JPWO2011115195A1 - 多孔性ポリプロピレンフィルム - Google Patents
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Abstract
Description
中でもリチウムイオン二次電池は、機器に装備した場合に容積効率が高く、機器の小型化および軽量化につながることから、ポータブル機器への使用が急増している。また、リチウムイオン二次電池は、非水電解液二次電池の一種であり、大容量、高出力、高電圧および長期保存性の点で優れているため、ロードレベリング、UPS、電気自動車をはじめ、太陽電池・風力発電などエネルギーや環境問題に関連する多くの分野において、大型の二次電池用として研究開発が進められている。大型の二次電池用のリチウムイオン二次電池には、さらなる大容量・高出量化が求められている。
その中にあって近年においては、従来から主であった円筒型電池に加えて、放熱性・収納性に優れたスタックタイプ、すなわち枚葉の正負極板とセパレータを交互に積み重ねたサンドイッチ構造の電池の開発が盛んになってきている。
(1)当該Pa1が800秒/100ml以下
(2)下記式で算出される透気度変化率が120%以下
透気度変化率(%)=(Pa2/Pa1)×100
本多孔性フィルムは、20℃における透気度(Pa1)が800秒/100ml以下であることを特徴としており、600秒/100ml以下であるのが好ましく、400秒/100ml以下であるのがより一層好ましい。前記Pa1が800秒/100ml以下であれば、多孔性ポリプロピレンフィルムに連通性があることを示し、優れた透気性能を示すことができる。一方、下限については特に規定しない。例えば10秒/100ml以上が好ましく、50秒/100ml以上がより一層好ましい。
本多孔性フィルムの透気度が低ければ、様々な用途に使用することができる。例えばセパレータとして使用した場合、透気度が低いということはリチウムイオンの移動が容易であることを意味し、電池性能に優れるため好ましい。
本多孔性フィルムは、20℃における透気度(Pa1)及び95℃で1時間加熱後の透気度(Pa2)について、下記式で求められる透気度変化率が120%以下であることを特徴とし、中でも115%以下であるのが好ましく、その中でも110%以下であるのがさらに好ましい。一方、下限については特に規定しない。前記Pa1と前記Pa2との変化量が小さいことが好ましいことから、100%以上が好ましい。
なお、透気度変化率については下記式で算出される。
透気度変化率(%)=(Pa2/Pa1)×100
高温環境下における透気度の変化を低減させる方法として、製膜段階でフィルムの残留歪を低減させ、熱収縮を低減させておくことが有効である。そのためには、製造方法において、延伸倍率、延伸温度等の延伸条件を調整することが好ましい。
本多孔性フィルムにおいて、95℃で1時間加熱後の流れ方向(MD)における収縮率(SMD)と、当該MDに対して垂直方向(TD)における収縮率(STD)とは、いずれも5.0%以下であることが好ましい。中でも前記SMD又はSTDが4.5%以下であるのがより一層好ましく、その中でも4.0%以下であるのがさらに好ましい。
前記SMD、STD、及び前記SMDと前記STDとの和が、いずれも5.0%以下であれば、高温環境下でも収縮変化が起こり難く、多孔構造を保持できるため、結果として実用レベルで透気度変化率を低く抑制することができる。
本多孔性フィルムにおいて、空孔率は30〜90%であることが好ましく、中でも40%以上或いは80%以下であるのがより一層好ましく、その中でも50%以上或いは70%以下であるのが特に好ましい。
空孔率は、多孔構造を規定する為の重要なファクターである。空孔率が30%以上であれば、連通性を十分に確保することができ、透気特性に優れた多孔性ポリプロピレンフィルムとすることができる。一方、空孔率が90%以下であれば、十分な弾性率を得ることができ、加工性の観点からも好ましい。
なお、前記空孔率は後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
本多孔性フィルムは、前記β晶活性を有することが好ましい。
β晶活性は、延伸前の膜状物においてポリプロピレンがβ晶を生成していたことを示す一指標と捉えることができる。延伸前の膜状物中のポリプロピレンがβ晶を生成していれば、その後延伸を施すことで微細孔が形成されるため、透気特性を有する多孔性ポリプロピレンフィルムを得ることができる。
