JP5596768B2 - Polyethylene microporous membrane and battery separator - Google Patents
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Description
本発明は、加圧時の膜厚変化及び透気度変化が小さく、電解液の吸収速度が早いポリエチレン微多孔膜及びその製造方法並びに電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a polyethylene microporous membrane having a small change in film thickness and air permeability during pressurization and a high absorption rate of an electrolytic solution, a method for producing the same, and a battery separator.
ポリオレフィン微多孔膜は、リチウム電池用を始めとする電池用セパレータ、電解コンデンサ用隔膜、透湿防水衣料、各種濾過膜等の用途に広く用いられている。ポリオレフィン微多孔膜を電池用セパレータとして用いる場合、その性能は電池の特性、生産性及び安全性に深く関わる。そのため優れた透過性、機械的特性、熱収縮特性、シャットダウン特性、メルトダウン特性等が要求される。例えば機械的強度が低いと、電池セパレータとして用いた場合に電池の電圧が低下してしまう。 Polyolefin microporous membranes are widely used in applications such as battery separators for lithium batteries, electrolytic capacitor diaphragms, moisture-permeable and waterproof clothing, and various filtration membranes. When a polyolefin microporous membrane is used as a battery separator, its performance is closely related to battery characteristics, productivity, and safety. Therefore, excellent permeability, mechanical characteristics, heat shrinkage characteristics, shutdown characteristics, meltdown characteristics, and the like are required. For example, when the mechanical strength is low, the voltage of the battery decreases when used as a battery separator.
ポリオレフィン微多孔膜の物性を改善する方法として、原料組成、延伸条件、熱処理条件等を最適化することが提案されてきた。例えば特開平2-94356号(特許文献1)は、良好な組立加工性と低い電気抵抗を有するリチウム電池セパレータ用ポリエチレン微多孔膜として、質量平均分子量(Mw)が40〜200万で、かつ分子量分布[質量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)]が25以下の高密度ポリエチレン樹脂を、無機微粉体及び有機液状体とともに溶融混練し、得られた溶融混練物をダイより押出し、冷却することによりゲル状シートを形成し、無機微粉体及び有機液状体を除去した後、1.5倍以上の率で延伸することにより製造されたポリエチレン微多孔膜を提案している。しかし、このポリエチレン微多孔膜は表面孔径が大き過ぎるので、強度が不十分である。 As a method for improving the physical properties of the polyolefin microporous membrane, it has been proposed to optimize the raw material composition, stretching conditions, heat treatment conditions, and the like. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-94356 (Patent Document 1) discloses a polyethylene microporous film for a lithium battery separator having good assembly processability and low electrical resistance, having a mass average molecular weight (Mw) of 400,000 to 2 million and a molecular weight. A high density polyethylene resin having a distribution [mass average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn)] of 25 or less is melt-kneaded together with inorganic fine powder and organic liquid, and the resulting melt-kneaded product is extruded from a die and cooled. Thus, a polyethylene microporous membrane produced by forming a gel-like sheet, removing inorganic fine powder and organic liquid, and then stretching at a rate of 1.5 times or more is proposed. However, this polyethylene microporous film has insufficient strength because the surface pore diameter is too large.
特開平5-9332号(特許文献2)は、高強度及び適度な孔径を有し、かつ均質なポリエチレン製微多孔膜として、粘度平均分子量が200万以上の超高分子量ポリエチレンを無機微粉体及び可塑剤[SP(Solubility Parameter)値が7.5〜8.4及び8.5〜9.5の可塑剤の混合物。SP値が7.5〜8.4の可塑剤添加量はポリエチレン質量の10〜150質量%。]とともに溶融混練し、得られた溶融混練物をダイより押出し、冷却することによりゲル状シートを形成し、無機微粉体及び可塑剤を除去し、乾燥した後、一軸方向のみに延伸することにより製造される微多孔膜を提案している。しかし、この微多孔膜も表面孔径が大き過ぎるので、強度が不十分である。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-9332 (Patent Document 2) discloses an ultra-high molecular weight polyethylene having a high average strength and an appropriate pore size, and having a viscosity average molecular weight of 2 million or more as an inorganic fine powder. Plasticizer [a mixture of plasticizers having SP (Solubility Parameter) values of 7.5 to 8.4 and 8.5 to 9.5. The amount of plasticizer added with an SP value of 7.5 to 8.4 is 10 to 150% by mass of polyethylene. The resulting melt-kneaded product is extruded from a die and cooled to form a gel-like sheet, the inorganic fine powder and the plasticizer are removed, dried, and then stretched only in the uniaxial direction. Proposed microporous membranes to be manufactured. However, this microporous membrane also has insufficient strength because the surface pore diameter is too large.
そこで本出願人は、Mwが7×105以上の成分を1質量%以上含有し、Mw/Mnが10〜300のポリオレフィン組成物からなり、膜厚方向に配向度が変化しているポリオレフィン微多孔膜を提案した[特許3347854号(特許文献3)]。このポリオレフィン微多孔膜は、上記ポリオレフィン組成物と、成膜用溶剤とを溶融混練し、得られた溶融混練物をダイより押出し、冷却してゲル状シートを形成した後、得られたゲル状シートを膜厚方向に温度分布が生じるように加熱しながら延伸した後、成膜用溶剤を除去することにより得られ、機械的強度に優れている。 Therefore, the applicant of the present invention has a polyolefin fine composition comprising a polyolefin composition containing 1% by mass or more of Mw of 7 × 10 5 or more, Mw / Mn of 10 to 300, and the degree of orientation changes in the film thickness direction. A porous membrane was proposed [Patent No. 3347854 (Patent Document 3)]. This polyolefin microporous membrane is obtained by melt-kneading the polyolefin composition and a film-forming solvent, extruding the obtained melt-kneaded product from a die, and cooling to form a gel-like sheet. The sheet is obtained by removing the film-forming solvent after being stretched while being heated so that a temperature distribution is generated in the film thickness direction, and is excellent in mechanical strength.
本出願人はまた、Mwが5×105以上のポリオレフィン又はこれを含有するポリオレフィン組成物からなる微細フィブリルからなり、平均孔径が0.05〜5μmで、膜面に対する角度θが80〜100度の結晶ラメラの割合が機械方向及び幅方向の各断面において40%以上であるポリオレフィン微多孔膜を提案した[WO 2000/20492(特許文献4)]。この微多孔膜は、上記ポリオレフィン又はポリオレフィン組成物10〜50質量%と、50〜90質量%の成膜用溶剤とからなる溶液をダイより押出し、冷却することによりゲル状成形物を形成し、得られたゲル状成形物を必要に応じて延伸した後、ポリオレフィン又はポリオレフィン組成物の結晶分散温度以上〜融点+30℃以下の温度範囲で熱固定処理し、成膜用溶剤を除去することにより得られ、透過性に優れている。 The present applicant also has a crystal composed of a fine fibril made of a polyolefin having a Mw of 5 × 10 5 or more or a polyolefin composition containing the polyolefin and having an average pore diameter of 0.05 to 5 μm and an angle θ with respect to the film surface of 80 to 100 degrees. A polyolefin microporous membrane having a lamella ratio of 40% or more in each cross section in the machine direction and the width direction has been proposed [WO 2000/20492 (Patent Document 4)]. This microporous membrane is a gel-like molded product formed by extruding from a die a solution comprising 10-50% by mass of the polyolefin or polyolefin composition and 50-90% by mass of a film-forming solvent and cooling. The obtained gel-like molded product is stretched as necessary, and then heat-set in a temperature range of from the crystal dispersion temperature of the polyolefin or the polyolefin composition to the melting point + 30 ° C. to remove the film-forming solvent. And has excellent permeability.
本出願人はまた、Mwが5×105以上のポリオレフィン又はこれを含有するポリオレフィン組成物からなり、平均孔径が少なくとも一面から厚さ方向の中心部に向かって徐々に小さくなっているポリオレフィン微多孔膜を提案した[WO 2000/20493(特許文献5)]。この微多孔膜は、上記ポリオレフィン又はポリオレフィン組成物10〜50質量%と、50〜90質量%の成膜用溶剤とからなる溶液をダイより押出し、得られた押出し成形体を冷却してゲル状シートを形成し、ゲル状シートを加熱溶剤に接触させた後成膜用溶剤を除去するか、ゲル状シートから成膜用溶剤を除去した後加熱溶剤に接触させることにより得られ、透過性に優れている。 The present applicant also has a polyolefin microporous structure comprising a polyolefin having an Mw of 5 × 10 5 or more or a polyolefin composition containing the polyolefin, and having an average pore diameter that gradually decreases from at least one surface toward the center in the thickness direction. A film was proposed [WO 2000/20493 (Patent Document 5)]. This microporous membrane is prepared by extruding a solution comprising 10-50% by mass of the polyolefin or polyolefin composition and 50-90% by mass of a film-forming solvent from a die, and cooling the obtained extruded product to form a gel. It is obtained by forming a sheet, contacting the gel-like sheet with a heating solvent and then removing the film-forming solvent, or removing the film-forming solvent from the gel-like sheet and then bringing it into contact with the heating solvent. Are better.
ところが最近、セパレータの特性については透過性や機械的強度だけでなく、サイクル特性等の電池寿命に関わる特性や、電解液注入性等の電池生産性に関わる特性も重視されるようになっている。特にリチウムイオン電池の電極は、充電時にリチウムの挿入により膨張し、放電時にリチウムの脱離により収縮するが、昨今の電池の高容量化に伴い、充電時の膨張率が大きくなる傾向にある。セパレータは電極膨張時に圧迫されるので、セパレータには圧迫による透過性変化が小さいこと、及び圧迫による膜厚変化が小さいことが求められている。しかし上記各文献に記載の微多孔膜は、耐圧縮性が十分とはいえなかった。微多孔膜の圧縮特性が悪いと、電池セパレータとして用いた場合に電池の容量不足(サイクル特性悪化)を招く恐れが高い。 Recently, however, not only the permeability and mechanical strength, but also characteristics related to battery life such as cycle characteristics and characteristics related to battery productivity such as electrolyte injection properties have been emphasized as separator characteristics. . In particular, an electrode of a lithium ion battery expands due to insertion of lithium during charging and contracts due to desorption of lithium during discharging. However, with the recent increase in capacity of batteries, the expansion rate during charging tends to increase. Since the separator is compressed when the electrode is expanded, the separator is required to have a small change in permeability due to the compression and a small change in film thickness due to the compression. However, the microporous membrane described in each of the above documents cannot be said to have sufficient compression resistance. If the compression characteristics of the microporous membrane are poor, there is a high risk of battery capacity shortage (deterioration of cycle characteristics) when used as a battery separator.
従って、本発明の目的は、加圧時の膜厚変化及び透気度変化が小さく、電解液の吸収速度が早いポリエチレン微多孔膜、その製造方法及びかかるポリエチレン微多孔膜からなる電池用セパレータを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a polyethylene microporous membrane having a small change in film thickness and air permeability during pressurization and a high absorption rate of an electrolyte, a method for producing the same, and a battery separator comprising such a polyethylene microporous membrane. Is to provide.
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、超高分子量ポリエチレンの割合が15質量%以下のポリエチレン系樹脂と、成膜用溶剤との溶融混練物をダイより押し出し、得られた押出し成形体を膜厚方向に温度分布が生じるように冷却してゲル状シートを形成した後、前記ポリエチレン系樹脂の結晶分散温度+10℃〜結晶分散温度+30℃の温度で延伸し、前記成膜用溶剤を除去し、1.05〜1.45倍の率で再び延伸すると、平均細孔径が0.01〜0.05μmの緻密構造層(緻密構造領域)と、平均細孔径が前記緻密構造層の1.2〜5.0倍の粗大構造層(粗大構造領域)とを有し、加圧時の膜厚変化及び透気度変化が小さく、電解液の吸収速度が早いポリエチレン微多孔膜が得られることを見出し、本発明に想到した。なお緻密構造層及び粗大構造層は、明確な境界面を有する層ではないので、それぞれ緻密構造領域及び粗大構造領域と呼ぶ方がより正確だが、本願においては便宜的に緻密構造層及び粗大構造層と呼ぶ場合がある。 As a result of diligent research in view of the above object, the present inventors have extruded a melt-kneaded product of a polyethylene-based resin having a ratio of ultrahigh molecular weight polyethylene of 15% by mass or less and a film-forming solvent from a die, and obtained extrusion After forming the gel sheet by cooling the molded body so as to generate a temperature distribution in the film thickness direction, it is stretched at a temperature of crystal dispersion temperature + 10 ° C. to crystal dispersion temperature + 30 ° C. After removing the solvent and stretching again at a rate of 1.05-1.45 times, a dense structure layer (dense structure region) with an average pore diameter of 0.01-0.05 μm and a coarseness of 1.2-5.0 times the average pore diameter of the dense structure layer It has been found that a polyethylene microporous membrane having a structural layer (coarse structure region), a change in film thickness and a change in air permeability at the time of pressurization, and a high absorption rate of the electrolyte can be obtained, and the present invention has been conceived. . Since the dense structure layer and the coarse structure layer are not layers having a clear boundary surface, it is more accurate to refer to the dense structure region and the coarse structure region, respectively. However, in the present application, the dense structure layer and the coarse structure layer are more convenient. Sometimes called.
すなわち、本発明のポリエチレン微多孔膜は、質量平均分子量が1×106以上の超高分子量ポリエチレンの割合が15質量%以下のポリエチレン系樹脂からなる微多孔膜であって、厚さ方向に隣接する、平均細孔径が0.01〜0.05μmの緻密構造領域と、平均細孔径が前記緻密構造領域の1.2〜5.0倍の粗大構造領域とを有する単膜であり、前記粗大構造領域が少なくとも一面に形成されていることを特徴とする。 That is, the polyethylene microporous membrane of the present invention is a microporous membrane made of a polyethylene resin having a mass average molecular weight of 1 × 10 6 or more and a proportion of ultrahigh molecular weight polyethylene of 15% by mass or less, and is adjacent in the thickness direction. A single membrane having a dense structure region having an average pore diameter of 0.01 to 0.05 μm and a coarse structure region having an average pore diameter of 1.2 to 5.0 times that of the dense structure region, and the coarse structure region is formed on at least one surface. It is characterized by being.
前記ポリエチレン系樹脂は、前記超高分子量ポリエチレン及び高密度ポリエチレンからなるのが好ましい。(前記粗大構造領域の厚さ)/(前記緻密構造領域の厚さ)により表される比が5/1〜1/10であるのが好ましい。 The polyethylene resin is preferably composed of the ultra high molecular weight polyethylene and high density polyethylene. The ratio represented by (thickness of the coarse structure region) / (thickness of the dense structure region) is preferably 5/1 to 1/10.
前記ポリエチレン微多孔膜は、質量平均分子量が1×106以上の超高分子量ポリエチレンの割合が15質量%以下のポリエチレン系樹脂と、成膜用溶剤との溶融混練物をダイより押出し、得られた押出し成形体を膜厚方向に温度分布が生じるように冷却してゲル状シートとし、前記ポリエチレン系樹脂の結晶分散温度+10℃〜前記結晶分散温度+30℃の温度で少なくとも一軸方向に延伸し、前記成膜用溶剤を除去し、少なくとも一軸方向に1.05〜1.45倍の率で再び延伸することによって製造されたものであるのが好ましい。 The polyethylene microporous membrane is obtained by extruding a melt-kneaded product of a polyethylene-based resin having a mass average molecular weight of 1 × 10 6 or more of ultrahigh molecular weight polyethylene of 15% by mass or less and a film forming solvent from a die. The extruded molded body is cooled to have a temperature distribution in the film thickness direction to form a gel sheet, and stretched at least uniaxially at a temperature of the polyethylene resin crystal dispersion temperature + 10 ° C to the crystal dispersion temperature + 30 ° C, The film-forming solvent is preferably removed and stretched again at a rate of 1.05 to 1.45 times at least in a uniaxial direction.
