JP5883446B2 - 孔隙が保護された多層複合分離膜およびその製造方法 - Google Patents

孔隙が保護された多層複合分離膜およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、２次電池用分離膜および各種の複合多孔性分離膜を製造する時に適用することができる改善された方法として、複合多孔性分離膜の性能および安全性を向上させることができる製造方法およびその製造方法によって製造された複合多孔性分離膜に関する。
最近、ＩＴ産業が発展するにつれてノートブック、携帯電話などのMobile電気／電子機器の市場が拡大しており、グリーンエネルギーに対する関心と投資を通じて電気自動車の開発も急速に進行している。このようなMobile機器や電気自動車の開発において、エネルギー貯蔵源として核心的な役割を行う電池、その中でも特にリチウム２次電池に対する研究と開発が大きく注目されている。このリチウム２次電池は陽極、陰極と共に微細多孔膜である分離膜を用いて製造されるが、この分離膜の材料としては主にポリオレフィンが用いられている。
リチウム２次電池は、１９９０年代初めに開発された電池であり、過去の在来の電池に比べてエネルギー密度、出力などの性能に非常に優れるために現在脚光を浴びているが、有機電解液を用いるため、過充電、短絡などの異常的な状況では、爆発、発火などの安全に係る問題をもたらし得る。
このような異常状況での安全に係る問題を防止するための方法のうち一つとして、分離膜はシャットダウン(Shutdown)機能を有しており、このようなシャットダウン機能は、電池が異常過熱された場合、分離膜の材料であるポリオレフィンが溶融して分離膜内の孔隙(Pore)を塞いでリチウムイオンの動きを遮断することによって電池化学反応を制御するようにする機能である。このようなシャットダウンが発生する温度をシャットダウン温度といい、これは、分離膜の重要な特性中の一つであり、一般的にシャットダウン温度が低いほど安全性が高いと考えられる。しかし、シャットダウン後にも電池が異常過熱現象を示してその温度がポリオレフィンの融点以上に上昇し続ける場合、分離膜が熱溶融（Meltdown）して膜が破壊されて陽極と陰極が直接に接する状態となり、短絡を引き起こして爆発／発火につながり得る。
特に電気自動車のように高容量の多くの電池を適用する場合は、電池の安全性に対する要求が非常に高く、このような要求を満たすためにポリオレフィン系分離膜の表面に高分子バインダーと無機物粒子を混合してコーティングする多層複合分離膜が公示されている（韓国登録特許公報第０３３２６７８号、米国特許第６４３２５８６号）。このような高分子バインダーと無機物を含有する層が形成された分離膜では、上記で説明した分離膜の熱溶融温度以上においても高分子バインダーと無機物層が絶縁層として存在するため、陽極と陰極が直接に接する状態およびそれによる短絡を防止することができる。
しかし、このような高分子バインダーと無機物層が塗布された分離膜の場合、その製造過程において、高分子バインダーを含有した溶液が毛細管現象によって分離膜の孔隙の中に吸い込まれて、基材(Substrate)として用いられるポリオレフィン系分離膜の表面および内部の孔隙(Pore)を塞ぐことによって顕著な透過度の低下をもたらす。さらには、これにより、シャットダウン温度において孔隙(Pore)が塞がるシャットダウン機能を孔隙の中の高分子バインダーが妨害して、シャットダウン温度が高分子バインダーの溶融温度まで高くなったりシャットダウンが起こらなくなったりするという問題が発生する。
また、コーティングする時、高分子バインダーが孔隙を塞ぐ問題を解決するために、ポリオレフィン系分離膜の製造工程中の抽出工程の前ステップであるポリオレフィン樹脂と可塑剤を含むシート状成形体に高分子バインダーと無機物を含有する溶液をコーティングした後、可塑剤を抽出する方式の製造方法が提案されたことがある（日本公開特許第２００７−２７３４４３号）。しかし、該方法の場合、孔隙に高分子バインダーが吸い込まれて孔隙が塞がる現象は防止することができるが、可塑剤を抽出する過程で、抽出溶媒によって、可塑剤だけでなく高分子バインダーと無機物層も一定部分が溶解されるため、積層された無機物が剥離されたり層が損傷したりして不均一となるという問題がある。
韓国登録特許公報第０３３２６７８号 米国特許第６４３２５８６号 日本公開特許第２００７−２７３４４３号
そこで、本発明者は、前述した従来技術の問題点を解決するために広範囲な研究を重ねた結果、ポリオレフィン系微細多孔膜の表面に塗布溶液を塗布する前、別の溶媒を塗布して孔隙(Pore)を充填した後、当該溶媒が乾燥される前に高分子バインダーと無機物粒子を含有した塗布溶液をコーティングし共に乾燥させる塗布方式を適用することにより、毛細管現象によって高分子バインダーが孔隙(Pore)を塞ぐことを防止することができ、このような方式は、コーティング後に抽出過程がないため、抽出溶媒によって塗布層が剥離されたり損傷したりすることがない長所があるという事実を見出した。
