JPH09245762A

JPH09245762A - 電池用セパレータおよびその製造方法

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Publication number: JPH09245762A
Application number: JP8053260A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Watanabe; 義宣渡辺; Soji Nishiyama; 総治西山; Hiroyuki Higuchi; 浩之樋口; Kiichiro Matsushita; 喜一郎松下; Yutaka Kishii; 豊岸井
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】表面粗さＲａを特定な範囲とすることによ
り、電池用セパレータの芯抜け性を向上させる。【解決手段】ポリプロピレ（PP）とポリエチレン（P
E）を、PP（重量％）／HDPE（重量％）＝10／90〜90／1
0の範囲で混合して樹脂組成物を調製する。この樹脂組
成物をＴダイ式フィルム成形装置でフィルム状に成形
し、樹脂フィルムを作製する。表面粗さRa0．35〜2．0
μｍの範囲のPETフィルム２枚の間に、上記樹脂フィル
ムを挟み、約120〜170℃の範囲で熱処理を行う。上記PE
Tフィルムから樹脂フィルムを剥離した後、この樹脂フ
ィルムを−20〜60℃にて約20〜200％、約90〜130℃で約
10〜500％延伸し、さらに約90〜130℃でこの最大延伸時
のフィルム長さを基準に約15〜35％収縮させ、表面粗さ
Raが0．22〜1．5μｍの多孔質フィルムを作製して、こ
れを電池用セパレータとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質フィルム製
の電池用セパレータおよびその製造方法に関するもので
あり、詳しくは、電池への組み込み時における芯抜け性
に優れる電池用セパレータおよびその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電器、電子機器の開発に伴い、様々なタ
イプの電池が開発されかつ実用に供されているが、これ
らの電池の正負両極間には、短絡防止のために電池用セ
パレータが配置されている。

【０００３】この電池用セパレータとしては、熱可塑性
樹脂から形成された多孔質フィルムが広く用いられてお
り、多孔質フィルムを単独で用いたりあるいは複数のフ
ィルムを重ね合わせて電池用セパレータとされている。
このように多孔質フィルムを電池用セパレータとするの
は、つぎの理由による。まず、多孔質フィルムを使用す
ると、正常通電時には正極と負極との間に位置してこれ
ら両極の短絡を防止できると同時に、その多孔質構造に
よりイオンを透過させて電気抵抗を低くすることができ
る。また、誤接続等により異常電流が流れ電池の内部温
度が上昇した場合は、所定温度で多孔質構造から無孔質
構造に変化することによりイオンの透過を遮断して電気
抵抗を増大させ、電池反応を停止させて、電池内部温度
の温度上昇を防止して安全性を確保できる。

【０００４】このように、異常電流による温度の上昇が
あった場合、電気抵抗の増大により電池反応を遮断する
ことにより温度の過昇を防止して電池の安全を確保する
機能は、一般にシャットダウン（ＳＤ）機能と通称さ
れ、電解液として有機溶媒を用いたリチウム電池等の電
池用セパレータ等には、必須の機能とされている。

【０００５】そして、本発明者らは、ポリプロピレンと
ポリエチレンとを必須成分とするＳＤ機能に優れた多孔
質フィルム製の電池用セパレータを先に提案した（特開
平５−３３１３０６号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らが提案した前記電池用セパレータは、電池組み込み
時における芯抜け性が充分でないという問題があった。
例えば、円筒型電池では正極板、電池用セパレータおよ
び負極板をこの順序に重ね合わせ、この重ね合わせたも
のを金属製の芯（ピン）に巻きつけ、ついでこれを円筒
型金属ケースにいれた後、上記金属芯を引き抜いてい
る。したがって、この金属芯の抜けやすさは重要であ
り、芯が抜けやすいことは、電池組み立ての作業性の向
上につながる。

【０００７】しかし、本発明者らが先に提案した上記電
池用セパレータは、芯抜け性が充分でなく、芯が抜けな
かったり、捲きずれをおこしてしまうものがあり、作業
性がよくないという問題があり、さらなる改良を必要と
していた。

