KR20010052564A - 배터리 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고유 점도가 5 dl/g이고 유공도가 많아도 70 vol.%인 적어도 폴리에틸렌을 함유한 미공성 필름에 있어서, 상기 필름은 적어도 2.5인 배터리 분리기 품질 계수(F)를 갖고, 다음 식 F = BW.PR/(G.t) (상기 식에서 BW는 기본 중량(g/㎡)이고, PR은 단위가 g인 내천공도이고, G는 단위가 초/50 ㎖인 굴리 값이고, t는 단위가 ㎛인 필름의 두께)을 충족하는 것을 특징으로 하는 미공성 필름에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 필름의 준비 공정, 상기 필름의 배터리 분리기로의 용도, 본 발명에 따른 필름으로 제조된 배터리에 관한 것이다.

Description

배터리 분리기{BATTERY SEPARATOR}

그러한 미공성 필름은 JP-A-08034873호로부터 알려져 있다. JP-A-08034873호 실험 27에서 고유 점도가 14 dl/g이고 유공도가 52.5 vol.%인 폴리에틸렌을 함유한 미공성 필름을 기술하고 있다. 배터리 분리기로서 사용하기에 적합한 필름은 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 이런 이유 때문에 유공도는 많아도 70 vol.%이다. 필름의 단위 면적당 및 단위 두께당 중량은 가능한 한 큰 것이 바람직하며 필름은 이 필름의 감기 중에 전극의 예리한 부분에 의한 손상을 방지하도록 가능한 한 내천공도(puncture resistance)을 최대로 갖는 것이 바람직하다. 배터리 분리기로서 사용하기에 적합한 필름은 또한 가능한 한 전도성을 최대로 갖는 것이 바람직하다. 전도성은 개방 구멍의 수에 좌우되기 때문에 굴리(Gurley) 값으로 표시되는 공기 침투도가 전도성의 한 측정 방법이다. 굴리 값은 6.45 ㎠ (1평방 인치)의 측정 면적과 567 그램의 중량을 사용해서 ASTM 표준 D 726에 따라 s/50 ㎖ 단위로 결정된다. 낮은 굴리 값은 필름이 높은 공기 침투도를 갖고 그에 따라 높은 전도성을 갖는다는 것을 의미한다.

본 발명은 고유 점도가 (135℃의 데칼린(decaline)에서 측정되었을 때) 5 dl/g이고 유공도가 많아도 70 vol.%인 최소한 폴리에틸렌을 함유한 미공성 필름에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 배터리 분리기로서 사용하기에 적합한 미공성 필름에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 특성들과 결합해서 공지된 필름보다 배터리 분리기로서 사용하기에 보다 적합한 미공성 필름을 제공하는데 있다.

이 목적은 필름이 적어도 2.5인 배터리 분리기 품질 계수(F)를 갖고, 하기 식:

(상기 식에서 BW는 기본 중량(g/㎡)이고, PR은 단위가 g인 내천공도이고, G는 단위가 초/50 ㎖인 굴리 값이고, t는 단위가 ㎛인 필름의 두께)을 충족함으로써 달성된다.

이것은 배터리 분리기로서 사용하고자 하는 필름에 대한 소망하는 특성들의 조합이 공지된 필름의 특성들의 조합보다 우수하게 만든다.

본 명세서에서 "고유 점도"라는 용어는 135℃의 데칼린에서 ASTM D 4020에 따라 측정된 고유 점도(dl/g)인 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 "내천공도"라는 용어는 DIN 53373에 따라 측정된 내천공도(g)인 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 "굴리"라는 용어는 ASTM D 726에 따라 측정된 굴리(초/50 ㎖)인 것으로 이해되어야 한다. 필름의 두께(t)는 ISO 4593에 따라 측정된 두께(㎛)이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 미공성 필름을 준비하기 위한 공정에 관한 것이다. 미공성 필름을 준비하기 위한 공지된 공정은 JP-B-8-34873호에 기술되어 있다. 이 공보는 고유 점도가 5 dl/g 이상인 균질 폴리에틸렌 용액을 필름으로 성형하고, 이 필름을 냉각시키며 그리고 냉각된 필름을 양 축방향으로 연신시킴으로써 미공성 폴리에틸렌 필름을 준비하기 위한 공정을 기술하고 있다.

상기 공정의 결점은 JP-A-08034873호에 기술된 공지의 공정이 2.5 이상의 배터리 분리 품질 계수를 갖는 필름을 제조하기 위해 사용될 수 없다는 것이다.