したがって、本発明の目的は、塗布方式を改善することにより、孔隙の塞がりがなく、優れた透過度とシャットダウン機能を有する多層複合分離膜を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明による多層複合多孔膜の製造方法は、
（ａ）微細多孔膜基材を選定するステップと、
（ｂ）高分子バインダー、または高分子バインダーと無機物粒子を含有する塗布溶液を製造するステップと、
（ｃ）前記微細多孔膜基材の少なくとも一面に沸点３５℃〜２５０℃の溶媒を用いて微細多孔膜の孔隙を塞いで保護するステップと、
（ｄ）孔隙を塞いで保護された微細多孔膜に前記（ｂ）ステップの塗布溶液を塗布するステップ、および
（ｅ）前記孔隙を塞いだ溶媒および塗布溶液内の溶媒を除去して、多孔塗布層が形成された多層複合多孔膜を製造するステップと、
を含む多層複合多孔膜の製造方法に関するものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のポリオレフィン微細多孔膜基材は、ポリエチレン、ポリプロピレンを含むポリオレフィンを主成分とし、この時、主成分とは、微細多孔膜基材を構成する樹脂成分のうちポリオレフィン樹脂の比率が最も高いということを意味する。
本発明の微細多孔膜基材を２次電池用分離膜として用いる場合、シャットダウン機能の側面で微細多孔膜を構成する樹脂成分の質量比率の５０〜１００％をポリオレフィンが占めることが好ましく、より好ましくは７０〜１００％である。これは、ポリオレフィン樹脂の比率が小さすぎる場合、シャットダウン機能が十分に発現されないためである。
前記ポリオレフィン系微細多孔膜基材の主成分としては、ポリエチレンまたはポリプロピレンを単独で用いてもよく、ポリエチレンとポリプロピレンを混合して用いてもよい。このような混合使用時、ポリプロピレン含量が増加するほど微細多孔膜の耐熱性が向上するという長所があるが、ポリプロピレン含量が高すぎる場合、樹脂成分の熱溶融温度が上昇してシャットダウン温度が過度に高くなるか、シャットダウン機能が十分に発現されなくなる。したがって、ポリオレフィン中のポリプロピレンが占める質量比率に特に限定はないが、ポリオレフィン中のポリプロピレンが占める質量比率は０〜１０％が好ましい。
また、本発明のポリオレフィン系微細多孔膜基材は、上記のようにポリオレフィンを主成分とする単層微細多孔膜の他に、各層の構成成分を相違にした多層微細多孔膜も可能である。より具体的には、ポリエチレンを主成分とする層またはポリプロピレンを主成分とする層を含む２層以上の分離膜が可能であり、その一例として、表面層はポリプロピレン、内部層はポリエチレンが用いられた３層微細多孔膜などがある。
前記ポリオレフィン系微細多孔膜基材は、膜の内部に多くの孔隙(Pore)を有するように製造し、このような孔隙の大きさ、個数および経路などに応じて微細多孔膜の透過度が決定される。ポリオレフィン系微細多孔膜が２次電池用分離膜として用いられる場合、孔隙の大きさは、通常、０．００１〜１．０μｍの範囲を有することが好ましく、微細多孔膜基材の透過度(Gurley値)は、１００ｃｃの空気が分離膜を通過するのにかかる時間である空気透過度(Air Permeability)の形態で表示され、このような透過度は５０〜１，０００ｓｅｃ／１００ｃｃの範囲を有することが好ましい。
本発明に用いられる塗布溶液は、塗布溶媒に高分子バインダーを溶解させた後、無機物粒子を投入し攪拌して製造するか、高分子バインダーと無機物粒子を同時に投入、攪拌して製造する。
前記高分子バインダーは、ポリオレフィン系微細多孔膜基材の溶融温度より高い１５０℃以上の溶融温度またはガラス転移温度を有し、且つ、電気化学的に安定し、電解質に溶解されない高分子樹脂が好ましい。高分子樹脂の具体的な例としてはポリフェニルスルホン(Polyphenylsulfone)、ポリスルホン(Polysulfone)、ポリイミド(Polyimide)、ポリアミドイミド(Polyamideimide)、ポリアリールアミド(Polyarylamide)、ポリアリレート(Polyarylate)、ポリカーボネート(Polycarbonate)、ポリビニリデンフルオリド(Polyvinyldenefluoride)およびその共重合体から選択されることができるが、これらに制限されるものではない。
また、前記高分子バインダーを用いて微細多孔膜基材にコーティングする多孔塗布層を形成する時、前記高分子樹脂を単独または２種以上の混合物として用いるか、無機物粒子なしで高分子樹脂だけを用いることができる。
前記無機物粒子は、通常の無機物粒子を用いることができ、好ましくは、電気絶縁性が高く、電気化学的に安定したものが良い。これに対する具体的な例として、炭酸カルシウム(Calcium Carbonate)、アルミナ(Alumina)、水酸化アルミニウム(Aluminum Hydroxide)、シリカ(Silica)、チタン酸バリウム(Barium Titanium Oxide)、酸化マグネシウム(Magnesium Oxide)、水酸化マグネシウム(Magnesium Hydroxide)、タルク(Talc)、クレイ(Clay)、酸化チタン(Titanium Oxide)などが挙げられ、単独または２種以上の混合物として用いることもできるが、これらに制限するものではない。
