TWI824296B - 蓄電裝置用分隔件及蓄電裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種高強度且堵塞受到抑制之薄膜之蓄電裝置用分隔件,或具有高強度、高安全性、及高溫下之高尺寸穩定性並且能夠薄膜化之蓄電裝置用分隔件。於一態樣中,提供一種蓄電裝置用分隔件,其含有主成分為聚烯烴(A)之微多孔層(X),微多孔層(X)之熔體流動速率為0.9 g/10分鐘以下,於利用掃描式電子顯微鏡之微多孔層(X)之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,微多孔層(X)之平均長孔徑為100 nm以上。於一態樣中,提供一種蓄電裝置用分隔件,其係具備微多孔層者,並且微多孔層含有具有0.7 g/10分鐘以下之熔體流動速率之聚烯烴,蓄電裝置用分隔件之短路溫度為200℃以上,蓄電裝置用分隔件之熱收縮率為TD≦1%及MD≦4%。

Description

蓄電裝置用分隔件及蓄電裝置
本發明係關於一種蓄電裝置用分隔件等。
微多孔膜,尤其聚烯烴系微多孔膜被用於微濾膜、電池用分隔件、電容器用分隔件、燃料電池用材料等眾多技術領域中,尤其被用作以鋰離子電池為代表之蓄電裝置用分隔件。鋰離子電池除應用於行動電話、筆記型個人電腦等小型電子機器用途外,亦應用於包含油電混合車及插電式油電混合車之電動汽車等各種用途。
近年來,要求一種具有高能量容量、高能量密度、且高輸出特性之鋰離子電池,隨之,薄膜且高強度(例如高穿刺強度)之分隔件之需求變高。
專利文獻1中,就微多孔性膜之剛性及減少一定厚度下之製品不良率之觀點而言,記載有一種含有聚丙烯樹脂(X)5~30重量%、及聚丙烯樹脂(Y)95~70重量%之微多孔性膜用聚丙烯樹脂組合物。專利文獻1中記載之聚丙烯樹脂(X)具有特定之熔體流動速率(MFR)、分子量分佈(Mw/Mn)、及長鏈分支結構。專利文獻1中記載之聚丙烯樹脂(Y)具有特定之MFR,且不包括聚丙烯樹脂(X)。
專利文獻2中,就微多孔膜之電化學穩定性、高熔毀(meltdown)溫度、高電解質親和性、及低水分保持性之平衡得以改善之觀點而言,記載有具有以下3層之層(a)~(c)之微多孔膜: (a)含有40.0~85.0重量%之具有6.0×10 5以上之重量平均分子量(Mw)之同排聚丙烯之第一層、 (b)含有聚烯烴之第二層、及 (c)含有40.0~85.0重量%之具有6.0×10 5以上之Mw之同排聚丙烯之第三層。
專利文獻3記載有一種積層微多孔性膜,其具備含有具有熔點T mA之第1樹脂組合物之第1微多孔性膜、及含有具有低於上述熔點T mA之熔點T mB之第2樹脂組合物之第2微多孔性膜,並且伸長黏度為18000~40000 Pa・s,剪切黏度為5000~10000 Pa・s。
專利文獻4記載有一種包含丙烯系樹脂之丙烯系樹脂微孔膜,上述丙烯系樹脂之分子量5萬以下之成分量為25~60重量%,分子量70萬以上之成分量為19~30重量%,重量平均分子量為35萬~50萬,且熔融張力為1.1~3.2 g。
專利文獻5記載有一種以丙烯均聚物為必需成分之微多孔膜形成用聚丙烯樹脂組合物,上述丙烯均聚物之極限黏度[η]為1 dl/g以上且未達7 dl/g,內消旋五員組分率為94.0~99.5%之範圍,升溫時之至100℃為止之溶出積分量為10%以下,熔點為153~167℃,於溶出溫度-溶出量曲線中,最大波峰之峰頂溫度存在於105~130℃,該波峰之半值寬為7.0℃以下。
專利文獻6記載有一種聚烯烴微多孔膜,其係含有聚丙烯系樹脂者,且熔毀溫度為195℃以上230℃以下;並且記載有:該聚丙烯系樹脂之重量平均分子量可為50萬以上80萬以下、且分子量分佈可為7.5以上16以下。
專利文獻7記載有一種積層微多孔性膜,其積層而具備:包含第1樹脂組合物之第1微多孔性膜、及包含第2樹脂組合物之第2微多孔性膜,第1樹脂組合物及第2樹脂組合物之MFR均為1.0 g/10分鐘以下,第1樹脂組合物中所含之樹脂之分子量分佈(Mw/Mn)為10以上。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2018-030992號公報 [專利文獻2]日本專利特表2013-517152號公報 [專利文獻3]日本專利特開2016-022676號公報 [專利文獻4]日本專利特開2012-092286號公報 [專利文獻5]國際公開第2010/079784號 [專利文獻6]國際公開第2017/138512號 [專利文獻7]日本專利特開2016-22679號公報
[發明所欲解決之問題]
已知藉由於微多孔膜中使用高分子量之聚烯烴,可提供高強度之微多孔膜。
然而,若於微多孔膜之製造中使用高分子量之聚烯烴,則存在成膜性、製造時之開孔性變得不充分,導致微多孔膜之孔徑變小或透氣度(即透氣阻力度)變差之傾向,及因熔融時之黏度較高而導致難以製作薄膜(例如厚度20 μm以下)之分隔件之傾向。因此,本發明之一態樣(更具體而言本發明之第一態樣)之目的在於提供一種高強度且抑制伴隨長期使用之堵塞之薄膜之蓄電裝置用分隔件,於特定態樣中,其目的在於提供一種具有高強度(尤其高穿刺強度)及高溫下之高尺寸穩定性,並且高輸出且能夠薄膜化之蓄電裝置用分隔件,該蓄電裝置用分隔件有助於蓄電裝置之高安全性。
又,高分子量之聚烯烴如上所述,熔融時之黏度較高,故而難以薄膜化。例如,對上述例舉之專利文獻6中記載之分隔件而言,雖安全性較高,但熔融張力過高,故而無法薄膜化。根據專利文獻7中記載之技術,雖可藉由共擠壓而達成薄膜化,但無法獲得高輸出特性。又,專利文獻6及7中記載之分隔件均存在高溫時之電池之安全性較低之傾向。根據專利文獻3及5,雖可減低分隔件之熱收縮率,但熔融時之黏度均較低,故而預測安全性較低。由該等情況可知,於獲得能夠薄膜化並且高度兼顧強度、安全性及高溫下之尺寸穩定性之分隔件之方面尚存有改善之餘地。因此,本發明之一態樣(更具體而言本發明之第二態樣)之目的在於提供一種具有高強度、高安全性、及高溫下之高尺寸穩定性並且能夠薄膜化之蓄電裝置用分隔件。 [解決問題之技術手段]
以下列出本發明之實施方式之例。 [1]一種蓄電裝置用分隔件,其含有主成分為聚烯烴(A)之微多孔層(X), 上述微多孔層(X)之負載2.16 kg及溫度230℃下之熔體流動速率(MFR)為0.9 g/10分鐘以下,且 於利用掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑為100 nm以上。 [2]如上述態樣1之蓄電裝置用分隔件,其中於利用上述掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,存在於上述微多孔層(X)之孔之最大長孔徑為100 nm以上400 nm以下。 [3]如上述態樣1或2之蓄電裝置用分隔件,其中於溫度230℃下測定時之上述微多孔層(X)之熔融張力為16 mN以上。 [4]如上述態樣1或2之蓄電裝置用分隔件,其中於溫度230℃下測定時之上述微多孔層(X)之熔融張力為16 mN以上40 mN以下。 [5]如上述態樣1至4中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之機械方向之拉伸強度(SMD)與橫向之拉伸強度(STD)之比(SMD/STD)為SMD/STD>5。 [6]如上述態樣1至5中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之以105℃熱處理1小時後之熱收縮率於TD中為1%以下,於MD中為4%以下, 上述蓄電裝置用分隔件之以120℃熱處理1小時後之熱收縮率於TD中為1%以下,於MD中為10%以下。 [7]如上述態樣1至6中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之厚度換算為14 μm時之透氣度為250秒/100 cm 3以下。 [8]如上述態樣1至7中任一項之蓄電裝置用分隔件,其厚度為8 μm以上18 μm以下,且厚度換算為14 μm時之穿刺強度為230 gf以上。 [9]如上述態樣1至8中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴(A)含有聚丙烯。 [10]如上述態樣9之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚丙烯相對於上述聚烯烴(A)之比率為50~100質量%。 [11]如上述態樣9或10之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚丙烯之五員組分率為95.0%以上。 [12]如上述態樣1至11中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述微多孔層(X)之重量平均分子量(Mw)為500,000以上1,500,000以下。 [13]如上述態樣1至12中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述微多孔層(X)之重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)為6以下。 [14]如上述態樣1至13中任一項之蓄電裝置用分隔件,其進而具備以聚烯烴(B)為主成分之微多孔層(Y)。 [15]如上述態樣14之蓄電裝置用分隔件,其中於利用上述掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)及上述微多孔層(Y)之ND-MD截面觀察中, 存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑為100 nm以上400 nm以下,且 存在於上述微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑大於存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑。 [16]如上述態樣14或15之蓄電裝置用分隔件,其中於利用上述掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)及上述微多孔層(Y)之ND-MD截面觀察中,存在於上述微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑為150 nm以上2000 nm以下,且為存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之1.2倍以上10倍以下。 [17]如上述態樣14至16中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴(A)之主成分為聚丙烯,且 上述聚烯烴(B)之主成分為聚乙烯。 [18]如上述態樣1至17中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之孔隙率為20%以上70%以下。 [19]如上述態樣1至18中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴(A)之主成分為聚丙烯,且 上述聚丙烯之負載2.16 kg及溫度230℃下之熔體流動速率(MFR)為0.6 g/10分鐘以下。 [20]一種蓄電裝置,其具備如上述態樣1至19中任一項之蓄電裝置用分隔件。 [21]一種蓄電裝置用分隔件,其係具備微多孔層者者,並且 上述微多孔層含有具有0.7 g/10分鐘以下之負載2.16 kg及溫度230℃下之熔體流動速率(MFR)之聚烯烴, 上述蓄電裝置用分隔件之熔斷短路試驗中之短路溫度為200℃以上, 對上述蓄電裝置用分隔件以105℃進行1小時熱處理時之橫向(TD)之熱收縮率及機械方向(MD)之熱收縮率分別為TD≦1%及MD≦4%。 [22]如上述態樣21之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴係以聚丙烯為主成分。 [23]如上述態樣21或22之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴之重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)為7以下。 [24]如上述態樣21至23中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中上述熔斷短路試驗中之熔斷溫度為150℃以下。 [25]如上述態樣21至24中任一項之蓄電裝置用分隔件,其具有以聚丙烯為主成分之微多孔層與以聚乙烯為主成分之微多孔層之多層結構。 [26]如上述態樣21至25中任一項之蓄電裝置用分隔件,其中於上述微多孔層之廣角X射線散射測定中,機械方向(MD)之配向比率相對於橫向(TD)之配向比率之比MD/TD為1.3以上。 [27]如上述態樣21至26中任一項之蓄電裝置用分隔件,其厚度為18 μm以下,孔隙率為42%以上,厚度換算為14 μm時之透氣阻力度為250秒/100 cm 3以下。 [28]一種蓄電裝置,其具備如上述態樣21至27中任一項之蓄電裝置用分隔件。 [發明之效果]
根據本發明之一態樣(更具體而言本發明之第一態樣),可提供一種高強度且可抑制鋰離子二次電池等蓄電裝置內之堵塞之蓄電裝置用分隔件。根據特定之態樣,可提供一種具有高強度(尤其高穿刺強度)及高溫下之高尺寸穩定性,並且高輸出且能夠薄膜化之蓄電裝置用分隔件,該蓄電裝置用分隔件有助於蓄電裝置之高安全性。
進而,根據本發明之一態樣(更具體而言本發明之第二態樣),可提供一種具有高強度、高安全性、及高溫下之高尺寸穩定性,且能夠薄膜化之蓄電裝置用分隔件。
再者,上述記載並未揭示本發明之全部實施方式及本發明相關之全部優點。本發明之其他實施方式及其優點藉由參考以下記載而明確。
以下,以例示之目的詳細說明本發明之實施方式(以下稱為「本實施方式」),但本發明不限定於本實施方式。
《蓄電裝置用分隔件》
本發明之蓄電裝置用分隔件於一態樣中,具備一層或兩層以上之含有聚烯烴或以聚烯烴為主成分之微多孔層。於一態樣中,微多孔層或構成其之聚烯烴具有特定之熔體流動速率(MFR)。於一態樣中,蓄電裝置用分隔件具有1個以上之本發明中言及之優點。以下,對作為本發明之非限定之例示態樣之第一及第二態樣進行說明。
(1)第一態樣 <微多孔層> 第一態樣之蓄電裝置用分隔件具備含有聚烯烴之微多孔層,於一態樣中,具備以聚烯烴為主成分之微多孔層。於本實施方式中,所謂微多孔層係指構成蓄電裝置用分隔件之一層微多孔層,亦可積層二層以上而以多層使用。於一態樣中,蓄電裝置用分隔件具有以聚烯烴(A)為主成分之微多孔層(X)。蓄電裝置用分隔件根據所需可進而具備以聚烯烴(B)為主成分之微多孔層(Y)。
再者,於分隔件包含多層微多孔層之情形時,亦可藉由將膠帶貼於分隔件端部並進行拉拽,而容易地剝離各微多孔層並回收,從而測定下述熔融張力、熔體流動速率(MFR)、分子量、長孔徑、孔隙率、厚度等物性。
<微多孔層(X)> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件具有微多孔層(X)。蓄電裝置用分隔件可僅具有一層微多孔層(X),亦可具有二層以上。本實施方式中之以聚烯烴(A)為主成分係指以該微多孔層(X)之總質量為基準,含有50質量%以上之聚烯烴(A)。作為微多孔層(X)中之聚烯烴(A)之含量之下限,就分隔件對電解液之潤濕性、薄膜化、及關閉(shut down)特性等觀點而言,於一態樣中為50質量%以上,較佳為55質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上或95質量%以上。微多孔層(X)中之聚烯烴(A)之含量之上限例如可為60質量%以下、70質量%以下、80質量%以下、90質量%以下、95質量%以下、98質量%以下或99質量%以下,亦可為100質量%。
<聚烯烴(A)> 本實施方式之聚烯烴(A)係含有具有碳-碳雙鍵之單體作為重複單元之聚合物。作為構成聚烯烴(A)之單體,並無限定,可例舉具有碳-碳雙鍵之碳數1以上10以下之單體,例如乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、及1-辛烯等。聚烯烴(A)例如為均聚物、共聚物或多段聚合之聚合物等,較佳為均聚物。
作為聚烯烴(A),具體而言,就關閉特性等觀點而言,較佳為聚乙烯、聚丙烯、乙烯與丙烯之共聚物、及該等之混合物。聚烯烴(A)更佳為含有聚丙烯或為聚丙烯。就同樣之觀點而言,聚丙烯相對於作為微多孔層(X)之主成分之聚烯烴(A)之比率之下限較佳為50質量%以上,更佳為60質量%以上,進而較佳為70質量%以上。聚丙烯相對於作為微多孔層(X)之主成分之聚烯烴(A)之比率之下限較佳為100質量%以下。
聚丙烯之立體規則性並無限定,例如可例舉:雜排、同排或對排之聚丙烯等。本實施方式之聚丙烯較佳為高結晶性之同排或對排之均聚物。
可用作聚烯烴(A)之聚丙烯較佳為均聚物,亦可為將丙烯以外之共聚單體,例如α-烯烴共聚單體共聚而成之共聚物,例如嵌段聚合物。聚丙烯之作為重複單元而含有之丙烯結構之量之下限例如可為70莫耳%以上、80莫耳%以上、90莫耳%以上、95莫耳%以上或99莫耳%以上。存在於聚丙烯中含有丙烯結構以外之重複單元之情形。於該情形時,源自共聚單體之重複單元(其中,丙烯結構除外)之量之上限例如可為30莫耳%以下、20莫耳%以下、10莫耳%以下、5莫耳%以下或1莫耳%以下。聚丙烯可單獨使用一種或混合兩種以上使用。
聚烯烴(A)之重量平均分子量(Mw)之下限就微多孔層(X)之強度等觀點而言,較佳為300,000以上,更佳為500,000以上,進而較佳為600,000以上,進而更佳為700,000以上,尤佳為800,000以上。聚烯烴(A)之重量平均分子量(Mw)之上限就增大微多孔層(X)之孔徑,抑制堵塞從而獲得高輸出之觀點而言,較佳為1,500,000以下,更佳為1,300,000以下,進而較佳為1,100,000以下,進而更佳為1,000,000以下,尤佳為960,000以下。
聚烯烴(A)之重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)之上限值較佳為7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。Mw/Mn之值越小,分子彼此之纏結越少,故而存在所獲得之微多孔層(X)之熔融張力亦變小之傾向。因此,若聚烯烴(A)之Mw/Mn之值為7以下,則可將微多孔層(X)之熔融張力控制為較低,從而以更薄之薄膜且穩定地製作微多孔層(X),故而較佳。又,聚烯烴(A)之Mw/Mn之下限值較佳為1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。藉由使Mw/Mn為1以上,存在維持適度之分子纏結,成膜時之穩定性變得良好之傾向。
先前之分隔件較多為厚度20 μm至40 μm者,尤其於具有多層結構之分隔件中,難以製作比上述更薄膜之分隔件。認為其原因在於:若使用高分子量之聚烯烴,則成膜時之熔融張力變高,難以穩定地生成薄膜之微多孔層。將聚烯烴(A)之分子量及Mw/Mn所表示之分子量分佈控制為上述說明之數值範圍內就製作更薄膜之分隔件之觀點而言有利。
於聚烯烴(A)含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,聚丙烯之重量平均分子量(Mw)之下限就微多孔層(X)之強度等觀點而言,較佳為300,000以上,更佳為500,000以上,進而較佳為600,000以上,進而更佳為700,000以上,尤佳為800,000以上。聚丙烯之Mw之上限就增大微多孔層之孔徑,抑制堵塞之觀點而言,較佳為1,500,000以下,更佳為1,300,000以下,進而較佳為1,100,000以下,進而更佳為1,000,000以下,尤佳為960,000以下。
於聚烯烴(A)含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,聚丙烯之重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)之上限值較佳為7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。聚丙烯之Mw/Mn之值越小,存在所獲得之微多孔層(X)之熔融張力亦變得越小之傾向。因此,聚丙烯之Mw/Mn之值為7以下可將微多孔層(X)之熔融張力控制為30 mN以下,故而較佳。又,聚丙烯之Mw/Mn較佳為1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。藉由使聚丙烯之Mw/Mn為1以上,存在維持適度之分子纏結,成膜時之穩定性變得良好之傾向。
