JPWO2008139727A1 - 積層多孔性フィルム及び電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献5には、電界紡糸法による不織布が、網目状シート表面の両面に積層されたリチウムイオン2次電池用セパレータが提案されている。
ここで、優れたSD特性とは、一度SD特性が発現してセパレータの微細孔を閉塞すると、BD特性を発揮し得る温度(好ましくは200℃)までSD特性を保持し続けるということである。
本積層多孔性フィルムは、不織布以外からなり、膜厚が10μm以上である多孔膜層(A層)と、繊維径が1μm以下である不織布層(B層)とを積層してなる構成を備えたものである。かかる積層構成においては、本積層多孔性フィルムを電池用セパレータとして使用した場合に、多孔膜層(A層)がSD特性を機能分担し、不織布層(B層)がBD特性を機能分担するものであるのが好ましい。
最初に、多孔膜層(A層)について説明する。
多孔膜層(A層)は、熱可塑性樹脂(a)を主成分として含有する層である。言い方を変えると、熱可塑性樹脂(a)を主成分とする樹脂組成物から多孔膜層(A層)を形成することができる。
この結晶融解温度のピーク値は、JIS K7121(ISO 3146)に準拠して、パーキンエルマー社製の示差走査型熱量計(DSC−7)を用いて、昇温速度10℃/分で採取したDSC結晶融解温度のピーク値である。
前記の熱可塑性樹脂(a)に混合させる熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、AS樹脂、ABS樹脂、PMMA樹脂等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等のエステル系樹脂、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド等のエーテル系樹脂、6ナイロン、6−6ナイロン、6−12ナイロン等のポリアミド系樹脂等のうちの一種或いは二種以上の組み合わせからなる混合樹脂を挙げることができる。
当該熱可塑性エラストマーとしては、スチレン・ブタジエン系,ポリオレフィン系,ウレタン系,ポリエステル系,ポリアミド系,1,2−ポリブタジエン,ポリ塩化ビニル系,アイオノマーなどのうちの一種或いは二種以上の組み合わせからなる混合物を挙げることができる。
多孔膜層(A層)は、熱可塑性樹脂(a)のほかにフィラーを含有するのが好ましい。言い方を変えると、熱可塑性樹脂(a)を主成分とする前記の樹脂組成物は、フィラーを含有するのが好ましい。その理由は、後述するように環境的にも、生産効率的にも、フィラーを用いて多孔膜を形成する方法が好ましいからである。
無機フィラーの例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウムなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムなどの塩化物、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、シリカなどの酸化物のほか、タルク、クレー、マイカなどのケイ酸塩等のうちの一種或いは二種以上の組み合わせからなる混合物を挙げることができる。
これらの中でも、本積層多孔性フィルムを電池用セパレータとして使用した時に、電解液に対する溶解性が低いという観点から、硫酸バリウムが好ましい。
有機フィラーの例としては、超高分子量ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、メラミン、ベンゾグアナミンなどの熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のうちの一種或いは二種以上の組み合わせからなる混合物を挙げることができる。これらの中でも、架橋されたポリスチレンが特に好ましい。
さらに、熱可塑性樹脂(a)中へのフィラーの分散性を向上させる目的で、可塑剤を加えてもよい。但し、可塑剤を加えずに多孔膜層(A層)を形成することも可能である。
