JP7721997B2 - ポリオレフィン微多孔膜及び電池セパレータ - Google Patents
ポリオレフィン微多孔膜及び電池セパレータInfo
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Description
[1]ポリオレフィン微多孔膜を構成する樹脂としてポリエチレンからなり、ラマン分光法により15°刻みで360°測定して得られる配向度の合計が70以上90以下であり、パルスNMRのソリッドエコー法により測定される135℃における非晶成分(α135)の割合が35%以上である、ポリオレフィン微多孔膜。
[2]ラマン分光法により得られる90°の配向度(TD配向度)に対する0°の配向度(MD配向度)の比が0.8以上1.3以下の範囲である、[1]記載のポリオレフィン微多孔膜。
[3]ラマン分光法により15°刻みで360°測定して得られる配向度のうち、最も大きい値(Rmax)を最も小さい値(Rmin)で除した値が1.0以上1.5以下の範囲である、[1]又は[2]記載のポリオレフィン微多孔膜。
[4]膜厚が5~12μmの範囲である、[1]~[3]いずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜。
[5][1]~[4]いずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜を用いる電池用セパレータ。
[6]前記ポリオレフィン微多孔膜に多孔層を積層した[5]に記載の電池用セパレータ。
[7]前記多孔層が、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂及びカルボキシメチルセルロース系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂と、無機粒子とを含む、[6]に記載の電池用セパレータ。
(顕微ラマン測定装置と測定条件)
・測定装置:顕微ラマン分光システムinVia(Renishaw社製)
・測定条件:
・180°後方散乱配置
・分光長250mm
・回折格子3000本/mm
・励起レーザー532nm
・50倍対物レンズ(N.A.=0.75)
・スポットサイズ(空間分解能)5μm 。
(偏光条件)
レーザーはフィルム面(XY平面)法線方向から垂直入射し、偏光子を用いて偏光とした。入射光と散乱光の偏光子は、互いに平行となるように配置した。また、入射偏光面で試料を回転させ、各方向のラマンスペクトルを得ることができる。
(ピーク強度の算出)
各ピーク強度は、1020cm-1以上1160cm-1以下の領域で直線近似によりベースラインを取得し、1060cm-1と1130cm-1の時のピーク強度を、ガウス、ローレンツ混合関数近似によるピークフィットを行って算出した。上記ピーク強度から、各方向の配向度を求める。配向度は、各々の測定角度においてラマン分光法により測定された1130cm-1と1060cm-1のピーク強度比(I1130/I1060)から算出される。即ち、1130cm-1と1060cm-1のピークは、それぞれC-C伸縮バンドの対称振動モードと逆対称振動モードに由来するものであり、これらはいずれも偏光角に対して強い異方性を示す。従って、ピーク強度比(I1130/I1060)は、入射偏光方位における分子鎖配向度に相関するパラメータとなる。なお、配向度は、1.7が無配向であり、1.7を上回る場合は、分子配向が進んでいることを示す。
(パルスNMR測定装置と測定条件)
装置ブルカー社製 :mq20
測定法 :ソリッドエコー法
測定核周波数 :19.95 MHz(1H 角)
パルス幅 :2.18s(90℃パルス)
パルス繰り返し時間:3s
測定温度 :135℃
(パルスNMRから得られる自由誘導減衰の3成分近似)
本発明のポリオレフィン微多孔膜は、特定の温度で測定したパルスNMRにおいてソリッドエコー法で得られた、該ポリオレフィン微多孔膜の自由誘導減衰(M(t))を、フィルム樹脂が既述の3成分から構成されると仮定し、式1を用いて最小二乗法によりフィッティングさせることにより、既述の3成分に近似した。
M(t)=A×exp(-(1/2)(t/Ta)2)sinet/et+B×exp(-(1/Wd)(t/Tb)Wd)+C×exp(-t/Tc) 式1
A:結晶成分の組成分率(%)
Ta:結晶成分の緩和時間(msec)
B:中間体成分の組成分率(%)
Tb:中間体成分の緩和時間(msec)
C:非晶成分の組成分率(%)
Tc:非晶成分の緩和時間(msec)
t:観測時間(msec)
Wd:形状係数(1<Wd<2)
e:形状係数(0.1<e<0.2) 。
[1]ポリオレフィン微多孔膜の製造方法
次に本発明のポリオレフィン微多孔膜の製造方法を説明するが、必ずしもこれに限定されるものではない。本発明のポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、以下の(a)~(e)の工程からなる。
