JP7265349B2 - Method for manufacturing microporous membrane - Google Patents
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Description
本発明は、ポリオレフィン製微多孔膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a polyolefin microporous membrane.
微多孔膜は、精密ろ過膜、燃料電池用セパレータ、コンデンサー用セパレータ、機能材を孔の中に充填させて新たな機能を発現させるための機能膜の母材、及び蓄電デバイス用セパレータ等として広く用いられている。中でも、ポリオレフィン製微多孔膜は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、及びデジタルカメラ等に広く使用されている、リチウムイオン電池用セパレータとして好適に用いられている。 Microporous membranes are widely used as microfiltration membranes, separators for fuel cells, separators for capacitors, base materials for functional membranes that allow functional materials to be filled into the pores to develop new functions, and separators for electrical storage devices. used. Among them, polyolefin microporous membranes are suitably used as separators for lithium ion batteries, which are widely used in notebook personal computers, mobile phones, digital cameras, and the like.
一般に、ポリオレフィン製微多孔膜は、比較的低い分子量のポリエチレンを使用して製造される。一方、リチウムイオン電池用セパレータとして使用可能なポリオレフィン製微多孔膜を、比較的高い分子量のポリエチレンを用いて製造することも提案されている。例えば、特許文献1には、重量平均分子量が500,000以上のポリオレフィン樹脂と、流動パラフィンとを溶融混錬し、得られた樹脂組成物から流動パラフィンを抽出して、ポリオレフィン製微多孔膜を製造する方法が提案されている。 Generally, polyolefin microporous membranes are manufactured using relatively low molecular weight polyethylene. On the other hand, it has also been proposed to produce a polyolefin microporous membrane that can be used as a lithium ion battery separator using polyethylene having a relatively high molecular weight. For example, in Patent Document 1, a polyolefin resin having a weight average molecular weight of 500,000 or more and liquid paraffin are melt-kneaded, liquid paraffin is extracted from the resulting resin composition, and a polyolefin microporous membrane is produced. A method of manufacturing has been proposed.
近年、電池の高容量化も相まって、リチウムイオン電池用セパレータに用いられるポリオレフィン製微多孔膜には、品質の向上(ゲル含有量の低減、分子量の劣化の抑制等)と共に強度の向上(突刺強度の向上、引張強度の向上等)が一層求められている。品質の向上が図られたポリオレフィン製微多孔膜を用いることで、セパレータにおける樹脂の未溶融量(ゲル含有量)を抑制することができ、これにより、強度の向上が図られたセパレータが得られる。このようなセパレータを用いることで、加熱時に速やかに電池反応を停止させる特性(ヒューズ特性)、衝撃に対する安全性(耐衝撃安全性)、及び充放電を繰り返したときの容量維持特性(サイクル特性)等に優れたリチウムイオン電池が構成可能であると期待される。
上記の状況に対して、特許文献1では、リチウムイオン電池用セパレータに用いられるポリオレフィン製微多孔膜の、品質の向上と共に強度の向上を図る観点について、検討がなされていなかった。
In recent years, along with the increase in battery capacity, polyolefin microporous membranes used in lithium-ion battery separators have improved quality (reduced gel content, suppressed deterioration of molecular weight, etc.) and improved strength (puncture resistance). improvement, improvement of tensile strength, etc.) are further required. By using a polyolefin microporous film with improved quality, it is possible to suppress the unmelted amount of resin (gel content) in the separator, thereby obtaining a separator with improved strength. . By using such a separator, the characteristics of quickly stopping the battery reaction when heated (fuse characteristics), the safety against impact (shock resistance safety), and the capacity retention characteristics when charging and discharging are repeated (cycle characteristics). It is expected that a lithium-ion battery with excellent properties such as
In view of the above situation, Patent Document 1 does not consider the viewpoint of improving the quality and strength of the polyolefin microporous membrane used in the lithium ion battery separator.
上記の事情に鑑み、本発明は、リチウムイオン電池用セパレータに用いられ、かつ、品質の向上と共に強度の向上が図られたポリオレフィン製微多孔膜を製造することができる、微多孔膜の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention provides a method for producing a microporous membrane, which is used for lithium ion battery separators and which can produce a polyolefin microporous membrane having improved quality and improved strength. intended to provide
本発明者らは、上記の課題を解決するため検討を行い、以下の構成を有する蓄電デバイス用セパレータを用いることにより上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の通りである。
[1]
リチウムイオン二次電池用セパレータに用いられる微多孔膜の製造方法であって、以下の工程:
(1)第1のポリオレフィンを含む第1成分、第2のポリオレフィンを含む第2成分、及び可塑剤を二軸押出機に供給する工程{但し、前記第1のポリオレフィンの膨潤開始温度(T1)と前記第2のポリオレフィンの膨潤開始温度(T2)との差(T1-T2)が2℃~50℃である。};
(2)前記第1成分、前記第2成分、及び前記可塑剤を前記二軸押出機にて溶融混錬し、樹脂組成物を製造する工程;及び
(3)前記樹脂組成物から前記可塑剤を抽出し、ポリオレフィン製微多孔膜を製造する工程;
を含む、微多孔膜の製造方法。
[2]
前記工程(1)は、
20℃~70℃の温度、100~400,000秒-1のせん断速度、及び1.0秒~60秒の滞留時間の条件下で連続混合機を用いて前記第1成分、及び前記可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリー、及び前記第2成分を前記二軸押出機に供給する工程を含む、[1]に記載の微多孔膜の製造方法。
[3]
前記工程(1)は、
20℃~70℃の温度、100~400,000秒-1のせん断速度、及び1.0秒~60秒の滞留時間の条件下で連続混合機を用いて前記第1成分、前記第2成分、及び前記可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリーを前記二軸押出機に供給する工程を含む、[1]に記載の微多孔膜の製造方法。
[4]
前記第1成分は、前記第1のポリオレフィンを2質量%~90質量%含むパウダーであり、
前記第2成分は、前記第2のポリオレフィンを2質量%~90質量%含むペレットである、[1]~[3]のいずれか1項に記載の微多孔膜の製造方法。
[5]
前記第1のポリオレフィンは、
粘度平均分子量(Mv)が300,000~9,700,000、かつ、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~7である、[4]に記載の微多孔膜の製造方法。
[6]
前記第2のポリオレフィンは、
粘度平均分子量(Mv)が10,000~300,000、かつ、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~18である、[4]に記載の微多孔膜の製造方法。
[7]
前記工程(3)は、
前記樹脂組成物をシート状に押出し、冷却固化させてシート状成形体に加工する工程;
前記シート状成形体を20倍以上200倍以下の面倍率で二軸延伸し、延伸物を形成する工程;
前記延伸物から前記可塑剤を抽出し、多孔体を形成する工程;及び
前記多孔体の融点以下の温度で前記多孔体の熱処理を行った後、前記多孔体を延伸し、前記微多孔膜を製造する工程;
を含む、[1]~[6]のいずれか1項に記載の微多孔膜の製造方法。
The present inventors conducted studies to solve the above problems, found that the above problems can be solved by using a power storage device separator having the following configuration, and completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
[1]
A method for producing a microporous membrane used in a lithium ion secondary battery separator, comprising the following steps:
(1) A step of supplying a first component containing a first polyolefin, a second component containing a second polyolefin, and a plasticizer to a twin-screw extruder {wherein the swelling initiation temperature (T1) of the first polyolefin and the swelling start temperature (T2) of the second polyolefin (T1-T2) is 2°C to 50°C. };
(2) a step of melt-kneading the first component, the second component, and the plasticizer in the twin-screw extruder to produce a resin composition; and (3) the plasticizer from the resin composition Extracting to produce a polyolefin microporous membrane;
A method for producing a microporous membrane, comprising:
[2]
The step (1) is
The first component and the plasticizer using a continuous mixer under conditions of a temperature of 20° C. to 70° C., a shear rate of 100 to 400,000 sec −1 , and a residence time of 1.0 sec to 60 sec. and supplying the mixed slurry and the second component to the twin-screw extruder.
[3]
The step (1) is
The first component, the second component using a continuous mixer under the conditions of a temperature of 20° C. to 70° C., a shear rate of 100 to 400,000 sec −1 , and a residence time of 1.0 sec to 60 sec. and producing a mixed slurry from the plasticizer, and supplying the mixed slurry to the twin-screw extruder.
[4]
The first component is a powder containing 2% by mass to 90% by mass of the first polyolefin,
The method for producing a microporous membrane according to any one of [1] to [3], wherein the second component is pellets containing 2% by mass to 90% by mass of the second polyolefin.
[5]
The first polyolefin is
Viscosity average molecular weight (Mv) is 300,000 to 9,700,000, and the ratio of weight average molecular weight (Mw) to number average molecular weight (Mn) (Mw/Mn) is 3 to 7, in [4] A method for producing the described microporous membrane.
[6]
The second polyolefin is
The viscosity average molecular weight (Mv) is 10,000 to 300,000, and the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) is 3 to 18. A method for producing a microporous membrane.
[7]
The step (3) is
a step of extruding the resin composition into a sheet, cooling and solidifying it, and processing it into a sheet-shaped molding;
A step of biaxially stretching the sheet-like molded product at an area magnification of 20 times or more and 200 times or less to form a stretched product;
a step of extracting the plasticizer from the stretched product to form a porous body; and heat-treating the porous body at a temperature below the melting point of the porous body, then stretching the porous body to form the microporous membrane. manufacturing process;
The method for producing a microporous membrane according to any one of [1] to [6], comprising
本発明によれば、リチウムイオン電池用セパレータに用いられ、かつ、品質の向上(ゲル含有量の低減、分子量の劣化の抑制等)と共に強度の向上(突刺強度の向上、引張強度の向上等)が図られたポリオレフィン製微多孔膜を製造することができる。品質の向上が図られたポリオレフィン製微多孔膜を用いることで、セパレータにおける樹脂の未溶融量(ゲル含有量)を抑制することができ、これにより、強度の向上が図られたセパレータが得られる。 According to the present invention, it is used for a lithium ion battery separator, and has improved quality (reduced gel content, suppressed deterioration of molecular weight, etc.) and improved strength (improved puncture strength, improved tensile strength, etc.) It is possible to produce a polyolefin microporous membrane in which the By using a polyolefin microporous film with improved quality, it is possible to suppress the unmelted amount of resin (gel content) in the separator, thereby obtaining a separator with improved strength. .
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について説明する。但し、本発明は、以下の本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々に変形して実施可能である。また、本明細書における「~」とは、特に断りがない場合、その前後に記載される数値を上限値、及び下限値として含む意味である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form (it abbreviates as "this embodiment" hereafter) for implementing this invention is demonstrated. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. In addition, unless otherwise specified, "to" in the present specification includes the numerical values before and after it as an upper limit and a lower limit.
<微多孔膜の製造方法>
本実施形態に係るポリオレフィン製微多孔膜の製造方法は、以下の工程:
(1)第1のポリオレフィンを含む第1成分、第2のポリオレフィンを含む第2成分、及び可塑剤を二軸押出機に供給する工程{但し、第1のポリオレフィンの膨潤開始温度(T1)と第2のポリオレフィンの膨潤開始温度(T2)との差(T1-T2)が2℃~50℃である。};
(2)第1成分、第2成分、及び可塑剤を二軸押出機にて溶融混錬し、樹脂組成物を製造する工程;及び
(3)樹脂組成物から可塑剤を抽出し、ポリオレフィン製微多孔膜を製造する工程;
を含む。
以下、各工程について順番に説明する。
<Method for producing microporous membrane>
The method for producing a polyolefin microporous membrane according to the present embodiment comprises the following steps:
(1) A step of supplying a first component containing a first polyolefin, a second component containing a second polyolefin, and a plasticizer to a twin-screw extruder {however, the swelling initiation temperature (T1) of the first polyolefin and The difference (T1-T2) from the swelling initiation temperature (T2) of the second polyolefin is 2°C to 50°C. };
(2) A step of melt-kneading the first component, the second component, and the plasticizer with a twin-screw extruder to produce a resin composition; and (3) Extracting the plasticizer from the resin composition, a step of manufacturing a microporous membrane;
including.
Each step will be described in order below.
[工程(1)]
工程(1)では、第1のポリオレフィンを含む第1成分、第2のポリオレフィンを含む第2成分、及び可塑剤を二軸押出機に供給する。第1のポリオレフィンの膨潤開始温度T1の方が、第2のポリオレフィンの膨潤開始温度T2よりも高く、その膨潤開始温度T1と膨潤開始温度T2との差(T1-T2)が2℃~50℃である。
後述するように、第1成分の例としては、超高分子ポリエチレンのパウダー(UHMWPEパウダー)が挙げられ、第2成分の例としては、高密度ポリエチレンのパウダー(HDPEパウダー)から作製したペレット(HDPEペレット)が挙げられる。
[Step (1)]
In step (1), a first component comprising a first polyolefin, a second component comprising a second polyolefin, and a plasticizer are fed to a twin screw extruder. The swelling initiation temperature T1 of the first polyolefin is higher than the swelling initiation temperature T2 of the second polyolefin, and the difference (T1-T2) between the swelling initiation temperature T1 and the swelling initiation temperature T2 is 2° C. to 50° C. is.
As will be described later, examples of the first component include ultra-high molecular weight polyethylene powder (UHMWPE powder), and examples of the second component include pellets (HDPE powder) made from high density polyethylene powder (HDPE powder). pellets).
(可塑剤の膨潤)
第1成分(例えば、UHMWPEパウダー)においては、可塑剤との共存下、系内の発熱又は外部からの加熱によって、第1のポリオレフィン中の結晶部/非結晶部の割合が変化し、これにより、全体の運動性が徐々に増加する。このため、非結晶部に可塑剤が浸漬できるようになり、また、結晶部と非結晶部との間(中間層部)にも可塑剤が浸漬できるようになる。この段階では、第1成分の融解、及び溶解は生じず、以下、かかる現象を「可塑剤の膨潤」と称することがある。
(Swelling of plasticizer)
In the first component (e.g., UHMWPE powder), the ratio of crystalline part/non-crystalline part in the first polyolefin changes due to heat generation in the system or external heating in the presence of a plasticizer, thereby , the overall motility gradually increases. Therefore, the plasticizer can be immersed in the non-crystalline portion, and can also be immersed in the space between the crystalline portion and the non-crystalline portion (intermediate layer portion). At this stage, melting and dissolution of the first component do not occur, and such a phenomenon is hereinafter sometimes referred to as "swelling of the plasticizer".
