JPH103898A - 電池用セパレーター - Google Patents

電池用セパレーター

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JPH103898A
JPH103898A JP8154556A JP15455696A JPH103898A JP H103898 A JPH103898 A JP H103898A JP 8154556 A JP8154556 A JP 8154556A JP 15455696 A JP15455696 A JP 15455696A JP H103898 A JPH103898 A JP H103898A
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JP
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battery
air permeability
separator
porous
regenerated cellulose
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JP8154556A
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Tatsuya Mochizuki
達也 望月
Toshio Fujii
敏雄 藤井
Yukio Senda
幸雄 千田
Yasuo Kaminami
康夫 神波
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 好適な耐熱性及びシャットダウン特性が発現
する電池用セパレーターを提供する。 【解決手段】 実質的に再生セルロースからなる多孔性
フィルムまたはシートであって、しかも、(a)透気度
30〜3000秒/100cc、(b)200℃熱収縮
率10%以下の特性を有する電池用セパレーター。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,耐熱性に優れた電
池用セパレーターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】多孔性フィルム或いはシートは,従来よ
り各種用途に広く使用されている。リチウムイオン電池
等の非水電解液電池用セパレーターとしては,一般に,
ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィ
ン樹脂多孔膜が用いられている。
【0003】また、セロハン膜に代表される再生セルロ
ース膜をアルカリ蓄電池等の水溶液系電解液電池のセパ
レーターとして用いることができることが知られてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電池のエネルギー密度
の上昇に伴い,電池セパレーターの耐熱性に対する要求
は年々高くなっている。特にリチウムイオン電池に代表
される非水電解液電池は、その極めて高いエネルギー密
度の為、短絡事故等が発生した場合、電池内部の温度上
昇が甚大であり、ポリオレフィンからなる多孔膜の耐熱
性では必ずしも充分ではなかった。
【0005】また、セパレーター材料として耐熱性の高
い他樹脂を採用する試みも為されているが、非水電解液
中において充分なイオン透過性が得られず、完成に至っ
ていない。したがって,本発明の目的は,非水電解液電
池用として優れた耐熱性を有する電池用セパレーターを
提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意検討
の結果、本発明者らは、水系電解液電池用セパレーター
として知られる再生セルロース膜を多孔化することによ
り、非水電解液電池用セパレーターとして好適なイオン
透過性が発現すると同時に、当該膜が従来のポリオレフ
ィン系多孔膜を凌駕する耐熱性を有することを知得し,
本発明を完成するに至った。
【0007】さらに、本発明者らは、再生セルロース多
孔膜と高分子量ポリエチレン多孔膜を複合化することに
より、非水電解液電池用セパレーターとして好適な耐熱
性及びシャットダウン特性が発現することを知得し、本
第2発明を完成するに至った。即ち,本第1発明の電池
用セパレーターは,実質的に再生セルロースからなる多
孔性フィルムまたはシートであって、しかも、透気度3
0〜3000秒/100cc,200℃熱収縮率が10
%以下であることを特徴とするものであり、本第2発明
の電池セパレーターは,実質的に再生セルロースからな
る層と粘度平均分子量10万以上の高分子量ポリエチレ
ン樹脂からなる層の少なくとも2層を有する多孔性フィ
