KR101807445B1 - 다공질 세퍼레이터 장척, 그의 제조 방법, 권회체 및 리튬 이온 전지 - Google Patents

다공질 세퍼레이터 장척, 그의 제조 방법, 권회체 및 리튬 이온 전지 Download PDF

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Abstract

세퍼레이터 장척(12a·12b)의 측면(12c)에 있어서, 에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값이 1.04 미만이므로, 작업 중에 찢어져 버릴 가능성을 억제시킨 다공질 세퍼레이터 장척을 제공할 수 있다.

Description

다공질 세퍼레이터 장척, 그의 제조 방법, 권회체 및 리튬 이온 전지{LONG POROUS SEPARATOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, WOUND BODY AND LITHIUM-ION BATTERY}
본 발명은 리튬 이온 전지 등의 전지에 사용되는 슬릿된 다공질 세퍼레이터 장척과, 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법과, 다공질 세퍼레이터 장척을 코어에 권회한 다공질 세퍼레이터 권회체와, 다공질 세퍼레이터 장척을 소정의 길이로 커트한 다공질 세퍼레이터를 구비한 리튬 이온 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 전지에 사용되는 세퍼레이터의 원단은, 이 원단의 길이 방향을 따라 슬릿(절단)되어, 상기 길이 방향과 직교하는 방향으로 소정의 슬릿 폭을 갖는 복수의 세퍼레이터 장척을 얻을 수 있다.
이 각각의 세퍼레이터 장척은, 코어에 권회되어 세퍼레이터 권회체로서 전지의 제조 공정에 공급되고, 전지의 제조 공정에 있어서는 상기 슬릿 폭과 직교하는 방향에서 소정의 길이로 잘라져 세퍼레이터로서 사용된다.
따라서, 상기 세퍼레이터 장척에 있어서의 슬릿된 측면은 그대로 전지용 세퍼레이터의 측면이 되므로, 그 형상은 중요하다.
따라서, 특허문헌 1에는 기재층과 무기층을 포함하는 세퍼레이터에 있어서, 세퍼레이터가 구부러진 경우에, 무기층이 기재층으로부터 박리되는 것을 억제하기 위하여, 세퍼레이터의 측면을 테이퍼 형상으로 형성하는 것에 대하여 기재되어 있다.
한편, 특허문헌 2에는 감광 재료를 샤 커트 방식(시어 커트 방식이라고도 함)을 사용하여, 그 측면을 직각으로 재단하는 것에 대하여 기재되어 있다.
일본 공개 특허 공보 「일본 특허 공개 제2012-199020호」 공보(2012년 10월 18일 공개) 일본 공개 특허 공보 「일본 특허 공개 제2005-66796호」 공보(2005년 3월 17일 공개)
권회형 전지에 있어서는, 정극 및 부극간에 있어서, 세퍼레이터는, 정극 및 부극과 함께, MD(machine direction: 세퍼레이터 장척의 길이 방향)로 권회되고, 권회된 정극재, 부극재 및 세퍼레이터를 원통상의 용기에 삽입한다. 따라서, 원통상의 용기에 삽입하는 권회된 정극재, 부극재 및 세퍼레이터에 있어서는, 상기 세퍼레이터 장척에 있어서의 슬릿된 측면에 해당하는 전지용 세퍼레이터의 측면은 노출되어 있다.
적층형 전지에 있어서는, 정극 또는 부극을 덮도록, 정극 또는 부극 상에 세퍼레이터가 놓이게 되므로, 상기 권회형 전지의 경우와 마찬가지로, 상기 세퍼레이터 장척에 있어서의 슬릿된 측면에 해당하는 전지용 세퍼레이터의 측면은 노출되어 있다.
또한, 전지의 조립 작업 중에는 상기 세퍼레이터 장척에 있어서의 슬릿된 측면도 노출되어 있다.
이상과 같이, 전지의 조립 작업 중에 노출되는 상기 세퍼레이터 장척에 있어서의 슬릿된 측면이나 전지용 세퍼레이터의 측면의 직선성이 나쁜 경우, 작업 중에 무엇가에 걸리기 쉬워, 상기 세퍼레이터 장척이나 전지용 세퍼레이터가 찢어져 버릴 우려가 있다.
또한, 상기 세퍼레이터 장척에 있어서의 슬릿된 측면이나 전지용 세퍼레이터의 측면의 직선성이란, 이들 측면에서의 상기 MD를 따르는 직선 상의 2점간의 직선 거리를 P, 상기 MD를 따르는 직선 상의 2점간의 상기 측면의 형상을 따른 거리를 R로 한 경우, R/P의 값으로 나타나는 것이며, 이 값이 큰 것은 상기 MD와 직교하는 방향의 요철이 큰 것을 의미하고, 이 값이 작은 것은 상기 MD와 직교하는 방향의 요철이 작은 것을 의미한다.
따라서, 상기 세퍼레이터 장척에 있어서의 슬릿된 측면이나 전지용 세퍼레이터의 측면의 직선성은 중요하다.
그러나, 특허문헌 1에는 무기층이 기재층으로부터 박리되는 것을 억제하기 위하여, 세퍼레이터의 양측면을 테이퍼 형상으로 형성하는 것에 대하여 기재되어 있지만, 세퍼레이터의 측면의 직선성에는 전혀 주목하지 않았다.
또한, 특허문헌 2에는 다공성이 아닌 재료를, 샤 커트 방식을 사용하여, 그의 양측면을 직각으로 재단하는 것에 대하여 기재되어 있지만, 세퍼레이터와 같은 다공성 재료와는 달리, 다공성이 아닌 재료의 측면의 직선성은 원래 높으므로, 큰 문제는 되지 않는다.
본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 작업 중에 찢어져 버릴 가능성을 억제시킨, 다공질 세퍼레이터 장척과 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다공질 세퍼레이터 장척은, 상기한 과제를 해결하기 위하여, 다공질 세퍼레이터 장척의 측면에 있어서, 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면의 화상을, 상기 다공질 세퍼레이터 장척과 상기 다공질 세퍼레이터 장척 이외의 부분에서 2치화 처리하여 얻어지는, 길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 직선 거리를 P로 하고, 상기 길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 상기 측면의 형상을 따른 거리를 R로 한 경우, R/P의 값이 1.04 미만인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면, 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면에 있어서, 상기 R/P의 값이 1.04 미만이므로, 다공성 재료임에도 불구하고, 그 측면의 직선성은 높으므로, 작업 중에 상기 세퍼레이터 장척이 찢어져 버릴 가능성을 억제할 수 있다.
