JP7811264B2 - 蓄電デバイス用セパレータ及びこれを含む蓄電デバイス - Google Patents
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Description
[1]
ポリオレフィンを主成分として含むポリオレフィン微多孔膜である基材と、
前記基材の少なくとも一方の表面に配置された被覆層と、を含む、蓄電デバイス用セパレータであって、
前記被覆層は、無機フィラーと、熱可塑性ポリマーの粒子状重合体とを含み、
前記粒子状重合体は、前記無機フィラー部分の表面から突出した粒子状重合体を含み、
前記被覆層の静止摩擦係数が、0.40以上0.60以下である、
蓄電デバイス用セパレータ。
[2]
前記突出した粒子状重合体の表面の一部が欠損している、項目1に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[3]
前記被覆層の表面観察で、前記粒子状重合体の合計面積に占める粒子状重合体脱落部の面積の割合が10%以下である、項目1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[4]
前記被覆層は、前記突出した粒子状重合体に向かって厚くなるよう傾斜状に形成されており、
前記無機フィラー部分の厚みをL1とし、基材-被覆層の境界線から、前記傾斜状に形成される前記無機フィラーの外表面までの最大距離をL2とした場合に、被覆層の傾斜率L2/L1の平均値が1.2以上である、項目1~3の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[5]
前記被覆層は、前記突出した粒子状重合体に向かって厚くなるよう傾斜状に形成されており、
前記無機フィラー部分の厚みをL1とし、基材-被覆層の境界線から、前記傾斜状に形成される前記無機フィラーの外表面までの最大距離をL2とし、基材-被覆層の境界線から、前記突出した粒子状重合体の輪郭までの最大距離をL3とした場合に、前記突出した粒子状重合体の被覆率(L2-L1)/(L3-L1)の平均値が0.4以上である、項目1~4の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[6]
前記突出した粒子状重合体の20%以上は、前記基材の表面に接触している、項目1~5の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[7]
前記被覆層の、前記基材からの180°剥離強度が200gf/cm以上である、項目1~6の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[8]
前記被覆層の表面観察で、前記突出した粒子状重合体を母点としてボロノイ分割し、得られるボロノイ多角形の面積(si)の変動係数(cv)が0.10以上0.60以下である、項目1~7の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[9]
前記突出した粒子状重合体の個数が、前記被覆層に含まれる粒子状重合体全体の個数の50%以上である、項目1~8の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[10]
前記粒子状重合体の粒径分布が1.1以下である、項目1~9の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[11]
前記粒子状重合体が一次粒子である、項目1~10の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[12]
前記一次粒子の平均粒径が1μm以上10μm以下である、項目11に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[13]
130℃、1時間におけるTDの熱収縮率が5%以下である、項目1~12の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[14]
150℃、1時間におけるTDの熱収縮率が5%以下である、項目1~13の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[15]
前記粒子状重合体の量が、前記被覆層に含まれる無機フィラー100質量部に対して、1質量部以上50質量部以下である、項目1~14の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[16]
前記突出した粒子状重合体は、前記無機フィラー部分の厚みの0.1倍以上、突出している、項目1~15の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[17]
前記突出した粒子状重合体が、(メタ)アクリレートを単量体として含む共重合体、スチレンブタジエン共重合体、及びフッ素原子を含む共重合体から成る群から選択される少なくとも一つを含む、項目1~16の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[18]
前記突出した粒子状重合体が、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸ブチル、及び(メタ)アクリル酸エチルへキシルを単量体として含む共重合体を含む、項目1~17の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[19]
前記突出した粒子状重合体が、多官能(メタ)アクリレートを単量体として含む共重合体を含む、項目1~18の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[20]
前記蓄電デバイス用セパレータ中の塩化メチレン可溶分が、前記蓄電デバイス用セパレータの全質量に対して、0.05質量%以上0.80質量%以下である、項目1~19の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[21]
前記被覆層に含まれる金属陽イオンの合計量が、前記被覆層の全質量を基準として、0.1ppm以上100ppm以下である、項目1~20の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[22]
項目1~21の何れかに記載の蓄電デバイス用セパレータを含む、蓄電デバイス。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、ポリオレフィンを主成分として含むポリオレフィン微多孔膜である基材と、基材の少なくとも一方の表面に配置された被覆層とを含む。被覆層は、無機フィラーと、熱可塑性ポリマーの粒子状重合体とを含む。
粒子状重合体の量は、無機フィラー100質量部に対して、1質量部以上50質量部以下、好ましくは3質量部以上30質量部以下、より好ましくは5質量部以上20質量部以下、更に好ましくは5質量部以上15質量部以下である。粒子状重合体の量が1質量部以上50質量部以下であることにより、イオン透過性を維持しつつ、電極との接着力を高めることができる。耐熱収縮性を向上する観点から、10質量部以下が好ましい。
粒子状重合体は、被覆層の無機フィラー部分の厚みの0.1倍以上突出した粒子状重合体を含んでよい。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、以下の(1)~(3)の特徴の一つ又は複数を有することが好ましい。
(1)被覆層が、突出した粒子状重合体に向かって厚くなるよう傾斜状に形成される;
(2)突出した粒子状重合体の20%以上は、基材の表面に接触している;
(3)被覆層の、基材からの180°剥離強度(以下、単に「180°剥離強度」ともいう。)が200gf/cm以上である;
蓄電デバイス用セパレータは、被覆層が、突出した粒子状重合体に向かって厚くなるよう傾斜状に形成されることが好ましい。これによって、粒子状重合体の被覆層からの滑落が防止され、電極との接着力が高まる。本明細書において、「傾斜状」とは、被覆層の無機フィラー部分の厚みをL1とし、基材-被覆層の境界線から、傾斜状に形成される被覆層の無機フィラーの外表面までの最大距離をL2としたとき、被覆層の傾斜率L2/L1の平均値が1.1(例えば、1.10)以上であることを意味する。
また、無機フィラーが突出部分の一部を覆う場合、突出部分上の傾斜は、突出部分の中央に向かって再び緩やかになってもよい。被覆層の傾斜率L2/L1の平均値は、好ましくは1.2(例えば、1.20)以上、1.3(例えば、1.30)以上、1.4(例えば、1.40)以上、1.5(例えば、1.50)以上又は1.7(例えば、1.70)以上である。
また、突出部分の中心付近は被覆層の表面に露出していることが好ましい。基材-被覆層の境界線から、突出した粒子状重合体の輪郭までの最大距離(突出した粒子状重合体の輪郭のうち基材-被覆層の境界線から最も離れる点までの距離)をL3とすると、突出部分の被覆率(L2-L1)/(L3-L1)の平均値は、好ましくは0.4(例えば、0.40)以上である。
また、被覆率(L2-L1)/(L3-L1)の上限値は、好ましくは1.0(例えば、1.00)未満、0.9(例えば、0.90)以下、0.8(例えば、0.80)以下、又は0.7(例えば、0.70)以下である。被覆率が1.0以上であることは、粒子状重合体の突出部分に乗る無機フィラーが、突出した粒子状重合体の輪郭の最上部(基材-被覆層の境界線から最も離れる点)まで到達していることを意味する。被覆率が1.0未満であることにより、粒子状重合体と電極との接触面積が確保され、電極との接着力が高まる。被覆率が0.8以下であることにより、粒子状重合体と電極との接触面積がより大きくなり、電極との接着力がより高まる。
