CN117480681A - 蓄电设备用分隔件 - Google Patents

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Abstract

提供一种蓄电设备用分隔件,其具备基材和热塑性聚合物含有层,所述热塑性聚合物含有层形成在前述基材的至少单面的基材表面上,且包含热塑性聚合物,前述热塑性聚合物含有层具有点状图案,前述点的直径(a)为20μm以上且1,000μm以下,点间距离(b)为100μm以上且3,000μm以下,前述点的直径(a)与前述点间距离(b)满足式子:点间距离/点的直径=0.5以上且4以下所示的关系,并且,前述热塑性聚合物含有层与电解液的接触角为0°以上且20°以下。

Description

蓄电设备用分隔件
技术领域
本发明涉及蓄电设备用分隔件等。
背景技术
近年来,积极地进行了以非水电解液电池为代表的蓄电设备的开发。通常,在锂离子电池等非水电解液电池中,微多孔膜作为分隔件而设置在正负极之间。这种分隔件具有防止正负极之间的直接接触、通过保持在微多孔中的电解液而使离子发生透过的功能。
对于分隔件而言,在要求异常加热时迅速停止电池反应的特性(熔断特性)、即便达到高温也维持形状而防止正极物质与负极物质直接发生反应的危险情况的性能(短路特性)等以往要求的安全性的相关性能的基础上,从充放电电流的均匀化、抑制锂枝晶的观点出发,还要求提高与电极的密合性。
为了在安全性以及与电极的密合性的基础上,还对分隔件赋予各种功能,研究了对微多孔膜涂布、层叠功能层(专利文献1~6)。
例如,专利文献1中记载了:从改善卷绕电池时的操作性和粘接性、以及锂离子透过性的观点出发,在作为分隔件基材的微多孔膜的至少单面以点状图案形成热塑性聚合物含有层,且调整点直径、点间距离。
专利文献2中记载了:为了改善具备多孔性涂布层的分隔件与电极之间的分离、以及多孔性涂布层内的无机颗粒的脱离现象,针对分隔件基材,利用含有无机颗粒的多孔性层以点状图案进行涂布,且调整点平均直径、点间距离。
专利文献3着眼于将粘接性分隔件用于电池时使电解液浸透至正极或负极的中心部来改善电解液在电极中的吸液性的技术,但关于粘接层在分隔件基材上的点状图案涂布,只不过列举出点最大直径和点的配置间距。
专利文献4中,从通过多孔性基材的整面涂布而将包含粘接层的分隔件安装于二次电池时作用于二次电池内部的电阻增大得以抑制的观点出发,针对在多孔性基材的至少单面形成有丙烯酸酯系粘接层的分隔件,图示出粘接层的点状图案,且确定了点间距离。
专利文献5和专利文献6中记载了:从抑制多孔性涂布层中包含无机颗粒的分隔件与电极之间的粘结力降低的观点出发,在多孔性涂布层的表面上设置由彼此以规定间隔隔开配置的多个点形成的丙烯酸酯系粘合层,且例示出点平均直径。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2014/017651号
专利文献2:日本特表2011-512005号公报
专利文献3:国际公开第2020/067208号
专利文献4:日本特表2018-535534号公报
专利文献5:日本特开2015-99777号公报
专利文献6:日本特开2015-99776号公报
发明内容
发明要解决的问题
若将包含作为分隔件基材的微多孔膜和涂布或层叠于微多孔膜的至少单面的粘接层的分隔件用于蓄电设备的电池单元组装,则电解液注液工序中的注液性有时恶化。
然而,对于具备作为基材的微多孔膜和在基材上以点状图案形成的粘接层的以往的蓄电设备用分隔件而言,提高与电极的粘接力和提高电解液的注液性呈现此消彼长的关系,难以兼顾两者。
本发明鉴于上述情况,其目的在于,提供能够兼顾粘接性和注液性的蓄电设备用分隔件和包含其的蓄电设备。
用于解决问题的方案
本发明人反复进行深入研究的结果,关于对基材进行的热塑性聚合物含有层的涂布或层叠,阐明了注液性的因素,并发现:通过确定热塑性聚合物含有层的点状图案而能够解决上述课题。即,本发明如下所示。
[1]一种蓄电设备用分隔件,其具备基材和热塑性聚合物含有层,所述热塑性聚合物含有层形成在前述基材的至少单面的基材表面上,且包含热塑性聚合物,
前述热塑性聚合物含有层具有点状图案,
前述点的直径为20μm以上且1,000μm以下,
点间距离为100μm以上且3,000μm以下,
前述点的直径与前述点间距离满足下述式:点间距离/点的直径=0.5以上且4以下所示的关系,并且
前述热塑性聚合物含有层与电解液的接触角为0°以上且20°以下。
[2]根据项目1所述的蓄电设备用分隔件,其中,点平均高度为0.2μm以上且10μm以下。
[3]根据项目1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物含有层相对于前述基材表面的总覆盖面积比例为5%以上且55%以下。
[4]根据项目1~3中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量为0.03g/m2以上且0.3g/m2以下。
[5]根据项目1~4中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物的平均粒径为0.1μm以上且2.0μm以下。
[6]根据项目1~5中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,前述热塑性聚合物具有至少两个玻璃化转变温度,前述玻璃化转变温度之中的至少一个存在于低于20℃的区域,且前述玻璃化转变温度之中的至少一个存在于40℃以上且110℃以下的区域。
[7]根据项目1~6中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其具有以前述基材为基准而不对称的多层结构。
[8]根据项目1~7中任一项所述的蓄电设备用分隔件,其中,在前述基材的两侧具有前述热塑性聚合物含有层,并且,在前述基材的单面与前述热塑性聚合物含有层之间形成有包含无机填料和树脂制粘结剂的多孔层。
[9]一种蓄电设备,其包含正极、负极、项目8所述的蓄电设备用分隔件和非水电解液,前述蓄电设备用分隔件按照具有前述多孔层的一侧与前述正极以前述基材为基准而相对的方式进行配置。
[10]一种蓄电设备,其包含正极、负极、项目1~8中任一项所述的蓄电设备用分隔件和非水电解液。
发明的效果
根据本发明,可提供能够兼顾粘接性和注液性的蓄电设备用分隔件和包含其的蓄电设备。
附图说明
图1是用于说明本发明的一个实施方式所述的点直径和点间距离的示意平面观察图,图1的(a)表示除尺寸为10μm以下的区域之外的图案,并且,图1的(b)表示热塑性聚合物连续存在的区域和颗粒飞散部。
图2是为了说明本发明的一个实施方式所述的点直径和点间距离而画出热塑性聚合物连续存在的区域的示意平面图,图2的(a)表示除尺寸为10μm以下的区域之外的图案,图2的(b)表示热塑性聚合物连续存在的区域和颗粒飞散部,图2的(c)~(d)表示热塑性聚合物连续存在的区域、不存在热塑性聚合物的区域和颗粒飞散部,图2的(e)表示三叶草型图案,图2的(f)表示点的泪型拖尾,并且,图2的(g)表示多个点之间的距离。
具体实施方式
以下,针对用于实施本发明的方式(以下称为“本实施方式”)进行详细说明。需要说明的是,本发明不限定于以下的实施方式,可以在其主旨范围内进行各种变形来实施。
<蓄电设备用分隔件>
本实施方式所述的蓄电设备用分隔件(以下也简称为“分隔件”)具备基材和热塑性聚合物含有层,所述热塑性聚合物含有层形成在基材的至少单面的基材表面上,且包含热塑性聚合物,热塑性聚合物含有层具有特定的点状图案。
分隔件可以在基材的单面或两面的基材表面上具有热塑性聚合物含有层,并且,根据期望可以在基材表面与热塑性聚合物含有层之间或者在未形成热塑性聚合物含有层的基材表面上具有多孔层。
(热塑性聚合物含有层的点状图案)
本实施方式所述的热塑性聚合物含有层具有点状图案,点的直径为20μm以上且1,000μm以下,点间距离为100μm以上且3,000μm以下,并且,点的直径与点间距离满足下述式所示的关系:
点间距离/点的直径=0.5以上且4以下。
点(dots)状表示:在聚烯烃微多孔膜上存在包含热塑性聚合物的部分和不含热塑性聚合物的部分,包含热塑性聚合物的部分以岛状存在。需要说明的是,热塑性聚合物含有层中,包含热塑性聚合物的部分可以是独立的。
本实施方式中,关于热塑性聚合物含有层的点状图案,按照满足以下式子的方式进行优化,提高与电极的粘接效率,其结果,实现抑制电解液的透过性阻碍且以现有以上的水准具备粘接力(与电极的粘接力)、进而使润湿性提高的分隔件,兼顾粘接性和注液性。另外,兼顾基于分隔件的粘接性和注液性也有助于提高具备分隔件的蓄电设备的生产率。
20μm≤点的直径≤1,000μm
100μm≤点间距离≤3,000μm
0.5≤点间距离/点的直径≤4
本说明书中,注液性是指:在使用分隔件进行的蓄电设备的电池单元组装中,电解液注液工序中的电解液向电极和分隔件浸透的容易度,用从开始注液起至结束浸透为止所需的时间的长短来表示。
虽不期望受到理论束缚,但可以认为:使用在基材表面层叠或涂布有热塑性聚合物含有层的分隔件来进行蓄电设备的电池单元组装时,注液性的因素通过以下的Lucas-Washburn公式来阐明。
[数学式1]
{式中,l:浸透距离
γ:表面张力
r:毛细管直径
θ:接触角
t:时间
μ:粘度}
可以认为:若将上述Lucas-Washburn公式应用于本实施方式所述的分隔件,则γ(表面张力)、μ(粘度)大致取决于电解液,而r(毛细管直径)通过分隔件来表征,且接触角(θ)通过分隔件和/或电极的润湿性来表征。更详细而言,作为对注液性造成影响的因素,发现了以下的两点:
·热塑性聚合物含有层的点间距离、和/或、分隔件与电极之间的距离;
·分隔件和电极的润湿性。
若电解液的粘度为0.1mPa·s以上且10mP·s以下或者电解液的表面张力处于20mN/m以上且50mN/m以下的范围,则注液性尤其成为课题,若对处于该物性范围的电解液应用本实施方式所述的分隔件,则电池单元整体的注液性优异。
本实施方式中,关于热塑性聚合物含有层的点状图案,通过将点的直径、点间距离、以及点间距离/点的直径优化至上述数值范围内,从而在上述Lucas-Washburn公式中,能够增大点间距离和/或分隔件与电极间的距离,能够增大r(毛细管直径),能够增大分隔件的润湿性,能够增大接触角(θ),能够增大同分隔件与电极之间的电解液浸透相当的l(浸透距离),因此,改善蓄电设备的电池单元整体的注液性。
从兼顾粘接性和注液性、以及增大上述说明的浸透距离的观点出发,热塑性聚合物含有层的点的直径优选为20μm以上且1000μm以下,更优选为50μm以上且800μm以下,进一步优选为100μm以上且700μm以下,特别优选为145μm以上且600μm以下,最优选为150μm以上且600μm以下。
从通过充分确保多个点的间隙来确保电解液的浸透流路且使脱气也良好的观点出发,热塑性聚合物含有层的点间距离优选为100μm以上且3000μm以下,更优选为200μm以上且2500μm以下,进一步优选为400μm以上且2000μm以下,特别优选为501μm以上且1500μm以下。
从与电极的粘接力跟电解液的注液性的平衡优异的观点出发,热塑性聚合物含有层的点间距离/点的直径优选为0.5以上且4以下,更优选为0.7以上且3.8以下,进一步优选为1以上且3.5以下,更进一步优选为1.3~3.5的范围内,特别优选为2以上且3.3以下。
关于热塑性聚合物含有层的点状图案,从分隔件与电极之间的距离以及分隔件的润湿性的观点出发,点平均高度优选为0.2μm以上且10μm以下,更优选为0.5μm以上且10μm以下或1.0μm以上且10μm以下,进一步优选为0.5μm以上且4μm以下或1.0μm以上且4μm以下,更进一步优选为0.5μm以上且3μm以下,特别优选为1μm以上且3μm以下。
从使脱气良好的观点出发,热塑性聚合物含有层的点的配置角度优选小于40°,并且,配置角度的下限没有限定,例如可以为0°以上。
关于热塑性聚合物含有层的点状图案,电解液在分隔件中浸透前后的点间距离变化比例优选为0%以上且20%以下,更优选为0%以上且10%以下。若电解液在分隔件中浸渍前后的点间距离变化比例处于上述数值范围内,则存在粘接性与注液性的平衡优异的倾向。
上述确定的热塑性聚合物含有层的点状图案可通过例如在分隔件的制造工艺中优化热塑性聚合物含有涂布液、调整涂布液的聚合物浓度或涂布量和涂布方法或涂布条件、改进印刷版等来达成。
关于本实施方式所述的分隔件的构成要素,以下进行说明。
