JP6979313B2

JP6979313B2 - セパレータ巻芯、セパレータ捲回体、セパレータ巻芯の洗浄方法、およびセパレータ捲回体の製造方法

Info

Publication number: JP6979313B2
Application number: JP2017177052A
Authority: JP
Inventors: 純次鈴木; 貴将江川
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: JP2018174124A

Description

本発明は、非水電解液二次電池用セパレータが捲回されるセパレータ巻芯、このセパレータ巻芯を備えたセパレータ捲回体、およびセパレータ巻芯の洗浄方法に関する。

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等に用いる電池として広く使用されている。とりわけ、リチウムイオン二次電池は、従前の二次電池と比較して、ＣＯ_２の排出量を削減し、省エネに寄与する電池として、注目されている。

従来、非水電解液二次電池用セパレータ（フィルム）が捲回されるセパレータ巻芯の開発が進んでいる（特許文献１参照）。

特開２０１３−１３９３４０号公報（２０１３年７月１８日公開）

近年、セパレータ巻芯に対して非水電解液二次電池用セパレータが捲回されてなるセパレータ捲回体の使用後、当該セパレータ巻芯を再利用することが検討されている。なぜなら、当該セパレータ巻芯は比較的高価なためである。

セパレータ巻芯の再利用に必要な工程は、下記（ａ）〜（ｄ）を含む。すなわち、工程（ａ）は、限度見本を基準に、セパレータ巻芯に割れや欠けがないことを確認する工程である。工程（ｂ）は、セパレータ巻芯にラベルが貼られている場合、このラベルを剥がす工程である。工程（ｃ）は、セパレータ巻芯の巻取面、内面、およびリブ等の汚れを除去する工程である。工程（ｄ）は、セパレータ巻芯が再利用可能な程度に十分に汚れが除去されていることを検査する工程である。特に、上記工程（ｄ）は、次回セパレータ巻芯を再利用する際の製品への異物の混入を防ぎ、非水電解液二次電池に不良品が発生する虞を低減するために、十分高精度に行われる必要がある。

ここで、上記工程（ｄ）の時間を短縮するために、当該セパレータ巻芯に残存した、黒色の導電性物質（アセチレンブラック、黒鉛等）による汚れや、白色物質（埃、セパレータ屑等）による汚れを速やかに発見する必要がある。ここでセパレータ屑とは、ポリオレフィン多孔膜の切れ端や、ポリオレフィン多孔膜に積層された機能層から脱落した無機フィラー等を指す。しかしながら、特許文献１に開示されている技術においては、これらの汚れを速やかに発見することについて考慮されていない。

本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、セパレータ巻芯の再利用に必要な工程の時間を短縮することを可能とするセパレータ巻芯、このセパレータ巻芯を備えたセパレータ捲回体、およびセパレータ巻芯の洗浄方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の態様１に係るセパレータ巻芯は、非水電解液二次電池用セパレータが捲回されるセパレータ巻芯であって、マンセル表色系において、明度が３．０以上９．２以下であり、彩度が０．５以上である。

上記の構成によれば、本発明のセパレータ巻芯は、自身に付着した黒色の導電性物質や白色物質が十分目立つ色であるので、当該黒色の導電性物質や白色物質が汚れとして付着している場合に、この汚れを速やかに発見することが容易なものである。従って、上記の構成によれば、セパレータ巻芯の再利用に必要な検査工程の時間を短縮することが可能となる。なお、セパレータ巻芯の色決めに色見本を使う事は通常に行われる事である。

また、本発明の態様２に係るセパレータ巻芯は、特に、明度が４．０以上９．０以下であることが好ましい。

また、本発明の態様３に係るセパレータ巻芯は、光沢度が１０以上１３０以下の表面を有していることが好ましい。

また、本発明の態様４に係るセパレータ巻芯は、特に、上記表面の光沢度が２０以上１００以下であることが好ましい。

ＩＳＯ２８１３で規格された測定法により測定した上記光沢度（グロスユニット；ＧＵ）が１０未満である場合は、表面光沢が無くて黒色の導電性物質が発見しにくくなる虞が高くなる、または汚れが付着しやすくなるという点でも好ましくない。上記光沢度が１３０より大きい場合は光の反射が強くなり黒色の導電性物質や白色物質の汚れの発見が困難になる虞が高くなる。従って、セパレータ巻芯の表面の光沢度が１０以上１３０以下であることが好ましく、２０以上１００以下がより好ましい。

