JP7498571B2 - Microporous membrane for power storage devices - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電デバイス用微多孔膜などに関する。 The present invention relates to a microporous membrane for an electricity storage device.
微多孔膜は、種々の物質の分離又は選択透過分離膜、及び隔離材等として広く用いられており、その用途例としては、精密ろ過膜、燃料電池用、コンデンサー用セパレータ、又は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、蓄電デバイス用セパレータ等が挙げられる。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又は携帯電話、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使用されている。 Microporous membranes are widely used as separation or selective permeation separation membranes for various substances, and as separators, etc. Examples of their applications include precision filtration membranes, separators for fuel cells and capacitors, base materials for functional membranes in which functional materials are filled into the pores to exhibit new functions, and separators for electricity storage devices. In particular, polyolefin microporous membranes are preferably used as separators for lithium ion batteries, which are widely used in notebook personal computers, mobile phones, digital cameras, etc.
電池安全性を確保するために、セパレータ内に架橋構造を形成することによって、シャットダウン機能の発動と破膜温度の向上の両立を図ることが提案されている(特許文献1~8)。例えば、特許文献1~6には、シラン変性ポリオレフィン含有セパレータと水との接触などにより形成されるシラン架橋構造が記述されている。特許文献7には、紫外線、電子線などの照射によるノルボルネンの開環から形成される架橋構造が記述されている。特許文献8には、セパレータの絶縁層が、架橋構造を有する(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン-ブタジエンゴムバインダなどを有することが記述されている。
In order to ensure the safety of the battery, it has been proposed to achieve both the activation of the shutdown function and an improvement in the film rupture temperature by forming a crosslinked structure in the separator (
リチウムイオン電池用の部材については正極、負極材料、電解液及びセパレータが用いられている。これらの部材のうち、セパレータについては、その絶縁材料としての適格から電気化学反応又は周辺部材に対して不活性であることが求められてきた。一方で、リチウムイオン電池の負極材料は、その開発当初から初充電時の化学反応による固体電解質界面(SEI)形成によって負極表面の電解液の分解を抑制する技術が確立されている(非特許文献1)。また、セパレータにポリオレフィン樹脂を用いたとしても、正極表面では高電圧下において酸化反応が誘起され、セパレータの黒色化、表面劣化などの事例も報告されている。 The components used for lithium-ion batteries include positive and negative electrode materials, electrolytes, and separators. Of these components, the separator is required to be inert to electrochemical reactions or surrounding components due to its suitability as an insulating material. On the other hand, since the beginning of the development of negative electrode materials for lithium-ion batteries, a technology has been established to suppress the decomposition of the electrolyte on the negative electrode surface by forming a solid electrolyte interface (SEI) through a chemical reaction during the first charge (Non-Patent Document 1). Even if polyolefin resin is used for the separator, oxidation reactions are induced on the positive electrode surface under high voltage, and cases of blackening and surface deterioration of the separator have been reported.
近年、モバイルデバイス搭載用途又は車載用リチウムイオン二次電池の高出力化と高エネルギー密度化が進んでいる一方、電池セルの小型化と長期使用時の安定なサイクル放充電性能が求められている。そのため、電池用セパレータとして使用可能な微多孔膜の製造には、強度及び開孔性が必要とされている。さらに、電池安全性の水準についても、以前より厳格となっており、特許文献1,2にも記載されるように、シャットダウン機能と高温破膜性を有するセパレータ、及びその安定な製造方法が期待されている。これに関連して、シャットダウン温度の水準として150℃より低いほど望ましく、また破膜温度の水準としては高温であるほど望ましい。
In recent years, the output and energy density of lithium-ion secondary batteries for use in mobile devices or vehicles have been increasing, while there is a demand for smaller battery cells and stable cycle charge/discharge performance during long-term use. For this reason, strength and porosity are required for the manufacture of microporous membranes that can be used as battery separators. Furthermore, the standard for battery safety has become stricter than before, and as described in
しかしながら、特許文献1~8に記載される架橋方法は、いずれも微多孔膜のインプロセスで、又は微多孔膜の作製直後のバッチで行われるものである。したがって、特許文献1~8に記載される架橋構造の形成後には、セパレータとして使用するために微多孔膜の塗工加工及びスリットを行わなければならず、その後の電極との積層・捲回工程では内部応力が増加するため、作製された蓄電デバイスが変形することがある。例えば、加温により架橋構造を形成すると、その架橋構造を有するセパレータの内部応力が常温又は室温で増加することがある。また、微多孔膜への紫外線、電子線等の光照射により架橋構造を形成すると、光の照射が不均一になり、架橋構造が不均質になることがある。これは、微多孔膜を構成する樹脂の結晶部周辺が電子線により架橋され易いためであると考えられる。
However, the crosslinking methods described in
本発明は、上記問題点に鑑みて、微多孔膜の強度及び開孔性を損なうことなく、微多孔膜の高温下での耐破膜性を向上させ、そして微多孔膜をセパレータとして用いる蓄電デバイスのデバイス特性と釘刺し試験での高い安全性を両立させることを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to improve the resistance to rupture of a microporous membrane at high temperatures without impairing the strength and porosity of the microporous membrane, and to achieve both device characteristics and high safety in a nail penetration test for an electricity storage device that uses a microporous membrane as a separator.
上記の課題は、次の技術的手段により解決される。
[1]
ポリオレフィンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、
前記ポリオレフィンが1種又は2種以上の官能基を有し、かつ
蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成され、
前記ポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用微多孔膜。
[2]
前記架橋構造は、(1)前記官能基同士が縮合反応することにより形成される、項目1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[3]
前記架橋構造は、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応することにより形成される、項目1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[4]
前記化学物質が、前記蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかである、項目1又は3に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[5]
前記架橋構造は、(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応することにより形成される、項目1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[6]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(I):
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の前記架橋反応が前記蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、項目1~5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[7]
ポリオレフィンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、前記蓄電デバイス用微多孔膜は、前記ポリオレフィンの非晶部が架橋された非晶部架橋構造を有し、
前記ポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが1.3以上である;
を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用微多孔膜。
[8]
前記非晶部が、選択的に架橋された、項目7に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[9]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(II):
RE’mix=E’/E’0 (II)
{式中、E’は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記非晶部架橋構造を有するときに160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’0は、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’又はE’0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’mix)が、1.2倍~20倍である、項目7又は8に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[10]
前記ポリオレフィンは、MFRが0.25g/10min以上であり、Mw/Mnが4.0以上であり、かつ密度が1.1g/cm3以下であり、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜の配向割合の比MD/TDが、3.0以下である、
項目1~9のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[11]
前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンである、項目1~10のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[12]
ポリプロピレンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、
前記ポリプロピレンが、1種又は2種以上の官能基を有し、かつβ晶活性であり、
前記蓄電デバイス用微多孔膜の蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成される蓄電デバイス用微多孔膜。
[13]
前記架橋構造は、(1)前記官能基同士が縮合反応することにより形成される、項目12に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[14]
前記架橋構造は、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応することにより形成される、項目12に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[15]
前記化学物質が、前記蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかである、項目12又は14に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[16]
前記架橋構造は、(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応することにより形成される、項目12に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[17]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(I):
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の前記架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、項目12~16のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[18]
ポリプロピレンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、前記ポリプロピレンがβ晶活性であり、かつ前記蓄電デバイス用微多孔膜は、前記ポリプロピレンの非晶部が架橋された非晶部架橋構造を有する蓄電デバイス用微多孔膜。
[19]
前記非晶部が、選択的に架橋された、項目18に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[20]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(II):
RE’mix=E’/E’0 (II)
{式中、E’は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記非晶部架橋構造を有するときに160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’0は、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’又はE’0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’mix)が、1.2倍~20倍である、項目18又は19に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[21]
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、前記ポリプロピレンとして、
下記要件(P1)~(P3):
(P1)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のMFRが、2.5g/10min以下である;
(P2)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、10以下である;及び
(P3)密度が0.89g/cm3以上である:
を満たすホモポリプロピレン(A)と、
前記要件(P1)~(P3)の少なくとも1つを満たさず、かつ官能基を有するポリプロピレン(B)と、
を含む、項目12~20のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[22]
前記ポリプロピレン(B)の含有割合が、4質量%以上30質量%以下である、項目21に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[23]
前記ポリプロピレン(B)が、シラン変性ポリプロピレンである、項目21又は22に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[24]
前記ホモポリプロピレン(A)は、MFRが0.25g/10min以上であり、Mw/Mnが4.9以上であり、かつ密度が0.96g/cm3以下である、項目21~23のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
The above problems are solved by the following technical means.
[1]
A microporous membrane for an electricity storage device comprising a polyolefin,
the polyolefin has one or more functional groups, and after being housed in the electricity storage device, (1) the functional groups undergo a condensation reaction with each other, (2) the functional groups react with chemical substances inside the electricity storage device, or (3) the functional groups react with other types of functional groups to form a crosslinked structure;
The polyolefin satisfies the following requirements (A) to (C):
(A) the melt flow rate (MFR) measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg is 3.0 g/10 min or less;
(B) the value obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn (Mw/Mn) is 15 or less; and (C) the density is 0.85 g/ cm3 or more;
and the microporous membrane for an electricity storage device satisfies the following requirement (D):
(D) the ratio of the orientation rate in the width direction (TD) to the machine direction (MD) as measured by wide-angle X-ray scattering, MD/TD, is 1.3 or more;
A microporous membrane for an electricity storage device, comprising:
[2]
2. The microporous membrane for an electricity storage device according to
[3]
2. The microporous membrane for an electricity storage device according to
[4]
4. The microporous membrane for an electricity storage device according to
[5]
2. The microporous membrane for an electricity storage device according to
[6]
The microporous membrane for an electricity storage device has the following formula (I):
R E'X = E'Z / E'Z0 (I)
{In the formula, E'Z is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C after the crosslinking reaction of the microporous membrane for an electricity storage device has progressed in the electricity storage device, and E'Z0 is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C before the microporous membrane for an electricity storage device is incorporated in the electricity storage device, and the measurement conditions for the storage modulus E'Z or E'Z0 are specified in the following configurations (i) to (iv).
(i) Dynamic viscoelasticity measurement was performed under the following conditions:
Atmosphere: Nitrogen Measurement equipment used: RSA-G2 (manufactured by TA Instruments)
Sample thickness: 5 μm to 50 μm (measurement is performed on one sample regardless of the sample thickness)
・Measurement temperature range: -50 to 300°C
Heating rate: 10°C/min
Measurement frequency: 1Hz
Deformation mode: Sine wave tension mode (Linear tension)
Initial value of static tensile load: 0.5N
Initial gap distance (at 25°C): 25mm
· Auto strain adjustment: Enabled (range: amplitude value 0.05 to 25%, sine wave load 0.02 to 5N)
It was carried out in.
(ii) The static tensile load refers to the intermediate value between the maximum stress and the minimum stress in each periodic motion, and the sinusoidal load refers to an oscillatory stress centered on the static tensile load.
(iii) The sinusoidal tensile mode refers to measuring the vibration stress while performing periodic motion with a fixed amplitude of 0.2%, and in this case, the gap distance and the static tensile load were changed so that the difference between the static tensile load and the sinusoidal load was within 20% to measure the vibration stress. When the sinusoidal load became 0.02 N or less, the amplitude value was amplified so that the sinusoidal load was within 5 N and the increase in the amplitude value was within 25%, and the vibration stress was measured.
(iv) The relationship between the obtained sinusoidal load and the amplitude value, and the following formula:
σ * = σ0 ·Exp[i(ωt+δ)],
ε * = ε 0 Exp(iωt),
σ * =E * ·ε *
E * =E'+iE''
(In the formula, σ * : oscillatory stress, ε * : strain, i: imaginary unit, ω: angular frequency, t: time, δ: phase difference between oscillatory stress and strain, E * : complex elastic modulus, E': storage elastic modulus, E'': loss elastic modulus. Oscillatory stress: sinusoidal load/initial cross-sectional area. Static tensile load: load at the minimum point of oscillatory stress in each cycle (minimum point of gap distance in each cycle). Sine wave load: difference between measured oscillatory stress and static tensile load.)
The storage modulus is calculated from
6. The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of
[7]
A microporous membrane for an electricity storage device comprising a polyolefin, the microporous membrane for an electricity storage device having an amorphous part crosslinked structure in which an amorphous part of the polyolefin is crosslinked,
The polyolefin satisfies the following requirements (A) to (C):
(A) the melt flow rate (MFR) measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg is 3.0 g/10 min or less;
(B) the value obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn (Mw/Mn) is 15 or less; and (C) the density is 0.85 g/ cm3 or more;
and the microporous membrane for an electricity storage device satisfies the following requirement (D):
(D) the ratio of the orientation rate in the width direction (TD) to the machine direction (MD) is 1.3 or more, as measured by wide-angle X-ray scattering;
A microporous membrane for an electricity storage device, comprising:
[8]
Item 8. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 7, wherein the amorphous portion is selectively crosslinked.
[9]
The microporous membrane for an electricity storage device has the following formula (II):
R E'mix = E'/E' 0 (II)
{In the formula, E' is the storage modulus measured at 160°C to 300°C when the microporous membrane for an electricity storage device has the amorphous portion crosslinked structure, and E'0 is the storage modulus measured at 160°C to 300°C of the microporous membrane for an electricity storage device that does not have an amorphous portion crosslinked structure, and the measurement conditions for the storage modulus of E' or E'0 are specified in the following configurations (i) to (iv).
(i) Dynamic viscoelasticity measurement was performed under the following conditions:
Atmosphere: Nitrogen Measurement equipment used: RSA-G2 (manufactured by TA Instruments)
・Sample film thickness: 5 μm to 50 μm range (measurement is performed on one sample regardless of the sample film thickness)
・Measurement temperature range: -50 to 300°C
Heating rate: 10°C/min
Measurement frequency: 1Hz
Deformation mode: Sine wave tension mode (Linear tension)
Initial value of static tensile load: 0.5N
Initial gap distance (at 25°C): 25mm
· Auto strain adjustment: Enabled (range: amplitude value 0.05 to 25%, sine wave load 0.02 to 5N)
It was carried out in.
(ii) The static tensile load refers to the intermediate value between the maximum stress and the minimum stress in each periodic motion, and the sinusoidal load refers to an oscillatory stress centered on the static tensile load.
(iii) The sinusoidal tensile mode refers to measuring the vibration stress while performing periodic motion with a fixed amplitude of 0.2%, and in this case, the gap distance and the static tensile load were changed so that the difference between the static tensile load and the sinusoidal load was within 20% to measure the vibration stress. When the sinusoidal load became 0.02 N or less, the amplitude value was amplified so that the sinusoidal load was within 5 N and the increase in the amplitude value was within 25%, and the vibration stress was measured.
(iv) The relationship between the obtained sinusoidal load and the amplitude value, and the following formula:
σ * = σ0 ·Exp[i(ωt+δ)],
ε * = ε 0 Exp(iωt),
σ * =E * ·ε *
E * =E'+iE''
(In the formula, σ * : oscillatory stress, ε * : strain, i: imaginary unit, ω: angular frequency, t: time, δ: phase difference between oscillatory stress and strain, E * : complex elastic modulus, E': storage elastic modulus, E'': loss elastic modulus. Oscillatory stress: sinusoidal load/initial cross-sectional area. Static tensile load: load at the minimum point of oscillatory stress in each cycle (minimum point of gap distance in each cycle). Sine wave load: difference between measured oscillatory stress and static tensile load.)
The storage modulus is calculated from
9. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 7 or 8, wherein a mixed storage modulus ratio (R E′mix ) defined by:
[10]
the polyolefin has an MFR of 0.25 g/10 min or more, an Mw/Mn of 4.0 or more, and a density of 1.1 g/ cm3 or less; and the orientation ratio MD/TD of the microporous membrane for an electricity storage device is 3.0 or less.
[11]
11. The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of
[12]
A microporous membrane for an electricity storage device comprising polypropylene,
The polypropylene has one or more functional groups and is β-crystal active;
After the microporous membrane for an electricity storage device is housed in the electricity storage device, (1) the functional groups undergo a condensation reaction with each other, (2) the functional groups react with chemical substances inside the electricity storage device, or (3) the functional groups react with other types of functional groups to form a crosslinked structure.
[13]
Item 13. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 12, wherein the crosslinked structure is formed by (1) a condensation reaction between the functional groups.
[14]
Item 13. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 12, wherein the crosslinked structure is formed by (2) the functional group reacting with a chemical substance inside the electricity storage device.
[15]
Item 15. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 12 or 14, wherein the chemical substance is any one of an electrolyte, an electrolytic solution, an electrode active material, an additive, or a decomposition product thereof contained in the electricity storage device.
[16]
Item 13. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 12, wherein the crosslinked structure is formed by (3) the functional group reacting with another type of functional group.
[17]
The microporous membrane for an electricity storage device has the following formula (I):
R E'X = E'Z / E'Z0 (I)
{In the formula, E'Z is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C after the crosslinking reaction of the microporous membrane for an electricity storage device has progressed in the electricity storage device, and E'Z0 is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C before the porous membrane for an electricity storage device is incorporated in the electricity storage device, and the measurement conditions for the storage modulus E'Z or E'Z0 are specified in the following configurations (i) to (iv).
(i) Dynamic viscoelasticity measurement was performed under the following conditions:
Atmosphere: Nitrogen Measurement equipment used: RSA-G2 (manufactured by TA Instruments)
・Sample film thickness: 5 μm to 50 μm range (measurement is performed on one sample regardless of the sample film thickness)
・Measurement temperature range: -50 to 300°C
Heating rate: 10°C/min
Measurement frequency: 1Hz
Deformation mode: Sine wave tension mode (Linear tension)
Initial value of static tensile load: 0.5N
Initial gap distance (at 25°C): 25mm
· Auto strain adjustment: Enabled (range: amplitude value 0.05 to 25%, sine wave load 0.02 to 5N)
It was carried out in.