具体的には、示差走査型熱量計で多孔性ポリプロピレンフィルムを25℃から240℃まで加熱速度10℃/分で昇温後1分間保持し、次に240℃から25℃まで冷却速度10℃/分で降温後1分間保持し、更に25℃から240℃まで加熱速度10℃/分で再昇温させた際に、ポリプロピレンのβ晶に由来する結晶融解ピーク温度(Tmβ)が検出された場合、β晶活性を有すると判断することができる。
β晶活性度(%)=〔ΔHmβ/(ΔHmβ+ΔHmα)〕×100
β晶活性度の上限値は特に限定されない。β晶活性度が高いほど前記効果がより有効に得られるので100%に近いほど好ましい。
例えばポリプロピレン(ポリプロピレン)の融点を超える温度である170℃〜190℃の熱処理を施し、徐冷してβ晶を生成・成長させた多孔性ポリプロピレンフィルムについて広角X線測定を行い、ポリプロピレンのβ晶の(300)面に由来する回折ピークが2θ=16.0°〜16.5°の範囲に検出された場合、β晶活性を有すると判断することができる。
広角X線回折を用いたβ晶活性の詳細な評価方法については、後述の実施例にて示す。
仮に、ポリプロピレンからなる層以外に、ポリプロピレンを含有する層などを積層させる場合には、両層ともにβ晶活性を有することが好ましい。
本多孔性フィルムの膜厚は1μm〜500μmであるのが好ましく、中でも5μm以上或いは300μm以下、その中でも7μm以上或いは100μm以下であるのが特に好ましい。
電池用セパレータとして使用する場合は、1μm〜50μmであるのが好ましく、中でも10μm以上或いは30μm以下であるのがより一層好ましい。電池用セパレータとして使用する場合、膜厚が1μm以上、好ましくは10μm以上であれば、実質的に必要な電気絶縁性を得ることができ、例えば大きな電圧がかかった場合にも短絡しにくく安全性に優れる。また、膜厚が50μm以下、好ましくは30μm以下であれば、多孔性ポリプロピレンフィルムの電気抵抗が小さくできるので電池の性能を十分に確保することができる。
本多孔性フィルムは、単層でも積層でも構わない。2層以上に積層させることが好ましい。
更に必要に応じて、層数として4層、5層、6層、7層とすることも可能である。
上記のA層の一例として、ポリプロピレン系樹脂とβ晶核剤を含有する樹脂組成物を押出成形して無孔膜状物を作製し、所定の延伸を施すことにより得られる物乃至層を挙げることができる。
そこで、ここでは、ポリプロピレン系樹脂及びβ晶核剤について説明する。
但し、上記のA層はあくまで例示であって、A層がこのようにして得られる物に限定されるものではない。
ポリプロピレンとしては、例えばホモプロピレン(プロピレン単独重合体)、又は、プロピレンと、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−へキセン、1−へプテン、1−オクテン、1−ノネンもしくは1−デセンなどα−オレフィンとのランダム共重合体或いはブロック共重合体などが挙げられる。この中でも、多孔性ポリプロピレンフィルムの機械的強度、耐熱性などを維持する観点から、ホモポリプロピレンがより好適である。
メチル基領域のシグナルの帰属は、A.Zambelli et al(Macromolecules8,687,(1975))に準拠した。
Mw/Mnが2.0以上であれば、押出成形性が低下する等の問題が生じないばかりか、工業的に容易に生産することができる。一方、Mw/Mnが10.0以下であれば、低分子量成分が多くなり過ぎることがなく、多孔性ポリプロピレンフィルムの機械的強度を維持することができる。
Mw/MnはGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法によって得られる値である。
MFRは、JIS K7210に従い、温度230℃、荷重2.16kgの条件で測定される値である。
本多孔性フィルムに用いるβ晶核剤としては、ポリプロピレンのβ晶の生成・成長を増加させるものであれば適宜使用することができ、1種類を単独で使用することも、また2種類以上を混合して使用することもできる。
そのほか、核剤の具体的な種類については、特開2003−306585号公報、特開平06−289566号公報、特開平09−194650号公報に記載されている。