従来、膨潤現象については、吸水性の非晶質樹脂(ゲル)を用いて研究が成されてきた。現在までに、膨潤現象は、主に、ポリオレフィンに対する可塑剤の進入現象、及びその後のポリオレフィン内での可塑剤の拡散現象であることが知られている。また、膨潤現象は、ゲル全体でのエントロピー変化(ゲル内外における可塑剤の浸透圧変化)が支配的であるとの報告もある。 Conventionally, the swelling phenomenon has been studied using a water-absorbing amorphous resin (gel). Up to now, it is known that the swelling phenomenon is mainly the phenomenon of the plasticizer entering into the polyolefin and the subsequent diffusion of the plasticizer within the polyolefin. It is also reported that the swelling phenomenon is dominated by entropy change in the entire gel (change in osmotic pressure of the plasticizer inside and outside the gel).
これに対し、本実施形態は、上記の膨潤現象が、ゲル全体でのエントロピー変化と共に、ポリオレフィンの結晶部の構造相転移が強く関係するという、新規の知見に基づいたものである。
例えば、種々のポリオレフィンパウダーの圧着樹脂物に対して、その固体粘弾性を測定すると、貯蔵弾性率(E’)が0℃~130℃においてブロードなピークを示す。これは、結晶緩和を呼ばれている。結晶粒界の滑り(α1)、及び結晶そのものが弾性率的になる変化(α2)[対応する温度Tは、Tα2>Tα1である]と対応させると、貯蔵弾性率(E’)から60℃付近に大きなピーク、α1の滑りが観測され、約70℃以上にα2の変化が観測される。
ここで、本発明者は鋭意努力により、ポリオレフィンに関する上記のようなデータと、可塑剤の膨潤に関するデータとに基づき、ポリオレフィンの種類に応じて、その非結晶部の緩和現象が異なり、また、その中間層部の緩和現象が異なることを見出した。更に、本発明者は鋭意努力により、ポリオレフィンの種類に応じて上記のように緩和現象が異なるゆえ、その可塑剤の膨潤の挙動、例えば、膨潤開始温度、最大膨潤率、及び膨潤完了までの時間等が顕著に異なることを見出すに至った。
同時に、本発明者は鋭意努力により、ポリオレフィンパウダーの結晶化度、結晶子サイズ、コポリマー濃度、及びパウダーのサイズ等によっても、膨潤開始温度が変化することを見出すに至った。
On the other hand, the present embodiment is based on the new knowledge that the swelling phenomenon described above is strongly related to the structural phase transition of the crystal part of the polyolefin as well as the entropy change in the entire gel.
For example, when measuring the solid viscoelasticity of compression-bonded resin products of various polyolefin powders, the storage elastic modulus (E') shows a broad peak in the range of 0°C to 130°C. This is called crystalline relaxation. Corresponding to the grain boundary slip (α 1 ) and the change in the elastic modulus of the crystal itself (α 2 ) [the corresponding temperature T is T α2 >T α1 ], the storage modulus (E' ), a large peak, a slip of α 1 is observed near 60°C, and a change of α 2 is observed above about 70°C.
Here, the present inventor made diligent efforts, based on the above-mentioned data on polyolefin and data on swelling of plasticizers, the relaxation phenomenon of the amorphous part differs depending on the type of polyolefin, and the It was found that the relaxation phenomenon of the intermediate layer is different. Furthermore, the present inventors have made diligent efforts to find out that the relaxation phenomenon differs as described above depending on the type of polyolefin, so that the swelling behavior of the plasticizer, for example, the swelling start temperature, the maximum swelling rate, and the time to complete swelling etc. are remarkably different.
At the same time, through diligent efforts, the present inventors have discovered that the swelling initiation temperature varies depending on the crystallinity of the polyolefin powder, the crystallite size, the copolymer concentration, the size of the powder, and the like.
複数のポリエチレン、例えば、UHMWPEパウダーとHDPEパウダーを混合しようとしても、可塑剤の膨潤の挙動に着目していない従来技術にあっては、そもそも押出技術に適用するのが困難との認識が一般的であった。これは、ポリエチレンの種類に応じて、通常、その可塑剤の膨潤の挙動が異なるためである。例えば、膨潤開始温度等に差があることで、系内の均一性が著しく低下し、樹脂の未溶融量(ゲル含有量)が多く含まれる傾向にあり、そのため、期待する製品の性能を発現させるのが困難であった。
これに対し、本実施形態は、可塑剤の膨潤の均一性を図るという観点を有している。本発明者は、ポリオレフィンの種類に応じて可塑剤の膨潤の挙動が異なる点に着目し、上記の差(T1-T2)の関係を満足するよう、第1成分と第2成分とを構成することで、所望の微多孔膜を製造することができることを鋭意努力により確かめた。
Even if a plurality of polyethylenes, for example, UHMWPE powder and HDPE powder are mixed, it is generally recognized that it is difficult to apply the conventional technology to extrusion technology in the first place because it does not focus on the swelling behavior of the plasticizer. Met. This is because different types of polyethylene usually have different swelling behavior of their plasticizers. For example, due to differences in swelling initiation temperature, etc., the homogeneity within the system tends to be significantly reduced, and there is a tendency for a large amount of unmelted resin (gel content) to be included, resulting in the expected product performance. It was difficult to let
In contrast, the present embodiment has a viewpoint of achieving uniformity of swelling of the plasticizer. The present inventor focused on the point that the swelling behavior of the plasticizer differs depending on the type of polyolefin, and configured the first component and the second component so as to satisfy the relationship of the above difference (T1-T2). It was confirmed through diligent efforts that a desired microporous membrane can be produced by this method.
(膨潤開始温度)
本実施形態において、第1のポリオレフィンの膨潤開始温度T1と、第2のポリオレフィンの膨潤開始温度T2との差(T1-T2)は、2℃~50℃である。押出機内で均一膨潤させる観点から、上記の差(T1-T2)は、より好ましくは3℃~48℃、更に好ましくは3.2℃~46℃である。差(T1-T2)の下限は3.5℃以上であってもよく、4℃以上であってもよく、5℃以上であってもよく、8℃以上であってもよく、10℃以上であってもよい。差(T1-T2)の上限は43℃以下であってもよく、40℃以下であってもよく、35℃以下であってもよく、30℃以下であってもよく、28℃以下であってもよく、25℃以下であってもよい。
(Swelling start temperature)
In this embodiment, the difference (T1-T2) between the swelling initiation temperature T1 of the first polyolefin and the swelling initiation temperature T2 of the second polyolefin is 2°C to 50°C. From the viewpoint of uniform swelling in the extruder, the above difference (T1-T2) is more preferably 3°C to 48°C, still more preferably 3.2°C to 46°C. The lower limit of the difference (T1-T2) may be 3.5°C or higher, 4°C or higher, 5°C or higher, 8°C or higher, or 10°C or higher. may be The upper limit of the difference (T1-T2) may be 43°C or less, 40°C or less, 35°C or less, 30°C or less, or 28°C or less. It may be 25° C. or lower.
近年、電池の高容量化も相まって、リチウムイオン電池用セパレータに用いられるポリオレフィン製微多孔膜には、品質の向上と共に強度の向上が一層求められている。品質の向上と強度の向上という各機能を両立するためには、その各機能の発現に必要な結晶構造の均一分散高次構造が必要となる。
本実施形態では、上記の差(T1-T2)の関係を満足することで、可塑剤の膨潤の均一性が図られる。これにより、複数のポリオレフィンを混合しながら、その各機能の発現に必要な結晶構造の均一分散高次構造が好適に制御された樹脂組成物を得ることができる。また、可塑剤の膨潤の均一性が図られることで、分子レベルで均一な樹脂組成物を製造することができ、かかる樹脂組成物を用いることで、樹脂の未溶融量(ゲル含有量)が抑制されたセパレータを得ることができる。このようなセパレータは、高い機械的強度、かつ、孔径の優れた均一性を有する。そして、このようなセパレータを用いることで、耐衝撃安全性、及びサイクル特性等に優れたリチウムイオン電池を製造することができる。
なお、第1のポリオレフィンの膨潤開始温度T1と、第2のポリオレフィンの膨潤開始温度T2とは、実施例に記載の方法に準じて測定可能である。
In recent years, along with the increase in battery capacity, polyolefin microporous membranes used in lithium-ion battery separators are required to have higher quality and higher strength. In order to achieve both the functions of improving quality and improving strength, a uniformly distributed higher-order crystal structure is required for the manifestation of each function.
In this embodiment, by satisfying the relationship of the difference (T1-T2), uniformity of swelling of the plasticizer is achieved. As a result, it is possible to obtain a resin composition in which the uniformly dispersed higher-order structure of the crystal structure required for manifestation of each function is suitably controlled while mixing a plurality of polyolefins. In addition, by achieving uniformity in the swelling of the plasticizer, it is possible to produce a resin composition that is uniform at the molecular level. A suppressed separator can be obtained. Such separators have high mechanical strength and excellent pore size uniformity. By using such a separator, it is possible to manufacture a lithium-ion battery that is excellent in impact resistance safety, cycle characteristics, and the like.
The swelling initiation temperature T1 of the first polyolefin and the swelling initiation temperature T2 of the second polyolefin can be measured according to the method described in Examples.
(第1成分)
第1成分は、第1のポリオレフィンを含む。第1のポリオレフィンは、粘度平均分子量(Mv)が300,000~9,700,000、かつ、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比として表される分散度(Mw/Mn)が3~7のポリエチレン(第1のポリエチレン)であることが好ましい。この第1のポリエチレンは、例えば、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)とも称される。
(First component)
The first component includes a first polyolefin. The first polyolefin has a viscosity average molecular weight (Mv) of 300,000 to 9,700,000 and a dispersity (Mw/Mn ) is preferably 3 to 7 polyethylene (first polyethylene). This first polyethylene is for example also called ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
第1のポリオレフィンの粘度平均分子量(Mv)は、より好ましくは260,000~9,000,000、更に好ましくは350,000~8,500,000である。また、その分散度(Mw/Mn)は、より好ましくは3~15、更に好ましくは4~14、極めて好ましくは4~13である。 The viscosity average molecular weight (Mv) of the first polyolefin is more preferably 260,000 to 9,000,000, still more preferably 350,000 to 8,500,000. Further, the degree of dispersion (Mw/Mn) is more preferably 3-15, still more preferably 4-14, and most preferably 4-13.
粘度平均分子量(Mv)は、分子量によらず、高精度かつ再現性良く測定可能である。ただ、GPC測定により求められる数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及びその分散度(Mw/Mn)は、粘度平均分子量(Mv)が100万以上の領域では、カラムの排除限界を超えるため、正確な測定が困難である。一方、粘度平均分子量(Mv)が100万未満の領域では、高精度かつ再現性良く測定でき、上記の分散度(Mw/Mn)を正確に算出し易くなる。また、粘度平均分子量(Mv)が100万未満の領域での検証実験によると、同一種のポリエチレン重合触媒(ポリエチレンを重合するときに使用される触媒)を用いた場合、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)が変化しても、分散度(Mw/Mn)は変化しない。
そのため、後述する実施例では、粘度平均分子量(Mv)が100万以上の第1のポリオレフィンの分析に際して、数平均分子量(Mn)、及び重量平均分子量(Mw)については正確な測定が困難として評価し、また、分散度(Mw/Mn)については、同一種のポリエチレン重合触媒で重合した100万以下の領域で算出した値を用いて評価した。
The viscosity-average molecular weight (Mv) can be measured with high accuracy and good reproducibility regardless of the molecular weight. However, the number average molecular weight (Mn), the weight average molecular weight (Mw), and the degree of dispersion (Mw/Mn) obtained by GPC measurement are the exclusion limit of the column in the region where the viscosity average molecular weight (Mv) is 1,000,000 or more. , making accurate measurement difficult. On the other hand, when the viscosity-average molecular weight (Mv) is less than 1,000,000, the measurement can be performed with high accuracy and good reproducibility, making it easy to accurately calculate the dispersion (Mw/Mn). In addition, according to verification experiments in the region where the viscosity average molecular weight (Mv) is less than 1 million, when using the same type of polyethylene polymerization catalyst (catalyst used when polymerizing polyethylene), the number average molecular weight (Mn) , the dispersity (Mw/Mn) does not change even if the weight average molecular weight (Mw) changes.
Therefore, in the examples described later, when analyzing the first polyolefin having a viscosity average molecular weight (Mv) of 1,000,000 or more, the number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) are evaluated as difficult to measure accurately. Further, the degree of dispersion (Mw/Mn) was evaluated using a value calculated in a region of 1,000,000 or less polymerized with the same kind of polyethylene polymerization catalyst.
第1のポリオレフィンとして、単一種又は複数種のUHMWPEを用いてもよい。UHMWPEは、ポリオレフィン製微多孔膜の高強度の観点から、好ましくはポリ(エチレン、及び/又はプロピレン-co-α-オレフィン)であり、より好ましくはポリ(エチレン-co-プロピレン)、ポリ(エチレン-co-ブテン)、及びポリ(エチレン-co-プロピレン-co-ブテン)から成る群から選択される少なくとも1つである。同様の観点から、UHMWPEは、好ましくは、エチレン由来の構成単位を98.5モル%以上100モル%以下で含み、より好ましくは、エチレン以外のα-オレフィンに由来する構成単位を0.0モル%超1.5モル%以下で含む。 A single type or multiple types of UHMWPE may be used as the first polyolefin. UHMWPE is preferably poly(ethylene and/or propylene-co-α-olefin), more preferably poly(ethylene-co-propylene), poly(ethylene -co-butene), and poly(ethylene-co-propylene-co-butene). From a similar point of view, UHMWPE preferably contains 98.5 mol% or more and 100 mol% or less of structural units derived from ethylene, and more preferably contains 0.0 mol of structural units derived from an α-olefin other than ethylene. % more than 1.5 mol % or less.
第1成分は、その第1成分の全質量を基準として、上記の第1のポリエチレンを2質量%~90質量%含むパウダーであることが好ましい。得られる微多孔膜の強度を確保する観点から、第1成分中の第1のポリエチレンの含有量は、より好ましくは4質量%以上である。また、第1のポリオレフィン中の未溶融量(ゲル含有量)を抑制する観点から、好ましくは88質量%以下である。 The first component is preferably a powder containing 2% by mass to 90% by mass of the above first polyethylene based on the total mass of the first component. From the viewpoint of ensuring the strength of the resulting microporous membrane, the content of the first polyethylene in the first component is more preferably 4% by mass or more. Moreover, from the viewpoint of suppressing the unmelted amount (gel content) in the first polyolefin, it is preferably 88% by mass or less.