また、アミン化合物としてはジヒドロキシエチルステアリルアミン、ラウリルアミン等が挙げられ、アミン塩化合物としてはステアリルジメチルベタイン、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等が挙げられ、エポキシ化合物としてはエポキシ大豆油等が挙げられ、エーテル化合物としてはトリエチレングリコール等が挙げられ、鉱油としては灯油、ナフテン油等が挙げられ、合成ワックスとしてはパラフィンワックス等が挙げられ、カルボン酸塩としてはステアリン酸カルシウム、オレイン酸ナトリウム等が挙げられ、カルボン酸としてはステアリン酸、カプロン酸等が挙げられ、スルホン酸塩としてはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられ、スルホン結合を有する化合物としてはスルホラン、ジプロピルスルホン等が挙げられる。
ここで、「融点が25℃以上」とは、DSC(示差走査熱量計)により結晶融解ピーク温度を測定した時に、当該結晶融解ピーク温度が明確に25℃以上を示す場合か、もしくは、25℃での動粘度が100000mm2/秒以上である場合であると定義する。
「沸点が140℃以上」とは、沸点が明確に140℃以上ある場合か、もしくは、140℃1時間加熱した後の質量が加熱前の質量に対して10%以上減少しない場合であると定義する。
多孔膜層(A層)の空孔率は、10%以上、特に20%以上、その中でも特に30%以上であるのが好ましい。10%以上であれば、ある程度連通性を確保することで透気度が確保できるから(すなわち、透気度を数値的に小さくすることができるから)、例えば電池用セパレータとして使用する場合に電気抵抗を低くすることができ、セパレータとして使用することにより好適となる。一方、上限に関しては、90%以下、好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下である。空孔率が90%以下であれば、強度がある程度確保できると同時に、例えば電池用セパレータとして使用する場合に、膜厚が薄くてもシャットダウン機能を確保できることができるから、セパレータとして好適に使用することができる。
多孔膜層(A層)の平均孔径については、0.001μm以上、特に0.005μm以上、その中でも特に0.01μm以上であるのが好ましい。多孔膜層(A層)の平均孔径が0.001μm以上であれば、ある程度連通性を確保することで透気度が確保できるから(すなわち、透気度を数値的に小さくすることができるから)、例えば電池用セパレータとして使用する場合に電気抵抗を低くすることができ、セパレータとして使用することに好適となる。一方、上限に関しては、1μm以下、好ましくは0.5μm以下、より好ましくは0.1μm以下である。平均孔径が1μm以下であれば、強度がある程度確保できると同時に、例えば電池用セパレータとして使用する場合に、膜厚が薄くてもシャットダウン機能を確保できることができ、セパレータとして好適に使用することができる。
なお、多孔膜層(A層)の平均孔径は、例えばコールター社製ポロメータの装置を用いて測定することができる。
多孔膜層(A層)の透気度は、5000秒/100ml以下、特に1000秒/100ml以下、中でも特に500秒/100ml以下であるのが好ましい。多孔膜層(A層)の透気度が、5000秒/100ml以下であれば、ある程度連通性を確保することで透気度が確保できるから(すなわち、透気度を数値的に小さくすることができるから)、例えば電池用セパレータとして使用する場合には、透気度が1000秒/100ml以下であれば電気抵抗を低くすることができ、セパレータとして使用することに好適となる。
一方、下限に関しては、10秒/100ml以上、特に15秒/100ml以上、中でも特に20秒/100ml以上であるのが好ましい。多孔膜層(A層)の透気度が、10秒/100ml以上であれば、電気絶縁性を確保することが可能となる。
次に、不織布層(B層)について説明する。
