JP5716131B2 - 一軸延伸の誘発により微細孔複合構造を有する安全セパレータを生産する方法 - Google Patents
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Description
本発明は一軸延伸の誘発により微細孔複合構造を有する安全セパレータを生産する方法に係り、ポリオレフィンセパレータの技術分野に属する。
ポリプロピレンセパレータは引張強度が高く、耐高温性能が良好なセパレータ製品であって、広く工業生産、例えばリチウム電池セパレータに応用されている。このようなセパレータ製品は、電子輸送を阻害する能力が必要である。従来技術においては、通常、ポリプロピレン材料中に無機顆粒材料、例えば二酸化チタン及び二酸化ケイ素材料を添加し、電池の正常状態において、電池内部の漏電を減少する能力は普通であり、電池が高温または外部圧力に遭遇した緊急な状況においては、正負極のショートが生じやすい。その原因は、前記無機粒子が一般的にセパレータ表面に分布し、セパレータ内部に混入していないため、使用時には容易に脱落してしまうためである。
従来のポリプロピレンセパレータは、基膜を形成する必要があり、基膜の形成は溶融共押出し工程が用いられる。ここにおける溶融共押出しは加熱の不均一により、一部の重合体が先に融点に達し、他の一部はまだ融点に達していないため、基膜表面は滑らかでなく、不均一であり、後の延伸プロセスにおいて、力学性質上のバランスを保ちにくい。また、従来のポリプロピレンセパレータの親水性は比較的低く、セパレータ製品の浸潤性は悪く、電解液は浸潤しにくいため、リチウム電池の品質は望ましくない。
本発明は一軸延伸の誘発により微細孔複合構造を有する安全セパレータを生産する方法を提供し、セパレータの浸潤性を向上させ、製品の安全性を向上させる。
本発明は以下の技術案によって実現される。
一軸延伸の誘発により微細孔複合構造を有する安全セパレータを生産する方法であって、以下のステップによって実現される。
ステップ（１）、ナノ酸化アルミニウムをテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネート（Ｔｅｔｒａｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ｄｉ（ｄｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ） ｔｉｔａｎａｔｅ）中において表面予備処理を行い、具体的には、前記ナノ酸化アルミニウムの質量の１〜４％のテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネートと、ポリプロピレンと、ナノ酸化アルミニウムとを混合し、１２０〜１４５℃条件下において２０ｍｉｎ硫化を行い、さらに１５０℃条件下において３ｈ二次硫化を行うステップ、
ステップ（２）、予備処理された後のナノ酸化アルミニウムを重合体中に均一に混合し、添加量は重合体質量の０．５％〜２．５％であり、誘発剤を添加し、原料に対し溶融を行い、キャスト法を用いて基膜を制作し、得られた基膜を７０〜１５５℃において、１０ｍｉｎ〜３０ｈアニーリングを行うステップ、
ステップ（３）、基膜を１０〜１５５℃、延伸速度０．１〜３０ｍ／ｍｉｎ、延伸比１〜４倍の条件下において延伸することで微細孔構造を形成するステップ、
ステップ（４）、微細孔膜に対して再度延伸し、延伸比は０．５〜１．５で、７０〜１６５℃に定型し、ポリオレフィン微細孔膜製品を形成するステップ。
前記誘発剤として両親媒性化合物を用いて、これらは膜形成の重合体において適切な溶融度を有し、且つ比較的高い誘電率を有し、これにより比較的強い電磁波吸収能力を有する。この誘発剤は電磁化の作用下において、局部温度は迅速に重合体の融点以上に上昇することができる。溶融押出しにより基膜を制作する過程において、材料は均一相または準均一相であり、牽引及び迅速な冷却により基膜を作成するプロセスにおいて、溶けた誘発剤は分子レベルまたは準分子レベルで基膜中に分散する。基膜が均一に電磁波に照射される場合、発熱区域の分布は均一であって、それぞれの発熱エリアの温度上昇の状況も比較的一致し、よってフィルムは延伸プロセスにおいて、欠陥部が形成する一致性は大いに向上された。
