JP5588722B2 - Polyolefin microporous membrane and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、ポリオレフィン微多孔膜、及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a polyolefin microporous membrane and a lithium ion secondary battery.

近年、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイス(リチウムイオンキャパシタ、非水系リチウム蓄電素子などと呼ばれるものも含む)の開発が活発に行われている。蓄電デバイスには通常、微多孔膜(セパレータ)が正負極間に設けられている。このようなセパレータは、正負極間の接触を防ぎ、イオンを透過させる機能を有する。
ここで、セパレータには、蓄電デバイスの良好な安全性確保の観点から、一定以上の物理的強度を備えることが求められる。そして、このような事情のもと、特許文献1、2において、高密度ポリエチレンと高分子量ポリプロピレンの混合物からなる微多孔膜が提案されている。
In recent years, power storage devices such as lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors (including those called lithium ion capacitors and non-aqueous lithium power storage elements) have been actively developed. In a power storage device, a microporous membrane (separator) is usually provided between the positive and negative electrodes. Such a separator has a function of preventing contact between positive and negative electrodes and transmitting ions.
Here, the separator is required to have a certain physical strength or more from the viewpoint of ensuring good safety of the electricity storage device. Under such circumstances, Patent Documents 1 and 2 propose a microporous membrane made of a mixture of high density polyethylene and high molecular weight polypropylene.

特開2002−194132号公報JP 2002-194132 A 特開2002−105235号公報JP 2002-105235 A

一方、セパレータには、蓄電デバイスの高出力特性を達成することが求められる場合がある。例えば、車載用途のリチウムイオン二次電池においては、高い安全性を確保する観点から比較的膜厚みの大きい(20μmを超えるような膜厚み)ポリオレフィン微多孔膜が用いられる。しかし、高出力特性を達成する観点から、なお改善の余地があった。
本発明は、安全性(高温保存試験、及び釘刺し試験にて評価)と高出力特性(ハイレート特性で評価)とを両立したリチウムイオン二次電池を実現し得る、ポリオレフィン微多孔膜を提供することを目的とする。
On the other hand, the separator may be required to achieve the high output characteristics of the electricity storage device. For example, in a lithium ion secondary battery for in-vehicle use, a polyolefin microporous film having a relatively large film thickness (a film thickness exceeding 20 μm) is used from the viewpoint of ensuring high safety. However, there is still room for improvement from the viewpoint of achieving high output characteristics.
The present invention provides a polyolefin microporous membrane capable of realizing a lithium ion secondary battery having both safety (evaluated by high-temperature storage test and nail penetration test) and high output characteristics (evaluated by high rate characteristics). For the purpose.

本発明者らは上述の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定の膜組成及び膜物性を有するポリオレフィン製微多孔膜が上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that a polyolefin microporous film having a specific film composition and film physical properties can solve the above-mentioned problems and complete the present invention. It came to.

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、膜厚21μm以上、気孔率42%以上のポリオレフィン微多孔膜であって、120℃での幅方向の熱収縮率が4%以下、ポリオレフィン全体に対するポリプロピレンの含有率が5〜20質量%であり、該ポリオレフィン微多孔膜の粘度平均分子量が35万以下であるポリオレフィン微多孔膜。
[2]
透気度が12sec/100cc/μm以下である[1]に記載のポリオレフィン微多孔膜。

105℃での幅方向の熱収縮率が0.5%以下である[1]又は[2]に記載のポリオレフィン微多孔膜。

[1]〜[]のいずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜と、正極と、負極と、電解液とを用いて形成されたリチウムイオン二次電池。
That is, the present invention is as follows.
[1]
Polyolefin microporous membrane with continuous pores in the film thickness direction, with a film thickness of 21 μm or more and a porosity of 42% or more, and a heat shrinkage rate in the width direction at 120 ° C. of 4% or less. rate is Ri 5-20% by mass, the microporous polyolefin membrane viscosity average molecular weight of the polyolefin microporous membrane is 350,000 or less.
[2]
The polyolefin microporous membrane according to [1], which has an air permeability of 12 sec / 100 cc / μm or less.
[ 3 ]
The polyolefin microporous membrane according to [1] or [2] , wherein the thermal shrinkage in the width direction at 105 ° C. is 0.5% or less.
[ 4 ]
The lithium ion secondary battery formed using the polyolefin microporous film in any one of [1]-[ 3 ], a positive electrode, a negative electrode, and electrolyte solution.

本発明によれば、安全性(高温保存試験、及び釘刺し試験にて評価)と高出力特性(ハイレート特性で評価)とを両立したリチウムイオン二次電池を実現し得る、ポリオレフィン微多孔膜が得られる。   According to the present invention, there is provided a polyolefin microporous membrane capable of realizing a lithium ion secondary battery having both safety (evaluated by a high temperature storage test and a nail penetration test) and high output characteristics (evaluated by a high rate characteristic). can get.

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。   The best mode for carrying out the present invention (hereinafter abbreviated as “embodiment”) will be described in detail below. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary.

本実施の形態のポリオレフィン微多孔膜は、膜厚方向に連通孔を有し、膜厚21μm以上、気孔率42%以上のポリオレフィン微多孔膜であって、120℃での幅方向の熱収縮率が4%以下、ポリオレフィン全体に対するポリプロピレンの含有率が5〜20質量%であることを特徴とする。
なお、本実施の形態において、ポリオレフィン微多孔膜の長さ方向(製膜時の樹脂吐出方向)を以下、「MD」と略記することがある。また、MDと直交する方向を幅方向と呼び、以下、「TD」と略記することがある。
The polyolefin microporous membrane of the present embodiment is a polyolefin microporous membrane having communication holes in the film thickness direction, a film thickness of 21 μm or more, and a porosity of 42% or more, and a heat shrinkage rate in the width direction at 120 ° C. Is 4% or less, and the content of polypropylene with respect to the whole polyolefin is 5 to 20% by mass.
In the present embodiment, the length direction of the polyolefin microporous film (the resin discharge direction during film formation) may hereinafter be abbreviated as “MD”. In addition, a direction orthogonal to MD is referred to as a width direction, and is hereinafter abbreviated as “TD”.

本実施の形態のポリオレフィン微多孔膜は、上記のような構成上の特徴を有することにより、ハイレート特性に優れ、高温保存試験において高い容量維持率を保ち、更には釘刺し試験において高安全性を有するリチウムイオン二次電池を実現し得る。その理由は詳らかではないが、120℃でTD熱収縮が一定値以下であることで、高温環境下での変形が規制され、外部短絡が発生した際、セパレータの孔の広がりを抑制し、発熱の速度を遅らせることで釘刺し試験時の安全性が高まったものと推定される。加えて、熱収縮を抑制した状態で高気孔率を有することで、大電流を流した場合でも孔収縮を抑制し、セルの内部抵抗による電圧ドロップを抑制し、高出力を維持するものと考えられる。更には、適度なプロピレン含有量を規定することで、透過性を損なうことなく、高温時の自己放電を抑制し、高い容量維持率を有するものと考えられる。   The polyolefin microporous membrane of the present embodiment has the above-described structural characteristics, so it has excellent high rate characteristics, maintains a high capacity retention rate in a high-temperature storage test, and further provides high safety in a nail penetration test. The lithium ion secondary battery which has can be implement | achieved. The reason is not clear, but the TD thermal shrinkage at 120 ° C is below a certain value, so that deformation under high temperature environment is restricted, and when an external short circuit occurs, the expansion of the separator holes is suppressed and heat is generated. It is presumed that the safety during the nail penetration test was increased by slowing the speed. In addition, it has a high porosity in a state where thermal shrinkage is suppressed, so that even when a large current is passed, pore shrinkage is suppressed, voltage drop due to cell internal resistance is suppressed, and high output is maintained. It is done. Furthermore, by defining an appropriate propylene content, it is considered that self-discharge at a high temperature is suppressed and the capacity retention rate is high without impairing permeability.