ここで、第1成分として好ましい「パウダー」とは、数平均粒径(d50)が80μm~180μmであること、体積平均粒径(d50)が120μm~220μmであること、数粒径分布(Nd80/Nd20)が1.1~4.2で、より好ましくは1.2~4.1であること、体積粒径分布(Vd80/Vd20)が1.1~3.3で、より好ましくは1.15~3.2あること、結晶子サイズが10.0nm~30.0nmで、より好ましくは11.0nm~28.0nmで、更に好ましくは12.0nm~23.0nmであること、結晶化度が30%~99%で、好ましくは32%~98%で、更に好ましくは38%~97.5%であること、ポリエチレンを含むこと、から成る群より選択される少なくとも1つの条件を満たすものをいう。これらの数平均粒径(Nd50)、体積平均粒径(Vd50)、数粒径分布(Nd80/Nd20)、体積粒径分布(Vd80/Vd20)、結晶子サイズ、結晶化度等は、既知の手法又は実施例に記載の方法に準じて測定可能である。
なお、数平均粒径は、ポリオレフィン重合触媒の触媒粒径分布と相関させ、調整することができる。また、結晶子サイズ及び結晶化度は、重合時の温度、また重合後の乾燥段階におけるポリエチレンの結晶部へのアニール処理の程度により、調整することができる。
Here, the “powder” preferable as the first component has a number average particle size (d 50 ) of 80 μm to 180 μm, a volume average particle size (d 50 ) of 120 μm to 220 μm, and a number particle size distribution. (Nd 80 /Nd 20 ) is 1.1 to 4.2, more preferably 1.2 to 4.1, and volume particle size distribution (Vd 80 /Vd 20 ) is 1.1 to 3.3 , more preferably 1.15 to 3.2, and a crystallite size of 10.0 nm to 30.0 nm, more preferably 11.0 nm to 28.0 nm, still more preferably 12.0 nm to 23.0 nm. a crystallinity of 30% to 99%, preferably 32% to 98%, more preferably 38% to 97.5%; and containing polyethylene. Those that satisfy at least one condition. These number average particle diameter (Nd 50 ), volume average particle diameter (Vd 50 ), number particle diameter distribution (Nd 80 /Nd 20 ), volume particle diameter distribution (Vd 80 /Vd 20 ), crystallite size, crystallization The degree and the like can be measured according to a known technique or the method described in Examples.
The number average particle size can be adjusted by correlating with the catalyst particle size distribution of the polyolefin polymerization catalyst. In addition, the crystallite size and crystallinity can be adjusted by the temperature during polymerization and the degree of annealing to the polyethylene crystal part in the drying stage after polymerization.
(第2成分)
第2成分は、第2のポリオレフィンを含む。第2のポリオレフィンは、粘度平均分子量(Mv)が10,000~300,000、かつ、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の分散度(Mw/Mn)が3~18のポリエチレン(第2のポリエチレン)であることが好ましい。この第2のポリエチレンは、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)とも称される。
(Second component)
The second component includes a second polyolefin. The second polyolefin is a polyethylene having a viscosity average molecular weight (Mv) of 10,000 to 300,000 and a distribution (Mw/Mn) of the weight average molecular weight (Mw) with respect to the number average molecular weight (Mn) of 3 to 18. (Second polyethylene) is preferred. This second polyethylene is also called high density polyethylene (HDPE), for example.
第2のポリオレフィンとして、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等の低密度ポリオレフィン(LDPE)でもよく、また高密度ポリオレフィン(HDPE)でもよいが、単一種又は複数種のHDPEが好ましい、HDPEは、押出機内で第1のポリエチレンの膨潤挙動を阻害せず、これにより均一な混練樹脂物を得る観点から、結晶子サイズが10.0nm~35.0nmで、より好ましくは11.0nm~32.0nmで、更に好ましくは12.0nm~31.0nmあること、結晶化度が30%~93%で、好ましくは32%~90%で、更に好ましくは38%~89%であることが好ましい。同様の観点から、HDPEは、好ましくは、エチレン由来の構成単位を98.5モル%以上100モル%以下で含み、より好ましくは、エチレン以外のα-オレフィンに由来する構成単位を0.0モル%超1.5モル%以下で含む。 The second polyolefin may be a low density polyolefin (LDPE) such as linear low density polyethylene (LLDPE), or a high density polyolefin (HDPE), but preferably a single or multiple types of HDPE. The crystallite size is 10.0 nm to 35.0 nm, more preferably 11.0 nm to 32.0 nm, from the viewpoint of not inhibiting the swelling behavior of the first polyethylene in the extruder and thereby obtaining a uniform kneaded resin product. More preferably, it is 12.0 nm to 31.0 nm, and the degree of crystallinity is 30% to 93%, preferably 32% to 90%, and more preferably 38% to 89%. From the same point of view, HDPE preferably contains 98.5 mol% or more and 100 mol% or less of structural units derived from ethylene, and more preferably contains 0.0 mol of structural units derived from an α-olefin other than ethylene. % more than 1.5 mol % or less.
第2成分は、上記の第2のポリエチレンを2質量%~90質量%含むペレットであることが好ましい。膜機械的強度の確保と、ポリエチレン製セパレータ特有のヒューズ特性の発現との両立の視点から、第2成分に含まれる第2のポリエチレンは、より好ましくは2.1質量%~88質量%、更に好ましくは2.3質量%~82質量%である。 The second component is preferably pellets containing 2% by mass to 90% by mass of the second polyethylene. From the viewpoint of ensuring both the mechanical strength of the membrane and the expression of the fuse characteristics peculiar to polyethylene separators, the second polyethylene contained in the second component is more preferably 2.1% by mass to 88% by mass, and further It is preferably 2.3% by mass to 82% by mass.
ペレットである第2成分は、重合したポリオレフィンのパウダー(例えば、HDPEパウダー)を乾燥した後、それを押出機によりストランド状に押出し、水冷後、ペレット状にカットすることで得ることができる。原料となるポリオレフィンのパウダーにおける、粘度平均分子量(Mv)は30,000~3,500,000であることが好ましく、分散度(Mw/Mn)は3~15であることが好ましい。
また、第2成分をペレット状に形成したときの粘度平均分子量(Mv)は、好ましくは35,000~3,300,000であり、より好ましくは、30,000~3,200,000である。そして、分散度は、好ましくは3~15、より好ましくは4~14、更に好ましくは4~13である。
The second component, which is a pellet, can be obtained by drying a polymerized polyolefin powder (e.g., HDPE powder), extruding it into a strand with an extruder, cooling it with water, and cutting it into pellets. The polyolefin powder as a raw material preferably has a viscosity average molecular weight (Mv) of 30,000 to 3,500,000 and a degree of dispersion (Mw/Mn) of 3 to 15.
Further, the viscosity average molecular weight (Mv) when the second component is formed into pellets is preferably 35,000 to 3,300,000, more preferably 30,000 to 3,200,000. . The dispersity is preferably 3-15, more preferably 4-14, and even more preferably 4-13.
ここで、第2成分として好ましい「ペレット」とは、第1成分として好ましい「パウダー」の数平均粒径(Nd50)、及び体積平均粒径(Vd50)よりも大きく、かつ、一辺の長さが最大10mm以下であり、1mm以上の樹脂物である。ペレットの形状は特に限定されず、例えば、球形、楕円球形、及び柱形のいずれでもよい。原料(例えば、ポリエチレンパウダー)を押出機により、溶融押出を行い、水冷又は空冷させながら、ストランド状に整え、連続的に切断することで得られる。大きさや形状は、ストランド形成や切断法式で調整できる。
このように、上記の「パウダー」を溶融押出させて上記の「ペレット」に調整することで、可塑剤による膨潤速度を大幅に遅らせることができる。押出機の内部では、第1成分の膨潤を阻害しないことが重要である。また、膨潤工程後の溶融工程で、均一溶融の視点からは、第2成分として好ましい「ペレット」とは、第1成分として好ましい「パウダー」の結晶子サイズよりも大きく、かつ、上記の範囲の結晶子サイズを有するものをいう。
更に、第2成分として好ましい「ペレット」とは、第1成分として好ましい「パウダー」の結晶化度よりも小さく、かつ、上記の範囲の結晶化度を有するものをいう。ペレットの製造方法では、ストランド状に押出樹脂の温度や切断時の冷却温度、または押出よりストランド状の引き速度(溶融微延伸)など、ペレットの結晶子サイズ、結晶化度、ペレットの大きさ、形状を調整できる。これらの数平均粒径(Nd50)、体積平均粒径(Vd50)、結晶子サイズ、結晶化度等は、既知の手法又は実施例に記載の方法に準じて測定可能である。
Here, the “pellet” preferable as the second component is larger than the number average particle diameter (Nd 50 ) and volume average particle diameter (Vd 50 ) of the “powder” preferable as the first component, and It is a resin material with a maximum length of 10 mm or less and 1 mm or more. The shape of the pellet is not particularly limited, and may be spherical, oval, or cylindrical, for example. A raw material (for example, polyethylene powder) is melt-extruded with an extruder, and then, while being water-cooled or air-cooled, it is prepared into strands and cut continuously. The size and shape can be adjusted by stranding and cutting methods.
In this way, by melting and extruding the above "powder" to prepare the above "pellet", the swelling speed due to the plasticizer can be significantly slowed down. Inside the extruder it is important not to inhibit the swelling of the first component. Further, in the melting process after the swelling process, from the viewpoint of uniform melting, the "pellet" preferable as the second component is larger than the crystallite size of the "powder" preferable as the first component, and has the above range. It refers to those having a crystallite size.
Furthermore, the "pellet" preferable as the second component refers to those having a crystallinity smaller than that of the "powder" preferable as the first component and within the above range. In the pellet manufacturing method, the temperature of extruded resin into strands, the cooling temperature at the time of cutting, or the drawing speed of strands from extrusion (melt slight drawing), etc., pellet crystallite size, crystallinity, pellet size, You can adjust the shape. These number average particle diameter (Nd 50 ), volume average particle diameter (Vd 50 ), crystallite size, crystallinity and the like can be measured according to known methods or methods described in Examples.
HDPEをペレット状に形成することで、第1成分(例えば、UHMWPEパウダー)と混合したときの、二軸押出機内での可塑剤の膨潤の均一性を著しく向上させることができる。これは、HDPEをペレット状に形成することで、例えばHDPEパウダーと比べ、その膨潤速度を著しく遅くすることができるためであると考えられる。そのため、HDPEペレットは、UHMWPEパウダーの膨潤を過度に阻害することなく、また、かかるペレット自体は基本的には膨潤しないで、その後の熔融混練において好適に利用される。
特に、本実施形態を応用することで、好ましい分子量又は好ましい膨潤開始温度差等のもと、ポリオレフィン同士の混合組成を好適に調整することで、溶融混錬のプロセスでも容易に均一に分子レベルまで各ポリオレフィンを分散させることができるようになる。
Forming the HDPE into pellets can significantly improve the uniformity of swelling of the plasticizer in the twin-screw extruder when mixed with the first component (eg, UHMWPE powder). It is believed that this is because by forming HDPE into pellets, the swelling rate can be remarkably slowed compared to, for example, HDPE powder. Therefore, the HDPE pellets are preferably used in subsequent melt-kneading without excessively inhibiting the swelling of the UHMWPE powder, and the pellets themselves basically do not swell.
In particular, by applying the present embodiment, by suitably adjusting the mixed composition of polyolefins based on a preferable molecular weight or a preferable swelling start temperature difference, etc., even in the melt kneading process, it is possible to easily and uniformly reach the molecular level. It becomes possible to disperse each polyolefin.
上記の通り、HDPEペレットは、その膨潤速度がHDPEパウダーの膨潤速度に比べて著しく遅く、そのため実質的に膨潤しない。だからこそ、UHMWPEパウダーの膨潤が、HDPEによって過度に阻害されることを防止することができる。HDPEペレットは実質的に膨潤しないため、その膨潤開始温度を測定するのは困難である。一方、HDPEペレットの原料となるHDPEパウダーであれば、膨潤開始温度を測定することができ、実施例欄でも、HDPEペレットの原料となるHDPEパウダーの膨潤開始温度を測定している。 As noted above, HDPE pellets have a significantly slower swelling rate than HDPE powder and therefore do not substantially swell. Therefore, it is possible to prevent the swelling of the UHMWPE powder from being excessively inhibited by HDPE. Since HDPE pellets do not substantially swell, it is difficult to measure their swelling onset temperature. On the other hand, if the HDPE powder that is the raw material of the HDPE pellets, the swelling start temperature can be measured, and the swelling start temperature of the HDPE powder that is the raw material of the HDPE pellets is also measured in the examples.
(可塑剤)
可塑剤は、20℃~70℃の温度で液状であり、かつ、第1のポリオレフィン(例えば、UHMWPE)又は第2のポリオレフィン(例えば、HDPE)の分散性に優れる限り、既知の材料であることができる。工程(1)で使用される可塑剤は、その後の抽出も考慮すると、第1のポリオレフィン又は第2のポリオレフィンの融点以上において均一溶液を形成し得る、不揮発性溶媒が好ましい。不揮発性溶媒の具体例としては、例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス、デカン、及びデカリン等の炭化水素類;フタル酸ジオクチル、及びフタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコール、及びステアリルアルコール等の高級アルコール等が挙げられる。中でも、流動パラフィンは、ポリエチレン又はポリプロピレンとの相溶性が高く、溶融混練物を延伸しても樹脂と可塑剤との界面剥離が起こり難く、均一な延伸が実施し易くなる傾向にあるため好ましい。
(Plasticizer)
The plasticizer is a known material as long as it is liquid at a temperature of 20° C. to 70° C. and has excellent dispersibility in the first polyolefin (e.g. UHMWPE) or the second polyolefin (e.g. HDPE). can be done. The plasticizer used in step (1) is preferably a non-volatile solvent that can form a homogeneous solution above the melting point of the first polyolefin or the second polyolefin in consideration of subsequent extraction. Specific examples of nonvolatile solvents include hydrocarbons such as liquid paraffin, paraffin wax, decane, and decalin; esters such as dioctyl phthalate and dibutyl phthalate; higher alcohols such as oleyl alcohol and stearyl alcohol. etc. Among them, liquid paraffin is preferable because it has high compatibility with polyethylene or polypropylene, and interfacial separation between the resin and the plasticizer is unlikely to occur even when the melt-kneaded product is stretched, and uniform stretching tends to be easily performed.
