WO2019093498A1 - 蓄電デバイス用セパレータ、及び蓄電デバイス - Google Patents

蓄電デバイス用セパレータ、及び蓄電デバイス Download PDF

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ionic compound
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将人 村上
真太郎 稲葉
伸弥 久光
大助 稲垣
畑山 博司
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旭化成株式会社
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    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • BACKGROUND Storage devices are used in a wide range of applications such as power supplies for consumer devices, power supplies for vehicles, and stationary power supplies.
  • lithium ion secondary batteries have excellent features such as high energy density and high durability, and thus their use as power sources for electric vehicles has been rapidly expanding in recent years.
  • a microporous polyolefin membrane is generally used as a separator.
  • the separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent electron conduction due to direct contact or short circuit between the positive and negative electrodes, while enabling ion conduction through the electrolyte held in the microporous film.
  • a storage device for an electric vehicle needs to have advanced input / output characteristics because charging and discharging of a large current is frequently performed in a short time, such as rapid charging and regenerative braking. Furthermore, since storage devices are often installed at high density in a limited space in a car, the temperature of the battery tends to rise, and a high level is required for the heat resistance of the separator from the viewpoint of ensuring safety. .
  • Patent Document 5 discloses a method of preparing a barium sulfate-containing polyolefin microporous membrane by mixing a polyolefin resin and barium sulfate. Specifically, polyolefin resin such as high density polyethylene and soft polypropylene and barium sulfate (average particle diameter 660 nm) as a filler are mixed, and the obtained mixture is stretched to form an interface between the resin and the filler. Peel to form a porous membrane.
  • polyolefin resin such as high density polyethylene and soft polypropylene and barium sulfate (average particle diameter 660 nm) as a filler are mixed, and the obtained mixture is stretched to form an interface between the resin and the filler. Peel to form a porous membrane.
  • Patent Document 1 uses a microporous polyethylene film as a base material of the heat-resistant layer, so polyethylene may melt and flow at high temperature, and the insulation of the separator may not be maintained.
  • this technology requires a process for producing a base material and a process for forming a heat-resistant layer, there are also problems that the number of processes is large and the productivity is low.
  • the present invention is a separator for a storage battery device characterized by having excellent heat resistance and ion permeability, without impairing the durability of the storage battery device, and with less deterioration of polyolefin. It is an object of the present invention to provide an electricity storage device comprising
  • the present invention is as follows.
  • It is a separator for electrical storage devices which has a porous layer containing polyolefin resin and an ionic compound, Content of the said ionic compound in the said porous layer is 5 mass% or more and 99 mass% or less, and A separator for a storage battery, wherein the whiteness of the separator exceeds 98.0.
  • the thickness ratio of the porous layer to the entire storage separator is preferably more than 0% and not more than 100%, more preferably 10% to 100%, in consideration of the heat resistance, ion permeability and physical strength of the separator. %, And more preferably 20% or more and 100% or less. It is preferable that the thickness ratio of the porous layer is 100% because the production becomes easy. On the other hand, even if the thickness ratio of the porous layer is less than 100%, the high heat resistance of the porous layer can be imparted to the entire separator, so it may be less than 100%.
  • the porous layer As a method of producing the porous layer, it is preferable to have at least a stretching step from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the separator and improving the quality such as uniformity of film thickness, and the stretching step and the removal step of the third component It is more preferable to have, it is more preferable to have a stretching step and a third component extraction step, and it is particularly preferable to have a biaxial stretching step and a plasticizer extraction step.
  • the porous layer is produced by these methods, not only the porous layer can be formed uniformly, but also physical property adjustment such as thickness and porosity of the whole separator for a storage battery device becomes easy.
  • the proportion of the polyolefin resin in the entire separator for a storage battery device is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and still more preferably 15% by mass or more.
  • this ratio is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and still more preferably 85% by mass or less. If the proportion of the polyolefin resin is 95% by mass or less, the heat resistance of the separator tends to be high.
  • polyolefin resin contains high molecular weight polyethylene.
  • the proportion of the high molecular weight polyethylene in the polyolefin resin is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, still more preferably 65% by mass or more, and may be 100% by mass.
  • the viscosity average molecular weight (Mv) of the high molecular weight polyethylene is preferably 600,000 to 5,000,000, more preferably 650,000 to 4,000,000, and still more preferably 700,000 to 3,000, It is less than 000.
  • the viscosity average molecular weight can be determined by measuring the intrinsic viscosity of the decalin solvent at 135 ° C.
  • the shape of the ionic compound may, for example, be plate-like, scaly, needle-like, columnar, spherical, polyhedral or massive. A plurality of ionic compounds having the above-mentioned shapes may be used in combination.
  • the shape of the ionic compound is not particularly limited, but from the viewpoint of heat resistance improvement, columnar, spherical or polyhedral ones are preferable, and spherical ones are more preferable.
  • Carbonates such as calcium carbonate have long been widely used as fillers for various polymers, and their performance as fillers has been demonstrated in various applications. However, in the special environment of the inside of the storage device, the carbonate may be decomposed to generate carbon dioxide, which is not preferable. Ionizable compounds other than carbonates such as sulfates, phosphates, and halides are preferable because they have high stability inside the electricity storage device.
  • the proportion of the ionic compound in the entire separator for a storage battery device is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and still more preferably 15% by mass or more.
  • the proportion of the ionic compound in the whole is 5% by mass or more, the heat resistance of the separator tends to be improved.
  • this ratio is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and still more preferably 85% by mass or less. If the proportion of the ionic compound in the whole is 95% by mass or less, it tends to be possible to prevent the ionic compound from falling off from the separator.
  • the average pore size can be measured by the gas-liquid method. Specifically, it is known that the fluid inside the capillary follows the Knudsen flow when the mean free path of the fluid is larger than the pore diameter of the capillary and the Poiseuille flow when it is smaller. Therefore, it is assumed that the flow of air follows the flow of Knudsen in measurement of the air permeability of the separator, and the flow of water follows the flow of Poiseuille in the measurement of water permeability.
  • R gas was determined from the air permeability (seconds) using the following equation.
  • R gas 0.0001 / (air permeability ⁇ (6.424 ⁇ 10 ⁇ 4 ) ⁇ (0.01276 ⁇ 101325))
  • R liq was determined from the water permeability (cm 3 / (cm 2 ⁇ second ⁇ Pa)) using the following equation.
  • R liq permeability / 100 The water permeability was determined as follows.
  • the porosity of the electric storage device separator is preferably 25% to 95%, more preferably 30% to 85%, still more preferably 35% to 75%, particularly preferably 40% to 65%.
  • a porosity of 25% or more is preferable from the viewpoint of improving ion conductivity, and a porosity of 95% or less is preferable from the viewpoint of voltage resistance.
  • the porosity of the separator may be controlled by controlling the mixing ratio of the polyolefin resin composition and the plasticizer, the stretching temperature, the stretching ratio, the heat setting temperature, the stretching ratio during heat setting, the relaxation rate during heat setting, or a combination thereof. It can be adjusted by
  • the puncture strength of the separator for a storage battery is preferably 100 gf or more, more preferably 200 gf or more, still more preferably 300 gf or more, preferably 600 gf or less, more preferably 500 gf or less, still more preferably 400 gf or less. It is preferable to adjust the puncture strength to 100 gf or more from the viewpoint of suppressing the membrane breakage due to the active material or the like dropped off at the time of battery winding, and from the viewpoint of reducing concern about short circuit due to expansion and contraction of the electrode accompanying charge and discharge. Is also preferred. On the other hand, it is preferable to adjust the puncture strength to 600 gf or less from the viewpoint of being able to reduce the contraction due to the orientation relaxation at the time of heating.
  • the viscosity average molecular weight of the polyolefin resin contained in the storage device separator is preferably 200,000 or more and 5,000,000 or less, more preferably 300,000 or more and 3,000,000 or less, still more preferably 400 It is more than 4,000 and less than 1,000,000.
  • the viscosity average molecular weight is 200,000 or more, the melt tension at the time of melt molding is increased, the moldability is improved, and entanglement of polyolefin resins tends to result in high strength.
  • the viscosity average molecular weight is 5,000,000 or less, it becomes easy to melt and knead uniformly, and the sheet tends to be excellent in moldability, particularly thickness stability.
  • the whiteness of the power storage device separator is more than 98.0 and 105 or less, preferably 98.5 or more and 104 or less, and more preferably 99 or more and 103 or less.
  • the whiteness of the separator is more than 98.0, the deterioration of the polyolefin is small, so that the reliability and safety of the electricity storage device can be improved.
  • the whiteness of the separator is 105 or less, a separator with little deterioration of the polyolefin can be efficiently produced, which is preferable from the viewpoint of practical use.
  • the whiteness is measured using a colorimeter “SC-T” (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.) under a condition that does not include specularly reflected light in a 2 ° visual field.
  • SC-T colorimeter
  • the thickness of the separator is 20 ⁇ m or less, the color of the back surface of the separator to be measured may be detected, and the whiteness of the separator may not be measured correctly. In the following cases, it is defined that the separator is folded and the total thickness is measured to be 20 ⁇ m or more.
  • the withstand voltage of the storage device separator can be measured using a withstand voltage / insulation resistance tester (TOS 9201, manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd.). Specifically, for example, the separator is sandwiched by a smooth metal plate, the applied voltage is increased at a speed of 1 kV / sec, and a voltage value at which a short circuit is detected is measured (AC 60 Hz).
  • TOS 9201 manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd.
  • the withstand voltage (kV / 20 ⁇ m) per 20 ⁇ m is preferably 1.3 kV / 20 ⁇ m or more, more preferably 1.4 kV / 20 ⁇ m or more from the viewpoint of suppressing film breakage due to the active material or the like dropped off during winding body production More preferably, it is 1.5 kV / 20 ⁇ m or more.
  • the reason why the deterioration of the polyolefin contained in the electric storage device separator of the present embodiment is suppressed is not necessarily clear and is not limited to the action or principle described in this paragraph, but the separator of the present embodiment is It is considered to use a filler that does not induce deterioration.
  • a filler that does not induce deterioration.
  • metal oxides such as silica
  • a method (combustion method) of hydrolyzing SiCl 4 at a high temperature is known as one of methods for producing fine particles. In this case, since it is difficult to completely remove by-produced hydrogen chloride, it is considered that deterioration of the polyolefin is promoted by the remaining acidic component.
  • the separator of the present embodiment contains a polyolefin resin and an ionic compound in the same layer, and in particular, a polyethylene having a viscosity average molecular weight of 600,000 or more, a separator having a whiteness of more than 98.0. Is preferable because it tends to be obtained.
  • the manufacturing method of a separator is, for example, the following steps: (1) a step of melt-kneading a polyolefin resin, an ionic compound, and a plasticizer to obtain a melt, (2) A step of transferring the melt, forming it into a sheet, and then cooling and solidifying it, (3) a step of stretching the sheet-like formed body at least in a uniaxial direction at a surface magnification of 20 times or more and less than 200 times; (4) The process of extracting a plasticizer from a sheet-like molded object may be included after an extending process.
  • the polyolefin resin, the ionic compound, and the plasticizer are melt-kneaded.
  • a melt-kneading method for example, a polyolefin resin, an ionic compound and, if necessary, other additives are introduced into a resin-kneading apparatus such as an extruder, a kneader, a laboplast mill, a kneading roll, or a Banbury mixer.