かかる製造方法の好ましい例では、前記押出し成形体の片面を急冷し、もう一方の面を徐冷する。これにより微多孔膜の片面に、粗大構造層(粗大構造領域)を形成できる。前記押出し成形体の片面を急冷するには、前記ポリエチレン系樹脂の結晶化温度−115℃以上〜前記結晶化温度−25℃以下に温調した冷却ロールに、前記押出し成形体を1〜30秒の時間接触させるのが好ましい。前記押出し成形体のもう一方の面は、室温の大気に曝すことにより徐冷するのが好ましい。 In a preferred example of such a production method, one side of the extruded product is rapidly cooled and the other side is gradually cooled. Thereby, a coarse structure layer (coarse structure region) can be formed on one surface of the microporous film. In order to rapidly cool one side of the extruded molded body, the extruded molded body is placed in a cooling roll whose temperature is adjusted to a crystallization temperature of the polyethylene resin of −115 ° C. or higher and a crystallization temperature of −25 ° C. or lower for 1 to 30 seconds. It is preferable to make contact for a period of time. It is preferable that the other surface of the extrusion-molded product is gradually cooled by exposure to air at room temperature.
本発明の製造方法の別の好ましい例では、前記延伸後のゲル状シートを熱固定処理した後、前記成膜用溶剤を除去する。成膜用溶剤を含有する延伸ゲル状シートを熱固定処理すると、微多孔膜の両面に粗大構造層(粗大構造領域)を形成できる。 In another preferred example of the production method of the present invention, the film-forming solvent is removed after heat-treating the stretched gel-like sheet. When the stretched gel-like sheet containing the film-forming solvent is heat-set, a coarse structure layer (coarse structure region) can be formed on both surfaces of the microporous film.
本発明の製造方法のさらに別の好ましい例では、前記延伸後のゲル状シート、及び/又は前記成膜用溶剤を除去した微多孔膜を、加熱した溶剤に接触させる。これによっても微多孔膜の両面に粗大構造層(粗大構造領域)を形成できる。 In still another preferred example of the production method of the present invention, the stretched gel sheet and / or the microporous film from which the film-forming solvent has been removed are brought into contact with a heated solvent. This also makes it possible to form a coarse structure layer (coarse structure region) on both surfaces of the microporous film.
本発明の電池用セパレータは上記ポリエチレン微多孔膜により形成される。 The battery separator of the present invention is formed of the polyethylene microporous film.
本発明のポリエチレン微多孔膜は、加圧時の膜厚変化及び透気度変化が小さく、電解液の吸収速度が早く、かつ機械的特性、透過性及び熱収縮特性にも優れている。かかるポリエチレン微多孔膜を電池用セパレータとして用いることにより、耐圧縮性等の安全性及び生産性に優れた電池が得られる。 The polyethylene microporous membrane of the present invention has small changes in film thickness and air permeability during pressurization, has a high absorption rate of the electrolytic solution, and is excellent in mechanical properties, permeability, and heat shrinkage properties. By using such a polyethylene microporous membrane as a battery separator, a battery excellent in safety such as compression resistance and productivity can be obtained.
[1] ポリエチレン系樹脂
本発明のポリエチレン微多孔膜(以下単に「微多孔膜」とよぶことがある)は、質量平均分子量(Mw)が1×106以上の超高分子量ポリエチレンの割合が15質量%以下のポリエチレン系樹脂からなる。ポリエチレン系樹脂は、(a) Mwが1×106以上の超高分子量ポリエチレンとそれ以外のポリエチレンとからなるポリエチレン組成物、(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレン、又は(c) ポリエチレン組成物もしくは超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンとポリエチレン以外のポリオレフィンとの混合物(ポリオレフィン組成物)であるのが好ましい。
[1] Polyethylene-based resin The polyethylene microporous membrane of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “microporous membrane”) has a mass average molecular weight (Mw) of 1 × 10 6 or more and a ratio of ultrahigh molecular weight polyethylene of 15 It consists of a polyethylene resin of less than mass%. The polyethylene resin is (a) a polyethylene composition comprising an ultra high molecular weight polyethylene having an Mw of 1 × 10 6 or more and other polyethylene, (b) a polyethylene other than the ultra high molecular weight polyethylene, or (c) a polyethylene composition. Or it is preferable that it is a mixture (polyolefin composition) of polyethylene other than ultra high molecular weight polyethylene and polyolefins other than polyethylene.
(a) ポリエチレン組成物からなる場合
超高分子量ポリエチレンはエチレンの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共重合体であってもよい。エチレン以外の他のα-オレフィンとしてはプロピレン、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、スチレン等が挙げられる。超高分子量ポリエチレンのMwは1×106〜3×106の範囲内が好ましい。超高分子量ポリエチレンのMwを3×106以下にすることにより、溶融押出を容易にすることができる。
(a) When composed of a polyethylene composition Ultra high molecular weight polyethylene is not limited to ethylene homopolymer, but may be a copolymer containing a small amount of other α-olefin. Examples of α-olefins other than ethylene include propylene, butene-1, pentene-1, hexene-1, 4-methylpentene-1, octene-1, vinyl acetate, methyl methacrylate, and styrene. The Mw of the ultra high molecular weight polyethylene is preferably in the range of 1 × 10 6 to 3 × 10 6 . By making the Mw of ultrahigh molecular weight polyethylene 3 × 10 6 or less, melt extrusion can be facilitated.
超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンは1×106未満のMwを有し、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及び鎖状低密度ポリエチレンからなる群から選ばれた少なくとも一種が好ましく、高密度ポリエチレンがより好ましい。超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンは、エチレンの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共重合体であってもよい。エチレン以外の他のα-オレフィンは上記と同じでよい。このような共重合体としてシングルサイト触媒により製造されたものが好ましい。超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンのMwは1×104以上〜5×105未満の範囲内が好ましい。中でも高密度ポリエチレンのMwは7×104以上〜5×105未満がより好ましく、2×105以上〜5×105未満が特に好ましい。超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンはMw又は密度の異なるものを二種以上用いてもよい。 The polyethylene other than the ultra high molecular weight polyethylene has an Mw of less than 1 × 10 6 and is preferably at least one selected from the group consisting of high density polyethylene, medium density polyethylene, branched low density polyethylene, and chain low density polyethylene, High density polyethylene is more preferred. The polyethylene other than the ultrahigh molecular weight polyethylene may be a copolymer containing not only a homopolymer of ethylene but also a small amount of other α-olefin. Other α-olefins other than ethylene may be the same as described above. Such a copolymer is preferably produced by a single site catalyst. The Mw of polyethylene other than ultra high molecular weight polyethylene is preferably in the range of 1 × 10 4 or more and less than 5 × 10 5 . Among them Mw of high-density polyethylene is more preferably less than 7 × 10 4 or more to 5 × 10 5, less than 2 × 10 5 or more to 5 × 10 5 is particularly preferred. Two or more types of polyethylenes other than ultra-high molecular weight polyethylenes having different Mw or density may be used.
ポリエチレン組成物のMwは1×106以下が好ましく、1×105〜1×106の範囲内がより好ましく、2×105〜1×106の範囲内が特に好ましい。ポリエチレン組成物のMwが1×106超であると、平均細孔径が緻密構造層の1.2〜5.0倍の粗大構造層が形成されない。ポリエチレン組成物のMwが1×105未満では延伸時に破断が起りやすいため、好適なポリエチレン微多孔膜を得るのが困難である。 Mw is preferably 1 × 10 6 or less of the polyethylene composition, more preferably in the range of 1 × 10 5 ~1 × 10 6 , in the range of 2 × 10 5 ~1 × 10 6 being particularly preferred. When the Mw of the polyethylene composition exceeds 1 × 10 6 , a coarse structure layer having an average pore diameter of 1.2 to 5.0 times that of the dense structure layer is not formed. When the Mw of the polyethylene composition is less than 1 × 10 5, it is difficult to obtain a suitable polyethylene microporous membrane because breakage tends to occur during stretching.
ポリエチレン組成物中の超高分子量ポリエチレンの割合は、超高分子量ポリエチレン及びそれ以外ポリエチレンの合計を100質量%として15質量%以下である。この割合を15質量%超とすると、粗大構造層が形成されない。この割合は12質量%以下が好ましく、10質量%以下が特に好ましい。限定的ではないが、優れた機械的強度を得るために、この割合の下限は1質量%とするのが好ましい。 The ratio of the ultrahigh molecular weight polyethylene in the polyethylene composition is 15% by mass or less, where the total of the ultrahigh molecular weight polyethylene and the other polyethylene is 100% by mass. When this ratio exceeds 15% by mass, a coarse structure layer is not formed. This proportion is preferably 12% by mass or less, particularly preferably 10% by mass or less. Although not limited, in order to obtain excellent mechanical strength, the lower limit of this ratio is preferably 1% by mass.
(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンからなる場合
ポリエチレン系樹脂は、超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンのみからなるものであってもよい。超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンは上記と同じで良い。
(b) When made of polyethylene other than ultra high molecular weight polyethylene The polyethylene resin may be made of polyethylene other than ultra high molecular weight polyethylene. The polyethylene other than the ultra high molecular weight polyethylene may be the same as described above.
(c) ポリオレフィン組成物からなる場合
ポリオレフィン組成物は、ポリエチレン組成物もしくは超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンとポリエチレン以外のポリオレフィンとの混合物である。ポリエチレン組成物及び超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンは上記と同じで良い。
(c) When composed of a polyolefin composition The polyolefin composition is a polyethylene composition or a mixture of polyethylene other than ultra-high molecular weight polyethylene and polyolefin other than polyethylene. The polyethylene other than the polyethylene composition and the ultrahigh molecular weight polyethylene may be the same as described above.
ポリエチレン以外のポリオレフィンとして、各々のMwが1×104〜4×106のポリプロピレン、ポリブテン-1、ポリペンテン-1、ポリヘキセン-1、ポリ4-メチルペンテン-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、並びにMwが1×103〜1×104のポリエチレンワックスからなる群から選ばれた少なくとも一種を用いることができる。ポリプロピレン、ポリブテン-1、ポリペンテン-1、ポリヘキセン-1、ポリ4-メチルペンテン-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は単独重合体のみならず、他のα-オレフィンを含有する共重合体であってもよい。ポリエチレン以外のポリオレフィンの割合は、ポリオレフィン組成物全体を100質量%として20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。 Polyolefins other than polyethylene, each having a Mw of 1 × 10 4 to 4 × 10 6 , polypropylene, polybutene-1, polypentene-1, polyhexene-1, poly-4-methylpentene-1, polyoctene-1, polyvinyl acetate, At least one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate, polystyrene, ethylene / α-olefin copolymer, and polyethylene wax having Mw of 1 × 10 3 to 1 × 10 4 can be used. Polypropylene, polybutene-1, polypentene-1, polyhexene-1, poly-4-methylpentene-1, polyoctene-1, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate and polystyrene are not only homopolymers, but also other α-olefins. It may be a copolymer. The proportion of polyolefin other than polyethylene is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, based on 100% by mass of the entire polyolefin composition.
ポリエチレン微多孔膜がポリプロピレンを含有すると、電池用セパレータとして用いた場合に、メルトダウン特性及び電池の高温保存特性が向上する。ポリプロピレンとしては単独重合体が好ましい。プロピレンと他のα-オレフィンとの共重合体、又は単独重合体及び共重合体の混合物を用いる場合、共重合体としてブロック共重合体又はランダム共重合体のいずれも使用することができる。他のα-オレフィンとしてはエチレンが好ましい。 When the polyethylene microporous membrane contains polypropylene, when used as a battery separator, meltdown characteristics and high-temperature storage characteristics of the battery are improved. As the polypropylene, a homopolymer is preferable. When a copolymer of propylene and another α-olefin, or a mixture of a homopolymer and a copolymer is used, either a block copolymer or a random copolymer can be used as the copolymer. Other α-olefins are preferably ethylene.
ポリオレフィン組成物がポリエチレン組成物とポリエチレン以外のポリオレフィンとの混合物である場合、超高分子量ポリエチレンの割合は、ポリエチレン組成物及びポリエチレン以外のポリオレフィンの合計を100質量%として15質量%以下である。この割合は12質量%以下であるのが好ましく、10質量%以下であるのが特に好ましい。この割合の下限は1質量%が好ましい。 When the polyolefin composition is a mixture of a polyethylene composition and a polyolefin other than polyethylene, the ratio of ultrahigh molecular weight polyethylene is 15% by mass or less, where the total of the polyethylene composition and polyolefin other than polyethylene is 100% by mass. This proportion is preferably 12% by mass or less, particularly preferably 10% by mass or less. The lower limit of this ratio is preferably 1% by mass.
(D) 分子量分布Mw/Mn
Mw/Mnは分子量分布の尺度であり、この値が大きいほど分子量分布の幅は大きい。ポリエチレン組成物及び超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンのMw/Mnは限定的でないが、5〜30が好ましく、10〜25がより好ましい。Mw/Mnが5未満だと高分子量成分が多過ぎて溶融押出が困難であり、またMw/Mnが30超だと低分子量成分が多過ぎて微多孔膜の強度低下を招く。ポリエチレン(単独重合体及びエチレン・α-オレフィン共重合体)のMw/Mnは、多段重合により適宜調整することができる。多段重合法としては、一段目で高分子量ポリマー成分を生成し、二段目で低分子量ポリマー成分を生成する二段重合が好ましい。ポリエチレン組成物の場合、Mw/Mnが大きいほど超高分子量ポリエチレンとそれ以外のポリエチレンとの質量平均分子量の差が大きく、またその逆も真である。ポリエチレン組成物のMw/Mnは、各成分の分子量及び混合割合により適宜調整することができる。
(D) Molecular weight distribution Mw / Mn
Mw / Mn is a measure of molecular weight distribution. The larger this value, the wider the molecular weight distribution. The Mw / Mn of polyethylene other than the polyethylene composition and ultrahigh molecular weight polyethylene is not limited, but is preferably 5 to 30, and more preferably 10 to 25. When Mw / Mn is less than 5, the high molecular weight component is too much and melt extrusion is difficult, and when Mw / Mn is more than 30, the low molecular weight component is too much and the strength of the microporous membrane is reduced. Mw / Mn of polyethylene (homopolymer and ethylene / α-olefin copolymer) can be appropriately adjusted by multistage polymerization. As the multi-stage polymerization method, a two-stage polymerization in which a high molecular weight polymer component is generated in the first stage and a low molecular weight polymer component is generated in the second stage is preferable. In the case of a polyethylene composition, the greater the Mw / Mn, the greater the difference in mass average molecular weight between ultrahigh molecular weight polyethylene and other polyethylenes, and vice versa. Mw / Mn of the polyethylene composition can be appropriately adjusted depending on the molecular weight and mixing ratio of each component.
[2] ポリエチレン微多孔膜の製造方法
(a) 第一の製造方法
本発明のポリエチレン微多孔膜を製造する第一の方法は、(1) ポリエチレン系樹脂及び成膜用溶剤を溶融混練してポリエチレン溶液を調製する工程、(2) ポリエチレン溶液をダイより押し出す工程、(3) 得られた押出し成形体を膜厚方向に温度分布が生じるように冷却してゲル状シートを形成する工程、(4) 第一の延伸工程、(5) 成膜用溶剤除去工程、(6) 乾燥工程、及び(7)第二の延伸工程を有する。工程(7)の後に、必要に応じて(8) 熱処理工程、(9) 電離放射による架橋工程、(10) 親水化処理工程、(11) 表面被覆処理工程等を行ってもよい。
[2] Method for producing polyethylene microporous membrane
(a) First production method The first method for producing the polyethylene microporous membrane of the present invention includes (1) a step of preparing a polyethylene solution by melt-kneading a polyethylene resin and a film-forming solvent, (2) A step of extruding a polyethylene solution from a die, (3) a step of cooling the obtained extruded product to form a temperature distribution in the film thickness direction to form a gel sheet, (4) a first stretching step, (5 ) Having a film forming solvent removing step, (6) a drying step, and (7) a second stretching step. After the step (7), (8) a heat treatment step, (9) a crosslinking step by ionizing radiation, (10) a hydrophilization treatment step, (11) a surface coating treatment step and the like may be performed as necessary.