〔热塑性聚合物含有层〕
本实施方式所述的热塑性聚合物含有层包含热塑性聚合物。
〔热塑性聚合物含有层与电解液的接触角〕
从电解液的注液性优异、且不易发生气体滞留、注液时间短的观点出发,热塑性聚合物含有层与电解液的接触角优选为0°以上且20°以下,更优选为2°以上且18°以下,进一步优选为4°以上且16°以下。热塑性聚合物含有层与电解液的接触角优选在以点状图案形成有热塑性聚合物含有层的面进行测定。
热塑性聚合物含有层与电解液的接触角可通过例如在热塑性聚合物含有层的形成工艺中控制热塑性聚合物含有层相对于基材表面的总覆盖面积比例、热塑性聚合物的粒径、基材表面的电晕处理强度、干燥速度、涂料粘度、涂料pH等而调整至上述说明的数值范围内。
(热塑性聚合物)
本实施方式中使用的热塑性聚合物没有特别限定,可列举出例如聚乙烯、聚丙烯、α-聚烯烃等聚烯烃树脂;聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等含氟树脂和包含它们的共聚物;包含丁二烯、异戊二烯等共轭二烯作为单体单元的二烯系聚合物或者包含它们的共聚物及其氢化物;包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等作为单体单元的丙烯酸系聚合物或者包含它们的共聚物及其氢化物;乙丙橡胶、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯等橡胶类;乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素等纤维素衍生物;聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚酯等熔点和/或玻璃化转变温度为180℃以上的树脂和它们的混合物等。另外,作为在合成热塑性聚合物时使用的单体,也可以使用具有选自由羟基、磺酸基、羧基、酰胺基和氰基组成的组中的至少一种基团的单体。
这些热塑性聚合物之中,从与电极活性物质的粘结性、以及强度或柔软性优异的方面出发,优选为二烯系聚合物、丙烯酸系聚合物或氟系聚合物。
(二烯系聚合物)
二烯系聚合物没有特别限定,例如是包含将丁二烯、异戊二烯等具有2个共轭双键的共轭二烯聚合而成的单体单元的聚合物。作为共轭二烯单体,没有特别限定,可列举出例如1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-苯基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、2-甲基-1,3-戊二烯、1,3-己二烯、4,5-二乙基-1,3-辛二烯、3-丁基-1,3-辛二烯等。它们可以单独聚合也可以共聚。
二烯系聚合物中的将共轭二烯聚合而成的单体单元的比例没有特别限定,例如,在全部二烯系聚合物中为40质量%以上、优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上。
作为上述二烯系聚合物,没有特别限定,可列举出例如聚丁二烯、聚异戊二烯等共轭二烯的均聚物以及共轭二烯与可共聚单体的共聚物。可共聚单体没有特别限定,可列举出例如后述(甲基)丙烯酸酯单体、下述单体(以下也称为“其它单体”)。
作为“其它单体”,没有特别限定,可列举出例如丙烯腈、甲基丙烯腈等α,β-不饱和腈化合物;丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸等不饱和羧酸类;苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯、乙烯基苯甲酸、乙烯基苯甲酸甲酯、乙烯基萘、氯甲基苯乙烯、羟基甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、二乙烯基苯等苯乙烯系单体;乙烯、丙烯等烯烃类;氯乙烯、偏二氯乙烯等含有卤素原子的单体;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯等乙烯基酯类;甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚等乙烯基醚类;甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、丁基乙烯基酮、己基乙烯基酮、异丙烯基乙烯基酮等乙烯基酮类;N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、乙烯基咪唑等含有杂环的乙烯基化合物;丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯化合物;丙烯酸β-羟基乙酯、甲基丙烯酸β-羟基乙酯等含有羟基烷基的化合物;丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等酰胺系单体等,它们可以使用1种或组合使用2种以上。
(丙烯酸系聚合物)
丙烯酸系聚合物没有特别限定,优选为包含将(甲基)丙烯酸酯单体聚合而成的单体单元的聚合物。
需要说明的是,本说明书中,“(甲基)丙烯酸”表示“丙烯酸或甲基丙烯酸”,“(甲基)丙烯酸酯”表示“丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯”。
作为(甲基)丙烯酸酯单体,没有特别限定,可列举出例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸正十四烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯等(甲基)丙烯酸烷基酯;(甲基)丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸羟基丙酯、(甲基)丙烯酸羟基丁酯等含有羟基的(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯酸氨基乙酯等含有氨基的(甲基)丙烯酸酯;(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等含有环氧基的(甲基)丙烯酸酯。
将(甲基)丙烯酸酯单体聚合而成的单体单元的比例没有特别限定,为全部丙烯酸系聚合物的例如40质量%以上、优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上。作为丙烯酸系聚合物,可列举出(甲基)丙烯酸酯单体的均聚物、其与可共聚单体的共聚物。作为可共聚单体,可列举出在上述二烯系聚合物一项中列举出的“其它单体”,它们可以使用1种或组合使用2种以上。
(氟系聚合物)
作为氟系聚合物,没有特别限定,可列举出例如偏二氟乙烯的均聚物、其与可共聚单体的共聚物。从电化学稳定性的观点出发,优选为氟系聚合物。
将偏二氟乙烯聚合而成的单体单元的比例没有特别限定,例如为40质量%以上、优选为50质量%以上、更优选为60质量%以上。作为能够与偏二氟乙烯共聚的单体,没有特别限定,可列举出例如氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、六氟异丁烯、全氟丙烯酸、全氟甲基丙烯酸、丙烯酸或甲基丙烯酸的氟烷基酯等含氟的烯属不饱和化合物;环己基乙烯基醚、羟基乙基乙烯基醚等不含氟的烯属不饱和化合物;丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯等不含氟的二烯化合物等。
氟系聚合物之中,优选为偏二氟乙烯的均聚物、偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯/四氟乙烯/六氟丙烯共聚物等。特别优选的氟系聚合物为偏二氟乙烯/四氟乙烯/六氟丙烯共聚物,其单体组成通常为偏二氟乙烯30~90质量%、四氟乙烯50~9质量%和六氟丙烯20~1质量%。这些氟树脂颗粒可以单独使用或混合使用2种以上。
另外,作为在合成上述热塑性聚合物时使用的单体,也可以使用具有羟基、羧基、氨基、磺酸基、酰胺基或氰基的单体。
具有羟基的单体没有特别限定,可列举出例如戊烯醇等乙烯基系单体。
具有羧基的单体没有特别限定,可列举出例如(甲基)丙烯酸、衣康酸等具有烯属双键的不饱和羧酸、戊烯酸等乙烯基系单体。
具有氨基的单体没有特别限定,可列举出例如甲基丙烯酸2-氨基乙酯等。
具有磺酸基的单体没有特别限定,可列举出例如乙烯基磺酸、甲基乙烯基磺酸、(甲基)烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、(甲基)丙烯酸-2-磺酸乙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、3-烯丙氧基-2-羟基丙磺酸等。
具有酰胺基的单体没有特别限定,可列举出例如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺等。
具有氰基的单体没有特别限定,可列举出例如丙烯腈、甲基丙烯腈、α-氯丙烯腈、丙烯酸α-氰基乙酯等。
关于本实施方式中使用的热塑性聚合物,聚合物可以单独使用或混合使用2种以上,优选包含2种以上的聚合物。热塑性聚合物可以与溶剂一同使用,作为溶剂,只要能够将热塑性聚合物均匀且稳定地分散即可,可列举出例如N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、水、乙醇、甲苯、热二甲苯、二氯甲烷、己烷等,其中,优选为水系溶剂。另外,热塑性聚合物可以以胶乳的形态使用。
(热塑性聚合物的玻璃化转变温度)
从表现出分隔件与电极的粘接力、能够确保蓄电设备中电极与分隔件之间的距离、且缩短电解液的注液时间的观点出发,热塑性聚合物优选具有下述热特性:具有至少两个玻璃化转变温度,玻璃化转变温度之中的至少一个存在于低于20℃的区域,且玻璃化转变温度之中的至少一个存在于40℃以上且110℃以下的区域。
此处,玻璃化转变温度根据通过差示扫描量热测定(DSC)而得到的DSC曲线来确定。需要说明的是,在本说明书中,有时也将玻璃化转变温度示作Tg。
具体而言,根据将DSC曲线中的低温侧基线朝着高温侧延长而得到的直线与玻璃化转变的阶梯状变化部分的拐点处的切线之间的交点来确定。更详细而言,可以参照实施例中记载的方法。
此处,“玻璃化转变”是指:在DSC中,在吸热侧发生与作为试验片的聚合物的状态变化相伴的热量变化。这种热量变化在DSC曲线中以阶梯状变化形状被观测到或者以阶梯状变化与峰组合而成的形状被观测到。
“阶梯状变化”表示:在DSC曲线中,曲线从之前的基线离开并向新基线转移为止的部分。需要说明的是,也包括峰与阶梯状变化的组合形状。
“拐点”表示:阶梯状变化部分的DSC曲线的斜率达到最大那样的点。另外,在阶梯状变化部分中,也可以示作朝上凸起的曲线变为朝下凸起的曲线的点。
“峰”表示:在DSC曲线中,曲线自从基线离开起至再次回到基线为止的部分。
“基线”表示:试验片未发生相变和反应的温度区域的DSC曲线。
本实施方式中,通过使所用的热塑性聚合物的玻璃化转变温度之中的至少一个存在于低于20℃的区域,从而与微多孔膜等基材的密合性优异,其结果,发挥出分隔件与电极的密合性优异的效果。所用的热塑性聚合物的玻璃化转变温度之中的至少一个更优选存在于15℃以下的区域,进一步优选存在于-30℃以上且15℃以下的区域。从提高热塑性聚合物与微多孔膜的密合性且良好地保持操作性的观点出发,存在于低于20℃的区域内的玻璃化转变温度特别优选仅存在于-30℃以上且15℃以下的区域。
本实施方式中,通过使所用的热塑性聚合物的玻璃化转变温度之中的至少一个存在于40℃以上且110℃以下的区域,从而分隔件与电极的粘接性和操作性优异,进而,在蓄电设备中能够维持电极表面与分隔件基材表面之间的距离,且能够缩短电解液的注液时间。所用的热塑性聚合物的玻璃化转变温度之中的至少一个更优选处于45℃以上且100℃以下的区域,进一步优选处于50℃以上且95℃以下的区域。在不妨碍本发明效果的范围内,从操作性的观点出发,Tg优选为70℃以上。
热塑性聚合物具有两个玻璃化转变温度可通过例如将两种以上的热塑性聚合物共混的方法以及使用具备核壳结构的热塑性聚合物的方法来达成,但不限定于这些方法。核壳结构是指属于中心部分的聚合物与属于外壳部分的聚合物包含不同组成且呈现双重结构这一形态的聚合物。