본 발명의 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법은, 상기한 과제를 해결하기 위하여, 다공질 세퍼레이터의 원단이 상기 원단의 길이 방향을 따라 슬릿된 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법으로서, 서로 상이한 방향으로 회전 가능한 상측날과 하측날을 구비하며, 상기 상측날이, 상기 길이 방향과 직교하는 횡단 방향에서 서로 인접하는 상기 하측날 사이에 형성된 공간부에서 상기 인접하는 하측날의 한쪽에 접촉하는, 슬릿부를 사용하여 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 의하면, 다공성 재료임에도 불구하고, 직선성이 높은 다공질 세퍼레이터 장척의 측면을 형성할 수 있으므로, 작업 중에 상기 세퍼레이터 장척이 찢어져 버릴 가능성을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 작업 중에 찢어져 버릴 가능성을 억제시킨, 다공질 세퍼레이터 장척과 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 리튬 이온 이차 전지의 단면 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시되는 리튬 이온 이차 전지의 상세 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시되는 리튬 이온 이차 전지의 다른 구성을 도시하는 모식도이다.
도 4의 (a)는 세퍼레이터의 원단을 슬릿하는 슬릿 장치의 구성을 도시하는 모식도이며, (b)는 슬릿 장치에 의해 세퍼레이터의 원단이 복수의 세퍼레이터 장척으로 슬릿되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 도 4에 도시되는 슬릿 장치에 구비된 시어 커트 방식의 절단 장치를 도시하는 도면이며, (b)는 시어 커트 방식의 절단 장치에 구비된 슬릿부를 도시하는 도면이며, (c)는 슬릿부에 의해 세퍼레이터의 원단이 슬릿되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 6은 세퍼레이터 장척의 측면에서, 직선성을 평가한 부분을 도시하는 도면이다.
도 7은 레이저(razor)날(면도날)에 의한 커트법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a)는 세퍼레이터 장척의 측면에서의 직선성 평가 방법을 설명하기 위한 도면이며, (b) 및 (c)는 그 직선성 평가 결과를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a)는 본 실시 형태의 세퍼레이터 장척의 측면의 직선성을 모식적으로 도시한 도면이며, (b)는 레이저 커트법으로 슬릿된 세퍼레이터 장척의 측면의 직선성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 10은 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 세퍼레이터 장척의 측면을 일측면으로 하는 시험편의 인장 강도의 측정 방법 및 그 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 세퍼레이터 장척의 측면을 일측면으로 하는 시험편의 샤르피 충격 시험의 측정 방법 및 그 결과를 설명하기 위한 도면이다.
〔기본 구성〕
리튬 이온 이차 전지, 세퍼레이터, 내열 세퍼레이터, 내열 세퍼레이터의 제조 방법, 슬릿 장치에 대하여 순서대로 설명한다.
(리튬 이온 이차 전지)
리튬 이온 이차 전지로 대표되는 비수 전해액 이차 전지는, 에너지 밀도가 높고, 그로 인하여, 현재 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 휴대 정보 단말기 등의 기기, 자동차, 항공기 등의 이동체에 사용하는 전지로서, 또한 전력의 안정 공급에 이바지하는 정치용 전지로서 널리 사용되고 있다.
도 1은 리튬 이온 이차 전지(1)의 단면 구성을 도시하는 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(1)는 캐소드(11)와, 세퍼레이터(12)와, 애노드(13)를 구비한다. 리튬 이온 이차 전지(1)의 외부에서, 캐소드(11)와 애노드(13) 사이에 외부 기기(2)가 접속된다. 그리고, 리튬 이온 이차 전지(1)의 충전 시에는 방향 A로, 방전 시에는 방향 B로 전자가 이동한다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터(12)는 리튬 이온 이차 전지(1)의 정극인 캐소드(11)와, 그의 부극인 애노드(13) 사이에, 이들에 협지되도록 배치된다. 세퍼레이터(12)는 캐소드(11)와 애노드(13) 사이를 분리하면서, 이들 사이에 있어서의 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 다공질 필름이다. 세퍼레이터(12)는 그의 재료로서, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀을 포함한다.
도 2는, 도 1에 도시되는 리튬 이온 이차 전지(1)의 상세 구성을 도시하는 모식도이며, (a)는 통상의 구성을 나타내고, (b)는 리튬 이온 이차 전지(1)가 승온했을 때의 모습을 나타내고, (c)는 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온했을 때의 모습을 나타낸다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)에는 다수의 구멍 P가 형성되어 있다. 통상, 리튬 이온 이차 전지(1)의 리튬 이온(3)은 구멍 P를 통하여 왕래할 수 있다.
여기서, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지(1)의 과충전 또는 외부 기기의 단락에 기인하는 대전류 등에 의해, 리튬 이온 이차 전지(1)는 승온하는 경우가 있다. 이 경우, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)가 융해 또는 유연화되고, 구멍 P가 폐색된다. 그리고, 세퍼레이터(12)는 수축한다. 이에 의해, 리튬 이온(3)의 이동이 정지하기 때문에, 상술한 승온도 정지한다.
그러나, 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온하는 경우, 세퍼레이터(12)는 급격하게 수축한다. 이 경우, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)는 파괴되는 경우가 있다. 그리고, 리튬 이온(3)이 파괴된 세퍼레이터(12)로부터 누출되기 때문에, 리튬 이온(3)의 이동은 정지하지 않는다. 따라서, 승온은 계속된다.
(내열 세퍼레이터)
도 3은, 도 1에 도시되는 리튬 이온 이차 전지(1)의 다른 구성을 도시하는 모식도이며, (a)는 통상의 구성을 나타내고, (b)는 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온했을 때의 모습을 나타낸다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(12)는 다공질 필름(5)과, 내열층(4)을 구비하는 내열 세퍼레이터일 수도 있다. 내열층(4)은 다공질 필름(5)의 캐소드(11)측의 편면에 적층되어 있다. 또한, 내열층(4)은 다공질 필름(5)의 애노드(13)측의 편면에 적층될 수도 있고, 다공질 필름(5)의 양면에 적층될 수도 있다. 그리고, 내열층(4)에도 구멍 P와 마찬가지의 구멍이 형성되어 있다. 통상, 리튬 이온(3)은 구멍 P와 내열층(4)의 구멍을 통하여 이동한다. 내열층(4)은 그의 재료로서, 예를 들어 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 포함한다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(1)가 급격하게 승온하여, 다공질 필름(5)이 융해 또는 유연화되어도 내열층(4)이 다공질 필름(5)을 보조하고 있기 때문에, 다공질 필름(5)의 형상은 유지된다. 따라서, 다공질 필름(5)이 융해 또는 유연화되고, 구멍 P가 폐색되는 데 그친다. 이에 의해, 리튬 이온(3)의 이동이 정지하기 때문에, 상술한 과방전 또는 과충전도 정지한다. 이와 같이, 세퍼레이터(12)의 파괴가 억제된다.
(내열 세퍼레이터의 제조 공정)
리튬 이온 이차 전지(1)의 내열 세퍼레이터의 제조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 방법을 이용하여 행할 수 있다. 이하에서는, 다공질 필름(5)이 그의 재료로서 주로 폴리에틸렌을 포함하는 경우를 가정하여 설명한다. 그러나, 다공질 필름(5)이 다른 재료를 포함하는 경우에도, 마찬가지의 제조 공정에 의해 세퍼레이터(12)를 제조할 수 있다.