そして、前記ポリオレフィン微多孔膜は上述のような特徴を有するため、高出力密度リチウムイオン二次電池用のセパレータとして特に好適である。
なお、出力密度は、SOC(State Of Charge)50%での電池電圧と放電電流との関係を示す線図において、電池の放電終止電圧(3.0V)と電流電圧特性の直線を放電終止電圧まで外挿したときの電流値(I)及び電池質量(Wt)より、次式によって求められる。
出力密度(P)=(V×I)/Wt
また、「高出力密度」とは、1000W/kg以上の出力密度であることを意味する。
And since the said polyolefin microporous film has the above characteristics, it is especially suitable as a separator for high power density lithium ion secondary batteries.
The output density is a graph showing the relationship between the battery voltage and discharge current at 50% SOC (State Of Charge). The straight line between the discharge end voltage (3.0 V) and current-voltage characteristics of the battery is the discharge end voltage. From the current value (I) and the battery mass (Wt) when extrapolated up to
Output density (P) = (V × I) / Wt
“High power density” means a power density of 1000 W / kg or more.

本実施の形態のポリオレフィン微多孔膜(以下、単に「微多孔膜」と略記することがある)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。また、前記微多孔膜の膜厚は、21μm以上であり、好ましくは23μm以上である。上限としては特に限定されるものではないが、透過性の観点より200μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは50μm以下、より好ましくは35μm以下である。膜厚を上記範囲に設定することは、発熱量が比較的高い高出力密度電池への適用、或いは、大型の電池捲回機での捲回性の観点からも好ましい。   The polyolefin microporous membrane of the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as “microporous membrane”) has communication holes in the film thickness direction, and has, for example, a three-dimensional network skeleton structure. The film thickness of the microporous membrane is 21 μm or more, preferably 23 μm or more. Although it does not specifically limit as an upper limit, It is preferable that it is 200 micrometers or less from a viewpoint of permeability, More preferably, it is 50 micrometers or less, More preferably, it is 35 micrometers or less. Setting the film thickness in the above range is preferable from the viewpoint of application to a high-power density battery with a relatively high calorific value or winding performance in a large battery winding machine.

前記微多孔膜の120℃でのTD熱収縮率は4%以下であり、好ましくは2.5%以下である。下限としては、好ましくは−0.5%以上であり、より好ましくは−0.1%以上である。
また、前記微多孔膜の105℃でのTD熱収縮率は、1%以下が好ましく、さらには0.5%以下であることが好ましい。下限としては、好ましくは−0.5%以上であり、より好ましくは−0.1%以上である。

更に、MD熱収縮率は、電池作製時の巻き締りによるシワ発生防止の観点から、100℃で10%以下であることが望ましい。下限としては、好ましくは−0.5%以上であり、より好ましくは−0.1%以上である。
The TD heat shrinkage rate at 120 ° C. of the microporous membrane is 4% or less, preferably 2.5% or less. The lower limit is preferably −0.5% or more, more preferably −0.1% or more.
Further, the TD heat shrinkage rate at 105 ° C. of the microporous membrane is preferably 1% or less, and more preferably 0.5% or less. The lower limit is preferably −0.5% or more, more preferably −0.1% or more.

Furthermore, it is desirable that the MD heat shrinkage rate is 10% or less at 100 ° C. from the viewpoint of preventing the generation of wrinkles due to winding during battery production. The lower limit is preferably −0.5% or more, more preferably −0.1% or more.

前記微多孔膜の気孔率は、42%以上である。また、90%以下が好ましく、より好ましくは80%以下、更に好ましくは50%以下である。気孔率を42%以上とすることは、ハイレート時のリチウムイオンの急速な移動に追従する観点からも好ましい。一方、90%以下とすることは、膜強度向上及び自己放電抑制の観点からも好ましい。
また、前記微多孔膜の透気度は、膜厚、気孔率とのバランスから0.1sec/100cc/μm以上が好ましく、1sec/100cc/μm以上がより好ましく、3sec/100cc/μm以上が更に好ましい。また、透過性の観点から20sec/100cc/μm以下が好ましく、12sec/100cc/μm以下がより好ましい。
The porosity of the microporous membrane is 42% or more. Moreover, 90% or less is preferable, More preferably, it is 80% or less, More preferably, it is 50% or less. Setting the porosity to 42% or more is also preferable from the viewpoint of following the rapid movement of lithium ions at the high rate. On the other hand, 90% or less is preferable from the viewpoint of improving the film strength and suppressing self-discharge.
Further, the air permeability of the microporous membrane is preferably 0.1 sec / 100 cc / μm or more, more preferably 1 sec / 100 cc / μm or more, and further 3 sec / 100 cc / μm or more from the balance between the film thickness and the porosity. preferable. Further, from the viewpoint of permeability, it is preferably 20 sec / 100 cc / μm or less, and more preferably 12 sec / 100 cc / μm or less.

前記微多孔膜の突刺強度(絶対強度)は、3N以上であることが好ましく、4N以上がより好ましい。突刺強度を3N以上とすることは、電池セパレータとして使用する場合において、電極材等の鋭利部が微多孔膜に突き刺さった場合にも、ピンホールや亀裂の発生を低減し得る観点から好ましい。上限として特に制限はないが、10N以下であることが好ましい。   The puncture strength (absolute strength) of the microporous membrane is preferably 3N or more, and more preferably 4N or more. A puncture strength of 3N or more is preferable from the viewpoint of reducing the occurrence of pinholes and cracks even when sharp portions such as electrode materials pierce the microporous film when used as a battery separator. Although there is no restriction | limiting in particular as an upper limit, It is preferable that it is 10 N or less.

また、前記微多孔膜の耐電圧は蓄電デバイスの安全性確保の観点から0.5kV以上であることが好ましく、より好ましくは1kV以上、さらに好ましくは1.2kV以上である。透過性の観点より10kV以下であることが好ましく、より好ましくは5kV以下である。   The withstand voltage of the microporous membrane is preferably 0.5 kV or more, more preferably 1 kV or more, and still more preferably 1.2 kV or more from the viewpoint of ensuring the safety of the electricity storage device. From the viewpoint of permeability, it is preferably 10 kV or less, more preferably 5 kV or less.

なお、上記のような各種特性を備える微多孔膜を形成する手段としては、例えば、押出時のポリマー濃度や延伸倍率、抽出後の延伸および緩和操作を最適化する方法が挙げられる。
また、前記微多孔膜の態様としては、単層体の態様であっても積層体の態様であっても構わない。
Examples of means for forming a microporous membrane having various characteristics as described above include a method of optimizing the polymer concentration and stretching ratio during extrusion, and stretching and relaxation operations after extraction.
Further, the aspect of the microporous film may be an aspect of a single layer or an aspect of a laminate.