尤其是,聚合物共混或核壳结构通过将玻璃化转变温度高的聚合物与玻璃化转变温度低的聚合物加以组合,从而能够控制热塑性聚合物整体的玻璃化转变温度。另外,能够对热塑性聚合物整体赋予多种功能。例如,在共混的情况下,尤其是通过将在20℃以上的区域内具有玻璃化转变温度的聚合物与在低于20℃的区域内具有玻璃化转变温度的聚合物共混2种以上,从而能够兼顾耐发粘性和对于聚烯烃微多孔膜的涂布性。作为共混时的混合比,在20℃以上的区域内具有玻璃化转变温度的聚合物与在低于20℃的区域内具有玻璃化转变温度的聚合物之比优选为0.1:99.9~99.9:0.1的范围,更优选为5:95~95:5,进一步优选为50:50~95:5,更进一步优选为60:40~90:10。在核壳结构的情况下,通过变更外壳聚合物而能够调整对于聚烯烃微多孔膜等其它材料而言的粘接性或相容性,通过调整属于中心部分的聚合物,从而能够调整成例如对于热加压后的电极而言的粘接性得以提高的聚合物。另外,也可以将粘性高的聚合物与弹性高的聚合物加以组合来控制粘弹性。
需要说明的是,具备核壳结构的热塑性聚合物的壳的玻璃化转变温度没有特别限定,优选低于20℃,更优选为15℃以下,进一步优选为-30℃以上且15℃以下。另外,具备核壳结构的热塑性聚合物的芯的玻璃化转变温度没有特别限定,优选为20℃以上,更优选为20℃以上且120℃以下,进一步优选为50℃以上且120℃以下。
本实施方式中,热塑性聚合物的玻璃化转变温度、即Tg可通过变更例如用于制造热塑性聚合物的单体成分和各单体的投入比来适当调整。即,可根据针对用于制造热塑性聚合物的各单体而一般示出的其均聚物的Tg(例如“聚合物手册”(AWILEY-INTERSCIENCEPUBLICATION)中记载)和单体的配混比例来大致推测。例如,以高比率配混提供约100℃的Tg的聚合物的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈等单体而得到的共聚物能够得到高Tg的物质。另一方面,例如,以高比率配混提供约-80℃的Tg的聚合物的丁二烯或者提供约-50℃的Tg的聚合物的丙烯酸正丁酯和丙烯酸2-乙基己酯等单体而得到的共聚物能够得到低Tg的物质。
另外,聚合物的Tg可根据FOX公式(下述式(1))来推算。需要说明的是,作为本实施方式所述的热塑性聚合物的玻璃化转变温度,采用通过使用上述DSC的方法而测得的温度。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+···+Wi/Tgi+···Wn/Tgn (1)
{式(1)中,Tg(K)表示共聚物的Tg,Tgi(K)表示各单体i的均聚物的Tg,Wi表示各单体的质量分数。}
(热塑性聚合物含有层的结构)
在热塑性聚合物含有层中,优选的是:在蓄电设备用分隔件的最表面侧存在具有40℃~110℃的玻璃化转变温度的热塑性树脂,并且,在聚烯烃微多孔膜与热塑性聚合物含有层的界面侧存在具有低于20℃的玻璃化转变温度的热塑性树脂。需要说明的是,“最表面”是指:在将蓄电设备用分隔件与电极层叠时,热塑性聚合物含有层之中与电极接触的面。另外,“界面”是指:热塑性聚合物含有层之中与聚烯烃微多孔膜接触的面。
在热塑性聚合物含有层中,通过在蓄电设备用分隔件的最表面侧存在具有40℃~110℃的玻璃化转变温度的热塑性聚合物,从而与微多孔膜的密合性更优异,其结果,存在分隔件与电极的密合性优异的倾向。另外,通过在聚烯烃微多孔膜与热塑性聚合物含有层的界面侧存在具有低于20℃的玻璃化转变温度的热塑性聚合物,从而存在分隔件与电极的粘接性和操作性更优异的倾向。通过使分隔件具有这种热塑性聚合物含有层,从而存在分隔件与电极的粘接性和操作性进一步提高的倾向。
上述那样的结构可通过下述(a)、(b)等来达成:(a)热塑性聚合物包含粒状(particle)热塑性聚合物和在粒状热塑性聚合物露出至表面的状态下将粒状热塑性聚合物粘接于聚烯烃微多孔膜的粘结剂聚合物,粒状热塑性聚合物的玻璃化转变温度存在于40℃以上且110℃以下的区域,在聚烯烃微多孔膜与热塑性聚合物含有层的界面侧存在具有低于20℃的玻璃化转变温度的热塑性聚合物;(b)热塑性聚合物为层叠结构,在制成分隔件时成为最表层的部分的热塑性聚合物的玻璃化转变温度存在于40℃以上且110℃以下的区域,在聚烯烃微多孔膜与热塑性聚合物含有层的界面侧存在具有低于20℃的玻璃化转变温度的热塑性聚合物。需要说明的是,(b)热塑性聚合物可以呈现Tg不同的每种聚合物的层叠结构。
(热塑性聚合物的平均粒径)
本实施方式中的热塑性聚合物的结构没有特别限定,可以构成为例如粒状。通过具有这种结构,从而存在分隔件与电极的粘接性和分隔件的操作性更优异的倾向。此处,粒状是指:通过扫描型电子显微镜(SEM)的测定,各个热塑性聚合物具有轮廓的状态,可以是细长形状,也可以是球状,还可以是多边形状等。
从能够表现出分隔件与电极的粘接力且借助分隔件来维持多个电极之间的距离、并且通过降低分隔件表面相对于电解液的接触角来缩短对蓄电设备注入电解液的注液时间的观点出发,粒状热塑性聚合物的平均粒径优选为0.1μm以上且2.0μm以下,更优选为0.16μm以上且1.5μm以下,进一步优选为0.2μm以上且1.0μm以下,最优选为0.3μm以上且0.6μm以下。
(热塑性聚合物相对于电解液的溶胀度)
从循环特性等电池特性的观点以及上述说明的电解液在分隔件中浸渍前后的点间距离变化比例的观点出发,本实施方式中的热塑性聚合物优选具有对于电解液而言的溶胀性。热塑性聚合物相对于电解液的溶胀度优选为2倍以上且15倍以下。热塑性聚合物相对于电解液的溶胀度可通过在实施例中后述的方法进行测定。本实施方式中的热塑性聚合物相对于电解液的溶胀度可通过例如变更用于聚合的单体成分和各单体的投入比来调整。
(热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量)
本实施方式所述的分隔件中,从粘接力的观点出发,热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量优选为0.03g/m2以上且0.3g/m2以下,更优选为0.04g/m2以上且0.15g/m2以下,最优选为0.06g/m2以上且0.10g/m2以下。热塑性聚合物含有层的单位面积重量可通过变更涂布液的聚合物浓度或聚合物溶液的涂布量来调整。在不妨碍本发明效果的范围内,从抑制与电极的膨胀收缩相伴的电池单元形状的变形、使电池的循环特性良好的观点出发,优选为超过0.08g/m2的范围。
(利用热塑性聚合物含有层来覆盖基材表面)
本实施方式中,从维持分隔件与电极的粘接力且缩短向具备分隔件的蓄电设备注入电解液的注液时间的观点出发,热塑性聚合物含有层相对于前述基材表面的总覆盖面积比例优选为5%以上且55%以下,更优选为6%以上且40%以下,进一步优选为7%以上且30%以下。存在于基材表面的热塑性聚合物含有层的总覆盖面积比例S根据下式来算出。
S(%)=热塑性聚合物含有层的总覆盖面积÷基材的表面积×100
热塑性聚合物含有层的总覆盖面积比例可通过变更涂布液的聚合物浓度或聚合物溶液的涂布量和涂布方法、涂布条件来调整。
本实施方式中,从维持分隔件与电极的粘接力且缩短向具备分隔件的蓄电设备注入电解液的注液结束时间的观点出发,上述的所述热塑性聚合物含有层的点间距离/点的直径以及热塑性聚合物含有层相对于前述基材表面的总覆盖面积比例优选处于以下的关系。
关系1:点间距离/点的直径为1.4以上且4以下,并且,总覆盖面积比例为5%以上且22%以下。其中,从能够使前述粘接力与注液结束时间的短期化的平衡更良好的观点出发,优选的是:将点间距离/点的直径设为2.0以上且3.5以下,并且,将总覆盖面积比例设为6%以上且15%以下,将上述的所述点直径、前述热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量和后述多孔层的厚度之中的至少1个控制为规定范围。具体而言,在控制前述点直径的情况下,优选设为200μm以上且800μm以下,在控制前述热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量的情况下,优选设为0.04g/m2以上且0.12g/m2以下,在控制前述多孔层的厚度的情况下,优选设为0.5μm以上且2.0μm以下。
关系2:点间距离/点的直径为0.8以上且1.3以下,并且,总覆盖面积比例为23%以上且46%以下。进而,从能够使前述粘接力与注液结束时间的短期化的平衡更良好的观点出发,优选同时将后述聚烯烃微多孔膜的厚度设为9μm以下,更优选设为7μm以下。
关系3:点间距离/点的直径为0.5以上且0.7以下,并且,总覆盖面积比例为47%以上且55%以下。
从使前述粘接力与注液结束时间的短期化的平衡更良好的观点出发,上述点间距离/点的直径与热塑性聚合物含有层的总覆盖面积比例的关系优选采用关系1或关系2,特别优选采用关系2。
需要说明的是,为了评价前述粘接力(N/m)与注液结束时间(min)的短期化的平衡是否良好,可以使用以下的任意指标。
指标1:粘接力为4.0N/m以上,并且,注液结束时间为17min以下;
指标2:粘接力为2.5N/m以上,并且,注液结束时间为15min以下;
指标3:粘接力为2.4N/m以上,并且,注液结束时间为11min以下;
指标4:粘接力为2.2N/m以上,并且,注液结束时间为9min以下;
指标5:粘接力为2.1N/m以上,并且,注液结束时间为8min以下。
对于前述粘接力(N/m)与注液结束时间(min)的短期化的平衡,将在满足上述指标1~4中任一者的基础上、粘接力更高、注液结束时间更短评价为更良好地取得平衡。
〔基材〕
分隔件需要绝缘性和离子透过性,因此,分隔件基材通常由具有多孔体结构的绝缘材料即纸、聚烯烃制非织造布或树脂制微多孔膜等形成。尤其是,作为在具备能够吸储/释放锂的正极和负极、以及将电解质溶解于非水系溶剂而成的非水系电解液的非水系二次电池等蓄电设备中使用的分隔件基材,优选为具有耐氧化还原性、能够构筑致密且均匀的多孔结构的聚烯烃微多孔膜。
(聚烯烃微多孔膜)
作为本实施方式中的聚烯烃微多孔膜,没有特别限定,可列举出例如由含有聚烯烃的聚烯烃树脂组合物构成的微多孔膜,优选以聚烯烃树脂作为主成分的多孔膜。本实施方式中的聚烯烃微多孔膜中的聚烯烃树脂的含量没有特别限定,从用作蓄电设备用分隔件时的隔断性能等观点出发,优选为由聚烯烃树脂占据构成多孔膜的全部成分的质量分数的50%以上且100%以下的聚烯烃树脂组合物形成的多孔膜。聚烯烃树脂所占的比例更优选为60%以上且100%以下,进一步优选为70%以上且100%以下。
聚烯烃树脂没有特别限定,是指在通常的挤出、注射、吹胀和吹塑成形等中使用的聚烯烃树脂,可以使用乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯和1-辛烯等的均聚物和共聚物、多段聚合物等。另外,可以单独使用或混合使用选自由它们的均聚物和共聚物、多段聚合物组成的组中的聚烯烃。
作为聚烯烃树脂的代表例,没有特别限定,可列举出例如低密度聚乙烯、线状低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等聚乙烯;全同立构聚丙烯、无规立构聚丙烯、乙烯-丙烯无规共聚物、聚丁烯、乙丙橡胶等。
在将本实施方式的分隔件用作电池分隔件的情况下,从熔点低且强度高的方面出发,优选将聚乙烯作为主成分,特别优选使用以高密度聚乙烯作为主成分的树脂。高密度聚乙烯是指按照JIS K 7112而测得的密度为0.942g/cm3以上的聚乙烯。
另外,从提高多孔膜的耐热性的观点出发,更优选使用由包含聚丙烯和除聚丙烯之外的聚烯烃树脂的树脂组合物形成的多孔膜。此处,聚丙烯的立体结构没有限定,可以为全同立构聚丙烯、间同立构聚丙烯和无规立构聚丙烯中的任一者。
聚烯烃树脂组合物中的聚丙烯相对于总聚烯烃的比例没有特别限定,从兼顾耐热性和良好的隔断功能的观点出发,优选为1~35质量%,更优选为3~20质量%,进一步优选为4~10质量%。在该情况下,除聚丙烯之外的聚烯烃树脂没有限定,可列举出例如乙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯等烯烃系烃的均聚物或共聚物。具体而言,可列举出聚乙烯、聚丁烯、乙烯-丙烯无规共聚物等。
从孔因热熔融而堵塞的隔断特性的观点出发,作为除聚丙烯之外的聚烯烃树脂,优选使用低密度聚乙烯、线状低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等聚乙烯。这些之中,从强度的观点出发,更优选使用按照JIS K 7112而测得的密度为0.93g/cm3以上且0.97g/cm3以下的聚乙烯。
