JP5546144B2

JP5546144B2 - ポリオレフィン製微多孔膜

Info

Publication number: JP5546144B2
Application number: JP2009052194A
Authority: JP
Inventors: 健鬼澤; 貴志池本
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP2010202828A

Description

本発明は、ポリオレフィン微多孔膜、電池用セパレータ、リチウムイオン二次電池、およびポリオレフィン微多孔膜の製造方法に関する。

ポリオレフィン製微多孔膜は優れた電気絶縁性、イオン透過性を示すことから電池やコンデンサー等におけるセパレータとして広く利用されている。特に近年では携帯機器の多機能化、軽量化に伴いその電源として高出力密度、高容量密度のリチウムイオン二次電池が使用されている。このような電池用セパレータにも主としてポリオレフィン微多孔膜が用いられている。
リチウムイオン二次電池のセパレータの基本的な役割は、正極と負極の間に配置されて両極の短絡を防ぐと共に、その微多孔構造によってイオンを透過させるものである。また、セパレータには電池の安全性向上を目的として、外力が加わって電池が変形した場合でも破膜して両極が短絡することのないようにある程度の強度や伸度が求められている。
しかし、使用環境によってはセパレータの破断を防ぐことができない程の大きな外力が加わることがあり、より高い安全性を得るためにリチウムイオン二次電池には短絡しても電池の安全性を保つような設計が求められ、種々の検討が実施されている。

例えば、特許文献１では引張破断強度（以下、「引張強度」と略記することがある）と引張破断伸度（以下、「引張伸度」と略記することがある）との積に着目し、当該値の捲回方向（セパレータの長さ方向、若しくは製膜時の原料樹脂吐出方向と同意。以下、「ＭＤ」と略記することがある。）と、その垂直方向（セパレータの幅方向と同意。以下、「ＴＤ」と略記することがある。）との比が０．６７〜１．５であるセパレータを電池に適用すると、内部短絡時の短絡面積が大きくなるため電流の局部集中による温度の異常上昇が抑制され安全性が向上することが提案されている。
特許文献２には、幅方向の引張伸度が１０００〜３０００％かつ高温下で透過性が低下するセパレータを使用することにより、圧壊試験時のセパレータの破断による内部短絡、及び酸素の拡散が抑制され電池の安全性が向上することが報告されている。

特公平０５−０５１１４３号公報特開平１０−１２５２９９号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載された微多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合、電池安全性の観点から、なお改良の余地を有するものであった。また、電池には、良好なサイクル特性や、製造時の良好な捲回性も求められる。
本発明は、内部短絡に対する良好な安全性と、良好なサイクル特性と、製造時の良好な捲回性とを両立し得るセパレータとして好適な、ポリオレフィン製微多孔膜を提供することを課題とする。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、特定のポリオレフィン製微多孔膜（以下、単に「微多孔膜」と略記することがある）が上記課題を達成し得ることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
［１］膜厚方向に連通孔を有し、
長さ方向（ＭＤ）の引張破断伸度が３０％以上５５％以下であり、
幅方向（ＴＤ）と長さ方向の引張破断伸度の比（ＴＤ引張破断伸度／ＭＤ引張破断伸度）が５以上１５以下であり、
バブルポイントが４００ｋＰａ以上５５０ｋＰａ以下、
であるポリオレフィン製微多孔膜であって、
粘度平均分子量（Ｍｖ）が１５０万以上２５０万以下の超高分子量ポリエチレンを２０〜４０質量％、Ｍｖが１０万以上３０万以下かつ融点が１３０℃以下の線状低密度ポリエチレンを３０〜５０質量％含むポリオレフィン製微多孔膜。
［２］
気孔率が３５％以上６０％以下である［１］に記載のポリオレフィン製微多孔膜。
［３］
ＴＤ引張破断伸度が２５０％以上４５０％以下である［１］に記載のポリオレフィン製微多孔膜。
［４］
動摩擦係数が０．４〜０．６である［１］又は［２］に記載のポリオレフィン製微多孔膜。
［５］
［１］〜［４］のいずれかに記載のポリオレフィン製微多孔膜を用いた電池用セパレータ。
［６］
［５］記載の電池用セパレータと、正極と、負極と、電解液とを用いたリチウムイオン二次電池。