(1) ポリエチレン溶液の調製工程
ポリエチレン系樹脂及び成膜用溶剤を溶融混練し、ポリエチレン溶液を調製する。ポリエチレン溶液には必要に応じて酸化防止剤、紫外線吸収剤、アンチブロッキング剤、顔料、染料、無機充填材等の各種添加剤を本発明の効果を損なわない範囲で添加することができる。例えば、孔形成剤として微粉珪酸を添加できる。
(1) Preparation process of polyethylene solution A polyethylene resin and a film-forming solvent are melt-kneaded to prepare a polyethylene solution. Various additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, an anti-blocking agent, a pigment, a dye, and an inorganic filler can be added to the polyethylene solution as necessary, as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, finely divided silicic acid can be added as a pore forming agent.
成膜用溶剤としては液体溶剤及び固体溶剤のいずれも使用できる。液体溶剤としてはノナン、デカン、デカリン、パラキシレン、ウンデカン、ドデカン、流動パラフィン等の脂肪族又は環式の炭化水素、及び沸点がこれらに対応する鉱油留分が挙げられる。溶剤含有量が安定したゲル状シートを得るためには、流動パラフィンのような不揮発性の液体溶剤を用いるのが好ましい。固体溶剤は融点が80℃以下のものが好ましく、このような固体溶剤としてパラフィンワックス、セリルアルコール、ステアリルアルコール、ジシクロヘキシルフタレート等が挙げられる。液体溶剤と固体溶剤を併用してもよい。 Either a liquid solvent or a solid solvent can be used as the film-forming solvent. Examples of the liquid solvent include nonane, decane, decalin, paraxylene, undecane, dodecane, aliphatic hydrocarbons such as liquid paraffin, and mineral oil fractions having boiling points corresponding to these. In order to obtain a gel-like sheet having a stable solvent content, it is preferable to use a non-volatile liquid solvent such as liquid paraffin. The solid solvent preferably has a melting point of 80 ° C. or lower, and examples of such a solid solvent include paraffin wax, ceryl alcohol, stearyl alcohol, dicyclohexyl phthalate, and the like. A liquid solvent and a solid solvent may be used in combination.
液体溶剤の粘度は25℃の温度において30〜500 cStの範囲内であるのが好ましく、50〜200 cStの範囲内であるのがより好ましい。この粘度が30 cSt未満ではポリエチレン溶液のダイリップからの吐出が不均一であり、かつ混練が困難である。一方500 cSt超では液体溶剤の除去が困難である。 The viscosity of the liquid solvent is preferably in the range of 30 to 500 cSt at a temperature of 25 ° C., more preferably in the range of 50 to 200 cSt. When the viscosity is less than 30 cSt, the polyethylene solution is not uniformly discharged from the die lip, and kneading is difficult. On the other hand, if it exceeds 500 cSt, it is difficult to remove the liquid solvent.
ポリエチレン溶液の均一な溶融混練は特に限定されないが、二軸押出機中で行うのが好ましい。二軸押出機中での溶融混練は高濃度のポリエチレン溶液を調製するのに適する。溶融混練温度は、ポリエチレン系樹脂が上記[1](a)〜(c)のいずれの場合であっても、ポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの融点+10℃〜融点+100℃が好ましい。よってポリエチレン系樹脂が上記(a)又は(b)の場合、溶融混練温度はポリエチレン系樹脂の融点+10℃〜融点+100℃が好ましい。具体的には、溶融混練温度は140〜250℃であるのが好ましく、170〜240℃であるのがより好ましい。「融点」は、JIS K7121に基づき示差走査熱量測定(DSC)により求める。 The uniform melt kneading of the polyethylene solution is not particularly limited, but it is preferably performed in a twin screw extruder. Melt kneading in a twin screw extruder is suitable for preparing a highly concentrated polyethylene solution. The melt kneading temperature is not limited to the case where the polyethylene resin is any of the above [1] (a) to (c), but the polyethylene resin contains (a) a polyethylene composition or (b) other than ultrahigh molecular weight polyethylene. The melting point of polyethylene + 10 ° C to the melting point + 100 ° C is preferred. Therefore, when the polyethylene resin is the above (a) or (b), the melting and kneading temperature is preferably the melting point of the polyethylene resin + 10 ° C. to the melting point + 100 ° C. Specifically, the melt kneading temperature is preferably 140 to 250 ° C, more preferably 170 to 240 ° C. The “melting point” is determined by differential scanning calorimetry (DSC) based on JIS K7121.
ただしポリエチレン系樹脂が(c) ポリオレフィン組成物からなり、かつその他のポリオレフィンの融点が、ポリエチレン組成物又は超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンより高い場合、溶融混練温度の下限はその他のポリオレフィンの融点とするのがより好ましい。例えばその他のポリオレフィンとしてポリプロピレンを用いる場合、溶融混練温度をポリプロピレンの融点〜ポリエチレン組成物又は超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの融点+100℃とするのが好ましい。 However, if the polyethylene resin is (c) a polyolefin composition and the melting point of the other polyolefin is higher than that of the polyethylene composition or polyethylene other than ultrahigh molecular weight polyethylene, the lower limit of the melt kneading temperature is the melting point of the other polyolefin. Is more preferable. For example, when polypropylene is used as the other polyolefin, the melt kneading temperature is preferably from the melting point of polypropylene to the melting point of polyethylene other than the polyethylene composition or ultrahigh molecular weight polyethylene + 100 ° C.
成膜用溶剤は混練開始前に添加しても、混練中に押出機の途中から添加してもよいが、後者が好ましい。溶融混練にあたってはポリエチレン系樹脂の酸化を防止するために酸化防止剤を添加するのが好ましい。 The film-forming solvent may be added before the start of kneading or may be added from the middle of the extruder during kneading, but the latter is preferred. In melt kneading, it is preferable to add an antioxidant in order to prevent oxidation of the polyethylene resin.
ポリエチレン溶液中、ポリエチレン系樹脂と成膜用溶剤との配合割合は、両者の合計を100質量%として、好ましくはポリエチレン系樹脂が15〜50質量%であり、より好ましくは20〜45質量%であり、特に好ましくは25〜40質量%である。ポリエチレン系樹脂の割合を15質量%未満にすると、生産性が低下するので好ましくない。しかもポリエチレン溶液を押し出す際にダイス出口でスウェルやネックインが大きくなり、ゲル状成形体の成形性及び自己支持性が低下する。一方ポリエチレン系樹脂の割合が50質量%を超えるとゲル状成形体の成形性が低下する。 In the polyethylene solution, the blending ratio of the polyethylene-based resin and the film-forming solvent is 100% by mass, preferably 15-50% by mass of the polyethylene-based resin, more preferably 20-45% by mass. It is particularly preferably 25 to 40% by mass. When the ratio of the polyethylene resin is less than 15% by mass, productivity is lowered, which is not preferable. Moreover, when extruding the polyethylene solution, swell and neck-in are increased at the die outlet, and the moldability and self-supporting property of the gel-like molded product are lowered. On the other hand, when the proportion of the polyethylene resin exceeds 50% by mass, the moldability of the gel-like molded product is lowered.
(2) 押出工程
溶融混練したポリエチレン溶液を押出機から直接に又は別の押出機を介してダイから押し出すか、或いは一旦冷却してペレット化した後再度押出機を介してダイから押し出す。ダイリップとしては、通常は長方形の口金形状をしたシート用ダイリップを用いるが、二重円筒状の中空状ダイリップ、インフレーションダイリップ等も用いることができる。シート用ダイリップの場合、ダイリップのギャップは通常0.1〜5mmの範囲内であり、押し出し時には140〜250℃の温度に加熱する。加熱溶液の押し出し速度は0.2〜15 m/分の範囲内であるのが好ましい。
(2) Extrusion Step The melt-kneaded polyethylene solution is extruded from the die directly from the extruder or via another extruder, or once cooled and pelletized, it is extruded again from the die via the extruder. As the die lip, a sheet die lip having a rectangular base shape is usually used, but a double cylindrical hollow die lip, an inflation die lip, or the like can also be used. In the case of a sheet die lip, the gap of the die lip is usually in the range of 0.1 to 5 mm, and is heated to a temperature of 140 to 250 ° C. during extrusion. The extrusion rate of the heated solution is preferably in the range of 0.2 to 15 m / min.
(3) ゲル状シートの形成工程
ダイリップから押し出した成形体を、膜厚方向に温度分布が生じるように冷却してゲル状シートを形成する。押出し成形体の膜厚方向に温度分布が生じるように冷却する方法として、押出し成形体の片面を急冷するとともに、もう一方の面を徐冷する方法が好ましい。
(3) Gel Sheet Forming Step A molded body extruded from a die lip is cooled to form a temperature distribution in the film thickness direction to form a gel sheet. As a method of cooling so that a temperature distribution is generated in the film thickness direction of the extruded molded body, a method of rapidly cooling one side of the extruded molded body and gradually cooling the other side is preferable.
押出し成形体の片面を急冷する方法としては、冷却ロールに接触させる方法、冷風、冷却水等の冷媒に接触させる方法等を用いることができるが、冷却ロール法が好ましい。冷却ロールの温度は、ポリエチレン系樹脂が上記[1](a)〜(c)のいずれの場合であっても、ポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの結晶化温度−115℃以上〜結晶化温度−25℃以下であるのが好ましい。よってポリエチレン系樹脂が上記(a)又は(b)の場合、冷却ロールの温度は、ポリエチレン系樹脂の結晶化温度−115℃以上〜結晶化温度−25℃以下であるのが好ましい。冷却ロールの温度を結晶化温度−115℃未満にすると、成形体が全体的に急冷されて膜厚方向に温度分布が生じにくい。一方冷却ロールの温度を結晶化温度−25℃超にすると、十分な急冷ができない。冷却ロールの温度は、結晶化温度−115℃以上〜結晶化温度−55℃以下がより好ましく、結晶化温度−105℃以上〜結晶化温度−80℃以下が特に好ましい。「結晶化温度」は、JIS K7121により求める。 As a method for rapidly cooling one side of the extrusion-molded body, a method in which it is brought into contact with a cooling roll, a method in which it is brought into contact with a refrigerant such as cold air or cooling water, and the like can be used. The temperature of the cooling roll may be any other than the polyethylene resin (a) polyethylene composition or (b) ultrahigh molecular weight polyethylene, regardless of whether the polyethylene resin is any of the above [1] (a) to (c). The polyethylene has a crystallization temperature of −115 ° C. or higher and a crystallization temperature of −25 ° C. or lower. Therefore, when the polyethylene resin is the above (a) or (b), the temperature of the cooling roll is preferably a crystallization temperature of the polyethylene resin of −115 ° C. or more and a crystallization temperature of −25 ° C. or less. When the temperature of the cooling roll is lower than the crystallization temperature of −115 ° C., the molded body is rapidly cooled as a whole, and the temperature distribution hardly occurs in the film thickness direction. On the other hand, if the temperature of the cooling roll is higher than the crystallization temperature −25 ° C., sufficient rapid cooling cannot be achieved. The temperature of the cooling roll is more preferably a crystallization temperature of −115 ° C. or more and a crystallization temperature of −55 ° C. or less, and particularly preferably a crystallization temperature of −105 ° C. or more and a crystallization temperature of −80 ° C. or less. The “crystallization temperature” is determined according to JIS K7121.
(a) ポリエチレン組成物及び(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの結晶化温度は一般的に102〜108℃である。よって冷却ロールの温度は−10〜80℃の範囲内が好ましく、−10〜50℃の範囲内がより好ましく、0〜25℃の範囲内が特に好ましい。冷却ロールと押出し成形体との接触時間は1〜30秒が好ましく、2〜15秒がより好ましい。この接触時間が1秒未満だと、膜厚方向の温度分布が生じにくい。一方30秒超にすると、押出し成形体が全体的に急冷されてしまい膜厚方向の温度分布が消失する。 The crystallization temperature of polyethylene other than (a) polyethylene composition and (b) ultrahigh molecular weight polyethylene is generally 102-108 ° C. Therefore, the temperature of the cooling roll is preferably within the range of −10 to 80 ° C., more preferably within the range of −10 to 50 ° C., and particularly preferably within the range of 0 to 25 ° C. The contact time between the cooling roll and the extruded molded body is preferably 1 to 30 seconds, more preferably 2 to 15 seconds. When this contact time is less than 1 second, temperature distribution in the film thickness direction is unlikely to occur. On the other hand, if it exceeds 30 seconds, the extruded product is rapidly cooled as a whole, and the temperature distribution in the film thickness direction disappears.
押出し成形体の冷却ロールによる搬送速度は、押出し成形体がネックインを起こさない程度であればよいが、0.5〜20 m/分が好ましく、1〜10 m/分がより好ましい。冷却ロールの直径は10〜150 cmが好ましく、15〜100 cmがより好ましい。この直径が10 cm未満では、押出し成形体とロールとの接触時間が短く、十分な急冷ができない。一方150 cm超にすると、設備が大型化しすぎる。冷却ロールの数は通常1個でよいが、冷却ロールと成形体との接触時間が上記範囲内である限り、必要に応じて複数個でもよい。 Although the conveyance speed by the cooling roll of an extrusion molded object should just be a grade which does not raise | generate a neck-in in an extrusion molded object, 0.5-20 m / min is preferable and 1-10 m / min is more preferable. The diameter of the cooling roll is preferably 10 to 150 cm, more preferably 15 to 100 cm. When the diameter is less than 10 cm, the contact time between the extruded product and the roll is short, and sufficient rapid cooling cannot be achieved. On the other hand, if it exceeds 150 cm, the equipment becomes too large. Although the number of cooling rolls may be normally one, as long as the contact time of a cooling roll and a molded object is in the said range, multiple may be sufficient as needed.
押出し成形体のもう一方の面を徐冷する方法としては、室温の大気に曝す方法が好ましい。ここで室温とは、10〜40℃の温度を想定しているが、この範囲に限定されるものではない。ただし徐冷方法として空冷手段により空気を吹き付ける方法を用いてもよい。空冷手段としてはブロワー、ノズル等が挙げられる。空冷手段の空気流の温度は徐冷できる範囲であれば特に制限されないが、例えば10〜100℃であり、15〜80℃が好ましい。 As a method of gradually cooling the other surface of the extruded molded body, a method of exposing to the air at room temperature is preferable. Here, room temperature assumes a temperature of 10 to 40 ° C., but is not limited to this range. However, a method of blowing air by air cooling means may be used as the slow cooling method. Examples of the air cooling means include a blower and a nozzle. The temperature of the air flow of the air cooling means is not particularly limited as long as it can be gradually cooled, but is, for example, 10 to 100 ° C, and preferably 15 to 80 ° C.
以上のような押出し成形体の冷却は最終的に少なくともゲル化温度以下まで行う。具体的には、35〜50℃まで行うのが好ましく、25℃以下まで行うのがより好ましい。 The extrusion molded body as described above is finally cooled to at least the gelation temperature or lower. Specifically, it is preferably performed up to 35 to 50 ° C, more preferably up to 25 ° C or less.
