JP5845222B2 - 微孔樹脂フィルム及びその製造方法、並びにリチウムイオン電池用セパレータ - Google Patents
微孔樹脂フィルム及びその製造方法、並びにリチウムイオン電池用セパレータ Download PDFInfo
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Description
本発明の微孔樹脂フィルムは、結晶性樹脂を含む結晶性樹脂フィルムを一軸延伸することによって微小孔部が形成されてなる微孔樹脂フィルムであって、
透気度が250s/100mL以下であり、105℃で2時間加熱した後の熱収縮率が4%以下であり、且つ75度鏡面光沢度の最大値と最小値との差が5%以下であることを特徴とする。
測定装置 TOSOH社製 商品名「HLC−8121GPC/HT」
測定条件 カラム:TSKgelGMHHR−H(20)HT×3本
TSKguardcolumn−HHR(30)HT×1本
移動相:o−DCB 1.0mL/分
サンプル濃度:1mg/mL
検出器:ブライス型屈折計
標準物質:ポリスチレン(TOSOH社製 分子量:500〜8420000)
溶出条件:145℃
SEC温度:145℃
熱収縮率(%)=[(L0−L1)×100]/L0
(押出工程)
次に、微孔樹脂フィルムの製造方法について説明する。先ず、結晶性樹脂を押出機に供給して溶融混練した上で、押出機の先端に取り付けたTダイから押出すことにより結晶性樹脂フィルムを得る押出工程を行う。
次いで、上述した押出工程により得られた結晶性樹脂フィルムを養生する。この結晶性樹脂の養生工程は、押出工程において結晶性樹脂フィルム中に生成させたラメラを成長させるために行う。このことにより、結晶性樹脂フィルムの押出方向に結晶化部分(ラメラ)と非結晶部分とが交互に配列してなる積層ラメラ構造を促進させることができ、後述する結晶性樹脂フィルムの延伸工程において、ラメラ内ではなく、ラメラ間において亀裂を発生させ、この亀裂を起点として微小な貫通孔(微小孔部)を形成することができる。
次に、養生工程後の結晶性樹脂フィルムを巻き出し、一軸延伸する延伸工程を行う。この延伸工程は、第一延伸工程と、この第一延伸工程に続く第二延伸工程とを含むのが好ましい。第一延伸工程では、結晶性樹脂フィルムを好ましくは押出方向にのみ一軸延伸する。
次いで、第一延伸工程における一軸延伸後の結晶性樹脂フィルムに、好ましくは、結晶性樹脂フィルムの表面温度が第一延伸工程における結晶性樹脂フィルムの表面温度よりも高く且つ結晶性樹脂の融点より10〜100℃低い温度以下にて一軸延伸処理を施す(第二延伸工程)。第二延伸工程においても、結晶性樹脂フィルムを好ましくは押出方向にのみ一軸延伸する。このように、第一延伸工程における結晶性樹脂フィルムの表面温度よりも高い表面温度にて結晶性樹脂フィルムに第一延伸工程時と同一方向に延伸処理を施すことによって、第一延伸工程にて結晶性樹脂フィルムに形成された多数の微小孔部を成長させることができる。
次に、延伸工程において一軸延伸が施された結晶性樹脂フィルムにアニール処理を施すアニーリング工程を行う。アニーリング工程では、延伸工程後の結晶性樹脂フィルムを、その表面温度が110〜165℃にて加熱しながら、表面の十点平均粗さRzが0.6〜500μmであるアニーリングロール(A)、又は表面にフッ素原子を含有する層を有するアニーリングロール(B)からなる少なくとも2本のアニーリングロールに順次、供給して搬送し、上記結晶性樹脂フィルムをその延伸方向に3〜10%の収縮率で収縮させる。このようなアニーリング工程によれば、上述した延伸工程において加えられた延伸によって結晶性樹脂フィルムに生じた残存歪みを緩和して、得られる微孔樹脂フィルムに加熱による熱収縮が生じるのを抑えることができる。
(押出工程)
アイソタクチックホモポリプロピレン(重量平均分子量Mw413,000、数平均分子量Mn44,300、分子量分布(Mw/Mn)9.3、融点163℃)を押出機に供給して樹脂温度200℃にて溶融混練し、押出機の先端に取り付けられたTダイからフィルム状に押出した後、表面温度が30℃となるまで冷却して、厚みが30μmで且つ幅が200mmの長尺状のホモポリプロピレンフィルムを得た(押出工程)。なお、押出量は10kg/時間、製膜速度は22m/分、ドロー比は70であった。
次に、外径が178mmの円筒状の芯体を用意し、この芯体をその軸芯を中心にして周方向に回転させて、芯体に長尺状のホモポリプロピレンフィルム(長さ400m)をロール状に巻取ることによりホモポリプロピレンフィルムロールを得た。このホモポリプロピレンフィルムロールを、ホモポリプロピレンフィルムロールを設置している場所の雰囲気温度が145℃である熱風炉中で24時間に亘って放置して養生した。このとき、ホモポリプロピレンフィルムロールの表面から内部まで全体的にホモポリプロピレンフィルムの温度が熱風炉内部の温度と同じ温度になっていた。
次に、養生を施したホモポリプロピレンフィルムロールからホモポリプロピレンフィルムを0.5m/分の巻出速度で連続的に巻き出し、ホモポリプロピレンフィルムの表面温度が23℃となるようにして50%/分の延伸速度にて延伸倍率1.4倍に押出方向にのみ一軸延伸装置を用いて一軸延伸した。
