JP6653581B2 - Porous membrane - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質膜と、当該多孔質膜の製造方法と、当該多孔質膜の二次電池又はフィルタにおける用途とに関する。 The present invention relates to a porous membrane, a method for producing the porous membrane, and use of the porous membrane in a secondary battery or a filter.
従来から、種々の多孔質膜がフィルタ等の用途で使用されている。また、近年、多孔質膜は、リチウム電池等の二次電池用のセパレータ用途への応用も進んでいる。 Conventionally, various porous membranes have been used for applications such as filters. In recent years, the application of porous membranes to separators for secondary batteries such as lithium batteries has been advanced.
例えば、ポリイミドの多孔質膜として、ポリアミド酸やポリイミドの溶液中にシリカ粒子を分散させたワニスを基板上に塗布した後、必要に応じて塗布膜を加熱してシリカ粒子を含むポリイミド膜を得、次いで、ポリイミド膜中のシリカをフッ化水素水で溶出除去して得られた多孔質膜が知られている(特許文献1参照)。 For example, as a porous film of polyimide, a varnish in which silica particles are dispersed in a solution of a polyamic acid or polyimide is applied on a substrate, and then, if necessary, the applied film is heated to obtain a polyimide film containing silica particles. Next, a porous film obtained by eluting and removing silica in a polyimide film with aqueous hydrogen fluoride is known (see Patent Document 1).
上述した多孔質ポリイミド膜は、耐熱性に優れ、且つ電極間の短絡を防ぐ機能に優れるセパレータとして種々利用されており、また、耐熱性、耐化学薬品性、耐溶剤性等に優れるため、種々のフィルターデバイスにおいてろ過材として使用され得る。
しかしながら、これらの用途で使用される多孔質ポリイミド膜について、さらに種々の特性の付与が要求されている。
The porous polyimide film described above is excellent in heat resistance, and is used in various ways as a separator excellent in a function of preventing a short circuit between electrodes, and is also excellent in heat resistance, chemical resistance, solvent resistance, etc. Can be used as a filter medium in a filter device.
However, porous polyimide films used in these applications are required to be further provided with various properties.
例えば、二次電池を製造する際に、セパレータとして使用される多孔質ポリイミド膜は、機械装置により巻かれたり湾曲させられたりした状態で、二次電池のケース内に収容される。また、フィルターデバイスにおいても、ろ過面積を大きくするために、ろ過材である多孔質膜が折りたたまれた状態でケース内に収容される場合がある。
この際、多孔質ポリイミド膜の表面の摩擦係数が高いと、多孔質ポリイミド膜を機械で加工する際に、破れや皺が生じたりする場合がある。
このような事情から、セパレータとして使用される多孔質ポリイミド膜に対して、表面の低摩擦化が望まれている。
For example, when manufacturing a secondary battery, a porous polyimide film used as a separator is housed in a case of the secondary battery in a state of being wound or curved by a mechanical device. Also, in a filter device, in order to increase a filtration area, a porous membrane as a filtering material may be housed in a case in a folded state.
At this time, if the coefficient of friction of the surface of the porous polyimide film is high, the porous polyimide film may be broken or wrinkled when the porous polyimide film is machined.
Under such circumstances, it is desired that the surface of the porous polyimide film used as a separator be reduced in friction.
本発明は、上記の状況に鑑みなされたものであり、表面が低摩擦化された、多孔質のポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜を含む多孔質膜と、当該多孔質膜の製造方法と、当該多孔質膜の二次電池又はフィルタにおける用途とを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a surface having reduced friction, a porous film including a porous polyimide and / or polyamideimide film, a method for producing the porous film, It is an object of the present invention to provide a use of a porous membrane in a secondary battery or a filter.
本発明者らは、多孔質のポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜を含む多孔質膜において、多孔質膜の二つの主面の少なくとも一方に、主面におけるフッ素原子の存在量が蛍光X線法により測定される値として0.0080mg/cm2以下であり、且つ、多孔質膜のガーレー透気度が30〜300秒であるように、フッ素化有機化合物を付着させることにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have found that in a porous film including a porous polyimide and / or polyamideimide film, the amount of fluorine atoms present on the main surface of at least one of the two main surfaces of the porous film is determined by a fluorescent X-ray method. The above problem is solved by attaching a fluorinated organic compound so that the measured value is 0.0080 mg / cm 2 or less and the Gurley air permeability of the porous film is 30 to 300 seconds. They have found that they can do this and have completed the present invention.
本発明の第一の態様は、多孔質のポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜と、フッ素化有機化合物とを含む、多孔質膜であり、
前記フッ素化有機化合物は、前記多孔質膜の二つの主面の少なくとも一方に付着しており、
蛍光X線法により測定される、前記フッ素化有機化合物が付着した前記主面におけるフッ素原子の存在量が0.0080mg/cm2以下であり、
前記多孔質膜のガーレー透気度が、30〜300秒である、多孔質膜に関する。
A first aspect of the present invention is a porous film comprising a porous polyimide and / or polyamideimide film and a fluorinated organic compound,
The fluorinated organic compound is attached to at least one of the two main surfaces of the porous film,
An abundance of fluorine atoms on the main surface to which the fluorinated organic compound is adhered, measured by a fluorescent X-ray method, is 0.0080 mg / cm 2 or less;
The present invention relates to a porous membrane, wherein the Gurley air permeability of the porous membrane is 30 to 300 seconds.
本発明の第二の態様は、ポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜を含む、未処理多孔質膜の少なくとも一方の主面に、フッ素化有機化合物を含む液を付着させることと、
未処理多孔質膜の表面に付着した液を乾燥させることと、を含む、第一の態様にかかる多孔質膜の製造方法に関する。
A second aspect of the present invention is to deposit a liquid containing a fluorinated organic compound on at least one main surface of an untreated porous film, which contains a polyimide and / or polyamideimide film,
The present invention relates to a method for producing a porous membrane according to a first aspect, comprising: drying a liquid attached to a surface of an untreated porous membrane.
本発明の第三の態様は、第一の態様にかかる多孔質膜を含む、二次電池用セパレータに関する。 A third aspect of the present invention relates to a secondary battery separator including the porous membrane according to the first aspect.
本発明の第四の態様は、第三の態様にかかる次電池用セパレータを備える二次電池に関する。 A fourth aspect of the present invention relates to a secondary battery provided with the secondary battery separator according to the third aspect.
本発明の第五の態様は、第一の態様にかかる多孔質膜を含むフィルタに関する。 A fifth aspect of the present invention relates to a filter including the porous membrane according to the first aspect.
本発明の第六の態様は、第一の態様にかかる多孔質膜を二次電池においてセパレータとして使用する方法に関する。 A sixth aspect of the present invention relates to a method for using the porous membrane according to the first aspect as a separator in a secondary battery.
本発明の第七の態様は、第一の態様にかかる多孔質膜をろ過においてフィルタとして使用する方法に関する。 A seventh aspect of the present invention relates to a method of using the porous membrane according to the first aspect as a filter in filtration.
本発明によれば、表面が低摩擦化された、多孔質のポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜を含む多孔質膜と、当該多孔質膜の製造方法と、当該多孔質膜の二次電池又はフィルタにおける用途とを提供することができる。 According to the present invention, a porous film including a porous polyimide and / or polyamideimide film having a low friction surface, a method for producing the porous film, and a secondary battery or a filter using the porous film Can be provided.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the present invention. .
≪多孔質膜の構成≫
多孔質膜は、多孔質のポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜と、フッ素化有機化合物とを含む。
フッ素化有機化合物は、多孔質膜の二つの主面の少なくとも一方に付着している。
フッ素化有機化合物は、蛍光X線法により測定される値としてフッ素原子の存在量が0.0080mg/cm2以下であるように、多孔質膜の主面に付着している。
また、多孔質膜のガーレー透気度が、30〜300秒である。
≫Configuration of porous membrane≫
The porous film includes a porous polyimide and / or polyamideimide film and a fluorinated organic compound.
The fluorinated organic compound is attached to at least one of the two main surfaces of the porous film.
The fluorinated organic compound is attached to the main surface of the porous film so that the abundance of fluorine atoms is 0.0080 mg / cm 2 or less as measured by a fluorescent X-ray method.
The Gurley air permeability of the porous film is 30 to 300 seconds.
以下、「ポリイミド及び/又はポリアミドイミド」をPIとも記す。「多孔質のポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜」を多孔質PI膜とも記す。 Hereinafter, “polyimide and / or polyamideimide” is also referred to as PI. The “porous polyimide and / or polyamideimide film” is also referred to as a porous PI film.
多孔質膜は、膜として、1つの多孔質PI膜のみを含む単層膜であってもよく、多孔質PI膜からなる複数の多孔質層からなる積層体であってもよく、多孔質PI膜からなる1以上の多孔質層(PI多孔質層)と、PI以外の材質からなる多孔質層とを含む積層体であってもよい。
なお、本出願の明細書では、多孔質膜が積層体である場合に、当該積層体に含まれる層を「多孔質層」と記す。また、多孔質膜が積層体である場合、「多孔質PI膜」と、「PI多孔質層」とは同義である。
The porous film may be a single-layer film containing only one porous PI film, or a laminate of a plurality of porous layers made of the porous PI film. The laminate may include one or more porous layers (PI porous layers) made of a film and a porous layer made of a material other than PI.
In the specification of the present application, when the porous film is a laminate, a layer included in the laminate is referred to as a “porous layer”. When the porous film is a laminate, the “porous PI film” and the “PI porous layer” have the same meaning.
多孔質膜が積層体である場合、主面の少なくとも一方が多孔質PI膜からなる多孔質層であるのが好ましく、主面の双方が多孔質PI膜からなる多孔質層であるのがより好ましい。そして、フッ素化有機化合物は、多孔質PI膜からなる主面に付着しているのが好ましい。
これは、PIが、耐熱性、耐化学薬品性、耐溶剤性との種々の特性に優れるためである。
When the porous film is a laminate, at least one of the main surfaces is preferably a porous layer made of a porous PI film, and both of the main surfaces are more preferably a porous layer made of a porous PI film. preferable. The fluorinated organic compound is preferably attached to the main surface made of the porous PI film.
This is because PI is excellent in various properties such as heat resistance, chemical resistance, and solvent resistance.
多孔質膜が、PI以外の材質からなる多孔質層を含む場合、当該多孔質層の材質は有機材料でも無機材料でもよく、有機材料が好ましい。有機材料としては、通常樹脂が使用される。 When the porous film includes a porous layer made of a material other than PI, the material of the porous layer may be an organic material or an inorganic material, and an organic material is preferable. As the organic material, a resin is usually used.
積層体である多孔質膜が、二次電池用のセパレータとして使用される場合、積層体は、最外層の一方、又は積層体の内部に、ポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFとも記す。)からなる多孔質層を含むのが好ましい。
例えば、自動車に搭載されるリチウムイオン電池のように高容量の電池においては、安全性確保の目的で、電池が高温状態になった際に、電池内部の導通を遮断しその後の温度上昇を防止できるように、セパレータに対していわゆるシャットダウン特性の付与が要求されている。
積層体である多孔質膜が、最外層の一方、又は積層体の内部にPVDF多孔質層を含む場合、積層体である多孔質膜が高温にさらされた場合にPVDF多孔質層が軟化、溶融し、多孔質膜の表面又は内部にPVDF被膜が速やかに形成される。このため、積層体である多孔質膜が、最外層の一方、又は積層体の内部にPVDF多孔質層を含むことで、多孔質膜に、所望するシャットダウン特性を付与しやすい。
When the porous film that is a laminate is used as a separator for a secondary battery, the laminate is made of polyvinylidene fluoride (hereinafter, also referred to as PVDF) in one of the outermost layers or inside the laminate. It preferably contains a porous layer.
For example, in the case of high-capacity batteries such as lithium-ion batteries installed in automobiles, for the purpose of ensuring safety, when the battery becomes hot, the internal conduction of the battery is cut off and the subsequent temperature rise is prevented. To be able to do so, it is required that the separator be provided with a so-called shutdown characteristic.
When the porous film that is a laminate includes a PVDF porous layer in one of the outermost layers or the inside of the laminate, the PVDF porous layer softens when the porous film that is the laminate is exposed to a high temperature, It melts, and a PVDF film is quickly formed on the surface or inside of the porous film. For this reason, by including the PVDF porous layer in one of the outermost layers or the inside of the laminate, the porous film that is a laminate easily imparts a desired shutdown characteristic to the porous film.