蓄電デバイス用セパレータは、突出した粒子状重合体と基材表面との接触率が、好ましくは20%以上、より好ましくは50%以上、更に好ましくは70%以上である。「接触率」とは、SEMで蓄電デバイス用セパレータの被覆層断面を観察したときの画像から算出される。突出し、かつ基材と接触している粒子状重合体が増えることで、基材と粒子状重合体との結着力が更に高まり、180°剥離強度が向上し、電極との接着力が高まる。突出した粒子状重合体と基材表面との接触率の上限は、100%より小さく、又は100%であってよい。
蓄電デバイス用セパレータは、180°剥離強度が、好ましくは200gf/cm以上、より好ましくは230gf/cm以上、更に好ましくは250gf/cm以上である。「180°剥離強度」とは、被覆層の基材に対向する面が基材に対して180°の角を成すように被覆層を剥離したときの強度である。180°剥離強度が200gf/cm以上であることにより、電極との接着力が高まり、熱収縮が抑制される。180°剥離強度の上限は、500gf/cm以下であってよい。
蓄電デバイス用セパレータでは、被覆層の表面観察で、突出した粒子状重合体を母点としてボロノイ分割し、得られるボロノイ多角形の面積(si)の変動係数(cv)が0.10以上0.60以下である。変動係数(cv)がこの範囲内である被覆層では、突出した粒子状重合体の分布の均一性が高い。変動係数(cv)は、好ましくは0.20以上、0.25以上、及び0.30以上であり、また、好ましくは0.55以下、0.50以下、及び0.45以下である。
変動係数(cv)=標準偏差(sd)/平均値(m)
により算出される。
i)各測定視野:走査電子顕微鏡で撮像した画像
ii)視野の設定方法:
a)起点の視野を設定し、
b)前記起点の視野に対して5mm間隔で一軸方向に順次に隣接する領域から成る視野の9個と、前記起点の視野と、から成る全10視野を測定視野として設定する。
i)撮像画像としては、上記のとおり、倍率1000倍の走査電子顕微鏡で撮像した画像を採用することができる。図7の画像において、先ず、起点の視野(I)を設定する。1視野は倍率1000倍の走査電子顕微鏡で撮像した画像により構成されるため、その1視野のスケールは100μm×100μm程度であり、突出した粒子状重合体を基準としたボロノイ分割評価に適した視野を構成する。次に、前記起点の視野(I)に対して、5mm間隔で一軸方向に順次に隣接する9個の視野(II~X)を設定する。これらの視野(II~X)は、それぞれ、起点の視野(I)と同じ倍率の撮像画像からなる。
本実施形態におけるセパレータは、被覆層中の粒子状重合体が、実質的に重なり合うことがないように配置されたうえで、上記の要件が、それぞれ上記した範囲に調整されることが好ましい。
蓄電デバイス用セパレータでは、被覆層の静止摩擦係数が、0.40以上0.60以下である。被覆層の静止摩擦係数が、この範囲内であると、蓄電デバイス用セパレータの巻きズレを防止することができ、かつ/又は蓄電デバイス用セパレータと電極の捲回体の巻きズレを防止することができ、ひいては蓄電デバイス用セパレータの生産性が向上する。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、塩化メチレン可溶分が、蓄電デバイス用セパレータの全質量を基準として、好ましくは0.05質量%以上0.80質量%以下、より好ましくは0.10質量%以上0.60質量%以下、更に好ましくは0.15質量%以上0.50質量%以下である。塩化メチレンの「可溶分」とは、セパレータを塩化メチレンに浸漬した際に、塩化メチレンに抽出される成分を意味する。主に、基材を製造する際に混合する可塑剤が塩化メチレン可溶分として抽出される。塩化メチレン可溶分を0.10質量%以上含有することにより、基材と被覆層との結着力がより高まり、180°剥離強度を200gf/cm以上に調整することがより容易である。塩化メチレン可溶分が0.60質量%以下であることにより、電池の内部抵抗を低くすることができる。塩化メチレン可溶分を0.05質量%以上0.80質量%以下に調整する方法としては、基材製造時の可塑剤抽出工程において、バッチ式であれば抽出の時間や抽出溶媒の種類、抽出溶媒の温度、抽出回数などを調整することが挙げられ、連続式であれば、抽出の時間や抽出溶媒の種類、抽出溶媒の温度、抽出溶媒の供給量などを調整することが挙げられる。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、被覆層に含まれる金属陽イオンの合計量が、被覆層の全質量を基準として、好ましくは0.1ppm以上100ppm以下、より好ましくは0.1ppm以上70ppm以下、更に好ましくは0.1ppm以上50ppm以下である。金属陽イオンの合計量が少なく調整されていると、被覆層の形成において無機フィラー及び粒子状重合体が均一に分散して塗工されやすい。金属陽イオンとしては、ナトリウムイオン(Na+)、カルシウムイオン(Ca2+)及びマグネシウムイオン(Mg2+)等が挙げられる。金属陽イオンの合計量を0.1ppm以上100ppm以下に調整する方法としては、被覆層の原料となるフィラーを、使用前に水で洗浄する方法があげられる。洗浄回数は一回でもよく、二回以上でもよいが、洗浄回数が増えるほど、フィラーに含まれる金属陽イオンの合計量が少なくなる。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、130℃、1時間におけるTDの熱収縮率が、好ましくは5%以下、より好ましくは0%以上3%以下、更に好ましくは0%以上1%以下である。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータの、150℃、1時間におけるTDの熱収縮率は、好ましくは5%以下、より好ましくは0%以上3%以下、更に好ましくは0%以上1%以下である。ここで、TDの熱収縮率が5%以下であると、衝突試験時に短絡により発熱した際に外力が付加されている箇所以外での短絡の発生をより有効に抑制することができる。これにより、電池全体の温度上昇、及びそれに伴い生じ得る発煙、及び発火をより確実に防止することができる。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータの熱収縮率の調整は、上述した基材の延伸操作と熱処理とを適宜組み合わせることにより行うことができる。TDの熱収縮率を抑制すると同時に、MDの熱収縮もまた、好ましくは5%以下、より好ましくは0%以上3%以下、更に好ましくは0%以上1%以下である。
蓄電デバイス用セパレータの透気度は、好ましくは10秒/100cm3以上10000秒/100cm3以下、より好ましくは40秒/100cm3以上500秒/100cm3以下、更に好ましくは50秒/100cm3以上250秒/100cm3以下、特に好ましくは60秒/100cm3以上200秒/100cm3以下である。このことにより、高いイオン透過性が得られる。透気度は、JIS P-8117に準拠して測定される透気抵抗度である。
基材は、ポリオレフィンを主成分として含むポリオレフィン微多孔膜であり、以下の態様(1)、(2)又はこれらの組み合わせを有することが好ましい。(1)膜厚が1μm~30μmであり、透気度が500sec/100cm3以下であり、温度70℃、圧力8MPa、及び圧縮時間3分間の条件下で圧縮試験において測定される圧縮後気孔率が、30%以上である。(2)ポリオレフィン微多孔膜の小角X線散乱(SAXS)法により測定される結晶長周期が、37.0nm以上である。
理論に拘束されないが、ポリオレフィン微多孔膜は、膜厚1μm~30μmの範囲内で、500sec/100cm3以下の透気度と、30%以上の圧縮後気孔率とを有することにより、例えばセパレータとしてポリオレフィン微多孔膜を用いる非水系二次電池の作製において、プレス工程後にポリオレフィン微多孔膜の電気抵抗を低下させ、又は電気抵抗上昇を抑制することができ、これによって非水系二次電池の高出力と高サイクル特性を達成することができると考えられる。ポリオレフィン微多孔膜による抵抗上昇の抑制は、非水系二次電池のセル内で膨張収縮し易い電極を用いた場合に顕著であり、車載用電池等に使用される高容量電極、又はケイ素(Si)含有負極を用いる場合により顕著である。
理論に拘束されないが、ポリオレフィン微多孔膜は、37.0nm以上の結晶長周期を有することにより、驚くべきことに、ポリオレフィン微多孔膜の構造均一性と耐圧縮性が向上し、それに伴って非水系二次電池内での反応均一性も向上する。これによって、例えばセパレータとしてポリオレフィン微多孔膜を用いる非水系二次電池の作製におけるプレス工程後でさえも、非水系二次電池の高出力と高サイクル特性を達成することができると考えられる。ポリオレフィン微多孔膜の構造均一性と耐圧縮性の向上は、非水系二次電池のセル内で膨張収縮し易い電極を用いた場合に顕著であり、車載用電池等に使用される高容量電極又はケイ素(Si)含有負極を用いる場合により顕著である。
ポリエチレン:[η]=6.77×10-4Mv0.67(Chiangの式)
ポリプロピレン:[η]=1.10×10-4Mv0.80
気孔率=(体積-質量/膜密度)/体積×100
により求められる。ここで、例えばポリエチレンから成るポリオレフィン微多孔膜の場合、膜密度を0.95g/cm3と仮定して計算することができる。気孔率は、ポリオレフィン微多孔膜の延伸倍率の変更等により調節可能である。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、基材の少なくとも一方の表面に配置された被覆層を含む。すなわち、被覆層は、基材の片面にのみ配置されてもよく、又は両面に配置されてもよい。「表面に配置」とは、基材の表面の全部に配置されてもよく、又は一部に配置されてもよいことを意味する。被覆層は、電極と直接接着されることが予定されている。被覆層が電極と直接接着されるように、基材と電極とが被覆層を介して接着されるように配置されることが好ましい。被覆層は、無機フィラー及び粒子状重合体を含有する塗布液を基材に塗布する方法によって形成された塗工層であることが好ましい。