(二軸押出機への供給)
第1成分、及び第2成分は、例えば、二軸押出機に同時に供給することができる。同時に供給するには、例えば、第1成分、及び第2成分をスーパーミキサー等でドライブレンドしたものを二軸押出機に供給する手法;第1成分、及び第2成分により後述する混合スラリーを作製し、これを二軸押出機に供給する手法が挙げられる。
(Supply to twin-screw extruder)
The first component and the second component can, for example, be fed simultaneously to a twin screw extruder. For simultaneous supply, for example, the first component and the second component are dry-blended in a super mixer or the like and supplied to a twin-screw extruder; and feeding it to a twin-screw extruder.
また、第1成分、及び第2成分は、例えば、二軸押出機に個別に供給することもできる。個別に供給するには、例えば、第1成分、及び第2成分を個別のフィーダーから二軸押出機に供給する手法;第1成分、及び可塑剤より後述する混合スラリーを作製し、これを第2成分とは別に二軸押出機に供給する手法;別の押出機(第2の押出機)により第2成分を溶融させ、これを第1成分とは別に上記の二軸押出機(第1の押出機)に供給する手法が挙げられる。なお、第1成分、及び第2成分を二軸押出機に個別に供給する場合、第1成分を先に供給してもよく、第2成分を先に供給してもよい。 Alternatively, the first component and the second component can be separately fed to, for example, a twin-screw extruder. To supply individually, for example, a method of supplying the first component and the second component from separate feeders to a twin-screw extruder; Method of supplying to the twin screw extruder separately from the two components; Melting the second component with another extruder (second extruder), (extruder)). In addition, when supplying a 1st component and a 2nd component separately to a twin-screw extruder, you may supply a 1st component first and may supply a 2nd component first.
また、可塑剤は、例えば、第1成分と共に二軸押出機に供給することができる。第1成分と共に可塑剤を二軸押出機に供給した後で、同一又は異なるフィーダーから、可塑剤を追加供給してもよい。
この種の二軸押出機は、一般に、上流側に配される上段フィード口と、そのフィード口よりも下流側であって、溶融混錬エリアの途中に配される中段フィード口とを有している。従って、二軸押出機の上段フィード口から混合スラリーを供給した後、二軸押出機先の中段フィード口から可塑剤を追加供給することもできる。これにより、二軸押出機から押出される樹脂組成物に占める流動パラフィン量比を所望の割合に調整し易くなり、また、樹脂組成物の温度を所望の範囲に調整し易くなる。勿論、中段フィード口から、第1成分又は第2成分を供給することもできる。
Also, the plasticizer can, for example, be fed into the twin-screw extruder with the first component. After feeding the plasticizer with the first component to the twin screw extruder, additional plasticizer may be fed from the same or a different feeder.
This type of twin-screw extruder generally has an upper feed port arranged on the upstream side and a middle feed port arranged downstream of the feed port and in the middle of the melt kneading area. ing. Therefore, after supplying the mixed slurry from the upper feed port of the twin-screw extruder, the plasticizer can be additionally supplied from the middle feed port ahead of the twin-screw extruder. This makes it easier to adjust the ratio of liquid paraffin in the resin composition extruded from the twin-screw extruder to a desired ratio, and to adjust the temperature of the resin composition to a desired range. Of course, the first component or the second component can also be supplied from the middle feed port.
(混合スラリー)
ここで、工程(1)は、20℃~70℃の温度、100~400,000秒-1のせん断速度、及び1.0秒~60秒の滞留時間の条件下で連続混合機を用いて第1成分、及び可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリー、及び第2成分を二軸押出機に供給する工程を含むことができる。
また、工程(1)は、上記の条件下で連続混合機を用いて第1成分、第2成分、及び可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリーを二軸押出機に供給する工程を含むこともできる。
(mixed slurry)
Here, step (1) is performed using a continuous mixer under the conditions of a temperature of 20° C. to 70° C., a shear rate of 100 to 400,000 sec −1 , and a residence time of 1.0 sec to 60 sec. A step of producing a mixed slurry from the first component and the plasticizer and feeding the mixed slurry and the second component to a twin-screw extruder can be included.
Further, the step (1) includes a step of producing a mixed slurry from the first component, the second component, and the plasticizer using a continuous mixer under the above conditions, and supplying the mixed slurry to the twin-screw extruder. can also contain
連続混合機の設定温度の下限は、第1成分を最大限に膨潤させる観点から、好ましくは25℃以上、より好ましくは30℃以上である、またその上限は、混合時に第1のポリオレフィンの溶解を抑制してスラリーを得るという観点から、好ましくは68℃以下、より好ましくは、67℃以下、66℃以下又は65℃以下である。
連続混合機のせん断速度は、第1成分を均一に可塑剤と接触させ、分散体を得る観点から、100~400,000秒-1であり、好ましくは120~398,000秒-1、より好ましくは1,000~100,000秒-1である。
連続混合機の滞留時間は、可塑剤中の第1のポリオレフィンの分散を確保する観点から、1.0~60秒であり、好ましくは2.0~58秒、より好ましくは2.0秒~56秒である。
The lower limit of the set temperature of the continuous mixer is preferably 25° C. or higher, more preferably 30° C. or higher, from the viewpoint of maximizing swelling of the first component, and the upper limit is set so that the first polyolefin dissolves during mixing. is preferably 68° C. or lower, more preferably 67° C. or lower, 66° C. or lower, or 65° C. or lower, from the viewpoint of obtaining a slurry by suppressing the
The shear rate of the continuous mixer is 100 to 400,000 sec-1, preferably 120 to 398,000 sec - 1 , from the viewpoint of uniformly contacting the first component with the plasticizer and obtaining a dispersion. It is preferably 1,000 to 100,000 sec -1 .
The residence time of the continuous mixer is 1.0 to 60 seconds, preferably 2.0 to 58 seconds, more preferably 2.0 seconds or more, from the viewpoint of ensuring dispersion of the first polyolefin in the plasticizer. 56 seconds.
混合スラリー中の、第1成分(例えば、UHMWPEパウダー)の含有率は、その混合スラリーの全質量を基準として、得られる微多孔膜の強度の観点から、好ましくは0質量%を超え、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは2質量%以上又は4質量%以上である。また、この含有率は、第1のポリオレフィン中の未溶融物(ゲル)の発生を抑制する観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下又は20質量%以下である。 The content of the first component (e.g., UHMWPE powder) in the mixed slurry is preferably more than 0% by mass, more preferably more than 0% by mass, based on the total mass of the mixed slurry, from the viewpoint of the strength of the resulting microporous membrane. is 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more or 4% by mass or more. In addition, from the viewpoint of suppressing the generation of unmelted matter (gel) in the first polyolefin, this content is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and still more preferably 30% by mass or less, or It is 20% by mass or less.
混合スラリーが第2成分を含む場合、その混合スラリー中の、第2成分(例えば、HDPEペレット)の含有率は、その混合スラリーの全質量を基準として、得られる微多孔膜の強度の観点から、好ましくは0質量%を超え、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは2質量%以上又は4質量%以上である。また、この含有率は、第2のポリオレフィン中の未溶融物(ゲル)の発生を抑制する観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下又は20質量%以下である。 When the mixed slurry contains the second component, the content of the second component (for example, HDPE pellets) in the mixed slurry is based on the total mass of the mixed slurry, from the viewpoint of the strength of the resulting microporous membrane. , preferably more than 0% by mass, more preferably 1% by mass or more, and still more preferably 2% by mass or more or 4% by mass or more. In addition, from the viewpoint of suppressing the generation of unmelted matter (gel) in the second polyolefin, this content is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and still more preferably 30% by mass or less, or It is 20% by mass or less.
混合スラリーは、25℃~80℃の温度で二軸押出機に供給することが好ましい。混合スラリーの適切な粘度を確保しながら、第1のポリオレフィンの分子量の低下を起こさない程度にポリマー鎖の絡み合いを確保する観点から、供給温度を25℃~80℃の範囲内に調整することが好ましい。同様の観点から、供給温度は、より好ましくは30℃~76℃、更に好ましくは30℃~70℃である。 The mixed slurry is preferably fed to the twin-screw extruder at a temperature of 25°C to 80°C. From the viewpoint of ensuring the entanglement of the polymer chains to the extent that the molecular weight of the first polyolefin does not decrease while ensuring the appropriate viscosity of the mixed slurry, the supply temperature can be adjusted within the range of 25°C to 80°C. preferable. From the same point of view, the supply temperature is more preferably 30°C to 76°C, still more preferably 30°C to 70°C.
(その他の樹脂又は添加物)
上記の、第1成分、第2成分、及び混合スラリーは、所望により、UHMWPE以外のポリエチレン;HDPE以外のポリエチレン;ポリエチレン以外の樹脂等を含んでよい。
(Other resins or additives)
The first component, the second component, and the mixed slurry described above may optionally contain polyethylene other than UHMWPE; polyethylene other than HDPE; resins other than polyethylene, and the like.
UHMWPE以外のポリエチレン、及びHDPE以外のポリエチレンとしては、例えば、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、高圧法低密度ポリエチレン又はこれらの混合物等が挙げられる。また、メタロセン触媒を利用して得られた分子量分布の狭いポリエチレンを使用してよい。これらのポリエチレンは、単数又は複数で使用されることができ、UHMWPE、及びHDPEを含む微多孔膜の残分を構成することができる。 Polyethylenes other than UHMWPE and polyethylenes other than HDPE include, for example, linear low density polyethylene (LLDPE), high pressure low density polyethylene, and mixtures thereof. Also, polyethylene with a narrow molecular weight distribution obtained using a metallocene catalyst may be used. These polyethylenes can be used in singular or plural and can constitute the balance of microporous membranes including UHMWPE and HDPE.
ポリエチレン以外のポリオレフィンとしては、例えば、ポリプロピレン、ポリブテン、エチレン-プロピレン共重合体、ポリメチルペンテン、シラングラフト変性ポリオレフィン等が挙げられる。これらのポリオレフィンは、単数又は複数で使用されることができ、UHMWPE、及びHDPEを含む微多孔膜の残分を構成することができる。 Examples of polyolefins other than polyethylene include polypropylene, polybutene, ethylene-propylene copolymers, polymethylpentene, and silane graft-modified polyolefins. These polyolefins can be used in singular or plural and can constitute the balance of microporous membranes including UHMWPE and HDPE.
ポリオレフィン以外の樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル等のエンプラ樹脂;ナイロン6、ナイロン6-12、アラミド樹脂等のポリアミド樹脂;ポリイミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブテンテレフタレート(PBT)等のポリエステル系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;エチレンとビニルアルコールの共重合体、C2~C12のα-オレフィンと一酸化炭素の共重合体及びその水添物;スチレン系重合体の水添物;スチレンとα-オレフィンとの共重合体及びその水添物;スチレンと脂肪族モノ不飽和脂肪酸との共重合体;(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリレート及び/又はそれらの誘導体の重合体;スチレンと共役ジエン系不飽和単量体との共重合体及びこれらの水添物から選択される熱可塑性樹脂;ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン等が挙げられる。これらの樹脂は、単数又は複数で使用されることができ、UHMWPE、及びHDPEを含む微多孔膜の残分を構成することができる。 Examples of resins other than polyolefin include engineering plastic resins such as polyphenylene ether; polyamide resins such as nylon 6, nylon 6-12 and aramid resins; polyimide resins; polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polybutene terephthalate (PBT). Resin; Polycarbonate resin; Fluorine resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene; copolymer of ethylene and vinyl alcohol, copolymer of C 2 to C 12 α-olefin and carbon monoxide hydrogenated products thereof; hydrogenated products of styrene polymers; copolymers of styrene and α-olefins and hydrogenated products thereof; copolymers of styrene and aliphatic monounsaturated fatty acids; Polymers of (meth)acrylates and/or derivatives thereof; thermoplastic resins selected from copolymers of styrene and conjugated diene-based unsaturated monomers and hydrogenated products thereof; polysulfones, polyethersulfones, polyketones etc. These resins can be used in singular or plural and can constitute the balance of microporous membranes including UHMWPE and HDPE.
また、混合スラリーは、公知の添加剤、例えば、脱水縮合触媒、ステアリン酸カルシウム又はステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料等を含んでよい。 In addition, the mixed slurry contains known additives such as dehydration condensation catalysts, metal soaps such as calcium stearate or zinc stearate, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, antifog agents, color pigments, and the like. OK.
[工程(2)]
工程(2)では、第1成分、第2成分、及び可塑剤を二軸押出機にて溶融混錬し、樹脂組成物を製造する。本実施形態では、上記の工程(1)において、第1成分と第2成分とに対する、可塑剤の膨潤の均一性が確保されるため、工程(2)においては、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、二軸押出機の種類、二軸押出機への各原料の供給、押出時間、押出速度、せん断速度、せん断力等の条件は限定されない。
[Step (2)]
In step (2), the first component, the second component, and the plasticizer are melt-kneaded using a twin-screw extruder to produce a resin composition. In the present embodiment, since the uniformity of swelling of the plasticizer with respect to the first component and the second component is ensured in the above step (1), step (2) does not depart from the gist of the present invention. Conditions such as the type of twin-screw extruder, supply of raw materials to the twin-screw extruder, extrusion time, extrusion speed, shear rate, and shear force are not limited as long as they are within the range.
[工程(3)]
工程(3)は、上記の工程(2)において製造された樹脂組成物から可塑剤を抽出し、ポリオレフィン製微多孔膜を製造する。
特に、本実施形態に係る工程(3)は、シート加工工程(3-1)、延伸工程(3-2)、抽出工程(3-3)、及び熱処理工程(3-4)を含む。
[Step (3)]
In step (3), a plasticizer is extracted from the resin composition produced in step (2) above to produce a polyolefin microporous membrane.
In particular, step (3) according to the present embodiment includes sheet processing step (3-1), stretching step (3-2), extraction step (3-3), and heat treatment step (3-4).
(シート加工工程(3-1))
工程(3-1)では、上記の工程(2)で得られた樹脂組成物をシート状に押出し、冷却固化させてシート状成形体に加工する。樹脂組成物は、UHMWPE又はHDPEを含むポリオレフィン樹脂、及び可塑剤等を含んでよい。
(Sheet processing step (3-1))
In step (3-1), the resin composition obtained in step (2) is extruded into a sheet, cooled and solidified to be processed into a sheet-like molding. The resin composition may include a polyolefin resin, including UHMWPE or HDPE, a plasticizer, and the like.