次に、前記微多孔膜の製造方法について説明するが、得られる微多孔膜が本実施の形態の要件を満たしていれば、ポリマー種、溶媒種、押出方法、延伸方法、抽出方法、開孔方法、熱固定・熱処理方法などにおいて、何ら限定されることはない。
前記微多孔膜の製造方法としては、ポリマー材料と可塑剤、或いはポリマー材料と可塑剤と無機材とを溶融混練し押出す工程と、延伸工程と、可塑剤(及び必要に応じて無機材)抽出工程と、更には熱固定工程とを含むことが、透過性と熱収縮の物性バランスを適度にコントロールする観点から好ましい。
Next, the method for producing the microporous membrane will be described. If the resulting microporous membrane satisfies the requirements of the present embodiment, the polymer species, solvent species, extrusion method, stretching method, extraction method, pore opening The method, heat setting / heat treatment method and the like are not limited at all.
As the method for producing the microporous membrane, a polymer material and a plasticizer, or a polymer material, a plasticizer, and an inorganic material are melt-kneaded and extruded, a stretching step, and a plasticizer (and an inorganic material if necessary). It is preferable to include an extraction step and a heat setting step from the viewpoint of appropriately controlling the balance between physical properties of permeability and heat shrinkage.

より具体的には、例えば、下記(1)〜(4)の各工程を含む製造方法を用いることができる。
(1)ポリオレフィンと、可塑剤と、必要に応じて無機材とを含むポリオレフィン組成物を混練して、混練物を形成する混練工程。
(2)混練工程の後に混練物を押出し、シート状(単層、積層であることは問わない)に成型して冷却固化させるシート成形工程。
(3)シート成形工程の後、必要に応じて可塑剤や無機材を抽出し、更にシートを一軸以上の方向へ延伸する延伸工程。
(4)延伸工程の後、必要に応じて可塑剤や無機材を抽出し、更に熱処理を行う後加工工程。
More specifically, for example, a production method including the following steps (1) to (4) can be used.
(1) A kneading step of kneading a polyolefin composition containing a polyolefin, a plasticizer, and, if necessary, an inorganic material to form a kneaded product.
(2) A sheet forming step in which the kneaded product is extruded after the kneading step, formed into a sheet (whether it is a single layer or a laminated layer), and cooled and solidified.
(3) A stretching step of extracting a plasticizer or an inorganic material as necessary after the sheet forming step and further stretching the sheet in a direction of one axis or more.
(4) A post-processing step in which a plasticizer or an inorganic material is extracted as necessary after the stretching step, and further heat-treated.

前記(1)の工程において用いられるポリオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレンのホモ重合体、またはエチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、及びノルボルネンよりなる群から選ばれる少なくとも2つ以上のモノマーにて形成される共重合体、が挙げられる。これらは1種又は2種以上を混合して用いることが可能である。混合物を用いると、ヒューズ温度やショート温度のコントロールが容易となるため好ましい。なお、以下、ポリエチレンを「PE」、ポリプロピレンを「PP」と略記することがある。   Examples of the polyolefin used in the step (1) include ethylene, propylene homopolymer, or ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene, and norbornene. And a copolymer formed of at least two monomers selected from the group consisting of: These can be used alone or in combination of two or more. It is preferable to use a mixture because it makes it easy to control the fuse temperature and the short-circuit temperature. Hereinafter, polyethylene may be abbreviated as “PE” and polypropylene may be abbreviated as “PP”.

前記ポリオレフィンとしては、孔の閉塞を抑制しつつ、より高温で熱固定が行えるという点から、高密度ポリエチレン用いることが好ましい。
このような高密度ポリエチレンが前記ポリオレフィン中に占める割合としては、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上であり、上限として好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。
As the polyolefin, it is preferable to use high-density polyethylene from the viewpoint that heat fixation can be performed at a higher temperature while suppressing clogging of pores.
The proportion of such high-density polyethylene in the polyolefin is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and the upper limit is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass. It is as follows.

また、前記ポリオレフィンとしては、シャットダウン特性を向上させ、又は釘刺し試験の安全性を向上させる観点から、粘度平均分子量(Mv)10万〜30万の低分子量ポリエチレンを用いることが好ましい。
このような低分子量ポリエチレンが前記ポリオレフィン中に占める割合としては、好ましくは30質量%以上であり、より好ましくは50質量%以上であり、上限として好ましくは100質量%以下、より好ましくは95質量%以下である。
Further, as the polyolefin, it is preferable to use low molecular weight polyethylene having a viscosity average molecular weight (Mv) of 100,000 to 300,000 from the viewpoint of improving shutdown characteristics or improving the safety of a nail penetration test.
The proportion of such low molecular weight polyethylene in the polyolefin is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and the upper limit is preferably 100% by mass or less, more preferably 95% by mass. It is as follows.

更に、前記ポリオレフィンとしては、ポリプロピレンが必須成分として用いられる。
ポリプロピレンが前記ポリオレフィン中に占める割合としては、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは8質量%以上である。一方、上限として好ましくは20質量%以下であり、好ましくは18質量%以下である。
Furthermore, as the polyolefin, polypropylene is used as an essential component.
The proportion of polypropylene in the polyolefin is preferably 5% by mass or more, and more preferably 8% by mass or more. On the other hand, the upper limit is preferably 20% by mass or less, and preferably 18% by mass or less.

前記ポリオレフィンの全体の粘度平均分子量としては、好ましくは10万以上、より好ましくは20万以上であり、上限として好ましくは50万以下、より好ましくは40万以下である。Mvを10万以上とすることは、溶融時の耐破膜性を発現させる観点から好ましい。一方、50万以下とすることは、押出工程を容易とする観点から好適である。   The total viscosity average molecular weight of the polyolefin is preferably 100,000 or more, more preferably 200,000 or more, and the upper limit is preferably 500,000 or less, more preferably 400,000 or less. It is preferable to set Mv to 100,000 or more from the viewpoint of expressing the film resistance at the time of melting. On the other hand, setting it to 500,000 or less is preferable from the viewpoint of facilitating the extrusion process.

前記可塑剤としては、ポリオレフィンと混合した際にポリオレフィンの融点以上において均一溶液を形成しうる不揮発性溶媒であることが好ましい。また、常温において液体であることが好ましい。
前記可塑剤としては、例えば、流動パラフィンやパラフィンワックス等の炭化水素類;フタル酸ジエチルヘキシルやフタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコールやステアリルアルコール等の高級アルコール類;等が挙げられる。
特にポリオレフィン樹脂としてポリエチレンが含まれる場合、可塑剤として流動パラフィンを用いることは、ポリオレフィン樹脂と可塑剤との界面剥離を抑制し、均一な延伸を実施する観点、又は高突刺強度を実現する観点から好ましい。また、フタル酸ジエチルヘキシルを用いることは、混練物を溶融押出しする際の負荷を上昇させ、後述する無機材の分散性を向上させる(品位の良い膜を実現する)観点から好ましい。
The plasticizer is preferably a non-volatile solvent capable of forming a uniform solution at a temperature equal to or higher than the melting point of the polyolefin when mixed with the polyolefin. Moreover, it is preferable that it is a liquid at normal temperature.
Examples of the plasticizer include hydrocarbons such as liquid paraffin and paraffin wax; esters such as diethylhexyl phthalate and dibutyl phthalate; higher alcohols such as oleyl alcohol and stearyl alcohol; and the like.
In particular, when polyethylene is included as the polyolefin resin, the use of liquid paraffin as the plasticizer suppresses interfacial peeling between the polyolefin resin and the plasticizer, and from the viewpoint of carrying out uniform stretching or achieving high piercing strength preferable. Further, it is preferable to use diethylhexyl phthalate from the viewpoint of increasing the load when melt-extruding the kneaded product and improving the dispersibility of the inorganic material described later (to achieve a high-quality film).

