TW200803015A - Polyolefins microporous film, spacer useful for battery and battery - Google Patents
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Description
200803015 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於聚烯烴微多孔膜及其製法、以及電池用 隔離材與電池,尤以阻絕特性、耐熔融收縮性及熔潰特性 之均衡佳之聚烯烴微多孔膜及其製法、以及電池用隔離材 與電池。 【先前技術】 聚乙烯微多孔膜主要用作電池隔離材。尤以鋰離子電 池用隔離材不只優良機械特性、透過性,尙有隨電池發熱 而細孔閉塞停止電池反應之性質(阻絕特性)、超過阻絕溫 度之溫度下防止破膜之性質(熔潰特性)等要求。 聚乙烯微多孔膜之物性改善方法已有,原料組成、製 造條件等予以最適化之提議。例如日本專利第2 1 32327號 揭示強度及透過性優良之聚烯烴微多孔膜,其係由含質量 平均分子量(Mw)7 χΙΟ5以上之超高分子量聚烯烴1重量%以 上,分子量分布[質量平均分子量/數量平均分子量 (Mw)/(Mn)]爲10〜3 00之聚烯烴組成物構成,空孔率35〜 95%,平均貫通孔徑 0·001〜0·2μιη,15mm寬之斷裂強度 0.2kg以上〇 曰本專利特開2004- 1 96870號揭示,聚乙烯及質量平 均分子量5 X 1 05以上,用掃描式微差熱量計測得之熔化熱 90J/g以上之聚丙烯構成之聚烯烴微多孔膜。特開 2004- 1 9687 1號揭示,聚乙烯及質量平均分子量5xl〇5以 上,用掃描式微差熱量計以升溫速度3〜20°C /min測得之 200803015 熔點1 63 °C以上之聚丙烯構成之聚烯烴微多孔膜。特開 2004- 1 96 8 70號及特開2004- 1 9687 1號之聚烯烴微多孔膜, 阻絕溫度120〜140 °C,熔潰溫度165 °C以上,機械特性及 透過性倶優。 WO 97/23 5 54揭示高耐短路性(阻絕特性)之聚乙烯微 多孔膜,係由紅外分光法得之末端乙烯基濃度爲每1 0,0 0 0 個碳原子2個以上之高密度聚乙烯或線狀共聚乙烯構成, 融合溫度(阻絕溫度)1 3 1〜1 3 6 °C之微多孔膜。 可是電池起失控反應時,因阻絕後電池內溫度短時間 內上升,隔離材收縮,則於其端部發生短路,再起失控反 應。可是上述各文獻所述之微多孔膜,超過阻絕溫度仍可 保持形狀以防短路之性能(耐熔融收縮性)不足。 【發明內容】 發明所欲解決之課題 本發明之目的在提供,阻絕特性、耐熔融收縮性及熔 潰特性之均衡佳之聚烯烴微多孔膜及其製法、以及電池用 隔離材與電池。 用以解決課題之手段 爲上述目的精心硏究之結果,本發明人等發現(1)由含 特定升溫速度下以微差掃描熱量分析測得之結晶熔化熱量 達其60 %時之溫度在135 °C以下之聚乙烯系樹脂之聚烯烴 樹脂,可得阻絕特性優良之聚烯烴微多孔膜,及(2)含上述 聚乙烯系樹脂之聚烯烴樹脂與成膜用溶劑予以熔融混煉, 調製特定溫度之熔融黏彈性測定得之儲存彈性模量及損失 200803015 彈性模量一致之角頻率〇· 1 rad/sec以上,且該熔融黏彈性 測定中角頻率爲0 · 0 1 r a d / s e c時複黏性率爲1 x丨〇 4 p a · s以 上之聚嫌烴樹脂溶液,得到之聚嫌烴樹脂溶液經模頭擠 壓,冷卻成凝膠片,自得到之凝膠片去除成膜用溶劑,可 得阻絕特性、耐熔·融收縮性及熔潰特性之均衡佳之聚嫌烴 微多孔膜,而想出本發明。 亦即,本發明之聚烯烴微多孔膜係以含聚乙烯系樹 脂’ (a)升溫速度 5 °C /min加熱下測得之透氣度達 1 X 1 0 5 s e c /1 0 0 c m3之溫度(阻絕溫度)1 3 5 °C以下,(b)以荷重 2gf及升溫速度5 °C /min由熱機械分析測得之13 5〜145 °C 溫度範圍之橫向最大熔融收縮率在40%以下,且(c)達到上 述阻絕溫度後繼續升溫測定上述透氣度再達 1 X 1 05sec/l 00cm3時之溫度得之熔潰溫度在1 5〇°C以上爲其 特徵。 上述聚乙烯系樹脂較佳者爲,以3〜20 °C /min範圍內 之一定升溫速度由微差掃描熱量分析測得之結晶熔化熱量 達其6 0 %時之溫度在1 3 5 °C以下。 本發明聚烯烴微多孔膜之製法其特徵爲,含以3〜 2 0°C /min範圍內之一定升溫速度由微差掃描熱量分析測得 之結晶熔化熱量達其60%時之溫度在135°C以下之聚乙烯 系樹脂之聚烯烴樹脂及成膜用溶劑予以熔融混煉’調製以 160〜220 °C之一定溫度下之熔融黏彈性測定得之儲存彈性 模量及損失彈性模量一致之角頻率〇·lrad/sec以上’且該 熔融黏彈性測定中角頻率爲0.01 rad/sec .時複黏性率爲 200803015 1 X 1 04Pa · s以上之聚烯烴樹脂溶液' 得到之聚烯烴樹脂溶 液經模頭擠壓,冷卻成凝膠片,自得到之凝膠片去除成膜 用溶劑。 上述聚烯烴樹脂及成膜用溶劑之熔融混煉係以使用雙 軸擠壓機,上述聚烯烴樹脂及成膜用溶劑之合計投入量 Q(kg/h)對於上述雙軸擠壓機之螺桿轉數Ns(rpm)之比Q/Ns 係0·1〜0.5 5kg/h/rpm爲佳。上述凝膠片拉伸前拉伸軸向之 長度爲1 00 %時,沿拉伸軸向以1〜80%/秒之速度拉伸爲較 佳。 本發明之電池用隔離材係由上述聚烯烴微多孔膜形 成。 本發明之電池具備上述聚烯烴微多孔膜構成之電池用 隔離材。 發明效果 以本發明可得,阻絕特性、耐熔融收縮性及熔潰特性 之均衡優,且透過性及機械特性亦優之聚烯烴微多孔膜。 以本發明之聚烯烴微多孔膜用作電池隔離材可得安全性、 耐熱性、保存特性及生產力佳之電池。 【實施方式】 [1]聚烯烴樹脂 形成本發明之聚烯烴微多孔膜之聚烯烴樹脂含下述之 聚乙烯系樹脂。 (1)聚乙烯系樹脂之結晶熔化熱量 聚乙烯系樹脂以3〜20°c /min範圍內之一定升溫速度 200803015 由微差掃描熱量(D s c )分析測得之結晶熔化熱量A H m達其 6 0%時之溫度(以下表示爲「丁(60%)」)在135°(:以下。丁(60%) 係受聚乙烯[單聚物或乙烯· 烯烴共聚物(下同)]之分子 量、分子量分布、分枝度、分枝鏈之分子量、分枝點分布、 共聚物分率等一次構造,以及結晶之大小及其分布、結晶 格子之規則性等高次構造形態影響之參數,乃聚烯烴微多 孔膜之阻絕溫度之指標。