(ii) The static tensile load refers to the intermediate value between the maximum stress and the minimum stress in each periodic motion, and the sinusoidal load refers to an oscillatory stress centered on the static tensile load.
(iii) The sinusoidal tensile mode refers to measuring the vibration stress while performing periodic motion with a fixed amplitude of 0.2%, and in this case, the gap distance and the static tensile load were changed so that the difference between the static tensile load and the sinusoidal load was within 20% to measure the vibration stress. When the sinusoidal load became 0.02 N or less, the amplitude value was amplified so that the sinusoidal load was within 5 N and the increase in the amplitude value was within 25%, and the vibration stress was measured.
(iv) The relationship between the obtained sinusoidal load and the amplitude value, and the following formula:
σ * = σ0 ·Exp[i(ωt+δ)],
ε * = ε 0 Exp(iωt),
σ * =E * ·ε *
E * =E'+iE''
(In the formula, σ * : oscillatory stress, ε * : strain, i: imaginary unit, ω: angular frequency, t: time, δ: phase difference between oscillatory stress and strain, E * : complex elastic modulus, E': storage elastic modulus, E'': loss elastic modulus. Oscillatory stress: sinusoidal load/initial cross-sectional area. Static tensile load: load at the minimum point of oscillatory stress in each cycle (minimum point of gap distance in each cycle). Sine wave load: difference between measured oscillatory stress and static tensile load.)
The storage modulus is calculated from
Item 17. The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of items 12 to 16, wherein a mixed storage modulus ratio (R E′x ) defined by:
[18]
A microporous membrane for an electricity storage device comprising polypropylene, the polypropylene being β-crystal active, and the microporous membrane for an electricity storage device having an amorphous portion crosslinked structure in which an amorphous portion of the polypropylene is crosslinked.
[19]
Item 19. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 18, wherein the amorphous portion is selectively crosslinked.
[20]
The microporous membrane for an electricity storage device has the following formula (II):
R E'mix = E'/E' 0 (II)
{In the formula, E' is the storage modulus measured at 160°C to 300°C when the microporous membrane for an electricity storage device has the amorphous portion crosslinked structure, and E'0 is the storage modulus measured at 160°C to 300°C of the microporous membrane for an electricity storage device that does not have an amorphous portion crosslinked structure, and the measurement conditions for the storage modulus of E' or E'0 are specified in the following configurations (i) to (iv).
(i) Dynamic viscoelasticity measurement was performed under the following conditions:
Atmosphere: Nitrogen Measurement equipment used: RSA-G2 (manufactured by TA Instruments)
Sample thickness: 5 μm to 50 μm (measurement is performed on one sample regardless of the sample thickness)
・Measurement temperature range: -50 to 300°C
Heating rate: 10°C/min
Measurement frequency: 1Hz
Deformation mode: Sine wave tension mode (Linear tension)
Initial value of static tensile load: 0.5N
Initial gap distance (at 25°C): 25mm
· Auto strain adjustment: Enabled (range: amplitude value 0.05 to 25%, sine wave load 0.02 to 5N)
It was carried out in.
(ii) The static tensile load refers to the intermediate value between the maximum stress and the minimum stress in each periodic motion, and the sinusoidal load refers to an oscillatory stress centered on the static tensile load.
(iii) The sinusoidal tensile mode refers to measuring the vibration stress while performing periodic motion with a fixed amplitude of 0.2%, and in this case, the gap distance and the static tensile load were changed so that the difference between the static tensile load and the sinusoidal load was within 20% to measure the vibration stress. When the sinusoidal load became 0.02 N or less, the amplitude value was amplified so that the sinusoidal load was within 5 N and the increase in the amplitude value was within 25%, and the vibration stress was measured.
(iv) The relationship between the obtained sinusoidal load and the amplitude value, and the following formula:
σ * = σ0 ·Exp[i(ωt+δ)],
ε * = ε 0 Exp(iωt),
σ * =E * ·ε *
E * =E'+iE''
(In the formula, σ * : oscillatory stress, ε * : strain, i: imaginary unit, ω: angular frequency, t: time, δ: phase difference between oscillatory stress and strain, E * : complex elastic modulus, E': storage elastic modulus, E'': loss elastic modulus. Oscillatory stress: sinusoidal load/initial cross-sectional area. Static tensile load: load at the minimum point of oscillatory stress in each cycle (minimum point of gap distance in each cycle). Sine wave load: difference between measured oscillatory stress and static tensile load.)
The storage modulus is calculated from
20. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 18 or 19, wherein a mixed storage modulus ratio (R E′mix ) defined by:
[21]
The microporous membrane for an electricity storage device contains, as the polypropylene,
The following requirements (P1) to (P3):
(P1) The MFR, measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg, is 2.5 g/10 min or less;
(P2) the value (Mw/Mn) obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn is 10 or less; and (P3) the density is 0.89 g/ cm3 or more:
A homopolypropylene (A) that satisfies the above formula:
A polypropylene (B) that does not satisfy at least one of the requirements (P1) to (P3) and has a functional group;
21. The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of items 12 to 20, comprising:
[22]
Item 22. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 21, wherein the content of the polypropylene (B) is 4% by mass or more and 30% by mass or less.
[23]
Item 23. The microporous membrane for an electricity storage device according to item 21 or 22, wherein the polypropylene (B) is a silane-modified polypropylene.
[24]
24. The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of items 21 to 23, wherein the homopolypropylene (A) has an MFR of 0.25 g/10 min or more, an Mw/Mn of 4.9 or more, and a density of 0.96 g/cm or less.
本発明によれば、蓄電デバイス用微多孔膜の強度及び開孔性を損なうことなく、高温下での耐破膜性の向上を達成することでき、微多孔膜をセパレータとして備える蓄電デバイスの電池特性と釘刺し試験での高い安全性を両立することができる。また、本発明によれば、製膜プロセス中又はその直後に架橋構造を形成しなくてもよいので、セパレータの内部応力の増加及び蓄電デバイス作製後の変形を抑制することができ、かつ/又は光照射若しくは加温などの比較的高いエネルギーを用いなくてもセパレータに架橋構造を付与することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the resistance to membrane rupture at high temperatures without impairing the strength and porosity of the microporous membrane for an electricity storage device, and it is possible to achieve both the battery characteristics of an electricity storage device equipped with the microporous membrane as a separator and high safety in a nail penetration test. Furthermore, according to the present invention, since it is not necessary to form a crosslinked structure during or immediately after the membrane production process, it is possible to suppress an increase in the internal stress of the separator and deformation after the production of the electricity storage device, and/or it is possible to impart a crosslinked structure to the separator without using relatively high energy such as light irradiation or heating.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と略記する。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 The following provides a detailed explanation of the form for carrying out the present invention (hereinafter, abbreviated as "embodiment"). Note that the present invention is not limited to the following embodiment, and can be modified in various ways within the scope of the gist of the invention.
〔蓄電デバイス用微多孔膜〕
微多孔膜は、単数又は複数の種類のポリオレフィン系樹脂で形成されるか、又はポリオレフィン系樹脂とそれ以外の樹脂とを有する複合樹脂膜であることができ、かつ多数の微細な孔を有する。ポリオレフィン系樹脂を主成分として含む微多孔膜(以下、ポリオレフィン系微多孔膜ともいう)は、膜の質量に対して、ポリオレフィン系樹脂を50質量%以上含む。
[Microporous membrane for power storage device]
The microporous film may be formed of one or more kinds of polyolefin resins, or may be a composite resin film containing a polyolefin resin and other resins, and has many fine pores. A microporous film containing a polyolefin resin as a main component (hereinafter also referred to as a polyolefin microporous film) contains 50% by mass or more of the polyolefin resin relative to the mass of the film.
ポリオレフィン系微多孔膜は、酸化還元劣化耐性及び緻密で均一な多孔質構造の観点から、蓄電デバイスの形成に使用されることが好ましく、蓄電デバイスの構成材料として使用されることがより好ましく、蓄電デバイス用セパレータとして使用されることがさらに好ましく、リチウムイオン電池用セパレータとして使用されることが特に好ましい。本明細書では、蓄電デバイス用セパレータ(以下、「セパレータ」として略記することがある)とは、蓄電デバイスにおいて複数の電極の間に配置され、かつイオン透過性及び必要に応じてシャットダウン特性を有する部材をいう。セパレータは、微多孔膜を含み、所望により、任意の機能層をさらに備えてよい。 From the viewpoint of resistance to oxidation-reduction degradation and a dense and uniform porous structure, the polyolefin-based microporous membrane is preferably used to form an electricity storage device, more preferably used as a constituent material of the electricity storage device, even more preferably used as a separator for the electricity storage device, and particularly preferably used as a separator for a lithium ion battery. In this specification, a separator for an electricity storage device (hereinafter sometimes abbreviated as "separator") refers to a member that is disposed between multiple electrodes in an electricity storage device and has ion permeability and, if necessary, shutdown properties. The separator includes a microporous membrane, and may further include any functional layer as desired.
〔第一及び第二の実施形態〕
第一の実施形態に係る微多孔膜は、1種又は2種以上の官能基を有するポリオレフィンを含み、蓄電デバイスへ収納された後には、(1)ポリオレフィンの官能基同士が縮合反応するか、(2)ポリオレフィンの官能基が蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)ポリオレフィンの官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成される。第一の実施形態では、微多孔膜は、上記(1)~(3)のいずれかの反応により架橋構造を形成することができ、それにより強度を保ち、150℃以上の高温下での耐破膜性を向上させることでき、例えばセパレータとして、蓄電デバイスに収納されたときにデバイス特性と安全性を両立する傾向にある。
[First and second embodiments]
The microporous membrane according to the first embodiment includes a polyolefin having one or more functional groups, and after being housed in an electricity storage device, (1) the functional groups of the polyolefin undergo a condensation reaction with each other, (2) the functional groups of the polyolefin react with chemicals inside the electricity storage device, or (3) the functional groups of the polyolefin react with other types of functional groups to form a crosslinked structure. In the first embodiment, the microporous membrane can form a crosslinked structure by any of the above reactions (1) to (3), thereby maintaining strength and improving membrane rupture resistance at high temperatures of 150° C. or higher, and tends to achieve both device characteristics and safety when housed in an electricity storage device, for example as a separator.
さらに、第一の実施形態では、微多孔膜に含まれるポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たす。第一の実施形態では、ポリオレフィン及び微多孔膜が、要件(A)~(D)を満たすと、微多孔膜の強度、製膜性、生産性及び開孔性が向上する傾向にある。
Furthermore, in the first embodiment, the polyolefin contained in the microporous membrane satisfies the following requirements (A) to (C):
(A) the melt flow rate (MFR) measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg is 3.0 g/10 min or less;
(B) the value obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn (Mw/Mn) is 15 or less; and (C) the density is 0.85 g/ cm3 or more;
and the microporous membrane satisfies the following requirement (D):
(D) the ratio of the orientation rate in the width direction (TD) to the machine direction (MD) as measured by wide-angle X-ray scattering, MD/TD, is 1.3 or more;
In the first embodiment, when the polyolefin and the microporous membrane satisfy the requirements (A) to (D), the strength, membrane formability, productivity, and pore openability of the microporous membrane tend to be improved.
要件(A)については、温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のポリオレフィン(PO)のMFRが、3.0g/10min以下であると、得られる微多孔膜の強度が合格水準に達し易い。同様の観点から、POのMFRは、好ましくは、0.25~2.9g/10min、より好ましくは0.3~2.7g/10min、さらに好ましくは0.4~2.5g/10minである。温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のポリオレフィン(PO)のMFRは、0.5g/10min以上でもよく、0.6g/10min以上でもよく、0.7g/10min以上でもよく、0.8g/10min以上でもよく、0.9g/10min以上でもよく、1.0g/10min以上でもよい。温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のポリオレフィン(PO)のMFRは、2.3g/10min以下でもよく、2.0g/10min以下でもよく、1.8g/10min以下でもよく、1.5g/10min以下でもよい。 Regarding requirement (A), if the MFR of the polyolefin (PO) is 3.0 g/10 min or less when measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg, the strength of the obtained microporous film is likely to reach an acceptable level. From the same viewpoint, the MFR of the PO is preferably 0.25 to 2.9 g/10 min, more preferably 0.3 to 2.7 g/10 min, and even more preferably 0.4 to 2.5 g/10 min. The MFR of the polyolefin (PO) when measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg may be 0.5 g/10 min or more, 0.6 g/10 min or more, 0.7 g/10 min or more, 0.8 g/10 min or more, 0.9 g/10 min or more, or 1.0 g/10 min or more. The MFR of the polyolefin (PO) when measured under conditions of a temperature of 230°C and a mass of 2.16 kg may be 2.3 g/10 min or less, 2.0 g/10 min or less, 1.8 g/10 min or less, or 1.5 g/10 min or less.
要件(B)については、POの分散度(Mw/Mn)が、15以下であると、得られるPO成形時の製膜性と強度を両立できる傾向にある。製膜性と強度の両立という観点から、POの分散度(Mw/Mn)は、好ましくは4.0~13、より好ましくは4.9~11、さらに好ましくは5.2~9.0である。POの分散度(Mw/Mn)は、5.5以上でもよく、5.8以上でもよく、6.0以上でもよく、6.2以上でもよく、6.5以上でもよい。POの分散度(Mw/Mn)は、8.0以下であってもよく、7.0以下であってもよく、6.5以下であってもよい。 Regarding requirement (B), when the PO dispersity (Mw/Mn) is 15 or less, there is a tendency that both film formability and strength can be achieved during PO molding. From the viewpoint of achieving both film formability and strength, the PO dispersity (Mw/Mn) is preferably 4.0 to 13, more preferably 4.9 to 11, and even more preferably 5.2 to 9.0. The PO dispersity (Mw/Mn) may be 5.5 or more, 5.8 or more, 6.0 or more, 6.2 or more, or 6.5 or more. The PO dispersity (Mw/Mn) may be 8.0 or less, 7.0 or less, or 6.5 or less.
要件(C)については、PO密度はPO結晶性を密接に関連するため、0.85g/cm3以上のPO密度の場合には、微多孔膜の生産性が向上し、特に乾式多孔化法に有効である。生産性及び開孔性の観点から、PO密度は、0.85g/cm3以上が好ましく、0.88g/cm3以上が好ましく、又は0.90g/cm3以上が好ましい。また、PO密度は、1.1g/cm3以下が好ましく、1.0g/cm3以下が好ましく、0.98g/cm3以下が好ましく、0.97g/cm3以下が好ましく、0.96g/cm3以下が好ましく、0.95g/cm3以下が好ましく、0.94g/cm3以下が好ましく、0.93g/cm3以下が好ましく、又は0.92g/cm3未満が好ましい。POとしては、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンが挙げられる。 Regarding requirement (C), since PO density is closely related to PO crystallinity, when the PO density is 0.85 g/cm 3 or more, the productivity of the microporous film is improved, and it is particularly effective for the dry porosity method. From the viewpoint of productivity and pore opening, the PO density is preferably 0.85 g/cm 3 or more, preferably 0.88 g/cm 3 or more, or preferably 0.90 g/cm 3 or more. In addition, the PO density is preferably 1.1 g/cm 3 or less, preferably 1.0 g/cm 3 or less, preferably 0.98 g/cm 3 or less, preferably 0.97 g/cm 3 or less, preferably 0.96 g/cm 3 or less, preferably 0.95 g/cm 3 or less, preferably 0.94 g/cm 3 or less, preferably 0.93 g/cm 3 or less, or preferably less than 0.92 g/cm 3. Examples of PO include polypropylene and polyethylene.
要件(D)については、微多孔膜の広角X線散乱測定時に、配向割合の比MD/TDが、1.3以上であると、膜の微多孔性、架橋構造、及びイオン透過性が、所望のデバイス特性に適合する傾向にある。配向割合の比MD/TDの下限値は、膜物性とデバイス特性の適合の観点から、好ましくは1.4以上又は1.5以上であり、より好ましくは1.6以上である。配向割合の比MD/TDの上限値は、例えば、製膜プロセスに応じて、4.0以下、3.5以下、又は3.1以下であることができる。 Regarding requirement (D), when the orientation ratio MD/TD is 1.3 or more during wide-angle X-ray scattering measurement of the microporous membrane, the membrane's microporosity, crosslinked structure, and ion permeability tend to match the desired device characteristics. From the viewpoint of compatibility between the membrane properties and the device characteristics, the lower limit of the orientation ratio MD/TD is preferably 1.4 or more or 1.5 or more, and more preferably 1.6 or more. The upper limit of the orientation ratio MD/TD can be, for example, 4.0 or less, 3.5 or less, or 3.1 or less, depending on the membrane production process.
第二の実施形態に係る微多孔膜は、1種又は2種以上の官能基を有するβ晶活性ポリプロピレンを含み、蓄電デバイスへ収納された後には、(1)ポリプロピレンの官能基同士が縮合反応するか、(2)ポリプロピレンの官能基が蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)ポリプロピレンの官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成される。第二の実施形態では、β晶活性を有するポリプロピレンの溶融押出時にβ晶を有する未延伸シートを作製し、作製された未延伸シートを延伸することにより比較的結晶密度の高いα晶に結晶転移させ、両者の結晶密度差により微多孔を形成して微多孔膜を得ると、得られた微多孔膜は、上記(1)~(3)のいずれかの反応により架橋構造を形成することができ、それにより強度を保ち、150℃以上の高温下での耐破膜性を向上させることでき、蓄電デバイスのデバイス特性と安全性を両立する傾向にある。第二の実施形態に係る微多孔膜は、単数又は複数の種類のポリプロピレンを含んでよく、複数種のポリプロピレンを含む場合には、そのうちの少なくとも1種が、1種又は2種以上の官能基とβ晶活性を有する。 The microporous membrane according to the second embodiment includes a β-crystal active polypropylene having one or more functional groups, and after being stored in an electricity storage device, (1) the functional groups of the polypropylene undergo a condensation reaction with each other, (2) the functional groups of the polypropylene react with chemicals inside the electricity storage device, or (3) the functional groups of the polypropylene react with other types of functional groups to form a crosslinked structure. In the second embodiment, an unstretched sheet having β-crystals is produced during melt extrusion of polypropylene having β-crystal activity, and the unstretched sheet produced is stretched to cause crystal transition to α-crystals with a relatively high crystal density, and micropores are formed due to the difference in crystal density between the two to obtain a microporous membrane. The obtained microporous membrane can form a crosslinked structure by any of the above reactions (1) to (3), which can maintain strength and improve resistance to membrane rupture at high temperatures of 150°C or higher, and tends to balance the device characteristics and safety of the electricity storage device. The microporous membrane according to the second embodiment may contain one or more types of polypropylene, and when multiple types of polypropylene are contained, at least one of them has one or more functional groups and β-crystal activity.
