JP6953413B2 - リチウムイオン電池セパレータ用基材及びリチウムイオン電池セパレータ - Google Patents

リチウムイオン電池セパレータ用基材及びリチウムイオン電池セパレータ Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン電池セパレータ用基材及びリチウムイオン電池セパレータに関する。なお、「リチウムイオン電池セパレータ用基材」を「基材」と略記する場合がある。また、「リチウムイオン電池セパレータ」を「セパレータ」と略記する場合がある。
近年、リチウムイオン電池の用途が、従来からの携帯機器に加え、電気自動車等の用途に拡大している。電気自動車等の用途では、携帯機器と比較して大型のリチウムイオン電池が採用されている。
リチウムイオン電池セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンからなる多孔性フィルムが多く使用されている。ポリオレフィンからなる多孔性フィルムには、電池内部の温度が130℃近傍になった場合、溶融して微多孔を塞ぐことで、リチウムイオンの移動を防ぎ、電流を遮断させる熱ヒューズ機能(シャットダウン機能)がある。しかし、何らかの状況により、温度が更に上昇した場合、ポリオレフィン自体が溶融してショートし、熱暴走する可能性がある。大型のリチウムイオン電池では、熱暴走すると熱暴走の被害が甚大になる。そこで、このような熱暴走を防ぐための耐熱性セパレータが注目されている。
耐熱性セパレータとして、ポリエステル不織布を内包し、電解液に膨潤する有機高分子からなる多孔膜からなるセパレータ(特許文献1参照)、融点が80〜130℃の樹脂、加熱により電解液を吸収して膨潤する樹脂の少なくとも1種の樹脂と多孔質基体とフィラー粒子(無機粒子)とを含む多孔質膜からなり、多孔質基体が不織布である電気化学素子用セパレータが開示されている(特許文献2参照)。これらのセパレータは、不織布である基材と、有機高分子からなる多孔膜、無機粒子を含む多孔膜(無機粒子層)とを併用していて、多孔膜は塗工によって基材に設けられている。
また、不織布である基材と、多孔膜とを併用しているセパレータにおいて、芳香族ポリアミド((ポリ)アラミド)、芳香族ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド等の耐熱性繊維を含有する基材によって、耐熱性を更に高めたセパレータが提案されている。例えば、フィブリル化耐熱性繊維と合成短繊維とを必須成分として含有してなる湿式不織布からなり、フィブリル化耐熱性繊維:合成短繊維の好ましい質量比率が7:1〜1:19である基材(特許文献3参照)あるいはポリアラミド繊維を有する基材であり、少なくとも1の更なるポリマーからの繊維と結合していて、(ポリアラミド繊維):(更なるポリマーの繊維)の好ましい混合比が10:1〜1:10である基材(特許文献4参照)が開示されている。
また、合成樹脂短繊維とフィブリル化リヨセル繊維とを必須繊維として含有した不織布からなり、さらに、不織布がフィブリル化耐熱性繊維を含有してなり、その好ましい含有率が5〜60質量%である基材(特許文献5参照)、配向結晶化ポリエステル系繊維を30質量%以上含有する不織布であり、フィブリル化耐熱性繊維を含むことが更に好ましく、その好ましい含有率が、全繊維に対して5〜60質量%である基材(特許文献6参照)が開示されている。
特許文献3〜6に開示されている基材では、耐熱性繊維の好ましい含有率における最低値は5質量%である。すなわち、耐熱性繊維の含有率が5質量%以上である基材が好ましいことが開示されている。しかしながら、耐熱性繊維は剛直であることが多いため、その含有率が5質量%以上である場合には、基材が潰れにくく、基材の厚みを薄くすることが難しいという問題があった。あえて、熱や荷重を掛けて基材を潰した場合、セパレータの抵抗が高くなる問題、所定幅に断裁してセパレータとして使用する際にスリット工程で断裁し難い問題、電極の積層工程において、溶断カットし難くなる問題があった。さらに、耐熱性繊維間及び耐熱性繊維と他の繊維間の結合力が低いため、耐熱性繊維の含有率が5質量%以上である場合には、基材の引張強度が低くなり、塗工操作において特段の配慮を有する必要があった。
また、特許文献3では、不織布内部に無機粒子が充填されて、基材内部の空孔を閉塞することによって、電解液保持性が悪く、セパレータの内部抵抗が高くなるという問題を解決するために、フィブリル化耐熱性繊維を必須成分とした基材が開示され、実施例では、フィブリル化耐熱性繊維の含有率が20〜60質量%の基材を製造している。しかし、フィブリル化耐熱性繊維の含有率が多い基材は、無機粒子が基材表面に集中的に積層されるため、基材と無機粒子層との接着性が悪くなる問題が生じる場合があった。
また、無機粒子層を設けるための基材において、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を含有し、PET繊維由来のX線回折強度を特定の範囲内にすることによって、塗液の塗工性や後加工性に優れている基材が開示されている(特許文献7参照)。特許文献7では、PET繊維以外の繊維を配合することができ、PET繊維とPET繊維以外の繊維の含有比率は、質量基準で100:0〜70:30であることが好ましいことが記載されている。そして、実施例では、濾水度300mlのアラミド繊維を20質量%含む基材が記載されている。しかし、特許文献7では、「品質と生産性を損なわない範囲で、PET繊維以外の繊維を配合することができる」と記載されているだけで、PET繊維以外の繊維を入れることによって得られる効果については何ら検討されていない。
特開2005−293891号公報 特開2007−157723号公報 特開2012−3873号公報 特表2013−501082号公報 国際公開第2011/046066号パンフレット 特開2012−134024号公報 特開2013−179034号公報
本発明の課題は、リチウムイオン電池セパレータ用基材と無機粒子層との接着性が高く、厚みを薄くすることができ、引張強度と断裁性に優れたリチウムイオン電池セパレータ用基材及び該リチウムイオン電池セパレータ用基材を使用したリチウムイオン電池セパレータを提供することにある。
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、下記発明を見出した。
(1−1)耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなるリチウムイオン電池セパレータ用基材において、該耐熱性繊維として変法濾水度300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維を含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、変法濾水度300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満であることを特徴とするリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(1−2)該基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%以上99.0質量%以下である(1−1)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(1−3)該基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率が95.0質量%超99.0質量%以下である(1−1)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(2−1)耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなるリチウムイオン電池セパレータ用基材において、該耐熱性繊維として変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維とを含有していることを特徴とするリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(2−2)該基材に含まれる全繊維成分に対して、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維との合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満である(2−1)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(2−3)該基材に含まれる全繊維成分に対して、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満であり、変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満である(2−2)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(2−4)該基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%以上98.0質量%以下である(2−2)又は(2−3)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(3−1)耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなるリチウムイオン電池セパレータ用基材において、該耐熱性繊維として変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドとを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、該耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満であることを特徴とするリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(3−2)該基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%以上99.0質量%以下である(3−1)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(3−3)該基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率が95.0質量%超99.0質量%以下である(3−1)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(4−1)耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなるリチウムイオン電池セパレータ用基材において、該耐熱性繊維として変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドと変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維とを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、該耐熱性繊維の合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であることを特徴とするリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(4−2)該基材に含まれる全繊維成分に対して、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が0.6質量%以上4.6質量%未満であり、変法濾水度が300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドの含有率が0.4質量%以上2.5質量%未満であり、変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満である(4−1)記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(4−3)該基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%以上98.0質量%以下である(4−1)又は(4−2)に記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
(5−1)無機粒子を含む無機粒子層、有機粒子を含む有機粒子層、多孔性フィルム、微細繊維層、固体電解質及びゲル状電解質の群から選ばれる1種以上の複合化物と、上記(1−1)〜(1−3)、(2−1)〜(2−4)、(3−1)〜(3−3)、(4−1)〜(4−3)のいずれかに記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材とを組み合わせた構成を有するリチウムイオン電池セパレータ。
(5−2)複合化物が無機粒子層である上記(5−1)記載のリチウムイオン電池セパレータ。
(5−3)無機粒子がアルミナ、アルミナ水和物及びマグネシウム化合物の群から選ばれる1種以上の無機粒子である上記(5−1)又は(5−2)記載のリチウムイオン電池セパレータ。
(5−4)該基材の片面上に、平均粒子径2.0μm以上4.0μm以下の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Aと、
平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Bとが、この順に積層された構成を有する(5−2)記載のリチウムイオン電池セパレータ。
(5−5)該基材の片面上に設けられた、平均粒子径2.0μm以上4.0μm以下の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Aと、
もう一方の面上に設けられた、平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Bとを有する(5−2)記載のリチウムイオン電池セパレータ。
(5−6)無機粒子層Aの塗工量が無機粒子層Bの塗工量よりも少ない上記(5−4)又は(5−5)記載のリチウムイオン電池セパレータ。
なお、「変法濾水度」とは、「ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度を0.1%にした以外はJIS P8121−2:2012に準拠して測定した値」である。
本発明のリチウムイオン電池セパレータ用基材は、厚みを薄くすることができ、引張強度と断裁性に優れる。また、本発明のリチウムイオン電池セパレータ用基材と無機粒子層とを有する、本発明のリチウムイオン電池セパレータは、基材と無機粒子層との接着性が高いという効果を達成できる。
耐熱性繊維の含有率と基材の耐熱温度との関係を表したグラフである。 基材の熱流動性を示した光学顕微鏡写真である。 基材の熱流動性を示した光学顕微鏡写真である。 耐熱性繊維として、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維を含む基材の電子顕微鏡写真である。 耐熱性繊維として、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維とを含む基材の電子顕微鏡写真である。 耐熱性繊維として変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドとを含む基材の電子顕微鏡写真である。 耐熱性繊維として、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドとを含む基材の電子顕微鏡写真である。 耐熱性繊維を含有しない基材の電子顕微鏡写真である。
本発明において、リチウムイオン電池セパレータ用基材とは、無機粒子を含む無機粒子層、有機粒子を含む有機粒子層、多孔性フィルム、微細繊維(ナノファイバ−)層、固体電解質及びゲル状電解質の群から選ばれる1種以上の複合化物と組み合わせることによってリチウムイオン電池セパレータになるものであり、リチウムイオン電池セパレータの前駆体シートである。すなわち、本発明の基材は、基材単独ではリチウムイオン電池セパレータとならない。なお、耐熱性の点において、複合化物が無機粒子層であることが好ましい。すなわち、基材と無機粒子層とを有するセパレータが好ましい。
本発明において、無機粒子としては、α−アルミナ、β−アルミナ、γ−アルミナ等のアルミナ;ベーマイト等のアルミナ水和物;酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム等のマグネシウム化合物を用いることができる。これらの中でも、リチウムイオン電池に用いられる電解質に対する安定性が高い点で、α−アルミナ、アルミナ水和物、水酸化マグネシウムが好ましく用いられる。
有機粒子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−ビニルモノマー共重合体、ポリオレフィンワックス等が挙げられる。
多孔性フィルムとしては、フィルムを形成できる樹脂であれば、特に制限は無いが、ポリエチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂と言ったポリオレフィン系樹脂が好ましい。ポリエチレン系樹脂としては、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高密度ポリエチレン等のポリエチレン系樹脂単独だけでなく、エチレン−プロピレン共重合体、ポリエチレン系樹脂と他のポリオレフィン系樹脂との混合物等が挙げられる。ポリプロピレン系樹脂としては、ホモプロピレン(プロピレン単独重合体)、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン等のα−オレフィンとプロピレンとのランダム共重合体又はブロック共重合体等が挙げられる。基材と多孔性フィルムとを組み合わせる処理としては、熱ラミネートによる積層一体化処理及び接着剤を使用した積層一体化処理が挙げられる。
本発明におけるリチウムイオン電池とは、充放電において正負極間をリチウムイオンが移動する二次電池を言う。例えば、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池が挙げられる。リチウムイオン電池には、負極活物質としてリチウム吸蔵性の物質を用いたリチウムイオン二次電池、負極活物質として金属リチウムを用いた金属リチウム二次電池が含まれる。
リチウムイオン電池は、部材として、正極、セパレータ及び負極を含有する。そして、一般に、正極、セパレータ及び負極をこの順に積層した構造を有する。正極、負極及びセパレータには、それぞれ電解液が吸収されている。積層構造の種類としては、各部材を積層した後にロール状に捲回する円筒型、円筒型を押し潰して、2面の平面と曲線状の両端部を形成させた捲回平型、九十九折にしたセパレータの間に、枚葉に切り出した電極を挿入した九十九折型、枚葉に切り出したセパレータと、枚葉に切り出した電極を積層した枚葉積層型等が例示される。
リチウムイオン電池の負極活物質には、リチウム吸蔵性の物質が用いられる。リチウム吸蔵性の物質の例としては、炭素系材料、珪素系材料、遷移金属とリチウムの複合酸化物等が例示される。炭素系材料は、質量当たりのリチウム吸蔵可能量とリチウムの吸収・放出に伴う劣化のし難さとのバランスが良好である点で、好ましく使用される。炭素系材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛;ハードカーボン、ソフトカーボン、メソポーラスカーボン等の非晶性炭素;カーボンナノチューブ、グラフェン等のナノ炭素材料が例示される。珪素系材料は、質量当たりのリチウム吸蔵可能量が大きい点で、好ましく使用される。珪素系材料としては、珪素、一酸化珪素(SiO)、二酸化珪素(SiO)が例示される。遷移金属とリチウムの複合酸化物の1種であるチタン酸リチウムは、リチウムの吸収・放出に伴う劣化が生じ難い点で、好ましく使用される。
リチウムイオン電池の負極としては、前記の負極活物質を含む負極材料を、金属箔上に塗工した電極が例示される。負極材料には、必要に応じて、ポリフッ化ビニリデン、スチレン−ブタジエン共重合体等のバインダー;カーボンブラック、ナノ炭素材料等の導電剤;分散剤;増粘剤等を混合することができる。金属箔に使用される金属としては、銅、アルミニウム等が例示される。
リチウムイオン電池の正極活物質としては、遷移金属とリチウムの複合酸化物、遷移金属とリチウムのオリビン構造を有する複合塩、硫黄等が例示される。遷移金属とリチウムの複合酸化物としては、コバルト、ニッケル、マンガンから選択される1種以上の遷移金属とリチウムの複合酸化物が例示される。これらの複合酸化物には、アルミニウム、マグネシウム等の典型金属;チタン、クロム等の遷移金属等を更に複合することができる。遷移金属とリチウムのオリビン構造を有する複合塩としては、鉄、マンガンから選択される1種以上の遷移金属とリチウムのオリビン構造を有する複合塩が例示される。
リチウムイオン電池の正極としては、前記の正極活物質を含む正極材料を、金属箔上に塗工した電極が例示される。正極材料には、必要に応じて、ポリフッ化ビニリデン、アクリル酸エステル共重合体等のバインダー;カーボンブラック、ナノ炭素材料等の導電剤;分散剤;増粘剤等を混合することができる。金属箔に使用される金属としては、アルミニウム等が例示される。
