であり、結晶分散温度は100℃であった。
・測定装置:Waters Corporation製GPC-150C
・カラム:昭和電工株式会社製Shodex UT806M
・カラム温度:135℃
・溶媒(移動相):o-ジクロルベンゼン
・溶媒流速:1.0 ml/分
・試料濃度:0.1 質量%(溶解条件:135℃/1h)
・インジェクション量:500μl
・検出器:Waters Corporation製ディファレンシャルリフラクトメーター
・検量線:単分散ポリスチレン標準試料を用いて得られた検量線から、所定の換算定数を用いて作成した。
HDPE(融点:135℃、結晶分散温度:100℃)70重量%及びPP30重量%からなる樹脂成分99.8重量部と、上記酸化防止剤0.2重量部とのドライブレンドを用い、樹脂濃度を35重量%とした以外上記と同様にして、第二のポリオレフィン溶液を調製した。
第一及び第二のポリオレフィン溶液を、各々の二軸押出機から三層用Tダイに供給し、第一のポリオレフィン溶液/第二のポリオレフィン溶液/第一のポリオレフィン溶液の押出し成形体(積層体ともよぶ。層厚比:35/30/35)となるように押し出した。押し出した成形体を、0℃に温調した冷却ロールで引き取りながら冷却し、ゲル状三層シートを形成した。このゲル状三層シートを、テンター延伸機により115℃で機械方向(長手方向)及び横手方向ともに5倍に同時二軸延伸した。延伸ゲル状三層シートを20 cm×20 cmのアルミニウム枠板に固定し、25℃に温調した塩化メチレン浴中に浸漬し、100 rpmで3分間揺動しながら流動パラフィンを除去した。洗浄した膜を室温で風乾し、テンターに固定し、125℃で10分間熱緩和処理することによりポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で87.5重量%)。
(a) 正極の作製
87重量部のリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2)、10重量部の鱗片状グラファイト、及び3重量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を、N-メチル-2-ピロリドンに加え、1時間撹拌して充分に混合し、ペースト状の正極活物質剤を調製した。
95重量部のメソフェーズカーボンマイクロビーズ、及び5重量部のPVDFをN-メチル-2-ピロリドンに加え、十分に混合してペースト状の負極活物質剤を調製した。負極活物質剤を、銅箔からなる集電体上にドクターブレード法により塗布し、均一な厚さの層を形成し、これを乾燥して負極活物質層とした。得られた積層体をφ14 mmの円形に打ち抜いて集電体表面に負極活物質層が形成された負極を得た。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(EC/DEC=30/70の体積比)に、LiPF6を1モル/リットルとなるように添加して電解液を調製した。
正極及び負極を減圧下、150℃で加熱し、電極中の水分及びN-メチル-2-ピロリドンをほぼ完全に除去した。乾燥した正極及び負極をそれぞれ正極ケース及び負極ケースに取り付け(溶接し)、これらの間に上記(3)で作製したポリオレフィン三層微多孔膜からなるセパレータを挟んだ。次いで電解液を注入した後、ガスケットで密封してコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
(1) 第一のポリオレフィン微多孔膜の作製
実施例1と同様にして調製した第一のポリオレフィン溶液を二軸押出機の先端に設置されたTダイから押し出し、0℃に温調した冷却ロールで引き取りながら冷却し、得られた第一のゲル状シートを実施例1と同様にして115℃で同時二軸延伸し、洗浄し、風乾し、熱緩和処理することにより、厚さ18.1μmの第一のポリオレフィン微多孔膜を作製した。
実施例1と同様にして調製した第二のポリオレフィン溶液を用いた以外上記(1)と同様にして形成したゲル状シートを実施例1と同様にして115℃で同時二軸延伸し、洗浄し、風乾し、熱緩和処理することにより、厚さ15.5μmの第二のポリオレフィン微多孔膜を作製した。
第一及び第二のポリオレフィン微多孔膜を、第一のポリオレフィン微多孔膜/第二のポリオレフィン微多孔膜/第一のポリオレフィン微多孔膜の順に積層し(層厚比:35/30/35)、110℃に加熱した多段のロール間に通し、0.05 MPaの圧力で接合しながら、長手方向(MD)及び横手方向(TD)ともに1.6倍に延伸し、積層膜を形成した。各層の厚さは、一部の三層微多孔膜を三枚に引き剥がして得られた三枚の膜に対して、接触厚さ計を用いて30 cmの幅にわたって10 mmの長手方向間隔で測定し、平均することにより求めた。三層微多孔膜の残りは、以下の工程で熱緩和処理した。
ポリオレフィン積層膜をテンターに固定し、125℃で10分間熱緩和処理することによりポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で87.5重量%)。
ポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
第一のポリオレフィンの組成をUHMWPE8重量%、HDPE90重量%及びPP2重量%とした以外実施例1と同様にして、第一のポリオレフィン溶液を調製した。また実施例1と同様にして第二のポリオレフィン溶液を調製した。第一及び第二のポリオレフィン溶液を、各々の二軸押出機から三層用Tダイに供給し、第一のポリオレフィン溶液/第二のポリオレフィン溶液/第一のポリオレフィン溶液の押出し成形体(層厚比: 30/40/30)となるように押し出し、0℃に温調した冷却ロールで引き取りながら冷却し、ゲル状三層シートを形成した。このゲル状三層シートを実施例1と同様にして115℃で同時二軸延伸し、洗浄し、風乾し、熱緩和処理することによりポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で86.8重量%)。このポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
