JP7293809B2 - 多孔質フィルム用の前駆体フィルム - Google Patents
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Description
[1]ポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂層と、ポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂層とを備える、多孔質フィルム用の前駆体フィルムであって、
前記ポリエチレン系樹脂層に含まれる前記ポリエチレン系樹脂が、124℃での等温結晶化試験における半結晶化時間(t1/2)が400秒以下であり、
前記ポリプロピレン系樹脂層に含まれる、前記ポリプロピレン系樹脂が、分子量が10万以下である成分の含有量が12質量%以上であり、エチレン成分の含有量が10質量%以下である、多孔質フィルム用の前駆体フィルム。
ポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂層と、ポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂層とを備え、
前記ポリエチレン系樹脂層に含まれる前記ポリエチレン系樹脂が、124℃での等温結晶化試験における半結晶化時間が400秒以下であり、
前記ポリプロピレン系樹脂層に含まれる、前記ポリプロピレン系樹脂が、分子量が10万以下である成分の含有量が12質量%以上であり、エチレン成分の含有量が10質量%以下である。
本発明の前駆体フィルムは、上述したように、ポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂層と、ポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂層とを備えるものである。
本発明においては、ポリエチレン系樹脂層を形成するポリエチレン系樹脂として、124℃での等温結晶化試験における半結晶化時間(t1/2)が400秒以下であるものを用いるものであり、半結晶化時間(t1/2)は、好ましくは350秒以下であり、より好ましくは330秒以下、さらに好ましくは300秒以下、特に好ましくは250秒以下である。
また、ポリプロピレン系樹脂層を形成するプロピレン系樹脂としては、プロピレン単位を80質量%以上、好ましくは90質量%以上含有する樹脂であればよく、プロピレン単独重合体、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体等が挙げられる。プロピレン系樹脂としては、単独で用いてもよいし二種以上を併用してもよい。また、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体は、ブロック共重合体、ランダム共重合体のいずれであってもよい。プロピレンと共重合されるオレフィンとしては、たとえば、エチレン、1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセンなどのα-オレフィン等が挙げられる。
本発明の前駆体フィルムは、上述したポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂層(以下、PE層)と、上述したポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂層(以下、PP層)と、を備える。前駆体フィルムの構成としては特に限定されないが、PE層の上に、PP層を有するような構成であればよく、たとえば、PE層/PP層/PE層、PP層/PE層/PP層といった三層構造、PP層/PE層/PP層/PE層/PP層、PE層/PP層/PE層/PP層/PE層といった五層構造などが挙げられる。これらの中でも、ポリエチレン系樹脂を含むPE層の両面に、一対のポリプロピレン系樹脂を含むPP層が配置されてなる構成、すなわち、PP層/PE層/PP層の三層構造が好適である。
本発明の前駆体フィルムは、上述したポリエチレン系樹脂と上述したポリプロピレン系樹脂とを一括してフィルム状に押し出すことで、製膜する方法、すなわち、共押出しにより製膜する方法により製造することができる。たとえば、PE層を中間層とし、その両面にPP層を設けた前駆体フィルムを製造する場合を例示すると、PE層を中間層とし、その両面にPP層が形成されるように、ポリエチレン系樹脂と、ポリプロピレン系樹脂とを共押出しにより製膜することにより製造することができる。
本発明の多孔質フィルムは、上述した本発明の前駆体フィルムを、延伸多孔化することにより得られる、微多孔質のフィルムであり、たとえば、蓄電デバイス用のセパレータ用途に好適に用いられるものである。
本発明の多孔質フィルムは、上述した本発明の前駆体フィルムを延伸多孔化することにより製造される。
本発明の蓄電デバイスは、上述した本発明の多孔質フィルムを含む蓄電デバイス用セパレータと、正極と、負極とを備えるものである。