(a)ポリオレフィン単体、ポリオレフィン混合物、ポリオレフィン溶媒混合物(可塑剤)、添加剤、及びポリオレフィン混練物を含むポリマー材料を混練・溶解してポリオレフィン溶液を調整する。
(b)溶解物を押出し、シート状に成型して冷却固化し、
(c)得られたシートをロール方式またはテンター方式により延伸を行う。
(d)その後、得られた延伸フィルムから可塑剤を抽出しフィルムを乾燥する。
(e)つづいて熱処理/再延伸を行う。
(f)必要に応じてエージング処理を行う。
以下、各工程について説明する。
前述したポリオレフィン樹脂を、可塑剤に加熱溶解させたポリオレフィン溶液を調製する。可塑剤としては、ポリエチレンを十分に溶解できる溶剤であれば特に限定されないが、比較的高倍率の延伸を可能とするために、溶剤は室温で液体であるのが好ましい。溶剤としては、ノナン、デカン、デカリン、パラキシレン、ウンデカン、ドデカン、流動パラフィン等の脂肪族、環式脂肪族又は芳香族の炭化水素、および沸点がこれらに対応する鉱油留分、並びにジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等の室温では液状のフタル酸エステルが挙げられる。液体溶剤の含有量が安定なゲル状シートを得るために、流動パラフィンのような不揮発性の液体溶剤を用いるのが好ましい。溶融混練状態では、ポリエチレンと混和するが室温では固体の溶剤を液体溶剤に混合してもよい。このような固体溶剤として、ステアリルアルコール、セリルアルコール、パラフィンワックス等が挙げられる。ただし、固体溶剤のみを使用すると、延伸ムラ等が発生するおそれがある。
ポリオレフィン溶液の均一な溶融混練は、特に限定されないが、高濃度のポリオレフィン溶液を調製したい場合、二軸押出機中で行うことが好ましい。必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で酸化防止剤等の各種添加材を添加してもよい。特にポリエチレンの酸化を防止するために酸化防止剤を添加することが好ましい。
得られたゲル状(積層シート含む)シートを延伸する。用いられる延伸方法としては、ロール延伸機によるMD一軸延伸、テンターによるTD一軸延伸、ロール延伸機とテンター、或いはテンターとテンターとの組み合わせによる逐次二軸延伸、同時二軸テンターによる同時二軸延伸などが挙げられる。延伸倍率は、膜厚の均一性の観点より、ゲル状シートの厚さによって異なるが、いずれの方向でも5倍以上に延伸することが好ましい。面積倍率では、25倍以上が好ましく、さらに好ましくは36倍以上、さらにより好ましくは49倍以上である。面積倍率が25倍未満では、延伸が不十分で膜の均一性が損なわれ易く、強度の観点からも優れた微多孔膜が得られない。面積倍率は100倍以下が好ましい。面積倍率を大きくすると、微多孔膜の製造中に破れが多発しやすくなり、生産性が低下するとともに、配向が進み結晶化度が高くなることで、多孔質基材の融点や強度が向上する。しかし、結晶化度が高くなるということは、非晶部が減少することを意味し、フィルム融点およびシャットダウン温度が上昇する。延伸条件を上記範囲で適宜調整することで、135℃における非晶成分(α135)の割合やラマン配向を上述の範囲に調整することができる。
次に、ゲル状シート中に残留する溶剤を洗浄溶剤を用いて除去する。ポリエチレン相と溶媒相とは分離しているので、溶剤の除去により微多孔膜が得られる。洗浄溶剤としては、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の飽和炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、メチルエチルケトン等のケトン類、三フッ化エタン等の鎖状フルオロカーボンなどがあげられる。これらの洗浄溶剤は低い表面張力(例えば、25℃で24mN/m以下)を有する。低い表面張力の洗浄溶剤を用いることにより、微多孔を形成する網状構造が洗浄後に乾燥時に気-液界面の表面張力により収縮が抑制され、空孔率および透過性を有する微多孔膜が得られる。これらの洗浄溶剤は可塑剤に応じて適宜選択し、単独または混合して用いる。
乾燥した微多孔膜を少なくとも一軸方向に延伸(再延伸)してもよい。再延伸は、微多孔膜を加熱しながら上述の延伸と同様にテンター法等により行うことができる。再延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよい。多段延伸の場合は、同時二軸または/および逐次延伸を組み合わせることにより行う。