  • non-volatile solvent which can form a uniform solution above the melting point of polyolefin resin.
  • non-volatile solvents include, for example, hydrocarbons such as liquid paraffin and paraffin wax; esters such as dioctyl phthalate and dibutyl phthalate; higher alcohols such as oleyl alcohol and stearyl alcohol . These plasticizers may be recovered by distillation or the like after extraction and reused.
  • the polyolefin resin, the ionic compound, the other additives, and the plasticizer are preferably preliminarily kneaded at a predetermined ratio using a Henschel mixer or the like before being introduced into the resin kneading apparatus. More preferably, in the pre-kneading, only a part of the plasticizer is introduced, and the remaining plasticizer is kneaded while being appropriately heated and side-fed to the resin kneading apparatus.
  • liquid paraffin is highly compatible with polyethylene or polypropylene when the polyolefin resin is polyethylene or polypropylene, and even if the melt-kneaded product is stretched, interfacial peeling between the resin and the plasticizer hardly occurs, and uniform stretching is achieved. Is preferable because it tends to be easy to implement.
  • the proportions of the polyolefin resin, the ionic compound, and the plasticizer are not particularly limited as long as they can be melt-kneaded uniformly and molded into a sheet.
  • the mass fraction of the plasticizer in the composition comprising the polyolefin resin, the ionic compound, and the plasticizer is preferably 10 to 90% by mass, more preferably 20 to 80% by mass.
  • the melt tension at the time of melt molding tends to be sufficient to improve the formability.
  • the mass fraction of the plasticizer is 10% by mass or more, the polyolefin molecular chain is not cut even when the mixture of the polyolefin resin composition and the plasticizer is drawn at a high ratio, and a uniform and fine pore structure Are easy to form and the strength is also easy to increase.
  • the extruded kneaded material when brought into contact with a metal roll, sandwiching between the rolls further increases the efficiency of heat conduction, orients the sheet and increases the film strength, and also improves the surface smoothness of the sheet. It is more preferable because it tends to It is preferable that it is 200 micrometers or more and 3,000 micrometers or less, and, as for the die-lip space
  • the sheet-like formed body may be rolled.
  • the rolling can be carried out by, for example, a press method using a double belt press or the like.
  • the rolling area magnification is preferably more than one and not more than three times, and more preferably more than one and not more than two times.
  • the rolling ratio exceeds 1 time, the plane orientation tends to increase and the film strength of the finally obtained separator tends to increase.
  • the rolling ratio is 3 times or less, the difference in orientation between the surface layer portion and the inside of the center is small, and a uniform porous structure tends to be formed in the thickness direction of the film.
  • Stretching may be performed after extracting the plasticizer from the sheet-like molded product. Furthermore, it may be performed before and after extracting the plasticizer from the sheet-like compact.
  • biaxial stretching is preferable from the viewpoint of improving the strength of the obtained separator.
  • the stretching method include methods such as simultaneous biaxial stretching, sequential biaxial stretching, multistage stretching, multiple stretching, and the like. Simultaneous biaxial stretching is preferable from the viewpoint of improvement in puncture strength, uniformity of stretching, and fuse characteristics. Further, from the viewpoint of controllability of plane orientation, sequential biaxial stretching is preferred.
  • Simultaneous biaxial stretching refers to a stretching method in which stretching in the MD (machine direction of continuous separator forming) and stretching in the TD (direction crossing the MD of the separator at an angle of 90 °) are simultaneously performed. May be different.
  • Sequential biaxial stretching refers to a stretching method in which stretching of MD and TD is performed independently, and when MD or TD is stretched, the other direction is fixed in a non-constrained state or a fixed length It will be in the state.
  • the stretching ratio is preferably in the range of 20 times to 200 times in terms of area ratio, and more preferably in the range of 25 times to 150 times.
  • the stretching ratio in each axial direction is preferably 4 to 15 times in MD, 4 to 15 times in TD, 5 to 12 times in MD, and 5 to 12 times in TD. More preferably, it is in the range of When the total area magnification is 25 times or more, sufficient strength tends to be imparted to the obtained separator, while when the total area magnification is 200 times or less, breakage of the separator in the stretching step is prevented to achieve high production. It tends to get sex.
  • the plasticizer is removed from the sheet-like molded product to form a separator.
  • a method of removing a plasticizer the method of immersing a sheet-like molded object in an extraction solvent, extracting a plasticizer, and making it fully dry is mentioned, for example.
  • the plasticizer may be extracted either batchwise or continuously.
  • an extraction solvent used when extracting a plasticizer it is preferable to use a solvent which is a poor solvent for the polyolefin resin and a good solvent for the plasticizer and whose boiling point is lower than the melting point of the polyolefin resin.
  • extraction solvents examples include hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and 1,1,1-trichloroethane; non-chlorinated such as hydrofluoroether and hydrofluorocarbon Halogenated solvents; alcohols such as ethanol and isopropanol; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone.
  • hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane
  • halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and 1,1,1-trichloroethane
  • non-chlorinated such as hydrofluoroether and hydrofluorocarbon Halogenated solvents
  • alcohols such as ethanol and isopropanol
  • ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran
  • ketones such as ace
  • heat treatment can also be performed for the purpose of heat fixation after the stretching step or after formation of the separator.
  • the separator may be subjected to post-treatments such as hydrophilization treatment with a surfactant or the like, crosslinking treatment with an ionizing radiation or the like.
  • the separator is preferably subjected to heat treatment for the purpose of heat fixation from the viewpoint of suppressing the shrinkage.
  • heat treatment for the purpose of adjusting physical properties, stretching operation performed at a predetermined temperature atmosphere and a predetermined drawing rate, and / or relaxation performed at a predetermined temperature atmosphere and a predetermined relaxation rate for the purpose of reduction of drawing stress Operation is mentioned.
  • the relaxation operation may be performed after the stretching operation.
  • the stretching and relaxation operation after this plasticizer extraction is preferably performed in the TD.
  • the temperature of the stretching and relaxation operation is preferably Tm -20 ° C or more and Tm + 20 ° C or less, more preferably Tm -10 ° C or more and Tm + 10 ° C or less, as compared to the melting point of the polyolefin resin (hereinafter also referred to as "Tm"). is there. It is preferable from the viewpoint of the balance of heat contraction rate reduction and the porosity that the temperature of extending
  • the separator When the separator is produced by the “wet method” of making porous by plasticizer extraction, the distribution of the size, shape, and position of the pores is easily equalized, as a result, the reflected light of the separator is uniformed, and the whiteness of the separator is high. Tend to Therefore, from the viewpoint of increasing the whiteness of the separator to more than 98.0, it is preferable to perform porosification by plasticizer extraction.
  • the electric storage device separator of the present embodiment alone functions sufficiently as an electric storage device separator, but if necessary, an inorganic material and / or an organic material may be applied to form a laminated film.
  • the electric storage device separator of the present embodiment is high in heat resistance and less in the deterioration of polyolefin, so the reliability and safety of the electric storage device can be improved.
  • the power storage device of the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and a power storage device separator according to the present embodiment.
  • lithium secondary batteries, lithium ion secondary batteries, nickel hydrogen batteries, or lithium ion capacitors are preferable, and lithium ion secondary batteries are more preferable.
  • the positive electrode is prepared by adding a conductive assistant such as acetylene black and an appropriate amount of a binder such as polyvinylidene fluoride to the positive electrode active material to prepare a positive electrode mixture, which is applied to a current collector material such as aluminum foil and dried.
  • the positive electrode mixture layer is fixed on the current collection material by pressing.
  • the method for producing the positive electrode is not limited to the method exemplified above.
  • the group preferably has the general formula LiNi x Co y Ma 1-xy O 2 ⁇ wherein, Ma is composed of Mn and Al It represents one or more selected from the group selected, and 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, and x + y ⁇ 1.
  • Layered oxide cathode active material represented by the general formula LiMn 2-x Mb x O 4 wherein M b represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and 0.2 ⁇ x ⁇ 0.7 It is.
  • Li 2 McO 3 and LiMdO 2 (wherein, Mc and Md independently represent one or more selected from the group consisting of transition metals).
  • Li 2 MfPO 4 F (wherein, Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals).
  • LiNi x Co y Ma 1-xy O 2 ⁇ wherein, Ma represents one or more members selected from the group consisting of Mn and Al, a 0 ⁇ x ⁇ 1, is 0 ⁇ y ⁇ 1, And x + y ⁇ 1.
  • LiCoO 2 LiNi x Co y Mn 1-xy O 2 ⁇ wherein a 0.3 ⁇ x ⁇ 1, is 0 ⁇ y ⁇ 0.4, and is x + y ⁇ 1.
  • LiNi 0.85 Co 0.1 Al 0.05 O 2 can be mentioned.
  • the negative electrode active material that can be used for the negative electrode is not particularly limited.
  • alloy compounds such as Al, Si, and Sn; metal oxides such as CuO and CoO; lithium-containing compounds such as lithium titanate Compounds; and carbon materials can be used.
  • a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions at a relatively low potential is preferable.
  • Such a carbon material is not particularly limited.
  • the interlayer distance d 002 of the (002) plane of the carbon material is preferably 0.37 nm or less, more preferably 0.35 nm or less, and further preferably 0.34 nm. It is below.
  • the lower limit of d 002 is not particularly limited, but is theoretically about 0.335 nm.
  • the size of the crystallite in the c-axis direction of the carbon material is preferably 3 nm or more, more preferably 8 nm or more, and still more preferably 25 nm or more.
  • the upper limit of the size of the crystallite is not particularly limited, it is generally about 200 nm.
  • the average particle diameter of a carbon material becomes like this. Preferably it is 3 micrometers or more and 15 micrometers or less, More preferably, they are 5 micrometers or more and 13 micrometers or less.
  • the purity of the carbon material is preferably 99.9% or more.
  • the power storage device is widely used not only as a battery for vehicle use but also widely as a power source for various devices including batteries for consumer devices such as smartphones because it has high safety and excellent productivity. it can.
  • Air permeability (second / 100 ml) The air permeability of the sample was measured with a Gurley air permeability meter (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) according to JIS P-8117.
  • the separator was fixed with a sample holder with a diameter of 11.3 mm at the opening using a handy compression tester “KES-G5” (manufactured by Kato Tech).
  • the piercing force as the maximum piercing force is carried out by performing a piercing test under a 25 ° C. atmosphere under the conditions of a radius of curvature of 0.5 mm at the tip of the needle and a piercing speed of 2 mm / sec on the central part of the fixed separator.
  • gf was measured.
  • the whiteness of the separator was measured using a colorimeter “SC-T” (manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). When the thickness of the separator was less than 20 ⁇ m, the separator was folded to adjust the total thickness to be 20 ⁇ m or more, and the whiteness was measured under a condition that does not include specularly reflected light in a 2 ° visual field.
  • soldering test (mm 2 ) A solder iron having a tip diameter of 1 mm was placed vertically to the frame-fixed separator. The temperature of the solder iron was raised to 400 ° C., and after the temperature was stabilized, the solder iron was lowered at a speed of 10 mm / sec to pierce the separator for 3 seconds and then raised. The area of the hole of the separator was observed with an optical microscope, and the area was determined by image processing.