本発明の蓄電デバイスは、上述した本発明の多孔質フィルムを含む蓄電デバイス用セパレータと、正極と、負極とに加えて、通常、非水電解液を含有する。非水電解液に使用される非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状エステルが好適に挙げられる。広い温度範囲、特に高温での電気化学特性が相乗的に向上するため、鎖状エステルが含まれることが好ましく、鎖状カーボネートが含まれることがさらに好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートの両方が含まれることがもっとも好ましい。なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネートおよび鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。
環状カーボネートと鎖状エステルの割合は、広い温度範囲、特に高温での電気化学特性向上の観点から、環状カーボネート:鎖状エステル(体積比)が10:90~45:55が好ましく、15:85~40:60がより好ましく、20:80~35:65が特に好ましい。
第1の蓄電デバイスとしてのリチウムイオン二次電池は、正極、負極および上述した非水電解液を有する。正極、負極等の構成部材は特に制限なく使用できる。
まず、正極、負極、およびセパレータをそれぞれ作製する。次に、それらを重ね合わせて円筒状に巻回することにより、電極体を組み立てる。次いで電極体をケース本体に挿入し、ケース本体内に非水電解液を注入する。これにより、電極体に非水電解液が含浸する。ケース本体内に非水電解液を注入した後、ケース本体に蓋を被せ、蓋およびケース本体を密封する。なお、巻回後の電極体の形状は円筒状に限られない。たとえば、正極とセパレータと負極とを巻回した後、側方から圧力を加えることにより、偏平形状に形成してもよい。
また、第2の蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタが挙げられる。リチウムイオンキャパシタは、セパレータとして、上述した本発明の多孔質フィルムを有する蓄電デバイス用セパレータ、非水電解液、正極、および負極を有する。リチウムイオンキャパシタは、負極であるグラファイト等の炭素材料へのリチウムイオンのインターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵することができる。正極は、たとえば活性炭電極と電解液との間の電気二重層を利用したものや、π共役高分子電極のドープ/脱ドープ反応を利用したもの等が挙げられる。電解液には少なくともLiPF6等のリチウム塩が含まれる。
ポリプロピレン系樹脂の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、分子量10万以下の成分の含有割合は、Agilent社製ゲル浸透クロマトグラフを用いて、標準ポリスチレン換算によって求めた。カラムにはAgilent PLgel Olexisの2本を使用し、0.05wt/vol%に調製したオルトジクロロベンゼン中、145℃で測定を行った。検出器には、示差屈折計(RI)を用いた。
ODCB(1,2-ジクロロベンゼン)/C6D6(4/1)溶媒に10wt/vol%の濃度でポリプロピレン系樹脂を溶かし、13C-NMR測定を、分解能100MHz、温度130℃、積算回数8000回の条件で行い、ピーク高さ法よりメソペンタッド分率を算出した。
上記メソペンタッド分率の測定と同様にして、13C-NMR測定を行い、高分子分析ハンドブック(日本分析化学会編集)の記載に基づいて帰属した13C-NMRスペクトルから、ピーク高さ法によって、ポリプロピレン系樹脂中のエチレン成分の含有割合を求めた。本測定においては、分岐構造を持たないものの割合をエチレン成分の含有割合とした。
ポリエチレン系樹脂の重量平均分子量(Mw)は、Agilent社製ゲル浸透クロマトグラフを用いて、標準ポリスチレン換算によって求めた。カラムにはAgilent PLgel Olexisの2本を使用し、0.05wt/vol%に調製したオルトジクロロベンゼン中、145℃で測定を行った。検出器には、示差屈折計(RI)を用いた。
ポリエチレン系樹脂の密度(kg/m3)は、JIS K7112に準拠して、25℃の条件で測定した。
ポリエチレン系樹脂について、パーキンエルマー社製入力補償型示差走査熱量計(商品名: DSC8500)を用いて、走査温度範囲50℃から250℃まで、昇温速度200℃/分で昇温し、昇温走査後に5min間の熱処理を行った。その後、124℃まで-500℃/分で降温し、当該温度を90分間キープした。そして、この際における、結晶化発熱エネルギー△Hの面積を積分し、半分の面積になったときの時間を、半結晶化時間(t1/2)とした。