Τ(60%)超過135°C則以聚烯烴微 多孔膜用作鋰電池之隔離材時阻絕溫度高,過熱時阻斷回 應性差。 聚乙烯系樹脂之結晶熔化熱量ΔΗπ係依】13仏7122經 以下手續測得。亦即,將聚乙烯系樹脂樣本[於2 1 0°C熔融 壓製之成形品(厚度〇.5mm)]靜置於微差掃描熱量計(Perkin Elmer,Inc.製,Pyris Diamond DSC)之樣本架內,氮氛圍中 於2 3 0 °C熱處理1分鐘,以1 0 °C /分鐘冷卻至3 0 °C,於3 0 °C 保持1分鐘,以3〜20 °C /分鐘之速度加熱至23 0°C。升溫 速度以5〜15°C /min爲佳,10 °C /min更佳。如第1圖,由 升溫過程得之D S C曲線(熔化吸熱曲線)與基線圍成之區域 (斜線部分)之面積Si算出熱量。熱量(單位·· J)除以樣本重 量(單位:g)求出結晶熔化熱量AHm(單位:J/g)。T(60%) 係如第2圖,上述區域由正交於溫度軸之直線L 1分割時’ 低溫側區域(斜線部分)面積S2達面積Si之60%時之溫度。 (2)聚乙烯系樹脂之成分 聚乙烯系樹脂只要T (6 0 % )在上述範圍,可係單一物質 或二種以上聚乙烯之組成物。聚乙烯系樹脂係以(a)超高分 200803015 子量聚乙烯’(b)超高分子量聚乙烯以外之聚乙烯,或(c) 超高分子量聚乙烯與其它聚乙烯之混合物(聚乙烯組成物) 爲佳。無論何者’聚乙嫌系樹脂之質量平均分子量(Mw)無 特殊限制’以1χ1〇4〜1χ107爲佳,5><104〜15xl〇6更佳, 1 X 1 0 5 〜5 X 1 0 6 尤佳。 (a) 由超高分子量聚乙烯構成時 超高分子量聚乙燦之Mw在7χ105以上。超高分子量 聚乙烯,不只乙烯之單聚物,亦可係另含少量α-烯烴之乙 ® 烯· α-烯烴共聚物。乙烯以外之α-烯烴以丙烯、丁烯-1、 戊烯-1、己烯-1、4-甲戊烯-1、辛烯-1、乙酸乙烯酯、甲基 丙烯酸甲酯及苯乙嫌爲佳。超高分子量聚乙烯之Mw以 ΙχΙΟ6〜15χ106爲佳,ΙχΙΟ6〜5χ106更佳。 (b) 由超高分子量聚乙烯以外之聚乙烯構成時 超高分子量聚乙烯以外之聚乙烯之Mw在ΙχΙΟ4以上 未達7 X 1 05,以高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、分枝低密度 ^ 聚乙烯及鏈狀低密度聚乙烯爲佳,高密度聚乙烯更佳。Mw 在Ixl 〇4以上未達7χ105之聚乙烯不只乙烯之單聚物,亦 可係含少量丙烯、丁烯-1、己烯-1等其它α-烯烴之共聚物。 如此之共聚物以使用單部位觸媒製造者爲佳。超高分子量 聚乙烯以外之聚乙烯不限於單聚物,亦可係二種以上超高 分子量聚乙烯以外之聚乙烯之混合物。 (c) 由聚乙烯組成物構成時 聚乙烯組成物係Mw在7χ1 05以上之超高分子量聚乙 烯,與其它Mw在ΙχΙΟ4以上未達7χ105之聚乙烯(選自高 -10- 200803015 密度聚乙烯、中密度聚乙烯、分枝低密度聚乙烯及鏈狀低 密度聚乙烯群之至少一種)之混合物。超高分子量聚乙烯及 其它聚乙烯同上即可。此聚乙烯組成物可依用途簡便控制 分子量分布[質量平均分子量/數量平均分子量(Mw/Mn)]。 較佳聚乙烯組成物係上述超高分子量聚乙烯與高密度聚乙 烯之組成物。用於聚乙烯組成物之高密度聚乙烯係以Mw 在lxl〇5以上未達7χ105爲佳,ΙχΙΟ5〜5χ105更佳,2χ105 〜4χ1 〇5尤佳。聚乙烯組成物中,超高分子量聚乙烯含量係 以聚乙烯組成物全體爲1 00質量%,爲1質量%以上爲佳, 2〜50質量%更佳。 (d)分子量分布Mw/Mn
Mw/Mn係分子量分布之尺度,該値愈大分子量分布愈 寬。聚乙烯系樹脂之Mw/Mn無限,聚乙烯系樹脂係由上述 (a)〜(〇中任一構成時皆以5〜3 00爲佳,10〜100更佳。 Mw/Mn未達5則高分子量成分過多,難以熔融擠壓,Mw/Mn 超過300則低分子量成分過多而微多孔膜強度低。聚乙烯 (單聚物或乙烯· α-烯烴共聚物)之Mw/Mn可藉多段聚合適 當調整。多段聚合法係以第一段生成高分子量聚合物,第 二段生成低分子量聚合物之二段聚合爲佳。聚乙烯組成物 者,Mw/Mn愈大則·超高分子量聚乙烯與其它聚乙烯之Mw 相差愈大,反之亦然。聚乙烯組成物之Mw/Mn可由各成分 之分子量及混合比例適當調整。 (3)可添加之其它樹脂 聚烯烴樹脂在無礙於本發明效果之範圍內,可係連同 -11- 200803015 聚乙烯系樹脂,含聚乙烯以外之聚烯烴、聚烯烴以外之樹 脂之組成物亦可。因此,「聚烯烴樹脂」一詞不僅聚烯烴, 應理解爲亦含聚烯烴以外之樹脂者。聚乙烯以外之聚烯烴 可用選自Mw各在IxlO4〜4χ106之聚丙烯、聚丁烯-1、聚 戊烯-1、聚己烯-1、聚4-甲戊烯-1、聚辛烯-1、聚乙酸乙烯 酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯及乙烯· α-烯烴共聚物, 以及Mw在1χ1〇3〜lxl〇4之聚乙烯蠟群之至少一種。聚丙 烯、聚丁烯· 1、聚戊烯-1、聚己烯-1、聚4-甲戊烯-1、聚辛 烯-1、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯不只 單聚物,亦可係含其它α-烯烴之共聚物。 聚烯烴以外之樹脂有,熔點或玻璃轉移溫度(Tg)在 1 50°C以上之耐熱性樹脂。耐熱性樹脂以熔點1 50°C以上之 結晶性樹脂(含部分結晶性樹脂)及Tg在1 50°C以上之非晶 性樹脂爲佳。於此,熔點及Tg可依JIS K7121測定(下同)。 於聚乙烯系樹脂添加耐熱性樹脂則以聚烯烴微多孔膜 用作電池隔離材時熔潰溫度進一步提升,故電池之高溫保 存特性提升。耐熱性樹脂之熔點或T g上限無特殊限制,由 易於與聚乙烯系樹脂混煉之觀點係以3 5 0 °C以下爲佳。耐 熱性樹脂之熔點或T g以1 7 0〜2 6 0 °C爲更佳。 耐熱性樹脂之具體例有聚酯[例如聚對酞酸丁二酯(熔 點約1 6 0〜2 3 0 °C )、聚對酞酸乙二酯(熔點約2 5 0〜2 7 0 °C ) 等]、含氟樹脂、聚醯胺(熔點2 1 5〜2 6 5 °C )、聚烯丙硫醚、 同排聚苯乙烯(熔點23 0°C )、聚醯亞胺(Tg : 280°C以上)、 聚醯胺醯亞胺(Tg : 2 80T:)、聚醚颯(Tg : 22 3 °C )、聚醚醚 -12- 200803015 酮(熔點3 3 4 °C)、聚碳酸酯(熔點220〜24(rc)、乙酸纖維素 (熔點220°C)、三乙酸纖維素(熔點30(rc)、聚颯(Tg: 1 9 0 C )、聚醚醯亞胺(熔點2 1 6 °C )等。