前記無機物粒子の大きさに特に制限はないが、通常、０．０１〜１０μｍの範囲が好ましく、これは、０．０１μｍ未満の小さい粒子を用いる場合は、粒子分散性を確保することが難しいために多孔層の厚さおよび物性が不均一となる恐れがあり、また、１０μｍを超過する大きい粒子を用いる場合は、基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜に対して多孔層が厚すぎて機械的物性の低下および厚さが薄い分離膜の製造が困難であるという短所がある。
前記多層複合多孔膜は、ポリオレフィン系微細多孔膜基材の表面に高分子バインダー、または高分子バインダーと無機物粒子を含有した塗布溶液で塗布した多層構造の多孔膜を意味する。前記多層構造の多孔膜に製造することにより、分離膜の主成分である微細多孔膜基材であるポリオレフィン樹脂の溶融温度以上に電池が過熱される場合に発生し得る分離膜の収縮または溶融およびそれによる電池の発火または爆発を防止することができる。また、高分子バインダーと無機物粒子の混合形態で積層された多孔塗布層を形成することにより、無機物粒子同士がかみ合わさって分離膜の熱収縮防止する効果を減らすことができ、または、ポリオレフィンまたは高分子バインダーの溶融温度以上でも電池内の陽極と陰極が互いに接することを防止するという効果がある。
本発明は、微細多孔膜基材の少なくとも一面に沸点３０℃〜２５０℃以下の溶媒を用いて含浸または塗布することによって微細多孔膜基材の孔隙を塞ぐステップを含む。その後のステップに適用される塗布溶液のコーティングが孔隙を保護して透過度の減少を防止する役割を果たすようにすることを特徴とする。
多孔塗布層を形成する前に先に溶媒で孔隙を塞ぐのは、基材の表面を塗布溶液で塗布する時、塗布溶液が毛細管効果によって孔隙の内部に充填されて、分離膜としての重要な機能である透過度とシャットダウン機能を低下させることを防止するためである。
また、乾燥ステップにおいて、塗布溶液がより表面に存在して先に孔隙に充填された溶媒が後に乾燥されるようになる。したがって、溶媒で予め孔隙を塞がない場合より溶媒を用いて微細多孔膜基材の孔隙を塞いだ場合が、塗布溶液が孔隙内に浸透する確率が顕著に低くなる。その結果、最終的に形成される多層複合多孔膜の孔隙を閉鎖しなくなって透過度がそのまま維持されるようになる。
前記孔隙を塞ぐ溶媒の沸点が３０℃未満である場合は、沸点が低すぎるために速く乾燥されることによって塗布溶液が塗布されるまで孔隙を塞いだ状態を維持し難く、溶媒の沸点が２５０℃を超過する場合は、塗布溶液を塗布した後に乾燥が難しいために溶媒で充填された孔隙を再び空の孔隙状態に戻し難いので好ましくない。
前記微細多孔膜基材の孔隙を保護する溶媒の具体的な例としては、特に制限されないが、ペンタン(Pentane)、塩化メチレン(Methylene Chloride)、二硫化炭素(Carbon Disulfide)、シクロペンタン(Cyclopentane)、ＭＴＢＥ(Methyl tert-butyl ether)、アセトン(Acetone)、クロロホルム(Chloroform)、メタノール(Methanol)、テトラヒドロフラン(Tetrahydrofuran、THF)、ｎ−ヘキサン(n-Hexane)、トリフルオロ酢酸(Trifluoroacetic Acid)、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、酢酸エチル(Ethyl Acetate)、エタノール(Ethanol)、ＭＥＫ(Methyl Ethyl Ketone)、ベンゼン(Benzene)、シクロヘキサン(Cyclohexane)、アセトニトリル(Acetonitrile)、ｉｓｏ−プロパノール(iso-Propanol)、ｔｅｒｔ−ブタノール(tert-Butanol)、二塩化エチレン(Ethylene Dichloride)、塩酸(Hydrochloric Acid)、ｎ−プロパノール(n-Propanol)、ヘプタン(Heptane)、蒸留水、ジオキサン(Dioxane)、ギ酸(Formic Acid)、ｉｓｏ−ブタノール(iso-Butanol)、トルエン(Toluene)、ピリジン(Pyridine)、ｎ−ブタノール(n-Butanol)、酢酸(Acetic Acid)、臭化エチレン(Ethylene Bromide)、クロロベンゼン(Chlorobenzene)、酢酸無水物(Acetic Acid Anhydride)、キシレン(Xylene)、ジメチルホルムアミド(Dimethyl Formamide)、ブロモベンゼン(Bromobenzene)、ジメチルアセトアミド(Dimethyl Acetamide)、フェノール(Phenol)、アニリン(Aniline)、ジメチルスルホキシド(Dimethyl Sulfoxide)、エチレングリコール(Ethylene Glycol)、樟脳(Camphor)、ＮＭＰ(N-Methyl-2-pyrrolidone)などを用いることができ、このような溶媒を単独または２種以上の混合物として用いることもできる。