不織布層(B層)は、繊維径が1μm以下の不織布層である。繊維径が1μm以下であることにより、不織布層(B層)の厚さを薄くすることができ、更に非常に目の細かくて緻密な不織布を作製できるので好ましい。それに伴い、本積層多孔性フィルムとしては均一性を確保することができ、外観良好となり、物性値のばらつきを小さくすることができる。
かかる観点から、不織布層(B層)の繊維径は、0.7μm以下であるのがより好ましく、特に0.5μm以下であるのがさらに好ましい。
不織布層(B層)は、熱可塑性樹脂(b)を主成分として含有するものである。言い方を変えると、熱可塑性樹脂(b)を主成分とする樹脂組成物から不織布層(B層)を形成することができる。
不織布層(B層)の透気度は、100秒/100ml未満、特に50秒/100ml未満、中でも特に15秒/100ml未満であるのが好ましい。100秒/100ml未満であれば、ある程度連通性を確保することで透気度が確保できるから(すなわち、透気度を数値的に小さくすることができるから)、例えば電池用セパレータとして使用する場合に電気抵抗を低くすることができ、セパレータとして使用することにより好適となる。
不織布層(B層)の空孔率は、50%以上、特に70%以上、中でも特に80%以上であるのが好ましい。50%以上であれば、ある程度連通性を確保することで透気度が確保できるから(すなわち、透気度を数値的に小さくすることができるから)、例えば電池用セパレータとして使用する場合に電気抵抗を低くすることができ、セパレータとして使用することにより好適となる。一方、上限に関しては、特に限定しないが、98%以下が好ましく、より好ましくは95%以下である。空孔率が98%以下であると、強度がある程度確保できると同時に、例えば電池用セパレータとして使用する場合に、ブレイクダウン機能を確保できることができ、セパレータとして好適に使用することができる。
本積層多孔性フィルムの層構成については、基本的な構成となる(A層)および(B層)が存在すれば特に限定されるものではない。また、(A層)および(B層)は、各層に求められる機能を備えていれば、単層でも積層でも構わない。
本積層多孔性フィルム全体の膜厚は、11μm以上であるのが好ましく、より好ましくは12μm以上、更に好ましくは15μm以上である。また上限としては、100μm以下が好ましく、より好ましくは80μm以下、更に好ましくは50μm以下である。特に電池用セパレータとして使用する場合は、11μm〜50μmが好ましい。11μm以上でSD特性を十分に付与することができ、また50μm以下とすることで、電池のエネルギー密度を向上させることが可能となる。
次に、本積層多孔性フィルムの製造方法の一例について説明する。但し、本積層多孔性フィルムの製造方法を、次に説明する製造方法のみに限定するものではない。
この際、多孔膜層(A層)と不織布層(B層)を積層する方法としては、各層を構成するフィルムをラミネートするか或いは接着剤等で接着して積層する方法のほか、多孔膜層(A層)の上に不織布層(B)を直接形成して積層する方法などが挙げられる。これらの中で、製造工程の簡略さや生産性の観点等から、多孔膜層(A層)の上に不織布層(B)を直接形成して積層する方法が好ましい。よって、以下では、多孔膜層(A層)上に不織布層(B)を直接形成して積層する方法について説明する。
多孔膜層(A層)を形成するためのフィルム、すなわち多孔膜層(A層)を形成する前のフィルムの形態としては、平面状、チューブ状の何れであってもよい。但し、生産性(例えば原反シートの幅方向に製品を数丁取ることが可能である特性)や、内面にコートなどの処理が可能であるという点等から、平面状であるのがより好ましい。
これらの中で、(i)湿式法は、有機溶媒を大量に使う点等から効率的ではなく、また環境的にも好ましくない。(ii)乾式法は、製膜時の成形性の安定性が難しく、また非常に微妙な制御で多段延伸を行って多孔構造を発現させるため、生産性に劣るという点でも好ましいとは言えない。これに対して、(iii)フィラー法は、大量の有機溶媒を使用する必要がないばかりか、原反シートの作製および延伸を簡単に行うことができることから、他の手法よりも効率的に多孔膜を得ることができる点で好ましい。このように、環境的観点や生産効率の観点などから、フィラー法か、或いは、必要に応じてフィラー法に溶媒抽出法(溶媒抽出法に関しては、日本特許3050021号公報に記載された方法を参照されたい。)を組み合わせた方法を採用するのが好ましい。