リチウムイオン電池の電解液としては、極性溶媒にリチウム塩を溶解した溶液、イオン液体にリチウム塩を溶解した溶液が例示される。リチウム二次電池の電解液に用いられる極性溶媒としては、炭酸プロピレン(PC)、炭酸エチレン(EC)、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸エチルメチル(EMC)等の炭酸エステル;酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル等の脂肪酸エステルが例示される。リチウム二次電池の電解液に用いられるリチウム塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF)が例示される。固体電解質としては、ポリエチレングリコールやその誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリシロキサンやその誘導体、ポリフッ化ビニリデンなどのゲル状ポリマーにリチウム塩を溶解させたものが用いられる。
本発明の基材は、耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなる基材であり、該耐熱性繊維として変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維を必須成分として含有していることを特徴としている。
本発明において、下記のとおり記載する場合がある。
変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維:フィブリル化耐熱性繊維(I)
変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維:フィブリル化耐熱性繊維(II)
変法濾水度が300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッド:フィブリッド
ここで、本発明の基材がフィブリル化耐熱性繊維(I)を必須成分として含有している理由を説明する。図1は、耐熱性繊維の含有率と基材の耐熱温度との関係を表したグラフである。合成樹脂短繊維として、ポリエチレンテレフタレート(PET)系合成樹脂短繊維を使用している。基材(幅方向12cm×流れ方向25cm)を準備した。次に、20cm×20cmのアルミフレームに張力(テンション)を掛けないように、基材の四隅をセロハンテープで固定した。続いて、ホットエアガン(商品名:WEP 858D ミニステーション)の直径7.5mmの噴き出し口と基材の中央地点との間が3cmになるように、ホットエアガンを固定した。そして、風量5.3リットル(l)/分で20秒間、基材に熱風を当てて、穴が開かなかった温度(℃)の最高温度を「耐熱温度」とした。耐熱性繊維の含有率が3質量%である場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含有する基材の耐熱温度が278℃であるのに対し、フィブリル化耐熱性繊維(II)を含有する基材の耐熱温度は270℃である。また、耐熱性繊維の含有率が3.5質量%である場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含有する基材の耐熱温度が280℃であるのに対し、フィブリッドを含有する基材の耐熱温度は275℃である。さらに、耐熱性繊維の含有率が高くなるほど、フィブリル化耐熱性繊維(I)では耐熱温度が高くなる傾向であるが、フィブリル化耐熱性繊維(II)では耐熱温度が低くなる傾向である。
図2及び図3は、耐熱性繊維の含有率を変えた基材の熱流動性を示した光学顕微鏡写真である。基材(1cm×1cm)を0.03gになるように重ね、2枚のスライドグラスに挟み、アルミニウムテープで固定した。次に、3個の鉄ブロック(40g/個)を載せて、電気炉に20分間入れた。電気炉から出した基材の面積を光学顕微鏡で測定した。図2は、電気炉の温度が300℃の場合の写真であり、(A)耐熱性繊維の含有率が0質量%である基材、(C)フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が3.0質量%である基材である。電気炉の温度が300℃の場合、耐熱性繊維を含有しない基材でも、熱流動性が低いことが分かる。図3は、電気炉の温度が350℃の場合の写真であり、(A)耐熱性繊維の含有率が0質量%である基材、(B)フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が3.5質量%である基材、(C)フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が3.0質量%である基材、(D)フィブリッドの含有率が3.5質量%である基材である。電気炉から出した基材は、熱により流動していて、基材の面積(cm)は、(A)4.9、(B)0.7、(C)1.7、(D)0.7であった。フィブリル化耐熱性繊維(I)又はフィブリッドを含有する基材では、熱流動が抑制されることが分かる。
耐熱温度と熱流動性の評価結果から、フィブリル化耐熱性繊維(I)を必須成分として含有している基材は、耐熱温度が最も高く、熱流動も抑制され、優れた基材であることが分かる。
本発明のリチウムイオン電池セパレータ用基材(1)は、耐熱性繊維としてフィブリル化耐熱性繊維(I)を含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満であることを特徴としている。
本発明の基材(1)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率は、1.0質量%以上5.0質量%未満であり、2.0質量%以上がより好ましく、3.0質量%以上が更に好ましい。また、4.5質量%未満がより好ましい。フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が5.0質量%以上である場合、基材の厚みを薄くするために、基材を潰すことが難しくなる。また、引張強度が低下し、無機粒子層を形成するための塗液が基材に浸透し難くなるために、無機粒子層の接着性が悪化し、内部抵抗が悪化する。一方、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が1.0質量%未満である場合、基材の引張強度は強くなるものの、漏れ電流の改良効果が低くなる。また、基材の坪量を下げた場合、塗液が浸透し易くなるため、塗液が裏抜けして、走行ロールを汚すと共にセパレータの面質が悪化する。
背景技術に記載した、特許文献3(特開2012−3873号公報)、特許文献5(国際公開第2011/046066号パンフレット)、特許文献6(特開2012−134024号公報)及び特許文献7(特開2013−179034号公報)には、フィブリル化耐熱性繊維を含む基材が記載されているが、その好ましい含有率の最低値は5質量%である。これらの特許文献の実施例では、主に、厚み17μm以上の基材が作製・評価されていた。本発明の発明者らが詳細に検討したところ、以下の事実が判明した。例えば、電池の内部抵抗を評価した場合、厚み17μm以上という厚い基材では、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が10.0質量%であっても、4.0質量%であっても、低い内部抵抗を示すという結果が得られた。しかしながら、厚み15μm以下の薄い基材では、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が4.0質量%であると、低い内部抵抗を示したが、10.0質量%であると、高い内部抵抗を示した。このように、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満である本発明の基材(1)では、基材が厚くても薄くても、断裁性や無機粒子層の接着性が良好であるという効果を発現すると共に、内部抵抗を低くできるという優位な効果をも発現することができる。
本発明の基材(1)に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率は90.0質量%以上が好ましく、92.0質量%以上がより好ましく、94.0質量%以上が更に好ましく、95.0質量%超が特に好ましい。また、99.0質量%以下が好ましく、98.0質量%以下がより好ましく、96.0質量%以下が更に好ましい。合成樹脂短繊維が99.0質量%超の場合、基材の引張強度が強くなるものの、漏れ電流の改良効果が低くなる場合がある。一方、合成樹脂短繊維が90.0質量%未満の場合、基材の坪量を低くした場合、機械的強度が低くなって、無機粒子層を形成する際に基材が破損する場合がある。
本発明の基材(1)において、最も好ましい基材は、繊維成分がフィブリル化耐熱性繊維(I)と合成樹脂短繊維である基材である。その場合、本発明の基材(1)に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率は95.0質量%超99.0質量%以下である。そして、98.0質量%以下がより好ましく、97.0質量%以下が更に好ましい。また、95.5質量%超がより好ましい。
本発明のリチウムイオン電池セパレータ用基材(2)は、耐熱性繊維としてフィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)とを含有していることを特徴とする。
本発明の基材(2)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)の合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であることが好ましい。また、3.0質量%以上がより好ましく、3.5質量%以上が更に好ましい。また、8.0質量%未満がより好ましく、6.0質量%未満が更に好ましく、5.0質量%未満が特に好ましい。フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)の合計含有率が9.0質量%以上である場合、基材の厚みを薄くすることが難しくなる。また、引張強度が低下し、無機粒子層を形成するための塗液が基材に浸透し難くなるため、無機粒子層の接着性が悪化する場合や内部抵抗が悪化する場合がある。一方、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)の合計含有率が2.0質量%未満である場合、基材の引張強度は強くなるものの、漏れ電流の改良効果が低くなる場合がある。また、基材の坪量を下げた場合、塗液が浸透し易くなるため、塗液が裏抜けして、走行ロールを汚すと共にセパレータの面質が悪化する場合がある。
本発明の基材(2)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維の含有率(I)が1.0質量%以上5.0質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満であることが好ましい。
フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率は、本発明の基材(2)に含まれる全繊維成分に対して、1.0質量%以上5.0質量%未満であることが好ましく、2.0質量%以上5.0質量%未満であることがより好ましく、2.5質量%以上4.0質量%未満であることが更に好ましく、2.5質量%以上3.5質量%未満であることが特に好ましい。この範囲で使用した場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)は、フィブリル化が進行していない太い幹繊維が少なく、フィブリル化された細繊維が多いため、基材の厚み調整やセパレータの断裁性に支障が無く、細孔径が小さくなるため、塗液の裏抜けがしにくくなり、電解液の保持性が良くなるため、セパレータの抵抗が良化する効果がある。含有率が5.0質量%以上の場合、引張強度が低下する場合や、無機粒子が基材表面に集中的に積層されるため、セパレータの抵抗が悪化する場合や基材と無機粒子層との接着性が悪化する場合がある。含有率が1.0質量%未満では、フィブリル化耐熱性繊維(I)を入れた効果がほとんど見られない場合がある。
フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率は、本発明の基材(2)に含まれる全繊維成分に対して、1.0質量%以上4.0質量%未満であることが好ましく、1.0質量%以上3.0質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以上2.0質量%以下であることが更に好ましく、1.0質量%以上1.5質量%以下であることが特に好ましい。フィブリル化耐熱性繊維(II)をこの範囲で使用した場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含有していても、基材の厚み調整やセパレータの断裁性に支障が無く、セパレータの抵抗が悪化することや、基材と無機粒子層の接着性が悪化することが少ない。一方、フィブリル化耐熱性繊維(II)はフィブリル化された細繊維の他、比較的太い幹繊維が残っているため、基材の耐圧縮性が向上し、セパレータの耐ショート性が良化する効果がある。
本発明の基材(2)に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率は90.0質量%以上が好ましく、92.0質量%以上がより好ましく、94.0質量%以上が更に好ましく、95.0質量%超が特に好ましい。また、98.0質量%以下が好ましく、97.0質量%以下がより好ましく、96.0質量%以下が更に好ましい。合成樹脂短繊維が98.0質量%超の場合、基材の引張強度が強くなるものの、基材の坪量が低い場合、漏れ電流の改良効果が低くなる場合がある。一方、合成樹脂短繊維が90.0質量%未満の場合、基材の坪量を低くした場合、機械的強度が低くなって、無機粒子層を形成する際に基材が破損する場合がある。
本発明の基材(2)において、最も好ましい基材は、繊維成分がフィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)と合成樹脂短繊維である基材である。その場合、本発明の基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率は91.0質量%超98.0質量%以下であることが好ましい。そして、97.0質量%以下がより好ましく、96.0質量%以下が更に好ましい。また、95.0質量%超がより好ましい。
本発明のリチウムイオン電池セパレータ用基材(3)は、耐熱性繊維としてフィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドとを含有していることを特徴とする。
本発明の基材(3)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドの合計含有率は、1.0質量%以上5.0質量%未満である。より好ましくは1.6質量%以上であり、更に好ましくは2.1質量%以上であり、特に好ましくは2.5質量%以上である。フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドの合計含有率が5.0質量%以上の場合、基材の厚みを薄くすることが難しくなる。また、無機粒子層を形成するための無機粒子層が基材に浸透し難くなるため、無機粒子層の接着性が悪化する場合や内部抵抗が悪化する場合がある。一方、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドの合計含有率が1.0質量%未満である場合、基材の引張強度は強くなるものの、漏れ電流の改良効果が低くなる場合がある。また、基材の坪量を下げた場合、塗液が浸透し易くなるため、無機粒子層が裏抜けして、塗工装置の走行ロールを汚す場合があり、また、セパレータの面質が悪化する場合がある。
本発明の基材(3)において、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドの合計含有量に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率は50質量%超が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、80質量%以上が特に好ましい。また、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率は92質量%以下が好ましく、88質量%以下がより好ましく、84質量%以下が更に好ましい。
本発明の基材(3)において、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率が50質量%超でフィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドを併用した場合、基材を薄くすることができ、セパレータの断裁性に支障が無く、細孔径が小さくなるため、塗液の裏抜けがし難くなり、電解液の保持性が良くなるため、セパレータの抵抗が悪化しにくく、無機粒子層との接着性も悪化しにくい。また、フィブリッドは繊維形状が薄葉状であり、結晶構造内に存在する水分が乾燥され、除去される際に大きく収縮し、フィブリル化耐熱性繊維(I)や合成樹脂短繊維とのネットワークを強固にするため、坪量が低い場合でも、基材の強度特性を維持することができ、漏れ電流を防ぐことができ、セパレータの耐ショート性が良化する効果がある。
本発明の基材(3)において、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率が50質量%以下の場合、基材が薄い場合に、内部抵抗が上がる虞がある。また、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率が50質量%以下の場合、坪量を低くすると、基材の強度特性を維持しにくくなる虞や、漏れ電流を防ぐことが難しくなる虞がある。また、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率が92質量%超の場合、引張強度が低下する場合や、無機粒子層が基材に浸透し難くなるため、無機粒子が基材表面に集中的に積層されるため、セパレータの抵抗が悪化する場合や基材と無機粒子層との接着性が悪化する場合がある。
本発明の基材(3)に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率は90.0質量%以上が好ましく、92.0質量%以上がより好ましく、94.0質量%以上が更に好ましく、95.0質量%超が特に好ましい。また、99.0質量%以下が好ましく、98.0質量%以下がより好ましく、97.0質量%以下が更に好ましい。合成樹脂短繊維が99.0質量%超の場合、基材の引張強度が強くなるものの、漏れ電流の改良効果が低くなる場合がある。一方、合成樹脂短繊維が90.0質量%未満の場合、基材の坪量を低くした場合、機械的強度が低くなって、無機粒子層を形成する際に基材が破損する場合がある。
本発明の基材(3)において、最も好ましい基材は、繊維成分がフィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドと合成樹脂短繊維である基材である。その場合、本発明の基材(3)に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率は96.0質量%以上99.0質量%以下であることが好ましい。そして、98.0質量%以下がより好ましく、97.0質量%以下が更に好ましい。また、96.5質量%以上が特に好ましい。
本発明のリチウムイオン電池セパレータ用基材(4)は、耐熱性繊維としてフィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)とフィブリッドとを含有していることを特徴とする。
本発明の基材(4)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であることが好ましく、3.0質量%以上9.0質量%未満であることがより好ましく、3.5質量%以上7.0質量%未満であることが更に好ましく、3.5質量%以上5.0質量%未満であることが特に好ましい。2種類のフィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が9.0質量%以上である場合、基材の厚みを薄くすることが難しくなる。また、引張強度が低下する場合があり、無機粒子層を形成するための塗液が基材に浸透し難くなるため、無機粒子層の接着性が悪化する場合や内部抵抗が悪化する場合がある。一方、2種類のフィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%未満である場合、基材の引張強度は強くなるものの、漏れ電流の改良効果が低くなる場合がある。また、基材の坪量を下げた場合、塗液が浸透し易くなるため、塗液が裏抜けして、走行ロールを汚すと共にセパレータの面質が悪化する場合がある。
本発明の基材(4)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率は、0.6質量%以上4.6質量%未満であることが好ましく、1.0質量%以上4.6質量%未満であることがより好ましく、1.5質量%以上4.0質量%未満であることが更に好ましく、2.0質量%以上3.0質量%以下であることが特に好ましい。フィブリル化耐熱性繊維(I)をこの範囲で使用した場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)は、フィブリル化が進行していない太い幹繊維が少なく、フィブリル化された細繊維が多いため、基材の厚み調整やセパレータの断裁性に支障が無く、細孔径が小さくなるため、塗液の裏抜けがしにくくなり、電解液の保持性が良くなるため、セパレータの抵抗が良化する効果がある。フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が4.6質量%以上の場合、引張強度が低下する場合や、無機粒子が基材表面に集中的に積層されるため、セパレータの抵抗が悪化する場合や基材と無機粒子層との接着性が悪化する場合がある。フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が0.6質量%未満ではフィブリル化耐熱性繊維を入れた効果が見られない場合がある。