前記可塑剤が、前記ポリオレフィン組成物中に占める割合としては、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上であり、上限としては、好ましくは80質量%以下、好ましくは70質量%以下である。当該可塑剤の割合を80質量%以下とすることは、溶融成形時のメルトテンションを高く維持し、成形性を確保する観点から好ましい。一方、当該可塑剤の割合を30質量%以上とすることは、成形性を確保する観点、及び、ポリオレフィンの結晶領域におけるラメラ晶を効率よく引き伸ばす観点から好ましい。ここで、ラメラ晶が効率よく引き伸ばされることは、ポリオレフィン鎖の切断が生じずにポリオレフィン鎖が効率よく引き伸ばされることを意味し、均一かつ微細な孔構造の形成や、ポリオレフィン微多孔膜の強度及び結晶化度の向上に寄与し得る。   The proportion of the plasticizer in the polyolefin composition is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and the upper limit is preferably 80% by mass or less, preferably 70% by mass or less. It is. Setting the proportion of the plasticizer to 80% by mass or less is preferable from the viewpoint of maintaining high melt tension during melt molding and ensuring moldability. On the other hand, setting the proportion of the plasticizer to 30% by mass or more is preferable from the viewpoint of securing moldability and efficiently extending the lamellar crystals in the polyolefin crystal region. Here, the fact that the lamellar crystal is efficiently stretched means that the polyolefin chain is efficiently stretched without causing the polyolefin chain to be broken, and the formation of a uniform and fine pore structure, It can contribute to improvement of crystallinity.

前記ポリオレフィン組成物は、必要に応じて、無機材を含んでもよいが、シャットダウン性能を付与する観点から、前記ポリオレフィン組成物中に占める割合としては、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。
このような無機材としては、例えば、アルミナ、シリカ(珪素酸化物)、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄などの酸化物系セラミックス、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂等のセラミックス、ガラス繊維などが挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。中でも、電気化学的安定性の観点から、シリカ、アルミナ、チタニウムがより好ましく、シリカが特に好ましい。
The polyolefin composition may contain an inorganic material as necessary, but from the viewpoint of imparting shutdown performance, the proportion in the polyolefin composition is preferably 20% by mass or less, more preferably It is 10 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less.
Examples of such inorganic materials include alumina, silica (silicon oxide), titania, zirconia, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, iron oxide, and other oxide ceramics, silicon nitride, titanium nitride, boron nitride, and the like. Nitride ceramics, silicon carbide, calcium carbonate, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, potassium titanate, talc, kaolin clay, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amicite, bentonite, asbestos And ceramics such as zeolite, calcium silicate, magnesium silicate, diatomaceous earth, and silica sand, and glass fiber. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, from the viewpoint of electrochemical stability, silica, alumina, and titanium are more preferable, and silica is particularly preferable.

前記ポリオレフィン組成物には、さらに、ステアリン酸カルシウムやステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料などの、公知の添加剤を混合して用いることも可能である。   The polyolefin composition is further mixed with known additives such as metal soaps such as calcium stearate and zinc stearate, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, antifogging agents, and coloring pigments. It is also possible to use it.

前記ポリオレフィン組成物を混練する方法としては、例えば、以下の(a),(b)の方法が挙げられる。
(a)ポリオレフィンと無機材とを押出機、ニーダー等の樹脂混練装置に投入し、加熱溶融混練させながら更に可塑剤を導入し混練する方法。
(b)予めポリオレフィンと無機材と可塑剤とを、ヘンシェルミキサー等を用い所定の割合で事前混練する工程を経て、該混練物を押出機に投入し、加熱溶融させながら更に可塑剤を導入し混練する方法。
Examples of the method for kneading the polyolefin composition include the following methods (a) and (b).
(A) A method in which a polyolefin and an inorganic material are put into a resin kneading apparatus such as an extruder or a kneader, and a plasticizer is further introduced and kneaded while being melted and kneaded by heating.
(B) A process of pre-kneading polyolefin, an inorganic material and a plasticizer in advance at a predetermined ratio using a Henschel mixer or the like, and then introducing the kneaded product into an extruder and introducing a plasticizer while heating and melting. Kneading method.

なお、混練時においては、窒素雰囲気を維持した状態で溶融混練を行うことが好ましい。また、溶融混練時の温度は、160℃以上が好ましく、180℃以上がより好ましい。また300℃未満が好ましく、240℃未満がより好ましい。   During kneading, it is preferable to perform melt kneading while maintaining a nitrogen atmosphere. Moreover, the temperature at the time of melt kneading is preferably 160 ° C. or higher, and more preferably 180 ° C. or higher. Moreover, less than 300 degreeC is preferable and less than 240 degreeC is more preferable.

前記(2)の工程は、例えば、前記混練物を、Tダイ等を介してシート状に押し出し、熱伝導体に接触させて冷却固化させる工程である。当該熱伝導体としては、金属、水、空気、あるいは可塑剤自身等が使用できる。また、冷却固化をロール間で挟み込むことにより行なうことは、シート状成形体の膜強度を増加させる観点や、シート状成形体の表面平滑性を向上させる観点から好ましい。   The step (2) is, for example, a step of extruding the kneaded material into a sheet shape via a T-die or the like and bringing it into contact with a heat conductor to cool and solidify. As the heat conductor, metal, water, air, plasticizer itself, or the like can be used. Moreover, it is preferable to cool and solidify by sandwiching between rolls from the viewpoint of increasing the film strength of the sheet-like molded body and improving the surface smoothness of the sheet-like molded body.

シートの延伸方法としては、ロール延伸機によるMD一軸延伸、テンターによるTD一軸延伸、ロール延伸機とテンター、或いはテンターとテンターとの組み合わせによる逐次二軸延伸、同時二軸テンターやインフレーション成形による同時二軸延伸などが挙げられる。より均一な膜を得るという観点からは、同時二軸延伸であることが好ましい。トータルの面倍率は膜厚の均一性および引張伸度、気孔率と平均孔径のバランスの観点より、8倍以上が好ましく、15倍以上がさらに好ましく、30倍以上が特に好ましい。30倍以上であると、高強度ものが得られやすくなる。延伸温度は高透過性と高温低収縮性を付与する観点から、121℃以上が好ましく、膜強度の観点からは、135℃以下であることが好ましい。   Sheet stretching methods include MD uniaxial stretching with a roll stretching machine, TD uniaxial stretching with a tenter, sequential biaxial stretching with a roll stretching machine and a tenter, or a combination of a tenter and a tenter, simultaneous biaxial tenter or inflation molding. Examples thereof include axial stretching. From the viewpoint of obtaining a more uniform film, simultaneous biaxial stretching is preferred. The total surface magnification is preferably 8 times or more, more preferably 15 times or more, and particularly preferably 30 times or more, from the viewpoint of film thickness uniformity and tensile elongation, and the balance between porosity and average pore diameter. When it is 30 times or more, a high-strength product is easily obtained. The stretching temperature is preferably 121 ° C. or higher from the viewpoint of imparting high permeability and high temperature and low shrinkage, and is preferably 135 ° C. or lower from the viewpoint of film strength.