［７］
［１］に記載のポリオレフィン製微多孔膜の製造方法であって、下記（１）〜（５）の各工程、
（１）ポリオレフィン樹脂と、可塑剤と、無機粉体とを混合する混合工程、
（２）混合工程により得られた混合物を溶融混練する混練工程、
（３）混練工程で得られた混練物を冷却してシート状に成形するシート成形工程、
（４）シート成形工程で得られたシート状の成形物から可塑剤と無機紛体とを抽出する抽出工程、
（５）抽出工程で得られたシート状の多孔体を延伸する延伸工程、
を含み、前記抽出工程におけるドロー比（巻き取り速度／繰り出し速度）が１．００１以上１．０８０以下である製造方法であって、
前記延伸工程におけるＭＤとＴＤの延伸倍率の比（ＭＤ延伸倍率／ＴＤ延伸倍率）が１．０以上４．０以下である製造方法。

本発明の微多孔膜は、内部短絡に対する良好な安全性と、良好なサイクル特性と、製造時の良好な捲回性とを両立し得るセパレータとして好適である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

本実施の形態のポリオレフィン製微多孔膜は、膜厚方向に連通孔を有し、例えば、三次元網状骨格構造を有するものである。また、ＭＤ引張伸度が３０〜５５％、引張伸度のＴＤ／ＭＤ比が５〜１５、バブルポイントが４００〜５５０ｋＰａである。
そして、このような微多孔膜は電池用セパレータとして使用したときに内部短絡に対する安全性と、サイクル特性と、捲回性が良好となる。

内部短絡に対する安全性の評価手法の１つとしては、電池の側面から人為的に釘を貫通させ強制的に短絡をさせる釘刺し試験がある。釘刺し試験では釘刺し箇所でセパレータが破膜することで正極と負極が直接反応し、このときの発熱によってセパレータが溶融することでさらに穴が拡大して短絡面積が拡がり、最終的に全電極の反応によって熱暴走が起こり、正極活物質が分解して酸素が放出されると安全性の低い電池では発火へと至ると考えられる。
従来、単層構造を有するセパレータを用いて電池を構成する場合、内部短絡に対する電池安全性を向上させるためには前記特許文献１に記載のように、短絡面積を大きくして電流の局部集中を防止して温度の異常上昇を抑制するか、前記特許文献２に記載のように、そもそも破断しないようにするのが良いとされてきた。
これに対し、発明者らは、亀裂が走り難いセパレータを用いた場合には前記酸素の拡散が抑制され、全体として電池の安全性が向上するのではないかと考えた。

リチウムイオン二次電池は一般的に高い出力密度、容量密度を得るために帯状の電極とセパレータが重ねられて捲回された構造をとっており、捲回工程ではたるみを抑制するためにＭＤ方向に張力をかけて捲回される。二軸に配向したフィルムの特徴として、いずれか一軸方向に張力をかけた状態で穴を開けると張力の向きと垂直な方向に亀裂が走りやすくなる。従って、ＭＤ方向に張力をかけて捲回されるリチウムイオン二次電池のセパレータは、釘刺し試験時にＴＤ方向に沿って亀裂が走りやすい。

しかし、本発明者らは上記のような技術常識に反し鋭意検討の結果、膜厚方向に連通孔を有すると共に、ＭＤ引張伸度、引張伸度のＴＤ／ＭＤ比、バブルポイントを夫々一定範囲に設定されたポリオレフィン製微多孔膜が、亀裂が走り難く、短絡面積の拡がり難いセパレータが実現されることを見出したものである。しかも、かかるセパレータは、電池のサイクル特性や製造時の捲回性にも優れるものであった。

ＴＤ引張伸度／ＭＤ引張伸度の比としては、５以上１５以下であり、好ましくは６〜１３である。ＴＤ引張伸度／ＭＤ引張伸度がこの範囲にある微多孔膜をセパレータに用いると、釘刺し試験時にＴＤ方向にもＭＤ方向にも亀裂が走りにくく、釘刺試験に対する安全性が向上することを見出した。
ＭＤ引張伸度としては、３０〜５０％以上であり、好ましくは３５〜５０％である。内部短絡時のＭＤ方向の裂けを抑制する観点から３０％以上が好ましく、捲回性の面から５５％以下が好ましい。
バブルポイントとしては、４００〜５５０ｋＰａであり、好ましくは４２０〜５００ｋＰａである。４００ｋＰａ以上となる微多孔膜をセパレータを用いた電池は、セパレータの孔径が適度に小さいために内部短絡時の異常発熱によって分解した正極由来の酸素の拡散が抑制されるため発火に至りにくく内部短絡の安全性に優れる。また自己放電や耐電圧の観点からも４００ｋＰａ以上が好ましい。一方、バブルポイントが５５０ｋＰａ以下のセパレータを用いた電池は、適度に孔径が大きいためサイクル試験時の電解液の分解物による目詰まりが抑制されサイクル特性が良好となる。