第一のポリオレフィン系樹脂の組成をUHMWPE10重量%、HDPE80重量%及びPP10重量%とした以外実施例1と同様にして、第一のポリオレフィン溶液を調製した。第二のポリオレフィン系樹脂の組成をHDPE80重量%及びPP20重量%とした以外実施例1と同様にして、第二のポリオレフィン溶液を調製した。第一及び第二のポリオレフィン溶液を各々の二軸押出機から三層用Tダイに供給し、第一のポリオレフィン溶液/第二のポリオレフィン溶液/第一のポリオレフィン溶液の押出し成形体(層厚比:30/40/30)となるように押し出し、0℃に温調した冷却ロールで引き取りながら冷却し、ゲル状三層シートを形成した。このゲル状三層シートを、実施例1と同様にして115℃で同時二軸延伸し、洗浄し、風乾し、熱緩和処理することによりポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で86.0重量%)。このポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
実施例3と同様にして調製した第一及び第二のポリオレフィン溶液を各々の二軸押出機から二層用Tダイに供給し、第一のポリオレフィン溶液/第二のポリオレフィン溶液の厚さ比が70/30となるように同時に押し出し、0℃に温調した冷却ロールで引き取りながら冷却し、ゲル状二層シートを形成した。このゲル状二層シートを、実施例1と同様にして115℃で同時二軸延伸し、洗浄し、風乾し、熱緩和処理することによりポリオレフィン二層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン二層微多孔膜の重量基準で89.6重量%)。このポリオレフィン二層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
(1) ポリオレフィン溶液の調製
UHMWPE10重量%及びHDPE90重量%からなるポリエチレン系樹脂を用いた以外実施例1と同様にして、第一のポリオレフィン溶液を調製した。第一のポリオレフィン溶液にはポリプロピレンを用いなかった。
実施例1の第二のポリオレフィン溶液と同じポリオレフィン系樹脂を含む第二のポリオレフィン溶液を調製した。
第一及び第二のポリオレフィン溶液を、各々の二軸押出機から三層用Tダイに供給し、第一のポリオレフィン溶液/第二のポリオレフィン溶液/第一のポリオレフィン溶液の押出し成形体(層厚比:30/40/30)となるように押し出し、0℃に温調した冷却ロールで引き取りながら冷却し、第一のポリオレフィン層/第二のポリオレフィン層/第一のポリオレフィン層からなるゲル状三層シートを形成した。このゲル状三層シートを、実施例1と同様にして115℃で同時二軸延伸し、洗浄し、風乾し、熱緩和処理することによりポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で88.0重量%)。
ポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
(1) 第一のポリオレフィン溶液の調製
実施例3の第一のポリオレフィン溶液と同組成の比較例2の第一のポリオレフィン溶液を調製した。
HDPE30重量%及びPP70重量%からなるポリオレフィン樹脂組成物を用いた以外実施例1と同様にして、比較例2の第二のポリオレフィン溶液を調製した。
上記第一及び第二のポリオレフィン溶液を用いた以外比較例1と同様にして、第一のポリオレフィン微多孔膜/第二のポリオレフィン微多孔膜/第一のポリオレフィン微多孔膜からなるポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で70.8重量%)。
ポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
(1) 第一のポリオレフィン溶液の調製
実施例4の第一のポリオレフィン溶液と同組成の比較例3の第一のポリオレフィン溶液を調製した。
第二のポリオレフィン系樹脂の重量基準で、HDPE50重量%及びPP50重量%からなる第二のポリオレフィン系樹脂を用いた以外比較例1と同様にして、比較例3の第二のポリオレフィン溶液を調製した。
上記第一及び第二のポリオレフィン溶液を用い、層厚比を第一のポリオレフィン溶液層/第二のポリオレフィン溶液層/第一のポリオレフィン溶液層=10/80/10とした以外比較例1と同様にして、第一の微多孔層/第二の微多孔層/第一の微多孔層からなるポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で58重量%)。
ポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
第二のポリオレフィン組成物の組成を、第二のポリオレフィン組成物の重量基準で、HDPE92重量%及びPP8重量%とした以外比較例2と同様にして、第一の微多孔膜/第二の微多孔膜/第一の微多孔膜からなるポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で95.6重量%)。このポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
第一のポリオレフィンの組成を、第一のポリオレフィン系樹脂の重量基準でUHMWPE5重量%、HDPE70重量%及びPP25重量%とした以外比較例1と同様にして、第一の微多孔膜/第二の微多孔膜/第一の微多孔膜からなるポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で73.0重量%)。このポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
(1) 第一のポリオレフィン溶液の調製
第一のポリオレフィンの重量基準で、UHMWPE5重量%、HDPE80重量%及びPP15重量%からなるポリオレフィン組成物を用いた以外比較例1と同様にして、第一のポリオレフィン溶液を調製した。
上記(1)と同組成の内層用の第二のポリオレフィン溶液を調製した。