【０００８】本発明は、前記従来の問題を解決するため
に、電池組み込み時の芯抜け性に優れた電池用セパレー
タおよびその製造方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電池用セパレータは、多孔質フィルム製の
電池用セパレータであって、前記多孔質フィルムが、ポ
リプロピレンとポリエチレンとを必須成分とする組成物
から形成され、これら両樹脂の合計重量に対する前記ポ
リプロピレンの重量割合が１０〜９０重量％であり、か
つ前記多孔質フィルムの表面粗さＲａが０．２２〜１．
５μｍの範囲に設定されているという構成をとる。

【００１０】すなわち、本発明者らは、優れたＳＤ機能
を有することを前提に、電池用セパレータの芯抜け性を
向上させるために、一連の研究をしたところ、多孔質フ
ィルムの表面粗さＲａを前記範囲に特定すれば、上記目
的を達成できることを見出だし本発明に到達したのであ
る。このように前記範囲に特定したのは、Ｒａが０．２
２μｍ未満であると、芯の抜けやすさに劣るようにな
り、これとは逆に、Ｒａが１．５μｍを超えると、フィ
ルム強度が低下してしまい、内部短絡の原因となってし
まうからである。なお、フィルム強度を高める手段とし
て、フィルム厚を厚くすることが考えられるが、電池中
において電池用セパレータの占める体積が大きくなり、
電池の活物質の量が減少して電池容量が小さくなってし
まうため、電池の高性能化・小型化の妨げとなってしま
う。

【００１１】また、本発明の電池用セパレータの製造方
法は、樹脂組成物をフィルム状に成形してフィルムを作
製し、前記フィルムを２枚の相手材に挟み込み、この状
態で熱処理を行い、ついで、このフィルムを延伸処理に
より多孔質化する多孔質フィルム製の電池用セパレータ
の製造方法であって、前記樹脂組成物が、ポリプロピレ
ンとポリエチレンとを必須成分とし、これら両樹脂の合
計重量に対する前記ポリプロピレンの重量割合が１０〜
９０重量％であり、前記相手材として前記フィルムに接
触する面の表面粗さＲａが、０．３５〜２．０μｍの範
囲の相手材を用い、前記フィルムを加圧状態で挟み込む
という構成をとる。

【００１２】この製造方法によれば、表面粗さＲａが前
記範囲に特定された本発明の電池用セパレータを作製す
ることが可能である。なお、本発明において、表面粗さ
Ｒａは、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して測定される値
で中心線粗さのことをいう。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を具体的に説明す
る。本発明の電池用セパレータは、多孔質フィルムから
なり、これはポリプレピレン（ＰＰ）とポリエチレン
（ＰＥ）とを必須成分とする組成物から形成され、かつ
これら両者の合計重量に対するＰＰの割合は１０〜９０
重量％であり、ＰＥの割合は９０〜１０重量％となる。
なお、上記ＰＰの好ましい割合は、４０〜７０重量％で
あり、ＰＥの好ましい割合は６０〜３０重量％である。
また、上記ＰＰとしては、例えば、アイソタクチックポ
リプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ア
タクチックポリプロピレン、プロピレンとエチレンのブ
ロックコポリマー、プロピレンとエチレンのランダムコ
ポリマー等があげられ、このなかでも、多孔質構造を形
成しやすいという理由から、結晶性の高いアイソタクチ
ックポリプロピレンが好ましい。他方、上記ＰＥとして
は、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が好まし
いが、ポリプロピレンとポリエチレンの合計重量中に占
めるポリエチレンの割合が５０重量％以下の場合は、中
密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線状低密度ポ
リエチレン等の結晶性が低いものも使用できる。

【００１４】そして、本発明では、上記多孔質フィルム
の表面粗さＲａが０．２２〜１．５μｍの範囲に設定さ
れる。また、上記電池用セパレータ（多孔質フィルム）
の厚さ、気孔率および孔径は、特に限定するものではな
いが、通常、厚さが約１０〜１００μｍ、好ましくは２
０〜７０μｍ、気孔率が約２０〜８０％、好ましくは３
０〜６０％、孔径が約０．０１〜１μｍ、好ましくは
０．０２〜０．５μｍである。