続いて、ホモポリプロピレンフィルムを一軸延伸装置を用いて表面温度が120℃となるようにして42%/分の延伸速度にて延伸倍率2倍に押出方向にのみ一軸延伸した。
次に、内部に2本のアニーリングロール(A1)が相互に所定の間隔を存して上下に配設されている熱風炉を用いてアニーリング工程を実施した。2本のアニーリングロール(A1)は、それぞれ、表面に硬質クロムめっき処理が施されてなり且つ表面の十点平均粗さRzが0.6であった。そして、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における上流側に配置されたアニーリングロール(A1)を回転速度1.4m/分で回転させ、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における下流側に配置されたアニーリングロール(A1)を回転速度1.36m/分で回転させた。また、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向において、上流側のアニーリングロール(A1)に対して、下流側のアニーリングロール(A1)を上方に配置した。
アニーリング工程において、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における下流側に配置されたアニーリングロール(A1)の回転速度を1.26m/分とすることによって、ホモポリプロピレンフィルムをその延伸方向(搬送方向)に10%の収縮率となるように収縮させた以外は、実施例1と同様にして、厚みが28μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、表面が硬質クロムめっき処理されてなり且つ表面の十点平均粗さRzが0.3であるアニーリングロール(A2)を用いた以外は、実施例1と同様にして、厚みが25μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、表面が硬質クロムめっき処理されてなり且つ表面の十点平均粗さRzが630であるアニーリングロール(A3)を用いた以外は、実施例1と同様にして、厚みが25μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、表面が硬質クロムめっき処理されてなり且つ表面の十点平均粗さRzが630であるアニーリングロール(A3)を用い、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における下流側に配置されたアニーリングロール(A3)の回転速度を1.26m/分とすることによって、ホモポリプロピレンフィルムをその延伸方向(搬送方向)に10%の収縮率となるように収縮させた以外は、実施例1と同様にして、厚みが27μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、シリコーン系粘着剤を含む粘着剤層とPTFEフィルムからなる層(b1)とがこの順で積層一体化されてなる粘着テープ(日東電工株式会社製 製品名 ニトフロン(登録商標) No.903UL)が、粘着剤層によって表面に接着一体化されることにより、PTFEを含む層(b1)が最表面に配置されているアニーリングロール(B1)を用いた以外は、実施例1と同様にして、厚みが25μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、シリコーン系粘着剤を含む粘着剤層とPTFEフィルムからなる層(b1)とがこの順で積層一体化されてなる粘着テープ(日東電工株式会社製 製品名 ニトフロン(登録商標) No.903UL)が、粘着剤層によって、表面に接着一体化されることによって、PTFEを含む層(b1)が最表面に配置されているアニーリングロール(B1)を用い、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における下流側に配置されたアニーリングロール(B1)の回転速度を1.26m/分とすることによって、ホモポリプロピレンフィルムをその延伸方向(搬送方向)に10%の収縮率となるように収縮させた以外は、実施例1と同様にして、厚みが27μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、無電解ニッケル皮膜中にポリテトラフルオロエチレン粒子が分散されている層(b2)が、表面に形成されてなるアニーリングロール(B2)を用いた以外は、実施例1と同様にして、厚みが25μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、無電解ニッケル皮膜中にポリテトラフルオロエチレン粒子が分散されている層(b2)が、表面に形成されてなるアニーリングロール(B2)を用い、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における下流側に配置されたアニーリングロール(B2)の回転速度を1.26m/分とすることによって、ホモポリプロピレンフィルムをその延伸方向(搬送方向)に10%の収縮率となるように収縮させた以外は、実施例1と同様にして、厚みが28μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、無電解ニッケル皮膜中にポリテトラフルオロエチレン粒子が分散されている層(b2)が、表面に形成されてなるアニーリングロール(B2)を用い、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における下流側に配置されたアニーリングロール(B2)の回転速度を1.37m/分とすることによって、ホモポリプロピレンフィルムをその延伸方向(搬送方向)に2%の収縮率となるように収縮させた以外は、実施例1と同様にして、厚みが24μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