上記第一及び第二のポリオレフィン溶液を用いた以外比較例1と同様にして、第一のポリオレフィン微多孔膜/第二のポリオレフィン微多孔膜/第一のポリオレフィン微多孔膜からなるポリオレフィン三層微多孔膜を作製した(ポリエチレンの合計:ポリオレフィン三層微多孔膜の重量基準で85.0重量%)。
ポリオレフィン三層微多孔膜を用いて実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。
多層微多孔膜の30 cmの幅にわたって5mmの長手方向間隔で接触厚さ計により膜厚を測定し、平均することにより求めた。
膜厚T1の多層微多孔膜に対してJIS P8117に準拠して測定した透気度P1を、式:P2=(P1×20)/T1により、膜厚を20μmとしたときの透気度P2に換算した。
公知の重量法により測定した。すなわち、同質量の多孔質膜と非多孔質膜との密度の比から求めた。
先端が球面(曲率半径R:0.5 mm)の直径1mmの針で、膜厚T1の多層微多孔膜を2mm/秒の速度で突刺したときの最大荷重を測定した。最大荷重の測定値L1を、式:L2=(L1×20)/T1により、膜厚を20μmとしたときの最大荷重L2に換算し、突刺強度とした。
幅10 mmの短冊状試験片を用いてASTM D882により測定した。
多層微多孔膜を105℃に8時間保持したときの長手方向(MD)及び横手方向(TD)の収縮率をそれぞれ3回ずつ測定し、平均することにより求めた。
図1に示すように、10 mm(TD)×3mm(MD)の試験片TPをポリエチレン微多孔膜1から切り出した。熱機械的分析装置(セイコーインスツル株式会社製、TMA/SS6000)を用い、上端1aをホルダ2で把持し、下端1bに2gの重り3を取り付け、試験片TPに5℃/分の速度で室温から昇温した。融点付近で観測された変曲点の温度をシャットダウン温度とした。
135℃に温調したプレート上に面接触するように固定し、接触時間を種々変えて熱処理した複数の多層微多孔膜について透気度を測定し、透気度が100,000秒/100 cm3(膜厚20μmに換算)に達するのに要した時間(秒)をシャットダウン速度とした。
上記熱機械的分析装置を用い、図1に示す方法で、10 mm(TD)×3mm(MD)の試験片TPに荷重2gを掛けながら5℃/分の速度で室温から昇温した。試験片TPの延びが室温での長さ(100%)の50%に達したときの温度をメルトダウン温度とした。
膜厚変動率(%)は、TD方向に30 cmの長さにわたって5mm間隔で接触厚さ計により多層微多孔膜の厚さを測定し、(最大厚さ−最小厚さ)/平均厚さにより求めた。
リチウムイオン二次電池の容量回復率を以下の方法で測定した。まずリチウムイオン二次電池の高温保存前の放電容量(初期容量)を充放電試験機により測定し、電池を80℃で30日間保存した後、再び放電容量を同じ方法で測定して、高温保存後の容量を求めた。電池の容量回復率(%)は、下記式:
容量回復率(%)=[(高温保存後の容量)/(初期容量)]×100
に従って算出した。
(2) Tmはポリエチレン(組成物)の融点を表す。
(3) Tcdはポリエチレン(組成物)の結晶分散温度を表す。
(4) 第一及び第二の微多孔層のポリエチレン系樹脂の合計(膜全体を100質量%とする)。
(5) 第一のポリオレフィン溶液の濃度/第二のポリオレフィン溶液の濃度。
(6) 表層/内層/表層の層構成。
(7) 表層/内層/表層の層厚比。
(8) (I)は第一のポリオレフィン溶液を表し、(II)は第二のポリオレフィン溶液を表す。
(2) Tmはポリエチレン(組成物)の融点を表す。
(3) Tcdはポリエチレン(組成物)の結晶分散温度を表す。
(4) 第一及び第二の微多孔層のポリエチレン系樹脂の合計(膜全体を100重量%とする)。
(5) (I)は第一のポリオレフィン溶液を表し、(II)は第二のポリオレフィン溶液を表す。
(6) 表層/内層/表層の層構成。
(7) 表層/内層/表層の層厚比。
[1] 第一の層材料及び第二の層材料からなるポリオレフィン多層微多孔膜であって、前記第一及び第二の層材料がポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
(i) 前記第一の層材料が、前記第一の材料の重量基準で、約80重量%以上の第一の含有量でポリエチレンを含み、
(ii) 前記第二の層材料が、前記第二の材料の重量基準で、約50重量%以上の第二の含有量でポリエチレンを含み、
(iii) 重量%基準で、前記第一の含有量が前記第二の含有量より多く、
(iv) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜が、前記第一及び第二の層材料の合計重量基準で、約61重量%以上の合計含有量のポリエチレンを含むポリオレフィン多層微多孔膜。
[2] 前記多層膜が、前記第一の層材料を含む第一の微多孔層と、前記第二の層材料を含む第二の微多孔層とを有する[1]に記載の多層膜。
[3] 前記多層膜が、前記第一の層材料を含む第一の微多孔層と、前記第一の層材料を含む第三の微多孔層と、前記第二の層材料を含む第二の微多孔層とを有し、前記第二の微多孔層が前記第一及び第二の微多孔層の間に配置されている[1]に記載の多層膜。
[4] 前記多層膜が、前記第二の層材料を含む第一の微多孔層と、前記第二の層材料を含む第三の微多孔層と、前記第一の層材料を含む第二の微多孔層とを有し、前記第二の微多孔層が前記第一及び第三の微多孔層の間に配置されている[1]に記載の多層膜。
[5] 前記第一の含有量が約80重量%〜約99.5重量%の範囲であり、前記第二の含有量が約50重量%〜約85重量%の範囲であり、前記第一及び第二の層材料の各々の重量基準で、前記第一の層材料が前記第二の層材料より約5重量%以上多くポリエチレンを含み、前記合計含有量が約70重量%〜約90重量%の範囲である[2]、[3]又は[4]に記載の多層膜。
[6] 前記ポリエチレンが第一のポリエチレン及び任意成分である第二のポリエチレンを含み、
(a) 前記第一の層材料中のポリエチレンが、以下のうちの少なくとも一つの特性を有する:
(1) 前記ポリエチレンが約1×104〜約1×107の範囲のMwを有する;
(2) 前記ポリエチレンが約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレンを含む;