なお、上記微多孔膜をセパレータとして用いた電池は、捲回式の電池であれば円筒型、角型を問わないが、詳細は明らかではないものの、特に円筒型の電池に用いた場合に高いサイクル特性、および安全性が得られやすい。

前記微多孔膜のＴＤ引張伸度は、内部短絡時のＴＤ方向の裂けを抑制する観点から２５０％以上が好ましく、適度なＴＤ引張伸度／ＭＤ引張伸度比を得る観点から、４５０％以下が好ましい。より好ましくは３００〜４００％である。
前記微多孔膜の膜厚は強度の面から５μｍ以上が好ましく、電池高容量化の面から５０μｍ以下が好ましい。より好ましい膜厚は１０〜３０μｍである。
前記微多孔膜の気孔率は透過性の面から３５％以上が好ましく、強度や捲回性の面から６０％以下が好ましい。より好ましい気孔率は４０〜５５％である。
前記微多孔膜の透気度は安全性の面から１０ｓｅｃ／１００ｃｃ以上、イオン透過性の面から５００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下が好ましく、より好ましくは５０〜１５０ｓｅｃ／１００ｃｃである。

前記微多孔膜の突刺強度は電池内への異物混入やリチウムデンドライトによる突き破れを抑制する観点から３．０Ｎ以上がこのましく、電池製造工程における捲回のしやすさから８．０Ｎ以下が好ましい。より好ましくは３．５〜７．０Ｎである。
前記微多孔膜の引張破断強度は適度なＴＤ／ＭＤ引張伸度比を得るためにＭＤ引張強度が１５０〜３００ＭＰａ、ＴＤ引張強度が２０〜３５ＭＰａであることが好ましい。より好ましくはＭＤ引張強度が１８０〜２５０ＭＰａ、ＴＤ引張強度が２０〜３５ＭＰａである。
前記微多孔膜の動摩擦係数は内部短絡に対する安全性の面から０．４以上が好ましく、捲回性の面から０．６以下が好ましい。動摩擦係数が適度に高いとセパレータと電極の密着性が向上し破断後の熱収縮による穴の拡大を抑制しやすい。より好ましくは０．４５〜０．５５である。

前記微多孔膜のシャットダウン温度は安全性の面から１４０℃以下が好ましく、サイクル特性の観点から１３０℃以上が好ましい。シャットダウン温度が低いほど異常発熱によって分解した正極由来の酸素の拡散が抑制されるため発火に至りにくく内部短絡に対する安全性に優れる。また、シャットダウン温度が高いほど高温下における孔の閉塞を抑制できるため高温状態のサイクル特性に優れる。より好ましいシャットダウン温度は１３４〜１３７℃である。
なお、微多孔膜に関する上記各パラメータの調整方法としては、下記ポリオレフィン樹脂の分子量、ポリオレフィン樹脂の割合や、下記製造工程における延伸温度、延伸倍率等を調整する方法、熱処理条件を調整する方法等が挙げられる。

前記微多孔膜は、下記（１）〜（５）の各工程、
（１）ポリオレフィン樹脂と、可塑剤と、必要に応じて無機粉体とをヘンシェルミキサー等で混合する混合工程、
（２）混合工程により得られた混合物を押出機中等で溶融混練する混練工程、
（３）混練工程で得られた混練物を、Ｔダイスから押出し、冷却してシート状に成形するシート成形工程、
（４）シート成形工程で得られたシート状の成形物から可塑剤と、必要に応じて無機紛体とを抽出する抽出工程、
（５）抽出工程で得られたシート状の多孔体を延伸する延伸工程、
を含む製造方法により製造することができる。

なお、抽出工程の後に乾燥する工程や、延伸工程の後に熱処理する工程を含んでも良い。
また、前記微多孔膜の製造においては、シートを延伸した後に可塑剤を抽出しても良い（抽出前延伸）が、特定の伸度、及び均一で適度に大きな孔径の微多孔膜を得やすいという点から、可塑剤や無機粉体を抽出した後に延伸すること（抽出後延伸）が好ましい。