多孔質膜がPVDF多孔質層を含む積層体である場合の、典型的な構成としては、PIからなる多孔質層(PI多孔質層)の片面にPVDFからなる多孔質層(PVDF多孔質層)が積層された2層構成、及びPI多孔質層/PVDF多孔質層/PI多孔質層の3層構成が挙げられる。積層体の構成はこれらの構成に限定されない。積層体は、4層以上を含む積層体であってもよい。またPI多孔質層とPVDF多孔質層との間に他の多孔質層を含んでいてもよい。
上記の積層体の構成としては、製造が容易である点から、PI多孔質層の片面にPVDF多孔質層が積層された2層構成が好ましい。
When the porous film is a laminate including a PVDF porous layer, a typical configuration is such that a porous layer made of PVDF (PVDF porous layer) is formed on one surface of a porous layer made of PI (PI porous layer). ) And a three-layer structure of PI porous layer / PVDF porous layer / PI porous layer. The configuration of the laminate is not limited to these configurations. The laminate may be a laminate including four or more layers. Further, another porous layer may be included between the PI porous layer and the PVDF porous layer.
As the structure of the above-mentioned laminate, a two-layer structure in which a PVDF porous layer is laminated on one surface of a PI porous layer is preferable from the viewpoint of easy production.
なお、PVDF等のフッ素を含有する樹脂からなる多孔質層を、双方の主面に備える多孔質膜は、主面におけるフッ素原子の存在量の点において、本願発明にかかる多孔質膜に該当しない。 Note that a porous film including a porous layer made of a fluorine-containing resin such as PVDF on both main surfaces does not correspond to the porous film according to the present invention in terms of the amount of fluorine atoms present on the main surfaces. .
多孔質膜が積層体である場合、ラミネート法等の常法に従って積層体を形成することができる。また、積層体の最外層のいずれか一方を構成する多孔質層の上に、順次、積層体に含まれる多孔質層を形成していってもよい。また、多孔質層の前駆層を、ラミネート法、塗布法等により積層した後に、前駆層の積層体を多孔質化して、積層体である多孔質膜を形成することもできる。前駆層としては、例えば、樹脂からなるマトリックス中に、熱分解や、有機溶剤、水、酸、又はアルカリ等による処理により除去可能な微粒子を含む層が挙げられる。 When the porous film is a laminate, the laminate can be formed according to a conventional method such as a lamination method. Further, a porous layer included in the laminate may be sequentially formed on the porous layer constituting one of the outermost layers of the laminate. After laminating a precursor layer of a porous layer by a lamination method, a coating method, or the like, the laminate of the precursor layers may be made porous to form a porous film as a laminate. Examples of the precursor layer include a layer containing fine particles that can be removed by thermal decomposition or treatment with an organic solvent, water, acid, alkali, or the like, in a matrix made of a resin.
多孔質膜が備える空隙の形状は、多孔質膜が、一方の主面から他方の主面へ流体を流通させることができる限り特に限定されない。
多孔質膜は、それぞれ所望の空隙率を有し、後述するように、球状孔が相互に連通した構造(以下、連通孔と略称する)を有するのが好ましい。多孔質膜が積層体である場合に、積層体に含まれる多孔質層についても同様である。
孔の形状に関する球状は、真球状を含む概念であるが、必ずしも真球のみに限定されない。球状とは、実質的に真球状であればよく、孔部の拡大像を目視により確認した場合に略真球状と認識できる形状も、球状に含まれる。
具体的には球状孔では、孔部を規定する面が曲面であり、当該曲面により真球状又は略真球上の空孔が規定されていればよい。
なお、多孔質膜が積層体である場合に、積層体を構成する各多孔質層について、空隙率や、連通孔を構成する球状孔の孔径は、同じであっても異なっていてもよい。
The shape of the voids provided in the porous membrane is not particularly limited as long as the porous membrane can flow a fluid from one main surface to the other main surface.
The porous membrane preferably has a desired porosity, and preferably has a structure in which spherical holes communicate with each other (hereinafter, simply referred to as communication holes), as described later. When the porous film is a laminate, the same applies to the porous layer included in the laminate.
The spherical shape related to the shape of the hole is a concept including a true sphere, but is not necessarily limited to a true sphere. The spherical shape may be a substantially spherical shape, and a shape that can be recognized as a substantially true spherical shape when an enlarged image of the hole is visually confirmed is also included in the spherical shape.
Specifically, in a spherical hole, the surface that defines the hole is a curved surface, and the curved surface may define a true spherical or substantially spherical hole.
In the case where the porous film is a laminate, the porosity and the pore diameter of the spherical holes constituting the communication holes may be the same or different for each porous layer constituting the laminate.
例えば、多孔質PI膜について、個々の球状孔は、典型的には、後述するPI−微粒子複合膜中に存在する個々の微粒子が後工程で除去されることにより形成される。
また、連通孔は、後述する多孔質PI膜の製造方法において、PI−微粒子複合膜中にそれぞれ接して存在する複数の微粒子が、後工程で除去されることにより形成される。連通孔における球状孔が連通する箇所は、除去される前の複数の微粒子が互いに接触する箇所に由来する。
For example, for a porous PI film, individual spherical holes are typically formed by removing individual fine particles present in a PI-fine particle composite film described later in a later step.
Further, the communication hole is formed by removing a plurality of fine particles present in contact with each other in the PI-fine particle composite film in a later step in a method for manufacturing a porous PI film described later. The location of the communication hole where the spherical holes communicate is derived from the location where the plurality of fine particles before removal are in contact with each other.
多孔質膜の開口部の直径は、100nm〜2000nmが好ましく、200〜1000nmがより好ましく、300〜900nmがさらに好ましい。
開口部の直径は、連通孔を構成する球状孔の直径と同等又は略同等である。
多孔質膜は、多孔質膜を厚さ方向に貫通する、連通孔を流体の流路として内部に有する。これにより流体は、多孔質膜の一方の主面から、他方の主面へと透過できる。
また、多孔質膜をフィルタとして用いる場合、流体は個々の球状孔を規定する曲面に接触しながら多孔質膜の内部を通過する。多孔質膜の内部における流体の接触面積は、球状孔からなる連通孔を備えることに起因してかなり広い。このため、流体を多孔質膜を含む積層体を通過させると、多孔質膜内の球状孔に、流体内に存在する微小な物質が吸着しやすいと考えられる。
The diameter of the opening of the porous film is preferably 100 nm to 2000 nm, more preferably 200 nm to 1000 nm, and still more preferably 300 nm to 900 nm.
The diameter of the opening is equal to or substantially equal to the diameter of the spherical hole constituting the communication hole.
The porous membrane has a communication hole therein which penetrates the porous membrane in the thickness direction as a fluid flow path. This allows the fluid to permeate from one main surface of the porous membrane to the other main surface.
When the porous membrane is used as a filter, the fluid passes through the inside of the porous membrane while being in contact with the curved surface defining each spherical hole. The contact area of the fluid inside the porous membrane is considerably large due to the provision of the communication holes composed of spherical holes. For this reason, it is considered that, when the fluid passes through the laminate including the porous membrane, the minute substance existing in the fluid is likely to be adsorbed to the spherical holes in the porous membrane.
多孔質膜の膜厚は特に限定されない。セパレータとして使用される多孔質膜の膜厚は、5μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上100μm以下がより好ましく、10μm以上30μm以下が特に好ましい。フィルタとして使用される多孔質膜の膜厚は、5μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上300μm以下がより好ましく、20μm以上150μm以下が特に好ましい。多孔質膜の膜厚や、多孔質膜が積層体である場合に当該積層体に含まれる各多孔質層の膜厚は、例えばマイクロメータ等で複数の箇所の厚さを測定し平均することで求めたり、膜断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して平均することで求めたりすることができる。 The thickness of the porous film is not particularly limited. The thickness of the porous film used as the separator is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, more preferably 10 μm or more and 100 μm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 30 μm or less. The thickness of the porous membrane used as a filter is preferably from 5 μm to 500 μm, more preferably from 10 μm to 300 μm, and particularly preferably from 20 μm to 150 μm. The thickness of the porous film or, when the porous film is a laminate, the thickness of each porous layer included in the laminate, for example, measuring the thickness of a plurality of places with a micrometer or the like and averaging the thickness. Or by observing the film cross section with a scanning electron microscope (SEM) and averaging.
多孔質膜が積層体である場合、積層体に含まれるPI多孔質層や、PI以外の材質からなる多孔質層の厚さは、多孔質膜の用途に応じて適宜定められる。
積層体がPI多孔質層を含む場合、PI多孔質層の厚さは、典型的には、5μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上100μm以下がより好ましく、10μm以上30μm以下が特に好ましい。
積層体が複数のPI多孔質層を含む場合、積層体中の複数のPI多孔質層の厚さの合計は、5μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上300μm以下がより好ましい。
When the porous film is a laminate, the thickness of the PI porous layer included in the laminate and the thickness of the porous layer made of a material other than PI are appropriately determined depending on the use of the porous film.
When the laminate includes a PI porous layer, the thickness of the PI porous layer is typically preferably from 5 μm to 500 μm, more preferably from 10 μm to 100 μm, particularly preferably from 10 μm to 30 μm.
When the laminate includes a plurality of PI porous layers, the total thickness of the plurality of PI porous layers in the laminate is preferably 5 μm or more and 500 μm or less, more preferably 10 μm or more and 300 μm or less.
また、積層体がPVDF多孔質層を含む場合、PVDF多孔質層の厚さは、0.01〜5.0μmが好ましく、0.1〜4μmがより好ましく、1〜3μmが特に好ましい。
PVDF多孔質層の厚さが上記範囲内であれば、積層体である多孔質膜が高温にさらされた場合にPVDFが軟化、溶融し、PI多孔質層の表面を被覆するPVDF被膜が速やかに形成される。このため、積層体である多孔質膜が上記範囲内の厚さのPVDF多孔質層を含む場合、多孔質膜に所望する程度のシャットダウン特性を付与しやすい。
積層体が複数のPVDF多孔質層を含む場合、積層体中の複数のPVDF多孔質層の厚さの合計は、0.05〜15μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。
Further, when the laminate includes a PVDF porous layer, the thickness of the PVDF porous layer is preferably 0.01 to 5.0 μm, more preferably 0.1 to 4 μm, and particularly preferably 1 to 3 μm.
When the thickness of the PVDF porous layer is within the above range, when the porous film as the laminate is exposed to a high temperature, the PVDF softens and melts, and the PVDF coating covering the surface of the PI porous layer is quickly formed. Formed. For this reason, when the porous film which is a laminate includes a PVDF porous layer having a thickness within the above range, a desired degree of shutdown characteristics is easily imparted to the porous film.
When the laminate includes a plurality of PVDF porous layers, the total thickness of the plurality of PVDF porous layers in the laminate is preferably 0.05 to 15 μm, more preferably 1 to 10 μm.
前述の通り、多孔質膜において、二つの主面の少なくとも一方にフッ素化有機化合物が付着している。フッ素化有機化合物は、蛍光X線法により測定される値としてフッ素原子の存在量が0.0080mg/cm2以下であるように、多孔質膜の主面に付着している。電解液や有機溶剤等の濡れ性の観点で、好ましくは0.0050mg/cm2以下であり、より好ましくは0.0015mg/cm2以下であり、特に好ましくは0.0010mg/cm2未満である。
多孔質膜の主面におけるフッ素化有機化合物の付着量は、低摩擦化の効果の点や、電池に用いた場合の内部抵抗低減の点から、多孔質膜の主面におけるフッ素原子の存在量が、蛍光X線法により測定される値として0.0001mg/cm2以上である量が好ましく、0.0002mg/cm2以上がより好ましい。
As described above, in the porous film, the fluorinated organic compound is attached to at least one of the two main surfaces. The fluorinated organic compound is attached to the main surface of the porous film so that the abundance of fluorine atoms is 0.0080 mg / cm 2 or less as measured by a fluorescent X-ray method. From the viewpoint of wettability of an electrolytic solution, an organic solvent, and the like, it is preferably 0.0050 mg / cm 2 or less, more preferably 0.0015 mg / cm 2 or less, and particularly preferably less than 0.0010 mg / cm 2. .
The amount of fluorinated organic compound deposited on the main surface of the porous film depends on the amount of fluorine atoms present on the main surface of the porous film in view of the effect of lowering friction and reducing the internal resistance when used in batteries. but the amount is preferably 0.0001 mg / cm 2 or more as a value measured by a fluorescent X-ray method, 0.0002 mg / cm 2 or more is more preferable.
主面におけるフッ素化有機化合物の付着量が過多である場合、多孔質膜における流体の透過性が損なわれるおそれがある。なお、主面におけるフッ素化有機化合物の付着量は、多孔質膜のガーレー透気度が、30〜300秒であるように調整される。 If the amount of the fluorinated organic compound attached to the main surface is excessive, the fluid permeability of the porous membrane may be impaired. The amount of the fluorinated organic compound deposited on the main surface is adjusted so that the Gurley air permeability of the porous film is 30 to 300 seconds.