無機フィラーとしては、200℃以上の融点を持つかあるいは、200℃以上の熱分解温度を持ち、電気絶縁性が高く、かつリチウムイオン二次電池のような蓄電デバイスの使用範囲で電気化学的に安定であるものが好ましい。そのような無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、及び酸化鉄等の無機酸化物(酸化物系セラミックス);窒化ケイ素、窒化チタン、及び窒化ホウ素等の無機窒化物(窒化物系セラミックス);シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、及びケイ砂等のセラミックス;並びにガラス繊維が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。これらの中でも、無機フィラーとしては、アルミナ、硫酸バリウム、及び水酸化酸化アルミニウム(べーマイト)から成る群から選択される少なくとも一つが好ましい。
無機フィラーの平均粒径が50nm以上であることは、被覆層をイオンが透過するための空隙を保ち、レート特性が高まる観点から好ましい。無機フィラーの平均粒径が2000nm以下であることは、被覆層中の無機フィラーの重点率が高まり、耐熱収縮性が向上する観点から好ましい。無機フィラーの平均粒径は、例えば、180nm以上300nm以下であることが好ましい。その理由は、特に被覆層の厚みが小さい場合において、均一な被覆層厚みを形成し、耐熱収縮性が向上するからである。無機フィラーの平均粒径は、例えば、150nm以上500nm以下、又は、200nm以上450nm以下であることもまた好ましい。その理由は、レート特性と耐熱収縮性とを高度に両立することができるからである。無機フィラーの「平均粒径」は、実施例に記載の方法にて測定した。無機フィラーの粒径及びその分布を調整する方法としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等の適宜の粉砕装置を用いて無機フィラーを粉砕して粒径を小さくする方法が挙げられる。無機フィラーの粒度分布は、粒径に対する頻度のグラフにおいて、ピークが一つとなるようにすることができる。ただ、ピークが二つか、ピークをなさないような台形状のチャートとなるようにしてもよい。無機フィラーの粒度分布の変動係数としては、好ましくは0.55以下、より好ましくは0.50以下、更に好ましくは0.45以下である。粒度分布の変動係数が0.55以下であることで、基材の融点を超えた温度における変形を抑制する観点、及び被覆層の傾斜率を向上させ、電極との接着力が高まる観点から好ましい。
粒子状重合体は、熱可塑性ポリマーの粒子である。粒子状重合体は、セパレータと電極との接着性を高める観点から、ガラス転移温度又は融点が20℃以上200℃以下の熱可塑性ポリマーを含むことが好ましい。ガラス転移温度は、JISK7121に記載の中間点ガラス転移温度のことを指し、示差走査熱量測定(DSC)で得られるDSC曲線から決定される。具体的には、DSC曲線における低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、DSC曲線における高温側のベースラインを低温側に延長した直線から縦軸方向に等距離にある直線に対し、ガラス転移の段階上変化部分の曲線とが交わる点の温度をガラス転移温度として採用することができる。より詳細には、実施例に記載の方法に準じて決定すればよい。
また、「ガラス転移」はDSCにおいて試験片であるポリマーの状態変化に伴う熱流量変化が吸熱側に生じたものを指す。このような熱流量変化はDSC曲線において階段状変化の形状として観測される。「階段状変化」とは、DSC曲線において、曲線がそれまでの低温側のベースラインから離れ新たな高温側のベースラインに移行するまでの部分を示す。なお、階段状変化とピークとが組み合わされたものも階段状変化に含まれることとする。
また、階段状変化部分において、上側を発熱側とした場合に、上に凸の曲線が下に凸の曲線に変わる点と表現することもできる。
「ピーク」とは、DSC曲線において、曲線が低温側のベースラインから離れてから再度同じベースラインに戻るまでの部分を示す。「ベースライン」とは、試験片に転移、及び反応を生じない温度領域のDSC曲線のことを示す。
粒子状重合体のTgが10℃以上であることは、蓄電デバイス用セパレータの保存及び運搬、並びに蓄電デバイスの製造プロセス中において被覆層を介して隣接するセパレータ同士が膠着(ブロッキング)することを抑制する観点から好ましい。
一方、粒子状重合体のTgが110℃以下であることは、電極との良好な接着力が得られる観点から好ましい。粒子状重合体のTgは、例えば、粒子状重合体を製造する際に用いる単量体の種類、及び粒子状重合体が共重合体である場合は各単量体の配合比を変更することにより、適宜調整できる。すなわち、粒子状重合体の製造に用いられる各単量体について、一般に示されているそのホモポリマーのTg(例えば、「ポリマーハンドブック」(A WILEY-INTERSCIENCE PUBLICATION)に記載)と、単量体の配合割合とから、ガラス転移温度の概略を推定することができる。例えば、約100℃のTgのホモポリマーを与えるメチルメタクリレ-ト、アクリルニトリル、及びメタクリル酸のような単量体を高い比率で共重合した共重合体のTgは高くなり、約-50℃のTgのホモポリマーを与えるn-ブチルアクリレ-ト、及び2-エチルヘキシルアクリレ-トのような単量体を高い比率で共重合した共重合体のTgは低くなる。また、共重合体のTgは、下式で表されるFOXの式によっても、概算することができる。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wi/Tgi+・・・Wn/Tgn
ここで、式中、Tg(K)は共重合体のTgであり、Tgi(K)は単量体iのホモポリマーのTgであり、Wiは各単量体の質量分率である。iは1~nの整数であり、nは共重合体を構成する単量体の種類の数である。ただし、本実施形態における粒子状重合体のガラス転移温度Tgとしては、上記DSCを用いる方法により測定した値を採用する。
粒子状重合体の「一次粒子」とは、共有結合によって一体となっている独立した粒子を意味する。一方、一次粒子が2つ以上接して凝集体となっている形態を「二次粒子」という。
CH2=CRY1-COO-RY2
式中、RY1は水素原子又はメチル基を示し、RY2は水素原子、又は1価の炭化水素基を示す。RY2が1価の炭化水素基の場合は、置換基を有していてもよく、ヘテロ原子を有していてもよい。1価の炭化水素基としては、例えば、直鎖であっても分岐鎖であってもよい鎖状アルキル基、シクロアルキル基、及びアリール基が挙げられる。置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、及びフェニル基が挙げられ、ヘテロ原子としては、例えばハロゲン原子、及び酸素原子が挙げられる。(メタ)アクリル系化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。(メタ)アクリル系化合物としては、(メタ)アクリル酸、鎖状アルキル(メタ)アクリレート、シクロアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシル基を有する(メタ)アクリレート、及び(メタ)アクリル酸アリールエステル等が挙げられる。
被覆層は、無機フィラー同士、及び無機フィラーと基材とを結着させるための樹脂バインダを含むことが好ましい。樹脂バインダの樹脂の種類としては、特に限定されないが、リチウムイオン二次電池のような蓄電デバイスの電解液に対して不溶であり、かつリチウムイオン二次電池のような蓄電デバイスの使用範囲において電気化学的に安定な樹脂を用いることができる。
(1)ポリオレフィン、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンラバー、及びこれらの変性体;
(2)共役ジエン系重合体、例えば、スチレン-ブタジエン共重合体、及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、及びその水素化物;
(3)アクリル系重合体、例えば、メタクリル酸エステル-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、及びアクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体;
(4)ポリビニルアルコール系樹脂、例えば、ポリビニルアルコール、及びポリ酢酸ビニル;
(5)含フッ素樹脂、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン-テトラフルオロエチレン共重合体、及びエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体;
(6)セルロース誘導体、例えば、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、及びカルボキシメチルセルロース;並びに
(7)融点、及び/又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂、又は融点を有しないが分解温度が200℃以上のポリマー、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、及びポリエステル。
被覆層は、無機フィラー及び熱可塑性ポリマーの粒子状重合体以外に、水溶性高分子を更に含んでもよい。水溶性高分子は、粒子状重合体を構成する熱可塑性ポリマーに対して非相溶性であってもよい。一般に、水溶性高分子は、無機フィラー及び熱可塑性ポリマーの粒子状重合体を含む被覆層を形成するための塗布液中では分散剤として機能し、塗布液が水系塗料であるときには分散剤及び/又は保水剤として機能する。