ポリオレフィン微多孔膜を巻き取った捲回体は、恒温庫でエージング処理を行う。非晶部分を保持する目的で急速冷却を行うため、このままでは後工程や輸送中に経時によるポリオレフィン微多孔膜の幅収縮が懸念される。そのため、ポリオレフィン微多孔膜の非晶部分を保持したまま、通常取り扱いでの幅収縮を抑えるため、結晶分散温度よりも低い温度で恒温保管するエージング処理を施すことが望ましい。エージング処理温度は40℃~80℃が好ましく、より好ましくは45℃~70℃であり、更に好ましくは50℃~70℃である。40℃未満であると夏場や船舶等での輸送中に外気温の熱により収縮するおそれがあり、80℃より大きいと結晶分散温度付近であるため過剰に収縮され、塗工工程での幅取り収率が低下するおそれがある。
さらに、その他用途に応じて、微多孔膜に親水化処理を施すこともできる。親水化処理は、モノマーグラフト、界面活性剤処理、コロナ放電等により行うことができる。モノマーグラフトは架橋処理後に行うのが好ましい。ポリオレフィン微多孔膜に対して、α線、β線、γ線、電子線等の電離放射線の照射により架橋処理を施すのが好ましい。電子線の照射の場合、0.1~100Mradの電子線量が好ましく、100~300kVの加速電圧が好ましい。架橋処理によりポリオレフィン微多孔膜のメルトダウン温度が上昇する。
ポリオレフィン微多孔膜の少なくとも一方に多孔質層を設けことができる。多孔層とは、耐熱性、電極材料との接着性、電解液浸透性などの機能を少なくとも一つを付与し、または向上させるものである。多孔層は前記機能を付与又は向上させる樹脂を含み、さらに無機粒子を含んでもよい。樹脂はフッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂及びカルボキシメチルセルロース系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂を含むことが好ましい。
ポリオレフィン微多孔膜の他の物性を以下に挙げる。
(1)ポリオレフィン微多孔膜の厚さ
ポリオレフィン微多孔膜の厚さの上限は12μmである。さらにポリオレフィン微多孔膜の厚さの上限はより好ましくは9μmであり、下限は好ましくは4μm、より好ましくは5μm、さらに好ましくは7μmである。ポリオレフィン微多孔膜の厚さが上記の範囲であれば、実用的な突刺強度と孔閉塞機能を保有させることができ、電池の高容量化にも適するものとなる。
ポリオレフィン微多孔膜の空孔率については、上限は好ましくは60%、さらに好ましくは55%、もっとも好ましくは50%である。空孔率の下限は好ましくは35%、さらに好ましくは38%である。空孔率が60%以下であれば、十分な機械的強度と絶縁性が得られやすく、充放電時に短絡が起こりにくくなる。また、空孔率が35%以上であれば、イオン透過性がよく、良好な電池の充放電特性を得ることができる。
ポリオレフィン微多孔膜は、MD・TDともに引張強度が200MPa以上350MPa以下が好ましく、より好ましくは250MPa以上300以下である。上記範囲とすることで機械的強度が得られやすく、充放電時に短絡が起こりにくくなる。MD、TDのいずれかの引張強度が上記範囲の上限よりも大きくなると、ポリオレフィン微多孔膜の粘弾性が低下し、搬送及び塗工での工程安定性が低下するおそれがある。また上記範囲の下限を下回ると搬送時のポリオレフィン微多孔膜の伸び量が大きく、ポリオレフィン微多孔膜にシワが発生し、塗工後の生産性が低下するおそれがある。MD・TDの引張強度は、引張試験機で測定することができる。MD/TDの引張強度比については、塗工時の搬送性向上の面からMD強度が大きいほうが好ましく、1.00以上1.50以下であることが好ましい。より好ましくは1.10以上1.45以下であり、更に好ましくは1.15以上1.40以下である。強度比が1.50より大きいと、MDとTDで衝撃が加わった際の膜保持力が大きく異なるため、一方の方向に避けやすく、短絡するおそれがある。
ポリオレフィン微多孔膜の透気抵抗度の上限は厚みを10μmとした場合、300秒/100ccAir/10μm、より好ましくは250秒/100ccAir/10μm、さらに好ましくは200秒/100ccAir/10μmであり、透気抵抗度の下限は30秒/100ccAir/10μm、好ましくは50秒/100ccAir/10μm、さらに好ましくは80秒/100ccAir/10μmである。透気抵抗度が300秒/100ccAir/10μm以下であれば、イオン透過性が良く、充放電を高速で行うことができるほか、コーティング後にも十分な透過性を得られる。また、透気抵抗度が30秒/100ccAir/10μm以上であれば、自己放電や電池の劣化を防ぐことができる。
ポリオレフィン微多孔膜の突刺強度は40cN/μm以上であり、好ましくは45cN/μmである。突刺強度が40cN/μm以上であると、ポリオレフィン微多孔膜をセパレータとして電池に組み込んだ場合に、異物耐性が高く、電極の短絡が発生せず、電池の安全性が高くなる。