ポリエチレン系樹脂について、パーキンエルマー社製入力補償型示差走査熱量計(商品名:DSC8500)を用い、走査温度範囲50℃から250℃まで、昇温速度200℃/分で昇温し、昇温走査後に5min間の熱処理を行った。その後、124℃まで-500℃/分で降温し、当該温度を90分間キープした。そして、この際における、発熱エネルギーを結晶化発熱エネルギー(ΔH)とした。
ポリエチレン系樹脂に対し、パーキンエルマー社製入力補償型示差走査熱量計(商品名:Diamond DSC)を用いて、走査温度範囲30℃から230℃、10℃/分の昇温条件にて、示差走査熱量分析を行うことで、DSC発熱エネルギーを測定した。
前駆体フィルムおよび多孔質フィルムの膜厚は、ダイヤルゲージ(尾崎製作所社製、商品名「PEACOCK No.25」)を用いて測定した。
製造した多孔質フィルムからMDに80mm、全幅の試験片を採取し、中央部と左右の端部(端面から50mm内側)の3点について、B型ガーレ式デンソメーター(株式会社東洋精機社製)を用いてJIS P8117に準じて測定を行った。3点の平均値をガーレ値として評価した。また、上記にて測定した多孔質フィルムの膜厚と、ガーレ値の結果より、厚み1μmあたりのガーレ値の算出も行った。
多孔質フィルムの幅方向両端部より型枠を用いて100mm×100mmの試験片を、両端面に沿って2枚採取し、採取した2枚の各試験片の重量を0.1mgまで測定した。測定した重量から下記式を用いて空孔率を算出した。
空孔率(%)={(1-試験片重量(g)/密度(g/cm3))/(試験片面積(100cm2)×膜厚(cm))}×100
表1に示す特性を有するポリプロピレン系樹脂およびポリエチレン系樹脂を使用し、マルチマニホールド型のTダイを備えた共押出機を用い、ダイ温度(共押出温度)210℃にて、PE層を中間層とし、その両面にPP層が形成されるように、ポリエチレン系樹脂と、ポリプロピレン系樹脂とを共押出しすることで、PP層/PE層/PP層の三層構造からなる前駆体フィルムを得た。なお、前駆体フィルムにおける、各層の厚み比は、PP層/PE層/PP層=1/1/1とした。
表1に示す特性を有するポリプロピレン系樹脂およびポリエチレン系樹脂をそれぞれ使用したこと、PP層/PE層/PP層の厚み比を表1に示すものとしたこと以外は、実施例1と同様にして、前駆体フィルムおよび多孔質フィルムを作製し、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
なお、実施例1~16で使用したポリエチレン系樹脂は、いずれも、プロピレン成分の含有量およびブテン成分の含有割合が、いずれも実質的に0質量%であった。
また、ポリプロピレン系樹脂として、エチレン成分の含有割合が、10質量%を超えるものを使用した比較例3においては、ポリプロピレン系樹脂からなるPP層の開孔が十分に進行せず、ガーレ値が10000秒/100ccを超える結果となった。
さらに、ポリプロピレン系樹脂として、分子量が10万以下である成分の含有量が12質量%未満であるものを使用した比較例4においては、ポリエチレン系樹脂からなるPE層およびポリプロピレン系樹脂からなるPP層のいずれにおいても、開孔が進行したものの、ガーレ値が400秒/100ccを超え、不十分な結果であった。
Claims (8)
- ポリエチレン系樹脂を含むポリエチレン系樹脂層と、ポリプロピレン系樹脂を含むポリプロピレン系樹脂層とを備える、多孔質フィルム用の前駆体フィルムであって、
前記ポリエチレン系樹脂層に含まれる前記ポリエチレン系樹脂が、124℃での等温結晶化試験における半結晶化時間(t1/2)が400秒以下、124℃での結晶化発熱エネルギー(ΔH)が110J/g以上、且つ示差走査熱量(DSC発熱エネルギー)が200J/g以上、240J/g以下であり、
前記ポリプロピレン系樹脂層に含まれる、前記ポリプロピレン系樹脂が、分子量が10万以下である成分の含有量が12質量%以上であり、エチレン成分の含有量が10質量%以下である、多孔質フィルム用の前駆体フィルム。 - 前記ポリプロピレン系樹脂の重量平均分子量(Mw)が25万~120万である請求項1に記載の多孔質フィルム用の前駆体フィルム。
- 前記ポリプロピレン系樹脂のメソペンタッド分率が90~98%である請求項1または2に記載の多孔質フィルム用の前駆体フィルム。
- 前記ポリエチレン系樹脂層に含まれる前記ポリエチレン系樹脂が、示差走査熱量(DSC発熱エネルギー)が205J/g以上、240J/g以下である請求項1~3のいずれかに記載の多孔質フィルム用の前駆体フィルム。
- 前記ポリエチレン系樹脂層に含まれる前記ポリエチレン系樹脂が、示差走査熱量(DSC発熱エネルギー)が210J/g以上、240J/g以下である請求項1~4のいずれかに記載の多孔質フィルム用の前駆体フィルム。
- 請求項1~5のいずれかに記載の多孔質フィルム用の前駆体フィルムを延伸多孔化した多孔質フィルム。
- 請求項6に記載の多孔質フィルムを有する蓄電デバイス用セパレータ。
- 請求項7に記載の蓄電デバイス用セパレータと、正極と、負極とを備える蓄電デバイス。
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