예를 들어, 열가소성 수지에 가소제를 첨가하여 필름 성형한 후, 상기 가소제를 적당한 용매로 제거하는 방법을 들 수 있다. 예를 들어, 다공질 필름(5)이, 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 폴리에틸렌 수지로 형성되어 이루어지는 경우에는, 이하에 기재한 바와 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.
이 방법은, (1) 초고분자량 폴리에틸렌과, 탄산칼슘 등의 무기 충전제를 혼련하여 폴리에틸렌 수지 조성물을 얻는 혼련 공정, (2) 폴리에틸렌 수지 조성물을 사용하여 필름을 성형하는 압연 공정, (3) 공정 (2)에서 얻어진 필름 중에서 무기 충전제를 제거하는 제거 공정 및 (4) 공정 (3)에서 얻어진 필름을 연신하여 다공질 필름(5)을 얻는 연신 공정을 포함한다.
제거 공정에 의해 필름 중에 다수의 미세 구멍이 형성된다. 연신 공정에 의해 연신된 필름의 미세 구멍은 상술한 구멍 P가 된다. 이에 의해, 소정의 두께와 투기도를 갖는 폴리에틸렌 미다공막인 다공질 필름(5)이 형성된다.
또한, 혼련 공정에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌 100중량부와, 중량 평균 분자량 1만 이하의 저분자량 폴리올레핀 5 내지 200중량부와, 무기 충전제 100 내지 400중량부를 혼련할 수도 있다.
그 후, 도공 공정에 있어서, 다공질 필름(5)의 표면에 내열층(4)을 형성한다. 예를 들어, 다공질 필름(5)에 아라미드/NMP(N-메틸-피롤리돈) 용액(도공액)을 도포하여, 아라미드 내열층인 내열층(4)을 형성한다. 내열층(4)은 다공질 필름(5)의 편면에만 형성될 수도, 양면에 형성될 수도 있다. 또한, 내열층(4)으로서, 알루미나/카르복시메틸셀룰로오스 등의 필러를 포함하는 혼합액을 도공할 수도 있다.
도공액을 다공질 필름(5)에 도공하는 방법은, 균일하게 웨트 코팅할 수 있는 방법이면 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 캐필러리 코팅법, 스핀 코팅법, 슬릿 다이 코팅법, 스프레이 코팅법, 딥 코팅법, 롤 코팅법, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 바 코터법, 그라비아 코터법, 다이 코터법 등을 채용할 수 있다. 내열층(4)의 두께는 도공 웨트막의 두께, 도공액 중의 고형분 농도를 조절함으로써 제어할 수 있다.
또한, 도공할 때에 다공질 필름(5)을 고정 혹은 반송하는 지지체로서는, 수지제의 필름, 금속제의 벨트, 드럼 등을 사용할 수 있다.
이상과 같이, 다공질 필름(5)에 내열층(4)이 적층된 세퍼레이터(12)(내열 세퍼레이터)를 제조할 수 있다. 제조된 세퍼레이터는, 원통 형상의 코어에 권취된다. 또한, 이상의 제조 방법으로 제조되는 대상은, 내열 세퍼레이터에 한정되지 않는다. 이 제조 방법은, 도공 공정을 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우, 제조되는 대상은, 내열층을 갖지 않는 세퍼레이터이다.
(슬릿 장치)
내열 세퍼레이터 또는 내열층을 갖지 않는 세퍼레이터(이하 「세퍼레이터」)는 리튬 이온 이차 전지(1) 등의 응용 제품에 적합한 폭(이하 「제품폭」)인 것이 바람직하다. 그러나, 생산성을 올리기 위하여, 세퍼레이터는 그 폭이 제품폭 이상이 되도록 제조된다. 이것을 세퍼레이터의 원단이라고 한다. 이 세퍼레이터의 원단을, 일단 제조한 후에, 슬릿 장치에서는 세퍼레이터의 원단의 길이 방향과 두께 방향에 대하여 대략 수직인 방향의 길이를 의미하는 「세퍼레이터의 폭」을 제품폭으로 절단(슬릿)하여, 세퍼레이터 장척으로 한다.
이하에서는, 슬릿되기 전의 폭이 넓은 세퍼레이터를 「세퍼레이터의 원단」이라고 칭하고, 세퍼레이터의 폭이 제품폭으로 슬릿된 것을 특히 「세퍼레이터 장척」이라고 칭한다. 또한, 슬릿이란, 세퍼레이터의 원단을 길이 방향(제조에 있어서의 필름의 흐름 방향, MD: Machine direction)을 따라 절단하는 것을 의미하고, 커트란, 세퍼레이터 장척을 횡단 방향(TD: transverse direction)을 따라 절단하는 것을 의미한다. 횡단 방향(TD)이란, 세퍼레이터 장척의 길이 방향(MD)과 두께 방향에 대하여 대략 수직인 방향을 의미한다.
〔실시 형태 1〕
(슬릿 장치의 구성)
도 4의 (a)는 시어 커트 방식의 절단 장치(7)를 구비한 슬릿 장치(6)의 구성을 도시하는 모식도이며, 도 4의 (b)는 슬릿 장치(6)에 의해 세퍼레이터(다공질 세퍼레이터)의 원단(12O)이 복수의 세퍼레이터 장척(다공질 세퍼레이터 장척)(12a·12b)으로 슬릿되는 모습을 도시하는 도면이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시된 바와 같이 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)을 일례로 들어 설명하지만, 이것에 한정되지 않고, 세퍼레이터의 원단(12O)은 내열층(4)을 구비하지 않은 다공질 필름(5)일 수도 있고, 다공질 필름(5)의 양면에 내열층(4)을 구비한 것일 수도 있다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 슬릿 장치(6)는 회전 가능하게 지지된 원주 형상의, 권출 롤러(63)와, 복수의 롤러(64·65·68U·68L·69U·69L), 제1 터치 롤러(81U), 제2 터치 롤러(81L), 제1 아암(82U), 제2 아암(82L), 제1 권회 보조 롤러(83U), 제2 권회 보조 롤러(83L), 제1 권취 롤러(70U), 제2 권취 롤러(70L), 절단 장치(7)를 구비한다.
슬릿 장치(6)에서는, 세퍼레이터의 원단(12O)을 권부한 원통 형상의 코어 c가, 권출 롤러(63)에 끼워져 있다. 세퍼레이터의 원단(12O)은 코어 c로부터 경로 U 또는 L로 권출된다. 세퍼레이터의 원단(12O)의 A면을 상면으로 하여 반송하고자 하는 경우에는 경로 L로 권출하고, 세퍼레이터의 원단(12O)의 B면을 상면으로 하여 반송하고자 하는 경우에는 경로 U로 권출하면 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 세퍼레이터의 원단(12O)의 A면을 상면으로 하여 반송하므로, 경로 L로 권출된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 A면은 다공질 필름(5)에 있어서의 내열층(4)과 접하는 면과 대향하는 표면이며, 상기 B면은 내열층(4)에 있어서의 다공질 필름(5)과 접하는 면과 대향하는 표면이다.