(3) 前記第一のポリエチレンが、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン又は鎖状低密度ポリエチレンのうちの一種以上である;
(4) 前記第一のポリエチレンが、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第三のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である;
(5) 前記ポリエチレンが、前記第一のポリエチレンと、約1×106以上のMwを有する第二のポリエチレンとを含む;
(6) 前記第二のポリエチレンが、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第四のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である;
(7) 前記第二のポリエチレンの含有量が、前記第一の層材料の重量基準で、約15重量%以下である;
(8) 前記ポリエチレンが、約5〜約300の分子量分布(Mw/Mn)を有する;
(b) 前記第一又は第二の層材料中のポリプロピレンが、以下のうちの少なくとも一つの特性を有する:
(1) 前記ポリプロピレンが、(i) プロピレンの単独重合体、又は(ii) プロピレンと、エチレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン-1、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、スチレン、ブタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン及び1,9-デカジエンのようなα-オレフィンからなる群から選ばれた少なくとも一種の第五のオレフィンとの共重合体の一種以上からなる;
(2) 前記ポリプロピレンが約1×104〜約4×106の範囲のMwを有する;
(3) 前記ポリプロピレンが約1.01〜約100の範囲のMw/Mnを有する;
(4) 前記ポリプロピレンがアイソタクチックである;
(5) 前記ポリプロピレンが約90 Joules/g以上の融解熱を有する;
(6) 前記ポリプロピレンが約160℃以上の融解ピーク(第二の融解)を有する;
かつ(c) 前記第二の層材料中のポリエチレンが、以下のうちの少なくとも一つの特性を有する:
(1) 前記ポリエチレンが約1×104〜約1×107の範囲のMwを有する;
(2) 前記ポリエチレンが約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレンを含む;
(3) 前記第一のポリエチレンが、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン又は鎖状低密度ポリエチレンのうちの一種以上である;
(4) 前記第一のポリエチレンが(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第三のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である;
(5) 前記ポリエチレンが、前記第一のポリエチレンと、約1×106以上のMwを有する第二のポリエチレンとを含む;
(6) 前記第二のポリエチレンが、(i) エチレンの単独重合体、又は(ii) エチレンと、プロピレン、ブテン-1及びヘキセン-1からなる群から選ばれた少なくとも一種の第四のα-オレフィンとの共重合体のうちから選択される少なくとも一種である;
(7) 前記第二のポリエチレンの含有量が、前記第二の層材料の重量基準で、約15重量%以下である;
(8) 前記ポリエチレンが、約5〜約300の分子量分布(Mw/Mn)を有する;
[2]〜[5]のいずれかに記載の多層膜。
[7] 前記第一の層材料中の前記ポリエチレンが約2×105〜約3×106の範囲のMwを有する[6]に記載の多層膜。
[8] 前記第二の層材料中の前記ポリエチレンが、本質的に約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する前記第一のポリエチレンからなる[6]に記載の多層膜。
[9] 前記第一のポリエチレンが高密度ポリエチレンであり、前記第二のポリエチレンが超高分子量ポリエチレンである[6]に記載の多層膜。
[10] 前記第一の層材料中の前記ポリエチレンが、1×106以上の重量平均分子量を有するポリエチレン10重量%以下と、1×104〜5×105の重量平均分子量を有するポリエチレン90重量%以上とを含み、前記第二の層材料中の前記ポリエチレンが1×104〜5×105の重量平均分子量を有する[6]に記載の多層膜。
[11] (A) 第一のポリオレフィン組成物(第一のポリエチレン系樹脂及び第一のポリプロピレン系樹脂を含み、この組成物の重量基準で前記第一のポリエチレン系樹脂の含有量が約80重量%以上である)及び第一の溶剤を混合して第一のポリオレフィン溶液を調製し、
(B) 第二のポリオレフィン組成物(第二のポリエチレン系樹脂及び第二のポリプロピレン系樹脂を含み、この組成物の重量基準で前記第二のポリエチレン系樹脂の含有量が約50重量%以上である)及び第二の溶剤を混合して第二のポリオレフィン溶液を調製し、
(C) (C-I) (i) 前記第一及び第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を少なくとも一つのダイから共に押し出して積層押出し成形体を形成し、(ii) 前記積層押出し成形体を冷却し、 (iii)前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去するか;
(C-II) (i) 前記第一及び第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を少なくとも一つのダイから押し出して複数の押出し成形体を形成し、(ii) 前記複数の押出し成形体を積層して積層押出し成形体を形成し、(iii) 前記積層押出し成形体を冷却し、(iv) 前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去するか;