第一及び第二の実施形態では、ポリプロピレンなどのポリオレフィンに含まれる官能基は、ポリオレフィンの結晶部に取り込まれず、非晶部において架橋されると考えられるので、第一及び第二の実施形態に係る微多孔膜は、蓄電デバイスへ収納された後に、周囲の環境又は蓄電デバイス内部の化学物質を利用して、架橋構造を形成し、それにより内部応力の増加又は作製された蓄電デバイスの変形を抑制し、安全性に寄与することができる。
他方、微多孔膜が蓄電デバイスへ収納される前に架橋反応を行い、巻取り・スリットなどの工程を経た場合には、その工程の際に発生した張力等の応力の影響が残留する。このとき、当該応力が蓄電デバイス組み立て後に開放された場合には、電極捲回物等のデフォーム又は応力集中による破損の原因となることが考えられるため好ましくない。
In the first and second embodiments, it is believed that functional groups contained in polyolefins such as polypropylene are not incorporated into the crystalline parts of the polyolefins but are crosslinked in the amorphous parts. Therefore, after being housed in an electricity storage device, the microporous membranes according to the first and second embodiments form a crosslinked structure by utilizing the surrounding environment or chemicals inside the electricity storage device, thereby suppressing an increase in internal stress or deformation of the produced electricity storage device and contributing to safety.
On the other hand, if the microporous membrane undergoes a crosslinking reaction and processes such as winding and slitting before being incorporated into an electricity storage device, the effects of stress such as tension generated during those processes remain. In this case, if the stress is released after the electricity storage device is assembled, it is considered that this may cause deformation or damage to the electrode windings due to stress concentration, which is not preferable.
また、第一及び第二の実施形態では、製膜プロセス中又はその直後に架橋構造を形成しなくてもよいので、微多孔膜をセパレータとして使用するときに、内部応力の増加及び蓄電デバイス作製後の変形を抑制することができ、かつ/又は架橋構造を形成するための光照射若しくは加温などを用いずに省エネルギーに寄与することができる。 In addition, in the first and second embodiments, it is not necessary to form a crosslinked structure during or immediately after the film-forming process, so that when the microporous film is used as a separator, it is possible to suppress an increase in internal stress and deformation after the production of an electricity storage device, and/or contribute to energy savings without using light irradiation or heating to form a crosslinked structure.
〔第三及び第四の実施形態〕
第三の実施形態に係る微多孔膜は、ポリオレフィンを含み、かつポリオレフィンの非晶部が架橋された非晶部架橋構造を有する。第三の実施形態では、ポリオレフィンの非晶部架橋構造が、150℃以上の高温下での耐破膜性を向上させることでき、微多孔膜がセパレータとして蓄電デバイスに組み込まれたときに、デバイス特性と安全性を両立する傾向にある。
[Third and fourth embodiments]
The microporous membrane according to the third embodiment contains a polyolefin and has an amorphous crosslinked structure in which the amorphous part of the polyolefin is crosslinked. In the third embodiment, the amorphous crosslinked structure of the polyolefin can improve resistance to membrane rupture at high temperatures of 150° C. or higher, and when the microporous membrane is incorporated into an electricity storage device as a separator, it tends to achieve both device characteristics and safety.
さらに、第三の実施形態では、微多孔膜に含まれるポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たす。第三の実施形態では、ポリオレフィン及び微多孔膜が要件(A)~(D)を満たすと、第一の実施形態において説明された要件(A)~(D)と同じ理由のために、微多孔膜の強度、製膜性、生産性、開孔性及びイオン透過性、並びに蓄電デバイス特性が向上する傾向にある。
Furthermore, in a third embodiment, the polyolefin contained in the microporous membrane satisfies the following requirements (A) to (C):
(A) the melt flow rate (MFR) measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg is 3.0 g/10 min or less;
(B) the value obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn (Mw/Mn) is 15 or less; and (C) the density is 0.85 g/ cm3 or more;
and the microporous membrane satisfies the following requirement (D):
(D) the ratio of the orientation rate in the width direction (TD) to the machine direction (MD) as measured by wide-angle X-ray scattering, MD/TD, is 1.3 or more;
In the third embodiment, when the polyolefin and the microporous membrane satisfy requirements (A) to (D), the strength, membrane formability, productivity, pore opening, and ion permeability of the microporous membrane, as well as the electricity storage device properties, tend to be improved for the same reasons as those of requirements (A) to (D) described in the first embodiment.
第四の実施形態に係る微多孔膜は、β晶活性を有するポリプロピレンを含み、かつポリプロピレンの非晶部が架橋された非晶部架橋構造を有する。第四の実施形態では、β晶活性を有するポリプロピレンの溶融押出時にβ晶を有する未延伸シートを作製し、作製された未延伸シートを延伸することにより比較的結晶密度の高いα晶に結晶転移させ、両者の結晶密度差により微多孔を形成して微多孔膜を得ると、得られた微多孔膜は、非晶部架橋構造を有するので、150℃以上の高温下での耐破膜性を向上させることでき、蓄電デバイスのデバイス特性と安全性を両立する傾向にある。第四の実施形態に係る微多孔膜は、単数又は複数の種類のポリプロピレンを含んでよく、複数種のポリプロピレンを含む場合には、そのうちの少なくとも1種が、β晶活性を有する。 The microporous membrane according to the fourth embodiment contains polypropylene having β-crystal activity, and has an amorphous crosslinked structure in which the amorphous part of the polypropylene is crosslinked. In the fourth embodiment, an unstretched sheet having β-crystals is produced during melt extrusion of polypropylene having β-crystal activity, and the unstretched sheet produced is stretched to cause crystal transition to α-crystals having a relatively high crystal density, and micropores are formed due to the difference in crystal density between the two to obtain a microporous membrane. Since the obtained microporous membrane has an amorphous crosslinked structure, it is possible to improve the membrane rupture resistance at high temperatures of 150°C or higher, and there is a tendency to achieve both the device characteristics and safety of the power storage device. The microporous membrane according to the fourth embodiment may contain one or more types of polypropylene, and when it contains multiple types of polypropylene, at least one of them has β-crystal activity.
第三及び第四の実施形態では、ポリプロピレンなどのポリオレフィンに含まれる官能基は、ポリオレフィンの結晶部に取り込まれず、非晶部において架橋されると考えられるので、第三及び第四の実施形態に係る微多孔膜は、結晶部及びその周辺が架橋し易い従来の架橋型微多孔膜と比べて、シャットダウン機能と高温耐破膜性を両立しながら内部応力の増加又は作製された蓄電デバイスの変形を抑制することができ、ひいては蓄電デバイスの安全性を確保することができる。同様の観点から、第三及び第四の実施形態に係る微多孔膜に含まれるポリオレフィンの非晶部は、好ましくは、選択的に架橋されており、より好ましくは、結晶部よりも有意に架橋されている。 In the third and fourth embodiments, it is believed that the functional groups contained in the polyolefin such as polypropylene are not incorporated into the crystalline portion of the polyolefin, but are crosslinked in the amorphous portion. Therefore, the microporous membranes according to the third and fourth embodiments can suppress an increase in internal stress or deformation of the produced electricity storage device while achieving both a shutdown function and high-temperature membrane rupture resistance, as compared with conventional crosslinked microporous membranes in which the crystalline portion and its periphery are easily crosslinked, and thus can ensure the safety of the electricity storage device. From the same viewpoint, the amorphous portion of the polyolefin contained in the microporous membranes according to the third and fourth embodiments is preferably selectively crosslinked, and more preferably is significantly crosslinked compared to the crystalline portion.
〔架橋反応機構〕
第一、第二、第三及び第四の実施形態では、架橋反応機構・架橋構造について明らかではないが、本発明者らは下記(ア)~(エ)のように考える。
[Crosslinking reaction mechanism]
In the first, second, third and fourth embodiments, the crosslinking reaction mechanism and the crosslinked structure are not clear, but the present inventors consider the following as follows (A) to (D).
(ア)ポリオレフィン系微多孔膜における結晶構造
ポリエチレン等に代表されるポリオレフィン樹脂は、図1に示すように、一般に結晶性高分子であり、結晶構造のラメラ(結晶部)、非晶部およびそれらの間の中間層部に分かれた高次構造を有する。結晶部、及び結晶部と非晶部の間の中間層部においては、高分子鎖の運動性は低く、切り分けができないが、固体粘弾性測定では0℃~120℃領域に緩和現象が観測できる。他方、非晶部は、高分子鎖の運動性が非常に高く、固体粘弾性測定では-150℃~-100℃領域に観測される。この点が、後述されるラジカルの緩和又はラジカルの移動反応、架橋反応等に関係する。
(A) Crystal structure in polyolefin microporous film Polyolefin resins, such as polyethylene, are generally crystalline polymers, as shown in FIG. 1, and have a higher-order structure divided into lamellae (crystalline parts) of the crystal structure, amorphous parts, and intermediate layers between them. In the crystalline parts and the intermediate layers between the crystalline parts and amorphous parts, the mobility of the polymer chains is low and they cannot be separated, but relaxation phenomena can be observed in the 0°C to 120°C range in solid viscoelasticity measurements. On the other hand, the mobility of the polymer chains in the amorphous parts is very high, and they are observed in the -150°C to -100°C range in solid viscoelasticity measurements. This point is related to radical relaxation or radical migration reactions, crosslinking reactions, etc., which will be described later.
また、結晶を構成するポリオレフィン分子は、単一ではなく、図2に例示されるように、複数の高分子鎖が小さなラメラを形成した後、ラメラが集合化し、結晶となる。このような現象は、直接的に観測することが難しく、近年、シミュレーションにより、学術的に研究が進められ、明らかになってきた。なお、本明細書では、結晶とは、X線構造解析により計測される最小結晶の単位であり、結晶子サイズとして算出できる単位である。このように、結晶部(ラメラ内部)といえども、結晶中にも一部拘束されずに、運動性がやや高い部分が存在すると予測される。 In addition, the polyolefin molecules that make up the crystals are not single, but rather, as shown in Figure 2, multiple polymer chains form small lamellae, which then aggregate to form crystals. This phenomenon is difficult to observe directly, but in recent years, academic research has progressed through simulations and has become clearer. In this specification, a crystal is the smallest crystal unit measured by X-ray structural analysis, and is a unit that can be calculated as the crystallite size. In this way, even in the crystalline portion (inside the lamella), it is predicted that there are parts that are not constrained and have somewhat high mobility.
(イ)電子線による架橋反応機構
次に、高分子への電子線架橋(以下、EB架橋という)の反応機構は、以下のとおりである。
(i)数十kGyから数百kGyの電子線の照射、
(ii)反応対象物(高分子)への電子線の透過と二次電子発生、
(iii)二次電子による高分子鎖中の水素の引き抜き反応とラジカル発生、
(iv)ラジカルによる隣接水素の引き抜きと活性点の移動、(v)ラジカル同士の再結合による架橋反応またはポリエン形成。
ここで、結晶部に発生したラジカルについては、運動が乏しいため、長期間に亘り存在し、かつ不純物等が結晶内へ進入できないため、反応・消光の確率が低い。このようなラジカル種は、Stable Radicalと呼ばれており、数ヶ月という長い期間で残存し、ESR測定によって寿命が明らかになる。結果として、結晶内における架橋反応は乏しいと考えられる。しかしながら、結晶内部に僅かに存在する、拘束されていない分子鎖又は周辺の結晶-非晶中間層部では、発生したラジカルは、やや長い寿命を有する。このようなラジカル種は、Persistent Radicalと呼ばれており、運動性のある環境下では、高い確率で分子鎖間の架橋反応が進行すると考えられる。一方、非結晶部は運動性が非常に高いため、発生したラジカル種は寿命が短く、分子鎖間の架橋反応だけではなく、一本の分子鎖内のポリエン反応も高確率で進行すると考えられる。
以上の様に、結晶レベルのミクロな視野においては、EB架橋による架橋反応は結晶内部又はその周辺が局在していると推測できる。
(a) Crosslinking Reaction Mechanism by Electron Beam The reaction mechanism of electron beam crosslinking (hereinafter referred to as EB crosslinking) of a polymer is as follows.
(i) Irradiation with an electron beam of several tens to several hundreds of kGy;
(ii) Penetration of the electron beam into the reaction target (polymer) and generation of secondary electrons;
(iii) Hydrogen abstraction reaction in polymer chains by secondary electrons and generation of radicals;
(iv) Abstraction of adjacent hydrogen by radicals and migration of active sites, and (v) recombination of radicals to form crosslinking reactions or polyenes.
Here, the radicals generated in the crystal portion have poor mobility, so they exist for a long period of time, and impurities cannot enter the crystal, so the probability of reaction and quenching is low. Such radical species are called stable radicals, and remain for a long period of time, such as several months, and their lifetimes are clarified by ESR measurement. As a result, crosslinking reactions in the crystal are considered to be poor. However, in the unconstrained molecular chains or the peripheral crystal-amorphous intermediate layer portions that are present in small amounts inside the crystal, the generated radicals have a somewhat long lifetime. Such radical species are called persistent radicals, and in an environment with mobility, crosslinking reactions between molecular chains are considered to proceed with a high probability. On the other hand, since the mobility of the amorphous portion is very high, the generated radical species have a short lifetime, and it is considered that not only crosslinking reactions between molecular chains but also polyene reactions within a single molecular chain proceed with a high probability.
As described above, in a microscopic view at the crystal level, it can be assumed that the crosslinking reaction caused by EB crosslinking is localized inside the crystal or in its periphery.
(ウ)化学反応による架橋反応機構
前述のように、ポリオレフィン樹脂には結晶部と非晶部が存在する。しかし、前述の官能基は、立体障害のため結晶内部には存在せず、非晶部に局在する。このことは、一般的に知られており、ポリエチレン鎖状に僅かに含まれるメチル基のようなユニットは結晶中に取り込まれることはあるが、エチル基より嵩高いグラフトは取り込まれることはない(「基礎高分子化学」東京化学同人 発行)。このため、電子線架橋と異なる反応による架橋点は、非晶部のみに局在する。
(c) Mechanism of crosslinking reaction by chemical reaction As mentioned above, polyolefin resins have crystalline and amorphous parts. However, the functional groups mentioned above are not present inside the crystals due to steric hindrance, but are localized in the amorphous parts. This is generally known, and although units such as methyl groups contained in small amounts in polyethylene chains can be incorporated into crystals, grafts that are bulkier than ethyl groups are not incorporated ("Basic Polymer Chemistry", published by Tokyo Kagaku Dojin). For this reason, crosslinking points caused by reactions different from electron beam crosslinking are localized only in the amorphous parts.
(エ)架橋構造の違いと効果との関係
微多孔膜中に架橋構造を形成するためには、ポリオレフィン樹脂中の官能基と蓄電デバイス中に含まれる化学物質との組み合わせを用いるか、又は蓄電デバイス中に含まれる化学物質を、触媒として用いることが好ましい。蓄電デバイス内部の化学反応による架橋反応では、使用原料又は触媒等に応じて、反応生成物のモルフォロジーが相違する。本発明に至るまでの研究では、架橋構造の解明及び構造変化に伴うに微多孔膜の物性変化を明らかにするために、以下の実験により現象解明に至った。
(E) Relationship between Differences in Crosslinking Structure and Effects In order to form a crosslinking structure in a microporous membrane, it is preferable to use a combination of a functional group in a polyolefin resin and a chemical substance contained in an electricity storage device, or to use a chemical substance contained in an electricity storage device as a catalyst. In a crosslinking reaction caused by a chemical reaction inside an electricity storage device, the morphology of the reaction product differs depending on the raw material or catalyst used. In the research leading to the present invention, the phenomenon was elucidated by the following experiments in order to clarify the crosslinking structure and the change in the physical properties of the microporous membrane due to the change in structure.
EB架橋または化学架橋(前)未実施の膜と、化学架橋膜とについて、ヒューズ/メルトダウン特性試験により、両者の結晶融解時の挙動を調べた。結果、EB架橋処理した膜は、ヒューズ温度が著しく高くなり、メルトダウン温度は200以上まで上昇する。一方、化学架橋膜は、架橋処理前後において、ヒューズ温度は変化が見られず、メルトダウン温度は200℃以上まで上昇したことが確認された。このことから、結晶融解によって発生するヒューズ特性において、EB架橋膜は、結晶部周辺が架橋したため、融解温度の上昇、融解速度の低下が原因であったと考えられる。一方、化学架橋膜は、結晶部に架橋構造がないため、ヒューズ特性へ変化を及ぼさないと断定した。また、200℃前後の高温領域では、両者とも結晶融解後、架橋構造を有するため、樹脂物全体がゲル状態で安定化でき、良いメルトダウン特性を得られる。 A fuse/meltdown characteristic test was conducted to examine the behavior of both films during crystal melting, one that had not been EB crosslinked or chemically crosslinked (before) and one that had been chemically crosslinked. As a result, the fuse temperature of the EB crosslinked film was significantly higher, with the meltdown temperature rising to 200°C or higher. On the other hand, the fuse temperature of the chemically crosslinked film remained unchanged before and after crosslinking, and it was confirmed that the meltdown temperature rose to 200°C or higher. From this, it is believed that the fuse characteristics caused by crystal melting in the EB crosslinked film were due to crosslinking around the crystals, which caused the melting temperature to rise and the melting rate to decrease. On the other hand, it was concluded that the chemically crosslinked film did not have a crosslinked structure in the crystals, so there was no change in the fuse characteristics. In addition, in the high temperature range of around 200°C, both films have a crosslinked structure after crystal melting, so the entire resin can be stabilized in a gel state, resulting in good meltdown characteristics.