再者於本實施方式中,微多孔層(X)、微多孔層(Y)、聚烯烴(A)及聚烯烴(B)之各自之重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)及Mw/Mn係藉由GPC(凝膠滲透層析法)測定而獲得之聚苯乙烯換算之分子量。
聚烯烴(A)之密度之下限較佳為0.85 g/cm 3以上、0.88 g/cm 3以上、0.89 g/cm 3以上或0.90 g/cm 3以上。聚烯烴(A)之密度之上限較佳為1.1 g/cm 3以下、1.0 g/cm 3以下、0.98 g/cm 3以下、0.97 g/cm 3以下、0.96 g/cm 3以下、0.95 g/cm 3以下、0.94 g/cm 3以下、0.93 g/cm 3以下或0.92 g/cm 3以下。聚烯烴(A)之密度與聚烯烴(A)之結晶性相關聯,藉由使聚烯烴(A)之密度為0.85 g/cm 3以上,微多孔層(X)之開孔性提高,尤其於以乾式將樹脂原片進行多孔化之方法(以下稱為乾式法)中有利。
<微多孔層(X)之熔融張力> 作為溫度230℃下測定時之微多孔層(X)之熔融張力(單層之熔融張力)之上限值,就微多孔層(X)之成形性之觀點而言,較佳為40 mN以下、38 mN以下、35 mN以下、30 mN以下或25 mN以下。作為微多孔層(X)之熔融張力(單層之熔融張力)之下限值,就微多孔層(X)之強度等觀點而言,較佳為10 mN以上、15 mN以上、16 mN以上、17 mN以上、20 mN以上或24 mN以上。
於聚烯烴(A)含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,作為溫度230℃下測定時之聚丙烯之熔融張力之上限值,就微多孔層(X)之成形性之觀點而言,較佳為30 mN以下或25 mN以下。作為聚丙烯之熔融張力之下限值,就微多孔層(X)之強度等觀點而言,較佳為10 mN以上、15 mN以上或20 mN以上。
<微多孔層(X)之熔體流動速率(MFR)> 作為負載2.16 kg、溫度230℃下測定時之微多孔層(X)或構成其之聚烯烴(A)之熔體流動速率(MFR)(即單層之MFR)之上限值,就獲得高強度之分隔件之觀點而言,於一態樣中為0.9 g/10分鐘以下,例如可為0.85 g/10分鐘以下、0.7 g/10分鐘以下、0.65 g/10分鐘以下、0.6 g/10分鐘以下、或0.55 g/10分鐘以下、或0.5 g/10分鐘以下。作為微多孔層(X)或聚烯烴(A)之MFR(單層之MFR)之下限值,就微多孔層(X)之成形性等觀點而言,例如可為0.15 g/10分鐘以上、0.2 g/10分鐘以上、0.25 g/10分鐘以上、0.3 g/10分鐘以上、0.35 g/10分鐘以上、0.38 g/10分鐘以上、或0.4 g/10分鐘以上、0.45 g/10分鐘以上、0.50 g/10分鐘以上、0.55 g/10分鐘以上、0.60 g/10分鐘以上、0.65 g/10分鐘以上、或0.70 g/10分鐘以上。
藉由使微多孔層(X)中所含之聚烯烴(A)之分子量較高,存在微多孔層(X)之MFR成為0.9 g/10分鐘以下之傾向。藉由使聚烯烴之分子量較高,將結晶質彼此結合之結合分子變多,故而存在可獲得高強度之微多孔層之傾向。於一態樣中,聚烯烴(A)之以Mw/Mn表示之分子量分佈為7以下且MFR為0.9 g/10分鐘以下,尤其0.6 g/10分鐘以下之情形時,就獲得高強度且薄膜之蓄電裝置用分隔件之觀點而言有利。於一態樣中,藉由使微多孔層(X)之MFR為0.15 g/10分鐘以上,微多孔層(X)之熔融張力不會變得過高,更容易獲得高強度、高輸出且薄膜之分隔件。
於聚烯烴(A)含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,作為負載2.16 kg、溫度230℃下測定時之聚丙烯之MFR之上限值,就獲得高強度之分隔件之觀點而言,較佳為0.9 g/10分鐘以下、0.85 g/10分鐘以下、0.8 g/10分鐘以下、0.7 g/10分鐘以下、0.65 g/10分鐘以下、0.6 g/10分鐘以下、0.55 g/10分鐘以下或0.5 g/10分鐘以下。作為聚丙烯之MFR之下限值,就微多孔層(X)之成形性等觀點而言,較佳為0.2 g/10分鐘以上、0.25 g/10分鐘以上、0.3 g/10分鐘以上、0.35 g/10分鐘以上、0.4 g/10分鐘以上、0.45 g/10分鐘以上或0.5 g/10分鐘以上。
<微多孔層(X)之分子量> 作為微多孔層(X)之重量平均分子量(Mw)之下限,就微多孔層(X)之強度之觀點及微多孔層(X)之MFR之觀點而言,較佳為500,000以上,更佳為700,000以上。作為微多孔層(X)之Mw之上限,就增大微多孔層(X)之孔徑,抑制堵塞從而獲得高輸出之觀點而言,較佳為1,500,000以下,更佳為1,100,000以下。
作為微多孔層(X)之Mw除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)之上限,就微多孔層(X)之強度之觀點,將微多孔層(X)之熔融張力控制為較低從而使之較薄之觀點,及增大微多孔層(X)之孔徑,抑制堵塞從而獲得高輸出之觀點而言,較佳為6以下、5.5以下或5以下。作為微多孔層(X)之Mw/Mn之下限,就微多孔層(X)之穩定性之觀點而言,較佳為1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。
<五員組分率> 於聚烯烴(A)含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,於本實施方式中,作為藉由 13C-NMR(核磁共振法)而測定之聚丙烯之五員組分率之下限值,就獲得低透氣度之微多孔層(X)之觀點而言,較佳為94.0%以上、95.0%以上、96.0%以上、96.5%以上、97.0%以上、97.5%以上、98.0%以上、98.5%以上或99.0%以上。聚丙烯之五員組分率之上限值例如可為99.9%以下、99.8%以下或99.5%以下。
若聚丙烯之五員組分率為94.0%以上,則聚丙烯之結晶性變高。藉由延伸開孔法,尤其乾式法而獲得之分隔件係藉由使存在於複數個結晶質部分之間之非晶質部分延伸而開孔,故而若聚丙烯之結晶性較高,則開孔性變得良好,孔隙率、及於利用掃描式電子顯微鏡(SEM)之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑可增大,可將透氣度控制為較低,故而較佳。於使用高分子量之聚丙烯之情形時,強度變高,但分子鏈彼此之纏結變大,由此導致開孔性變差,結果難以獲得低透氣度。認為其係於乾式法中難以使用高分子量之聚丙烯之一大原因。相對於此,藉由使用如五員組分率較高之聚丙烯之結構控製得非常良好之聚丙烯,即使使用高分子量之聚丙烯,亦可獲得高開孔性。更佳為藉由使用此種結構經控制之聚丙烯,且對製造製程賦予經控制之製造條件,即使使用高分子量之聚丙烯,亦可獲得更高之開孔性。
<微多孔層(X)之平均長孔徑及最大長孔徑> 於本實施方式之蓄電裝置用分隔件中,於利用掃描式電子顯微鏡(SEM)之MD-TD表面觀察之情形時,存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑較佳為100 nm以上且/或400 nm以下。於本發明中,所謂機械方向(MD)係表示微多孔層之成膜方向,所謂橫向(TD)係表示與微多孔層之該成膜方向垂直之方向,所謂法線方向(ND)係表示微多孔層之厚度方向(即與MD及TD垂直之方向)。作為具有微多孔層之分隔件之MD,若為滾筒則為長度方向。存在於該MD-TD表面之孔之平均長孔徑為該範圍之情形時,存在有助於抑制鋰離子二次電池等蓄電裝置內之堵塞及調整分隔件之透氣度之傾向。
於藉由SEM之MD-TD表面觀察中,作為存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之下限,就抑制蓄電裝置內之堵塞之觀點而言,較佳為100 nm以上,更佳為130 nm以上,進而較佳為140 nm以上。於藉由SEM之MD-TD表面觀察中,作為存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之上限,就抑制蓄電裝置內之短路之觀點而言,較佳為400 nm以下,更佳為350 nm以下,進而較佳為300 nm以下。
於藉由SEM之ND-MD截面觀察中,作為存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之下限,就抑制蓄電裝置內之堵塞之觀點而言,較佳為100 nm以上,更佳為130 nm以上,進而較佳為140 nm以上。於藉由SEM之ND-MD截面觀察中,作為存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之上限,就抑制蓄電裝置內之短路之觀點而言,較佳為400 nm以下,更佳為350 nm以下,進而較佳為300 nm以下。
於藉由SEM之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,作為存在於微多孔層(X)之孔之最大長孔徑之下限,就抑制蓄電裝置內之堵塞之觀點而言,較佳為100 nm以上,更佳為150 nm以上,更佳為200 nm以上,更佳為220 nm以上,進而較佳為230 nm以上。於藉由SEM之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,作為存在於微多孔層(X)之孔之最大長孔徑之上限,就抑制蓄電裝置內之短路之觀點而言,較佳為400 nm以下,更佳為375 nm以下,進而較佳為360 nm以下,尤佳為350 nm以下。
再者,於本發明中,平均長孔徑係於藉由SEM之微多孔層之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,基於存在於微多孔層之各孔之面積而算出之長徑之面積平均值。最大長孔徑係於藉由SEM之微多孔層之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,存在於微多孔層之各孔之長徑中之最大者。平均長孔徑及最大長孔徑可藉由如下方式測定:對分隔件之MD-TD表面(於求取存在於MD-TD表面之孔之平均長孔徑之情形時)或ND-MD截面(於求取存在於ND-MD截面之孔之平均長孔徑之情形時)進行SEM(掃描式電子顯微鏡)觀察,對所獲得之SEM圖像之4 μm×4 μm之範圍進行圖像解析。詳細條件示於實施例。
若於藉由SEM之微多孔層之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,微多孔層之平均長孔徑及最大長孔徑變大,則分隔件之透氣度下降,蓄電裝置內之堵塞減少,藉此可期待鋰離子電池等蓄電裝置之壽命提昇。又,若微多孔層(X)之平均長孔徑及最大長孔徑過大,則擔心含有微多孔層(X)之分隔件之強度與絕緣性下降,導致蓄電裝置之安全性下降。
<微多孔層(X)之MFR與平均長孔徑之兼顧> 於本實施方式之蓄電裝置用分隔件中,微多孔層(X)較佳為MFR為0.90 g/10分鐘以下,且於表面或截面SEM觀察之情形時MD-TD表面或ND-MD截面中之平均長孔徑為100 nm以上。先前,於具有多層結構之分隔件,尤其藉由乾式法而獲得之多層分隔件中,製造時不使用塑化劑,故而非常難以使MFR成為較低之0.90 g/10分鐘以下且將MD-TD表面或ND-MD截面中之平均長孔徑增大為100 nm以上。於MFR為較低之0.90 g/10分鐘以下,即聚烯烴之分子量較高之情形時,延伸開孔時難以開孔,即使開孔,亦存在平均長孔徑變小之傾向。又,即使於如上所述之將透氣度調整為200秒/100 cm 3左右之先前技術中,若分隔件之平均長孔徑較小,則亦存在難以抑制蓄電裝置內之堵塞之傾向。進而,多層結構之分隔件必須特別將各層之膜厚設為較薄。例如,若為厚度18 μm之三層結構之分隔件,則於將各層之厚度比設為1:1:1之情形時,必須使各層之厚度為6 μm。於此種薄膜中,更難以於使用高分子量之聚烯烴之同時實現大孔徑。於本實施方式中,並不限定於此,藉由應用如下述《蓄電裝置用分隔件之製造方法》項中例示之精密控制之成膜及延伸條件、及/或使用控制五員組分率之聚丙烯作為聚烯烴,即使於以低MFR(即高分子量)之聚烯烴為主成分之微多孔層(X)中,亦可將藉由SEM之微多孔層(X)之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中之平均長孔徑控制為上述範圍。
<微多孔層(X)之孔隙率> 作為本實施方式之微多孔層(X)之孔隙率之下限,就抑制蓄電裝置內之堵塞之觀點及控制分隔件之透氣度之觀點而言,較佳為20%以上,更佳為25%以上,進而較佳為30%以上,進而更佳為35%以上,尤佳為40%以上。作為微多孔層(X)之孔隙率之上限,就保持分隔件之強度之觀點而言,較佳為70%以下,更佳為65%以下,進而較佳為60%以下,尤佳為55%以下。孔隙率係藉由實施例中記載之方法而測定。
<微多孔層(X)之厚度> 作為本實施方式之微多孔層(X)之厚度之上限值,就蓄電裝置之高能量密度化等觀點而言,較佳為10 μm以下、8 μm以下、7 μm以下、6 μm以下、5 μm以下、4.5 μm以下或4 μm以下。作為微多孔層(X)之厚度之下限值,就強度等觀點而言,較佳為1 μm以上、2 μm以上、3 μm以上或3.5 m以上。
<添加劑> 於本實施方式中,以聚烯烴(A)為主成分之微多孔層(X)除聚烯烴(A)以外,視需要可進而含有彈性體、流動改質材(例如氟系流動改質材)、蠟類、結晶成核劑、抗氧化劑、脂肪族羧酸金屬鹽等金屬皂類、紫外線吸收劑、光穩定劑、抗靜電劑、防霧劑、著色顏料、填料等添加劑。
<微多孔層(Y)> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件可具有以聚烯烴(B)為主成分之微多孔層(Y)。此處,本實施方式之蓄電裝置用分隔件可僅具有一層微多孔層(Y),亦可具有二層以上。本實施方式中之以聚烯烴(B)為主成分係指以該微多孔層(Y)之總質量為基準,含有50質量%以上之聚烯烴(B)。作為微多孔層(Y)中之聚烯烴(B)之含量之下限,就分隔件對電解液之潤濕性、薄膜化、及關閉特性等觀點而言,較佳為55質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上或95質量%以上。微多孔層(Y)中之聚烯烴(B)之含量之上限例如可為60質量%以下、70質量%以下、80質量%以下、90質量%以下、95質量%以下、98質量%以下或99質量%以下,亦可為100質量%。
<聚烯烴(B)> 本實施方式中之聚烯烴(B)係含有具有碳-碳雙鍵之單體作為重複單元,且與本實施方式之聚烯烴(A)之分子結構(更具體而言,化學組成、分子量及結晶結構之至少一個)不同之聚合物。作為構成聚烯烴(B)之單體,並無限定,可例舉:具有碳-碳雙鍵之碳原子數1以上10以下之單體,例如乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、及1-辛烯等。聚烯烴(B)例如為均聚物、共聚物或多段聚合聚合物等,較佳為均聚物。
作為聚烯烴(B),具體而言,就關閉特性等觀點而言,較佳為聚乙烯、聚丙烯、乙烯與丙烯之共聚物、及該等之混合物。聚烯烴(B)更佳為含有聚乙烯或為聚乙烯。
於使用聚乙烯作為聚烯烴(B)之情形時,作為負載2.16 kg、溫度190℃下測定之聚乙烯之MFR之下限,就良好之開孔性及抑制堵塞之觀點而言,較佳為0.1 g/10分鐘以上,更佳為0.15 g/10分鐘以上,進而較佳為0.18 g/10分鐘以上,尤佳為0.2 g/10分鐘以上。作為聚乙烯之MFR之上限,就分隔件之強度之觀點而言,較佳為2.0 g/10分鐘以下,更佳為1.0 g/10分鐘以下,進而較佳為0.8 g/10分鐘以下,尤佳為0.5 g/10分鐘以下。
<微多孔層(Y)之平均長孔徑> 於本實施方式中,於藉由SEM之ND-MD截面觀察之情形時,作為存在於微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑之下限,就抑制堵塞及分隔件之低透氣度之觀點而言,較佳為100 nm以上,更佳為150 nm以上,進而較佳為200 nm以上。於藉由SEM之ND-MD截面觀察中,作為存在於微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑之上限,就抑制鋰離子電池等蓄電裝置內之短路之觀點而言,較佳為2000 nm以下,更佳為1000 nm以下。
於藉由SEM之ND-MD截面觀察中,存在於微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑較佳為大於存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑。於該情形時,可更有效地抑制堵塞。再者,對微多孔層(X)與微多孔層(Y)比較ND-MD截面觀察中之平均長孔徑時,於微多孔層(X)存在二層以上之情形及微多孔層(Y)存在二層以上之情形之各情形時,可將該二層以上之各層之平均長孔徑以該各層之層厚進行算術平均,將所獲得之值定為微多孔層(X)之平均長孔徑或微多孔層(Y)之平均長孔徑。藉此,可適宜地對微多孔層(X)與微多孔層(Y)比較ND-MD截面觀察中之平均長孔徑。
於較佳之一態樣之蓄電裝置用分隔件中, 蓄電裝置用分隔件具有微多孔層(X)與微多孔層(Y), 該微多孔層(X)之負載2.16 kg及溫度230℃下之熔體流動速率(MFR)為0.9 g/10分鐘以下, 於利用掃描式電子顯微鏡(SEM)之微多孔層(X)及微多孔層(Y)之ND-MD截面觀察中, 存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑為100 nm以上400 nm以下,且 存在於微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑大於存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑。如上所述,於使用高分子量之聚烯烴作為微多孔層之構成材料之情形時,由於成膜性及延伸時之開孔性欠缺,微多孔層之孔徑變小。於使用此種微多孔層作為鋰離子二次電池等蓄電裝置之分隔件之情形時,易於產生因沈積物引起之堵塞。於多層結構之分隔件中,就電池特性之觀點而言,分隔件總厚受到限制,故而期望將各層制為較薄。然而,於多層結構之總厚與各層之厚度之制約下,使用高分子量之聚烯烴而形成之微多孔層之孔徑變得更小,存在因沈積物引起之堵塞變得顯著之傾向。具有上述構成之蓄電裝置用分隔件於高強度且可抑制蓄電裝置內之堵塞之方面尤其有利。
<微多孔層(X)與微多孔層(Y)之平均長孔徑之比率> 於本實施方式中,於藉由SEM之微多孔層(X)及微多孔層(Y)之ND-MD截面觀察之情形時,存在於微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑較佳為大於存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑,更佳為存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之1.2倍以上10倍以下。即,存在於微多孔層(Y)之ND-MD截面之孔之平均長孔徑於某特定範圍內大於存在於微多孔層(X)之ND-MD截面之孔之平均長孔徑之情形時有利。藉由使分隔件具備如下之微多孔層(Y),可有效地抑制堵塞,上述微多孔層(Y)具有於藉由SEM之ND-MD截面觀察中,大於存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑,尤其為存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之1.2倍以上之平均長孔徑。就抑制蓄電裝置內之短路之觀點而言,於藉由SEM之ND-MD截面觀察中,存在於微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑較佳為存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之10倍以下。於藉由SEM之ND-MD截面觀察中,存在於微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑相對於存在於微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之比率更佳為1.4倍以上,更佳為8倍以下。