  • the pouch type lithium ion secondary battery was housed in a thermostatic bath "PLM-73S" (manufactured by Futaba Scientific Co., Ltd.) set at 25 ° C., and connected to a charge / discharge device "ACD-01" (manufactured by Aska Electronics Co., Ltd.). Then, the secondary battery is charged to a voltage of 4.2 V with a constant current of 0.1 C, and charged for 1 hour at a constant voltage of 4.2 V, and then 3. C with a constant current of 0.1 C. The charge and discharge cycle of discharging to 0 V was repeated three times.
  • Polyolefin resin Polyethylene A having a viscosity average molecular weight of 700,000 and a melting point of 135 ° C. (UH650, manufactured by Asahi Kasei Corporation)
  • Polyethylene B having a viscosity average molecular weight of 260,000 and a melting point of 131 ° C. (7000 FP, manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.)
  • Polyethylene C having a viscosity average molecular weight of 2,000,000 and a melting point of 135 ° C.
  • Example 1 Polyethylene A (85 parts by mass), barium sulfate (15 parts by mass) having an average particle diameter of 50 nm, and an antioxidant (0.85 parts by mass) were dry-blended with a Henschel mixer to obtain a mixture raw material.
  • the mixture raw material was fed by a feeder to a twin-screw extruder under a nitrogen atmosphere. Also, liquid paraffin was injected into the extruder cylinder by a plunger pump. The operating conditions of the feeder and pump were adjusted so that the proportion of liquid paraffin was 66 parts by mass and the proportion of polymer and ionic compound was 34 parts by mass in the total mixture extruded. Then, they are melt-kneaded while heating to 200 ° C.
  • Example 6 A separator was produced in the same manner as in Example 2, except that barium sulfate having an average particle size of 10 nm was used instead of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 2. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 1.
  • Example 8 A separator was produced in the same manner as in Example 4 except that barium sulfate having an average particle size of 10 nm was used instead of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 4. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 1.
  • Example 9 A separator was produced in the same manner as in Example 4 except that barium sulfate having an average particle size of 660 nm was used in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 4. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 1.
  • Example 11 A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that sodium phosphate having an average particle size of 500 nm was used instead of the barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 1. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 1.
  • Example 12 A separator was produced in the same manner as in Example 2 except that sodium phosphate having an average particle size of 500 nm was used in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 2. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 13 A separator was produced in the same manner as in Example 3 except that sodium phosphate having an average particle size of 500 nm was used in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 3. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 14 A separator was produced in the same manner as in Example 4 except that sodium phosphate having an average particle size of 500 nm was used instead of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 4. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 15 Using a Henschel mixer, dry blend of polyethylene C (5 parts by mass), sodium phosphate (95 parts by mass) having an average particle diameter of 500 nm, and an antioxidant (0.05 parts by mass) instead of the mixture raw material of Example 1 A separator was produced in the same manner as Example 1 except that the mixture raw material obtained was used. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 17 A separator was produced in the same manner as in Example 2 except that aluminum sulfate having an average particle size of 800 nm was used in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 2. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 18 A separator was produced in the same manner as in Example 3 except that aluminum sulfate having an average particle size of 800 nm was used in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 3. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 20 A separator was produced in the same manner as in Example 15 except that aluminum sulfate having an average particle size of 800 nm was used in place of sodium phosphate having an average particle size of 500 nm in Example 15. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 21 A separator was produced in the same manner as in Example 1 except that lithium fluoride having an average particle size of 30 nm was used in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 1. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 22 A separator was produced in the same manner as in Example 2 except that lithium fluoride having an average particle size of 30 nm was used instead of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 2. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 23 A separator was produced in the same manner as in Example 3 except that lithium fluoride having an average particle size of 30 nm was used in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 3. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 26 Using a Henschel mixer, dry blending of polyethylene C (14 parts by mass), barium sulfate (86 parts by mass) having an average particle diameter of 50 nm, and an antioxidant (0.14 parts by mass) instead of the mixture raw material of Example 1 A separator was produced in the same manner as Example 1, except that the obtained mixture raw material was used. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 27 In place of the raw material mixture of Example 1, polyethylene C (10 parts by mass), barium sulfate (90 parts by mass) having an average particle diameter of 50 nm, and an antioxidant (0.1 parts by mass) are dry-blended with a Henschel mixer A separator was produced in the same manner as Example 1, except that the obtained mixture raw material was used. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 29 Using a Henschel mixer, dry blending of polyethylene C (1 part by mass), barium sulfate (99 parts by mass) having an average particle diameter of 50 nm, and an antioxidant (0.01 part by mass) instead of the mixture raw material of Example 1 A separator was produced in the same manner as Example 1, except that the obtained mixture raw material was used. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Example 1 is the same as Example 1 except that the mixture raw material obtained by dry blending polyethylene A (100 parts by mass) and antioxidant (1 part by mass) with a Henschel mixer in place of the mixture raw material of Example 1 is used. To produce a separator. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 1.
  • Comparative Example 3 A separator was produced in the same manner as in Example 3 except that silica having an average particle size of 16 nm was used instead of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 3. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 1.
