WO2013058061A1 - 多孔質膜の製造方法及びその多孔質膜、電池用セパレーター及び電池 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)プラズマコーティング処理装置内に処理すべき多孔質膜(A)を配置し、該装置内に下記群1に示される原料群から選択される原料の少なくとも1種類の原料を気体状態で存在させ、さらに添加ガスを共存させてコーティング処理を行うことにより、多孔質膜(A)の少なくとも片側表面に原料及び添加ガスの構成元素を含む被膜を形成して得られる多孔質膜(A’)、
または、
(2)プラズマコーティング処理装置内に処理すべき多孔質膜(A)を配置し、該装置内に下記群1に示される原料群から選択される原料の少なくとも1種類の原料を気体状態で存在させ、さらに添加ガスを共存させてコーティング処理を行うことにより、多孔質膜(A)を形成する繊維、パルプまたはフィブリル表面に原料及び添加ガスの構成元素を含む被膜を形成して得られる多孔質膜(A’)、である。
(1) SiR1R2R3R4で表されるシラン化合物(ここでR1からR4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基、またはアルコキシ基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(2) O-(SiR1R2R3)2で表されるジシロキサン化合物(ここでR1からR3はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(3) -(OSiR1R2)n-で表される環状シロキサン化合物(ここでR1およびR2はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のnは2~20の整数である)
(4) N-(SiR1R2R3)mR4 3-mで表されるシラザン化合物(ここでR1~R4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のmは1~3の整数である。)
(5) -(NR1SiR2R2)l-で表される環状シラザン化合物(ここでR1からR3はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のlは2~20の整数である。)
(6) TiR1R2R3R4で表されるチタネート化合物(ここでR1~R4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基またはアルコキシ基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばTiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(7) 芳香族炭化水素化合物
(8) Ar-(X)kで表される極性基を少なくとも1つ以上有する芳香族化合物(ここでArは芳香族炭化水素あるいは複素芳香物化合物を示し、-Xは、-COOH、-SO3H、-OR、-CO-R、-CONHR、-SO2NHR、-NHCOOR、-NHCONHR、-NH2のいずれかであり、kは1以上3以下の整数、Rは炭素数1~10のアルキル基であり、アルキル基の炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。
(9) ラクタム化合物
また、本発明の電池用セパレーターは次の構成を有する。すなわち、
上記多孔質膜(A’)からなる電池用セパレーター、である。
正極、負極、電解質及び請求項11に記載の電池用セパレーターを少なくとも一枚有する電池、である。
水素、窒素、酸素、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化窒素、炭素数3以下の炭化水素
本発明の多孔質膜は、コーティング処理時に気体状態で存在させる前記原料が、常温常圧で固体、または、液体であることが好ましい。
ここでは多孔質膜(A)として、東レバッテリーセパレータフィルム(株)製“Setela”(登録商標)E20MMSを使用し、本発明の効果を確認した。
[コーティング処理装置]
コーティング処理装置は、減圧可能な容器(チャンバー)内にフィルムの巻き出し軸、巻き取り軸、冷却ドラム(Φ150mm)およびプラズマ電極を備える。コーティング処理装置には真空ポンプが接続されチャンバー内を減圧することが出来る。
(実施例1)
液体原料容器にヘキサメチルジシロキサン(HMDSO:信越化学(株)製)を投入し、真空排気後アルゴンガスでパージした。一方、厚み20μm、幅50mm、長さ20mの多孔質膜(A)が巻かれたロールをコーティング装置にセットし、装置内を3.0×10-3Pa以下まで排気した。
(実施例2)
添加ガスを二酸化炭素に変更し、チャンバー内の圧力を5.0Paに設定した以外は実施例1と同様に行なった。
(比較例2)
添加ガスを添加せず、チャンバー内の圧力を10.0Paに設定した以外は実施例1と同様に行なった。
(実施例3)
液体原料容器にヘキサメチルジシラザン(HMDS:和光純薬工業(株)製)を投入し、真空排気後アルゴンガスでパージした。チャンバー内の圧力を5.0Paに設定し、その他は実施例1と同様に行った。
(実施例4)
液体原料容器にヘキサメチルジシラザン(HMDS:和光純薬工業(株)製)を投入し、真空排気後アルゴンガスでパージした。添加ガスを二酸化炭素とし、その他は実施例1と同様に行った。
(比較例3)
液体原料容器にヘキサメチルジシラザン(HMDS:和光純薬工業(株)製)を投入し、真空排気後アルゴンガスでパージした。さらに添加ガスを添加しなかった以外は実施例1と同様に行なった。
(実施例5)
液体原料容器にチタニウムイソプロポキシド(TTIP:和光純薬工業(株)製)を投入し、真空排気後アルゴンガスでパージした。さらに添加ガスを二酸化炭素に変更した他は実施例1と同様に行った。