以下、多孔質膜に必須に含まれる、多孔質PI膜、及びフッ素化有機化合物について説明する。 Hereinafter, the porous PI film and the fluorinated organic compound which are essentially included in the porous film will be described.
≪多孔質PI膜≫
前述の通り、多孔質PI膜は、PIからなる多孔質膜であれば特に限定されない。多孔質PI膜は、それぞれ所望の空隙率を有し、球状孔が相互に連通した連通孔を有するのが好ましい。
多孔質PI膜の表面に存在する開口部の直径は、100nm〜2000nmが好ましく、200〜1000nmがより好ましく、300〜900nmがさらに好ましい。
開口部の直径は、連通孔を構成する球状孔の直径と同等又は略同等である。
好ましい多孔質PI膜である、球状孔が相互に連通した連通孔を内部に含む多孔質PI膜は、例えば、以下の方法により製造される。
«Porous PI membrane»
As described above, the porous PI film is not particularly limited as long as it is a porous film made of PI. The porous PI membrane preferably has a desired porosity, and preferably has communication holes in which spherical holes communicate with each other.
The diameter of the opening existing on the surface of the porous PI film is preferably from 100 nm to 2000 nm, more preferably from 200 to 1000 nm, and still more preferably from 300 to 900 nm.
The diameter of the opening is equal to or substantially equal to the diameter of the spherical hole constituting the communication hole.
A porous PI membrane which is a preferred porous PI membrane and has a communicating hole in which spherical holes communicate with each other is manufactured by, for example, the following method.
具体的には、
多孔質PI膜製造用組成物を用いて基板上に未焼成複合膜を成膜する未焼成PI複合膜成膜工程と、
未焼成PI複合膜を焼成してPI−微粒子複合膜を得る焼成工程と、
PI−微粒子複合膜から微粒子を除去する、微粒子除去工程と、を含む方法である。
In particular,
An unfired PI composite film forming step of forming an unfired composite film on a substrate using the composition for producing a porous PI film,
A firing step of firing the unfired PI composite film to obtain a PI-fine particle composite film;
A fine particle removing step of removing fine particles from the PI-fine particle composite film.
以下、多孔質PI膜の製造方法について、多孔質PI膜製造用組成物(以下PI用ワニスとも記す。)と、上記の多孔質PI膜の好ましい製造方法とについて詳細に説明する。 Hereinafter, with respect to the method for producing a porous PI film, a composition for producing a porous PI film (hereinafter also referred to as a varnish for PI) and a preferred method for producing the porous PI film will be described in detail.
<多孔質PI膜製造用組成物>
多孔質PI膜製造用組成物(PI用ワニス)は、ポリイミド又はポリアミドイミド、あるいはポリイミド、又はポリアミドイミドを生成し得る化合物を含有する。
ポリイミド、又はポリアミドイミドを生成し得る化合物は、ポリイミド、又はポリアミドイミド形成用の単量体であってもよく、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸や、ポリアミドイミド形成用の単量体の重合体であるポリアミドイミド前駆体であってもよい。
ポリイミド、又はポリアミドイミドを生成し得る化合物としては、ポリアミド酸と、重合体であるポリアミドイミド前駆体とが好ましい。
以上より、PI用ワニスは、ポリアミド酸、ポリイミド、ポリアミドイミド前駆体、及びポリアミドイミドからなる群より選択される1種以上を含むのが好ましい。
<Composition for producing porous PI film>
The composition for producing a porous PI film (varnish for PI) contains a polyimide or a polyamideimide, or a compound capable of forming a polyimide or a polyamideimide.
Polyimide, or a compound capable of forming polyamide imide may be a polyimide, or a monomer for polyamide imide, a polyamide acid which is a precursor of polyimide, or a polymer of a monomer for polyamide imide. May be a polyamideimide precursor.
As the compound capable of forming polyimide or polyamideimide, a polyamic acid and a polyamideimide precursor which is a polymer are preferable.
As described above, the varnish for PI preferably contains at least one selected from the group consisting of polyamic acid, polyimide, polyamideimide precursor, and polyamideimide.
以下、PI用ワニスに含まれる、必須又は任意の成分について説明する。 Hereinafter, essential or optional components contained in the varnish for PI will be described.
[ポリアミド酸]
ポリアミド酸としては、任意のテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを重合して得られるものが、特に限定されることなく使用できる。テトラカルボン酸二無水物及びジアミンの使用量は特に限定されないが、テトラカルボン酸二無水物1モルに対して、ジアミンを0.50〜1.50モル用いるのが好ましく、0.60〜1.30モル用いるのがより好ましく、0.70〜1.20モル用いるのが特に好ましい。
[Polyamic acid]
As the polyamic acid, one obtained by polymerizing an arbitrary tetracarboxylic dianhydride and a diamine can be used without any particular limitation. The amounts of the tetracarboxylic dianhydride and the diamine are not particularly limited, but it is preferable to use 0.50 to 1.50 mol of the diamine with respect to 1 mol of the tetracarboxylic dianhydride, and 0.60 to 1.50 mol. It is more preferable to use 30 mol, and it is particularly preferable to use 0.70 to 1.20 mol.
テトラカルボン酸二無水物は、従来からポリアミド酸の合成原料として使用されているテトラカルボン酸二無水物から適宜選択することができる。テトラカルボン酸二無水物は、芳香族テトラカルボン酸二無水物であっても、脂肪族テトラカルボン酸二無水物であってもよいが、得られるポリイミド樹脂の耐熱性の点から、芳香族テトラカルボン酸二無水物を使用することが好ましい。テトラカルボン酸二無水物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The tetracarboxylic dianhydride can be appropriately selected from tetracarboxylic dianhydrides conventionally used as raw materials for synthesizing polyamic acid. The tetracarboxylic dianhydride may be an aromatic tetracarboxylic dianhydride or an aliphatic tetracarboxylic dianhydride, but from the viewpoint of heat resistance of the obtained polyimide resin, aromatic tetracarboxylic dianhydride may be used. It is preferred to use carboxylic dianhydrides. As the tetracarboxylic dianhydride, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
芳香族テトラカルボン酸二無水物の好適な具体例としては、ピロメリット酸二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2,6,6−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、4,4−(p−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物、4,4−(m−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、9,9−ビス無水フタル酸フルオレン、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらの中では、価格、入手容易性等から、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物及びピロメリット酸二無水物が好ましい。また、これらのテトラカルボン酸二無水物は1種類を単独で又は二種以上混合して用いることもできる。 Preferred specific examples of the aromatic tetracarboxylic dianhydride include pyromellitic dianhydride, 1,1-bis (2,3-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, and bis (2,3-dicarboxy). Phenyl) methane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ′, 4′- Biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2,6,6-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 2,2-bis (2 , 3-Dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 2,2- Bis (2,3-dicarboxy Enyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) Ether dianhydride, bis (2,3-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, 2,2 ′, 3,3′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 4,4- (p-phenylenedioxy) diphthalic Acid dianhydride, 4,4- (m-phenylenedioxy) diphthalic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride Anhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-benzenetetracarboxylic dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride , 2, 3 6,7-anthracenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,7,8-phenanthrenetetracarboxylic dianhydride, 9,9-bisphthalene anhydride fluorene, 3,3 ′, 4,4′-diphenyl sulfone And tetracarboxylic dianhydride. Examples of the aliphatic tetracarboxylic dianhydride include ethylene tetracarboxylic dianhydride, butane tetracarboxylic dianhydride, cyclopentane tetracarboxylic dianhydride, cyclohexane tetracarboxylic dianhydride, 1,2,2 4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride and the like can be mentioned. Among these, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and pyromellitic dianhydride are preferred from the viewpoint of cost, availability and the like. These tetracarboxylic dianhydrides can be used alone or in combination of two or more.
ジアミンは、従来からポリアミド酸の合成原料として使用されているジアミンから適宜選択することができる。ジアミンは、芳香族ジアミンであっても、脂肪族ジアミンであってもよいが、得られるポリイミド樹脂の耐熱性の点から、芳香族ジアミンが好ましい。これらのジアミンは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The diamine can be appropriately selected from diamines conventionally used as raw materials for synthesizing polyamic acid. The diamine may be an aromatic diamine or an aliphatic diamine, but is preferably an aromatic diamine from the viewpoint of the heat resistance of the obtained polyimide resin. One of these diamines may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
芳香族ジアミンとしては、フェニル基が1個あるいは2〜10個程度が結合したジアミノ化合物を挙げることができる。具体的には、フェニレンジアミン及びその誘導体、ジアミノビフェニル化合物及びその誘導体、ジアミノジフェニル化合物及びその誘導体、ジアミノトリフェニル化合物及びその誘導体、ジアミノナフタレン及びその誘導体、アミノフェニルアミノインダン及びその誘導体、ジアミノテトラフェニル化合物及びその誘導体、ジアミノヘキサフェニル化合物及びその誘導体、カルド型フルオレンジアミン誘導体である。 Examples of the aromatic diamine include a diamino compound having one or about 2 to 10 phenyl groups bonded thereto. Specifically, phenylenediamine and its derivative, diaminobiphenyl compound and its derivative, diaminodiphenyl compound and its derivative, diaminotriphenyl compound and its derivative, diaminonaphthalene and its derivative, aminophenylaminoindane and its derivative, diaminotetraphenyl Compounds and derivatives thereof, diaminohexaphenyl compounds and derivatives thereof, and cardo-type fluorenediamine derivatives.
フェニレンジアミンはm−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン等であり、フェニレンジアミン誘導体としては、メチル基、エチル基等のアルキル基が結合したジアミン、例えば、2,4−ジアミノトルエン、2,4−トリフェニレンジアミン等である。 The phenylenediamine is m-phenylenediamine, p-phenylenediamine or the like, and the phenylenediamine derivative is a diamine to which an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group is bonded, for example, 2,4-diaminotoluene, 2,4-triphenylene Diamine and the like.
ジアミノビフェニル化合物では、2つのアミノフェニル基同士が結合している。例えば、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル等である。 In a diaminobiphenyl compound, two aminophenyl groups are bonded to each other. For example, 4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-diamino-2,2'-bis (trifluoromethyl) biphenyl and the like.
ジアミノジフェニル化合物は、2つのアミノフェニル基が他の基を介してフェニル基同士で結合した化合物である。結合はエーテル結合、スルホニル結合、チオエーテル結合、アルキレン又はその誘導体基による結合、イミノ結合、アゾ結合、ホスフィンオキシド結合、アミド結合、ウレイレン結合等である。アルキレン結合の炭素原子数は1〜6程度である、アルキレン基の誘導体基は、1以上のハロゲン原子等で置換されたアルキレン基である。 A diaminodiphenyl compound is a compound in which two aminophenyl groups are bonded to each other via other groups. The bond is an ether bond, a sulfonyl bond, a thioether bond, a bond by an alkylene or a derivative thereof, an imino bond, an azo bond, a phosphine oxide bond, an amide bond, a ureylene bond, or the like. The alkylene group has about 1 to 6 carbon atoms. The derivative group of the alkylene group is an alkylene group substituted with one or more halogen atoms.
ジアミノジフェニル化合物の例としては、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルケトン、3,4’−ジアミノジフェニルケトン、2,2−ビス(p−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス(p−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4−メチル−2,4−ビス(p−アミノフェニル)−1−ペンテン、4−メチル−2,4−ビス(p−アミノフェニル)−2−ペンテン、イミノジアニリン、4−メチル−2,4−ビス(p−アミノフェニル)ペンタン、ビス(p−アミノフェニル)ホスフィンオキシド、4,4’−ジアミノアゾベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニル尿素、4,4’−ジアミノジフェニルアミド、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン等が挙げられる。 Examples of the diaminodiphenyl compound include 3,3′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, 3,4′-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylsulfide, 3,3'-diaminodiphenylketone , 3,4'-diaminodiphenylketone, 2,2-bis (p-aminophenyl) propane, 2,2'-bis (p-aminophenyl) hexafluoropropane, 4-methyl-2,4-bis (p -Aminophenyl) -1-pentene, 4-methyl-2 4-bis (p-aminophenyl) -2-pentene, iminodianiline, 4-methyl-2,4-bis (p-aminophenyl) pentane, bis (p-aminophenyl) phosphine oxide, 4,4′- Diaminoazobenzene, 4,4′-diaminodiphenylurea, 4,4′-diaminodiphenylamide, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3 -Bis (3-aminophenoxy) benzene, 4,4'-bis (4-aminophenoxy) biphenyl, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] Sulfone, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophen ) Phenyl] hexafluoropropane, and the like.