이와 같이 권출된 세퍼레이터의 원단(12O)은 롤러(64) 및 롤러(65)를 통하여, 절단 장치(7)에 반송되어, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 절단 장치(7)에 의해 복수의 세퍼레이터 장척(12a·12b)으로 슬릿된다.
(절단 장치 및 슬릿부)
도 5의 (a)는 도 4에 도시되는 슬릿 장치(6)에 구비된 시어 커트 방식의 절단 장치(7)를 도시하는 도면이며, 도 5의 (b)는 절단 장치(7)에 구비된 슬릿부 S를 도시하는 도면이며, 도 5의 (c)는 절단 장치(7)에 구비된 슬릿부 S에 의해 세퍼레이터의 원단(12O)이 슬릿되는 모습을 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 시어 커트 방식의 절단 장치(7)는 서로 상이한 방향으로 회전 가능하게 지지된 원주 형상의 하측의 축(66)과 상측의 축(67)을 구비하고 있고, 상측의 축(67)에는 둥근 날인 복수(본 실시 형태에 있어서는 8개)의 상측날(67a)이 설치되어 있다. 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 둥근 날인 복수의 상측날(67a)은 하측의 축(66)에 구비된 복수(본 실시 형태에 있어서는 8개)의 각각의 공간부에 삽입된다. 또한, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 시어 커트 방식의 절단 장치(7)는 복수(본 실시 형태에 있어서는 8개)의 슬릿부 S를 구비하고 있다.
도 5의 (c)에 도시된 바와 같이, 시어 커트 방식의 절단 장치(7)에 구비된 각각의 슬릿부 S는, 상측날(67a)과, 길이 방향(MD)과 직교하는 횡단 방향(TD)에서 서로 인접하는 하측날(66a)과, 서로 인접하는 하측날(66a) 사이에 형성된 공간부(66b)를 구비한다. 또한, 하측날(66a)과 공간부(66b)는 하측의 축(66)에 구비되어 있다.
그리고, 각각의 슬릿부 S에 있어서는, 상측날(67a)이 공간부(66b)에 삽입되면서, 또한 인접하는 2개의 하측날(66a) 중 도면 중 좌측의 하측날(66a)의 측면에 접촉한다.
상측날(67a)의 날끝 부분은 평탄부(67b)와 경사부(67c)를 갖고, 평탄부(67b)가 하측날(66a)과 접촉하는 부분이다. 경사부(67c)는, 평탄부(67b)와 대향하는 부분이며, 상측날(67a)의 날끝 부분이 선단으로 갈수록 서서히 예리해지도록 경사져 있는 부분이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 상측날(67a)이 편도(片刀)인 경우를 예로 들어 설명하지만, 상측날(67a)은 반도(返刀) 등일 수도 있다.
이와 같은 슬릿부 S에 의해, 세퍼레이터의 원단(12O)이 슬릿되면, 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 각각은, 서로에 대향하는, 상측날(67a)(구체적으로는 상측날(67a)의 경사부(67c))과 공간부(66b)에 의해 형성되는 측면(12c)과, 상측날(67a)(구체적으로는 상측날(67a)의 평탄부(67b))과 상측날(67a)이 접촉하는 하측날(66a)에 의해 형성되는 측면(12d)을 갖도록 형성된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 내열층(4)이 박리되는 것을 억제하기 위하여, 상측날(67a)이, 다공질 필름(5)에 있어서의 내열층(4)과 접하는 면과 대향하는 표면인 A면으로부터 들어가도록 했지만, 이것에 한정되지는 않는다.
또한, 상측날(67a)과 하측날(66a)이 접하는 각도나 상측날(67a)과 하측날(66a)이 접하는 압력을, 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 제조에 적합한 각도나 압력으로 적절히 조정할 수도 있다.
절단 장치(7)에 구비된 복수의 슬릿부 S에 의해 슬릿된 복수의 세퍼레이터 장척(12a·12b)은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 일부(12a)의 각각은, 롤러(68U), 롤러(69U) 및 제1 권회 보조 롤러(83U)를 경유하여, 제1 권취 롤러(70U)에 끼워진 원통 형상의 각 코어 u(보빈)에 권취된다. 또한, 복수의 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 다른 일부(12b)의 각각은, 롤러(68L), 롤러(69L) 및 제2 권회 보조 롤러(83L)를 경유하여, 제2 권취 롤러(70L)에 끼워진 원통 형상의 각 코어 l(보빈)에 권취된다. 또한, 롤상으로 권취된 세퍼레이터 장척(12a·12b)을 세퍼레이터 권회체(12U·12L)라고 칭한다.
또한, 세퍼레이터 권회체(12U·12L)에 있어서는, 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 A면이 외측을 향하고, B면이 내측을 향하도록, 세퍼레이터 장척(12a·12b)이 권취된다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터의 원단(12O)을, 세퍼레이터의 원단의 횡단 방향(TD)에서, 세퍼레이터의 원단의 길이 방향(MD)을 따라 상술한 8개의 슬릿부 S에 의해 7개의 세퍼레이터 장척(12a·12b)으로 슬릿함으로써(슬릿 공정), 4개의 홀수번째의 세퍼레이터 장척(12a)과 3개의 짝수번째의 세퍼레이터 장척(12b)을 형성하고, 4개의 홀수번째의 세퍼레이터 장척(12a)은 제1 권취 롤러(70U)에 끼워진 원통 형상의 각 코어 u(보빈)에 권취되고, 3개의 짝수번째의 세퍼레이터 장척(12b)은 제2 권취 롤러(70L)에 끼워진 원통 형상의 각 코어 l(보빈)에 권취되는 경우를 일례로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 세퍼레이터의 원단(12O)을 슬릿하여, 몇개의 세퍼레이터 장척(12a·12b)을 형성할지는, 세퍼레이터의 원단(12O)의 사이즈나 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 세퍼레이터의 폭에 의존하므로, 적절히 바꿀 수 있음은 말할 필요도 없다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 8개의 슬릿부 S에 의해 슬릿된 양단의 세퍼레이터 장척은 사용하고 있지 않다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 권취 롤러(70U)에 끼워진 원통 형상의 각 코어 u(보빈)에 권취되는 세퍼레이터 장척의 수와, 제2 권취 롤러(70L)에 끼워진 원통 형상의 각 코어 l(보빈)에 권취되는 세퍼레이터 장척의 수가, 상이한 경우를 일례로 들어 설명했지만, 이들 수는 동일할 수도 있다.