また、仮にポリプロピレンからなる樹脂層以外に、ポリプロピレンを含有する層などを積層させる場合には、各層のβ晶核剤の添加量は同じであっても、異なっていてもよい。β晶核剤の添加量を変更することで各層の多孔構造を適宜調整することができる。
本多孔性フィルムにおいては、前述した成分のほか、本発明の効果を著しく阻害しない範囲内で、一般に樹脂組成物に配合される添加剤を適宜添加できる。
前記添加剤としては、耳などのトリミングロス等から発生するリサイクル樹脂やシリカ、タルク、カオリン、炭酸カルシウム等の無機粒子、酸化チタン、カーボンブラック等の顔料、難燃剤、耐候性安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、溶融粘度改良剤、架橋剤、滑剤、核剤、可塑剤、老化防止剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、スリップ剤または着色剤などの添加剤が挙げられる。具体的には、「プラスチックス配合剤」のP154〜P158に記載されている酸化防止剤、P178〜P182に記載されている紫外線吸収剤、P271〜P275に記載されている帯電防止剤としての界面活性剤、P283〜294に記載されている滑剤などが挙げられる。
上記のB層の一例として、ポリエチレン系樹脂と多孔化促進化合物を含有する樹脂組成物を押出成形して無孔膜状物を作製し、所定の延伸を施して得られる層を挙げることができる。
そこで、次にポリエチレン系樹脂と多孔化促進化合物について説明する。
但し、上記のB層はあくまで例示であって、B層がこのようにして作成される層に限定されるものではない。
ポリエチレンとしては、例えば超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、さらに分子量に特徴のある超高分子量ポリエチレンのようなホモポリマーポリエチレンだけでなく、エチレンプロピレン共重合体、またはポリエチレンと他のポリプロピレンとのコポリマーポリエチレンが挙げられる。中でも、ホモポリマーポリエチレン、或いはα−オレフィンコモノマー含量が2モル%以下のコポリマーポリエチレンが好ましく、ホモポリマーポリエチレンであることが更に好ましい。α−オレフィンコモノマーの種類については特に制限はない。
ポリエチレンの密度は、密度勾配管法を用いてJIS K7112に準じて測定することができる。
MFRは、JIS K7210に従い、温度190℃、荷重2.16kgの条件で測定することができる。
ポリエチレンの重合方法として、一段重合、二段重合、もしくはそれ以上の多段重合等があり、いずれの方法のポリエチレンも使用可能である。
ポリエチレンに、多孔化促進化合物Xを添加することが好ましい。前記多孔化促進化合物Xを添加することにより、より効率的に多孔構造を得ることができ、孔の形状や孔径を制御しやすくなる。
石油樹脂としては、例えばC5留分を主原料とする脂肪族系石油樹脂、C9留分を主原料とする芳香族系石油樹脂、それらの共重合系石油樹脂、脂環族系石油樹脂がある。テルペン樹脂としてはβ−ピネンからのテルペン樹脂やテルペン−フェノール樹脂が、またロジン系樹脂としては、ガムロジン、ウツドロジンなどのロジン樹脂、グリセリンやペンタエリスリトールで変性したエステル化ロジン樹脂などを挙げることができる。
脂環族飽和炭化水素樹脂及びその変性体はポリエチレンに混合した場合に比較的良好な相溶性を示す。色調や熱安定性といった面から石油樹脂がより一層好ましく、水添石油樹脂を用いることが更に好ましい。
水添石油樹脂の中でも、水素化脂環族系石油樹脂で、シクロペンタジエン系化合物と芳香族ビニル系化合物とを共重合して水素添加したものが特に好ましい。
市販されている水添石油樹脂としては、「アルコン」(荒川化学工業社製)などが挙げられる。
このようなエチレン系共重合体は、エチレン単量体単位の含有率が好ましくは50質量%以上、より一層好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは65質量%以上である。一方、上限については、エチレン単量体単位の含有率が好ましくは95質量%以下、より一層好ましくは90質量%以下、さらに好ましくは85質量%以下であることが望ましい。エチレン単量体単位の含有率が所定の範囲内であれば、より効率的に多孔構造を形成することができる。
(ア)融点が40℃〜200℃である。