【００１５】そして、この電池用セパレータ（多孔質フ
ィルム）は、８０〜１４０℃の範囲内の所定温度におい
て無孔構造に変成し得ることが必要である。電池用セパ
レータが無孔構造に変成する温度は、主としてＰＰとＰ
Ｅの配合割合によって決定され、ＰＰの配合割合が多け
れば無孔構造に変成する温度が高くなり、ＰＥの配合割
合が多ければ無孔構造に変成する温度が低くなる。しか
し、本発明では、ＰＰとＰＥの割合を前記特定の範囲に
設定することから、無孔構造への変成温度は８０〜１４
０℃の範囲となる。なお、この多孔質フィルムは、ＰＰ
とＰＥとを必須成分とするが、これらの機能を害しない
範囲で、他の樹脂成分を配合することも可能である。例
えば、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸メチル、ポリメ
タクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル等のポリビニル化合
物等があげられる。

【００１６】つぎに、本発明の電池用セパレータの製造
方法について説明する。以下に示すように、多孔質フィ
ルムを製造することにより、本発明の電池用セパレータ
を得ることができる。

【００１７】前記本発明に係る多孔質フィルムは、例え
ば、樹脂組成物を調製し、これをフィルム状に溶融押出
成形してフィルムを作製し、このフィルムを２枚の相手
材に挟んだ状態で熱処理を行い、ついでこのフィルムを
延伸処理により多孔質化し、さらに必要に応じてエージ
ングすることにより製造することができる。

【００１８】すなわち、まず、ＰＰとＰＥとを前記所定
割合で配合して混合し、樹脂組成物を調製するが、この
配合の際に、必要に応じ、老化防止剤、充填剤、着色剤
等の添加剤を適量配合してもよい。また、上記混合は、
ヘンシェルミキサーを用いてのドライブレンドで行うこ
とができる。

【００１９】ついで、この樹脂組成物をフィルム状に成
形し、フィルムを作製する。この成形は、熱可塑性樹脂
のフィルム成形法であるＴダイ式押出法や、インフレー
ション法等により行うことができる。

【００２０】つぎに、多孔質化処理である延伸処理に先
立ち、フィルムに対し熱処理を行う。熱処理をすれば、
延伸時に微細孔の形成が促進されるからである。この熱
処理は、加熱されたロールや金属板にフィルムを加圧接
触させる方法、フィルムを芯体上に巻取り、このロール
を気相中で加熱する方法等を採用できる。ここで、注意
すべき重要点は、フィルムが接触する相手材として、表
面粗さＲａが０．３５〜２．０μｍのものを選択するこ
とである。この範囲であれば、得られる多孔質フィルム
の表面粗さＲａが前記所定の範囲となるが、相手材のＲ
ａが０．３５μｍより小さいと得られる多孔質フィルム
のＲａが小さくなり過ぎて、電池組立て時の芯の抜け性
が悪くなり、相手材のＲａが２．０μｍより大きいと得
られる多孔質フィルムの機械的強度が低くなるばかりで
なく、多孔質化を行うための延伸時において破断しやす
くなる。また、相手材の種類としては、ポリエチレンテ
レフタレートフィルム、ポリフェニレンサルファイドフ
ィルム、フッ素樹脂フィルム、アルミ板等があげられ
る。そして、熱処理は、２枚の相手材に上記フィルムを
加圧状態で挟み込み、この状態で行う。この加圧条件
は、熱処理温度や相手材の種類等により適宜決定される
が、通常０．５〜１０ｋｇ／ｃｍ²の範囲である。

【００２１】上記熱処理温度は、通常、約１２０〜１７
０℃である。また、熱処理時間は熱処理の温度や方法等
に応じて適宜設定するが、通常、約２秒〜５０時間であ
る。この熱処理温度が低すぎると後の延伸工程で多孔質
化が充分でなくなるおそれがあるとともに相手材からの
表面形状の転写も不充分となり、得られる多孔質フィル
ムにおいて芯の抜け性が悪くなるおそれがある。逆に、
熱処理温度が高すぎると延伸時に破断するおそれがあ
る。また、熱処理時間についても同様であり、短かすぎ
ると多孔質化や表面形状の転写が不充分となるおそれが
あり、長すぎると延伸時に破断するおそれがある。

【００２２】つぎに、多孔質化処理である延伸処理を行
う。この延伸の方法は、特に制限するものではないが、
気孔率を高くして電気抵抗の低い多孔質フィルムを得る
ためには、低温で延伸した後、さらに高温で延伸する多
段延伸法を採用するのが好ましい。

