JP6012839B1 - 非水電解液二次電池用セパレータ、非水電解液二次電池用積層セパレータ、非水電解液二次電池用部材、非水電解液二次電池、および多孔質フィルムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1−1)非水電解液二次電池用セパレータ
本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池用セパレータは、非水電解液二次電池において正極と負極との間に配置される膜状の多孔質フィルムである。
R=I(110)/(I(110)+I(200))
が0.90以上である。なお、Rは、理想的には1.00に近い方が好ましいが、200面の回折ピークをゼロに近づける制御が難しいため、0.95以下であることが好ましい。
本発明の別の実施形態では、セパレータとして、上記の多孔質フィルムである非水電解液二次電池用セパレータと、多孔質層とを備えた非水電解液二次電池用積層セパレータ(以下、積層セパレータということがある。)を用いてもよい。多孔質フィルムについては上述したとおりであるため、ここでは多孔質層について説明する。
有機物からなるフィラーとしては、具体的には、例えば、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル等の単量体の単独重合体或いは2種類以上の共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸;等からなるフィラーが挙げられる。
本発明に係る非水電解液二次電池用部材は、正極、非水電解液二次電池用セパレータまたは非水電解液二次電池用積層セパレータ、および負極がこの順で配置されてなる非水電解液二次電池用部材である。また、本発明に係る非水電解液二次電池は、非水電解液二次電池用セパレータまたは非水電解液二次電池用積層セパレータを備える。以下、非水電解液二次電池用部材として、リチウムイオン二次電池用部材を例に挙げ、非水電解液二次電池として、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。尚、上記非水電解液二次電池用セパレータ、上記非水電解液二次電池用積層セパレータ以外の非水電解液二次電池用部材、非水電解液二次電池の構成要素は、下記説明の構成要素に限定されるものではない。
以下の実施例および比較例に係る多孔質フィルムである非水電解液二次電池用セパレータの各種物性を、以下の方法で測定した。
多孔質フィルムにおけるポリエチレン結晶の(110)面のピーク面積比率Rは、(株)リガク製NANO−Viewer(X線出力:Cuターゲット、40kV、20mA)を用いて当該多孔質フィルムの広角X線回折(WAXD)測定を行い、ポリエチレンの結晶ピークの面積比率から評価した。当該サンプルのMD方向を鉛直方向にして試料ホルダーにサンプルを取り付け、X線を照射してWAXD図形を得た。回折角度2θ=21度付近に現れるポリエチレンの110ピークに関して、水平方向を方位角β=0度として方位角プロファイルを算出した。方位角プロファイルでβ=0度付近に強く現れたピークを中心に、方位角が±5度の範囲で回折角度2θに対する回折強度のプロファイルを求めた。得られた回折強度のプロファイルにおいて、回折角度2θが21度と24.5度付近に検出されるポリエチレンの(110)面と(200)面のピークの面積I(110)とI(200)を求め、下記式
R=I(110)/(I(110)+I(200))
により(110)面のピーク面積比率Rを算出した。
JIS K7130に準拠してミツトヨ製VL-50Aにて、多孔質フィルムの膜厚測定を行った。測定はフィルム1m2あたり10箇所について行い、その平均値を算出した。
多孔質フィルムを一辺の長さ10cmの正方形に切り取り、重量W(g)を測定した。そして、目付(g/m2)=W/(0.1×0.1)の式に従って目付を算出した。
多孔質フィルムの透気度(ガーレー値(秒/100cc))は、JIS P8117に基づいて、株式会社東洋精機製作所製のB型デンソメータで測定した。測定はフィルム1m2あたり10箇所について行い、その平均値を算出した。