(권회부)
제1 권취 롤러(70U)(권회부)에는, 4개의 홀수번째의 세퍼레이터 장척(12a)의 수에 따라, 4개의 코어 u가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 마찬가지로, 제2 권취 롤러(70L)(권회부)에는, 3개의 짝수번째의 세퍼레이터 장척(12b)의 수에 따라, 3개의 코어 l이 착탈 가능하게 설치되어 있다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 권취 롤러(70U)는 코어 u와 함께 도 4의 (a) 중의 화살표의 방향으로 회전함으로써 세퍼레이터 장척(12a)을 권회한다(권회 공정). 코어 u는, 거기에 감긴 세퍼레이터 장척(12a)과 함께 제1 권취 롤러(70U)로부터 제거할 수 있다.
마찬가지로, 제2 권취 롤러(70L)는 코어 l과 함께 도 4의 (a) 중의 화살표의 방향으로 회전함으로써 세퍼레이터 장척(12b)을 권회한다(권회 공정). 코어 l은, 거기에 감긴 세퍼레이터 장척(12b)과 함께 제2 권취 롤러(70L)로부터 제거할 수 있다.
(터치 롤러)
도 4의 (a)에 도시된 슬릿 장치(6)에 구비된 제1 터치 롤러(81U) 및 제2 터치 롤러(81L)는 각각 제1 아암(82U) 및 제2 아암(82L)의 일단에 회전 가능하게 설치된다(고정된다). 제1 아암(82U) 및 제2 아암(82L)은, 각각 타단에 있는 회전축(84U, 84L)(샤프트)을 중심으로 하여 회동 가능하다(도 4의 (a) 중의 화살표의 방향으로 회동 가능하다). 제1 권회 보조 롤러(83U)는, 제1 터치 롤러(81U)와 제1 아암(82U)의 회전축(84U) 사이에 배치되고, 제1 아암(82U)에 회전 가능하게 고정된다. 제2 권회 보조 롤러(83L)는 제2 터치 롤러(81L)와 제2 아암(82L)의 회전축(84L) 사이에 배치되고, 제2 아암(82L)에 회전 가능하게 고정된다.
또한, 제1 및 제2 터치 롤러(81U·81L)는 각각 권회되는 세퍼레이터 장척(12a·12b)을, 세퍼레이터 권회체(12U·12L)의 권회면(표면)에 단단히 누른다. 여기에서는, 제1 및 제2 터치 롤러(81U·81L)는 각각 그의 자중에 의해 세퍼레이터 장척(12a·12b)을 단단히 누른다. 제1 및 제2 터치 롤러(81U·81L)에 의해 단단히 누름으로써, 권회되는 세퍼레이터 장척(12a·12b)에 주름 등이 발생하는 것을 억제한다. 또한, 세퍼레이터 권회체(12U·12L)의 외경의 변화에 따라, 권회면에 접하도록 제1 및 제2 터치 롤러(81U·81L)의 위치는 변화(변위)한다.
(세퍼레이터 장척의 측면의 직선성 평가)
도 6은 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 측면에서, 직선성을 평가한 부분을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 측면(12c)(도면 중 A 부분)에 대하여, 직선성의 평가를 행했다. 보다 구체적으로는, 측면(12c) 중 B면과 접하는 부분의 직선성의 평가를 행했다.
이 부분은, 도 6의 (b)에 도시된 세퍼레이터 권회체(12U·12L)에 있어서는, 단부(도면 중 A 부분)에 해당하고, 도 6의 (c)에 도시하는 세퍼레이터 장척(12a·12b)에 있어서는, 도면 중 A 부분에 해당한다.
또한, 세퍼레이터 장척의 측면의 직선성 평가에는, 내열층(4)을 구비하고 있지 않은 다공질 필름(5)을 상술한 시어 커트 방식의 절단 장치(7)에 의해 슬릿한 세퍼레이터 장척 및 세퍼레이터의 원단(12O)을 상술한 시어 커트 방식의 절단 장치(7)에 의해 슬릿한 세퍼레이터 장척(12a·12b)과 함께, 비교예로서, 세퍼레이터의 원단(12O)을, 후술하는 레이저(razor)날(면도날)로 슬릿한 세퍼레이터 장척도 사용했다.
도 7은 종래의 레이저날(면도날)에 의한 커트(슬릿) 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터의 원단(12O)은 롤러(101)에 반송된다. 롤러(101)에는 레이저날(면도날)(100)의 날끝의 일부가 삽입 가능한 홈이 형성되어 있다. 따라서, 세퍼레이터의 원단(12O)은 레이저날(면도날)(100)과 상기 홈에 의해 세퍼레이터 장척으로 슬릿된다.
도 8의 (a)는 세퍼레이터 장척의 측면에서의 직선성 평가 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 8의 (b)는 내열층(4)을 구비하고 있지 않은 다공질 필름(5)을, 도 5에 도시되는 시어 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(여기서는 폴리올레핀 세퍼레이터라고 칭함)의 측면의 직선성 평가 결과를 도시하는 도면이며, 도 8의 (c)는 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)을, 도 7에 도시하는 레이저 커트법과, 도 5에 도시되는 시어 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(12a·12b)(여기에서는 적층 세퍼레이터라고 칭함)의 측면(12c)의 직선성 평가 결과를 도시하는 도면이다.
이하, 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 측면(12c)에 대한 직선성 평가 방법을 일례로 들어, 세퍼레이터 장척의 측면의 직선성 평가 방법에 대하여 설명한다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 우선, 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 측면(12c)에 대하여 원화상을 얻는다.
또한, 도 8의 (a)에 도시된 원화상의 하부는, 도 6의 (a)에 도시된 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 B면측이다.
그 후, 이 원화상을 세퍼레이터 장척(12a·12b)과 세퍼레이터 장척(12a·12b) 이외의 부분에서 2치화 처리한다.
이 2치화 처리에 의해, 세퍼레이터 장척(12a·12b)과 세퍼레이터 장척(12a·12b) 이외의 부분을 명확하게 식별할 수 있는 가공 화상을 얻을 수 있다.
상기 가공 화상에서의 세퍼레이터 장척(12a·12b) 이외의 부분은, 좌측 길이(O)와 긴 변 길이(P)와 우측 길이(Q)와 에지 길이(R)로 구성되는 주위 길이(O+P+Q+R)를 갖는다.
따라서, 에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값을 구하여, 세퍼레이터 장척의 측면의 직선성 평가를 행했다.
구체적으로는, 해석 소프트에 「WinROOF(MITANI CORPORATION)」을 사용하여, 하기의 작업 1. 내지 6.에 의해 에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값을 구했다.
1. 원화상을 읽어들인다.
2. 컬러 분리에 의해 녹, 적, 청의 삼색으로 분리한다.
3. 녹색으로 분리된 분리 화상에서 자동 2치화를 실시하여 배경부를 추출한다(판별 분석법: 모드법).
4. 상기 3.에서 추출된 영역의 주위 길이(O+P+Q+R)를 측정한다.
5. 상기 3.에서 추출된 영역에서 샘플과 배경의 계면을 제외한 3변의 라인 길이(O+P+Q)를 측정한다.