これらの中でも、蓄電デバイスについて剛性とレート特性とサイクル特性との適切なバランスを取るという観点から、アニオン性ポリマーであり、カウンターカチオンとして金属塩を含むものが好ましく;アニオン性セルロース誘導体、及びポリアクリル酸のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩も好ましく;耐熱性とレート特性とのバランスの観点からポリアクリル酸のアルカリ金属塩が更に好ましく、ポリアクリル酸ナトリウムであることがより更に好ましい。
(I)カルボン酸のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩を1つ有するモノマー(Ci)のホモポリマー、又は複数のモノマー(Ci)と他のモノマーとのコポリマー;
(II)カルボン酸のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩を複数有するモノマー(Cii)のホモポリマー、又はモノマー(Cii)と他のモノマーとのコポリマー;及び
(III)単数又は複数のカルボン酸を有するモノマーを重合又は共重合することにより得られるポリマー又はコポリマーのアンモニウム塩又はアルカリ金属塩。
被覆層は、無機フィラー、熱可塑性ポリマーの粒子状重合体、及び任意の水溶性高分子のみから成ってもよく、これら以外の添加剤を更に含んでもよい。添加剤としては、例えば、水溶性高分子以外の低分子量分散剤;増粘剤;消泡剤;及び水酸化アンモニウム等のpH調整剤が挙げられる。低分子量分散剤の具体例としては、カルボン酸のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩を複数有するモノマー(Cii)、及びカルボン酸のアンモニウム塩又はアルカリ金属塩を複数有する非重合性化合物(例えば、アルギン酸ソーダ、及びヒアルロン酸ソーダ)等が挙げられる。
被覆層の基材に対する量、すなわち、基材の一つの面の単位面積当たりの被覆層の量は、重量で、好ましくは0.5g/m2以上、より好ましくは1.0g/m2以上であり、体積量で、好ましくは0.15cm3/m2以上、より好ましくは0.30cm3/m2以上である。被覆層の量の上限は、重量で、好ましくは10.0g/m2以下、より好ましくは7.0g/m2以下であり、体積量で、好ましくは3.50cm3/m2以下、より好ましくは2.50cm3/m2以下である。被覆層の量が上記下限値以上であることは、被覆層と電極との接着力を向上させる点、及び熱収縮の抑制の点で好ましい。被覆層の量が上記上限値以下であることは、イオン透過性の低下を抑制する観点から好ましい。
基材の少なくとも一方に配置される被覆層のいずれか一方の厚み(無機フィラー部分の厚み)は、好ましくは0.3μm以上5.0μm以下、より好ましくは0.5μm以上2.5μm以下、更に好ましくは0.7μm以上1.3μm以下である。被覆層の厚みが0.3μm以上であると、熱収縮をより抑制することができ、電極と基材との間の接着力を均一にしやすく、その結果、蓄電デバイスの特性を向上させることができる。
上記厚みが1.3μm以下であると、イオン透過性の低下を抑制することができ、薄膜の蓄電デバイス用セパレータを得ることができる点で好ましい。すなわち、セパレータの厚みを薄くすることで体積当たりの容量が大きい蓄電デバイスを製造することができる。
一方、熱収縮をより抑制する観点、及び粒子状重合体の被覆層からの滑落を防止する観点から、被覆層の厚みは、好ましくは1.6μm以上、又は2.1μm以上である。
上記厚みは、例えば、基材に塗布する塗布液における粒子状重合体の種類又は濃度、塗布液の塗布量、塗布方法、及び塗布条件等を変更することにより調整することができる。ただし、被覆層の厚みの調整方法は、それらに限定されない。
〈基材の製造方法〉
基材を製造する方法は、既知の製造方法を採用することができ、例えば、湿式多孔化法又は乾式多孔化法のいずれを採用してもよい。湿式多孔化法による例を挙げると、例えば、基材がポリオレフィン微多孔膜である場合、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤とを溶融混練してシート状に成形し、場合により延伸した後、可塑剤を抽出することにより多孔化させる方法;ポリオレフィン系の樹脂を主成分として含むポリオレフィン樹脂組成物を溶融混練して高ドロー比で押出した後、熱処理と延伸によってポリオレフィン結晶界面を剥離させることにより多孔化させる方法;ポリオレフィン樹脂組成物と無機充填材とを溶融混練してシート上に成形後、延伸によってポリオレフィンと無機充填材との界面を剥離させることにより多孔化させる方法;及びポリオレフィン樹脂組成物を溶解後、ポリオレフィンに対する貧溶媒に浸漬させポリオレフィンを凝固させると同時に溶媒を除去することにより多孔化させる方法が挙げられる。
ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤を溶融混練する。溶融混練方法としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、及び必要によりその他の添加剤を、押出機、ニーダー、ラボプラストミル、混練ロール、及びバンバリーミキサー等の樹脂混練装置に投入し、樹脂成分を加熱溶融させながら任意の比率で可塑剤を導入して混練する方法が挙げられる。この際、ポリオレフィン樹脂、その他の添加剤、及び可塑剤を樹脂混練装置に投入する前に、予めヘンシェルミキサー等を用い所定の割合で事前混練しておくことが好ましい。より好ましくは、事前混練において可塑剤の一部のみを投入し、残りの可塑剤を樹脂混練装置サイドフィードしながら混練する。
可塑剤としては、例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス等の炭化水素類;フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコール、及びステアリルアルコール等の高級アルコールが挙げられる。これらの中で、流動パラフィンが好ましい。
可塑剤の除去は、可塑剤の量が、得られる基材の全質量を基準として、好ましくは0.1質量部以上1.6質量部以下、より好ましくは0.2質量部以上1.2質量部以下、0.3質量部以上1.0質量部以下になるように制御することができる。可塑剤の量が上記範囲内であることにより、電池の内部抵抗を低くしつつ、基材と被覆層との結着力を向上させることができる。
まず、溶媒を使わずに押出機内で溶融混練後に直接延伸配向させたフィルムを作製し、その後、アニーリング工程、冷延伸工程、及び熱延伸工程を順に経て微多孔膜を作製する。乾式多孔化法としては、溶融樹脂を押出機からT-ダイを経て延伸配向させる方法、及びインフレーション法等が挙げられ、特にその手法に限定はない。
上記のようにして製造された基材の少なくとも片面に被覆層を配置する。被覆層を配置する方法としては、例えば、無機フィラー及び熱可塑性ポリマーの粒子状重合体を含有する塗布液を基材に塗布し、後述の媒体を除去する方法が挙げられる。
塗布液の媒体としては、好ましくは、水、又は水と水溶性有機媒体とから成る混合媒体である。
水溶性有機媒体としては、特に限定されないが、例えば、エタノール、及びメタノール等を挙げることができる。これらの中でも水がより好ましい。
塗布液を基材に塗布する際に、塗布液が基材の内部にまで入り込んでしまうと、重合体を含む粒子状重合体が、基材の孔の表面、及び内部を閉塞し透過性が低下し易くなる。この点、塗布液の媒体として水を用いる水分散体の場合には、基材の内部に塗布液が入り込み難くなり、重合体を含む粒子状重合体は主に基材の外表面上に存在し易くなるため、透過性の低下をより効果的に抑制できるので好ましい。
本実施形態においては、塗布液に含有される熱可塑性ポリマーは、好ましくは1μm~10μmという大きな粒径を有する粒子である。そのため、塗布液の粘度が10mPa・s以上であると、該熱可塑性ポリマーが塗布液中で沈降するのを防ぐことができる。一方、塗布液の粘度が100mPa・s以下であれば、攪拌時に液体の乱流が起こりやすく、塗布液流の粒子状重合体の分散が良好になり、ボロノイ多角形の面積(si)の変動係数(CV)を上記の範囲に制御することがより容易である。
また、塗布液の粘度が10mPa・s以上100mPa・s以下であることは、塗工後に塗布膜から溶媒が除去され被覆層を形成する過程において、粒子状重合体の沈降を好適に制御する観点、被覆層の傾斜率が高まる観点、及び粒子状重合体と基材表面との接触割合が高まる観点から好ましい。塗布液の粘度を制御する手段としては、無機フィラーのアスペクト比、無機フィラーの粒度分布の変動係数、及び増粘剤の種類などを調整することが挙げられる。これらの手段を用いて、塗布液の不動化(乾燥による被覆層の形成)の過程において塗布液の粘度を低くし、かつ粒子状重合体への塗布液のメニスカスを向上(濡れ性を向上)させることができ、その結果、被覆層の傾斜率を向上させ、電極との接着力を高めることができる。
表面処理の方法としては、例えば、コロナ放電処理法、プラズマ処理法、機械的粗面化法、溶剤処理法、酸処理法、及び紫外線酸化法等が挙げられる。表面処理としては、コロナ放電処理法が挙げられる。
塗布方法としては、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法、及びインクジェット塗布法等が挙げられる。これらのうち、粒子状重合体の塗工形状の自由度が高く、かつ好ましい面積割合を容易に得られるという観点から、グラビアコーター法又はスプレー塗布法が好ましい。
塗布液の供給タンク内で乱流による攪拌を行う手法;
塗工直前に塗工液に対して超音波処理(超音波による振動・攪拌処理)を施す手法;
等が挙げられる。これらの攪拌が好適に行われることは、被覆層における、突出した粒子状重合体の好適な分布状態を得る観点で有利である。
・塗工面が搬送ロールに接する面と垂直な方向に掛かる張力を所定の値以上、例えば、120N/m以上に制御する;
・塗工面が接する搬送ロール速度をセパレータ搬送速度よりも小さくする;
・突出した粒子状重合体が、周囲の無機フィラー部分から滑落しないように無機フィラーを傾斜状に形成する;
・被覆層の剥離強度を大きく、例えば200gf/cm以上にする。
