JP6110698B2 - 積層フィルム並びにこれを用いてなる電池用セパレータ及び電池 - Google Patents
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Description
上記無機微粒子(A)21は、相互に密接した状態にて上記バインダ樹脂によって一体化されており、且つ上記多孔質基材フィルム10上に単層状に配列されており、且つ
上記無機微粒子(A)21と上記多孔質基材フィルム10との間に形成された空間部に上記無機微粒子(B)22が充填されていることを特徴とする。
本発明の積層フィルムに用いられる多孔質基材フィルムとしては、オレフィン系樹脂多孔質フィルムが好ましい。
オレフィン系樹脂を、押出機にてオレフィン系樹脂の融点よりも20℃高い温度以上で且つオレフィン系樹脂の融点よりも100℃高い温度以下にて溶融混練し、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、オレフィン系樹脂フィルムを得る押出工程と、
上記押出工程後の上記オレフィン系樹脂フィルムを上記オレフィン系樹脂の融点よりも30℃低い温度以上で且つ上記オレフィン系樹脂の融点よりも1℃低い温度以下で養生する養生工程と、
上記養生工程後の上記オレフィン系樹脂フィルムを、その表面温度が−20℃以上100℃未満にて延伸倍率1.2〜1.6倍に一軸延伸する第1延伸工程と、
上記第1延伸工程において延伸が施された上記オレフィン系樹脂フィルムを、その表面温度が100〜150℃にて延伸倍率1.2〜2.2倍に一軸延伸する第2延伸工程と、
上記第2延伸工程において延伸が施されたオレフィン系樹脂フィルムをアニールするアニーリング工程と
を有する方法が挙げられる。
オレフィン系樹脂を含むオレフィン系樹脂フィルムは、オレフィン系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製造することができる。
次いで、上述した押出工程により得られたオレフィン系樹脂フィルムを養生する。このオレフィン系樹脂の養生工程は、押出工程においてオレフィン系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、オレフィン系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形成させることができ、後述するオレフィン系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孔部を形成することができる。
次に、養生工程後のオレフィン系樹脂フィルムに、その表面温度が−20℃以上100℃未満にて延伸倍率1.2〜1.6倍に一軸延伸を施す第一延伸工程を実施する。第一延伸工程では、オレフィン系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。第一延伸工程において、オレフィン系樹脂フィルム中のラメラは殆ど溶融しておらず、延伸によってラメラ同士を離間させることによって、ラメラ間の非結晶部において効率的に微細な亀裂を独立して生じさせ、この亀裂を起点として多数の微小孔部を確実に形成させる。
次いで、第一延伸工程後のオレフィン系樹脂フィルムに、その表面温度が100〜150℃にて延伸倍率1.2〜2.2倍に一軸延伸処理を施す第二延伸工程を実施する。第二延伸工程においても、オレフィン系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。このような第二延伸工程における延伸処理を行うことによって、第一延伸工程にてオレフィン系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、第二延伸工程において一軸延伸が施されたオレフィン系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。このアニーリング工程は、上述した延伸工程において加えられた延伸によってオレフィン系樹脂フィルムに生じた残存歪みを緩和して、得られるオレフィン系樹脂多孔質フィルムに加熱による熱収縮が生じるのを抑えるために行われる。
耐熱性多孔質層では、無機微粒子(A)を多孔質基材フィルム上に単層状に配列することによって多孔質基材フィルムの熱収縮応力による耐熱性多孔質層の構造破壊を高く低減していると共に、無機微粒子(B)を用いることによって無機微粒子(A)同士の結着性や、無機微粒子(A)と多孔質基材フィルムとの結着性を向上させて、耐熱性多孔質層の構造破壊及び多孔質基材フィルムの熱収縮を高く低減している。
耐熱性多孔質層中において、無機微粒子(B)は、無機微粒子(A)と多孔質基材フィルムとの間に形成された空間部に少なくとも充填されている。これにより、高温下において、多孔質基材フィルムが耐熱性多孔質層から剥離して、多孔質基材フィルムのみが収縮することを高く抑制することができる。また、耐熱性多孔質層中において、無機微粒子(B)は、無機微粒子(A)同士の間に形成された空間部にもさらに充填されていることが好ましい。これにより、無機微粒子(A)同士の結着性を高めて、無機微粒子(A)の単層状配列の崩壊による耐熱性多孔質層の崩壊を高く低減することも可能となる。
耐熱性多孔質層に含まれているバインダ樹脂は、無機微粒子(A)及び(B)同士や、無機微粒子(A)及び(B)と多孔質基材フィルムとを結着させて一体化するために用いられる。
本発明の積層フィルムの透気度は、50〜400sec/100mLが好ましく、100〜250sec/100mLがより好ましい。積層フィルムの透気度を50sec/100mL以上とすることにより、積層フィルムの機械的強度の低下を抑制することができる。また、積層フィルムの透気度を400sec/100mL以下とすることにより、積層フィルムのリチウムイオン透過性を向上させることができる。
加熱収縮率(%)=[(L0−L1)×100]/L0 (1)
(多孔質基材フィルムの作製)