本発明ではポリエチレン系樹脂中の超高分子量ポリエチレンの割合を15質量%以下としているので、上記のようにして押出し成形体の片面を急冷するとともに、もう一方の面を徐冷すると、得られるゲル状シートには結晶構造の緻密度が異なる急冷層と徐冷層が形成される。具体的には、緻密な高次構造の結晶層(ポリエチレン系樹脂からなるネットワークを構成する三次元網目構造中の連結が多く、網目構造の密度が高い層)からなる急冷層と、粗大な高次構造の結晶層(ポリエチレン系樹脂からなるネットワークを構成する三次元網目構造中の連結が少なく、網目構造の密度が低い層)からなる徐冷層とを有するゲル状シートが形成される。急冷層及び徐冷層は、いずれもポリエチレン系樹脂相が成膜用溶剤によりミクロ相分離された構造(ポリエチレン系樹脂相と成膜用溶剤相とからなるゲル構造)が固定化されている。 In the present invention, since the ratio of ultrahigh molecular weight polyethylene in the polyethylene resin is 15% by mass or less, the gel obtained by rapidly cooling one side of the extruded molded body and gradually cooling the other side as described above In the sheet, a quenching layer and a slow cooling layer having different crystal structure densities are formed. Specifically, a rapid cooling layer consisting of a dense high-order crystal layer (a layer with a high density of network structure in which there are many connections in the three-dimensional network structure constituting the polyethylene resin network) and a coarse high layer A gel-like sheet having a crystallized layer having a next structure and a slow cooling layer composed of a crystalline layer (a layer in which the network structure of the polyethylene resin is low in the three-dimensional network structure and has a low network structure density) is formed. In each of the rapid cooling layer and the slow cooling layer, a structure in which a polyethylene resin phase is microphase-separated by a film forming solvent (a gel structure including a polyethylene resin phase and a film forming solvent phase) is fixed.
以上のようにして形成したゲル状シートに対して、以下に述べる第一の延伸工程、成膜用溶剤除去工程及び第二の延伸工程を行うことにより、緻密構造層及び粗大構造層を有する微多孔膜を作製できる。 The gel-like sheet formed as described above is subjected to a first stretching step, a film forming solvent removal step, and a second stretching step described below, thereby providing a fine structure layer and a coarse structure layer. A porous membrane can be produced.
(4) 第一の延伸工程
得られたゲル状シートを少なくとも一軸方向に延伸する。延伸によりポリエチレン結晶ラメラ層間の開裂が起こり、ポリエチレン相が微細化し、多数のフィブリルが形成される。ゲル状シートは成膜用溶剤を含むので、均一に延伸できる。ゲル状シートは、加熱後、テンター法、ロール法、インフレーション法、圧延法又はこれらの方法の組合せにより所定の倍率で延伸する。第一の延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよいが、二軸延伸が好ましい。二軸延伸の場合、同時二軸延伸、逐次延伸又は多段延伸(例えば同時二軸延伸及び逐次延伸の組合せ)のいずれでもよいが、特に同時二軸延伸が好ましい。
(4) First stretching step The obtained gel-like sheet is stretched in at least a uniaxial direction. Stretching causes cleavage between polyethylene crystal lamella layers, and the polyethylene phase is refined to form a large number of fibrils. Since the gel-like sheet contains a film-forming solvent, it can be stretched uniformly. After heating, the gel-like sheet is stretched at a predetermined ratio by a tenter method, a roll method, an inflation method, a rolling method, or a combination of these methods. The first stretching may be uniaxial stretching or biaxial stretching, but biaxial stretching is preferred. In the case of biaxial stretching, any of simultaneous biaxial stretching, sequential stretching or multistage stretching (for example, a combination of simultaneous biaxial stretching and sequential stretching) may be used, but simultaneous biaxial stretching is particularly preferable.
延伸倍率は、一軸延伸の場合、2倍以上が好ましく、3〜30倍がより好ましい。二軸延伸ではいずれの方向でも少なくとも3倍以上とし、面積倍率で9倍以上とするのが好ましく、面積倍率で25倍以上とするのがより好ましい。面積倍率が9倍未満では延伸が不十分であり、高弾性及び高強度の微多孔膜が得られない。一方面積倍率が400倍を超えると、延伸装置、延伸操作等の点で制約が生じる。 In the case of uniaxial stretching, the draw ratio is preferably 2 times or more, more preferably 3 to 30 times. In biaxial stretching, it is preferably at least 3 times in any direction, preferably 9 times or more in area magnification, and more preferably 25 times or more in area magnification. If the area magnification is less than 9 times, stretching is insufficient, and a highly elastic and high-strength microporous film cannot be obtained. On the other hand, when the area magnification exceeds 400 times, there are restrictions in terms of stretching apparatus, stretching operation, and the like.
第一の延伸の温度は、ポリエチレン系樹脂が上記[1](a)〜(c)のいずれの場合であっても、ポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの結晶分散温度+10℃〜結晶分散温度+30℃の範囲にする。よってポリエチレン系樹脂が上記(a)又は(b)の場合、第一の延伸の温度は、ポリエチレン系樹脂の結晶分散温度+10℃〜結晶分散温度+30℃の範囲にする。この延伸温度を結晶分散温度+30℃超とすると、延伸後の分子鎖の配向性が悪化する。一方結晶分散温度+10℃未満とすると、徐冷層で葉脈状のフィブリルが形成されず、孔径が小さくなったり、耐圧縮性が低下したりする。延伸温度は結晶分散温度+15℃〜結晶分散温度+25℃の範囲内にするのが好ましい。「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る。(a) ポリエチレン組成物及び(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの結晶分散温度は90〜100℃である。よって延伸温度は105〜130℃の範囲内が好ましく、110〜125℃の範囲内がより好ましく、115〜125℃の範囲内が特に好ましい。 The temperature of the first stretching is not limited to the case where the polyethylene resin is any of the above [1] (a) to (c). The crystal dispersion temperature of polyethylene other than polyethylene is in the range of + 10 ° C to crystal dispersion temperature + 30 ° C. Therefore, when the polyethylene resin is the above (a) or (b), the first stretching temperature is in the range of the crystal dispersion temperature of the polyethylene resin + 10 ° C. to the crystal dispersion temperature + 30 ° C. When the stretching temperature is higher than the crystal dispersion temperature + 30 ° C., the orientation of molecular chains after stretching deteriorates. On the other hand, when the crystal dispersion temperature is lower than + 10 ° C., vein-like fibrils are not formed in the slow cooling layer, and the pore diameter is reduced or the compression resistance is lowered. The stretching temperature is preferably in the range of crystal dispersion temperature + 15 ° C to crystal dispersion temperature + 25 ° C. “Crystal dispersion temperature” is determined by measuring the temperature characteristics of dynamic viscoelasticity based on ASTM D 4065. The crystal dispersion temperature of polyethylene other than (a) polyethylene composition and (b) ultrahigh molecular weight polyethylene is 90-100 ° C. Accordingly, the stretching temperature is preferably in the range of 105 to 130 ° C, more preferably in the range of 110 to 125 ° C, and particularly preferably in the range of 115 to 125 ° C.
第一の延伸を、二段階以上の異なる温度で行ってもよい。この場合、前段より後段の温度を高くする二段階の延伸を行うのが好ましく、これによりラメラ層が均一化される。その結果、強度低下や幅方向の物性低下を伴わずに、高透過性を示す微多孔膜が得られる。前段と後段の延伸温度の差は5℃以上にするのが好ましい。前段から後段にかけてゲル状シートの温度を上げる際、(i) 延伸を継続しながら昇温してもよいし、(ii) 昇温する間は延伸を止めて所定の温度に到達したのち後段の延伸を開始してもよいが、前者(i)が好ましい。いずれの場合でも、昇温の際に急熱するのが好ましい。具体的には0.1℃/秒以上の昇温速度で加熱するのが好ましく、1〜5℃/秒の昇温速度で加熱するのがより好ましい。言うまでもないが、前段及び後段の延伸温度並びにトータル延伸倍率は各々上記範囲内とする。 The first stretching may be performed at two or more different temperatures. In this case, it is preferable to perform two-stage stretching in which the temperature at the subsequent stage is higher than that at the previous stage, and thereby the lamella layer is made uniform. As a result, a microporous film having high permeability can be obtained without lowering strength or reducing physical properties in the width direction. The difference in the stretching temperature between the former stage and the latter stage is preferably 5 ° C or more. When raising the temperature of the gel-like sheet from the former stage to the latter stage, (i) the temperature may be raised while continuing the stretching, or (ii) while the temperature rises, the stretching is stopped and the temperature reaches the predetermined temperature and then the latter stage Although stretching may be started, the former (i) is preferred. In any case, it is preferable to rapidly heat at the time of temperature rise. Specifically, it is preferable to heat at a temperature rising rate of 0.1 ° C./second or more, and more preferable to heat at a temperature rising rate of 1 to 5 ° C./second. Needless to say, the stretching temperature and the total stretching ratio of the former stage and the latter stage are within the above ranges, respectively.
以上のような第一の延伸により、ゲル状シートの徐冷層では、形成されるフィブリルが葉脈状になり、かつその幹となる繊維が比較的太くなる。そのため後段の成膜用溶剤除去処理により、強度に優れた微多孔膜が得られる。ここで「葉脈状のフィブリル」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。一方ゲル状シートの急冷層では、形成されるフィブリルが均一かつ緻密な構造となる。 By the first stretching as described above, in the slow cooling layer of the gel-like sheet, the fibrils to be formed have a vein shape and the trunk fibers are relatively thick. Therefore, a microporous film having excellent strength can be obtained by the subsequent solvent removal treatment for film formation. Here, “leaf vein-like fibril” refers to a state in which the fibril is composed of a thick trunk fiber and a thin fiber connected to the outside thereof, and the thin fiber forms a complex network structure. On the other hand, in the rapid cooling layer of the gel-like sheet, the formed fibrils have a uniform and dense structure.
所望の物性に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、膜厚方向に温度分布を設けて延伸してもよく、これにより一層機械的強度に優れた微多孔膜が得られる。その方法は、具体的には、日本国特許第3347854号に記載されている。 Depending on the desired physical properties, the film may be stretched by providing a temperature distribution in the film thickness direction within a range that does not impair the effects of the present invention, thereby obtaining a microporous film having further excellent mechanical strength. The method is specifically described in Japanese Patent No. 3347854.
(5) 成膜用溶剤除去工程
成膜用溶剤の除去(洗浄)には洗浄溶媒を用いる。ポリエチレン系樹脂相は成膜用溶剤相と分離しているので、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(空隙)を有する多孔質の膜が得られる。洗浄溶媒としては、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が挙げられる。これらの洗浄溶媒は低い表面張力(例えば25℃で24 mN/m以下)を有する。低表面張力の洗浄溶媒を用いることにより、微多孔を形成する網状組織が洗浄後の乾燥時に気−液界面の表面張力により収縮するのが抑制され、もって高い空孔率及び透過性を有する微多孔膜が得られる。
(5) Film forming solvent removal step A cleaning solvent is used to remove (clean) the film forming solvent. Since the polyethylene-based resin phase is separated from the film-forming solvent phase, if the film-forming solvent is removed, it is composed of fibrils that form a fine three-dimensional network structure, and pores (voids) that are irregularly communicated three-dimensionally. Is obtained. Examples of the washing solvent include saturated hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane, chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride, ethers such as diethyl ether and dioxane, ketones such as methyl ethyl ketone, ethane trifluoride, Chain fluorocarbons such as C 6 F 14 and C 7 F 16 , cyclic hydrofluorocarbons such as C 5 H 3 F 7, hydrofluoroethers such as C 4 F 9 OCH 3 and C 4 F 9 OC 2 H 5 , C 4 Examples include readily volatile solvents such as perfluoroethers such as F 9 OCF 3 and C 4 F 9 OC 2 F 5 . These cleaning solvents have a low surface tension (eg, 24 mN / m or less at 25 ° C.). By using a low surface tension cleaning solvent, the network structure forming the micropores is prevented from shrinking due to the surface tension of the gas-liquid interface during drying after cleaning, and thus has a high porosity and permeability. A porous membrane is obtained.
延伸後のゲル状シートの洗浄は、洗浄溶媒に浸漬する方法、洗浄溶媒をシャワーする方法、又はこれらの組合せにより行うことができる。洗浄溶媒は、延伸後の膜100質量部に対し、300〜30,000質量部使用するのが好ましい。洗浄温度は通常15〜30℃でよく、必要に応じて加熱洗浄すればよい。加熱洗浄の温度は80℃以下であるのが好ましい。洗浄溶媒による洗浄は、液体溶剤の残留量が当初の添加量の1質量%未満になるまで行うのが好ましい。 The gel-like sheet after stretching can be washed by a method of immersing in a washing solvent, a method of showering the washing solvent, or a combination thereof. The washing solvent is preferably used in an amount of 300 to 30,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the stretched film. The washing temperature may usually be 15 to 30 ° C. and may be heated and washed as necessary. The temperature for the heat washing is preferably 80 ° C. or lower. The washing with the washing solvent is preferably performed until the residual amount of the liquid solvent becomes less than 1% by mass of the initial addition amount.
(6) 膜の乾燥工程
延伸及び成膜用溶剤除去により得られたポリエチレン微多孔膜を、加熱乾燥法又は風乾法により乾燥する。乾燥温度は、ポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの結晶分散温度以下であるのが好ましく、特に結晶分散温度より5℃以上低いのが好ましい。乾燥は、微多孔膜を100質量%(乾燥重量)として、残存洗浄溶媒が5質量%以下になるまで行うのが好ましく、3質量%以下になるまで行うのがより好ましい。乾燥が不十分であると、後段の第二の延伸工程及び熱処理工程で微多孔膜の空孔率が低下し、透過性が悪化するので好ましくない。
(6) Membrane drying step The polyethylene microporous membrane obtained by stretching and removing the solvent for film formation is dried by a heat drying method or an air drying method. The drying temperature is preferably equal to or lower than the crystal dispersion temperature of polyethylene other than (a) the polyethylene composition or (b) ultrahigh molecular weight polyethylene contained in the polyethylene resin, and is preferably 5 ° C. or more lower than the crystal dispersion temperature. Drying is preferably performed until the residual cleaning solvent is 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, with the microporous membrane being 100% by mass (dry weight). Insufficient drying is not preferable because the porosity of the microporous membrane is lowered in the subsequent second stretching step and heat treatment step, and the permeability is deteriorated.
(7) 第二の延伸工程
乾燥後の膜を再び少なくとも一軸方向に延伸する。第二の延伸は、膜を加熱しながら、第一の延伸と同様にテンター法等により行うことができる。第二の延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよい。
(7) Second stretching step The dried film is stretched again in at least a uniaxial direction. The second stretching can be performed by a tenter method or the like, similar to the first stretching, while heating the film. The second stretching may be uniaxial stretching or biaxial stretching.
第二の延伸の倍率は延伸軸方向に1.05〜1.45倍にする。例えば一軸延伸の場合、長手方向(MD)及び横手方向(TD)に1.05〜1.45倍にする。二軸延伸の場合、MD方向及びTD方向に各々1.05〜1.45倍にする。二軸延伸の場合、MD方向及びTD方向の延伸倍率は1.05〜1.45倍である限り、MD方向とTD方向で互いに異なってもよいが、同じであるのが好ましい。この倍率が1.05倍未満だと、耐圧縮性が不十分である。一方この倍率を1.45倍超とすると、粗大構造層の平均細孔径が小さくなり、フィブリルも細くなってしまう。第二の延伸の倍率は1.1〜1.4倍にするのがより好ましい。 The magnification of the second stretching is 1.05 to 1.45 times in the stretching axis direction. For example, in the case of uniaxial stretching, it is 1.05 to 1.45 times in the longitudinal direction (MD) and the transverse direction (TD). In the case of biaxial stretching, it is 1.05 to 1.45 times in the MD direction and TD direction, respectively. In the case of biaxial stretching, as long as the draw ratio in the MD direction and the TD direction is 1.05 to 1.45 times, they may be different from each other in the MD direction and the TD direction, but are preferably the same. When this magnification is less than 1.05, the compression resistance is insufficient. On the other hand, when the magnification is more than 1.45 times, the average pore diameter of the coarse structure layer becomes small and the fibrils also become thin. The second stretching ratio is more preferably 1.1 to 1.4 times.