上記の知見を下表1にまとめる。
The above findings are summarized in Table 1 below.
第一及び第三の実施形態では、(1)ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンの官能基同士の縮合反応は、例えば、ポリオレフィンに含まれる2つ以上の官能基Aの共有結合を介した反応であることができる。また、(3)ポリオレフィンの官能基と他の種類の官能基との反応は、例えば、ポリオレフィンに含まれる官能基Aと官能基Bの共有結合を介した反応であることができる。 In the first and third embodiments, (1) the condensation reaction between functional groups of polyolefins such as polyethylene and polypropylene can be, for example, a reaction via a covalent bond between two or more functional groups A contained in the polyolefin. Also, (3) the reaction between a functional group of a polyolefin and another type of functional group can be, for example, a reaction via a covalent bond between a functional group A and a functional group B contained in the polyolefin.
第一及び第三の実施形態では、(2)ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンの官能基と蓄電デバイス内部の化学物質との反応において、例えば、ポリオレフィンに含まれる官能基Aは、蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかと共有結合又は配位結合を形成することができる。また、反応(2)によれば、セパレータ内部だけでなく、セパレータと電極の間又はセパレータと固体電解質界面(SEI)の間にも架橋構造を形成して、蓄電デバイスの複数の部材間の強度を向上させることができる。 In the first and third embodiments, (2) in the reaction between the functional group of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene and a chemical substance inside the electricity storage device, for example, the functional group A contained in the polyolefin can form a covalent bond or a coordinate bond with any of the electrolyte, electrolytic solution, electrode active material, additives, or decomposition products thereof contained in the electricity storage device. In addition, according to reaction (2), a cross-linked structure can be formed not only inside the separator, but also between the separator and the electrode or between the separator and the solid electrolyte interface (SEI), thereby improving the strength between multiple components of the electricity storage device.
第一、第二、第三及び第四の実施形態に係る微多孔膜は、非晶部架橋構造の形成、シャットダウン機能と高温耐破膜性の両立などの観点から、下記式(I):
RE’X=E’Z/E’z0 (I)
{式中、E’Zは、微多孔膜の架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’z0は、微多孔膜が蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率である。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)、及び/又は下記式(III):
RE’’X=E’’Z/E’’Z0 (III)
{式中、E’’Zは、微多孔膜の架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された損失弾性率であり、かつ
E’’Z0は、微多孔膜が蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された損失弾性率である。}
により定義される混合損失弾性率比(RE’’x)が、好ましくは1.2倍~20倍、より好ましくは2.0倍~18倍、さらに好ましくは3.0倍~16.5倍である。なお、E’Z及びE’z0とE’’Z及びE’’z0とは、それぞれ160℃~300℃を最も広い温度領域としたときに、測定装置の設定温度範囲内で測定された貯蔵弾性率又は損失弾性率の平均値である。また、積層膜の場合には、積層膜からポリオレフィン系微多孔膜のみを取り外して貯蔵弾性率E’Z及びE’z0と損失弾性率E’’Z及びE’’z0を測定するものとする。E’Z、E’z0、E’’Z又はE’’z0である弾性率の測定条件は、実施例に記載される。
The microporous membranes according to the first, second, third and fourth embodiments have, from the viewpoints of forming an amorphous part crosslinked structure, achieving both a shutdown function and high-temperature membrane rupture resistance, a polymerizable compound represented by the following formula (I):
R E 'X = E ' Z / E ' Z0 (I)
{In the formula, E'Z is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C after the crosslinking reaction of the microporous membrane has progressed in the electricity storage device, and E'z0 is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C before the microporous membrane is incorporated into the electricity storage device.}
and/or a mixed storage modulus ratio (R E′x ) defined by the following formula (III):
R E '' X = E '' Z / E '' Z 0 (III)
{In the formula, E″ Z is the loss modulus measured in a temperature range of 160° C. to 300° C. after the crosslinking reaction of the microporous membrane has progressed in the electricity storage device, and E″ Z0 is the loss modulus measured in a temperature range of 160° C. to 300° C. before the microporous membrane is incorporated into the electricity storage device.}
The mixed loss modulus ratio (R E''x ) defined by is preferably 1.2 to 20 times, more preferably 2.0 to 18 times, and even more preferably 3.0 to 16.5 times. E' Z and E' z0 , and E'' Z and E'' z0 are respectively average values of storage modulus or loss modulus measured within the set temperature range of the measuring device when the widest temperature range is 160°C to 300°C. In addition, in the case of a laminated film, only the polyolefin microporous film is removed from the laminated film to measure the storage modulus E' Z and E' z0 and the loss modulus E'' Z and E'' z0 . The measurement conditions for the modulus E' Z , E' z0 , E'' Z or E'' z0 are described in the Examples.
第一、第二、第三及び第四の実施形態に係るセパレータは、非晶部架橋構造の形成、シャットダウン機能と高温耐破膜性の両立などの観点から、下記式(II):
RE’mix=E’/E’0 (II)
{式中、E’は、非晶部架橋構造を有する微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’0は、非晶部架橋構造を有しない微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率である。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’mix)、及び/又は下記式(IV):
RE’’mix=E’’/E’’0 (IV)
{式中、E’’は、微多孔膜が非晶部架橋構造を有するときに160℃~300℃で測定された損失弾性率であり、かつ
E’’0は、非晶部架橋構造を有しない微多孔膜の160℃~300℃で測定された損失弾性率である。}
により定義される混合損失弾性率比(RE’’mix)が、好ましくは1.2倍~20倍、より好ましくは2.0倍~18倍、さらに好ましくは3.0倍~17倍である。なお、E’及びE’0とE’’及びE’’0は、それぞれ160℃~300℃を最も広い温度領域としたときに、測定装置の設定温度範囲内で測定された貯蔵弾性率又は損失弾性率の平均値である。また、積層膜の場合には、積層膜からポリオレフィン系微多孔膜のみを取り外して貯蔵弾性率E’及びE’0と損失弾性率E’’及びE’’0を測定するものとする。E’、E’0、E’’又はE’’0である弾性率の測定条件は、実施例に記載される。
In the separators according to the first, second, third and fourth embodiments, from the viewpoints of forming an amorphous part crosslinked structure, achieving both a shutdown function and high-temperature resistance to film rupture, etc., a polyimide having a structure represented by the following formula (II):
R E'mix = E'/E' 0 (II)
{In the formula, E' is the storage modulus of a microporous membrane having an amorphous crosslinked structure measured at 160°C to 300°C, and E'0 is the storage modulus of a microporous membrane not having an amorphous crosslinked structure measured at 160°C to 300°C.}
and/or a mixed storage modulus ratio (R E′mix ) defined by the following formula (IV):
R E ″ mix = E ″ / E ″ 0 (IV)
{In the formula, E'' is the loss modulus measured at 160°C to 300°C when the microporous membrane has an amorphous crosslinked structure, and E''0 is the loss modulus measured at 160°C to 300°C of a microporous membrane that does not have an amorphous crosslinked structure.}
The mixed loss modulus ratio (R E''mix ) defined by is preferably 1.2 to 20 times, more preferably 2.0 to 18 times, and even more preferably 3.0 to 17 times. E' and E'0 and E'' and E''0 are respectively average values of the storage modulus or loss modulus measured within the set temperature range of the measuring device when the widest temperature range is 160°C to 300°C. In the case of a laminated film, the storage modulus E' and E'0 and the loss modulus E'' and E''0 are measured by removing only the polyolefin microporous film from the laminated film. The measurement conditions for the modulus E', E'0 , E'' or E''0 are described in the Examples.
第一、第二、第三及び第四の実施形態に係る微多孔膜の構成要素について以下に説明する。 The components of the microporous membranes according to the first, second, third and fourth embodiments are described below.
〔ポリオレフィン〕
微多孔膜を構成するポリオレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、エチレン若しくはプロピレンのホモ重合体、又はエチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、及びノルボルネンから成る群より選ばれる少なくとも2つのモノマーから形成される共重合体などが挙げられる。この中でも、湿式又は乾式での多孔化が容易であるという観点から、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリプロピレン、ポリブテン、又はそれらの組み合わせが好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。一般に、UHMWPEの重量平均分子量は、1,000,000以上であることが知られている。なお、ポリオレフィンは、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
[Polyolefin]
The polyolefin constituting the microporous membrane is not particularly limited, and examples thereof include homopolymers of ethylene or propylene, or copolymers formed from at least two monomers selected from the group consisting of ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene, and norbornene. Among these, from the viewpoint of ease of making the membrane porous in a wet or dry manner, high density polyethylene, low density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), polypropylene, polybutene, or a combination thereof is preferred, and polypropylene is more preferred. In general, it is known that the weight average molecular weight of UHMWPE is 1,000,000 or more. The polyolefin may be used alone or in combination of two or more kinds.
また、ポリオレフィンの重量平均分子量(Mw)は、上記で説明された要件(B)の分散度(Mw/Mn)が15以下になるように任意に決定されることができ、そして微多孔膜の熱収縮性及び蓄電デバイスの安全性の観点から、好ましくは10,000~2,000,000であり、より好ましくは20,000~1,500,000であり、さらに好ましくは30,000~1,000,000である。同様の観点から、微多孔膜は、10,000~2,000,000のMwを有するポリオレフィンを、原料ポリオレフィン全体に対して、好ましくは3~25質量%含み、より好ましくは5~20質量%含む。 The weight average molecular weight (Mw) of the polyolefin can be arbitrarily determined so that the dispersity (Mw/Mn) of requirement (B) described above is 15 or less, and from the viewpoints of the heat shrinkability of the microporous membrane and the safety of the electricity storage device, it is preferably 10,000 to 2,000,000, more preferably 20,000 to 1,500,000, and even more preferably 30,000 to 1,000,000. From the same viewpoint, the microporous membrane contains preferably 3 to 25 mass %, more preferably 5 to 20 mass %, of polyolefin having an Mw of 10,000 to 2,000,000 based on the total raw material polyolefin.
〔1種又は2種以上の官能基を有するポリオレフィン〕
微多孔膜は、架橋構造の形成、耐酸化還元劣化及び緻密で均一な多孔質構造の観点から、1種又は2種以上の官能基を有するポリオレフィンとして、官能基変性ポリオレフィン、又は官能基を有する単量体を共重合されたポリオレフィンを含むことが好ましい。なお、本明細書では、官能基変性ポリオレフィンとは、ポリオレフィンの製造後に官能基を結合させた物をいう。官能基は、ポリオレフィン骨格に結合するか、又はコモノマーに導入可能なものであり、好ましくは、ポリオレフィン非晶部の選択的な架橋に関与するものであり、例えば、カルボキシル基、ヒドロキシ基、カルボニル基、重合性不飽和炭化水素基、イソシアネート基、エポキシ基、シラノール基、ヒドラジド基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、アセトアセチル基、アジリジン基、エステル基、活性エステル基、カーボネート基、アジド基、鎖状又は環状ヘテロ原子含有炭化水素基、アミノ基、スルフヒドリル基、金属キレート基、及びハロゲン含有基から成る群から選択される少なくとも1つであることができる。
[Polyolefins having one or more functional groups]
From the viewpoints of forming a crosslinked structure, resistance to oxidation-reduction deterioration, and dense and uniform porous structure, the microporous membrane preferably contains a functional group-modified polyolefin or a polyolefin copolymerized with a monomer having a functional group as a polyolefin having one or more functional groups. In this specification, functional group-modified polyolefin refers to a polyolefin to which a functional group is bonded after production. The functional group is bonded to the polyolefin skeleton or can be introduced into a comonomer, and is preferably involved in selective crosslinking of the amorphous part of the polyolefin, and can be at least one selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a polymerizable unsaturated hydrocarbon group, an isocyanate group, an epoxy group, a silanol group, a hydrazide group, a carbodiimide group, an oxazoline group, an acetoacetyl group, an aziridine group, an ester group, an active ester group, a carbonate group, an azide group, a linear or cyclic heteroatom-containing hydrocarbon group, an amino group, a sulfhydryl group, a metal chelate group, and a halogen-containing group.
〔複数の種類のポリプロピレン〕
微多孔膜の強度、イオン透過性、耐酸化還元劣化及び緻密で均一な多孔質構造などの観点から、微多孔膜は、1種又は2種以上の官能基を有するポリオレフィンと、その他のポリオレフィンとの両方を含むことが好ましく、より好ましくは、第一のポリプロピレン(A)と、ポリプロピレン(A)とは区別されることができて官能基を有する第二のポリプロピレン(B)との両方を含む。
[Multiple types of polypropylene]
From the viewpoints of the strength, ion permeability, resistance to oxidation-reduction degradation, and dense, uniform porous structure of the microporous membrane, it is preferable that the microporous membrane contains both a polyolefin having one or more functional groups and another polyolefin, and more preferably contains both a first polypropylene (A) and a second polypropylene (B) that can be distinguished from the polypropylene (A) and has functional groups.
第一のポリプロピレン(A)は、微多孔膜の強度、製膜性、生産性及び開孔性の観点から、下記要件(P1)~(P3):
(P1)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のMFRが、2.5g/10min以下である;
(P2)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、10以下である;及び
(P3)密度が0.89g/cm3以上である:
を満たすホモポリプロピレン(A)であることが好ましい。ホモポリプロピレン(A)の要件(P1)については、MFRは、より好ましくは、0.25~2.4g/10minである。要件(P2)については、ホモポリプロピレン(A)の分散度(Mw/Mn)は、より好ましくは4.9~9.0である。要件(P3)については、ホモポリプロピレン(A)の密度は、より好ましくは、0.90g/cm3以上かつ0.96g/cm3以下、又は0.90g/cm3以上かつ0.93g/cm3以下である。
The first polypropylene (A) satisfies the following requirements (P1) to (P3) from the viewpoints of the strength, film formability, productivity, and pore openability of the microporous membrane:
(P1) The MFR, measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg, is 2.5 g/10 min or less;
(P2) the value (Mw/Mn) obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn is 10 or less; and (P3) the density is 0.89 g/ cm3 or more:
It is preferable that the homopolypropylene (A) satisfies the following requirement (P1). With respect to the requirement (P2), the homopolypropylene (A) has a polydispersity (Mw/Mn) of more preferably 4.9 to 9.0. With respect to the requirement (P3), the homopolypropylene (A) has a density of more preferably 0.90 g/cm 3 or more and 0.96 g/cm 3 or less , or 0.90 g/cm 3 or more and 0.93 g/cm 3 or less.
他方、官能基を有する第二のポリプロピレン(B)は、上記要件(P1)~(P3)の少なくとも1つを満たさず、かつ少なくとも1種の官能基を有するポリプロピレンであり、ホモポリマーでもコポリマーでもよい。ポリプロピレン(B)は、官能基として、例えば、カルボキシル基、ヒドロキシ基、カルボニル基、重合性不飽和炭化水素基、イソシアネート基、エポキシ基、シラノール基、ヒドラジド基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、アセトアセチル基、アジリジン基、エステル基、活性エステル基、カーボネート基、アジド基、鎖状又は環状ヘテロ原子含有炭化水素基、アミノ基、スルフヒドリル基、金属キレート基、及びハロゲン含有基から成る群から選択される少なくとも1つを有してよく、中でも、架橋構造の形成の観点からシラン変性ポリプロピレンであることが好ましい。 On the other hand, the second polypropylene (B) having a functional group is a polypropylene that does not satisfy at least one of the above requirements (P1) to (P3) and has at least one functional group, and may be a homopolymer or a copolymer. The polypropylene (B) may have at least one functional group selected from the group consisting of, for example, a carboxyl group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a polymerizable unsaturated hydrocarbon group, an isocyanate group, an epoxy group, a silanol group, a hydrazide group, a carbodiimide group, an oxazoline group, an acetoacetyl group, an aziridine group, an ester group, an active ester group, a carbonate group, an azide group, a linear or cyclic heteroatom-containing hydrocarbon group, an amino group, a sulfhydryl group, a metal chelate group, and a halogen-containing group, and among these, it is preferable that the polypropylene is a silane-modified polypropylene from the viewpoint of forming a crosslinked structure.
微多孔膜においてポリプロピレン(A)と(B)を併用する場合には、微多孔膜中のポリプロピレン(B)の含有割合が、強度と架橋性のバランスの観点から、30質量%以下であることが好ましく、より好ましくは4~25質量%、さらに好ましくは5~20質量%である。 When polypropylene (A) and (B) are used in combination in a microporous membrane, the content of polypropylene (B) in the microporous membrane is preferably 30% by mass or less, more preferably 4 to 25% by mass, and even more preferably 5 to 20% by mass, from the viewpoint of the balance between strength and crosslinkability.
〔架橋反応〕
微多孔膜の架橋構造は、セパレータとして使用されたときのシャットダウン機能と高温耐破膜性の両立及び耐蓄電デバイスの安全性に寄与し、好ましくはポリオレフィンの非晶部に形成される。架橋構造は、例えば、共有結合、水素結合又は配位結合のいずれかを介した反応により形成されることができる。中でも、共有結合を介した反応は、下記反応(I)~(IV):
(I)複数の同一官能基の縮合反応
(II)複数の異種官能基間の反応
(III)官能基と電解液の連鎖縮合反応
(IV)官能基と添加剤の連鎖縮合反応
から成る群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。
また、配位結合を介した反応は、下記反応(V):
(V)複数の同一官能基が、溶出金属イオンとの配位結合を介して架橋する反応
であることが好ましい。
[Crosslinking reaction]
The crosslinked structure of the microporous membrane contributes to both the shutdown function and high-temperature membrane rupture resistance when used as a separator, and to the safety of the storage device, and is preferably formed in the amorphous portion of the polyolefin. The crosslinked structure can be formed, for example, by a reaction via a covalent bond, a hydrogen bond, or a coordinate bond. Among them, the reaction via a covalent bond is represented by the following reactions (I) to (IV):
(I) a condensation reaction of a plurality of identical functional groups; (II) a reaction between a plurality of different functional groups; (III) a chain condensation reaction between a functional group and an electrolyte; and (IV) a chain condensation reaction between a functional group and an additive.