また、本発明において、前記溶媒は、孔隙を塞ぐ溶媒に対する高分子バインダーの溶解度が塗布溶液に用いられた溶媒に対する高分子バインダーの溶解度以下であることがより好ましい。
また、本発明において、前記（ｃ）ステップの溶媒は［一般式１］による溶解度が前記（ｂ）ステップの塗布溶液に用いられた溶媒の溶解度以下であることが好ましい。
［一般式１］
高分子バインダーに対する溶媒の溶解度（％）＝（初めの重さ−溶解後の重さ）／初めの重さ
これは、孔隙を先に充填する溶媒の高分子バインダーに対する溶解度が低いほど、その後の多孔塗布層の形成時に高分子バインダーが孔隙内に拡散される確率が低いためである。孔隙を充填している溶媒がその後に塗布される塗布溶液の溶媒より高い溶解度を有すると、孔隙の内部への高分子バインダーの拡散が迅速に起こり、溶媒の乾燥後に孔隙の内部に高分子バインダーが存在するようになり、このような孔隙内の高分子バインダーは、透過度およびシャットダウン特性の低下をもたらし、その結果、電池の性能および安全性を低下させるようになる。
しかし、このように高分子バインダーに対する溶解度が塗布溶液の溶媒より大きい溶媒で孔隙を塞ぐ場合にも空の状態の孔隙よりは毛細管現象が少ないため、孔隙を保護する効果がある。したがって、孔隙を保護する溶媒の選択には特に制限をおかない。
本発明は、孔隙を塞いで保護された微細多孔膜に前記（ｂ）ステップで製造された塗布溶液を塗布するステップを含む。
塗布溶液を塗布する方法は、孔隙が保護された一面または両面に、塗布量あるいは塗布速度を調節して、必要とする多孔層の厚さを得ることができる方法であれば特に制限せず、具体的な例としては、ダイコーティング法、ディップコーティング法、グラビアコーティング法、減摩ロールコーティング法、リバースロールコーティング法、トランスファーロールコーティング法、ナイフコーティング法、ブレードコーティング法、ロッドコーティング法、スクイズコーティング法、キャストコーティング法、スプレー法などが挙げられる。
本発明は、前記孔隙を塞いだ溶媒および塗布溶液内の溶媒を除去して、多孔塗布層が形成された多層複合多孔膜を製造する。
本発明に用いられる孔隙を塞ぐ溶媒および塗布された多孔層内の溶媒を除去する方法は同一であり、塗布層を毀損しない方法であれば特に制限しない。これに対する具体的な例としては、溶液内の溶媒の沸点以下で常圧乾燥させる方法、低温で減圧乾燥させる方法などが挙げられる。
また、本発明の前記多層複合多孔膜は、（塗布層除去後のGurley値）／（基材のGurley値）×１００の透過度比率が２００％以下である多層複合多孔膜の製造方法に関するものである。
孔隙保護効果について具体的に調査するために、微細多孔膜基材の孔隙を塞ぐことなく塗布溶液を塗布および乾燥して多孔層を形成した複合多層多孔膜と、溶媒を用いて微細多孔膜基材の孔隙を塞いだ後、塗布溶液を塗布および乾燥して多孔層を形成した複合多層多孔膜の二つの種類に対し、塗布された多孔塗布層を除去した後の透過度(Gurley値)を測定し、これを基材として用いたポリオレフィン系微細多孔膜の透過度(Gurley値)と比較することで本発明による多層複合多孔膜の優れた特性を見ることができる。この場合、塗布層を除去する前の透過度は、基材として用いられる微細多孔膜と塗布層の透過度を意味し、塗布層を除去した後の透過度は、基材として用いられる微細多孔膜と当該微細多孔膜と塗布層間の界面の透過度を意味する。したがって、同一基材を用いる場合に塗布層の除去後の透過度が高いということは、基材と塗布層間の界面における透過度が高いということ、すなわち、塗布層の形成時に塗布溶液内の高分子樹脂による界面での孔隙の塞がりが少なくなることを意味する。
前記（塗布層除去後のGurley値）／（基材のGurley値）の透過度比率が高いほど、塗布溶液の塗布時の界面での孔隙の塞がりが激しいことを意味し、当該透過度比率が低いほど、塗布溶液の塗布時の界面での孔隙の塞がりが少なくなることを意味する。したがって、該当透過度比率は低いほど良いが、２００％以下が好ましい。透過度比率が２００％を超過する場合は、孔隙を塞ぐことなく塗布溶液を塗布する場合の透過度比率と大した差はなく、これは、溶媒による孔隙の保護がろくに行われていなかったためである。
前記で説明したように製造された多層複合多孔膜は、電気化学素子、具体的には、リチウム２次電池の分離膜として用いられることができ、特に優れた透過度とシャットダウン特性を兼ね備えることによって性能と安全性の高い電池を製造することができる。
本発明によれば、孔隙の塞がりがなく高分子バインダーと無機物層を塗布することにより、優れた透過度とシャットダウン機能を兼ね備えた多層複合多孔膜を提供することができ、これにより、性能に優れ、且つ、安全性の高い電池を製造することができる。
本発明の基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜の表面に対する電子顕微鏡写真（２０，０００倍）を示す図である。 本発明で提示する製造方法により、先ず、図１のポリオレフィン微細多孔膜基材の孔隙を溶媒で塞いだ後、溶媒が乾燥される前に基材の表面に高分子樹脂、または高分子樹脂と無機物粒子を含有した溶液を塗布して乾燥させる過程を概念的に示す図である。