抽出は、抽出溶媒に浸漬、あるいはシャワーする方法等により行なうことができる。抽出溶媒としては、ポリオレフィンに対して貧溶媒であり、且つ可塑剤や無機材に対しては良溶媒であり、沸点がポリオレフィンの融点よりも低いものが望ましい。このような抽出溶媒としては、例えば、n−ヘキサンやシクロヘキサン等の炭化水素類、塩化メチレンや1,1,1−トリクロロエタン、フルオロカーボン系等ハロゲン化炭化水素類、エタノールやイソプロパノール等のアルコール類、アセトンや2−ブタノン等のケトン類、アルカリ水、が挙げられる。この中から選択し、単独若しくは混合して使用する。
なお、無機材は全工程内のいずれかで全量あるいは一部を抽出してもよいし、製品中に残存させてもよい。また、抽出の順序、方法及び回数については特に制限はない。
Extraction can be performed by dipping in an extraction solvent or showering. The extraction solvent is preferably a poor solvent for polyolefin, a good solvent for plasticizers and inorganic materials, and a boiling point lower than the melting point of polyolefin. Examples of such extraction solvents include hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane, halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,1,1-trichloroethane, and fluorocarbons, alcohols such as ethanol and isopropanol, and acetone. And ketones such as 2-butanone and alkaline water. It selects from these and uses it individually or in mixture.
The inorganic material may be extracted in whole or in part in any of the entire steps, or may remain in the product. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the order of extraction, a method, and the frequency | count.

熱処理の方法としては、テンターやロール延伸機を利用して、延伸および緩和操作などを行う熱固定方法が挙げられる。緩和操作とは、膜のMD及び/或いはTDへ、ある緩和率で行う縮小操作のことである。緩和率とは、緩和操作後の膜のMD寸法を操作前の膜のMD寸法で除した値、或いは緩和操作後のTD寸法を操作前の膜のTD寸法で除した値、或いはMD、TD双方を緩和した場合は、MDの緩和率とTDの緩和率を乗じた値のことである。所定の温度として、120℃での熱収縮抑制の観点より125℃以上が好ましく、127℃以上がより好ましい。一方、気孔率及び透過性の観点からは、133℃未満が好ましい。さらに、熱収縮率と透過性の観点より、熱処理工程にて1.3倍以上に延伸することが好ましく、1.4倍以上がさらに好ましい。熱収縮抑制の観点から、所定の緩和率としては、0.9以下が好ましく、0.8以下であることがさらに好ましい。また、しわ発生防止と気孔率及び透過性の観点より0.6以上であることが好ましい。緩和操作は、MD、TD両方向で行っても良いが、MD或いはTD片方だけの緩和操作でも、操作方向だけでなく操作と垂直方向についても、熱収縮率を低減することが可能である。   Examples of the heat treatment method include a heat setting method in which stretching and relaxation operations are performed using a tenter or a roll stretching machine. The relaxation operation is a reduction operation performed at a certain relaxation rate on the MD and / or TD of the film. The relaxation rate is a value obtained by dividing the MD dimension of the film after the relaxation operation by the MD dimension of the film before the operation, or a value obtained by dividing the TD dimension after the relaxation operation by the TD dimension of the film before the operation, or MD, TD When both are relaxed, it is a value obtained by multiplying the MD relaxation rate and the TD relaxation rate. The predetermined temperature is preferably 125 ° C. or higher and more preferably 127 ° C. or higher from the viewpoint of suppressing thermal shrinkage at 120 ° C. On the other hand, from the viewpoint of porosity and permeability, it is preferably less than 133 ° C. Further, from the viewpoint of heat shrinkage and permeability, it is preferably stretched 1.3 times or more in the heat treatment step, and more preferably 1.4 times or more. From the viewpoint of suppressing heat shrinkage, the predetermined relaxation rate is preferably 0.9 or less, and more preferably 0.8 or less. Moreover, it is preferable that it is 0.6 or more from a viewpoint of wrinkle generation | occurrence | production prevention, a porosity, and permeability | transmittance. The relaxation operation may be performed in both the MD and TD directions, but it is possible to reduce the thermal contraction rate not only in the operation direction but also in the operation and vertical direction even in the relaxation operation of only MD or TD.

なお、前記微多孔膜の製造方法としては、(1)〜(4)の各工程に加え、積層体を得るための工程として、単層体を複数枚重ね合わせる工程を採用することができる。また、電子線照射、プラズマ照射、界面活性剤塗布、化学的改質などの表面処理工程を採用することも出来る。
また、上記熱固定後のマスターロールを所定の温度下で処理し(マスターロールのエージング操作)、その後マスターロールの巻き返し作業を行うこともできる。この工程により、マスターロール内のポリオレフィンの残存応力が開放される。マスターロールを熱処理する好ましい温度は35℃以上が好ましく、45℃以上が更に好ましく、60℃以上が特に好ましい。透過性保持の観点から120℃以下が好ましい。熱処理時間は限定されないが、24時間以上であると効果が発現しやすいため好ましい。
In addition to the steps (1) to (4), as a method for producing the microporous membrane, a step of superimposing a plurality of single layer bodies can be employed as a step for obtaining a laminate. Further, a surface treatment process such as electron beam irradiation, plasma irradiation, surfactant coating, chemical modification, etc. may be employed.
Moreover, the master roll after the heat setting can be processed under a predetermined temperature (master roll aging operation), and then the master roll can be rewound. By this step, the residual stress of the polyolefin in the master roll is released. A preferable temperature for heat-treating the master roll is preferably 35 ° C. or higher, more preferably 45 ° C. or higher, and particularly preferably 60 ° C. or higher. From the viewpoint of maintaining permeability, 120 ° C. or lower is preferable. The heat treatment time is not limited, but a heat treatment time of 24 hours or longer is preferable because the effect is easily exhibited.

このようにして得られた前記微多孔膜において、ポリプロピレンが前記ポリオレフィン中に占める割合としては、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは8質量%以上である。一方、上限として好ましくは20質量%以下であり、好ましくは18質量%以下である。
なお、ポリプロピレンがポリオレフィン中に占める割合については、原料中の割合と、得られる微多孔膜中の割合とで実質的に変わらない。
In the microporous membrane thus obtained, the proportion of polypropylene in the polyolefin is preferably 5% by mass or more, and more preferably 8% by mass or more. On the other hand, the upper limit is preferably 20% by mass or less, and preferably 18% by mass or less.
In addition, about the ratio for which a polypropylene accounts in polyolefin, the ratio in a raw material and the ratio in the microporous film obtained do not change substantially.

また、微多孔膜の粘度平均分子量としては、好ましくは10万以上、より好ましくは20万以上であり、上限として好ましくは40万以下、より好ましくは35万以下である。Mvを10万以上とすることは、溶融時の耐破膜性を発現させる観点から好ましい。一方、40万以下とすることは、収縮応力を低減させ、高温時の収縮を抑制する点から好適である。ここで、所望の微多孔膜のMvは、押出温度やスクリュー回転数等によって調整することができる。例えば、スクリュー回転数を上げることによって、原料のMvを下げることができる。   Further, the viscosity average molecular weight of the microporous membrane is preferably 100,000 or more, more preferably 200,000 or more, and the upper limit is preferably 400,000 or less, more preferably 350,000 or less. It is preferable to set Mv to 100,000 or more from the viewpoint of expressing the film resistance at the time of melting. On the other hand, setting it to 400,000 or less is preferable from the viewpoint of reducing shrinkage stress and suppressing shrinkage at high temperature. Here, the Mv of the desired microporous membrane can be adjusted by the extrusion temperature, the screw rotation speed, and the like. For example, the Mv of the raw material can be lowered by increasing the screw rotation speed.