よって、ここでは、多孔膜層(A層)の製造方法の好ましい例として、フィラーを配合した樹脂組成物をTダイ押出法によって押出して原反シートを作製し、次いで原反シートを延伸して多孔膜化する方法について説明する。但し、この方法に限定する趣旨ではない。
この場合、熱可塑性樹脂、フィラー、可塑剤等の原材料を、好ましくはヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、タンブラー型ミキサー等を用いて混合するか、或いは袋の中に全組成物を入れてハンドブレンドにて混合するかした後、例えば一軸或いは二軸押出機或いはニーダー等で溶融混練してペレット化すればよい。より好ましくは二軸押出機を用いるのがよい。
二軸延伸を行う場合は、同時二軸延伸であってもよいし、逐次二軸延伸であってもよい。但し、各延伸工程で延伸条件を選択でき、かつ多孔構造を制御し易い点で、逐次二軸延伸がより好ましい。
縦延伸での延伸温度は、20℃以上が好ましく、より好ましくは40℃以上、更に好ましくは60℃以上である。また、上限としては、130℃以下が好ましく、より好ましくは120℃以下、更に好ましくは110℃以下の範囲である。
縦延伸倍率は、2倍以上が好ましく、3倍以上がより好ましく、更に好ましくは4倍以上である。また、上限としては10倍以下が好ましく、より好ましくは8倍以下、更に好ましくは7倍以下である。
前記範囲内で縦延伸を行うことで、延伸時の破断を抑制しつつ、適度な空孔起点を発現させることができる。
横延伸での延伸温度は100℃以上が好ましく、より好ましくは110℃以上、更に好ましくは120℃以上である。また、上限としては、160℃以下が好ましく、より好ましくは150℃以下、更に好ましくは140℃以下の範囲である。
横延伸倍率は2倍以上が好ましく、3倍以上がより好ましく、更に好ましくは4倍以上である。また、上限としては10倍以下が好ましく、より好ましくは8倍以下、更に好ましくは7倍以下である。
前記範囲内で横延伸することで、縦延伸により形成された空孔起点を適度に拡大させ、微細な多孔構造を発現させることができる。
前記延伸工程の延伸速度は、500%/分以上が好ましく、より好ましくは1500%/分、更に好ましくは2500%/分である。一方で上限値は、12000%/分以下が好ましく、より好ましくは10000%/分以下、更に好ましくは8000%/分以下である。
このような熱処理により、積層多孔性フィルムの熱寸法安定性が一層良好になる。
不織布層(B層)の好ましい作製方法の例として、電界紡糸法を用いて不織布層(B層)を作製する方法について説明する。
電界紡糸法により不織布層(B層)を作製するには、先ず、熱可塑性樹脂(b)を溶媒に溶解させて高分子溶液を作製するのが好ましい。
この高分子溶液を作製するために必要な溶媒としては、前記の熱可塑性樹脂(b)を十分に溶解し、かつ、電界紡糸法にて紡糸する段階で蒸発し、捕集電極上で不織布を直接形成させることが可能である溶媒であるのが好ましい。この点から、熱可塑性樹脂(b)への溶解性および取り扱い性の観点から当該溶媒を適宜選択するのが好ましい。
これらの溶媒は単独で用いてもよく、また、複数の溶媒を組み合わせた混合溶媒として用いてもよい。特に、電界紡糸法においては、溶液粘度と溶媒蒸発速度が、形成する紡糸の平均の繊維径に大きな影響を与えるので、溶媒の溶液粘度及び溶媒蒸発速度を調整することによって繊維径を制御することが可能となる。
紡糸する際の相対湿度は、特に限定するものではないが、例えば10〜70%であれば電界紡糸可能である。より好ましくは相対湿度20〜60%、中でも特に相対湿度を30%以下とするのが好ましい。
紡糸する際の吐出時間を制御することにより、得られる不織布の目付および膜厚を制御することが可能である。