耐熱性樹脂不限於單 一樹脂成分,可具複數樹脂成分。 耐熱性樹脂之添加量係以占聚乙烯系樹脂與耐熱性樹 脂合計爲1 0 0質量%時,爲3〜3 0質量%爲佳,5〜2 5質量 ^。更佳。此含量超過3 0質量%則刺穿強度、拉伸斷裂強度 及膜之平滑度低。 [2] 無機塡料 在無礙於本發明效果之範圍內,可於聚烯烴樹脂添加 無機塡料。無機塡料有例如矽石、氧化鋁、矽石-氧化鋁、 沸石、雲母、黏土、高嶺土、滑石、碳酸鈣、氧化鈣、硫 酸鈣、碳酸鋇、硫酸鋇、碳酸鎂、硫酸鎂、氧化鎂、矽藻 土、玻璃粉、氫氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋅、緞光白、酸 性白土等。無機塡料不僅一種,可倂用複數種。其中以用 矽石或碳酸鈣爲佳。 [3] 聚烯烴微多孔膜之製法 本發明聚烯烴微多孔膜之製法包含(1)熔融混煉上述 聚烯烴樹脂及成膜用溶劑,調製聚烯烴溶液之步驟,(2)得 到之聚烯烴樹脂溶液之經模頭擠壓之步驟,(3)得到之擠壓 成形體經冷卻形成凝膠片之步驟,(4)成膜用溶劑去除步 驟,及(5)乾燥步驟。必要時,步驟(3)、(4)之間可設(6)拉 伸步驟,(7)熱輥處理步驟,(8)熱溶劑處理步驟及(9)熱固 定處理步驟之任一。步驟(5)之後,可設(10)微多孔膜之拉 200803015 伸步驟’(1 1)熱處理步驟,(1 2)藉電離放射之交聯處理步 驟’(1 3 )親水化處理步驟,(1 4)表面被覆處理步驟等。 (1)聚烯烴樹脂溶液之調製步,驟 聚嫌烴樹脂溶液係於聚烯烴樹脂添加適當之成膜用溶 劑後,經熔融混煉調製。聚烯烴樹脂溶液必要時可在無礙 於本發明效果之範圍內添加上述無機塡料、抗氧化劑、紫 外線吸收劑、抗黏結劑、顏料、染料等各種添加劑。可添 加例如矽酸微粉作爲孔形成劑。 成膜用溶劑可用液體溶劑或固體溶劑。液體溶劑有壬 烷、癸烷、十氫萘、對二甲苯、十一烷、十二烷、流動石 臘等脂肪族或環烴,及沸點對應於這些之礦油餾分。爲得 溶劑含量安定之凝膠片,以使用如流動石臘之非揮發性液 體溶劑爲佳。固體溶劑係以熔點8 0 °C以下者爲佳,如此之 固體溶劑有石臘、十六醇、硬脂醇、酞酸二環己酯等。亦 可倂用液體溶劑及固體溶劑。 液體溶劑之 25°C'黏度係以 30〜5 00cSt爲佳,30〜 2 00 c St更佳。25°C黏度未達30 c St則易於起泡,難以混煉。 而超過5 00cSt則液體溶劑難以去除。 聚烯烴樹脂溶液係調製成,於16〇〜220 °C間之一定溫 度由熔融黏彈性測定得之儲存彈性模量(〇’)與損失彈性模 量(G,,)一致之角頻率ω〇爲〇.lrad/sec以上,且該熔融黏彈 性測定中角頻率〇·〇1 rad/sec時之複·黏滯係數η*(〇.〇〗)爲 1 X 1 04 P a · s 以上。 聚烯烴樹脂溶液之ω〇爲低於〇.lrad/sec’則聚烯烴微 -14- 200803015 孔膜作爲鋰電池用隔離材時,熔潰溫度低,恐發生由於阻 絕後之溫度上昇造成之電極短路。聚烯烴樹脂溶液之ω〇爲 1 〜20rad/sec 爲宜。 聚烯烴樹脂溶液之ω〇係主要受聚乙烯系樹脂之質量 平均分子量(Mw)、分子量分布、分枝度、分枝鏈之分子量、 分枝點分布、分子間之絡合度、分子間絡合點之間之分子 量等影響之參數。此外,ω〇亦受聚烯烴樹脂與成膜用溶劑 之比例影響。一般,聚乙烯係直鏈狀並具對數常態分子量 分布時,Mw愈大ω〇愈小。聚乙烯有長鏈分枝則ω〇小。 ω〇係用市售熔融黏彈性測定裝置(型號: RheoS tress-3 0 0,Haake公司製),依以下條件求出。 測定溫度:1 6 0〜2 2 (TC間之一定溫度 固定夾具:平行盤(直徑:8mm) 間隙(試樣厚度):〇.3mm 測定角頻率範圍:0.01〜100rad/s 應變(γ) : 0.5% 樣本:聚烯烴樹脂溶液經模頭擠壓冷卻得之凝膠片切 出之直徑8mm厚度0.5mm之圓片,於測定溫度安定化後壓 縮爲厚度〇.3mm。 在上述條件下測定G’及G”對於角頻率ω之回應,如 第3圖,畫出logco-logG’曲線及logo-logG”曲線,求出其 交點之角頻率,爲ω〇。 聚烯烴樹脂溶液之η*(〇·〇1)未達IxlO4 Pa · s則以聚烯 烴微多孔膜用作鋰電池隔離材時耐熔融收縮性及熔潰特性 -15- 200803015 差,阻絕後對於溫度上升之破膜防止性不良。聚烯烴樹脂 溶液之η* (0.01)以1·5 xlO4 pa · s以上爲佳。聚烯烴樹脂溶 液之η*(〇·〇1)其上限無特殊限制,爲得良好之耐熔融收縮 性則以40,0 00 Pa · S以下爲佳。 聚烯烴樹脂溶液之η * (0 · 0 1 )係上述熔融黏彈性測定 中,利用角頻率爲0.01 rad/sec時得之G’(0.01)及G”(0.01) 由下式(1): il*(0.01) = (G’(0.01)2 + G,,(0.01)2)1/2/0.01 ···(!) • 算出。 爲調製聚嫌烴樹脂溶液使其ω 〇達0 · 1 r a d / s e c以上,且 η* (0.0 1)達lx 104 Pa · s以上,使用雙軸擠壓機熔融混煉, 將聚烯烴樹脂及成膜用溶劑饋入雙軸擠壓機之際,聚烯烴 樹脂及成膜用溶劑之合計投入量 Q(kg/h)對於螺桿轉數 Ns(rpm)之比 Q/Ns 比以 0.1 〜0.55kg/h/rpm 爲佳。Q/Ns 未 達0.1 kg/h/rpm時聚烯烴樹脂被過度剪切破壞,聚烯烴樹脂 溶液之 ω〇 未達 O.lrad/sec,η*(0.01)未達 lxlO4 Pa· s,導 ^ 致強度、熔潰溫度下降。而Q/Ns超過〇.55kg/h/rpm則無法 均勻混煉。Q/Ns比係以0.2〜0.5kg/h/rpm爲更佳。螺桿轉 數Ns以180rpm以上爲佳,250rpm以上更佳。螺桿轉數 Ns之上限無特殊限制,以500rpm爲佳。 雙軸擠壓機可係咬合型同向迴轉雙軸擠壓機、咬合型 異向迴轉雙軸擠壓機、非咬合型同向迴轉雙軸擠壓機及非 咬合型異向迴轉雙軸擠壓機之任一。因有自行清潔作用, 與異向迴轉型相比負荷小且轉數高,以咬合型同向迴轉雙 -16- 200803015 軸擠壓機爲佳。 雙軸擠壓機之螺桿長度(L)與直徑(D)之比(L/D)以20 〜1 0 0爲佳,3 5〜7 0更佳。L/D未達2 0則熔融混煉不充分。 