ポリオレフィン微多孔膜の100℃/1hrや120℃/1hrにおける熱収縮率の上限は10%である。より好ましくは8%以下である。熱収縮率が10%以下であれば、電池にした時に熱がかっても微多孔膜が維持することが出来ることで、短絡が起きにくくなり、電池の安全性が高くなる。
ポリオレフィン微多孔膜のシャットダウン温度は140℃以下であり、好ましくは139℃以下である。シャットダウン温度が140℃以下であると、ポリオレフィン微多孔膜をセパレータとして電池に組み込んだ場合に熱暴走が起こりにくくなり、電池の安全性が高くなる。また突刺強度が50cN/μm以上にした場合、これまでシャットダウン温度を140℃以下にすることは困難であった。しかし原料組成を重量平均分子量が1.0×106以上4.0×106未満の超高分子量ポリオレフィン樹脂と、赤外分光法による末端ビニル基濃度が10,000個の炭素原子当たり2.0個以上であり、重量平均分子量が1.0×106未満の長鎖分岐含有ポリエチレン樹脂もしくは重量平均分子量1000~100000と低分子量高密度ポリエチレン樹脂を含有し、MD・TDの延伸条件を検討することにより、これらを両立させることができることを見出した。
ポリオレフィン微多孔膜は電池やコンデンサーなどの電気化学反応装置のセパレータ(隔離材)として好適である。なかでも、非水電解液系二次電池、特にリチウム二次電池のセパレータとして好適に使用できる。
超高分子量ポリエチレン及び高密度ポリエチレンの重量平均分子量は、下記の測定条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー法で求めた。
測定装置:Waters Corporation製GPC-150C
カラム:昭和電工株式会社製Shodex UT806M
カラム温度:135℃
溶媒(移動相):o-ジクロルベンゼン
溶媒流速:1.0ml/min
試料濃度:0.1質量%(溶解条件:135℃/1h)
インジェクション量:500μl
検出器:Waters Corporation製ディファレンシャルリフラクトメーター(RI検出器)
検量線:単分散ポリスチレン標準試料を用いて得られた検量線から、ポリエチレンか換算係数(0.46)を用いて作成した。
高密度ポリエチレン樹脂を210℃にて加熱プレスしたのち、25℃で急冷し、約1mmの厚さのサンプルに成形した後、フーリエ変換赤外分光光度計(型番:FREEXACT‐II、(株)堀場製作所製)により赤外分光スペクトルを得た。得られたスペクトルのうち、910cm-1における吸収ピークの吸光度[A=log(I0/I)(ここで、Aは吸光度を表し、I0はブランクセルの透過光強度を表し、Iはサンプルセルの透過光強度を表す)]を測定し、下記の式より高密度ポリエチレン中の10,000個の炭素原子当たりの末端ビニル基の個数(個/10,000C)を算出した。末端ビニル基濃度(個/10,000C)=(11.4×吸光度A)/(ポリエチレンの密度(g/cm3)×サンプルの厚さ(mm)]により算出した。
ポリオレフィン微多孔膜の50mm×50mmの範囲内における5点の膜厚を接触厚み計(株式会社ミツトヨ製ライトマチック、接触圧0.01N、10.5mmφプローブを用いる)により室温23℃で測定し、平均値を求めた。
ポリオレフィン微多孔膜を5cm×5cmの大きさに切り出し、その体積(cm3)と質量(g)を求め、それらと膜密度(g/cm3)より、次式を用いて計算した。
空孔率=((体積-質量/膜密度)/体積)×100
膜密度は、使用するポリエチレンの密度によって0.95~0.99とするが、ここでは膜密度は0.99とした。また、体積の算出には、前述の(1)で測定した厚みを使用した。
各方向に対応する引張強度(MPa)については、インストロン製の引張試験機、インストロン5543を用いて、ASTM D882に準拠し、下記の条件で測定した。・サンプル形状:縦100mm×横10mmの矩形の矩形・測定方向:MD(長さ方向)、TD(幅方向)・チャック間距離:20mm・引張速度:100mm/min・グリップ:インストロン製 2702-018 Jaw Faces for Flats(Rubber Coated,50×38mm)・ロードセル:500N・チャック圧:0.50MPa・温度:23℃引張強度(MPa)は、サンプル破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除すことで求めた。引張強度について各方向サンプルを5点測定した値の平均値を算出した。
ポリオレフィン微多孔膜に対して、JIS P8117に準拠して、透気度計(旭精工株式会社製、EGO-1T)で気体を100cc透過させるために必要な時間である透気抵抗度を測定した。
試料ホルダーに固定したポリオレフィン微多孔膜に対し、カトーテック製KES-G5を用い、先端が球面の直径1mmの針で、膜厚T1(μm)の微多孔膜を2mm/secの速度で突刺したときの最大荷重を測定した。詳細な条件は下に示した。・試料ホルダーの開口部の直径:11.3mm・針先端の曲率半径:0.5mm・突刺速度:2mm/sec・雰囲気温度:23℃最大荷重の測定値Laを、式:Lb=(La×10)/T1により、膜厚を1μmとしたときの最大荷重Lbに換算し、突刺強度(N/μm)とした。