본 발명의 목적은 적어도 2.5의 배터리 분리 품질 계수를 갖는 미공성 필름이 제조될 수 있는 공정을 제공하는데 있다.

상기 목적은 증발성 용제 속에서 폴리에틸렌의 용해 온도 이하의 온도에서의 증발에 의한 연신 전에 필름으로부터 용제를 제거하고 연신된 필름을 캘린더(calender)를 통해 통과시킴으로써 달성된다.

공지된 폴리에틸렌 용제는 증발성 용제, 예를 들면 톨루엔, 크실렌, 테트라린, 데칼린, C₆-C₁₂알카네스 또는 석유 분류 등의 지방성, 시클로지방성, 방향성 탄화 수소뿐만 아니라, 할로겐화 탄소수소 예를 들면 트리클로로벤젠, 및 기타 공지된 용제가 사용된다. 용제의 제거와 관련해서 대기압에서의 비등점이 210℃보다 낮은 용제(상술한 거의 모든 용제에서 그러하다)를 사용하는 것이 바람직하다.

폴리에틸렌 용액으로부터 필름을 제조하기 위해서는 고유 점도가 5 dl/g 이상인 균질 폴리에틸렌 용액이 사용되어야 한다. 균질 폴리에틸렌 용액의 연속적인 준비는 공지된 기술을 사용해서 예컨대 압출기에서 수행될 수 있다. 이런 기술의 사용은 용액이 단일 연속 작동으로 준비되어 필름으로 압출될 수 있거나, 또는 다른 방식으로 필름으로 처리될 수 있는 장점을 제공한다. 그러나, 본 발명은 그러한 기술로 제한되는 것은 아니며, 당업자는 상이한 방식으로 준비된 균질 용액도 미공성 필름으로 처리될 수 있음을 즉각적으로 명백히 알 수 있을 것이다.

용액 속에서의 폴리에틸렌의 농도는 넓은 범위 내에서 변동할 수 있으며 통상적으로는 주로 실용상의 이유로 2 내지 50 wt.% 범위의 농도가 선택될 수 있다. 약 2 wt.%보다 적은 폴리에틸렌을 함유한 용액은 추가적인 처리가 극히 곤란해지는 부서지기 쉬운 필름을 산출한다. 반면에, 용액은 약 30 wt.% 이상, 특히 50 wt.% 이상의 농도에서는 처리하기가 점점더 곤란해진다. 따라서, 폴리에틸렌 농도가 50 wt.% 이상인 농축된 용액은 비록 그러한 용액의 사용이 가능하기는 하지만 바람직하지는 않으며, 이에 따라 본 발명에 의해 보상된다. 폴리에틸렌의 일부가 용해되기 전에 교차 결합되면 몇몇 경우에 있어서는 그 용액이 동일한 총 농도에서 교차결합되지 않은 폴리에틸렌만을 함유할 때보다 용액의 처리 가능성이 더 양호해지는 것으로 입증되었다.

필름은 폴리에틸렌 용액으로부터 형성된다. 이것은 각종 방법, 예를 들면 매우 넓은 슬롯형 노즐을 갖는 소형 스피너(spinneret)를 통한 선회나 압출에 의해 또는 롤 또는 밴드 내로의 주입을 통해 수행될 수 있다.

폴리에틸렌 용액이 필름으로 처리된 후에 용액으로 이루어진 필름은 냉각된다. 이것은 냉각제를 함유한 냉각조를 통해 필름을 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 바람직하게는 폴리에틸렌이 용해되지 않는 냉각제가 사용된다. 매우 적절한 냉각제는 물이다. 다음에, 필름에서 겔화가 일어나도록 온도가 하강되며, 그 결과 추가 처리를 하기에 충분히 강하고 안정적인 구조가 얻어진다. 주위 온도 또는 심지어 그 이하의 온도까지 냉각하는 것이 가능하지만 다음 공정 단계에서 용제가 필름으로부터 증발되어야 하므로 통상적으로 유익한 공정을 얻기 위해서는 온도를 가능한 한 높게 유지하는 것이 아주 바람직하다는 것은 명백한 사실이다. 이것은 필름으로부터 증발을 통해 가능한 한 많이 용제를 제거하는데 요구되는 열의 공급을 제한하게 된다.

다음에, 용제는 용해 온도 이하의 온도에서 필름으로부터 증발된다. 용해 온도는 해당 폴리에틸렌이 용제 속에서 균질하게 용해될 수 있는 온도 이상의 온도이다. 상기 용액이 용해 온도 이하까지 용해되면 겔화가 발생한다. 용해 온도와 겔화 온도 사이에는 제한된 연신이 있을 수 있다. 그러한 경우에 용제는 본 발명에 따른 공정에서 상기 온도의 하한 온도보다 낮은 온도에서 필름으로부터 증발된다.