得られた蓄電デバイス用セパレータは、捲回して捲回体の形態にすることが好ましい。セパレータを捲回体とすることで高速で簡易に繰り出すことができ、蓄電デバイスの生産工程にて生産性を高めることができる。
本実施形態の蓄電デバイスは、本実施形態の蓄電デバイス用セパレータを含む。蓄電デバイスとしては、特に限定されないが、例えば、非水系電解液二次電池等の電池、コンデンサー、及びキャパシタが挙げられる。それらの中でも、本実施形態の蓄電デバイス用セパレータの利点を活かすためには、電池が好ましく、非水系電解液二次電池がより好ましく、リチウムイオン二次電池が更に好ましい。
リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、正極及び負極の間に配置された本実施形態の蓄電デバイス用セパレータと、非水電解液とを有する。本実施形態の蓄電デバイスは、蓄電デバイス用セパレータを含むことにより、蓄電性能等の特性に優れ、リチウムイオン二次電池の場合は、電池特性に優れる。
正極としては、正極集電体上に正極活物質を含む正極活物質層を有する正極を好適に用いることができる。正極集電体としては、例えばアルミニウム箔が挙げられる。正極活物質としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、スピネル型LiMnO4、及びオリビン型LiFePO4等のリチウム含有複合酸化物が挙げられる。正極活物質層には、正極活物質の他、バインダ、導電材等を適宜含んでいてもよい。
本実施形態のセパレータを用いて蓄電デバイスを製造する方法は、特に限定されない。例えば、以下の方法を例示することができる。
まず、本実施形態のセパレータを上述の方法で製造する。セパレータのサイズ及び形状は、例えば、幅10mm以上500mm以下、好ましくは80mm以上500mm以下、長さ200m以上10,000m以下、好ましくは1,000m以上6,000m以下の縦長形状であってよい。
次いで、正極-セパレータ-負極-セパレータ、又は負極-セパレータ-正極-セパレータの順で積層し、円又は扁平な渦巻状に捲回して捲回体を得る。その捲回体をデバイス缶(例えば電池缶)内に収納し、更に電解液を注入することにより、製造することができる。又は電極、及びセパレータを折り畳んで捲回体としたものを、デバイス容器(例えばアルミニウム製のフィルム)に入れて電解液を注液する方法によって製造してもよい。
T1.00以上の温度でプレスすることで、被覆層が十分に変形し、良好な接着力を得ることができる。例えば35℃以上が好ましい。熱プレスによるセパレータにおける孔の目詰まり又は熱収縮を抑える点で、プレス温度は、好ましくは基材に含まれる材料の融点よりも低く、より好ましくは130℃以下である。
プレス圧力は、セパレータにおける孔の目詰まりを抑える観点から、好ましくは20MPa以下である。プレス時間は、ロールプレスを用いる場合、1秒以下でもよく、面プレスの場合、数時間でもよく、生産性の観点から好ましくは2時間以下である。
本実施形態の蓄電デバイス用セパレータを用いて、上記の製造工程を経ると、電極、及びセパレータから成る捲回体をプレス成形した際のプレスバックを抑制できる。従って、デバイス組立工程における歩留まり低下を抑制し、生産工程時間を短縮することができる。
〈被覆層の無機フィラー部分の厚み、被覆層の傾斜率、及び粒子状重合体の突出量〉
セパレータを凍結割断し、その断面をSEM(型式S-4800、HITACHI社製)にて確認した。得られた視野から被覆層の無機フィラー部分の厚み、被覆層の傾斜率、及び粒子状重合体の突出量を測定した。詳細には、セパレータのサンプルを1.5mm×2.0mm程度に切り取り、ルテニウム染色した。ゼラチンカプセル内に染色したサンプルとエタノールを入れ、液体窒素により凍結させた後、ハンマーでそのサンプルを割断した。割断したサンプルをオスミウム蒸着し、加速電圧1.0kV、5000倍にて観察した。図2に模式的に示すように、割断したサンプル断面のSEM画像にて、被覆層の無機フィラー部分における、基材-被覆層の境界線から被覆層の外表面までの距離を被覆層の無機フィラー部分の厚さL1(μm)を計測した。
また、基材-被覆層の境界線から、傾斜状に形成される被覆層の無機フィラーの外表面までの最大距離L2(μm)、及び突出した粒子状重合体の輪郭までの最大距離L3(μm)を測定し、被覆層の傾斜率L2/L1、突出部分の被覆率(L2-L1)/(L3-L1)、及び粒子状重合体の突出量L3-L1を算出した。被覆層の傾斜率L2/L1、突出部分の被覆率(L2-L1)/(L3-L1)、及び粒子状重合体の突出量L3-L1は、200点測定し、その平均値を求めた。
2mm×7mmに切り出したセパレータの、測定する被覆層と反対側の面をガラス版に両面テープで貼り付け、被覆層にテープ(品名「メンディングテープMP-12」、3M社製)を貼り付けた。テープの先端を5mm剥がし、引張試験機(型式「AG-IS、SLBL-1kN、島津製作所社製)にて、セパレータの面方向に対しテープが180°の角度で剥がれるようにテープ先端をチャックで挟んだ。引張速度は50mm/秒、温度は25度、相対湿度は40%として引張試験を行い、引張強度(gf/cm)を測定した。
セパレータ試料の被覆層が形成された面について、東洋精機製作所社製、MH―3摩擦試験機を用い、テーブル材質SKD61(表面粗度Ra:0.4μm)との摩擦試験を、スレッド質量200g、荷重容量20N、接触子面積63mm×63mm(フェルト素材)、試験速度100mm/分、測定距離30mm、温度23℃、及び湿度50%の条件下にて水平法によりTDに2回行って静止摩擦係数を測定し、それらの平均値を算出して下表に示した。上記摩擦試験では、100mm×100mmに切り出したセパレータ試料である被検体を、スレッドのフェルト素材面の表面に被検体の裏面が接するようにセットした。
セパレータを凍結割断し、その断面をSEM(型式S-4800、HITACHI社製)にて確認した。得られた視野から熱可塑性ポリマー含有層の厚さを測定した。詳細には、セパレータのサンプルを1.5mm×2.0mm程度に切り取り、ルテニウム染色した。ゼラチンカプセル内に染色したサンプルとエタノールを入れ、液体窒素により凍結させた後、ハンマーでそのサンプルを割断した。割断したサンプルをオスミウム蒸着し、加速電圧1.0kV、5000倍にて観察した。SEM画像にて、無機フィラー部分の厚みから突出している粒子状重合体のうち、割断面を持つ粒子状重合体200個について、基材と接触している粒子の数を計測し、突出した粒子状重合体と基材の接触割合とした。
セパレータを凍結割断し、その断面をSEM(型式S-4800、HITACHI社製)にて確認した。得られた視野から熱可塑性ポリマー含有層の厚さを測定した。詳細には、セパレータのサンプルを1.5mm×2.0mm程度に切り取り、ルテニウム染色した。ゼラチンカプセル内に染色したサンプルとエタノールを入れ、液体窒素により凍結させた後、ハンマーでそのサンプルを割断した。割断したサンプルをオスミウム蒸着し、加速電圧1.0kV、5000倍にて観察した。SEM画像にて、割断面に存在する粒子状重合体を200個観察し、そのうち被覆層の無機フィラー部分の厚みから突出している粒子状重合体の個数を計測し、被覆層の無機フィラー部分の厚みから突出している粒子状重合体個数の割合とした。
基材、及びセパレータ中の塩化メチレン可溶分は以下の方法で測定した。100×100mmにサンプリングした基材、又はセパレータを除電し、精密天秤を使って秤量した(W0(g))。続いて、密閉容器に塩化メチレンを200ml加え、上記セパレータを室温で15分浸漬した。その後、該セパレータを取り出し、室温で3時間乾燥させ上記同様に除電し、精密天秤を使って秤量した(W1(g))。塩化メチレン可溶分は、下記式で求めた。
塩化メチレン可溶分(質量%)={(W1-W0)/W0}×100
セパレータ0.60gをテフロン(登録商標)製加圧分解容器に取り、硫酸10mlを加え密封し、200℃の空気浴中で15時間加熱処理した。冷却後、容器内の溶液を樹脂製の100mlメスフラスコに移しメスアップして試料溶液とした。資料溶液を誘導結合プラズマ原子発光分析(ICP-OES)(型式「ICPE-9000」、島津製作所社製)にて測定し、標準液から作成した検量線を用いて各元素の含有量を算出した。
サンプルとして、セパレータをMDに100mm、TDに100mmに切り取り、130℃、又は150℃のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接サンプルに当たらないように、サンプルを2枚の紙に挟んだ。サンプルをオーブンから取り出して冷却した後、長さ(mm)を測定し、下式にて熱収縮率を算出した。測定はMD、TDで行い、TDの方を熱収縮率として表示した。
熱収縮率(%)={(100-加熱後の長さ)/100}×100
目付は、単位面積(1m2)当たりのポリオレフィン微多孔膜の重量(g)である。1m×1mにサンプリング後、島津製作所製の電子天秤(AUW120D)にて重量を測定した。なお、1m×1mにサンプリングできない場合は、適当な面積に切り出して重量を測定した後、単位面積(1m2)当たりの重量(g)に換算した。
基材、又はセパレータから、10cm×10cm角の試料を切り取り、格子状に9箇所(3点×3点)を選んで、微小測厚器(株式会社東洋精機製作所、タイプKBM)を用いて室温23±2℃で厚み(μm)を測定した。得られた9箇所の測定値の平均値を、基材、又はセパレータの厚みとして算出した。
基材から10cm×10cm角の試料を切り取り、その体積(cm3)、及び質量(g)を求めた。これらの値を用い、その基材の密度を0.95(g/cm3)として、気孔率を下記式から求めた。
気孔率(%)=(1-質量/体積/0.95)×100
JIS K7112:1999に従い、密度勾配管法(23℃)により、試料の密度を測定した。
基材及び蓄電デバイス用セパレータについて、JIS P-8117に準拠し、東洋精器(株)製のガーレー式透気度計G-B2(型式名)により測定した透気抵抗度を透気度とした。被覆層が基材の片面にしか存在しない場合は、被覆層が存在する面から針を突刺することができる。