捕集基板上に多孔膜層(A層)をセットし、工程(1)で得られた高分子溶液を捕集基板に向けて紡糸すると、溶媒が蒸発して繊維状物質を形成する。この際、この捕集基板上の多孔膜層(A層)に捕集された時点では少なくとも1μm以下の繊維径をもつ不織布が形成される。
通常の室温(20℃前後)であれば、多孔膜層(A層)に捕集されるまでの間に溶媒は完全に蒸発するが、もし溶媒蒸発が不十分な場合は減圧条件下で紡糸してもよい。
紡糸する温度は、溶媒の蒸発挙動や該溶液の粘度に依存するが、通常は、0℃以上が好ましく、より好ましくは5℃以上、更に好ましくは10℃以上である。一方で上限としては、80℃以下が好ましく、より好ましくは70℃以下、更に好ましくは50℃以下である。
さらにまた、接着性の向上および平坦性向上の観点から、ロールプレス等を行うこともできる。例えば、一対の平板間または金属製ロール間にて加熱状態で圧着することにより、より平坦性の良い積層多孔性フィルムを作成することができる。ロールプレスの条件としては、たとえば金属製ロール使用の場合、線圧30〜400kg/cmの範囲内を例示することができるが、多孔構造、特に透気度に影響を与えない範囲で、加熱しても問題ない。前記のロールプレスは、多孔構造が損なわれない限り、複数回行っても構わない。
次に、本積層多孔性フィルムの各種物性について説明する。
透気度は、フィルム膜厚方向の空気の通り抜け難さを表し、100mlの空気が該積層多孔性フィルムを通過するのに必要な秒数で表現することができる。そのため、透気度の数値が小さい方が空気が通り抜け易く、数値が大きい方が通り抜け難いことを意味する。すなわち、その数値が小さい方がフィルムの膜厚方向の連通性が良いことを意味し、その数値が大きい方がフィルムの膜厚方向の連通性が悪いことを意味する。連通性とは、フィルム膜厚方向の孔のつながり度合いである。
かかる観点から、本積層多孔性フィルムの透気度(AP2)は、10秒〜10000秒/100mlであるのが好ましい。より好ましくは10〜3000秒/100mlであり、更に好ましくは10〜1000秒/100mlであり、その中でも特に好ましくは90秒/100ml以上である。
透気度が10秒/100ml以上であれば、フィルムに微細孔が均一に形成されていると評価することができる。その一方、10000秒/100ml以下であれば、連通性が良く通気性が優れていることを示している。電池用セパレータとして使用する場合は、その透気度は10〜1000秒/100mlであるのが好ましい。
本積層多孔性フィルムを電池用セパレータとして使用する場合、本積層多孔性フィルムは100℃以上でSD特性を発現するのが好ましい。言い換えれば100℃以上で微細孔が閉塞するのが好ましく、より好ましくは110℃以上、更に好ましくは120℃以上で微細孔が閉塞するのが好ましい。この際、SD特性を発現する上限温度としては、150℃以下が好ましく、より好ましくは145℃以下、更に好ましくは140℃以下である。SD特性を発現する温度が100℃以上であれば、例えば、本積層多孔性フィルムをセパレータに使用した電池を、夏場に自動車車内に放置した場合には、場所によっては100℃近くまでなる可能性があるため、このような状態でも電池としての機能低下を抑制することができる点で好ましい。その一方、150℃以下であれば、電池として安全性を確保することができる。
また、構造に関しては、多孔膜層(A層)の最大孔径が小さい方が好ましい。上限としては、1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましい。
そしてまた、上記のようなSD特性を得るためには、多孔膜層(A層)が延伸されていることが好ましい。
本積層多孔性フィルムを、電池用セパレータとして使用する場合には、上記のSD特性に加えて、BD特性を備えることが好ましい。すなわち、SD特性が発現する温度以上の高温度まで、例えば150℃以上、好ましくは200℃以上までセパレータの形状を維持し得る耐熱性を備えていることが好ましい。200℃以上(例えば220℃)までセパレータの形状を維持することができれば、電池内の温度が上昇しても、正負極を隔離して正負極の直接接触を防止することができるから、電池の安全面でより有効となる。