<微多孔層(Y)之厚度> 作為本實施方式之微多孔層(Y)之厚度之上限值,就蓄電裝置之高能量密度化等觀點而言,較佳為10 μm以下、8 μm以下、7 μm以下、6 μm以下、5 μm以下、4.5 μm以下或4 μm以下。作為微多孔層(Y)之厚度之下限值,就強度等觀點而言,較佳為1 μm以上、2 μm以上、3 μm以上或3.5 μm以上。
<多層結構> 蓄電裝置用分隔件可為單層或多層。於一態樣中,蓄電裝置用分隔件可為以上述說明之聚烯烴(A)為主成分之微多孔層(X)之單層或多層,亦可具有積層有一層或二層以上之該微多孔層(X)與一層或二層以上之以聚烯烴(B)為主成分之微多孔層(Y)之多層結構。以聚烯烴(B)為主成分之進而具有之微多孔層(Y)於一態樣中,可為具有關於微多孔層(X)而於上述說明之特性(例如特定之熔體流動速率(MFR)及分子量分佈(Mw/Mn)等中之1個以上)之聚乙烯微多孔層,於一態樣中,可為不具有該等特性之聚乙烯微多孔層。又,微多孔層(Y)亦可為聚丙烯微多孔層。聚乙烯具有適合於熔融關閉之熔點,故而就關閉特性之觀點而言,微多孔層(Y)較佳為以聚乙烯為主成分。
多層結構係指包含以本實施方式之聚烯烴(A)為主成分之微多孔層(X)之二層以上之結構。作為層構成,可較佳地例舉:微多孔層(X)/微多孔層(Y)之二層結構、微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之三層結構、微多孔層(Y)/微多孔層(X)/微多孔層(Y)之三層結構等。又,蓄電裝置用分隔件可具有微多孔層(X)及微多孔層(Y)以外之層。作為微多孔層(X)及微多孔層(Y)以外之層,例如可例舉:含有無機物之層或含有耐熱熱樹脂之層。
於一態樣中,較佳為積層有三層以上之微多孔層之多層結構。多層結構進而較佳為具有以本實施方式之聚烯烴(A)為主成分之微多孔層(X)之至少二層與以聚烯烴(B)為主成分之微多孔層(Y)之至少一層。多層結構進而更佳為具有以聚丙烯為主成分之微多孔層(X)(PP微多孔層)之至少二層與以聚乙烯為主成分之微多孔層(Y)(PE微多孔層)之至少一層。
多層結構無論以何種順序積層,均可為表現本實施方式之優點,但尤佳為具有以PP微多孔層/PE微多孔層/PP微多孔層之順序積層之三層結構。藉由具有PP微多孔層/PE微多孔層/PP微多孔層之三層結構,可具備由PE微多孔層帶來之良好之關閉特性,並且藉由PP微多孔層而維持良好之機械強度。該PP微多孔層較佳為具有上述說明之特定之熔體流動速率(MFR)等之微多孔層(X)。
<分隔件之厚度> 作為本實施方式之蓄電裝置用分隔件之厚度之上限值,就蓄電裝置之高能量密度化等觀點而言,較佳為25 μm以下、22 μm以下、20 μm以下、18 μm以下、17 μm以下、16.5 μm以下、16 μm以下、15.5 μm以下、15 μm以下、14.5 μm以下、14 μm以下或12 μm以下。作為本實施方式之蓄電裝置用分隔件之厚度之下限值,就強度等觀點而言,較佳為6 μm以上、7 μm以上、8 μm以上、9 μm以上、10 μm以上或11 μm以上。
<分隔件之孔隙率> 作為蓄電裝置用分隔件之孔隙率之下限,就抑制蓄電裝置內之堵塞之觀點及控制分隔件之透氣度之觀點而言,較佳為20%以上,更佳為25%以上,進而較佳為30%以上,尤佳為35%以上。作為蓄電裝置用分隔件之孔隙率之上限,就保持分隔件之強度之觀點而言,較佳為70%以下,更佳為65%以下,進而較佳為60%以下,尤佳為55%以下。孔隙率係藉由實施例中記載之方法而測定。
<分隔件之透氣度(透氣阻力度)> 作為蓄電裝置用分隔件之透氣度之上限值,於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為14 μm之情形時,較佳為300秒/100 cm 3以下、290秒/100 cm 3以下、280秒/100 cm 3以下、270秒/100 cm 3以下、或250秒/100 cm 3以下、180秒/100 cm 3以下、170秒/100 cm 3以下、160秒/100 cm 3以下、150秒/100 cm 3以下、或140秒/100 cm 3以下。作為蓄電裝置用分隔件之透氣度之下限值,於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為14 μm之情形時,例如可為50秒/100 cm 3以上、60秒/100 cm 3以上、70秒/100 cm 3以上、100秒/100 cm 3以上、110秒/100 cm 3以上或120秒/100 cm 3以上。
作為蓄電裝置用分隔件之透氣度之上限值,於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為16 μm之情形時,較佳為250秒/100 cm 3以下、240秒/100 cm 3以下、230秒/100 cm 3以下、200秒/100 cm 3以下或180秒/100 cm 3以下。作為蓄電裝置用分隔件之透氣度之下限值,於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為16 μm之情形時,例如可為50秒/100 cm 3以上、60秒/100 cm 3以上或70秒/100 cm 3以上。
<穿刺強度> 蓄電裝置用分隔件之穿刺強度之下限值於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為14 μm之情形時,較佳為230 gf以上、240 gf以上、250 gf以上、260 gf以上、280 gf以上、或300 gf以上、310 gf以上、320 gf以上、330 gf以上、340 gf以上、350 gf以上、或360 gf以上。蓄電裝置用分隔件之穿刺強度之上限值於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為14 μm之情形時,較佳為550 gf以下、500 gf以下或480 gf以下。於尤佳之態樣中,蓄電裝置用分隔件之厚度為8 μm以上18 μm以下且上述穿刺強度為230 gf以上。
蓄電裝置用分隔件之穿刺強度之下限值於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為16 μm之情形時,較佳為230 gf以上、240 gf以上、250 gf以上、260 gf以上、280 gf以上、300 gf以上或320 gf以上。蓄電裝置用分隔件之穿刺強度之上限值於蓄電裝置用分隔件之厚度換算為16 μm之情形時,較佳為550 gf以下、500 gf以下或480 gf以下。
<厚度、透氣度及穿刺強度之平衡> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件如上述所說明,藉由使用以具有特定之熔融張力及熔體流動速率(MFR)之聚烯烴為主成分之微多孔層,可獲得薄膜並且低透氣度且高強度之蓄電裝置用分隔件。例如,本實施方式之蓄電裝置用分隔件進而較佳為包含微多孔層之多層結構,多層結構之厚度為18 μm以下,該多層結構之厚度換算為14 μm時之透氣度為300秒/100 cm 3以下,且厚度換算為14 μm時之穿刺強度為300 gf以上。進而更佳為多層結構之厚度為18 μm以下,多層結構中所含之本實施方式之微多孔層之厚度(作為單層之厚度)為6 μm以下,該多層結構之厚度換算為14 μm時之透氣度為300秒/100 cm 3以下,且穿刺強度為300 gf以上。
<分隔件之拉伸試驗特性> 於本實施方式之蓄電裝置用分隔件之拉伸試驗中,機械方向之拉伸強度(SMD)與橫向之拉伸強度(STD)之比(SMD/STD)較佳為滿足下述關係。 SMD/STD>5 SMD/STD超過5之分隔件可用作高強度分隔件。作為高強度分隔件,更佳為SMD/STD≧7,進而較佳為SMD/STD≧10,進而更佳為SMD/STD≧12,尤佳為SMD/STD≧14。SMD/STD之上限並無限定,就分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為SMD/STD≦20。再者,分隔件之拉伸試驗係藉由實施例之項目中記載之方法進行。
<熱收縮率> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件之以105℃熱處理1小時後之熱收縮率於TD中為1%以下,於MD中為4%以下,且以120℃熱處理1小時後之熱收縮率於TD中為1%以下,於MD中為10%以下。以105℃熱處理後之熱收縮率係於蓄電裝置使用時,尤其於置於嚴苛之高溫環境下之情形時或於異常發熱狀態等情形時蓄電裝置用分隔件之尺寸穩定性之指標。以120℃熱處理後之熱收縮率係於蓄電裝置使用時,尤其於蓄電裝置處於異常狀態之條件下蓄電裝置用分隔件之尺寸穩定性之指標。本實施方式之蓄電裝置用分隔件藉由將以105℃熱處理1小時後及以120℃熱處理1小時後之TD及MD之熱收縮率控制為特定範圍內,可保證電池等蓄電裝置之內部之高溫時之尺寸穩定性,可抑制蓄電裝置之異常狀態,確保良好之裝置特性。本發明之熱收縮率之測定方法之詳細內容於實施例中說明。
以105℃熱處理1小時後之TD之熱收縮率就蓄電裝置內部之尺寸穩定性之觀點而言,於一態樣中為1%以下,較佳為0.9%以下,更佳為0.8%以下。TD之該熱收縮率越低越佳,但就蓄電裝置用分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為-1%以上、-0.5%以上或0%以上。又,以105℃熱處理1小時後之MD之熱收縮率就蓄電裝置內部之尺寸穩定性之觀點而言,於一態樣中為4%以下,較佳為3.8%以下,更佳為3.5%以下,進而較佳為3.2%以下,尤佳為3%以下,最佳為2.7%以下。MD之該熱收縮率越低越佳,但就蓄電裝置用分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為0%以上、0.5%以上或1%以上。
作為以120℃熱處理1小時後之TD之熱收縮率,就蓄電裝置內部之尺寸穩定性之觀點而言,於一態樣中為1%以下,較佳為0.9%以下,更佳為0.8%以下。TD之該熱收縮率越低越佳,但就蓄電裝置用分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為-1%以上、-0.5%以上或0%以上。又,作為以120℃熱處理1小時後之MD之熱收縮率,就蓄電裝置內部之尺寸穩定性之觀點而言,於一態樣中為10%以下,較佳為9.0%以下,更佳為8.5%以下,進而較佳為8.0%以下,尤佳為7.5%以下,最佳為7.0%以下。MD之該熱收縮率越低越佳,但就蓄電裝置用分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為0%以上、0.5%以上或1%以上。
<透氣度、穿刺強度及熱收縮率之平衡> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件使用以具有特定之熔體流動速率(MFR)之聚烯烴(A)為主成分之微多孔層(X),為低透氣度、高強度且低熱收縮率。通常而言,對低MFR,即高分子量之聚烯烴而言,聚合物彼此之纏結較大,故而使用其之分隔件之開孔性並不充分,其結果,難以將透氣度控制為較低。故而,於先前之分隔件中,無法使用分子量充分高之聚烯烴,存在穿刺強度不充分之傾向,或於使用高分子量之聚烯烴之情形時,開孔性變得不充分,難以達成低透氣度、大孔徑。如此,先前,低透氣度與高強度(尤其高穿刺強度)存在相反之關係。進而,於先前之乾式分隔件中,存在MD之熱收縮率較高之傾向,非常難以獲得兼顧高強度、低透氣度及低熱收縮率之三個項目之分隔件。本實施方式之蓄電裝置用分隔件藉由於微多孔層(X)中使用特定之聚烯烴(A),可兼具低透氣度、高穿刺強度及低熱收縮率。此種蓄電裝置用分隔件並不限定於此,可藉由應用如下述《蓄電裝置用分隔件之製造方法》項中例示之精密控制之成膜及延伸條件、及/或使用控制五員組分率之聚丙烯作為聚烯烴(A)而製造。
(2)第二態樣 <微多孔層> 第二態樣之蓄電裝置用分隔件具備含有聚烯烴之微多孔層。微多孔層較佳為以聚烯烴為主成分。於本實施方式中,微多孔層可以單層使用,亦可積層二層以上而以多層使用。所謂以聚烯烴為主成分之微多孔層係指以該微多孔層之總質量為基準,含有50質量%以上之聚烯烴之膜。作為微多孔層中之聚烯烴之含量之下限,就膜對電解液之潤濕性、薄膜化、及關閉特性等觀點而言,較佳為55質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上或95質量%以上。微多孔層中之聚烯烴之含量之上限例如可為60質量%以下、70質量%以下、80質量%以下、90質量%以下、95質量%以下、98質量%以下或99質量%以下,亦可為100質量%。
<聚烯烴> 聚烯烴係含有具有碳-碳雙鍵之單體作為重複單元之聚合物。作為構成聚烯烴之單體,並無限定,可例舉具有碳-碳雙鍵之碳原子數1以上10以下之單體,例如乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、及1-辛烯等。聚烯烴例如為均聚物、共聚物或多段聚合之聚合物等,較佳為均聚物。
作為聚烯烴,具體而言,就關閉特性等觀點而言,較佳為聚乙烯、聚丙烯、乙烯與丙烯之共聚物、及該等之混合物。聚烯烴更佳為含有聚丙烯或為聚丙烯。
本實施方式之聚烯烴較佳為以聚丙烯為主成分。此處,聚烯烴以聚丙烯為主成分係指以聚烯烴之總質量為基準,含有50質量%以上之聚丙烯。作為聚烯烴中之聚丙烯之含量之下限,就獲得良好之關閉特性等之觀點而言,較佳為55質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上或95質量%以上。聚烯烴中之聚丙烯之含量之上限可為100質量%,亦可為99質量%以下或98質量%以下。
作為聚丙烯之立體規則性,並無限定,例如可例舉:雜排、同排或對排等。聚丙烯較佳為同排或對排之高結晶性均聚物。
聚丙烯較佳為均聚物,亦可為將丙烯以外之少量之共聚單體,例如α-烯烴共聚單體共聚而成之共聚物,例如嵌段聚合物。於聚丙烯中作為重複單元而含有之丙烯結構之量例如可為70莫耳%以上、80莫耳%以上、90莫耳%以上、95莫耳%以上或99莫耳%以上。聚丙烯中含有之丙烯結構以外之源自共聚單體之重複單元之量例如可為30莫耳%以下、20莫耳%以下、10莫耳%以下、5莫耳%以下或1莫耳%以下。聚丙烯可單獨使用一種或混合兩種以上使用。
作為聚烯烴之重量平均分子量(Mw),就微多孔層之強度等觀點而言,較佳為100,000以上,更佳為200,000以上,進而較佳為300,000以上,進而較佳為500,000以上,尤佳為550,000以上,較佳為2,000,000以下,更佳為1,500,000以下。
聚烯烴之重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)之上限值較佳為7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。藉由使Mw/Mn所表示之分子量分佈較小,分子彼此之纏結變少,藉此熔融張力變小,獲得薄膜化之效果。又,聚烯烴之Mw/Mn較佳為1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。藉由使Mw/Mn為1以上,存在維持適度之分子纏結,成膜時之穩定性變得良好之傾向。
於聚烯烴含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,作為聚丙烯之重量平均分子量(Mw),就微多孔層之強度等觀點而言,較佳為100,000以上,更佳為200,000以上,進而較佳為300,000以上,進而較佳為500,000以上,尤佳為550,000以上,較佳為2,000,000以下,更佳為1,500,000以下。
聚丙烯之重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)之上限值較佳為7以下、6.5以下、6以下、5.5以下或5以下。藉由使Mw/Mn所表示之分子量分佈較小,分子彼此之纏結變少,藉此熔融張力變小,獲得薄膜化之效果。又,Mw/Mn較佳為1以上、1.3以上、1.5以上、2.0以上或2.5以上。藉由使Mw/Mn為1以上,存在維持適度之分子纏結,成膜時之穩定性變得良好之傾向。
再者,本實施方式之聚烯烴之重量平均分子量、數量平均分子量、Mw/Mn係藉由GPC(凝膠滲透層析法)測定而獲得之聚苯乙烯換算之分子量。
聚烯烴之密度較佳為0.85 g/cm 3以上、0.88 g/cm 3以上、0.89 g/cm 3以上或0.90 g/cm 3以上。聚烯烴之密度較佳為1.1 g/cm 3以下、1.0 g/cm 3以下、0.98 g/cm 3以下、0.97 g/cm 3以下、0.96 g/cm 3以下、0.95 g/cm 3以下、0.94 g/cm 3以下、0.93 g/cm 3以下或0.92 g/cm 3以下。聚烯烴之密度與聚烯烴之結晶性相關聯,若聚烯烴之密度為0.85 g/cm 3以上,則微多孔層之生產性提高,尤其於以乾式將樹脂原片進行多孔化之方法(以下稱為乾式法)中有利。
<微多孔層之熔融張力> 作為溫度230℃下測定時之微多孔層之熔融張力(單層之熔融張力)之上限值,就微多孔層之成形性之觀點而言,較佳為30 mN以下,更佳為25 mN以下。作為微多孔層之熔融張力(單層之熔融張力)之下限值,就微多孔層之強度等觀點而言,較佳為10 mN以上、15 mN以上或20 mN以上。
<熔體流動速率(MFR)> 作為對本實施方式之微多孔層或構成其之聚烯烴於負載2.16 kg、溫度230℃下測定時之熔體流動速率(MFR)(即單層之MFR),就獲得更高強度且安全性較高之微多孔層之觀點而言,於一態樣中為0.7 g/10分鐘以下,例如可為0.6 g/10分鐘以下、0.55 g/10分鐘以下或0.5 g/10分鐘以下。作為微多孔層或構成其之聚烯烴之MFR(單層之MFR)之下限值,就微多孔層之熔融張力不會過高,高安全性且薄膜之微多孔層之成形性良好之方面而言,例如可為0.15 g/10分鐘以上、0.2 g/10分鐘以上、0.25 g/10分鐘以上、0.3 g/10分鐘以上、0.35 g/10分鐘以上或0.4 g/10分鐘以上。 再者,於分隔件包含多層微多孔層之情形時,亦可藉由將膠帶貼於分隔件端部並進行拉拽,而容易地剝離各微多孔層並回收,從而測定熔融張力等物性。
於微多孔層或構成其之聚烯烴之MFR為0.7 g/10分鐘以下,尤其0.6 g/10分鐘以下之情形時,表示微多孔層中所含之聚烯烴之分子量較高。藉由使聚烯烴之分子量較高,將結晶質彼此結合之結合分子變多,故而存在可獲得高強度之微多孔層之傾向。又,由於分子量較高,熔融時之黏度變高,熔斷短路試驗時之短路溫度變高,電池之高溫安全性變高。於一態樣中,於Mw/Mn所表示之分子量分佈為7以下且MFR為0.7 g/10分鐘以下,尤其0.6 g/10分鐘以下之情形時,於獲得高安全性且薄膜之蓄電裝置用分隔件之方面尤其有利。
於聚烯烴含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,就獲得高安全性且高強度之微多孔層之觀點而言,負載2.16 kg、溫度230℃下測定時之聚丙烯之MFR較佳為0.2 g/10分鐘以上0.7 g/10分鐘以下。作為聚丙烯之MFR之上限值,就獲得更高強度之微多孔層之觀點而言,例如可為0.6 g/10分鐘以下、0.55 g/10分鐘以下、0.5 g/10分鐘以下、0.45 g/10分鐘以下、0.4 g/10分鐘以下或0.35 g/10分鐘以下。作為聚丙烯之MFR之下限值,就微多孔層之成形性等觀點而言,例如可為0.25 g/10分鐘以上、0.3 g/10分鐘以上、0.35 g/10分鐘以上、0.4 g/10分鐘以上、0.45 g/10分鐘以上或0.5 g/10分鐘以上。
<五員組分率> 於聚烯烴含有聚丙烯或為聚丙烯之情形時,於本實施方式中,作為以 13C-NMR(核磁共振法)測定之聚丙烯之五員組分率之下限值,就獲得低透氣度之微多孔層之觀點而言,較佳可為95.0%以上、96.0%以上、96.5%以上、97.0%以上、97.5%以上、98.0%以上、98.5%以上或99.0%以上。聚丙烯之五員組分率之上限值例如可為99.9%以下、99.8%以下或99.5%以下。
若聚丙烯之五員組分率為95.0%以上,則聚丙烯之結晶性變高。藉由延伸開孔法,尤其乾式法而獲得之微多孔層係藉由使存在於複數個結晶質部分之間之非晶質部分延伸而開孔,故而若聚丙烯之結晶性較高,則可將透氣度控制為較低,故而較佳。