L/D超過100則聚烯烴樹脂溶液之滯留時間過長。螺桿形 狀無特殊限制,習知者即可。雙軸擠壓機之筒內徑以40〜 1 0 0 m m爲佳。 聚烯烴樹脂溶液之熔融混煉溫度可依聚烯烴樹脂之成 分適當設定,一般爲聚烯烴樹脂之熔點 Tm+10°C〜 ® Tm+110°C。聚烯烴樹脂之熔點Tm在聚烯烴樹脂係(a)超高 分子量聚乙烯,(b)其它聚乙烯,或(c)聚乙烯組成物時,爲 這些之熔點,聚烯烴樹脂係含聚乙烯以外之聚烯烴或耐熱 性樹脂之組成物時,爲超高分子量聚乙烯、其它聚乙烯或 聚乙烯組成物中上述組成物所含者之熔點(下同)。超高分 子量聚乙烯、其它聚乙烯及聚乙烯組成物熔點約1 3 0〜 140°C。因此,熔融混煉溫度係以140〜25 0 °C爲佳,170〜 24 0 °C更佳。成膜用溶劑可於混煉開始前添加,亦可於混煉 0 中添加至雙軸擠壓機,後者較佳。爲防熔融混煉當中聚烯 烴樹脂氧化,以添加抗氧化劑爲佳。 聚烯烴樹脂溶液之樹脂濃度係,聚烯烴樹脂占聚烯烴 樹脂與成膜用溶劑合計爲100質量%時爲10〜50質量%, 20〜45質量%更佳。聚烯烴樹脂之比率未達1〇質量%時生 產力低而不佳。且聚烯烴樹脂擠壓之際於模口之膨脹、頸 縮(neck-in)大,擠壓爲成形體之成形性及自我支持性差。 而聚烯烴樹脂之比率超過5 G質量%則擠壓成形性差。 -17- 200803015 (2) 擠壓步驟 經熔融混煉之聚烯烴樹脂溶液直接或介著其它擠壓 機,或一度冷卻九粒化之後再度介著擠壓機由模頭擠壓。 可用通常具長方形模口之薄片用模頭’亦可用雙重圓筒狀 之中空模頭、吹塑模頭等。薄片用模頭者模頭之縫隙通常 係0. 1〜5mm,擠壓時加熱至1 4 0〜2 5 0 °C。力D熱溶液之擠 壓速度以0.2〜15m/分鐘爲佳。 (3) 凝膠片之形成步驟 ® 擠壓自模頭之成形體經冷卻形成凝膠片。冷卻係以 5 0 °C /分鐘之速度施行而至少達凝膠化溫度以下爲佳。如此 冷卻則聚烯烴樹脂相因成膜用溶劑微相分離構造(聚烯烴 樹脂相及成膜用溶劑相構成之凝膠構造)可予固定化。冷卻 以進行至2 5 °C以下爲佳。一般,降低冷卻速度則擬似細胞 單元變大,得到之凝膠片其高次構造變粗大,加快冷卻速 度則形成緻密細胞單元。冷卻速度未達5 0 °C /分鐘則結晶度 上升,難得適於拉伸之凝膠片。冷卻方法有以冷風、冷卻 — 水等冷媒接觸之方法,接觸冷卻輥之方法等。以使用冷卻 輥之方法爲佳。 (4) 成膜用溶劑去除步驟 液體溶劑之去除(洗淨)係用洗淨溶劑。凝膠片中因聚 烯烴樹脂相及成膜用溶劑相已分離,去除液體溶劑即得多 孔膜。液體溶劑之去除(洗淨)可用習知洗淨溶劑爲之。洗 淨溶劑有例如戊烷、己烷、庚烷等飽和烴,二氯甲烷、四 氯化碳等氯化烴,二乙醚、二噚烷等醚類,甲基乙基酮等 -18- 200803015 酮類,三氟乙烷、c6f14、c7f16等鏈狀氟碳化合物,c5h3f7 等環狀氫氟碳化合物,c4f9och3、c4f9〇c2h5等氫氟醚, C4F9〇CF3、C4F9〇C2F5等全氟醚等高揮發性溶齊!ί 〇這些洗 淨溶劑表面張力低(例如25°C爲24mN/m以下)。使用低表 面張力之洗淨溶劑,形成微多孔之網狀組織於洗淨後乾燥 時氣-液界面張力所致之收縮受到抑制,可得空孔率高,具 透過性之微多孔膜。 膜之洗淨有浸泡於洗淨溶劑之方法、以洗淨溶劑淋灑 之方法或這些之組合。洗淨溶劑係以對於洗淨前之膜1 〇 〇 質量份使用3 00〜3 0,000質量份爲佳。以洗淨溶劑洗淨係 以進行至液體溶劑殘留量未達當初添加量之1質量%爲佳。 (5 )膜之乾燥步驟 去除成膜用溶劑得之聚烯烴微多孔膜係以加熱乾燥 法、風乾法等乾燥。乾燥溫度係以在聚烯烴樹脂之結晶分 散溫度Ted以下爲佳,比Ted低5 t以上尤佳。 聚烯烴樹脂之結晶分散溫度Ted在聚烯烴樹脂爲上述 (a)超高分子量聚乙烯,(b)超高分子量聚乙烯以外之聚乙烯 或(〇聚乙烯組成物時,係這些之結晶分散溫度,聚烯烴樹 脂爲含聚乙烯以外之聚烯烴或耐熱性樹脂之組成物時,係 超高分子量聚乙烯、其它聚乙烯或聚乙烯組成物中上述組 成物所含者之結晶分散溫度(下同)。在此,結晶分散溫度 指依ASTM D 4065由動態黏彈性之溫度特性測定求出之 値。上述超高分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯以外之聚 乙烯及聚乙烯組成物其結晶分散溫度約在9 0〜1 〇 〇。〇。 200803015 乾燥係以進行至微多孔膜係100質量%(乾燥重量)時 殘留洗淨溶劑在5質量%以下爲佳,3質量%以下更佳。乾 燥不充分則後段熱處理時微多孔膜之空孔率低,透過性惡 化而不佳。 (6)拉伸步驟 洗淨前之凝膠片以至少於一軸向拉伸爲佳。凝膠片在 加熱後以藉拉幅機法、輥法、吹塑法、壓延法或這些方法 之組合作特定倍率之拉伸爲佳。因凝膠片含成膜用溶劑, 可予均勻拉伸。拉伸則機械強度提升,同時細孔擴大,用 作電池隔離材時尤佳。拉伸可係單軸拉伸或雙軸拉伸,以 雙軸拉伸爲佳。雙軸拉伸時可係同時雙軸拉伸、逐次拉伸 或多段拉伸(例如同時雙軸拉伸與逐次拉伸之組合)之任 一,同時雙軸拉伸尤佳。 單軸拉伸者拉伸倍率以2倍以上爲佳,3〜3 0倍更佳。 雙軸拉伸則以任一方向皆至少3倍以上,面積倍率9倍以 上爲佳。面積倍率未達9倍則拉伸不充分,不得高彈性、 高強度之微多孔膜。而面積倍率超過400倍則於拉伸裝 置、拉伸操作等會受限。面積倍率之上限以5 0倍爲佳。 拉伸溫度係以聚烯烴樹脂之溶點Tm+ 1 0 °C以下爲佳, 上述Ted以上未達上述Tm更佳。此拉伸溫度超過Tm+10 °C 則聚乙烯系樹脂熔化,分子鏈無法藉拉伸配向。而未達Ted 時聚乙烯系樹脂軟化不足,易因拉伸而破膜,無法作高倍 率拉伸。如上聚乙烯系樹脂之結晶分散溫度約90〜100t, 因此拉伸溫度通常在9 0〜1 4 0 °C,1 〇 〇〜1 3 0 °C更佳。 -20- 200803015 拉伸速度係以於拉伸軸向1〜8 0 %/秒爲佳。例如單軸 拉伸者於長度方向(MD方向)或橫向(TD方向)爲1〜80%/ 秒。雙軸拉伸者MD方向及丁〇方向各1〜80%/秒。拉伸軸 向之拉伸速度(%/秒)表凝膠片於拉伸部分在拉伸前之拉伸 軸向長度爲1 〇 〇 %時,每秒之拉伸長度比率。此拉伸速度未 達1%/秒則無法安定拉伸。而拉伸速度超過80%/秒則耐熔 融收縮特性差。拉伸速度以2〜70%/秒爲更佳。雙軸拉伸 時,只要MD方向及TD方向拉伸速度各在1〜80%/秒, MD方向及TD方向可互不相同,但以相同爲佳。 