カトーテック製のハンディー圧縮試験器KES-G5(型式名)を用いて、開口部の直径11.3mmの試料ホルダーで基材を固定した。次に、固定された基材の中央部に対して、先端の曲率半径0.5mmの針を用いて、突刺速度2mm/秒で、25℃雰囲気下において突刺試験を行うことにより、最大突刺荷重を測定し、突刺強度(gf)とした。被覆層が基材の片面にしか存在しない場合は、被覆層が存在する面から針を突刺することができる。
キャピラリー内部の流体は、流体の平均自由工程がキャピラリーの孔径より大きいときはクヌーセンの流れに、小さい時はポアズイユの流れに従うことが知られている。そこで、熱可塑性ポリマー含有層の透気度測定における空気の流れがクヌーセンの流れに、また基材の透水度測定における水の流れがポアズイユの流れに従うと仮定する。
d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3Ps)×106
Rgas=0.0001/(透気度×(6.424×10-4)×(0.01276×101325))
Rliq=透水度/100
ν=((8R×T)/(π×M))1/2
熱可塑性ポリマーを含む水分散体(固形分=38質量部以上42質量部以下、pH=9.0)を、アルミ皿に適量取り、常温で24時間静置して乾燥皮膜を得た。その乾燥皮膜約17mgを測定用アルミ容器に充填し、DSC測定装置(島津製作所社製、型式名「DSC6220」)にて窒素雰囲気下におけるDSC曲線、及びDSC曲線を得た。測定条件は下記の通りとした。
1段目昇温プログラム:30℃スタート、毎分10℃の割合で昇温。150℃に到達後
5分間維持。
2段目降温プログラム:110℃から毎分10℃の割合で降温。-50℃に到達後5分間維持。
3段目昇温プログラム:-50℃から毎分10℃の割合で150℃まで昇温。この3段目の昇温時にDSC、及びDDSCのデータを取得。
オスミウム蒸着した蓄電デバイス用セパレータの表面を走査型電子顕微鏡(SEM)(型式「S-4800」、HITACHI社製)を用いて、加速電圧1.0kV、10000倍にて観察することにより測定した。SEM画像にて、被覆層中の無機フィラーを画像処理することにより、アスペクト比を求めた。無機フィラー同士が相互に結着している場合でも、無機フィラー単体としての縦及び横の長さを明確に認識できるものを選択し、これらに基づいてアスペクト比を算出した。
具体的には、上記縦及び横の長さを明確に認識できるものを10個選択し、各々の無機フィラーの長軸を短軸の長さで割算した値の平均値をアスペクト比とした。縦及び横の長さを明確に認識できるものが1視野上に10個に満たない場合は、複数視野の画像から10個を選択した。
無機フィラーの粒径分布は、粒子径測定装置(日機装株式会社製、製品名「Microtrac UPA150」)を使用し、測定した。測定するサンプル溶液には塗布前分散液を用い、測定条件としては、ローディングインデックス=0.20、測定時間300秒とし、得られたデータにおける体積平均粒子径(D50)の標準偏差SDの値をD50の値で割ることにより無機フィラーの粒径分布(Cv値)を算出した。
水分散体中の熱可塑性ポリマーの体積平均粒子径(D50)及び樹脂バインダの体積平均粒子径(D50)は、粒子径測定装置(日機装株式会社製、製品名「Microtrac UPA150」)を使用して測定した。測定条件としては、ローディングインデックス=0.20、測定時間300秒とし、得られたデータにおける累積体積が50%となる粒子径(D50)の数値を体積平均粒子径(D50)として記載した。
オスミウム蒸着した蓄電デバイス用セパレータの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(型式「S-4800」、HITACHI社製)を用いて、加速電圧1.0kV、10000倍にて観察することにより測定した。具体的には、任意の粒子状重合体200個に対して、図8に例示されるとおり、セパレータ表面に対して水平方向の最大幅(W)、及びセパレータ表面に対して垂直方向の最大高さ(H)を測定し、最大高さ(H)を最大幅(W)で除することにより欠損率を算出し、それらの平均値を粒子状重合体の欠損率とした。
オスミウム蒸着した蓄電デバイス用セパレータの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(型式「S-4800」、HITACHI社製)を用いて、加速電圧1.0kV、10000倍にて観察することにより測定した。具体的には、任意の粒子状重合体200個に対して、面積円相当径を測定し、それらの値から個数平均粒子径MN及び体積平均粒子径MVを求め、粒子状重合体の粒径分布をMV/MNとして算出した。
オスミウム蒸着した蓄電デバイス用セパレータの表面を、走査型電子顕微鏡(SEM)(型式「SU-8220」、HITACHI社製)とエネルギー分散型X線分光法(EDX)(型式「ULTIM EXTREME)、オックスフォード社製)を用いて、元素マッピングを行った。このとき、SEM検出器は二次電子を選択し、加速伝達3kV、マッピング積算回数20回として、粒子状重合体の粒径に応じて倍率500倍又は3000倍でセパレータ上の被覆層表面における炭素原子のマッピング測定を、図7に示したように10視野において実施した。
これら10個の視野に含まれる、突出した粒子状重合体についての、ボロノイ多角形の面積(si)、ボロノイ多角形の総数(n)、平均値(m)、標準偏差(sd)、及び変動係数(cv)を、それぞれ10視野の平均値として得た。
具体的には、炭素原子のマッピング画像から、画像処理ソフトウェア(ImageJ)を用いて、Gausian Blur処理(Sigma=5)を行った後、Threshold機能(Auto)を用いて二値化し、さらにWatershed処理を行った。
この処理画像を、プログラミング言語Pythonのopencv-python ライブラリ(バージョン4.5.4.60)のcv2.Subdiv2D.getVoronoiFacetListメソッドを用いてボロノイ分割を行った。
また、観察視野においてボロノイ分割を行なった時に、閉じられていない領域は、ボロノイ多角形の面積を計算するための対象としなかった。
オスミウム蒸着した蓄電デバイス用セパレータの表面を、走査型電子顕微鏡(SEM)(型式「SU-8220」、HITACHI社製)とエネルギー分散型X線分光法(EDX)(型式「ULTIM EXTREME)、オックスフォード社製)を用いて、元素マッピングを行った。このとき、SEM検出器は二次電子を選択し、加速伝達3kV、マッピング積算回数20回として、粒子状重合体の粒径に応じて倍率500倍から3000倍における炭素原子のマッピング測定を、10視野で実施した。炭素原子のマッピング画像から、画像処理ソフトウェア(ImageJ)を用いて、Gausian Blur処理(Sigma=5)を行った後、Threshold機能(Auto)を用いて二値化し、被覆層表面を平面視したときの粒子状重合体の投影面積を算出した。これら10視野の平均値を、被覆層表面を平面視したときの粒子状重合体の投影面積(Sr)とした。また、上記炭素原子のマッピング測定を行った同10視野におけるSEM像から、画像処理ソフトウェア(ImageJ)を用いて同様に画像処理を行うことで、被覆層表面を平面視したときの粒子状重合体の滑落面積を算出した。これら10視野の平均値を、被覆層表面を平面視したときの粒子状重合体の脱落面積(Sd)とした。算出されたSr及びSdの値から、粒子状重合体の脱落面積割合Sd/(Sr+Sd)×100(%)を算出した。
a.正極の作製
正極活物質としてニッケル、マンガン、コバルト複合酸化物(NMC)(Ni:Mn:Co=1:1:1(元素比)、密度4.70g/cm3)を90.4質量部、導電助材としてグラファイト粉末(KS6)(密度2.26g/cm3、数平均粒子径6.5μm)を1.6質量部、及びアセチレンブラック粉末(AB)(密度1.95g/cm3、数平均粒子径48nm)を3.8質量部、並びにバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)(密度1.75g/cm3)を4.2質量部の比率で混合し、これらを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を用いて塗布し、130℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機を用いて圧縮成形することにより、正極を作製した。このときの正極活物質塗布量は109g/m2であった。
負極活物質としてグラファイト粉末A(密度2.23g/cm3、数平均粒子径12.7μm)を87.6質量部、及びグラファイト粉末B(密度2.27g/cm3、数平均粒子径6.5μm)を9.7質量部、並びにバインダ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質量部(固形分換算)(固形分濃度1.83質量部水溶液)、及びジエンゴム系ラテックス1.7質量部(固形分換算)(固形分濃度40質量部水溶液)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℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形することにより、負極を作製した。このときの負極活物質塗布量は5.2g/m2であった。
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ることにより、非水電解液を調製した。
セパレータ又は基材を24mmφ、正極、及び負極をそれぞれ16mmφの円形に切り出した。正極と負極の活物質面とが対向するように、負極、セパレータ又は基材、正極の順に重ね、蓋付きステンレス金属製容器に収容した。容器と蓋とは絶縁されており、容器は負極の銅箔と、蓋は正極のアルミニウム箔と、それぞれ接していた。この容器内に前記非水電解液を0.4ml注入して密閉することにより、電池を組み立てた。