(イ)融点より10℃高い温度での溶融粘度が50Pa・s以下である。
中でも、多孔構造を効率的に形成できる点から、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、マイクロクリスタリンワックスが好ましく、SD特性の観点より孔径をより微小化できるマイクロクリスタリンワックスが更に好ましい。
市販されているポリエチレンワックスとしては、「FT−115」(日本精蝋社製)、マイクロクリスタリンワックスとしては「Hi−Mic」(日本精蝋社製)などが挙げられる。
必要に応じてポリエチレンや多孔化促進化合物X以外に、多孔フィルムの熱特性、具体的には多孔化を損なわない範囲で、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー等のゴム成分と呼ばれているものを添加してもよい。
その他、B層は、一般に樹脂組成物に配合される添加剤または他の成分を含んでいてもよい。この添加剤としては、耳などのトリミングロス等から発生するリサイクル樹脂や、シリカ、タルク、カオリン、炭酸カルシウム等の無機粒子、酸化チタン、カーボンブラック等の顔料、難燃剤、耐候性安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、溶融粘度改良剤、架橋剤、滑剤、核剤、可塑剤、老化防止剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、スリップ剤または着色剤などの添加剤が挙げられる。
中でも、核剤はポリエチレンの結晶構造を制御し、延伸開孔時の多孔構造を細かくするという効果があるため好ましい。
本多孔性フィルムの形態は、平面状、チューブ状の何れであってもよい。例えば平面状であれば、幅方向に製品として数丁取りが可能であることから生産性がよく、さらに内面にコートなどの処理が可能できること等の観点から好ましい。
次に、本多孔性フィルムの製造方法について説明する。但し、本多孔性フィルムの製造方法が、次に説明する製造方法に限定されるものではない。
無孔膜状物の延伸方法については、ロール延伸法、圧延法、テンター延伸法、同時二軸延伸法などの手法があり、これらを単独あるいは2つ以上組み合わせて一軸延伸あるいは二軸延伸を行えばよい。中でも、多孔構造制御の観点から、逐次二軸延伸を採用するのが好ましい。
(a)各層を多孔化したのち、多孔化された各層をラミネートしたり接着剤等で接着したりして積層する方法。
(b)各層を積層して積層無孔膜状物を作製し、ついで当該無孔膜状物を多孔化する方法。
(c)各層のうちいずれか1層を多孔化したのち、もう1層の無孔膜状物と積層し、多孔化する方法。
(d)多孔層を作製した後、無機・有機粒子などのコーティング塗布や、金属粒子の蒸着などを行うことにより積層する方法。
先ず、ポリプロピレン系樹脂と、必要であれば熱可塑性樹脂、添加剤の混合樹脂組成物を作製する。例えば、ポリプロピレン系樹脂、β晶核剤、および所望によりその他添加物等の原材料を、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、または袋の中に全成分を入れてハンドブレンドにて混合した後、一軸あるいは二軸押出機、ニーダー等、好ましくは二軸押出機で溶融混練後、カッティングしてペレットを得る。
Tダイの種類としては特に限定されない。例えば本多孔フィルムが2種3層の積層構造をとる場合、Tダイは2種3層用マルチマニホールドタイプでも構わないし、2種3層用フィードブロックタイプでも構わない。
なお、延伸前の膜状物中のβ晶比率は、示差走査型熱量計を用いて、該膜状物を25℃から240℃まで加熱速度10℃/分で昇温させた際に、検出されるポリプロピレン系樹脂(A)のα晶由来の結晶融解熱量(ΔHmα)とβ晶由来の結晶融解熱量(ΔHmβ)を用いて下記式で計算することができる。
β晶比率(%)=〔ΔHmβ/(ΔHmβ+ΔHmα)〕×100
本多孔フィルムを作製する場合には、各延伸工程で延伸条件を適宜選択して、多孔構造を制御し易い逐次二軸延伸を採用するのがより一層好ましい。
なお、膜状物及びフィルムの長手方向を「縦方向」、長手方向に対して垂直方向を「横方向」と称する。また、長手方向への延伸を「縦延伸」、長手方向に対して垂直方向への延伸を「横延伸」と称する。