經如上拉伸聚乙烯結晶層間裂開,聚乙烯相(超高分子 量聚乙烯、其它聚乙烯或聚乙烯組成物)微細化,形成多數 之原纖。該原纖形成三維網狀構造(三維不規則連結之網絡 構造)。 依所欲物性,可於膜厚方向造成溫度分布而拉伸,以 此可得機械強度更上一層之微多孔膜。該方法具體如曰本 專利第3 3 4 7 8 5 4號所述。 (7) 熱輥處理步驟 可於凝膠片之至少一面以熱輥接觸作處理,以提升微 多孔膜之耐壓縮性。其具體方法有例如特願2 0 0 5 - 2 7 1 0 4 6 號之記載。 (8) 熱溶劑處理步驟 可使凝膠片接觸熱溶劑作處理以得機械強度及透過性 更上一層之微多孔膜。該方法具體如W0 2 000/20493所述。 (9) 熱固定處理 -21 - 200803015 可就經拉伸之凝膠片作熱固定處理。其具體方法有例 如特開2002-256099號之記載。 (1〇)微多孔膜之拉伸步驟 乾燥後之聚烯烴微多孔膜在無損於本發明效果之範圍 內可至少於一軸向拉伸。此拉伸係將膜加熱,一邊以同上 之拉幅機法等進行。 微多孔膜之拉伸溫度係以聚烯烴樹脂之熔點Tm以下 爲佳,上述Ted〜Tm更佳。具體而言係90〜135°C,95〜 1 3 0 °C更佳。雙軸拉伸時,以至少於一軸向1 . 1〜2.5倍爲 佳,1 · 1〜2 . G倍更佳。此倍率超過2 · 5倍則恐於阻絕溫度 有不良影響。 (11) 熱處理步驟 乾燥後之膜以藉習知方法作熱固定處理及/或熱緩和 處理爲佳。這些可依聚烯烴微多孔膜之要求特性適當選 擇。經熱處理結晶安定化,晶層均勻化。 (12) 膜之交聯處理步驟 對於乾燥後之聚烯烴微多孔膜,可用α線、β線、γ線、 電子束等電離放射線照射施以交聯處理。以電子束照射 時,以 0.1〜lOOMrad之電子束量爲佳,加速電壓100〜 3 OOkV爲佳。經交聯處理微多孔膜之熔潰溫度上升。 (13) 親水化處理步驟 乾燥後之聚烯烴微多孔膜可藉習知方法作單體接枝處 理、界面活性劑處理、電暈放電處理、電漿處理等而親水 化。 -22- 200803015 (1 4)表面被覆處理步驟 乾燥後之聚燃烴微多孔膜以聚二氟亞乙嫌、聚四氟乙 烯等含氟樹脂多孔質體,或聚醯亞胺、聚苯硫醚等多孔質 體被覆於表面,可提升用作電池隔離材時之熔潰特性。乾 燥後之聚嫌烴微多孔膜亦可於至少一面形成含聚丙備之被 覆層。被覆用聚丙烯有例如W02005-054350所揭示者。 [4]聚烯烴微多孔膜之物性 聚烯烴微多孔膜具以下物性。 ®⑴阻絕溫度1 3 5 °C以下 以阻絕溫度超過1 3 5 °C之聚烯烴微多孔膜用作鋰電池 隔離材,則過熱時阻斷回應性差。 (2) 最大熔融收縮率40%以下 以2gf之荷重及/min之升溫速度作熱機械分析測 得之135〜145 °C溫度範圍之橫向最大熔融收縮率(尺寸變 化率之最大値)超過40%之聚烯烴微多孔膜用作電池隔離 材,則因電池發熱隔離材收縮,於其端部發生短路之可能 性升高。最大熔融收縮率以35%以下爲佳。 (3) 熔潰溫度1 50°C以上 熔潰溫度未達1 50 °C則阻絕後溫度上升時之破膜防止 性差。 依本發明之較佳實施樣態,聚烯烴微多孔膜具以下物 性。 (4) 透氣度(以膜厚20μηι換算)20〜800sec/100cm3 以膜厚20 μιη換算之透氣度在20〜800s ec/10 0cm3 ’則 -23- 200803015 以聚烯烴微多孔膜用作電池隔離材時,電池容量大,電池 循環特性良好。透氣度未達2 0 s e c / 1 0 0 c m3則電池內部溫度 上升時阻絕不充分。 (5 )空孔率2 5〜8 0 % 空孔率未達25%則不得良好透氣度。而超過80%則以 聚烯烴微多孔膜用作電池隔離材時強度不足,電池短路之 危險大。 (6) 刺穿強度3,0 00πιΝ/20μπι以上 刺穿強度未達3,000πιΝ/20μΓη則以聚烯烴微多孔膜用 作電池隔離材時,電極有發生短路之虞。 (7) 拉伸斷裂強度60,000kPa以上 MD方向及TD方向之拉伸斷裂強度皆在60,0 00kPa以 上則用作電池隔離材時無破膜之虞。 (8 )拉伸斷裂伸度6 0 %以上 MD方向及TD方向之拉伸斷裂伸度皆在60%以上則用 | 作電池隔離材時無破膜之虞。 (9)阻絕開始溫度130°C以下 以阻絕開始溫度超過1 3 0 °C之聚烯烴微多孔膜用作鋰 電池隔離材,則過熱時阻斷回應性差。 (1〇)透氣度變化率9,000sec/100cm3/°C以上 阻絕開始後之透氣度變化率在9,000sec/100cm3/°C以 上。以透氣度變化率未達9,000 sec/10 0cm3/°C之聚烯烴微多 孔膜用作電池隔離材,則過熱時阻斷回應性差。透氣度變 化率以1 2,000sec/100cm3/°C以上爲佳。 -24- 200803015 如此,依本發明之較佳樣態,聚烯烴微多孔膜之阻絕 特性、耐熔融收縮性及熔潰特性之均衡佳,且透過性及機 械特性亦優。 [5] 電池用隔離材 本發明之聚烯烴微多孔膜構成之電池用隔離材可依電 池種類適當選擇,其膜厚以5〜50μπι爲佳,7〜35μηι更佳。 [6] 電池 本發明之聚烯烴微多孔膜適用作鎳-氫電池、鎳-鎘電 池、鎳-鋅電池、銀-鋅電池、鋰二次電池、鋰聚合物二次 電池等二次電池之隔離材,尤以用作鋰二次電池之隔離材 爲佳。以下以鋰二次電池爲例作說明。 鋰二次電池其正極及負極係介著隔離材層積,隔離材 含有電解液(電解質)。電極之構造無特殊限制,可係習知 構造,例如圓盤狀正極及負極相向配設之電極構造(錢幣 型)、平板狀正極及負極交替層積之電極構造(積層型)、帶 狀正極及負極重疊捲繞之電極構造(捲繞型)等。 正極通常係形成爲(a)集電體及(b)其表面,具有含可收 放鋰離子之正極活物質之層。正極活物質有過渡金屬氧化 物、鋰與過渡金屬之複合氧化物(鋰複合氧化物)、過渡金 屬硫化物等無機化合物等,過渡金屬有V、Mn、Fe、Co、 Ni等。鋰複合氧化物之較佳例有鎳酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、 a-NaFe02型構造爲母體之層狀鋰複合氧化物等。負極係形 成爲(a)集電體及(b)其表面,具有含負極活物質之層。負極 活物質有天然石墨、人造石墨、焦炭類、碳黑等碳質材料。 -25- 200803015 電解液係將鋰鹽溶解於有機溶劑而得。