构成聚烯烃微多孔膜的聚烯烃树脂的粘均分子量没有特别限定,优选为3万以上且1200万以下,更优选为5万以上且小于200万,进一步优选为10万以上且小于120万,最优选为50万以上且小于100万。若粘均分子量为3万以上,则存在熔融成形时的熔融张力变大、成形性变得良好、且因聚合物彼此的缠绕而呈现高强度的倾向,故而优选。另一方面,若粘均分子量为1200万以下,则存在容易均匀地进行熔融混炼、片的成形性、尤其是厚度稳定性优异的倾向,故而优选。进一步,若粘均分子量小于100万,则存在温度上升时容易堵塞孔、能够得到良好的隔断功能的倾向,故而优选。需要说明的是,例如,代替单独使用粘均分子量小于100万的聚烯烃,也可以使用粘均分子量为200万的聚烯烃与粘均分子量为27万的聚烯烃的混合物,该混合物的粘均分子量小于100万。
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜可以含有任意的添加剂。这种添加剂没有特别限定,可列举出例如除聚烯烃之外的聚合物;无机颗粒;酚系、磷系、硫系等抗氧化剂;硬脂酸钙、硬脂酸锌等金属皂类;紫外线吸收剂;光稳定剂;抗静电剂;防雾剂;着色颜料等。这些添加剂的总含量相对于聚烯烃树脂组合物100质量份优选为20质量份以下,更优选为10质量份以下,进一步优选为5质量份以下。
(聚烯烃微多孔膜的物性)
聚烯烃微多孔膜的换算成单位面积重量(g/m2)时的穿刺强度(以下称为单位面积重量换算穿刺强度)优选为50gf/(g/m2)以上或60gf/(g/m2)以上。具有50gf/(g/m2)以上或60gf/(g/m2)以上的单位面积重量换算穿刺强度的聚烯烃微多孔膜在蓄电设备的冲击试验中存在聚烯烃微多孔膜不易断裂的倾向。从既维持聚烯烃微多孔膜的强度又提高蓄电设备的安全性、例如耐冲击性的观点出发,单位面积重量换算穿刺强度更优选为70gf/(g/m2)以上、进一步优选为80gf/(g/m2)以上。单位面积重量换算穿刺强度没有限定,例如可以为200gf/(g/m2)以下、150gf/(g/m2)以下或140gf/(g/m2)以下。需要说明的是,可按照式子:1N≈102.0gf将CCS单位“gf”转换成SI单位“N”。
关于聚烯烃微多孔膜的未换算成单位面积重量的穿刺强度(以下简称为穿刺强度),其下限值优选为100gf以上、更优选为200gf以上、进一步优选为300gf以上。从在冲击试验中抑制聚烯烃微多孔膜断裂的观点出发,优选为100gf以上的穿刺强度。另外,从制膜时的稳定性的观点出发,聚烯烃微多孔膜的穿刺强度的上限值优选为1000gf以下、更优选为800gf以下、进一步优选为700gf以下。下限值只要是能够实现制膜和电池制造的稳定生产的值就可以使用。上限值根据与其它特性的平衡来设定。穿刺强度可通过挤出时对成形品施加的剪切力或基于拉伸的分子链取向的增加来提高,由于残留应力随着强度增加而增加,与此相伴地发生热稳定性的恶化,因此,根据目的进行控制。
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜的气孔率没有特别限定,优选为20%以上、更优选为35%以上、进一步优选为40%以上,且优选为80%以下、更优选为60%以下、进一步优选为55%以下、特别优选为50%以下。从确保分隔件的透过性的观点出发,优选将气孔率设为20%以上。另一方面,从确保穿刺强度的观点出发,优选将气孔率设为80%以下。另外,从因能够降低电解液填充量而缩短注液时间的观点出发,优选将气孔率设为50%以下。需要说明的是,气孔率可通过拉伸倍率的变更等来调节。
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜的厚度没有特别限定,优选为2μm以上、更优选为4μm以上、进一步优选为5μm以上,其上限优选为30μm以下、更优选为20μm以下、进一步优选为16μm以下、更进一步优选为12μm以下、特别优选为9μm以下、最优选为7μm以下。从提高机械强度的观点出发,优选将膜厚度设为2μm以上。另一方面,将膜厚度设为30μm以下存在因分隔件的占有体积减少而电池的高容量化方面有利的倾向,因此是优选的。另外,从因能够降低电解液填充量而缩短注液时间的观点出发,优选将膜厚度设为12μm以下、9μm以下或7μm以下。
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜的透气度没有特别限定,优选为10sec/100cm3以上、更优选为20sec/100cm3以上、进一步优选为30sec/100cm3以上、最优选为40sec/100cm3以上,且优选为300sec/100cm3以下、更优选为200sec/100cm3以下、进一步优选为180sec/100cm3以下、进一步优选为140sec/100cm3以下。从抑制蓄电设备的自放电的观点出发,优选将透气度设为10sec/100cm3以上。另一方面,从得到良好的充放电特性的观点出发,优选将透气度设为500sec/100cm3以下。需要说明的是,上述透气度可通过拉伸温度、拉伸倍率的变更等来调节。
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜的平均孔径优选为0.15μm以下、更优选为0.1μm以下,作为下限,优选为0.01μm以上。在制成蓄电设备用分隔件的情况下,从抑制蓄电设备的自放电、抑制容量降低的观点出发,适合将平均孔径设为0.15μm以下。平均孔径可通过制造聚烯烃微多孔膜时的拉伸倍率的变更等来调节。
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜的耐热性的指标、即短路温度优选为140℃以上、更优选为150℃以上、进一步优选为160℃以上。在制成蓄电设备用分隔件的情况下,从蓄电设备的安全性的观点出发,优选将短路温度设为140℃以上。
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜的粘均分子量没有特别限定,优选为10万以上且500万以下,更优选为30万以上且150万以下,进一步优选为50万以上且100万以下。若粘均分子量为10万以上且500万以下,则从聚烯烃微多孔膜的穿刺强度、透过性、热收缩和隔断功能的观点出发是优选的。
(聚烯烃微多孔膜的制造方法)
本实施方式中的聚烯烃微多孔膜的制造方法没有特别限定,可以采用公知的制造方法。可列举出例如下述方法:将聚烯烃树脂组合物与增塑剂进行熔融混炼并成形为片状后,根据情况进行拉伸后,提取增塑剂,由此使其多孔化的方法;将聚烯烃树脂组合物进行熔融混炼并以高牵伸比进行挤出后,通过热处理和拉伸而使聚烯烃结晶界面发生剥离,由此使其多孔化的方法;将聚烯烃树脂组合物与无机填充材料进行熔融混炼并成形为片状后,通过拉伸使聚烯烃与无机填充材料的界面发生剥离,由此使其多孔化的方法;在将聚烯烃树脂组合物溶解后,浸渍于相对于聚烯烃而言的不良溶剂,在使聚烯烃凝固的同时,去除溶剂,由此使其多孔化的方法等。以下,作为制造多孔膜的方法的一例,针对将聚烯烃树脂组合物与增塑剂进行熔融混炼并成形为片状后,提取增塑剂的方法进行说明。
首先,将聚烯烃树脂组合物与增塑剂进行熔融混炼。作为熔融混炼方法,可列举出例如将聚烯烃树脂和根据需要的其它添加剂投入至挤出机、捏合机、LABO PLASTMIL、混炼辊、班伯里密炼机等树脂混炼装置中,边使树脂成分加热熔融边以任意比率导入增塑剂并进行混炼的方法。此时,优选的是:在将聚烯烃树脂、其它添加剂和增塑剂投入至树脂混炼装置之前,预先使用亨舍尔混合器等以规定比例进行事先混炼。更优选的是:在事先混炼中仅投入增塑剂的一部分,边将剩余的增塑剂侧进料至树脂混炼装置中边进行混炼。通过这样操作,从而能够提高增塑剂的分散性,在利用后续工序对树脂组合物与增塑剂的熔融混炼合物的片状成形体进行拉伸时,能够以高倍率进行拉伸而不发生破膜。
作为增塑剂,可以使用能够在聚烯烃的熔点以上形成均匀溶液的不挥发性溶剂。作为这种不挥发性溶剂的具体例,可列举出例如液体石蜡、链烷烃蜡等烃类;邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等酯类;油醇、硬脂醇等高级醇等。这些之中,液体石蜡与聚乙烯、聚丙烯的相容性高,即便对熔融混炼物进行拉伸也不易发生树脂与增塑剂的界面剥离,因此,存在容易实施均匀拉伸的倾向,故而优选。
聚烯烃树脂组合物与增塑剂的比率只要是能够将它们均匀地进行熔融混炼而成形为片状的范围,就没有特别限定。例如,增塑剂在包含聚烯烃树脂组合物和增塑剂的组合物中所占的质量分数优选为30~80质量%、更优选为40~70质量%。若增塑剂的质量分数为80质量%以下,则存在熔融成形时的熔融张力不易不足、成形性提高的倾向。另一方面,若质量分数为30质量%以上,则即便将聚烯烃树脂组合物与增塑剂的混合物以高倍率进行拉伸也不会发生聚烯烃链的断裂,形成均匀且微细的孔结构,强度也容易增加。
接着,将熔融混炼物成形为片状。作为制造片状成形体的方法,可列举出例如借助T模具等将熔融混炼物挤出成片状,使其接触导热体而冷却至比树脂成分的结晶化温度充分低的温度来进行固化的方法。作为在冷却固化中使用的导热体,可以使用金属、水、空气或增塑剂自身等,金属制的辊因导热效率高而优选。此时,在使其接触金属制的辊时,若在辊之间进行夹持,则导热效率进一步提高,且片发生取向而膜强度增加,片的表面平滑性也提高,故而更为优选。从T模具挤出成片状时的模唇间隔优选为400μm以上且3000μm以下,进一步优选为500μm以上且2500μm以下。若模唇间隔为400μm以上,则存在眼眵状物等得以降低、条纹或缺陷等对膜品质造成的影响少、能够在其后的拉伸工序中防止膜断裂等的倾向。另一方面,若模唇间隔为3000μm以下,则存在冷却速度快而防止冷却不均、且能够维持片的厚度稳定性的倾向。
优选将如此操作而得到的片状成形体进行拉伸。作为拉伸处理,单轴拉伸或双轴拉伸均可适宜地使用,从所得多孔膜的强度等观点出发,优选为双轴拉伸。若将片状成形体沿着双轴方向进行高倍率拉伸,则分子沿着面方向发生取向,最终得到的多孔膜不易碎裂,具有高穿刺强度。作为拉伸方法,可列举出例如同时双轴拉伸、逐次双轴拉伸、多级拉伸、多次拉伸等方法,从穿刺强度的提高、拉伸均匀性、隔断性的观点出发,优选为同时双轴拉伸。
需要说明的是,此处,同时双轴拉伸是指同时实施MD方向(微多孔膜的机械方向)的拉伸和TD方向(以90°的角度横穿微多孔膜的MD的方向)的拉伸的拉伸方法,各方向的拉伸倍率可以不同。逐次双轴拉伸是指独立实施MD方向或TD方向的拉伸的拉伸方法,沿着MD方向或TD方向进行了拉伸时,其它方向设为非拘束状态或固定成恒定长度的状态。
拉伸倍率以面倍率计优选为20倍以上且100倍以下的范围,进一步优选为25倍以上且50倍以下的范围。关于各轴方向的拉伸倍率,优选的是:沿着MD方向为4倍以上且10倍以下、沿着TD方向为4倍以上且10倍以下的范围;进一步优选的是:沿着MD方向为5倍以上且8倍以下、沿着TD方向为5倍以上且8倍以下的范围。若总面积倍率为20倍以上,则存在能够对所得多孔膜赋予充分强度的倾向,另一方面,若总面积倍率为100倍以下,则存在防止拉伸工序中的膜断裂、得到高生产率的倾向。
另外,可以对片状成形体进行压延。压延可通过例如使用双带加压机等的加压法来实施。压延尤其能够增加表层部分的取向。压延面倍率优选大于1倍且为3倍以下,更优选大于1倍且为2倍以下。若压延倍率大于1倍,则存在面取向增加、最终得到的多孔膜的膜强度增加的倾向。另一方面,若压延倍率为3倍以下,则存在表层部分与中心内部的取向差小、能够在膜的厚度方向上形成均匀的多孔结构的倾向,故而优选。
接着,从片状成形体中去除增塑剂而制成多孔膜。作为去除增塑剂的方法,可列举出例如将片状成形体浸渍于提取溶剂而提取增塑剂,使其充分干燥的方法。提取增塑剂的方法可以为间歇式、连续式中的任一者。为了抑制多孔膜的收缩,优选在浸渍、干燥的一系列工序中将片状成形体的端部束缚住。另外,多孔膜中的增塑剂残留量优选设为小于1质量%。
作为提取溶剂,是相对于聚烯烃树脂而言的不良溶剂且相对于增塑剂而言的良溶剂,优选使用沸点比聚烯烃树脂的熔点低的溶剂。作为这种提取溶剂,可列举出例如正己烷、环己烷等烃类;二氯甲烷、1,1,1-三氯乙烷等卤代烃类;氢氟醚、氢氟烃等非氯系卤代溶剂;乙醇、异丙醇等醇类;二乙基醚、四氢呋喃等醚类;丙酮、甲乙酮等酮类。需要说明的是,这些提取溶剂可通过蒸馏等操作进行回收并再利用。