ポリオレフィン微多孔膜を105℃にて8時間保持したときのMDにおける収縮率を3回測定し、それらの平均値をMDの熱収縮率とした。また、TDについても同様の測定を行い、TDの熱収縮率を求めた。
ポリオレフィン微多孔膜を室温(25℃)から5℃/分の昇温速度で加熱しながら、透気度計(旭精工株式会社製、EGO-1T)により透気抵抗度を測定し、透気抵抗度が検出限界である1×105秒/100cm3Airに到達した温度を求め、シャットダウン温度(℃)とした。測定セルはアルミブロックで構成され、ポリオレフィン微多孔膜の直下に熱電対を有する構造とし、サンプルを5cm×5cm角に切り取り、周囲をОリングで固定しながら昇温測定した。この結果を用いて熱暴走時のシャットダウン性を評価し、測定温度が140℃未満の時を〇(良)、140℃以上の時は×(不可)とした。
下記の手順に従って円筒電池を作成し、衝撃試験を実施した。
<正極の作製>
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%、導電剤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%、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、活物質塗付量250g/m2、活物質嵩密度3.00g/cm3にて、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た。そして、130℃で3分間乾燥し、ロールプレス機で圧縮成形した後、幅約57mmに切断して帯状にした。
<負極の作製>
活物質として人造グラファイト96.9質量%、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、活物質塗付量106g/m2、活物質嵩密度1.55g/cm3という高充填密度にて、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付した。そして、120℃で3分間乾燥し、ロールプレス機で圧縮成形した後、幅約58mmに切断して帯状にした。
<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。
<セパレータ>
実施例、比較例に記載のセパレータを、60mmにスリットして帯状にした。
<電池組立て>
帯状負極、セパレータ、帯状正極、セパレータの順に重ね、250gfの巻取張力で渦巻状に複数回捲回することで電極板積層体を作製した。この電極板積層体を、外径が18mmで高さが65mmのステンレス製容器に収納し、正極集電体から導出したアルミニウム製タブを容器蓋端子部に、負極集電体から導出したニッケル製タブを容器壁に溶接した。そして、真空下80℃で12時間の乾燥を行った後、アルゴンボックス内にて容器内に上記非水電解液を注入し、封口した。
<耐衝撃試験>
組立てた電池をまず、500mAの定電流で充電し、電池電圧がそれぞれ4.20Vに到達した後は、それぞれの定電圧で電流値が10mA以下になるまで充電して満充電状態の電池を得た。次いで、満充電状態の円筒型電池を長辺が横となるように設置し、61cmの高さから質量9.1kgの直径15.8mmの棒を電池の中心平坦面上に落下させて各電池に衝撃を与えた。この衝撃により電池が90℃以上の発熱が生じたものを×(不可)、100℃以上の発熱が生じたものを△(不可)、100℃以上の発熱が確認されなかったものを○(良)、さらに110℃以上の発熱が確認されなかったものを◎(優)と評価した。
熱暴走時のシャットダウン性の評価結果と耐衝撃性の結果から総合評価を実施し、一方が良(〇)、他方が優(◎)の場合を総合評価:優(◎)、どちらとも良(〇)の場合を総合評価:良(〇)、どちらか一方でも不可(△、×)の場合は総合評価:不可(×)とした。
パルスNMRにより135℃における非晶成分(α135)を求めた。
〔装置と測定条件〕
装置ブルカー社製 :mq20
測定法 :ソリッドエコー法
測定核周波数 :19.95 MHz(1H 角)
パルス幅 :2.18s(90℃パルス)
パルス繰り返し時間:3s
測定温度 :135℃
〔パルスNMRから得られる自由誘導減衰の3成分近似〕
ポリオレフィン微多孔膜を構成する樹脂が結晶成分(A)、中間体成分(B)及び非晶成分(C)の3つの状態であると仮定し、実施例で得られたポリオレフィン微多孔膜をパルスNMR(ソリッドエコー法)で測定して得られる自由誘導減衰(M(t))について式1を用いて最小二乗法によりフィッティングさせることにより、結晶成分(A)、中間体成分(B)及び非晶成分(C)の3成分に近似し、非晶成分の割合を算出した。