(実施例6~9及び比較例4)
テレフタル酸モノマー粉末(和光純薬工業(株)製)を坩堝に20g投入し、坩堝内で均一に拡げた。また、厚み20μm、幅50mm、長さ20mの多孔質膜(A)が巻かれたロールをコーティング装置にセットし、排気を開始した。
(実施例10,11及び比較例5)
メラミンモノマー粉末(和光純薬工業(株)製)を坩堝に20g投入し、坩堝内で均一に拡げた。また、厚み20μm、幅50mm、長さ20mの多孔質膜(A)が巻かれたロールをコーティング装置にセットし、排気を開始した。
[結果]
実施例1~11及び比較例1~5で得られた多孔質膜の物性を以下の方法により測定した。結果を表1及び2に示す。
・膜厚:接触厚さ計(株式会社ミツトヨ製)により測定した。
・透気抵抗度:JIS P 8117によりガーレー値を測定した(膜厚20μm換算)。
・目付け:多孔質膜を50mm角に打ち抜き多孔質膜の重量を0.1mgまで測定した。その重量をg/m2単位に換算した。
・突刺強度:多孔膜を直径1mm(0.5mmR)の針を用いて速度2mm/秒で突刺したときの最大荷重を測定し、20μm厚に換算した。
・シャットダウン温度:熱/応力/歪測定装置(セイコー電子工業(株)製、TMA/SS6000)を用い、10mm(TD)×3mm(MD)の多孔膜サンプルを、5℃/minの速度で室温から昇温しながら荷重2gで引っ張り、融点付近で観測される変極点をシャットダウン温度とした。
・メルトダウン温度:上記熱/応力/歪測定装置を用い、10mm(MD)×3mm(TD)の多孔質膜サンプルを、5℃/minの速度で室温から昇温しながら荷重2gで引っ張り、溶融により破膜した温度をメルトダウン温度とした。
・柔軟性:多孔質膜(A’)の被膜面側から新品のデザインカッターの刃を入れ、約5mmの切れ込みを入れた。切れ込み部分を電子顕微鏡にて倍率1000倍で観察し、被膜面のクラック(切れ込みから派生した被膜面の亀裂、剥離など)の有無を観察し、以下の基準で定性評価した。
good:クラックらしきものがある
failure:大きなクラックがある
・熱収縮率(105℃×8h):MD、TD方向に50×50mmとした多孔質膜の各辺の中点(二等分点)にマーキングする。多孔質膜を固定することなくフリーな状態で105℃で8h熱処理し、熱処理後のMD、TDそれぞれの寸法をマーキングした位置で測定する。
熱収縮率は、加熱前寸法(50mm)から加熱後寸法を減じ、さらに加熱前寸法(50mm)で割り算出した。
・熱収縮率(150℃×30分):TD方向の熱収縮率を測定する場合には、MD、TD方向に50×50mmとした多孔質膜を、50×35mmの開口部を有するフレームにTD方向と平行になるようにMD方向両端をテープ等により固定する。これによりMD方向は35mmの間隔で固定され、TD方向はフレーム開口部に膜端部が沿う状態で位置する。多孔質膜を固定したフレームごとオーブン中で150℃×30分熱処理し、冷却する。TD方向の熱収縮によってMDと平行である多孔質膜の端が、内側に(フレームの開口の中心に向かって)わずかに弓なりに曲がる。TD方向の熱収縮率(%)は、加熱前のTD寸法(50mm)から加熱後のTD方向の最短寸法を減じ、さらに加熱前のTD寸法(50mm)で割り算出した。
・電解液との濡れ性
水平状態に保った多孔質膜(A)と本発明の多孔質膜(A’)の被膜を形成した面に対して、ぬれ張力試験用混合液No.42.0(和光純薬工業(株)製)をスポイトからそれぞれ1滴滴下し、滴下後30秒経過後の多孔質膜表面での液滴の拡がり状態を観察した。多孔質膜(A’)の被膜を形成した面での液滴の拡がりが多孔質膜(A)より大きい場合は○と記載した。
・電気化学的安定性
MD方向70mm×TD方向60mmの多孔質膜を準備し、同サイズの負極および正極の間に多孔質膜を挟み電池を作製する。この時負極は天然黒鉛製、正極はLiCoO2製、電解質はエチレンカーボネートとジメチルカーボネート(3/7、v/v)の混合物中にLiPF6を溶解した1M溶液を使用した。多孔質膜(A’)の場合は被膜面が正極に接するように配置し、多孔質膜に電解質を含浸させ電池を完成させた。
Claims (12)
- プラズマコーティング処理装置内に処理すべき多孔質膜(A)を配置し、該装置内に下記群1に示される(1)~(9)の原料群から選択される少なくとも1種類の原料を気体状態で存在させ、さらに添加ガスを共存させてコーティング処理を行うことにより、多孔質膜(A)の少なくとも片側表面に原料および添加ガスの構成元素を含む被膜を形成して得られる多孔質膜(A’)。
群1
(1) SiR1R2R3R4で表されるシラン化合物(ここでR1からR4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基、またはアルコキシ基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(2) O-(SiR1R2R3)2で表されるジシロキサン化合物(ここでR1からR3はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(3) -(OSiR1R2)n-で表される環状シロキサン化合物(ここでR1およびR2はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のnは2~20の整数である)
(4) N-(SiR1R2R3)mR4 3-mで表されるシラザン化合物(ここでR1~R4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のmは1~3の整数である。)
(5) -(NR1SiR2R2)l-で表される環状シラザン化合物(ここでR1からR3はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のlは2~20の整数である。)