よって、本積層多孔性フィルムを電池用セパレータとして使用する場合は、優れたSD特性とBD特性を併せもつことにより、電池の安全性により一層寄与することができる。
さらに言えば、250℃以上、例えば250℃において、セパレータとしての形状を維持することができる耐熱性(BD特性)を備えていることがより好ましい。
また、上記のようなBD特性を得るためには、電界紡糸法により不織布層(B層)を形成し、B層の繊維径を小さくすると共にB層の膜厚を薄くするのが好ましい。
本積層多孔性フィルムの空孔率は、好ましくは5〜80%であり、更に好ましくは20〜70%である。空孔率が5%以上であれば、連通性のある多孔性フィルムとなり、また、80%以下であれば、多孔性フィルムの機械強度の著しい低下を抑制することができる。
空孔率Pv(%)={(W0−W1)/W0}×100
本発明において、「不織布」とは、繊維状構造物で、機械的、化学的または溶剤またはそれらを組み合わせて、繊維間を接着させたり絡合させたり、あるいは両方で作られたものを指す。
「不織布以外」とは、不織布以外の方法で造られた多孔体を指す。具体的には、延伸等を行うことにより該シートを多孔化させた多孔質フィルムや物理発泡や化学発泡等を用いた発泡体などを指す。
「多孔膜」とは、延伸等を行うことにより該シートを多孔化させた多孔質フィルムや、物理発泡や化学発泡等を用いた発泡体などからなるシートを指す。
また、「X〜Y」(X,Yは任意の数字)と記載した場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」を意図し、「Xより大きくYよりも小さいことが好ましい」旨の意図も包含する。
さらにまた、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と記載した場合、「Xより大きくことが好ましい」或いは「Yより小さいことが好ましい」旨の意図を包含する。
なお、実施例及び比較例に示す測定値および評価は次のように行った。なお、積層多孔性フィルムの引き取り(流れ)方向を「縦」方向、その直角方向を「横」方向と記載する。
走査型電子顕微鏡(S−4500、日立製作所社製)にて、不織布層(B層)において無作為に30点観察して繊維径をそれぞれ測定し、そのうちの最大繊維径を不織布層(B層)の繊維径として示した。
1/1000mmのダイアルゲージにて、フィルム面内において不特定に30箇所で膜厚を測定し、その平均値を全膜厚として示した。
積層多孔性フィルムの断面を切り出し、走査型電子顕微鏡(S−4500、日立製作所社製)にて多孔膜層(A層)の膜厚を30点観察して測定し、その平均値をA層の膜厚として示した。
JIS P8117(ISO 5636/5)に準拠して透気度(秒/100ml)を測定した。
巻き状態のフィルムを80mm角に切り出し、切り出したフィルムの透気度(AP2)を測定した。
次に、切り出したフィルムを、中央部に40mmΦの穴が空いたアルミ板の間にはさみ、周囲をクリップで固定し、所定の加熱温度に設定したオ−ブン(容積:216L、電力:2.7kW、空気雰囲気下)にフィルムサンプルを入れ、加熱して3分後に取り出し、その透気度(AP1)を測定した。
加熱前の透気度(AP2)と比較して、AP1/AP2の値が10以上になった場合はSD特性が発現したとして「○」と評価し、10未満の場合はその特性が発現していないとして「×」と評価した。
オーブンは、タバイエスペック社製、タバイギヤオ−ブンGPH200を使用した。
巻き状態のフィルムを80mm角に切り出し、切り出したフィルムを、中央部に穴が空いたテフロン膜とアルミ板との間にはさみ、周囲をクリップで固定した。220℃の加熱温度に設定したオーブン(容積:216L、電力:2.7kW、空気雰囲気下)にサンプルを入れ、設定温度に再び達してから3分後に取り出し、フィルムの状態を確認して形状維持性能を判断した。
フィルムの形状が維持されている場合は「○」と評価し、形状が維持できずに破膜した場合は「×」と評価した。
オーブンは、タバイエスペック社製、タバイギヤオ−ブンGPH200を使用した。