M(t)=A×exp(-(1/2)(t/Ta)2)sinet/et+B×exp(-(1/Wd)(t/Tb)Wd)+C×exp(-t/Tc) 式1
A:結晶成分の組成分率(%)
Ta:結晶成分の緩和時間(msec)
B:中間体成分の組成分率(%)
Tb:中間体成分の緩和時間(msec)
C:非晶成分の組成分率(%)
Tc:非晶成分の緩和時間(msec)
t:観測時間(msec)
Wd:形状係数(1<Wd<2)
e:形状係数(0.1<e<0.2)。
ラマン分光法により配向度を求めた。
〔装置〕
・測定装置は、顕微ラマン分光システムinVia(Renishaw社製)を用いた。
・180°後方散乱配置・分光長250mm・回折格子3000本/mm・励起レーザー532nm
・50倍対物レンズ(N.A.=0.75)・スポットサイズ(空間分解能)5μm
〔偏光条件〕
レーザーはフィルム面(XY平面)法線方向から垂直入射し、偏光子を用いて偏光とした。測定試料を回転し、MDを0°として15°刻みで各方向のラマンスペクトルを得た。
〔ピーク強度の算出〕
得られたラマンスペクトルについて1020cm-1以上1160cm-1以下の領域で直線近似によりベースラインを取得し、1060cm-1と1130cm-1のピーク強度を、ガウス、ローレンツ混合関数近似によるピークフィットを行ってピーク強度を算出した。
〔配向度〕
1130cm-1と1060cm-1のピーク強度比(I1130/I1060)を配向度とした。また機械方向の軸を0°として15°刻みで360°測定したときの各方向(15°×n(1≦n≦24(nは整数)))の配向度の合計を求めた。各方向の配向度のうち最も大きい値(Rmax)を最も小さい値(Rmin)で除してRmax/Rminの値を求めた。また0°の配向度(MD配向度)と90°の配向度(TD配向度)から、MD配向度/TD配向度を求めた。
重量平均分子量(Mw)が2.4×106の超高分子量ポリエチレン(UHMwPE)40質量%と、末端ビニル基濃度が10,000個の炭素原子当たり8.3個であり、且つMwが3.0×105でC3以上の長鎖分岐を含む高密度ポリエチレン(HDPE)60質量%とからなるポリエチレン(PE)組成物100質量部に、テトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.375質量部をドライブレンドし、混合物を得た。得られた混合物25.0質量部を強混練タイプの二軸押出機に投入し、二軸押出機のサイドフィーダーから流動パラフィン75.0質量部を供給し、210℃の温度で溶融混練してポリエチレン溶液を調製した。得られたポリエチレン溶液を、二軸押出機からTダイに供給し、シート状成形体となるように押し出した。Tダイに供給する際に最終的な膜厚が表1に記載の値となるように二軸押出機の吐出量を調整した。押し出した成形体を、冷却ロールで引き取り、ゲル状シートを形成した。得られたゲル状シートを延伸温度115℃で5.5倍になるようにロール方式で縦延伸を行った。引き続いてテンターに導き、延伸温度125.0℃で延伸倍率9.0倍になるように横延伸を実施した。延伸後の膜を塩化メチレンの洗浄槽内にて洗浄し、流動パラフィンを除去した。洗浄した膜を乾燥し、テンター内に130.0℃にて延伸倍率1.5倍に再延伸した後、熱緩和した。巻き取った捲回体を60℃の恒温庫に24時間入れてエージング処理を行い9μmのポリオレフィン微多孔膜を得た。
縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表1に記載の条件に変更し、最終的な膜厚が表1になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例1と同様に微多孔膜を得た。
縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表1に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表1になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例1と同様に微多孔膜を得た。
重量平均分子量が1.5×106の超高分子量ポリエチレン40質量%と、末端ビニル基濃度が10,000個の炭素原子当たり6.5個であり、且つMwが3.0×105の長鎖分岐を含む高密度ポリエチレン60質量%からなるポリエチレン組成物を用いて、縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表1に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表1になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例1と同様に微多孔膜を得た。
実施例5