第二の延伸の温度は、ポリエチレン系樹脂が上記[1](a)〜(c)のいずれの場合であっても、ポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの結晶分散温度以上〜結晶分散温度+40℃以下の範囲内が好ましい。よってポリエチレン系樹脂が上記(a)又は(b)の場合、第二の延伸の温度は、ポリエチレン系樹脂の結晶分散温度以上〜結晶分散温度+40℃以下の範囲内が好ましい。第二の延伸の温度が結晶分散温度+40℃を超えると、透過性や耐圧縮性が低下したり、TD方向に延伸した場合にシート幅方向において物性(特に透気度)のばらつきが大きくなったりする。一方第二の延伸の温度が結晶分散温度未満ではポリエチレン系樹脂の軟化が不十分で、延伸において破膜しやすく、均一に延伸できない。第二の延伸の温度は、結晶分散温度+10℃以上〜結晶分散温度+40℃以下の範囲内がより好ましい。具体的には、第二の延伸の温度は90〜140℃の範囲内が好ましく、100〜135℃の範囲内がより好ましい。 The temperature of the second stretching is not limited to the case where the polyethylene resin is any of the above [1] (a) to (c). It is preferably within the range of the crystal dispersion temperature of polyethylene other than polyethylene to the crystal dispersion temperature + 40 ° C. or less. Therefore, when the polyethylene resin is the above (a) or (b), the temperature of the second stretching is preferably in the range from the crystal dispersion temperature of the polyethylene resin to the crystal dispersion temperature + 40 ° C. or less. When the temperature of the second stretching exceeds the crystal dispersion temperature + 40 ° C, the permeability and compression resistance are reduced, and when the film is stretched in the TD direction, variations in physical properties (especially air permeability) increase in the sheet width direction. Or On the other hand, when the temperature of the second stretching is lower than the crystal dispersion temperature, the polyethylene resin is not sufficiently softened, the film is easily broken during stretching, and the stretching cannot be performed uniformly. The temperature of the second stretching is more preferably in the range of crystal dispersion temperature + 10 ° C or higher to crystal dispersion temperature + 40 ° C or lower. Specifically, the temperature of the second stretching is preferably in the range of 90 to 140 ° C, and more preferably in the range of 100 to 135 ° C.
以上のような溶剤除去後に行う第二の延伸により、優れた電解液吸収性が得られる。限定的ではないが、第一の延伸、成膜用溶剤除去、乾燥処理及び第二の延伸を一連のライン上で連続的に施すインライン方式を採用するのが好ましい。ただし必要に応じて、乾燥処理後の膜を一旦巻きシートとし、これを巻き戻しながら第二の延伸を施すオフライン方式を採用してもよい。 By the second stretching performed after removing the solvent as described above, excellent electrolyte solution absorbability can be obtained. Although not limited, it is preferable to employ an in-line method in which the first stretching, the solvent removal for film formation, the drying treatment, and the second stretching are continuously performed on a series of lines. However, if necessary, an off-line method may be employed in which the film after the drying treatment is temporarily used as a wound sheet and the second stretching is performed while the film is rewound.
(8) 熱処理工程
第二の延伸後の膜を熱処理するのが好ましい。熱処理によって結晶が安定化し、ラメラ層が均一化される。熱処理方法としては、熱固定処理及び/又は熱緩和処理を用いればよい。特に熱固定処理により膜の結晶が安定化し、第二の延伸で微細化されたフィブリルからなる網状組織が保持され、電解液吸収性及び強度に優れた微多孔膜を作製できる。熱固定処理は、ポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの融点+30℃以下、好ましくは結晶分散温度以上〜融点以下の温度範囲内で行う。熱固定の時間は特に制限されないが、0.1秒〜100時間であるのが好ましい。0.1秒未満では、結晶安定化効果が少なく、100時間超では生産性が低い。熱固定処理は、テンター方式、ロール方式又は圧延方式により行う。
(8) Heat treatment step It is preferable to heat-treat the film after the second stretching. The crystal is stabilized by the heat treatment, and the lamellar layer is made uniform. As the heat treatment method, heat setting treatment and / or heat relaxation treatment may be used. In particular, the heat-fixing treatment stabilizes the crystal of the film, retains a network composed of fibrils refined by the second stretching, and can produce a microporous film excellent in electrolyte solution absorbability and strength. The heat setting treatment is carried out within the temperature range of (a) polyethylene composition or (b) polyethylene other than ultrahigh molecular weight polyethylene contained in the polyethylene-based resin + 30 ° C. or lower, preferably from the crystal dispersion temperature to the melting point. The heat setting time is not particularly limited, but is preferably 0.1 second to 100 hours. If it is less than 0.1 seconds, the crystal stabilization effect is small, and if it exceeds 100 hours, the productivity is low. The heat setting treatment is performed by a tenter method, a roll method or a rolling method.
熱緩和処理は、上記方式の他に、ベルトコンベア又はエアフローティング式加熱炉を用いて行ってもよい。熱緩和処理はポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの融点以下、好ましくは60℃以上〜融点−5℃以下の温度範囲内で行う。熱緩和処理による収縮は、第二の延伸を施した方向における長さが第二の延伸前の91%以上に留まるようにするのが好ましく、95%以上に留まるようにするのがより好ましい。この収縮を、91%未満とすると、第二の延伸後のシートの幅方向における物性バランス、特に透過性のバランスが悪化する。以上のような熱緩和処理により、透過性の良好な高強度の微多孔膜が得られる。また熱固定処理及び熱緩和処理を多数組み合せて行ってもよい。 You may perform a heat relaxation process using a belt conveyor or an air floating heating furnace other than the said system. The thermal relaxation treatment is carried out within the temperature range of (a) polyethylene composition or (b) polyethylene other than ultrahigh molecular weight polyethylene contained in the polyethylene resin, preferably 60 ° C. or higher and melting point −5 ° C. or lower. The shrinkage due to the heat relaxation treatment is preferably such that the length in the direction of the second stretching is 91% or more before the second stretching, and more preferably 95% or more. If the shrinkage is less than 91%, the physical property balance in the width direction of the sheet after the second stretching, particularly the balance of permeability, is deteriorated. By the heat relaxation treatment as described above, a high-strength microporous film having good permeability can be obtained. Moreover, you may carry out combining many heat setting processes and heat relaxation processes.
(9) 膜の架橋処理工程
第二の延伸を施した微多孔膜に対して、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よい。電子線の照射の場合、0.1〜100 Mradの電子線量が好ましく、100〜300 kVの加速電圧が好ましい。架橋処理によりポリエチレン微多孔膜のメルトダウン温度が上昇する。
(9) Film Crosslinking Process Step The microporous film subjected to the second stretching may be subjected to a crosslinking process by irradiation with ionizing radiation such as α-rays, β-rays, γ-rays, and electron beams. In the case of electron beam irradiation, an electron dose of 0.1 to 100 Mrad is preferable, and an acceleration voltage of 100 to 300 kV is preferable. The meltdown temperature of the polyethylene microporous membrane is increased by the crosslinking treatment.
(10) 親水化処理工程
第二の延伸を施した微多孔膜に親水化処理を施してもよい。親水化処理は、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。モノマーグラフトは架橋処理後に行うのが好ましい。
(10) Hydrophilization treatment step The microporous membrane subjected to the second stretching may be subjected to a hydrophilic treatment. The hydrophilic treatment can be performed by monomer grafting, surfactant treatment, corona discharge or the like. Monomer grafting is preferably performed after the crosslinking treatment.
界面活性剤処理の場合、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤又は両イオン系界面活性剤のいずれも使用できるが、ノニオン系界面活性剤が好ましい。界面活性剤を水又はメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコールに溶解してなる溶液中に微多孔膜を浸漬するか、微多孔膜にドクターブレード法により溶液を塗布する。 In the case of the surfactant treatment, any of a nonionic surfactant, a cationic surfactant, an anionic surfactant or a zwitterionic surfactant can be used, but a nonionic surfactant is preferred. The microporous membrane is immersed in a solution obtained by dissolving a surfactant in water or a lower alcohol such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, or the solution is applied to the microporous membrane by a doctor blade method.
(11) 表面被覆処理工程
第二の延伸を施した微多孔膜は、ポリプロピレン多孔質体;ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂多孔質体;ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド等の多孔質体等で表面を被覆することにより、電池用セパレータとして用いた場合のメルトダウン特性が向上する。被覆層用のポリプロピレンは、Mwが5,000〜500,000の範囲内が好ましく、25℃の温度における100 gのトルエンに対する溶解量が0.5 g以上が好ましい。このポリプロピレンは、ラセミダイアド(連なった2つの単量体単位が互いに鏡像異性の関係にある構成単位)の分率が0.12〜0.88であるのがより好ましい。
(11) Surface coating treatment step The second stretched microporous membrane is a polypropylene porous body; a fluororesin porous body such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoroethylene; a porous body such as polyimide or polyphenylene sulfide. By covering the surface with a body or the like, the meltdown characteristics when used as a battery separator are improved. The polypropylene for the coating layer preferably has an Mw in the range of 5,000 to 500,000, and preferably has a solubility in 100 g of toluene at a temperature of 25 ° C. of 0.5 g or more. This polypropylene preferably has a fraction of racemic dyad (a structural unit in which two consecutive monomer units are in an enantiomeric relationship) of 0.12 to 0.88.
(b) 第二の製造方法
第二の製造方法は、第一の製造方法に対して、第一の延伸を施したゲル状シートを熱固定処理した後、成膜用溶剤を除去する点のみが異なり、その他の工程については同じである。熱固定処理方法は上記と同じでよい。ただし延伸ゲル状シートを両面側から加熱するか、徐冷層側のみから加熱するのが好ましい。成膜用溶剤を含有する延伸ゲル状シートを熱固定処理することにより、微多孔膜の両面の細孔径が大きくなり、特に急冷層表面及びその近傍の平均細孔径が処理前の1.2〜5.0倍となる。但し熱固定処理の温度・時間条件を上記範囲内にすれば、緻密な構造の層は膜内部では消失しない。従って、延伸したゲル状シートを熱固定処理することにより、微多孔膜の両面に粗大構造層を形成することができる。
(b) Second manufacturing method The second manufacturing method is only the point of removing the film-forming solvent after heat-fixing the gel sheet subjected to the first stretching with respect to the first manufacturing method. However, the other processes are the same. The heat setting method may be the same as described above. However, it is preferable to heat the stretched gel sheet from both sides or only from the slow cooling layer side. By heat-setting a stretched gel-like sheet containing a film-forming solvent, the pore diameter on both sides of the microporous membrane is increased, especially the average pore diameter on the surface of the quenched layer and its vicinity is 1.2 to 5.0 times that before the treatment. It becomes. However, if the temperature and time conditions of the heat setting treatment are within the above ranges, the dense structure layer does not disappear inside the film. Therefore, a coarse structure layer can be formed on both surfaces of the microporous membrane by subjecting the stretched gel-like sheet to heat setting.
(c) 第三の製造方法
第三の製造方法は、第一の製造方法に対して、第一の延伸を施したゲル状シート、及び/又は成膜用溶剤を除去した微多孔膜を、熱溶剤に接触させる点のみが異なり、その他の工程については同じである。従って、以下熱溶剤処理工程についてのみ説明する。
(c) Third production method The third production method is a gel-like sheet subjected to the first stretching and / or a microporous membrane from which the film-forming solvent has been removed, compared to the first production method. Only the point of contact with the hot solvent is different, and the other steps are the same. Therefore, only the hot solvent treatment step will be described below.
熱溶剤処理は洗浄前の延伸したゲル状シートに行うのが好ましい。加熱処理で使用する溶剤としては、上記液状の成膜用溶剤が好ましく、流動パラフィンがより好ましい。ただし加熱処理用溶剤はポリエチレン溶液を調製する際に用いたものと同じであってもよいし、異なってもよい。 The hot solvent treatment is preferably performed on the stretched gel-like sheet before washing. As the solvent used in the heat treatment, the above liquid film-forming solvent is preferable, and liquid paraffin is more preferable. However, the solvent for heat treatment may be the same as that used in preparing the polyethylene solution, or may be different.
熱溶剤処理方法としては、延伸後のゲル状シート又は微多孔膜が熱溶剤と接触できる方法であれば特に制限されないが、例えば延伸後のゲル状シート又は微多孔膜を直接熱溶剤に接触させる方法(以下特段の断りがない限り、単に「直接法」と呼ぶ。)、延伸後のゲル状シート又は微多孔膜を冷溶剤に接触させた後加熱する方法(以下特段の断りがない限り、単に「間接法」と呼ぶ。)等が挙げられる。直接法としては、延伸後のゲル状シート又は微多孔膜を熱溶剤中に浸漬する方法、熱溶剤を延伸後のゲル状シート又は微多孔膜にスプレーする方法、熱溶剤を延伸後のゲル状シート又は微多孔膜に塗布する方法等があるが、浸漬法が好ましく、これによりより均一な処理が可能である。間接法としては、延伸後のゲル状シート又は微多孔膜を冷溶剤に浸漬するか、冷溶剤を延伸後のゲル状シート又は微多孔膜にスプレーするか、冷溶剤を延伸後のゲル状シート又は微多孔膜に塗布した後、熱ロールと接触させたり、オーブン中で加熱したり、熱溶剤に浸漬したりする方法が挙げられる。 The thermal solvent treatment method is not particularly limited as long as the stretched gel sheet or microporous membrane can be brought into contact with the thermal solvent. For example, the stretched gel sheet or microporous membrane is directly brought into contact with the thermal solvent. A method (hereinafter, simply referred to as “direct method” unless otherwise specified), a method in which a gelled sheet or a microporous membrane after stretching is brought into contact with a cold solvent and then heated (hereinafter, unless otherwise specified). Simply called “indirect method”). The direct method includes a method of immersing the stretched gel sheet or microporous membrane in a hot solvent, a method of spraying the hot solvent on the stretched gel sheet or microporous membrane, and a gel shape after stretching the hot solvent. Although there is a method of applying to a sheet or a microporous film, a dipping method is preferable, and thereby a more uniform treatment is possible. As an indirect method, the gel-like sheet or microporous membrane after stretching is immersed in a cold solvent, or the cold solvent is sprayed on the gel-like sheet or microporous membrane after stretching, or the gel-like sheet after stretching the cold solvent. Or after apply | coating to a microporous film, the method of making it contact with a hot roll, heating in oven, or immersing in a hot solvent is mentioned.
熱溶剤の温度は、ポリエチレン系樹脂が上記[1](a)〜(c)のいずれの場合であっても、ポリエチレン系樹脂が含む(a) ポリエチレン組成物又は(b) 超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレンの結晶分散温度以上〜融点+10℃以下の範囲の温度であるのが好ましい。具体的には、熱溶剤温度は、110〜140℃が好ましく、115〜135℃がより好ましい。接触時間は0.1秒間〜10分間が好ましく、1秒間〜1分間がより好ましい。このような熱溶剤処理により、微多孔膜の両面の細孔径が大きくなり、特に急冷層表面及びその近傍の平均細孔径が処理前の1.2〜5.0倍となる。但し熱溶剤処理の温度・時間条件を上記範囲内にすれば、緻密な構造の層は膜内部では消失しない。従って、延伸したゲル状シートを熱溶剤処理することにより、微多孔膜の両面に粗大構造層を形成することができる。 The temperature of the hot solvent is not limited to (a) polyethylene composition or (b) ultrahigh molecular weight polyethylene contained in the polyethylene resin, regardless of whether the polyethylene resin is any of the above [1] (a) to (c). The temperature is preferably in the range of from the crystal dispersion temperature of polyethylene to the melting point + 10 ° C. or less. Specifically, the hot solvent temperature is preferably 110 to 140 ° C, more preferably 115 to 135 ° C. The contact time is preferably 0.1 second to 10 minutes, more preferably 1 second to 1 minute. By such a hot solvent treatment, the pore diameters on both sides of the microporous membrane are increased, and in particular, the average pore diameter on the surface of the quenched layer and in the vicinity thereof is 1.2 to 5.0 times that before the treatment. However, if the temperature and time conditions of the hot solvent treatment are within the above ranges, the dense layer does not disappear inside the film. Therefore, a coarse structure layer can be formed on both surfaces of the microporous membrane by subjecting the stretched gel-like sheet to a hot solvent treatment.