6. 상기 4.에서 측정된 주위 길이(O+P+Q+R)로부터, 상기 5.에서 측정된 3변의 라인 길이(O+P+Q)를 감산하여 에지 길이(R)를 산출한다.
7. 산출된 에지 길이(R)를 긴 변 길이(P)로 제산한다.
긴 변 길이(P)는 세퍼레이터 장척(12a·12b)의 측면(12c)에서의 상기 MD를 따르는 직선 상의 2점간의 직선 거리에 해당하고, 에지 길이(R)는 상기 MD를 따르는 직선 상의 2점간의 측면(12c)의 형상을 따른 거리에 해당한다.
에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값이 큰 것은 상기 MD와 직교하는 방향의 요철이 큰 것을 의미하고, 이 값이 작은 것은 상기 MD와 직교하는 방향의 요철이 작은 것을 의미한다.
또한, 세퍼레이터 장척이, 작업 중에 찢어져 버릴 가능성을 억제하기 위해서는, 에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값이 1.04 미만일 필요가 있다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 내열층(4)을 구비하고 있지 않은 다공질 필름(5)을, 도 5에 도시되는 시어 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(여기서는 폴리올레핀 세퍼레이터라고 칭함)의 경우에 있어서는, 에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값으로서, 이상적인 값인 1에 가까운 1.007을 얻을 수 있었다.
이상으로부터, 내열층(4)을 구비하고 있지 않은 다공질 필름(5)(폴리올레핀 세퍼레이터)의 경우, 시어 커트법으로 슬릿함으로써, 충분히 만족할 수 있을 정도의 세퍼레이터 장척의 측면의 직선성을 얻을 수 있었다.
한편, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)을, 도 7에 도시된 레이저 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(여기서는 적층 세퍼레이터라고 칭함)의 경우, 에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값으로서, 이상적인 값인 1로부터 크게 벗어난 1.047을 얻었다.
따라서, 작업 중에 찢어져 버릴 가능성을 억제한다는 관점에서 판단하면, 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)을, 도 7에 도시된 레이저 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(적층 세퍼레이터)은 바람직하지 않다.
다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)을, 도 5에 도시되는 시어 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(12a·12b)(여기에서는 적층 세퍼레이터라고 칭함)의 경우, 에지 길이(R)/긴 변 길이(P)의 값으로서, 이상적인 값인 1을 얻을 수 있었다.
이상으로부터, 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)의 경우나, 다공질 필름(5)의 양면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단의 경우에는, 만족할 수 있을 정도의 세퍼레이터 장척의 측면의 직선성을 얻기 위해서는, 도 5에 도시되는 시어 커트법으로 슬릿할 필요가 있다.
도 9의 (a)는 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)을, 도 5에 도시되는 시어 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(12a·12b)(적층 세퍼레이터)의 측면(12c)의 직선성을 모식적으로 도시한 도면이며, 도 9의 (b)는 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터의 원단(12O)을, 도 7에 도시된 레이저 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척(적층 세퍼레이터)(12a'·12b')의 측면(12c')의 직선성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 작업 중에 찢어져 버릴 가능성을 억제한다는 관점에서 판단하면, 측면의 직선성이 높은 세퍼레이터 장척(12a·12b)이, 측면의 직선성이 낮은 세퍼레이터 장척(12a'·12b')보다 바람직하다.
(인장 강도 측정)
이하, 도 10에 기초하여, 도 8의 (c)에 도시한 R/P의 값을 갖는 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)을 적층한 세퍼레이터 장척, 구체적으로는, 다공질 필름(5)인 폴리올레핀 세퍼레이터의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터 장척(12a"·12b")의 인장 강도의 측정 방법 및 그 결과에 대하여 설명한다.
도 10은, 세퍼레이터 권회체(12U"·12L")에 있어서, 롤상으로 권취된 세퍼레이터 장척(12a"·12b")의 측면(12c")을 일측면으로 하는 시험편(12e)의 인장 강도의 측정 방법 및 그 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 (a)에 도시되어 있는 세퍼레이터 권회체(12U"·12L")는, 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 필름의 편면에 내열층으로서 전체 방향족 폴리아미드를 적층한 세퍼레이터의 원단을 이 원단의 길이 방향(MD)을 따라 슬릿한 세퍼레이터 장척(12a"·12b")을 직경 3인치의 코어 u·l에 200m 권부한 것이다.
시험편(12e)은 세퍼레이터 장척(12a"·12b")을, 측면(12c")을 일측면으로서 포함하고, 폭 1㎝×길이 5㎝ 사이즈가 되도록, 커터를 사용하여 잘라내어 제작했다.
도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 시험편(12e)의 상하 1.5㎝씩은, 척(고정대)(14a·14b) 위에 놓이며, 척(14a)과 척(14b)은 2㎝의 척간 거리를 갖는다.
또한, 인장 강도는, 「JIS K 7161 플라스틱 인장 특성의 시험 방법」에 기초하여 측정했다. 사용한 구체적인 측정 장치 및 측정 조건은, 이하와 같다.
장치: 텐실론 만능 재료 시험기(가부시키가이샤 에이앤디, RTF-1210형)
시험편: 5㎝×1㎝
시험 속도(척(14a)의 속도): 100㎜/min
측정 횟수: 3회
척간 거리: 2㎝
시험 방향: 세퍼레이터 장척의 길이 방향(MD)
시험편(12e)의 파단 시의 응력 A(N)로부터 인장 강도 X(MPa)를 산출했다. 구체적으로는 이하의 (식 1)을 사용하여, 인장 강도 X(MPa)를 산출했다.
인장 강도 X(MPa)=하중 A(N)/(시험편의 폭(㎜)×시험편의 막 두께(㎜))(식 1)
도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 필름의 편면에 내열층으로서 전체 방향족 폴리아미드를 적층한 세퍼레이터의 원단을 레이저 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척으로부터 얻은 시험편(에지 길이(R)/긴 변 길이(P):1.047, 레이저 n=1·레이저 n=2·레이저 n=3)과 비교하면, 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 필름의 편면에 내열층으로서 전체 방향족 폴리아미드를 적층한 세퍼레이터의 원단을 시어 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척으로부터 얻은 시험편(12e)(에지 길이(R)/긴 변 길이(P):1.000, 시어 커트 n=1·시어 커트 n=2·시어 커트 n=3)의 파단 시의 하중(N)이 더 큰 것을 알 수 있다.
도 10의 (d)에 도시된 바와 같이, 시험편(레이저 n=1·레이저 n=2·레이저 n=3)의 인장 강도 X(MPa)의 평균값은 212Mpa이며, 시험편(12e)(시어 커트 n=1·시어 커트 n=2·시어 커트 n=3)의 인장 강도 X(MPa)의 평균값은, 224Mpa인 점에서, 시어 커트로 슬릿된 측면을 갖는 시험편(12e)의 인장 강도는, 레이저 커트법으로 슬릿된 측면을 갖는 시험편으로부터 명백하게 인장 강도가 크다.