ルムまたはシートであって、しかも、透気度30〜30
00秒/100cc、200℃熱収縮率が10%以下、
150℃透気度が5000秒/100cc以上であるこ
とを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下本発明を更に詳細に説明す
る。本発明の再生セルロースからなる層の製造方法とし
ては、セロハン膜で代表される再生セルロース膜の公知
の製造方法を用いることができる。また市販のセロハン
膜を使用することも可能である。さらにグリセリン類、
グリコール類などの溶剤で柔軟化処理したものが後工程
での多孔化に好適である。
【0009】当該再生セルロース膜には熱安定剤、酸化
防止剤等の公知の添加剤を加えることもできる。かくし
て成形された膜に含まれる溶剤を除去することにより,
再生セルロース膜を多孔化する。溶剤の除去方法として
は,例えば,膜中の溶剤をイソプロパノール,エタノー
ル,などの有機溶媒で溶解し,溶媒置換により抽出除去
する,所謂,公知の有機溶媒法によって行うことができ
る。
【0010】本第2発明の粘度平均分子量10万以上の
高分子量ポリエチレン樹脂からなる層はポリエチレンと
可塑剤よりなる混合物を溶融押出し,次いで可塑剤を抽
出除去することにより得られる。ポリエチレンとして
は,粘度平均分子量10万以上のポリエチレンが用いら
れ,好ましくは,30万以上、更に好ましくは50万〜
400万,特に好ましくは,150万〜300万のポリ
エチレンが好適に使用できる。また必要に応じて,ポリ
エチレンワックス(分子量1000〜5000),低密
度ポリエチレン(分子量5000〜10万),高密度ポ
リエチレン(分子量1万〜50万),ポリブテン−1
(分子量400万以下),ポリプロピレン(分子量40
0万以下)等をポリエチレンに対して50重量%以下添
加してもよい。
【0011】ポリエチレン層製造時に使用する可塑剤
は,上記ポリエチレンとの相溶性が良く,しかも該ポリ
エチレンの融点より低い融点および該ポリエチレンの溶
融温度より高い沸点を有し,かつポリエチレン不溶性の
有機溶媒に可溶な物質が好適に用いられる。例えば,ス
テアリルアルコール,セチルアルコールなどの高級脂肪
族アルコール,n−デカン,n−ドデカンなどのn−ア
ルカン類,パラフィンワックス,流動パラフィン,灯油
などが挙げられる。
【0012】ポリエチレンと可塑剤との使用割合は,得
ようとする成形体の多孔度によるが,通常,ポリエチレ
ンが5〜60重量%,好ましくは,10〜50重量%
で,可塑剤が95〜40重量%,好ましくは,90〜5
0重量%の範囲から選ばれる。本発明においては,原料
組成物に対し更に公知の各種添加剤,例えば,酸化防止
剤などを,0.01〜5重量%程度添加してもよい。
【0013】押出成形は,通常,140〜240℃の温
度で行い,Tダイ,インフレーション成形等の公知の方
法で,5〜500μm,特に10〜300μmの厚さの
フィルムとする。可塑剤の除去方法としては,例えば,
フィルム中の可塑剤をイソプロパノール,エタノール,
ヘキサンなどの有機溶媒で溶解し,溶媒置換により抽出
除去する,所謂,公知の有機溶媒法によって行うことが
できる。
【0014】上記のようにして可塑剤を除去し多孔化し
たフィルムは,その用途により次いで,100〜180
℃程度で熱固定を行ってもよい。また,一軸あるいは二
軸延伸加工することも可能である。再生セルロース層と
ポリエチレン層の複合化には,公知の積層技術を任意に
用いることができるが,通常は,低温熱溶融接着(熱ラ
ミネート)により積層される。熱溶融接着に当たって
は,通常再生セルロース層側を加熱してポリエチレン層
に押圧することにより,相対的に融点の低いポリエチレ
ン層の多孔構造を損なうことなく積層することが可能で
ある。
【0015】本発明の電池用セパレーターは5〜50μ
m,好ましくは15〜35μmの厚みを有する。非水電
解液中のイオン透過性の代用物性として膜の透気度を測
定することは、当業者の間で一般的に行われている。透
気度はJIS P8117に準拠して室温にて測定した
値で30〜3000秒/100cc,好ましくは300
〜1000秒/100cc,さらに好ましくは400〜
900秒/100ccである。透気度が30秒/100
ccを下回ると電池内部短絡等の危険性が高くなり,一
方,透気度が3000秒/100ccを超えると,電池
として組み立てた場合充分な出力が得られず,いずれも
実用性がない。
【0016】耐熱性の尺度としては200℃における熱
収縮率を用いる。熱収縮率は200℃シリコンオイル中
に1分間浸漬した際の寸法変化から算出する。本発明の
電池用セパレーターは200℃熱収縮率が10%以下、