(6) TiR1R2R3R4で表されるチタネート化合物(ここでR1~R4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基またはアルコキシ基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばTiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(7) 芳香族炭化水素化合物
(8) Ar-(X)kで表される極性基を少なくとも1つ以上有する芳香族化合物(ここでArは芳香族炭化水素あるいは複素芳香物化合物を示し、-Xは、-COOH、-SO3H、-OR、-CO-R、-CONHR、-SO2NHR、-NHCOOR、-NHCONHR、-NH2のいずれかであり、kは1以上3以下の整数、Rは炭素数1~10のアルキル基であり、アルキル基の炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。
(9) ラクタム化合物 - プラズマコーティング処理装置内に処理すべき多孔質膜(A)を配置し、該装置内に下記群1に示される原料群から選択される少なくとも1種類の原料を気体状態で存在させ、さらに添加ガスを共存させてコーティング処理を行うことにより、多孔質膜(A)を形成する繊維、パルプまたはフィブリル表面に添加ガスの構成元素を含む被膜を形成して得られる多孔質膜(A’)。
群1
(1) SiR1R2R3R4で表されるシラン化合物(ここでR1からR4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基、またはアルコキシ基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(2) O-(SiR1R2R3)2で表されるジシロキサン化合物(ここでR1からR3はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(3) -(OSiR1R2)n-で表される環状シロキサン化合物(ここでR1およびR2はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のnは2~20の整数である)
(4) N-(SiR1R2R3)mR4 3-mで表されるシラザン化合物(ここでR1~R4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のmは1~3の整数である。)
(5) -(NR1SiR2R2)l-で表される環状シラザン化合物(ここでR1からR3はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばSiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。式中のlは2~20の整数である。)
(6) TiR1R2R3R4で表されるチタネート化合物(ここでR1~R4はそれぞれ水素、ハロゲン、炭素数1~10のアルキル基またはアルコキシ基のいずれかであり、炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。また例えばTiと置換基R1およびR2で環を形成していてもよい。)
(7) 芳香族炭化水素化合物
(8) Ar-(X)kで表される極性基を少なくとも1つ以上有する芳香族化合物(ここでArは芳香族炭化水素あるいは複素芳香物化合物を示し、-Xは、-COOH、-SO3H、-OR、-CO-R、-CONHR、-SO2NHR、-NHCOOR、-NHCONHR、-NH2のいずれかであり、kは1以上3以下の整数、Rは炭素数1~10のアルキル基であり、アルキル基の炭素鎖は直鎖状でも枝分かれがあってもよく、それぞれ炭素数が異なっていても同じでもよい。さらに炭素鎖は飽和していても不飽和でもよい。
(9) ラクタム化合物 - ロール・ツー・ロールプロセスでコーティング処理された請求項1または2に記載の多孔質膜(A’)。
- 添加ガスが、下記群2に示されるガスから選択される少なくとも1種類である請求項1~3のいずれかに記載の多孔質膜(A’)。
群2
水素、窒素、酸素、二酸化炭素、亜酸化窒素、二酸化窒素、炭素数3以下の炭化水素 - コーティング処理時に気体状態で存在させる前記原料が、常温常圧で固体である請求項1~4いずれかに記載の多孔質膜(A’)。
- コーティング処理時に気体状態で存在させる前記原料が、常温常圧で液体である請求項1~4いずれかに記載の多孔質膜(A’)。
- 原料が群1-(2)、(4)、(6)及び(8)に示される原料群から選択される少なくとも1種類であり、添加ガスが窒素、炭素数3以下の炭化水素又は二酸化炭素のいずれかである請求項1~6のいずれかに記載の多孔質膜(A’)。
- コーティング処理前の多孔質膜(A)の透気抵抗度X(sec/100ccAir/20μm)と、被膜が形成された多孔質膜(A’)の透気抵抗度X’(sec/100ccAir/20μm)との関係が、X’/X≦2.0を満たす請求項1~7のいずれかに記載の多孔質膜(A’)。
- 多孔質膜(A)の重量W(g/m2)と、被膜が形成された多孔質膜(A’)の重量W’(g/m2)との関係がW’-W≦2(g/m2)を満たす請求項1~8のいずれかに記載の多孔質膜(A’)。
- 多孔膜(A)が湿式法で製造されている請求項1~9のいずれかに記載の多孔質膜(A’)。
- 請求項1~10のいずれかに記載の多孔質膜(A’)からなる電池用セパレーター。
- 正極、負極、電解質及び請求項11に記載の電池用セパレーターを少なくとも一枚有する電池。
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