また、縦延伸倍率は、好ましくは2.0〜10.0倍、より一層好ましくは2.5〜8.0倍、さらに好ましくは3.0〜6.0倍である。縦延伸倍率が2.0倍以上あることで、空孔起点を形成することができる。一方、縦延伸倍率が10.0倍以下であることで、延伸時の破断頻度を低減させることができるとともに、得られるフィルムの残留歪が低減され、加熱時にもフィルム収縮・収縮応力が小さくて済むため、結果として高温環境下での透気度変化の低減につながる。なお、空孔起点の形成と熱的安定性の観点から、縦延伸倍率は3.0〜4.5倍であることが最も好ましい。
また、横延伸倍率は、好ましくは1.1〜8.0倍、より一層好ましくは1.5〜6.0倍、さらに好ましくは2.0〜4.0倍である。横延伸倍率を1.1倍以上にすることで、縦延伸により形成された空孔起点を適度なサイズに拡大させ、緻密な多孔構造を有する二軸延伸フィルムをえることができる。横延伸倍率を8.0倍以下とすることで、延伸時の破断頻度を低減させることができる。この際、横延伸倍率を低くすることで、ポリプロピレンの横方向の分子配向が小さくなり、得られるフィルムの残留歪が低く、そのため加熱時にもフィルム収縮、多孔構造変化が小さくてすむ。その結果、高温環境下での透気度変化の低減につながるため、好ましい。また、空孔拡大と熱的安定性の観点から、横延伸倍率は3.0倍以下とすることが最も好ましい。
熱処理工程中には、必要に応じて1〜20%の弛緩処理を施してもよいし、拘束状態で熱処理を行い結晶化を促進させた後に、弛緩処理を施してもよい。熱処理後、均一に徐冷していくことで、より一層好ましい本多孔性フィルムを得ることができる。
次に、本多孔性フィルムの用途の一例として、本多孔性フィルムを電池用セパレータとして使用し電池を構成する例について説明する。
ここで、本多孔性フィルムをリチウムイオン電池用セパレータとして収容しているリチウムイオン電池について、図1を参照して説明する。
有機溶媒としては、特に限定されるものではない。例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジメチルカーボネート、プロピオン酸メチルもしくは酢酸ブチルなどのエステル類、アセトニトリル等のニトリル類、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジメトキシメタン、ジメトキシプロパン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランもしくは4−メチル−1,3−ジオキソランなどのエーテル類、またはスルホランなどが挙げられ、これらを単独でまたは二種類以上を混合して用いることができる。
中でも、エチレンカーボネート1質量部に対してメチルエチルカーボネートを2質量部混合した溶媒中に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lの割合で溶解した電解質が好ましい。
前記アルカリ金属としては、例えばリチウム、ナトリウムまたはカリウムなどが挙げられる。前記アルカリ金属を含む化合物としては、例えばアルカリ金属とアルミニウム、鉛、インジウム、カリウム、カドミウム、スズもしくはマグネシウムなどとの合金、さらにはアルカリ金属と炭素材料との化合物、低電位のアルカリ金属と金属酸化物もしくは硫化物との化合物などが挙げられる。
負極に炭素材料を用いる場合、炭素材料としてはリチウムイオンをドープ、脱ドープできるものであればよく、例えば黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などを用いることができる。
本発明において、「主成分」と表現した場合には、特に記載しない限り、当該主成分の機能を妨げない範囲で他の成分を含有することを許容する意を包含し、特に当該主成分の含有割合を特定するものではない。主成分は組成物中の50質量%以上、好ましくは70質量%以上、特に好ましくは90質量%以上(100%含む)を占める意を包含するものである。
また、「X以上」或いは「Y以下」(X,Yは任意の数字)と記載した場合も、特にことわらない限り「好ましくはXより大きい」及び「好ましくはYより小さい」の意を包含するものである。
なお、多孔性ポリプロピレン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。
