JP2011000832A - 多層多孔膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に、無機粒子と樹脂製バインダとを含む多孔層を備えた多層多孔膜であって、
前記樹脂製バインダが、(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、不飽和カルボン酸単量体と、架橋性単量体とを原料単位として含む共重合体であることを特徴とする多層多孔膜。
【選択図】なし
Description
リチウムイオン二次電池は高い出力密度、容量密度を持つ反面、電解液に有機溶媒を用いているために短絡や過充電などの異常事態に伴う発熱によって電解液が分解し、最悪の場合には発火に至ることがある。このような事態を防ぐため、リチウムイオン二次電池にはいくつかの安全機能が組み込まれており、その中の一つに、セパレータのシャットダウン機能がある。シャットダウン機能とは電池が異常発熱を起こした際、セパレータの微多孔が熱溶融等により閉塞して電解液内のイオン伝導を抑制し、電気化学反応の進行をストップさせる機能のことである。一般にシャットダウン温度が低いほど安全性が高いとされ、ポリエチレンがセパレータの成分として用いられている理由の一つに適度なシャットダウン温度を持つという点が挙げられる。
しかし、高いエネルギーを有する電池においては、シャットダウンにより電気化学反応の進行をストップさせても電池内の温度が上昇し続け、その結果、セパレータが熱収縮して破膜し、両極が短絡(ショート)するという問題がある。
本発明は、高温環境下においても熱収縮の抑制された多層多孔膜を提供することを目的とする。
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を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に、無機粒子と樹脂製バインダとを含む多孔層を備えた多層多孔膜であって、
前記樹脂製バインダが、(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、不飽和カルボン酸単量体と、架橋性単量体とを原料単位として含む共重合体であることを特徴とする多層多孔膜。
[2]前記共重合体が、更に、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体を原料単位として含む[1]に記載の多層多孔膜。
[3]前記無機粒子が、酸化アルミニウム化合物、ケイ酸アルミニウム化合物、または炭酸カルシウムよりなる群から選択される少なくとも1種以上である[1]又は[2]に記載の多層多孔膜。
[4]前記ポリオレフィン樹脂がポリプロピレンを含む[1]〜[3]のいずれかに記載の多層多孔膜。
[5]前記ポリプロピレンが、前記ポリオレフィン樹脂中に占める割合が1〜35質量%である[4]に記載の多層多孔膜。
[6][1]〜[5]のいずれかに記載の多層多孔膜からなる非水電解液電池用セパレータ。
[7][6]に記載の非水電解液電池用セパレータと、正極と、負極と、電解液とを有する非水電解液電池。
[8][1]〜[5]のいずれかに記載の多層多孔膜の製造方法であって、以下の(A)〜(B)の各工程、
(A)(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、不飽和カルボン酸単量体と、架橋性単量体とを含む単量体組成物を乳化重合し、重合体粒子が溶媒中に分散した分散体を形成する分散体形成工程、
(B)前記分散体と無機粒子とを含む塗布液を、ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に塗布する塗布工程、
を含むことを特徴とする製造方法。
[9]前記単量体組成物が、更に、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体を含む[8]に記載の製造方法。
[10]前記重合体粒子の平均粒径が70〜250nmである[8]又は[9]に記載の製造方法。
ラジカル重合性の二重結合を2個以上有している単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、ポリオキシエチレンジアクリレート、ポリオキシエチレンジメタクリレート、ポリオキシプロピレンジアクリレート、ポリオキシプロピレンジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ブタンジオールジアクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレートなどが挙げられる。
重合中または重合後に自己架橋構造を与える官能基を有している単量体としては、例えばエポキシ基含有ビニル単量体、メチロール基含有単量体、アルコキシメチル基含有単量体、加水分解性シリル基を有するビニル単量体等を挙げることができる。
メチロール基含有ビニル単量体としては、例えば、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、ジメチロールアクリルアミド、ジメチロールメタクリルアミドなどが挙げられる。