また、本発明の態様５に係るセパレータ巻芯は、上記表面として、上記セパレータ巻芯の側面を含んでいることが好ましい。

上記光沢度を有するセパレータ巻芯であれば、汚れを速やかに発見することがより容易なものとなる。このような汚れは通常、セパレータ巻芯の表面のうち、セパレータを捲回する外周面にも付くが、側面により多く付く傾向がある。従って上記光沢度を外周面に有しても良いが、側面に有する方がより好ましいものとなる。

セパレータ巻芯の光沢度は、例えば、セパレータ巻芯の表面を粗化する、または、研磨等によって平滑化することによって調整することができる。また、セパレータ巻芯を製造する金型自身を加工して光沢度を調整することもできる。

また、本発明の態様６に係るセパレータ捲回体は、上記態様１から５のいずれかのセパレータ巻芯と、上記セパレータ巻芯に捲回された非水電解液二次電池用セパレータとを備えている。

上記の構成によれば、本発明のセパレータ巻芯と同様の効果が得られる、セパレータ捲回体を実現することができる。

また、本発明の態様７に係るセパレータ巻芯の洗浄方法は、上記態様１から５のいずれかのセパレータ巻芯の洗浄方法であって、上記セパレータ巻芯の表面に付着した異物を除去する異物除去工程と、上記セパレータ巻芯の表面に付着した異物の量が基準以下であるか否かを検査する工程とを含んでいる。

また、本発明の態様８に係るセパレータ捲回体は、上記態様７の洗浄方法を施した上記セパレータ巻芯の外周面に、上記非水電解液二次電池用セパレータが捲回されてなる。

上記の構成によれば、比較的高価なセパレータ巻芯をリサイクルすることによって、セパレータ捲回体の製造コストを低減することができる。また、上記の構成によれば、セパレータ巻芯の廃棄量を削減して環境の保全に寄与することが可能となる。

本発明によれば、セパレータ巻芯の再利用に必要な検査工程の時間を短縮することが可能となる。

本発明のセパレータ捲回体の概略構成を示す側面図である。

図１は、セパレータ捲回体１００の概略構成を示す側面図である。セパレータ捲回体１００は、セパレータ巻芯１０１と、セパレータ巻芯１０１に捲回された非水電解液二次電池用セパレータ１０２とを備えている。

非水電解液二次電池用セパレータ１０２は、非水電解液二次電池において、正極と負極との間に、これらに挟持されるように配置されるものである。ここでは、当該非水電解液二次電池として、リチウムイオン二次電池を想定している。非水電解液二次電池用セパレータ１０２は、正極と負極との間を分離しつつ、これらの間におけるリチウムイオンの移動を可能にする多孔質フィルムである。非水電解液二次電池用セパレータ１０２は、その材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを含む。

セパレータ巻芯１０１は、非水電解液二次電池用セパレータ１０２が捲回されるものであり、コアとも呼ばれる。セパレータ巻芯１０１は例えば、ＡＢＳ樹脂によって構成されている。

さらに、セパレータ巻芯１０１の色は、マンセル表色系において、明度（Ｖａｌｕｅ）が３．０以上９．２以下であり、彩度（Ｃｈｒｏｍａ）が０．５以上である。より好ましくは、セパレータ巻芯１０１の明度が４．０以上９．０以下である。これにより、セパレータ巻芯１０１は、自身に付着した黒色の導電性物質や白色物質が十分目立つ色であるので、当該黒色の導電性物質や白色物質が汚れとして付着している場合に、この汚れを速やかに発見することが容易なものである。従って、セパレータ巻芯１０１の再利用に必要な検査工程の時間は、従来のセパレータ巻芯の再利用に必要な工程の時間と比べて、短縮することが可能となる。

一方、セパレータ巻芯の色が、マンセル表色系において、明度が３．０以上９．２以下でない、または、彩度が０．５以上でない場合、黒色の導電性物質や白色物質による汚れや傷を目視や光学検査で判別しづらくなる。その結果、異物の混入を誘発し、非水電解液二次電池に不良品が発生するので好ましくない。

セパレータ巻芯１０１の洗浄方法は、非水電解液二次電池用セパレータ１０２を外周面に捲回するセパレータ巻芯１０１の洗浄方法であって、セパレータ巻芯１０１の表面に付着した異物を除去する異物除去工程と、セパレータ巻芯１０１の表面に付着した異物の量が基準以下であるか否かを検査する工程とを含んでいる。