<添加劑> 於本實施方式中,含有聚烯烴(較佳為主成分)之微多孔層除聚烯烴以外,可視需要而含有彈性體、氟系流動改質材、蠟類、結晶成核劑、抗氧化劑、脂肪族羧酸金屬鹽等金屬皂類、紫外線吸收劑、光穩定劑、抗靜電劑、防霧劑、著色顏料等添加劑,上述添加劑可單獨含有一種或以兩種以上之組合而含有。
<彈性體> 作為彈性體,可例舉:熱塑性彈性體,例如乙烯/α-烯烴共聚物、乙烯/苯乙烯共聚物、丙烯/α-烯烴共聚物、1-丁烯/α-烯烴共聚物、苯乙烯與丁二烯之嵌段共聚物(SBS)及其氫化聚合物(SEBS)、苯乙烯與異戊二烯之嵌段共聚物(SIS)及其氫化聚合物(SEPS)等。作為α-烯烴,例如可例舉:丙烯、1-丁烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烴。亦可例舉:將乙烯與α-烯烴共聚而成之高分子量體、如直鏈狀低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯等之於聚合時鏈轉移而使長鏈分支共聚而成之高分子量體等。該等熱塑性彈性體可單獨使用,亦可混合兩種以上使用。
<熔斷溫度及短路溫度> 於一態樣中,蓄電裝置用分隔件之藉由本發明之熔斷短路試驗而測定之短路溫度(本發明中,有時亦簡稱為短路溫度)被控制為特定範圍,於較佳態樣中,進而,蓄電裝置用分隔件之藉由本發明之熔斷短路試驗而測定之熔斷溫度(本發明中,有時亦簡稱為熔斷溫度)被控制為特定範圍。
本發明之熔斷短路試驗係藉由如下方式進行。於埋有熱電偶之陶瓷板上配置分隔件樣品,一邊藉由油壓壓力機施加表面壓力1.5 MPa,一邊升溫加熱器,使用與正極及負極之集電體部分連接之交流電阻測定裝置,連續測定溫度與電阻值。再者,溫度自室溫(於一態樣中23℃)以15℃/分鐘之速度升溫至220℃,阻抗(電阻值)係以1 kHz之交流而測定。根據此種熔斷短路試驗,使用正極及負極,進而施加表面壓力,藉此可反映蓄電裝置內之熔斷短路行為。將所獲得之阻抗(Ω)乘以有效正極面積,將算出之值作為正極單位面積換算之阻抗(Ω・cm 2)。將正極單位面積換算之阻抗達到100 Ω・cm 2之時點之溫度作為熔斷溫度(℃),將阻抗自增加轉為減少(其表示分隔件達到孔閉合狀態)後,正極單位面積換算之阻抗再次降至100 Ω・cm 2之時點之溫度作為短路溫度(℃)。
短路溫度相當於蓄電裝置因使用時之異常高溫而導致短路之溫度。將蓄電裝置用分隔件之短路溫度控制為特定溫度以上之情形時,於防止蓄電裝置之異常高溫下之短路之方面有利。作為短路溫度之下限,就上述觀點而言,於一態樣中為200℃以上,較佳為201℃以上、202℃以上、203℃以上或204℃以上。作為短路溫度之上限,就分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為250℃以下、245℃以下、230℃以下或225℃以下。
熔斷溫度相當於因蓄電裝置使用時之異常高溫而導致分隔件變質(例如熔融)從而阻斷電極間之電流之溫度。將蓄電裝置用分隔件之熔斷溫度控制為特定溫度以下之情形時,於使蓄電裝置於異常高溫下良好地發揮熔斷功能從而實現高安全性之方面而言有利。作為熔斷溫度之上限,就上述觀點而言,較佳為150℃以下、145℃以下、140℃以下或135℃以下。作為熔斷溫度之下限,就分隔件之良好強度之觀點而言,較佳為105℃以上、110℃以上、115℃以上或120℃以上。
<配向比率(廣角X射線散射)> 藉由廣角X射線散射測定本實施方式之微多孔層時,機械方向(MD)之配向比率相對於橫向(TD)之配向比率之比MD/TD係作為(110)結晶波峰面積比(MD/TD)而獲得。上述比(MD/TD)之下限值較佳為1.3以上、2以上、2.5以上、3以上、3.5以上、4以上、4.5以上或5以上。配向比率之比(MD/TD)之上限值例如可為12以下、10以下、8以下、6以下、5.5以下、5以下、4.5以下或4以下。再者,於本發明中,所謂「機械方向」及「MD」係指微多孔層連續成形之加工方向(Machine direction),所謂「橫向」及「TD」係指將MD以90°之角度橫切之方向。
藉由廣角X射線散射測定之微多孔層之(110)結晶波峰面積比(MD/TD)為1.3以上之情形時,表示構成微多孔層之聚合物分子鏈於MD強配向。於藉由對微多孔層實施強MD延伸之方法,尤其藉由MD延伸之乾式法製造微多孔層之情形時,存在配向比率之比(MD/TD)為1.3以上之傾向。本實施方式之微多孔層之高強度且能夠薄膜化之優點並無限定,於藉由MD延伸之乾式法製造微多孔層之情形時較為顯著,故而較佳為藉由廣角X射線散射測定之微多孔層之配向比率之比(MD/TD)為1.3以上。
<多層結構> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件可包含單層或多層之微多孔層,只要具有至少一層含有本實施方式之聚烯烴之微多孔層即可。例如,多層結構可為全部層含有聚烯烴之結構,亦可含有不含聚烯烴之層。多層結構可為含有上述說明之本實施方式之聚烯烴(較佳為主成分)之微多孔層之單層,或可具有積層有二層以上該微多孔層之多層結構。例如多層結構可為積層有以聚丙烯為主成分之微多孔層與以聚乙烯為主成分之微多孔層之多層結構。該以聚乙烯為主成分之微多孔層可為具有關於含有聚烯烴之微多孔層而於上述說明之特性(例如特定之熔體流動速率(MFR)及分子量分佈(Mw/Mn)等中之1個以上)之聚乙烯微多孔層,或可為不具有該等特性之聚乙烯微多孔層。聚乙烯具有適合熔融關閉之熔點,故而就關閉特性之觀點而言,較佳為進而含有以聚乙烯為主成分之微多孔層。
作為負載2.16 kg、溫度190℃下測定之聚乙烯之MFR,就關閉特性、良好之開孔性、及抑制堵塞之觀點而言,較佳為0.1 g/10分鐘以上,更佳為0.15 g/10分鐘以上,進而較佳為0.18 g/10分鐘以上,尤佳為0.2 g/10分鐘以上,就分隔件之強度之觀點而言,較佳為2.0 g/10分鐘以下,更佳為1.0 g/10分鐘以下,進而較佳為0.8 g/10分鐘以下,尤佳為0.7 g/10分鐘以下。
作為多層結構,較佳為積層有三層以上之微多孔層之多層結構。多層結構進而較佳為具有以本實施方式之聚烯烴為主成分且構成聚合物相互相同之至少二層之微多孔層(A)、及構成聚合物與微多孔層(A)不同且可以本實施方式之聚烯烴為主成分亦可不以本實施方式之聚烯烴為主成分之至少一層之微多孔層(B)。多層結構進而更佳為具有以本實施方式之聚丙烯為主成分之微多孔層(PP微多孔層)之至少二層、及以聚乙烯為主成分之進而具有之微多孔層(PE微多孔層)之至少一層。
多層結構無論以何種順序積層,均可為表現本實施方式之優點,但尤佳為以PP微多孔層/PE微多孔層/PP微多孔層之順序積層之三層結構。藉由具有PP微多孔層/PE微多孔層/PP微多孔層之三層結構,可具備由PE微多孔層帶來之良好之關閉特性,並且藉由PP微多孔層而維持良好之機械強度。該PP微多孔層係具有關於含有聚烯烴之微多孔層而於上述說明之特定之熔融張力及熔體流動速率(MFR)等的本實施方式之微多孔層。另一方面,中間之PE微多孔層可為具有上述說明之特定之熔融張力及熔體流動速率(MFR)等之聚乙烯微多孔層,亦可為不具有該等特性之聚乙烯微多孔層。
<微多孔層之厚度> 作為本實施方式之蓄電裝置用分隔件中所含之本實施方式之多層結構之微多孔層之厚度(單層之厚度)之上限值,就蓄電裝置之高能量密度化等觀點而言,較佳為8 μm以下、7.5 μm以下、7 μm以下、6.5 μm以下、6 μm以下、5.5 μm以下或5 μm以下。作為本實施方式之微多孔層之厚度(單層之厚度)之下限值,就強度等觀點而言,較佳為1 μm以上、2 μm以上、3 μm以上、3.5 μm以上、4 μm以上或4.5 μm以上。
<分隔件之厚度> 作為可為單層或多層之蓄電裝置用分隔件之整體厚度之上限值,就蓄電裝置之高能量密度化等觀點而言,較佳為18 μm以下、17 μm以下、16.5 μm以下、16 μm以下、15.5 μm以下、15 μm以下、14.5 μm以下或14 μm以下。作為分隔件整體厚度之下限值,就強度等觀點而言,較佳為3 μm以上、5 μm以上、8 μm以上、10 μm以上、11 μm以上、11.5 μm以上、12 μm以上、12.5 μm以上或13 μm以上。
<分隔件之孔隙率> 作為蓄電裝置用分隔件之孔隙率,就抑制蓄電裝置內之堵塞之觀點及獲得分隔件之良好之透氣度之觀點而言,較佳為20%以上,更佳為25%以上,進而較佳為30%以上,尤佳為35%以上,就保持分隔件之強度之觀點而言,較佳為70%以下,更佳為65%以下,進而較佳為60%以下,尤佳為55%以下。孔隙率係藉由實施例中記載之方法而測定。
<透氣度(透氣阻力度)> 作為蓄電裝置用分隔件之透氣度之上限值,於分隔件之厚度換算為14 μm之情形時,較佳為300秒/100 cm 3以下、290秒/100 cm 3以下、280秒/100 cm 3以下、270秒/100 cm 3以下或260秒/100 cm 3以下。作為蓄電裝置用分隔件之透氣度之下限值,於分隔件之厚度換算為14 μm之情形時,例如可為100秒/100 cm 3以上、110秒/100 cm 3以上或120秒/100 cm 3以上。
<熱收縮率> 作為將本實施方式之蓄電裝置用分隔件於105℃下進行1小時熱處理時之MD熱收縮率之上限值,就蓄電裝置之高溫下之安全性之觀點而言,為4%以下,較佳為3.5%以下、3%以下或2.5%以下。若MD熱收縮率大於4%,則高溫時分隔件於蓄電裝置內部收縮,與積層電極體及捲繞電極體之變形或短路相關之擔心變多。作為MD熱收縮率之下限值,就蓄電裝置用分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為0%以上、0.5%以上或1%以上。
作為將本實施方式之蓄電裝置用分隔件於105℃下進行1小時熱處理時之TD熱收縮率之上限值,就蓄電裝置之高溫下之安全性之觀點而言,為1%以下,較佳為0.9%以下,更佳為0.8%以下。TD之該熱收縮率越低越佳,但就蓄電裝置用分隔件之製造容易性之觀點而言,例如可為-1%以上、-0.5%以上或0%以上。
<穿刺強度> 作為蓄電裝置用分隔件之穿刺強度之下限值,於厚度換算為14 μm之情形時,較佳為300 gf以上、310 gf以上、320 gf以上、330 gf以上、340 gf以上、350 gf以上或360 gf以上。作為蓄電裝置用分隔件之穿刺強度之上限值,於厚度換算為14 μm之情形時,較佳為450 gf以下、440 gf以下或430 gf以下。
<厚度、透氣度及穿刺強度之平衡> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件使用含有具有特定之熔體流動速率(MFR)之聚烯烴之微多孔層,可為薄膜並且為低透氣度且高強度。例如,於本實施方式之蓄電裝置用分隔件(尤其包含微多孔層之多層結構之分隔件)中,進而較佳為厚度為18 μm以下,該分隔件之厚度換算為14 μm時之透氣度為300秒/100 cm 3以下,且穿刺強度為300 gf以上。進而更佳為多層結構之厚度為18 μm以下,多層結構中所含之本實施方式之微多孔層之厚度(作為單層之厚度)為5 μm以下,該多層結構之厚度換算為14 μm時之透氣度為300秒/100 cm 3以下,且穿刺強度為300 gf以上。
<厚度、孔隙率及透氣度之平衡> 本實施方式之蓄電裝置用分隔件於一態樣中可為薄膜並且為高孔隙率且低透氣度。於較佳之態樣中,蓄電裝置用分隔件之厚度為18 μm以下,孔隙率為42%以上,且厚度換算為14 μm時之透氣阻力度為250秒/100 cm 3以下。
《蓄電裝置用分隔件之製造方法》 作為包含第一及第二態樣之本實施方式之微多孔層之製造方法,通常包含:將含有上述說明之聚烯烴之樹脂組合物(以下稱為聚烯烴系樹脂組合物)熔融擠出而獲得樹脂膜的熔融擠出步驟、及任意實施之退火步驟、延伸步驟、及熱緩和步驟等。可於延伸步驟前、延伸步驟中、或延伸步驟後,進行將樹脂膜開孔而多孔化之孔形成。
聚烯烴系樹脂組合物於一態樣中係包含微多孔層(X)之構成成分之組合物,於一態樣中係包含微多孔層(Y)之構成成分之組合物。聚烯烴系樹脂組合物可根據微多孔層之製造方法或根據目標微多孔層之物性,任意地含有聚烯烴以外之樹脂及添加劑等。作為添加劑,例如可例舉:孔形成材、氟系流動改質材、彈性體、蠟、結晶成核材、抗氧化劑、脂肪族羧酸金屬鹽等金屬皂類、紫外線吸收劑、光穩定劑、抗靜電劑、防霧劑及著色顏料等。作為孔形成材,可例舉:塑化劑、無機填充材或該等之組合。
作為塑化劑,例如可例舉:液態石蠟、石蠟等烴類;鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯等酯類;油醇、硬脂醇等高級醇等。
作為無機填充材,例如可例舉:氧化鋁、氧化矽(矽氧化物)、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈰、氧化釔、氧化鋅、氧化鐵等氧化物系陶瓷;氮化矽、氮化鈦、氮化硼等氮化物系陶瓷;碳化矽、碳酸鈣、硫酸鋁、氫氧化鋁、鈦酸鉀、滑石、高嶺黏土、高嶺石、多水高嶺土、葉蠟石、蒙脫石、絹雲母、雲母、鎂綠泥石、膨潤土、石綿、沸石、矽酸鈣、矽酸鎂、矽藻土、石英砂等陶瓷;玻璃纖維。
微多孔層之製造方法大致分為孔形成時不使用溶劑之乾式法、及孔形成時使用溶劑之濕式法。作為上述熔融擠出之方法,可例舉:藉由T模法者、藉由吹脹法者等。
作為乾式法,可例舉:將聚烯烴系樹脂組合物進行熔融混練並擠出後,藉由熱處理與延伸,使聚烯烴結晶界面剝離之方法(即乾式層片狀(lamellar)結晶開孔製程);將聚烯烴系樹脂組合物與無機填充材進行熔融混練並成形為膜狀後,藉由延伸,使聚烯烴與無機填充材之界面剝離之方法等。
作為濕式法,可例舉:將聚烯烴系樹脂組合物與孔形成材進行熔融混練並成形為膜狀,視需要加以延伸後,抽取孔形成材之方法;聚烯烴系樹脂組合物溶解後,使之浸漬於對聚烯烴而言之不良溶劑中,使聚烯烴凝固,同時去除溶劑之方法等。
聚烯烴系樹脂組合物之熔融混練中可使用單軸擠出機及雙軸擠出機,該等以外,例如亦可使用捏合機、Laboplastomill、混練滾筒及班布里混合機等。
熔融混練時之擠出機之溫度較佳為「比聚烯烴系樹脂組合物之熔點高20℃之溫度」以上且「比聚烯烴系樹脂組合物之熔點高110℃之溫度」以下。於溫度為上述下限以上之情形時,所獲得之聚烯烴系樹脂膜之厚度變得均勻,擠出時不易產生膜斷裂之現象。又,於溫度為上述上限以下之情形時,聚烯烴系樹脂組合物中所含之聚烯烴之配向性較高,於該聚烯烴中良好地生成層片狀結構,故而所獲得之蓄電裝置用分隔件之透氣度較低,鋰離子二次電池等蓄電裝置成為低電阻。於聚烯烴系樹脂膜具有使用相互不同之聚烯烴系樹脂組合物而形成之複數層之情形時,上述熔點係指具有更低熔點之聚烯烴系樹脂組合物之熔點。再者,熔點於一態樣中係作為使用DSC(示差掃描熱量計)以升溫速度10℃/分鐘進行升溫時觀測之吸熱波峰中波峰高度最大者之峰頂溫度而評價。
將聚烯烴系樹脂組合物自擠出機以膜狀擠出時之拉伸比較佳為50以上,更佳為75以上,尤佳為100以上,較佳為400以下,更佳為350以下,尤佳為300以下。再者,所謂拉伸比係指將T模或吹脹模之模唇之間隙除以自模唇擠出之聚烯烴系樹脂膜之厚度所得之值。藉由將拉伸比調整為上述所示之範圍內,聚烯烴之分子配向變得良好,可良好地生成層片,可將分隔件之透氣度控制為較低。與此同時,膜之成膜穩定性不會降低,可提高所獲得之聚烯烴系樹脂膜之厚度精度及寬度精度。
自模擠出之聚烯烴系樹脂組合物可以空氣冷卻。於第一態樣中,若將自模擠出之聚烯烴樹脂以空氣充分冷卻,則聚烯烴系樹脂結晶化而生成層片,故而平均長孔徑、最大長孔徑較大,孔隙率變高,獲得具有低透氣度之微多孔層之分隔件。作為空氣之風量,對於模寬500 mm,為300 L/分鐘以上,較佳為1000 L/分鐘以下。若將風量設為上述下限以上,則自模擠出之聚烯烴系樹脂組合物藉由空氣而充分冷卻,故而聚烯烴結晶化而生成層片,存在微多孔層變為低透氣度之傾向,故而較佳。又,將風量設為上述上限以下之情形時,就膜之成膜穩定性及提高所獲得之聚烯烴系樹脂片材之厚度精度及寬度精度之觀點而言較佳。作為空氣之溫度,就成膜穩定性、厚度精度及寬度精度之觀點而言,較佳為0℃以上40℃以下。
又,於第二態樣中,藉由將自模擠出之聚烯烴系樹脂組合物以空氣充分冷卻,聚烯烴結晶化而生成層片,實現良好之透氣度。作為空氣之風量,就使透氣度變得良好之觀點而言,較佳為300 L/分鐘以上,就使膜之成膜穩定性及所獲得之聚烯烴系樹脂膜之厚度精度及寬度精度變得良好之觀點而言,較佳為600 L/分鐘以下。
作為含有本實施方式之微多孔層,且具有積層有複數層微多孔層之多層結構之蓄電裝置用分隔件之製造方法,例如可例舉:共擠壓法及層壓法,但並不限定於該等。於共擠壓法中,將各層之樹脂組合物共擠壓,積層化為二層以上,製作原片膜。將所獲得之二層以上之原片膜延伸開孔,從而可製作微多孔層。較之分別製作單層之微多孔層,藉由於製作積層化為二層以上之膜之原片後將其開孔而製作微多孔層之情形時,更容易獲得高強度之微多孔層。於層壓法中,藉由分別製作各層後進行貼合,而使各層相互密接。層壓法就控制平均長孔徑、控制微多孔層(X)與微多孔層(Y)之孔徑比、及抑制蓄電裝置內之堵塞之觀點而言亦有利。並不希望受限於理論,但認為於層壓法中,可將微多孔層(X)與微多孔層(Y)個別地成膜,因此可進行更嚴密之溫度管理及成膜時之配向賦予。其結果,存在達成良好之平均長孔徑與孔徑比,堵塞受到抑制之傾向。作為層壓法,可例舉:使用接著劑等之乾式層壓法、藉由加熱而貼合複數層之熱層壓法等,就進一步提高所獲得之蓄電裝置用分隔件之透氣度及強度之觀點而言,較佳為熱層壓法。
於層壓法中,作為微多孔層(X)之擠出成膜條件,較佳為以儘可能低之速度噴出樹脂,藉由吹送低溫空氣而有效地使之急冷。通常較佳為於成膜時以高噴出量進行成膜,但認為藉由刻意以低噴出量進行成膜,且對膜吹送15℃以下之空氣而使之急冷,可使微多孔層(X)兼顧良好之平均長孔徑與高強度。作為噴出量之上限值,就賦予良好之平均長孔徑之觀點而言,對於模寬每1 m,較佳為20 kg/h以下,更佳為15 kg/h以下,進而較佳為10 kg/h以下,尤佳為8 kg/h以下。作為噴出量之下限值,就成膜時之穩定性之觀點而言,較佳為4 kg/h以上。較佳為於成膜後藉由空氣而使之急冷,作為吹送之空氣之溫度之上限,較佳為20℃以下,更佳為15℃以下。藉由吹送控制為此種低溫之冷風,成膜後之樹脂急冷,並且均勻地於MD配向。其結果,認為即使使用負載2.16 kg及溫度230℃下之MFR為0.9 g/10分鐘以下之分子量較高之樹脂,亦可使微多孔層(X)表現良好之開孔性且獲得本發明之範圍內之平均長孔徑。
繼而,進行將所獲得之聚烯烴系樹脂膜進行熱處理之退火步驟。該退火步驟係使擠出步驟中之聚烯烴系樹脂膜中生成之層片生長。藉由進行該處理,膜之開孔性變佳,可減低所獲得之蓄電裝置用分隔件之透氣度。
聚烯烴系樹脂膜之退火溫度較佳為設定為「比聚烯烴系樹脂膜之熔點低40℃之溫度」以上且「比聚烯烴系樹脂膜之熔點低1℃之溫度」以下。其中,於聚烯烴系樹脂膜具有積層結構之情形時,退火溫度較佳為設定為「比熔點最低之樹脂膜之熔點低40℃之溫度」以上且「比熔點最低之樹脂膜之熔點低1℃之溫度」以下。再者,所謂退火溫度係指退火裝置內部環境之溫度。於退火溫度為上述下限以上之情形時,層片良好地生長,於膜之延伸步驟中易於開孔,於退火溫度為上述上限以下之情形時,可抑制因聚烯烴系樹脂膜之聚烯烴之配向弛豫而導致之層片狀結構崩解。
作為聚烯烴系樹脂膜之退火時間,就使層片良好地生長,於延伸步驟中使聚烯烴系樹脂膜良好地開孔之觀點而言,較佳為10分鐘以上。退火時間於一態樣中可為180分鐘以下。
尤其,藉由於特定溫度下進行長時間退火處理,可不打亂結晶結構而使結晶生長,故而表現高開孔性,結果存在微多孔層(X)及微多孔層(Y)均可獲得良好之平均長孔徑之傾向。於退火步驟中,就獲得良好之平均長孔徑,抑制蓄電裝置之堵塞之觀點而言,較佳為於115℃以上、130℃以下之溫度範圍內,進行較佳為30分鐘以上,更佳為60分鐘以上之退火處理。
聚烯烴系樹脂膜之退火可一邊使聚烯烴系樹脂膜移行一邊進行,亦可於將聚烯烴系樹脂膜卷取為捲筒狀之狀態下進行。
其次,進行將經退火之聚烯烴系樹脂膜延伸而開孔之延伸步驟。作為延伸處理,可使用單軸延伸或雙軸延伸之任一者。並無限定,就使用乾式法時之製造成本等觀點而言,較佳為單軸延伸。就提高所獲得之分隔件之強度等觀點而言,較佳為雙軸延伸。作為雙軸延伸,例如可例舉:同時雙軸延伸、逐次雙軸延伸、多段延伸、多次延伸等方法。就提高穿刺強度、延伸之均勻性、及關閉性之觀點而言,較佳為同時雙軸延伸。又,就面配向之控制容易性之觀點而言,較佳為逐次雙軸延伸。若將片狀成形體於雙軸方向上高倍率延伸,則分子於面方向配向,故而不易裂開,存在獲得具有高穿刺強度之分隔件之傾向。
延伸步驟較佳為包含第一延伸步驟與緊接該第一延伸步驟後之第二延伸步驟。
於第一延伸步驟中,藉由使聚烯烴系樹脂膜中生成之層片彼此分離,而使層片間之非晶質部分中產生微細之龜裂,以該龜裂為起點,形成眾多微小孔。於第一延伸步驟中,進行MD之單軸延伸。