好ましくは8%以下、さらに好ましくは5%以下の物性
を有する。熱収縮率が10%を超えると、電池内部の温
度が上昇したときのセパレーターの収縮変形が大きくな
り、ついには破れてしまうという問題が発生する。
【0017】シャットダウン特性の指標としては,15
0℃透気度を用いることができる。本明細書では、15
0℃にて2分間加熱処理後の透気度を150℃透気度と
定義する。本発明の電池用セパレーターは150℃透気
度が5000秒/100cc以上である。150℃透気
度が5000秒/100ccを下回ると電池内部の暴走
反応を充分停止させることが困難となる。
【0018】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが,本発明は以下の実施例に限定をされるものでは
ない。 実施例1 (イ)多孔化再生セルロース膜の調製 市販セロハン(厚み34μm、透気度>5000秒/1
00cc)を40℃エタノール中に30分間浸漬、乾燥
し多孔化再生セルロース膜を得た。得られた膜の透気度
=800秒/100cc、200℃収縮率=2%であっ
た。
【0019】(ロ)評価 上記の多孔化再生セルロース膜をセパレーターとして用
い、負極としてリチウム−アルミニウム合金電極、正極
として二酸化マンガン電極、電解液としてLiPF6
エチレンカーボネート溶液を用いてリチウム電池を組み
立てたところ、良好な初期電池特性及び長期安定性を示
した。
【0020】実施例2 (イ)多孔化再生セルロース層の調製 市販セロハン(厚み21μm、透気度>5000秒/1
00cc)を40℃エタノール中に30分間浸漬、乾燥
し多孔化再生セルロース膜を得た。得られた膜の透気度
=600秒/100cc,200℃収縮率=2%,15
0℃透気度=600秒/100ccであった。
【0021】(ロ)ポリエチレン層の調製 融点135℃で,粘度平均分子量200万の超高分子量
ポリエチレン25重量部とステアリルアルコール75重
量部の混合物を,40mmφ二軸押出機を用い押出温度
170℃,押出量10kg/hで押出し,インフレーシ
ョン法でフィルムを成形した。このときのドラフト率=
20,ブロー比=9であった。
【0022】得られたフィルムを60℃のエタノール中
に10分間浸漬,ステアリルアルコールを抽出除去した
後、120℃にて熱処理を行い,20μmの多孔性フィ
ルムを得た。得られた成形体の透気度=150秒/10
0cc、200℃収縮率=45%,150℃透気度は8
000秒/100ccであった。 (ハ)積層 得られた再生セルロース層とポリエチレン層を145℃
の熱ロールで熱ラミネートして電池用セパレーターを得
た。得られたセパレーターの透気度=450秒/100
cc,200℃収縮率=5%,150℃透気度は900
0秒/100ccであった。
【0023】(ニ)評価 実施例1と同様にして電池を組み立てたところ、初期電
池特性、長期安定性とも良好であった。。 比較例1 電池用セパレーターとして市販されているポリプロピレ
ン製多孔質膜(200℃収縮率80%)を用いた他は実
施例1と同様にして電池を組み立てた。この電池の初期
電池特性は良好であったものの、過負荷状態に置いたと
ころ、わずかな時間でショートしてしまった。
【0024】
【発明の効果】本発明の電池用セパレーターは良好な耐
熱性を有し,高出力電池の製造が可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神波 康夫 東京都千代田区丸の内二丁目5番2号 三 菱化学株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的に再生セルロースからなる多孔性
    フィルムまたはシートであって、しかも、(a)透気度
    30〜3000秒/100cc、(b)200℃熱収縮
    率10%以下の特性を有する電池用セパレーター。
  2. 【請求項2】 実質的に再生セルロースからなる層と粘
    度平均分子量10万以上の高分子量ポリエチレン樹脂か
    らなる層の少なくとも2層を有する多孔性フィルムまた
    はシートであって、しかも、(a)透気度30〜300
    0秒/100cc、(b)200℃熱収縮率10%以
    下、(c)150℃透気度5000秒/100cc以上
    の特性を有する電池用セパレーター。
  3. 【請求項3】 電池が非水電解液電池である請求項1ま
    たは2に記載の電池用セパレーター。
  4. 【請求項4】 電池がリチウムイオン電池である請求項
    3記載の電池用セパレーター。
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