d.で組み立てた簡易電池を、25℃において、電流値3mA(約0.5C)で電池電圧4.2Vまで充電した後、4.2Vを保持するようにして電流値を3mAから絞り始めるという方法により、電池作成後の最初の充電を合計約6時間行った。その後、電流値3mAで電池電圧3.0Vまで放電した。次に、25℃において、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電した後、4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法により、合計約3時間充電を行った。その後、電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電した時の放電容量を1C放電容量(mAh)とした。
次に、25℃において、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電した後、4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法により、合計約3時間充電を行った。その後、電流値12mA(約2.0C)で電池電圧3.0Vまで放電した時の放電容量を2C放電容量(mAh)とした。そして、1C放電容量に対する2C放電容量の割合を算出し、この値をレート特性とした。
レート特性(%)=(2C放電容量/1C放電容量)×100
レート特性(%)の評価基準
A(良好):レート特性が、85%超
B(可):レート特性が、80%超85%以下
C(不良):レート特性が、80%以下
セパレータを幅20mm×長さ70mmの長方形状に切り取り、15mm×60mmの大きさに切った正極と重ねて、セパレータと電極の積層体とし、この積層体を以下の条件でプレスした。
温度:90℃
プレス圧:1MPa
プレス時間:5秒
プレス後のセパレータと電極の剥離強度を、(株)イマダ製のフォースゲージZP5N及びMX2-500N(製品名)を用いて、剥離速度50mm/分にて90°剥離試験を行い、剥離強度を測定した。このとき、上記の条件で行った長さ40mm分の剥離試験における剥離強度の平均値を剥離強度として採用した。
接着性の評価基準
A(秀):剥離強度が5N/m以上
B(優):剥離強度が2N/m以上、5N/m未満
C(良):剥離強度が1N/m以上、2N/m未満
D(不可):剥離強度が1N/m未満
セパレータを幅20mm×長さ70mmの長方形状に切り取り、15mm×60mmの大きさに切った正極と重ねて、セパレータと電極の積層体とし、この積層体をアルミラミネートフィルムに挿入し、電解液(1mol/LのLiPF6を含むEC/DEC=1/2の混合物)を0.4ml加えた。これを密封したのち12時間静置し、以下の条件でプレスした。
温度:90℃
プレス圧:1MPa
プレス時間:1分
プレス後のセパレータと電極の剥離強度を、(株)イマダ製のフォースゲージZP5N及びMX2-500N(製品名)を用いて、剥離速度50mm/分にて90°剥離試験を行い、剥離強度を測定した。このとき、上記の条件で行った長さ40mm分の剥離試験における剥離強度の平均値を剥離強度として採用した。
接着性の評価基準
A(良好):剥離強度が5N/m以上
B(可):剥離強度が2N/m以上、5N/m未満
C(不良):剥離強度が1N/m以上、2N/m未満
D(不可):剥離強度が1N/m未満
セパレータの被覆層面に対して、幅12mm×長さ100mmのテープ(3M社製)を貼りつけた。テープをサンプルから50mm/分の速度で剥がすときの力を、90°剥離強度測定器(IMADA社製、製品名IP-5N)を用いて測定した。得られた測定結果に基づいて、下記評価基準で接着力を評価した。
A(良好):59N/m(6gf/mm)以上
B(許容):40N/m以上59N/m未満
C(不良):40N/m未満
a.正極の作製
正極活物質としてニッケル、コバルト、アルミニウム複合酸化物(NCA)(Ni:Co:Al=90:5:5(元素比)、密度3.50g/cm3)を100質量部、導電材としてアセチレンブラック粉末(AB)を1.25質量部、並びにバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を1.0質量部の比率で混合し、これらを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15μmのアルミニウム箔の両面にダイコーターを用いて塗布し、130℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機を用いて圧縮成形することにより、正極を作製した。このときの正極活物質塗布量は456g/m2であった。
負極活物質としてグラファイト粉末を86.0質量部、及び酸化ケイ素(SiO)を4.5質量部、並びにバインダとしてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩1質量部及びスチレン-ブタジエンゴム(SBR)1.0質量部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7.5μmの銅箔の両面にダイコーターで塗布し、120℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形することにより、負極を作製した。このときの負極活物質塗布量は266g/m2であった。
エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート:エチルメチルカーボネート=25:70:5(重量比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.4mol/Lとなるように溶解させることにより、非水電解液を調製した。
正極(幅63mm)、負極(幅64mm)、セパレータ(幅67mm)を積層し、渦巻状に捲回して捲回体を作成した。この捲回体を外径21mm、高さ70mmの円筒形状の電池缶内に収容し、更に前記非水電解液を注入し密閉することにより、電池を組み立てた。
d.で組み立てた電池を、25℃において、電流値3mA(約0.5C)で電池電圧が4.2Vまで充電した後、4.2Vを保持するようにして電流値が50mAになるまで充電を行った。その後、0.2Cで電池電圧2.5Vまで放電を行い、初期容量を求めた。次に、0.3Cで電池電圧4.2Vまで充電した後、4.2Vを保持するようにして電流値が50mAになるまで充電し、その後、1Cで電池電圧2.5Vまで放電を行った。これを1サイクルとして充放電を繰り返した。そして、初期容量(第1回目のサイクルにおける容量)に対する500サイクル後の容量維持率を用いて、以下の基準でサイクル特性を評価した。
A(良):80%以上の容量維持率
B(可):75%以上80%未満の容量維持率
C(不可):75%未満の容量維持率
〈ポリオレフィン微多孔膜B1の製造〉
Mvが70万であり、ホモポリマーの高密度ポリエチレン45質量部と、Mvが30万であり、ホモポリマーの高密度ポリエチレン45質量部と、Mvが40万であるホモポリマーのポリプロピレンとMvが15万であるホモポリマーのポリプロピレンとの混合物(質量比=4:3)10質量部とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られたポリオレフィン混合物99質量部に酸化防止剤としてテトラキス-[メチレン-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンを1質量部添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、混合物を得た。得られた混合物を、窒素雰囲気下で二軸押出機へフィーダーにより供給した。
また、流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-5m2/s)を押出機シリンダーにプランジャーポンプにより注入した。押し出される全混合物100質量部中に占める流動パラフィンの割合が65質量部となるように、すなわち、樹脂組成物の割合が35質量部となるように、フィーダー、及びポンプの運転条件を調整した。
このシートを同時二軸延伸機にて倍率7×6.4倍、温度20℃下で延伸した後、塩化メチレンに浸漬して、流動パラフィンを抽出除去後、乾燥し、テンター延伸機にて温度130℃、横方向に1.8倍延伸した。その後、この延伸シートを幅方向に約10%緩和して熱処理を行い、基材としてのポリオレフィン微多孔膜B1を得た。
得られたポリオレフィン微多孔膜を上記方法に従って評価した。評価結果を下表に示す。
シート状成形物の厚みを0.5mmに変更したこと以外はポリオレフィン微多孔膜B1と同様に、ポリオレフィン微多孔膜B2を製造した。ポリオレフィン微多孔膜B2を同様にして測定及び評価した結果を表1に示す。
〈粒子状重合体の水分散体A1の調製〉
撹拌機、還流冷却器、滴下槽、及び温度計を取り付けた反応容器に、イオン交換水70.4質量部と、「アクアロンKH1025」(登録商標、第一工業製薬株式会社製25%水溶液、表中「KH1025」と表記。以下同様。)0.5質量部と、「アデカリアソープSR1025」(登録商標、株式会社ADEKA製、25%水溶液、表中「SR1025」と表記。以下同様。)0.5質量部と、を投入し、反応容器内部温度を95℃に昇温した。その後、95℃の容器内部温度を保ったまま、過硫酸アンモニウム(2%水溶液)(表中「APS(aq)」と表記。以下同様。)を7.5質量部添加した。
下表に示すように乳化液の組成を変更したこと以外は、水分散体A1と同様にして水分散体A2~5を得て、物性を評価した。得られた結果を下表に示す。
水分散体A1の一部をとり、これをシードポリマーとする多段重合を行うことにより、水分散体A1-1を合成した。具体的には、まず、撹拌機、還流冷却器、滴下槽、及び温度計を取り付けた反応容器に、水分散体A1を固形分換算で20質量部、及びイオン交換水70.4質量部の混合物を投入し、反応容器内部温度を80℃に昇温した。その後、80℃の容器内部温度を保ったまま、過硫酸アンモニウム(2%水溶液)を7.5質量部添加した。以上が初期仕込みである。