The reaction via a coordinate bond is represented by the following reaction (V):
(V) A reaction in which a plurality of identical functional groups crosslink via coordinate bonds with eluted metal ions is preferred.
反応(I)
微多孔膜の第一官能基をAとして、反応(I)の模式的スキーム及び具体例を以下に示す。
A schematic scheme and specific examples of reaction (I) are shown below, where the first functional group of the microporous membrane is A.
反応(I)のための官能基Aがシラノール基である場合には、微多孔膜に含まれるポリオレフィンは、シラングラフト変性されていることが好ましい。シラングラフト変性ポリオレフィンは、主鎖がポリオレフィンであり、その主鎖にアルコキシシリルをグラフトとして有する構造で構成されている。なお、前記アルコキシシリルに置換したアルコキシドは、例えば、メトキシド、エトキシド、ブトキシドなどが挙げられる。例えば、上記式中、Rは、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、イソブチル、tert-ブチルなどであることができる。また、主鎖とグラフト間は共有結合で繋いでおり、アルキル、エーテル、グリコール又はエステルなどの構造が挙げられる。本実施形態に係る微多孔膜の製造プロセスを考慮すると、シラングラフト変性ポリオレフィンは、架橋処理工程の前の段階では、炭素に対するケイ素の割合(Si/C)が、0.2~1.8%であることが好ましく、0.5~1.7%であることがより好ましい。 When the functional group A for reaction (I) is a silanol group, the polyolefin contained in the microporous membrane is preferably silane-graft modified. The silane-graft modified polyolefin has a structure in which the main chain is a polyolefin and the main chain has an alkoxysilyl as a graft. Examples of the alkoxide substituted with the alkoxysilyl include methoxide, ethoxide, and butoxide. For example, in the above formula, R can be methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl, tert-butyl, and the like. In addition, the main chain and the graft are connected by a covalent bond, and examples of the structure include alkyl, ether, glycol, and ester. Considering the manufacturing process of the microporous membrane according to this embodiment, the silane-graft modified polyolefin preferably has a silicon to carbon ratio (Si/C) of 0.2 to 1.8%, and more preferably 0.5 to 1.7%, before the crosslinking treatment step.
反応(II)
微多孔膜の第一官能基をA、かつ第二官能基をBとして、反応(II)の模式的スキーム及び具体例を以下に示す。
A schematic scheme and specific examples of reaction (II) are shown below, where the first functional group of the microporous membrane is A and the second functional group is B.
反応(I)と反応(II)は、触媒作用を受けることができ、例えば、微多孔膜がセパレータとして組み込まれる蓄電デバイス内部の化学物質により触媒的に促進されることができる。化学物質は、例えば、蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかであることができる。 Reactions (I) and (II) can be catalyzed, for example, catalytically promoted, by a chemical inside the energy storage device in which the microporous membrane is incorporated as a separator. The chemical can be, for example, an electrolyte, an electrolytic solution, an electrode active material, an additive, or any of their decomposition products contained in the energy storage device.
反応(III)
微多孔膜の第一官能基をA、かつ電解液をSolとして、反応(III)の模式的スキーム及び具体例を以下に示す。
A schematic scheme and specific examples of reaction (III) are shown below, where the first functional group of the microporous membrane is A and the electrolyte solution is Sol.
反応(IV)
微多孔膜の第一官能基をA、所望により組み込まれる第二官能基をB、かつ添加剤をAddとして、反応(IV)の模式的スキームを以下に示す。
A schematic scheme of reaction (IV) is shown below, where the first functional group of the microporous membrane is A, the second functional group that is optionally incorporated is B, and the additive is Add.
反応(IV)は、上記スキームにおいて点線で表される共有結合の形成の観点から、微多孔膜を構成する化合物Rxと添加剤(Add)を構成する化合物Ryとの求核置換反応、求核付加反応又は開環反応であることが好ましい。化合物Rxは、微多孔膜に含まれるポリオレフィン、例えばポリエチレン又はポリプロピレンなどでよく、好ましくは、ポリオレフィンは、官能基xにより、例えば、-OH、-NH2、-NH-、-COOH及び-SHから成る群から選択される少なくとも1つにより変性される。 From the viewpoint of forming a covalent bond represented by the dotted line in the above scheme, reaction (IV) is preferably a nucleophilic substitution reaction, a nucleophilic addition reaction, or a ring-opening reaction between compound Rx constituting the microporous membrane and compound Ry constituting the additive (Add). Compound Rx may be a polyolefin contained in the microporous membrane, such as polyethylene or polypropylene, and preferably the polyolefin is modified with functional group x, for example, at least one selected from the group consisting of -OH, -NH 2 , -NH-, -COOH, and -SH.
複数の化合物Rxは、添加剤としての化合物Ryを介して架橋されるので、化合物Ryは、2つ以上の連結反応ユニットy1を有することが好ましい。複数の連結反応ユニットy1は、化合物Rxの官能基xと求核置換反応、求核付加反応又は開環反応を起こすことができる限り、任意の構造又は基でよく、置換又は非置換でよく、ヘテロ原子又は無機物を含んでよく、互いに同一でも異なってもよい。また、化合物Ryは鎖状構造を有するときには、複数の連結反応ユニットy1は、それぞれ独立に、末端基であるか、主鎖に組み込まれるか、又は側鎖若しくはペンダントであることができる。 Since the multiple compounds Rx are crosslinked via the compound Ry as an additive, it is preferable that the compound Ry has two or more linking reaction units y 1. The multiple linking reaction units y 1 may be any structure or group, may be substituted or unsubstituted, may contain heteroatoms or inorganic substances, and may be the same or different from each other, as long as they can undergo a nucleophilic substitution reaction, a nucleophilic addition reaction, or a ring-opening reaction with the functional group x of the compound Rx. In addition, when the compound Ry has a chain structure, the multiple linking reaction units y 1 may each independently be an end group, be incorporated into the main chain, or be a side chain or pendant.
反応(IV)が求核置換反応である場合、あくまでも一例として、化合物Rxの官能基xを求核性基と見なし、かつ化合物Ryの連結反応ユニットy1を脱離基と見なして以下に説明するが、本実施形態では、官能基xと連結反応ユニットy1は、求核性に応じて、いずれも脱離基になることができるものとする。 When reaction (IV) is a nucleophilic substitution reaction, the following description will be given by regarding the functional group x of compound Rx as a nucleophilic group and the linking reaction unit y1 of compound Ry as a leaving group, merely as an example. In this embodiment, however, both the functional group x and the linking reaction unit y1 can be a leaving group depending on their nucleophilicity.
求核試剤の観点から、化合物Rxの官能基xは、酸素系求核基、窒素系求核基、硫黄系求核基であることが好ましい。酸素系求核基としては、水酸基、アルコキシ基、エーテル基、カルボキシル基などが挙げられ、中でも-OH及び-COOHが好ましい。窒素系求核基としては、アンモニウム基、第一アミノ基、第二アミノ基などが挙げられ、中でも-NH2及び-NH-が好ましい。硫黄系求核基としては、例えば、-SH、チオエーテル基などが挙げられ、-SHが好ましい。 From the viewpoint of the nucleophilic agent, the functional group x of the compound Rx is preferably an oxygen-based nucleophilic group, a nitrogen-based nucleophilic group, or a sulfur-based nucleophilic group. Examples of the oxygen-based nucleophilic group include a hydroxyl group, an alkoxy group, an ether group, and a carboxyl group, among which -OH and -COOH are preferred. Examples of the nitrogen-based nucleophilic group include an ammonium group, a primary amino group, and a secondary amino group, among which -NH2 and -NH- are preferred. Examples of the sulfur-based nucleophilic group include, for example, -SH and a thioether group, among which -SH is preferred.
反応(IV)が求核置換反応である場合には、脱離基の観点から、化合物Ryの連結反応ユニットy1としては、CH3SO2-、CH3CH2SO2-などのアルキルスルホニル基;アリールスルホニル基(-ArSO2-);CF3SO2-、CCl3SO2-などのハロアルキルスルホニル基;CH3SO3
--、CH3CH2SO3
--などのアルキルスルホネート基;アリールスルホネート基(ArSO3
--);CF3SO3
--、CCl3SO3
--などのハロアルキルスルホネート基;及び複素環式基が好ましく、これらを単独で又は複数種の組み合わせとして使用することができる。複素環に含まれるヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子などが挙げられ、中でも、脱離性の観点から、窒素原子が好ましい。複素環に窒素原子が含まれている脱離基としては、下記式(y1-1)~(y1-6):
で表される1価の基が好ましい。
When the reaction (IV) is a nucleophilic substitution reaction, from the viewpoint of the leaving group, the linking reaction unit y 1 of the compound Ry is preferably an alkylsulfonyl group such as CH 3 SO 2 - or CH 3 CH 2 SO 2 -; an arylsulfonyl group (-ArSO 2 -); a haloalkylsulfonyl group such as CF 3 SO 2 - or CCl 3 SO 2 -; an alkylsulfonate group such as CH 3 SO 3 - - or CH 3 CH 2 SO 3 - -; an arylsulfonate group (ArSO 3 - -); a haloalkylsulfonate group such as CF 3 SO 3 - - or CCl 3 SO 3 - -; and a heterocyclic group, which can be used alone or in combination of a plurality of kinds. Examples of the heteroatom contained in the heterocycle include a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom, and among them, a nitrogen atom is preferable from the viewpoint of leaving property. Examples of the leaving group containing a nitrogen atom in the heterocycle include the following formulae (y 1 -1) to (y 1 -6):
A monovalent group represented by the following formula is preferred.
式(y1-1)~(y1-6)において、Xは、水素原子又は1価の置換基である。1価の置換基としては、例えば、アルキル基、ハロアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子などが挙げられる。 In formulae (y 1 -1) to (y 1 -6), X is a hydrogen atom or a monovalent substituent. Examples of the monovalent substituent include an alkyl group, a haloalkyl group, an alkoxyl group, and a halogen atom.
反応(IV)が求核置換反応であり、かつ化合物Ryが鎖状構造を有する場合には、化合物Ryは、連結反応ユニットy1に加えて、鎖状ユニットy2として、下記式(y2-1)~(y2-6):
で表される2価の基から成る群から選択される少なくとも1つを有することが好ましい。また、化合物Ryに複数の鎖状ユニットy2が含まれる場合には、それらは、互いに同一でも異なっていてもよく、それらの配列はブロックでもランダムでもよい。
When the reaction (IV) is a nucleophilic substitution reaction and the compound Ry has a chain structure, the compound Ry has, in addition to the linking reaction unit y1 , the following formulae ( y2-1 ) to ( y2-6 ) as the chain unit y2 :
In addition, when the compound Ry contains a plurality of chain units y2 , they may be the same or different from each other, and their arrangement may be block or random.
式(y2-1)において、mは、0~20の整数であり、架橋網目の観点から、好ましくは1~18である。式(y2-1)~(y2-6)において、nは、1~20の整数であり、架橋網目の観点から、好ましくは2~19又は3~16である。式(y2-5)~(y2-6)において、Xは、炭素数1~20のアルキレン基、又はアリーレン基であり、鎖状構造の安定性の観点から、好ましくは、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、n-ブチレン基、n-ヘキシレン基、n-ヘプチレン基、n-オクチレン基、n-ドデシレン基、о-フェニレン基、m-フェニレン基、又はp-フェニレン基である。 In formula (y 2 -1), m is an integer of 0 to 20, and from the viewpoint of the crosslinked network, preferably 1 to 18. In formulas (y 2 -1) to (y 2 -6), n is an integer of 1 to 20, and from the viewpoint of the crosslinked network, preferably 2 to 19 or 3 to 16. In formulas (y 2 -5) to (y 2 -6), X is an alkylene group or an arylene group having 1 to 20 carbon atoms, and from the viewpoint of the stability of the chain structure, preferably a methylene group, an ethylene group, an n-propylene group, an n-butylene group, an n-hexylene group, an n-heptylene group, an n-octylene group, an n-dodecylene group, an o-phenylene group, an m-phenylene group, or a p-phenylene group.
反応(IV)が求核置換反応である場合について、化合物Rxの官能基xと、化合物Ryの連結反応ユニットy1及び鎖状ユニットy2との好ましい組み合わせを下記表2~4に示す。 When reaction (IV) is a nucleophilic substitution reaction, preferred combinations of the functional group x of compound Rx and the linking reaction unit y1 and chain unit y2 of compound Ry are shown in Tables 2 to 4 below.
求核置換反応の具体例1として、ポリオレフィンの官能基xが-NH2であり、添加剤(化合物Ry)の連結反応ユニットy1が、スクシンイミドに由来する骨格であり、かつ鎖状ユニットy2が-(O-C2H5)n-である場合の反応スキームを以下に示す。
求核置換反応の具体例2として、ポリオレフィンの官能基xが-SH及び-NH2であり、添加剤(化合物Ry)の連結反応ユニットy1が、窒素含有環状骨格であり、かつ鎖状ユニットy2がо-フェニレンである場合の反応スキームを以下に示す。
反応(IV)が求核付加反応である場合、化合物Rxの官能基xと化合物Ryの連結反応ユニットy1とが付加反応を起こすことができる。求核付加反応において、化合物Rxの官能基xは、酸素系求核基、窒素系求核基、硫黄系求核基であることが好ましい。酸素系求核基としては、水酸基、アルコキシ基、エーテル基、カルボキシル基などが挙げられ、中でも-OH及び-COOHが好ましい。窒素系求核基としては、アンモニウム基、第一アミノ基、第二アミノ基などが挙げられ、中でも-NH2及び-NH-が好ましい。硫黄系求核基としては、例えば、-SH、チオエーテル基などが挙げられ、-SHが好ましい。 When the reaction (IV) is a nucleophilic addition reaction, the functional group x of the compound Rx and the linking reaction unit y 1 of the compound Ry can undergo an addition reaction. In the nucleophilic addition reaction, the functional group x of the compound Rx is preferably an oxygen-based nucleophilic group, a nitrogen-based nucleophilic group, or a sulfur-based nucleophilic group. Examples of the oxygen-based nucleophilic group include a hydroxyl group, an alkoxy group, an ether group, and a carboxyl group, among which -OH and -COOH are preferred. Examples of the nitrogen-based nucleophilic group include an ammonium group, a primary amino group, and a secondary amino group, among which -NH 2 and -NH- are preferred. Examples of the sulfur-based nucleophilic group include, for example, -SH and a thioether group, among which -SH is preferred.
求核付加反応において、化合物Ryの連結反応ユニットy1は、付加反応性又は原料の入手容易性の観点から、下記式(Ay1-1)~(Ay1-6):
式(Ay1-4)において、Rは、水素原子又は1価の有機基であり、好ましくは、水素原子、C1~20アルキル基、脂環式基、又は芳香族基であり、より好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基、シクロヘキシル基又はフェニル基である。 In formula (Ay 1 -4), R is a hydrogen atom or a monovalent organic group, preferably a hydrogen atom, a C 1-20 alkyl group, an alicyclic group, or an aromatic group, and more preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a cyclohexyl group, or a phenyl group.
反応(IV)が求核付加反応である場合について、化合物Rxの官能基xと化合物Ryの連結反応ユニットy1の好ましい組み合わせを下記表5及び6に示す。 When reaction (IV) is a nucleophilic addition reaction, preferred combinations of the functional group x of compound Rx and the linking reaction unit y1 of compound Ry are shown in Tables 5 and 6 below.
求核付加反応の具体例として、微多孔膜の官能基xが-OHであり、添加剤(化合物Ry)の連結反応ユニットy1が-NCOである場合の反応スキームを以下に示す。
反応(IV)が開環反応である場合、化合物Rxの官能基xと化合物Ryの連結反応ユニットy1とが開環反応を起こすことができ、原料の入手容易性の観点から、連結反応ユニットy1側の環状構造が開くことが好ましい。同様の観点から、連結反応ユニットy1は、エポキシ基であることがより好ましく、化合物Ryが、少なくとも2つのエポキシ基を有することがさらに好ましく、ジエポキシ化合物であることがよりさらに好ましい。 When reaction (IV) is a ring-opening reaction, the functional group x of compound Rx and the linking reaction unit y1 of compound Ry can undergo a ring-opening reaction, and from the viewpoint of availability of raw materials, it is preferable that the cyclic structure on the linking reaction unit y1 side opens. From the same viewpoint, it is more preferable that linking reaction unit y1 is an epoxy group, it is even more preferable that compound Ry has at least two epoxy groups, and it is even more preferable that it is a diepoxy compound.
反応(IV)が開環反応である場合、化合物Rxの官能基xは、-OH、-NH2、-NH-、-COOH及び-SHから成る群から選択される少なくとも1つであることが好ましく、かつ/又は化合物Ryの連結反応ユニットy1が、下記式(ROy1-1):
で表される少なくとも2つの基であることが好ましい。式(ROy1-1)において、複数のXは、それぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基であり、好ましくは、水素原子、C1~20アルキル基、脂環式基、又は芳香族基であり、より好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基、シクロヘキシル基又はフェニル基である。エポキシ開環反応について、化合物Rxの官能基xと化合物Ryの連結反応ユニットy1の好ましい組み合わせを下記表7に示す。
When the reaction (IV) is a ring-opening reaction, the functional group x of the compound Rx is preferably at least one selected from the group consisting of -OH, -NH 2 , -NH-, -COOH and -SH, and/or the linking reaction unit y 1 of the compound Ry is represented by the following formula (ROy 1 -1):
In formula (ROy 1 -1), each of the multiple Xs independently represents a hydrogen atom or a monovalent substituent, preferably a hydrogen atom, a C 1-20 alkyl group, an alicyclic group, or an aromatic group, and more preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a cyclohexyl group, or a phenyl group. For the epoxy ring-opening reaction, preferred combinations of the functional group x of compound Rx and the linking reaction unit y 1 of compound Ry are shown in Table 7 below.