ホモポリプロピレン(重量平均分子量413000、分子量分布9.3、融点163℃、融解熱量96mJ/mg)を押出機に供給して、樹脂温度200℃にて溶融混練し、押出機先端に取り付けられたTダイからフィルム状に押出し、表面温度が30℃となるまで冷却してホモポリプロピレンフィルム(厚み25μm)を得た。なお、押出量は9kg/時間、製膜速度は22m/分、ドロー比は83であった。
無機微粒子(α-アルミナ、住友化学株式会社社製 製品名「アドバンストアルミナAA−3)を、綾畳織ステンレス製の金網(縦/横=270/2000、線径0.04/0.028)に通すことで粗大粒子を除去して、無機微粒子A1を得た。
実施例1と同様にして、ホモポリプロピレン多孔質フィルムを作製した。
無機微粒子(α-アルミナ、和光純薬工業株式会社製 製品名「α-アルミナ 1μm」)を、綾畳織ステンレス製の金網(縦/横=270/2000、線径0.04/0.028)に通すことで粗大粒子を除去して、無機微粒子A2を得た。
下記手順に従って無機微粒子A3及びB2を得、無機微粒子A1(α-アルミナ)に代えて無機微粒子A3を用い、無機微粒子B1に代えて無機微粒子B2を用いた以外は、実施例1と同様の手順で積層フィルムを得た。耐熱性多孔質層中では、無機微粒子A3が、相互に密接した状態にてバインダ樹脂によって一体化されており、且つホモポリプロピレン多孔質フィルム上に単層状に配列されていた。また、耐熱性多孔質層中において、無機微粒子A3とホモポリプロピレン多孔質フィルムとの間に形成された空間部に無機微粒子B2が充填されていた。
下記手順に従って無機微粒子A4を得、無機微粒子A1(α-アルミナ)に代えて、無機微粒子A4を用いた以外は、実施例1と同様の手順で積層フィルムを得た。耐熱性多孔質層中では、無機微粒子A4が、耐熱性多孔質層の厚み方向に積層されており、単層状に配列されていなかった。
実施例1と同様の手順に従って、ホモポリプロピレン多孔質フィルムのみを作製した。
無機微粒子A1〜A4及び無機微粒子B1〜B2の粒子径を上述した方法に従って測定した。無機微粒子A1〜A4及び無機微粒子B1〜B2のそれぞれについて最大粒子径(Dmax)、最小粒子径(Dmin)を表1に示した。
実施例1〜4及び比較例1で作製した積層フィルム又は比較例2で作製したホモポリプロピレン多孔質フィルムを裁断することにより、直径が24mmの平面円形状の試験片を得た。また、体積比(EC:DEC)3:7で含む有機溶媒中にLiPF6を1mol/Lの濃度となるように溶解させてなる電解液を用意した。次に、アルゴンガス雰囲気下で、試験片に電解液50μLを含浸させた。電解液を含浸させた試験片を2枚のステンレススチール(SUS)からなる電極により挟み、電極間に電圧振幅10mV、周波数1MHz〜10kHzの電圧を印加した時に得られる交流インピーダンス(Ω)を測定した。次に、得られた交流インピーダンスの実部をX軸に、虚軸をY軸とするグラフにプロットして、Cole−Coleプロットを得た。そして、Cole−ColeプロットとX軸との交点における実部の値に、ステンレススチール電極の面積を乗じることにより、リチウムイオン透過抵抗値(Ω・cm2)を算出する。なお、交流インピーダンスの測定は、インピーダンス測定システム(Princeton Applied Research社製 VersaSTAT4)を用いて行った。
20 耐熱性多孔質層
21 無機微粒子(A)
22 無機微粒子(B)
Claims (10)
- 多孔質基材フィルムと、上記多孔質基材フィルムの少なくとも一面に積層一体化され、且つ粒子径が0.6〜10μmである無機微粒子(A)、粒子径が0.1〜0.5μmである無機微粒子(B)及びバインダ樹脂を含有する耐熱性多孔質層とを有し、正極と負極とを仕切るセパレータとして用いられる積層フィルムであって、
上記無機微粒子(A)は、相互に密接した状態にて上記バインダ樹脂によって一体化されており、且つ上記多孔質基材フィルム上に単層状に配列されており、且つ
上記無機微粒子(A)と上記多孔質基材フィルムとの間に形成された空間部に上記無機微粒子(B)が充填されていることを特徴とする積層フィルム。 - 無機微粒子(A)の最大粒子径(Dmax)と最小粒子径(Dmin)との比(Dmax/Dmin)が1.4以下であることを特徴とする請求項1に記載の積層フィルム。
- 無機微粒子(A)に対する無機微粒子(B)の重量比(B/A)が、0.05〜0.4重量部であることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層フィルム。
- 無機微粒子(A)及び(B)の融点が、それぞれ180℃以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 無機微粒子(A)及び(B)が、リン酸三リチウム粒子及び/又はホウ酸リチウム粒子を含有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 耐熱性多孔質層中におけるバインダ樹脂の含有量が、無機微粒子(A)及び(B)の合計100重量部に対して、1〜20重量部であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 多孔質基材フィルムが、オレフィン系樹脂多孔質フィルムであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 150℃で1時間加熱した後の熱収縮率が10%以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層フィルム。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の積層フィルムを含むことを特徴とする電池用セパレータ。
- 請求項9に記載の電池用セパレータを用いてなることを特徴とする電池。
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