プライムポリマー社製ホモポリプロピレン「プライムPP F300SV(商品名)」(MFR:3.0g/10分)100質量部にβ晶核剤である3,9−ビス[4−(N−シクロヘキシルカルバモイル)フェニル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカンを0.2質量部添加した後、同方向二軸押出機(JSW日本製鋼所社製、口径54mmφ、L/D=40)を用いて、設定温度270℃で溶融混練してストランドダイより押し出した後、ストランドを30℃の水中で冷却し、カッターによりペレット化してポリプロピレン樹脂組成物A1ペレットを得た。
次いで、得られた膜状物に対し、ロール縦延伸機を用い、ロール間で表1に記載の延伸温度および延伸倍率で縦方向に延伸を行った後、次いでフィルムテンター設備にて、表1に記載の延伸温度および延伸倍率で横方向に延伸した。この際、延伸前の予熱温度は延伸温度と同温度とし、横延伸時の延伸速度は500%/minであった。更に表1に記載の熱処理温度で加熱後、熱弛緩処理を行い、多孔性ポリプロピレンフィルムを得た。
前記ポリプロピレン樹脂組成物A1とは別に、ポリエチレンとして、高密度ポリエチレン(プライムポリマー社製、Hi−ZEX3300F、密度:0.950g/cm3、MFR:1.1g/10分)80質量部、マイクロクリスタリンワックス(日本精蝋社製、Hi−Mic1090)20質量部を前記同方向二軸押出機に投入し、設定温度230℃で溶融混練してペレット状に加工したポリエチレン樹脂組成物B1を作製した。
次いで、得られた膜状物に対し、ロール縦延伸機を用い、ロール間で表1に記載の延伸温度および延伸倍率で縦方向に延伸を行った後、次いでフィルムテンター設備にて、表1に記載の延伸温度および延伸倍率で横方向に延伸した。この際、延伸前の予熱温度は延伸温度と同温度とした。更に表1に記載の熱処理温度で加熱後、熱弛緩処理を行い、多孔性ポリプロピレンフィルムを得た。
1/1000mmのダイアルゲージにて、多孔性ポリプロピレンフィルムの面内において不特定に10箇所の膜厚を測定し、その平均を膜厚とした。
空孔率は多孔性ポリプロピレンフィルム中の空間部分の割合を示す数値である。
空孔率は、多孔性ポリプロピレンフィルムの実質量W1を測定し、樹脂組成物の密度と膜厚から空孔率0%の場合の質量W0を計算し、それらの値から下記式に基づき算出した。
空孔率Pv(%)={(W0−W1)/W0}×100
JIS P8117に準拠して、20℃環境下で透気度(秒/100ml)を測定した。
多孔性ポリプロピレンフィルムを縦100mm×横100mm角に切り出し、あらかじめ予熱したベーキング試験装置(大栄科学精器製作所製、DK−1M)中に入れ、95℃で1時間の加熱を行った。取り出して冷却したフィルムをJIS P8117に準拠して透気度(秒/100ml)を測定した。
前記透気度Pa1、Pa2から、下記式に従って透気度変化率を算出し、以下のように評価した。
透気度変化率(%)=(Pa2/Pa1)×100
○:透気度変化率が120%以下
×:透気度変化率が120%超過
多孔性ポリプロピレンフィルムを縦100mm×横100mm角に切り出し、あらかじめ予熱したベーキング試験装置(大栄科学精器製作所製、DK−1M)中に入れ、95℃で1時間の加熱を行った。加熱前のフィルムの寸法L0と加熱後のフィルムの寸法L1との測定を行い、下記式に従って95℃で1時間加熱後のMD、TDにおける収縮率SMD、STDを求め、以下のように評価した。
収縮率(%)={(L0−L1)/L0}×100
×:収縮率が5%超過
○:前記SMDと前記STDとの和が5%以下
×:前記SMDと前記STDとの和が5%超過
多孔性ポリプロピレンフィルムについて、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、25℃から240℃まで走査速度10℃/分で昇温後1分間保持し、次に240℃〜25℃まで走査速度10℃/分で降温後1分間保持し、次に25℃から240℃まで走査速度10℃/分で再昇温させた。
この再昇温時にポリプロピレンのβ晶に由来する結晶融解ピーク温度(Tmβ)である145〜160℃にピークが検出されるか否かによりβ晶活性の有無を判断し、以下の基準で評価した。
○:Tmβが145℃〜160℃の範囲内に検出された場合(β晶活性あり)
×:Tmβが145℃〜160℃の範囲内に検出されなかった場合(β晶活性なし)
なお、β晶活性の測定は、試料量10mgで、窒素雰囲気下にて行った。