反応(V)
微多孔膜の第一官能基をA、かつ金属イオンをMn+として、反応(V)の模式的スキーム、及び官能基Aの例を以下に示す。
A schematic scheme of reaction (V) and examples of the functional group A are shown below, where the first functional group of the microporous membrane is A and the metal ion is Mn +.
上記スキーム中、金属イオンMn+は、蓄電デバイスから溶出したもの(以下、溶出金属イオンともいう。)であることが好ましく、例えば、Zn2+、Mn2+、Co3+、Ni2+及びLi+から成る群から選択される少なくとも1つであることができる。官能基Aが-COO-の場合の配位結合を以下に例示する。
官能基Aが-COOHであり、かつ溶出金属イオンがZn2+である場合の反応(V)の具体的なスキームを以下に示す。
上記スキームにおいて、フッ酸(HF)は、例えば、蓄電デバイスの充放電サイクルに応じて、蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物若しくは吸水物のいずれかに由来することができる。 In the above scheme, hydrofluoric acid (HF) can be derived from, for example, the electrolyte, electrolytic solution, electrode active material, additives, or their decomposition products or water absorption products contained in the electricity storage device, depending on the charge/discharge cycle of the electricity storage device.
(その他の含有物)
微多孔膜は、所望により、ポリオレフィンに加えて、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、着色顔料等の公知の添加剤を含んでよい。
(Other Ingredients)
The microporous membrane may contain, in addition to the polyolefin, known additives such as a dehydration condensation catalyst, a metal soap such as calcium stearate or zinc stearate, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, an antistatic agent, an antifogging agent, and a coloring pigment, if desired.
〔微多孔膜の特性〕
以下の微多孔膜の特性は、蓄電デバイス用微多孔膜が平膜の場合について記載されているが、蓄電デバイス用微多孔膜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。
[Characteristics of microporous membrane]
The following properties of the microporous membrane are described for the case where the microporous membrane for an electricity storage device is a flat membrane, but when the microporous membrane for an electricity storage device is in the form of a laminate membrane, the properties can be measured after removing layers other than the microporous membrane from the laminate membrane.
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、さらに好ましくは39%以上又は42%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、リチウムイオン蓄電デバイスのセパレータとして使用されるとき、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、さらに好ましくは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。 The porosity of the microporous membrane is preferably 20% or more, more preferably 30% or more, and even more preferably 39% or more or 42% or more. When the microporous membrane has a porosity of 20% or more, it tends to have better compliance with the rapid movement of lithium ions when used as a separator for a lithium ion storage device. On the other hand, the porosity of the microporous membrane is preferably 90% or less, more preferably 80% or less, and even more preferably 50% or less. When the microporous membrane has a porosity of 90% or less, it tends to have better membrane strength and better suppress self-discharge.
微多孔膜の透気抵抗度は、膜の体積100ml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、さらに好ましくは100秒以上、よりさらに好ましくは、150秒以上又は200秒以上である。微多孔膜の透気抵抗度が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、微多孔膜の透気抵抗度は、好ましくは450秒以下であり、より好ましくは420秒以下である。微多孔膜の透気抵抗度が450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。 The air resistance of the microporous membrane is preferably 1 second or more, more preferably 50 seconds or more, even more preferably 100 seconds or more, and even more preferably 150 seconds or more or 200 seconds or more per 100 ml of membrane volume. When the air resistance 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. In addition, the air resistance of the microporous membrane is preferably 450 seconds or less, more preferably 420 seconds or less. When the air resistance of the microporous membrane is 450 seconds or less, the ion permeability tends to be further improved.
微多孔膜の引張強度は、上記で説明された要件(D)の配向割合の比MD/TDと関連して、MDについて、好ましくは900~3000kg/cm2、より好ましくは1000~2500kg/cm2、さらに好ましくは1210~2270kg/cm2であり、TD(MDと直交する方向、膜幅方向)について、好ましくは100~1500kg/cm2、より好ましくは129~1310kg/cm2である。 The tensile strength of the microporous membrane, in relation to the ratio of the orientation ratio MD/TD of the requirement (D) explained above, is preferably 900 to 3000 kg/cm 2 in MD, more preferably 1000 to 2500 kg/cm 2 , and even more preferably 1210 to 2270 kg/cm 2 , and is preferably 100 to 1500 kg/cm 2 in TD (direction perpendicular to MD, membrane width direction), more preferably 129 to 1310 kg/cm 2 .
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、さらに好ましくは3.0μm以上、4.0μm以上、又は5.5μm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、さらに好ましくは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。微多孔膜をリチウムイオン二次電池用セパレータとして使用する場合、微多孔膜の膜厚は、好ましくは1.0~25μm、より好ましくは3.0~22μm、さらに好ましくは13~18μmである。 The thickness of the microporous membrane is preferably 1.0 μm or more, more preferably 2.0 μm or more, and even more preferably 3.0 μm or more, 4.0 μm or more, or 5.5 μm or more. When the thickness of the microporous membrane is 1.0 μm or more, the membrane strength tends to be further improved. Furthermore, the thickness of the microporous membrane is preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less, and even more preferably 80 μm or less, 22 μm or less, or 19 μm or less. When the thickness of the microporous membrane is 500 μm or less, the ion permeability tends to be further improved. When the microporous membrane is used as a separator for a lithium ion secondary battery, the thickness of the microporous membrane is preferably 1.0 to 25 μm, more preferably 3.0 to 22 μm, and even more preferably 13 to 18 μm.
微多孔膜の突刺強度は、耐破膜性及びデバイス安全性とのバランスを取るという観点から、好ましくは200~500gf、より好ましくは、218~481gf又は227~450gfである。 From the viewpoint of achieving a balance between membrane rupture resistance and device safety, the puncture strength of the microporous membrane is preferably 200 to 500 gf, and more preferably 218 to 481 gf or 227 to 450 gf.
[微多孔膜の製造方法]
微多孔膜の製造方法は、以下の:
ポリオレフィン樹脂組成物の形成工程;及び
ポリオレフィン樹脂組成物の開孔化工程;
開孔化物の熱処理工程;
を含むことができる。微多孔膜(平膜)の場合について以下に説明するが、平膜以外の形態を除く意図ではない。
[Method for producing microporous membrane]
The method for producing a microporous membrane includes the following steps:
A step of forming a polyolefin resin composition; and a step of opening pores in the polyolefin resin composition;
Heat treatment of the pore-forming material;
The following describes the case of a microporous membrane (flat membrane), but is not intended to exclude forms other than flat membranes.
ポリオレフィン樹脂組成物は、ポリオレフィン樹脂と、その他の材料とを用いて、単軸又は2軸押出機の溶融混練法によって製造されることができる。 The polyolefin resin composition can be produced by melt kneading using a single-screw or twin-screw extruder using polyolefin resin and other materials.
混練工程において混錬される材料は、その後に行われる開孔化工程に応じて、決定されることができる。これは、開孔化工程が、既知の乾式法及び/又は湿式法によって行われることができるからである。 The materials to be kneaded in the kneading process can be determined depending on the subsequent pore opening process, since the pore opening process can be carried out by known dry and/or wet methods.
乾式法としては、無機粒子などの非相溶性粒子とポリオレフィンを含む未延伸シートを延伸及び抽出に供することにより異種素材界面を剥離させて孔を形成する方法、ラメラ開孔法、β晶開孔法等がある。 Dry methods include a method in which an unstretched sheet containing incompatible particles such as inorganic particles and polyolefin is stretched and extracted to peel off the interface between the different materials to form holes, a lamellar hole-opening method, and a β-crystal hole-opening method.
ラメラ開孔法は、樹脂の溶融押出によるシート化時に溶融結晶化条件を制御することにより結晶ラメラ構造を有する未延伸シートを得て、得られた未延伸シートを延伸することによりラメラ界面を開裂させて孔を形成する方法である。ラメラ開孔法において、例えば、サーキュラーダイ押出法を使用することができる。サーキュラーダイ押出法では、例えば、ポリプロピレン樹脂組成物の溶融混練物を環状ダイから主としてMDにブローアップすることにより高結晶性MD配向原反を得ることができる。 The lamellar hole opening method is a method in which an unstretched sheet having a crystalline lamellar structure is obtained by controlling the melt crystallization conditions during sheeting by melt extrusion of a resin, and the lamellar interface is opened by stretching the unstretched sheet obtained to form holes. In the lamellar hole opening method, for example, a circular die extrusion method can be used. In the circular die extrusion method, for example, a melt kneaded product of a polypropylene resin composition can be blown up mainly in the MD from a circular die to obtain a highly crystalline MD-oriented raw sheet.
β晶開孔法は、ポリプロピレン(PP)の溶融押出時に比較的結晶密度の低いβ晶を有する未延伸シートを作製し、作製された未延伸シートを延伸することにより比較的結晶密度の高いα晶に結晶転移させ、両者の結晶密度差により孔を形成する方法である。β晶核剤としては、例えば、1:2,6-ナフタレンジカルボン酸ジシクロヘキシルアミドなどを使用することができ、好ましくは、β晶核剤と酸化防止剤を併用する。第二及び第四の実施形態では、β晶活性PPを使用することができるので、β晶開孔法が好ましい。 The β crystal pore opening method is a method in which an unstretched sheet having β crystals with a relatively low crystal density is produced during melt extrusion of polypropylene (PP), and the unstretched sheet produced is stretched to cause crystal transition to α crystals with a relatively high crystal density, forming holes due to the difference in crystal density between the two. As a β crystal nucleating agent, for example, 1:2,6-naphthalenedicarboxylic acid dicyclohexylamide can be used, and preferably, a β crystal nucleating agent and an antioxidant are used in combination. In the second and fourth embodiments, the β crystal pore opening method is preferred because β crystal active PP can be used.
湿式法としては、混錬機を用いて、ポリオレフィンと、所望により他の樹脂と、可塑剤又は無機材とを混錬してシート状に成形し、必要に応じて延伸した後、シートから孔形成材を抽出する方法、ポリオレフィン樹脂組成物の溶解後、ポリオレフィンに対する貧溶媒に浸漬させてポリオレフィンを凝固させると同時に溶剤を除去する方法等を使用することができる。 Wet methods include using a kneader to knead polyolefin, optionally with other resins, and a plasticizer or inorganic material, forming the mixture into a sheet, stretching it as necessary, and then extracting the pore-forming material from the sheet; or dissolving a polyolefin resin composition and then immersing it in a poor solvent for the polyolefin to solidify the polyolefin and simultaneously remove the solvent.
可塑剤としては、特に限定されないが、例えば、沸点以下の温度でポリオレフィンと均一な溶液を形成し得る有機化合物が挙げられる。より具体的には、デカリン、キシレン、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、デシルアルコール、ノニルアルコール、ジフェニルエーテル、n-デカン、n-ドデカン、パラフィン油等が挙げられる。これらの中でも、パラフィン油、ジオクチルフタレートが好ましい。可塑剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。 The plasticizer is not particularly limited, but examples thereof include organic compounds that can form a homogeneous solution with polyolefin at a temperature below the boiling point. More specifically, examples thereof include decalin, xylene, dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, stearyl alcohol, oleyl alcohol, decyl alcohol, nonyl alcohol, diphenyl ether, n-decane, n-dodecane, paraffin oil, etc. Among these, paraffin oil and dioctyl phthalate are preferred. The plasticizer may be used alone or in combination of two or more types.
乾式法と湿式法のいずれを使用するとしても、蓄電デバイスに収納されるときまで微多孔膜の架橋性を維持するという観点から、微多孔膜の製造方法は、潜在的架橋性ポリオレフィンを、架橋剤、その他の反応性化合物、その他の化合物の官能基、架橋促進触媒などと接触させる工程を含まないことが好ましい。また、ポリオレフィン樹脂組成物は、微多孔膜の架橋性を維持する限り、添加剤としては、例えば、フッ素系流動改質材、ワックス類、結晶核材、酸化防止剤、脂肪族カルボン酸金属塩等の金属石鹸類、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料等を含むことができる。 Whether a dry method or a wet method is used, from the viewpoint of maintaining the crosslinking property of the microporous membrane until it is housed in the electricity storage device, it is preferable that the method of manufacturing the microporous membrane does not include a step of contacting the potentially crosslinkable polyolefin with a crosslinking agent, other reactive compounds, functional groups of other compounds, a crosslinking-promoting catalyst, etc. Furthermore, as long as the crosslinking property of the microporous membrane is maintained, the polyolefin resin composition may contain additives such as fluorine-based flow modifiers, waxes, crystal nucleating materials, antioxidants, metal soaps such as metal salts of aliphatic carboxylates, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, antifogging agents, coloring pigments, etc.
開孔化物の熱処理工程は、微多孔膜の収縮を抑制するために、延伸工程後又は孔形成後に熱固定を目的として行われることができる。熱処理としては、物性の調整を目的として、所定の温度雰囲気及び所定の延伸率で行う延伸操作、及び/又は、延伸応力低減を目的として、所定の温度雰囲気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もよい。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 heat treatment process of the pore-opening material can be carried out for the purpose of heat setting after the stretching process or after pore formation in order to suppress shrinkage of the microporous membrane. Examples of heat treatment include a stretching operation carried out in a predetermined temperature atmosphere and at a predetermined stretching rate for the purpose of adjusting physical properties, and/or a relaxation operation carried out in a predetermined temperature atmosphere and at a predetermined relaxation rate for the purpose of reducing stretching stress. A relaxation operation may be carried out after the stretching operation. These heat treatments can be carried out using a tenter or roll stretching machine.
〔蓄電デバイス〕
第一、第二、第三及び第四の実施形態に係る微多孔膜は、蓄電デバイスにおいて使用されることができる。一般に、蓄電デバイスは、外装体と、正極と、負極と、正負極間に配置されたセパレータと、電解液とを備える。これらの実施形態に係る微多孔膜が、デバイス外装体に収納されると、微多孔膜の製造プロセス中に形成された官能基変性ポリオレフィン又は官能基グラフト共重合ポリオレフィンと、電解液又は添加剤に含まれる化学物質とが反応し、架橋構造が形成されるため、作製された蓄電デバイスには架橋構造がある。微多孔膜は、蓄電デバイスに収納されるときまで微多孔膜の架橋性を維持し、その後に蓄電デバイスの安全性を向上させるという観点から、セパレータとして正負極間に配置されることが好ましい。微多孔膜がセパレータとして蓄電デバイスに収納されると、架橋構造が形成されるため、従来の蓄電デバイスの製造プロセスに適合しながら、デバイス製造後に架橋反応を起こして蓄電デバイスの安全性を向上させることができる。
[Electricity storage device]
The microporous membranes according to the first, second, third and fourth embodiments can be used in an electricity storage device. In general, an electricity storage device includes an exterior body, a positive electrode, a negative electrode, a separator disposed between the positive and negative electrodes, and an electrolyte. When the microporous membranes according to these embodiments are housed in a device exterior body, the functional group-modified polyolefin or functional group-grafted copolymerized polyolefin formed during the manufacturing process of the microporous membrane reacts with the chemicals contained in the electrolyte or additives to form a crosslinked structure, so that the manufactured electricity storage device has a crosslinked structure. From the viewpoint of maintaining the crosslinking property of the microporous membrane until it is housed in the electricity storage device and improving the safety of the electricity storage device thereafter, it is preferable that the microporous membrane is disposed between the positive and negative electrodes as a separator. When the microporous membrane is housed in the electricity storage device as a separator, a crosslinked structure is formed, so that the safety of the electricity storage device can be improved by causing a crosslinking reaction after the device is manufactured while being compatible with the manufacturing process of the conventional electricity storage device.
蓄電デバイスとしては、具体的には、リチウム電池、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、ナトリウム二次電池、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウム二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウム二次電池、カルシウムイオン二次電池、アルミニウム二次電池、アルミニウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、レドックスフロー電池、リチウム硫黄電池、リチウム空気電池、亜鉛空気電池などが挙げられる。これらの中でも、実用性の観点から、リチウム電池、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、又はリチウムイオンキャパシタが好ましく、リチウム電池又はリチウムイオン二次電池がより好ましい。 Specific examples of power storage devices include lithium batteries, lithium secondary batteries, lithium ion secondary batteries, sodium secondary batteries, sodium ion secondary batteries, magnesium secondary batteries, magnesium ion secondary batteries, calcium secondary batteries, calcium ion secondary batteries, aluminum secondary batteries, aluminum ion secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors, redox flow batteries, lithium-sulfur batteries, lithium-air batteries, and zinc-air batteries. Among these, from the viewpoint of practicality, lithium batteries, lithium secondary batteries, lithium ion secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium ion capacitors are preferred, and lithium batteries and lithium ion secondary batteries are more preferred.
〔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・放電の時には、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、前記イオン化したリチウムが、電極間の移動を比較的高速に行う必要があるため、電極間にセパレータが配置される。
[Lithium-ion secondary battery]
A lithium ion secondary battery is a storage battery that uses a lithium transition metal oxide such as lithium cobalt oxide or lithium cobalt composite oxide as a positive electrode, a carbon material such as graphite or graphite as a negative electrode, and an organic solvent containing a lithium salt such as LiPF6 as an electrolyte. When charging and discharging a lithium ion secondary battery, ionized lithium travels back and forth between the electrodes. In addition, since it is necessary for the ionized lithium to move between the electrodes relatively quickly while suppressing contact between the electrodes, a separator is placed between the electrodes.