於第一延伸步驟中,聚烯烴系樹脂膜之溫度之下限較佳為-20℃以上,更佳為0℃以上。於第一延伸步驟中,聚烯烴系樹脂膜之溫度之上限較佳為110℃以下,更佳為80℃以下。於溫度為上述下限以上之情形時,延伸時之聚烯烴系樹脂膜之斷裂得以抑制,於溫度為上述上限以下之情形時,層片間之非晶質部分中良好地產生龜裂,膜之縮頸(neck in)得以抑制。
於第一延伸步驟中,聚烯烴系樹脂膜之延伸倍率之下限較佳為1.02倍以上,更佳為1.06倍以上。於第一延伸步驟中,聚烯烴系樹脂膜之延伸倍率之上限較佳為1.5倍以下,更佳為1.4倍以下。於延伸倍率為上述下限以上之情形時,於層片間之非晶質部分中易於形成微小孔。於延伸倍率為上述上限以下之情形時,不會過剩地形成微小孔,孔徑不會過小,故而可使透氣度較低。於本發明中,所謂聚烯烴系樹脂膜之延伸倍率係指延伸後之聚烯烴系樹脂膜之長度除以延伸前之聚烯烴系樹脂膜之長度所得之值。
聚烯烴系樹脂膜之第一延伸步驟之延伸速度較佳為10%/分鐘以上,更佳為50%/分鐘以上,較佳為1000%/分鐘以下,更佳為600%/分鐘以下。於延伸速度為上述下限以上之情形時,於層片間之非晶質部分中易於均勻地形成微小孔,於上述上限以下之情形時,可抑制聚烯烴系樹脂膜之斷裂。
再者,於本發明中,所謂聚烯烴系樹脂膜之延伸速度係指每單位時間之聚烯烴系樹脂膜之延伸方向之尺寸之變化比率。
上述第一延伸步驟之聚烯烴系樹脂膜之延伸方法只要可將聚烯烴系樹脂膜單軸延伸,則並無特別限定,例如可例舉:使用單軸延伸裝置,於特定溫度下延伸聚烯烴系樹脂膜之方法等。
繼而,較佳為對第一延伸步驟中之單軸延伸後之聚烯烴系樹脂膜進行第二延伸步驟(即,進行作為冷延伸之第一延伸步驟與作為熱延伸之第二延伸步驟),上述第二延伸步驟較佳為以裝置內部之環境溫度高於第一延伸步驟中之單軸延伸時之環境溫度,且為比聚烯烴系樹脂膜(於多層結構之情形時,熔點最低之樹脂膜)之熔點低1℃以上60℃以下之溫度以下(第一態樣中)、或低1℃以上且未達40℃之溫度以下(第二態樣中)之方式進行延伸。於第二延伸步驟中,較佳為亦將聚烯烴系樹脂膜僅於機械方向進行單軸延伸。如此,藉由於高於第一延伸步驟中之裝置內環境溫度之環境溫度下,對聚烯烴系樹脂膜進行延伸處理,可使藉由第一延伸步驟而於聚烯烴系樹脂膜中形成之眾多微小孔生長。於溫度為上述下限以上之情形時,於第一延伸步驟中於聚烯烴系樹脂膜中形成之微小孔易於生長,可使所獲得之蓄電裝置用分隔件之透氣度較低。於溫度為上述上限以下之情形時,於第一延伸步驟中於聚烯烴系樹脂膜中形成之微小孔不易閉合,可使所獲得之蓄電裝置用分隔件之透氣度較低。
於第二延伸步驟中,聚烯烴系樹脂膜之延伸倍率較佳為1.5倍以上,更佳為1.8倍以上,較佳為3倍以下,更佳為2.5倍以下。於延伸倍率為上述下限以上之情形時,第一延伸步驟時於聚烯烴系樹脂膜中形成之微小孔易於生長,可使所獲得之蓄電裝置用分隔件之透氣度較低。於延伸倍率為上述上限以下之情形時,於第一延伸步驟中於聚烯烴系樹脂膜中形成之微小孔不易閉合,可使所獲得之蓄電裝置用分隔件之透氣度較低。
於第二延伸步驟中,作為聚烯烴系樹脂膜之延伸速度,就均勻地擴大第一延伸步驟中形成之微小孔之觀點而言,較佳為60%/分鐘以下或30%/分鐘以下。作為延伸速度,就製程效率之觀點而言,例如可為2%/分鐘以上或3%/分鐘以上。
作為第二延伸步驟中聚烯烴系樹脂膜之延伸方法,只要可將聚烯烴系樹脂膜單軸延伸,則並無特別限定,例如可例舉:使用單軸延伸裝置於特定溫度下進行單軸延伸之方法等。
於一態樣中,對延伸步驟後(較佳為藉由第二延伸步驟進行單軸延伸後)之聚烯烴系樹脂膜賦予藉由加熱而緩和殘留應力之熱緩和步驟。有時因第二延伸步驟中之延伸而使聚烯烴系樹脂膜中產生殘存應力。進行熱緩和步驟之目的在於:緩和殘存應力,抑制所獲得之聚烯烴系樹脂微多孔層因熱緩和步驟以外之其他加熱而產生熱收縮,提高所獲得之蓄電裝置用分隔件之安全性。熱緩和步驟可使用拉幅機或輥延伸機而進行。
如上所述,為使聚烯烴系樹脂微多孔層之加熱時之尺寸穩定性變得良好,必須緩和聚烯烴系樹脂膜之殘存應力。故而,熱緩和步驟之裝置內環境溫度較佳為比聚烯烴系樹脂膜(於多層結構之情形時為熔點最低之樹脂膜)之熔點低40℃之溫度或其以上、或低20℃之溫度或其以上。又,作為上述溫度,就抑制延伸步驟中形成之微小孔之閉合之觀點而言,較佳為比聚烯烴系樹脂膜(於多層結構之情形時為熔點最低之樹脂膜)之熔點低1℃以上或4℃以上。
熱緩和步驟中之聚烯烴系樹脂膜之熱收縮率之下限較佳為25%以上,更佳為30%以上。熱緩和步驟中之聚烯烴系樹脂膜之熱收縮率之上限較佳為60%以下,更佳為50%以下。再者,所謂熱緩和步驟中之聚烯烴系樹脂膜之熱收縮率,係指將熱緩和步驟中之延伸方向之聚烯烴系樹脂膜之收縮長度除以第二延伸步驟後之延伸方向之聚烯烴系樹脂膜之長度並乘以100所得之值。於熱收縮率為上述下限以上之情形時,聚烯烴系樹脂膜之殘存應力被充分緩和,所獲得之聚烯烴系樹脂微多孔層之加熱時之尺寸穩定性良好,高溫時之鋰離子二次電池等蓄電裝置之安全性良好。又,於熱收縮率為上述上限以下之情形時,不易於聚烯烴系樹脂膜中產生鬆弛,抑制滾筒之卷取不良或均勻性之下降。
於第二延伸步驟及熱緩和步驟中,就充分緩和應力,減小熱收縮率之觀點而言,較佳為以延伸速度及搬送速度不會變得過大之方式調整延伸速度及搬送速度。
又,較佳為於熱緩和步驟後,於與熱緩和步驟之溫度相同之溫度或其以上之溫度,且比熱緩和步驟之溫度高20℃之溫度或其以下之溫度下,再次賦予熱緩和。藉由賦予本步驟,可獲得具有更良好之熱收縮物性之蓄電裝置用分隔件。
《蓄電裝置》 本實施方式之蓄電裝置具備本實施方式之蓄電裝置用分隔件。本實施方式之蓄電裝置具有正極與負極。蓄電裝置用分隔件較佳為積層於正極與負極之間、或於電池外裝內位於正極或負極之外側、或包住電極。根據所需,以正極及負極可與外部機器等連接之方式,於正極及負極上分別連接引線體。
作為蓄電裝置,例如可例舉:鋰二次電池、鋰離子二次電池、鈉二次電池、鈉離子二次電池、鎂二次電池、鎂離子二次電池、鈣二次電池、鈣離子二次電池、鋁二次電池、鋁離子二次電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、電雙層電容器、鋰離子電容器、氧化還原液流電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、及鋅空氣電池等,但並無限定。該等之中,就與本實施方式之分隔件之適合性之觀點而言,較佳為鋰二次電池、鋰離子二次電池、鎳氫電池或鋰離子電容器,更佳為鋰離子二次電池。
蓄電裝置例如可藉由如下之方法製作: 將正極與負極隔著上述說明之分隔件重疊,視需要加以捲繞,形成積層電極體或捲繞電極體。其後,將積層電極體或捲繞電極體裝填於外裝體。此時,可配置成:外裝體內之正負極分別與引線體連接,且引線體之端部伸出至外裝體之外側。於正極及負極分別有複數個之情形時,可藉由熔接等而將同一極之極耳(tab)彼此接合並接合於1個引線體,伸出至外裝體之外側。同一極之極耳可由集電體之露出部構成、或將金屬片熔接於集電體之露出部而構成。將正負極與外裝體之正負極端子經由引線體等而連接。此時,可將引線體之一部分與外裝體之一部分藉由熱熔合等而接合。進而,將含有鏈狀及/或環狀碳酸酯等非水溶劑與鋰鹽等電解質之非水電解液注入外裝體內。其後,密封外裝體,從而可製作蓄電裝置。 [實施例]
以下,藉由實施例及比較例具體說明本發明,但本發明不受以下實施例限定。
《測定及評價方法》 (1)例A(第一態樣) [樣品製作] 於多層結構之分隔件中之微多孔層之評價中,使用藉由將膠帶貼於分隔件端部並進行拉拽而剝離各微多孔層獲得之試樣。作為存在二層聚丙烯(PP)層或聚乙烯(PE)層之三層結構之分隔件中之該二層之各種評價之值,採用將二層各自之值以各層之層厚進行算術平均所獲得之值。其中於任一例中二層之厚度及特性值均相互相同。
[熔體流動速率(MFR)之測定] 微多孔層(X)及聚丙烯之MFR係分別依據JIS K 7210,於溫度230℃及負載2.16 kg之條件下測定。微多孔層(Y)及聚乙烯之熔體流動速率(MFR)係依據JIS K 7210,於溫度190℃及負載2.16 kg之條件下測定。
[藉由GPC(凝膠滲透層析法)之Mw及Mn之測定] 使用安捷倫科技股份有限公司製造之Agilent PL-GPC220,於以下條件下測定標準聚苯乙烯,製作校準曲線。對於試樣之聚合物亦於相同條件下測定層析圖,基於校準曲線,根據下述條件,算出聚合物之標準聚苯乙烯換算之重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)、及重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)。
管柱:TSKgel GMHHR-H(20) HT(7.8 mm I.D.×30 cm)2根 流動相:1,2,4-三氯苯 檢測器:RI 管柱溫度:160℃ 試樣濃度:1 mg/ml 校準曲線:聚苯乙烯
[熔融張力之測定] 使用東洋精機製作所股份有限公司製造之Capillograph,於以下條件下測定微多孔層之熔融張力(mN)。 ・毛細管:直徑1.0 mm,長20 mm ・料筒擠出速度:2 mm/分鐘 ・卷取速度:60 m/分鐘 ・溫度:230℃
[五員組分率之測定] 聚丙烯之五員組分率係自基於高分子分析手冊(日本分析化學會編輯)之記載而歸屬之 13C-NMR光譜,藉由峰高法而算出。 13C-NMR光譜之測定係使用日本電子股份有限公司製造之JEOL-ECZ500,使聚丙烯溶解於鄰二氯苯-d中,於測定溫度145℃、累計次數25000次之條件下進行。
[厚度(μm)之測定] 使用Mitutoyo股份有限公司製造之Digimatic Indicator IDC112,於室溫23±2℃下,測定分隔件之厚度(μm)。
[孔隙率(%)之測定] 自分隔件切取10 cm×10 cm見方之試樣,求出其體積(cm 3)與質量(g),自該等與密度(g/cm 3),使用下式計算孔隙率。 孔隙率(%)=(體積-質量/密度)/體積×100
[透氣阻力度(秒/100 cm 3)之測定] 使用依據JIS P-8117之哥雷(Gurley)式透氣度儀,測定分隔件之透氣阻力度(秒/100 cm 3),除以厚度(μm單位)後乘以14,藉此算出厚度換算為14 μm時之透氣阻力度(透氣度)。
[穿刺強度之測定] 準備前端為半徑0.5 mm之半球狀之針,使分隔件位於兩個具有直徑(dia.)11 mm之開口部之板之間,安置針、分隔件及板。使用IMADA股份有限公司製造之「MX2-50N」,於針前端之曲率半徑0.5 mm、分隔件保持板之開口部直徑11 mm及穿刺速度25 mm/分鐘之條件下進行穿刺試驗。使針與分隔件接觸,測定最大穿刺負載(即,穿刺強度(gf))。將所獲得之穿刺強度除以厚度(μm單位)後乘以14,藉此算出厚度換算為14 μm時之穿刺強度。
[拉伸試驗] 使用拉伸試驗機(島津製作所股份有限公司 Autograph AG-A型)進行分隔件之拉伸試驗,將試樣斷裂時之強度除以試驗前之試樣截面面積,作為拉伸斷裂強度(kg/cm 2)。測定條件為溫度:23±2℃,試樣形狀:寬10 mm×長100 mm,夾頭間距離:50 mm,拉伸速度:200 mm/分鐘,測定MD之拉伸強度SMD及TD之拉伸強度STD,算出SMD/STD。
[平均長孔徑與最大長孔徑之測定] 平均長孔徑及最大長孔徑係藉由存在於MD-TD表面或ND-MD截面之孔之SEM觀察下之圖像解析而測定。首先,作為預處理,對分隔件進行釕染色,獲得經染色之分隔件。又,將上述經染色之分隔件含浸於環氧樹脂,於60℃下使之硬化12小時以上,藉此將上述經染色之分隔件以環氧樹脂包埋。將所獲得之包埋物以剃刀進行粗簡之截面加工,其後,使用離子研磨裝置(E3500 Plus,Hitachi High-Tech股份有限公司製造)進行截面研磨加工,獲得露出分隔件之ND-MD截面之經截面加工之分隔件。將經染色之分隔件及經截面加工之分隔件分別以導電性接著劑(碳系)固定於SEM試樣台,加以乾燥後,使用鋨鍍膜機(HPC-30W,VACUUM DEVICE股份有限公司製造)進行導電處理後,於外加電壓調整柄設定4.5、放電時間0.5秒之條件下實施鋨鍍膜,分別獲得MD-TD表面觀察用及ND-MD截面觀察用之鏡檢試樣。
對上述鏡檢試樣各自之任意3點,利用掃描式電子顯微鏡(SEM)(Hitachi High-Technologies製造 S-4800)於加速電壓1.0 kV、作動距離5 mm、倍率3萬倍下進行觀察,取得SEM影像。於所獲得之MD-TD表面或ND-MD截面之SEM圖像之4 μm×4 μm之視野範圍內,測定各孔之長孔徑,視需要藉由圖像處理軟體Image J使用Otsu(大律)法進行區分樹脂部與孔部之二值化處理,算出最大長孔徑與平均長孔徑。此時,將橫跨上述4 μm×4 μm之範圍內與範圍外而存在之孔及面積0.001 nm 2以下之微小孔自測定對象排除。對孔之長孔徑,算出孔之面積加權平均值,藉此獲得平均長孔徑之值。採用孔之長孔徑中最大者作為最大長孔徑。關於具有多層相同種類之微多孔層之例,將以該多層之各自之層厚進行算術平均所得之值作為微多孔層之值。表1~表9中揭示MD-TD表面及ND-MD截面之藉由SEM觀察而測定之最大長孔徑及平均長孔徑。
[熱收縮率之測定] 將分隔件切出MD/TD分別為50 mm之方形而獲得試樣,將該試樣裝入分別加熱為105℃及120℃(常壓、大氣下)之熱風乾燥機(Yamato Scientific股份有限公司製造,DF1032)。於1小時後及2小時後自熱風乾燥機取出試樣,求出熱收縮率。試樣係以不附著於乾燥機之內壁等,且試樣彼此不熔合之方式,放置於複印紙上後裝入熱風乾燥機。 熱收縮率(%):(加熱前之尺寸(mm)-加熱後之尺寸(mm))/(加熱前之尺寸(mm))×100
[片狀鋰離子二次電池之製作] 作為電解液,使用於以體積比1:2混合碳酸乙二酯與碳酸甲乙酯所得者中,含有1 mol/L之作為鋰鹽之LiPF 6的電解液。
將作為正極活性物質之鋰・鎳・錳・鈷複合氧化物(LiNi 0.5Co 0.2Mn 0.3O 2)、作為導電助劑之碳黑粉末(Timcal股份有限公司製造,商品名:SuperP Li)、及作為黏合劑之PVDF(Polyvinylidene Difluoride,聚偏二氟乙烯),以複合氧化物:導電助劑:黏合劑=100:3.5:3之質量比混合。使所獲得之混合物分散於溶劑(N-甲基吡咯啶酮),形成分散體。於厚度15 μm之作為正極集電體之鋁箔之雙面塗佈分散體,乾燥去除溶劑後,以滾筒壓機進行壓製,製作雙面塗佈正極。
將作為負極活性物質之粒徑22 μm(D50)之石墨粉末(日立化成股份有限公司製造,商品名:MAG)、黏合劑(Nippon Zeon股份有限公司製造,商品名:BM400B)、及作為增黏劑之羧甲基纖維素(Daicel股份有限公司製造,商品名:#2200),以石墨粉末:黏合劑:增黏劑=100:1.5:1.1之質量比混合。使所獲得之混合物分散於溶劑(水),製作水分散體。將水分散體塗佈於厚度10 μm之作為負極集電體之銅箔之單面,製作者單面塗佈體。單面塗佈體之外,將水分散體塗佈於厚度10 μm之作為負極集電體之銅箔之雙面,製作雙面塗佈體。自單面塗佈體及雙面塗佈體乾燥去除溶劑(水),其後,將經塗佈之銅箔藉由滾筒壓機進行壓製,分別製作單面塗佈負極與雙面塗佈負極。
將所獲得之正極及負極,隔著下述製作之分隔件並且以單面塗佈負極/雙面塗佈正極/雙面塗佈負極/雙面塗佈正極/單面塗佈負極之順序,積層於各自之活性物質之對向面。繼而,將所獲得之積層體插入由以樹脂層被覆鋁箔(厚度40 μm)之雙面所得之層壓膜形成之袋(電池外裝)內部。插入之電極之端子突出設置至電池外裝外。其後,將如上述之方式製作之電解液0.8 mL注入袋內,對袋進行真空密封,藉此製作片狀鋰離子二次電池。
[電池性能評價及堵塞之觀察] 將所獲得之片狀鋰離子二次電池收容於設定為25℃之恆溫槽(二葉科學公司製造,商品名:PLM-73S),連接於充放電裝置(ASKA ELECTRONIC股份有限公司製造,商品名:ACD-01),靜置16小時。繼而進行充放電循環,即,將該電池以0.05 C之定電流充電,電壓達到4.35 V後,以4.35 V之定電壓充電2小時後,以0.2 C之定電流放電至3.0 V,重複3次該循環,藉此進行電池之初始充放電。再者,所謂1 C係指以1小時將電池之全部電容放電之情形時之電流值。
上述初始充放電後,將上述電池收容於設定為50℃之恆溫槽,對該電池進行充放電循環,即,以1 C之定電流充電,電壓達到4.35 V後以4.35 V之定電壓充電1小時後,以1 C之定電流放電至3.0 V,重複100次該循環。電池之循環試驗係重複100次上述充放電循環之試驗。
將第100次循環之放電容量(mAh)除以第1次循環之放電容量(mAh)所得之值(百分率)作為循環電容維持率。又,將100循環結束後之片狀鋰離子二次電池於氬環境下解體,取出分隔件。將分隔件浸漬於含碳酸甲乙酯之槽中30秒並取出,藉此進行第1次浸漬洗淨。進行總計3次之浸漬洗淨。於第2次與第3次之浸漬洗淨中更換槽內之碳酸甲乙酯。其後,藉由光學顯微鏡鏡於倍率100~1000倍之條件下對分隔件負極側表面於1 mm見方之範圍內進行觀察,確認有無分隔件表面之堵塞。表1~表7中揭示有無堵塞。
[鋰離子二次電池內之短路評價] 將所獲得之片狀鋰離子二次電池收容於設定為25℃之恆溫槽(二葉科學公司製造,商品名:PLM-73S),連接於充放電裝置(ASKA ELECTRONIC股份有限公司製造,商品名:ACD-01),靜置16小時。繼而,對該電池進行充放電循環,即,以0.05 C之定電流充電,電壓達到4.35 V後以4.35 V之定電壓充電2小時後,以0.2 C之定電流放電至3.0 V,重複3次該循環,藉此進行電池之初始充放電。再者,所謂1 C係指以1小時將電池之全部電容放電之情形時之電流值。
上述初始充放電後,以0.2 C之定電流充電至4.0 V,將上述電池收容於恆溫槽,將恆溫槽之溫度自25℃以每10分鐘5℃進行升溫,確認電池電壓降低至0.5 V以下之溫度,作為成為電池安全性之指標之短路發生溫度。結果示於表8及9。
(2)例B(第一態樣) [樣品製作] 以與例A相同之方式進行。
[熔體流動速率(MFR)之測定] 微多孔層(X)及聚丙烯之熔體流動速率(MFR)係分別依據JIS K 7210,於溫度230℃及負載2.16 kg之條件下測定(單位為g/10分鐘)。微多孔層(Y)及聚乙烯之熔體流動速率(MFR)係分別依據JIS K 7210,於溫度190℃及負載2.16 kg之條件下測定。
[GPC(凝膠滲透層析法)之測定] 以與例A相同之方式進行。 [熔融張力之測定] 以與例A相同之方式進行。 [五員組分率之測定] 以與例A相同之方式進行。 [厚度(μm)之測定] 以與例A相同之方式進行。 [孔隙率(%)之測定] 以與例A相同之方式進行。
[透氣度(秒/100 cm 3)] 使用依據JIS P-8117之哥雷式透氣度儀,測定分隔件之透氣阻力度(秒/100 cm 3),除以厚度(μm單位)後乘以16,藉此算出厚度換算為16 μm時之透氣度。
[穿刺強度之評價] 準備前端為半徑0.5 mm之半球狀之針,使分隔件位於兩個具有直徑(dia.)11 mm之開口部之板之間,安置針、分隔件及板。使用IMADA股份有限公司製造之「MX2-50N」,於針前端之曲率半徑0.5 mm、分隔件保持板之開口部直徑11 mm及穿刺速度25 mm/分鐘之條件下進行穿刺試驗。使針與分隔件接觸,測定最大穿刺負載(即,穿刺強度(gf))。將所獲得之穿刺強度除以厚度(μm單位)後乘以16,藉此算出厚度換算為16 μm時之穿刺強度。
[平均長孔徑之評價] 以與例A相同之方式進行。 [片狀鋰離子二次電池之製作] 以與例A相同之方式進行。 [電池性能評價及堵塞之觀察] 以與例A相同之方式進行。
(3)例C(第二態樣) [樣品製作] 以與例A相同之方式進行。 [熔體流動速率(MFR)之測定] 聚丙烯層及聚丙烯之MFR係分別依據JIS K 7210,於溫度230℃及負載2.16 kg之條件下測定。聚乙烯之熔體流動速率(MFR)係依據JIS K 7210,於溫度190℃及負載2.16 kg之條件下測定。
[藉由GPC(凝膠滲透層析法)之Mw及Mn之測定] 以與例A相同之方式進行。 [熔融張力之測定] 以與例A相同之方式進行。 [五員組分率之測定] 以與例A相同之方式進行。
[廣角X射線散射之測定(配向比率)] 聚丙烯微多孔層之(110)結晶波峰面積比(MD/TD)係藉由透過法廣角X射線散射(WAXS)而測定。WAXS測定係於以下條件下實施。 裝置名:NANOPIX,Rigaku股份有限公司製造 X射線波長λ:0.154 nm 光學系統:點式準直 第一個狹縫:0.55 mmϕ 第二個狹縫:打開 第三個狹縫:0.35 mmϕ 曝光時間:900秒 檢測器:HyPix-6000(二維檢測器) 相機長度:85.7 mm