上述した微多孔膜からなるセパレータは、リチウムイオン二次電池の中でも特に、バイク、スクーター、自動車といった高出力密度特性と高安全性が必要なアプリケーションに好適であり、従来以上の電池特性を付与させることが可能となる。
なお、上述したパラメータの各測定値については特に断りの無い限り、下記実施例における測定方法に準じて測定される。
The separator made of the microporous membrane described above is suitable for applications requiring high power density characteristics and high safety, such as motorcycles, scooters, and automobiles, among lithium ion secondary batteries, and imparts battery characteristics higher than conventional ones. It becomes possible.
The measured values of the parameters described above are measured according to the measurement methods in the following examples unless otherwise specified.

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。   Next, the present embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present embodiment is not limited to the following examples unless it exceeds the gist. In addition, the physical property in an Example was measured with the following method.

(1)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。試料をDHNへ0.1w%の濃度となるように150℃で溶解させる。作成した試料溶液を10ml採取し、キャノンフェンスケ粘度計(SO100)により135℃での標線間通過秒数(t)を計測する。また、DHNを150℃に加熱した後、10ml採取し、同様の方法により粘度計の標線間を通過する秒数(t)を計測する。得られた通過秒数t、tBを用いて次の換算式により極限粘度[η]を算出した。
[η]=((1.651t/tB―0.651)0.5―1)/0.0834
求められた[η]より粘度平均分子量(Mv)を算出した。
原料のポリエチレン、原料のポリオレフィン混合物、微多孔膜のMvは次式により算出した。
[η]=6.77×10−4Mv0.67
原料のポリプロピレンについては、次式によりMvを算出した。
[η]=1.10×10−4Mv0.80
(1) Viscosity average molecular weight (Mv)
In order to prevent deterioration of the sample, 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol is dissolved in decahydronaphthalene to a concentration of 0.1 w%, and this (hereinafter abbreviated as DHN) is used as the sample solvent. . The sample is dissolved in DHN at 150 ° C. to a concentration of 0.1 w%. 10 ml of the prepared sample solution is sampled, and the number of seconds passing through the marked line (t) at 135 ° C. is measured with a Canon Fenceke viscometer (SO100). Further, after heating the DHN to 0.99 ° C., and 10ml collected to measure the number of seconds passing between marked lines of the viscometer in the same manner (t B). The intrinsic viscosity [η] was calculated by the following conversion formula using the obtained passing seconds t and t B.
[Η] = ((1.651 t / t B −0.651) 0.5 −1) /0.0834
The viscosity average molecular weight (Mv) was calculated from the determined [η].
Mv of the raw material polyethylene, the raw material polyolefin mixture, and the microporous membrane was calculated by the following equation.
[Η] = 6.77 × 10 −4 Mv 0.67
For the raw material polypropylene, Mv was calculated by the following formula.
[Η] = 1.10 × 10 −4 Mv 0.80

(2)膜厚(μm)
東洋精機製の微小測厚器、KBM(商標)用いて室温23±2℃で測定した。
(2) Film thickness (μm)
The measurement was performed at a room temperature of 23 ± 2 ° C. using a micro thickness measuring instrument manufactured by Toyo Seiki, KBM (trademark).

(3)気孔率(%)
10cm×10cm角の試料を微多孔膜から切り取り、その体積(cm)と質量(g)を求め、それらと膜密度(g/cm)より、次式を用いて計算した。
気孔率=(体積−質量/膜密度)/体積×100
なお、膜密度はポリエチレン=0.95、ポリプロピレン=0.91として、組成の分率から計算した。なお、種々の膜密度は、JIS K−7112の密度勾配管法によって求めた密度を用いることができる。
(3) Porosity (%)
A sample of 10 cm × 10 cm square was cut out from the microporous membrane, its volume (cm 3 ) and mass (g) were determined, and calculated from these and the film density (g / cm 3 ) using the following formula.
Porosity = (volume−mass / film density) / volume × 100
The film density was calculated from the fraction of the composition with polyethylene = 0.95 and polypropylene = 0.91. In addition, the density | concentration calculated | required by the density gradient tube method of JISK-7112 can be used for various film densities.

(4)透気度(秒)
JIS P−8117に準拠し、ガーレー式透気度計(東洋精器(株)製、G−B2(商標))により測定した。
(4) Air permeability (second)
Based on JIS P-8117, it measured with the Gurley type air permeability meter (Toyo Seiki Co., Ltd. product, G-B2 (trademark)).

(5)突刺強度(N)
カトーテック製、KES−G5(商標)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で、23±2℃雰囲気下にて突刺試験を行うことにより、最大突刺荷重(N)を計測し、突刺強度とした。
(5) Puncture strength (N)
By using a KES-G5 (trademark) handy compression tester manufactured by Kato Tech, the needle tip curvature radius is 0.5 mm and the needle stick speed is 2 mm / sec. The puncture load (N) was measured and used as the puncture strength.

(6)100℃MD熱収縮率(%)、120℃TD熱収縮率(%)、105℃TD熱収縮率(%)
ポリオレフィン微多孔膜をMDに100mm、TDに100mm切り取って得たサンプルを、所定の温度(100℃、120℃、又は105℃)のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接サンプルに当たらないよう、サンプルを2枚の紙に挟んだ。オーブンからサンプルを取り出し冷却した後、そのMDの長さ(mm)、又はTDの長さ(mm)を測定し、以下の式にて算出した熱収縮率を所定の温度における熱収縮率(100℃MD熱収縮率(%)、120℃TD熱収縮率(%)、又は105℃TD熱収縮率(%))とした。なお、サンプル長が確保できないものに関しては、100mm×100mmに入る範囲で、可能な限り長いサンプルを用いた。
MD熱収縮率(%)=(100−加熱後のMDの長さ(mm))/100×100
TD熱収縮率(%)=(100−加熱後のTDの長さ(mm))/100×100
(6) 100 ° C. MD heat shrinkage (%), 120 ° C. TD heat shrinkage (%), 105 ° C. TD heat shrinkage (%)
A sample obtained by cutting a polyolefin microporous membrane 100 mm in MD and 100 mm in TD was left in an oven at a predetermined temperature (100 ° C., 120 ° C., or 105 ° C.) for 1 hour. At this time, the sample was sandwiched between two sheets of paper so that the hot air did not directly hit the sample. After taking out the sample from the oven and cooling, the length of the MD (mm) or the length of the TD (mm) is measured, and the thermal shrinkage calculated by the following formula is the thermal shrinkage at a predetermined temperature (100 The thermal shrinkage rate (° C. MD) (%), 120 ° C. TD thermal shrinkage rate (%), or 105 ° C. TD thermal shrinkage rate (%)). In addition, about what cannot secure sample length, the longest possible sample was used in the range which enters into 100 mm x 100 mm.
MD thermal shrinkage (%) = (100−MD length after heating (mm)) / 100 × 100
TD heat shrinkage rate (%) = (100−length of TD after heating (mm)) / 100 × 100

(7)耐電圧(kV)
直径3cmのアルミニウム製電極で微多孔膜を挟み15gの荷重をかけ、これを菊水電子工業製の耐電圧測定機(TOS9201)に繋いで測定を実施した。測定条件は、交流電圧(60Hz)を1.0kV/secの速度でかけていき、短絡した電圧値を微多孔膜の耐電圧測定値とする。
(7) Withstand voltage (kV)
A microporous membrane was sandwiched between aluminum electrodes having a diameter of 3 cm, a load of 15 g was applied, and this was connected to a withstand voltage measuring machine (TOS9201) manufactured by Kikusui Electronics Corporation to carry out the measurement. The measurement condition is that an alternating voltage (60 Hz) is applied at a speed of 1.0 kV / sec, and the short-circuited voltage value is taken as the withstand voltage measurement value of the microporous membrane.