  • Comparative Example 4 A separator was produced in the same manner as in Example 3 except that alumina of 10 nm in average particle size was used in place of barium sulfate of 50 nm in average particle size of Example 3. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 1.
  • Comparative Example 5 A separator was produced in the same manner as in Example 3 except that, in place of barium sulfate having an average particle size of 50 nm in Example 3, boehmite having an average particle size of 800 nm was used. The evaluation results of the obtained separator are shown in Table 2.
  • Examples 1 to 29 the 20 C discharge capacity is remarkably high and the capacity retention after 100 cycles is equivalent or high as compared with Comparative Example 2 in which the separator is produced by the dry porosity forming method without using a plasticizer. . Furthermore, in comparison with Comparative Example 2, Examples 1 to 29 have higher whiteness of the separator than Comparative Example 2, and are excellent in voltage resistance. Therefore, it is understood that the separator of the present embodiment is excellent in improving the reliability, the output characteristics, and the durability of the power storage device.
  • the storage battery separator having a specific whiteness and having a porous layer containing a polyolefin resin and an ionic compound not only functions well as a separator, but also the safety of the storage battery at high temperature It became clear that it contributes to the improvement of the property, and also can contribute to the improvement of the output characteristics and durability of the electricity storage device.

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Abstract

ポリオレフィン樹脂とイオン性化合物とを含有する多孔質層を有する蓄電デバイス用セパレータであって、前記多孔質層中の前記イオン性化合物の含有量が5質量%以上99質量%以下であって、かつ前記セパレータの白色度が98.0を超える。

Description

蓄電デバイス用セパレータ、及び蓄電デバイス
 本発明は、蓄電デバイス用セパレータ、及び当該セパレータを用いる蓄電デバイスに関する。
 蓄電デバイスは、民生機器用電源、車載用電源、定置用電源などの幅広い用途において利用されている。これらの蓄電デバイスの中でも、リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、高耐久性といった優れた特徴を持つことから、近年では電気自動車用の電源として急速に利用が拡大している。
 リチウムイオン二次電池には、一般的にポリオレフィン微多孔膜がセパレータとして使用されている。セパレータは、正極及び負極の間に配置され、正負極の直接接触又は短絡による電子伝導を防ぐ一方で、その微多孔膜中に保持した電解液を介してイオン伝導を可能にしている。
 電気自動車用の蓄電デバイスは、急速充電、回生ブレーキなどのように、短時間に大電流の充放電が行われる頻度が高いため、高度な入出力特性を備えている必要がある。さらに、車内の限られたスペースに対して、蓄電デバイスを高密度で設置することが多いため、電池の温度が上昇し易く、安全性確保の観点からセパレータの耐熱性には高い水準が求められる。
 近年、セパレータの耐熱性を向上するために、様々な試みが検討されている。最も汎用的に用いられている方法は、ポリオレフィン微多孔膜を基材として用いて、基材上に無機フィラー及び/又は耐熱性有機樹脂を主体として含む耐熱層を形成する方法である。例えば、特許文献1では、ポリエチレン微多孔膜上に、シリカを主体として含む耐熱層を形成し、セパレータの耐熱性を向上させている。
 他方、ポリオレフィン微多孔膜自体の耐熱性を高める方法も提案されている。例えば、特許文献2では、ポリエチレン樹脂とアルミナを併用して、アルミナ含有ポリエチレン微多孔膜を作製することを開示している。特許文献2には、具体的には、高密度ポリエチレンとアルミナ粒子(平均粒径2nm)から成る微多孔膜は、高温でもアルミナ粒子によって絶縁性を維持できることが記載されている。
 また、特許文献3及び4には、ポリエチレン樹脂とシリカを併用して、シリカ含有ポリエチレン微多孔膜を作製する方法も提案されている。特許文献3及び4には、具体的には、ポリエチレン樹脂にシリカを高濃度で充填することによって、ポリエチレンの融点を超える高温においても、微多孔膜の収縮が抑制できることが記載されている。
 さらに、特許文献5には、ポリオレフィン樹脂と硫酸バリウムを混合して、硫酸バリウム含有ポリオレフィン微多孔膜を作製する方法が開示されている。具体的には、高密度ポリエチレン、軟質ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂類と、フィラーとしての硫酸バリウム(平均粒径660nm)とを混合し、得られた混合物を延伸することによって、樹脂とフィラーの界面を剥離して多孔質膜を形成する。
国際公開第2012/005139号 特開平10-50287号公報 国際公開第2010/108148号 特開2010-262785号公報 特開2005-71979号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の技術は、耐熱層の基材としてポリエチレン微多孔膜を用いているため、高温でポリエチレンが溶融・流動して、セパレータの絶縁性が維持されない恐れがある。また、この技術は、基材の製造工程と耐熱層の形成工程を必要とするため、工程数が多く、生産性が低いという課題もある。
 また、特許文献2~4に記載の技術は、ポリオレフィン微多孔膜に金属酸化物フィラーを含有させるため、ポリオレフィンと金属酸化物を高温で混練する必要がある。高温でポリオレフィンと金属酸化物を接触させると、金属酸化物によってポリオレフィンの劣化が引き起こされて、セパレータが黄変する場合がある。劣化したポリオレフィンは耐電圧性及び耐酸化性に懸念があるため、蓄電デバイスの信頼性及び安全性を高める観点からは好ましくない。また、高温の蓄電デバイス中においては、金属酸化物と電解液が反応する恐れがあり、サイクル特性などの電池特性を損なうか、又はガス発生による電池の膨れによって安全性を損なうという観点からも好ましくない。
 特許文献5に記載の技術は、ポリオレフィン樹脂とフィラーの界面剥離によって膜を多孔質化している。フィラーの粒径が大きいと、偶発的に大孔径なボイドを生じ易く、膜を蓄電デバイスのセパレータとして使用した際に、微短絡又は自己放電が発生する恐れがある。また、粒径が大きいフィラーは、自然採石した鉱物を粉砕して製造されることが多く、金属酸化物、ハロゲン元素などの不純物が含まれるため、ポリオレフィンの劣化が促進されて、セパレータが黄変する場合がある。
 本発明は、上記事情を鑑みて、優れた耐熱性及びイオン透過性を有しながら、蓄電デバイスの耐久性を損なわず、ポリオレフィンの劣化が少ないことを特徴とする蓄電デバイス用セパレータ、及び当該セパレータを備える蓄電デバイスを提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ポリオレフィン樹脂とイオン性化合物とを含有する多孔質層を有し、特定の白色度を有する蓄電デバイス用セパレータが上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
 ポリオレフィン樹脂とイオン性化合物とを含有する多孔質層を有する蓄電デバイス用セパレータであって、前記多孔質層中の前記イオン性化合物の含有量が5質量%以上99質量%以下であって、かつ前記セパレータの白色度が98.0を超える、蓄電デバイス用セパレータ。
[2]
 前記セパレータの白色度が98.5以上105以下である、[1]に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[3]
 前記多孔質層中の前記イオン性化合物の含有量が5質量%以上50質量%未満である、[1]又は[2]に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[4]
 前記多孔質層中の前記イオン性化合物の含有量が86質量%以上99質量%以下である、[1]又は[2]に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[5]
 前記ポリオレフィン樹脂が、粘度平均分子量600,000以上5,000,000以下のポリエチレンを含有する、[1]~[4]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[6]
 前記蓄電デバイス用セパレータにおける金属酸化物の含有量が10質量%以下である、[1]~[5]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[7]
 前記イオン性化合物は、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン及びハロゲン化物イオンから成る群から選ばれる1種以上のアニオンを有する、[1]~[6]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[8]
 前記イオン性化合物は、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンから成る群から選ばれる1種以上のカチオンを有する、[1]~[7]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[9]
 前記イオン性化合物は硫酸バリウムである[1]~[8]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[10]
 前記イオン性化合物の平均粒径が、5nm以上600nm以下である、[1]~[9]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[11]
 前記蓄電デバイス用セパレータの平均孔径が、10nm以上100nm以下である、[1]~[10]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[12]
 前記蓄電デバイス用セパレータの透気度が、10秒/100ml以上500秒/100ml以下である、[1]~[11]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[13]
 前記蓄電デバイス用セパレータの突刺強度が、100gf以上600gf以下である、[1]~[12]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[14]
 前記蓄電デバイス用セパレータに含有されるポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量が、300,000以上5,000,000以下である、[1]~[13]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[15]
 正極と、負極と、[1]~[14]のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータとを備える、蓄電デバイス。
 本発明によれば、優れた耐熱性及びイオン透過性を有し、蓄電デバイスの耐久性を損なわず、ポリオレフィンの劣化が少ない蓄電デバイス用セパレータ、及び当該セパレータを備える蓄電デバイスを提供することができる。
 以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
《多孔質層》
 本実施形態に係る蓄電デバイス用セパレータは、ポリオレフィン樹脂とイオン性化合物とを含有する多孔質層を有する。多孔質層は、ポリオレフィン樹脂とイオン性化合物を併用することで、蓄電デバイスを劣化させることなく、セパレータの耐熱性及びイオン透過性を高め、ひいては蓄電デバイスの安全性及び入出力特性の向上に資する。
 多孔質層の厚みは、好ましくは1μm以上であり、より好ましくは2μm以上であって、更に好ましくは3μm以上である。多孔質層の厚みが1μm以上であることで、セパレータの耐熱性が向上する。また、多孔質層の厚みは、好ましくは20μm以下であり、より好ましくは18μm以下であって、更に好ましくは16μm以下である。多孔層の厚みが20μm以下であることで、蓄電デバイスのエネルギー密度を高めることができる。
 多孔質層の空孔率は、セパレータのイオン透過性を高める観点からは30%以上が好ましく、35%以上がより好ましく、40%以上が更に好ましい。一方で、セパレータの構造安定性を維持する観点からは70%以下が好ましく、65%以下がより好ましく、60%以下が更に好ましい。
 蓄電セパレータ全体に占める多孔質層の厚み割合は、セパレータの耐熱性、イオン透過性、及び物理的強度を勘案すると、好ましくは0%を超えて100%以下であり、より好ましくは10%以上100%以下であり、更に好ましくは20%以上100%以下である。多孔質層の厚み割合が100%であると、製造が容易になるため好ましい。一方で、多孔質層の厚み割合が100%未満であっても、多孔質層の有する高い耐熱性をセパレータ全体に付与することが可能であるため、100%未満であっても良い。
 多孔質層の作製方法は、特に限定されず、様々な方法を用いることができるが、具体的には、一軸延伸、二軸延伸などの延伸工程;抽出、揮発、分解などの方法によるポリオレフィン樹脂及びイオン性化合物以外の第三成分の除去工程などを使用することができる。第三成分としては、流動パラフィン、フタル酸ジオクチルなどの可塑剤;アセトン、水などの溶媒;炭酸カルシウム、シリカなどの無機物を単独で、又は複数を組み合わせて用いることができる。多孔質層の作製方法としては、セパレータの製造コストを低減し、膜厚の均一性などの品質を向上させる観点から、少なくとも延伸工程を有することが好ましく、延伸工程及び第三成分の除去工程を有することがより好ましく、延伸工程及び第三成分の抽出工程を有することが更に好ましく、二軸延伸工程及び可塑剤の抽出工程を有することが特に好ましい。これらの方法によって多孔質層を作製すると、多孔質層を均一に形成できるのみならず、蓄電デバイス用セパレータ全体の厚み、空孔率などの物性調整が容易になる。
《ポリオレフィン樹脂》
