JP2006147349A - 多孔質膜とその製造法及びこれを用いた二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ガラス転移温度が70℃以上、対数粘度が0.5dl/g以上であるポリイミド系樹脂からなる多孔質膜とポリオレフィン系不織布を積層した膜厚が5〜100μmの複合多孔質膜に関する。また、該複合多孔質膜を、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な正極および負極の間にセパレーターとして介装してなるリチウムイオン二次電池に関する。
【選択図】 なし
Description
一般に、ポリイミド系樹脂の合成は多価カルボン酸無水物とジアミンまたはジイソシアネートをN−メチル−2−ピロリドンなどの極性有機溶剤中で室温または加熱下攪拌することにより容易に製造することができる。この場合、酸成分の一部または全部をトリメリット酸無水物やジカルボン酸に置き換えるとポリアミドイミドが製造される。
(1)ポリイミド系多孔質膜とポリオレフィン系不織布を単純に重ねる。
(2)ポリオレフィン系不織布の片面または両面にポリイミド系樹脂溶液を塗布または含 浸させて、湿式凝固法によって多孔質膜を形成させる。
(3)上記(1)と(2)を組み合わせる。
本発明多孔質膜を製造する際に用いる凝固浴は水を主体とした溶液が好ましい。この凝固浴には凝固速度や多孔質膜の孔径及びその分布を調節するために水と混和する他の溶剤を混合することができる。このような溶剤としてはメタノール、エタノール、プロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、N,N’−ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶剤等が挙げられこれらの中では孔径の多孔質膜中の均一さの点からエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール類やN−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルアセトアミド、N,N’−ジメチルホルムアミドなどのアミド系溶剤が好ましい。これらの溶剤の添加量は水100部に対して5〜500部、好ましくは10〜400部、更に好ましくは20〜300部である。
尚、実施例中の測定値は以下の方法で測定した。
空孔率=[1−(Bw/Bt)/(Aw/At)]×100(%)
温度計、冷却管、窒素ガス導入管のついた4ツ口フラスコにトリメリット酸無水物(TMA)1モル、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)1モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が25%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、130℃で5時間攪拌した後、N−メチル−2−ピロリドンで固形分濃度が10%となるように希釈してポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.68dl/g、ガラス転移温度は285℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液100部にポリエチレングリコール#400を20部配合した溶液をポリエチレン不織布(25μm)上に膜厚が1μmとなるように塗布し、25℃の水中に約3分間浸漬した後金属枠で固定して100℃で10分間乾燥した。得られたポリアミドイミド複合多孔質膜の透気度は34sec/100ccAir、シャットダウン温度は120℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。この多孔質膜をセパレーターに用い、正極活物質としてコバルト酸リチウム、導電剤としてアセチレンブラック、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用いた正極及び黒鉛と非晶質炭素を混合した負極活物質とポリフッ化ビニリデンをバインダーにした負極、電解液としてソルライト(三菱化学製)を用いてコイン型電池を作成して電池特性を評価した。市販のセパレーター(東燃化学製ポリオレフィン多孔質膜:25μ)に比べて放電容量、サイクル特性ともほぼ同等の性能を示した。
実施例1の酸成分をTMA0.9モル、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物0.1モル、ジフェニルメタンジイソシアネート1.0モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が20%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、100℃で3時間させた後、冷却しながらN−メチル−2−ピロリドンで固形分濃度が10%となるように希釈してポリアミドイミド樹脂を得た。このポリアミドイミド樹脂のガラス転移温度は300℃、対数粘度は1.23dl/gであった。
このポリアミドイミド樹脂溶液を用いて、実施例1と同じ方法で作成した膜厚26μmの複合多孔質の透気度は42sec/100ccAirでシャットダウン温度は120℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1と同じ装置を用い、TMA0.74モル、ビフェニルテトラカルボン酸無水物0.2モル、分子量2000のポリプロピレングリコール0.06モル、イソホロンジイソシアネート1.02モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が50%となるようにγ−ブチロラクトンと共に仕込み180℃で5時間反応させた後、固形分濃度が10%となるようにN,N’−ジメチルアセトアミドで希釈してポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.63dl/g、ガラス転移温度は198℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液から実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この多孔質膜の厚みは27μm、透気度は41sec/100ccAirでシャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1と同じ装置を用い、TMA0.8モル、ピロメリット酸無水物0.15モル、ポリカプロラクトン(ダイセル化学製プラクセル220:分子量2000)0.05モル、イソホロンジイソシアネート(IPDI)0.5モル、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート0.5モル、フッ化カリウム0.02モルを固形分濃度が50%となるようにN−メチル−2−ピロリドンと共に仕込み、180℃で約5時間反応させた後固形分濃度が10%となるようにN−メチル−2−ピロリドンで希釈した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.71dl/g、ガラス転移温度は185℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液を実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この複合多孔質膜の膜厚は27μm、透気度は67sec/100ccAirで、シャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1と同じ装置を用い,TMA1モル、o−トリジンジイソシアネート0.7モル,MDI0.3モル、ジアザビシクロウンデセン0.02モルを固形分濃度が30%となるようにN,N’−ジメチルホルムアミドとともに仕込み、120℃で5時間反応させた後N,N’−ジメチルホルムアミドで固形分濃度が10%となるように希釈した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は1.12dl/gでガラス転移温度は305℃であった。
このポリアミドイミド樹脂溶液を用いて実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この多孔質膜の膜厚は27μm、透気度は55秒/100ccAirで、シャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1のポリアミドイミド樹脂溶液100部にポリエチレングリコール#400を20部配合した溶液を、100μmのポリエステルフィルムに膜厚が5μmとなるように塗布し、水/N−メチル−2−ピロリドンが70/30の凝固浴に浸漬し、水洗、乾燥して多孔質膜を作成した。この多孔質膜の空孔率は65%、透気度は31sec/100ccAirであった。
この多孔質膜を実施例1に用いたポリエチレン不織布の両面に重ねて複合多孔質膜を作成した。この複合多孔質膜の透気度は78秒/100ccAirでシャットダウン温度は122℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1のポリアミドイミド樹脂溶液100部にポリエチレングリコール#400を20部配合した溶液にポリエチレン不織布を浸漬させた後、ポリエチレン不織布の両面に乾燥膜厚が各々1μmになるように絞りロールで掻き取り、水/N−メチル−2−ピロリドン比が70/30の凝固浴に投入して凝固させ、洗滌、乾燥して3層の複合多孔質膜を得た。この複合多孔質膜のシャットダウン温度は120℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。この複合多孔質膜をセパレーターにして実施例1と同じ構成で作成したコイン電池の放電容量、サイクル耐久性などの電池性能は良好な特性を示した。
実施例1で作成したポリアミドイミド/ポリエチレン不織布複合多孔質膜のポリアミドイミド多孔質膜側にポリエチレン不織布を重ねた複合膜を実施例1と同じ条件で作成したコイン電池の放電容量、サイクル耐久性等の電池性能は実施例1とほぼ同等の特性を示した。
実施例1で用いたポリエチレン不織布を膜厚15μmのポリプロピレン不織布に変えた以外は実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この複合多孔質膜の膜厚は18μm、透気度は86秒/100ccAir,シャットダウン温度は165℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例1で用いたポリエチレン不織布を15μmのポリエチレンとポリプロピレンが50/50の混合不織布を用いた以外は実施例1と同じ方法で複合多孔質膜を作成した。この複合多孔質膜の膜厚は17μm、透気度は77秒/100ccAirでシャットダウン温度は132℃、メルトダウン温度は200℃以上であった。
実施例2でTMAを1.07モルとした以外は実施例1と同じ条件でポリアミドイミド樹脂を合成した。得られたポリアミドイミド樹脂の対数粘度は0.41dl/g、ガラス転移温度は295℃であった。
このポリアミドイミド樹脂を用いた多孔質膜は分子量が低いため脆く、セパレーターとしては不適であった。
実施例1で用いたポリエチレン不織布単独をセパレーターにしようとしたが、不織布が弱すぎてセパレーターとしては不適であった。
Claims (6)
- ガラス転移温度が70℃以上、対数粘度が0.5dl/g以上であるポリイミド樹脂系樹脂からなる多孔質膜とポリオレフィン系不織布とを組み合わせた、合計膜厚が5〜100μmの複合多孔質膜。
- ポリイミド系樹脂が、酸成分の一部にアルキレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物およびビフェニルテトラカルボン酸無水物からなる群のうち、少なくとも1種を用いたポリアミドイミド樹脂である請求項1に記載の複合多孔質膜。
- ポリイミド系樹脂が、構成モノマー成分の一部を、ダイマー酸、ポリアルキレングリコール、ポリエステル並びに末端にカルボキシル基、水酸基またはアミノ基を含有するブタジエン系ゴムからなる群のうち少なくとも1種で置き換えられた共重合ポリアミドイミド樹脂である請求項1又は2に記載の複合多孔質膜。
- 透気度が1〜2000sec/100ccAirである請求項1〜3のいずれかに記載の複合多孔質膜。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の複合多孔質膜を、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な正極および負極の間にセパレーターとして介装してなるリチウムイオン二次電池。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のポリイミド系樹脂の溶液をポリオレフィン系不織布に塗布又は浸漬した後、ポリイミド系樹脂を溶解した溶剤とは混和するが、ポリイミド系樹脂に対しては貧溶剤である溶液中に投入して凝固させる複合多孔質膜の製造方法。
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