シードポリマー、単量体、その他の原料の組成を、表2に記載のとおりに変更する以外は、水分散体A1-1と同様にして、コポリマーラテックス(水分散体A2-1、A3-1~A3-8及びA4-1及びA5-1)を得た。得られた水分散体について、それぞれ、上記方法により評価した。得られた結果を表2に示す。
・乳化剤
KH1025:「アクアロンKH1025」登録商標、第一工業製薬株式会社製、25%水溶液
SR1025:「アデカリアソープSR1025」登録商標、株式会社ADEKA製、25%水溶液
NaSS:p-スチレンスルホン酸ナトリウム
APS(aq):過硫酸アンモニウム(2%水溶液)
MAA:メタクリル酸
AA:アクリル酸
MMA:メタクリル酸メチル
BA:アクリル酸n-ブチル
BMA:メタクリル酸n-ブチル
EHA:アクリル酸2-エチルヘキシル
CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
St:スチレン
AN:アクリロニトリル
HEMA:メタクリル酸2-ヒドロキシエチル
AM:アクリルアミド
GMA:メタクリル酸グリシジル
A-TMPT:トリメチロールプロパントリアクリレート
AcSi:γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
〈実施例1〉
水100質量部に対し、ポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ製SNディスパーサント5468)0.3質量部、無機フィラーとして水酸化酸化アルミニウム(ベーマイト、平均粒径450nm)100質量部を混合し、ビーズミル処理して塗布前分散液を得た。塗布前分散液に、無機フィラー100質量部に対し、水溶性高分子成分としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を0.2質量部混合し、その後、更に樹脂バインダとしてアクリルラテックス懸濁液(固形分濃度40%、体積平均粒子径150nm、Tg-10℃)を固形分として4質量部、及び、水分散体A3-5を10質量部の割合で混合し、均一に分散させて、熱可塑性ポリマーを含む塗布液(固形分40質量部)を調製した。
ポリオレフィン微多孔膜、塗布液の組成、塗布条件等を、それぞれ、下表に記載のとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例及び比較例のセパレータを得た。
比較例1では、塗布液の攪拌に傾斜パドル攪拌体を使用した。
実施例2~15、及び比較例1、2のセパレータでは、粒子状重合体は一次粒子の形態で分散しており、比較例4のセパレータでは、粒子状重合体は二次粒子の形態で分散していた。
(カール値)
セパレータを、MD20cm×TD5cmに切り出し、平らな台の上に置いた。30秒後に、該微多孔膜が台と接しているMD長さ(Acm)を計り、下記の式にてカール値とした。
[カール値]=20cm-Acm
セパレータが台と接しているMD長さ(Acm)としては、微多孔膜のTD方向においてすべて台と接している箇所を計測した。測定は、温度23±2℃、及び相対湿度40%の条件下で行った。カール値の評価基準を以下に示す。
捲回安定性の指標として、スリット後の巻きズレを評価した。
西村製作所(株)製スリッターであるTH4C(商品名)にて、繰り出し張力100N/m、巻き取り張力100N/m、走行速度100m/minの条件で、セパレータを60mm幅にスリットし、その後3インチの紙管に2000m巻き取って捲回体を得た。その際の捲回体の巻きズレの度合いを評価した。なお、スリット後の状態において0.3mm未満のズレが生じたものを巻きズレなしと判定し、0.3mm以上のズレが生じたものを巻きズレありと判定した。
評価は捲回体10巻について実施し、その中の巻きズレありと判定された巻数により巻きズレを評価した。巻きズレの評価基準を以下に示す。
上記「巻きズレ」のようにして得られた3インチの紙管に巻き取った巻長2000mのセパレータ捲回体の耐衝撃安定性の指標として、段ズレを下記のようにして評価した。
図9に示す検査治具に微多孔膜の捲回体をセットし、300mmの高さから衝撃台に向かって落下させて、その捲回体に衝撃を与えた。衝撃を与えた捲回体を水平に置き、捲回体下面から捲回体上面までの距離を測定し、下記式のようにズレ幅を算出した。この距離が長いほど、段ズレが大きいことを意味する。
ズレ幅 = (段ズレ後の捲回体上面と下面の距離)-(捲回体スリット幅)
段ズレの評価基準を以下に示す。
A:19cm以上
B:19cm未満15cm以上
C:15cm未満
(巻きズレの評価基準)
A:巻きズレ0巻/10巻
B:巻きズレ1巻以上2巻き以下/10巻
C:巻きズレ3巻以上
(段ズレの評価基準)
A:0mm以上1mm未満
B:1mm以上10mm未満
C:10mm以上
2 粒子状重合体
10 基材(ポリオレフィン微多孔膜である基材)
20 被覆層
H セパレータ表面に対して垂直方向の粒子状重合体の最大高さ
W セパレータ表面に対して水平方向の粒子状重合体の最大幅
Claims (14)
- ポリオレフィンを主成分として含むポリオレフィン微多孔膜である基材と、
前記基材の少なくとも一方の表面に配置された被覆層と、を含む、蓄電デバイス用セパレータであって、
前記被覆層は、無機フィラーと、熱可塑性ポリマーの粒子状重合体とを含み、
前記粒子状重合体は、前記無機フィラー部分の表面から突出した粒子状重合体を含み、
前記被覆層の静止摩擦係数が、0.40以上0.60以下であり、
前記突出した粒子状重合体の表面の一部が欠損しており、前記突出した粒子状重合体の球面の欠損率が、0.74~0.93である、
蓄電デバイス用セパレータ。 - ポリオレフィンを主成分として含むポリオレフィン微多孔膜である基材と、
前記基材の少なくとも一方の表面に配置された被覆層と、を含む、蓄電デバイス用セパレータであって、
前記被覆層は、無機フィラーと、熱可塑性ポリマーの粒子状重合体とを含み、
前記粒子状重合体は、前記無機フィラー部分の表面から突出した粒子状重合体を含み、
前記被覆層の静止摩擦係数が、0.40以上0.60以下であり、
前記被覆層は、前記突出した粒子状重合体に向かって厚くなるよう傾斜状に形成されており、
前記無機フィラー部分の厚みをL1とし、基材-被覆層の境界線から、前記傾斜状に形成される前記無機フィラーの外表面までの最大距離をL2とした場合に、被覆層の傾斜率L2/L1の平均値が1.2以上である蓄電デバイス用セパレータ。 - ポリオレフィンを主成分として含むポリオレフィン微多孔膜である基材と、
前記基材の少なくとも一方の表面に配置された被覆層と、を含む、蓄電デバイス用セパレータであって、
前記被覆層は、無機フィラーと、熱可塑性ポリマーの粒子状重合体とを含み、
前記粒子状重合体は、前記無機フィラー部分の表面から突出した粒子状重合体を含み、
前記被覆層の静止摩擦係数が、0.40以上0.60以下であり、
前記被覆層は、前記突出した粒子状重合体に向かって厚くなるよう傾斜状に形成されており、
前記無機フィラー部分の厚みをL1とし、基材-被覆層の境界線から、前記傾斜状に形成される前記無機フィラーの外表面までの最大距離をL2とし、基材-被覆層の境界線から、前記突出した粒子状重合体の輪郭までの最大距離をL3とした場合に、前記突出した粒子状重合体の被覆率(L2-L1)/(L3-L1)の平均値が0.4以上である蓄電デバイス用セパレータ。 - ポリオレフィンを主成分として含むポリオレフィン微多孔膜である基材と、
前記基材の少なくとも一方の表面に配置された被覆層と、を含む、蓄電デバイス用セパレータであって、
前記被覆層は、無機フィラーと、熱可塑性ポリマーの粒子状重合体とを含み、
前記粒子状重合体は、前記無機フィラー部分の表面から突出した粒子状重合体を含み、
前記被覆層の静止摩擦係数が、0.40以上0.60以下であり、
前記被覆層の表面観察で、前記突出した粒子状重合体を母点としてボロノイ分割し、得られるボロノイ多角形の面積(si)の変動係数(cv)が0.10以上0.60以下である蓄電デバイス用セパレータ。 - 前記被覆層の表面観察で、前記粒子状重合体の合計面積に占める粒子状重合体脱落部の面積の割合が10%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記突出した粒子状重合体の20%以上は、前記基材の表面に接触している、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記被覆層の、前記基材からの180°剥離強度が200gf/cm以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記突出した粒子状重合体の個数が、前記被覆層に含まれる粒子状重合体全体の個数の50%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記粒子状重合体の粒径分布が1.1以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記粒子状重合体が一次粒子である、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記一次粒子の平均粒径が1μm以上10μm以下である、請求項10に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 130℃、1時間におけるTDの熱収縮率が5%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 150℃、1時間におけるTDの熱収縮率が5%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータを含む、蓄電デバイス。
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