これらの中では、価格、入手容易性等から、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、及び4,4’−ジアミノジフェニルエーテルが好ましい。 Of these, p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 2,4-diaminotoluene, and 4,4'-diaminodiphenyl ether are preferred from the viewpoint of price, availability, and the like.
ジアミノトリフェニル化合物は、2つのアミノフェニル基と1つのフェニレン基がいずれも他の基を介して結合した化合物である。他の基は、ジアミノジフェニル化合物と同様の基が選ばれる。ジアミノトリフェニル化合物の例としては、1,3−ビス(m−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(p−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(p−アミノフェノキシ)ベンゼン等を挙げることができる。 A diaminotriphenyl compound is a compound in which two aminophenyl groups and one phenylene group are both bonded via another group. As other groups, the same groups as in the diaminodiphenyl compound are selected. Examples of the diaminotriphenyl compound include 1,3-bis (m-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (p-aminophenoxy) benzene, and 1,4-bis (p-aminophenoxy) benzene. be able to.
ジアミノナフタレンの例としては、1,5−ジアミノナフタレン及び2,6−ジアミノナフタレンを挙げることができる。 Examples of diaminonaphthalene include 1,5-diaminonaphthalene and 2,6-diaminonaphthalene.
アミノフェニルアミノインダンの例としては、5又は6−アミノ−1−(p−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダンを挙げることができる。 Examples of aminophenylaminoindane include 5 or 6-amino-1- (p-aminophenyl) -1,3,3-trimethylindane.
ジアミノテトラフェニル化合物の例としては、4,4’−ビス(p−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2’−ビス[p−(p’−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2’−ビス[p−(p’−アミノフェノキシ)ビフェニル]プロパン、2,2’−ビス[p−(m−アミノフェノキシ)フェニル]ベンゾフェノン等を挙げることができる。 Examples of the diaminotetraphenyl compound include 4,4′-bis (p-aminophenoxy) biphenyl, 2,2′-bis [p- (p′-aminophenoxy) phenyl] propane, and 2,2′-bis [ p- (p'-aminophenoxy) biphenyl] propane, 2,2'-bis [p- (m-aminophenoxy) phenyl] benzophenone, and the like.
カルド型フルオレンジアミン誘導体は、9,9−ビスアニリンフルオレン等が挙げられる。 Examples of the cardo-type fluorenediamine derivative include 9,9-bisanilinefluorene.
脂肪族ジアミンの炭素原子数は、例えば、2〜15程度がよい。脂肪族ジアミンの具体例としては、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン等が挙げられる。 The number of carbon atoms of the aliphatic diamine is preferably, for example, about 2 to 15. Specific examples of the aliphatic diamine include pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, and the like.
なお、これらのジアミンの水素原子がハロゲン原子、メチル基、メトキシ基、シアノ基、フェニル基等の群より選択される少なくとも1種の置換基により置換された化合物であってもよい。 In addition, compounds in which the hydrogen atom of these diamines is substituted with at least one substituent selected from the group consisting of a halogen atom, a methyl group, a methoxy group, a cyano group, and a phenyl group may be used.
ポリアミド酸を製造する手段に特に制限はなく、例えば、溶剤中で酸、ジアミン成分を反応させる方法等の公知の手法を用いることができる。 The means for producing the polyamic acid is not particularly limited, and for example, a known method such as a method of reacting an acid and a diamine component in a solvent can be used.
テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの反応は、通常、溶剤中で行われる。テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの反応に使用される溶剤は、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンを溶解させることができ、テトラカルボン酸二無水物及びジアミンと反応しないものであれば特に限定されない。溶剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The reaction between the tetracarboxylic dianhydride and the diamine is usually performed in a solvent. The solvent used for the reaction between the tetracarboxylic dianhydride and the diamine is not particularly limited as long as it can dissolve the tetracarboxylic dianhydride and the diamine and does not react with the tetracarboxylic dianhydride and the diamine. Not done. One type of solvent may be used alone, or two or more types may be used in combination.
テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの反応に用いる溶剤の例としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルカプロラクタム、N,N,N’,N’−テトラメチルウレア等の含窒素極性溶剤;β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン系極性溶剤;ジメチルスルホキシド;アセトニトリル;乳酸エチル、乳酸ブチル等の脂肪酸エステル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチルセルソルブアセテート、エチルセルソルブアセテート等のエーテル類;クレゾール類、キシレン系混合溶媒等のフェノール系溶剤が挙げられる。
これらの溶剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。溶剤の使用量に特に制限はないが、生成するポリアミド酸の含有量が5〜50質量%とするのが望ましい。
Examples of the solvent used for the reaction between the tetracarboxylic dianhydride and the diamine include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylformamide, Nitrogen-containing polar solvents such as N-diethylformamide, N-methylcaprolactam, N, N, N ′, N′-tetramethylurea; β-propiolactone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone; lactone polar solvents such as γ-caprolactone and ε-caprolactone; dimethyl sulfoxide; acetonitrile; fatty acid esters such as ethyl lactate and butyl lactate; diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, methylcellosolve acetate, ethylcelle Ethers such as Lube acetate; cresols include phenol-based solvents such as xylene-based solvent mixture.
One of these solvents may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Although there is no particular limitation on the amount of the solvent used, it is desirable that the content of the polyamic acid to be produced is 5 to 50% by mass.
これらの溶剤の中では、生成するポリアミド酸の溶解性から、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルカプロラクタム、N,N,N’,N’−テトラメチルウレア等の含窒素極性溶剤が好ましい。 Among these solvents, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethyl Nitrogen-containing polar solvents such as formamide, N-methylcaprolactam, N, N, N ', N'-tetramethylurea are preferred.
重合温度は一般的には−10〜120℃、好ましくは5〜30℃である。重合時間は使用する原料組成により異なるが、通常は3〜24Hr(時間)である。
ポリアミド酸は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The polymerization temperature is generally -10 to 120C, preferably 5 to 30C. The polymerization time varies depending on the raw material composition used, but is usually 3 to 24 hours (hour).
Polyamic acid may be used alone or in combination of two or more.
[ポリイミド]
ポリイミドは、その構造や分子量が限定されることはなく、公知のものが使用できる。ポリイミドについて、側鎖にカルボキシ基等の縮合可能な官能基又は焼成時に架橋反応等を促進させる官能基を有していてもよい。また、PI用ワニスが溶剤を含有するものである場合、使用する溶剤に溶解可能な可溶性ポリイミドが好ましい。
[Polyimide]
The polyimide is not limited in its structure or molecular weight, and a known polyimide can be used. The polyimide may have a condensable functional group such as a carboxy group or a functional group that promotes a crosslinking reaction or the like at the time of firing in the side chain. When the varnish for PI contains a solvent, a soluble polyimide soluble in the solvent used is preferable.
溶剤に可溶なポリイミドとするために、主鎖に柔軟な屈曲構造を導入するためのモノマーの使用、例えば、エチレジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン等の脂肪族ジアミン;2−メチル−1,4−フェニレンジアミン、o−トリジン、m−トリジン、3,3’−ジメトキシベンジジン、4,4’−ジアミノベンズアニリド等の芳香族ジアミン;ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシブチレンジアミン等のポリオキシアルキレンジアミン;ポリシロキサンジアミン;2,3,3’,4’−オキシジフタル酸無水物、3,4,3’,4’−オキシジフタル酸無水物、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジベンゾエート−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物等の使用が有効である。また、溶剤への溶解性を向上する官能基を有するモノマーの使用、例えば、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル、2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレンジアミン等のフッ素化ジアミンを使用することも有効である。さらに、上記ポリイミドの溶解性を向上するためのモノマーに加えて、溶解性を阻害しない範囲で、上記ポリアミド酸の欄に記したものと同じモノマーを併用することもできる。
ポリイミド及びそのモノマーの各々は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Use of a monomer for introducing a flexible bent structure into the main chain to obtain a polyimide soluble in a solvent, for example, ethylenediamine, hexamethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, Aliphatic diamines such as 4,4'-diaminodicyclohexylmethane; 2-methyl-1,4-phenylenediamine, o-tolidine, m-tolidine, 3,3'-dimethoxybenzidine, 4,4'-diaminobenzanilide and the like Aromatic diamines; polyoxyalkylene diamines such as polyoxyethylene diamine, polyoxypropylene diamine, polyoxybutylene diamine; polysiloxane diamine; 2,3,3 ′, 4′-oxydiphthalic anhydride, 3,4,3 ′, 4'-oxydiphthalic anhydride, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl R) Use of propane dibenzoate-3,3 ', 4,4'-tetracarboxylic dianhydride or the like is effective. Further, use of a monomer having a functional group for improving solubility in a solvent, for example, 2,2′-bis (trifluoromethyl) -4,4′-diaminobiphenyl, 2-trifluoromethyl-1,4- It is also effective to use a fluorinated diamine such as phenylenediamine. Further, in addition to the monomer for improving the solubility of the polyimide, the same monomers as those described in the section of the polyamic acid can be used in combination as long as the solubility is not impaired.
Each of the polyimide and its monomer may be used alone or in combination of two or more.
ポリイミドを製造する手段に特に制限はなく、例えば、ポリアミド酸を化学イミド化又は加熱イミド化させる方法等の公知の手法を用いることができる。そのようなポリイミドとしては、脂肪族ポリイミド(全脂肪族ポリイミド)、芳香族ポリイミド等を挙げることができ、芳香族ポリイミドが好ましい。芳香族ポリイミドとしては、式(1)で示す繰り返し単位を有するポリアミド酸を熱又は化学的な手段で閉環反応させることによって取得したもの、若しくは式(2)で示す繰り返し単位を有するポリイミド等が挙げられる。式中、Arはアリール基を示す。PI用ワニスが溶剤を含有するものである場合、これらのポリイミドは、次いで、使用する溶剤に溶解させるとよい。
[ポリアミドイミド及びポリアミドイミド前駆体]
ポリアミドイミドは、その構造や分子量に限定されることなく、公知のものが使用できる。ポリアミドイミドについて、側鎖にカルボキシ基等の縮合可能な官能基又は焼成時に架橋反応等を促進させる官能基を有していてもよい。また、PI用ワニスが溶剤を含有するものである場合、使用する溶剤に溶解可能な可溶性ポリアミドイミドが好ましい。
[Polyamide imide and polyamide imide precursor]
As the polyamideimide, a known polyamideimide can be used without being limited by its structure or molecular weight. The polyamide imide may have a condensable functional group such as a carboxy group or a functional group that promotes a cross-linking reaction or the like at the time of firing in the side chain. When the varnish for PI contains a solvent, a soluble polyamideimide that is soluble in the solvent used is preferable.
ポリアミドイミドは、通常、(i)無水トリメリット酸等の1分子中にカルボキシル基と酸無水物基とを有する酸とジイソシアネートとを反応させて得られるもの、(ii)無水トリメリット酸クロライド等の上記酸の反応性誘導体とジアミンとの反応により得られる前駆体ポリマー(ポリアミドイミド前駆体)をイミド化して得られるもの等を特に限定されることなく使用できる。 Polyamide imide is usually obtained by reacting (i) an acid having a carboxyl group and an acid anhydride group in one molecule of trimellitic anhydride or the like with diisocyanate, (ii) trimellitic anhydride chloride or the like. Any of those obtained by imidizing a precursor polymer (polyamide imide precursor) obtained by reacting the above reactive derivative of an acid with a diamine can be used without any particular limitation.
上記酸又はその反応性誘導体としては、例えば、無水トリメリット酸、無水トリメリット酸クロライド等の無水トリメリット酸ハロゲン化物、無水トリメリット酸エステル等が挙げられる。 Examples of the acid or its reactive derivative include trimellitic anhydride halides such as trimellitic anhydride and trimellitic anhydride chloride, and trimellitic anhydride esters.
上記任意のジアミンとしては、前記ポリアミド酸の説明において例示したものと同様のものが挙げられ、また、ジアミノピリジン系化合物も用いることができる。 Examples of the above-mentioned optional diamine include the same ones as exemplified in the description of the polyamic acid, and a diaminopyridine-based compound can also be used.