よって、さらに延伸する過程において、比較的正確に、微細孔のサイズ及び微細孔の分布を制御し、理想的な隙間率を達成する。膜中の誘発剤は、延伸及び電磁波照射に際して、熱を生じさせて、膜中において密集している欠陥部を形成し、さらなる延伸のプロセスにおいてこれらの欠陥は開かれて微細孔を形成できる。よってこれらの誘発剤の多くは、微細孔表面にあり、電磁波の作用下において、微細孔表面付近において溶融状態にある。選択する誘発剤は両親媒性物質であり、これにより微細孔の形成プロセスにおいて、誘発剤はさらに微細孔表面に濃縮し、且つ秩序よく配列する。疎水性側と重合体の相互溶融性は比較的良く、膜内部に延伸し、重合体分子鎖ブロックはパッキングされ、親水性側と重合体の相互溶融性は悪く、微細孔の外表面に配列し、これにより微細孔表面の親水性を向上させる。このようなリチウムイオン電池セパレータフィルムのリチウムイオン電池に対する電解液の浸潤性能は比較的良く、電解液の浸透に効果的であり、イオン伝導性を強化した。
前記ステップ（２）における溶融温度は１９０〜２７０℃である。
前記ステップ（３）において、延伸は具体的に以下のように行われる。延伸は具体的に、まず１０〜１００℃において、延伸比１〜３倍、電磁波照射の条件下において、シシカバブ構造を破裂させ、微小クレーズ欠陥を形成させるまで冷延伸を行い、それから１００〜１５５℃、延伸比１〜３倍の条件下においてさらに延伸することで微細孔構造を形成する。
前記ステップ（３）の微細孔構造の微細孔は１０ｎｍ〜３０ｎｍである。
本発明の有益な効果は以下である。セパレータの浸透性が高く、安全性が高い。無機粒子は脱落しづらく、セパレータの安定性を向上させ、セパレータ製品の力学性能を増強させ、生産コストは下がる。
以下に実施例を参照して、本発明に対してさらに説明する。
１００Ｋｇポリプロピレンを原料とする。
（１）ナノ酸化アルミニウム１Ｋｇを準備し、２５ｇのテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネートを前記ナノ酸化アルミニウム中に添加し、攪拌して混合し、加熱釜に添加して、温度を１２０〜１４５℃の間に制御し、２０ｍｉｎ硫化して、それから制御温度１５０℃条件下において二次硫化を３ｈ行う。
（１）ナノ酸化アルミニウム１Ｋｇを準備し、２５ｇのテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネートを前記ナノ酸化アルミニウム中に添加し、攪拌して混合し、加熱釜に添加して、温度を１２０〜１４５℃の間に制御し、２０ｍｉｎ硫化して、それから制御温度１５０℃条件下において二次硫化を３ｈ行う。
（２）前記予備処理された後のナノ酸化アルミニウム０．８Ｋｇを均一に、完全に１００Ｋｇのポリプロプレン中に混入し、誘導剤を添加してから、前記混合原料に対して溶融を行い、溶融温度は１９０〜２７０℃であり、二軸延伸により基膜を制作し、得られた基膜は温度を７０〜１５５℃に制御し、１０ｍｉｎ〜３０ｈアニーリングを行う。
（３）前記基膜を延伸比１倍に制御し、電磁波照射の条件を変えず、２０℃条件下において冷延伸できるように制御し、シシカバブ構造を破裂させ、微小クレーズ欠陥を形成させ、それから延伸比３倍において、９５℃条件下においてさらに延伸して微細孔構造を形成し、微細孔１０〜１５ｎｍにおいて停止させる、
（４）前記微細孔フィルムに対して再延伸を行い、延伸比は０．５であり、制御温度１００〜１２５℃において定型１０ｍｉｎを行い、ポリオレフィン微細孔フィルム製品を形成する。
１００Ｋｇポリプロピレンを原料とする。
（１）ナノ酸化アルミニウム３Ｋｇを準備し、４０ｇのテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネートを前記ナノ酸化アルミニウム中に添加し、攪拌して、加熱釜に添加して、温度を１２０〜１４５℃の間に制御し、２０ｍｉｎ硫化して、それから温度を１５０℃条件下に制御して二次硫化を３ｈ行う。
（２）前記予備処理された後のナノ酸化アルミニウム２．３Ｋｇを均一に、完全に１００Ｋｇのポリプロプレン中に混入し、誘導剤を添加してから、前記混合原料に対して溶融を行い、溶融温度は１９０〜２７０℃であり、二軸延伸により基膜を制作し、得られた基膜は温度を７０〜１５５℃に制御し、１０ｍｉｎ〜３０ｈアニーリングを行う。