（１）工程において用いられるポリオレフィン樹脂は、一種のポリオレフィンからなっても、数種のポリオレフィンを含むポリオレフィン組成物であってもよい。ポリオレフィンとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４−メチル−１−ペンテンなどが挙げられ、これらを２種類以上ブレンドして用いても良い。成形性や強度の面からポリエチレンをベースとした組成が好ましく、特に適度な強度と伸度、及び適度なシャットダウン温度を得るために、粘度平均分子量（Ｍｖ）が１５０万以上２５０万以下の超高分子量ポリエチレンを２０〜４０質量％、Ｍｖが１０万以上３０万以下かつ融点が１３０℃以下の線状低密度ポリエチレンを３０〜５０質量％含むポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。

前記可塑剤としては、例えば、フタル酸ジオクチル（以下ＤＯＰと記述）、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジブチルのようなフタル酸エステル；アジピン酸エステルやグリセリン酸エステル等の有機酸エステル類；リン酸トリオクチル等のリン酸エステル類；流動パラフィン；固形ワックス；ミネラルオイル等が挙げられ、ポリエチレンとの相溶性を考慮するとフタル酸エステルが特に好ましい。これらは単独で使用しても混合物として使用してもよい。
また、前記無機粉体としては、シリカ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリンクレー、タルク、酸化チタン、カーボンブラック、珪藻土類などが挙げられる。これらは単独で使用しても混合物として使用してもよい。分散性や抽出の容易さから特にシリカを使用することが好ましい。

（１）工程におけるポリオレフィン樹脂と可塑剤と無機粉体のブレンド比は特に限定されるものではないが、ブレンド原料１００質量％中のポリオレフィン樹脂濃度は強度と製膜性の面から２５〜５０質量％が好ましい。
また、前記ブレンド原料１００質量％中の可塑剤濃度は押出しに適した粘度が得られるため３０〜６０質量％が好ましい。
更に、前記ブレンド原料１００質量％中の無機粉体の濃度は均一な孔径を得るために０質量％以上が好ましく、製膜性の面から１０〜４０質量％であることが好ましい。
なお、前記ポリオレフィン樹脂、無機粉体、可塑剤に加え、必要に応じて酸化防止剤、耐電防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、アンチブロッキング剤等の各種添加剤を添加することができる。

（１）工程における混合は、ヘンシェルミキサー、Ｖ−ブレンダー、プロシェアミキサー、リボンブレンダー等の一般的な混合機を用いて行うことができる。
（２）工程では、混合物は押出機、ニーダー等の溶融混練装置により混練される。
（３）工程では、得られた混練物が、例えば、Ｔダイスを用いた溶融成形によりシート状に成形される。この場合、ギアーポンプを介して成形するのが、寸法安定性の面で好ましく、特にギアーポンプ前圧力を一定に制御して成形するのが、寸法安定性の面で好ましい。

（３）工程において、溶融押出しされた混合物の冷却方法としては、例えば、エアーにて冷却する方法、Ｔダイス吐出樹脂温度より２０〜１２０℃低く温調したロールにて接触させて冷却する方法、Ｔダイス吐出樹脂温度より２０〜１２０℃低いカレンダーロールにて圧延成形してシート状に成形しながら冷却する方法をとることができる。Ｔダイス吐出樹脂温度より２０〜１２０℃低いカレンダーロールにて圧延成形してシート状に成形しながら冷却する方法をとるのが膜厚み均一性の面で好ましい。より好ましいＴダイス吐出樹脂温度とカレンダーロール温度の差は４０〜８０℃である。この場合において、ロールを使用する際、Ｔダイスとロールのシートとの接点の距離は５〜５００ｍｍの範囲にて成形するのが好ましい。ダイス吐出温度は通常の熱電対温度計にて端子をダイスに触れないようにし、吐出樹脂に接触させることにより測定することができる。

（４）工程では、膜中の可塑剤、及び必要に応じて無機粉体の抽出を行う。可塑剤の抽出に用いられる溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶剤；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；テトラヒドロフラン等のエーテル類；塩化メチレン、１，１，１−トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類等、を使用することができる。これらは単独あるいは混合して用いることも出来る。一方、無機粉体の抽出に用いられる溶剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ水溶液が好適に用いられる。