また熱溶剤処理により、第一の延伸により形成された徐冷層の葉脈状フィブリルを一層強化できる。そのため第二の延伸で葉脈状フィブリルが再微細化されず、徐冷層の平均細孔径が小さくならない。熱溶剤温度が結晶分散温度未満であったり、接触時間が0.1秒間未満であったりすると、熱溶剤処理の効果はほとんどない。一方熱溶剤温度を融点+10℃超にしたり、接触時間を10分間超にしたりすると、微多孔膜の強度が低下したり、微多孔膜が破断したりするので好ましくない。 Moreover, the vein-like fibrils formed by the first stretching can be further strengthened by the hot solvent treatment. Therefore, the vein-like fibrils are not re-refined by the second stretching, and the average pore diameter of the slow cooling layer is not reduced. If the hot solvent temperature is less than the crystal dispersion temperature or the contact time is less than 0.1 seconds, the effect of the hot solvent treatment is hardly obtained. On the other hand, if the temperature of the hot solvent is higher than the melting point + 10 ° C. or if the contact time is longer than 10 minutes, the strength of the microporous film is lowered or the microporous film is broken.
延伸後のゲル状シート及び/又は微多孔膜を熱溶剤処理した後、洗浄し、残留する加熱処理用溶剤を除去する。洗浄方法は、上記成膜用溶剤除去方法と同じでよいので、説明を省略する。いうまでもないが、熱溶剤処理を洗浄前の延伸ゲル状シートに行った場合、上記成膜用溶剤除去処理を行えば加熱処理用溶剤も除去できる。 The stretched gel-like sheet and / or microporous membrane is treated with a hot solvent and then washed to remove the remaining heat treatment solvent. Since the cleaning method may be the same as the film forming solvent removing method, description thereof is omitted. Needless to say, when the hot solvent treatment is performed on the stretched gel-like sheet before washing, the solvent for heat treatment can be removed by performing the above-mentioned solvent removal treatment for film formation.
なお洗浄前の熱固定処理は、第二の製造方法にのみ限定されるものではなく、第三の製造方法にあってもよい。すなわち、第三の製造方法において、熱溶剤処理の前及び/又は後のゲル状シートに対して熱固定処理してもよい。 In addition, the heat setting process before washing | cleaning is not limited only to a 2nd manufacturing method, You may exist in a 3rd manufacturing method. That is, in the third production method, the gel-like sheet before and / or after the hot solvent treatment may be heat set.
[3] ポリエチレン微多孔膜の構造及び物性
本発明のポリエチレン微多孔膜は、平均細孔径が0.01〜0.05μmの緻密構造層と、少なくとも一面に形成され、平均細孔径が緻密構造層の1.2〜5.0倍の粗大構造層とを有する。粗大構造層の平均細孔径は、緻密構造層の平均細孔径の1.5〜3.0倍であるのが好ましい。粗大構造層は片面のみに形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。緻密構造層及び粗大構造層の平均細孔径は、微多孔膜断面の透過型電子顕微鏡(TEM)写真から求めた。
[3] Structure and physical properties of polyethylene microporous membrane The polyethylene microporous membrane of the present invention has a dense structure layer having an average pore diameter of 0.01 to 0.05 μm and at least one surface, and the average pore diameter is 1.2 to that of the dense structure layer. With a 5.0 times coarser layer. The average pore diameter of the coarse structure layer is preferably 1.5 to 3.0 times the average pore diameter of the dense structure layer. The coarse structure layer may be formed only on one side or may be formed on both sides. The average pore diameter of the dense structure layer and the coarse structure layer was determined from a transmission electron microscope (TEM) photograph of the cross section of the microporous membrane.
貫通孔の形状は特に制限されない。通常は緻密構造層及び粗大構造層ともに、三次元的に不規則に連通する空隙からなる細孔を有する。第二及び第三の製造方法により得られる微多孔膜は、平均細孔径が、緻密構造層及び粗大構造層ともに、第一の製造方法により得られる膜以上となる。 The shape of the through hole is not particularly limited. Usually, both the dense structure layer and the coarse structure layer have pores composed of voids communicating irregularly three-dimensionally. The microporous membrane obtained by the second and third production methods has an average pore diameter that is greater than that of the membrane obtained by the first production method for both the dense structure layer and the coarse structure layer.
本発明のポリエチレン微多孔膜は、緻密構造層及び粗大構造層を有するので、耐圧縮性及び電解液吸収性に優れている。具体的には、加圧時の膜厚変化及び透気度変化が小さく、電解液の吸収速度が早い。本発明のポリエチレン微多孔膜の加圧時の膜厚変化が小さいのは、緻密構造層のフィブリルを構成する繊維が比較的太く、緻密構造層の強度が高く、圧縮に対して抵抗が高いためであると考えられる。粗大構造層と緻密構造層の割合は、以下の比:(粗大構造層の厚さ)/(緻密構造層の厚さ)が5/1〜1/10であるのが好ましく、3/1〜1/5であるのがより好ましい。この比が5/1超であると、加圧を受けた場合の膜厚変化が大きく、機械的強度も低い。一方1/10未満であると電解液吸収性が低い。この比は、微多孔膜断面の透過型電子顕微鏡(TEM)写真から求めることができる。この比は、例えば冷却ロールの温度や、冷却ロールと成形体との接触時間を調整することにより、調節することができる。 Since the polyethylene microporous membrane of the present invention has a dense structure layer and a coarse structure layer, it is excellent in compression resistance and electrolyte absorption. Specifically, the film thickness change and the air permeability change during pressurization are small, and the absorption rate of the electrolytic solution is fast. The change in thickness of the polyethylene microporous membrane of the present invention during pressurization is small because the fibers constituting the fibrils of the dense structure layer are relatively thick, the strength of the dense structure layer is high, and the resistance to compression is high. It is thought that. The ratio of the coarse structure layer to the dense structure layer is preferably 5/1 to 1/10 in the following ratio: (thickness of coarse structure layer) / (thickness of dense structure layer). More preferably, it is 1/5. When this ratio is more than 5/1, the film thickness changes greatly when the pressure is applied, and the mechanical strength is low. On the other hand, if it is less than 1/10, the electrolyte absorbability is low. This ratio can be determined from a transmission electron microscope (TEM) photograph of the cross section of the microporous membrane. This ratio can be adjusted, for example, by adjusting the temperature of the cooling roll or the contact time between the cooling roll and the molded body.
本発明の好ましい実施態様によるポリエチレン微多孔膜は、以下の物性を有する。 The polyethylene microporous membrane according to a preferred embodiment of the present invention has the following physical properties.
(a) 25〜80%の空孔率
空孔率が25%未満では、ポリエチレン微多孔膜は良好な透気度を有さない。一方80%を超えると、微多孔膜を電池セパレータとして用いた場合の強度が不十分であり、電極が短絡する危険が大きい。
(a) Porosity of 25 to 80% When the porosity is less than 25%, the polyethylene microporous membrane does not have good air permeability. On the other hand, if it exceeds 80%, the strength when the microporous membrane is used as a battery separator is insufficient, and there is a great risk that the electrode is short-circuited.
(b) 20〜400秒/100 cm3の透気度(膜厚20μm換算)
透気度が20〜400秒/100 cm3であると、ポリエチレン微多孔膜を電池用セパレータとして用いたとき、電池の容量が大きくなり、電池のサイクル特性も良好となる。透気度が20秒/100 cm3未満では電池内部の温度上昇時にシャットダウンが十分に行われないおそれがある。
(b) Air permeability of 20 to 400 seconds / 100 cm 3 (film thickness converted to 20 μm)
When the air permeability is 20 to 400 seconds / 100 cm 3 , when the polyethylene microporous membrane is used as a battery separator, the battery capacity is increased and the cycle characteristics of the battery are also improved. If the air permeability is less than 20 seconds / 100 cm 3 , shutdown may not be performed sufficiently when the temperature inside the battery rises.
(c) 3,000 mN/20μm以上の突刺強度
突刺強度が3,000 mN/20μm未満では、ポリエチレン微多孔膜を電池用セパレータとして電池に組み込んだ場合に短絡が発生する恐れがある。突刺強度は3,500 mN/20μm以上であるのが好ましい。
(c) Puncture strength of 3,000 mN / 20 μm or more When the puncture strength is less than 3,000 mN / 20 μm, a short circuit may occur when a polyethylene microporous membrane is incorporated in a battery as a battery separator. The puncture strength is preferably 3,500 mN / 20 μm or more.
(d) 80,000 kPa以上の引張破断強度
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80,000 kPa以上であると、電池用セパレータとして用いたときに破膜の心配がない。引張破断強度はMD方向及びTD方向のいずれにおいても100,000 kPa以上であるのが好ましい。
(d) Tensile rupture strength of 80,000 kPa or more When the tensile rupture strength is 80,000 kPa or more in both the longitudinal direction (MD) and the transverse direction (TD), there is no concern about film breakage when used as a battery separator. . The tensile strength at break is preferably 100,000 kPa or more in both the MD direction and the TD direction.
(e) 100%以上の引張破断伸度
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、電池用セパレータとして用いたときに破膜の心配がない。
(e) Tensile rupture elongation of 100% or more If the tensile rupture elongation is 100% or more in both the longitudinal direction (MD) and the transverse direction (TD), there is a risk of film breakage when used as a battery separator. There is no.
(f) 10%以下の熱収縮率
105℃に8時間暴露した後の熱収縮率が長手方向(MD)及び横手方向(TD)ともに10%を超えると、ポリエチレン微多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合、電池の発熱によりセパレータが収縮し、その端部で短絡が発生する可能性が高くなる。熱収縮率はMD方向及びTD方向ともに8%以下であるのが好ましい。
(f) Thermal shrinkage of 10% or less
When the thermal shrinkage after exposure to 105 ° C for 8 hours exceeds 10% in both the longitudinal direction (MD) and the transverse direction (TD), when the polyethylene microporous membrane is used as a battery separator, Shrinkage and the possibility of a short circuit occurring at the end increases. The thermal shrinkage rate is preferably 8% or less in both the MD direction and the TD direction.
(g) 30%以下の加熱圧縮後膜厚変化率
2.2 MPa(22 kgf/cm2)の圧力下、90℃で5分間加熱圧縮した後の膜厚変化率は、圧縮前の膜厚を100%として30%以下である。膜厚変化率が30%以下であると、微多孔膜を電池セパレータとして用いた場合に、電池容量が大きく、電池のサイクル特性も良好である。この膜厚変化率は20%以下が好ましい。
(g) Film thickness change rate after heat compression of 30% or less
The rate of change in film thickness after heating and compression at 90 ° C. for 5 minutes under a pressure of 2.2 MPa (22 kgf / cm 2) is 30% or less with the film thickness before compression as 100%. When the rate of change in film thickness is 30% or less, when the microporous membrane is used as a battery separator, the battery capacity is large and the cycle characteristics of the battery are also good. The film thickness change rate is preferably 20% or less.
(h) 700 sec/100 cm3以下の到達透気度
上記条件で加熱圧縮した後の到達透気度(ガーレー値)は700 sec/100 cm3以下である。到達透気度が700 sec/100 cm3以下であると、電池セパレータとして用いた場合に、電池容量が大きく、電池のサイクル特性も良好である。到達透気度は650 sec/100 cm3以下であるのが好ましい。
(h) Ultimate air permeability of 700 sec / 100 cm 3 or less The ultimate air permeability (Gurley value) after heat compression under the above conditions is 700 sec / 100 cm 3 or less. When the ultimate air permeability is 700 sec / 100 cm 3 or less, when used as a battery separator, the battery capacity is large and the cycle characteristics of the battery are good. The ultimate air permeability is preferably 650 sec / 100 cm 3 or less.
このように、本発明の微多孔膜は、加圧時でも膜厚変化及び透気度変化が小さく、透過性、機械的特性及び熱収縮特性に優れている。さらに電解液の吸収速度は、粗大構造層を有さない膜の少なくとも1.5倍以上である。そのため特に電池用セパレータとして好適である。 Thus, the microporous membrane of the present invention has small changes in film thickness and air permeability even when pressurized, and is excellent in permeability, mechanical properties, and heat shrinkage properties. Further, the absorption rate of the electrolytic solution is at least 1.5 times or more that of a film having no coarse structure layer. Therefore, it is particularly suitable as a battery separator.
[4] 電池用セパレータ
上記ポリエチレン微多孔膜からなる電池用セパレータは、電池の種類に応じて適宜選択しうるが、厚さが5〜50μmであるのが好ましく、10〜35μmであるのがより好ましい。
[4] Battery separator The battery separator comprising the polyethylene microporous membrane can be appropriately selected depending on the type of battery, but the thickness is preferably 5 to 50 μm, more preferably 10 to 35 μm. preferable.
[5] 電池
本発明のポリエチレン微多孔膜は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、銀−亜鉛電池、リチウム二次電池、リチウムポリマー二次電池等の二次電池のセパレータとして好ましく用いることができるが、特にリチウム二次電池のセパレータとして用いるのが好ましい。以下リチウム二次電池を例にとって説明する。
[5] Battery The polyethylene microporous membrane of the present invention is a separator for secondary batteries such as nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, silver-zinc batteries, lithium secondary batteries, and lithium polymer secondary batteries. However, it is particularly preferable to use as a separator for a lithium secondary battery. Hereinafter, a lithium secondary battery will be described as an example.
リチウム二次電池は、正極と負極がセパレータを介して積層されており、セパレータが電解液(電解質)を含有している。電極の構造は特に限定されず、公知の構造であってよい。例えば、円盤状の正極及び負極が対向するように配設された電極構造(コイン型)、平板状の正極及び負極が交互に積層された電極構造(積層型)、帯状の正極及び負極が重ねられて巻回された電極構造(捲回型)等にすることができる。 In a lithium secondary battery, a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator, and the separator contains an electrolytic solution (electrolyte). The structure of the electrode is not particularly limited, and may be a known structure. For example, an electrode structure (coin type) in which disc-shaped positive electrodes and negative electrodes are opposed to each other, an electrode structure in which flat plate-like positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked (stacked type), and belt-shaped positive electrodes and negative electrodes are stacked. It is possible to obtain a wound electrode structure (winding type) or the like.
正極は、通常(i) 集電体と、(ii) その表面に形成され、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含む層とを有する。正極活物質としては、遷移金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物(リチウム複合酸化物)、遷移金属硫化物等の無機化合物等が挙げられ、遷移金属としては、V、Mn、Fe、Co、Ni等が挙げられる。リチウム複合酸化物の好ましい例としては、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、α-NaFeO2型構造を母体とする層状リチウム複合酸化物等が挙げられる。負極は、(i) 集電体と、(ii) その表面に形成され、負極活物質を含む層とを有する。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック等の炭素質材料が挙げられる。 The positive electrode usually has (i) a current collector and (ii) a layer containing a positive electrode active material formed on the surface thereof and capable of occluding and releasing lithium ions. Examples of the positive electrode active material include transition metal oxides, composite oxides of lithium and transition metals (lithium composite oxides), and inorganic compounds such as transition metal sulfides. Transition metals include V, Mn, and Fe. , Co, Ni and the like. Preferable examples of the lithium composite oxide include lithium nickelate, lithium cobaltate, lithium manganate, and a layered lithium composite oxide based on an α-NaFeO 2 type structure. The negative electrode has (i) a current collector and (ii) a layer formed on the surface thereof and containing a negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, and carbon black.
電解液はリチウム塩を有機溶媒に溶解することにより得られる。リチウム塩としては、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、Li2B10Cl10、LiN(C2F5SO2)2、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上の混合物として用いてもよい。有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ-ブチロラクトン等の高沸点及び高誘電率の有機溶媒や、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジオキソラン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の低沸点及び低粘度の有機溶媒が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上の混合物として用いてもよい。特に高誘電率の有機溶媒は粘度が高く、低粘度の有機溶媒は誘電率が低いため、両者の混合物を用いるのが好ましい。 The electrolytic solution can be obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent. Lithium salts include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 , Examples thereof include LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , a lower aliphatic carboxylic acid lithium salt, LiAlCl 4 and the like. These may be used alone or as a mixture of two or more. Examples of the organic solvent include organic solvents having a high boiling point and a high dielectric constant such as ethylene carbonate, propylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and γ-butyrolactone, and tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethoxyethane, dioxolane, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate. Examples include organic solvents having a low boiling point and a low viscosity. These may be used alone or as a mixture of two or more. In particular, a high dielectric constant organic solvent has a high viscosity, and a low viscosity organic solvent has a low dielectric constant. Therefore, it is preferable to use a mixture of the two.