シート状成形体中のポリオレフィン樹脂の割合は、シート成形性の観点から、シート状成形体の質量を基準として、好ましくは10~80質量%、より好ましくは20~60質量%、最も好ましくは30~50質量%である。 From the viewpoint of sheet moldability, the proportion of the polyolefin resin in the sheet-shaped molding is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 20 to 60% by mass, and most preferably 30%, based on the mass of the sheet-shaped molding. ~50% by mass.
シート状成形体を製造する方法としては、例えば、上記の工程(2)で得られた樹脂組成物を、Tダイ等を介してシート状に押出し、熱伝導体に接触させて樹脂成分の結晶化温度より低い温度まで冷却して固化する方法が挙げられる。冷却固化に用いられる熱伝導体としては、金属、水、空気、及び可塑剤等が挙げられる。これらの中でも、熱伝導の効率が高いため、金属製のロールを用いることが好ましい。また、押出した樹脂組成物を金属製のロールに接触させるとき、ロール間で挟み込むことも、熱伝導の効率が更に高まると共に、シートが配向して膜強度が増し、シートの表面平滑性も向上する傾向にあるため好ましい。樹脂組成物をTダイからシート状に押出すときのダイリップ間隔は200μm以上3,000μm以下であることが好ましく、500μm以上2,500μm以下であることがより好ましい。ダイリップ間隔が200μm以上であると、メヤニ等が低減され、スジ又は欠点などの膜品位への影響が少なく、その後の延伸工程において膜破断などのリスクを低減することができる。一方、ダイリップ間隔が3,000μm以下であると、冷却速度が速く冷却ムラを防げると共に、シートの厚み安定性を維持できる。
また、工程(3-1)中に、押出されたシート状成形体を圧延してもよい。
As a method for producing a sheet-shaped molding, for example, the resin composition obtained in the above step (2) is extruded into a sheet through a T-die or the like, and brought into contact with a heat conductor to obtain crystals of the resin component. A method of solidifying by cooling to a temperature lower than the solidification temperature is exemplified. Heat conductors used for solidification by cooling include metals, water, air, and plasticizers. Among these, it is preferable to use a metal roll because the efficiency of heat conduction is high. In addition, when the extruded resin composition is brought into contact with metal rolls, sandwiching it between the rolls further increases the efficiency of heat conduction, aligns the sheet, increases the film strength, and improves the surface smoothness of the sheet. preferred because it tends to The die lip distance when the resin composition is extruded into a sheet from a T-die is preferably 200 μm or more and 3,000 μm or less, more preferably 500 μm or more and 2,500 μm or less. When the die lip interval is 200 μm or more, die buildup and the like are reduced, the influence of streaks and defects on film quality is small, and the risk of film breakage in the subsequent stretching step can be reduced. On the other hand, when the die lip interval is 3,000 μm or less, the cooling rate is high, and uneven cooling can be prevented, and the thickness stability of the sheet can be maintained.
Further, the extruded sheet-like compact may be rolled during the step (3-1).
[延伸工程(3-2)]
工程(3-2)では、上記の工程(3-1)で得られたシート状成形体を20倍以上200倍以下の面倍率で二軸延伸し、延伸物を形成する。
[Stretching step (3-2)]
In the step (3-2), the sheet-like molded product obtained in the step (3-1) is biaxially stretched at an area magnification of 20 times or more and 200 times or less to form a stretched product.
延伸処理としては、幅方向の膜厚分布と透気度分布を小さくできるという観点から、一軸延伸よりも二軸延伸が好ましい。シートを二軸方向に同時に延伸することでシート状成形体が製膜工程の中で冷却・加熱を繰り返す回数が減り、幅方向の分布が良くなる。二軸延伸方法としては、例えば、同時二軸延伸、逐次二軸延伸、多段延伸、多数回延伸等の方法を挙げることができる。突刺強度の向上及び延伸の均一性の観点からは、同時二軸延伸が好ましく、また、面配向の制御容易性の観点からは、遂次二軸延伸が好ましい。 As the stretching treatment, biaxial stretching is preferable to uniaxial stretching from the viewpoint that the film thickness distribution and air permeability distribution in the width direction can be reduced. By simultaneously stretching the sheet in the biaxial directions, the number of times the sheet-like molding is repeatedly cooled and heated during the film-forming process is reduced, and the distribution in the width direction is improved. Examples of the biaxial stretching method include simultaneous biaxial stretching, sequential biaxial stretching, multistage stretching, and multiple stretching. Simultaneous biaxial stretching is preferable from the viewpoint of improvement of puncture strength and uniformity of stretching, and sequential biaxial stretching is preferable from the viewpoint of ease of control of plane orientation.
本明細書では、同時二軸延伸とは、MD(微多孔膜連続成形の機械方向)の延伸とTD(微多孔膜のMDを90°の角度で横切る方向)の延伸が同時に施される延伸方法をいい、各方向の延伸倍率は異なってもよい。逐次二軸延伸とは、MD及びTDの延伸が独立して施される延伸方法をいい、MD又はTDに延伸が為されているときは、他方向は非拘束状態又は定長に固定されている状態とする。 In this specification, simultaneous biaxial stretching means stretching in which MD (machine direction of continuous molding of microporous membrane) and TD (direction transverse to MD of microporous membrane at an angle of 90°) are simultaneously performed. method, and the draw ratio in each direction may be different. Sequential biaxial stretching refers to a stretching method in which MD and TD stretching are performed independently. be in a state where
延伸倍率は、面倍率で20倍以上200倍以下の範囲内であることが好ましく、25倍以上170倍以下の範囲であることがより好ましく、30倍以上150倍以下が更に好ましい。各軸方向の延伸倍率は、MDに2倍以上15倍以下、TDに2倍以上15倍以下の範囲であることが好ましく、MDに3倍以上12倍以下、TDに3倍以上12倍以下の範囲であることがより好ましく、MDに5倍以上10倍以下、TDに5倍以上10倍以下の範囲であることが更に好ましい。総面積倍率が20倍以上であると、得られる微多孔膜に十分な強度を付与できる傾向にあり、一方、総面積倍率が200倍以下であると、工程(3-2)における膜破断を防ぎ、高い生産性が得られる傾向にある。 The draw ratio is preferably in the range of 20 times or more and 200 times or less, more preferably in the range of 25 times or more and 170 times or less, and still more preferably 30 times or more and 150 times or less. The stretching ratio in each axial direction is preferably in the range of 2 to 15 times in MD, 2 to 15 times in TD, 3 to 12 times in MD, and 3 to 12 times in TD. is more preferably in the range of 5 to 10 times the MD, and more preferably in the range of 5 to 10 times the TD. When the total area magnification is 20 times or more, the obtained microporous membrane tends to have sufficient strength. It tends to prevent and obtain high productivity.
延伸温度は、ポリオレフィン樹脂の溶融性及び製膜性の観点から、好ましくは90~150℃、より好ましくは100~140℃、更に好ましくは110~130℃である。 The stretching temperature is preferably 90 to 150°C, more preferably 100 to 140°C, still more preferably 110 to 130°C, from the viewpoint of the meltability and film-forming properties of the polyolefin resin.
[抽出工程(3-3)]
工程(3-3)では、上記の工程(3-2)で得られた延伸物から可塑剤を抽出し、多孔体を形成する。可塑剤の抽出方法としては、例えば、抽出溶剤に延伸物を浸漬して可塑剤を抽出して、乾燥させる方法が挙げられる。抽出方法は、バッチ式と連続式のいずれであってもよい。多孔体の収縮を抑えるために、浸漬及び乾燥の一連の工程中にシート状成形体の端部を拘束することが好ましい。また、多孔体中の可塑剤残存量は、多孔膜全体の質量に対して、1質量%未満にすることが好ましい。
なお、工程(3-3)の後に、蒸留等の操作により可塑剤を回収して再利用してよい。
[Extraction step (3-3)]
In step (3-3), a plasticizer is extracted from the stretched product obtained in step (3-2) to form a porous body. As a method for extracting the plasticizer, for example, a method of immersing the stretched product in an extraction solvent to extract the plasticizer and drying the product can be used. The extraction method may be either batch type or continuous type. In order to suppress the shrinkage of the porous material, it is preferable to restrain the ends of the sheet-like molding during the series of steps of immersion and drying. Moreover, the residual amount of the plasticizer in the porous body is preferably less than 1% by mass with respect to the mass of the entire porous membrane.
After step (3-3), the plasticizer may be recovered and reused by an operation such as distillation.
抽出溶剤としては、ポリオレフィン樹脂に対して貧溶媒であり、可塑剤に対して良溶媒であり、かつ沸点がポリオレフィン樹脂の融点より低いものを用いることが好ましい。このような抽出溶剤としては、例えば、n-ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類;塩化メチレン、1,1,1-トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン等の非塩素系ハロゲン化溶剤;エタノール、イソプロパノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。なお、これらの抽出溶剤は、蒸留等の操作により回収して再利用してよい。 As the extraction solvent, it is preferable to use one that is a poor solvent for the polyolefin resin, a good solvent for the plasticizer, and has a boiling point lower than the melting point of the polyolefin resin. Examples of such extraction solvents include hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and 1,1,1-trichloroethane; non-chlorinated solvents such as hydrofluoroethers and hydrofluorocarbons; halogenated solvents; alcohols such as ethanol and isopropanol; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. These extraction solvents may be recovered by an operation such as distillation and reused.
[熱処理工程(3-4)]
工程(3-4)では、上記の工程(3-3)で得られた多孔体の融点以下の温度で、その多孔体の熱処理を行った後、かかる多孔体を延伸し、微多孔膜を製造する。
[Heat treatment step (3-4)]
In step (3-4), the porous body obtained in step (3-3) is heat-treated at a temperature below the melting point of the porous body, and then the porous body is stretched to form a microporous membrane. manufacture.
多孔体には、収縮を抑制する観点から熱固定を目的として熱処理を施す。熱処理の方法としては、物性の調整を目的として、所定の雰囲気、所定の温度及び所定の延伸倍率で行う延伸操作、並びに/又は、延伸応力低減を目的として、所定の雰囲気、所定の温度及び所定の緩和率で行う緩和操作が挙げられる。延伸操作を行った後に緩和操作を行ってよい。これらの熱処理は、テンター又はロール延伸機を用いて行うことができる。 The porous body is subjected to heat treatment for the purpose of heat setting from the viewpoint of suppressing shrinkage. As a method of heat treatment, for the purpose of adjusting physical properties, a drawing operation is performed in a predetermined atmosphere, at a predetermined temperature, and at a predetermined draw ratio, and/or for the purpose of reducing drawing stress, a predetermined atmosphere, a predetermined temperature, and a predetermined A relaxation operation performed with a relaxation rate of The stretching operation may be followed by a relaxing operation. These heat treatments can be performed using a tenter or a roll stretching machine.
延伸操作は、微多孔膜の強度及び気孔率を高めるという観点から、膜のMD及び/又はTDに1.1倍以上であることが好ましく、より好ましくは1.2倍以上の延伸を行う。
また、緩和操作は、膜のMD及び/又はTDへの縮小操作のことである。緩和率とは、緩和操作後の膜の寸法を緩和操作前の膜の寸法で除した値のことである。なお、MDとTDの双方を緩和した場合は、MDの緩和率とTDの緩和率を乗じた値のことである。緩和率は、1.0以下であることが好ましく、0.97以下であることがより好ましく、0.95以下であることが更に好ましい。緩和率は膜品質の観点から0.5以上であることが好ましい。緩和操作は、MDとTDの両方向で、又はMDとTDの片方だけで行ってよい。
From the viewpoint of increasing the strength and porosity of the microporous membrane, the stretching operation is preferably 1.1 times or more, more preferably 1.2 times or more, the MD and/or TD of the membrane.
Also, the relaxation operation is a contraction operation to the MD and/or TD of the membrane. The relaxation rate is the value obtained by dividing the dimension of the membrane after the relaxation operation by the dimension of the membrane before the relaxation operation. When both MD and TD are relaxed, it is a value obtained by multiplying the relaxation rate of MD and the relaxation rate of TD. The relaxation rate is preferably 1.0 or less, more preferably 0.97 or less, and even more preferably 0.95 or less. The relaxation rate is preferably 0.5 or more from the viewpoint of film quality. Relaxation operations may be performed in both MD and TD or only in MD and TD.
延伸又は緩和操作などを含む熱処理の温度は、ポリオレフィン樹脂の融点(以下、「Tm」ともいう。)の観点から、100~170℃の範囲内であることが好ましい。延伸及び緩和操作の温度が上記範囲であると、熱収縮率の低減と気孔率とのバランスの観点から好ましい。熱処理温度の下限は、より好ましくは110℃以上、更に好ましくは120℃以上、より更に好ましくは125℃以上であり、その上限は、より好ましくは160℃以下、更に好ましくは150℃以下、より更に好ましくは140℃以下である。 From the viewpoint of the melting point (hereinafter also referred to as “Tm”) of the polyolefin resin, the temperature of the heat treatment including stretching or relaxation operation is preferably in the range of 100 to 170°C. It is preferable from the viewpoint of the balance between reduction in heat shrinkage and porosity that the temperature of the stretching and relaxation operations is within the above range. The lower limit of the heat treatment temperature is more preferably 110° C. or higher, still more preferably 120° C. or higher, and even more preferably 125° C. or higher, and the upper limit is more preferably 160° C. or lower, still more preferably 150° C. or lower. It is preferably 140° C. or less.
工程(3-4)中又は工程(3-4)後に、微多孔膜に対して、界面活性剤等による親水化処理、電離性放射線等による架橋処理等の後処理を行ってもよい。なお、上記で説明された工程(3-2)、(3-3)及び(3-4)の順序を並べ替えたり、これらの工程を同時に行ったりしてよいが、製膜性の観点からは、二軸延伸機を用いて、工程(3-2)、(3-3)及び(3-4)の順序で、これらの工程を行うことが好ましい。
得られた微多孔膜は、取り扱い性及び保管安定性の観点から、巻取機により巻き取られ、ロールを形成したり、スリッターにより切断されたりすることができる。
During step (3-4) or after step (3-4), the microporous membrane may be subjected to post-treatment such as hydrophilization treatment with a surfactant or the like, cross-linking treatment with ionizing radiation or the like. The order of steps (3-2), (3-3) and (3-4) described above may be rearranged, or these steps may be performed simultaneously. It is preferable to perform these steps in the order of steps (3-2), (3-3) and (3-4) using a biaxial stretching machine.