以下、下記の実施例によって本発明をより具体的に説明するが、これに本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明の多層複合多孔膜の色々な特性を下記の試験方法によって評価した。
１．フィルム厚さ
厚さに対する精密度が０．１μｍである接触方式の厚さ測定器を使った。
２．気体透過度(Gurley値)
通常のGurley Densometerを使って１００ｃｃの空気が通過する時間を測定した値である。Gurley値は、一般的に透過度が高いほどその値が小さくなり、透過度が低いほどその値が高くなる。また、塗布層の除去後の気体透過度の測定は、塗布層の製造後、一般接着用のセロハンテープを塗布面に接着してから剥がす方式を使って塗布層を除去し、Gurley Densometerを使って透過度を測定した。
３．シャットダウン温度
多層複合多孔膜のシャットダウン温度は、インピーダンス(impedance)を測定することができる簡易セルで測定した。簡易セルは、多層複合多孔膜を二つの黒鉛電極の間に位置させ、内部に電解液を注入した状態で組み立てられ、１ｋＨｚ交流電流を使って２５℃から２００℃まで５℃／ｍｉｎで昇温させながら電気抵抗を測定した。この時、電気抵抗が数百〜数千Ω以上急激に増加する地点の温度をシャットダウン温度とした。測定に用いられた電解液は、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ６）をエチレンカーボネートとプロピレンカーボネート１：１溶液に１モル濃度で溶かしたものを用いた。
４．（高分子樹脂に対する）溶解度
Compression Molding Machineを使って、厚さが２．５ｍｍ、１辺が４０ｍｍである正方形の高分子樹脂試験片を製造した。この試験片の中央に直径が３ｍｍである孔をあけた後に重さを測定し、Mechanical StirrerのImpellerの代わりに取り付けた。容器に溶解度を測定しようとする溶媒を５００ｍｌ満たし、前記高分子樹脂試験片が取り付けられたMechanical Stirrerを設置した後、高分子樹脂試験片が溶液内に完全に浸るようにして５００ｒｐｍ、１時間回転させて溶解されるようにした。このような回転を通じた溶解の完了後、Mechanical Stirrerから溶媒に溶けずに残っている高分子樹脂試験片を分離した後、１００℃のVacuum Ovenで２４時間乾燥して溶媒を完全に除去し、その重さを測定した。初めに測定した試験片の重さと回転後に測定した試験片の重さにより、次のように高分子樹脂に対する溶媒の溶解度を算出した。
［一般式１］
高分子バインダーに対する溶媒の溶解度（％）＝（初めの重さ−溶解後の重さ）／初めての重さ
（１）基材の選定
基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜としては、ポリエチレン単層で構成されており、厚さ１１．９μｍ、透過度１４１ｓｅｃ／１００ｃｃである２次電池用分離膜を用いた。
（２）塗布溶液を製造する過程
ポリ（ビニリデンジフルオリド−ヘキサフルオロプロピレン）(poly(vinylidene difluoride-hexafluoropropylene)、ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）（重量平均分子量＝４５０，０００）高分子樹脂２３ｇを５２２ｇのＴＨＦに溶解させて４．２２ｗｔ％の溶液を製造した後、この高分子溶液にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（平均粒径＝０．５μｍ）３７．０ｇを投入、攪拌して、（無機物粒子）／（高分子樹脂）＝１．６１（質量比）の塗布溶液を製造した。
（３）溶媒を用いて孔隙を保護する過程
基材分離膜の断面に前記ＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂に対する溶解度が１４．７％であるＴＨＦ溶媒をSlot Dieを通して送って基材に塗布する方式のダイコーティング法を利用して、基材の一面にＴＨＦ溶媒を塗布し、孔隙に浸透させて孔隙を塞いだ。
（４）塗布溶液を塗布する過程
前記Slot Dieを利用して溶媒で孔隙を塞ぐ過程が完了した直後、塗布溶液をSlot Dieを通して送って基材に塗布する方式のダイコーティング法を利用して、基材の一面に塗布して多層複合多孔膜を製造した。
（５）塗布された多層複合多孔膜を乾燥させる過程
塗布溶液に用いられた溶媒であるＴＨＦとこれに先立ち孔隙を塞いだ溶媒であるＴＨＦを除去するために、塗布が完了した前記多層複合多孔膜を常圧、４０℃に維持された状態で乾燥した。
（前記実施例１の実験条件およびこれによって得られた結果を下記の表１に示す。）
（１）基材の選定
基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜としては、ポリエチレン単層で構成されており、厚さ１２．３μｍ、透過度１４１ｓｅｃ／１００ｃｃである２次電池用分離膜を用いた。
（２）塗布溶液を製造する過程
ＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂２３ｇ（重量平均分子量＝４５０，０００）を５２２ｇのＴＨＦに溶解させて４．２２ｗｔ％の溶液を製造した後、この高分子溶液にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（平均粒径＝０．５μｍ）３６．３ｇを投入、攪拌して、（無機物粒子）／（高分子樹脂）＝１．５８（質量比）の塗布溶液を製造した。
（３）溶媒を用いて孔隙を保護する過程
前記基材分離膜をＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂に対する溶解度が５．１％であるメチルエチルケトン（ＭＥＫ）溶媒が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った溶媒をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面にＭＥＫ溶媒を塗布し、孔隙に浸透させて孔隙を塞いだ。
（４）塗布溶液を塗布する過程
前記ディップコーティング法を利用して溶媒で孔隙を塞ぐ過程が完了した直後、塗布溶液が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った塗布溶液をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面に塗布して多層複合多孔膜を製造した。
（５）塗布された多層複合多孔膜を乾燥させる過程
塗布溶液に用いられた溶媒であるＴＨＦとこれに先立ち孔隙を塞いだ溶媒であるＭＥＫを除去するために、塗布が完了した前記多層複合多孔膜を常圧、４０℃に維持された状態で乾燥した。
（前記実施例２の実験条件およびこれによって得られた結果を下記の表１に示す。）
（１）基材の選定
基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜としては、ポリエチレンにポリプロピレンが５％混合された単層で構成されており、厚さ９．３μｍ、透過度１６０ｓｅｃ／１００ｃｃである２次電池用分離膜を用いた。
（２）塗布溶液を製造する過程
ポリアリレート（Polyarylate、ＰＡＲ）高分子樹脂（重量平均分子量＝６１，０００）１６ｇをクロロホルム（ＣＨＣｌ３）５１９ｇに溶解させて２．９９ｗｔ％の溶液を製造した後、この高分子溶液に無機物である二酸化チタン（ＴｉＯ２）６４ｇ（平均粒径＝０．５μｍ）を投入して、（無機物粒子）／（高分子樹脂）＝４．００（質量比）の塗布溶液を製造した。
（３）溶媒を用いて孔隙を保護する過程
前記基材分離膜をＰＡＲ高分子樹脂に対する溶解度が２．７％である四塩化炭素（ＣＣｌ４）溶媒が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った溶媒をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面にＣＣｌ４溶媒を塗布し、孔隙に浸透させて孔隙を塞いだ。
（４）塗布溶液を塗布する過程
前記ディップコーティング法を利用して四塩化炭素で孔隙を塞ぐ過程が完了した直後、塗布溶液が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った塗布溶液をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面に塗布して多層複合多孔膜を製造した。
（５）塗布された多層複合多孔膜を乾燥させる過程
塗布溶液に用いられた溶媒であるクロロホルムとこれに先立ち孔隙を塞いだ溶媒である四塩化炭素を除去するために、塗布が完了した前記多層複合多孔膜を常圧、４０℃に維持された状態で乾燥した。
（前記実施例３の実験条件およびこれによって得られた結果を下記の表１に示す。）
［比較例１］
（１）基材の選定
基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜としては、ポリエチレン単層で構成されており、厚さ１１．８μｍ、透過度１４０ｓｅｃ／１００ｃｃである２次電池用分離膜を用いた。
（２）塗布溶液を製造する過程
ＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂（重量平均分子量＝４５０，０００）２３ｇを５２２ｇのＴＨＦに溶解させて４．２２ｗｔ％の溶液を製造した後、この高分子溶液に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）（平均粒径＝０．５μｍ）３６．８ｇを投入、攪拌して、（無機物粒子）／（高分子樹脂）＝１．６０（質量比）の塗布溶液を製造した。
（３）塗布溶液を塗布する過程
前記塗布溶液をSlot Dieを通して送って基材に塗布する方式のダイコーティング法を利用して、基材の一表面に塗布して多層複合多孔膜を製造した。
（４）塗布された多層複合多孔膜を乾燥させる過程
塗布溶液に用いられた溶媒であるＴＨＦを除去するために、塗布が完了した前記多層複合多孔膜を常圧、４０℃に維持された状態で乾燥した。
（前記比較例１の実験条件およびこれによって得られた結果を下記の表１に示す。）
［比較例２］
（１）基材の選定