(C-III) (i) 前記第一及び第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を少なくとも一つのダイから押し出して複数の押出し成形体を形成し、(ii) 前記複数の押出し成形体を冷却し、(iii) 前記冷却した複数の押出し成形体を積層し、(iv) 前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去するか;
(C-IV) (i) 前記第一及び第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を少なくとも一つのダイから押し出して複数の押出し成形体を形成し、(ii) 前記複数の押出し成形体を冷却し、(iii) 前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去して複数の微多孔膜を形成し、(iv) 前記複数の微多孔膜を積層する
工程を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造方法であって、
(i) 前記第一のポリオレフィン組成物が、重量%基準で、前記第二のポリオレフィン組成物より多いポリエチレンを含み、(ii) 前記第一のポリオレフィン組成物中のポリエチレン含有量と、前記第二のポリオレフィン組成物中のポリエチレン含有量との和が、前記第一及び第二のポリオレフィン組成物の合計重量基準で約61重量%以上である方法。
[12] (C-I)-(i) (a) 前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出し、(b) 前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから共に押し出し、さらに(c) 前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから共に押し出し、もって(i) 前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなるか、(ii) 前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなる積層押出し成形体を形成し、
(C-I)-(ii) 前記積層押出し成形体を冷却して冷却積層押出し成形体を形成し、
(C-I)-(iii) 前記冷却した積層押出し成形体から前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去して溶剤除去積層押出し成形体を形成し、
(C-I)-(iv) 前記溶剤除去積層押出し成形体を乾燥してポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程
を有する[11]に記載の方法。
[13] さらに
(C-I)-(v) 前記冷却した積層押出し成形体を少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-I)-(vi) 前記冷却した積層押出し成形体を熱溶剤で処理して前記膜に葉脈状構造を形成する工程、
(C-I)-(vii) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-I)-(viii) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を熱処理する工程、
(C-I)-(ix) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を架橋処理する工程、及び/又は
(C-I)-(x) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を一層親水化する処理を行う工程
のうちの少なくとも一つを任意の順で行う[12]に記載の方法。
[14] (C-II)-(i) (a) 前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出して第一の押出し成形体を形成し、(b)前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから押し出して第二の押出し成形体を形成し、さらに(c) 前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから押し出して第三の押出し成形体を形成し、
(C-II)-(ii) 第一、第二及び第三の押出し成形体を積層して積層押出し成形体を形成し、
(C-II)-(iii) 前記積層押出し成形体を冷却して冷却積層押出し成形体を形成し、
(C-II)-(iv) 前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を前記冷却した積層押出し成形体から除去し溶剤除去押出し成形体を形成し、
(C-II)-(v) 前記溶剤除去押出し成形体を乾燥して前記ポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程を有するポリオレフィン多層微多孔膜の製造方法であって、
前記積層押出し成形体が、(i) 前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなるか、(ii) 前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなる[11]に記載の方法。
[15] さらに、
(C-II)-(vi) 前記冷却した押出し成形体を少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-II)-(vii) 前記冷却した押出し成形体を熱溶剤で処理する工程、
(C-II)-(viii) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-II)-(ix) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を熱処理する工程、