인장 강도가 클수록 인장에 대하여 강인하다고 할 수 있고, 레이저 커트법으로 슬릿된 측면을 갖는 시험편과 같이, 슬릿된 측면이 불균일한 경우, 인장 시에 응력 집중이 발생하여 파단되기 쉬워진다고 생각되어진다.
(샤르피 충격 시험)
이하, 도 11에 기초하여, 도 8의 (c)에 도시한 R/P의 값을 갖는 다공질 필름(5)의 편면에 내열층(4)을 적층한 세퍼레이터 장척, 구체적으로는, 다공질 필름(5)인 폴리올레핀 세퍼레이터의 편면에 내열층(4)으로서 전체 방향족 폴리아미드(아라미드 수지)를 적층한 세퍼레이터 장척(12a"·12b")의 샤르피 충격 시험의 측정 방법 및 그 결과에 대하여 설명한다.
도 11은, 세퍼레이터 권회체(12U"·12L")에 있어서, 롤상으로 권취된 세퍼레이터 장척(12a"·12b")의 측면(12c")을 일측면으로 하는 시험편(12f)의 샤르피 충격 시험의 측정 방법 및 그 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 (a)에 도시되어 있는 세퍼레이터 권회체(12U"·12L")는 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 필름의 편면에 내열층으로서 전체 방향족 폴리아미드를 적층한 세퍼레이터의 원단을 이 원단의 길이 방향(MD)을 따라 슬릿한 세퍼레이터 장척(12a"·12b")을 직경 3인치의 코어 u·l에 200m 권부한 것이다.
시험편(12f)은 세퍼레이터 장척(12a"·12b")을, 측면(12c")을 일측면으로서 포함하고, 폭 1㎝×길이 8㎝ 사이즈가 되도록, 커터를 사용하여 잘라내어 제작했다.
또한, 샤르피 충격 시험은, 「JIS K 7111-1 플라스틱 샤르피 충격 특성을 구하는 법」에 기초하여 측정했다. 사용한 구체적인 측정 장치 및 측정 조건은, 이하와 같다.
장치: 만능 충격 시험기(야스다 세이키 세이사쿠쇼, No.258)
시험편: 8㎝×1㎝
들어올림 각도: 150°
측정 횟수: 5회
진자(해머) 용량: 1J
시험편의 매수: 1매
시험편의 노치: 없음
시험 방향: 횡단 방향(TD)
또한, 통상, 샤르피 충격 시험용의 시험편에는, 노치를 새겨 넣지만, 본 실험에서는 시험편의 슬릿단부 형상 자신을 평가하기 위하여, 직사각형으로 잘라낸 샘플에 추가의 노치는 새겨 넣지 않았다.
도 11의 (b)는 시험편(12f)의 샤르피 충격 시험의 측정 방법을 설명하기 위한 개략도이며, 도 11의 (c)는 시험편(12f)의 샤르피 충격 시험의 결과를 도시하는 도면이다.
도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 시험편(12f)에 대하여, 중량이 있는 진자(해머)(15)를 높이 ｈ'로부터 내리치면, 진자(15)는 시험편(12f)을 파괴한 후, 다시 높이 h까지 올라간다. 또한, 거리 k는 진자(15)의 회전 중심에서부터 진자(15)의 무게 중심까지의 거리이다.
도면 중의 각도 α는, 시험편이 바뀌어도 불변의 각도이며, 들어올림 각도에 해당한다. 한편, 도면 중의 각도 β는 진자(15)의 각도이며, 시험편을 파괴할 때에 소비되는 에너지가 큰 경우는 진자(15)의 각도(β)는 작아지고, 시험편을 파괴할 때에 소비되는 에너지가 작은 경우는 진자(15)의 각도(β)는 커진다.
즉, 진자(15)는, 시험편의 종류에 관계없이, 정해진 높이 ｈ'로부터 내리쳐지므로, 진자(15)의 초기 상태의 에너지(위치 에너지)는 일정하고, 이 초기 상태의 에너지로부터 시험편을 파괴할 때에 소비된 에너지를 뺀 후의 나머지의 에너지가 진자(15)의 각도(β)로서 표현되는 것이다.
도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 필름의 편면에 내열층으로서 전체 방향족 폴리아미드를 적층한 세퍼레이터의 원단을 시어 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척으로부터 얻은 시험편(에지 길이(R)/긴 변 길이(P):1.000)의 진자(15)의 각도(β)는, 5회의 평균값이 114.9°이며, 폴리에틸렌을 포함하는 다공질 필름의 편면에 내열층으로서 전체 방향족 폴리아미드를 적층한 세퍼레이터의 원단을 레이저 커트법으로 슬릿한 세퍼레이터 장척으로부터 얻은 시험편(에지 길이(R)/긴 변 길이(P):1.047)의 진자(15)의 각도(β)는 5회의 평균값이 117.4°이었다.
이상으로부터, 직선성이 높은 측면을 갖는 시험편(12f)에 비교하면, 직선성이 떨어지는 측면을 갖는 시험편은 용이하게 찢어지는 것을 알 수 있다.
〔정리〕
본 발명의 형태 1에 관한 다공질 세퍼레이터 장척은, 다공질 세퍼레이터 장척의 측면에 있어서, 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면의 화상을, 상기 다공질 세퍼레이터 장척과 상기 다공질 세퍼레이터 장척 이외의 부분에서 2치화 처리하여 얻어지는, 길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 직선 거리를 P로 하고, 상기 길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 상기 측면의 형상을 따른 거리를 R로 한 경우, R/P의 값이 1.04 미만인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면, 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면에 있어서, 상기 R/P의 값이 1.04 미만이므로, 다공성 재료임에도 불구하고, 그 측면의 직선성은 높으므로, 작업 중에 상기 세퍼레이터 장척이 찢어져 버릴 가능성을 억제할 수 있다.
본 발명의 형태 2에 관한 다공질 세퍼레이터 장척은, 상기 형태 1에 있어서, 상기 다공질 세퍼레이터 장척은 복수의 층을 포함할 수도 있다.
상기 구성에 의하면, 복수의 층을 포함하는 다공질 세퍼레이터 장척을 실현할 수 있다.
본 발명의 형태 3에 관한 다공질 세퍼레이터 장척은, 상기 형태 2에 있어서, 상기 복수의 층은 다공질 필름층의 편면에 다공질 내열층이 적층된 층일 수도 있다.
상기 구성에 의하면, 편면에 다공질 내열층이 적층된 다공질 세퍼레이터 장척을 실현할 수 있다.
본 발명의 형태 4에 관한 다공질 세퍼레이터 장척은, 상기 형태 2에 있어서, 상기 복수의 층은 다공질 필름층의 양면에 다공질 내열층이 적층된 층일 수도 있다.
상기 구성에 의하면, 양면에 다공질 내열층이 적층된 다공질 세퍼레이터 장척을 실현할 수 있다.