また、セパレータ捲回体１００は、上記の洗浄方法を施したセパレータ巻芯１０１の外周面に、非水電解液二次電池用セパレータ１０２が捲回されてなる。

上記の構成によれば、比較的高価なセパレータ巻芯１０１をリサイクルすることによって、セパレータ捲回体１００の製造コストを低減することができる。また、上記の構成によれば、セパレータ巻芯１０１の廃棄量を削減して環境の保全に寄与することが可能となる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明のセパレータ巻芯による効果を検証するための実験を行ったので、実験の詳細について以下に説明する。

まず、セパレータ巻芯に付着する汚れを模した物質として、第１の汚れ見本および第２の汚れ見本を作成した。

第１の汚れ見本は、下記のとおり作成した。すなわち、アセチレンブラック（商品名：デンカブラックＨＳ１００：デンカ株式会社製）０．２５ｇ、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン樹脂）＃１１２０（クレハ製、固形分濃度１２重量％ＮＭＰ溶液）１．１５ｇ、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）１．００ｇを、均一になるまで撹拌混合し、固形分濃度１６％の第１塗料を作成した。この作成した第１塗料を、１ｍｍの厚みのガラス板に、クリアランス５０μｍで塗工用バーを用いた塗工を行った後、８０℃で乾燥して、第１の汚れ見本を作成した。塗布前重量と塗布・乾燥後重量の変化から算出した汚れ目付は、６．３ｇ／ｍ^２であった。

第２の汚れ見本は、下記のとおり作成した。すなわち、アセチレンブラック（商品名：デンカブラックＨＳ１００：デンカ株式会社製）０．２５ｇ、ＰＶＤＦ＃１１２０（クレハ製、固形分濃度１２重量％ＮＭＰ溶液）１．０２ｇ、ＮＭＰ７．４９ｇを、均一になるまで撹拌混合し、固形分濃度４％の第２塗料を作成した。この作成した第２塗料を、１ｍｍの厚みのガラス板に、クリアランス５０μｍで塗工用バーを用いた塗工を行った後、８０℃で乾燥して、第２の汚れ見本を作成した。塗布前重量と塗布・乾燥後重量の変化から算出した汚れ目付は、３．５ｇ／ｍ^２であった。

続いて、実施例１〜実施例１３ならびに比較例１〜比較例７に示す各色について、２０１５年Ｈ版塗料用標準色（ポケット版、一般社団法人日本塗料工業会）の上に、第１の汚れ見本および第２の汚れ見本を載せて、ＨＩＴＡＣＨＩ製Ｈｆ蛍光ランプ（ＦＨＦ３２ＥＸ−Ｎ−Ｋ）を用いて照度３００ルクス以上の環境下において目視で比較を行い、下記の判断基準で視認性の確認を実施した。また、前記２０１５年Ｈ版塗料用標準色（ポケット版、一般社団法人日本塗料工業会）における各色の光沢度は、ハンディ型光沢計ＰＧ−IIＭ（日本電色工業株式会社製、対応規格；ＩＳＯ２８１３、測定範囲０−１０００ＧＵ、分解能０．１ＧＵ）を用いて、入射角６０°で測定した。この時、測定された光沢度の値の小数点第一位は四捨五入した。

視認性良（汚れの存在が、明確に分かる）：○
視認性可（汚れの存在が、よく見れば分かる）：△
視認性不良（汚れの存在が、判別困難）：×
また、白色異物として、住友化学社製αアルミナ（登録商標）（商品名：ＡＫＰ３０００）を使用した。そして、実施例１〜実施例１３ならびに比較例１〜比較例７に示す各色について、２０１５年Ｈ版塗料用標準色（ポケット版、一般社団法人日本塗料工業会）の上に、当該白色異物を５ｍｇ載せて、ＨＩＴＡＣＨＩ製Ｈｆ蛍光ランプ（ＦＨＦ３２ＥＸ−Ｎ−Ｋ）を用いて照度３００ルクス以上の環境下において目視で比較を行い、下記の判断基準で視認性の確認を実施した。

視認性良（白色異物の存在が、明確に分かる）：○
視認性可（白色異物の存在が、よく見れば分かる）：△
視認性不良（白色異物の存在が、判別困難）：×
以上の視認性の確認結果を、表１に示している。表１の項目「第１の汚れ見本（高目付）」、項目「第２の汚れ見本（低目付）」、および項目「白色異物」は、それぞれ、当該項目の表記に対応する視認性の結果を示している。