(C-II)-(x) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を架橋処理する工程、及び/又は
(C-II)-(xi) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を一層親水化する処理を行う工程
のうちの少なくとも一つを任意の順で行う[14]に記載の方法。
[16] (C-III)-(i) 前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出して第一の押出し成形体を形成し、前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから押し出して第二の押出し成形体を形成し、前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから押し出して第三の押出し成形体を形成し、
(C-III)-(ii) 前記第一、第二及び第三の押出し成形体を冷却して第一、第二及び第三の押出し成形体を形成し、
(C-III)-(iii) 前記第一、第二及び第三の冷却した押出し成形体を積層して積層体を形成し、
(C-III)-(iv) 積層体から前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去して溶剤除去積層体を形成し、
(C-III)-(v) 前記溶剤除去積層体を乾燥して前記ポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程を有する[11]に記載の方法。
[17] さらに、
(C-III)-(vi) 前記積層体及び/又は前記第一又は第二の冷却した押出し成形体の少なくとも一つを少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-III)-(vii) 前記積層体及び/又は前記第一又は第二の冷却した押出し成形体の少なくとも一つを熱溶剤で処理する工程、
(C-III)-(viii) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-III)-(ix) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を熱処理する工程、
(C-III)-(x) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を架橋処理する工程、及び
(C-III)-(xi) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を一層親水化する処理を行う工程
のうちの少なくとも一つを任意の順で行う[16]に記載の方法。
[18] (C-IV)-(i) 前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出して第一の押出し成形体を形成し、前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから押し出して第二の押出し成形体を形成し、前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから押し出して第三の押出し成形体を形成し、
(C-IV)-(ii) 前記第一、第二及び第三の押出し成形体を冷却して第一、第二及び第三の冷却した押出し成形体を形成し、
(C-IV)-(iii) 前記第一、第二及び第三の冷却した押出し成形体から前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去し、前記溶剤を除去した第一、第二及び第三の冷却押出し成形体を乾燥して第一、第二及び第三の微多孔膜を形成し、さらに、
(C-IV)-(iv) 前記第一、第二及び第三の微多孔膜を積層してポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程を有する[11]に記載の方法。
[19] さらに、
(C-IV)-(v) 前記第一、第二又は第三の冷却した押出し成形体の少なくとも一つを少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-IV)-(vi) 前記第一、第二又は第三の冷却した押出し成形体の少なくとも一つを熱溶剤で処理する工程、
(C-IV)-(vii) 前記第一、第二又は第三の微多孔膜の少なくとも一つを少なくとも一側方に延伸する工程、
(C-IV)-(viii) 前記第一、第二又は第三の微多孔膜の少なくとも一つを熱処理する工程、
(C-IV)-(ix) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を少なくとも一側方に延伸工程、
(C-IV)-(x) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を熱処理する工程、
(C-IV)-(xi) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を架橋処理する工程、及び
(C-IV)-(xii) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜を一層親水化する処理を行う工程
のうちの少なくとも一つを任意の順で行う[18]に記載の方法。
[20] [11]〜[19]のいずれかに記載の方法により製造された多層微多孔膜。
[21] 前記第一のポリエチレン系樹脂が、(i) 約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレン、又は(ii) 前記第一のポリエチレン及び約1×106以上のMwを有する第二のポリエチレンを含む[11]〜[19]のいずれかに記載の方法。
[22] 前記第二のポリエチレン系樹脂が(i) 約1×104〜約5×105の範囲のMwを有する第一のポリエチレン、又は(ii) 前記第一のポリエチレン及び約1×106以上のMwを有する第二のポリエチレンを含む[11]〜[19]のいずれかに記載の方法。