ここで、抽出工程におけるドロー比（巻き取り速度／繰り出し速度）は微多孔膜の適度なＭＤ引張伸度と適度なバブルポイントを得るために、１．００１以上１．０８０以下であることが好ましい。通常、抽出工程では抽出に伴って膜が数％収縮するため１以下のドロー比で巻き取りが実施されるが、これを１．００１以上に設定することで応力が高い状態で巻き取ることができるため適度に高いバブルポイントを得やすく、１．０８０以下であればＭＤ引張伸度の低下も抑えられる。より好ましい抽出ドロー比は１．０１０〜１．０７０である。なお、可塑剤の抽出と無機粉体の抽出工程を分けて行う場合は、各々のドロー比の積を抽出工程のドロー比とする。

（５）工程では、シート状成形物は少なくとも一軸方向に延伸される。一軸方向に延伸する方法は、ロール延伸でもテンターを用いた延伸でもよいが、適度なＴＤ引張伸度／ＭＤ引張伸度比と適度なバブルポイントを得るために二軸延伸が好ましい。二軸延伸する場合は、逐次二軸延伸でも同時二軸延伸でもどちらでも構わないが、適度なＴＤ引張伸度／ＭＤ引張伸度比と適度なバブルポイントを得るためには逐次二軸延伸が好ましい。延伸は一枚でも複数枚重ねても構わないが、強度向上の面から、二枚以上重ねて延伸することが好ましい。

ＭＤ延伸倍率としては、好ましくは３．５〜６．５倍であり、より好ましくは４．０〜５．５倍である。ＴＤ延伸倍率としては、好ましくは１．５〜２．５倍であり、より好ましくは１．７〜２．０倍である。ＭＤ延伸倍率とＴＤ延伸倍率がこの範囲にあると、破断やシワ等が少なく製膜安定性が向上する。
ＭＤ延伸倍率／ＴＤ延伸倍率比としては、適度なＴＤ引張伸度／ＭＤ引張伸度比を得る観点から、好ましくは１．０〜４．０であり、より好ましくは２．０〜３．５であり、更に好ましくは２．４〜２．８である。

ＴＤ延伸の最大加熱温度は延伸前のシート状成形物の膜融点を基準として、好ましくは−２℃〜＋４℃の範囲、より好ましくは−１℃〜＋２℃の範囲である。このような熱固定条件とすることは、適度な動摩擦係数を発現する観点から好適である。さらに好ましくは０℃〜＋１℃である。なお、延伸後に耐熱収縮性の向上のため熱固定あるいは熱緩和等の熱処理を行うことが好ましい。

本実施の形態中に記載された各種パラメータについては、特に記載の無い限りにおいて、下記実施例における測定法に準じて測定されるものである。

次に、実施例及び比較例を挙げて本実施の形態をより具体的に説明するが、本実施の形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の物性は以下の方法により測定した。

（１）膜厚（μｍ）
ダイヤルゲージ「ＰＥＡＣＯＣＫＮｏ．２５」（尾崎製作所社製、商標）を用いて測定した。試料を１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズに切り出し、格子状に９分割した各格子の中心部の厚さを測定し、９点の平均値を膜厚とした。

（２）透気度（ｓｅｃ／１００ｃｃ）
ＪＩＳＰ−８１１７準拠のガーレー式透気度計を用いて測定した。

（３）気孔率（％）
試料を１００ｍｍ×１００ｍｍのサイズに切り出して体積（ｃｍ^３）、質量（ｇ）を求め、それらと樹脂密度（ｇ／ｃｍ^３）より次式を用いて計算した。
気孔率（％）=（１−(質量／体積)／(樹脂密度)）×１００

（４）突刺強度（Ｎ）
ハンディー圧縮試験機「ＫＥＳ−Ｇ５」（カトーテック製、商標）を用いて測定した。針先端の曲率半径０．５ｍｍ、突刺速度２ｍｍ／ｓで突刺試験を行い、最大突刺荷重を突刺強度とした。