(8)ハイレート特性評価、高温保存試験評価、釘刺し試験評価
a.正極の作製
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物LiCoO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した。このスラリーを正極集電体となるアルミニウム箔にダイコーターで塗布し、乾燥し、ロールプレス機で圧縮成形して正極を作製した。
b.負極の作製
負極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銅箔にダイコーターで塗布し、乾燥し、ロールプレス機で圧縮成形して負極を作製した。
c.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を濃度1.0mol/リットルとなるように溶解させて調製した。
d.ハイレート特性評価
ポリオレフィン微多孔膜を18mmφ,上記正極及び上記負極を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、正極、ポリオレフィン微多孔膜、負極の順に重ね、蓋付きステンレス金属製容器に収納した。容器と蓋とは絶縁されており、容器は負極の銅箔と、蓋は正極のアルミ箔と接していた。この容器内に上記非水電解液を注入して密閉した。室温にて1日放置した後、25℃雰囲気下、3mA(0.5C)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3mAから絞り始めるという方法で、合計6時間電池作成後の最初の充電を行った。続いて3mA(0.5C)の電流値で電池電圧3.0Vまで放電した。
25℃雰囲気下、1.1A(1.0C)の電流値で電池電圧3.6Vまで充電し、さらに3.6Vを保持するようにして電流値を1.1Aから絞り始めるという方法で、合計3時間充電を行った。次に1.1A(1.0C)、又は5.5A(5C)の電流値で電池電圧2.0Vまで放電し、1C放電容量、又は5C放電容量を得た。
1C放電容量に対する5C放電容量の割合を容量維持率(%)と定義し、この時の維持率が85%以上の場合を◎、80%以上85%未満の場合を○、80%を下回る場合を×として、ハイレート特性の指標として用いた。
e.高温保存試験評価、釘刺し試験評価
上記負極、ポリオレフィン微多孔膜、上記正極、ポリオレフィン微多孔膜の順に重ねて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、真空乾燥を行い、アルゴンボックス内にて容器内に上記非水電解液を注入し、封口することにより電池を組み立てた。
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の定電圧充電をした後に4.2Vの定電圧充電を2時間行った。このようにして、前処理後の電池を得た。
前記前処理後の電池をオーブンに投入し、室温から5℃/minで昇温した後80℃で10日間放置した。その後、電池をオーブンから取り出し室温まで放冷してから1Cの電流で3.0Vまで放電を行い、オーブン投入前の充電量に対する容量維持率を算出した。この容量維持率が90%以上の場合を◎、85%以上90%未満の場合を○、85%未満の場合を×として、高温保存特性の指標として用いた。
また、前記前処理後の電池に対し、室温23±2℃環境にて、直径2.7mmの鉄釘をケースの外から、積層体の端部から3mmの所に、5mm/秒の速度で2mmの深さまで突き刺した。釘刺し位置から離れた電池の側面に付した熱電対で30秒後の到達温度を測定した。この時の温度が50℃以下の場合を◎、50℃を超え60℃以下の場合を○、60℃を超える場合を×として、耐釘刺し試験の特性の指標として用いた。
(8) High rate characteristic evaluation, high temperature storage test evaluation, nail penetration test evaluation a. Production of Positive Electrode 92.2% by mass of lithium cobalt composite oxide LiCoO 2 as a positive electrode active material, 2.3% by mass of flake graphite and acetylene black as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) 3.2 as a binder, respectively. A slurry was prepared by dispersing mass% in N-methylpyrrolidone (NMP). This slurry was applied to an aluminum foil serving as a positive electrode current collector with a die coater, dried, and compression molded with a roll press to produce a positive electrode.
b. Preparation of Negative Electrode 96.9% by mass of artificial graphite as a negative electrode active material, 1.4% by mass of ammonium salt of carboxymethyl cellulose and 1.7% by mass of styrene-butadiene copolymer latex as a binder were dispersed in purified water to prepare a slurry. did. The slurry was applied to a copper foil serving as a negative electrode current collector with a die coater, dried, and compression molded with a roll press to produce a negative electrode.
c. Preparation of Nonaqueous Electrolytic Solution Prepared by dissolving LiPF 6 as a solute in a mixed solvent of ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate = 1: 2 (volume ratio) to a concentration of 1.0 mol / liter.
d. High rate characteristics evaluation Polyolefin microporous membrane is cut into a circle of 18 mmφ, positive electrode and negative electrode are cut into a circle of 16 mmφ, and the positive electrode, polyolefin microporous membrane, and negative electrode are stacked in this order so that the active material surfaces of the positive electrode and negative electrode face each other. Stored in a container. The container and the lid were insulated, and the container was in contact with the negative electrode copper foil and the lid was in contact with the positive electrode aluminum foil. The non-aqueous electrolyte was poured into this container and sealed. After standing at room temperature for 1 day, the battery voltage was charged to 4.2V at a current value of 3mA (0.5C) in a 25 ° C atmosphere, and the current value was reduced from 3mA so as to maintain 4.2V after reaching the battery voltage. By the method of starting, the first charge after making a battery for a total of 6 hours was performed. Subsequently, the battery was discharged to a battery voltage of 3.0 V at a current value of 3 mA (0.5 C).
Charging to a battery voltage of 3.6V at a current value of 1.1A (1.0C) in an atmosphere of 25 ° C., and further reducing the current value from 1.1A so as to maintain 3.6V. The battery was charged for 3 hours. Next, the battery was discharged to a battery voltage of 2.0 V at a current value of 1.1 A (1.0 C) or 5.5 A (5 C) to obtain a 1 C discharge capacity or a 5 C discharge capacity.
The ratio of 5C discharge capacity to 1C discharge capacity is defined as capacity maintenance rate (%). When the maintenance rate at this time is 85% or more, ◎, when it is 80% or more and less than 85%, when it is less than 80% X was used as an index of high rate characteristics.
e. High temperature storage test evaluation, nail penetration test evaluation The electrode plate laminate was prepared by stacking the negative electrode, the polyolefin microporous membrane, the positive electrode, and the polyolefin microporous membrane in this order and winding them in a spiral shape. The electrode plate laminate is housed in a stainless steel container having an outer diameter of 18 mm and a height of 65 mm, and an aluminum tab derived from the positive electrode current collector is used as a container lid terminal portion, and a nickel tab derived from the negative electrode current collector Was welded to the container wall. Thereafter, vacuum drying was performed, and the battery was assembled by injecting and sealing the non-aqueous electrolyte into the container in an argon box.
The assembled battery was charged at a constant current of 1 / 3C to a voltage of 4.2V, then charged at a constant voltage of 4.2V for 5 hours, and then discharged at a current of 1 / 3C to a final voltage of 3.0V. It was. Next, after constant current charging to a voltage of 4.2 V with a current value of 1 C, a constant voltage charge of 4.2 V was performed for 2 hours, and then discharging was performed to a final voltage of 3.0 V with a current of 1 C. Finally, after constant voltage charging of 4.2 V with a current value of 1 C, constant voltage charging of 4.2 V was performed for 2 hours. In this way, a pretreated battery was obtained.
The pretreated battery was placed in an oven, heated from room temperature at 5 ° C./min, and then allowed to stand at 80 ° C. for 10 days. Thereafter, the battery was taken out of the oven and allowed to cool to room temperature, and then discharged to 3.0 V at a current of 1 C, and the capacity retention rate with respect to the amount of charge before charging the oven was calculated. When the capacity retention ratio was 90% or more, ◎, when 85% or more and less than 90%, and when less than 85%, × were used as indicators of high temperature storage characteristics.
Further, with respect to the battery after the pretreatment, in a room temperature of 23 ± 2 ° C., an iron nail having a diameter of 2.7 mm is placed outside the case and 3 mm from the end of the laminated body at a speed of 5 mm / second. Punctured to a depth of 2 mm. The temperature reached after 30 seconds was measured with a thermocouple attached to the side of the battery away from the nail penetration position. When the temperature at this time was 50 ° C. or less, ◎, when it exceeded 50 ° C. and below 60 ° C., and when it exceeded 60 ° C. were used as indicators of the characteristics of the nail penetration test.