本発明の基材(4)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率は、1.0質量%以上4.0質量%未満であることが好ましく、1.0質量%以上3.0質量%以下であることがより好ましく、1.0質量%以上2.0質量%以下であることが更に好ましく、1.0質量%以上1.5質量%以下であることが特に好ましい。フィブリル化耐熱性繊維(II)をこの範囲で使用した場合、フィブリッドやフィブリル化耐熱性繊維(I)を含有していても、基材の厚み調整やセパレータの断裁性に支障が無く、セパレータの抵抗が悪化することや、基材と無機粒子層の接着性が悪化することが少ない。一方、フィブリル化耐熱性繊維(II)はフィブリル化された細い繊維の他、比較的太い幹繊維が残っているため、基材の耐圧縮性が向上し、セパレータの耐ショート性が良化する効果がある。
本発明の基材(4)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリッドの含有率は、0.4質量%以上2.5質量%未満であることが好ましく、0.4質量%以上2.0質量%未満であることがより好ましく、0.4質量%以上1.5質量%未満であることが更に好ましく、0.4質量%以上1.0質量%未満であることが特に好ましい。フィブリッドをこの範囲で使用した場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)を含有していても、基材の厚み調整やセパレータの断裁性に支障が無く、セパレータの抵抗が悪化することや無機粒子層との接着性が悪化することが少ない。さらに、フィブリッドは繊維形状が薄葉状であり、結晶構造内に存在する水分が乾燥され、除去される際に大きく収縮し、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)や合成樹脂短繊維とのネットワークを強固にするため、坪量が低い場合でも、基材の強度特性を維持することができ、漏れ電流を防ぐことができ、セパレータの耐ショート性が良化する効果がある。
本発明の基材(4)に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であっても、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドとの合計含有率が5.0質量%以上の場合、無機粒子層が基材に浸透し難くなるため、無機粒子層の接着性が悪化する場合がある。加えて、フィブリッドの含有率が2.5質量%以上の場合、基材の坪量が低い場合でも内部抵抗が悪化する場合がある。
本発明の基材(4)に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率は90.0質量%以上が好ましく、92.0質量%以上がより好ましく、93.0質量%以上が更に好ましく、95.0質量%超が特に好ましい。また、98.0質量%以下が好ましく、97.5質量%以下がより好ましく、97.0質量%以下が更に好ましく、96.5質量%以下が特に好ましい。合成樹脂短繊維が98.0質量%超の場合、基材の引張強度が強くなるものの、漏れ電流の改良効果が低くなる場合がある。一方、合成樹脂短繊維が90.0質量%未満の場合、基材の坪量を低くした場合、機械的強度が低くなって、無機粒子層を形成する際に基材が破損する場合がある。
本発明において、フィブリル化耐熱性繊維としては、全芳香族ポリアミド(アラミド)、全芳香族ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンゾイミダゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性樹脂からなる耐熱性繊維をフィブリル化したものが用いられる。これらの中でも、電解液との親和性が高く、フィブリル化し易いため、全芳香族ポリアミドが好ましい。
フィブリル化耐熱性繊維は、耐熱性繊維をリファイナー、ビーター、ミル、摩砕装置、高速の回転刃によりせん断力を与える回転式ホモジナイザー、高速の回転する円筒の内刃と固定された外刃との間でせん断力を生じる二重円筒式の高速ホモジナイザー、超音波による衝撃で微細化する超音波破砕器、繊維懸濁液に圧力差を与えて小径のオリフィスを通過させて高速度とし、これを衝突させて急減速することにより、繊維にせん断力、切断力を加える高圧ホモジナイザー等を用いて処理することによって得ることができる。
本発明において、フィブリッドとは、微小なフィブリルを有する薄葉状又は鱗片状の小片であり、繊維の結晶構造が強固に形成されること無く、非結晶状態で水分子又は水分が結晶構造内に存在する微細な耐熱性繊維を指す。フィブリッドとしては、繊維形成性高分子重合体溶液を水系凝固浴に導入して得られた形成物を、乾燥すること無く回収し、必要に応じて叩解等のフィブリル化をすることにより得られる。例えば、ポリマー重合体溶液をその沈殿剤とせん断力の存在する系において混合することにより製造されるフィブリッドや、光学的異方性を示す高分子重合体溶液から形成した分子配向性を有する非晶質含水形成物であり、必要に応じて叩解処理を施すことができる。
叩解処理としては、フィブリッドをリファイナー、ビーター、ミル、摩砕装置、高速の回転刃によりせん断力を与える回転式ホモジナイザー、高速の回転する円筒の内刃と固定された外刃との間でせん断力を生じる二重円筒式の高速ホモジナイザー、超音波による衝撃で微細化する超音波破砕器、繊維懸濁液に圧力差を与えて小径のオリフィスを通過させて高速度とし、これを衝突させて急減速することにより、繊維にせん断力、切断力を加える高圧ホモジナイザー等を用いて処理することによって得ることができる。
本発明において、フィブリッドは結晶構造内に存在する水分が加熱・減圧などにより除去される際に大きく収縮し、繊維ネットワークを強固にするため、基材の強度特性を向上させる効果がある。
本発明におけるフィブリル化耐熱性繊維(I)の変法濾水度は300ml以下であり、好ましくは0ml以上200ml以下であり、更に好ましくは0ml以上100ml以下である。すべてのフィブリル化耐熱性繊維の変法濾水度が300ml超の場合、太い幹繊維が多く存在するため、厚み調整しにくくなり、セパレータの断裁性が悪化する。また、太い幹繊維の存在により、イオンの透過性を阻害されるため、また、電解液の保持性が悪化するため、セパレータの抵抗が高くなる。さらに、厚み調整に熱カレンダーの荷重又は温度を高くする必要性が多くなり、バインダー繊維の融着面積が広がり、イオンの透過性を阻害されるため、セパレータの抵抗が更に高くなることがある。一方、変法濾水度が0ml未満である場合、フィブリル化耐熱性繊維のフィブリル化が進み過ぎて、一定量のバインダー繊維で接合する細い繊維の本数が増えるため、引張強度が低下する場合がある。
本発明におけるフィブリル化耐熱性繊維(II)の変法濾水度は300ml超であり、好ましくは300ml超700ml未満であり、より好ましくは300ml超600ml未満であり、更に好ましくは300ml超450ml未満である。変法濾水度が700ml以上の場合、フィブリル化があまり進んでいないため、太い幹繊維が多く存在するため、厚み調整しにくくなり、セパレータの断裁性が悪化する場合がある。また、太い幹繊維の存在により、イオンの透過性を阻害されるため、また、電解液の保持性が悪化するため、セパレータの抵抗が高くなる場合がある。
本発明において、フィブリッドの変法濾水度は、好ましくは0〜300mlであり、より好ましくは0〜200mlであり、更に好ましくは0〜100mlである。変法濾水度が300mlを超えると、フィブリッドの繊維幅が太くなり、セパレータの抵抗が高くなる場合がある。
また、基材の地合(濃淡ムラ)が悪化し、基材の機械的強度が低くなって、無機粒子層を形成する際に基材が破損する場合がある。さらに、セパレータの断裁性も悪化する場合がある。
フィブリル化耐熱性繊維(I)において、質量加重平均繊維長は、0.02mm以上1.00mm以下であることが好ましい。また、長さ加重平均繊維長は、0.02mm以上0.50mm以下であることが好ましい。平均繊維長が好ましい範囲よりも短い場合、基材からフィブリル化耐熱性繊維が脱落する場合がある。平均繊維長が好ましい範囲よりも長い場合、繊維の離解が悪くなり、分散不良が発生しやすくなる。
フィブリル化耐熱性繊維(II)において、質量加重平均繊維長は、1.00mm以上1.50mm以下であることが好ましい。また、長さ加重平均繊維長は、0.50mm以上1.00mm以下であることが好ましい。平均繊維長が好ましい範囲よりも短い場合、耐ショート性の改良効果が低くなり、平均繊維長が好ましい範囲よりも長い場合、基材の厚みを薄くし難くなる場合や、断裁性が低下する場合がある。
フィブリッドの質量加重平均繊維長は、0.30mm以上1.00mm以下であることが好ましい。また、フィブリッドの長さ加重平均繊維長は、0.10mm以上0.50mm以下であることが好ましい。平均繊維長が好ましい範囲よりも短い場合、基材からフィブリッドが脱落する場合がある。平均繊維長が好ましい範囲よりも長い場合、基材の地合が悪化し、基材の内部抵抗が高くなる場合がある。
フィブリッドが、上記の質量加重平均繊維長と長さ加重平均繊維長を持つ場合、基材に含まれるフィブリッドの含有率が少ない場合でも、フィブリッド間やフィブリッドと他の繊維との間において、繊維による緻密なネットワーク構造が形成され、断裁性を損なうこと無く、引張強度が高く、厚みの薄い基材が得られ易くなる。
フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドが、上記の質量加重平均繊維長と長さ加重平均繊維長を持つ場合、基材に含まれる耐熱性繊維の含有率が少ない場合でも、耐熱性繊維間や耐熱性繊維と合成樹脂短繊維との間において、繊維による緻密なネットワーク構造が形成され、断裁性を損なうこと無く、引張強度が高く、厚みを薄くすることができる基材が得られ易くなる。
本発明において、質量加重平均繊維長と長さ加重平均繊維長は、KajaaniFiberLabV3.5(Metso Automation社製)を使用して、投影繊維長(Proj)モードにおいて測定した質量加重平均繊維長(L(w))と長さ加重平均繊維長(L(l))である。
フィブリル化耐熱性繊維(I)の平均繊維幅は、0.5μm以上20.0μm以下が好ましく、3.0μm以上16.0μm以下がより好ましく、5.0μm以上15.0μm以下が更に好ましい。平均繊維幅が20.0μmを超えた場合、基材の厚みを薄くし難くなる場合や断裁性が悪化する場合があり、平均繊維幅が0.5μm未満の場合、基材から脱落する場合がある。
フィブリル化耐熱性繊維(II)の平均繊維幅は、5.0μm以上40.0μm以下が好ましく、5.0μm以上35.0μm以下がより好ましく、5.0μm以上30.0μm以下が更に好ましい。平均繊維幅が40.0μmを超えた場合、基材の厚みを薄くし難くなる場合や断裁性が悪化する場合があり、平均繊維幅が5.0μm未満の場合、耐ショート性が向上しない場合がある。
フィブリッドの平均繊維幅は、3.0μm以上40.0μm以下が好ましく、5.0μm以上35.0μm以下がより好ましく、10.0μm以上30.0μm以下が更に好ましい。平均繊維幅が40.0μmを超えた場合、基材の内部抵抗が高くなりやすく、厚みを薄くし難くなる場合や断裁性が悪化する場合がある。一方、平均繊維幅が3.0μm未満の場合、フィブリッドを叩解する処理時間が長くなり、生産性が著しく低下する。
本発明において、平均繊維幅は、KajaaniFiberLabV3.5(Metso Automation社製)を使用して測定した繊維幅(Fiber Width)である。
本発明の実施例において、耐熱性繊維の変法濾水度、質量加重平均繊維長、長さ加重平均繊維長及び平均繊維幅は、基材作製前の原料の測定値(A)である。本発明では、基材から取り出した耐熱性繊維の測定値(B)も測定し、その差違を調べた。まず、ポリエチレンテレフタレート系合成樹脂短繊維とフィブリル化耐熱性繊維(I)とからなる基材を耐アルカリ性のプラスチック容器に入れた。次に、その容器内に、高濃度アルカリ溶液(例えば48質量%の水酸化カリウム水溶液)を加え、攪拌子を入れた。続いて、その容器を40〜60℃の温水浴に漬けたまま、1日間攪拌し、PET系合成樹脂短繊維を完全に溶解させた。その後、容器内のフィブリル化耐熱性繊維(I)をろ紙を用いてろ過して取り出し、中和して、充分に水洗してから、乾燥させて、基材から取り出したフィブリル化耐熱性繊維(I)を得た。この基材から取り出したフィブリル化耐熱性繊維(I)の変法濾水度等を測定して、測定値(B)とした。基材作製前の測定値(A)と測定値(B)とを比較したところ、測定値(A)と(B)はほとんど変わらない値を示し、「測定値(A)≒測定値(B)」であることが確認できた。
<測定値(A)>
変法濾水度 50ml
質量加重平均繊維長 0.58mm
長さ加重平均繊維長 0.33mm
平均繊維幅 15.5μm
<測定値(B)>
変法濾水度 49ml
質量加重平均繊維長 0.55mm
長さ加重平均繊維長 0.31mm
平均繊維幅 16.1μm
本発明において、合成樹脂短繊維としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド、アクリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ジエン、ポリウレタン、フェノール、メラミン、フラン、尿素、アニリン、不飽和ポリエステル、フッ素、シリコーン、これらの誘導体等の合成樹脂からなる、フィブリル化されていない短繊維(ステープル)が挙げられる。合成樹脂短繊維を含むことによって、基材の引張強度や突刺強度を強くすることができる。
合成樹脂短繊維は、単一の樹脂からなる繊維(単繊維)であっても良いし、2種以上の樹脂からなる複合繊維であっても良い。また、本発明の基材に含まれる合成樹脂短繊維は、1種でも良いし、2種類以上を組み合わせて使用しても良い。複合繊維としては、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型が挙げられる。
合成樹脂短繊維の繊度は、0.01dtex以上0.6dtex以下が好ましく、0.02dtex以上0.3dtex以下がより好ましい。合成樹脂短繊維の繊度が0.6dtexを超えた場合、厚さ方向における繊維本数が少なくなるため、基材の細孔径分布が広くなり、その結果として、漏れ電流が大きくなる場合がある。また、厚みを薄くし難くなり、強度特性が低下し易くなる。合成樹脂短繊維の繊度が0.01dtex未満の場合、繊維が非常に高価になり、繊維の安定製造が困難になる場合や、湿式抄紙法により基材を製造する場合、脱水性が低下する場合がある。
合成短繊維の繊維長としては、1mm以上10mm以下が好ましく、1mm以上5mm以下がより好ましい。繊維長が10mmを超えた場合、地合不良となる場合がある。一方、繊維長が1mm未満の場合、基材の機械的強度が低くなって、無機粒子層を形成する際に基材が破損する場合がある。
本発明の基材は、耐熱性繊維と合成樹脂短繊維以外の繊維を配合しても良い。例えば、セルロース繊維、セルロース繊維のパルプ化物やフィブリル化物、合成樹脂からなるパルプ化物、無機繊維が挙げられる。無機繊維としては、ガラス、アルミナ、シリカ、セラミックス、ロックウールが挙げられる。セルロース繊維は、天然セルロース、再生セルロースのいずれでも良い。
図4は、耐熱性繊維として、フィブリル化耐熱性繊維(I)1を含む基材の電子顕微鏡写真である。図5は、耐熱性繊維として、フィブリル化耐熱性繊維(I)1とフィブリル化耐熱性繊維(II)2とを含む基材の電子顕微鏡写真である。図6は、フィブリル化耐熱性繊維(I)1とフィブリッド3とを含むリチウムイオン二次電池セパレータ用基材の電子顕微鏡写真である。図7は、耐熱性繊維として、フィブリル化耐熱性繊維(I)1とフィブリル化耐熱性繊維(II)2とフィブリッド3とを含むリチウムイオン二次電池セパレータ用基材の電子顕微鏡写真である。図8は、耐熱性繊維を含有しない基材の電子顕微鏡写真である。フィブリッド3は薄葉状であるが、フィブリル化耐熱性繊維(I)1及び(II)2は、薄葉状では無く、主に繊維軸と平行な方向に非常に細く分割された微小繊維である。特にフィブリル化耐熱性繊維(I)1は高度にフィブリル化されているため、合成樹脂短繊維4に絡まりやすく、基材全体に広がり易い。そのため、上述したように、フィブリル化耐熱性繊維(I)1を必須成分として含有している基材が、耐熱温度が最も高く、熱流動も抑制され、最も優れた基材となったものと推測できる。
本発明の基材の厚みは、6μm以上が好ましく、8μm以上がより好ましく、10μm以上が更に好ましい。また、20μm以下が好ましく、18μm以下がより好ましく、15μm以下が更に好ましい。基材の厚みを上記の範囲とした場合においても、本発明の基材では、内部抵抗を低く抑えることができ、塗工工程や電極の積層工程で必要な引張強度を維持できるため、基材の抄造性も含め、各工程での作業性を損なうことが無い。基材の厚みが20μmを超えると、セパレータの抵抗が高くなり過ぎる場合がある。また、電池を高容量にすることができなくなる場合がある。基材の厚みが6μm未満であると、基材の強度が弱くなり過ぎて、基材の取り扱い時や塗工時に破損する恐れがある。
本発明の基材の密度は、0.40g/cm以上が好ましく、0.45g/cm以上がより好ましく、また、0.75g/cm以下が好ましく、0.70g/cm以下がより好ましい。密度が0.40g/cm未満である場合、基材の強度が弱くなり過ぎて、基材の取り扱い時や塗工時に破損する恐れがあり、0.75g/cmを超えた場合、セパレータの抵抗が高くなり過ぎる場合がある。
本発明の基材は、湿式抄造法によって製造される湿式不織布であることが好ましい。湿式抄造法は繊維を水に分散して均一な抄紙スラリーとし、この抄紙スラリーを抄紙機で漉きあげて湿式不織布を製作する。抄紙機としては、円網抄紙機、長網抄紙機、傾斜型抄紙機、傾斜短網抄紙機、これらの複合機が挙げられる。湿式不織布を製造する工程において、必要に応じて水流交絡処理を施しても良い。湿式不織布の加工処理として、熱処理、カレンダー処理、熱カレンダー処理などを施しても良い。
本発明のリチウムイオン電池セパレータは、無機粒子を含む無機粒子層、有機粒子を含む有機粒子層、多孔性フィルム、微細繊維(ナノファイバ−)層、固体電解質及びゲル状電解質の群から選ばれる1種以上の複合化物と本発明の基材とを組み合わせた構成を有する。中でも、基材と無機粒子層とを有しているセパレータが最も好ましいセパレータである。
無機粒子の粒子径は、0.02μm以上4.00μm以下が好ましく、0.10μm以上3.00μm以下がより好ましい。粒子径が大き過ぎると、無機粒子層を適切な厚みで形成することが困難となる場合や、表面の凹凸が大きくなる場合がある。一方、粒子径が小さ過ぎると、無機粒子を分散しにくくなることや無機粒子が基材から脱落し易くなることや、脱落を防ぐためにバインダーを増量する必要があり、内部抵抗が悪化する場合がある。なお、本発明で言う粒子径とは、レーザー回折散乱法によって測定される体積分布のD50(メジアン径)を表す。
無機粒子層はバインダーを含むことができる。バインダーとしては、各種の有機ポリマーを用いることができる。その例としては、スチレン−ブタジエン共重合エラストマー、アクリロニトリル−ブタジエン共重合エラストマー、(メタ)アクリル酸エステル重合体エラストマー、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル重合体エラストマー、ポリフッ化ビニリデン重合体等の各種有機ポリマーが使用可能である。
無機粒子層に含まれるバインダーの含有率は、無機粒子の総量に対して、2質量%以上200質量%以下が好ましい。特に5質量%以上50質量%以下が好ましい。バインダーの量が少な過ぎると、無機粒子が基材から脱落し易くなる場合がある。また、バインダーの量が多過ぎると、無機粒子層が緻密になり過ぎて、イオン透過性が低下する場合がある。
基材と無機粒子層を有するセパレータは、基材の少なくとも一方の面に無機粒子層を形成することによって製造することができる。無機粒子層を基材の少なくとも一方の面に形成する方法としては、無機粒子層を構成する各成分を水や有機溶剤等の媒体中に分散又は溶解させた無機粒子層形成用のスラリー(塗液)を調製し、これを基材上に塗工する方法が挙げられる。
無機粒子層形成用のスラリーを調製するための媒体としては、バインダーや無機粒子を均一に溶解又は分散できるものであれば特に限定されない。例えば、トルエンなどの芳香族炭化水素類、テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran、THF)などの環状エーテル類、メチルエチルケトン(methyl ethyl ketone、MEK)などのケトン類、イソプロピルアルコール(isopropyl alcohol)などのアルコール類、N−メチル−2−ピロリドン(N−methylpyrrolidone、NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド(N,N−Dimethylacetamide、DMAc)、N,N−ジメチルホルムアミド(N,N−dimethylformamide、DMF)、ジメチルスルホキシド(Dimethyl sulfoxide、DMSO)、水などを必要に応じて用いることができる。また、必要に応じてこれらの媒体を混合して用いても良い。また、使用する媒体は、基材を膨張させない媒体又は基材を溶解しない媒体が好ましい。
塗液を塗工する方法としては、例えばブレード(blade)、ロッド(rod)、リバースロール(reverse roll)、リップ(lip)、ダイ(die)、カーテン(curtain)、エアーナイフ(air knife)等各種の塗工方式、フレキソ(flexography)、スクリーン(screen)、オフセット(offset)、グラビア(gravure)、インクジェット(inkjet)等の各種印刷方式、ロール転写、フィルム転写などの転写方式等を、必要に応じて選択して用いることができる。