上記任意のジイソシアネートとしては、特に限定されず、例えば、上記任意のジアミンに対応するジイソシアネート化合物等が挙げられ、具体的には、メタフェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、o−トリジンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、4,4’−オキシビス(フェニルイソシアネート)、4,4’−ジイソシアネートジフェニルメタン、ビス[4−(4−イソシアネートフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2′−ビス[4−(4−イソシアネートフェノキシ)フェニル]プロパン、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニル−4,4’−ジイソシアネート、3,3’−ジエチルジフェニル−4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、m−キシレンジイソシアネート、p−キシレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。 The above-mentioned optional diisocyanate is not particularly limited, and examples thereof include a diisocyanate compound corresponding to the above-mentioned optional diamine, and specifically, meta-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, o-tolidine diisocyanate, p-phenylene Diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, 4,4'-oxybis (phenylisocyanate), 4,4'-diisocyanatediphenylmethane, bis [4- (4-isocyanatophenoxy) phenyl] sulfone, 2,2'-bis [4- ( 4-isocyanatophenoxy) phenyl] propane, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyldiphenyl-4, '-Diisocyanate, 3,3'-diethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate, isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, m-xylene diisocyanate, p-xylene diisocyanate, naphthalene diisocyanate and the like. Can be
ポリアミドイミドの原料モノマーとしては、上記以外にも、特開昭63−283705号公報、特開平2−198619号公報に一般式として記載されている化合物を使用することもできる。また、上記(ii)の方法におけるイミド化は熱イミド化及び化学イミド化のいずれであってもよい。化学イミド化としては、ポリアミドイミド前駆体等を含むPI用ワニスを用いて形成した未焼成複合膜を、無水酢酸、あるいは無水酢酸とイソキノリンの混合溶媒に浸す等の方法を用いることができる。なお、ポリアミドイミド前駆体は、イミド化前の前駆体という観点では、ポリイミド前駆体ともいえる。 In addition to the above, compounds described as general formulas in JP-A-63-283705 and JP-A-2-198619 can be used as raw material monomers for polyamideimide. The imidation in the method (ii) may be either thermal imidation or chemical imidization. As the chemical imidization, a method of immersing a green composite film formed using a varnish for PI containing a polyamideimide precursor or the like in acetic anhydride or a mixed solvent of acetic anhydride and isoquinoline can be used. In addition, the polyamideimide precursor can also be said to be a polyimide precursor from the viewpoint of the precursor before imidization.
PI用ワニスに含有させるポリアミドイミドとしては、上述の(1)無水トリメリット酸等の酸とジイソシアネートとを反応させて得られるポリマー、(2)無水トリメリット酸クロライド等の上記酸の反応性誘導体とジアミンとの反応により得られる前駆体ポリマーをイミド化して得られるポリマー等であってよい。本明細書及び本特許請求の範囲において、「ポリアミドイミド前駆体」は、イミド化前のポリマー(前駆体ポリマー)を意味する。
ポリアミドイミド及びポリアミドイミド前駆体の各々は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ポリアミドイミドについて、上記ポリマー、原料モノマー、及びオリゴマーの各々は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the polyamideimide contained in the varnish for PI include (1) a polymer obtained by reacting an acid such as trimellitic anhydride with diisocyanate, and (2) a reactive derivative of the acid such as trimellitic anhydride chloride. May be a polymer obtained by imidizing a precursor polymer obtained by a reaction of a diamine with a diamine. In the present specification and claims, the term "polyamideimide precursor" means a polymer before imidization (precursor polymer).
Each of the polyamideimide and the polyamideimide precursor may be used alone or in combination of two or more. As for the polyamideimide, each of the above-mentioned polymer, raw material monomer, and oligomer may be used alone or in combination of two or more.
[微粒子]
微粒子の材質は、PI用ワニスに含まれる溶剤に不溶で、後にPI−微粒子複合膜から除去可能であれば、特に限定されることなく公知の材質が採用可能である。例えば、無機材料としては、シリカ(二酸化珪素)、酸化チタン、アルミナ(Al2O3)等の金属酸化物、有機材料としては、高分子量オレフィン(ポリプロピレン,ポリエチレン等)、ポリスチレン、エポキシ樹脂、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリエーテル等の有機高分子微粒子が挙げられる。
[Fine particles]
The material of the fine particles is not particularly limited as long as it is insoluble in the solvent contained in the PI varnish and can be removed later from the PI-fine particle composite film, and a known material can be used. For example, as inorganic materials, metal oxides such as silica (silicon dioxide), titanium oxide, and alumina (Al 2 O 3 ), and as organic materials, high molecular weight olefins (polypropylene, polyethylene, etc.), polystyrene, epoxy resin, cellulose And organic polymer fine particles such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyester, and polyether.
具体的に微粒子としては、例えば、コロイダルシリカが挙げられる。中でも単分散球状シリカ粒子を選択する場合、均一な孔を形成できるために好ましい。 Specific examples of the fine particles include colloidal silica. Above all, it is preferable to select monodispersed spherical silica particles because uniform pores can be formed.
また、微粒子について、真球率が高く、粒径分布指数が小さいのが好ましい。これらの条件を備えた微粒子は、PI用ワニス中での分散性に優れ、互いに凝集しない状態で使用することができる。使用する微粒子の平均粒径は、例えば、100〜2000nmであることが好ましい。これらの条件を満たすことで、微粒子を取り除いて得られる多孔質膜の孔径を揃えることができるため、多孔質PI膜を含む積層体をセパレータとして使用する場合に、セパレータに印加される電界を均一化でき好ましい。
微粒子は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Further, it is preferable that the fine particles have a high sphericity and a small particle size distribution index. Fine particles satisfying these conditions have excellent dispersibility in the varnish for PI and can be used in a state where they do not aggregate with each other. The average particle size of the fine particles used is preferably, for example, 100 to 2000 nm. By satisfying these conditions, the pore size of the porous film obtained by removing the fine particles can be made uniform, so that when the laminate including the porous PI film is used as a separator, the electric field applied to the separator is uniform. This is preferable.
The fine particles may be used alone or in combination of two or more.
[溶剤]
溶剤としては、ポリアミド酸及び/又はポリイミドからなる樹脂を溶解することができ、微粒子を溶解しないものであれば、特に限定されず、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとの反応に用いる溶剤として例示したものが挙げられる。溶剤は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[solvent]
The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve a resin composed of polyamic acid and / or polyimide and does not dissolve fine particles, and is exemplified as a solvent used for the reaction between tetracarboxylic dianhydride and diamine. What was done. The solvents may be used alone or in combination of two or more.
[分散剤]
PI用ワニス中の微粒子を均一に分散することを目的に、微粒子とともにさらに分散剤を添加してもよい。分散剤を添加することにより、微粒子をPI用ワニス中に一層均一に混合でき、さらには、PI用ワニスを成膜した膜中で、微粒子を均一に分布させることができる。その結果、最終的に得られる多孔質PI膜の表面に稠密な開口を設け、且つ、表裏面を効率よく連通させることが可能となり、多孔質膜の透気度が向上する。さらに、分散剤を添加することにより、PI用ワニスの乾燥性が向上しやすく、また、形成された未焼成複合膜の基板等からの剥離性が向上しやすい。
[Dispersant]
For the purpose of uniformly dispersing the fine particles in the PI varnish, a dispersant may be further added together with the fine particles. By adding the dispersant, the fine particles can be more uniformly mixed into the varnish for PI, and further, the fine particles can be evenly distributed in the film on which the varnish for PI is formed. As a result, a dense opening can be provided on the surface of the finally obtained porous PI film, and the front and back surfaces can be efficiently communicated, so that the air permeability of the porous film is improved. Further, by adding a dispersant, the drying property of the PI varnish is easily improved, and the peelability of the formed unfired composite film from the substrate or the like is easily improved.
分散剤は、特に限定されることなく、公知のものを使用することができる。例えば、やし脂肪酸塩、ヒマシ硫酸化油塩、ラウリルサルフェート塩、ポリオキシアルキレンアリルフェニルエーテルサルフェート塩、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ジアルキルスルホサクシネート塩、イソプロピルホスフェート、ポリオキシエチレンアルキルエーテルホスフェート塩、ポリオキシエチレンアリルフェニルエーテルホスフェート塩等のアニオン界面活性剤;オレイルアミン酢酸塩、ラウリルピリジニウムクロライド、セチルピリジニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ベヘニルトリメチルアンモニウムクロライド、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド等のカチオン界面活性剤;ヤシアルキルジメチルアミンオキサイド、脂肪酸アミドプロピルジメチルアミンオキサイド、アルキルポリアミノエチルグリシン塩酸塩、アミドベタイン型活性剤、アラニン型活性剤、ラウリルイミノジプロピオン酸等の両性界面活性剤;ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンポリスチリルフェニルエーテル等、ポリオキシアルキレン一級アルキルエーテル又はポリオキシアルキレン二級アルキルエーテルのノニオン界面活性剤、ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレン化ヒマシ油、ポリオキシエチレン化硬化ヒマシ油、ソルビタンラウリン酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンラウリン酸エステル、脂肪酸ジエタノールアミド等のその他のポリオキアルキレン系のノニオン界面活性剤;オクチルステアレート、トリメチロールプロパントリデカノエート等の脂肪酸アルキルエステル;ポリオキシアルキレンブチルエーテル、ポリオキシアルキレンオレイルエーテル、トリメチロールプロパントリス(ポリオキシアルキレン)エーテル等のポリエーテルポリオールが挙げられるが、これらに限定されない。また、上記分散剤は、2種以上を混合して使用することもできる。 The dispersant is not particularly limited, and a known dispersant can be used. For example, palm fatty acid salt, castor sulfated oil salt, lauryl sulfate salt, polyoxyalkylene allyl phenyl ether sulfate salt, alkyl benzene sulfonic acid, alkyl benzene sulfonate, alkyl diphenyl ether disulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, dialkyl sulfosuccinate Anionic surfactants such as sodium salt, isopropyl phosphate, polyoxyethylene alkyl ether phosphate salt, polyoxyethylene allyl phenyl ether phosphate salt; oleylamine acetate, lauryl pyridinium chloride, cetyl pyridinium chloride, lauryl trimethyl ammonium chloride, stearyl trimethyl ammonium chloride , Behenyl trimethyl ammonium chloride, didecyl dimethyl Cationic surfactants such as ammonium chloride; amphoteric surfactants such as cocoalkyldimethylamine oxide, fatty acid amidopropyldimethylamine oxide, alkyl polyaminoethylglycine hydrochloride, amidobetaine-type activator, alanine-type activator, lauryl iminodipropionic acid Agents: polyoxyethylene octyl ether, polyoxyethylene decyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene laurylamine, polyoxyethylene oleylamine, polyoxyethylene polystyrylphenyl ether, polyoxyalkylene polystyrylphenylether, etc. Nonionic surfactants of alkylene primary alkyl ether or polyoxyalkylene secondary alkyl ether, polyoxyethylene dilau Other polyoxyalkylene nonions such as carboxylate, polyoxyethylene laurate, polyoxyethylenated castor oil, polyoxyethylenated hardened castor oil, sorbitan laurate, polyoxyethylene sorbitan laurate, and fatty acid diethanolamide Surfactants; fatty acid alkyl esters such as octyl stearate and trimethylolpropane tridecanoate; and polyether polyols such as polyoxyalkylene butyl ether, polyoxyalkylene oleyl ether, and trimethylolpropane tris (polyoxyalkylene) ether. However, the present invention is not limited to these. Further, the above dispersants may be used as a mixture of two or more kinds.
PI用ワニスにおいて、分散剤の含有量は、例えば、成膜性の点で、上記微粒子の質量に対し0.01〜5質量%であることが好ましく、0.05〜1質量%であることがより好ましく、0.1〜0.5質量%であることがさらにより好ましい。 In the varnish for PI, the content of the dispersant is preferably, for example, 0.01 to 5% by mass, and preferably 0.05 to 1% by mass with respect to the mass of the fine particles from the viewpoint of film formability. Is more preferable, and even more preferably 0.1 to 0.5% by mass.
<多孔質PI膜の好適な製造方法>
[未焼成PI複合膜成膜工程]
未焼成PI複合膜成膜工程では、例えば、基板上に上述したPI用ワニスを塗布し、常圧又は真空下で0〜100℃、好ましくは常圧10〜100℃で乾燥することにより、未焼成PI複合膜を形成することができる。基板としては、例えば、PETフィルム、SUS基板、ガラス基板等が挙げられる。
<Preferred manufacturing method of porous PI film>
[Unfired PI composite film forming step]
In the unbaked PI composite film formation step, for example, the above-described varnish for PI is applied on a substrate, and dried at 0 to 100 ° C., preferably 10 to 100 ° C. under normal pressure or vacuum. A fired PI composite film can be formed. Examples of the substrate include a PET film, a SUS substrate, and a glass substrate.