對一塊微多孔層試樣,自膜法線方向入射X射線,檢測透過散射光。為極力減少來自試樣以外之散射,使用自試樣至束終止器為止被設置於真空中之真空腔室進行測定。再者,HyPix-6000於檢測器中存在不感區域,故而將檢測器於縱向移動進行2次測定,合併2次測定之結果而獲得無不感區域之二維資料。對所獲得之二維WAXS圖案實施透過率修正、空室散射修正。其次,藉由進行圓周平均而將散射資料一維化,決定與聚丙烯之源自(110)面之結晶波峰之小角側與廣角側之麓部相當之布拉格角θs與θe。繼而,對完成透過率修正、空室散射修正之實施之二維WAXS圖案,計算2θs<2θ<2θe之範圍之散射強度之方位角分佈(源自(110)面之結晶繞射波峰強度之方位角分佈)。所獲得之2θs<2θ<2θe之範圍之散射強度之方位角分佈之例示於圖1。於2θs<2θ<2θe之範圍之散射強度之方位角分佈圖中,源自結晶c軸配向於MD之c軸配向結晶之(110)波峰於TD觀測到,源自結晶a軸配向於MD之a軸配向結晶之(110)波峰於MD附近觀測到。將源自c軸配向結晶之波峰以1個高斯函數進行近似,將源自a軸配向結晶之波峰以2個高斯函數進行近似,實施波峰分離。圖1表示其例。波峰分離使用Wave Metrics公司製造之軟體IgorPro8ver.8.0.0.10。若將藉由此種波峰分離而獲得之源自c軸配向結晶(c軸配向於MD之結晶)之波峰面積作為S_MD,將源自a軸配向結晶(c軸配向於與TD相近之方向之結晶)之波峰面積(2個高斯函數之面積之和)作為S_TD,則(110)結晶波峰面積比(MD/TD)定義為S_MD/S_TD。再者,於散射強度之方位角分佈圖中,如圖1所示,源自c軸配向結晶之波峰與源自a軸配向結晶之波峰分別觀察到2處。因此,將各個波峰面積之平均作為S_MD、S_TD。
[厚度(μm)之測定] 以與例A相同之方式進行。 [孔隙率(%)之測定] 以與例A相同之方式進行。 [透氣阻力度(秒/100 cm 3)之測定] 以與例A相同之方式進行。 [穿刺強度之測定] 以與例A相同之方式進行。
[熱收縮率之測定] 將分隔件切出MD/TD分別為50 mm之方形而獲得試樣,將該試樣裝入加熱為105℃(常壓、大氣下)之熱風乾燥機(Yamato Scientific股份有限公司製造,DF1032)。於1小時後自熱風乾燥機取出試樣,求出熱收縮率。試樣係以不附著於乾燥機之內壁等,且試樣彼此不熔合之方式,放置於複印紙上後裝入熱風乾燥機。 熱收縮率(%):(加熱前之尺寸(mm)-加熱後之尺寸(mm))/(加熱前之尺寸(mm))×100
[正極之製作] 將作為正極活性物質之LiNi 1/3Mn 1/3Co 1/3O 2、作為導電助劑之碳黑、及作為黏結劑之聚偏二氟乙烯溶液以91:5:4之固形物成分質量比混合,以固形物成分成為68質量%之方式添加作為分散溶劑之N-甲基-2-吡咯啶酮,進而混合,製備漿料狀之溶液。將該漿料狀之溶液以鋁箔之一部分露出之方式塗佈於厚度15 μm之鋁箔之單面後,乾燥去除溶劑,塗佈量為175 g/m 2。進而以正極合劑部分之密度成為2.8 g/cm 3之方式以滾筒壓機進行壓延。其後,以塗佈部為20 mm×20 mm且包含鋁箔露出部之方式進行剪裁而獲得正極。
[負極之製作] 將作為負極活性物質之人造石墨、作為黏結劑之苯乙烯丁二烯橡膠及羧甲基纖維素水溶液以96.4:1.9:1.7之固形物成分質量比混合,以固形物成分成為50質量%之方式添加作為分散溶劑之水,進而混合,製備漿料狀之溶液。將該漿料狀之溶液以銅箔之一部分露出之方式塗佈於厚度10 μm之銅箔之單面後,乾燥去除溶劑,塗佈量為86 g/m 2。進而以負極合劑部分之密度成為1.45 g/cm 3之方式以滾筒壓機進行壓延。其後,以塗佈部為25 mm×25 mm且包含銅箔露出部之方式進行剪裁而獲得負極。
[非水電解液之製備] 於碳酸丙二酯:碳酸乙二酯:γ-丁內酯=1:1:2(體積比)之混合溶劑中,使作為溶質之LiBF 4以濃度成為1.0 mol/L之方式溶解,進而以成為0.5重量%之方式添加磷酸三辛酯,製備非水電解液。
[積層電極體之製作] 自分隔件切取30 mm×30 mm見方之試樣,於上述非水電解液中含浸1分鐘以上,作為試樣1。以負極、試樣1、正極、Kapton膜、厚度4 mm矽橡膠之順序積層,製作積層電極體。
[熔斷短路試驗] 於埋有熱電偶之陶瓷板上配置該積層電極體,一邊藉由油壓壓力機施加表面壓力1.5 MPa,一邊升溫加熱器,使用與正極及負極之集電體部分連接之交流電阻測定裝置「AG-4311」(安藤電機股份有限公司製造),連續測定溫度與電阻值。再者,溫度自室溫以15℃/分鐘之速度升溫至220℃,阻抗係以1 kHz之交流而測定。使用實際之正極及負極,施加表面壓力,藉此可反映電池內之熔斷短路行為。 將所獲得之阻抗(Ω)乘以有效正極面積4 cm 2,將算出之值作為正極單位面積換算之阻抗(Ω・cm 2)。將正極單位面積換算之阻抗達到100 Ω・cm 2之時點之溫度作為熔斷溫度(℃),將達到孔閉合狀態後,正極單位面積換算之阻抗再次降至100 Ω・cm 2之時點之溫度作為短路溫度(℃)。
[層壓電池(鋰離子二次電池樣品)之製作] 上述[正極之製作]中,除了去除極耳部,沖裁為30 mm×50 mm之長方形狀以外,以相同之方式獲得正極。 又,上述[負極之製作]中,除了去除極耳部,沖裁為32 mm×52 mm之長方形狀以外,以相同之方式獲得負極。 使用於作為非水溶劑之以體積比1:2混合有碳酸乙二酯與碳酸甲乙酯之混合溶劑中,含有1 mol/L之作為鋰鹽之LiPF 6鹽的溶液(Kishida Chemical股份有限公司製造,LBG00069)。 將下述實施例及比較例中製作之分隔件沖裁為34 mm×54 mm之長方形,以上述製作之正極之包含含有正極活性物質之混合物之層及上述製作之負極之包含含有負極活性物質之混合物之層分別與分隔件表面相對之方式,依照正極、分隔件、負極之順序配置使該等重疊,插入包含以樹脂層被覆鋁箔(厚度40 μm)之雙面所得之層壓膜之袋內,並且使正負極之端子突設並一面插入後,添加電解液0.6 g,減壓至-90 kPa後,恢復至-30 kPa,將該操作實施2次後,於-95 kPa下保持5分鐘。恢復至常壓後,以電解液之量成為合計0.6 g之方式追加添加。其後,減壓至-85 kPa,進行密封,獲得層壓電池。
[加熱試驗] 將所獲得之鋰離子二次電池投入設定為25℃之恆溫槽(二葉科學股份有限公司製造,商品名:PLM-73S),連接於充放電裝置(ASKA ELECTRONIC(股)製造,商品名:ACD-01),以0.05 C之定電流充電至4.35 V,電壓達到4.35 V後,以4.35 V之定電壓充電2小時後,以0.2 C之定電流進行放電至3.0 V。
繼而,以0.33 C之定電流充電,電壓達到4.35 V後,以4.35 V之定電壓充電1小時後,以0.33 C之定電流進行放電至3.0 V。
繼而,同樣地進行充電與放電。充電同樣地以0.33 C進行,電壓達到4.35 V後,以4.35 V之定電壓充電1小時。將充電之電池以1.5 MPa束縛並投入烘箱。將溫度以5℃/分鐘升溫至200℃,進行電壓之監測,判斷是否短路。若未見短路,則為良,若可見短路,則為不良。此處之短路係指電池之電壓下降至2 V。
《實施例及比較例》 (1)例A(第一態樣) <實施例1> [單層分隔件(微多孔層(X))之製作] 將高分子量之聚丙烯樹脂(PP,MFR(230℃)=0.51 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw/Mn=5.2,五員組分率=99.3%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向調整為模寬500 mm、模唇之間隙3.3 mm之T模供給。T模之溫度設定為210℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,藉由500 L/分鐘之風量之12℃之吹送空氣,使噴出樹脂充分冷卻,卷取為捲筒。卷取為捲筒之原片膜具有15 μm之厚度,拉伸比為220。繼而,將原片膜於130℃下退火20分鐘。將經退火之原片膜於室溫下冷延伸至8%,繼而於116℃下熱延伸至185%,於126℃下熱緩和45%,藉此形成微多孔,獲得包含PP單層結構之微多孔層(X)之分隔件。上述延伸開孔後,進行所獲得之分隔件之透氣度、穿刺強度、孔隙率、平均長孔徑及最大長孔徑之測定。結果示於表1~3。
<實施例2~11> 除如表1~3所示變更原料及製造條件以外,依據與實施例1相同之方法,獲得包含微多孔層(X)之分隔件,對所獲得之分隔件進行評價。
<比較例1~11> 除如表4及5所示變更原料及製造條件以外,依據與實施例1相同之方法,製作包含微多孔層(X)之分隔件,對分隔件進行評價。
<實施例12> [三層分隔件(微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之製作] 將高分子量之聚丙烯樹脂(PP,MFR(230℃)=0.51 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw/Mn=5.2,五員組分率=99.3%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為230℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,藉由吹送空氣而使噴出樹脂冷卻,將作為微多孔層(X)之前驅物之PP原片膜(X')卷取為捲筒。 同樣地,將聚乙烯樹脂(PE,MFR(190℃)=0.38 g/10分鐘,密度=0.96 g/cm 3)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為220℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,藉由吹送空氣而使噴出樹脂冷卻,將作為微多孔層(Y)之前驅物之PE原片膜(Y')卷取為捲筒。 卷取為捲筒之PP原片膜(X')及PE原片膜(Y')分別具有5 μm之厚度,繼而,將PP原片膜(X')及PE原片膜(Y')以PP原片膜(X')/PE原片膜(Y')/PP原片膜(X')之方式黏結,獲得具有PP/PE/PP之三層結構之原片膜。繼而,將三層結構之原片膜於130℃下退火20分鐘。將經退火之原片膜於室溫下冷延伸至11%,繼而於125℃下熱延伸至158%,於125℃下緩和至113%,藉此形成微多孔,獲得包含微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之PP/PE/PP三層結構之分隔件。
上述延伸開孔後,進行所獲得之三層結構分隔件之透氣阻力度及穿刺強度之測定、以及微多孔層(X)之MFR及熔融張力之測定。再者,微多孔層(X)之MFR值與用於該微多孔層(X)之製造之聚丙烯樹脂之MFR值相同。即,可將用於微多孔層之製造之聚烯烴之MFR值視為該微多孔層之MFR值。PP原片膜(X')之下限厚度係藉由於製造PP原片膜(X')後,於噴出量固定之狀態下提昇卷取速度而評價。又,將所獲得之下限厚度之PP原片膜與上述5 μm厚之PE原片膜(Y')層壓,其後,於上述退火及延伸條件(於125℃下退火20分鐘,於室溫下冷延伸至11%,於125℃下熱延伸至158%,於125℃下緩和至113%)下進行延伸開孔,藉此製作具有三層結構之分隔件,確認分隔件之厚度。結果示於表6。
<實施例13~16> 除如表6所示變更原料與製造條件以外,依據與實施例12相同之方法,獲得具有三層結構之分隔件,對所獲得之分隔件進行評價。
<比較例12~18> 除如表7所示變更原料與製造條件以外,依據與實施例12相同之方法,製作具有三層結構之分隔件,對所獲得之分隔件進行評價。
<實施例17> [微多孔層之製作] 將作為聚烯烴(A)之高分子量之聚丙烯(PP,MFR(230℃)=0.51 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw=900000,Mw/Mn=5.2,五員組分率=99.3%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為230℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至10℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約6 μm厚度之前驅物(X')(微多孔層(X)之前驅物)。此處,T模之TD之模唇寬設定為500 mm,T模之模唇間距離(模唇間隙)設定為2.4 mm,以3.8 kg/h之噴出量噴出。 同樣地,將作為聚烯烴(B)之聚乙烯(PE,MFR(190℃)=0.38 g/10分鐘,密度=0.96 g/cm 3)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為210℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至10℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約6 μm厚度之前驅物(Y')(微多孔層(Y)之前驅物)。此處,T模之TD之模唇寬設定為500 mm,T模之模唇間距離(模唇間隙)設定為2.4 mm,以3.8 kg/h之噴出量噴出。
繼而,使用熱壓貼合機於120℃、4 m/分鐘下對所獲得之前驅物(X')及前驅物(Y')以前驅物(X')/前驅物(Y')/前驅物(X')之方式進行熱壓處理,藉此獲得三層結構之前驅物(Z)。繼而,將所獲得之前驅物(Z)投入乾燥機,於120℃下實施1小時退火處理。其後,將經退火之前驅物(Z)於室溫下冷延伸8%,不使延伸後之膜收縮而投入116℃之烘箱中,熱延伸至185%,其後,於124℃下緩和25%,進而,於128℃下緩和20%,藉此獲得具有包含微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之三層結構之分隔件。所獲得之分隔件之結構、物性及電池性能評價結果示於表8。
<實施例18~21、比較例19、比較例20> 除如表8及表9所示變更原料以外,依據與實施例17相同之方法獲得微多孔層,對所獲得之分隔件進行評價。
<實施例22> 除於熱緩和步驟中,使第一階段之熱緩和於124℃下緩和15%,進而使第二階段之熱緩和於128℃下緩和10%以外,依據與實施例17相同之方法獲得微多孔層,對微多孔層及使用其而獲得之分隔件進行評價。
<實施例23> 除於熱緩和步驟中,使第一階段之熱緩和於126℃下緩和20%,不進行第二階段之熱緩和以外,依據與實施例17相同之方法獲得微多孔層,對微多孔層及使用其而獲得之分隔件進行評價。
<比較例21> 如表9所示變更聚烯烴之原料,不藉由層壓製程,而藉由共擠壓製程進行成膜。具體而言,分別將表9所示之聚丙烯以2.5英吋之擠出機於220℃下熔融,將實施例17中記載之聚乙烯於200℃下熔融。繼而,將聚丙烯熔融樹脂及聚乙烯熔融樹脂以成為聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯之三層結構之方式,以噴出量比1:1:1向共擠壓用之T模(220℃)供給,使熔融之聚合物自T模以11.4 kg/h噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至20℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約18 μm厚度之三層結構之前驅物(Z)(微多孔層(Z)之前驅物)。將所獲得之前驅物(Z)投入乾燥機,於120℃下實施1小時退火處理。其後,將經退火之前驅物(Z)於室溫下冷延伸至8%,不使延伸後之膜收縮而投入125℃之烘箱中,進行熱延伸至150%,其後緩和25%,藉此獲得具有包含微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之三層結構之分隔件。所獲得之分隔件之結構、物性及電池性能評價結果示於表9。
[表1]
表1(例A).單層分隔件(微多孔層(X))之評價
項目 單位 實施例
1 2 3 4 5
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.51 0.38 0.6 0.87 0.51
用於微多孔層(X)之PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 900000 940000 920000 780000 900000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.2 5.3 5.9 5.8 5.2
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 99.3 97.9 95.8 97.1 99.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 26 29 29 20 26
PP之擠出溫度 210 210 210 210 210
PP擠出時之空氣風量 L/分鐘 500 500 500 500 800
PP擠出時之空氣溫度 12 12 12 12 12
退火溫度 130 130 130 130 130
退火時間 分鐘 20 20 20 20 180
分隔件厚度 μm 14.2 14.0 14.3 14.1 14.5
分隔件之孔隙率 % 49 48 50 48 52
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 152 186 148 160 133
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 323 336 307 305 309
SMD/STD - 16.3 16.5 15.9 15.8 16.6
MD-TD表面之平均長孔徑 nm 115 105 121 108 268
MD-TD表面之最大長孔徑 nm 265 253 273 257 649
循環電容維持率 % 80.0 76.0 81.0 78.0 85.0
循環後之堵塞 -
[表2]
表2(例A).單層分隔件(微多孔層(X))之評價
項目 單位 實施例
6 7 8 9
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.51 0.38 0.6 0.51
用於微多孔層(X)之PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 900000 940000 920000 900000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.2 5.3 5.9 5.2
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 99.3 97.9 95.8 99.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 26 29 29 26
PP之擠出溫度 210 210 210 210
PP擠出時之空氣風量 L/分鐘 600 600 600 700
PP擠出時之空氣溫度 12 12 12 12
退火溫度 130 130 130 130
退火時間 分鐘 60 60 60 60
分隔件厚度 μm 14.1 14.1 14.2 14.4
分隔件之孔隙率 % 50 50 51 52
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 149 170 151 144
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 334 342 322 320
SMD/STD - 16.5 16.0 16.2 16.2
MD-TD表面之平均長孔徑 nm 148 139 162 186
MD-TD表面之最大長孔徑 nm - - - -
ND-MD截面之平均長孔徑 nm 144 142 168 179
循環電容維持率 % 81.3 82.1 82.2 84.3
循環後之堵塞 -
[表3] 表3(例A).單層分隔件(微多孔層(X))之評價
項目 單位 實施例
10 11
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.25 0.87