 本実施形態に係る蓄電デバイス用セパレータは、ポリオレフィン樹脂を含有する多孔質層を有する。本実施形態において用いられるポリオレフィン樹脂とは、通常の押出、射出、インフレーション、及びブロー成形などに使用されるポリオレフィン樹脂であって、オレフィン炭化水素をモノマー成分として含むポリマーであり、例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、2-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、及び1-オクテンなどのホモ重合体、共重合体、及び多段重合体である。また、これらのホモ重合体、共重合体、及び多段重合体から成る群から選ばれたポリオレフィンを単独で、又は混合して使用することもできる。
 ポリオレフィン樹脂として、具体的には、低密度ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.930g/cm3未満)、線状低密度ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.940g/cm3以下)、中密度ポリエチレン(密度0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満)、高密度ポリエチレン(密度0.942g/cm3以上)、超高分子量ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.970g/cm3以下)、アイソタクティックポリプロピレン、シンジオタクティックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、エチレンプロピレンラバーが挙げられる。
 ポリオレフィン樹脂の多孔質層中に占める割合は、好ましくは0質量%を超えて、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは2質量%以上である。ポリオレフィン樹脂の割合が0質量%を超える場合、多孔質層の形成が容易になる上に、多孔質層に物理的強度を付与することができる。また、この割合は、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは85質量%以下である。ポリオレフィン樹脂の割合が95質量%以下である場合、多孔質層の耐熱性が高くなる傾向がある。
 ポリオレフィン樹脂の蓄電デバイス用セパレータ全体に占める割合は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。ポリオレフィン樹脂の割合が5質量%以上である場合、セパレータに十分な物理的強度を付与できる。また、この割合は、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは85質量%以下である。ポリオレフィン樹脂の割合が95質量%以下である場合、セパレータの耐熱性が高くなる傾向にある。
 ポリオレフィン樹脂は、高密度ポリエチレンを含有することが好ましい。高密度ポリエチレンのポリオレフィン樹脂中に占める割合は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、100質量%であってもよい。高密度ポリエチレンのポリオレフィン樹脂に占める割合が10質量%以上である場合、高密度ポリエチレン分子鎖の絡み合いによってセパレータの強度が高まる。
 また、ポリオレフィン樹脂は、高分子量ポリエチレンを含有することが好ましい。高分子量ポリエチレンのポリオレフィン樹脂中に占める割合は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、更に好ましくは65質量%以上であり、100質量%であってもよい。高分子量ポリエチレンの粘度平均分子量(Mv)は、好ましくは600,000以上5,000,000以下、より好ましくは650,000以上4,000,000以下、更に好ましくは700,000以上3,000,000以下である。粘度平均分子量は、ASTM-D4020に基づき、デカリン溶媒の135℃での極限粘度を測定し、ポリオレフィン樹脂に応じた計算式から算出することで、求めることができる。
ポリエチレンについては、次式によりMvを算出できる。
  [η]=6.77×10-4Mv0.67
ポリプロピレンについては、次式によりMvを算出できる。
  [η]=1.10×10-4Mv0.80
 粘度平均分子量600,000以上のポリオレフィン樹脂を用いることで、ポリオレフィン樹脂組成物を溶融混練する際に、メルトテンションを高く維持して良好な成形性を確保する観点、並びに、ポリオレフィン樹脂の分子に対して十分な絡み合いを付与し、セパレータの強度を高める観点から好ましい。一方、粘度平均分子量を5,000,000以下に調整することは、ポリオレフィン樹脂の押出成形の安定性を向上させる観点から好ましい。
 ポリオレフィン樹脂は、セパレータの耐熱性を向上させる観点から、ポリプロピレンを含むことが好ましい。ポリプロピレンのポリオレフィン樹脂中に占める割合は、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。また、ポリプロピレンのポリオレフィン樹脂中に占める割合は、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。ポリプロピレンの割合を1質量%以上に調整することは、セパレータの耐熱性を向上させる観点から好ましい。一方で、セパレータの均一性を高める観点から、ポリプロピレンの割合は30質量%以下であることが好ましい。
 本実施形態で使用されるポリオレフィン樹脂には、本発明の利点を損なわない範囲で必要に応じて、フェノール系、リン系、硫黄系などの酸化防止剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸類;紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料などの添加剤を混合して使用できる。
《イオン性化合物》
 本実施形態に係る蓄電デバイス用セパレータは、イオン性化合物を含有する多孔質層を有する。本実施形態において用いられるイオン性化合物とは、一つ以上のカチオン及び一つ以上のアニオンの組み合わせからなり、イオン結合性の高い化学結合に基づき、電気的に中性である化合物を指す。
 イオン性化合物としては、カチオンとアニオンの組み合わせから成るものであれば特に限定されないが、例えば、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩;硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カリウム等の硝酸塩;リン酸リチウム、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カリウム等のリン酸塩;フッ化リチウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム等のハロゲン化物;炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の炭酸塩;ヘキサフルオロリン酸リチウム等のヘキサフルオロリン酸塩;テトラフルオロホウ酸リチウム等のテトラフルオロホウ酸塩;過塩素酸リチウム等の過塩素酸塩が挙げられる。
 イオン性化合物のアニオンは、蓄電デバイス内部での安定性及びコストの両面を考慮すると、好ましくは硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、及びハロゲン化物イオンから成る群から選ばれる少なくとも1つであり、より好ましくは硫酸イオン、リン酸イオン、及びハロゲン化物イオンから成る群から選ばれる少なくとも1つであり、更に好ましくは硫酸イオン及び/又はリン酸イオンであり、特に硫酸イオンが好ましい。
 また、イオン性化合物のカチオンは、蓄電デバイス内部での安定性及びコストの両面を考慮すると、好ましくはアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンから成る群から選ばれる少なくとも1つであり、より好ましくはリチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、又はバリウムイオンであり、更に好ましくは、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、又はバリウムイオンであり、特にバリウムイオンが好ましい。すなわち、イオン性化合物としては、蓄電デバイス内部での安定性の面から、硫酸バリウムが最も好ましい。
 また、イオン性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 イオン性化合物の形状としては、板状、鱗片状、針状、柱状、球状、多面体状、塊状等が挙げられ、上記形状を有するイオン性化合物を複数種組み合わせて用いてよい。イオン性化合物の形状は特に限定されないが、耐熱性向上の観点からは柱状、球状、又は多面体のものが好ましく、球状のものがより好ましい。
 炭酸カルシウムなどの炭酸塩は、各種ポリマーの充填剤として古くから汎用されており、充填剤としての性能は様々な用途で実証されている。しかしながら、蓄電デバイスの内部という特殊な環境においては、炭酸塩が分解して二酸化炭素を発生させる恐れがあるため、好ましくない。硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物などの炭酸塩を除くイオン性化合物は、蓄電デバイス内部での安定性が高いため、好ましい。
 アルミナ等の金属酸化物は、その化学結合の性質としては、イオン結合性よりも共有結合性が高いことが知られている。したがって、本発明では、アルミナ、ベーマイト、シリカ、チタニア、イットリア、ジルコニア、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜鉛、及び酸化セリウムは、金属酸化物に分類し、イオン性化合物には含めない。また、チタン酸カリウム(K2O・8TiO2)など、複数の金属酸化物からなる化合物も金属酸化物に分類するものとする。
 蓄電デバイス用セパレータにおける金属酸化物の含有量は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、更に好ましくは6質量%以下、特に好ましくは4質量%以下である。これにより、ポリオレフィンの劣化の促進を抑制できる傾向がある。
 イオン性化合物の多孔質層中に占める割合(すなわち、多孔質層中のイオン性化合物の含有量)は、5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。イオン性化合物の割合が5質量%以上である場合、多孔質層の耐熱性が向上する傾向にあるが、実用上十分な耐熱性を確保する観点から、86質量%以上が望ましく、90質量%以上がより望ましく、95質量%以上が更に望ましい。一方で、物理的強度を維持しながら、多孔質層のイオン透過性を高める観点からは、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましい。
 また、この割合は、99質量%以下、より好ましくは98.5質量%以下、更に好ましくは98質量%以下である。イオン性化合物の割合が99質量%以下である場合、多孔質層の形成が容易になる上に、多孔質層に物理的な強度を付与することができる。一方で、多孔質層の物理的強度を更に高める観点からは、50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。
 イオン性化合物の蓄電デバイス用セパレータ全体に占める割合は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。イオン性化合物の上記全体に占める割合が5質量%以上である場合、セパレータの耐熱性が向上する傾向にある。また、この割合は、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは85質量%以下である。イオン性化合物の上記全体に占める割合が95質量%以下である場合、セパレータからのイオン性化合物の脱落を防止できる傾向にある。
 イオン性化合物の比重は、一般的にポリオレフィン樹脂の比重よりも高いため、イオン性化合物のセパレータ中に占める割合を質量%よりも体積%で記載する方が適切になる場合もある。上記割合は、好ましくは2体積%以上90体積%以下、より好ましくは5体積%以上80体積%以下、更に好ましくは8体積%以上70体積%以下である。イオン性化合物の割合が2体積%以上である場合、セパレータの耐熱性が向上する傾向にある。また、イオン性化合物の割合が90体積%以下である場合、セパレータからのイオン性化合物の脱落を防止できる傾向にある。
 イオン性化合物は、その平均粒径が5nm以上600nm以下であると好ましく、10nm以上500nm以下であるとより好ましく、20nm以上400nm以下であると更に好ましい。平均粒径とは、走査型電子顕微鏡で多孔質層を3万倍で観察した際に、視野像の中に確認できる10点のイオン性化合物の粒子径の平均値を指す。平均粒径を算出する際には、個々の粒子が単独で存在している状態での粒子径を用いるのであって、粒子が凝集している場合は、凝集物を構成する一次粒子の粒子径を用いるものとする。
 イオン性化合物の平均粒径が5nm以上であると、セパレータの膜厚及び空孔分布が均一化されて、蓄電デバイスの入出力特性が向上する。また、平均粒径が600nm以下であると、セパレータの孔径が均一化されて、局所的な大孔径部分が生じ難くなり、蓄電デバイスの安全性が向上する。
《蓄電デバイス用セパレータ》
 蓄電デバイス用セパレータは、非常に小さな孔が多数集まって緻密な連通孔を形成した多孔構造を有しているため、電解液が含浸されることで高いイオン伝導性を発現し、耐電圧特性も良好であって、物理的強度も高い。蓄電デバイス用セパレータは、単層膜であってもよく、積層膜であってもよい。
 蓄電デバイス用セパレータの膜厚は、0.1μm以上100μm以下が好ましく、より好ましくは1μm以上50μm以下、さらに好ましくは3μm以上25μm以下である。機械的強度の観点から0.1μm以上の膜厚が好ましく、電池の高容量化の観点から100μm以下の膜厚が好ましい。セパレータの膜厚は、ダイリップ間隔、延伸工程の延伸倍率等を制御することによって調整することができる。
 蓄電デバイス用セパレータの平均孔径は、イオン伝導性と耐電圧性の観点から、10nm以上100nm以下が好ましく、より好ましくは20nm以上90nm以下、さらに好ましくは30nm以上80nm以下、特に好ましくは40nm以上70nm以下である。平均孔径は、組成比、押出シートの冷却速度、延伸温度、延伸倍率、熱固定温度、熱固定時の延伸倍率、熱固定時の緩和率を制御すること、又はこれらを組み合わせることにより調整することができる。
 平均孔径は、気液法によって測定することができる。具体的には、キャピラリー内部の流体は、流体の平均自由工程がキャピラリーの孔径より大きいときはクヌーセンの流れに、小さい時はポアズイユの流れに従うことが知られている。そこで、セパレータの透気度測定において空気の流れがクヌーセンの流れに、透水度測定において水の流れがポアズイユの流れに従うと仮定する。
 この場合、多孔膜の平均孔径d(μm)と曲路率τa(無次元)は、空気の透過速度定
数Rgas(m3/(m2・秒・Pa))、水の透過速度定数Rliq(m3/(m2・秒・Pa))、空気の分子速度ν(m/秒)、水の粘度η(Pa・秒)、標準圧力Ps(=101325Pa)、気孔率ε(%)、膜厚L(μm)から、次式を用いて求めた。
   d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3Ps)×106
   τa=(d×(ε/100)×ν/(3L×Ps×Rgas))1/2
 ここで、Rgasは透気度(秒)から次式を用いて求めた。
 Rgas=0.0001/(透気度×(6.424×10-4)×(0.01276×101325))
 また、Rliqは透水度(cm3/(cm2・秒・Pa))から次式を用いて求めた。
 Rliq=透水度/100
 なお、透水度は次のように求めた。直径41mmのステンレス製の透液セルに、あらかじめエタノールに浸しておいたセパレータをセットし、該セパレータのエタノールを水で洗浄した後、約50000Paの差圧で水を透過させ、120秒間の透水量(cm3)より、単位時間・単位圧力・単位面積当たりの透水量を計算し、これを透水度とした。
 また、νは気体定数R(=8.314J/(K・mol))、絶対温度T(K)、円周率π、空気の平均分子量M(=2.896×10-2kg/mol)から次式を用いて求めた。
   ν=((8R×T)/(π×M))1/2