채택된 성형 기술이 허용하는 경우에 필름은 선택 사양으로서 예비 연신될 수 있으며, 이것은 겔화된 필름이 냉각조로부터 운반되거나 감겨지는 선형 속도가 필름이 용액으로부터 성형되는 선형 속도와는 다르다는 것을 의미한다. 예를 들어 압출이 사용되는 경우에 후자의 속도는 용액이 압출 슬롯 다이로부터 유동하는 선형 속도이다. 본 명세서에서 예비 연신이라는 용어는 상술한 운반 또는 감기(take-up) 속도와 전술한 유출률의 비로서 정의된다.

필름은 이 필름이 형성된 후에 용제의 증발 중에 수축하는 경향이 있다. 미공성 필름을 얻기 위해서 이러한 수축은 필름의 평면에 놓여 있는 적어도 일방향으로 방지될 수 있다. 이러한 목적으로 필름은 간단한 방법으로 클램핑될 수 있다. 필름이 이방향으로 클램핑되는 경우에, 두께는 감소할 수 있는 그리고 정말로 실제 감소하게 되는 유일한 치수이다. 유사한 그 무언가가 예를 들어 필름 또는 중공 필라멘트에 효력이 있다. 수축이 방지될 수 있을 뿐만 아니라 심지어 용제의 증발 중에 이미 일방향 또는 이방향으로의 연신에 영향을 미칠 수 있다.

용제가 필름으로부터 증발된 후에 필름은 일방향 또는 이방향으로의 연신 작용을 겪게 된다. 용제가 제거된 후의 필름의 상기 연신은 선택사양으로 증발을 통한 용제 제거 중에 연신이 발생되는 온도보다 더 높은 온도에서 발생될 수 있으며, 상기와 같은 보다 높은 온도는 용해물 파쇄를 야기킬 정도로 폴리에틸렌의 용해 온도를 훨씬 상회하지는 않게 된다.

캘린더 상의 압력은 10 내지 150 kg/㎝일 수 있다. 10 kg/㎝보다 낮은 압력에서 배터리 분리기 품질 계수는 이따금 2.5보다 작을 수 있다. 150 N/㎜이상의 압력에서는 굴리가 증가하는 바람직하지 않는 현상이 발생한다.

캘린더 상의 압력은 20 내지 50 kg/㎝ 바람직하다. 이것은 배터리 분리기 품질 계수가 3보다 클 수 있게 해준다.

또한, 감기 롤을 통해 필름 상에 2 내지 3 N/㎤의 인장 응력을 가하는 것이 가능하다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 필름의 배터리 분리기로서의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 필름을 포함하는 배터리에 관한 것이다.

Claims (6)

1. 고유 점도가 5 dl/g이고 유공도가 많아도 70 vol.%인 적어도 폴리에틸렌을 함유한 미공성 필름에 있어서,

   상기 필름은 적어도 2.5인 배터리 분리기 품질 계수(F)를 갖고, 하기 수학식 1을 충족하는 것을 특징으로 하는 미공성 필름.

   (수학식 1)

   (상기 수학식 1에서 BW는 기본 중량(g/㎡)이고, PR은 단위가 g인 내천공도이고, G는 단위가 초/50 ㎖인 굴리 값이고, t는 단위가 ㎛인 필름의 두께)
2. 제 1 항에 있어서,

   F가 3보다 큰 것을 특징으로 하는 미공성 필름.
3. 고유 점도가 5 dl/g 이상인 균질 폴리에틸렌 용액을 필름으로 성형하고, 이 필름을 냉각시키며 그리고 냉각된 필름을 양 축방향으로 연신시킴으로써 미공성 폴리에틸렌 필름을 준비하기 위한 공정에 있어서,

   증발성 용제 속에서 폴리에틸렌의 용해 온도 이하의 온도에서의 증발에 의한 연신 전에 필름으로부터 용제를 제거하고 연신된 필름을 캘린더를 통해 통과시키는 것을 특징으로 하는 미공성 필름 준비 공정.
4. 제 3 항에 있어서,

   캘린더는 25 내지 50 ㎏/㎝의 압력을 갖는 것을 특징으로 하는 미공성 필름 준비 공정.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 필름의 배터리 분리기로서의 용도.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 필름을 포함하는 배터리.