用於微多孔層(X)之PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 980000 780000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.5 5.8
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 97.5 97.1
微多孔層(X)之熔融張力 mN 36 17
PP之擠出溫度 220 210
PP擠出時之空氣風量 L/分鐘 700 500
PP擠出時之空氣溫度 12 12
退火溫度 130 130
退火時間 分鐘 120 20
分隔件厚度 μm 14.0 14.8
分隔件之孔隙率 % 49 54
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 192 136
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 358 303
SMD/STD - 17.2 15.6
MD-TD表面之平均長孔徑 nm 108 338
MD-TD表面之最大長孔徑 nm - -
ND-MD截面之平均長孔徑 nm 112 317
循環電容維持率 % 76.6 75.4
循環後之堵塞 -
[表4]
表4(例A).單層分隔件(微多孔層(X))之評價
項目 單位 比較例
1 2 3 4 5 6 7
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.48 0.93 0.51 0.51 0.51 0.51 0.51
用於微多孔層(X)之PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 910000 720000 900000 900000 900000 900000 900000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.5 5.5 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 93.8 90.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 27 15 26 26 26 26 26
PP之擠出溫度 210 210 260 210 210 210 210
PP擠出時之空氣風量 L/分鐘 500 500 500 200 400 400 400
PP擠出時之空氣溫度 12 12 12 25 60 25 25
退火溫度 130 130 130 130 130 110 130
退火時間 分鐘 20 20 20 20 20 20 5
分隔件厚度 μm 13.8 13.9 13.6 13.7 13.9 13.5 13.6
分隔件之孔隙率 % 45 46 43 44 46 40 41
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 236 242 255 251 249 283 275
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 328 293 326 317 331 311 315
SMD/STD - 16 15.2 14.2 13.9 15 14.6 14.9
MD-TD表面之平均長孔徑 nm 93 97 91 92 97 89 89
MD-TD表面之最大長孔徑 nm 239 248 238 241 248 248 249
ND-MD截面之平均長孔徑 nm 89 92 88 90 92 85 87
循環電容維持率 % 61 69 58 63 70 49 55
循環後之堵塞 -
[表5]
表5(例A).單層分隔件(微多孔層(X))之評價
項目 單位 比較例
8 9 10 11
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.93 1.1 1.4 0.93
用於微多孔層(X)之PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 720000 710000 660000 720000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.5 9.4 7.4 5.2
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 90.3 - - 90.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 15 14 9 15
PP之擠出溫度 210 210 210 210
PP擠出時之空氣風量 L/分鐘 600 600 600 1000
PP擠出時之空氣溫度 12 12 12 12
退火溫度 130 130 130 140
退火時間 分鐘 60 60 60 180
分隔件厚度 μm 14.4 14.3 14.6 14.9
分隔件之孔隙率 % 50 51 51 54
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 193 187 185 175
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 274 257 251 254
SMD/STD - 15.8 14.9 15.4 14.8
MD-TD表面之平均長孔徑 nm 124 135 142 418
MD-TD表面之最大長孔徑 nm - - - -
ND-MD截面之平均長孔徑 nm 117 126 136 412
循環電容維持率 % 76.8 76.4 76.7 41.0
循環後之堵塞 -
[表6]
表6(例A).PP/PE/PP三層分隔件(微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X))之評價
項目 單位 實施例
12 13 14 15 16
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.51 0.38 0.6 0.87 0.51
用於微多孔層(X)之PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 900000 940000 920000 780000 900000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.2 5.3 5.9 5.8 5.2
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 99.3 97.9 95.8 97.1 99.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 26 29 29 20 26
PP之擠出溫度 230 230 230 230 230
PP擠出時之空氣風量 L/分鐘 500 500 500 500 800
PP擠出時之空氣溫度 12 12 12 12 12
退火溫度 125 125 125 125 125
退火時間 分鐘 20 20 20 20 180
分隔件厚度 μm 14.2 14 14.2 14.1 14.3
分隔件之孔隙率 % 50 48 52 49 55
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 169 174 162 175 143
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 358 363 319 311 347
SMD/STD - 15.1 15.5 14.5 14.3 15.3
微多孔層(X)之MD-TD表面之平均長孔徑 nm 109 107 118 108 237
微多孔層(X)之MD-TD表面之最大長孔徑 nm 257 256 271 253 620
微多孔層(X)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 107 106 114 105 223
微多孔層(Y)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 348 357 367 364 467
循環電容維持率 % 84 83 86 81 87
循環後之堵塞 -
[表7] 表7(例A).PP/PE/PP三層分隔件(微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X))之評價
項目 單位 比較例
12 13 14 15 16 17 18
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.48 0.93 0.51 0.51 0.51 0.51 0.51
用於微多孔層(X)之PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 910000 720000 900000 900000 900000 900000 900000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.5 5.5 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 93.8 90.3 99.3 99.3 99.3 99.3 99.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 27 15 26 26 26 26 26
PP之擠出溫度 210 210 260 210 210 210 210
PP擠出時之空氣風量 L/分鐘 500 500 500 200 500 500 500
PP擠出時之空氣溫度 12 12 12 12 60 12 12
退火溫度 125 125 125 125 125 110 125
退火時間 分鐘 20 20 20 20 20 20 5
分隔件厚度 μm 14 14.1 13.9 14 14.1 13.8 13.7
分隔件之孔隙率 % 46 46 45 45 45 42 43
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 253 245 193 256 250 288 285
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 320 294 331 328 325 316 320
SMD/STD - 15 14.6 14.9 15.1 15.3 14.7 14.9
微多孔層(X)之MD-TD表面之平均長孔徑 nm 96 97 98 96 97 92 91
微多孔層(X)之MD-TD表面之最大長孔徑 nm 243 241 239 247 240 233 229
微多孔層(X)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 94 94 96 95 95 89 87
微多孔層(Y)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 347 351 353 352 364 347 341
循環電容維持率 % 69 65 65 61 68 53 49
循環後之堵塞 -
[表8]
表8(例A).PP/PE/PP三層分隔件(微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X))之評價
項目 單位 實施例
17 18 19 20 21 22
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.51 0.38 0.35 0.60 0.83 0.51
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 900000 940000 960000 920000 740000 900000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.2 5.3 4.9 5.9 6.0 5.2
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 99.3 97.9 98.3 94.8 90.1 99.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 26 29 29 29 17 26
分隔件厚度 μm 15.8 15.4 15.5 15.7 16.1 15.9
分隔件之孔隙率 % 54.7 52.7 52.9 54.4 55.6 55.5
微多孔層(X)之MD-TD表面之平均長孔徑 nm 174 129 137 142 167 181
微多孔層(X)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 172 123 133 135 168 175
微多孔層(Y)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 395 368 378 365 384 387
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 139 154 157 167 164 142
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 312 310 308 298 252 321
105℃、1小時下之MD方向熱收縮率 % 2.3 2.2 2.2 2.4 3.8 3.7
105℃、2小時下之MD方向熱收縮率 % 2.4 2.2 2.3 2.4 3.8 3.8
105℃、1小時下之TD方向熱收縮率 % 0.0 0.0 0.1 0.1 0.0 0.1
120℃、1小時下之MD方向熱收縮率 % 6.8 6.6 6.7 6.9 9.8 9.4
120℃、2小時下之MD方向熱收縮率 % 6.8 6.7 6.7 6.9 9.8 9.5
120℃、1小時下之TD方向熱收縮率 % 0.1 0.1 0.1 0.0 0.1 0.1
鋰離子二次電池中之短路發生溫度 130 130 130 130 125 125
[表9]
表9(例A).PP/PE/PP三層分隔件(微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之評價
項目 單位 實施例 比較例
23 19 20 21
微多孔層(X)之MFR g/10分鐘 0.51 1.1 1.4 0.53
用於微多孔層(X)之PP之Mw - 900000 710000 660000 970000
用於微多孔層(X)之PP之Mw/Mn - 5.2 9.4 7.4 7.5
用於微多孔層(X)之PP之五員組分率 % 99.3 91.2 92.8 95.3
微多孔層(X)之熔融張力 mN 26 14 9 39
分隔件厚度 μm 15.8 16.2 16.1 15.8
分隔件之孔隙率 % 55.6 51.9 51.7 50.4
微多孔層(X)之MD-TD表面之平均長孔徑 nm 178 146 137 71
微多孔層(X)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 169 142 132 68
微多孔層(Y)之ND-MD截面之平均長孔徑 nm 378 358 336 337
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 147 214 224 221
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 314 218 207 287
105℃、1小時下之MD方向熱收縮率 % 4.4 4.2 5.4 4.4
105℃、2小時下之MD方向熱收縮率 % 4.4 4.3 5.4 4.5
105℃、1小時下之TD方向熱收縮率 % 0.1 0.0 0.0 0.0
120℃、1小時下之MD方向熱收縮率 % 9.8 11.4 12.1 9.5
120℃、2小時下之MD方向熱收縮率 % 9.7 11.4 12.1 9.5
120℃、1小時下之TD方向熱收縮率 % 0.1 0.0 0.1 0.1
鋰離子二次電池中之短路發生溫度 120 115 115 120
(2)例B(第一態樣) <實施例1> [微多孔層之製作] 將作為聚烯烴(A)之高分子量之聚丙烯樹脂(PP,MFR(230℃)=0.51 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw/Mn=5.2,五員組分率=99.3%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為230℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至10℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約6 μm厚度之前驅物(X')(微多孔層(X)之前驅物)。此處,T模之TD之模唇寬設定為500 mm,T模之模唇間距離(模唇間隙)設定為2.4 mm,以3.8 kg/h之噴出量噴出。 同樣地,將作為聚烯烴(B)之聚乙烯樹脂(PE,MFR(190℃)=0.38 g/10分鐘,密度=0.96 g/cm 3)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為210℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至10℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約6 μm厚度之前驅物(Y')(微多孔層(Y)之前驅物)。此處,T模之TD之模唇寬設定為500 mm,T模之模唇間距離(模唇間隙)設定為2.4 mm,以3.8 kg/h之噴出量噴出。
繼而,使用熱壓貼合機於120℃、4 m/分鐘下對所獲得之前驅物(X')及前驅物(Y')以前驅物(X')/前驅物(Y')/前驅物(X')之方式進行熱壓處理,藉此獲得三層結構之前驅物(Z)。繼而,將所獲得之前驅物(Z)投入乾燥機,於120℃下實施1小時退火處理。其後,將經退火之前驅物(Z)於室溫下進行冷延伸8%,不使延伸後之膜收縮而投入125℃之烘箱中,進行熱延伸至140%,其後緩和15%,藉此獲得具有包含微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之三層結構之分隔件。所獲得之分隔件之結構、物性及電池性能評價結果示於表10。
<實施例2、實施例3、實施例6、比較例1、比較例3> 除如表10所示變更原料以外,依據與實施例1相同之方法而獲得微多孔層,對微多孔層及使用其而獲得之分隔件進行評價。
<實施例4> 如表10所示變更原料,於前驅物(X')之成膜中,將吹送空氣之溫度變更為25℃且將吹送空氣量變更為600 L/分鐘進行成膜,從而獲得前驅物(X')。其他條件與實施例1中記載之條件相同。
<實施例5> 如表10所示變更原料,於前驅物(X')之成膜中,將吹送空氣之溫度變更為0℃且將吹送空氣量變更為1000 L/分鐘進行成膜,從而獲得前驅物(X')。又,於實施例5之退火步驟中,於125℃下進行3小時退火處理。其他條件與實施例1中記載之條件相同。