重量平均分子量が1.8×106の超高分子量ポリエチレン60質量%と、Mwが9.0×104と低分子量高密度ポリエチレン40質量%からなるポリエチレン組成物を用いて、縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表1に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表1になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例1と同様に微多孔膜を得た。
実施例6~9
縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表1に記載の条件に変更し、最終的な膜厚が表1になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例5と同様に微多孔膜を得た。
縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表2に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表2になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例1と同様に微多孔膜を得た。
縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表2に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表2になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例1と同様に微多孔膜を得た。
重量平均分子量が2.4×106の超高分子量ポリエチレン40質量%と、末端ビニル基濃度が10,000個の炭素原子当たり1.0個以下であり、且つMwが3.0×105の長鎖分岐を含まない高密度ポリエチレン60質量%からなるポリエチレン組成物を用いて、縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表2に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表2になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は実施例1と同様に微多孔膜を得た。
縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表2に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表2になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は比較例3と同様に微多孔膜を得た。
縦延伸の倍率・温度、横延伸の倍率・温度、再横延伸の倍率・温度を表2に記載の条件に替え、最終的な膜厚が表2になるように二軸押出機の吐出量を調整した以外は比較例3と同様に微多孔膜を得た。
Claims (7)
- ポリオレフィン微多孔膜を構成する樹脂としてポリエチレンからなり、ラマン分光法により15°刻みで360°測定して得られる配向度の合計が70以上90以下であり、パルスNMRのソリッドエコー法により測定される135℃における非晶成分(α135)の割合が35%以上である、ポリオレフィン微多孔膜。
- ラマン分光法により得られる90°の配向度(TD配向度)に対する0°の配向度(MD配向度)の比が0.8以上1.3以下の範囲である、請求項1記載のポリオレフィン微多孔膜。
- ラマン分光法により15°刻みで360°測定して得られる配向度のうち、最も大きい値(Rmax)を最も小さい値(Rmin)で除した値が1.0以上1.5以下の範囲である、請求項1または2記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 膜厚が5~12μmの範囲である、請求項1~3いずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 請求項1~4いずれかに記載のポリオレフィン微多孔膜を用いる電池用セパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜に多孔層を積層した請求項5に記載の電池用セパレータ。
- 前記多孔層が、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂及びカルボキシメチルセルロース系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂と、無機粒子とを含む、請求項6に記載の電池用セパレータ。
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