（５）バブルポイント（ｋＰａ）
ＡＳＴＭＥ−１２８−６１に準拠し、エタノールを用いて算出した。

（６）ＭＤ、ＴＤの引張強度（ＭＰａ）、引張伸度（％）
ＪＩＳＫ７１２７に準拠し、島津製作所製の引張試験機、オートグラフＡＧ−Ａ型（商標）を用いて、ＭＤ及びＴＤサンプル（形状；幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）について測定した。また、サンプルはチャック間距離を５０ｍｍとし、サンプルの両端部（各２５ｍｍ）の片面にセロハンテープ（日東電工包装システム（株）製、商品名：Ｎ．２９）を貼ったものを用いた。さらに、試験中のサンプル滑りを防止するために、引張試験機のチャック内側に厚み１ｍｍのフッ素ゴムを貼り付けた。
引張伸度（％）は、破断に至るまでの伸び量（ｍｍ）をチャック間距離（５０ｍｍ）で除して１００を乗じることにより求めた。引張破断強度（ＭＰａ）は、破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除すことで求めた。なお、測定は、温度２３±２℃、チャック圧０．３０ＭＰａ、引張速度２００ｍｍ／分で行った。

（７）シャットダウン温度（℃）
規定の電解液を十分に含浸させた多層多孔膜を、ガラス板に固定した厚さ１０μｍのニッケル箔で挟み込み、ガラス板を市販のクリップで固定する。ガラス板には熱電対を耐熱テープで固定しセルを作製した。
さらに、詳細に説明すると、一方のニッケル箔には耐熱テープを貼り合わせて箔中央部に１５ｍｍ×１０ｍｍの窓の部分を残しマスキングする。窓部を多層多孔膜で覆うように重ね、もう一方のニッケル箔で多層多孔膜を挟み込む。なお規定の電解液とは１ｍｏｌ／ｌのホウフッ化リチウム溶液であり溶媒は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）である。
このセルをオーブン中に静置し、温度とニッケル箔間の電気抵抗を測定した。オーブンは３０℃から２００℃まで２℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温させ、電気抵抗値は１ｋＨｚの交流にて測定した。電気抵抗値が１０００Ωに達するときの温度をシャットダウン温度とした。

（８）動摩擦係数
カトーテック株式会社製、ＫＥＳ−ＳＥ摩擦試験機を用い、荷重５０ｇ、接触子面積１０×１０＝１００ｍｍ^２（０．５ｍｍφの硬質ステンレス線ＳＵＳ３０４製ピアノ線２０本巻きつけ）、接触子送りスピード１ｍｍ／ｓｅｃ、張力６ｋＰａ、温度２５℃、湿度５０％の条件にて幅５０ｍｍ×測定方向２００ｍｍに切り出したサンプルについてＭＤ、ＴＤ方向に表と裏各３回ずつ測定し、その平均を求めた。

（９）粘度平均分子量
ポリエチレンおよびポリプロピレンの粘度平均分子量は、溶剤としてデカリンを用い、測定温度１３５℃で測定し、粘度［η］からＣｈａｉａｎｇ式により算出した。
ポリエチレンの場合
［η］＝６．７７×１０^−４×Ｍｖ^０．６７
ポリプロピレンの場合
［η］＝１．１０×１０^−４×Ｍｖ^０．８０

（１０）融点（℃）
島津製作所社製ＤＳＣ６０を使用し測定した。膜の場合は直径５ｍｍの円形に打ち抜き、数枚重ね合わせて３ｍｇとし、ポリマーの場合は粉末３ｍｇを測定サンプルとした。これを直径５ｍｍのアルミ製オープンサンプルパンに載せ、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℃まで昇温後、２００℃で５分間保持し、次に１０℃／ｍｉｎで３０℃まで温度を下げ、３０℃で５分間保持、最後に再度昇温速度１０℃／ｍｉｎで２００℃まで昇温し融解吸熱曲線を測定した。ここで、膜の融点は１回目の昇温における融解吸熱曲線のピーク温度とし、ポリマーの融点は２回目の昇温における融解吸熱曲線のピーク温度とした。また、融解吸熱曲線のピークが複数存在する場合はピーク面積が最も大きいピークから求めた。

（１１）密度（ｇ／ｃｍ^３）
ＡＳＴＭＤ１２３８に準拠して測定した。

（１２）電池としての評価
下記の手順に従って円筒電池を作成した。
＜正極の作製＞
活物質としてリチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ_２を９２．２質量％、導電剤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した。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した。このとき、正極の活物質塗付量は２５０ｇ／ｍ^２、活物質嵩密度は３．００ｇ／ｃｍ^３になるようにする。これを幅約５７ｍｍに切断して帯状にした。

＜負極の作製＞
活物質として人造グラファイト９６．９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した。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付し、１２０℃で３分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。このとき、負極の活物質塗付量は１０６ｇ／ｍ^２、活物質嵩密度は１．５５ｇ／ｃｍ^３と高充填密度とした。これを幅約５８ｍｍに切断して帯状にした。