为了抑制多孔膜的收缩,也可以在拉伸工序后或形成多孔膜后进行热固定或热松弛等热处理。另外,可以对多孔膜进行基于表面活性剂等的亲水化处理、基于电离性辐射线等的交联处理等后处理。
〔多孔层〕
另外,本实施方式所述的蓄电设备用分隔件可以具备包含无机填料和树脂制粘结剂的多孔层。多孔层的位置可列举出聚烯烃微多孔膜表面的至少一部分、热塑性聚合物含有层表面的至少一部分、和/或、聚烯烃微多孔膜与热塑性聚合物含有层之间。前述多孔层可以存在于聚烯烃微多孔膜的单面,也可以存在于两面。多孔层有助于提高热稳定性等。以下,将附带有多孔层的微多孔膜称为多层多孔膜。
(无机填料)
作为上述多孔层中使用的无机填料,没有特别限定,优选为具有200℃以上的熔点、电绝缘性高、且在锂离子二次电池的使用范围内电化学稳定的无机填料。
作为无机填料的材料,可列举出例如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、二氧化铈、氧化钇、氧化锌和氧化铁等氧化物系陶瓷;氮化硅、氮化钛和氮化硼等氮化物系陶瓷;碳化硅、碳酸钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸钡、氢氧化铝、水合氢氧化铝或勃姆石、钛酸钾、滑石、高岭石、地开石、珍珠陶土、埃洛石、叶蜡石、蒙脱石、绢云母、云母、镁绿泥石、皂土、石棉、沸石、硅酸钙、硅酸镁、硅藻土和硅砂等陶瓷;以及玻璃纤维等。这些之中,从在锂离子二次电池内的稳定性的观点出发,优选为选自由氧化铝、勃姆石和硫酸钡组成的组中的至少1种。另外,作为勃姆石,优选为对电化学元件的特性造成不良影响的离子性杂质能够降低的合成勃姆石。
作为无机填料的形状,可列举出例如板状、鳞片状、多面体、针状、柱状、粒状、球状、纺锤状、块状等,可以将具有上述形状的无机填料组合使用多种。这些之中,从透过性与耐热性的平衡的观点出发,优选为块状。
作为无机填料的长径比,优选为1.0以上且5.0以下,更优选为1.1以上且3.0以下。通过使长径比为5.0以下,由此从抑制多层多孔膜的水分吸附量、抑制反复循环时的容量劣化的观点、以及抑制超过聚烯烃微多孔膜的熔点的温度下的变形的观点出发是优选的。
作为无机填料的比表面积,优选为3.0m2/g以上且17m2/g以下,更优选为5.0m2/g以上且15m2/g以下,进一步优选为6.5m2/g以上且13m2/g以下。通过使比表面积为17m2/g以下,由此从抑制多层多孔膜的水分吸附量、抑制反复循环时的容量劣化的观点出发是优选的,通过使比表面积为3.0m2/g以上,由此从抑制超过聚烯烃微多孔膜的熔点的温度下的变形的观点出发是优选的。无机填料的比表面积使用BET吸附法进行测定。
在包含无机填料的浆料的粒径分布中,无机颗粒的平均粒径D50优选为0.10μm以上且1.40μm以下,更优选为0.20μm以上且0.80μm以下,进一步优选为0.25μm以上且0.50μm以下。通过使D50为0.10μm以上,由此从抑制多层多孔膜的水分吸附量、抑制反复循环时的容量劣化的观点出发是优选的,通过使D50为1.40μm以下,由此从抑制超过聚烯烃微多孔膜的熔点的温度下的变形的观点出发是优选的。
另外,在包含无机填料的浆料的粒径分布中,无机颗粒的D10优选为0.08μm以上且0.80μm以下,更优选为0.09μm以上且0.50μm以下,进一步优选为0.10μm以上且0.35μm以下。通过使D10为0.08μm以上,由此从抑制多层多孔膜的水分吸附量、抑制反复循环时的容量劣化的观点出发是优选的,通过使D10为0.80μm以下,由此从抑制超过聚烯烃微多孔膜的熔点的温度下的变形的观点出发是优选的。
作为如上那样地调整无机填料的粒径分布的方法,可列举出例如:使用球磨机/珠磨机/喷射磨等将无机填料粉碎,得到期望的粒径分布的方法;在制备多种粒径分布的填料后,进行共混的方法等。
作为无机填料在多孔层中所占的比例,可根据无机填料的粘结性、多层多孔膜的透过性和耐热性等观点进行适当确定,优选为50质量%以上且小于100质量%,更优选为70质量%以上且99.99质量%以下,进一步优选为80质量%以上且99.9质量%以下,特别优选为90质量%以上且99质量%以下。
(树脂制粘结剂)
作为树脂制粘结剂的种类,没有特别限定,在将本实施方式中的多层多孔膜用作锂离子二次电池用分隔件的情况下,优选使用不溶于锂离子二次电池的电解液且在锂离子二次电池的使用范围内电化学稳定的粘结剂。
作为树脂制粘结剂的具体例,可列举出以下的1)~7)。
1)聚烯烃:例如聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶和它们的改性体;
2)共轭二烯系聚合物:例如苯乙烯-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物及其氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及其氢化物;
3)丙烯酸系聚合物:例如甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-丙烯酸酯共聚物;
4)聚乙烯醇系树脂:例如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯;
5)含氟树脂:例如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物;
6)纤维素衍生物:例如乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素;
7)熔点和/或玻璃化转变温度为180℃以上的树脂或者不具有熔点但分解温度为200℃以上的聚合物:例如聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚酯。
从进一步提高短路时的安全性的观点出发,优选为3)丙烯酸系聚合物、5)含氟树脂和7)作为聚合物的聚酰胺。作为聚酰胺,从耐久性的观点出发,适合为全芳香族聚酰胺,其中适合为聚间苯二甲酰间苯二胺。
从树脂性粘结剂与电极的适合性的观点出发,优选为上述2)共轭二烯系聚合物,从耐电压性的观点出发,优选为上述3)丙烯酸系聚合物和5)含氟树脂。
上述2)共轭二烯系聚合物是包含共轭二烯化合物作为单体单元的聚合物。
作为上述共轭二烯化合物,可列举出例如1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、取代直链共轭戊二烯类、取代和侧链共轭己二烯类等,它们可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。其中,特别优选为1,3-丁二烯。
上述3)丙烯酸系聚合物是包含(甲基)丙烯酸系化合物作为单体单元的聚合物。上述(甲基)丙烯酸系化合物表示选自由(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯组成的组中的至少一种。
作为上述3)丙烯酸系聚合物中使用的(甲基)丙烯酸酯,可列举出例如(甲基)丙烯酸烷基酯、例如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯;含有环氧基的(甲基)丙烯酸酯、例如丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯,它们可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。上述之中,特别优选为丙烯酸2-乙基己酯(EHA)、丙烯酸丁酯(BA)。
从撞击试验中的安全性的观点出发,丙烯酸系聚合物优选为包含EHA或BA作为主要结构单元的聚合物。主要结构单元是指:与相对于用于形成聚合物的全部原料占据40摩尔%以上的单体相对应的聚合物部分。
上述2)共轭二烯系聚合物和3)丙烯酸系聚合物可以是还共聚与它们能够共聚的其它单体而得到的聚合物。作为所使用的能够共聚的其它单体,可列举出例如不饱和羧酸烷基酯、芳香族乙烯基系单体、氰化乙烯基系单体、含有羟基烷基的不饱和单体、不饱和羧酸酰胺单体、巴豆酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸等,它们可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。上述之中,特别优选为不饱和羧酸烷基酯单体。作为不饱和羧酸烷基酯单体,可列举出富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、衣康酸二甲酯、富马酸单甲酯、富马酸单乙酯等,它们可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
需要说明的是,上述2)共轭二烯系聚合物可以是使作为其它单体的上述(甲基)丙烯酸系化合物发生共聚而得到的聚合物。
从即便在超过常温那样的高温时多个无机颗粒之间的粘结力也强、抑制热收缩的观点出发,树脂性粘结剂优选为胶乳形态,更优选为丙烯酸系聚合物的胶乳。
树脂制粘结剂的平均粒径优选为50以上且500nm以下、更优选为60以上且460nm以下、进一步优选为80以上且250nm以下。在树脂制粘结剂的平均粒径为50nm以上的情况下,将包含无机填料和粘结剂的多孔层层叠于聚烯烃多孔膜的至少单面时,离子透过性难以降低,容易获得高输出特性。并且,即便在异常放热时的温度上升快的情况下,也显示出顺利的隔断特性,容易得到高安全性。在树脂制粘结剂的平均粒径为500nm以下的情况下,存在如下倾向:表现出良好的粘结性,制成多层多孔膜时,热收缩变得良好,安全性优异。
树脂制粘结剂的平均粒径可通过调整聚合时间、聚合温度、原料组成比、原料投入顺序、pH等来进行控制。
为了提高分散稳定化或涂布性,可以向涂布液中添加表面活性剂等分散剂。分散剂在浆料中吸附至无机颗粒表面,通过静电排斥等而使无机颗粒稳定化,例如为聚羧酸盐、磺酸盐、聚氧基醚等。作为分散剂的添加量,相对于无机填料100重量份,按照固体成分换算计,优选为0.2重量份以上且5.0重量份以下,更优选为0.3重量份以上且1.0重量份以下。
(多孔层的物性/构成/形成方法)
多孔层的厚度优选为0.5μm以上且5.0μm以下,更优选为0.7μm以上且4.0μm以下,进一步优选为0.8μm以上且3.9μm以下,更进一步优选为1.0μm以上且3.0μm以下,特别优选为1.5μm以上且2.0μm以下。从抑制超过多孔膜的熔点的温度下的变形的观点出发,多孔层的厚度优选为0.5μm以上。从提高电池容量、抑制多层多孔膜的水分吸附量的观点出发,多孔层的厚度优选为5.0μm以下。另外,从因能够降低电解液填充量而缩短注液时间的观点出发,优选将多孔层的厚度设为3.9μm以下、更优选设为2.0μm以下。
多孔层中的层密度优选为1.10g/(m2·μm)以上且3.00g/(m2·μm)以下、更优选为1.20g/(m2·μm)以上且2.90g/(m2·μm)以下、进一步优选为1.40g/(m2·μm)以上且2.70g/(m2·μm)以下、特别优选为1.50g/(m2·μm)以上且2.50g/(m2·μm)以下。从抑制超过聚烯烃微多孔膜的熔点的温度下的变形的观点出发,多孔层中的层密度优选为1.10g/(m2·μm)以上。从维持多孔层的离子透过性、抑制反复循环时的容量劣化的观点出发,多孔层中的层密度优选为3.00g/(m2·μm)以下。
作为多孔层的形成方法,可列举出例如在以聚烯烃树脂作为主成分的多孔膜的至少单面涂布包含无机填料和树脂制粘结剂的涂布液而形成多孔层的方法。
作为涂布液的溶剂,优选能够使无机填料和树脂制粘结剂均匀且稳定地分散的溶剂,可列举出例如N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、水、乙醇、甲苯、热二甲苯、二氯甲烷、己烷等。
为了分散稳定化、涂布性的提高,可以向涂布液中添加表面活性剂等分散剂;增稠剂;湿润剂;消泡剂;包含酸、碱的pH调节剂等各种添加剂。这些添加剂优选能够在去除溶剂时被去除,如果在锂离子二次电池的使用范围内电化学稳定且不阻碍电池反应、且至200℃左右为止是的稳定的,就可以残留在多孔层内。
关于使无机填料和树脂制粘结剂分散至涂布液的溶剂中的方法,只要是能够实现涂布工序所需的涂布液的分散特性的方法就没有特别限定。可列举出例如基于球磨机、珠磨机、行星球磨机、振动球磨机、砂磨机、胶体磨、磨碎机、辊磨机、高速涡轮分散、分散器、均化器、高速冲击磨、超声波分散、搅拌叶片等的机械搅拌等。