The obtained microporous membrane can be wound up by a winding machine to form a roll or cut by a slitter from the viewpoint of handling and storage stability.
<ポリオレフィン製微多孔膜>
工程(1)~(3)を含むポリオレフィン微多孔膜の製造方法により、ポリオレフィン製微多孔膜を製造することができる。ポリオレフィン製微多孔膜は、非常に小さな孔が多数集まって緻密な連通孔を形成した多孔構造を有しているため、イオン伝導性に非常に優れると同時に耐電圧特性も良好であり、しかも高強度であるという特徴を有する。
<Polyolefin microporous membrane>
A polyolefin microporous membrane can be produced by the method for producing a polyolefin microporous membrane including steps (1) to (3). Polyolefin microporous membranes have a porous structure in which a large number of extremely small pores are gathered to form dense, interconnected pores. It has the characteristic of being strong.
ポリオレフィン製微多孔膜の特性を以下に説明する。これらの特性は、蓄電デバイス用セパレータとしてのポリオレフィン製微多孔膜が平膜の場合であるが、蓄電デバイス用セパレータが積層膜の形態である場合には積層膜から微多孔膜以外の層を除いてから測定されることができる。 The properties of the polyolefin microporous membrane are described below. These characteristics are obtained when the polyolefin microporous membrane as the separator for the electricity storage device is a flat membrane, but when the separator for the electricity storage device is in the form of a laminated membrane, the layers other than the microporous membrane are removed from the laminated membrane. can be measured from
ポリオレフィン製微多孔膜は、蓄電デバイス用セパレータに使用可能なほど高い品質と強度の観点から、下記式:
10μm換算透過係数(J)=透気度(Pe)÷気孔率(Po)
で表される膜厚10μm当たりの換算透過係数が、好ましくは0.5~14、より好ましくは1~13である。
The polyolefin microporous membrane has the following formula from the viewpoint of high quality and strength that can be used as a separator for electrical storage devices:
10 μm conversion permeability coefficient (J) = air permeability (Pe) ÷ porosity (Po)
is preferably 0.5 to 14, more preferably 1 to 13, per 10 μm film thickness.
ポリオレフィン製微多孔膜の気孔率は、好ましくは20%以上であり、より好ましくは30%以上であり、更に好ましくは32%以上又は35%以上である。微多孔膜の気孔率が20%以上であることにより、リチウムイオンの急速な移動に対する追従性がより向上する傾向にある。一方、微多孔膜の気孔率は、好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下、更に好ましくは50%以下である。微多孔膜の気孔率が90%以下であることにより、膜強度がより向上し、自己放電がより抑制される傾向にある。微多孔膜の気孔率は、実施例に記載の方法により測定することができる。 The polyolefin microporous membrane preferably has a porosity of 20% or more, more preferably 30% or more, and still more preferably 32% or more or 35% or more. When the porosity of the microporous membrane is 20% or more, the ability to follow the rapid movement of lithium ions tends to be further improved. On the other hand, the porosity of the microporous membrane is preferably 90% or less, more preferably 80% or less, even more preferably 50% or less. When the porosity of the microporous membrane is 90% or less, the membrane strength tends to be further improved and self-discharge is further suppressed. The porosity of the microporous membrane can be measured by the method described in Examples.
ポリオレフィン製微多孔膜の透気度は、100cm3当たり、好ましくは1秒以上であり、より好ましくは50秒以上であり、更に好ましくは55秒以上、より更に好ましくは100秒以上、120秒以上、140秒以上又は150秒以上である。微多孔膜の透気度が1秒以上であることにより、膜厚と気孔率と平均孔径のバランスがより向上する傾向にある。また、微多孔膜の透気度は、好ましくは400秒以下であり、より好ましくは300秒以下であり、更に好ましくは270秒以下である。微多孔膜の透気度が400秒以下であることにより、イオン透過性がより向上する傾向にある。微多孔膜の透気度は、実施例に記載の方法により測定することができる。 The air permeability of the polyolefin microporous membrane is preferably 1 second or more, more preferably 50 seconds or more, still more preferably 55 seconds or more, still more preferably 100 seconds or more, or 120 seconds or more per 100 cm 3 . , 140 seconds or longer, or 150 seconds or longer. When the air permeability of the microporous membrane is 1 second or more, the balance between the membrane thickness, the porosity and the average pore size tends to be further improved. The air permeability of the microporous membrane is preferably 400 seconds or less, more preferably 300 seconds or less, and even more preferably 270 seconds or less. When the air permeability of the microporous membrane is 400 seconds or less, the ion permeability tends to be further improved. The air permeability of the microporous membrane can be measured by the method described in Examples.
ポリオレフィン製微多孔膜の引張強度は、MD及びTDの両方向において、それぞれ、好ましくは1000kgf/cm2以上であり、より好ましくは1050kgf/cm2以上であり、更に好ましくは1100kgf/cm2以上である。引張強度が1000kgf/cm2以上であることにより、スリット又は蓄電デバイス捲回時での破断がより抑制されるか、蓄電デバイス内の異物等による短絡がより抑制される傾向にある。一方、微多孔膜の引張強度は、好ましくは5000kgf/cm2以下であり、より好ましくは4500kgf/cm2以下であり、更に好ましくは4000kgf/cm2以下である。微多孔膜の引張強度が5000kgf/cm2以下であることにより、加熱試験時に微多孔膜が早期に緩和して収縮力が弱まり、結果として安全性が高まる傾向にある。 The tensile strength of the polyolefin microporous membrane is preferably 1000 kgf/cm 2 or more, more preferably 1050 kgf/cm 2 or more, and still more preferably 1100 kgf/cm 2 or more in both MD and TD directions. . When the tensile strength is 1000 kgf/cm 2 or more, breakage at the time of slitting or winding of the electricity storage device tends to be more suppressed, or short-circuiting due to foreign matter or the like in the electricity storage device tends to be more suppressed. On the other hand, the tensile strength of the microporous membrane is preferably 5000 kgf/cm 2 or less, more preferably 4500 kgf/cm 2 or less, still more preferably 4000 kgf/cm 2 or less. When the tensile strength of the microporous membrane is 5000 kgf/cm 2 or less, the microporous membrane relaxes early during the heat test, weakening the shrinkage force, and as a result, the safety tends to be enhanced.
ポリオレフィン製微多孔膜の膜厚は、好ましくは1.0μm以上であり、より好ましくは2.0μm以上であり、更に好ましくは3.0μm以上、4.0μm以上、又は5.0μm以上である。微多孔膜の膜厚が1.0μm以上であることにより、膜強度がより向上する傾向にある。また、微多孔膜の膜厚は、好ましくは500μm以下であり、より好ましくは100μm以下であり、更に好ましくは80μm以下、22μm以下又は19μm以下である。微多孔膜の膜厚が500μm以下であることにより、イオン透過性がより向上する傾向にある。微多孔膜の膜厚は実施例に記載の方法により測定することができる。 The thickness of the polyolefin microporous membrane is preferably 1.0 μm or more, more preferably 2.0 μm or more, and still more preferably 3.0 μm or more, 4.0 μm or more, or 5.0 μm or more. When the film thickness of the microporous film is 1.0 μm or more, the film strength tends to be further improved. The thickness of the microporous membrane is preferably 500 µm or less, more preferably 100 µm or less, and still more preferably 80 µm or less, 22 µm or less, or 19 µm or less. When the film thickness of the microporous membrane is 500 μm or less, the ion permeability tends to be further improved. The film thickness of the microporous membrane can be measured by the method described in Examples.
ポリオレフィン製微多孔膜が近年の比較的高容量のリチウムイオン二次電池に使用されるセパレータである場合、微多孔膜の膜厚は、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは22μm以下又は20μm以下であり、更に好ましくは18μm以下であり、特に好ましくは16μm以下である。この場合、微多孔膜の膜厚が25μm以下であることにより、透過性がより向上する傾向にある。この場合、微多孔膜の膜厚の下限値は、1.0μm以上、3.0μm以上、4.0μm以上、又は5.0μm以上でよい。 When the polyolefin microporous membrane is a separator used in recent relatively high-capacity lithium ion secondary batteries, the thickness of the microporous membrane is preferably 25 μm or less, more preferably 22 μm or less or 20 μm or less. , more preferably 18 μm or less, particularly preferably 16 μm or less. In this case, when the film thickness of the microporous membrane is 25 μm or less, the permeability tends to be further improved. In this case, the lower limit of the film thickness of the microporous membrane may be 1.0 μm or more, 3.0 μm or more, 4.0 μm or more, or 5.0 μm or more.
なお、上述した各種物性の測定値は、特に断りの無い限り、後述する実施例における測定法に準じて測定される値である。 In addition, the measured values of various physical properties described above are values measured according to the measurement methods in the examples described later, unless otherwise specified.
<リチウムイオン二次電池用セパレータ>
本実施形態に係るポリオレフィン製微多孔膜は、リチウムイオン二次電池用セパレータとして使用されることができる。リチウムイオン二次電池用セパレータには、絶縁性とリチウムイオン透過性が必要なため、セパレータの耐酸化還元劣化及び緻密で均一な多孔質構造を構築できるポリオレフィン製微多孔膜が優れている。
<Separator for lithium ion secondary battery>
The polyolefin microporous membrane according to this embodiment can be used as a separator for lithium ion secondary batteries. Separators for lithium-ion secondary batteries require insulation and lithium-ion permeability, so polyolefin microporous membranes are excellent because they are resistant to oxidation-reduction deterioration and can build a dense and uniform porous structure.
セパレータは、平膜(例えば、1枚の微多孔膜で形成される)、積層膜(例えば、複数のポリオレフィン製微多孔膜の積層体、ポリオレフィン製微多孔膜と他の膜の積層体)、コーティング膜(例えば、ポリオレフィン製微多孔膜の少なくとも片面に機能性物質がコーティングされている場合)などの形態でよい。 The separator includes a flat membrane (e.g., formed of one microporous membrane), a laminated membrane (e.g., a laminate of a plurality of polyolefin microporous membranes, a laminate of a polyolefin microporous membrane and another membrane), It may be in the form of a coating film (for example, when at least one surface of a polyolefin microporous film is coated with a functional substance).
<リチウムイオン二次電池>
リチウムイオン二次電池は、正極として、コバルト酸リチウム、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム遷移金属酸化物、負極として、グラファイト、黒鉛等の炭素材料、そして電解液としてLiPF6等のリチウム塩を含む有機溶媒を使用した蓄電池である。リチウムイオン二次電池の充電・放電時に、イオン化したリチウムが電極間を往復する。また、電極間の接触を抑制しながら、イオン化したリチウムが電極間を比較的高速で移動する必要があるため、電極間にセパレータが配置される。
<Lithium ion secondary battery>
Lithium ion secondary batteries contain lithium transition metal oxides such as lithium cobaltate and lithium cobalt composite oxides as positive electrodes, carbon materials such as graphite and black lead as negative electrodes, and lithium salts such as LiPF6 as electrolytes. It is a storage battery using an organic solvent. During charging/discharging of a lithium-ion secondary battery, ionized lithium reciprocates between electrodes. In addition, a separator is placed between the electrodes because it is necessary for the ionized lithium to move between the electrodes at a relatively high speed while suppressing contact between the electrodes.
次に、実施例及び比較例を挙げて本実施の形態をより具体的に説明する。但し、本発明の要旨を超えない限り、本発明は以下の実施例に限定されない。なお、実施例中の物性は、以下の方法により測定した。 Next, the present embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded. Physical properties in the examples were measured by the following methods.
<重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)>
Waters社製 ALC/GPC 150C型(商標)を用い、標準ポリスチレンを以下の条件で測定して較正曲線を作成した。また、下記各ポリマーについて同様の条件でクロマトグラムを測定し、較正曲線に基づいて、下記方法により各ポリマーの重量平均分子量と数平均分子量を算出した。
カラム :東ソー製 GMH6-HT(商標)2本+GMH6-HTL(商標)2本
移動相 :o-ジクロロベンゼン
検出器 :示差屈折計
流速 :1.0ml/min
カラム温度:140℃
試料濃度 :0.1wt%
(ポリエチレンの重量平均分子量と数平均分子量)
得られた較正曲線における各分子量成分に、0.43(ポリエチレンのQファクター/ポリスチレンのQファクター=17.7/41.3)を乗じることにより、ポリエチレン換算の分子量分布曲線を得て、重量平均分子量と数平均分子量を算出した。なお、クロマトグラムの性能上、分子量が100万以上の領域では、その分子量分布は正確に測定するのは困難である。
<Weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn)>
Using ALC/GPC Model 150C (trademark) manufactured by Waters, standard polystyrene was measured under the following conditions to create a calibration curve. In addition, the chromatogram was measured under the same conditions for each of the polymers below, and the weight average molecular weight and number average molecular weight of each polymer were calculated by the following method based on the calibration curve.
Column: 2 GMH 6 -HT (trademark) + 2 GMH 6 -HTL (trademark) manufactured by Tosoh Mobile phase: o-dichlorobenzene Detector: Differential refractometer Flow rate: 1.0 ml/min
Column temperature: 140°C
Sample concentration: 0.1 wt%
(Weight average molecular weight and number average molecular weight of polyethylene)
Each molecular weight component in the obtained calibration curve is multiplied by 0.43 (Q factor of polyethylene/Q factor of polystyrene = 17.7/41.3) to obtain a molecular weight distribution curve in terms of polyethylene, and the weight average Molecular weight and number average molecular weight were calculated. Due to the performance of the chromatogram, it is difficult to accurately measure the molecular weight distribution in the region where the molecular weight is 1,000,000 or more.
<粘度平均分子量(Mv)>
ASTM-D4020に基づき、デカリン溶媒における135℃での極限粘度[η]を求めた。ポリエチレンのMvを次式により算出した。
[η]=6.77×10-4Mv0.67
<Viscosity average molecular weight (Mv)>
Based on ASTM-D4020, the intrinsic viscosity [η] in decalin solvent at 135°C was determined. Mv of polyethylene was calculated by the following formula.