＜非水電解液の調製＞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ＬｉＰＦ_６を濃度１．０ｍｏｌ／ｌとなるように溶解させて調製した。
＜セパレータ＞
実施例、比較例に記載の微多孔膜を６０ｍｍにスリットして帯状にした。

＜電池組立て＞
（１２−１）捲回性
帯状負極、セパレータ、帯状正極、セパレータの順に重ね、２５０ｇｆの巻取張力で渦巻状に複数回捲回することで電極板積層体を作製した。このときセパレータの撚れやシワの有無を目視で観察し、１０個作成した電池のうち撚れやシワが全く生じなかったものを「○」、試験可能な撚れやシワ等の外観不良が１個生じたものを「△」、撚れやシワ等の外観不良が２個以上発生したものを「×」とした。
この電極板積層体を外径が１８ｍｍで高さが６５ｍｍのステンレス製容器に収納し、正極集電体から導出したアルミニウム製タブを容器蓋端子部に、負極集電体から導出したニッケル製タブを容器壁に溶接した。その後、真空下８０℃で１２時間の乾燥を行い、次に、アルゴンボックス内にて容器内に前記した非水電解液を注入し、封口した。

＜前処理＞
組立てた電池を１／３Ｃの電流値で電圧４．２Ｖまで定電流充電した後４．２Ｖの定電圧充電を５時間行い、その後１／３Ｃの電流で３．０Ｖの終止電圧まで放電を行った。次に、１Ｃの電流値で電圧４．２Ｖまで定電流充電した後４．２Ｖの定電圧充電を２時間行い、その後１Ｃの電流で３．０Ｖの終止電圧まで放電を行った。最後に１Ｃの電流値で４．２Ｖまで定電流充電をした後に４．２Ｖの定電圧充電を２時間行い前処理とした。

（１２−２）サイクル特性（％）
（１２）で前処理を行った電池を温度２５℃の条件下で、放電電流１Ａで放電終止電圧３Ｖまで放電を行った後、充電電流１Ａで充電終止電圧４．２Ｖまで充電を行った。これを１サイクルとして充放電を繰り返し、初期容量に対する５００サイクル後の容量保持率（％）をサイクル特性として表した。

（１２−３）釘刺し試験
（１２）で前処理を行った電池に対し、直径２．５ｍｍの釘を側面から５ｍｍ／ｓｅｃの速度で貫通させたときの温度を計測し、電池表面の最高到達温度が１００℃未満のものを評価◎、１００℃以上１２０℃未満のものを評価○、１２０℃以上１４０℃未満のものを評価△、１４０℃以上のものを評価×とした。

［実施例１］
Ｍｖ２００万で融点が１３４℃、密度が０．９３６ｇ／ｃｍ^３の超高分子量ポリエチレン（「Ｍｖ２００万ＰＥ」と表１に記載）３０質量％、Ｍｖ１５万で融点が１２７℃かつ密度が０．９２６ｇ／ｃｍ^３の線状低密度ポリエチレン（「Ｍｖ１５万ＰＥ」と表１に記載）４０質量％、Ｍｖ１２万で融点が１３２℃、密度が０．９５４ｇ／ｃｍ^３かつプロピレン単位含有量１ｍｏｌ％の共重合ポリエチレン（「Ｍｖ１２万ＰＥ」と表１に記載）３０質量％からなるポリマー３４質量部に対し、ＤＯＰ４５質量部、微粉シリカ（東ソーシリカ社製、商品名ＮｉｐｓｉｌＬＰ）２１質量部、酸化防止剤としてＢＨＴ（ジブチルヒドロキシトルエン）０．３質量部、及びＰＬＴＰ（ジラウリルチオジプロピオネート）０．３質量部を、ヘンシェルミキサーで混合して造粒した。その後、Ｔダイスを装着した二軸押出機にて２００℃で混練・押出し、１５０℃に冷却されたカレンダーロールにて厚さ１００μｍのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてＤＯＰを、水酸化ナトリウムにて微粉シリカを抽出し、抽出工程全体のドロー比１．０３０で巻き取り微多孔膜とした。この微多孔膜の融点は１２７．５℃であった。また、抽出後の膜中にＤＯＰ及び微紛シリカは実質的に残存していなかった。
該微多孔膜を２枚重ねて、１２０℃に加熱された延伸ロールでＭＤに４．９０倍延伸した後（抽出後の延伸）、最大加熱温度１２８．０℃のテンター内でＴＤ方向に１．８５倍延伸した。得られた微多孔膜について各種特性を評価した。評価結果を表１に示す。