無機粒子層を形成するために、塗液を基材に塗工する装置としては、各種の塗工装置を用いることができる。例えば、グラビア(gravure)、ダイ(die)、リップ(lip)、ブレード(blade)、カーテン(curtain)、エアーナイフ(air knife)、ロッド(rod)、ロール、リバースロール(reverse roll)コーター、キス(kiss)、ディップ(dip)等の各種塗工方式;フレキソ(flexography)、スクリーン(screen)、オフセット(offset)、グラビア(gravure)、インクジェット(inkjet)等の各種印刷方式;ロール転写、フィルム転写などの転写方式等を有する装置を、適宜用いることができる。
無機粒子層の塗工量は、基材にもよるが、基材の片面当たりの乾燥(絶乾)塗工量として、1g/m以上30g/m以下が好ましく、3g/m以上20g/m以下がより好ましく、5g/m以上15g/m以下が更に好ましい。無機粒子層の塗工量が1g/m未満の場合には、無機粒子層を形成した際に、ほとんどの塗液が基材の中に浸透してしまい、基材の表面に無機粒子層を形成できないことがある。一方、塗工量が30g/mを超えた場合には、セパレータの厚みが厚くなり、電池の体積当たりのエネルギー密度が低くなることや、セパレータの坪量が重くなることで、電池の質量当たりのエネルギー密度が低くなることがある。
無機粒子層には、前記無機粒子及びバインダーの他に、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム等の各種分散剤、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリエチレンオキサイド等の各種増粘剤、各種の濡れ剤、防腐剤、消泡剤等の各種添加剤を、必要に応じて添加することもできる。一般に、媒体として有機溶剤を使用した非水系塗液は表面張力が低く、媒体として水を用いた水系塗液の表面張力は高い。本発明の基材は、塗液の受理性が高いため、非水系塗液も水系塗液も、両方共に問題無く塗工することができる。
本発明の基材と無機粒子層とを有している本発明のセパレータの好ましい態様としては、本発明の基材の片面上に、平均粒子径2.0μm以上4.0μm以下の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Aと、平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Bとが、この順に積層された構成を有するセパレータが挙げられる。無機粒子層Aは、平均粒子径2.0μm以上4.0μm以下の水酸化マグネシウムを含む塗液aを、基材の片面上に塗工する方法で得られる。無機粒子層Bは、平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む塗液bを、無機粒子層A上に塗工する方法で得られる。
無機粒子層Aに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径は、無機粒子層Bに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径よりも大きい。そのため、無機粒子層Aは、無機粒子層Bと比較して、基材内部に滲み込みにくく、ピンホールが発生しにくいが、厚みがやや厚くなりやすい。無機粒子層Bは、基材内部に滲み込みやすく、無機粒子層Aと比較して、ピンホールが発生しやすいが、厚みが薄くなりやすい。そのため、基材の片面上に、無機粒子層Aと、無機粒子層Bとが、この順に積層された構成を有するセパレータでは、無機粒子層Bが基材内部に滲み込むことを無機粒子層Aが防ぎ、セパレータ表面に均一な無機粒子層を形成させることができる。その結果、セパレータの厚みが薄くても、ピンホールの発生を抑制することができ、また、内部抵抗も低くすることができる。
また、無機粒子層Aは、基材と密着しやすく、層強度が強くなるため、セパレータ製造の際に欠点が生じにくく、製造安定性にも優れるという効果が得られる。
さらに、無機粒子層Aに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径は、無機粒子層Bに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径よりも大きいことから、同じ塗工量の場合、無機粒子層Aは無機粒子層Bに比べ厚くなる。このことから、無機粒子層Aと無機粒子層Bの塗工量を合わせた総塗工量が同じセパレータの場合、無機粒子層Aの塗工量を、無機粒子層Bの塗工量よりも少なくした方が、セパレータの厚みをより薄くできるため、より好ましい。無機粒子層Aの塗工量が、無機粒子層Bの塗工量よりも多い場合、比較的平均粒子径の大きい水酸化マグネシウムの含有量が多くなることから、セパレータの厚みが厚くなることがある。
本発明の基材と無機粒子層とを有している本発明のセパレータの好ましい別態様としては、本発明の基材の片面上に設けられた、平均粒子径2.0μm以上4.0μm以下の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Aと、もう一方の面上に設けられた、平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Bとを有するセパレータが挙げられる。無機粒子層Aは、平均粒子径2.0μm以上4.0μm以下の水酸化マグネシウムを含む塗液aを、基材の片面上に塗工する方法で得られる。無機粒子層Bは、平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む塗液bを、無機粒子層Aが設けられた面とは反対側の、基材のもう一方の面上に塗工する方法で得られる。
無機粒子層Aに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径は、無機粒子層Bに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径よりも大きい。そのため、無機粒子層Aは、無機粒子層Bと比較して、基材内部に滲み込みにくく、ピンホールが発生しにくいが、厚みがやや厚くなりやすい。無機粒子層Bは、基材内部に滲み込みやすく、無機粒子層Aと比較して、ピンホールが発生しやすいが、厚みが薄くなりやすい。そこで、無機粒子層Aと無機粒子層Bを基材の異なる面に設けることで、ピンホール発生を抑制することができ、厚みが薄く、内部抵抗が低いセパレータとすることができる。
また、無機粒子層Aと無機粒子層Bは、基材と密着しやすく、層強度が強くなるため、セパレータ製造の際に欠点が生じにくく、製造安定性にも優れるという効果が得られる。
無機粒子層Aに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径は、無機粒子層Bに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径よりも大きいことから、同じ塗工量の場合、無機粒子層Aの方が無機粒子層Bに比べ厚みが厚くなる。このことから、無機粒子層Aと無機粒子層Bの塗工量を合わせた総塗工量が同じセパレータの場合、無機粒子層Aの塗工量を、無機粒子層Bの塗工量よりも少なくした方が、セパレータの厚みをより薄くできるため、より好ましい。無機粒子層Aの塗工量が、無機粒子層Bの塗工量よりも多い場合、比較的平均粒子径の大きい水酸化マグネシウムの含有量が多くなることから、セパレータの厚みが厚くなることがある。
無機粒子層Aにおける水酸化マグネシウムの平均粒子径は、より好ましくは2.2μm以上3.7μm以下であり、さらに好ましくは2.5μm以上3.5μm以下である。
無機粒子層Aの乾燥塗工量は、好ましくは2.0g/m以上10.0g/m以下であり、より好ましくは2.5g/m以上8.0g/m以下であり、さらに好ましくは3.0g/m以上6.0g/m以下である。塗工量が10.0g/mを超えた場合、セパレータの厚みが厚くなり過ぎる場合がある。塗工量が2.0g/m未満の場合、ピンホールが発生しやすくなる場合がある。
無機粒子層Bにおける水酸化マグネシウムの平均粒子径は、より好ましくは0.5μm以上1.5μm以下であり、さらに好ましくは0.5μm以上1.3μm以下であり、特に好ましくは0.5μm以上1.0μm以下である。
無機粒子層Bの乾燥塗工量は、好ましくは2.5g/m以上10.0g/m以下であり、より好ましくは3.0g/m以上8.5g/m以下であり、さらに好ましくは3.5g/m以上7.0g/m以下である。塗工量が10.0g/mを超えた場合、セパレータの厚みが厚くなり過ぎる場合がある。塗工量が2.5g/m未満の場合、ピンホールが発生しやすくなる場合がある。
無機粒子層A及び無機粒子層Bの乾燥塗工量の比率(=無機粒子層Aの乾燥塗工量/無機粒子層Bの乾燥塗工量)は、0.23以上1.00未満であることが好ましく、0.33以上0.95未満がより好ましく、0.43以上0.90未満が更に好ましい。無機粒子層A及び無機粒子層Bの乾燥塗工量の比率が1.00以上の場合、セパレータの厚みが厚くなることがあり、0.23未満の場合、ピンホールが発生しやすくなることがある。
本発明のセパレータの坪量は、好ましくは9g/m以上35g/m以下であり、より好ましくは10g/m以上30g/m以下であり、さらに好ましくは12g/m以上25g/m以下である。坪量が35g/mを超えた場合、内部抵抗が高くなり過ぎる場合がある。坪量が9g/m未満の場合、ピンホールが発生しやすくなる場合や、十分な強度を得ることが難しくなる場合がある。
本発明のセパレータの厚みは、好ましくは9μm以上35μm以下であり、より好ましくは10μm以上30μm以下であり、さらに好ましくは12μm以上28μm以下である。厚みが35μmを超えた場合、セパレータが厚くなり過ぎてしまい、内部抵抗が高くなる場合がある。厚みが9μm未満の場合、ピンホールが発生しやすくなる場合や、十分な強度を得ることが難しくなる場合がある。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものでは無い。なお、実施例において百分率(%)及び部は、断りの無い限り全て質量基準である。また、塗工量は乾燥塗工量である。
≪実施例1≫〜≪実施例4≫では、リチウムイオン電池セパレータ用基材及びリチウムイオン電池セパレータについて、下記物性の測定と評価を行った。
<基材の坪量及び無機粒子層の塗工量>
JIS P8124に準拠して、基材及びセパレータの坪量を測定した。無機粒子層の塗工量はセパレータの坪量から基材の坪量を差し引いて算出した。
<基材及びセパレータの厚さ>
JIS B7502に規定された外側マイクロメーターを用いて、5N荷重時の厚さを測定した。
<基材と無機粒子層の接着性>
各セパレータから幅方向100mm×流れ方向100mmサイズの試験片を5枚切り出し、幅10mm×長さ50mmのセロハンテープを、流れ方向と幅方向に、セパレータの無機粒子層の上から軽く貼り付けて、1kgのステンレス製の円柱を2往復させた。その後、セロハンテープを無機粒子層から剥がし、セパレータを目視にて観察し、次の評価基準で評価した。評価として△までが実用上使用できる範囲である。
○:基材面に無機粒子層が残っている。
△:無機粒子層の約半分が基材から剥がれている。
×:無機粒子層のほとんど全部分が基材から剥がれている。
<セパレータの断裁性>
各セパレータを幅方向50mm×流れ方向200m×8丁取りでスリット加工し、両コバ面を目視にて観察し、次の評価基準で評価した。評価として△までが実用上使用できる範囲である。
○:両コバ面に毛羽が無い。
△:両コバ面にわずかに毛羽が見られる。
×:両コバ面に毛羽が目立つ。
<評価用電池の作製>
各セパレータを用い、正極にマンガン酸リチウム、負極にメソカーボンマイクロビーズ、電解液にヘキサフルオロリン酸リチウムの1mol/L炭酸ジエチル/炭酸エチレン(容量比7/3)混合溶媒溶液を用い、各セパレータの無機粒子層を負極に対向するようにして、設計容量30mAhの評価用パウチ型リチウムイオン電池を作製し、下記の内部抵抗と漏れ電流の評価に供した。
<内部抵抗の評価>
各電池について、60mA定電流充電→4.2V定電圧充電(1時間)→60mAで定電流放電→2.8Vになったら次のサイクルのシーケンスにて、5サイクルの慣らし充放電を行った後、60mA定電流充電→4.2V定電圧充電(1時間)→6mAで30分間定電流放電(放電量3mAh)→放電終了直前の電圧を測定(電圧a)→60mA定電流充電→4.2V定電圧充電(1時間)→90mAで2分間定電流放電(放電量3mAh)→放電終了直前の電圧(電圧b)を測定、を行い、内部抵抗Ω=(電圧a−電圧b)/(90mA−6mA)の式で内部抵抗を求めた。評価として△までが実用上使用できる範囲である。
◎:内部抵抗3.5Ω未満
○:内部抵抗3.5Ω以上4.0Ω未満
△:内部抵抗4.0Ω以上5.0Ω未満
×:内部抵抗5.0Ω以上
<漏れ電流の評価>
各評価用電池について、30mA定電流充電→4.2V定電圧充電(終止電流3mA)のシーケンスで初回充電を行った際の充電容量を測定した。各セパレータを、充電容量により下記4水準に区分した。充電容量が設計容量である30mAhを大幅に超過することは、電池内部で漏れ電流が生じていることを意味する。評価として○までが実用上使用できる範囲である。
◎:初回充電容量32mAh未満
○:初回充電容量32mAh以上37mAh未満
△:初回充電容量37mAh以上42mAh未満
×:初回充電容量42mAh以上
<引張強度の評価>
各基材につき、長辺が流れ方向になるように、流れ方向250mm×幅方向50mmのサンプル片を切り出し、卓上型材料試験機(株式会社オリエンテック(ORIENTEC)製、商品名STA−1150)を用いて、JIS P8113に準じて、引張速度200mm/minで引張試験を行った。引張応力の最大値をもって引張強度とした。一般に、引張強度は高い方が好ましく、これが低い場合、塗工時や電池製造時に、基材にかかる張力を精密に制御する必要が生じ、かかる制御に必要な装置が大掛かりになる問題がある。
◎:引張強度1000N/m以上
○:引張強度700N/m以上1000N/m未満
△:引張強度400N/m以上700N/m未満
×:引張強度400N/m未満
≪実施例1≫
実施例1−1
<基材の作製>
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維55.5質量部と繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)40.0質量部と、全芳香族ポリアミド繊維のパルプ状物(平均繊維長1.7mm、平均繊維径10μm)を高圧ホモジナイザーを用いて、変法濾水度50mlにまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維4.5質量部とを、パルパーにより水中に分散し、濃度0.5質量%の均一な抄紙スラリーを調製し、傾斜型抄紙機を用いて湿紙ウェブを得て、表面温度135℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、シートを得た。得られたシートを、片方のロールがクロムメッキされた鋼製ロール、他方のロールが硬度ショアーA92の樹脂ロール、鋼製ロールの表面温度が195℃、線圧が100kN/mの熱カレンダー装置により、カレンダー処理し、坪量が10g/m、厚さ15μmの基材1−1を作製した。
<塗液の調製>
体積平均粒子径0.9μm、比表面積5.5m/gのベーマイト100部を、その1質量%水溶液の25℃における粘度が200mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.3%水溶液120部に混合し十分撹拌し、次いで、その1質量%水溶液の25℃における粘度が7000mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.5%水溶液300部、市販のリチウムイオン電池用スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダー(JSR株式会社製、商品名:TRD2001)(固形分濃度48%)10部を混合、撹拌して塗液を調製した。
<セパレータの作製>
前記基材1−1の片面上に、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が12g/mとなるように塗液を塗工・乾燥し、無機粒子層を有するセパレータを作製した。
実施例1−2
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を59.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を1.0質量部とした以外、基材1−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材1−2を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−3
実施例1−1の抄紙スラリーを用いて、基材1−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−3を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様な方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−4
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、ポリアリレート繊維(全芳香族ポリエステル繊維)のカット繊維(平均繊維長3.0mm、平均繊維径20μm)を高圧ホモジナイザーを用いて、変法濾水度250mlにまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維を4.5質量部とした以外、基材1−1と同様な方法で、坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−4を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例1−1
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を60.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部とした以外、基材1−1と同様な方法で、坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−5を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例1−2
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を5.0質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧を120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材1−1と同様な方法で、坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−6を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例1−3
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を50.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を10.0質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が175kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材1−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−7を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例1−4
フィブリル化耐熱性繊維を、摩砕装置を用いて、変法濾水度320mlにまでフィブリル化させた全芳香族ポリアミド繊維に変更した以外、基材1−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−8を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−5
実施例1−1の抄紙スラリーを用いて、基材1−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ10μmの基材1−9を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様な方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例1−5
比較例1−1の抄紙スラリーを用いて、基材1−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ10μmの基材1−10を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様な方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−6
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を50.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を4.5質量部、リファイナーを用いて平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を微細化し、変法濾水度90mlに叩解された溶剤紡糸セルロース繊維を5.5質量部とした以外、基材1−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−11を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−7
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を49.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を4.5質量部、変法濾水度90mlに叩解された溶剤紡糸セルロース繊維を6.5質量部とした以外、基材1−11と同様な方法で坪量8g/m、厚さ11μmの基材1−12を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−8