[23] 前記第一のポリプロピレン系樹脂が約1×104〜約4×106の範囲の分子量を有する第一のポリプロピレンを含み、前記第二のポリプロピレン系樹脂が、前記第一のポリプロピレンとは独立して、約1×104〜約4×106の範囲の分子量を有する第二のポリプロピレンを含む[11]〜[19]のいずれかに記載の方法。
[24] 前記第一の溶剤が、(i) 脂肪族、環式脂肪族又は芳香族の炭化水素、(ii) 前記脂肪族、環式脂肪族又は芳香族の炭化水素に沸点が対応する鉱油留分、(iii) ステアリルアルコール、(iv) セリルアルコール及び(v) パラフィンワックスのうちの一種以上を含む[11]〜[19]のいずれかに記載の方法。
[25] 前記第二の溶剤が、(i) 脂肪族、環式脂肪族又は芳香族の炭化水素、(ii) 前記脂肪族、環式脂肪族又は芳香族の炭化水素に沸点が対応する鉱油留分、(iii) ステアリルアルコール、(iv) セリルアルコール及び(v) パラフィンワックスのうちの一種以上を含む[11]〜[19]のいずれかに記載の方法。
[26] 負極、正極、並びに前記負極及び前記正極の間に配置された前記ポリオレフィン多層微多孔膜からなる少なくとも一枚のセパレータを有する電池を製造する工程を有する[11]〜[19]のいずれかに記載の方法。
[27] 前記電池が二次電池である[26]に記載の方法。
[28] 前記電池がリチウムイオン二次電池である[27]に記載の方法。
[29] さらに前記電池を、充電用のソース又はシンクとして用いる[28]に記載の方法。
[30] 約1,000秒/100 cm3を超えない透気度(膜厚20μmに換算)、約2000 mN〜約3700 mNの範囲の突刺強度(膜厚20μmに換算)、約2秒〜約5秒の範囲のシャットダウン速度、約130℃〜約135℃の範囲のシャットダウン温度、約170℃以上のメルトダウン温度、及び約70%以上の容量回復率を有するポリオレフィン多層微多孔膜。
Claims (14)
- 第一の層材料及び第二の層材料からなるポリオレフィン多層微多孔膜であって、前記第一及び第二の層材料がポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
(i) 前記第一の層材料が、前記第一の材料の重量基準で80重量%〜99.5重量%の第一の含有量のポリエチレンを含み、
(ii) 前記第二の層材料が、前記第二の材料の重量基準で50重量%〜85重量%の第二の含有量のポリエチレンを含み、
(iii) 前記第一及び第二の層材料の各々の重量基準で、前記第一の層材料が前記第二の層材料より5重量%以上多くポリエチレンを含み、
(iv) 前記ポリオレフィン多層微多孔膜が、前記第一及び第二の層材料の合計重量基準で、合計含有量が70重量%〜90重量%の範囲のポリエチレンを含むことを特徴とするポリオレフィン多層微多孔膜。 - 請求項1に記載のポリオレフィン多層微多孔膜において、前記第一の層材料を含む第一の微多孔層と、前記第二の層材料を含む第二の微多孔層とを有することを特徴とするポリオレフィン多層微多孔膜。
- 請求項1に記載のポリオレフィン多層微多孔膜において、前記第一の層材料を含む第一の微多孔層と、前記第一の層材料を含む第三の微多孔層と、前記第二の層材料を含む第二の微多孔層とを有し、前記第二の微多孔層が前記第一及び第三の微多孔層の間に配置されていることを特徴とするポリオレフィン多層微多孔膜。
- 請求項1に記載のポリオレフィン多層微多孔膜において、前記第二の層材料を含む第一の微多孔層と、前記第二の層材料を含む第三の微多孔層と、前記第一の層材料を含む第二の微多孔層とを有し、前記第二の微多孔層が前記第一及び第三の微多孔層の間に配置されていることを特徴とするポリオレフィン多層微多孔膜。
- 請求項3又は4に記載のポリオレフィン多層微多孔膜において、
(i) 前記第一の層材料が、前記第一の材料の重量基準で90重量%〜98重量%の第一の含有量のポリエチレンと、前記第一の材料の重量基準で2重量%〜10重量%の第一の含有量のポリプロピレンとを含み、
(ii) 前記第二の層材料が、前記第二の材料の重量基準で70重量%〜80重量%の第二の含有量のポリエチレンと、前記第二の材料の重量基準で20重量%〜30重量%の第二の含有量のポリプロピレンとを含むことを特徴とするポリオレフィン多層微多孔膜。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のポリオレフィン多層微多孔膜を製造する方法であって、
(1) 第一のポリオレフィン組成物(第一のポリエチレン系樹脂及び第一のポリプロピレン系樹脂を含み、この組成物の重量基準で前記第一のポリエチレン系樹脂の含有量が80重量%以上である)及び第一の溶剤を混合して第一のポリオレフィン溶液を調製し、
(2) 第二のポリオレフィン組成物(第二のポリエチレン系樹脂及び第二のポリプロピレン系樹脂を含み、この組成物の重量基準で前記第二のポリエチレン系樹脂の含有量が50重量%以上である)及び第二の溶剤を混合して第二のポリオレフィン溶液を調製し、
(3) 前記第一及び第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を、少なくとも一つのダイより押し出し、少なくとも一つの押出し成形体を形成する工程を有し、
(i) 前記第一のポリオレフィン組成物が、重量基準で、前記第二のポリオレフィン組成物より5重量%以上多いポリエチレンを含み、
(ii) 前記第一のポリオレフィン組成物中のポリエチレン含有量と、前記第二のポリオレフィン組成物中のポリエチレン含有量との和が、前記第一及び第二のポリオレフィン組成物の合計重量基準で61重量%以上であることを特徴とする方法。 - 請求項6に記載のポリオレフィン多層微多孔膜を製造する方法において、
(a) 前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出し、(b) 前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから共に押し出し、さらに(c) 前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから共に押し出し、もって