［実施例２〜５、参考実施例６〜７、実施例８〜１１、比較例１〜８］
表１に示す条件以外は実施例１と同様にして微多孔膜を得た。得られた微多孔膜について各種特性を評価した。評価結果を表１に示す。

［比較例９］
Ｍｖ１２万で融点が１３２℃、密度が０．９５４ｇ／ｃｍ^３かつプロピレン単位含有量１ｍｏｌ％の共重合ポリエチレン３０質量％、Ｍｖ２５万で融点が１３６℃、密度が０．９５７ｇ／ｃｍ^３の高密度ポリエチレン３０質量％、Ｍｖ１００万で融点が１３５℃、密度が０．９５５ｇ／ｃｍ^３の超高分子量ポリエチレン１５質量％、Ｍｖ２００万で融点が１３４℃、密度が０．９３６ｇ／ｃｍ^３の超高分子量ポリエチレン２５質量％からなるポリマー混合物３５質量部と、流動パラフィン６５質量部を、Ｔダイスを装着した二軸押出機にて２００℃で混練・押出し、厚さ１０００μｍのシート状に成形した。該シートを同時二軸テンターに導き最大加熱温度１２０℃でＭＤ方向に７．０倍、ＴＤ方向に６．５倍延伸を行った。なお、延伸前膜の融点は１２２．０℃であった。最後に塩化メチレンにて流動パラフィンをドロー比１．０００で抽出し、微多孔膜を得た。得られた微多孔膜について各種特性を評価した。評価結果を表１に示す。

以上、実施例に示したように本実施の形態の微多孔膜は電池用セパレータとして用いた際に、内部短絡に対する安全性とサイクル特性と捲回性とのバランスに優れる。

本発明によれば、内部短絡に対する良好な安全性と、良好なサイクル特性と、良好な捲回性とを両立し得るセパレータとして好適なポリオレフィン製微多孔膜が提供される。

Claims

膜厚方向に連通孔を有し、
長さ方向（ＭＤ）の引張破断伸度が３０％以上５５％以下であり、
幅方向（ＴＤ）と長さ方向の引張破断伸度の比（ＴＤ引張破断伸度／ＭＤ引張破断伸度）が５以上１５以下であり、
バブルポイントが４００ｋＰａ以上５５０ｋＰａ以下、
であるポリオレフィン製微多孔膜であって、
粘度平均分子量（Ｍｖ）が１５０万以上２５０万以下の超高分子量ポリエチレンを２０〜４０質量％、Ｍｖが１０万以上３０万以下かつ融点が１３０℃以下の線状低密度ポリエチレンを３０〜５０質量％含むポリオレフィン製微多孔膜。
気孔率が３５％以上６０％以下である請求項１に記載のポリオレフィン製微多孔膜。
ＴＤ引張破断伸度が２５０％以上４５０％以下である請求項１に記載のポリオレフィン製微多孔膜。
動摩擦係数が０．４〜０．６である請求項１又は２に記載のポリオレフィン製微多孔膜。
請求項１〜４のいずれかに記載のポリオレフィン製微多孔膜を用いた電池用セパレータ。
請求項５記載の電池用セパレータと、正極と、負極と、電解液とを用いたリチウムイオン二次電池。
請求項１に記載のポリオレフィン製微多孔膜の製造方法であって、下記（１）〜（５）の各工程、
（１）ポリオレフィン樹脂と、可塑剤と、無機粉体とを混合する混合工程、
（２）混合工程により得られた混合物を溶融混練する混練工程、
（３）混練工程で得られた混練物を冷却してシート状に成形するシート成形工程、
（４）シート成形工程で得られたシート状の成形物から可塑剤と無機紛体とを抽出する抽出工程、
（５）抽出工程で得られたシート状の多孔体を延伸する延伸工程、
を含み、前記抽出工程におけるドロー比（巻き取り速度／繰り出し速度）が１．００１以上１．０８０以下である製造方法であって、
前記延伸工程におけるＭＤとＴＤの延伸倍率の比（ＭＤ延伸倍率／ＴＤ延伸倍率）が１．０以上４．０以下である製造方法。