【００２３】上記低温延伸は、通常、−２０℃〜６０℃
の温度で行い、その延伸率（Ｍ₁％）は、通常、約２０
〜２００％とされる。なお、この低温延伸率は下記（数
１）によって表される。また、下記（数１）において、
Ｌ₀は低温延伸前の寸法、Ｌ ₁は低温延伸後の寸法であ
る。

【００２４】

【数１】

【００２５】一方、高温延伸は低温延伸したフィルムを
約９０〜１３０℃の温度において行うものであり、その
延伸率（Ｍ₂％）は、通常、約１０〜５００％である。
この高温延伸率は下記（数２）により表される。なお、
下記（数２）においてＬ₂は高温延伸後の寸法、Ｌ₁は
低温延伸後の寸法（即ち、高温延伸前の寸法）である。

【００２６】

【数２】

【００２７】このようにして多孔質フィルムが得られる
が、これには、延伸時に作用した応力が残留し、延伸方
向の寸法が変化し易いので、延伸後にその延伸方向の寸
法を熱収縮させることが好ましい。これにより寸法安定
性を向上できる。この熱収縮は延伸温度と同程度の温度
で行うのが好ましい。熱収縮の度合いは、通常、延伸後
のフィルム寸法が約１５〜３５％減少する程度とするこ
とが一般的である。

【００２８】また、多孔質フィルムにおける延伸方向の
寸法が変化しないように規制し、延伸温度またはそれ以
上の温度で通常約５秒〜２分間加熱するいわゆる「ヒー
トセット」を施すことによっても熱収縮と同様に寸法安
定性を向上できる。また、前記熱収縮とヒートセットの
両者を併用することもできる。

【００２９】このようにして得られた多孔質フィルム
は、優れたＳＤ機能を有すると同時に、その表面粗さＲ
ａが０．２２〜１．５μｍの範囲となり、電池組立て工
程における芯の抜け性に優れることから、電池用セパレ
ータとして好適に用いることができる。

【００３０】

【実施例】つぎに、実施例について比較例と併せて説明
する。なお、実施例等における測定方法及び評価方法は
以下の通りである。

【００３１】（表面粗さ測定）表面粗さ測定機（ＳＵＲ
ＦＣＯＭ、東京精密社製）を使用し、駆動速度０．３ｍ
ｍ／秒、測定長さ４．０ｍｍ、ＶＥＲＴＩＣＡＬＭＡ
Ｇ×５Ｋ、ＣＵＴＯＦＦ０．８ｍｍの条件により、Ｊ
ＩＳＢ０６０１に準じて測定を行った。

【００３２】（芯の抜け性）長さ２００ｍｍ、幅４５ｍ
ｍに成型した電池用セパレータを荷重３０ｇにて外径９
０ｍｍの円筒状鉄芯に捲回した。その捲回物をゴム製ホ
ルダーに荷重５ｋｇで固定し、引張試験機にて５５０ｍ
ｍ／分の速度で上記鉄芯を引き抜いた。そして、その時
の最大荷重を引き抜き荷重とした。また鉄芯を抜いた後
の捲回物（電池用セパレータ）の外観の変化を観察し
た。

【００３３】（実施例１）メルトインデックス（ＭＩ）
２．５のアイソタクチックポリプロピレン（ＰＰ）とＭ
Ｉ１．３で密度０．９６６の高密度ポリエチレン（ＨＤ
ＰＥ）を用い、それぞれの重量分率をＰＰ（重量％）／
ＨＤＰＥ（重量％）＝６０／４０とし、ヘンシェルミキ
サーによるドライブレンドで樹脂組成物を調製した。そ
して、この樹脂組成物をＴダイ式フィルム成形装置で厚
さ３６μｍのフィルム状に成形し、樹脂フィルムを作製
した。なお成形条件はダイ温度２４０℃、冷却ロール温
度２０℃、引取速度２０ｍ／分、Ｔダイリップ開度１．
０ｍｍとした。また、冷却にはエアナイフを使用した。

【００３４】つぎに、無機充填剤を含有する表面粗さＲ
ａ０．４５、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）フィルム２枚の間に、上記樹脂フィルムを
挟み、この状態で、表面温度１５１℃に設定した金属ロ
ールに８０秒間接触させて、熱処理を行った。なお、こ
の時の加圧条件は、１．５ｋｇ／ｃｍ²である。