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を56.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を4.0質量部とした以外、基材1−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ10μmの基材1−13を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−9
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を57.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を3.0質量部とした以外、基材1−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ10μmの基材1−14を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例1−10
実施例1−8の抄紙スラリーを用いて、基材1−13と同様な方法で坪量12g/m、厚さ18μmの基材1−15を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様な方法で、塗工量15g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例1−6
比較例1−3の抄紙スラリーを用い、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧を120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材1−7と同様な方法で坪量12g/m、厚さ18μmの基材1−16を作製した。次いで、実施例1−1で調製した塗液を、実施例1−1と同様な方法で、塗工量15g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
Figure 0006953413
Figure 0006953413
実施例1−1〜実施例1−10で作製した基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)と合成樹脂短繊維とを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満である。実施例1−1〜実施例1−10の基材と無機粒子層とを有しているセパレータは、基材と無機粒子層の接着性が高く、断裁性に優れていた。また、内部抵抗が低く、漏れ電流が少なく、特に、実施例1−1〜実施例1−9のセパレータは、基材が15μm以下という薄さであるにもかかわらず、強度特性に優れていた。
実施例1−6及び実施例1−7の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)と合成樹脂短繊維以外の繊維を含有している。実施例1−6と実施例1−7の比較から、合成樹脂短繊維の含有量が90.0質量%以上である実施例1−6の基材の方が、強度特性に優れていた。
比較例1−1と比較例1−5の基材はフィブリル化耐熱性繊維(I)を含まないため、基材の坪量を下げた場合、漏れ電流が生じ易い傾向が見られた。
比較例1−2及び比較例1−3の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)と合成樹脂短繊維とを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が5.0質量%以上である。そのため、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と無機粒子層の接着性が低下した。また、断裁性の評価においても、コバ面に毛羽が多く残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、線圧を上げる必要があり、基材を薄くし難いことが分かった。その結果、電池の内部抵抗が悪化した。そして、比較例1−3では、引張強度も低下するため、塗工時に基材に皺が発生することや、電極の積層工程において張力調整できずに、セパレータの幅が縮むことや切断することがあった。
比較例1−4の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含有せず、フィブリル化耐熱性繊維(II)のみを含有しているため、断裁性が悪く、コバ面にわずかに毛羽が見られた。また、漏れ電流が悪化した。
実施例1−10及び比較例1−6の基材は、共に18μmという厚みを有しているが、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率において、実施例1−10の基材は4.0質量%であり、比較例1−6の基材は10.0質量%である。厚い基材の場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)が5.0質量%以上であっても、内部抵抗が低かった。一方、実施例1−8及び比較例1−3の基材は、10〜11μmという厚みを有しているが、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率において、実施例1−8の基材は4.0質量%であり、比較例1−3の基材は10.0質量%である。薄い基材の場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)が5.0質量%未満であることによって、内部抵抗が低くなった。
≪実施例2≫
実施例2−1
<基材の作製>
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維55.5質量部と、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)40.0質量部と、全芳香族ポリアミド繊維のパルプ状物(平均繊維長1.7mm、平均繊維径10μm)を高圧ホモジナイザーを用いて、変法濾水度350mlまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維1.0質量部と、同様に全芳香族ポリアミド繊維のパルプ状物を高圧ホモジナイザーを用いて、変法濾水度50mlにまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維3.5質量部とを、パルパーによって水中で分散し、濃度0.5質量%の均一な抄紙スラリーを調製し、傾斜型抄紙機を用いて湿紙ウェブを得て、表面温度135℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、シートを得た。得られたシートを、片方のロールがクロムメッキされた鋼製ロール、他方のロールが硬度ショアーA92の樹脂ロール、鋼製ロールの表面温度が195℃、線圧が100kN/mの熱カレンダー装置により、カレンダー処理し、坪量が10g/m、厚さ15μmの基材2−1を作製した。
<塗液の調製>
体積平均粒子径0.9μm、比表面積5.5m/gのベーマイト100部を、その1質量%水溶液の25℃における粘度が200mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.3%水溶液120部に混合し十分撹拌し、次いで、その1質量%水溶液の25℃における粘度が7000mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.5%水溶液300部、市販のリチウムイオン電池用スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダー(JSR株式会社製、商品名:TRD2001)(固形分濃度48%)10部を混合、撹拌して塗液を調製した。
<セパレータの作製>
前記基材2−1の片面上に、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が12g/mとなるように塗液を塗工・乾燥し、無機粒子層を有するセパレータを作製した。
実施例2−2
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維3.5質量部と、変法濾水度50mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維を1.0質量部とした以外、基材2−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材2−2を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−3
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を58.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維1.0質量部と、変法濾水度50mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維を1.0質量部とした以外、基材2−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材2−3を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−4
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を54.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維2.5質量部と、変法濾水度50mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維を3.5質量部とした以外、基材2−1と同様な方法で坪量9g/m、厚さ14μmの基材2−4を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−5
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.2質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維3.9質量部と、変法濾水度50mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維を4.9質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧を110kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材2−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−5を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−6
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を54.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維2.5質量部と、高圧ホモジナイザーを用いて、ポリアリレート繊維(全芳香族ポリエステル繊維)のカット繊維(平均繊維長3.0mm、平均繊維径20μm)を変法濾水度250mlまでフィブリル化させたフィブリル化ポリアリレート繊維を3.5質量部とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−6を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例2−1
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を60.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量7g/m、厚さ10μmの基材2−7を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−7
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を52.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維2.5質量部と、変法濾水度50mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維を5.0質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧を120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−8を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−8
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を52.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維4.0質量部と変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を3.5質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が125kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−9を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−9
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を50.8質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維4.1質量部と変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を5.1質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が135kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−10を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−10
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を50.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維3.5質量部と、変法濾水度50mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維を4.5質量部、リファイナーを用いて平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を微細化し、変法濾水度90mlに叩解された溶剤紡糸セルロース繊維を2.0質量部としたとした以外、基材2−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−11を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−11
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を49.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維3.5質量部と、変法濾水度50mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維を4.5質量部、リファイナーを用いて平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を微細化し、変法濾水度90mlに叩解された溶剤紡糸セルロース繊維を3.0質量部としたとした以外、基材2−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−13を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例2−12
実施例2−1の抄紙スラリーを用いて、基材2−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ10μmの基材2−14を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様な方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例2−2
比較例2−1の抄紙スラリーを用いて、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が90kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ10μmの基材2−12を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様な方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例2−3
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度350mlのフィブリル化全芳香族ポリアミド繊維8.9質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が175kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−15を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例2−4
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmのバインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、変法濾水度50mlのフィブリル化耐熱性繊維を8.9質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が160kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材2−1と同様な方法で、坪量7g/m、厚さ11μmの基材2−16を作製した。次いで、実施例2−1で調製した塗液を、実施例2−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
Figure 0006953413
Figure 0006953413
実施例2−1〜実施例2−12で作製した基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)と合成樹脂短繊維とを含有した基材であり、基材と無機粒子層の接着性が高く、断裁性に優れていた。また、内部抵抗が低く、漏れ電流が少なく、強度特性に優れていた。
実施例2−1〜実施例2−12で作製した基材の中でも、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)の合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満である実施例2−1〜実施例2−8及び実施例2−12の基材は、強度特性に優れていた。また、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)の合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満である実施例2−1〜実施例2−6と実施例2−12の基材と無機粒子層とを有しているセパレータは、基材と無機粒子層の接着性が高く、断裁性に優れていた。また、内部抵抗が低く、漏れ電流が少なく、基材が15μm以下という薄さであるにもかかわらず、強度特性に優れていた。
実施例2−1〜実施例2−12で作製した基材の中で、実施例2−7の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)と合成樹脂短繊維とを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)の合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であるが、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が5.0質量%以上である。そのため、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と無機粒子層の接着性が低下した。また、断裁性の評価においても、コバ面に毛羽がわずかに残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、線圧を上げる必要があり、基材を薄くし難いことが分かった。その結果、電池の内部抵抗が悪化した。