多孔性ポリプロピレンフィルムを縦60mm、横60mm角に切り出し、図2(A)に示すように中央部が40mmφの円状に穴の空いたアルミ板(材質:JIS
A5052、サイズ:縦60mm、横60mm、厚さ1mm)2枚の間にはさみ、図2(B)に示すように周囲をクリップで固定した。
アルミ板2枚に拘束した状態の多孔性ポリプロピレンフィルムを、設定温度180℃、表示温度180℃である送風定温恒温器(ヤマト科学株式会社製、型式:DKN602)に入れ3分間保持した後、設定温度を100℃に変更し、10分以上の時間をかけて100℃まで徐冷を行った。表示温度が100℃になった時点で多孔性ポリプロピレンフィルムを取り出し、アルミ板2枚に拘束した状態のまま25℃の雰囲気下で5分間冷却して得られた多孔性ポリプロピレンフィルムについて、以下の測定条件で、中央部の40mmφの円状の部分について広角X線回折測定を行った。
・X線源:CuKα線、出力:40kV、200mA
・走査方法:2θ/θスキャン、2θ範囲:5°〜25°、走査間隔:0.05°、走査速度:5°/min
○:ピークが2θ=16.0〜16.5°の範囲に検出された場合(β晶活性あり)
×:ピークが2θ=16.0〜16.5°の範囲に検出されなかった場合(β晶活性なし)
13 正極板
14 負極板
15 電池用セパレータ
31 アルミ板
32 フィルム
33 クリップ
34 フィルム縦方向
35 フィルム横方向
Claims (6)
- 20℃における透気度(Pa1)、および95℃で1時間加熱後の透気度(Pa2)について、以下の条件(1)、(2)を満たすことを特徴とする多孔性ポリプロピレンフィルム。
(1)Pa1が800秒/100ml以下
(2)下記式で算出される透気度変化率が120%以下
透気度変化率(%)=(Pa2/Pa1)×100 - β晶活性を有することを特徴とする請求項1に記載の多孔性ポリプロピレンフィルム。
- 95℃で1時間加熱後の流れ方向(MD)における収縮率(SMD)と、当該MDに対して垂直方向(TD)における収縮率(STD)とが、いずれも5.0%以下であり、かつ、当該SMDと当該STDとの和が5.0%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の多孔性ポリプロピレンフィルム。
- 請求項1〜3の何れかに記載の多孔性ポリプロピレンフィルムからなるリチウムイオン電池用セパレータ。
- 請求項4に記載のリチウムイオン電池用セパレータが収容されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
- 請求項5に記載のリチウムイオン電池がスタックタイプであることを特徴とするリチウムイオン電池。
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KR20140017543A (ko) * | 2011-02-03 | 2014-02-11 | 도레이 카부시키가이샤 | 다공성 폴리프로필렌 필름, 축전 디바이스용 세퍼레이터 및 축전 디바이스 |
KR20140081795A (ko) * | 2011-10-14 | 2014-07-01 | 도레이 카부시키가이샤 | 다공성 폴리프로필렌 필름 및 축전 디바이스 |
CN103857733B (zh) * | 2011-10-14 | 2015-08-05 | 东丽株式会社 | 多孔性聚丙烯膜及蓄电装置 |
JP6672594B2 (ja) * | 2015-03-12 | 2020-03-25 | Jnc株式会社 | 有機・無機複合膜及びこれを用いた多層耐熱セパレータ材 |
CN106553303A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-04-05 | 中国科学技术大学 | 一种孔结构均匀、高透气性聚丙烯微孔膜及其制备方法 |
JP6573642B2 (ja) * | 2017-03-03 | 2019-09-11 | 住友化学株式会社 | 非水電解液二次電池用セパレータ |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007046226A1 (ja) * | 2005-10-18 | 2007-04-26 | Toray Industries, Inc. | 蓄電デバイスセパレータ用微多孔フィルムおよびそれを用いた蓄電デバイスセパレータ |