鋰鹽有 LiC104 、 LiPF6 、 LiAsF6、 LiSbF6 、 LiBF4 、 LiCF3S03 、 LiN(CF3S02)2、LiC(CF3S02)3、Li2B10Cl10、LiN(C2F5S02)2、 LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、低級脂肪族羧酸鋰鹽、LiAlCl4 等。這些可單獨使用或混合2種以上使用。有機溶劑有碳 酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲基乙基酯、γ-丁內酯等高 沸點及高介電常數有機溶劑,四氫呋喃、2 -甲四氫呋喃、 二甲氧乙烷、二曙陳、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等低沸點 及低黏度有機溶劑。這些可單獨使用或混合2種以上使 用。因高介電常數之有機溶液黏度高,低黏度有機溶劑介 電常數低,以用二者之混合物爲尤佳。 組裝電池之際,以電解液浸潤隔離材。藉此可於隔離 材(聚烯烴微多孔膜)賦予離子透過性。通常,浸潤處理係 以常溫下將聚烯烴微多孔膜浸泡於電解液爲之。組裝圓筒 型電池時,可例如依序層積正極片、聚烯烴微多孔膜隔離 材及負極片,得到之積層體自一端予以捲成捲繞型電極元 件。得到之電極元件插入電池罐後用上述電解液浸潤,並 將備有安全閥,兼作正極端子之電池蓋(介著墊片)蓋緊製 作電池。 實施例 以下舉實施例更詳細說明本發明,但本發明不限於這 些例。 實施例1 將質量平均分子量(Mw)2.5 χΙΟ6之超高分子量聚乙烯 -26- 200803015 (UHMWPE)30 質量%及 Mw2.8xl05之高密度聚乙烯 (HDPE)70質量%構成之聚乙烯(PE)組成物100質量份,及 肆[亞甲- 3-(3,5_二(三級丁基)-4-羥苯基)丙酸酯]甲烷〇·375 質量份乾式摻合。UHMWPE及HDPE構成之PE組成物之 測定T(60%)爲13 4.3°C,熔點135°C,結晶分散溫度100°C。 UHMWPE及HDPE之Mw係依以下條件由凝膠滲透層 析(GPC)法求出(下同)。
•測定裝置·· Waters Corporation 製 GPC-150C •管柱:昭和電工(股)製Shodex UT806M •管柱溫度:1 3 5 °C •溶劑(移動相):鄰二氯苯 •溶劑流速:1 . 分鐘 •試樣濃度:〇·1質量% (溶解條件:135°c'/lh) •注射量:5 0 0 μ 1 •檢測器:Waters Corporation製微差反射計 •校正曲線:由使用單分散聚苯乙烯標準試樣得之校 正曲線,使用特定換算常數作成。 得到之混合物30質量份投入強混煉型雙軸擠壓機(內 徑5 8mm,L/D = 42),由雙軸擠壓機側入料斗供給流動石臘 7〇質量份(聚乙烯組成物及流動石臘之合計投入量Q : 9 0kg/h),保持螺桿轉數Ns爲3 00rpm,一邊於210°C熔融 混煉(Q/Ns : 0.3kg/h/rpm),於擠壓機中調製聚乙烯溶液。 聚乙烯溶液於180°C測得之ω〇爲9·8ι^(!/κο,η*(0·〇1)爲 26,000Pa · s 〇 - 27- 200803015 得到之聚乙烯溶液自雙軸擠壓機供給於T模,擠壓成 厚度1.0 mm之片狀成形體。擠壓得之成形體由調溫於5 0 °c 之冷卻輥拉取一邊冷卻,形成凝膠片。.得到之凝膠片以批 次式拉伸機淤11 6°C以MD方向及TD方向皆5倍,兩方向 皆2 0%/秒之速度作同時雙軸拉伸。將拉伸凝膠片固定於框 板[大小:3 0 c m X 3 0 c m,鋁製],浸泡於調溫爲2 5 °C之二氯 甲烷洗淨槽中,以1 〇 〇 rp m擺動3分鐘一邊洗淨,去除流動 石臘。洗淨之膜於室溫風乾,固定於拉幅機以1 25°C熱固 定處理1 〇分鐘製作聚乙烯微多孔膜。 實施例2 除聚乙烯組成物及流動石臘之合計投入量Q對於螺桿 轉數 Ns 之比爲 0.15,調製 ω〇 爲 12rad/sec,ri*(0.01)爲 1 8,000Pa · s之聚乙烯溶液以外,如同實施例1製作聚乙烯 微多孔膜。 實施例3 除聚乙烯組成物及流動石臘之合計投入量Q對於螺桿 轉數 Ns 之比爲 0.45,調製 ω〇 爲 8.5rad/sec,η*(0·01)爲 3 2,00 0Pa · s之聚乙烯溶液以外,如同實施例1製作聚乙烯 微多孔膜。 實施例4 除使用UHMWPE20質量%及HDPE80質量%構成,使 用T( 60%)爲1 133.9 °C之聚乙烯組成物以外,如同實施例1 調製 ω〇 爲 13rad/sec,η*(0.01)爲 1 7,000Pa · s 之聚乙烯溶 液。使用得到之聚乙烯溶液如同實施例1製作聚乙烯微多 -28 - 200803015 孔膜。 實施例5 除使用UHMWPE20質量%及Mw3.〇xl05之HDPE80質 量%構成,T(60%)132.9°C之聚乙烯組成物以外,如同實施 例1調製〇>〇爲2.1^(1/5^(:,11*(0.01)爲 3 5,000?3.3之聚乙 烯溶液。使用得到之聚乙烯溶液如同實施例1製作聚乙烯 微多孔膜。 比較例1 除使用Mw爲2.2x 1 06之UHMWPE30質量%及Mw爲 3·〇χ105之HDPE70質量%構成,T(60%)135.9°C之聚乙烯組 成物以外,如同實施例1調製ω〇爲21rad/sec,η*(0·01)爲 1 5,0 00Pa · s之聚乙烯溶液。使用得到之聚乙烯溶液如同實 施例1製作聚乙烯微多孔膜。 比較例2 除MD方向及TD方向之雙軸拉伸速度皆爲10 0%/秒, 且熱固定處理溫度爲1 22 °C以外,如同實施例5製作聚乙 烯微多孔膜。 比較例3 除聚乙烯組成物及流動石臘之合計投入量Q對於螺桿 轉數Ns之比爲〇·〇5以外,如同實施例 5調製 ω〇爲 55 rad/sec,η* (0·0 1)爲8,000 Pa · s之聚乙烯溶液。使用得 到之聚乙烯溶液,且熱固定處理溫度爲1 22°C以外,如同 實施例5製作聚乙烯微多孔膜。 比較例4 -29- 200803015 除聚乙烯組成物及流動石臘之合計投入量Q對於螺桿 轉數Ns之比爲0.6以外,如同實施例5調製聚乙烯溶液, 但不得均勻混煉物。 實施例1〜5及比較例1〜4得之聚乙烯微多孔膜之物 性係依以下方法測定。結果如表1。 (1)平均厚度(μηι) 於微多孔膜之30cm寬度以5mm之長邊方向間隔用接 觸厚度計測定膜厚,取膜厚測定値之平均。 ® (2)透氣度(sec/100cm3/20pm) 對於膜厚ΤΙ之微多孔膜以王硏式透氣度計(旭精工 (股)製,EGO-1T)測定之透氣度Pi,由式:, 換算成膜厚20μπι時之透氣度P2。 (3) 空孔率(%) 以質量法測定。 (4) 刺穿強度(ιηΝ/20μπι) 先端爲球面(曲率半徑R : 0.5 m m)直徑1 m m之針,以 β 2mm/秒之速度刺穿膜厚Tl之微多孔膜時測定最大荷重。最 大荷重之測定値La以式:LbWLadO)/!^換算成膜厚20μηι 時之最大荷重Lb,爲刺穿強度。 (5) 拉伸斷裂強度及拉伸斷裂伸度 使用寬10mm之小矩形試片依ASTM D 8 82測定。 (6) 阻絕溫度 阻絕溫度(TSD)係以5°C /min之升溫速度加熱聚乙烯微 多孔膜,一邊用王硏式透氣度計(旭精工(股)製,EGO-1T) -30- 200803015 測定透氣度,求出達到透氣度之檢測極限1 X i 05 sec/1 〇〇cm3 之溫度,爲阻絕溫度。 (7)阻絕開始溫度(Ts) 由上述阻絕溫度之測定中得之透氣度p對於溫度T之 數據,製作如第4圖之透氣度p之倒數與溫度之關係曲 線’求出升溫開始溫度(室溫)至阻絕開始前之直線部之延 長線L2,與阻絕開始後至阻絕溫度(TsD)之直線部之延長線 L3之交點溫度,爲阻絕開始溫度(Ts)。 • (8)阻絕開始後之透氣度變化率 由上述阻絕溫度之測定中得之透氣度p對於溫度T之 數據,製作如第5圖之溫度-透氣度曲線,求出透氣度爲 1 X 1 04 sec/1 0 0cm3之溫度處之曲線斜率(Δρ/AT。第5圖中 於透氣度lxlO4 sec/lOOcm3之點的切線L4之斜率),爲透 氣度變化率。 (9) 最大熔融收縮率 用熱機械分析裝置(SEIKO INSTRUMENTS(股)製, • TMA/SS6000),將 10mm(TD)x3mm(MD)之試片於荷重 2g 下 沿長度方向拉伸,一邊以5°C /min之速度自室溫升溫,以 2 3 °C之尺寸爲基準測定尺寸變化率,製作如第6圖之溫度-尺寸變化率曲線,以1 3 5〜1 4 5 °C溫度範圍中收縮率之最大 値P爲最大熔融收縮率。 (10) 熔潰溫度 達到上述阻絕溫度後,更以5°c /min之升溫速度繼續 加熱,求出透氣度再次達1χ1〇5 sec/100cm3之溫度’爲熔 潰溫度(TMD)(參考第5圖)。 -31- 200803015 表1
例No. 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 樹脂組成 PE組成物 UHMWPE Mw(1) 2.5χ106 2.5Χ106 2.5χ106 2.5 χΙΟ6 質量% 30 30 30 20 HOPE Mw(1) 2.8χ105 2.8χ105 2.8 x10s 2.8χ105 質量% 70 70 70 80 T(60%)(2) (°〇 134.3 134.3 134.3 133.9 製膜條件 PE溶液 PE濃度(質量%) 30 30 30 30 混煉條件Q(3)(kg/h) 90 45 135 90 Ns(4) (rpm) 300 300 300 300 Q/Ns (kg/h/rpm) 0.3 0.15 0.45 0.3 ω〇(5) (rad/sec) 9.8 12 8.5 13 η*(0.01)(6) (Pa · s) 26,000 18,000 32,000 17,000 拉伸 溫度(°C) 116 116 116 116 倍率(MDxTD) 5x5 5χ5 5x5 5χ5 變形速度(%/sec) 20 20 20 20 熱固定處理 溫度(°C) 125 125 125 125 時間(分鐘) 10 10 10 10 微多孔膜之物性 平均膜厚(μιη) 19.7 20.3 19.6 21 透氣度(secA00cm3) 429 462 469 388 空孔率(%) 41 40 40 42 穿刺強度(§/2〇μιη) 516 524 511 464 (ιηΝ/20μπι) 5,056·8 5,135.2 5,007.8 4,547.2 拉伸斷裂強度(kg/cm2) MD 1,490 1,480 1,510 1,250 (kPa) MD 146,020 145,040 147,980 122,500 (kg/cm2) TD 1,220 1,230 1,210 1,090 (kPa) TD 119,560 120,540 118,580 106,820 拉伸斷裂伸度(%) MD 130 100 110 160 (%) TD 220 220 210 270 阻絕開始溫度(°c) 125.2 124.9 125.5 129.1 透氣度變化率(sec/100cm3/°C) 17,800 16,200 16,400 20,010 阻絕溫度(°C) 134.3 134.2 134.7 134 最大熔融收縮率(%) TD 30 27 35 26 熔潰溫度(°C) 158.6 156.9 158.9 156.9 -32- 200803015 表1 (續)
例No· 實施例5 比較例1 比較例2 比較例3 樹脂組成 PE組成物 UHMWPE Mw(1) 2·5χ106 2.2X106 2.5χ106 2.5χ106 質量% 20 30 20 20 HDPE Mw(1) 3,0x105 3.〇χ105 3.〇χ105 3.0χ105 質量% 80 70 80 80 T(60%)(2) (°〇 132.9 135.9 132.9 132.9 製膜條件 PE溶液 PE濃度(質量%) 30 30 30 30 混煉條件Q(3)(kg/h) 90 90 90 20 Ns(4) (rpm) 300 300 300 400 Q/Ns (kg/h/rpm) 0.3 0.3 0.3 0.05 ω〇(5) (rad/sec) 2.1 21 2.1 55 η*(0·01)(6) (Pa · s) 35,000 15,000 35,000 8,000 拉伸 溫度(°c) 116 116 116 116 倍率(MDxTD) 5x5 5x5 5x5 5x5 變形速度(%/sec) 20 20 100 20 熱固定處理 溫度(°C) 125 125 122 122 時間(分鐘) 10 10 10 10 微多孔膜之物性 平均膜厚(μπι) 20.5 19.5 19.7 20.5 透氣度(sec/100cm3) 509 483 441 509 空孔率(%) 38 39 41 38 穿刺強度(g/2〇gm) 332 477 512 332 (πίΝ/20μχη) 