基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜としては、ポリエチレン単層で構成されており、厚さ１２．０μｍ、透過度１４２ｓｅｃ／１００ｃｃである２次電池用分離膜を用いた。
（２）塗布溶液を製造する過程
ＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂（重量平均分子量＝４５０，０００）２３ｇを５２２ｇのＴＨＦに溶解させて４．２２ｗｔ％の溶液を製造した後、この高分子溶液にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（平均粒径＝０．５μｍ）３６．８ｇを投入、攪拌して、（無機物粒子）／（高分子樹脂）＝１．６０（質量比）の塗布溶液を製造した。
（３）溶媒を用いて孔隙を保護する過程
前記基材分離膜をＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂に対する溶解度が６７．７％であるＮ−メチル−２−ピロリドン（N-Methyl-2-pyrrolidone、ＮＭＰ）溶媒が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った溶媒をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面にＮＭＰ溶媒を塗布し、孔隙に浸透させて孔隙を塞いだ。
（４）塗布溶液を塗布する過程
前記ディップコーティング法を利用してＮＭＰで孔隙を塞ぐ過程が完了した直後、塗布溶液が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った塗布溶液をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面に塗布して多層複合多孔膜を製造した。
（５）塗布された多層複合多孔膜を乾燥させる過程
塗布溶液に用いられた溶媒であるＴＨＦとこれに先立ち孔隙を塞いだ溶媒であるＮＭＰを除去するために、塗布が完了した前記多層複合多孔膜を常圧、４０℃に維持された状態で乾燥した。
（前記比較例２の実験条件およびこれによって得られた結果を下記の表１に示す。）
［比較例３］
（１）基材の選定
基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜としては、ポリエチレン単層で構成されており、厚さ１１．５μｍ、透過度１４５ｓｅｃ／１００ｃｃである２次電池用分離膜を用いた。
（２）塗布溶液を製造する過程
ＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂（重量平均分子量＝４５０，０００）２３ｇを５２２ｇのＴＨＦに溶解させて４．２２ｗｔ％の溶液を製造した後、この高分子溶液にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）（平均粒径＝０．５μｍ）３７．０ｇを投入、攪拌して、（無機物粒子）／（高分子樹脂）＝１．６１（質量比）の塗布溶液を製造した。
（３）溶媒を用いて孔隙を保護する過程
前記基材分離膜をＰＶｄＦ−ＨＦＰ高分子樹脂に対する溶解度が０．４％である四塩化炭素（ＣＣｌ４）溶媒が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った溶媒をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面にＣＣｌ４溶媒を塗布し、孔隙に浸透させて孔隙を塞いだ。
（４）塗布溶液を塗布する過程
前記ディップコーティング法を利用して四塩化炭素で孔隙を塞ぐ過程が完了した後、常圧、４０℃条件で１０分間放置して、孔隙を塞いでいた四塩化炭素を全て乾燥させた後、塗布溶液が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った塗布溶液をＭｅｙｅｒ Ｂａｒを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面に塗布して多層複合多孔膜を製造した。
（５）塗布された多層複合多孔膜を乾燥させる過程
塗布溶液に用いられた溶媒であるＴＨＦを除去するために、塗布が完了した前記多層複合多孔膜を常圧、４０℃に維持された状態で乾燥した。
（前記比較例３の実験条件およびこれによって得られた結果を下記の表１に示す。）
［比較例４］
（１）基材の選定
基材として用いられるポリオレフィン系微細多孔膜としては、ポリエチレン単層で構成されており、厚さ１２．５μｍ、透過度１４５ｓｅｃ／１００ｃｃである２次電池用分離膜を用いた。
（２）塗布溶液を製造する過程
ポリアリレート（Polyarylate、ＰＡＲ）高分子樹脂（重量平均分子量＝６１，０００）１６ｇを５１９ｇのＴＨＦに溶解させて２．９９ｗｔ％の溶液を製造した後、この高分子溶液に無機物である酸化チタン（ＴｉＯ２）（平均粒径＝０．５μｍ）６４ｇを投入して、（無機物粒子）／（高分子樹脂）＝４．００（質量比）の塗布溶液を製造した。
（３）溶媒を用いて孔隙を保護する過程