본 발명의 형태 5에 관한 다공질 세퍼레이터 장척은, 상기 형태 1 내지 4의 어느 하나에 있어서, 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면은, 서로 상이한 방향으로 회전 가능한 상측날과 하측날을 구비하며, 상기 상측날이, 상기 길이 방향과 직교하는 횡단 방향에서 서로 인접하는 상기 하측날 사이에 형성된 공간부에서 상기 인접하는 하측날의 한쪽에 접촉하는, 슬릿부에 의해 슬릿된 측면일 수도 있다.
상기 구성에 의하면, 그 측면의 직선성이 높은 다공질 세퍼레이터 장척을 실현할 수 있다.
본 발명의 형태 6에 관한 다공질 세퍼레이터 권회체는, 상기 형태 1 내지 5의 어느 하나에 기재된 다공질 세퍼레이터 장척을 코어에 권회한 구성이다.
상기 구성에 의하면, 그 측면의 직선성이 높은 다공질 세퍼레이터 장척을 코어에 권회한 다공질 세퍼레이터 권회체를 실현할 수 있다.
본 발명의 형태 7에 관한 리튬 이온 전지는, 상기 형태 1 내지 5의 어느 하나에 기재된 다공질 세퍼레이터 장척을, 상기 길이 방향과 직교하는 횡단 방향을 따라 소정의 길이로 커트한 다공질 세퍼레이터를 구비한 구성이다.
상기 구성에 의하면, 그 측면의 직선성이 높은 다공질 세퍼레이터를 구비한 리튬 이온 전지를 실현할 수 있다.
본 발명의 형태 8에 관한 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법은, 다공질 세퍼레이터의 원단이 상기 원단의 길이 방향을 따라 슬릿된 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법으로서, 서로 상이한 방향으로 회전 가능한 상측날과 하측날을 구비하며, 상기 상측날이, 상기 길이 방향과 직교하는 횡단 방향에서 서로 인접하는 상기 하측날 사이에 형성된 공간부에서 상기 인접하는 하측날의 한쪽에 접촉하는, 슬릿부를 사용하여 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 의하면, 다공성 재료임에도 불구하고, 직선성이 높은 다공질 세퍼레이터 장척의 측면을 형성할 수 있으므로, 작업 중에 상기 세퍼레이터 장척이 찢어져 버릴 가능성을 억제할 수 있다.
〔부기 사항〕
본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 청구항에 기재한 범위로 다양한 변경이 가능하고, 상이한 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시 형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 각 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 조합함으로써, 새로운 기술적 특징을 형성할 수 있다.
본 발명은 다공질 세퍼레이터 장척, 그의 제조 방법, 권회체 및 리튬 이온 전지 등에 이용할 수 있다.
1: 리튬 이온 이차 전지
4: 내열층(다공질 내열층)
5: 다공질 필름(다공질 필름층)
6: 슬릿 장치
7: 절단 장치
12: 세퍼레이터(다공질 세퍼레이터)
12a: 세퍼레이터 장척(다공질 세퍼레이터 장척)
12b: 세퍼레이터 장척(다공질 세퍼레이터 장척)
12c: 측면
12d: 측면
12a": 세퍼레이터 장척(다공질 세퍼레이터 장척)
12b": 세퍼레이터 장척(다공질 세퍼레이터 장척)
12c": 측면
12d": 측면
12U: 세퍼레이터 권회체(다공질 세퍼레이터 권회체)
12L: 세퍼레이터 권회체(다공질 세퍼레이터 권회체)
12U": 세퍼레이터 권회체(다공질 세퍼레이터 권회체)
12L": 세퍼레이터 권회체(다공질 세퍼레이터 권회체)
12O: 세퍼레이터의 원단(다공질 세퍼레이터의 원단)
66: 하측의 축
66a: 하측날
66b: 공간부
67: 상측의 축
67a: 상측날
67b: 평탄부
67c: 경사부
l: 코어
u: 코어
MD: 세퍼레이터 장척 또는 세퍼레이터의 원단의 길이 방향
TD: 세퍼레이터 장척 또는 세퍼레이터의 원단의 횡단 방향
S: 슬릿부
A면: 다공질 필름의 내열층과 접하는 면과 대향하는 표면
B면: 내열층의 다공질 필름과 접하는 면과 대향하는 표면
O: 좌측 길이
P: 긴 변 길이(길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 직선 거리)
Q: 우측 길이
R: 에지 길이(길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 측면의 형상을 따른 거리)

Claims (8)

  1. 다공질 필름층의 편면에 다공질 내열층이 적층된 복수의 층을 포함하는 다공질 세퍼레이터 장척이며,
    서로 상이한 방향으로 회전 가능한 상측날과 하측날을 사용하고, 상기 상측날을 상기 다공질 필름층에 있어서의 상기 다공질 내열층과 접하는 면과 대향하는 표면으로부터 들어가는 것으로 형성한 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면에 있어서,
    상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면의 화상을, 상기 다공질 세퍼레이터 장척과 상기 다공질 세퍼레이터 장척 이외의 부분에서 2치화 처리하여 얻어지는, 상기 다공질 내열층에 있어서의 상기 다공질 필름층과 접하는 면과 대향하는 표면의 길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 직선 거리를 P로 하고, 상기 길이 방향을 따르는 직선 상의 2점간의 상기 측면의 형상을 따른 거리를 R로 한 경우, R/P의 값이 1.04 미만인 것을 특징으로 하는 다공질 세퍼레이터 장척.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면은, 상기 상측날이, 상기 길이 방향과 직교하는 횡단 방향에서 서로 인접하는 상기 하측날 사이에 형성된 공간부에서 상기 인접하는 하측날의 한쪽에 접촉하는, 슬릿부에 의해 슬릿된 측면인 것을 특징으로 하는 다공질 세퍼레이터 장척.
  5. 제1항에 기재된 다공질 세퍼레이터 장척을 코어에 권회한 것을 특징으로 하는 다공질 세퍼레이터 권회체.
  6. 제1항에 기재된 다공질 세퍼레이터 장척을, 상기 길이 방향과 직교하는 횡단 방향을 따라 소정의 길이로 커트한 다공질 세퍼레이터를 구비한 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지.
  7. 다공질 세퍼레이터의 원단이 상기 원단의 길이 방향을 따라 슬릿된 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법으로서,
    상기 다공질 세퍼레이터 장척은 다공질 필름층의 편면에 다공질 내열층이 적층된 복수의 층을 포함하고,
    서로 상이한 방향으로 회전 가능한 상측날과 하측날을 구비하며, 상기 상측날이, 상기 길이 방향과 직교하는 횡단 방향에서 서로 인접하는 상기 하측날 사이에 형성된 공간부에서 상기 인접하는 하측날의 한쪽에 접촉하는, 슬릿부를 사용하여 상기 상측날을 상기 다공질 필름층에 있어서의 상기 다공질 내열층과 접하는 면과 대향하는 표면으로부터 들어가는 것으로 상기 다공질 세퍼레이터 장척의 측면을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공질 세퍼레이터 장척의 제조 방법.
  8. 삭제
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