3,253.6 4,674.6 5,017.6 3,253.6 拉伸斷裂強度(kg/cm2) MD 820 1,270 1,320 820 (kPa) MD 80,360 124,460 129,360 80,360 (kg/cm2) TD 660 1,130 1,200 660 (kPa) TD 64,680 110,740 117,600 64,680 拉伸斷裂伸度(%) MD 70 200 170 70 (%) TD 110 310 250 *110 阻絕開始溫度(°C) 125.3 126.9 124.3 121.5 透氣度變化率(seC/100cm3/°C) 9,700 8,300 14,000 9,700 阻絕溫度(°C) 132.8 136.2 133.4 132.8 最大熔融收縮率(%) TD 31 22 53 28 熔潰溫度(°c) 152.4 158.7 160.4 144.4 -33 - 200803015 表1 (續) 例No· 比較例4 樹脂組成 PE組成物 UHMWPE Mw(1) 2.5xl06 質量% 20 HDPE Mw(1) 3.0χ105 質量% 80 Τ(60%)(2) (°〇 132.9 製膜條件 PE溶液 PE濃度(質量%) 30 混煉條件Q(3)(kg/h) 60 Ns(4) (rpm) 100 Q/Ns (kg/h/rpm) 0.6 ω〇(5) (rad/sec) - η*(0.01)(6) (Pa · s) - 拉伸 溫度(°c) - 倍率(MDxTD) - 變形速度(%/sec) - 熱固定處理 溫度(°c) - 時間(分鐘) - 微多孔膜之特性 平均膜厚(μηι) - 透氣度(sec/100cm3) - 空孔率(%) 晒 穿刺強度(g/2〇pm) • (ιηΝ/20μιη) - 拉伸斷裂強度(kg/cm2) MD - (kPa) MD - (kg/cm2) TD - (kPa) TD - 拉伸斷裂伸度(%) MD - (%) TD - 阻絕開始溫度(°C) - 透氣度變化率(sec/100cm3/°C) - 阻絕溫度(°C) - 最大熔融收縮率(%) TD • 熔潰溫度(°c) - -34- 200803015 註:(l)Mw表質量平均分子量。 (2)DSC分析測得之結晶熔化熱量ΔΙ^達其60%時之溫 度。升溫速度: l〇°C/min。 (3 )Q表聚乙烯組成物及流動石臘往雙軸擠壓機之合計 投入量。 (4)Ns表螺桿轉數。 (5 )ω〇係熔融黏彈性測定得之儲存彈性模量(G’)與損失 彈性模量(〇”)一致之角頻率。測定溫度:180°C。 (6)η*(〇·〇1)表熔融黏彈性測定中角頻率爲O.Olrad/sec 時之複黏滯係數。 由表1知,實施例1〜5之聚乙烯微多孔膜阻絕溫度在 135°C以下,最大熔融收縮率40%以下,熔潰溫度150°C以 上,呈低阻絕溫度,優良耐熔融收縮性及高熔潰溫度,又 透過性及機械強度亦優。相對於此,比較例1之膜因T( 60% ) 超過1 3 5 °C,阻絕溫度比實施例1〜5高,阻絕開始後之透 氣度變化率未達9,000^(:/100(:1113/°(:而差。比較例2之膜因 拉伸速度超出8 0%/秒,耐熔融收縮性比實施例1〜5差。 比較例3之膜因聚乙烯組成物及流動石臘之合計投入量Q 對於螺桿轉數Ns之比未達O.lkg/h/rpm,聚乙烯溶液之 η*(〇.〇1)達不到1 0,000Pa.S而熔潰溫度比實施例1〜5低。 【圖式簡單說明】 第1圖 典型熔化吸熱曲線之例示圖。 第2圖 同第1圖之熔化吸熱曲線之結晶熔化熱量達 -35- 200803015 其6 0 %時之溫度Τ (6 0 %)之呈示圖。 第3圖 用以求出ω〇之logco-logG’曲線及logco-logG” 曲線之典型例圖。 第4圖 用以求出阻絕開始溫度之溫度 T-(透氣度 PV1曲線之典型例圖。 第5圖 用以求出阻絕溫度、透氣度變化率及熔潰溫 度之溫度T-透氣度p曲線之典型例圖。 第6圖 用以求出最大熔融收縮率之溫度-尺寸變化 ®率曲線之典型例圖。 -36-
Claims (1)
- 200803015 十、申請專利範圍: 1· 一種聚烯烴微多孔膜,其特徵爲含聚乙烯系樹脂,(a)升 溫速度 5 °C/min 之加熱下測定之透氣度達 lxl05see/10〇cm3之溫度得到的阻絕溫度在135°C以下, (b) 2 gf之荷重及升溫速度5°C/min下以熱機械分析測得之 1 3 5〜1 4 5 °C溫度範圍之橫向最大熔融收縮率在4 0 %以 下,且(c)達上述阻絕溫度後繼續升溫一邊測定之上述透 氣度再次達lxl〇5 sec/lOOcm3之溫度得到的熔潰溫度在 ® 150°C以上。 2 ·如申請專利範圍第1項之聚烯烴微多孔膜,其中上述聚 乙烯系樹脂以3〜20°C/min範圍內之一定升溫速度作微 差掃描熱量分析測得之結晶熔化熱量達其60%時之溫度 在1 3 5 t以下。 3 . —種方法,係爲申請專利範圍第1或2項之聚烯烴微多 孔膜之製法,其特徵爲含以3〜20°C/min範圍內之一定升 溫速度作微差掃描熱量分析測得之結晶熔化熱量達其 ^ 60%時之溫度在135°C以下之聚乙烯系樹脂之聚烯烴樹脂 與成膜用溶劑予以熔融混鍊,調製於160〜220 °C範圍內 之一定溫度以熔融黏彈性測定得之儲存彈性模量與損失 彈性模量一致之角頻率在O.lrad/sec以上,該熔融黏彈 性測定中角頻率〇.01rad/Sec時之複黏滯係數在lxlO4 Pa · s以上之聚烯烴樹脂溶液,得到之聚烯烴樹脂溶液予 經模頭擠壓,冷卻成凝膠片,自得到之凝膠片去除成膜 用溶劑。 -37 - 200803015 4 ·如申請專利範圍第3項之方法,其中於上述聚烯烴樹脂 及成膜用溶劑之熔融混鍊使用雙軸擠壓機,上述聚烯烴 樹脂及成膜用溶劑之合計投入量Q(kg/h)對於上述雙軸 擠壓機之螺桿轉數 Ns(rpm)之比 Q/Ns 爲 0.1〜 0.55kg/h/rpm 〇 5 ·如申請專利範圍第3或4項之方法,其中拉伸前拉伸軸 向之長度爲1 〇 〇 °/。時,將上述凝膠片沿拉伸軸向以1〜 80%/秒之速度拉伸。 ® 6 . —種電池用隔離材,其特徵爲係由如申請專利範圍第1 或2項之聚烯烴微多孔膜構成。 7. —種電池,其特徵爲具備由如申請專利範圍第1或2項 之聚烯烴微多孔膜構成之電池用隔離材。-38-
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