実施例2−1〜実施例2−12で作製した基材の中で、実施例2−8では、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)と合成樹脂短繊維とを含有し、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)の合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であるが、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が4.0質量%以上である。実施例2−5と実施例2−8の比較から、フィブリル化耐熱性繊維(II)を4.0質量%以上含有した場合、太い幹繊維が多く残るため、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と無機粒子層の接着性が低下した。また、断裁性の評価においても、コバ面に毛羽がより多く残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、より高い線圧に上げる必要があり、基材を薄くし難いことが分かった。その結果、電池の内部抵抗が悪化した。
実施例2−1〜実施例2−12で作製した基材の中で、実施例2−9では、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)の合計含有率が9.0質量%以上であり、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が5.0質量%以上であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が4.0質量%以上である。この場合、塗液が基材にほとんど浸透しなくなることから、基材と無機粒子層の接着性が低下した。また、断裁性の評価においても、コバ面に毛羽がより多く残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)の合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満である実施例2−7及び実施例2−8よりもさらに高い線圧に上げる必要があり、基材を薄くし難いことが分かった。その結果、電池の内部抵抗が悪化した。さらに、引張強度も低下した。
実施例2−1〜実施例2−12で作製した基材の中で、実施例2−10及び2−11の基材は、フィブリル化耐熱性繊維と合成樹脂短繊維以外の繊維を含有している。実施例2−10と実施例2−11の比較から、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%以上である実施例2−10の基材の方が、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%未満である実施例2−11の基材よりも強度特性に優れていた。
比較例2−1及び比較例2−2の基材は、耐熱性繊維を含まないため、基材の坪量を下げた場合、漏れ電流が生じ易かった。
比較例2−3の基材は、耐熱性繊維としてフィブリル化耐熱性繊維(II)のみを含有し、比較例2−4の基材は、耐熱性繊維としてフィブリル化耐熱性繊維(I)のみを含有し、いずれの基材も耐熱性繊維の含有率が8.9質量%である基材である。フィブリル化耐熱性繊維の含有率は2.0質量%以上9.0質量%未満の範囲内であるが、どちらか一方のフィブリル化耐熱性繊維のみを含有する場合、基材と無機粒子層の接着性が低下し(比較例2−3)、断裁性の評価においても、コバ面に毛羽が残った(比較例2−3及び比較例2−4)。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、線圧を上げる必要があり、基材を薄くし難いことが分かった(比較例2−3及び比較例2−4)。その結果、電池の内部抵抗がより悪化した(比較例2−3及び比較例2−4)。
≪実施例3≫
実施例3−1
<基材の作製>
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維55.5質量部と繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)40.0質量部と、耐熱性繊維として、あらかじめ高速ホモジナイザーを用いて離解及び叩解し、変法濾水度88mlとしたパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドを1.0質量部と、高圧ホモジナイザーを用いて、パラ系芳香族ポリアミド繊維のパルプ状物を変法濾水度50mlにまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維3.5質量部とを、パルパーにより水中に分散し、濃度0.1質量%の均一な抄紙スラリーを調製し、傾斜型抄紙機を用いて湿紙ウェブを得て、表面温度135℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、シートを得た。得られたシートを、片方のロールがクロムメッキされた鋼製ロール、他方のロールが硬度ショアーA92の樹脂ロール、鋼製ロールの表面温度が195℃、線圧が100kN/mの熱カレンダー装置により、熱カレンダー処理し、坪量が10g/m、厚さ15μmの基材3−1を作製した。
<塗液の調製>
粒子径0.9μm、比表面積5.5m/gのベーマイト100部を、その1質量%水溶液の25℃における粘度が200mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.3%水溶液120部に混合し十分撹拌し、次いで、その1質量%水溶液の25℃における粘度が7000mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.5%水溶液300部、リチウムイオン電池用スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダー(JSR株式会社製、商品名:TRD2001)(固形分濃度48%)10部を混合し、撹拌して、塗液を調製した。
<セパレータの作製>
前記基材3−1の片面上に、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が12g/mとなるように塗液を塗工した後乾燥し、無機粒子層を有するセパレータを作製した。
実施例3−2
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを2.0質量部と、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を2.5質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材3−2を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
実施例3−3
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを2.5質量部と、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を2.0質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材3−3を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
実施例3−4
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを3.5質量部と、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を1.0質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材3−4を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
実施例3−5
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を59.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを0.4質量部と、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を0.6質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材3−5を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
実施例3−6
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を56.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを1.0質量部と、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を2.5質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ12μmの基材3−6を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
実施例3−7
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを1.0質量部と、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を3.9質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材3−7を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
実施例3−8
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を50.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを2.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を2.5質量部、リファイナーを用いて平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を微細化し、変法濾水度90mlに叩解された溶剤紡糸セルロース繊維を5.5質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ12μmの基材3−8を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
実施例3−9
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を49.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを2.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を2.5質量部、実施例3−8で用いた溶剤紡糸セルロース繊維を6.5質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ12μmの基材3−9を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
比較例3−1
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を60.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で、坪量10g/m、厚さ15μmの基材3−10を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
比較例3−2
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を60.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で、坪量8g/m、厚さ12μmの基材3−11を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
比較例3−3
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例3−1で用いたフィブリッドを2.5質量部と、実施例3−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維を2.5質量部とした以外、基材3−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材3−12を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
比較例3−4
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、変法濾水度を310mlとしたパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドを2.0質量部と、変法濾水度320mlのフィブリル化耐熱性繊維を2.5質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材3−1と同様な方法で、坪量8g/m、厚さ12μmの基材3−13を作製した。次いで、実施例3−1で調製した塗液を、実施例3−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工した後乾燥し、セパレータを作製した。
Figure 0006953413
Figure 0006953413
Figure 0006953413
実施例3−1〜実施例3−9で作製した基材は、耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなる基材において、該耐熱性繊維として、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドとを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドとの合計含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満である基材である。実施例3−1〜実施例3−9の基材と無機粒子層とを有しているセパレータは、基材と塗層の接着性が高く、断裁性に優れていた。また、内部抵抗が低く、漏れ電流が少なかった。そして、15μm以下という薄さであるにもかかわらず、基材の強度特性に優れていた。特に、実施例3−6及び実施例3−7の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドの合計含有量に対するフィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率が71質量%である基材と80質量%である基材であり、繊維同士のネットワークが増え、フィブリッドが繊維のネットワークを強固に結合して、各々の基材の坪量が8g/mと6g/mで低いにも関わらず、内部抵抗と漏れ電流の評価結果が良好であり、強度特性も維持することができた。
実施例3−1〜実施例3−2と実施例3−3〜3−4の比較から、基材の坪量が10g/mの場合、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドの合計含有量に対するフィブリル化耐熱性繊維(I)の含有比率が多い実施例3−1〜実施例3−2の方が、内部抵抗が低く、良好であった。
実施例3−8及び実施例3−9の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドと合成樹脂短繊維以外の繊維を含有している。実施例3−8と実施例3−9の比較から、合成樹脂短繊維の含有量が90.0質量%以上である実施例3−8の基材の方が、強度特性に優れていた。
比較例3−1〜比較例3−2の基材は、耐熱性繊維を含まないため、基材の坪量を下げた場合、漏れ電流が生じ易い傾向が見られた。
比較例3−3の基材は、坪量が6g/mで、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリッドとの合計含有率が5質量%を超えた場合であるが、基材と塗層の接着性と内部抵抗と強度特性が悪化した。
比較例3−4の基材は、フィブリル化耐熱性繊維とフィブリッドの変法濾水度が300mlを超えているため、フィブリッドの繊維幅やフィブリル化耐熱性繊維の幹部分の繊維径が太く、繊維の分散性や繊維同士の絡みが悪くなり、基材の地合が悪化した。その結果、基材と塗層の接着性が悪く、セパレータの断裁性、内部抵抗及び漏れ電流も悪化した。また、基材の強度特性も悪化した。
≪実施例4≫
実施例4−1
<基材の作製>
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維55.5質量部と繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)40.0質量部と、耐熱性繊維として、あらかじめ高速ホモジナイザーを用いて離解及び叩解し、変法濾水度88mlとしたパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドを1.0質量部と、高圧ホモジナイザーを用いて、パラ系芳香族ポリアミド繊維のパルプ状物(平均繊維長1.7mm、平均繊維径10μm)を変法濾水度350mlまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維(II)1.0質量部と、高圧ホモジナイザーを用いて、パラ系芳香族ポリアミド繊維のパルプ状物(平均繊維長1.7mm、平均繊維径10μm)を変法濾水度50mlにまでフィブリル化させたフィブリル化耐熱性繊維(I)2.5質量部とを、パルパーにより水中に分散し、濃度0.1質量%の均一な抄紙スラリーを調製し、傾斜型抄紙機を用いて湿紙ウェブを得て、表面温度135℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、シートを得た。得られたシートを、片方のロールがクロムメッキされた鋼製ロール、他方のロールが硬度ショアーA92の樹脂ロール、鋼製ロールの表面温度が195℃、線圧が100kN/mの熱カレンダー装置により、カレンダー処理し、坪量が10g/m、厚さ15μmの基材4−1を作製した。
<塗液の作製>
D50粒子径0.9μm、比表面積5.5m/gのベーマイト100部を、その1質量%水溶液の25℃における粘度が200mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.3%水溶液120部に混合し十分撹拌し、次いで、その1質量%水溶液の25℃における粘度が7000mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩0.5%水溶液300部、リチウムイオン電池用スチレンブタジエンゴム(SBR)系バインダー(JSR株式会社製、商品名:TRD2001)(固形分濃度48%)10部を混合、撹拌して塗液を調製した。
<セパレータの作製>
前記基材4−1の片面上に、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が12g/mとなるように塗液を塗工・乾燥し、無機粒子層を有するセパレータを作製した。
実施例4−2
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを0.4質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を3.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を0.6質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材4−2を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−3
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を58.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを0.4質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を1.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を0.6質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量10g/m、厚さ15μmの基材4−3を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−4
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を55.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを1.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を1.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を2.5質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量8g/m、厚さ12μmの基材4−4を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−5
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.6質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを2.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を3.9質量部と実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を2.5質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−5を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−6