実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、用いた原材料及び微多孔膜の各種特性の評価方法は下記のとおりである。 The present invention will be explained in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as it does not deviate from the gist of the invention. The raw materials used and the methods for evaluating the various properties of the microporous membrane are as follows.
[メルトフローレート(MFR)の測定]
メルトフローレート(MFR)は、JIS K 7210に準拠し、ポリプロピレン樹脂を230℃及び2.16kgの条件下で測定した値で示した(単位はg/10分である)。
[Measurement of Melt Flow Rate (MFR)]
The melt flow rate (MFR) was expressed as a value measured on a polypropylene resin under conditions of 230° C. and 2.16 kg in accordance with JIS K 7210 (unit: g/10 min).
[GPC(ゲルパーミッションクロマトグロフィー)の測定]
アジレント PL-GPC220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も同様の条件でクロマトグラフを測定し、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Mwを数平均分子量Mnで除した値を算出した。
カラム :TSKgel GMHHR-H(20) HT(7.8mmI.D.×30 cm) 2本
移動相 :1,2,4-トリクロロベンゼン
検出器 :RI
カラム温度:160℃
試料濃度 :1mg/ml
校正曲線 :ポリスチレン
[GPC (Gel Permeation Chromatography) Measurement]
A calibration curve was prepared by measuring standard polystyrene under the following conditions using an Agilent PL-GPC220. Chromatographs were also measured under the same conditions for each of the following polymers, and the weight average molecular weight Mw of each polymer was divided by the number average molecular weight Mn based on the calibration curve using the following method.
Column: TSKgel GMHHR-H (20) HT (7.8 mm ID x 30 cm) x 2 Mobile phase: 1,2,4-trichlorobenzene Detector: RI
Column temperature: 160 ° C.
Sample concentration: 1 mg/ml
Calibration curve: Polystyrene
[広角X線散乱の測定]
測定には、リガク社製Ultima-IVを用いた。Cu-Kα線を、試料であるセパレータに入射し、D/tex Uitraにより回折光を検出した。測定条件は、試料と検出器間との距離が285mm、励起電圧が40kV、電流が40mAの条件であった。光学系には集中光学系を採用し、スリット条件は、DS=1/2°、SS=解放、縦スリット=10mmであった。計測したMD方向の配向結晶割合をTD方向の配向結晶割合で除した値をMD/TDの配向割合として算出した。
[Wide-angle X-ray scattering measurements]
The measurement was performed using an Ultima-IV manufactured by Rigaku Corporation. Cu-Kα rays were incident on the separator sample, and diffracted light was detected by D/tex Utra. The measurement conditions were a distance between the sample and the detector of 285 mm, an excitation voltage of 40 kV, and a current of 40 mA. A focused optical system was used for the optical system, and the slit conditions were DS = 1/2°, SS = open, and vertical slit = 10 mm. The measured MD-oriented crystal ratio was divided by the TD-oriented crystal ratio to calculate the MD/TD orientation ratio.
[厚み(μm)]
ミツトヨ社製のデジマチックインジケータIDC112を用いて室温23±2℃で多孔性フィルムの厚さを測定した。
[Thickness (μm)]
The thickness of the porous film was measured at room temperature (23±2° C.) using a Mitutoyo Digimatic Indicator IDC112.
[気孔率(%)]
多孔性フィルムから5cm×5cm角のサンプルを切り出し、そのサンプルの体積と質量から下記式を用いて気孔率を算出した。
気孔率(%)=(体積(cm3)-質量(g)/樹脂組成物の密度(g/cm3))/体積(cm3)×100
[Porosity (%)]
A sample measuring 5 cm×5 cm was cut out from the porous film, and the porosity was calculated from the volume and mass of the sample using the following formula.
Porosity (%)=(volume (cm 3 )−mass (g)/density of resin composition (g/cm 3 ))/volume (cm 3 )×100
[透気抵抗度(秒/100ml)]
JIS P-8117に準拠したガーレー式透気度計で微多孔膜の透気抵抗度を測定した。
[Air resistance (sec/100 ml)]
The air resistance of the microporous membrane was measured using a Gurley air permeability meter in accordance with JIS P-8117.
[突刺強度]
先端が半径0.5mmの半球状である針を用意し、直径(dia.)11mmの開口部を有するプレート2つの間に微多孔膜を挟み、針、微多孔膜及びプレートをセットした。株式会社イマダ製「MX2-50N」を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、微多孔膜保持プレートの開口部直径11mm及び突刺速度25mm/分の条件下で突刺試験を行い、針と微多孔膜を接触させ、最大突刺荷重(すなわち、突刺強度(gf))を測定した。
[Puncture strength]
A needle with a hemispherical tip with a radius of 0.5 mm was prepared, and a microporous membrane was sandwiched between two plates with an opening with a diameter (dia.) of 11 mm, and the needle, microporous membrane, and plates were set. A puncture test was performed using "MX2-50N" manufactured by Imada Co., Ltd. under conditions of a needle tip curvature radius of 0.5 mm, an opening diameter of the microporous membrane holding plate of 11 mm, and a puncture speed of 25 mm/min, and the needle and microporous membrane were brought into contact with each other to measure the maximum puncture load (i.e., puncture strength (gf)).
[貯蔵弾性率と損失弾性率と転移温度の測定]
動的粘弾性測定装置を用いてセパレータの動的粘弾性測定を行い、貯蔵弾性率(E’)、損失弾性率(E’’)、及びゴム状平坦領域と結晶融解流動領域の転移温度を算出した。貯蔵弾性率変化比(RE’X)は下記式(I)、混合貯蔵弾性率比(RE’mix)は下記式(II)に従い、損失弾性率比(RE’’X)は下記式(III)に従い、混合損失弾性率比(RE’’mix)は下記式(IV)に従い、それぞれ算出した。なお、測定条件は下記(i)~(iv)のとおりであった。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
{式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差}
から貯蔵弾性率及び損失弾性率を算出した。
E’Z及びE’Z0とE’’Z及びE’’Z0は、動的粘弾性測定データ中、160℃~300℃における各貯蔵弾性率又は各損失弾性率の最大値とした。E’及びE’0とE’’及びE’’0は、動的粘弾性測定データ中、160℃~300℃における各貯蔵弾性率又は各損失弾性率の平均値とした。
RE’X=E’Z/E’Z0 (I) セルへの投入の前後の対比
RE’mix=E’/E’0 (II) 非晶部架橋構造の有無の対比
RE’’X=E’’Z/E’’Z0 (III) セルへの投入の前後の対比
RE’’mix=E’’/E’’0 (IV) 非晶部架橋構造の有無の対比
[Measurement of storage modulus, loss modulus and transition temperature]
Dynamic viscoelasticity of the separator was measured using a dynamic viscoelasticity measuring device, and the storage modulus (E'), loss modulus (E''), and transition temperature between the rubber-like plateau region and the crystalline melt flow region were calculated. The storage modulus change ratio (R E'X ) was calculated according to the following formula (I), the mixed storage modulus ratio (R E'mix ) according to the following formula (II), the loss modulus ratio (R E''X ) according to the following formula (III), and the mixed loss modulus ratio (R E''mix ) according to the following formula (IV). The measurement conditions were as follows: (i) to (iv).
(i) Dynamic viscoelasticity measurement was performed under the following conditions:
Atmosphere: Nitrogen Measurement equipment used: RSA-G2 (manufactured by TA Instruments)
Sample thickness: 5 μm to 50 μm (measurement is performed on one sample regardless of the sample thickness)
・Measurement temperature range: -50 to 300°C
Heating rate: 10°C/min
Measurement frequency: 1Hz
Deformation mode: Sine wave tension mode (Linear tension)
Initial value of static tensile load: 0.5N
Initial gap distance (at 25°C): 25 mm
· Auto strain adjustment: Enabled (range: amplitude value 0.05 to 25%, sine wave load 0.02 to 5N)
It was carried out in.
(ii) The static tensile load refers to the intermediate value between the maximum stress and the minimum stress in each periodic motion, and the sinusoidal load refers to an oscillatory stress centered on the static tensile load.
(iii) The sinusoidal tensile mode refers to measuring the vibration stress while performing periodic motion with a fixed amplitude of 0.2%, and in this case, the gap distance and the static tensile load were changed so that the difference between the static tensile load and the sinusoidal load was within 20% to measure the vibration stress. When the sinusoidal load became 0.02 N or less, the amplitude value was amplified so that the sinusoidal load was within 5 N and the increase in the amplitude value was within 25%, and the vibration stress was measured.
(iv) The relationship between the obtained sinusoidal load and the amplitude value, and the following formula:
σ * = σ0 ·Exp[i(ωt+δ)],
ε * = ε 0 Exp(iωt),
σ * =E * ·ε *
E * =E'+iE''
{wherein, σ * : oscillatory stress, ε * : strain, i: imaginary unit, ω: angular frequency, t: time, δ: phase difference between oscillatory stress and strain, E * : complex elastic modulus, E': storage elastic modulus, E'': loss elastic modulus, oscillatory stress: sinusoidal load/initial cross-sectional area, static tensile load: load at the minimum point of oscillatory stress in each cycle (minimum point of gap distance in each cycle), sinusoidal load: difference between measured oscillatory stress and static tensile load}
The storage modulus and loss modulus were calculated from the above.
E'Z , E'Z0 , and E''Z, and E''Z0 were defined as the maximum values of each storage modulus or each loss modulus at 160°C to 300°C in the dynamic viscoelasticity measurement data. E', E'0 , E'', and E''0 were defined as the average values of each storage modulus or each loss modulus at 160°C to 300°C in the dynamic viscoelasticity measurement data.
R E'X = E' Z / E' Z0 (I) Comparison before and after introduction into the cell R E'mix = E'/E' 0 (II) Comparison of the presence or absence of a crosslinked structure in the amorphous region R E''X = E'' Z / E'' Z0 (III) Comparison before and after introduction into the cell R E''mix = E''/E'' 0 (IV) Comparison of the presence or absence of a crosslinked structure in the amorphous region
温度と貯蔵弾性率の関係を説明するためのグラフの一例を図3に示す。図3に示すように、-50℃~310℃の温度範囲内の基準膜(非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用セパレータ)と架橋後膜の貯蔵弾性率を対比し、図3においてゴム状平坦領域と結晶融解流動領域の転移温度を確認することができる。なお、転移温度は高温側のベースラインを低温側に延長した直線と、結晶融解変化部分の曲線の変曲点で引かれた接線との交点の温度とする。
温度と損失弾性率の関係を説明するためのグラフの一例を図4に示す。図4には、-50℃~310℃の温度範囲内の基準膜(シラングラフト変性ポリオレフィンを含まない蓄電デバイス用セパレータ)と架橋後膜の損失弾性率が対比され、図3と同様の方法により定められた転移温度が示される。本技術分野では、貯蔵弾性率と損失弾性率は、下記式:
tanδ=E’’/E’
{式中、tanδは、損失正接を表し、E’は、貯蔵弾性率を表し、かつE’’は、損失弾性率を表す。}
に従って互換可能である。
なお、混合貯蔵弾性率比(RE’mix)又は混合損失弾性率比(RE’’mix)の測定では、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用セパレータとして、ゲル化度が約0%であるシラン非変性ポリオレフィン系微多孔膜を使用した。また、E’、E’0、E’’及びE’’0については、160℃~300℃において、サンプルの破断(弾性率の急な低下)が観察されない場合には、160℃~300℃の平均値より算出し、160℃~300℃においてサンプルの破断が見られた場合には、160℃から破断点の温度までの平均値より算出した。
本明細書では、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用セパレータは、ポリエチレン:X(粘度平均分子量10万~40万)、超高分子量PE:Y(粘度平均分子量40万~80万)及び超高分子量PE:Z(粘度平均分子量80万~900万)から成る群から選択される任意の一種類、またはX、Y及びZから成る群から選択される2種類若しくは3種類を用いて、任意の割合で混合した組成で製造されるセパレータであることができる。なお、低密度ポリエチエレン:LDPE、直鎖状低密度ポリエチレン:LLDPE、ポリプロピレン:PP、オレフィン系熱可塑性エラストマー等の炭化水素骨格のみで構成したポリオレフィンを混合組成物に添加してもよい。より詳細には、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用セパレータは、デカリン溶液中の160℃での加熱前後の固形分の変化率(以下「ゲル化度」という)が10%以下であるポリオレフィン系微多孔膜を意味することができる。なお、ゲル化度の測定時に、固形分は、樹脂のみを意味し、無機物などの他の材料を含まないものとする。
他方、シラン架橋構造などの非晶部架橋構造を有するポリオレフィン系微多孔膜のゲル化度は、好ましくは30%以上、より好ましくは70%以上である。
An example of a graph illustrating the relationship between temperature and storage modulus is shown in Figure 3. As shown in Figure 3, the storage modulus of a reference film (a separator for an electricity storage device not having an amorphous crosslinked structure) in the temperature range of -50°C to 310°C is compared with that of the crosslinked film, and the transition temperature between the rubber-like plateau region and the crystalline melting flow region can be confirmed in Figure 3. The transition temperature is defined as the temperature at the intersection of a straight line extending the high-temperature baseline to the low-temperature side and a tangent drawn at the inflection point of the curve of the crystalline melting change portion.
An example of a graph for explaining the relationship between temperature and loss modulus is shown in Figure 4. In Figure 4, the loss modulus of a reference film (a separator for an electricity storage device that does not contain a silane-grafted modified polyolefin) in the temperature range of -50°C to 310°C is compared with that of a crosslinked film, and the transition temperatures determined in the same manner as in Figure 3 are shown. In this technical field, the storage modulus and the loss modulus are expressed by the following formula:
tan δ=E″/E′
{wherein tan δ represents the loss tangent, E′ represents the storage modulus, and E″ represents the loss modulus.}
It is compatible according to.
In the measurement of the mixed storage elastic modulus ratio (R E'mix ) or the mixed loss elastic modulus ratio (R E''mix ), a non-silane-modified polyolefin-based microporous membrane with a gelation degree of about 0% was used as a separator for an electricity storage device not having an amorphous crosslinked structure. In addition, E', E'0 , E'' and E''0 were calculated from the average value from 160°C to 300°C when no breakage of the sample (sudden drop in elastic modulus) was observed at 160°C to 300°C, and when breakage of the sample was observed at 160°C to 300°C, they were calculated from the average value from 160°C to the temperature at the breakage point.
In this specification, the separator for an electric storage device not having an amorphous crosslinked structure may be a separator manufactured with a composition in which any one selected from the group consisting of polyethylene: X (viscosity average molecular weight 100,000 to 400,000), ultra-high molecular weight PE: Y (viscosity average molecular weight 400,000 to 800,000) and ultra-high molecular weight PE: Z (viscosity average molecular weight 800,000 to 9 million) or two or three selected from the group consisting of X, Y and Z are mixed in any ratio. In addition, polyolefins composed only of a hydrocarbon skeleton, such as low-density polyethylene: LDPE, linear low-density polyethylene: LLDPE, polypropylene: PP, and olefin-based thermoplastic elastomers, may be added to the mixed composition. More specifically, the separator for an electric storage device not having an amorphous crosslinked structure may mean a polyolefin-based microporous film in which the rate of change in solid content before and after heating at 160°C in a decalin solution (hereinafter referred to as "gelation degree") is 10% or less. In addition, when measuring the gelation degree, the solid content means only the resin and does not include other materials such as inorganic substances.
On the other hand, the gelation degree of a polyolefin-based microporous film having an amorphous part crosslinked structure such as a silane crosslinked structure is preferably 30% or more, more preferably 70% or more.
[引張試験]
MDおよびTD方向の引張強度は、ASTM-882の手順に従い、Instron Model 4201を使用して測定し、破断強度として求めた。
[Tensile test]
The tensile strength in the MD and TD directions was measured using an Instron Model 4201 according to the procedure of ASTM-882 and was determined as the breaking strength.
[ヒューズ/メルトダウン(F/MD)特性]
a.正極の作製
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物LiCoO2を92.2質量%、導電材としてリン片状グラファイトとアセチレンブラックをそれぞれ2.3質量%、及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)3.2質量%をN-メチルピロリドン(NMP)中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にダイコーターで塗布し、130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。このとき、正極の活物質塗布量は250g/m2、活物質嵩密度は3.00g/cm3になるように調整した。
[Fuse/Meltdown (F/MD) characteristics]
a. Preparation of the positive electrode A slurry was prepared by dispersing 92.2% by mass of lithium cobalt composite oxide LiCoO2 as the positive electrode active material, 2.3% by mass of flaky graphite and acetylene black as the conductive material, and 3.2% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder in N-methylpyrrolidone (NMP). This slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector with a die coater, dried at 130 ° C for 3 minutes, and then compression molded with a roll press machine. At this time, the amount of active material applied to the positive electrode was adjusted to 250 g / m2 , and the bulk density of the active material was adjusted to 3.00 g / cm3 .
b.負極の作製
負極活物質として人造グラファイト96.9質量%、及びバインダーとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩1.4質量%とスチレン-ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量%を精製水中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体となる厚さ12μmの銅箔の片面にダイコーターで塗布し、120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。このとき、負極の活物質塗布量は106g/m2、活物質嵩密度は1.35g/cm3になるように調整した。
b. Preparation of negative electrode A slurry was prepared by dispersing 96.9% by mass of artificial graphite as a negative electrode active material, and 1.4% by mass of ammonium salt of carboxymethylcellulose and 1.7% by mass of styrene-butadiene copolymer latex as a binder in purified water. This slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 12 μm, which serves as a negative electrode current collector, using a die coater, dried at 120° C. for 3 minutes, and then compression molded using a roll press. At this time, the amount of active material applied to the negative electrode was adjusted to 106 g/m 2 and the bulk density of the active material was adjusted to 1.35 g/cm 3 .
c.非水電解液の調製
エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させて調製した。直径200mmの円形状に、アルミニウム箔の裏に導電性銀ペーストで抵抗測定用電線を接着した正極、セパレータ及び負極を切出し、重なり合わせし、得られた積層体にc.電解質含有電解液を加え、全体に染渡す。直径600mmの円形状アルミヒーターで前記積層体を中心部に挟み、油圧ジャッキでアルミヒーターを上下から0.5Mpaに加圧し、測定の準備を完了とする。昇温速度を2℃/minの速度で、アルミヒーターで前記積層体を加熱しながら、電極間の抵抗(Ω)を測定する。セパレータのヒューズともに電極間の抵抗が上昇し、抵抗が初めて1000Ωを超えた時の温度をヒューズ温度(シャットダウン温度)とする。また、さらに加熱を続け、抵抗が1000Ω以下に下がる時の温度をメルトダウン温度(破膜温度)とする。
c. Preparation of non-aqueous electrolyte A solute LiPF6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate = 1: 2 (volume ratio) to prepare a solution with a concentration of 1.0 mol/L. The positive electrode, separator, and negative electrode, in which a resistance measurement wire was attached to the back of the aluminum foil with conductive silver paste, were cut out into a circular shape with a diameter of 200 mm, and the separator and negative electrode were stacked together. The electrolyte-containing electrolyte solution was added to the resulting laminate and the whole was dyed. The laminate was sandwiched in the center with a circular aluminum heater with a diameter of 600 mm, and the aluminum heater was pressurized to 0.5 MPa from above and below with a hydraulic jack, completing the preparation for measurement. The resistance (Ω) between the electrodes was measured while the laminate was heated with the aluminum heater at a temperature rise rate of 2 ° C. / min. The temperature at which the resistance between the electrodes rose together with the fuse of the separator and the resistance exceeded 1000Ω for the first time was taken as the fuse temperature (shutdown temperature). Heating is continued, and the temperature at which the resistance falls to 1000 Ω or less is taken as the meltdown temperature (film rupture temperature).