（３）前記基膜を延伸比３倍に制御し、５５〜７５℃条件下において冷延伸するように制御し、シシカバブ構造を破裂させ、微小クレーズ欠陥を形成させ、それから延伸比２倍において、１２５〜１３０℃条件下においてさらに延伸して微細孔構造を形成し、微細孔を２０〜２５ｎｍにおいて停止させる、
（４）前記微細孔フィルムに対して再延伸を行い、延伸比は１であり、温度を１１０〜１３０℃に制御して２〜４ｈ定型を行い、ポリオレフィン微細孔フィルム製品を形成する。
１００Ｋｇポリプロピレンを原料とする。
（１）ナノ酸化アルミニウム２Ｋｇを準備し、２０ｇのテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネートを前記ナノ酸化アルミニウム中に添加し、攪拌して混合し、加熱釜に添加して、温度を１２０〜１４５℃の間に制御し、２０ｍｉｎ硫化して、それから制御温度１５０℃条件下において二次硫化を３ｈ行う。
（２）前記予備処理された後のナノ酸化アルミニウム１．８Ｋｇを均一に、完全に１００Ｋｇのポリプロプレン中に混入し、誘導剤を添加してから、前記混合原料に対して溶融を行い、溶融温度は１９０〜２７０℃であり、二軸延伸により基膜を制作し、得られた基膜の温度を７０〜１５５℃に制御して、１０ｍｉｎ〜３０ｈにてアニーリングを行う、
（３）前記基膜を延伸比２倍に制御し条件を変えずに、８０〜１００℃条件に制御して冷延伸させ、シシカバブ構造を破裂させ、微小クレーズ欠陥を形成させ、それから延伸比１倍において、１４０〜１５５℃条件下においてさらに延伸して微細孔構造を形成し、微細孔を２５〜３０ｎｍにおいて停止させる、
（４）前記微細孔フィルムに対して再延伸を行い、延伸比は１．５であり、温度を１２０〜１６５℃に制御して６〜８ｈ定型を行い、ポリオレフィン微細孔フィルム製品を形成する。
本発明のセパレータは浸透性が高く、安全性が高い。
Claims (4)
- ステップ（１）、ナノ酸化アルミニウムをテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネート中において表面予備処理を行うステップ、
前記表面予備処理は、前記ナノ酸化アルミニウムの質量の１〜４％のテトライソプロピルジ（ジオクチルホスフェート）チタネートと、ナノ酸化アルミニウムとを混合し、１２０〜１４５℃条件下において２０ｍｉｎ硫化を行い、さらに１５０℃条件下において３ｈ二次硫化を行う、
ステップ（２）、前記表面予備処理された後のナノ酸化アルミニウムをポリプロピレン中に均一に混合し、ナノ酸化アルミニウムの添加量はポリプロピレン質量の０．５％〜２．５％であり、
次に誘発剤を添加し、混合後のナノ酸化アルミニウムとポリプロピレンとに対し溶融を行い、キャスト法を用いて基膜を製作し、得られた基膜を７０〜１５５℃において、１０ｍｉｎ〜３０ｈアニーリングを行うステップ、
ステップ（３）、基膜を１０〜１５５℃、延伸速度０．１〜３０ｍ／ｍｉｎ、延伸比１〜４倍の条件下において延伸することで微細孔構造を形成するステップ、
ステップ（４）、微細孔膜に対して再度延伸し、延伸比は０．５〜１．５で、７０〜１６５℃で定形させ、ポリオレフィン微細孔膜製品を形成するステップ、
以上のステップにより実現することを特徴とする、一軸延伸の誘発により微細孔構造を有する安全セパレータを生産する方法。 - 前記ステップ（２）における溶融温度は１９０〜２７０℃であることを特徴とする、請求項１に記載の一軸延伸の誘発により微細孔構造を有する安全セパレータを生産する方法。
- 前記ステップ（３）において、延伸は、まず１０〜１００℃において、延伸比１〜３倍、電磁波照射の条件下において、シシカバブ構造を破裂させ、微小クレーズ欠陥を形成させるまで冷延伸を行い、それから１００〜１５５℃、延伸比１〜３倍の条件下においてさらに延伸することで微細孔構造を形成することを特徴とする、請求項１に記載の一軸延伸の誘発により微細孔構造を有する安全セパレータを生産する方法。
- 前記ステップ（３）中の微細孔構造の微細孔の直径は１０ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の一軸延伸の誘発により微細孔構造を有する安全セパレータを生産する方法。
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