また、未焼成PI複合膜を基板から剥離する場合、膜の剥離性をさらに高めるために、予め離型層を設けた基板を使用することもできる。基板に予め離型層を設ける場合は、PI用ワニスの塗布の前に、基板上に離型剤を塗布して乾燥あるいは焼き付けを行う。ここで使用される離型剤は、アルキルリン酸アンモニウム塩系、フッ素系又はシリコーン等の公知の離型剤が特に制限なく使用可能である。上記乾燥した未焼成PI複合膜を基板から剥離する際、未焼成PI複合膜の剥離面にわずかながら離型剤が残存するため、焼成中の変色や電気特性への悪影響の原因ともなるので、極力取り除くことが好ましい。離型剤を取り除くことを目的として、基板より剥離した未焼成PI複合膜を、有機溶剤を用いて洗浄する洗浄工程を導入してもよい。 In the case where the unsintered PI composite film is peeled off from the substrate, a substrate provided with a release layer in advance may be used in order to further enhance the peelability of the film. When a release layer is provided on the substrate in advance, a release agent is applied on the substrate and dried or baked before applying the varnish for PI. As the release agent used here, a known release agent such as an alkyl phosphate ammonium salt type, a fluorine type or silicone can be used without any particular limitation. When the dried unfired PI composite film is peeled off from the substrate, the release agent slightly remains on the peeled surface of the unfired PI composite film, which may cause discoloration during firing and adversely affect electrical characteristics. It is preferable to remove as much as possible. For the purpose of removing the release agent, a washing step of washing the unfired PI composite film peeled from the substrate with an organic solvent may be introduced.
一方、未焼成PI複合膜の成膜に、離型層を設けず基板をそのまま使用する場合は、上記離型層形成の工程や上記洗浄工程を省くことができる。また、未焼成複合膜の製造において、後述の焼成工程の前に、水を含む溶剤への浸漬工程、プレス工程、当該浸漬工程後の乾燥工程をそれぞれ任意の工程として設けてもよい。 On the other hand, when the substrate is used as it is without providing a release layer for forming the unfired PI composite film, the step of forming the release layer and the cleaning step can be omitted. In the production of the unsintered composite film, an immersion step in a solvent containing water, a press step, and a drying step after the immersion step may be provided as optional steps before the sintering step described below.
[焼成工程]
未焼成PI複合膜に加熱による後処理(焼成)を行ってPIと微粒子とからなる複合膜(PI−微粒子複合膜)を形成する。焼成工程における焼成温度は、未焼成複合膜の構造や縮合剤の有無によっても異なるが、120〜450℃であることが好ましく、さらに好ましくは150〜400℃である。また、微粒子に、有機材料を使用するときは、その熱分解温度よりも低い温度に設定する必要がある。焼成工程においてはイミド化を完結させることが好ましい。
[Firing step]
Post-processing (firing) by heating is performed on the unfired PI composite film to form a composite film (PI-fine particle composite film) composed of PI and fine particles. The firing temperature in the firing step varies depending on the structure of the unfired composite film and the presence or absence of a condensing agent, but is preferably from 120 to 450 ° C, and more preferably from 150 to 400 ° C. Further, when an organic material is used for the fine particles, the temperature must be set lower than the thermal decomposition temperature. In the firing step, it is preferable to complete the imidization.
焼成条件は、例えば、室温〜400℃までを3時間で昇温させた後、400℃で20分間保持させる方法や室温から50℃刻みで段階的に400℃まで昇温(各ステップ20分保持)し、最終的に400℃で20分保持させる等の段階的な乾燥−熱イミド化法を用いることもできる。基板上に未焼成PI複合膜を成膜し、上記基板から上記未焼成PI複合膜を一旦剥離する場合は、未焼成PI複合膜の端部をSUS製の型枠等に固定し変形を防ぐ方法を採ることもできる。 The firing conditions include, for example, a method in which the temperature is raised from room temperature to 400 ° C. in 3 hours and then maintained at 400 ° C. for 20 minutes, or the temperature is gradually raised from room temperature to 400 ° C. in steps of 50 ° C. (each step is maintained for 20 minutes). ), And a stepwise drying-thermal imidization method, such as finally holding at 400 ° C for 20 minutes, can also be used. When an unsintered PI composite film is formed on a substrate and the unsintered PI composite film is once separated from the substrate, the end of the unsintered PI composite film is fixed to a SUS frame to prevent deformation. A method can also be adopted.
[微粒子除去工程]
以上のようにして形成された、PI−微粒子複合膜から、微粒子を適切な方法を選択して除去することにより、所望する構造の多孔質PI膜を再現性よく製造することができる。
微粒子の材質として、例えば、シリカを採用した場合、PI−微粒子複合膜を低濃度のフッ化水素水等により処理して、シリカを溶解除去することが可能である。
なお、微粒子が有機微粒子である場合、有機微粒子を熱分解させることにより、PI−微粒子複合膜からも微粒子を除去することができる。
また、微粒子が有機微粒子である場合、微粒子を溶解させるが、PIを溶解させない処理液を選択して、当該処理液による処理を行い、有機離微粒子を除去することができる。典型的には、処理液としては有機溶剤が使用される。有機微粒子が、酸又はアルカリに可溶である場合、酸性水溶液やアルカリ性水溶液も処理液として使用できる。
[Particle removal process]
By removing the fine particles from the PI-fine particle composite film formed as described above by selecting an appropriate method, a porous PI film having a desired structure can be manufactured with good reproducibility.
When silica is used as the material of the fine particles, for example, it is possible to dissolve and remove the silica by treating the PI-fine particle composite film with a low-concentration hydrogen fluoride solution or the like.
When the fine particles are organic fine particles, the fine particles can be removed from the PI-fine particle composite film by thermally decomposing the organic fine particles.
When the fine particles are organic fine particles, a processing solution that dissolves the fine particles but does not dissolve the PI can be selected, and the treatment with the processing liquid can be performed to remove the organic fine particles. Typically, an organic solvent is used as the processing liquid. When the organic fine particles are soluble in an acid or an alkali, an acidic aqueous solution or an alkaline aqueous solution can also be used as the treatment liquid.
[樹脂除去工程]
微粒子除去工程前に、PI−微粒子複合膜の樹脂部分の少なくとも一部を除去するか、又は、微粒子除去工程後に多孔質PI膜の少なくとも一部を除去する樹脂除去工程を有していてもよい。
微粒子除去工程前に、PI−微粒子複合膜の樹脂部分の少なくとも一部を除去するか、微粒子除去工程後に多孔質PI膜の少なくとも一部を除去することにより、除去が行われない場合と比較し、最終製品である多孔質PI膜の開孔率を向上させることが可能となる。
[Resin removal process]
Before the fine particle removing step, the resin-removing step of removing at least a part of the resin part of the PI-fine particle composite film or removing at least a part of the porous PI film after the fine particle removing step may be provided. .
By removing at least a part of the resin part of the PI-fine particle composite film before the fine particle removing step, or removing at least a part of the porous PI film after the fine particle removing step, compared with the case where the removal is not performed. In addition, it is possible to improve the porosity of the porous PI film as the final product.
PI−微粒子複合膜の樹脂部分の少なくとも一部を除去する工程、又は、PI−微粒子複合膜の樹脂部分の少なくとも一部を除去する工程は、通常のケミカルエッチング法、物理的除去方法、又は、これらを組み合わせた方法により行うことができる。 The step of removing at least a part of the resin part of the PI-particle composite film, or the step of removing at least a part of the resin part of the PI-particle composite film is performed by a usual chemical etching method, physical removal method, or It can be performed by a method combining these.
ケミカルエッチング法としては、無機アルカリ溶液又は有機アルカリ溶液等のケミカルエッチング液による処理が挙げられる。無機アルカリ溶液が好ましい。無機アルカリ溶液として、例えば、ヒドラジンヒドラートとエチレンジアミンを含むヒドラジン溶液、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物の溶液、アンモニア溶液、水酸化アルカリとヒドラジンと1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンを主成分とするエッチング液等が挙げられる。有機アルカリ溶液としては、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一級アミン類;ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二級アミン類;トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三級アミン類;ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の第四級アンモニウム塩;ピロール、ピヘリジン等の環状アミン類等のアルカリ性溶液が挙げられる。 Examples of the chemical etching method include a treatment with a chemical etching solution such as an inorganic alkali solution or an organic alkali solution. Inorganic alkaline solutions are preferred. As the inorganic alkali solution, for example, a hydrazine solution containing hydrazine hydrate and ethylenediamine, a solution of an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, an ammonia solution, a hydroxide solution An etching solution containing an alkali, hydrazine, and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone as main components is exemplified. Examples of the organic alkali solution include primary amines such as ethylamine and n-propylamine; secondary amines such as diethylamine and di-n-butylamine; tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine; dimethylethanolamine And quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide; and alkaline solutions such as cyclic amines such as pyrrole and pichelidine.
上記の各溶液の溶媒については、純水、アルコール類を適宜選択できる。また界面活性剤を適当量添加したものを使用することもできる。アルカリ濃度は、例えば0.01〜20質量%である。 As for the solvent of each of the above solutions, pure water and alcohols can be appropriately selected. Also, a surfactant to which an appropriate amount of a surfactant has been added can be used. The alkali concentration is, for example, 0.01 to 20% by mass.
また、物理的な方法としては、例えば、プラズマ(酸素、アルゴン等)、コロナ放電等によるドライエッチング、研磨剤(例えば、アルミナ(硬度9)等)を液体に分散し、これを芳香族ポリイミドフィルムの表面に30〜100m/sの速度で照射することで膜表面を処理する方法等が使用できる。 As a physical method, for example, plasma (oxygen, argon, etc.), dry etching by corona discharge or the like, an abrasive (for example, alumina (hardness 9) or the like) is dispersed in a liquid, and this is dispersed in an aromatic polyimide film. A method of treating the film surface by irradiating the surface of the film with a speed of 30 to 100 m / s can be used.
一方、微粒子除去工程後に行う樹脂除去工程にのみ適用可能な物理的方法として、対象表面を液体で濡らした台紙フィルム(例えばPETフィルム等のポリエステルフィルム)に圧着後、乾燥しないで又は乾燥した後、積層体を台紙フィルムから引きはがす方法を採用することもできる。液体の表面張力あるいは静電付着力に起因して、処理対象表面に存在する多孔質PI膜の表面層のみが台紙フィルム上に残された状態で、多孔質PI膜が台紙フィルムから引きはがされる。 On the other hand, as a physical method applicable only to the resin removing step performed after the fine particle removing step, the target surface is wet-bonded to a liquid-wetted backing film (eg, a polyester film such as a PET film), without drying, or after drying. A method of peeling the laminate from the backing film can also be adopted. The porous PI film is peeled off from the backing film while only the surface layer of the porous PI film present on the surface to be treated is left on the backing film due to the surface tension or electrostatic adhesion of the liquid. Is done.
≪フッ素化有機化合物≫
フッ素化有機化合物は、フッ素原子を含有する有機化合物であれば特に限定されない。フッ素化有機化合物は、低分子化合物であってもよく、オリゴマーやポリマーであってもよい。また、フッ素化有機化合物は、脂肪族化合物であっても、芳香族化合物であっても、脂肪族部分と芳香族部分とを含む化合物であってもよい。
≪Fluorinated organic compounds≫
The fluorinated organic compound is not particularly limited as long as it is an organic compound containing a fluorine atom. The fluorinated organic compound may be a low molecular compound, or may be an oligomer or a polymer. Further, the fluorinated organic compound may be an aliphatic compound, an aromatic compound, or a compound containing an aliphatic portion and an aromatic portion.
フッ素化有機化合物の例としては、フルオロアルカン、フルオロアルカノール、ビスフルオロアルキルエーテル、フルオロアルキルアルキルエーテル、フッ素化脂肪族ケトン、フッ素化脂肪族カルボン酸、フッ素化脂肪族カルボン酸アルキルエステル、フッ素化脂肪族カルボン酸フルオロアルキルエステル、脂肪族カルボン酸フルオロアルキルエステル、フルオロアルキルベンゼンカルボン酸、フルオロアルキルベンゼンカルボン酸塩、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸、及びフルオロアルキルベンゼンスルホン酸塩等が挙げられる。 Examples of fluorinated organic compounds include fluoroalkanes, fluoroalkanols, bisfluoroalkyl ethers, fluoroalkyl alkyl ethers, fluorinated aliphatic ketones, fluorinated aliphatic carboxylic acids, fluorinated aliphatic carboxylic acid alkyl esters, fluorinated fatty acids Fluoroalkyl esters of aliphatic carboxylic acids, fluoroalkyl esters of aliphatic carboxylic acids, fluoroalkylbenzene carboxylic acids, fluoroalkylbenzene carboxylic acid salts, fluoroalkylbenzenesulfonic acids, and fluoroalkylbenzenesulfonic acid salts.