(i) 前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなる積層押出し成形体を形成する工程、又は
(ii) 前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなる積層押出し成形体を形成する工程を有し、さらに、
(4) 前記積層押出し成形体を冷却してゲル状積層シートを形成する工程、
(5) 前記ゲル状積層シートから前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去して溶剤除去ゲル状シートを形成する工程、及び
(6) 前記溶剤除去ゲル状シートを乾燥してポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程
を有することを特徴とする方法。 - 請求項6に記載のポリオレフィン多層微多孔膜を製造する方法において、
(a) 前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出して第一の押出し成形体を形成し、(b) 前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから押し出して第二の押出し成形体を形成し、さらに(c) 前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから押し出して第三の押出し成形体を形成し、次いで第一、第二及び第三の押出し成形体を積層して積層押出し成形体を形成する工程を有し、さらに
(4) 前記積層押出し成形体を冷却してゲル状積層シートを形成し、
(5) 前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を前記ゲル状積層シートから除去し溶剤除去ゲル状シートを形成し、さらに
(6) 前記溶剤除去ゲル状シートを乾燥して前記ポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程を有し、前記積層押出し成形体が、
(i) 前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなるか、
(ii) 前記押し出した第二のポリオレフィン溶液からなる第一の層及び第三の層と、前記押し出した第一のポリオレフィン溶液からなり前記第一及び第三の層の間に配置された第二の層とからなることを特徴とする方法。 - 請求項6に記載のポリオレフィン多層微多孔膜を製造する方法において、
(a)前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出して第一の押出し成形体を形成し、(b)前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから押し出して第二の押出し成形体を形成し、(c)前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから押し出して第三の押出し成形体を形成し、さらに
(4) 前記第一、第二及び第三の押出し成形体を冷却して第一、第二及び第三のゲル状シートを形成し、
(5) 前記第一、第二及び第三のゲル状シートを積層してゲル状積層シートを形成し、
(6) 前記ゲル状積層シートから前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去して溶剤除去ゲル状シートを形成し、さらに
(7) 前記溶剤除去ゲル状シートを乾燥して前記ポリオレフィン多層微多孔膜を形成する
工程を有することを特徴とする方法。 - 請求項6に記載のポリオレフィン多層微多孔膜を製造する方法において、
(a)前記第一のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第一のダイから押し出して第一の押出し成形体を形成し、(b)前記第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第二のダイから押し出して第二の押出し成形体を形成し、(c)前記第一又は第二のポリオレフィン溶液の少なくとも一部を第三のダイから押し出して第三の押出し成形体を形成し、さらに、
(4) 前記第一、第二及び第三の押出し成形体を冷却して第一、第二及び第三のゲル状シートを形成し、
(5) 前記第一、第二及び第三のゲル状シートから前記第一及び第二の溶剤の少なくとも一部を除去し、
(6) 前記溶剤を除去した第一、第二及び第三のゲル状シートを乾燥して第一、第二及び第三のポリオレフィン微多孔膜を形成し、さらに、
(7) 前記第一、第二及び第三のポリオレフィン微多孔膜を積層してポリオレフィン多層微多孔膜を形成する工程を有することを特徴とする方法。 - 請求項6〜10のいずれかに記載のポリオレフィン多層微多孔膜を製造する方法において、
前記第一のポリプロピレン系樹脂が1×104〜4×106の範囲の分子量を有する第一のポリプロピレンを含み、前記第二のポリプロピレン系樹脂が、前記第一のポリプロピレンとは独立して、1×104〜4×106の範囲の分子量を有する第二のポリプロピレンを含むことを特徴とする方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のポリオレフィン多層微多孔膜からなるセパレータと、負極と、正極とを有する電池であって、前記セパレータが、前記負極及び前記正極の間に配置されていることを特徴とする電池。
- 請求項12に記載の電池において、前記電池が二次電池であることを特徴とする電池。
- 1,000秒/100 cm3を超えない透気度(膜厚20μmに換算)、2000 mN〜3700 mNの範囲の突刺強度(膜厚20μmに換算)、2秒〜5秒の範囲のシャットダウン速度、130℃〜135℃の範囲のシャットダウン温度、170℃以上のメルトダウン温度、及び70%以上の容量回復率を有することを特徴とするポリオレフィン多層微多孔膜。
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