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を52.6質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを0.4質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を2.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を4.5質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−6を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−7
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を52.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを2.5質量部と、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を2.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を2.5質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−7を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−8
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを2.0質量部と、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を4.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を2.5質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が110kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−8を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−9
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を52.5質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを0.4質量部と、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を2.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を4.6質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−9を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−10
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.4質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを2.5質量部と、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を1.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を4.6質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が110kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−10を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−11
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を50.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを2.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を2.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を2.5質量部、リファイナーを用いて平均繊維径10μm、繊維長4mmの溶剤紡糸セルロース繊維を微細化し、変法濾水度90mlに叩解された溶剤紡糸セルロース繊維を3.0質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ11μmの基材4−11を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
実施例4−12
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を49.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを2.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を2.5質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を2.5質量部、実施例4−11で用いた溶剤紡糸セルロース繊維を4.0質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量7g/m、厚さ11μmの基材4−12を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−1
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を60.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で、坪量8g/m、厚さ12μmの基材4−13を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−2
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を60.0質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−14を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−3
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を50.9質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを2.4質量部と、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を3.9質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を2.8質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材4−1と同様な方法で坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−15を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−4
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを8.9質量部とした以外、基材4−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−16を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−5
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を8.9質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材4−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−17を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−6
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を8.9質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材4−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−18を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−7
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを3.9質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(I)を5.0質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材4−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−19を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
比較例4−8
繊度0.06dtex、繊維長3mmの配向結晶化PET系合成樹脂短繊維を51.1質量部、繊度0.2dtex、繊維長3mmの単一成分型バインダー用未延伸PET系合成樹脂短繊維(軟化点120℃、融点230℃)を40.0質量部、実施例4−1で用いたフィブリッドを3.9質量部、実施例4−1で用いたフィブリル化耐熱性繊維(II)を5.0質量部とし、基材の厚さを揃えるため、鋼製ロールの表面温度を195℃、線圧が120kN/mの熱カレンダー条件とした以外、基材4−1と同様な方法で、坪量6g/m、厚さ9μmの基材4−20を作製した。次いで、実施例4−1で調製した塗液を、実施例4−1と同様の方法で、塗工量12g/mとなるように塗工・乾燥し、セパレータを作製した。
Figure 0006953413
Figure 0006953413
Figure 0006953413
実施例4−1〜実施例4−12で作製した基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)とフィブリル化耐熱性繊維(II)とフィブリッドと合成樹脂短繊維とを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満である。実施例4−1〜実施例4−12の基材と無機粒子層とを有しているセパレータは、基材と無機粒子層の接着性が高く、断裁性に優れていた。また、内部抵抗が低く、漏れ電流が少なく、基材が15μm以下という薄さであるにもかかわらず、強度特性に優れていた。また、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であり、フィブリッドの含有率が0.4質量%以上2.5質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が0.6質量%以上4.6質量%未満である実施例4−1〜実施例4−6と実施例4−11〜実施例4−12の基材と無機粒子層とを有しているセパレータは、基材と無機粒子層の接着性が高く、断裁性に優れていた。また、内部抵抗が低く、漏れ電流が低く、基材が15μmという薄さにも関わらず、強度特性に優れていた。
実施例4−1〜実施例4−12で作製した基材の中で、実施例4−7の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が0.6質量%以上4.6質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満であるが、フィブリッドの含有率が2.5質量%以上の場合である。そのため、漏れ電流は優れているものの、内部抵抗がやや悪化した。
実施例4−1〜実施例4−12で作製した基材の中で、実施例4−8の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が0.6質量%以上4.6質量%未満であり、フィブリッドの含有率が0.4質量%以上2.5質量%未満であるが、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が4.0質量%以上の場合である。そのため、パラ系芳香族ポリアミドの太い幹繊維が多く残るため、コバ面のわずかに毛羽が残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、より高い線圧を掛ける必要があり、基材を薄くしにくいことが判った。但し、坪量が6g/mのため、内部抵抗は良好であった。
実施例4−1〜実施例4−12で作製した基材の中で、実施例4−9の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であり、フィブリッドの含有率が0.4質量%以上2.5質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満であるが、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が4.6質量%以上の場合である。また、フィブリッドとフィブリル化耐熱性繊維(I)の合計含有量が5.0質量%以上である。そのため、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と無機粒子層の接着性が低下した。
実施例4−1〜実施例4−12で作製した基材の中で、実施例4−10の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満であるが、フィブリッドの含有率が2.5質量%以上であり、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が4.6質量%以上の場合である。そのため、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と無機粒子層の接着性が低下した。また、フィブリッドとフィブリル化耐熱性繊維(I)の合計含有量が5.0質量%以上のため、坪量が6g/mと少ないにも関わらず、内部抵抗が悪化した。
実施例4−11及び実施例4−12の基材は、フィブリッドとフィブリル化耐熱性繊維(II)とフィブリル化耐熱性繊維(I)と合成樹脂短繊維以外の繊維を含有している。実施例4−11と実施例4−12の比較から、合成樹脂短繊維の含有量が90.0質量%以上である実施例4−11の基材の方が、強度特性に優れていた。
比較例4−1及び比較例4−2の基材は、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドの三種類の耐熱性繊維を含まないため、基材の坪量を下げた場合、漏れ電流が悪化した。
比較例4−3は、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が0.6質量%以上4.6質量%未満であり、フィブリル化耐熱性繊維(II)の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満であり、フィブリッドの含有率が0.4質量%以上2.5質量%未満であるが、フィブリル化耐熱性繊維(I)及び(II)とフィブリッドとの合計含有率が9.0質量%を超えた場合である。そのため、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と塗液の接着性が低下した。また、断裁性の評価においても、コバにわずかに毛羽が残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、より高い線圧を掛ける必要があり、基材を薄くしにくいことが判った。その結果、内部抵抗が悪化した。
比較例4−4は、フィブリッドのみ8.9質量%含有した場合である。耐熱性繊維の合計含有率は2.0質量%以上9.0質量%未満の範囲内であるが、フィブリッドのみ含有する場合、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と塗液の接着性が低下した。また、断裁性の評価においても、コバにわずかに毛羽が残った。また、フィブリッドの繊維形状は薄葉状のため、内部抵抗が悪化した。
比較例4−5は、フィブリル化耐熱性繊維(II)のみ8.9質量%含有した場合である。耐熱性繊維の合計含有率は2.0質量%以上9.0質量%未満の範囲内であるが、フィブリル化耐熱性繊維(II)のみ含有する場合、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と塗液の接着性が低下した。フィブリル化耐熱性繊維(II)の太い幹繊維が多く残るため、断裁しにくくなり、コバ面に毛羽が残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、より高い線圧を掛ける必要があり、基材を薄くしにくいことが判った。その結果、内部抵抗が悪化した。また、フィブリル化耐熱性繊維(II)の太い幹繊維が多いため、繊維同士のネットワークが低下し、強度特性が悪化した。
比較例4−6は、フィブリル化耐熱性繊維(I)のみ8.9質量%含有した場合である。耐熱性繊維の合計含有率は2.0質量%以上9.0質量%未満の範囲内であるが、フィブリル化耐熱性繊維(I)のみ含有する場合、微細なフィブリル化繊維が大幅に増加するため、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と塗液の接着性が低下し、断裁し難くなり、コバ面に毛羽が残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、より高い線圧を掛ける必要があり、基材を薄くしにくいことが判った。その結果、内部抵抗が悪化した。微細なフィブリル繊維が増えすぎたため、繊維同士の結合が緩み、強度特性が低下した。
比較例4−7は、フィブリル化耐熱性繊維(I)5.0質量%とフィブリッド3.9質量%とを含有した場合である。耐熱性繊維の合計含有率は2.0質量%以上9.0質量%未満の範囲内であるが、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と塗液の接着性が悪化し、断裁し難くなり、コバ面に毛羽が残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、より高い線圧を掛ける必要があり、基材を薄くしにくいことが判った。その結果、内部抵抗が悪化した。微細なフィブリル繊維が増えすぎたため、繊維同士の結合が緩み、強度特性が低下した。
比較例4−8は、フィブリル化耐熱性繊維(II)5.0質量%とフィブリッド3.9質量%とを含有した場合である。耐熱性繊維の合計含有率は2.0質量%以上9.0質量%未満の範囲内であるが、塗液が基材に浸透し難くなることから、基材と塗液の接着性が低下し、断裁し難くなり、コバ面に毛羽が残った。さらに、熱カレンダー処理によって基材を所定の厚みに調整する時に、より高い線圧を掛ける必要があり、基材を薄くしにくいことが判った。その結果、内部抵抗が悪化した。また、太い幹繊維が増えるため、繊維同士の結合が緩み、強度特性が低下した。
≪実施例5≫及び≪実施例6≫では、リチウムイオン電池セパレータ用基材及びリチウムイオン電池セパレータについて、下記物性の測定と評価を行った。
<基材の坪量及び無機粒子層の塗工量>
JIS P8124に準拠して、基材及びセパレータの坪量を測定した。無機粒子層の塗工量はセパレータの坪量から基材の坪量を差し引いて算出した。
<基材及びセパレータの厚さ>
JIS B7502に規定された外側マイクロメーターを用いて、5N荷重時の厚さを測定した。
[ピンホール評価]
各セパレータのピンホールの状態について、透過光を用いて目視にてA4サイズ1枚のセパレータを確認し、次の度合いで評価した。
○:ピンホールの発生は見られない。
△:うっすらと透過光が観察される部分が存在する。
×:明らかに透過光が多数観察される。
[無機粒子層の強度評価]
各セパレータから、幅方向100mm×流れ方向200mmサイズの試験片を切り取り、流れ方向100mmの位置で折り目をつけて180度折り曲げ、その後、元に戻して広げる作業を3回繰り返し、無機粒子層のひび割れの様子を目視にて確認し、次の評価基準で評価した。≪実施例5≫では、基材面を内側、無機粒子層面を外側として折り曲げた。≪実施例6≫では、無機粒子層Aを内側、無機粒子層Bを外側として折り曲げた。
○:折り目の部分の無機粒子層に、損傷は見られない。
×:折り目部分の無機粒子層に、多数のひび割れが見られる。
[セパレータの断裁性]
各セパレータを幅方向50mm×流れ方向200m×8丁取りでスリット加工し、両コバ面を目視にて観察し、次の評価基準で評価した。
○:両コバ面に毛羽がない。
×:両コバ面に毛羽が見られる。
[セパレータの耐熱性]
各セパレータから、幅方向100mm×流れ方向100mmのサイズの試験片を切り出し、200℃の恒温乾燥機に1時間静置し、流れ方向の中央部長さを測定した。試験前の長さと比較して、長さの減少割合の百分率を熱収縮率とし、耐熱性を次の基準で評価した。
○:熱収縮率が1.0%未満である。
×:熱収縮率が1.0%以上である。
[評価用電池の作製]
各セパレータを用い、正極に3元系正極材(LiNi0.5Co0.2Mn0.3)、負極にグラファイト、電解液に1mol/Lヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)の炭酸エチレン(EC)/炭酸ジエチル(DEC)/炭酸ジメチル(DMC)(容量比1/1/1)混合溶媒溶液を用いた設計容量30mAhの評価用電池を作製した。≪実施例5≫では、無機粒子層面と負極とを対向させた。≪実施例6≫では、無機粒子層Bを負極に対向させた。