前記基材分離膜をＰＡＲ高分子樹脂に対する溶解度が０．０％である液体パラフィン（Liquid Paraffin）（大井化金（株）White Mineral Oil、Boiling Point＝３０２℃）が入れられたＢａｔｈに浸してから取り出した後、表面に残った液体パラフィンをMeyer Barを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面に液体パラフィンを塗布し、孔隙に浸透させて孔隙を塞いだ。
（４）塗布溶液を塗布する過程
前記ディップコーティング法を利用して液体パラフィンで孔隙を塞ぐ過程が完了した直後、塗布溶液が入れられたBathに浸してから取り出した後、表面に残った塗布溶液をMeyer Barを使って除去する方式のディップコーティング法を利用して、基材の両面に塗布して多層複合多孔膜を製造した。
（５）塗布された多層複合多孔膜を乾燥させる過程
塗布溶液に用いられた溶媒であるＴＨＦとこれに先立ち孔隙を塞いだ液体パラフィンを除去するために、塗布が完了した前記多層複合多孔膜を常圧、４０℃に維持された状態で乾燥した。
（前記比較例４の実験条件およびこれによって得られた結果を下記の表１に示す。）
＊透過度(Gurley値)比率＝（塗布層除去後のGurley値）／（基材のGurley値）×１００
孔隙を保護せずに従来の塗布方式を用いた比較例１のガーレー(Gurley)値と本発明により微細多孔膜の少なくとも一面に溶媒を用いて孔隙を保護して製造された各実施例のガーレー(Gurley)値とを比較してみると、実施例の塗布層の塗布後のガーレー(Gurley)値が明らかに小さく示され、これにより、本発明により製造された多層複合多孔膜の場合が本発明に従わずに製造された多層複合多孔膜に比べて透過度に優れることが分かった。
また、（塗布層除去後のGurley値）／（基材のGurley値）×１００の透過度比率を見てみると、比較例に比べて実施例の透過度比率が遥かに小さいことが分かり、これにより、本発明による製造方式が、基材と塗布層間の界面において効率的に透過度の低下を防止していることが分かる。
一方、塗布溶液の溶媒と同一の溶媒であるＴＨＦを孔隙保護溶媒として用いた実施例１の場合は、透過度比率は約１５０％程度であり、孔隙保護溶媒として高分子樹脂に対する溶解度の低い溶媒であるＭＥＫを用いた実施例２の場合は、透過度比率がより低くなり、その逆に孔隙保護溶媒として高分子樹脂に対する溶解度の高い溶媒であるＮＭＰを用いた比較例２の場合は、透過度比率がより高くなったことが分かる。これにより、前記説明のように孔隙保護溶媒の高分子樹脂に対する溶解度が塗布溶液溶媒より低い場合、孔隙がより効率的に保護されることを確認した。一方、比較例３の場合は、孔隙保護溶媒として高分子樹脂に対する溶解度の低い溶媒を用いたが、孔隙を塞いだ溶媒が１００％乾燥されてからコーティングする場合であるため、本発明の効果が示されなかった。
シャットダウン温度の結果においても透過度の結果と同様に比較例より実施例の場合がより優れた結果を示し、特に孔隙保護溶媒として高分子樹脂の溶解度が低い溶媒を用いた実施例２と実施例３のシャットダウン温度がより低くなる結果を示した。
前記実施例を通じ、本発明により製造された多層複合多孔膜は、基材の孔隙が溶媒によって保護され、塗布溶液の塗布時に孔隙が塞がる現象を効果的に防止することができ、これにより、優れた透過度とシャットダウン特性を同時に有した多層複合多孔膜を製造できるということを確認した。

Claims (2)

  1. （ａ）ポリオレフィン系微細多孔膜基材を選定するステップと、
    （ｂ）高分子バインダー、または高分子バインダーと無機物粒子を含有する塗布溶液を製造するステップと、
    （ｃ）前記ポリオレフィン系微細多孔膜基材の少なくとも一面に沸点３５℃〜２５０℃の溶媒を用いてポリオレフィン系微細多孔膜の孔隙を塞いで保護するステップと、
    （ｄ）孔隙を塞いで保護されたポリオレフィン系微細多孔膜に前記（ｂ）ステップの塗布溶液を塗布するステップ、および
    （ｅ）前記孔隙を塞いだ溶媒および塗布溶液内の溶媒を除去して、多孔塗布層が形成された多層複合多孔膜を製造するステップ、
    を含み、前記高分子バインダーは、ポリアリレートおよびポリ（ビニリデンジフルオリド−ヘキサフルオロプロピレン）から選択され、溶融温度が１５０℃以上であり、（ｃ）ステップの溶媒は、［一般式１］による溶解度が（ｂ）ステップの塗布溶液に用いられた溶媒の溶解度以下であり、前記多層複合多孔膜は、（塗布層除去後のガーレー値）／（基材のガーレー値）×１００の透過度比率が２００％以下である多層複合多孔膜の製造方法。
    ［一般式１］
    高分子バインダーに対する溶媒の溶解度（％）＝（初めの重さ−溶解後の重さ）／初めの重さ
  2. 無機物粒子は、炭酸カルシウム、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、タルク、クレイ及び酸化チタンから選択される一つまたは二つ以上の混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の多層複合多孔膜の製造方法。
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