カトーテック社製KES−G5ハンディー圧縮試験器を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度3.3mm/secの条件で突刺試験を行い、最大突刺荷重(N)を突刺強度とした。ここでサンプルはΦ11.3mmの穴があいた金枠(試料ホルダー)にシリコンゴム製のパッキンも一緒に挟み固定した。
多孔質フィルムから直径19.4mmの円形状測定用サンプルを切り出し、測定用サンプルとした。また、2032型コインセルの部材(上蓋、下蓋、ガスケット、カプトンリング(外径16.4mm、内径8mm、厚さ0.05mm)、スペーサー(直径15.5mm、厚さ0.5mmの円形状スペーサー)、アルミリング(外径16mm、内径10mm、厚さ1.6mm))(宝泉株式会社製)を用意した。
測定装置としてウォーターズ社製ゲルクロマトグラフAlliance GPC2000型を使用して、多孔質フィルムに含まれるポリエチレンの分子量を測定した。条件を以下に示す。
カラム:東ソー社製TSKgel GMHHR−H(S)HT 30cm×2、TSKgel GMH6−HTL 30cm×2
移動相:o−ジクロロベンゼン
検出器:示差屈折計
流 速:1.0mL/分
カラム温度:140℃
注入量:500μL
試料30mgをo−ジクロロベンゼン20mLに145℃で完全に溶解した後、その溶液を孔径が0.45μmの焼結フィルターでろ過し、そのろ液を供給液とした。なお、較正曲線は、分子量既知の16種の標準ポリスチレンを用いて作製した。
多孔質フィルムに含まれるポリエチレンの分岐度は、以下の測定条件にて炭素核磁気共鳴(13C NMR)スペクトル測定し、13C NMRスペクトルにおいて、5〜50ppmに観測されるすべてのピークの総和を1000として、33.1〜33.3ppm、38.1〜38.3ppmおよび39.7〜39.9ppmに付近にピークトップを有するピークの積分値の総和を算出することによって求めた。
装置:ブルカー・バイオスピン(株)製 AVANCEIII 600HD
測定プローブ:10mmクライオプローブ
測定溶媒:1,2−ジクロロベンゼン/1,1,2,2−テトラクロロエタン−d2=85/15(容積比)の混合液
試料濃度:20mg/mL
測定温度:135℃
測定方法:プロトンデカップリング法
積算回数:3000回
パルス幅:45度
パルス繰り返し時間:4秒
測定基準:テトラメチルシラン。
70mm幅の多孔質フィルムの試験片の一端に600gの錘を取り付け、当該錘による張力を掛けた状態で、図2に示す鋸歯を有する刃のカッターを多孔質フィルムのTD方向に平行になるように押し当てて、多孔質フィルムを切断した。図2の(a)は、刃の形状を示す模式図であり、(b)はカッターの外観を示す図である。刃の鋸歯は、高さ(歯の頂点と谷の底との高低差)1.73mm、ピッチ2mmである。また、カッターを300mm/secの速度で多孔質フィルムに押し当てた。
測定装置としてセイコーインスツルメンツ社製DSC6200型を使用して以下の条件で、原料樹脂の融解熱量を測定した。
分析雰囲気:N2気流下 50mL/min
温度条件:1回目昇温 30℃−180℃(10℃/min)
2回目昇温 30℃−180℃(10℃/min)
サンプル量:原料樹脂:約5.0mg
2回目昇温時に得られた114〜140℃間の面積を質量当りの融解熱量に換算した。
以下のようにして、非水電解液二次電池用セパレータまた非水電解液二次電池用積層セパレータに用いられる、実施例1〜3および比較例1、2に係る多孔質フィルムを作製した。
ポリエチレン粉末100重量部(GUR4032、セラニーズ製、重量平均分子量479万、融点134℃、融解熱量119mJ/mg)に対し、オレフィン系ワックス粉末43重量部(FNP115、日本精蝋製、重量平均分子量1000、融点115℃)と炭酸カルシウム(丸尾カルシウム、SEMで求めた平均粒子径0.10μm)170重量部をヘンシェルミキサーで混合し、その後2軸混練機にて混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得た。該ポリオレフィン系樹脂組成物を、図4に示すように、表面温度が約150℃であり、同周速度で回転する一対のロール10で圧延し、その後表面温度146℃と140℃にした一対の回転するロール11で圧延し、シート(1)を作成した。