关于将涂布液涂布于微多孔膜的方法,只要是能够实现必要的层厚、涂布面积的方法就没有特别限定,可列举出例如凹版涂布机法、小径凹版涂布机法、逆转辊涂布机法、传递辊涂布机法、吻式涂布机法、浸涂机法、刀涂机法、空气刮板涂布机法、刮板涂布机法、杆式涂布机法、挤压涂布机法、流涂机法、模涂机法、丝网印刷法、喷涂法等。
进而,在涂覆涂布液之前,对作为分隔件基材的微多孔膜的表面实施表面处理时,容易涂覆涂布液,且涂布后的无机填料含有多孔层与微多孔膜表面的粘接性提高,故而优选。表面处理方法只要是不显著损害微多孔膜的多孔结构的方法就没有特别限定,可列举出例如电晕放电处理法、机械粗糙化法、溶剂处理法、酸处理法、紫外线氧化法等。
关于在涂布后从涂布膜中去除溶剂的方法,只要是不对微多孔膜造成不良影响的方法就没有特别限定,可列举出例如边将多孔膜固定边在其熔点以下的温度下进行干燥的方法、在低温下进行减压干燥的方法等。从控制多孔膜和多层多孔膜的MD方向的收缩应力的观点出发,优选适当调整干燥温度、卷取张力等。
〔分隔件的物性/构成〕
从电解液的注液性优异且不易发生气体滞留、注液时间短的观点出发,分隔件与电解液的接触角优选为0°以上且20°以下、更优选为2°以上且18°以下、进一步优选为4°以上且16°以下。电解液的接触角优选在分隔件中的形成有热塑性聚合物含有层的面处进行测定,更优选在分隔件中的以点状图案形成有热塑性聚合物含有层的面处进行测定。
从确保蓄电设备用分隔件的强度的观点出发,蓄电设备用分隔件的厚度的下限优选为2.5μm以上、更优选为4.5μm以上、进一步优选为5.5μm以上。另一方面,从获得良好的充放电特性的观点出发,蓄电设备用分隔件的厚度的上限优选为35μm以下、更优选为18μm以下,从兼顾良好的充放电特性和注液性的观点出发,进一步优选为14μm以下、特别优选为12μm以下、最优选为8μm以下。
蓄电设备用分隔件的透气度的下限优选为10sec/100cm3以上、更优选为20sec/100cm3以上、进一步优选为30sec/100cm3以上、最优选为40sec/100cm3以上,其上限优选为500sec/100cm3以下、更优选为300sec/100cm3以下、进一步优选为200sec/100cm3以下。在制成蓄电设备用分隔件的情况下,从进一步抑制蓄电设备的自放电的观点出发,适合将透气度设为10sec/100cm3以上。另一方面,从获得良好的充放电特性的观点出发,优选将透气度设为500sec/100cm3以下。蓄电设备用分隔件的透气度可通过制造聚烯烃微多孔膜时的拉伸温度、拉伸倍率的变更、热塑性聚合物含有层的总覆盖面积比例、存在形态等来调节。
蓄电设备用分隔件的蓄电设备的安全性指标、即隔断温度优选为160℃以下,更优选为155℃以下,进一步优选为150℃以下,最优选为145℃以下。
蓄电设备用分隔件的耐热性指标、即短路温度优选为140℃以上,更优选为150℃以上,进一步优选为160℃以上。在制成蓄电设备用分隔件的情况下,从蓄电设备的安全性的观点出发,优选将短路温度设为160℃以上。
从高效发挥出本发明效果的观点出发,分隔件优选具有以基材作为基准而不对称的多层结构,更优选具有:在基材的两侧存在热塑性聚合物含有层且在基材的单面与热塑性聚合物含有层之间形成有包含无机填料和树脂制粘结剂的多孔层的多层结构。从通过简化涂布工艺来提高生产率、提高粘接力的观点出发,优选为仅在基材的单面形成包含无机填料和树脂制粘结剂的多孔层的不对称结构。
〔分隔件的制造方法〕
在聚烯烃微多孔膜上形成热塑性聚合物含有层的方法没有特别限定,可列举出例如将含有热塑性聚合物的涂布液涂布于聚烯烃微多孔膜的方法。
关于将含有热塑性聚合物的涂布液涂布于聚烯烃微多孔膜的方法,只要是能够实现必要的层厚、涂布面积的方法就没有特别限定。可列举出例如凹版涂布机法、小径凹版涂布机法、逆转辊涂布机法、传递辊涂布机法、吻式涂布机法、浸涂机法、刀涂机法、空气刮板涂布机法、刮板涂布机法、杆式涂布机法、挤压涂布机法、流涂机法、模涂机法、丝网印刷法、喷涂法、喷雾涂布机涂布法、喷墨涂布等。这些之中,从热塑性聚合物的涂布形状的自由度高、容易获得优选面积比例的观点出发,优选为凹版涂布机法或喷涂法。另外,关于热塑性聚合物含有层的点状图案,从如上那样地进行调整的观点出发,优选为凹版涂布机法、喷墨涂布和容易调整印刷版的涂布方法。
在对聚烯烃微多孔膜涂布热塑性聚合物的情况下,若涂布液进入至微多孔膜的内部,则粘接性树脂会填埋孔的表面和内部,透过性降低。因此,作为涂布液的介质,优选为热塑性聚合物的不良溶剂。
在使用热塑性聚合物的不良溶剂作为涂布液的介质的情况下,涂布液不会进入至微多孔膜的内部,粘接性聚合物主要存在至微多孔膜的表面上,因此,从抑制透过性降低的观点出发是优选的。作为这种介质,优选为水。另外,能够与水组合使用的介质没有特别限定,可列举出乙醇、甲醇等。
关于热塑性聚合物含有层的点状图案,从如上那样地进行调整的观点出发,优选使用上述说明的热塑性聚合物、不良溶剂等来优化热塑性聚合物含有涂布液(也简称为涂料)。
关于热塑性聚合物含有涂布液,从将热塑性聚合物含有层或分隔件与电解液的接触角调整至上述说明的数值范围内的观点出发,涂料粘度优选为30mPa·s以上且100mPa·s以下的范围内,更优选为50mPa·s以上且80mPa·s以下的范围内。若涂料粘度处于上述说明的范围内,则存在适度的增粘抑制流平、在点表面实现热塑性聚合物颗粒的凹凸结构、润湿性提高的倾向。
关于热塑性聚合物含有涂布液,从将热塑性聚合物含有层或分隔件与电解液的接触角调整至上述说明的数值范围内的观点出发,涂料pH优选在5~7.9的范围内,更优选处于5.5~7.7的范围。处于上述说明的范围内的涂料pH通过适度抑制静电排斥、降低分散稳定性,从而能够抑制干燥工序中的热塑性聚合物颗粒的最密填充,由此,利用基于热塑性聚合物颗粒的凹凸结构来提高润湿性。
进而,若在涂布之前对作为分隔件基材的微多孔膜进行表面处理,则容易涂覆涂布液,且微多孔膜或多孔层与粘接性聚合物的粘接性提高,故而优选。表面处理方法只要是不显著损害微多孔膜的多孔结构的方法,就没有特别限定,可列举出例如电晕放电处理法、等离子体处理法、机械粗糙化法、溶剂处理法、酸处理法、紫外线氧化法等。
在电晕放电处理法的情况下,从将热塑性聚合物含有层或分隔件与电解液的接触角调整至上述说明的数值范围内的观点出发,基材表面的电晕处理强度优选处于1W/(m2/min)以上且40W/(m2/min)以下的范围内,更优选处于3W/(m2/min)以上且32W/(m2/min)以下的范围,进一步优选处于5W/(m2/min)以上且25W/(m2/min)以下的范围。通过利用上述范围内的电晕处理强度,向基材表面导入亲水基团,从而存在与电解液的亲和性提高、润湿性提高的倾向。进而,也优选在通过涂布来形成热塑性聚合物含有层的点状图案后,进行电晕放电处理。
关于在涂布后从涂布膜中去除溶剂的方法,只要是不对多孔膜造成不良影响的方法,就没有特别限定。可列举出例如边将多孔膜固定边在其熔点以下的温度下进行干燥的方法;在低温下进行减压干燥的方法;浸渍于相对于粘接性聚合物而言的不良溶剂,在使粘接性聚合物凝固的同时,提取溶剂的方法等。
在涂布膜的干燥中,从将热塑性聚合物含有层或分隔件与电解液的接触角调整至上述说明的数值范围内的观点出发,干燥速度优选处于0.03g/(m2·s)以上且4.0g/(m2·s)以下的范围内,更优选处于0.05g/(m2·s)以上且3.5g/(m2·s)以下的范围内,进一步优选处于0.1g/(m2·s)以上且3.0g/(m2·s)以下的范围内。若干燥速度处于上述范围内,则存在适度的干燥速度会抑制流平、在点表面实现热塑性聚合物颗粒的凹凸结构、润湿性提高的倾向。从相同的观点出发,在涂布膜的干燥中,也优选通过加温或加热等而升温至不损害热塑性聚合物含有层的颗粒形状的程度。
〔层叠体〕
本实施方式所述的层叠体是将分隔件与电极层叠而得到的。本实施方式的分隔件通过与电极粘接而以层叠体的形式使用。层叠体在卷绕时的操作性和蓄电设备的倍率特性优异,进而,热塑性聚合物与聚烯烃微多孔膜的粘接性和透过性也优异。因此,作为层叠体的用途,没有特别限定,可适宜地使用例如非水电解液二次电池等电池或电容器(condenser)、电容器(capacitor)等蓄电设备等。
作为本实施方式的层叠体中使用的电极,可以使用后述蓄电设备一项中记载的电极。使用本实施方式的分隔件来制造层叠体的方法没有特别限定,可通过例如将本实施方式的分隔件与电极重叠,并根据需要进行加热和/或加压来制造。可以在将电极与分隔件重叠时进行加热和/或加压。另外,也可以通过在将电极与分隔件重叠后卷绕成圆或扁平的漩涡状,并对由此得到的卷绕体进行加热和/或加压来制造。
另外,层叠体也可以通过按照正极-分隔件-负极-分隔件或者负极-分隔件-正极-分隔件的顺序层叠成平板状,并根据需要进行加热和/或加压来制造。在层叠中,从高效发挥出本发明效果的观点出发,优选的是:以分隔件的基材作为基准,以分隔件之中的具有上述说明的多孔层的一侧与正极相对的方式进行配置。
更具体而言,可以将本实施方式的分隔件制备成宽度为10~500mm(优选为80~500mm)、长度为200~4000m(优选为1000~4000m)的纵长形状的分隔件,将该分隔件按照正极-分隔件-负极-分隔件或者负极-分隔件-正极-分隔件的顺序进行重叠,并根据需要进行加热和/或加压来制造。
作为加热温度,优选为40~120℃。加热时间优选为5秒~30分钟。作为加压时的压力,优选为1~30MPa。加压时间优选为5秒~30分钟。另外,关于加热与加压的顺序,可以在加热后再加压,也可以在加压后再加热,还可以同时进行加压和加热。其中,优选同时进行加压和加热。
<蓄电设备>
本实施方式所述的分隔件可以用于电池、电容器(condenser)、电容器(capacitor)等中的分隔件或物质的分离。尤其在用作蓄电设备用分隔件的情况下,能够赋予对于电极的密合性和优异的电池性能。以下,针对蓄电设备为非水电解液二次电池时的适合方式进行说明。
在使用本实施方式的分隔件来制造非水电解液二次电池的情况下,正极、负极、非水电解液没有限定,可以使用公知的物质。
正极材料没有特别限定,可列举出例如LiCoO2、LiNiO2、尖晶石型LiMnO4、橄榄石型LiFePO4等含锂的复合氧化物等。
负极材料没有特别限定,可列举出例如石墨质、难石墨化碳质、易石墨化碳质、复合碳体等碳材料;硅、锡、金属锂、各种合金材料等。
非水电解液没有特别限定,可以使用将电解质溶解于有机溶剂而得到的电解液,作为有机溶剂,可列举出例如碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等,作为电解质,可列举出例如LiClO4、LiBF4、LiPF6等锂盐。
使用本实施方式的分隔件来制造蓄电设备的方法没有特别限定,在蓄电设备为二次电池的情况下,例如,通过将本实施方式的分隔件制备成宽度为10~500mm(优选为80~500mm)、长度为200~4000m(优选为1000~4000m)的纵长形状的分隔件,将该分隔件按照正极-分隔件-负极-分隔件或者负极-分隔件-正极-分隔件的顺序进行重叠,卷绕成圆或扁平的漩涡状而得到卷绕体,将该卷绕体收纳在电池罐内,进而注入电解液,从而能够制造。
此时,通过对卷绕体进行加热和/或加压,从而可以形成上述层叠体。另外,也可以使用将上述层叠体卷绕成圆或扁平的漩涡状而得到的物体作为卷绕体来制造。另外,蓄电设备也可以历经下述工序来制造:将按照正极-分隔件-负极-分隔件或者负极-分隔件-正极-分隔件的顺序层叠成平板状而得到的物体或者上述层叠体用袋状薄膜进行层压,并注入电解液的工序;以及,根据情况进行加热和/或加压的工序。进行上述加热和/或加压的工序可以在注入电解液的工序之前和/或之后来进行。
在包含正极、负极、分隔件和非水电解液的蓄电设备中,从高效发挥出本发明效果的观点出发,分隔件优选按照具有上述说明的多孔层的一侧与正极以基材作为基准相对的方式进行配置。
需要说明的是,关于上述各种参数的测定值,只要没有特别记载,就是按照后述实施例中的测定方法而测得的值。
实施例
以下,根据实施例、比较例来详细说明本发明,但本发明不限定于实施例。以下的制造例、实施例、比较例中使用的各种物性的测定方法、评价方法如下所示。需要说明的是,只要没有特别记载,各种测定和评价就在室温23℃、1个大气压、相对湿度为50%的条件下进行。
[测定方法]
<粘均分子量(以下也称为“Mv”)>
根据ASRM-D4020,求出在十氢萘溶剂中且在135℃下的特性粘度[η],利用下式来计算聚乙烯的Mv。