 蓄電デバイス用セパレータの気孔率は、好ましくは25%以上95%以下、より好ましく30%以上85%以下、更に好ましくは35%以上75%以下、特に好ましくは40%以上65%以下である。イオン伝導性向上の観点から25%以上の気孔率が好ましく、耐電圧性の観点から95%以下の気孔率が好ましい。セパレータの気孔率は、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤の混合比率、延伸温度、延伸倍率、熱固定温度、熱固定時の延伸倍率、熱固定時の緩和率を制御すること、又はこれらを組み合わせることによって調整することができる。
 蓄電デバイス用セパレータの透気度は、好ましくは10秒/100ml以上500秒/100ml以下、より好ましくは20秒/100ml以上400秒/100ml以下、更に好ましくは30秒/100ml以上300秒/100ml以下であり、特に好ましくは40秒/100ml以上200秒/100ml以下である。透気度が10秒/100ml以上であると、蓄電デバイスセパレータとして使用した際に自己放電が少なくなる傾向にあり、500秒/100ml以下であると、良好な充放電特性が得られる傾向にあるため好ましい。
 蓄電デバイス用セパレータの突刺強度は、好ましくは100gf以上、より好ましくは200gf以上、更に好ましくは300gf以上であって、好ましくは600gf以下、より好ましくは500gf以下、更に好ましくは400gf以下である。突刺強度を100gf以上に調整することは、電池捲回時において脱落した活物質等による破膜を抑制する観点から好ましく、また、充放電に伴う電極の膨張収縮によって短絡する懸念を低減する観点からも好ましい。一方、突刺強度を600gf以下に調整することは、加熱時の配向緩和による収縮を低減できる観点から好ましい。
 蓄電デバイス用セパレータに含有されるポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量は、200,000以上5,000,000以下であることが好ましく、より好ましくは300,000以上3,000,000以下、さらに好ましくは400,000以上1,000,000以下である。粘度平均分子量が200,000以上であると、溶融成形の際のメルトテンションが大きくなり、成形性が良好になると共に、ポリオレフィン樹脂同士の絡み合いにより高強度となる傾向にある。粘度平均分子量が5,000,000以下であると、均一に溶融混練をすることが容易となり、シートの成形性、特に厚み安定性に優れる傾向にある。さらに、セパレータを蓄電デバイスセパレータとして使用した時に、セパレータの粘度平均分子量が1,000,000未満であると、温度上昇時に孔を閉塞し易く、良好なフューズ機能が得られる傾向にあるため好ましい。
 蓄電デバイス用セパレータの白色度は、98.0を超えて105以下であり、98.5以上104以下であることが好ましく、99以上103以下であることがより好ましい。セパレータの白色度が98.0超であると、ポリオレフィンの劣化が少ないため、蓄電デバイスの信頼性・安全性を向上させることができる。セパレータの白色度が105以下であると、ポリオレフィンの劣化が少ないセパレータを効率的に製造できるため、実用上の観点から好ましい。
 白色度は、測色計「SC-T」(スガ試験機社製)を用いて、2°視野で正反射光を含まない条件で測定するものとする。セパレータの厚みが20μm以下の場合、測定対象とするセパレータの背面の色が検出されてしまい、セパレータの白色度が正しく測定されない可能性があるため、本発明の白色度は、セパレータの厚みが20μm以下の場合はセパレータを折り重ねて、総厚みを20μm以上にして測定するものと定義する。
 蓄電デバイス用セパレータの耐電圧は、耐電圧/絶縁抵抗試験器(TOS9201,菊水電子工業製)を用いて測定することができる。具体的には、例えば、セパレータを平滑な金属板で挟みこみ、1kV/秒の速度で印加電圧を上げていき、短絡が検出される電圧値を測定する(交流60Hz)。厚みが異なるセパレータの耐電圧値を比較する場合、厚みを規格化すると、本質的な耐電圧値の比較が可能になるため、後述の実施例では、20μm換算の耐電圧値を算出してセパレータの比較を行っている。20μm当たりの耐電圧(kV/20μm)は、捲回体作製時において脱落した活物質等による破膜を抑制する観点から、好ましくは1.3kV/20μm以上、より好ましくは1.4kV/20μm以上、更に好ましくは1.5kV/20μm以上である。
 本実施形態の蓄電デバイス用セパレータに含有されるポリオレフィンの劣化が抑制される理由は必ずしも明らかでなく、本段落で説明する作用又は原理によるものに限定されないが、本実施形態のセパレータは、ポリオレフィンの劣化を誘発しない充填剤を用いるためと考えられる。シリカなどの金属酸化物は、微粒子を作製する方法の一つとして、SiCl4を高温で加水分解する方法(燃焼法)が知られている。この場合、副生する塩化水素を完全に除去することが困難であるため、残存した酸性成分によってポリオレフィンの劣化が促進されていると考えられる。他方、イオン性化合物は、微粒子を作製する方法として共沈法のような化学合成法が用いられることが多い。化学合成法は、天然鉱石を粉砕する方法と比較して不純物量を低減し易く、不純物によるポリオレフィンの劣化が起き難いと考えられる。不純物の少ないイオン性化合物を用いることで、得られるセパレータの白色度を98.0超に高めることが可能になると推測される。
 さらに、本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、白色度を高める観点からは、粘度平均分子量が600,000以上のポリエチレンを含有することが好ましい。上記ポリエチレンを用いた際に白色度が向上する理由は必ずしも明らかではなく、本段落で説明する作用又は原理によるものに限定されないが、粘度平均分子量が600,000以上のポリエチレンを含有すると、イオン性化合物にポリエチレンが高度に絡み合う結果として、多孔質層を構成するフィブリル部が緻密化して、反射光が均一化し、結果としてセパレータの白色度が高まる傾向にあると考えられる。すなわち、本実施形態のセパレータは、同一層中に、ポリオレフィン樹脂と、イオン性化合物とを含有し、特に粘度平均分子量が600,000以上のポリエチレンを含有すると、白色度が98.0超のセパレータが得られる傾向があるため好ましい。
《蓄電デバイス用セパレータの製造方法》
 本発明の蓄電デバイス用セパレータを得るための製造方法に関して一例を記述するが、必ずしも本例に限定される訳ではない。セパレータの製造方法は、例えば、以下の工程:
(1)ポリオレフィン樹脂、イオン性化合物、及び可塑剤を溶融混練して溶融物を得る工程、
(2)溶融物を移送し、シート状に成形した後、冷却固化する工程、
(3)シート状成形体を面倍率20倍以上200倍未満で、少なくとも一軸方向に延伸する工程、
(4)延伸工程の後に、シート状成形体から可塑剤を抽出する工程
を含んでいてもよい。
 (1)の工程では、ポリオレフィン樹脂、イオン性化合物、及び可塑剤を溶融混練する。溶融混練方法としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、イオン性化合物、及び必要によりその他の添加剤を押出機、ニーダー、ラボプラストミル、混練ロール、バンバリーミキサー等の樹脂混練装置に投入することで、樹脂成分を加熱溶融させながら任意の比率で可塑剤を導入して混練する方法が挙げられる。
 可塑剤としては、特に限定されないが、ポリオレフィン樹脂の融点以上において均一溶液を形成し得る不揮発性溶媒を用いることが好ましい。このような不揮発性溶媒の具体例としては、例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス等の炭化水素類;フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコール、ステアリルアルコール等の高級アルコール等が挙げられる。なお、これらの可塑剤は、抽出後、蒸留等の操作により回収して再利用してよい。さらに、好ましくは、樹脂混練装置に投入する前に、ポリオレフィン樹脂、イオン性化合物、その他の添加剤、及び可塑剤を、予めヘンシェルミキサー等を用いて所定の割合で事前混練しておく。より好ましくは、事前混練においては、可塑剤はその一部のみを投入し、残りの可塑剤は、樹脂混練装置に適宜加温しサイドフィードしながら混練する。このような混練方法を用いることにより、可塑剤の分散性が高まり、後の工程で樹脂組成物と可塑剤の溶融混練物のシート状成形体を延伸する際に、破膜することなく高倍率で延伸することができる傾向にある。
 可塑剤の中でも、流動パラフィンは、ポリオレフィン樹脂がポリエチレン又はポリプロピレンの場合には、これらとの相溶性が高く、溶融混練物を延伸しても樹脂と可塑剤の界面剥離が起こり難く、均一な延伸が実施し易くなる傾向にあるため好ましい。
 ポリオレフィン樹脂、イオン性化合物、及び可塑剤の比率は、これらを均一に溶融混練して、シート状に成形できる範囲であれば特に限定はない。例えば、ポリオレフィン樹脂、イオン性化合物、及び可塑剤から成る組成物中に占める可塑剤の質量分率は、好ましくは10~90質量%、より好ましくは20~80質量%である。可塑剤の質量分率が90質量%以下であると、溶融成形時のメルトテンションが成形性向上のために十分なものとなる傾向にある。一方、可塑剤の質量分率が10質量%以上であると、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤との混合物を高倍率で延伸した場合でもポリオレフィン分子鎖の切断が起こらず、均一かつ微細な孔構造を形成し易く、強度も増加し易い。
 (2)の工程では、溶融混練物をシート状に成形する。シート状成形体を製造する方法としては、例えば、溶融混練物を、Tダイ等を介してシート状に押出し、熱伝導体に接触させて樹脂成分の結晶化温度より充分に低い温度まで冷却して固化する方法が挙げられる。冷却固化に用いられる熱伝導体としては、金属、水、空気、又は可塑剤等が挙げられる。これらの中でも、熱伝導の効率が高いため、金属製のロールを用いることが好ましい。また、押出した混練物を金属製のロールに接触させる際に、ロール間で挟み込むことは、熱伝導の効率がさらに高まると共に、シートが配向して膜強度が増し、シートの表面平滑性も向上する傾向にあるためより好ましい。溶融混練物をTダイからシート状に押出す際のダイリップ間隔は200μm以上3,000μm以下であることが好ましく、500μm以上2,500μm以下であることがより好ましい。ダイリップ間隔が200μm以上であると、メヤニ等が低減され、スジ、欠点などのような膜品位への影響が少なく、その後の延伸工程において膜破断などのリスクを低減することができる。一方で、ダイリップ間隔が3,000μm以下であると、冷却速度が速く冷却ムラを防げると共に、シートの厚み安定性を維持できる。
 また、シート状成形体を圧延してもよい。圧延は、例えば、ダブルベルトプレス機等を使用したプレス法にて実施することができる。圧延を施すことにより、特に表層部分の配向を増すことができる。圧延面倍率は1倍を超えて3倍以下であることが好ましく、1倍を超えて2倍以下であることがより好ましい。圧延倍率が1倍を超えると、面配向が増加し、最終的に得られるセパレータの膜強度が増加する傾向にある。一方、圧延倍率が3倍以下であると、表層部分と中心内部の配向差が小さく、膜の厚さ方向に均一な多孔構造を形成することができる傾向にある。
 (3)の工程では、上記シート状成形体を延伸する。延伸は上記シート状成形体から可塑剤を抽出した後に行ってもよい。さらに、上記シート状成形体から可塑剤を抽出する前と後に行ってもよい。
 延伸処理としては、一軸延伸又は二軸延伸のいずれも好適に用いることができるが、得られるセパレータの強度を向上させる観点から二軸延伸が好ましい。シート状成形体を二軸方向に高倍率延伸すると、分子が面方向に配向し、最終的に得られるセパレータが裂け難くなり、高い突刺強度を有するものとなる。延伸方法としては、例えば、同時二軸延伸、逐次二軸延伸、多段延伸、多数回延伸等の方法を挙げることができる。突刺強度の向上、延伸の均一性、フューズ特性の観点からは同時二軸延伸が好ましい。また面配向の制御容易性の観点からは遂次二軸延伸が好ましい。
 同時二軸延伸とは、MD(セパレータ連続成形の機械方向)の延伸とTD(セパレータのMDを90°の角度で横切る方向)の延伸が同時に施される延伸方法をいい、各方向の延伸倍率は異なってもよい。逐次二軸延伸とは、MD及びTDの延伸が独立して施される延伸方法をいい、MD又はTDに延伸がなされているときは、他方向は非拘束状態又は定長に固定されている状態とする。
 延伸倍率は、面倍率で20倍以上200倍以下の範囲であることが好ましく、25倍以上150倍以下の範囲であることがより好ましい。各軸方向の延伸倍率は、MDに4倍以上15倍以下、TDに4倍以上15倍以下の範囲であることが好ましく、MDに5倍以上12倍以下、TDに5倍以上12倍以下の範囲であることがより好ましい。総面積倍率が25倍以上であると、得られるセパレータに十分な強度を付与できる傾向にあり、一方、総面積倍率が200倍以下であると、延伸工程でのセパレータの破断を防ぎ、高い生産性が得られる傾向にある。
 (4)の工程では、シート状成形体から可塑剤を除去してセパレータを形成する。可塑剤を除去する方法としては、例えば、抽出溶剤にシート状成形体を浸漬して可塑剤を抽出し、充分に乾燥させる方法が挙げられる。可塑剤を抽出する方法は、バッチ式と連続式のいずれであってもよい。セパレータの収縮を抑えるために、浸漬及び乾燥の一連の工程中にシート状成形体の端部を拘束することが好ましい。また、セパレータ中の可塑剤残存量は、セパレータ全体の質量に対して1質量%未満に調整することが好ましい。
 可塑剤を抽出する際に用いられる抽出溶剤としては、ポリオレフィン樹脂に対して貧溶媒であり、且つ可塑剤に対して良溶媒であり、沸点がポリオレフィン樹脂の融点より低いものを用いることが好ましい。このような抽出溶剤としては、例えば、n-ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類;塩化メチレン、1,1,1-トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン等の非塩素系ハロゲン化溶剤;エタノール、イソプロパノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。なお、これらの抽出溶剤は、蒸留等の操作により回収して再利用してよい。
 セパレータの収縮を抑制するために、延伸工程後、又は、セパレータ形成後に熱固定を目的として熱処理を行うこともできる。また、セパレータに、界面活性剤等による親水化処理、電離性放射線等による架橋処理等の後処理を行ってもよい。
 セパレータには、収縮を抑制する観点から熱固定を目的として熱処理を施すことが好ましい。熱処理の方法としては、物性の調整を目的として、所定の温度雰囲気及び所定の延伸率で行う延伸操作、及び/又は、延伸応力低減を目的として、所定の温度雰囲気及び所定の緩和率で行う緩和操作が挙げられる。延伸操作を行った後に緩和操作を行ってもよい。これらの熱処理は、テンター又はロール延伸機を用いて行うことができる。
 延伸操作は、膜のMD及び/又はTDに好ましくは1.1倍以上、より好ましくは1.2倍以上の延伸を施すことが、さらなる高強度かつ高気孔率なセパレータが得られる観点から好ましい。緩和操作は、膜のMD及び/又はTDへの縮小操作のことである。緩和率とは、緩和操作後の膜の寸法を緩和操作前の膜の寸法で除した値のことである。なお、MDとTDの双方を緩和した場合は、緩和率はMDの緩和率とTDの緩和率を乗じた値のことである。緩和率は、1.0以下であることが好ましく、0.97以下であることがより好ましく、0.95以下であることがさらに好ましい。緩和率は膜品位の観点から0.5以上であることが好ましい。緩和操作は、MDとTDの両方向で行ってもよいが、MDとTDの片方だけ行ってもよい。
 この可塑剤抽出後の延伸及び緩和操作は、好ましくはTDに行う。延伸及び緩和操作の温度は、ポリオレフィン樹脂の融点(以下、「Tm」ともいう。)と比較して、好ましくはTm-20℃以上Tm+20℃以下、より好ましくはTm-10℃以上Tm+10℃以下である。延伸及び緩和操作の温度が上記範囲であると、熱収縮率低減と気孔率とのバランスの観点から好ましい。
 可塑剤抽出によって多孔質化する「湿式法」によってセパレータを作製すると、空孔の大きさ、形状、位置の分布が均等化し易く、結果としてセパレータの反射光が均一化し、セパレータの白色度が高くなる傾向にある。したがって、セパレータの白色度を98.0超に高める観点からは、多孔質化は可塑剤抽出で行うことが好ましい。