ポリエチレン粉末100重量部(GUR2024、セラニーズ製、重量平均分子量497万、融点134℃、融解熱量126mJ/mg)に対し、オレフィン系ワックス粉末37重量部(FNP115、日本精蝋製、重量平均分子量1000、融点115℃)と炭酸カルシウム(丸尾カルシウム、SEMで求めた平均粒子径0.10μm)170重量部をヘンシェルミキサーで混合し、その後2軸混練機にて230℃に設定し混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得た。該ポリオレフィン系樹脂組成物を、図4に示すように、表面温度が約150℃であり、同周速度で回転する一対のロール10で圧延し、その後表面温度146℃と140℃にした一対の回転するロール11で圧延し、シート(2)を作成した。
ポリエチレン粉末100重量部(GUR4032、セラニーズ製、重量平均分子量497万、融点134℃、融解熱量119mJ/mg)に対し、オレフィン系ワックス粉末43重量部(FNP115、日本精蝋製、重量平均分子量1000、融点115℃)と炭酸カルシウム(丸尾カルシウム、SEMで求めた平均粒子径0.10μm)170重量部をヘンシェルミキサーで混合し、その後2軸混練機にて混練してポリオレフィン系樹脂組成物を得た。該ポリオレフィン系樹脂組成物を、表面温度が約150℃であり、同周速度で回転する一対のロールで圧延し、シート(3)を作製した。
市販されている非水電解液二次電池用のポリオレフィン多孔質フィルムの物性を表1に示した。当該多孔質フィルム中のポリエチレンの分岐度は0.57個/1000Cであった。
Claims (9)
- 重量平均分子量が50万以上であるポリエチレンを主成分とする多孔質フィルムであって、
前記多孔質フィルムに対して膜厚方向からX線照射したときの(110)面の回折ピークの面積I(110)と(200)面の回折ピークの面積I(200)とで示される面積比率R=I(110)/(I(110)+I(200))が0.90以上0.95以下であり、
膜厚が14μm以下であることを特徴とする非水電解液二次電池用セパレータ。 - ガーレー透気度が50〜300秒/100ccであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池用セパレータ。
- 前記多孔質フィルムに含まれるポリエチレンは、炭素原子1000個当たり0.1〜0.9個の分岐を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の非水電解液二次電池用セパレータ。
- 前記ポリエチレンの結晶融解の熱量が115mJ/mg〜130mJ/mgであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の非水電解液二次電池用セパレータ。
- シャットダウン温度が135〜144℃であり、突刺強度が3.4N以上であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の非水電解液二次電池用セパレータ。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の非水電解液二次電池用セパレータと、多孔質層とを備えることを特徴とする非水電解液二次電池用積層セパレータ。
- 正極と、請求項1〜5の何れか1項に記載の非水電解液二次電池用セパレータ、又は、請求項6に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータと、負極とがこの順で配置されてなることを特徴とする、非水電解液二次電池用部材。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の非水電解液二次電池用セパレータ又は請求項6に記載の非水電解液二次電池用積層セパレータを備えることを特徴とする非水電解液二次電池。
- ポリエチレンを主成分とし、非水電解液二次電池用セパレータとして用いられる多孔質フィルムの製造方法であって、
前記ポリエチレンの樹脂組成物をポリエチレンの融点よりも高い温度で圧延してシートを成形する第1圧延工程と、
前記シートを、ポリエチレンの融点よりも高く、かつ、前回の圧延時の温度よりも低い温度で前記第1圧延工程と同一方向に圧延する処理を少なくとも1回行う第2圧延工程とを含むことを特徴とする多孔質フィルムの製造方法。
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