フッ素含有シランカップリング剤も、フッ素化有機化合物として好適に使用される。フッ素化有機化合物で処理されていない多孔質膜の表面には、水酸基、アミノ基、カルボキシル基等の活性水素原子を含む官能基が存在することが多い。
フッ素含有シランカップリング剤は、かかる活性水素原子を含む官能基と反応して結合可能である。このため、フッ素含有シランカップリング剤をフッ素化有機化合物として用いると、所望する量のフッ素化有機化合物を多孔質膜の表面に存在させやすい。
Fluorine-containing silane coupling agents are also suitably used as fluorinated organic compounds. A functional group containing an active hydrogen atom, such as a hydroxyl group, an amino group, or a carboxyl group, is often present on the surface of a porous membrane that has not been treated with a fluorinated organic compound.
The fluorine-containing silane coupling agent can react with the functional group containing an active hydrogen atom and bond. Therefore, when the fluorine-containing silane coupling agent is used as the fluorinated organic compound, a desired amount of the fluorinated organic compound is easily present on the surface of the porous film.
フッ素含有シランカップリング剤としては、フッ素を含有する官能基を含むシランカップリング剤であれば特に限定されない。フッ素含有シランカップリング剤としては、フルオロアルキルトリアルコキシシラン、ジフルオロアルキルジアルコキシシラン、及びフルオロアルキルアルキルジアルコキシシラン等が挙げられる。
フッ素含有シランカップリング剤の好適な具体例としては、パーフルオロデシルトリメトキシシラン、パーフルオロデシルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、パーフルオロオクチルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルトリエトキシシラン、パーフルオロドデシルトリメトキシシラン、パーフルオロドデシルトリエトキシシラン、パーフルオロペンチルトリエトキシシラン、及びパーフルオロペンチルトリメトキシシラン等が挙げられる。
The fluorine-containing silane coupling agent is not particularly limited as long as it is a silane coupling agent containing a functional group containing fluorine. Examples of the fluorine-containing silane coupling agent include fluoroalkyl trialkoxysilane, difluoroalkyldialkoxysilane, and fluoroalkylalkyldialkoxysilane.
Preferred specific examples of the fluorine-containing silane coupling agent include perfluorodecyltrimethoxysilane, perfluorodecyltriethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, trifluoropropyltriethoxysilane, perfluorooctyltrimethoxysilane, and perfluorooctyltrimethoxysilane. Examples include fluorooctyltriethoxysilane, perfluorododecyltrimethoxysilane, perfluorododecyltriethoxysilane, perfluoropentyltriethoxysilane, and perfluoropentyltrimethoxysilane.
フッ素樹脂も、フッ素化有機化合物として好適に使用される。フッ素樹脂の種類は特に限定されず、フッ素原子を含む種々の樹脂を用いることができる。
好適なフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びその共重合体、ポリフッ化ビニル(PVA)、及びエチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)等が挙げられる。これらの中では、耐摩耗性向上の点からポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びその共重合体が好ましい。共重合体の場合、共重合させるモノマーとしては、テトラフロロエチレン、ヘキサフロロプロピレン、トリフロロエチレン、トリクロロエチレン、フッ化ビニル等が挙げられる。
Fluororesins are also suitably used as fluorinated organic compounds. The type of the fluororesin is not particularly limited, and various resins containing a fluorine atom can be used.
Suitable fluororesins include, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (PFA), polyfluorinated Examples include vinylidene (PVDF) and its copolymer, polyvinyl fluoride (PVA), and ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE). Among them, polyvinylidene fluoride (PVDF) and a copolymer thereof are preferable from the viewpoint of improving abrasion resistance. In the case of a copolymer, examples of the monomer to be copolymerized include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, trifluoroethylene, trichloroethylene, and vinyl fluoride.
≪多孔質膜の製造方法≫
多孔質膜の製造方法は特に限定されない。好ましくは以下の方法により多孔質膜が製造される。
好ましい方法は、ポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜(多孔質PI膜)を含む、未処理多孔質膜の少なくとも一方の主面に、フッ素化有機化合物を含む液を付着させることと、
未処理多孔質膜の表面に付着した液を乾燥させることと、を含む方法である。
製造 Manufacturing method of porous membrane≫
The method for producing the porous membrane is not particularly limited. Preferably, a porous membrane is produced by the following method.
A preferred method is to apply a liquid containing a fluorinated organic compound to at least one main surface of an untreated porous film, including a polyimide and / or polyamideimide film (porous PI film);
Drying the liquid attached to the surface of the untreated porous membrane.
かかる方法によれば、フッ素化有機化合物を含む液の使用量や、フッ素化有機化合物を含む液のフッ素化有機化合物の濃度を調整することにより、多孔質膜の主面に付着するフッ素化有機化合物の量を調整することができる。 According to such a method, by adjusting the amount of the liquid containing the fluorinated organic compound and the concentration of the fluorinated organic compound in the liquid containing the fluorinated organic compound, the fluorinated organic compound adhering to the main surface of the porous film is adjusted. The amount of the compound can be adjusted.
フッ素化有機化合物を含む液に含有される溶媒は、フッ素化有機化合物を溶解させることが出来る溶媒であれば特に限定されない。
溶媒の好適な例としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルカプロラクタム、N,N,N’,N’−テトラメチルウレア等の含窒素極性溶剤;β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン系極性溶剤;メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン等の低級アルキルケトン;リン酸トリメチル等が挙げられる。
The solvent contained in the liquid containing the fluorinated organic compound is not particularly limited as long as the solvent can dissolve the fluorinated organic compound.
Preferred examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylcaprolactam, , N, N ', N'-tetramethylurea and other nitrogen-containing polar solvents; lactones such as β-propiolactone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, γ-caprolactone, ε-caprolactone, etc. Polar solvents; lower alkyl ketones such as methyl ethyl ketone, acetone and tetrahydrofuran; and trimethyl phosphate.
多孔質膜の少なくとも一方に付着するフッ素化有機化合物の量は、蛍光X線法により測定される、フッ素化有機化合物が付着した主面におけるフッ素原子の存在量が0.0080mg/cm2以下であるように調整される。 The amount of the fluorinated organic compound adhering to at least one of the porous films is determined by X-ray fluorescence spectroscopy when the abundance of fluorine atoms on the main surface to which the fluorinated organic compound adheres is 0.0080 mg / cm 2 or less. It is adjusted as it is.
未処理多孔質膜の少なくとも一方の主面に、フッ素化有機化合物を含む液を付着させる方法は特に限定されない。具体的な方法としては、未処理多孔質膜の主面に液を塗布する方法、未処理多孔質膜を液に浸漬する方法、未処理多孔質膜の主面に液を噴霧する方法等が挙げられる。
これらの方法の中では、多孔質膜の主面に、均一にフッ素化有機化合物を付着させることが出来ることから、未処理多孔質膜の主面に液を塗布する方法、未処理多孔質膜を液に浸漬する方法が好ましい。
The method for attaching a liquid containing a fluorinated organic compound to at least one main surface of the untreated porous membrane is not particularly limited. Specific methods include a method of applying a liquid to the main surface of the untreated porous film, a method of dipping the untreated porous film in the liquid, a method of spraying the liquid on the main surface of the untreated porous film, and the like. No.
Among these methods, since the fluorinated organic compound can be uniformly attached to the main surface of the porous film, a method of applying a liquid to the main surface of the untreated porous film, Is preferably immersed in a liquid.
なお、以下の条件により、主面におけるフッ素原子の存在量を蛍光X線法により測定できる。
測定領域形状:直径3cmの同心円
ピーク角度:74.626°
ピーク測定時間:20秒
BG測定時間:20秒
管電流:100mA
管電圧:30kV
分光結晶:RX25
The amount of fluorine atoms present on the main surface can be measured by the X-ray fluorescence method under the following conditions.
Measurement area shape: Concentric circle with a diameter of 3 cm Peak angle: 74.626 °
Peak measurement time: 20 seconds BG measurement time: 20 seconds Tube current: 100 mA
Tube voltage: 30 kV
Dispersion crystal: RX25
未処理多孔質膜の表面に付着した液を乾燥させることによって、主面上に所定量のフッ素化有機化合物が付着した多孔質が得られる。
乾燥方法は特に限定されず、例えば、液が付着した未処理多孔質膜を、大気圧下又は減圧下に、液に含まれる溶媒の沸点に応じた温度に加熱する方法が挙げられる。
By drying the liquid adhering to the surface of the untreated porous membrane, a porous body having a predetermined amount of the fluorinated organic compound adhered on the main surface is obtained.
The drying method is not particularly limited, and includes, for example, a method in which the untreated porous membrane to which the liquid is attached is heated under atmospheric pressure or reduced pressure to a temperature according to the boiling point of the solvent contained in the liquid.
≪多孔質膜の用途≫
以上説明した多孔質膜の用途は、二次電池におけるセパレータ用途が好ましいが、セパレータ用途には限定されない。多孔質膜は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池用のセパレータ、燃料電池電解質膜、ガス又は液体の分離用膜(フィルタ)、低誘電率材料として使用することが可能である。
≫Applications of porous membrane≫
The use of the porous membrane described above is preferably a separator use in a secondary battery, but is not limited to a separator use. The porous membrane can be used, for example, as a separator for a secondary battery such as a lithium ion battery, a fuel cell electrolyte membrane, a gas or liquid separation membrane (filter), or a low dielectric constant material.
以上説明した多孔質膜は、主面に付着するフッ素化有機化合物の作用により低摩擦化されている。このため、多孔質膜に皺や傷を生じさせることなく、機械による屈曲や巻き取りの加工を行いやすく、電池やフィルタ装置の製造も容易である。 The friction of the porous film described above is reduced by the action of the fluorinated organic compound attached to the main surface. For this reason, it is easy to perform bending and winding by a machine without causing wrinkles and scratches on the porous film, and it is easy to manufacture a battery and a filter device.
多孔質膜は、ニッケルカドミウム、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池用セパレータとして使用することが可能であるが、リチウムイオン二次電池用多孔質セパレータとして使用することが特に好ましい。
以下、以上説明した多孔質膜からなるセパレータを含む二次電池について説明する。
The porous membrane can be used as a separator for a secondary battery such as a nickel cadmium, a nickel hydride battery, and a lithium ion secondary battery, but it is particularly preferable to use the porous membrane as a porous separator for a lithium ion secondary battery. .
Hereinafter, a secondary battery including the separator including the porous membrane described above will be described.
<二次電池>
二次電池は、負極と正極との間に、電解液と、以上説明した多孔質膜からなるセパレータとが配置されることを特徴とする。
<Secondary battery>
The secondary battery is characterized in that an electrolytic solution and a separator made of the porous film described above are arranged between a negative electrode and a positive electrode.
二次電池の種類や構成は、何ら限定されるものではない。正極とセパレータと負極とが順に積層された電池要素に電解液が含浸され、これが外装に封入された構造となった構成であれば、ニッケルカドミウム、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池等の公知の二次電池に、特に限定されることなく使用することができる。 The type and configuration of the secondary battery are not limited at all. A battery element in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are sequentially laminated is impregnated with an electrolytic solution, and if the battery element has a structure in which the battery element is sealed in an exterior, a known element such as nickel cadmium, nickel hydrogen battery, lithium ion secondary battery, or the like is used. Can be used without particular limitation.
二次電池の負極は、負極活物質、導電助剤及びバインダーからなる負極合剤が、集電体上に成形された構造をとることができる。例えば、負極活物質として、ニッケルカドミウム電池の場合は水酸化カドミウムを、ニッケル水素電池の場合は水素吸蔵合金を、それぞれ用いることができる。また、リチウムイオン二次電池の場合は、リチウムを電気化学的にドープすることが可能な材料が採用できる。このような、活物質として、例えば、炭素材料、シリコン、アルミニウム、スズ、ウッド合金等が挙げられる。 The negative electrode of the secondary battery can have a structure in which a negative electrode mixture including a negative electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder is formed on a current collector. For example, as the negative electrode active material, cadmium hydroxide can be used for a nickel cadmium battery, and a hydrogen storage alloy can be used for a nickel hydride battery. In the case of a lithium ion secondary battery, a material capable of electrochemically doping lithium can be employed. Examples of such an active material include a carbon material, silicon, aluminum, tin, and a wood alloy.
負極を構成する導電助剤は、アセチレンブラック、ケッチェンブラックといった炭素材料が挙げられる。バインダーは有機高分子からなり、例えば、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。集電体には、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔等を用いることが可能である。 Examples of the conductive additive forming the negative electrode include carbon materials such as acetylene black and Ketjen black. The binder is made of an organic polymer, and examples thereof include polyvinylidene fluoride and carboxymethyl cellulose. As the current collector, a copper foil, a stainless steel foil, a nickel foil, or the like can be used.