 本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、単独でも蓄電デバイスのセパレータとして十分に機能するが、必要に応じて、無機材料及び/又は有機材料を塗布して積層膜としてもよい。本実施形態の蓄電デバイス用セパレータは、耐熱性が高く、ポリオレフィンの劣化が少ないため、蓄電デバイスの信頼性・安全性を向上することができる。
《蓄電デバイス》
 本実施形態の蓄電デバイスは、正極と、負極と、本実施形態に係る蓄電デバイス用セパレータとを備える。蓄電デバイスとしては、具体的には、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、ナトリウム二次電池、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウム二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウム二次電池、カルシウムイオン二次電池、アルミニウム二次電池、アルミニウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、レドックスフロー電池、リチウム硫黄電池、リチウム空気電池、亜鉛空気電池などが挙げられる。上記の中でも、実用性の観点から、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、又はリチウムイオンキャパシタが好ましく、より好ましくはリチウムイオン二次電池である。
 本実施形態の蓄電デバイスは、例えば、上述の正極と負極とを、セパレータを介して重ね合わせて、必要に応じて捲回して、積層電極体又は捲回電極体とした後、これを外装体に装填し、正負極と外装体の正負極端子とをリード体などを介して接続し、さらに、鎖状又は環状カーボネート等の非水溶媒とリチウム塩等の電解質を含む非水電解液を外装体内に注入した後に外装体を封止して作製することができる。
 蓄電デバイスの外装体としては、特に限定されないが、金属製の缶容器、金属箔ラミネートフィルムから成るラミネート容器などを好適に用いることができる。なお、蓄電デバイスの形状としては、特に限定されず、一例を挙げると、円筒形、角型、コイン型、扁平形、シート状などの形状が採用される。
《正極》
 正極は、正極活物質に、アセチレンブラックなどの導電助剤、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を適量加えて、正極合剤を調製し、これをアルミニウム箔などの集電材料に塗布乾燥後に加圧することで、集電材料上に正極合剤層を固着させて作製される。ただし、正極の作製方法は、上記例示の方法に限定されない。
 正極活物質としては、特に限定されないが、正極活物質の構造安定性の観点から、好ましくは、一般式LiNixCoyMa1-x-y2{式中、Maは、Mn及びAlから成る群より選ばれる一種以上を表し、0≦x≦1であり、0≦y≦1であり、かつx+y≦1である。}で示される層状酸化物正極活物質;一般式LiMn2-xMbx4{式中、Mbは遷移金属から成る群より選ばれる一種以上を表し、かつ0.2≦x≦0.7である。}で示されるスピネル型酸化物正極活物質;Li2McO3とLiMdO2{式中、Mc及びMdは、別個独立に遷移金属から成る群より選ばれる一種以上を表す。}の複合酸化物であって、一般式zLi2McO3-(1-z)LiMdO2{式中、Mc及びMdは、別個独立に遷移金属から成る群より選ばれる一種以上を表し、かつ0.05≦z≦0.95である。}で示されるLi過剰層状酸化物正極活物質;LiMe1-xFexPO4{式中、Meは、Mn及びCoから成る群より選ばれる一種以上を表し、かつ0≦x≦1である。}で示されるオリビン型正極活物質;及びLi2MfPO4F{式中、Mfは、遷移金属から成る群より選ばれる一種以上を示す。}から成る群より選ばれる一種以上の正極活物質などが挙げられる。
 一般式LiNixCoyMa1-x-y2{式中、Maは、Mn及びAlから成る群より選ばれる一種以上を表し、0≦x≦1であって、0≦y≦1であり、かつx+y≦1である。}で示される層状酸化物正極活物質は、構造安定性の観点から、LiNixCoyMn1-x-y2{式中、0≦x≦1であり、0≦y≦1であり、かつx+y≦1である。}又はLiNixCoyAl1-x-y2{式中、0.7≦x≦1であり、0≦y≦0.3であり、かつx+y≦1である。}で示される組成を有することが好ましい。より好ましい組成としては、LiCoO2、LiNixCoyMn1-x-y2{式中、0.3≦x≦1であり、0≦y≦0.4であり、かつx+y≦1である。}、及びLiNi0.85Co0.1Al0.052を挙げることができる。
《負極》
 負極は、負極活物質に、カルボキシメチルセルロースなどの増粘剤、スチレンブタジエンゴムなどの結着剤を適量加えて、負極合剤を調製し、これを銅箔などの集電材料に塗布乾燥後に加圧することで、集電材料上に負極合剤層を固着させて作製することができる。ただし、負極の作製方法は、上記例示の方法に限定されない。
 本実施形態において、負極に用いることができる負極活物質としては、特に限定されないが、例えば、Al、Si、Snなどの合金化合物;CuO、CoOなどの金属酸化物;チタン酸リチウムなどのリチウム含有化合物;及び炭素材料などを用いることができる。蓄電デバイスのエネルギー密度向上の観点から、比較的低い電位でのリチウムイオンの吸蔵・放出が可能である炭素材料が好ましい。このような炭素材料としては、特に限定されないが、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、有機天然物の焼成体、炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、カーボンブラックなどが挙げられる。
 負極活物質に炭素材料を用いる場合、その炭素材料の(002)面の層間距離d002は、好ましくは0.37nm以下であり、より好ましくは0.35nm以下であり、さらに好ましくは0.34nm以下である。d002の下限値は、特に限定されないが、理論的には約0.335nmである。また、炭素材料のc軸方向の結晶子の大きさは、好ましくは3nm以上であり、より好ましくは8nm以上であり、さらに好ましくは25nm以上である。結晶子の大きさの上限は、特に限定されないが、通例200nm程度である。そして、炭素材料の平均粒径は、好ましくは3μm以上15μm以下であり、より好ましくは5μm以上13μm以下である。また、炭素材料の純度は、99.9%以上であることが好ましい。
 本実施形態に係る蓄電デバイスは、安全性が高く、生産性にも優れることから、車載用電池としてのみならず、スマートフォンなどの民生機器用電池を含む様々な機器の電源として幅広く利用することができる。
 以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において使用された分析方法及び評価方法は、以下のとおりである。
(1)膜厚(μm)
 微小測厚器(東洋精機社製,タイプKBM)を用いて、試料の膜厚を室温23℃で測定した。
(2)気孔率(%)
 10cm×10cm角の試料をセパレータから切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を求め、それらと膜密度(g/cm3)より、次式を用いて気孔率を計算した。
   気孔率(%)=(体積-質量/膜密度)/体積×100
 なお、膜密度としては、用いたポリオレフィン樹脂とイオン性化合物の各々の密度と混合比より計算で求められる値を用いた。
(3)透気度(秒/100ml)
 JIS P-8117準拠のガーレー式透気度計(東洋精機社製)にて試料の透気度を測定した。
(4)突刺強度(gf)
 ハンディー圧縮試験器「KES-G5」(カトーテック社製)を用いて、開口部の直径11.3mmの試料ホルダーでセパレータを固定した。固定されたセパレータの中央部に対して、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/秒の条件下で、25℃雰囲気下にて突刺試験を行うことにより、最大突刺荷重として突刺強度(gf)を測定した。
(5)白色度
 測色計「SC-T」(スガ試験機社製)を用いて、セパレータの白色度を測定した。セパレータの厚みが20μmを下回る場合、セパレータを折り重ねて、総厚みが20μm以上になるように調整して、2°視野で正反射光を含まない条件下で白色度を測定した。
(6)耐電圧(kV/20μm)
 耐電圧/絶縁抵抗試験器「TOS9201」(菊水電子工業製)を用いて、セパレータを平滑な金属板で挟みこみ、1kV/秒の速度で印加する電圧を上げていき、短絡が検出される電圧値を測定した(交流60Hz)。得られた電圧値を用いて、次式によって20μm当たりの耐電圧値(kV/20μm)に変換した。
   耐電圧(kV/20μm)=電圧測定値(kV)×20÷膜厚(μm)
(7)ハンダ試験(mm2
 先端の直径が1mmのハンダコテを、枠固定したセパレータに垂直になるように設置した。ハンダコテの温度を400℃に昇温し、温度が安定してから、ハンダコテを10mm/秒の速度で下降させて、セパレータに3秒間突き刺した後、上昇させた。セパレータの穴の面積を光学顕微鏡で観察し、画像処理によって面積を求めた。
(8)リチウムイオン二次電池を用いた試験
《正極シートの作製》
 正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/32(日本化学工業社製)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末(電気化学工業社製)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン溶液(クレハ社製)とを、90:6:4の固形分質量比で混合し、分散溶媒としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分40質量%となるように添加し、更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を、厚さ20μmの集電材料としてのアルミニウム箔の両面に塗布し、溶剤を乾燥除去し、その後、塗布されたアルミニウム箔をロールプレスで圧延して、正極シートを得た。
《負極シートの作製》
 負極活物質としてグラファイト粉末(大阪ガスケミカル社製)、結着剤としてスチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロース水溶液とを、100:1.5:1.8の固形分質量比で混合し、分散溶媒として水を固形分45質量%となるように添加し、更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を、厚さ18μmの集電材料としての銅箔の両面に塗布し、溶剤を乾燥除去し、その後、塗布された銅箔をロールプレスで圧延して、負極シートを得た。
《非水電解液の調製》
 非水溶媒としてのエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比1:2で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/L含有させた溶液を調製した。
《リチウムイオン二次電池の作製》
 上述のようにして作製した正極シートと負極シートとを、後述の実施例及び比較例で得られたセパレータの両側に重ね合わせて積層体を得た。得られた積層体を、アルミニウム箔(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したアルミラミネートフィルムから成る袋(外装体)内に正負極の端子を突設させながら挿入した。その後、上述のようにして作製した非水電解液を袋内に注入し、袋に真空封止を行うことによって、パウチ型リチウムイオン二次電池を作製した。
《リチウムイオン二次電池の初充放電》
 パウチ型リチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽「PLM-73S」(二葉科学社製)に収容し、充放電装置「ACD-01」(アスカ電子社製)に接続した。次いで、その二次電池を、0.1Cの定電流で4.2Vの電圧に達するまで充電して、4.2Vの定電圧で1時間充電し、その後、0.1Cの定電流で3.0Vまで放電するという充放電サイクルを、3回繰り返した。その後、0.1Cの定電流で4.2Vの電圧に達するまで電池を充電して、リチウムイオン二次電池を満充電の状態とした。なお、1Cとは、電池の全容量を1時間で放電させる場合の電流値を表し、0.1Cとは、その1/10の電流値を表す。
《リチウムイオン二次電池の20C放電試験》
 初充放電後のパウチ型リチウムイオン二次電池を、25℃に設定した恒温槽「PLM-73S」(二葉科学社製)に収容し、充放電装置「ACD-01」(アスカ電子社製)に接続した。次いで、その二次電池を、1/3Cの定電流で4.2Vの電圧に達するまで充電した後、4.2Vの定電圧で1時間充電し、1Cの定電流で3.0Vまで放電した。その後、1/3Cの定電流で4.2Vの電圧に達するまで電池を充電した後、4.2Vの定電圧で1時間充電し、20Cの定電流で3.0Vまで放電した。上記一連の充放電の結果から、20C容量維持率(%)を、以下の式によって算出した。
   20C容量維持率(%)=20C放電容量/1C放電容量×100
《リチウムイオン二次電池のサイクル試験》
 20C放電試験後のパウチ型リチウムイオン二次電池を、50℃に設定した恒温槽「PLM-73S」(二葉科学社製)に収容し、充放電装置「ACD-01」(アスカ電子社製)に接続した。次いで、その二次電池を、1Cの定電流で4.2Vの電圧に達するまで充電した後、4.2Vの定電圧で1時間充電し、1Cの定電流で3.0Vまで放電した。上記一連の充放電を1サイクルとして、これを100サイクルに亘って実施し、100サイクル後の容量維持率(%)を測定した。なお、100サイクル後容量維持率(%)は、以下の式で求めた。
   100サイクル後容量維持率(%)=100サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量×100
 実施例及び比較例において用いた材料は以下のとおりである。
(1)ポリオレフィン樹脂
 粘度平均分子量70万、融点135℃のポリエチレンA(UH650,旭化成社製)
 粘度平均分子量26万、融点131℃のポリエチレンB(7000FP,プライムポリマー社製)
 粘度平均分子量200万、融点135℃のポリエチレンC(UH850,旭化成社製)
(2)イオン性化合物及び金属酸化物
 平均粒径10nmの硫酸バリウム(共沈法)
 平均粒径50nmの硫酸バリウム(共沈法)
 平均粒径660nmの硫酸バリウム(鉱石粉砕法)
 平均粒径500nmのリン酸ナトリウム(共沈法)
 平均粒径800nmの硫酸アルミニウム(共沈法)
 平均粒径30nmのフッ化リチウム
 平均粒径16nmのシリカ(燃焼法)
 平均粒径10nmのアルミナ(燃焼法)
 平均粒径800nmのベーマイト(水熱合成法)
 平均粒径400nmのチタン酸カリウム
(3)可塑剤
 40℃の動粘度が70.6cStである流動パラフィン
(4)酸化防止剤
 テトラキス-[メチレン-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン
[実施例1]
 ポリエチレンA(85質量部)、平均粒径50nmの硫酸バリウム(15質量部)、及び酸化防止剤(0.85質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドし、混合物原料を得た。
 混合物原料を、窒素雰囲気下で二軸押出機へフィーダーにより供給した。また、流動パラフィンを押出機シリンダーにプランジャーポンプにより注入した。押し出される全混合物中の、流動パラフィンの割合が66質量部、並びにポリマー及びイオン性化合物の割合が34質量部となるように、フィーダー及びポンプの運転条件を調整した。次いで、それらを二軸押出機内で200℃に加熱しながら溶融混練し、得られた溶融混練物を、T-ダイを経て、表面温度90℃に制御された冷却ロール上に押し出し、その押出物を冷却ロールに接触させ、成形して冷却固化することにより、シート状成形物を得た。