実施例及び比較例で得られた積層多孔性フィルム(サンプル)について、白色の濃淡の有無を目視で確認した。
積層多孔性フィルムに濃淡がなく均一な場合は「○」と評価し、濃淡があって不均一の場合は「×」と評価した。
次に、実施例及び比較例での製造方法について説明する。
使用した原料は次の通りである。
PE−1:高密度ポリエチレン(プライムポリマー社製「7000FP」、MFR:0.04g/10分、結晶融解ピーク温度:132℃)
PE−2:高密度ポリエチレン(日本ポリエチレン社製「ノバテックHD HY530」、MFR:0.55g/10分、結晶融解ピーク温度:134℃)
PE−3:直鎖状低密度ポリエチレン(日本ポリエチレン社製「ノバテックLL FW20G」、MFR:1.0g/10分、結晶融解ピーク温度:124℃
PE−4:低密度ポリエチレン(日本ポリエチレン社製「ノバテックLD LF441」、MFR:2.0g/10分、結晶融解ピーク温度:113℃)
PE−5:高密度ポリエチレン(プライムポリマー社製「2200J」、MFR:5.2g/10分、結晶融解ピーク温度:131℃)
PE−6:超高分子量ポリエチレン(Ticona社製「GHR8110」、粘度平均分子量:50万、結晶融解ピーク温度:133℃)
PE−7:超高分子量ポリエチレン(三井化学社製「ハイゼックス145M」、粘度平均分子量:100万、結晶融解ピーク温度:135℃)
PP−1:ホモポリプロピレン(プライムポリマー社製「F300SV」、MFR:3.0g/10分、結晶融解ピーク温度:163℃)
FL―1:硫酸バリウム(堺化学社製「B−55」、平均粒径0.6μm)
FL−2:硫酸バリウム(堺化学社製「B−54」、平均粒径1.2μm)
FL−3:炭酸カルシウム(日東粉化社製「NS#1000」、平均粒径1.2μm)
PL−1:12−ヒドロキシオクタデカン酸(豊国精油社製「HCOP」、融点85℃)
PL−2:ジペンタエリスリトールヘキサオクタノエート(三菱化学社製「D−600」、融点−39℃)
PL−3:パラフィンワックス(日本精蝋社製「130」、融点58℃)
I−1〜I−4については、表1に示した原料からなる組成物を、ミキサーを用いて混合した後、40mmφ単軸押出機を用いて溶融混練し、リップギャップ1mmのインフレダイを使用して200℃、押出量20kg/hで押出し、エアリングで冷却固化して原反シートを作製した。次に、表1に示した条件で縦方向にロール延伸した後、表1に示した条件で横方向にテンター延伸して多孔膜を作製した。
多孔膜層(A層)に関する詳細条件と各種物性について表1に示す。
多孔膜層(A層)に関する詳細条件と各種物性について表1に示す。
次に、この2種3層の積層原反シートを、120℃に加熱された熱風循環オ−ブン中で24時間放置して熱処理した。続いて、熱処理した積層原反シートを、ロール延伸機にて25℃で1.7倍縦延伸(低温延伸)した後、更に100℃で2.0倍縦延伸(高温延伸)して多孔膜を作製した。
多孔膜層(A層)に関する詳細条件と各種物性について表2に示す。
次に、得られた原反シートを40℃にて縦方向に2.5倍ロール延伸後、110℃の温度にて横方向に6倍テンター延伸し、得られたフィルムを65℃のイソプロパノール中に浸漬してフィルム中からパラフィンワックスを抽出除去することによりフィルム内部に空孔を形成させた。そして、得られたフィルムを、ロール延伸機を用いて115℃の温度で熱処理(熱固定)を行った後に冷却した。熱固定に際しては、ロール速比を調整し、縦方向の延伸倍率が1.2倍となるようにし、多孔膜を作製した。
多孔膜層(A層)に関する詳細条件と各種物性について表1に示す。
不織布層(B層)を作製する樹脂として、ポリアミド66(宇部興産社製、UBEナイロン2026)を選択し、溶媒として蟻酸を用いて、10質量%のナイロン溶液II−1を作製した。
同様に、不織布層(B層)を作製する樹脂として、メタ系アラミド樹脂(帝人社製、コーネックスパウダー)を選択し、溶媒として1−メチル−2−ピロリドンを用いて、10質量%のアラミド溶液II−2を作製した。