【００３５】そして、上記ＰＥＴフィルムから樹脂フィ
ルムを剥離した後、この樹脂フィルムを２５℃にて１０
０％、９５℃で１４０％延伸し、さらに１０５℃にてこ
の最大延伸時のフィルム長さを基準に２０％だけ収縮さ
せ、多孔質フィルムを得た。

【００３６】（実施例２）表面粗さＲａ０．３５のＰＥ
Ｔフィルムを用いた以外は実施例１と同様にして多孔質
フィルムを得た。

【００３７】（実施例３）実施例１と同様にして樹脂フ
ィルムを作製し、これを表面粗さＲａ１．５μｍに表面
加工したアルミ板（厚さ２ｍｍ）２枚で挟み、この状態
で１５１℃に加熱したホットプレスにて荷重５ｋｇ／ｃ
ｍ²で８０秒間加熱した。そして、このフィルムを引張
試験機にて２５℃で２００％、１０５℃で２００％延伸
し、この時の長さを基準に２０％だけ１０５℃で収縮さ
せ、多孔質フィルムを得た。

【００３８】（実施例４）表面粗さＲａ＝２．０μｍに
表面加工したアルミ板を用いた以外は実施例３と同様に
して、多孔質フィルムを作製した。

【００３９】（比較例１）市販のＰＰ製多孔質フィルム
（厚さ２５μｍ、気孔率３８％、表面粗さＲａ＝０．２
０μｍ）を電池用セパレータとした。

【００４０】（比較例２）表面粗さＲａ＝０．１８μｍ
のＰＥＴフィルム（充填剤なし）を用いた以外は実施例
１と同様にして多孔質フィルムを得た。

【００４１】（比較例３）表面粗さＲａ＝３．０μｍに
表面加工したアルミ板（厚さ２ｍｍ）を用いた以外は、
実施例３と同様にして多孔質フィルムを作製しようとし
たが、延伸時に破断してフィルムとして得ることができ
なかった。

【００４２】このようにして得られた実施例１〜４、比
較例１，２の多孔質フィルムについて、芯抜け性を調べ
た。その結果を表面粗さＲａとともに下記の表１に示
す。

【００４３】

【表１】

【００４４】上記表１から、表面粗さＲａが本発明の所
定の範囲にある実施例１〜４の多孔質フィルムは、引き
抜き加重が低く、容易に芯を引き抜くことができ、また
外観が良好であったことから、捲回した多孔質フィルム
のずれが生じなかったことがわかる。これに対し、比較
例１，２の多孔質フィルムは、引き抜き加重が極めて高
く、芯の引き抜きにおいて捲回した多孔質フィルムがた
けのこ状にずれた。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明の電池用セパレー
タは、芯抜け性に優れ、かつＳＤ機能をはじめとする電
池用セパレータの要求特性を備えるものである。したが
って、本発明の電池用セパレータを用いれば、電池製造
の効率が向上し、電池のコストを低く押さえることが期
待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松下喜一郎大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者岸井豊大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質フィルム製の電池用セパレータで
あって、前記多孔質フィルムが、ポリプロピレンとポリ
エチレンとを必須成分とする組成物から形成され、これ
ら両樹脂の合計重量に対する前記ポリプロピレンの重量
割合が１０〜９０重量％であり、かつ前記多孔質フィル
ムの表面粗さＲａが０．２２〜１．５μｍの範囲に設定
されていることを特徴とする電池用セパレータ。
【請求項２】樹脂組成物をフィルム状に成形してフィ
ルムを作製し、前記フィルムを２枚の相手材に挟み込
み、この状態で熱処理を行い、ついで、このフィルムを
延伸処理により多孔質化する多孔質フィルム製の電池用
セパレータの製造方法であって、前記樹脂組成物が、ポ
リプロピレンとポリエチレンとを必須成分とし、これら
両樹脂の合計重量に対する前記ポリプロピレンの重量割
合が１０〜９０重量％であり、前記相手材として前記フ
ィルムに接触する面の表面粗さＲａが０．３５〜２．０
μｍの範囲の相手材を用い、前記フィルムを加圧状態で
挟み込むことを特徴とする電池用セパレータの製造方
法。