[η]=6.77×10 −4 Mv 0.67
<各層の厚み(μm)>
東洋精機製の微少測厚器(タイプKBN、端子径Φ5mm)を用いて、雰囲気温度23±2℃で膜厚を測定した。なお、厚みを測定するときは、微多孔膜を10枚重ねて測定し、その総厚みを10で割った値を1枚の厚みとする。
<Thickness of each layer (μm)>
The film thickness was measured at an atmospheric temperature of 23±2° C. using a micro thickness gauge manufactured by Toyo Seiki (type KBN, terminal diameter Φ5 mm). In addition, when measuring the thickness, 10 microporous membranes are stacked and measured, and the value obtained by dividing the total thickness by 10 is taken as the thickness of one sheet.
<気孔率(%)>
10cm×10cm角の試料を微多孔膜から切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を求め、それらと密度(g/cm3)より、次式により気孔率を計算した。なお、混合組成物の密度は、用いた原料の各々の密度と混合比より計算して求められる値を用いた。
気孔率(%)=(体積-質量/混合組成物の密度)/体積×100
<Porosity (%)>
A 10 cm×10 cm square sample was cut from the microporous membrane, its volume (cm 3 ) and mass (g) were obtained, and the porosity was calculated from the density (g/cm 3 ) and the volume (cm 3 ) by the following equation. For the density of the mixed composition, a value calculated from the density of each raw material used and the mixing ratio was used.
Porosity (%) = (volume - mass / density of mixed composition) / volume x 100
<透気度(sec/100cm3)>
JIS P-8117(2009年)に準拠し、東洋精器(株)製のガーレー式透気度
計、G-B2(商標)により試料の透気度を測定した。
<Air Permeability (sec/100 cm 3 )>
According to JIS P-8117 (2009), the air permeability of the sample was measured using a Gurley air permeability meter G-B2 (trademark) manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.
<突刺強度(gf)>
ハンディー圧縮試験器「KES-G5」(カトーテック製、商標)を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/secの条件で試料膜の突刺試験を行うことにより突刺強度を求めた。
<Puncture strength (gf)>
Using a handy compression tester "KES-G5" (manufactured by Kato Tech, trademark), a puncture strength was obtained by performing a puncture test on the sample film under conditions of a radius of curvature of the needle tip of 0.5 mm and a puncture speed of 2 mm/sec. rice field.
<引張破断強度(kgf/cm2)>
10mm×100mmに切り出した試料膜と引張試験機とを用いて、ロードセル荷重5kgf及びチャック間距離50mmの条件下で試料膜の引張強度を測定した。
<Tensile breaking strength (kgf/cm 2 )>
Using a sample film cut out to 10 mm×100 mm and a tensile tester, the tensile strength of the sample film was measured under the conditions of a load cell load of 5 kgf and a distance between chucks of 50 mm.
<セパレータ中の樹脂凝集物の定量化>
セパレータ中の樹脂凝集物(ゲル含有物)は、後述する実施例と比較例の製膜工程を経て得られたセパレータを透過型光学顕微鏡で観察したときに、縦100μm×横100μm以上の面積を有し、かつ光が透過しない領域によって定量化される。透過型光学顕微鏡による観察にて、セパレータ面積1000m2当たりの樹脂凝集物の個数を測定した。
<Quantification of resin aggregates in separator>
The resin agglomerate (gel content) in the separator has an area of 100 μm in length×100 μm in width or more when the separator obtained through the film-forming process of Examples and Comparative Examples described later is observed with a transmission optical microscope. quantified by the area that has and does not transmit light. The number of resin aggregates per 1000 m 2 of separator area was measured by observation with a transmission optical microscope.
<分子量劣化の定量化>
二軸押出機に投入前の混合原料を一定量測り取り、上記項目<粘度平均分子量(Mv)>に記載された粘度平均分子量測定方法に基づいて粘度[η]を測定し、これを[η0]とした。また、最終的に得られる膜を、同様に一定量測り取り、粘度測定を行って、これを[ηa]とした。下記式に従って、分子量劣化率(%)を算出した。
分子量劣化率=[ηa]/[η0]
<Quantification of molecular weight deterioration>
A certain amount of the mixed raw material before feeding into the twin-screw extruder is measured, and the viscosity [η] is measured based on the viscosity-average molecular weight measurement method described in the above item <Viscosity-average molecular weight (Mv)>. η 0 ]. Also, a certain amount of the finally obtained film was measured in the same manner and the viscosity was measured, and this was defined as [η a ]. A molecular weight deterioration rate (%) was calculated according to the following formula.
Molecular weight deterioration rate = [η a ]/[η 0 ]
<膨潤測定>
ポリエチレンのパウダーを流動パラフィン(「スモイル P-350P」(商標、株松村石油研究所製)に浸漬したスラリー液を、録画可能カメラ付きホットステージへ塗(まぶ)し、比熱容量及び加熱均一性を考慮し、9℃/分の速度でスラリー液を加温しながら、そのパウダーの粒径の大きさの変化を録画した。録画により得られた画像を、IgorPro中のParticale Analysis処理機能を用いて処理し、粒形の大きさの変化を統計的に計測した。なお、スラリー液は、パウダー同士が被ることなく、測定中に常に個々の輪郭が観測できる体積濃度に調整した。また、カメラ解像度やパウダー粒径分布の誤差を考慮し、一回当たり81個前後のパウダーを用い、3回測定した結果を平均したデータを使用した。膨潤度(膨潤率)は25℃時のパウダーを基準とし、温度上昇に伴って、投影面積円相等換算したパウダー体積が増加した倍率をパーセント値とした。温度変化に対する膨潤率変化を測定し、これを膨潤曲線とした。
図1に、実施例1で用いた2種のポリオレフィンパウダーの膨潤率変化(膨潤曲線)を示す。ここでの2種のポリオレフィンパウダーは、第1成分であるUHMWPEパウダーと、第2成分(HDPEペレット)を形成するのに用いられるHDPEパウダーである。
膨潤開始温度は、膨潤曲線を二次微分し、最大膨潤率を迎える手前の変局点に対応する温度として得ることができる。すなわち、上記の変局点の前後から接線を引き、その接線の交点の温度を膨潤開始温度とした。なお、図1の横軸は、実施例1で用いた第1のポリオレフィンである、UHMWPEパウダーの最大膨潤率を基準として示されている。
<Swelling measurement>
A slurry liquid in which polyethylene powder is immersed in liquid paraffin (“Smoil P-350P” (trademark, manufactured by Matsumura Oil Research Institute) is applied to a hot stage with a recordable camera, and the specific heat capacity and heating uniformity are measured. Considering, while heating the slurry liquid at a rate of 9 ° C./min, the change in the size of the particle size of the powder was recorded.The image obtained by recording was processed using the Partical Analysis processing function in IgorPro. In addition, the volume concentration of the slurry solution was adjusted so that individual contours could always be observed during the measurement without covering the powder with each other. Considering the error in resolution and powder particle size distribution, about 81 pieces of powder were used for each measurement, and the data obtained by averaging the results of three measurements was used.The degree of swelling (swelling rate) is based on the powder at 25 ° C. The rate at which the powder volume increased in terms of the projected area equivalent to a circle was defined as a percentage value, and the swelling rate change with temperature change was measured and used as a swelling curve.
FIG. 1 shows the change in swelling rate (swelling curve) of the two polyolefin powders used in Example 1. As shown in FIG. The two types of polyolefin powders herein are the UHMWPE powder, which is the first component, and the HDPE powder used to form the second component (HDPE pellets).
The swelling initiation temperature can be obtained as the temperature corresponding to the point of inflection before the maximum swelling rate is reached by secondary differentiation of the swelling curve. That is, a tangent line was drawn from before and after the above inflection point, and the temperature at the intersection of the tangent lines was taken as the swelling start temperature. The horizontal axis of FIG. 1 is shown based on the maximum swelling rate of UHMWPE powder, which is the first polyolefin used in Example 1.
<粒径測定>
Micromeritics製フロー式画像解析粒子径・形状測定装置Particle Insightを用いて測定した。全カウント数が3,000~4,000個であり、数平均分布、投影面積円相等換算を用いて、体積分布を算出した。なお、測定前に、標準粒子径物質(80μm、150μm)で校正した。
<ペレット大きさの測定>
ペレットの大きさは、校正を行われているノギスによって、一辺の長さを計測した。
<Particle size measurement>
It was measured using a flow-type image analysis particle size/shape measuring device Particle Insight manufactured by Micromeritics. The total number of counts was 3,000 to 4,000, and the volume distribution was calculated using the number average distribution and the projection area circular phase conversion. Before measurement, calibration was performed with standard particle size substances (80 μm, 150 μm).
<Measurement of pellet size>
The size of the pellet was measured by measuring the length of one side with a calibrated vernier caliper.
<結晶子サイズ、結晶化度測定>
<ポリエチレン結晶子サイズ(110)>
(測定)
リガク社製X線回折装置Ultima-IVを用いてXRD測定を行った。Cu-Kα線を試料に入射し、リガク社製検出器D/tex Ultraにより回折光を検出した。試料-検出器間距離285mm、励起電圧40kV及び電流40mAの条件下でKRD測定を行った。光学系としては集中光学系を採用し、DS=1/2°、SS=解放及び縦スリット=10mmというスリット条件下で測定を行った。
(解析)
得られたXRDプロフィールの2θ=9.7°から2θ=29.0°までの範囲を斜方晶(110)面回折ピークと斜方晶(200)面回折ピークと非晶ピークの3つに分離し、(110)面回折ピークの半値全幅より、シェラーの式(式1)に従って、結晶子サイズを算出した。(110)面回折ピークと(200)面回折ピークはvoigt関数で近似し、非晶ピークはgauss関数で近似した。なお、非晶ピークのピーク位置は、2θ=19.6°、半値全幅は6.3°で固定し、結晶ピークのピーク位置と半値全幅は特に固定せずにピーク分離を行った。ピーク分離により算出された(110)面回折ピークの半値全幅より、シェラーの式(下式)に従って、結晶子サイズを算出した。結晶化度は分離した結晶と非晶ピークの和を、結晶ピークの面積が割算したパーセント値である。
D(110)=Kλ/(βcosθ)
D(110):結晶子サイズ(nm)
K:0.9 (定数)
λ:X線の波長(nm)
β:(β1
2 -β2
2)0.5
β1:ピーク分離の結果算出された(hkl)ピークの半値全幅(rad)
β2:入射ビームの広がりの半値全幅(rad)
θ:ブラッグ角
<Crystallite size, crystallinity measurement>
<Polyethylene crystallite size (110)>
(measurement)
XRD measurement was performed using an X-ray diffractometer Ultima-IV manufactured by Rigaku. A Cu-Kα ray was incident on the sample, and the diffracted light was detected by a detector D/tex Ultra manufactured by Rigaku. KRD measurement was performed under conditions of a sample-detector distance of 285 mm, an excitation voltage of 40 kV, and a current of 40 mA. A converging optical system was adopted as the optical system, and the measurement was performed under the slit conditions of DS=1/2°, SS=open and vertical slit=10 mm.
(analysis)
The range from 2θ = 9.7° to 2θ = 29.0° of the obtained XRD profile was divided into three peaks: an orthorhombic (110) plane diffraction peak, an orthorhombic (200) plane diffraction peak, and an amorphous peak. The crystallite size was calculated from the full width at half maximum of the (110) plane diffraction peak according to Scherrer's formula (Formula 1). The (110) plane diffraction peak and the (200) plane diffraction peak were approximated by a Voigt function, and the amorphous peak was approximated by a Gaussian function. The peak position of the amorphous peak was fixed at 2θ=19.6° and the full width at half maximum was fixed at 6.3°, and the peak position and full width at half maximum of the crystalline peak were not particularly fixed, and the peak separation was performed. From the full width at half maximum of the (110) plane diffraction peak calculated by peak separation, the crystallite size was calculated according to Scherrer's formula (the following formula). Crystallinity is the percentage of the sum of the separated crystalline and amorphous peaks divided by the area of the crystalline peak.
D(110)=Kλ/(β cos θ)
D (110): crystallite size (nm)
K: 0.9 (constant)
λ: X-ray wavelength (nm)
β: (β 1 2 - β 2 2 ) 0.5
β 1 : Full width at half maximum (rad) of peak (hkl) calculated as a result of peak separation
β 2 : Full width at half maximum (rad) of divergence of incident beam
θ: Bragg angle
[実施例1]
表1に示される、第1のポリオレフィン(重量平均分子量及び数平均分子量は測定困難、粘度平均分子量100万の超高分子量ポリエチレン;UHMWPE)を含むパウダー、第2のポリオレフィン(重量平均分子量12.6万、数平均分子量2万、粘度平均分子量15万の高密度ポリエチレン;HDPE)を含むペレット(直径5~6mm、高さ3~2mmの円柱体)、及び表1に記載のその他の調整剤(表中、「StCa」はステアリン酸カルシウムを意味する。)を、スーパーミキサーにてドライブレンドし、二軸押出機に供給して、溶融混合した。そして、溶融混合しながら、流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-5m2/s)を、インジェクションノズルにて、ダイリップ間隔1500μmのマニホルド(Tダイ)を備える二軸押出機へ供給し、更に混練を行って、樹脂組成物を押出した。このとき、二軸押出機から押出される樹脂組成物に占める流動パラフィン量比が質量70%、樹脂組成物の温度が220℃となるように、押出中段部(二軸押出機の中段フィード口)から流動パラフィンを更に注入した。続いて、押出された樹脂組成物を、表面温度25℃に制御された冷却ロール上に押出し、キャストすることにより、シート状成形体を得た。
次に、同時二軸テンター延伸機に導き、二軸延伸を行って延伸物を得た。延伸条件は、延伸面倍率50~180倍であり、延伸温度、加熱風量、及び倍率等を調整することで、気孔率、透気度、厚み、及び突刺強度を調整した。なお、実施例1では、二軸延伸温度125℃とした。
次に、多孔体の熱固定を行なうべくTDテンターに導き、128℃で熱固定(HS)を行い、その後、TD方向に0.5倍の緩和操作(すなわち、HS緩和率が0.5倍)を行った。その後、得られた微多孔膜に対して上記の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[Example 1]
Powder containing the first polyolefin (weight average molecular weight and number average molecular weight are difficult to measure, ultra high molecular weight polyethylene with a viscosity average molecular weight of 1 million; UHMWPE) shown in Table 1, second polyolefin (weight average molecular weight 12.6 10,000, number average molecular weight of 20,000, viscosity average molecular weight of 150,000 high density polyethylene; HDPE) containing pellets (cylindrical body with a diameter of 5 to 6 mm and a height of 3 to 2 mm), and other modifiers listed in Table 1 ( In the table, "StCa" means calcium stearate.) was dry-blended in a super mixer, supplied to a twin-screw extruder, and melt-mixed. Then, while melt-mixing, liquid paraffin (kinematic viscosity at 37.78° C. 7.59×10 −5 m 2 /s) is twin-screw extruded with an injection nozzle equipped with a manifold (T-die) with a die lip interval of 1500 μm. The mixture was supplied to a machine, further kneaded, and the resin composition was extruded. At this time, the liquid paraffin amount ratio in the resin composition extruded from the twin-screw extruder is 70% by mass, and the temperature of the resin composition is 220 ° C. The extrusion middle section (middle feed port of the twin-screw extruder ) was further injected with liquid paraffin. Subsequently, the extruded resin composition was extruded onto a cooling roll controlled to have a surface temperature of 25° C. and cast to obtain a sheet-like molded product.