電池を組み立てる際、セパレータに電解液を含浸させる。これによりセパレータ(微多孔膜)にイオン透過性を付与することができる。通常、含浸処理は微多孔膜を常温で電解液に浸漬することにより行う。円筒型電池を組み立てる場合、例えば正極シート、微多孔膜からなるセパレータ、及び負極シートをこの順に積層し、得られた積層体を一端より巻き取って捲回型電極素子とする。得られた電極素子を電池缶に挿入し、上記電解液を含浸させ、さらに安全弁を備えた正極端子を兼ねる電池蓋を、ガスケットを介してかしめることにより電池を作製することができる。 When assembling the battery, the separator is impregnated with the electrolytic solution. Thereby, ion permeability can be imparted to the separator (microporous membrane). Usually, the impregnation treatment is performed by immersing the microporous membrane in an electrolytic solution at room temperature. When assembling a cylindrical battery, for example, a positive electrode sheet, a separator made of a microporous film, and a negative electrode sheet are laminated in this order, and the obtained laminate is wound from one end to form a wound electrode element. The obtained electrode element is inserted into a battery can, impregnated with the above electrolyte, and a battery lid that also serves as a positive electrode terminal provided with a safety valve is caulked through a gasket to produce a battery.
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1
Mwが1.5×106の超高分子量ポリエチレン(UHMWPE、Mw/Mn=8)5質量%、及びMwが3.0×105の高密度ポリエチレン(HDPE、Mw/Mn=8.6)95質量%からなるポリエチレン組成物100質量部に、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0.375質量部をドライブレンドした。UHMWPE及びHDPEからなるPE組成物について測定したMwは3.8×105であり、Mw/Mnは10.2であり、融点は134℃であり、結晶分散温度は100℃であり、結晶化温度は105℃であった。
Example 1
Polyethylene comprising 5% by mass of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE, Mw / Mn = 8) with Mw of 1.5 × 10 6 and 95% by mass of high density polyethylene (HDPE, Mw / Mn = 8.6) with Mw of 3.0 × 10 5 To 100 parts by mass of the composition, 0.375 parts by mass of tetrakis [methylene-3- (3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl) -propionate] methane as an antioxidant was dry blended. The measured Mw for the PE composition consisting of UHMWPE and HDPE is 3.8 × 10 5 , Mw / Mn is 10.2, the melting point is 134 ° C., the crystal dispersion temperature is 100 ° C., and the crystallization temperature is 105 ° C. Met.
UHMWPE、HDPE及びPE組成物のMw及びMw/Mnは以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により求めた。
・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 wt%(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(RI検出器)
・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。
Mw and Mw / Mn of UHMWPE, HDPE and PE composition were determined by gel permeation chromatography (GPC) method under the following conditions.
・ Measurement device: GPC-150C made by Waters Corporation
・ Column: Shodex UT806M manufactured by Showa Denko KK
-Column temperature: 135 ° C
・ Solvent (mobile phase): o-dichlorobenzene ・ Solvent flow rate: 1.0 ml / min ・ Sample concentration: 0.1 wt% (dissolution condition: 135 ° C./1 h)
・ Injection volume: 500μl
Detector: Waters Corporation differential refractometer (RI detector)
-Calibration curve: Prepared from a calibration curve obtained using a monodisperse polystyrene standard sample, using a predetermined conversion constant.
得られた混合物30質量部を二軸押出機(内径58 mm、L/D=52.5)に投入し、二軸押出機のサイドフィーダーから70質量部の流動パラフィンを供給し、210℃及び200 rpmの条件で溶融混練して、ポリエチレン溶液を調製した。続いて、このポリエチレン溶液を押出機の先端に設置されたTダイを介して押し出し、押出した成形体を15℃に温調した冷却ロールで引き取るとともに(接触時間:10秒)、冷却ロールの反対側を室温の大気に曝し徐冷し、ゲル状シートを形成した。 30 parts by mass of the resulting mixture was put into a twin screw extruder (inner diameter 58 mm, L / D = 52.5), 70 parts by mass of liquid paraffin was supplied from the side feeder of the twin screw extruder, 210 ° C. and 200 rpm The polyethylene solution was prepared by melt-kneading under the following conditions. Subsequently, this polyethylene solution was extruded through a T-die installed at the tip of the extruder, and the extruded molded body was taken up by a cooling roll adjusted to 15 ° C. (contact time: 10 seconds) and opposite to the cooling roll. The side was exposed to room temperature air and slowly cooled to form a gel sheet.
テンター延伸機を用いて、116℃で長手方向(MD)及び横手方向(TD)ともに5倍となるようにゲル状シートを同時二軸延伸した(第一の延伸)。得られた延伸膜を20 cm×20 cmのアルミニウム製の枠に固定し、25℃に温調された塩化メチレンに浸漬し、100 rpmで3分間揺動しながら洗浄した。得られた膜を室温で風乾した。乾燥膜を、バッチ式延伸機を用いて、128℃で横手方向(TD)に1.1倍となるように再び延伸した(第二の延伸)。得られた再延伸膜をバッチ式延伸機に固定したまま、128℃で10分間熱固定処理を行い、ポリエチレン微多孔膜を作製した。 Using a tenter stretching machine, the gel-like sheet was simultaneously biaxially stretched at 116 ° C. so that the longitudinal direction (MD) and the transverse direction (TD) are 5 times (first stretching). The obtained stretched film was fixed to a 20 cm × 20 cm aluminum frame, immersed in methylene chloride adjusted to 25 ° C., and washed with rocking at 100 rpm for 3 minutes. The resulting membrane was air dried at room temperature. The dried film was stretched again at a temperature of 128 ° C. in the transverse direction (TD) at a magnification of 1.1 (second stretching) using a batch stretching machine. While the obtained re-stretched film was fixed to a batch-type stretching machine, a heat setting treatment was performed at 128 ° C. for 10 minutes to produce a polyethylene microporous film.
実施例2
Mwが2.0×106の超高分子量ポリエチレン(Mw/Mn=8)5質量%と、HDPE95質量%とからなるポリエチレン組成物(Mw:4.0×105、Mw/Mn:11.0、融点:134.5℃、結晶分散温度:100℃、結晶化温度:105℃)を用い、第一の延伸の温度を117.5℃とし、第二の延伸を130.5℃の温度下TD方向に1.35倍となるように行い、熱固定処理温度を130.5℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 2
A polyethylene composition (Mw: 4.0 × 10 5 , Mw / Mn: 11.0, melting point: 134.5 ° C.) consisting of 5% by mass of ultra high molecular weight polyethylene (Mw / Mn = 8) having an Mw of 2.0 × 10 6 and 95% by mass of HDPE , Crystal dispersion temperature: 100 ° C., crystallization temperature: 105 ° C.), the first stretching temperature is 117.5 ° C., and the second stretching is performed at a temperature of 130.5 ° C. to 1.35 times in the TD direction, A polyethylene microporous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat setting treatment temperature was 130.5 ° C.
実施例3
実施例2と同じポリエチレン組成物を用い、第二の延伸の温度及び熱固定処理温度を129℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 3
A polyethylene microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the same polyethylene composition as in Example 2 was used, and the temperature of the second stretching and the heat setting treatment temperature were 129 ° C.
実施例4
Mwが2.0×106の超高分子量ポリエチレン(Mw/Mn=8)10質量%と、HDPE90質量%とからなるポリエチレン組成物(Mw:5.5×105、Mw/Mn:11.9、融点:135℃、結晶分散温度:100℃、結晶化温度:105℃)を用い、溶融混練物のポリエチレン濃度を35質量%とし、第一の延伸の温度を118.5℃とし、第二の延伸を129.5℃の温度下TD方向に1.4倍となるように行い、熱固定処理温度を129.5℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 4
A polyethylene composition (Mw: 5.5 × 10 5 , Mw / Mn: 11.9, melting point: 135 ° C.) consisting of 10% by mass of ultra high molecular weight polyethylene (Mw / Mn = 8) with Mw of 2.0 × 10 6 and 90% by mass of HDPE Crystal dispersion temperature: 100 ° C., crystallization temperature: 105 ° C.), the melt-kneaded product has a polyethylene concentration of 35 mass%, the first stretching temperature is 118.5 ° C., and the second stretching is 129.5 ° C. A polyethylene microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat fixing treatment temperature was set to 129.5 ° C. in the lower TD direction.
実施例5
実施例4と同じポリエチレン組成物を用い、押し出したポリエチレン成形体を冷却ロールで引き取る時に冷却ロールの反対側に空気(温度:20℃)を吹き付けながら(空気量:100 ml/m2)ゲル状シートを形成し、第一の延伸の温度を117℃とし、第二の延伸の温度及び熱固定処理温度を129.2℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 5
Using the same polyethylene composition as in Example 4, when the extruded polyethylene molded body is taken up by a cooling roll, air (temperature: 20 ° C.) is blown onto the opposite side of the cooling roll (air amount: 100 ml / m 2 ) in a gel state. A sheet was formed, and a polyethylene microporous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the first stretching was 117 ° C., and the temperature of the second stretching and the heat setting treatment temperature were 129.2 ° C.
実施例6
冷却ロールの温度を45℃とし、第一の延伸の温度を117℃とし、第二の延伸の温度及び熱固定処理温度を129.2℃とした以外実施例4と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 6
A polyethylene microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 4 except that the temperature of the cooling roll was 45 ° C., the temperature of the first stretching was 117 ° C., and the temperature of the second stretching and the heat setting treatment temperature were 129.2 ° C. Produced.
実施例7
実施例4と同じポリエチレン組成物を用い、第一の延伸の温度を117℃とし、第一の延伸後に125℃で15秒間熱固定処理した後洗浄して流動パラフィンを除去し、第二の延伸の温度及び熱固定処理温度を129.5℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 7
The same polyethylene composition as in Example 4 was used, the temperature of the first stretching was 117 ° C., the heat setting treatment was performed at 125 ° C. for 15 seconds after the first stretching, washing to remove liquid paraffin, and the second stretching A polyethylene microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature and the heat setting treatment temperature were 129.5 ° C.
実施例8
実施例4と同じポリエチレン組成物を用い、第一の延伸の途中(2.5倍×2.5倍に延伸した時点)で、延伸を継続しながら温度を117℃から125℃に1℃/秒の速度で昇温し、第一の延伸後に125℃で15秒間熱固定処理した後洗浄して流動パラフィンを除去し、第二の延伸の温度及び熱固定処理温度を129℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 8
Using the same polyethylene composition as in Example 4, the temperature was increased from 117 ° C. to 125 ° C. at a rate of 1 ° C./second during the first stretching (when the film was stretched 2.5 times × 2.5 times). The temperature was raised, heat fixed at 125 ° C. for 15 seconds after the first stretching, then washed to remove liquid paraffin, and the temperature of the second stretching and the heat setting temperature were set to 129 ° C. Thus, a polyethylene microporous membrane was produced.
実施例9
実施例4と同じポリエチレン組成物を用い、第一の延伸を施したゲル状シートを枠板[サイズ:20 cm×20 cm、アルミニウム製]に固定し、130℃に温調した流動パラフィン浴に3秒間浸漬した後洗浄して流動パラフィンを除去し、第二の延伸の温度及び熱固定処理温度を129℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 9
Using the same polyethylene composition as in Example 4, the gel-like sheet subjected to the first stretching was fixed to a frame plate [size: 20 cm × 20 cm, made of aluminum] and placed in a liquid paraffin bath adjusted to 130 ° C. After immersion for 3 seconds, washing was performed to remove liquid paraffin, and a polyethylene microporous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the second stretching and the heat setting temperature were 129 ° C.
実施例10
Mwが2.0×106の超高分子量ポリエチレン(Mw/Mn=8)10質量%と、Mwが3.5×105の高密度ポリエチレン(HDPE、Mw/Mn=13.5)90質量%とからなるポリエチレン組成物(Mw:5.5×105、Mw/Mn:18.5、融点:135℃、結晶分散温度:100℃、結晶化温度:105℃)を用い、第一の延伸の温度を118℃とし、第二の延伸を127℃の温度下MD方向に1.1倍となるように行い、熱固定処理温度を127℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Example 10
Polyethylene composition consisting of 10% by mass of ultra high molecular weight polyethylene (Mw / Mn = 8) with Mw of 2.0 × 10 6 and 90% by mass of high density polyethylene with Mw of 3.5 × 10 5 (HDPE, Mw / Mn = 13.5) (Mw: 5.5 × 10 5 , Mw / Mn: 18.5, melting point: 135 ° C., crystal dispersion temperature: 100 ° C., crystallization temperature: 105 ° C.), the first stretching temperature is 118 ° C., and the second Was stretched 1.1 times in the MD direction at a temperature of 127 ° C., and a polyethylene microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat setting temperature was 127 ° C.
比較例1
Mwが2.0×106の超高分子量ポリエチレン(Mw/Mn=8)20質量%と、Mwが3.5×105の高密度ポリエチレン(Mw/Mn=13.5)80質量%とからなるポリエチレン組成物(Mw:6.9×105、Mw/Mn:21.5、融点:135℃、結晶分散温度:100℃、結晶化温度:105℃)を用い、冷却ロールの温度を18℃とし、第一の延伸の温度を115℃とし、第二の延伸を施さず、熱固定処理条件を124℃の温度で10秒間とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Comparative Example 1
A polyethylene composition comprising 20% by mass of ultra high molecular weight polyethylene (Mw / Mn = 8) having an Mw of 2.0 × 10 6 and 80% by mass of high density polyethylene (Mw / Mn = 13.5) having an Mw of 3.5 × 10 5 ( Mw: 6.9 × 10 5 , Mw / Mn: 21.5, melting point: 135 ° C., crystal dispersion temperature: 100 ° C., crystallization temperature: 105 ° C.), the temperature of the cooling roll is 18 ° C., and the temperature of the first stretching Was made 115 ° C., the second stretching was not performed, and the heat setting treatment condition was 124 ° C. for 10 seconds to produce a polyethylene microporous membrane in the same manner as in Example 1.
比較例2
Mwが2.0×106の超高分子量ポリエチレン(Mw/Mn=8)30質量%と、Mwが3.5×105の高密度ポリエチレン(Mw/Mn=8.6)70質量%とからなるポリエチレン組成物(Mw:8.5×105、Mw/Mn:23.8、融点:135℃、結晶分散温度:100℃、結晶化温度:105℃)を用い、溶融混練物のポリエチレン濃度を28.5質量%とし、冷却ロールの温度を18℃とし、第一の延伸の温度を115℃とし、第二の延伸を施さず、熱固定処理温度を126℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Comparative Example 2
A polyethylene composition comprising 30% by mass of ultra high molecular weight polyethylene (Mw / Mn = 8) having an Mw of 2.0 × 10 6 and 70% by mass of high density polyethylene (Mw / Mn = 8.6) having an Mw of 3.5 × 10 5 ( Mw: 8.5 × 10 5 , Mw / Mn: 23.8, melting point: 135 ° C., crystal dispersion temperature: 100 ° C., crystallization temperature: 105 ° C.), the polyethylene concentration of the melt-kneaded product is 28.5% by mass, A polyethylene microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature was 18 ° C, the first stretching temperature was 115 ° C, the second stretching was not performed, and the heat setting temperature was 126 ° C. .