[実施例1]
<シラングラフト変性ポリオレフィンの製法>
シラングラフト変性ポリオレフィンに用いる原料ポリオレフィンは、粘度平均分子量(Mv)が10万以上かつ100万以下であり、重量平均分子量(Mw)が3万以上かつ92万以下、数平均分子量は1万以上かつ15万以下でよく、プロピレン又はブテン共重合αオレフィンでもよい。原料ポリオレフィンを押出機で溶融混練しながら、有機過酸化物(ジ-t-ブチルパーオキサイド)を添加し、αオレフィンポリマー鎖内でラジカルを発生させた後、トリメトキシアルコキシド置換ビニルシランを注液し、付加反応により、αオレフィンポリマーへアルコキシシリル基を導入し、シラングラフト構造を形成させる。また、同時に系中のラジカル濃度を調整するために、酸化防止剤(ペンタエリトリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-テトラ-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオナート])を適量添加し、αオレフィン内の鎖状連鎖反応(ゲル化)を抑制する。得られたシラングラフトポリオレフィン溶融樹脂を水中で冷却し、ペレット加工を行った後、80℃で2日間に亘って加熱乾燥し、水分又は未反応のトリメトキシアルコキシド置換ビニルシランを除く。なお、未反応のトリメトキシアルコキシド置換ビニルシランのペレット中の残留濃度は、1000~1500ppm程度である。
上記の製法により得られたシラングラフト変性ポリオレフィンを以降の実施例及び表1において「シラン変性ポリプロピレン」として示す。
[Example 1]
<Method for producing silane-grafted polyolefin>
The raw polyolefin used for the silane graft modified polyolefin may have a viscosity average molecular weight (Mv) of 100,000 or more and 1,000,000 or less, a weight average molecular weight (Mw) of 30,000 or more and 920,000 or less, and a number average molecular weight of 10,000 or more and 150,000 or less, and may be a propylene or butene copolymerized α-olefin. While melt-kneading the raw polyolefin in an extruder, an organic peroxide (di-t-butyl peroxide) is added to generate radicals in the α-olefin polymer chain, and then a trimethoxyalkoxide-substituted vinylsilane is injected to introduce an alkoxysilyl group into the α-olefin polymer by an addition reaction, forming a silane graft structure. At the same time, in order to adjust the radical concentration in the system, an appropriate amount of an antioxidant (pentaerythritol tetrakis [3-(3,5-di-tetra-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate]) is added to suppress the chain reaction (gelation) in the α-olefin. The obtained silane-grafted polyolefin molten resin is cooled in water and pelletized, and then heated and dried at 80° C. for 2 days to remove moisture and unreacted trimethoxyalkoxide-substituted vinylsilane. The residual concentration of unreacted trimethoxyalkoxide-substituted vinylsilane in the pellets is about 1000 to 1500 ppm.
The silane-grafted modified polyolefin obtained by the above-mentioned method is referred to as "silane-modified polypropylene" in the following examples and Table 1.
<微多孔膜の作製(単層)>
高分子量のポリプロピレン樹脂(PP、MFR=0.25)と上記シラン変性ポリプロピレンをPP:シラン変性ポリプロピレン=95:5(質量%)の質量比率でドライブレンドした後、2.5インチの押出機で溶融し、環状ダイへとギアポンプを使って供給した。ダイの温度は230℃に設定されており、かつ溶融したポリマーを、吹込空気によって冷却された後、ロールに巻き取った。押出された前駆体(原反フィルム)は、15μmの厚さを有し、次いで、原反フィルムを130℃で15分間アニールした。次いで、アニールされたフィルムを、室温で21%まで冷間延伸し、次いで123℃で158%まで熱間延伸し、126℃で128%まで緩和することにより、微多孔を形成して微多孔膜を得た。上記延伸開孔の後、微多孔膜の物性測定を行った。結果を表8に示す。
<Preparation of microporous membrane (single layer)>
A high molecular weight polypropylene resin (PP, MFR = 0.25) and the above silane-modified polypropylene were dry-blended in a mass ratio of PP:silane-modified polypropylene = 95:5 (mass%), then melted in a 2.5-inch extruder and fed to an annular die using a gear pump. The temperature of the die was set at 230 ° C, and the molten polymer was cooled by blown air and then wound on a roll. The extruded precursor (raw film) had a thickness of 15 μm, and the raw film was then annealed at 130 ° C for 15 minutes. The annealed film was then cold stretched to 21% at room temperature, then hot stretched to 158% at 123 ° C, and relaxed to 128% at 126 ° C to form micropores to obtain a microporous membrane. After the above stretching and perforation, the physical properties of the microporous membrane were measured. The results are shown in Table 8.
[実施例2~6、実施例8~10、比較例1、2、4]
表8に示されるとおりに原料を変更させたこと以外は実施例1と同じ方法に従って微多孔膜を得て、得られた微多孔膜を評価した。
[Examples 2 to 6, Examples 8 to 10, Comparative Examples 1, 2, and 4]
A microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1 except that the raw materials were changed as shown in Table 8, and the obtained microporous membrane was evaluated.
[実施例7]
MFR2.4のポリプロピレンに対して、β晶核剤として1:2,6-ナフタレンジカルボン酸ジシクロヘキシルアミド0.2質量%、及び酸化防止剤0.1質量%を配合し、同方向二軸押出機に投入し、設定温度270℃で溶融混練した。得られたストランドを水槽で冷却固化し、ペレタイザーでカットし、ペレットを作製した。
得られたβ晶活性ポリプロピレンペレットと上記シラン変性ポリプロピレンをβ晶活性ポリプロピレン:シラン変性ポリプロピレン=95:5(質量%)の質量比率でドライブレンドした後、2.5インチの押出機で溶融し、環状ダイへとギアポンプを使って供給した。ダイの温度は230℃に設定されており、かつ溶融したポリマーを、吹込空気によって冷却した後、ロールに巻き取った。押出された前駆体(原反フィルム)は、15μmの厚さを有し、次いで、原反フィルムを130℃で15分間アニールした。次いで、アニールされたフィルムを、室温で21%まで冷間延伸し、次いで123℃で158%まで熱間延伸し、126℃で128%まで緩和することにより、微多孔を形成して微多孔膜を得た。上記延伸開孔の後、微多孔膜の物性測定を行った。結果を表8に示す。
[Example 7]
Polypropylene with an MFR of 2.4 was blended with 0.2% by mass of 1:2,6-naphthalenedicarboxylic acid dicyclohexylamide as a β-crystal nucleating agent and 0.1% by mass of an antioxidant, and the blend was placed in a co-rotating twin-screw extruder and melt-kneaded at a set temperature of 270° C. The resulting strand was cooled and solidified in a water tank and cut with a pelletizer to prepare pellets.
The obtained β-crystal active polypropylene pellets and the above silane-modified polypropylene were dry-blended in a mass ratio of β-crystal active polypropylene:silane-modified polypropylene = 95:5 (mass%), then melted in a 2.5-inch extruder and fed to an annular die using a gear pump. The die temperature was set to 230°C, and the molten polymer was cooled by blown air and then wound on a roll. The extruded precursor (raw film) had a thickness of 15 μm, and the raw film was then annealed at 130°C for 15 minutes. The annealed film was then cold-stretched to 21% at room temperature, then hot-stretched to 158% at 123°C, and relaxed to 128% at 126°C to form micropores to obtain a microporous membrane. After the above stretching and perforation, the physical properties of the microporous membrane were measured. The results are shown in Table 8.
[比較例3]
表8に示されるとおりに原料を変更させたこと以外は実施例7と同じ方法に従って微多孔膜を得て、得られた微多孔膜を評価した。
[Comparative Example 3]
A microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 7 except that the raw materials were changed as shown in Table 8, and the obtained microporous membrane was evaluated.
Claims (18)
前記ポリオレフィンが1種又は2種以上の官能基を有し、かつ
蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成され、
前記ポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用微多孔膜。 A microporous membrane for an electricity storage device comprising a polyolefin,
the polyolefin has one or more functional groups, and after being housed in the electricity storage device, (1) the functional groups undergo a condensation reaction with each other, (2) the functional groups react with chemical substances inside the electricity storage device, or (3) the functional groups react with other types of functional groups to form a crosslinked structure;
The polyolefin satisfies the following requirements (A) to (C):
(A) the melt flow rate (MFR) measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg is 3.0 g/10 min or less;
(B) the value obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn (Mw/Mn) is 15 or less; and (C) the density is 0.85 g/ cm3 or more;
and the microporous membrane for an electricity storage device satisfies the following requirement (D):
(D) the ratio of the orientation rate in the width direction (TD) to the machine direction (MD) as measured by wide-angle X-ray scattering, MD/TD, is 1.3 or more;
A microporous membrane for an electricity storage device, which satisfies the above requirements.
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の架橋反応が前記蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、請求項1~5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 The microporous membrane for an electricity storage device has the following formula (I):
R E'X = E'Z / E'Z0 (I)
{In the formula, E'Z is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C after the crosslinking reaction of the microporous membrane for an electricity storage device has progressed in the electricity storage device, and E'Z0 is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C before the microporous membrane for an electricity storage device is incorporated in the electricity storage device, and the measurement conditions for the storage modulus E'Z or E'Z0 are specified in the following configurations (i) to (iv).
(i) Dynamic viscoelasticity measurement was performed under the following conditions:
Atmosphere: Nitrogen Measurement equipment used: RSA-G2 (manufactured by TA Instruments)
Sample thickness: 5 μm to 50 μm (measurement is performed on one sample regardless of the sample thickness)
・Measurement temperature range: -50 to 300°C
Heating rate: 10°C/min
Measurement frequency: 1Hz
Deformation mode: Sine wave tension mode (Linear tension)
Initial value of static tensile load: 0.5N
Initial gap distance (at 25°C): 25mm
· Auto strain adjustment: Enabled (range: amplitude value 0.05 to 25%, sine wave load 0.02 to 5N)
It was carried out in.
(ii) The static tensile load refers to the intermediate value between the maximum stress and the minimum stress in each periodic motion, and the sinusoidal load refers to an oscillatory stress centered on the static tensile load.
(iii) The sinusoidal tensile mode refers to measuring the vibration stress while performing periodic motion with a fixed amplitude of 0.2%, and in this case, the gap distance and the static tensile load were changed so that the difference between the static tensile load and the sinusoidal load was within 20% to measure the vibration stress. When the sinusoidal load became 0.02 N or less, the amplitude value was amplified so that the sinusoidal load was within 5 N and the increase in the amplitude value was within 25%, and the vibration stress was measured.
(iv) The relationship between the obtained sinusoidal load and the amplitude value, and the following formula:
σ * = σ0 ·Exp[i(ωt+δ)],
ε * = ε 0 Exp(iωt),
σ * =E * ·ε *
E * =E'+iE''
(In the formula, σ * : oscillatory stress, ε * : strain, i: imaginary unit, ω: angular frequency, t: time, δ: phase difference between oscillatory stress and strain, E * : complex elastic modulus, E': storage elastic modulus, E'': loss elastic modulus. Oscillatory stress: sinusoidal load/initial cross-sectional area. Static tensile load: load at the minimum point of oscillatory stress in each cycle (minimum point of gap distance in each cycle). Sine wave load: difference between measured oscillatory stress and static tensile load.)
The storage modulus is calculated from
The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of claims 1 to 5, wherein a mixed storage modulus ratio (R E'x ) defined by:
前記蓄電デバイス用微多孔膜の配向割合の比MD/TDが、3.0以下である、
請求項1~6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 the polyolefin has an MFR of 0.25 g/10 min or more, an Mw/Mn of 4.0 or more, and a density of 1.1 g/ cm3 or less; and the orientation ratio MD/TD of the microporous membrane for an electricity storage device is 3.0 or less.
The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of claims 1 to 6 .
前記ポリプロピレンが、1種又は2種以上の官能基を有し、かつβ晶活性であり、
前記蓄電デバイス用微多孔膜の蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成される蓄電デバイス用微多孔膜。 A microporous membrane for an electricity storage device comprising polypropylene,
The polypropylene has one or more functional groups and is β-crystal active;
After the microporous membrane for an electricity storage device is housed in the electricity storage device, (1) the functional groups undergo a condensation reaction with each other, (2) the functional groups react with chemical substances inside the electricity storage device, or (3) the functional groups react with other types of functional groups to form a crosslinked structure.
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、請求項9~13のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 The microporous membrane for an electricity storage device has the following formula (I):
R E'X = E'Z / E'Z0 (I)
{In the formula, E'Z is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C after the crosslinking reaction of the microporous membrane for an electricity storage device has progressed in the electricity storage device, and E'Z0 is the storage modulus measured in a temperature range of 160°C to 300°C before the porous membrane for an electricity storage device is incorporated in the electricity storage device, and the measurement conditions for the storage modulus E'Z or E'Z0 are specified in the following configurations (i) to (iv).
(i) Dynamic viscoelasticity measurement was performed under the following conditions:
Atmosphere: Nitrogen Measurement equipment used: RSA-G2 (manufactured by TA Instruments)
Sample thickness: 5 μm to 50 μm (measurement is performed on one sample regardless of the sample thickness)
・Measurement temperature range: -50 to 300°C
Heating rate: 10°C/min
Measurement frequency: 1Hz
Deformation mode: Sine wave tension mode (Linear tension)
Initial value of static tensile load: 0.5N
Initial gap distance (at 25°C): 25 mm
· Auto strain adjustment: Enabled (range: amplitude value 0.05 to 25%, sine wave load 0.02 to 5N)
It was carried out in.
(ii) The static tensile load refers to the intermediate value between the maximum stress and the minimum stress in each periodic motion, and the sinusoidal load refers to an oscillatory stress centered on the static tensile load.
(iii) The sinusoidal tensile mode refers to measuring the vibration stress while performing periodic motion with a fixed amplitude of 0.2%, and in this case, the gap distance and the static tensile load were changed so that the difference between the static tensile load and the sinusoidal load was within 20% to measure the vibration stress. When the sinusoidal load became 0.02 N or less, the amplitude value was amplified so that the sinusoidal load was within 5 N and the increase in the amplitude value was within 25%, and the vibration stress was measured.
(iv) The relationship between the obtained sinusoidal load and the amplitude value, and the following formula:
σ * = σ0 ·Exp[i(ωt+δ)],
ε * = ε 0 Exp(iωt),
σ * =E * ·ε *
E * =E'+iE''
(In the formula, σ * : oscillatory stress, ε * : strain, i: imaginary unit, ω: angular frequency, t: time, δ: phase difference between oscillatory stress and strain, E * : complex elastic modulus, E': storage elastic modulus, E'': loss elastic modulus. Oscillatory stress: sinusoidal load/initial cross-sectional area. Static tensile load: load at the minimum point of oscillatory stress in each cycle (minimum point of gap distance in each cycle). Sine wave load: difference between measured oscillatory stress and static tensile load.)
The storage modulus is calculated from
The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of claims 9 to 13 , wherein a mixed storage modulus ratio (R E'x ) defined by:
下記要件(P1)~(P3):
(P1)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のMFRが、2.5g/10min以下である;
(P2)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、10以下である;及び
(P3)密度が0.89g/cm3以上である:
を満たすホモポリプロピレン(A)と、
前記要件(P1)~(P3)の少なくとも1つを満たさず、かつ官能基を有するポリプロピレン(B)と、
を含む、請求項9~14のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 The microporous membrane for an electricity storage device contains, as the polypropylene,
The following requirements (P1) to (P3):
(P1) The MFR, measured under conditions of a temperature of 230° C. and a mass of 2.16 kg, is 2.5 g/10 min or less;
(P2) the value (Mw/Mn) obtained by dividing the weight average molecular weight Mw by the number average molecular weight Mn is 10 or less; and (P3) the density is 0.89 g/ cm3 or more:
A homopolypropylene (A) that satisfies the above formula:
A polypropylene (B) that does not satisfy at least one of the requirements (P1) to (P3) and has a functional group;
The microporous membrane for an electricity storage device according to any one of claims 9 to 14 , comprising:
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