[η]=0.00068×Mv0.67
另外,利用下式来计算聚丙烯的Mv。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
<热塑性聚合物的平均粒径>
热塑性聚合物的平均粒径使用粒径测定装置(日机装公司制、MicrotracMT3300EXII)进行测定。准备热塑性聚合物颗粒的水分散液(固体成分浓度:25~30%)。作为测定条件,荷载指数=0.15~0.3,测定时间设为300秒,将所得数据中的累积频率达到50%的粒径的数值作为平均粒径(μm)而记载于后述表1-1~表1-12中。
需要说明的是,关于热塑性聚合物的平均粒径,可以使用扫描型电子显微镜(SEM)(型号:S-4800、HITACHI公司制),以能够测定一个颗粒的直径的倍率(例如热塑性聚合物为约0.5μm时是10000倍)进行观察时,测定100个不同的热塑性聚合物颗粒的粒径,并计算平均粒径。
<聚烯烃微多孔膜的单位面积重量和热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量>
切取10cm×10cm见方的试样(聚烯烃多孔性基材或者聚烯烃多孔性基材+无机填料多孔层),使用株式会社岛津制作所制的电子天平AEL-200来测定重量。通过将所得重量乘以100倍,从而计算每1m2的膜的单位面积重量(g/m2)。
从在基材上形成有热塑性聚合物含有层的分隔件切取10cm×10cm见方的试样,使用电子天平AEL-200来测定重量。通过将所得重量乘以100倍,从而计算每1m2的分隔件的单位面积重量(g/m2)。
根据形成热塑性聚合物含有层前后的单位面积重量之差,计算热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量。
作为代替,热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量可以如下计算:从10cm×10cm见方的试样表面剥取热塑性聚合物含有层,根据基于(所剥取的试样的)热重差热分析装置(日立高新科学公司制、NEXTA STA 200RV)的重量减少率来计算,或者,可以根据剥取前后的重量变化量来计算。
<聚烯烃微多孔膜的气孔率(%)>
从聚烯烃微多孔膜切取10cm×10cm见方的试样,求出其体积(cm3)和质量(g),将膜密度设为0.95(g/cm3),并使用下式来计算。
气孔率=(体积-质量/膜密度)/体积×100
<透气度(sec/100cm3)>
按照JIS P-8117,利用东洋精器公司制的葛雷式透气度计G-B2(商标)进行测定,将由此得到的透气阻力作为透气度。
<聚烯烃微多孔膜的穿刺强度(g)>
使用KATOTECH公司制的手持压缩试验器KES-G5(商标),利用开口部的直径为11.3mm的试样支架来固定聚烯烃微多孔膜。接着,针对被固定的聚烯烃微多孔膜的中央部,在针前端的曲率半径为0.5mm、穿刺速度为2mm/sec的条件下,在25℃的气氛下进行穿刺试验,由此得到作为最大穿刺载荷的穿刺强度(g)。另外,也可以根据穿刺强度和单位面积重量来计算单位面积重量换算穿刺强度。
<热塑性聚合物的玻璃化转变温度(℃)>
采取适量的热塑性聚合物的涂布液(不挥发成分=30%)置于铝皿中,在130℃的热风干燥机中干燥30分钟。将干燥后的干燥覆膜约17mg装填于测定用铝容器中,利用DSC测定装置(岛津制作所制、DSC6220)得到氮气气氛下的DSC曲线和DDSC曲线。测定条件如下所示。
(第一阶段升温程序)
70℃开始,以每分钟15℃的比例进行升温。在达到110℃后维持5分钟。
(第二阶段降温程序)
以每分钟40℃的比例从110℃开始降温。在达到-50℃后维持5分钟。
(第三阶段升温程序)
以每分钟15℃的比例从-50℃升温至130℃。在该第三阶段的升温时,获取DSC和DDSC的数据。
将基线(将所得DSC曲线中的基线朝着高温侧延长而得到的直线)与拐点(朝上凸起的曲线变为朝下凸起的曲线时的点)处的切线之间的交点设为玻璃化转变温度(Tg)。
<点直径和点间距离>
关于涂布图案的点直径,使用扫描型电子显微镜(SEM)(型号:S-4800、HITACHI公司制),以每1个视野中能够观察到1个点的倍率(例如在点直径为约200μm的情况下是300倍)进行观察时,针对热塑性聚合物连续存在的区域进行定义。热塑性聚合物连续存在的区域是指:连续具有超过10μm的宽度的区域。热塑性聚合物连续存在的区域通过例如热塑性聚合物颗粒在面方向上连续密集接触来形成。
图1是用于说明点直径和点间距离的分隔件的示意平面观察图。例如,在分隔件的SEM平面观察中,如图1的(a)所示那样,通过目视从SEM图像中去除宽度为10μm以下的区域,画出热塑性聚合物连续存在的区域(X)的图案,另外,如图1的(b)所示那样,通过目视以不含热塑性聚合物不连续散在的区域(颗粒飞散部sp)的方式画出热塑性聚合物连续存在的区域(X)。
图2是为了说明点直径和点间距离而如图1所示那样地画出热塑性聚合物连续存在的区域(X)后的示意平面图,图2中用影线示出区域(X)。
热塑性聚合物连续存在的区域(X)中的点直径使用显微镜(型号:VHX-7000、基恩士公司制)进行测定。以至少能够测定5个以上的点直径的倍率(例如在点直径为约200μm的情况下是100倍)通过同轴落射来拍摄作为样品的分隔件。从指令“测定/标度”中选择“平面测定”、“直径”。
如图2的(e)所示那样,例如,在包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层上形成为三叶草型的点的情况下,采用与热塑性聚合物连续存在的区域(X)外切的圆(CC)的直径。针对多个(5各)点来测定各外切圆(CC)的直径,计算它们的平均值来作为点直径。
另外,如图2的(f)所示那样,在点拖尾成泪型的情况下(例如在聚烯烃基材上直接形成的点)、呈现椭圆形状的情况下,采用与热塑性聚合物连续存在的区域(X)内切的最大圆(MIC)的直径。针对多个(5各)点来测定各最大内切圆(MIC)的直径,计算它们的平均值来作为点直径。
另外,例如图2的(c)~(d)中图示的那样,在具有热塑性聚合物连续存在的区域(X)和不存在热塑性聚合物的区域(Y)的情况下,将热塑性聚合物连续存在的区域(X)的圆周、图2的(e)中图示那样的点的外切圆(CC)的圆周或者图2的(f)中图示那样的点的最大内切圆(MIC)的圆周定义为点的外缘部,将从某一点的外缘部起至最接近的另一点的外缘部为止的距离设为“点间距离”,针对5个观察部位,利用测定模式来进行测定,计算它们的平均值作为点间距离。图2的(g)中,针对多个点示出点直径a和点间距离b。在对比度不清晰的情况下,可以使用其它光源(型号:PD2-1024、CCS公司制)。
需要说明的是,例如图1的(a)和图2的(b)~(d)中图示的那样,从能够进一步兼顾粘接力与注液性的平衡的观点出发,优选存在通过喷涂、喷墨涂布、凹版涂布等而产生的颗粒飞散部(热塑性聚合物颗粒彼此不接触且不连续地堆积的区域)(sp),在测定点直径(a)和定义点的外缘部时,在去除该颗粒飞散部(sp)后的区域内规定外切圆(CC)或者最大内切圆(MIC)。
<热塑性聚合物含有层相对于基材表面的总覆盖面积比例(%)>
热塑性聚合物含有层的涂布图案相对于基材表面的总覆盖面积比例使用显微镜(型号:VHX-7000、基恩士公司制)进行测定。以能够同时观察10个以上的点的倍率(例如在点直径为约200μm的情况下是100倍)通过同轴落射来拍摄作为样品的分隔件。从指令“测定/标度”中选择“自动面积测定(颗粒计数)”、“提取方法亮度(标准)”、“将孔填埋”,为了使热塑性聚合物含有层的覆盖部与非覆盖部实现二值化而选择适当的亮度(优选为-10以上且10以下),测定热塑性聚合物含有层的总覆盖面积比例。在对比度不清晰的情况下,可以使用其它光源(型号:PD2-1024、CCS公司制)。
<热塑性聚合物含有层的平均高度测定>
利用BIB(宽离子束)对作为样品的分隔件进行截面加工。关于截面加工,作为加工条件,使用日立高新科学公司制的IM4000,在束种类为氩、加速电压为3kV、束电流为25~35μA的条件下进行。在加工时,为了抑制热损伤,根据需要使多层多孔膜冷却至即将加工之前。具体而言,将多层多孔膜在-40℃的冷却装置中放置一个昼夜。由此得到平滑的分隔件截面。热塑性聚合物含有层的高度使用扫描型电子显微镜(SEM)(型号:S-4800、HITACHI公司制)进行测定。进行锇蒸镀,在加速电压为1.0kV、5000倍的条件下进行观察,针对5个观察部位测定热塑性聚合物含有层的最大厚度,计算它们的平均值作为平均高度。需要说明的是,在点状图案的情况下,沿着热塑性聚合物含有层的厚度方向,将从基材表面起至点的顶点为止的距离作为点最大厚度,利用与上述相同的方法来计算点平均高度。
<对于电极的粘接性>
将各实施例和比较例中得到的蓄电设备用分隔件、作为被粘物的正极(enertech公司制、正极材料:LiCoO2、导电助剂:乙炔黑、L/W:关于两侧为36mg/cm2、Al集电体的厚度:15μm、加压后的正极厚度:120μm)或者负极(enertech公司制、负极材料:石墨、导电助剂:乙炔黑、L/W:关于两侧为20mg/cm2、Cu集电体的厚度:10μm、加压后的负极厚度:140μm)分别切成宽度15mm和长度60mm的长方形状。以分隔件的热塑性聚合物含有层与正极或负极相对的方式进行重叠而得到层叠体。关于仅在聚烯烃微多孔膜的单面具有包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层的分隔件,在包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层侧的情况下使用正极,在聚烯烃基材侧的情况下使用负极,分别制作层叠体。其后,利用以下的条件将各个层叠体进行加压。
加压压力:1MPa
温度:90℃
加压时间:5秒
针对加压后的层叠体,使用IMADA公司制的测力计ZP5N和MX2-500N(制品名),通过将电极固定并握持分隔件进行拉伸的方式,在剥离速度为50mm/分钟的条件下进行90°剥离试验,测定剥离强度。此时,采用通过上述条件而进行的长度40mm这一量的剥离试验中的剥离强度的平均值来作为与电极的粘接力。将作为通过本方法而得到的粘接力而达成2N/m以上的分隔件用于蓄电设备时,与相对的正极和负极的粘接力变得良好。
<电解液的注液性>
将各实施例和比较例中得到的蓄电设备用分隔件、作为被粘物的正极(enertech公司制、正极材料:LiCoO2、导电助剂:乙炔黑、L/W:关于两侧为36mg/cm2、Al集电体的厚度:15μm、加压后的正极厚度:120μm)或者负极(enertech公司制、负极材料:石墨、导电助剂:乙炔黑、L/W:关于两侧为20mg/cm2、Cu集电体的厚度:10μm、加压后的负极厚度:140μm)分别切成宽度15mm和长度60mm的长方形状。以分隔件的热塑性聚合物含有层与正极或负极相对的方式进行重叠而得到层叠体。关于仅在聚烯烃微多孔膜的单面具有包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层的分隔件,在包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层侧的情况下使用正极,在聚烯烃基材侧的情况下使用负极,分别制作层叠体。其后,利用以下的条件将各个层叠体进行加压。
加压压力:1MPa
温度:90℃
加压时间:5秒
针对加压后的层叠体,用两片玻璃板(松浪硝子公司制、S1214、尺寸:76×26mm、厚度:1.2~1.5mm)进行夹持,用夹具(KOKUYO公司制、JB34c、双夹(中)、银色、口宽度为25mm)将两侧和上部的共计3处固定,并浸渍于电解液(KISHIDA CHEMICAL公司制、LBG-00307、碳酸亚乙酯(EC):碳酸二乙酯(DEC)=(2:3体积/体积%)。从分隔件侧目视观察在分隔件和电极表面浸透有电解液的部分,采用浸透至整面为止所需的时间作为注液结束时间。利用正极与分隔件的层叠体、负极与分隔件的层叠体分别测定注液结束时间。
在车载用电池单元中,随着电池单元的宽幅化,注液会耗用时间,可能成为电池单元制造工序的瓶颈。为了解决该课题,期望注液工序为60小时以下。在设想一般的车载用电池尺寸(例如200mm宽)的情况下,对于正极与分隔件的层叠体以及负极与分隔件的层叠体中的任一者而言,使用通过本方法得到的注液结束时间达成20min以下的分隔件而得到的蓄电设备能将注液时间抑制至60小时以下。使用通过本方法得到的注液结束时间达成20min以下的分隔件而得到的蓄电设备中,与相对的正极和负极的界面的电解液浸透变得良好,电池单元整体的注液性改善。