JP2008016210A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Sony Corp | 二次電池及びその製造方法 |
JP2009227819A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Toray Ind Inc | ポリプロピレン多孔性フィルム、その製造方法、および蓄電デバイス |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1017682B (zh) | 1990-11-13 | 1992-08-05 | 中国科学院化学研究所 | 高透过性聚丙烯微孔膜及其制法 |
JP2883726B2 (ja) | 1990-11-14 | 1999-04-19 | 日東電工株式会社 | 電池用セパレータの製造法 |
JPH059332A (ja) | 1991-07-05 | 1993-01-19 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 均質な超高分子量ポリエチレン製微多孔膜及びその製造方法 |
JPH06289566A (ja) | 1993-03-30 | 1994-10-18 | Fuji Photo Film Co Ltd | 感光材料処理装置 |
JP3739481B2 (ja) | 1995-05-17 | 2006-01-25 | 昭和電工株式会社 | ポリプロピレン系樹脂材料及びその製造方法 |
JP3539526B2 (ja) | 1996-01-23 | 2004-07-07 | チッソ株式会社 | 結晶性プロピレン重合体組成物 |
JP3852492B2 (ja) | 1996-08-06 | 2006-11-29 | 宇部興産株式会社 | 電池用セパレータの製造法 |
WO2002066233A1 (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-29 | New Japan Chemical Co., Ltd. | Successively biaxial-oriented porous polypropylene film and process for production thereof |
JP2003306585A (ja) | 2002-04-15 | 2003-10-31 | Sekisui Chem Co Ltd | 樹脂−層状珪酸塩複合材料及びその製造方法 |
RU2431521C2 (ru) * | 2005-10-24 | 2011-10-20 | Торей Тонен Спешиалти Сепарейтор Годо Кайса | Многослойная, микропористая полиолефиновая мембрана, способ ее получения и сепаратор аккумулятора |
JP2008311220A (ja) * | 2007-05-11 | 2008-12-25 | Mitsubishi Plastics Inc | 積層多孔性フィルム、電池用セパレータおよび電池 |
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---|---|---|---|---|
WO2007046226A1 (ja) * | 2005-10-18 | 2007-04-26 | Toray Industries, Inc. | 蓄電デバイスセパレータ用微多孔フィルムおよびそれを用いた蓄電デバイスセパレータ |
JP2008016210A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Sony Corp | 二次電池及びその製造方法 |
JP2009227819A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Toray Ind Inc | ポリプロピレン多孔性フィルム、その製造方法、および蓄電デバイス |
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