続いて、セパレータ巻芯に汚れを付着させた汚れコアを作成した。

第１の汚れコアは、下記のとおり作成した。初めに、表２に記載の光沢度を有する外径６インチ（１５．２４ｃｍ）、色相（Ｈｕｅ）：１０Ｂ、明度：５、彩度：１０のＡＢＳ樹脂製コアを作成した。光沢度の異なるＡＢＳ樹脂製コアを、それぞれ、表２に、実施例６（表１の実施例６と同一の色と、表１の実施例６と近しい光沢度とを有する）、実施例１４〜実施例１６、ならびに、比較例８および比較例９として示している。次に、当該ＡＢＳ樹脂製コアのそれぞれに対して、上記第１塗料を塗布する以外は、上記第１の汚れ見本と同様の手法で第１の汚れコアを作成した。塗布前重量と塗布・乾燥後重量の変化から算出した汚れ目付は、６．３ｇ／ｍ^２であった。各第１の汚れコアについて、既述の判断基準で目視で汚れを確認したところ、表２の項目「第１の汚れコア（高目付）」の通りであった。なお光沢度は、光沢計Ｎｏｖｏ−Ｃｕｒｖｅ（ＲｈｏｐｏｉｎｔＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、対応規格；ＩＳＯ２８１３、測定範囲０−１０００ＧＵ、分解能０．１ＧＵ）を用いて測定し、測定した値の小数点第一位を四捨五入した（入射角６０°）。

第２の汚れコアは、下記のとおり作成した。すなわち、上記のＡＢＳ樹脂製コアのそれぞれに対して、上記第２塗料を塗布する以外は、上記第２の汚れ見本と同様の手法で第２の汚れコアを作成した。塗布前重量と塗布・乾燥後重量の変化から算出した汚れ目付は、３．５ｇ／ｍ^２であった。各第２の汚れコアについて、既述の判断基準で目視で汚れを確認したところ、表２の項目「第２の汚れコア（低目付）」の通りであった。なお光沢度は、光沢計Ｎｏｖｏ−Ｃｕｒｖｅ（ＲｈｏｐｏｉｎｔＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、対応規格；ＩＳＯ２８１３、測定範囲０−１０００ＧＵ、分解能０．１ＧＵ）を用いて測定し、測定した値の小数点第一位を四捨五入した（入射角６０°）。

さらに、白色異物として、住友化学社製αアルミナ（登録商標）（商品名：ＡＫＰ３０００）を使用した。そして、上記のＡＢＳ樹脂製コアのそれぞれの上に、当該白色異物を５ｍｇ載せて前記と同様の環境下において、目視で比較を行い、既述の判断基準で視認性の確認を実施したところ、表２の項目「白色異物」の通りであった。

以上の実験結果から、セパレータ巻芯の色が、マンセル表色系において、明度が３．０以上９．２以下であり、彩度が０．５以上であることが有効であるということ、明度が４．０以上９．０以下であることがより有効であるということが分かった。また、セパレータ巻芯は、上記明度および彩度を満たし、かつ、光沢度が１０以上１３０以下であることがより有効であるということ、２０以上１００以下がさらに好ましいことが分かった。

１００セパレータ捲回体（フィルム捲回体）
１０１セパレータ巻芯（フィルム巻芯）
１０２非水電解液二次電池用セパレータ（フィルム）

Claims

非水電解液二次電池用セパレータが捲回されるセパレータ巻芯であって、
マンセル表色系において、明度が４．０以上９．２以下であり、彩度が０．５以上１２．０以下であり、
光沢度が２９以上７４以下の表面を有しているセパレータ巻芯。
明度が４．０以上９．０以下である請求項１に記載のセパレータ巻芯。
上記表面として、上記セパレータ巻芯の側面を含んでいる請求項１または２に記載のセパレータ巻芯。
請求項１から３のいずれか１項に記載のセパレータ巻芯と、
上記セパレータ巻芯に捲回された非水電解液二次電池用セパレータとを備えているセパレータ捲回体。
請求項１から３のいずれか１項に記載のセパレータ巻芯の洗浄方法であって、
上記セパレータ巻芯の表面に付着した異物を除去する異物除去工程と、
上記セパレータ巻芯の表面に付着した異物の量が基準以下であるか否かを検査する工程とを含んでいるセパレータ巻芯の洗浄方法。
請求項５に記載の洗浄方法を施した上記セパレータ巻芯の外周面に、上記非水電解液二次電池用セパレータを捲回するセパレータ捲回体の製造方法。