<电解液的接触角测定>
使用双面胶带(NICHIBAN公司、NICETAC、NW-15),在各实施例和比较例中得到的蓄电设备用分隔件的与测定面相反的面上粘贴玻璃板(松浪硝子公司制、S1214、尺寸:76×26mm、厚度:1.2~1.5mm),制作测定用样品。使用动态接触角计(协和界面科学公司、型号:DCA-VM),在注射器的针前端制作电解液(KISHIDA CHEMICAL公司制、LBG-00307、EC/DEC(2:3v/v%))的液滴2μL后,滴落于测定用样品,采用自液体离开起6000ms的接触角。接触角的测定在恒温室中在温度23℃和湿度42%的条件下进行。
<电解液浸渍前后的点间距离变化比例>
将各实施例和比较例中得到的蓄电设备用分隔件浸渍于作为电解液的碳酸亚丙酯(KISHIDA CHEMICAL公司制、LBG-64955、PC),使电解液充分浸透。在静置24小时后,取出分隔件,用乙醇清洗表面。利用与上述项目<点直径和点间距离>相同的方法来测定点间隙d2(μm),使用下述计算式,以点间隙的变化率△d(%)的形式计算其与电解液浸渍前的点间隙d1(μm)的比率。
△d=(d1-d2)/d1*100
<热塑性聚合物>
准备如下所示的热塑性聚合物。
·丙烯酸类1
将高Tg(Tg=62℃)丙烯酸类胶乳与低Tg(Tg<20℃)丙烯酸类胶乳进行共混,形成胶乳共混物(丙烯酸类1、平均粒径:0.5μm)。
·丙烯酸类2
将高Tg(Tg=56℃)丙烯酸类胶乳与低Tg(Tg<20℃)丙烯酸类胶乳进行共混,形成胶乳共混物(丙烯酸类2、平均粒径:0.5μm)。
·丙烯酸类3
将高Tg(Tg=95℃)丙烯酸类胶乳与低Tg(Tg<20℃)丙烯酸类胶乳进行共混,形成胶乳共混物(丙烯酸类3、平均粒径:0.55μm)。
·丙烯酸类4
使丙烯酸酯系颗粒(Tg=20℃)分散于水,形成胶乳(丙烯酸类4、平均粒径:0.12μm)。
·SBR
使苯乙烯-丁二烯共聚物颗粒分散于水,形成胶乳(SBR、平均粒径:0.15μm)。
·PVDF
准备能够从市场中获取的聚偏二氟乙烯(PVDF-HFP共聚物、Tm=150℃、平均粒径:0.2μm)。在涂布时,混合对于确保涂布后的粘结力而言充分量(以固体成分重量比计为PVDF:丙烯酸类=4:1~10:1)的丙烯酸类胶乳(Tg<20℃)来制备浆料,并加以使用。
·丙烯酸类对照品1
制备国际公开第2014/017651号(专利文献1)的实施例12B中记载的包含热塑性聚合物的涂布液,用作丙烯酸类对照品1。
·丙烯酸类对照品2
制备日本特许第7103760号的实施例1中记载的包含热塑性聚合物的涂布液,用作丙烯酸类对照品2。
·丙烯酸类对照品3
制备日本特许第6688006号的实施例7A中记载的包含热塑性聚合物的涂布液,用作丙烯酸类对照品3。
<实施例1>
(聚烯烃微多孔膜1A的制造)
使用转鼓共混器,将Mv为70万且为均聚物的高密度聚乙烯47质量份、Mv为30万且为均聚物的高密度聚乙烯46质量份、以及Mv为70万且为均聚物的聚丙烯7质量份进行干混。向所得聚烯烃混合物99质量份中添加作为抗氧化剂的四-[亚甲基-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸酯]甲烷1质量份,再次使用转鼓共混器进行干混,由此得到混合物。在氮气气氛下,利用进料器将所得混合物供给至双螺杆挤出机中。另外,利用柱塞泵将液体石蜡(37.78℃下的运动粘度为7.59×10-5m2/s)注入至挤出机料筒中。以液体石蜡在所挤出的全部混合物中所占的比例成为68质量份的方式,即,以聚合物浓度成为32质量份的方式,调整进料器和泵的运转条件。
接着,将它们在双螺杆挤出机内边加热至160℃边进行熔融混炼,将所得熔融混炼物历经T-模具而挤出至表面温度被控制为80℃的冷却辊上,使其挤出物接触冷却辊,进行成形(cast)并冷却固化,由此得到片状成形物。利用同时双轴拉伸机在倍率为7×6.4倍、温度为122℃的条件下将该片拉伸后,浸渍于二氯甲烷,在提取去除液体石蜡后进行干燥,利用拉幅拉伸机在132℃的温度下沿着横向拉伸1.85倍。其后,将该拉伸片沿着宽度方向松弛约10%,进行热处理,得到聚烯烃微多孔膜1A。
针对所得聚烯烃微多孔膜1A,根据需要通过上述方法来测定物性(膜的厚度、单位面积重量、气孔率、透气度、穿刺强度等)。
(聚烯烃微多孔膜2A、3A的制造)
为了调整物性(膜的厚度、单位面积重量、气孔率、透气度、穿刺强度等)而适当变更制造条件,除此之外,与1A同样操作,得到聚烯烃微多孔膜2A、3A。
(在聚烯烃微多孔膜上点涂布热塑性聚合物含有层)
在聚烯烃微多孔膜1A的单面形成包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层(多孔层厚度为2μm),其后,在成为表1所示的点状图案、覆盖面积比例和每个单面的单位面积重量的条件下,在聚烯烃微多孔膜1A的两面表面上,通过凹版或喷墨印刷来点涂布作为涂布液的丙烯酸类1,在40℃下进行干燥,去除涂布液的水,得到在聚烯烃微多孔膜的两面以点状图案具有热塑性聚合物含有层的蓄电设备用分隔件。针对所得分隔件,通过上述方法进行评价。将所得结果也示于表1。从点的凹凸程度为点高度的7成以下、更优选成为5成以下、进一步优选成为3成以下的观点出发,优选为凹版涂布。点的凹凸程度能够利用激光显微镜(奥林巴斯公司、型号:OLS5000-SAF)进行测定。
<实施例2~35、比较例1~23>
如表1所示那样,变更热塑性聚合物的种类、点状图案、覆盖面积比例、单位面积重量等条件,除此之外,与实施例1同样操作,得到在聚烯烃微多孔膜的两面具有热塑性聚合物含有层的蓄电设备用分隔件。针对所得分隔件,通过上述方法来进行评价。关于注液结束时间、粘接力和接触角,通过上述项目<电解液的注液性>中记载的方法针对分隔件的每个单面测定注液结束时间时,采用注液结束时间长的一面的各值。将所得结果示于表1。
需要说明的是,在实施例30中,在聚烯烃微多孔膜1A的单面形成包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层(多孔层厚度为4μm),其后,在聚烯烃微多孔膜1A的两侧上,在表1所示的条件下以点状图案涂布热塑性聚合物含有层,得到具有以聚烯烃微多孔膜1A作为基准而对称的多层结构的分隔件。
需要说明的是,在实施例31中,在聚烯烃微多孔膜2A的单面形成包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层(多孔层厚度为3μm),其后,在聚烯烃微多孔膜1A的两侧上,在表1所示的条件下,以点状图案涂布热塑性聚合物含有层,得到具有以聚烯烃微多孔膜1A作为基准而对称的多层结构的分隔件。
需要说明的是,在实施例32中,在聚烯烃微多孔膜2A的两面形成包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层(多孔层的单面厚度各为1.5μm),其后,在聚烯烃微多孔膜2A的两侧上,在表1所示的条件下,以点状图案涂布热塑性聚合物含有层,得到具有以聚烯烃微多孔膜2A作为基准而对称的多层结构的分隔件。关于注液结束时间和粘接力,通过上述项目<对于电极的粘接性><电解液的注液性>中记载的方法,利用正极和负极分别进行测定,采用与注液结束时间长的电极的组合的各值。
需要说明的是,在实施例33中,在聚烯烃微多孔膜1A的单面形成包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层,其后,在聚烯烃微多孔膜1A的两侧上,在下述所示的条件下,以点状图案涂布热塑性聚合物含有层,得到具有以聚烯烃微多孔膜1A作为基准而不对称的多层结构的分隔件。
·包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层侧
点直径:200μm、点间距离:125μ、点间距离/点直径:0.6、点高度:1μm、热塑性聚合物含有层的总覆盖面积:50%、热塑性聚合物含有层单面单位面积重量:0.2g/m2
·聚烯烃基材侧
点直径:200μm、点间距离:420μm、点间距离/点直径:2.1、点高度:1μm、热塑性聚合物含有层的总覆盖面积:12%、热塑性聚合物含有层单面单位面积重量:0.06g/m2
关于注液结束时间、粘接力、接触角,通过上述项目<电解液的注液性>中记载的方法,对分隔件的每个单面测定注液结束时间时,采用时间长的面的各值。
需要说明的是,在实施例34中,在聚烯烃微多孔膜3A的单面形成包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层,其后,在聚烯烃微多孔膜3A的两侧上,在表1所示的条件下,以点状图案涂布热塑性聚合物含有层,得到具有以聚烯烃微多孔膜3A作为基准而不对称的多层结构的分隔件。
需要说明的是,在比较例10和11中,表1中示出热塑性聚合物含有层的总覆盖面积比例为90%,相对于聚烯烃微多孔膜1A,形成包含无机颗粒和树脂制粘结剂的多孔层,其后,分别整面涂布丙烯酸类1和PVDF。
需要说明的是,在比较例12中,通过国际公开第2014/017651号(专利文献1)的实施例12B中记载的方法而得到分隔件,并供于上述测定和评价。
需要说明的是,在比较例19中,通过日本特许第7103760号的实施例1中记载的方法而得到分隔件,并供于上述测定和评价。
需要说明的是,在比较例21中,通过日本特许第6688006号的实施例7A中记载的方法而得到分隔件,并供于上述测定和评价。
[表1-1]
[表1-2]
[表1-3]
[表1-4]
[表1-5]
[表1-6]
[表1-7]
[表1-8]
[表1-9]
[表1-10]
[表1-11]
[表1-12]
附图标记说明
a:点直径
b:点间距离
sp:颗粒飞散部
X:热塑性聚合物连续存在的区域
Y:不存在热塑性聚合物的区域
MIC:最大内切圆
CC:外切圆

Claims (10)

1.一种蓄电设备用分隔件,其具备基材和热塑性聚合物含有层,所述热塑性聚合物含有层形成在所述基材的至少单面的基材表面上,且包含热塑性聚合物,
所述热塑性聚合物含有层具有点状图案,
所述点的直径为20μm以上且1,000μm以下,
点间距离为100μm以上且3,000μm以下,
所述点的直径与所述点间距离满足下述式:点间距离/点的直径=0.5以上且4以下所示的关系,并且
所述热塑性聚合物含有层与电解液的接触角为0°以上且20°以下。
2.根据权利要求1所述的蓄电设备用分隔件,其中,点平均高度为0.2μm以上且10μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物含有层相对于所述基材表面的总覆盖面积比例为5%以上且55%以下。
4.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物含有层的每个单面的单位面积重量为0.03g/m2以上且0.3g/m2以下。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物的平均粒径为0.1μm以上且2.0μm以下。
6.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,所述热塑性聚合物具有至少两个玻璃化转变温度,所述玻璃化转变温度之中的至少一个存在于低于20℃的区域,并且,所述玻璃化转变温度之中的至少一个存在于40℃以上且110℃以下的区域。
7.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其具有以所述基材为基准而不对称的多层结构。
8.根据权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件,其中,在所述基材的两侧具有所述热塑性聚合物含有层,并且,在所述基材的单面与所述热塑性聚合物含有层之间形成有包含无机填料和树脂制粘结剂的多孔层。
9.一种蓄电设备,其包含正极、负极、权利要求8所述的蓄电设备用分隔件和非水电解液,所述蓄电设备用分隔件按照具有所述多孔层的一侧与所述正极以所述基材为基准而相对的方式进行配置。
10.一种蓄电设备,其包含正极、负极、权利要求1或2所述的蓄电设备用分隔件和非水电解液。
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