比較例3
比較例2と同じポリエチレン組成物を用い、溶融混練物のポリエチレン組成物濃度を28.5質量%とし、冷却ロールの温度を18℃とし、第一の延伸の温度を115℃とし、第二の延伸を126℃の温度下TD方向に1.8倍となるように行い、熱固定処理温度を126℃とした以外実施例1と同様にして、ポリエチレン微多孔膜を作製した。
Comparative Example 3
Using the same polyethylene composition as in Comparative Example 2, the polyethylene composition concentration of the melt-kneaded product is 28.5 mass%, the temperature of the cooling roll is 18 ° C., the temperature of the first stretching is 115 ° C., and the second stretching is performed. A polyethylene microporous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat fixing treatment temperature was set to 126 ° C. at a temperature of 126 ° C. so as to be 1.8 times in the TD direction.
実施例1〜10及び比較例1〜3で得られた各ポリエチレン微多孔膜の物性を以下の方法により測定した。結果を表1に示す。 The physical properties of the polyethylene microporous membranes obtained in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 were measured by the following methods. The results are shown in Table 1.
(1) 平均膜厚(μm)
ポリエチレン微多孔膜の任意の長手方向位置において、横手方向(TD)に30 cmの長さにわたって5mm間隔で接触厚み計により膜厚を測定し、膜厚の測定値を平均した。
(1) Average film thickness (μm)
The film thickness was measured with a contact thickness meter at an interval of 5 mm over a length of 30 cm in the transverse direction (TD) at any longitudinal position of the polyethylene microporous film, and the measured values of the film thickness were averaged.
(2) 透気度(sec/100 cm3/20μm)
膜厚T1のポリエチレン微多孔膜に対して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。
(2) Air permeability (sec / 100 cm 3 / 20μm)
When the air permeability P 1 measured according to JIS P8117 for a polyethylene microporous film with a film thickness T 1 is 20 μm according to the formula: P 2 = (P 1 × 20) / T 1 It was converted to air permeability P 2.
(3) 空孔率(%)
質量法により測定した。
(3) Porosity (%)
Measured by mass method.
(4) 突刺強度(mN/20μm)
先端が球面(曲率半径R:0.5 mm)の直径1mmの針で、膜厚T1のポリエチレン微多孔膜を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。
(4) Puncture strength (mN / 20μm)
A spherical end surface (radius of curvature R: 0.5 mm) in diameter 1mm needle The maximum load was measured when pricked polyethylene microporous film having a thickness T 1 at a speed of 2 mm / sec. The measured value L 1 of the maximum load was converted into the maximum load L 2 when the film thickness was 20 μm by the formula: L 2 = (L 1 × 20) / T 1 and used as the puncture strength.
(5) 引張破断強度及び引張破断伸度
幅10 mmの短冊状試験片を用いてASTM D882により測定した。
(5) Tensile breaking strength and tensile breaking elongation Measured by ASTM D882 using a strip-shaped test piece having a width of 10 mm.
(6) 熱収縮率(%)
ポリエチレン微多孔膜を105℃に8時間暴露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、平均値を算出することにより求めた。
(6) Thermal shrinkage (%)
The shrinkage in the longitudinal direction (MD) and the transverse direction (TD) when the polyethylene microporous membrane was exposed to 105 ° C. for 8 hours was measured three times, and the average value was calculated.
(7) 高次構造
微多孔膜の厚さ方向断面の透過型電子顕微鏡(TEM)写真(10,000倍)中の全厚×面方向20μmの領域(A)を、厚さ方向に2μm毎に区切って得られる各矩形状領域(膜厚に応じて合計8〜12個)中の5個の細孔について、最長部の間隔(最大外接円の直径)と最短部の間隔(最大内接円の直径)を測定し、算術平均し、各矩形状領域の平均細孔径とした。得られた平均細孔径が0.01〜0.05μmの矩形状領域(B)を緻密構造領域としてピックアップし、全ての矩形状領域(B)の平均細孔径を算術平均し、緻密構造層の平均細孔径とした。領域(A)のうち矩形状領域(B)以外の矩形状領域(C)を粗大構造領域とし、全ての矩形状領域(C)の平均細孔径を算術平均し、粗大構造層の平均細孔径とした。平均細孔径の比は、式:(粗大構造層の平均細孔径)/(緻密構造層の平均細孔径)により求めた。全ての矩形状領域(B)の合計厚を緻密構造層の厚さとし、全ての矩形状領域(C)の合計厚を粗大構造層の厚さとし、厚さの比:(粗大構造層の厚さ)/(緻密構造層の厚さ)を求めた。
(7) Higher order structure The area (A) of total thickness x 20 μm in the plane direction in the transmission electron microscope (TEM) photograph (10,000 times) of the cross section in the thickness direction of the microporous membrane is divided every 2 μm in the thickness direction. For the five pores in each rectangular area (total of 8 to 12 depending on the film thickness), the longest interval (maximum circumscribed circle diameter) and shortest interval (maximum inscribed circle Diameter) was measured and arithmetically averaged to obtain the average pore diameter of each rectangular region. The obtained rectangular area (B) having an average pore diameter of 0.01 to 0.05 μm was picked up as a dense structure area, the average pore diameter of all rectangular areas (B) was arithmetically averaged, and the average pore diameter of the dense structure layer It was. In the region (A), the rectangular region (C) other than the rectangular region (B) is a coarse structure region, the average pore diameter of all rectangular regions (C) is arithmetically averaged, and the average pore diameter of the coarse structure layer It was. The ratio of average pore diameter was determined by the formula: (average pore diameter of coarse structure layer) / (average pore diameter of dense structure layer). The total thickness of all rectangular regions (B) is the thickness of the dense structure layer, the total thickness of all rectangular regions (C) is the thickness of the coarse structure layer, and the ratio of thickness: (thickness of the coarse structure layer ) / (Thickness of dense structure layer).
(8) 加熱圧縮による膜厚変化率
高平滑面を有する一対のプレス板の間に微多孔膜サンプルを挟み、これをプレス機により、2.2 MPa(22 kgf/cm2)の圧力下、90℃で5分間加熱圧縮し、圧縮前の膜厚を100%として膜厚変化率を算出した。
(8) Rate of change in film thickness due to heat compression A microporous membrane sample was sandwiched between a pair of press plates having a high smooth surface, and this was measured with a press machine at 90 ° C under a pressure of 2.2 MPa (22 kgf / cm 2 ). The film thickness change rate was calculated by heating and compressing for minutes and setting the film thickness before compression to 100%.
(9) 到達透気度(sec/100 cm3)
上記条件で加熱圧縮した後のポリエチレン微多孔膜に対してJIS P8117に準拠して測定した透気度を到達透気度とした。
(9) Air permeability reached (sec / 100 cm 3 )
The air permeability measured in accordance with JIS P8117 for the polyethylene microporous film after being heated and compressed under the above conditions was defined as the ultimate air permeability.
(10) 電解液吸収速度
動的表面張力測定装置(英弘精機株式会社製DCAT21、精密電子天秤付き)を用い、18℃に保温した電解液(電解質:LiPF6、電解質濃度:1 mol/L、溶媒:エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=3/7(容積比))に微多孔膜を一定時間浸漬し、質量増加を調べ、サンプル質量当たりの吸収量[膜質量の増加量(g)/吸収前の膜質量(g)]を算出し、吸収速度の指標とした。比較例1の膜の吸収速度[吸収量(g/g)]を1として相対比により表した。
(10) Electrolyte absorption rate Electrolyte kept at 18 ° C (electrolyte: LiPF 6 , electrolyte concentration: 1 mol / L) using a dynamic surface tension measuring device (DCAT21 manufactured by EKO Co., Ltd., with precision electronic balance) Solvent: Ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 3/7 (volume ratio)) is immersed in the microporous membrane for a certain period of time, and the increase in mass is examined. Absorption amount per sample mass [increase amount of membrane mass (g) / before absorption Film mass (g)] was calculated and used as an index of absorption rate. The absorption rate [absorption amount (g / g)] of the film of Comparative Example 1 was set to 1 and expressed as a relative ratio.
表1(続き)
表1(続き)
表1(続き)
Table 1 (continued)
Table 1 (continued)
Table 1 (continued)
注:(1) Mwは質量平均分子量を表す。
(2) Mw/Mnは分子量分布を表す。
(3) MDは長手方向を表し、TDは横手方向を表す。
(4) (粗大構造層の平均細孔径)/(緻密構造層の平均細孔径)。
(5) (粗大構造層の厚さ)/(緻密構造層の厚さ)
(6) 室温の大気に暴露。
(7) 20℃の空気を吹き付けた。
(8) LPは流動パラフィンを表す。
Note: (1) Mw represents mass average molecular weight.
(2) Mw / Mn represents molecular weight distribution.
(3) MD represents the longitudinal direction, and TD represents the transverse direction.
(4) (Average pore diameter of coarse structure layer) / (Average pore diameter of dense structure layer).
(5) (Thickness of coarse structure layer) / (Thickness of dense structure layer)
(6) Exposure to air at room temperature.
(7) Air at 20 ° C was blown.
(8) LP represents liquid paraffin.
表1から、実施例1〜10のポリエチレン微多孔膜は、平均細孔径が0.01〜0.05μmの緻密構造層と、平均細孔径が緻密構造層の平均細孔径の1.2〜5.0倍の粗大構造層とを有するので、加圧後の膜厚変化及び透気度変化が小さく、電解液の吸収速度が早いのみならず、透過性、機械的特性及び熱収縮特性にも優れていた。 From Table 1, the polyethylene microporous membranes of Examples 1 to 10 are a dense structure layer having an average pore diameter of 0.01 to 0.05 μm and a coarse structure layer having an average pore diameter of 1.2 to 5.0 times the average pore diameter of the dense structure layer. Therefore, the film thickness change and air permeability change after pressurization are small, and the absorption rate of the electrolytic solution is not only fast, but also the permeability, mechanical properties, and heat shrinkage properties are excellent.
これに対して、比較例1及び2の膜はポリエチレン組成物中の超高分子量ポリエチレンの割合が15質量%超であるので粗大構造層を有さない。しかも比較例1及び2では再延伸をしていない。そのため実施例1〜10に比べて加圧後の膜厚変化及び透気度変化が大きく、電解液の吸収速度が遅く、透過性及び耐熱性も劣っていた。比較例3の膜はポリエチレン組成物中の超高分子量ポリエチレンの割合が15質量%超であるので粗大構造層を有さない。しかも比較例3では再延伸の倍率を1.45倍超としている。そのため実施例1〜10に比べて加圧後の膜厚変化が大きく、電解液の吸収速度が遅く、引張破断伸度及び熱収縮特性が劣っていた。 In contrast, the films of Comparative Examples 1 and 2 do not have a coarse structure layer because the proportion of ultrahigh molecular weight polyethylene in the polyethylene composition exceeds 15% by mass. Moreover, in Comparative Examples 1 and 2, redrawing is not performed. Therefore, compared with Examples 1-10, the film thickness change and air permeability change after pressurization were large, the absorption rate of electrolyte solution was slow, and permeability and heat resistance were also inferior. The film of Comparative Example 3 does not have a coarse structure layer because the ratio of ultrahigh molecular weight polyethylene in the polyethylene composition is more than 15% by mass. Moreover, in Comparative Example 3, the redrawing ratio is more than 1.45 times. Therefore, compared with Examples 1-10, the film thickness change after pressurization was large, the absorption rate of electrolyte solution was slow, and the tensile elongation at break and the heat shrink property were inferior.
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Cited By (1)
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Families Citing this family (22)
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---|---|---|---|---|
KR101640777B1 (en) * | 2008-11-17 | 2016-07-19 | 도레이 배터리 세퍼레이터 필름 주식회사 | Microporous membranes and methods for producing and using such membranes |
CN101747549B (en) * | 2008-12-18 | 2013-06-19 | 比亚迪股份有限公司 | Polyolefin micro porous polyolefin membrane and method for preparing same |
CN103687901B (en) * | 2011-07-22 | 2015-11-25 | 东丽电池隔膜株式会社 | The manufacture method of micro-porous polyethylene film |
CN102268700A (en) * | 2011-07-27 | 2011-12-07 | 金川集团有限公司 | Diaphragm rack for diaphragm electrolysis |
CN102774009A (en) * | 2012-08-07 | 2012-11-14 | 重庆纽米新材料科技有限责任公司 | Method for preparing polyolefin micro-porous film |
KR101627738B1 (en) * | 2013-07-17 | 2016-06-07 | 제일모직 주식회사 | Porous polymeric separator and a method for preparing the same |
KR102223395B1 (en) * | 2013-12-06 | 2021-03-05 | 도레이 카부시키가이샤 | Polyolefin microporous film, separator for non-aqueous electrolyte secondary battery, wound product of polyolefin microporous film, non-aqueous electrolyte secondary battery, and method for producing polyolefin microporous film |
US20170165893A1 (en) * | 2014-03-24 | 2017-06-15 | Toray Battery Separator Film Co., Ltd. | Production method of microporous plastic film |
KR101716249B1 (en) * | 2014-05-28 | 2017-03-14 | 도레이 배터리 세퍼레이터 필름 주식회사 | Polyolefin microporous membrane and method for producing same |
CN104201311B (en) * | 2014-08-15 | 2016-05-04 | 常州大学 | The method of polyethylene micropore barrier film is prepared in a kind of improved simple tension |
JP6659214B2 (en) | 2014-10-17 | 2020-03-04 | トヨタ自動車株式会社 | Battery separators, laminated separators, lithium ion secondary batteries and assembled batteries |
CN104362276B (en) * | 2014-10-27 | 2018-04-17 | 乐凯胶片股份有限公司 | A kind of polyethene microporous membrane, preparation method and lithium ion battery |
JP6962320B2 (en) * | 2017-03-22 | 2021-11-05 | 東レ株式会社 | Polyolefin microporous membrane and batteries using it |
CN108110194B (en) * | 2017-12-29 | 2021-09-10 | 上海恩捷新材料科技有限公司 | Peroxide crosslinked polymer isolating membrane and preparation method thereof |
CN109438803B (en) * | 2018-09-28 | 2022-03-29 | 上海恩捷新材料科技有限公司 | Polymer isolating membrane and preparation method thereof |
CN109632602B (en) * | 2018-12-29 | 2024-03-19 | 武汉中兴创新材料技术有限公司 | Method and device for detecting battery diaphragm through hot pressing |
FR3101568B1 (en) * | 2019-10-03 | 2022-08-05 | Aleph Sas | METHOD FOR MANUFACTURING A FILM COMPRISING CAVITIES WITH DETERMINATION OF DRAWING PROFILES, DENSITY, THICKNESS AND/OR POROSITY OF THE FILM |
CN110828751B (en) * | 2019-11-06 | 2022-04-05 | 江苏厚生新能源科技有限公司 | Preparation method of polyethylene diaphragm with multilayer microporous structure |
CN110838566A (en) * | 2019-11-06 | 2020-02-25 | 江苏厚生新能源科技有限公司 | Preparation method of multilayer polyethylene diaphragm |
CN110690395A (en) * | 2019-11-06 | 2020-01-14 | 江苏厚生新能源科技有限公司 | Preparation method of multilayer polyethylene diaphragm |
CN111117037A (en) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 江苏厚生新能源科技有限公司 | Microporous membrane, preparation method and method for calculating average length of effective capillary |
CN111416086B (en) * | 2020-03-04 | 2021-09-14 | 华为技术有限公司 | Battery diaphragm and preparation method thereof, battery and terminal |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4812056B2 (en) * | 2000-05-17 | 2011-11-09 | 日東電工株式会社 | Battery separator and method for producing the same |
-
2006
- 2006-08-03 CN CNA2006800279314A patent/CN101233176A/en active Pending
-
2012
- 2012-11-06 JP JP2012244084A patent/JP5596768B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021153792A1 (en) | 2020-01-31 | 2021-08-05 | 旭化成株式会社 | Microporous film, and method for producing same |
KR20220115606A (en) | 2020-01-31 | 2022-08-17 | 아사히 가세이 가부시키가이샤 | Microporous membrane and manufacturing method thereof |
Also Published As
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