Next, it was led to a simultaneous biaxial tenter stretching machine and biaxially stretched to obtain a stretched product. The stretching conditions were a stretched area ratio of 50 to 180 times, and the porosity, air permeability, thickness, and puncture strength were adjusted by adjusting the stretching temperature, the amount of heating air, the stretching ratio, and the like. In addition, in Example 1, the biaxial stretching temperature was 125°C.
Next, the porous body is introduced into a TD tenter for heat setting, heat setting (HS) is performed at 128 ° C., and then a 0.5-fold relaxation operation in the TD direction (that is, the HS relaxation rate is 0.5 times ) was performed. After that, the obtained microporous membrane was evaluated as described above. Table 1 shows the evaluation results.
[実施例2]
パウダーとペレットを個別のフィーダーを設け、二軸押出機の同一投入口(二軸押出機の上段フィード口)から供給すると共に、表1の通りに原料組成、プロセス条件等を変更した以外は、実施例1と同様の手法によりポリオレフィン製微多孔膜を作製した。得られた膜の評価結果を表1に示す。
[Example 2]
Separate feeders were provided for the powder and pellets, and supplied from the same input port of the twin-screw extruder (upper feed port of the twin-screw extruder). A polyolefin microporous membrane was produced in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the evaluation results of the obtained film.
[実施例3、4]
せん断速度40,000秒-1及び滞留時間20秒の条件とし、温度が65℃に調整された混合スラリーを作製すると共に、表1の通りに原料組成、プロセス条件等を変更した以外は、実施例1と同様の手法により、ポリオレフィン製微多孔膜を作製した。得られた膜の評価結果を表1に示す。なお、混合スラリー中に占める流動パラフィン量比が質量70%になるように調合を行った。また、得られた混合スラリーを、ダイリップ間隔1500μmのマニホルド(Tダイ)を備える二軸押出機へ窒素雰囲気下60℃でフィーダーにより供給した。
[Examples 3 and 4]
A mixed slurry was prepared with a shear rate of 40,000 seconds and a residence time of 20 seconds, and the temperature was adjusted to 65 ° C., and the raw material composition, process conditions, etc. were changed as shown in Table 1. A polyolefin microporous membrane was produced in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the evaluation results of the obtained film. The liquid paraffin content ratio in the mixed slurry was adjusted to 70% by mass. Further, the obtained mixed slurry was fed by a feeder at 60° C. under a nitrogen atmosphere to a twin-screw extruder equipped with a manifold (T die) with a die lip interval of 1500 μm.
「実施例5」
ペレットを別の押出機(第2の押出機)にて溶融させ、これを上記の二軸押出機(第1の押出機)に供給すると共に、表1の通りに原料組成、プロセス条件等を変更した以外は、実施例1と同様の手法により、ポリオレフィン製微多孔膜の調製を試みて、得られた膜の物性評価を行った。評価結果も表1に示す。
"Example 5"
The pellets are melted in another extruder (second extruder) and supplied to the above twin screw extruder (first extruder), and the raw material composition, process conditions, etc. are set as shown in Table 1. An attempt was made to prepare a polyolefin microporous membrane by the same method as in Example 1, except that the procedure was changed, and the physical properties of the obtained membrane were evaluated. The evaluation results are also shown in Table 1.
[実施例6~7及び比較例1~3]
上記の実施例1から、表1の通りに原料組成、プロセス条件等を変更し、ポリオレフィン製微多孔膜を作製した。得られた膜の評価結果を表1に示す。
[Examples 6-7 and Comparative Examples 1-3]
A polyolefin microporous membrane was produced by changing the raw material composition, process conditions, etc. from Example 1 as shown in Table 1. Table 1 shows the evaluation results of the obtained film.
[実施例8~18]
上記の実施例1から、表2の通りに原料組成、プロセス条件等を変更し、ポリオレフィン製微多孔膜を作製した。得られた膜の評価結果を表2に示す。
A polyolefin microporous membrane was produced by changing the raw material composition, process conditions, etc. from Example 1 as shown in Table 2. Table 2 shows the evaluation results of the obtained film.
表1から分かるように、UHMWPEパウダー及びHDPEペレットを用いる実施例1~7の手法により、HDPEパウダーをそのままUHMWPEパウダーに混合する比較例1の手法、及び、膨潤開始温度(T1)と膨潤開始温度(T2)との差(T1-T2)が2℃~50℃の範囲外となる比較例2~3の手法と比べ、ゲル含有量が低減され、かつ、分子量の劣化が抑制されたポリオレフィン製微多孔膜を製造可能なことが確かめられた。また、実施例1の手法により、上記の比較例1~3の手法と比べ、突刺強度の向上、かつ引張強度の向上が図られたポリオレフィン製微多孔膜を製造可能なことが確かめられた。
従って、実施例1の手法により、比較例1~3の手法と比べ、品質の向上と共に強度の向上が図られたポリオレフィン製微多孔膜を製造することができることが確かめられた。なお、実施例1~7の手法により得られたポリオレフィン製微多孔膜は、リチウムイオン電池用セパレータに好適に用いることができる。
As can be seen from Table 1, the method of Examples 1 to 7 using UHMWPE powder and HDPE pellets, the method of Comparative Example 1 in which the HDPE powder is directly mixed with the UHMWPE powder, the swelling start temperature (T1), and the swelling start temperature Compared to the methods of Comparative Examples 2 and 3 in which the difference (T1-T2) from (T2) is outside the range of 2 ° C to 50 ° C, the gel content is reduced and the deterioration of the molecular weight is suppressed Polyolefin made It was confirmed that a microporous membrane can be produced. It was also confirmed that the method of Example 1 can produce a polyolefin microporous membrane with improved pin puncture strength and improved tensile strength compared to the methods of Comparative Examples 1 to 3.
Therefore, it was confirmed that the method of Example 1 can produce a polyolefin microporous membrane with improved quality and improved strength compared to the methods of Comparative Examples 1-3. The polyolefin microporous membranes obtained by the methods of Examples 1 to 7 can be suitably used as separators for lithium ion batteries.
T1 第1のポリオレフィンの膨潤開始温度
T2 第2のポリオレフィンの膨潤開始温度
T1 The swelling initiation temperature of the first polyolefin T2 The swelling initiation temperature of the second polyolefin
Claims (9)
(1)第1のポリオレフィンを含む第1成分、第2のポリオレフィンを含む第2成分、及び可塑剤を二軸押出機に供給する工程{但し、前記第1のポリオレフィンの膨潤開始温度(T1)と前記第2のポリオレフィンの膨潤開始温度(T2)との差(T1-T2)が2℃~50℃である。};
(2)前記第1成分、前記第2成分、及び前記可塑剤を前記二軸押出機にて溶融混錬し、樹脂組成物を製造する工程;及び
(3)前記樹脂組成物から前記可塑剤を抽出し、ポリオレフィン製微多孔膜を製造する工程;
を含み、
前記工程(1)は、
20℃~70℃の温度、100~400,000秒 -1 のせん断速度、及び1.0秒~60秒の滞留時間の条件下で連続混合機を用いて前記第1成分、及び前記可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリー、及び前記第2成分を前記二軸押出機に供給する工程を含む、微多孔膜の製造方法。 A method for producing a microporous membrane used in a lithium ion secondary battery separator, comprising the following steps:
(1) A step of supplying a first component containing a first polyolefin, a second component containing a second polyolefin, and a plasticizer to a twin-screw extruder {wherein the swelling initiation temperature (T1) of the first polyolefin and the swelling start temperature (T2) of the second polyolefin (T1-T2) is 2°C to 50°C. };
(2) a step of melt-kneading the first component, the second component, and the plasticizer in the twin-screw extruder to produce a resin composition; and (3) the plasticizer from the resin composition Extracting to produce a polyolefin microporous membrane;
including
The step (1) is
The first component and the plasticizer using a continuous mixer under conditions of a temperature of 20° C. to 70° C., a shear rate of 100 to 400,000 sec −1 , and a residence time of 1.0 sec to 60 sec. and supplying the mixed slurry and the second component to the twin-screw extruder .
(1)第1のポリオレフィンを含むパウダー、第2のポリオレフィンを含むペレット、及び可塑剤を二軸押出機に供給する工程{但し、前記第1のポリオレフィンの膨潤開始温度(T1)と前記第2のポリオレフィンの膨潤開始温度(T2)との差(T1-T2)が2℃~50℃である。};
(2)前記パウダー、前記ペレット、及び前記可塑剤を前記二軸押出機にて溶融混錬し、樹脂組成物を製造する工程;及び
(3)前記樹脂組成物から前記可塑剤を抽出し、ポリオレフィン製微多孔膜を製造する工程;
を含み、
前記工程(1)は、
20℃~70℃の温度、100~400,000秒-1のせん断速度、及び1.0秒~60秒の滞留時間の条件下で連続混合機を用いて前記パウダー、及び前記可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリー、及び前記ペレットを前記二軸押出機に供給する工程を含む、請求項1に記載の微多孔膜の製造方法。 A method for producing a microporous membrane used in a lithium ion secondary battery separator, comprising the following steps:
(1) A step of supplying a powder containing the first polyolefin, pellets containing the second polyolefin, and a plasticizer to a twin-screw extruder {wherein the swelling initiation temperature (T1) of the first polyolefin and the second The difference (T1-T2) from the polyolefin swelling start temperature (T2) is 2°C to 50°C. };
(2) a step of melt-kneading the powder, the pellets, and the plasticizer in the twin-screw extruder to produce a resin composition;
(3) extracting the plasticizer from the resin composition to produce a polyolefin microporous membrane;
including
The step (1) is
Mixing with the powder and the plasticizer using a continuous mixer under the conditions of a temperature of 20° C. to 70° C., a shear rate of 100 to 400,000 sec −1 , and a residence time of 1.0 sec to 60 sec. 2. The method for producing a microporous membrane according to claim 1, comprising the steps of producing a slurry and feeding the mixed slurry and the pellets to the twin-screw extruder.
20℃~70℃の温度、100~400,000秒-1のせん断速度、及び1.0秒~60秒の滞留時間の条件下で連続混合機を用いて前記第1成分、前記第2成分、及び前記可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリーを前記二軸押出機に供給する工程を含む、請求項1に記載の微多孔膜の製造方法。 The step (1) is
The first component, the second component using a continuous mixer under the conditions of a temperature of 20° C. to 70° C., a shear rate of 100 to 400,000 sec −1 , and a residence time of 1.0 sec to 60 sec. and the plasticizer to produce a mixed slurry, and supplying the mixed slurry to the twin-screw extruder.
20℃~70℃の温度、100~400,000秒Temperature from 20°C to 70°C, 100 to 400,000 seconds -- 1のせん断速度、及び1.0秒~60秒の滞留時間の条件下で連続混合機を用いて前記パウダー、前記ペレット、及び前記可塑剤により混合スラリーを製造し、該混合スラリーを前記二軸押出機に供給する工程を含む、請求項2に記載の微多孔膜の製造方法。A mixed slurry is produced from the powder, the pellets, and the plasticizer using a continuous mixer under conditions of a shear rate of 1 and a residence time of 1.0 to 60 seconds, and the mixed slurry is passed through the biaxial 3. The method for producing a microporous membrane according to claim 2, comprising the step of feeding to an extruder.
前記第2成分は、前記第2のポリオレフィンを2質量%~90質量%含むペレットである、請求項1又は3に記載の微多孔膜の製造方法。 The first component is a powder containing 2% by mass to 90% by mass of the first polyolefin,
The method for producing a microporous membrane according to claim 1 or 3 , wherein the second component is pellets containing 2% to 90% by mass of the second polyolefin.
前記ペレットは、前記第2のポリオレフィンを2質量%~90質量%含む、請求項2又は4に記載の微多孔膜の製造方法。The method for producing a microporous membrane according to claim 2 or 4, wherein the pellets contain 2% by mass to 90% by mass of the second polyolefin.
粘度平均分子量(Mv)が300,000~9,700,000、かつ、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~7である、請求項1~6のいずれか1項に記載の微多孔膜の製造方法。 The first polyolefin is
Claims 1 to 3, wherein the viscosity average molecular weight (Mv) is 300,000 to 9,700,000, and the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) is 3 to 7. 7. The method for producing a microporous membrane according to any one of 6 .
粘度平均分子量(Mv)が10,000~300,000、かつ、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~18である、請求項1~6のいずれか1項に記載の微多孔膜の製造方法。 The second polyolefin is
Claims 1 to 6, wherein the viscosity average molecular weight (Mv) is 10,000 to 300,000, and the ratio (Mw/Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) is 3 to 18. A method for producing a microporous membrane according to any one of the items.
前記樹脂組成物をシート状に押出し、冷却固化させてシート状成形体に加工する工程;
前記シート状成形体を20倍以上200倍以下の面倍率で二軸延伸し、延伸物を形成する工程;
前記延伸物から前記可塑剤を抽出し、多孔体を形成する工程;及び
前記多孔体の融点以下の温度で前記多孔体の熱処理を行った後、前記多孔体を延伸し、前記微多孔膜を製造する工程;
を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の微多孔膜の製造方法。 The step (3) is
a step of extruding the resin composition into a sheet, cooling and solidifying it, and processing it into a sheet-shaped molding;
A step of biaxially stretching the sheet-like molded product at an area magnification of 20 times or more and 200 times or less to form a stretched product;
a step of extracting the plasticizer from the stretched product to form a porous body; and heat-treating the porous body at a temperature below the melting point of the porous body, then stretching the porous body to form the microporous membrane. manufacturing process;
The method for producing a microporous membrane according to any one of claims 1 to 8 , comprising
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