電界紡糸法においては、前記溶液をノズル(テルモ製、ノズル径0.8mm)に供給することによって、そのノズルと捕集電極間に電場を発生させ、そのノズルから溶液を電界によって引き出して紡糸を行った。
また、溶液中の樹脂濃度は10質量%、紡糸する際の溶液温度は23℃、紡糸温度は23℃、電極間距離は20cm、電場の強度は2kVであった。
作製したそれぞれの積層多孔性フィルムの物性を表4に示す。
なお、比較例3についてはそのままでは膜厚が厚く、比較できないので、温度120℃、線圧80kgf/cmの条件にて金属ロールでロールプレスを行った。
作製したそれぞれの積層多孔性フィルムの物性を表4に示す。
また、繊維径が1μmより大きく、且つ160℃〜200℃の加熱温度でのAP1/AP2が10未満(特に1未満)である比較例2については、不織布層(B層)の膜厚が厚くなり、かつ目視で判断した場合、その繊維の分布ムラが大きかったことから外観的にも問題があった。電池用セパレータとして使用する場合を考えると、比較例2で得た積層多孔性フィルムは、物性の均一性が悪く、電池用セパレータとして使用することができないものであった。
比較例3については、PET不織布とナイロン不織布を積層した構成では、SD特性が発現しなかった。比較例4については、多孔膜層(A層)のみからなる構成では、BD特性が発現しなかった。
Claims (10)
- 膜厚が10μm以上である多孔膜層(A層)と、繊維径が1μm以下である不織布層(B層)との少なくとも2層を備えた積層多孔性フィルムであって、
所定の温度に加熱したオーブン内にフィルムを所定時間置いて加熱し、加熱する前のフィルムの透気度(AP2)と加熱した後のフィルムの透気度(AP1)とを測定する加熱試験において、150℃〜200℃の加熱温度で3分間加熱した時の透気度(AP1)と加熱前の透気度(AP2)との比の値(AP1/AP2)が150℃〜200℃の何れの加熱温度でも10以上となることを特徴とする積層多孔性フィルム。 - 前記加熱試験において、加熱前の透気度(AP2)が10〜10000秒/100mlの範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の積層多孔性フィルム。
- 前記多孔膜層(A層)は、主成分である熱可塑性樹脂(a)のほかに、フィラーを含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の積層多孔性フィルム。
- 前記不織布層(B層)の膜厚が10μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層多孔性フィルム。
- 前記多孔膜層(A層)の主成分である熱可塑性樹脂(a)は、100℃〜150℃の温度範囲内に結晶融解温度のピーク値を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層多孔性フィルム。
- 前記不織布層(B層)の主成分である熱可塑性樹脂(b)は、前記熱可塑性樹脂(a)の結晶融解温度のピーク値よりも高い温度領域に結晶融解温度のピーク値を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層多孔性フィルム。
- 前記不織布層(B層)の形成原料である樹脂組成物を溶媒に溶解させて高分子溶液とし、この高分子溶液に高電圧を印加し紡糸して不織布を作製する方法により、多孔膜層(A層)上に不織布層(B層)を直接形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層多孔性フィルムの製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層多孔性フィルムを用いてなる電池用セパレータ。
- 積層多孔性フィルム全体の膜厚が11μm〜50μmの範囲内にあり、かつ透気度が10〜1000秒/100mlの範囲内にあることを特徴とする請求項8に記載の電池用セパレータ。
- 請求項8又は9に記載の電池用セパレータを組み込んでなる電池。
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