 このシート状成形物を同時二軸延伸機にて、温度122℃で倍率7×6.4倍に延伸して、延伸物を塩化メチレンに浸漬して、流動パラフィンの抽出除去後、乾燥させた。次いで、得られた延伸シートを一軸延伸機にて温度134℃で幅方向に1.8倍延伸した後に、この延伸シートを幅方向に約20%緩和して、セパレータを得た。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例2]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンA(70質量部)、平均粒径50nmの硫酸バリウム(30質量部)、及び酸化防止剤(0.7質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例3]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンA(40質量部)、平均粒径50nmの硫酸バリウム(60質量部)、及び酸化防止剤(0.4質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例4]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンA(20質量部)、平均粒径50nmの硫酸バリウム(80質量部)、及び酸化防止剤(0.2質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例5]
 実施例1の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径10nmの硫酸バリウムを用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例6]
 実施例2の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径10nmの硫酸バリウムを用いたこと以外、実施例2と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例7]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径10nmの硫酸バリウムを用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例8]
 実施例4の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径10nmの硫酸バリウムを用いたこと以外、実施例4と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例9]
 実施例4の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径660nmの硫酸バリウムを用いたこと以外、実施例4と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例10]
 実施例1のポリエチレンAに代えて、ポリエチレンBを用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例11]
 実施例1の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径500nmのリン酸ナトリウムを用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[実施例12]
 実施例2の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径500nmのリン酸ナトリウムを用いたこと以外、実施例2と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例13]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径500nmのリン酸ナトリウムを用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例14]
 実施例4の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径500nmのリン酸ナトリウムを用いたこと以外、実施例4と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例15]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンC(5質量部)、平均粒径500nmのリン酸ナトリウム(95質量部)、及び酸化防止剤(0.05質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例16]
 実施例1の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径800nmの硫酸アルミニウムを用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例17]
 実施例2の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径800nmの硫酸アルミニウムを用いたこと以外、実施例2と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例18]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径800nmの硫酸アルミニウムを用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例19]
 実施例4の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径800nmの硫酸アルミニウムを用いたこと以外、実施例4と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例20]
 実施例15の平均粒径500nmのリン酸ナトリウムに代えて、平均粒径800nmの硫酸アルミニウムを用いたこと以外、実施例15と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例21]
 実施例1の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径30nmのフッ化リチウムを用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例22]
 実施例2の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径30nmのフッ化リチウムを用いたこと以外、実施例2と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例23]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径30nmのフッ化リチウムを用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例24]
 実施例4の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径30nmのフッ化リチウムを用いたこと以外、実施例4と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例25]
 実施例15の平均粒径500nmのリン酸ナトリウムに代えて、平均粒径30nmのフッ化リチウムを用いたこと以外、実施例15と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例26]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンC(14質量部)、平均粒径50nmの硫酸バリウム(86質量部)、及び酸化防止剤(0.14質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例27]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンC(10質量部)、平均粒径50nmの硫酸バリウム(90質量部)、及び酸化防止剤(0.1質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例28]
 実施例15の平均粒径500nmのリン酸ナトリウムに代えて、平均粒径50nmの硫酸バリウムを用いたこと以外、実施例15と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[実施例29]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンC(1質量部)、平均粒径50nmの硫酸バリウム(99質量部)、及び酸化防止剤(0.01質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[比較例1]
 実施例1の混合物原料に代えて、ポリエチレンA(100質量部)、及び酸化防止剤(1質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドして得た混合物原料を用いたこと以外、実施例1と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[比較例2]
 ポリエチレンB(50重量部)、平均粒径660nmの硫酸バリウム(50重量部)及び酸化防止剤(0.5質量部)をヘンシェルミキサーでドライブレンドし、混合物原料を得た。次に、混合物原料を二軸混練機へ投入して、180℃に加熱しながら溶融混練し、得られた溶融混練物を180℃で熱プレスして、原反シートを得た。その後、原反シートを135℃で倍率2倍×2倍の同時二軸延伸を行った。次いで125℃で倍率3倍×3倍の同時二軸延伸を行った。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[比較例3]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径16nmのシリカを用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[比較例4]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径10nmのアルミナを用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表1に示す。
[比較例5]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径800nmのベーマイトを用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
[比較例6]
 実施例3の平均粒径50nmの硫酸バリウムに代えて、平均粒径400nmのチタン酸カリウム(K2O・8TiO2)を用いたこと以外、実施例3と同様にして、セパレータを作製した。得られたセパレータの評価結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1及び表2より、実施例1~29は、イオン性化合物を含有しない比較例1と比較して、ハンダ試験の穴面積が小さく、耐熱性に優れている。さらに、比較例1と比較して、実施例1~29は、20C放電容量が顕著に高く、100サイクル後容量維持率も同等又は高い。したがって、本実施形態のセパレータは、蓄電デバイスの安全性、出力特性、及び耐久性を向上させることが分かる。
 次に、実施例1~29は、可塑剤を用いない乾式多孔化法によってセパレータを作製した比較例2と比較して、20C放電容量が顕著に高く、100サイクル後容量維持率も同等又は高い。さらに、比較例2と比較して、実施例1~29は、比較例2よりもセパレータの白色度が高く、耐電圧性に優れていることが分かる。したがって、本実施形態のセパレータは、蓄電デバイスの信頼性、出力特性、及び耐久性を向上させる点で優れていることが分かる。
 また、実施例1~29は、イオン性化合物の代わりに金属酸化物を含有する比較例3、4及び6と比較して、セパレータの白色度が高く、良好な耐電圧性を示している。さらに、比較例3、4、5及び6と比較して、実施例1~29は、100サイクル後容量維持率も非常に高い値を示している。したがって、本実施形態のセパレータは、蓄電デバイスの信頼性及び耐久性を向上する観点で優れていることが分かる。
 以上のことから、ポリオレフィン樹脂とイオン性化合物を含有する多孔質層を有し、特定の白色度を有する蓄電デバイス用セパレータは、セパレータとして良好に機能するだけでなく、高温での蓄電デバイスの安全性の向上に寄与し、更には蓄電デバイスの出力特性及び耐久性の向上にも寄与し得ることが明確となった。

Claims (15)

  1.  ポリオレフィン樹脂とイオン性化合物とを含有する多孔質層を有する蓄電デバイス用セパレータであって、前記多孔質層中の前記イオン性化合物の含有量が5質量%以上99質量%以下であって、かつ前記セパレータの白色度が98.0を超える、蓄電デバイス用セパレータ。
  2.  前記セパレータの白色度が98.5以上105以下である、請求項1に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  3.  前記多孔質層中の前記イオン性化合物の含有量が5質量%以上50質量%未満である、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  4.  前記多孔質層中の前記イオン性化合物の含有量が86質量%以上99質量%以下である、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  5.  前記ポリオレフィン樹脂が、粘度平均分子量600,000以上5,000,000以下のポリエチレンを含有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  6.  前記蓄電デバイス用セパレータにおける金属酸化物の含有量が10質量%以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  7.  前記イオン性化合物は、硫酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン及びハロゲン化物イオンから成る群から選ばれる1種以上のアニオンを有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  8.  前記イオン性化合物は、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンから成る群から選ばれる1種以上のカチオンを有する、請求項1~7のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  9.  前記イオン性化合物は硫酸バリウムである請求項1~8のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  10.  前記イオン性化合物の平均粒径が、5nm以上600nm以下である、請求項1~9のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  11.  前記蓄電デバイス用セパレータの平均孔径が、10nm以上100nm以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  12.  前記蓄電デバイス用セパレータの透気度が、10秒/100ml以上500秒/100ml以下である、請求項1~11のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  13.  前記蓄電デバイス用セパレータの突刺強度が、100gf以上600gf以下である、請求項1~12のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  14.  前記蓄電デバイス用セパレータに含有されるポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量が、300,000以上5,000,000以下である、請求項1~13のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
  15.  正極と、負極と、請求項1~14のいずれか一項に記載の蓄電デバイス用セパレータとを備える、蓄電デバイス。
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