アニーリング工程において、アニーリングロール(A1)に代えて、無電解ニッケル皮膜中にポリテトラフルオロエチレン粒子が分散されている層(b2)が、表面に形成されてなるアニーリングロール(B2)を用い、ホモポリプロピレンフィルムの搬送方向における下流側に配置されたアニーリングロール(B2)の回転速度を1.19m/分とすることによって、ホモポリプロピレンフィルムをその延伸方向(搬送方向)に15%の収縮率となるように収縮させた以外は、実施例1と同様にして、厚みが28μmであり且つ長尺状の微孔ホモプロピレンフィルムを得た。
得られた微孔ホモプロピレンフィルムの透気度、105℃で2時間加熱した後の熱収縮率、75度鏡面光沢度の最大値と最小値との差、微小孔部の開口端の最大長径及び平均長径、孔密度及び表面開口率を上述の要領で測定した。また、微孔ホモプロピレンフィルム表面にスジやシワなどの欠陥の発生の有無を目視によって評価した。さらに、下記手順に従って、微孔ホモプロピレンフィルムをセパレータとして用いてリチウムイオン電池を作製し、リチウムイオン電池について放電容量の保持率を測定した。これらの結果を表1及び2に示した。
正極活物質としてマンガン酸リチウム92重量%、導電助剤としてカーボンブラック4重量%、及びバインダー樹脂としてポリフッ化ビニリデン4重量%を混合して攪拌することにより正極形成用組成物を調製し、この正極形成用組成物を正極集電体としてのアルミニウム箔の一面にコンマコーターを用いて塗布し、乾燥させることにより正極活物質層を作製した。その後、正極活物質層が一面に形成されている正極集電体を縦37mm×横37mmに打ち抜くことにより正極を得た。
500サイクル放電容量保持率(%)=100×(A1/A0)
Claims (7)
- 結晶性樹脂を含む結晶性樹脂フィルムを一軸延伸することによって微小孔部が形成されてなる微孔樹脂フィルムであって、
透気度が250s/100mL以下であり、105℃で2時間加熱した後の熱収縮率が4%以下であり、且つ75度鏡面光沢度の最大値と最小値との差が5%以下であることを特徴とする微孔樹脂フィルム。 - 結晶性樹脂が、プロピレン系樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載の微孔樹脂フィルム。
- プロピレン系樹脂は、重量平均分子量が25万〜50万であり、分子量分布が7.5〜12.0であり、且つ融点が160〜170℃であることを特徴とする請求項2に記載の微孔樹脂フィルム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の微孔樹脂フィルムを含んでいることを特徴とするリチウムイオン電池用セパレータ。
- 結晶性樹脂を押出機に供給して溶融混練し、上記押出機の先端に取り付けたTダイから押出すことにより結晶性樹脂フィルムを得る押出工程と、
上記押出工程で得られた結晶性樹脂フィルムを、上記結晶性樹脂の融点よりも30℃低い温度以上で且つ上記結晶性樹脂の融点より5℃低い温度以下にて養生する養生工程と、
上記養生工程後の結晶性樹脂フィルムを一軸延伸する延伸工程と、
上記延伸工程後の結晶性樹脂フィルムを、その表面温度が110〜165℃にて加熱しながら、表面の十点平均粗さRzが0.6〜500μmであるアニーリングロール(A)、又は表面にフッ素原子を含有する層を有するアニーリングロール(B)からなる少なくとも2本のアニーリングロールに順次、供給して搬送し、上記結晶性樹脂フィルムをその延伸方向に3〜10%の収縮率で収縮させるアニーリング工程と、を含むことを特徴とする微孔樹脂フィルムの製造方法。 - 押出工程において、結晶性樹脂を押出機にて上記結晶性樹脂の融点よりも20℃高い温度以上で且つ上記結晶性樹脂の融点よりも100℃高い温度以下にて溶融混練することを特徴とする請求項5に記載の微孔樹脂フィルムの製造方法。
- 延伸工程が、結晶性樹脂フィルムをその表面温度が−20〜100℃にて延伸倍率1.05〜2倍に延伸する第一延伸工程と、この第一延伸工程後の結晶性樹脂フィルムをその表面温度が第一延伸工程における上記延結晶性樹脂フィルムの表面温度より高く且つ上記結晶性樹脂の融点より10〜100℃低い温度以下にて延伸倍率1.05〜3倍に延伸する第二延伸工程とを含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の微孔樹脂フィルムの製造方法。
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