[内部抵抗の評価]
作製した各電池について、「30mA定電流充電→4.2V定電圧充電(1時間)→30mAで定電流放電→2.7Vになったら次のサイクル」のシーケンスにて、3サイクルの慣らし充放電を行った後、「30mA定電流充電→4.2V定電圧充電(1時間)→6mAで30分間定電流放電(放電量3mAh)→放電終了直前の電圧を測定(電圧a)→30mA定電流充電→4.2V定電圧充電(1時間)→150mAで72秒間定電流放電(放電量3mAh)→放電終了直前の電圧(電圧b)の測定」を行い、「内部抵抗Ω=(電圧a−電圧b)/(150mA−6mA)」の式で内部抵抗を求めた。
○:内部抵抗2.8Ω未満
△:内部抵抗2.8Ω以上3.5Ω未満
×:内部抵抗3.5Ω以上
≪実施例5≫
<塗液a1の調製>
平均粒子径2.0μmの水酸化マグネシウム100質量部を水150質量部に分散した。次に、その1質量%水溶液の25℃における粘度が200mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩2質量%水溶液75質量部を添加・攪拌混合した。続いて、ガラス転移点−18℃、平均粒子径0.2μmのカルボキシ変性スチレン−ブタジエン共重合樹脂エマルション(固形分濃度50質量%)10質量部を添加・攪拌混合した。最後に、固形分濃度が25質量%になるように、調製水を加えて、塗液a1を調製した。
<塗液a2の調製>
平均粒子径2.0μmの水酸化マグネシウムを平均粒子径3.0μmの水酸化マグネシウムに変更した以外は、塗液a1の調製と同様にして、塗液a2を調製した。
<塗液a3の調製>
平均粒子径2.0μmの水酸化マグネシウムを平均粒子径4.0μmの水酸化マグネシウムに変更した以外は、塗液a1の調製と同様にして、塗液a3を調製した。
<塗液b1の調製>
平均粒子径0.5μmの水酸化マグネシウム100質量部を水150質量部に分散した。次に、その1質量%水溶液の25℃における粘度が200mPa・sのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩2質量%水溶液75質量部を添加・攪拌混合した。続いて、ガラス転移点−18℃、平均粒子径0.2μmのカルボキシ変性スチレン−ブタジエン共重合樹脂エマルション(固形分濃度50質量%)10質量部を添加・攪拌混合した。最後に、固形分濃度が25質量%になるように、調整水を加えて、塗液b1を調製した。
<塗液b2の調製>
平均粒子径0.5μmの水酸化マグネシウムを平均粒子径1.0μmの水酸化マグネシウムに変更した以外は、塗液b1の調製と同様にして、塗液b2を調製した。
<塗液b3の調製>
平均粒子径0.5μmの水酸化マグネシウムを平均粒子径1.5μmの水酸化マグネシウムに変更した以外は、塗液b1の調製と同様にして、塗液b3を調製した。
<リチウムイオン電池セパレータ>
実施例5−1
基材1−1上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−1のセパレータを得た。
実施例5−2
基材1−2上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が7.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−2のセパレータを得た。
実施例5−3
基材1−4上に、塗液a1を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が3.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b1をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が3.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−3のセパレータを得た。
実施例5−4
基材1−3上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−4のセパレータを得た。
実施例5−5
基材1−14上に、塗液a1を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が2.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b1をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が2.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−5のセパレータを得た。
実施例5−6
基材1−15上に、塗液a3を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b3をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−6のセパレータを得た。
実施例5−7
基材1−11上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−7のセパレータを得た。
実施例5−8
基材1−1上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−8のセパレータを得た。
実施例5−9
基材1−1上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が7.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が7.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例5−9のセパレータを得た。
比較例5−1
基材1−5上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例5−1のセパレータを得た。
比較例5−2
基材1−6上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例5−2のセパレータを得た。
比較例5−3
基材1−7上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例5−3のセパレータを得た。
比較例5−4
基材1−8上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、さらに同じ塗工面に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例5−4のセパレータを得た。
Figure 0006953413
実施例5−1〜実施例5−9で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)と合成樹脂短繊維とを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満である基材の片面上に、平均粒子径2.0〜4.0μmの水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Aと、平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Bとが、この順に積層された構成を有するため、ピンホール、無機粒子層の強度、セパレータ断裁性、耐熱性、内部抵抗に優れていた。
一方、比較例5−1で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含有していないため、セパレータの耐熱性に劣っていた。
比較例5−2及び比較例5−3で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が5.0質量%以上であるため、セパレータ断裁性が悪く、内部抵抗も劣っていた。
比較例5−4で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含まず、フィブリル化耐熱性繊維(II)のみを含有しているため、セパレータの断裁性が悪かった。
実施例5−5で作製したセパレータは、無機粒子層A及び無機粒子層Bの塗工量がやや少ないことから、実施例5−1〜実施例5−4、実施例5−6〜実施例5−9のセパレータに比べ、ピンホール評価において、うっすらと透過光が観察される部分があったが、実用上問題は無かった。
実施例5−6で作製したセパレータは、無機粒子層A及び無機粒子層Bの塗工量がやや多いことから、実施例5−1〜実施例5−5、実施例5−7〜実施例5−9のセパレータに比べ、内部抵抗がやや高くなったが、実用上の問題は無かった。
実施例5−1、実施例5−8及び実施例5−9で作製したセパレータは、無機粒子層Aと無機粒子層Bの塗工量を合わせた総塗工量が同じで、無機粒子層Aと無機粒子層Bの塗工量の比率が異なる構成をしている。無機粒子層Aに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径は、無機粒子層Bに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径よりも大きいことから、同じ塗工量の場合、無機粒子層Aの方が無機粒子層Bに比べ厚みが厚くなる。このことから、セパレータの厚みは、無機粒子層Aの塗工量が無機粒子層Bの塗工量よりも少ない実施例5−1のセパレータ、無機粒子層Aの塗工量と無機粒子層Bの塗工量が同じ実施例5−9のセパレータ、無機粒子層Aの塗工量が無機粒子層Bの塗工量よりも多い実施例5−8のセパレータの順に厚みが厚くなった。
≪実施例6≫
<リチウムイオン電池セパレータ>
実施例6−1
基材1−1上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−1のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−1のセパレータを得た。
実施例6−2
基材1−2上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−2のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が7.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−2のセパレータを得た。
実施例6−3
基材1−4上に、塗液a1を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が3.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−4のもう一方の面上に、塗液b1をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が3.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−3のセパレータを得た。
実施例6−4
基材1−3上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−3のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−4のセパレータを得た。
実施例6−5
基材1−14上に、塗液a1を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が2.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−14のもう一方の面上に、塗液b1をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が2.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−5のセパレータを得た。
実施例6−6
基材1−15上に、塗液a3を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−15のもう一方の面上に、塗液b3をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−6のセパレータを得た。
実施例6−7
基材1−11上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−11のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−7のセパレータを得た。
実施例6−8
基材1−1上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が10.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−1のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−8のセパレータを得た。
実施例6−9
基材1−1上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が7.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−1のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が7.5g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、実施例6−9のセパレータを得た。
比較例6−1
基材1−5上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−5のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例6−1のセパレータを得た。
比較例6−2
基材1−6上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−6のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例6−2のセパレータを得た。
比較例6−3
基材1−7上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−7のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例6−3のセパレータを得た。
比較例6−4
基材1−8上に、塗液a2を、キスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が5.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Aを形成した後、基材1−8のもう一方の面上に、塗液b2をキスリバース方式のグラビアコーターにて塗工量が6.0g/mとなるように塗工・乾燥して無機粒子層Bを形成し、比較例6−4のセパレータを得た。
Figure 0006953413
実施例6−1〜実施例6−9で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)と合成樹脂短繊維とを含有し、該基材に含まれる全繊維成分に対して、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満である基材と、該基材の片面上に設けられた、平均粒子径2.0μm以上4.0μm以下の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Aと、もう一方の面上に設けられた平均粒子径0.5μm以上2.0μm未満の水酸化マグネシウムを含む無機粒子層Bとを有するため、ピンホール、無機粒子層の強度、セパレータ断裁性、耐熱性、内部抵抗に優れていた。
一方、比較例6−1で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含有していないため、セパレータの耐熱性に劣っていた。
比較例6−2及び比較例6−3で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)の含有率が5.0質量%以上であるため、セパレータ断裁性が悪く、内部抵抗も劣っていた。
比較例6−4で作製したセパレータは、フィブリル化耐熱性繊維(I)を含まず、フィブリル化耐熱性繊維(II)のみを含有しているため、セパレータの断裁性が悪かった。
実施例6−5で作製したセパレータは、無機粒子層A及び無機粒子層Bの塗工量がやや少ないことから、実施例6−1〜実施例6−4、実施例6−6〜実施例6−9のセパレータに比べ、ピンホール評価において、うっすらと透過光が観察される部分があったが、実用上問題が無かった。
実施例6−6で作製したセパレータは、無機粒子層A及び無機粒子層Bの塗工量がやや多いことから、実施例6−1〜実施例6−5、実施例6−7〜実施例6−9のセパレータに比べ、内部抵抗がやや高くなったが、実用上問題は無かった。
実施例6−1、実施例6−8及び実施例6−9で作製したセパレータは、無機粒子層Aと無機粒子層Bの塗工量を合わせた総塗工量が同じで、無機粒子層Aと無機粒子層Bの塗工量の比率が異なる構成をしている。無機粒子層Aに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径は、無機粒子層Bに含まれている水酸化マグネシウムの平均粒子径よりも大きいことから、同じ塗工量の場合、無機粒子層Aの方が無機粒子層Bに比べ厚みが厚くなる。このことから、セパレータの厚みは、無機粒子層Aの塗工量が無機粒子層Bの塗工量よりも少ない実施例6−1のセパレータ、無機粒子層Aの塗工量と無機粒子層Bの塗工量が同じ実施例6−9のセパレータ、無機粒子層Aの塗工量が無機粒子層Bの塗工量よりも多い実施例6−8のセパレータの順に厚みが厚くなった。
本発明のリチウムイオン電池セパレータ用基材及びリチウムイオン電池セパレータは、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等、リチウムイオン二次電池に好適に使用できる。
1 変法濾水度300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維
2 変法濾水度300ml超のフィブリル化耐熱性繊維
3 フィブリッド
4 合成樹脂短繊維

Claims (6)

  1. 耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなるリチウムイオン電池セパレータ用基材において、該耐熱性繊維として変法濾水度300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維を含有し、変法濾水度300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドを含有せず、該基材に含まれる全繊維成分に対して、変法濾水度300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満であり、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%以上99.0質量%以下であり、合成樹脂短繊維が、繊維長が1mm以上10mm以下のフィブリル化されていない短繊維であることを特徴とするリチウムイオン電池セパレータ用基材。
    変法濾水度:ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度を0.1%にした以外はJIS P8121−2:2012に準拠して測定した値。
  2. 該基材に含まれる全繊維成分に対して、合成樹脂短繊維の含有率が95.0質量%超99.0質量%以下である請求項1記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材。
  3. 耐熱性繊維と合成樹脂短繊維とを含有してなるリチウムイオン電池セパレータ用基材において、該耐熱性繊維として変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維とを含有し、変法濾水度300ml以下のパラ系芳香族ポリアミドからなるフィブリッドを含有せず、該基材に含まれる全繊維成分に対して、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維と変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維との合計含有率が2.0質量%以上9.0質量%未満であり、変法濾水度が300ml以下のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上5.0質量%未満であり、合成樹脂短繊維の含有率が90.0質量%以上98.0質量%以下であり、変法濾水度が300ml超のフィブリル化耐熱性繊維の含有率が1.0質量%以上4.0質量%未満であり、合成樹脂短繊維が、繊維長が1mm以上10mm以下のフィブリル化されていない短繊維であることを特徴とするリチウムイオン電池セパレータ用基材。
    変法濾水度:ふるい板として線径0.14mm、目開き0.18mmの80メッシュ金網を用い、試料濃度を0.1%にした以外はJIS P8121−2:2012に準拠して測定した値。
  4. 無機粒子を含む無機粒子層、有機粒子を含む有機粒子層、多孔性フィルム、微細繊維層、固体電解質及びゲル状電解質の群から選ばれる1種以上の複合化物と請求項1〜のいずれかに記載のリチウムイオン電池セパレータ用基材とを組み合わせた構成を有するリチウムイオン電池セパレータ。
  5. 複合化物が無機粒子層である請求項記載のリチウムイオン電池セパレータ。
  6. 無機粒子がアルミナ、アルミナ水和物及びマグネシウム化合物の群から選ばれる1種以上の無機粒子である請求項又は記載のリチウムイオン電池セパレータ。
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