<比較例4> 將作為聚烯烴(A)之高分子量之聚丙烯樹脂(PP,MFR(230℃)=0.25 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw/Mn=5.0,五員組分率=97.5%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為230℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至10℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約6 μm厚度之前驅物(X')(微多孔層(X)之前驅物)。此處,T模之TD之模唇寬設定為500 mm,T模之模唇間距離(模唇間隙)設定為2.4 mm,以3.8 kg/h之噴出量噴出。 同樣地,將作為聚烯烴樹脂(B)之高分子量之聚丙烯樹脂(PP,MFR(230℃)=0.25 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw/Mn=5.0,五員組分率=97.5%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向T模供給。T模之溫度設定為230℃。熔融之聚合物自T模噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至10℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約6 μm厚度之前驅物(Y')(微多孔層(Y)之前驅物)。此處,T模之TD之模唇寬設定為500 mm,T模之模唇間距離(模唇間隙)設定為2.4 mm,以3.8 kg/h之噴出量噴出。
繼而,使用熱壓貼合機於135℃、2 m/分鐘下對所獲得之前驅物(X')及前驅物(Y')以前驅物(X')/前驅物(Y')/前驅物(X')之方式進行熱壓處理,藉此獲得三層結構之前驅物(Z)。繼而,將所獲得之前驅物(Z)投入乾燥機,於120℃下實施1小時退火處理。其後,將經退火之前驅物(Z)於室溫下進行冷延伸8%,不使延伸後之膜收縮而投入125℃之烘箱中,進行熱延伸至140%,其後緩和15%,藉此獲得具有包含微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之三層結構之分隔件。所獲得之分隔件之結構、物性及電池性能評價結果示於表1。
<比較例2> 如表10所示變更原料,不藉由層壓製程,而藉由共擠壓製程進行成膜。具體而言,使用2.5英吋之擠出機,分別將表10所示之聚丙烯樹脂於220℃下進行熔融,將表10所示之聚乙烯樹脂於200℃下進行熔融。繼而,將聚丙烯熔融樹脂及聚乙烯熔融樹脂以成為聚丙烯樹脂/聚乙烯樹脂/聚丙烯樹脂之三層結構之方式,以噴出量比1:1:1向共擠壓用之T模(220℃)供給。進而,熔融之聚合物自T模以11.4 kg/h噴出。其後,一邊藉由以冷卻器冷卻至10℃之800 L/分鐘之吹送空氣而使噴出樹脂急冷,一邊以捲筒速度25 m/分鐘卷取為捲筒,藉此獲得約16 μm厚度之三層結構之前驅物(Z)(微多孔層(Z)之前驅物)。將所獲得之前驅物(Z)投入乾燥機,於120℃下實施1小時退火處理。其後,將經退火之前驅物(Z)於室溫下進行冷延伸8%,不使延伸後之膜收縮而投入125℃之烘箱中,進行熱延伸至140%,其後緩和15%,藉此獲得具有包含微多孔層(X)/微多孔層(Y)/微多孔層(X)之三層結構之分隔件。所獲得之分隔件之結構、物性及電池性能評價結果示於表10。
自表10可知,藉由於微多孔層(X)中使用負載2.16 kg及溫度230℃下之MFR為0.9 g/10分鐘以下之聚烯烴樹脂,且嚴密地控制成膜條件,可製作平均長孔徑充分大,透氣度亦充分低,且兼顧高穿刺強度之分隔件。又可知,藉由使用具有充分之平均長孔徑、及於微多孔層(X)與微多孔層(Y)之對比中之平均長孔徑之充分比率的分隔件,可抑制鋰離子二次電池內之分隔件之堵塞,改善循環性能。
[表10]
表10(例B).三層分隔件之評價
項目 單位 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 比較例1 比較例2 比較例3 比較例4
分隔件構成    三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X) 三層(X-Y-X)
分隔件厚度 μm 15.8 15.8 15.8 15.7 15.9 15.6 15.2 15.9 16.2 15.6
分隔件孔隙率 % 54.9 56.5 53.7 52.7 52.7 52.2 48.5 54.1 53.9 48.4
微多孔層(X) 聚烯烴(A)    PP PP PP PP PP PP PP PP PP PP
MFR g/10分鐘 0.51 0.7 0.38 0.51 0.51 0.83 0.25 0.53 1.4 0.25
五員組分率 % 99.3 99.1 97.9 99.3 99.3 90.1 97.5 95.3 91.1 97.5
熔融張力 mN 26 25 29 26 26 17 40 33 9 40
重量平均分子量(Mw)    900000 830000 940000 900000 900000 740000 1100000 900000 660000 1100000
分子量分佈(Mw/Mn)    5.2 6.5 5.3 5.2 5.2 6.0 5.0 7.7 7.4 5.0
厚度 μm 5.1 5.1 5.1 5.1 5.1 5.0 5.1 5.3 5.3 5.2
孔隙率 % 52.1 54.2 50.9 50.1 53.0 49.5 48.1 51.9 52.0 48.4
MD-TD表面之平均長孔徑 nm 187 223 142 154 196 117 94 75 128 95
ND-MD截面之平均長孔徑 nm 183 218 138 154 192 114 92 74 127 96
微多孔層(Y) 聚烯烴(B)    PE PE PE PE PE PE PE PE PE PP
MFR g/10分鐘 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.25
厚度 μm 5.6 5.6 5.6 5.5 5.7 5.6 5 5.3 5.6 5.2
孔隙率 % 60.4 61.1 59.2 57.8 52.1 57.7 49.4 58.5 57.6 48.5
ND-MD截面之平均長孔徑 nm 312 320 287 279 338 277 262 307 294 98
Y與X之長孔徑比    1.70 1.47 2.08 1.81 1.76 2.43 2.85 4.15 2.31 1.02
分隔件物性 16 μm厚換算透氣度 秒/100 cm 3 155 140 175 194 147 203 345 254 223 357
16 μm厚換算穿刺強度 gf 354 321 352 370 351 307 346 297 254 350
循環電容維持率 % 79 80 75 78 79 71 46 37 72 38
堵塞 目視
(3)例C(第二態樣) <實施例1> [具有微多孔層之分隔件之製作] 將高分子量之聚丙烯(PP,MFR(230℃)=0.51 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw=900000,Mw/Mn=5.2,五員組分率=99.3%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向調整為模寬500 mm、模唇之間隙2.0 mm之T模供給。T模之溫度設定為230℃,熔融之聚合物自T模噴出後,藉由400 L/分鐘之風量之25℃之吹送空氣而充分冷卻,卷取為捲筒。同樣地,將聚乙烯(PE,MFR(190℃)=0.38 g/10分鐘,密度=0.96 g/cm 3)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向調整為模唇寬2.0 mm之T模供給。T模之溫度設定為210℃,熔融之聚合物自T模噴出後,藉由400 L/分鐘之風量之25℃之吹送空氣而充分冷卻,卷取為捲筒。卷取為捲筒之PP原片膜及PE原片膜分別具有6 μm之厚度,拉伸比為330。繼而,將PP原片膜及PE原片膜以成為PP/PE/PP之方式黏結,獲得具有PP/PE/PP之三層結構之原片膜。繼而,將三層結構之原片膜於126℃下退火20分鐘。將經退火之原片膜於室溫下冷延伸至8%,繼而於116℃下熱延伸185%,於126℃下熱緩和45%,藉此形成微多孔,獲得PP/PE/PP三層結構之分隔件。熱延伸及熱緩和之速度為約10%/分鐘。上述延伸開孔後,進行所獲得之三層結構分隔件之透氣度、穿刺強度、熔斷短路試驗及105℃下之熱收縮率之測定。結果示於表11。
<實施例2~5> 除如表11及12所示變更原料及熱緩和之收縮率以外,依據與實施例1相同之方法,獲得具有微多孔層之分隔件,對所獲得之分隔件進行評價。
<比較例1~4> 除如表12所示變更原料及熱緩和之收縮率以外,依據與實施例1相同之方法,製作具有微多孔層之分隔件,對分隔件進行評價。其中,對因熔融張力過高而無法製作厚度6 μm之PP原片膜之樣品而言,記為無法製作。
<實施例6> 將高分子量之聚丙烯(PP,MFR(230℃)=0.51 g/10分鐘,密度=0.91 g/cm 3,Mw=900000,Mw/Mn=5.2,五員組分率=99.3%)以2.5英吋之擠出機進行熔融,使用齒輪泵向調整為模寬500 mm、模唇之間隙3.3 mm之T模供給。T模之溫度設定為230℃,熔融之聚合物自T模噴出後,藉由400 L/分鐘之風量之25℃之吹送空氣而充分冷卻,卷取為捲筒。卷取為捲筒之PP原片膜具有15 μm之厚度,拉伸比為220。繼而,將三層結構之原片膜於130℃下退火20分鐘。將經退火之原片膜於室溫下冷延伸至10%,繼而於130℃下熱延伸185%,於130℃下熱緩和45%,藉此形成微多孔,獲得包含PP單層之微多孔層之分隔件。上述延伸開孔後,進行所獲得之三層結構分隔件之透氣度、穿刺強度、熔斷短路試驗及105℃下之熱收縮率之測定。結果示於表13。
<比較例5> 除如表13所示變更原料以外,依據與實施例6相同之方法,獲得具有微多孔層之分隔件,對所獲得之分隔件進行評價。
[表11]
表11(例C).PP/PE/PP三層分隔件之評價
項目 單位 實施例
1 2 3 4 5
PP層之MFR g/10分鐘 0.51 0.38 0.35 0.6 0.51
PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91
PP之Mw - 900000 940000 960000 920000 900000
PP之Mw/Mn - 5.2 5.3 4.9 5.9 5.2
PP之五員組分率 % 99.3 97.9 98.3 94.8 99.3
PP層之熔融張力 mN 26 29 30 29 26
MD/TD配向比率 - 5.5 4.8 5.2 6.1 5.5
熱緩和步驟中之收縮率 % 45 45 45 45 32
分隔件厚度 μm 17.2 17.1 17 16.9 17
分隔件之孔隙率 % 48 46 44 43 50
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 m 3 185 225 241 249 172
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 345 368 374 328 330
分隔件之105℃下之MD方向熱收縮率 % 2.1 2.2 2.1 2.4 3.8
分隔件之105℃下之TD方向熱收縮率 % 0.1 0.1 0.2 0.1 0.2
熔斷短路試驗 熔斷溫度 125 126 124 124 127
短路溫度 205 208 210 201 206
加熱試驗
[表12]
表12(例C).PP/PE/PP三層分隔件之評價
項目 單位 比較例
1 2 3 4
PP層之MFR g/10分鐘 0.63 0.52 0.51 0.82
PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91 0.91 0.91
PP之Mw - 870000 900000 900000 740000
PP之Mw/Mn - 5.2 7.7 5.2 6
PP之五員組分率 % 96.3 93.6 99.3 90.1
PP層之熔融張力 mN 25 33 26 17
MD/TD配向比率 - 5.2 無法製作 5.5 5.3
熱緩和步驟中之收縮率 % 45 28 29
分隔件厚度 μm 17.2 16.9 17
分隔件之孔隙率 % 49 52 47
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 187 169 253
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 322 326 310
分隔件之105℃下之MD方向熱收縮率 % 2.8 4.3 4.6
分隔件之105℃下之TD方向熱收縮率 % 0.2 0.2 0.3
熔斷短路試驗 熔斷溫度 125 127 127
短路溫度 198 206 196
加熱試驗 不良 不良 不良
[表13] 表13(例C).包含PP單層微多孔層之分隔件之評價
項目 單位 實施例 比較例
6 5
PP層之MFR g/10分鐘 0.51 0.63
PP之密度 g/cm 3 0.91 0.91
PP之Mw - 900000 900000
PP之Mw/Mn - 5.2 5.2
PP之五員組分率 % 99.3 96.3
PP之熔融張力 mN 26 25
MD/TD配向比率 - 5.2 5.2
分隔件厚度 μm 14.3 14.2
分隔件之孔隙率 % 46 45
分隔件之透氣阻力度(14 μm厚換算值) 秒/100 cm 3 172 178
分隔件之穿刺強度(14 μm厚換算值) gf 320 295
分隔件之105℃下之MD方向熱收縮率 % 2.1 2.8
分隔件之105℃下之TD方向熱收縮率 % 0.1 0.1
熔斷短路試驗 熔斷溫度 170 167
短路溫度 209 198
加熱試驗 不良
[產業上之可利用性]
本發明之第一態樣之蓄電裝置用分隔件為高強度且能夠薄膜化,可較佳地用作蓄電裝置,例如鋰離子二次電池等之分隔件。
本發明之第二態樣之蓄電裝置用分隔件為高安全性且能夠薄膜化,可較佳地用作蓄電裝置,例如鋰離子二次電池等之分隔件。
圖1係表示用以說明廣角X射線散射中之(110)結晶波峰面積比(MD/TD)之測定的散射強度之方位角分佈之例之圖。

Claims (27)

  1. 一種蓄電裝置用分隔件,其含有主成分為聚烯烴(A)之微多孔層(X),上述微多孔層(X)之負載2.16kg及溫度230℃下之熔體流動速率(MFR)為0.9g/10分鐘以下,且於利用掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑為100nm以上,於溫度230℃下測定時之上述微多孔層(X)之熔融張力為16mN以上。
  2. 如請求項1之蓄電裝置用分隔件,其中於溫度230℃下測定時之上述微多孔層(X)之熔融張力為16mN以上40mN以下。
  3. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中於利用上述掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)之MD-TD表面觀察或ND-MD截面觀察中,存在於上述微多孔層(X)之孔之最大長孔徑為100nm以上400nm以下。
  4. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之機械方向之拉伸強度(SMD)與橫向之拉伸強度(STD)之比(SMD/STD)為SMD/STD>5。
  5. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之以105℃熱處理1小時後之熱收縮率於TD中為1%以下,於MD中為4%以下,上述蓄電裝置用分隔件之以120℃熱處理1小時後之熱收縮率於TD中為1%以下,於MD中為10%以下。
  6. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之厚度換算為14μm時之透氣度為250秒/100cm3以下。
  7. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其厚度為8μm以上18μm以下,且厚度換算為14μm時之穿刺強度為230gf以上。
  8. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴(A)含有聚丙烯。
  9. 如請求項8之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚丙烯相對於上述聚烯烴(A)之比率為50~100質量%。
  10. 如請求項8之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚丙烯之五員組分率為95.0%以上。
  11. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述微多孔層(X)之重量平 均分子量(Mw)為500,000以上1,500,000以下。
  12. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述微多孔層(X)之重量平均分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)為6以下。
  13. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其進而具備以聚烯烴(B)為主成分之微多孔層(Y)。
  14. 如請求項13之蓄電裝置用分隔件,其中於利用上述掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)及上述微多孔層(Y)之ND-MD截面觀察中,存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑為100nm以上400nm以下,且存在於上述微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑大於存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑。
  15. 如請求項13之蓄電裝置用分隔件,其中於利用上述掃描式電子顯微鏡(SEM)之上述微多孔層(X)及上述微多孔層(Y)之ND-MD截面觀察中,存在於上述微多孔層(Y)之孔之平均長孔徑為150nm以上2000nm以下,且為存在於上述微多孔層(X)之孔之平均長孔徑之1.2倍以上10倍以下。
  16. 如請求項13之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴(A)之主成分為聚丙烯,且上述聚烯烴(B)之主成分為聚乙烯。
  17. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述蓄電裝置用分隔件之孔隙率為20%以上70%以下。
  18. 如請求項1或2之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴(A)之主成分為聚丙烯,且上述聚丙烯之負載2.16kg及溫度230℃下之熔體流動速率(MFR)為0.6g/10分鐘以下。
  19. 一種蓄電裝置,其具備如請求項1至18中任一項之蓄電裝置用分隔件。
  20. 一種蓄電裝置用分隔件,其係具備微多孔層者,並且上述微多孔層含有具有0.7g/10分鐘以下之負載2.16kg及溫度230℃下之熔體流動速率(MFR)之聚烯烴,上述蓄電裝置用分隔件之熔斷短路試驗中之短路溫度為200℃以上,對上述蓄電裝置用分隔件以105℃進行1小時熱處理時之橫向(TD)之熱收縮率及機械方向(MD)之熱收縮率分別為TD≦1%及MD≦4%。
  21. 如請求項20之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴係以聚丙烯為主成分。
  22. 如請求項20或21之蓄電裝置用分隔件,其中上述聚烯烴之重量平均 分子量(Mw)除以數量平均分子量(Mn)所得之值(Mw/Mn)為7以下。
  23. 如請求項20或21之蓄電裝置用分隔件,其中上述熔斷短路試驗中之熔斷溫度為150℃以下。
  24. 如請求項20或21之蓄電裝置用分隔件,其具有以聚丙烯為主成分之微多孔層與以聚乙烯為主成分之微多孔層之多層結構。
  25. 如請求項20或21之蓄電裝置用分隔件,其中於上述微多孔層之廣角X射線散射測定中,機械方向(MD)之配向比率相對於橫向(TD)之配向比率之比MD/TD為1.3以上。
  26. 如請求項20或21之蓄電裝置用分隔件,其厚度為18μm以下,孔隙率為42%以上,厚度換算為14μm時之透氣阻力度為250秒/100cm3以下。
  27. 一種蓄電裝置,其具備如請求項20至26中任一項之蓄電裝置用分隔件。
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