[実施例1]
Mvが25万のホモポリマー(低分子量ポリエチレン)を95質量%と、Mv40万のポリプロピレンを5質量%とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られた純ポリマー混合物99質量%に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1質量%添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物は窒素で置換を行った後に、二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。また流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10−5/s)を押出機シリンダーにプランジャーポンプにより注入した。
溶融混練し、押し出される全混合物中に占める流動パラフィン量比が50質量%となるように(即ち、ポリマー濃度(「PC」と略記することがある)が50質量%となるように)、フィーダー及びポンプを調整した。溶融混練条件は、設定温度200℃であり、スクリュー回転数240rpm、吐出量12kg/hで行った。
続いて、溶融混練物を、T−ダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール上に押出しキャストすることにより、原反膜厚1750μmのゲルシートを得た。
次に、同時二軸テンター延伸機に導き、二軸延伸を行った。設定延伸条件は、MD倍率7.0倍、TD倍率6.4倍(即ち、7×6.4倍)、二軸延伸温度124℃である。
次に、メチルエチルケトン槽に導き、メチルエチルケトン中に充分に浸漬して流動パラフィンを抽出除去し、その後メチルエチルケトンを乾燥除去した。
次に、熱固定(「HS」と略記することがある)を行なうべくTDテンターに導き、熱固定温度131℃、延伸倍率1.6倍でHSを行い、その後、0.85倍の緩和操作(即ち、HS緩和率が0.85倍)を行い、ポリオレフィン製微多孔膜を得た。得られた微多孔膜について、各種特性を評価した結果を下表1に示す。
[Example 1]
Using a tumbler blender, 95% by mass of a homopolymer (low molecular weight polyethylene) having an Mv of 250,000 and 5% by mass of a polypropylene having an Mv of 400,000 were dry blended. 1% by mass of pentaerythrityl-tetrakis- [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] as an antioxidant was added to 99% by mass of the obtained pure polymer mixture, and the tumbler was again added. A dry blend was performed using a blender to obtain a polymer mixture. The obtained mixture of polymers and the like was substituted with nitrogen and then fed to the twin-screw extruder with a feeder under a nitrogen atmosphere. Further, liquid paraffin (kinematic viscosity at 37.78 ° C .: 7.59 × 10 −5 m 2 / s) was injected into the extruder cylinder by a plunger pump.
Feeder so that the liquid paraffin content ratio in the total mixture to be melt-kneaded and extruded is 50% by mass (that is, the polymer concentration (sometimes abbreviated as “PC”) is 50% by mass). And the pump was adjusted. The melt kneading conditions were a set temperature of 200 ° C., a screw rotation speed of 240 rpm, and a discharge rate of 12 kg / h.
Subsequently, the melt-kneaded material was extruded and cast on a cooling roll controlled at a surface temperature of 25 ° C. through a T-die, thereby obtaining a gel sheet having an original film thickness of 1750 μm.
Next, it led to the simultaneous biaxial tenter stretching machine, and biaxial stretching was performed. The set stretching conditions are an MD magnification of 7.0 times, a TD magnification of 6.4 times (that is, 7 × 6.4 times), and a biaxial stretching temperature of 124 ° C.
Next, the solution was introduced into a methyl ethyl ketone tank and sufficiently immersed in methyl ethyl ketone to extract and remove liquid paraffin, and then the methyl ethyl ketone was removed by drying.
Next, it is guided to a TD tenter to perform heat setting (sometimes abbreviated as “HS”), HS is performed at a heat setting temperature of 131 ° C. and a draw ratio of 1.6 times, and then a relaxation operation of 0.85 times is performed. (In other words, the HS relaxation rate was 0.85 times) to obtain a polyolefin microporous membrane. The results of evaluating various characteristics of the obtained microporous membrane are shown in Table 1 below.

[実施例2〜7、比較例1〜8]
下表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。なお、Mv70万のPEは高密度ポリエチレンである。
得られた微多孔膜について、各種特性を評価した。結果を下表1,2に示す。
[Examples 2-7, Comparative Examples 1-8]
A microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except for the conditions shown in Table 1 below. The PE with Mv 700,000 is high density polyethylene.
Various characteristics of the obtained microporous membrane were evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2 below.

Figure 0005588722
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Figure 0005588722
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本発明のポリオレフィン製微多孔膜は、高出力密度リチウムイオン電池用セパレータとして好適に用いられる。   The polyolefin microporous membrane of the present invention is suitably used as a separator for high power density lithium ion batteries.

Claims (4)

膜厚方向に連通孔を有し、膜厚21μm以上、気孔率42%以上のポリオレフィン微多孔膜であって、120℃での幅方向の熱収縮率が4%以下、ポリオレフィン全体に対するポリプロピレンの含有率が5〜20質量%であり、該ポリオレフィン微多孔膜の粘度平均分子量が35万以下であるポリオレフィン微多孔膜。 Polyolefin microporous membrane with continuous pores in the film thickness direction, with a film thickness of 21 μm or more and a porosity of 42% or more, and a heat shrinkage rate in the width direction at 120 ° C. of 4% or less. rate is Ri 5-20% by mass, the microporous polyolefin membrane viscosity average molecular weight of the polyolefin microporous membrane is 350,000 or less. 透気度が12sec/100cc/μm以下である請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。   The polyolefin microporous membrane according to claim 1, wherein the air permeability is 12 sec / 100 cc / μm or less. 105℃での幅方向の熱収縮率が0.5%以下である請求項1又は2に記載のポリオレフィン微多孔膜。 The polyolefin microporous membrane according to claim 1 or 2 , wherein the thermal shrinkage in the width direction at 105 ° C is 0.5% or less. 請求項1〜のいずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜と、正極と、負極と、電解液とを用いて形成されたリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery formed using the polyolefin microporous film in any one of Claims 1-3 , a positive electrode, a negative electrode, and electrolyte solution.
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