また、正極は、正極活物質、導電助剤及びバインダーからなる正極合剤が、集電体上に成形された構造とすることができる。例えば、正極活物質としては、ニッケルカドミウム電池の場合は水酸化ニッケルを、ニッケル水素電池の場合は水酸化ニッケルやオキシ水酸化ニッケルを、それぞれ用いることができる。他方、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物等が挙げられ、具体的にはLiCoO2、LiNiO2、LiMn0.5Ni0.5O2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiMn2O4、LiFePO4、LiCo0.5Ni0.5O2、LiAl0.25Ni0.75O2等が挙げられる。導電助剤はアセチレンブラック、ケッチェンブラックといった炭素材料が挙げられる。バインダーは有機高分子からなり、例えばポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。集電体にはアルミ箔、ステンレス箔、チタン箔等を用いることが可能である。 In addition, the positive electrode may have a structure in which a positive electrode mixture including a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder is formed on a current collector. For example, as a positive electrode active material, nickel hydroxide can be used for a nickel cadmium battery, and nickel hydroxide or nickel oxyhydroxide can be used for a nickel hydrogen battery. On the other hand, in the case of a lithium ion secondary battery, examples of the positive electrode active material include lithium-containing transition metal oxides, and specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 0.5 Ni 0.5 O 2 , and LiCo 1 / 3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4, LiFePO 4, LiCo 0.5 Ni 0.5 O 2, LiAl 0.25 Ni 0.75 O 2 and the like. Examples of the conductive assistant include carbon materials such as acetylene black and Ketjen black. The binder is made of an organic polymer, and examples thereof include polyvinylidene fluoride. As the current collector, an aluminum foil, a stainless steel foil, a titanium foil, or the like can be used.
電解液としては、例えば、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の場合には、水酸化カリウム水溶液が使用される。リチウムイオン二次電池の電解液は、リチウム塩を非水系溶媒に溶解した構成とされる。リチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4等が挙げられる。非水系溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ビニレンカーボネート等が挙げられ、これらは単独で用いても混合して用いてもよい。 As the electrolytic solution, for example, in the case of a nickel cadmium battery or a nickel hydride battery, a potassium hydroxide aqueous solution is used. The electrolyte of the lithium ion secondary battery has a structure in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 . Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, and vinylene carbonate. These may be used alone or in combination.
外装材は、金属缶又はアルミラミネートパック等が挙げられる。電池の形状は角型、円筒型、コイン型等があるが、本発明に係る製造方法で作製した多孔質ポリイミド膜からなるセパレータはいずれの形状においても好適に適用することが可能である。 Examples of the exterior material include a metal can or an aluminum laminate pack. The shape of the battery includes a square shape, a cylindrical shape, a coin shape, and the like, and the separator made of the porous polyimide film manufactured by the manufacturing method according to the present invention can be suitably applied to any shape.
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は、下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples.
〔実施例1〜3、及び比較例1〕
実施例及び比較例において、未処理多孔質膜として、以下の方法で得た多孔質ポリイミド膜を用いた。
[Examples 1 to 3 and Comparative Example 1]
In Examples and Comparative Examples, a porous polyimide film obtained by the following method was used as an untreated porous film.
[ワニスの調製]
(1)第一のワニス
撹拌機、撹拌羽根、還流冷却機、窒素ガス導入管を備えたセパラブルフラスコに、ピロメリット酸二無水物6.5gと、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル6.7gと、N,N−ジメチルアセトアミド30gとを投入した。窒素ガス導入管よりフラスコ内に窒素を導入し、フラスコ内を窒素雰囲気とした。次いで、フラスコの内容物を撹拌しながら、50℃で20時間、ピロメリット酸二無水物と、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとを反応させて、ポリアミド酸溶液を得た。得られたポリアミド酸溶液に、平均粒径が300nmのシリカを、75g添加し撹拌して、ポリアミド酸と微粒子との体積比を22:78(質量比は15:85)とした第一のワニスを調製した。なお、ワニス中における全有機溶剤の割合は70質量%となるように調整した。
[Preparation of varnish]
(1) First varnish 6.5 g of pyromellitic dianhydride and 6.7 g of 4,4'-diaminodiphenyl ether were placed in a separable flask equipped with a stirrer, a stirring blade, a reflux condenser, and a nitrogen gas inlet tube. And 30 g of N, N-dimethylacetamide. Nitrogen was introduced into the flask through a nitrogen gas inlet tube, and the inside of the flask was set to a nitrogen atmosphere. Next, while stirring the contents of the flask, pyromellitic dianhydride and 4,4′-diaminodiphenyl ether were reacted at 50 ° C. for 20 hours to obtain a polyamic acid solution. 75 g of silica having an average particle diameter of 300 nm is added to the obtained polyamic acid solution and stirred, and a first varnish having a volume ratio of polyamic acid to fine particles of 22:78 (mass ratio of 15:85) is obtained. Was prepared. The ratio of the total organic solvent in the varnish was adjusted to be 70% by mass.
(2)第二のワニス
得られたポリアミド酸溶液に、平均粒径が700nmのシリカを53g添加するほかは、(1)と同様にしてポリアミド酸と微粒子との体積比を28:72(質量比は20:80)とした第二のワニスを調製した。
(2) Second varnish In the same manner as (1), except that 53 g of silica having an average particle diameter of 700 nm was added to the obtained polyamic acid solution, the volume ratio of polyamic acid to fine particles was 28:72 (mass). A second varnish having a ratio of 20:80) was prepared.
[前駆体フィルム(ポリイミド−微粒子複合膜)の成膜]
第一のワニスを、剥離剤を塗布したガラス板にアプリケーターを用い膜厚約1μmとなるように成膜した。続いて、さらに、第二のワニスを、第一のワニスからなる膜上にアプリケーターを用い成膜した。70℃で5分間プリベークして、膜厚20μmの未焼成複合膜を形成した。
[Formation of precursor film (polyimide-fine particle composite film)]
The first varnish was formed on a glass plate to which a release agent was applied so as to have a thickness of about 1 μm using an applicator. Subsequently, a second varnish was further formed on the film made of the first varnish using an applicator. Prebaking was performed at 70 ° C. for 5 minutes to form an unfired composite film having a thickness of 20 μm.
基材から上記未焼成複合膜を剥離後、エタノールで剥離剤を除去し、350℃で15分間熱処理を施し、イミド化を完結させ前駆体フィルム(ポリイミド−微粒子複合膜)とした。 After peeling the unfired composite film from the base material, the release agent was removed with ethanol, and heat treatment was performed at 350 ° C. for 15 minutes to complete imidization to obtain a precursor film (polyimide-fine particle composite film).
[多孔質フィルム(多孔質ポリイミド膜)の形成]
上記前駆体フィルム(ポリイミド−微粒子複合膜)を、10%HF溶液中に10分間浸漬することで、膜中に含まれる微粒子を除去した。
[Formation of porous film (porous polyimide film)]
The precursor film (polyimide-fine particle composite film) was immersed in a 10% HF solution for 10 minutes to remove fine particles contained in the film.
[ケミカルエッチング]
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の2.38質量%水溶液をメタノール50質量%水溶液で1.04%となるように希釈して、アルカリ性のエッチング液を作成した。このエッチング液に、多孔質ポリイミド膜を浸漬してポリイミド表面の一部を除去した。得られた多孔質ポリイミド膜を未処理多孔質膜とした。
[Chemical etching]
A 2.38% by mass aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was diluted with a 50% by mass aqueous solution of methanol to 1.04% to prepare an alkaline etching solution. A porous polyimide film was immersed in this etching solution to remove a part of the polyimide surface. The obtained porous polyimide film was used as an untreated porous film.
実施例では、表1に記載の濃度のポリフッ化ビニリデンのN−メチル−2−ピロリドン溶液に、未処理多孔質膜を1分間浸漬させた後に、100℃5分でベークして未処理多孔質膜を乾燥させて、両方の主面にポリフッ化ビニリデンが付着した多孔質膜を得た。
また、未処理多孔質膜を、比較例の多孔質膜とした。
In the examples, the untreated porous membrane was immersed in an N-methyl-2-pyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride having the concentration shown in Table 1 for 1 minute, and then baked at 100 ° C. for 5 minutes. The film was dried to obtain a porous film having polyvinylidene fluoride adhered to both main surfaces.
Further, the untreated porous membrane was used as a porous membrane of a comparative example.
各実施例、比較例の多孔質膜について、下面照射型蛍光X線分析装置(Rigaku社製、ZSXPrimsu)を用いて、前述の条件に従って、主面におけるフッ素原子の存在量(mg/cm2)を測定した。測定結果を、表1に記す。
また、各実施例、比較例の多孔質膜について、ピンオンディスク型摩擦摩耗試験装置(TRIBOMETER、CSM Instruments社製)を用いて、荷重25g、速度1.0mm/秒、測定時間5分の条件で、摩擦摩耗試験を行った。
かかる試験は、ASTM G99及びDIN 50324に準拠した試験である。
摩擦摩耗試験の結果を、表1に記す。
Regarding the porous membranes of Examples and Comparative Examples, the amount of fluorine atoms present on the main surface (mg / cm 2 ) was measured using a bottom-surface irradiation type X-ray fluorescence spectrometer (ZSXPrimsu, manufactured by Rigaku) in accordance with the aforementioned conditions. Was measured. Table 1 shows the measurement results.
For the porous membranes of the examples and comparative examples, using a pin-on-disk friction and wear tester (TRIBOMETER, manufactured by CSM Instruments), a condition of a load of 25 g, a speed of 1.0 mm / sec, and a measurement time of 5 minutes was used. A friction and wear test was performed.
Such a test is a test based on ASTM G99 and DIN 50324.
Table 1 shows the results of the friction and wear test.
実施例及び比較例より、極少量のフッ素化有機化合物をポリイミド多孔質膜の主面に付着させることにより、ポリイミド多孔質膜の表面が良好に低摩擦化されることが分かる。
なお、実施例及び比較例の多孔質膜について、ガーレー透気度はいずれも50秒強であり、引張強度及び引張伸度に大きな差はなかった。
The Examples and Comparative Examples show that the surface of the polyimide porous film is satisfactorily reduced in friction by attaching a very small amount of the fluorinated organic compound to the main surface of the polyimide porous film.
The Gurley air permeability of each of the porous membranes of Examples and Comparative Examples was slightly more than 50 seconds, and there was no significant difference in tensile strength and tensile elongation.
Claims (11)
前記フッ素化有機化合物は、前記ポリイミド及び/又はポリアミドイミド膜の二つの主面の少なくとも一方に付着しており、
蛍光X線法により測定される、前記フッ素化有機化合物が付着した前記主面におけるフッ素原子の存在量が0.0080mg/cm2以下であり、
前記多孔質膜のガーレー透気度が、30〜300秒である、多孔質膜。 A porous film comprising a porous polyimide and / or polyamideimide film and a fluorinated organic compound,
The fluorinated organic compound is attached to at least one of the two main surfaces of the polyimide and / or polyamideimide film ,
An abundance of fluorine atoms on the main surface to which the fluorinated organic compound is adhered, measured by a fluorescent X-ray method, is 0.0080 mg / cm 2 or less;
A porous membrane, wherein the Gurley air permeability of the porous membrane is 30 to 300 seconds.
前記フッ素化有機化合物は、前記積層体の二つの主面の少なくとも一方に付着しており、
蛍光X線法により測定される、前記フッ素化有機化合物が付着した前記主面におけるフッ素原子の存在量が0.0080mg/cm 2 以下であり、
前記多孔質膜のガーレー透気度が、30〜300秒である、多孔質膜。 A laminate including a porous polyimide and / or polyamideimide film, and a fluorinated organic compound, a porous film,
The fluorinated organic compound is attached to at least one of the two main surfaces of the laminate,
An abundance of fluorine atoms on the main surface to which the fluorinated organic compound is adhered, measured by a fluorescent X-ray method, is 0.0080 mg / cm 2 or less;
The Gurley air permeability of the porous membrane is 30 to 300 seconds, a multi Anashitsumaku.
前記未処理多孔質膜の表面に付着した前記液を乾燥させることと、を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の多孔質膜の製造方法。 Including the polyimide and / or polyamide-imide film, attaching a liquid containing the fluorinated organic compound to at least one main surface of the untreated porous film;
The method for producing a porous membrane according to any one of claims 1 to 5, comprising drying the liquid attached to the surface of the untreated porous membrane.
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