アルコキシメチル基含有ビニル単量体としては、例えば、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミドなどが挙げられる
加水分解性シリル基を有するビニル単量体としては、例えば、ビニルシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
ヒドロキシル基含有ビニル単量体としては、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート等が挙げられる。好ましくはヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレートである。
アミド基含有ビニル単量体としては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−メチレンビスアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、マレイン酸アミド、マレイミド等が挙げられる。好ましくはアクリルアミド、メタクリルアミドである。
シアノ基含有ビニル単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどが挙げられる。
芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレンなどが挙げられる。好ましくはスチレンである。
(メタ)アクリル酸エステル単量体の割合としては、好ましくは30〜99.0質量%(より好ましくは40〜98.5質量%、更に好ましくは50〜98.0質量%)、
不飽和カルボン酸単量体の割合としては、好ましくは0.5〜10質量%(より好ましくは1〜5質量%)、
架橋性単量体の割合としては、好ましくは0.5〜10質量%(より好ましくは1〜5質量%)、
ヒドロキシル基含有ビニル単量体の割合としては、好ましくは0〜10質量%(より好ましくは0.5〜5質量%)、
その他の単量体の割合としては、好ましくは0〜50質量%である。
これらのほかに親水基と親油基を有する界面活性剤の化学構造式の中にエチレン性二重結合を導入した、いわゆる反応性界面活性剤を用いても良い。
ラジカル重合開始剤の量としては、単量体組成物100質量部に対して、ラジカル重合開始剤0.05〜2質量部を用いることができる。
また、分散体は、長期の分散安定性を保つため、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ジメチルアミノエタノールなどのアミン類を用いてpH5〜12の範囲に調整することが好ましい。
前記無機粒子において、0.2μmより大きく1.0μm以下の粒径を有する粒子が無機粒子全体に占める割合としては、好ましくは1体積%以上、より好ましくは2体積%以上であり、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下である。
また、前記無機粒子において、0.5μmより大きく2.0μm以下の粒径を有する粒子が無機粒子全体に占める割合としては、好ましくは8体積%以上、より好ましくは10体積以上であり、好ましくは60体積%以下、より好ましくは50体積%以下である。
更に、前記無機粒子において、0.6μmより大きく1.4μm以下の粒径を有する粒子が無機粒子全体に占める割合としては、好ましくは1体積%以上、より好ましくは3体積%以上であり、好ましくは40体積%以下、より好ましくは30体積%以下である。
このような粒度分布とすることは、多孔層の厚さが薄い場合(例えば、7μm以下)であっても、高温での熱収縮を抑制する観点から好ましい。
なお、このような割合を調整する方法としては、ボールミル・ビーズミル・ジェットミル等を用いて無機粒子を粉砕し、粒径を小さくする方法等を挙げることができる。
塗布液の溶媒としては、前記無機粒子、及び前記樹脂製バインダを均一かつ安定に分散又は溶解できるものが好ましく、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、水、エタノール、トルエン、熱キシレン、塩化メチレン、ヘキサン等が挙げられる。
ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜とは、電池用セパレータとして用いた場合のシャットダウン性能などの点から、多孔膜を構成する樹脂成分の質量分率の50%以上100%以下をポリオレフィン樹脂が占めるポリオレフィン樹脂組成物にて形成される多孔膜が好ましい。ポリオレフィン樹脂が占める割合は60%以上100%以下がより好ましく、70%以上100%以下であることが最も好ましい。
多孔膜の耐熱性向上、多層多孔膜の耐熱性向上の観点から、ポリプロピレンと、ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂を含む樹脂組成物からなる多孔膜を用いることがより好ましい。
この場合、ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂に限定はなく、例えば、エチレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のオレフィン炭化水素の単独重合体又は共重合体が挙げられる。具体的には、ポリエチレン、ポリブテン、エチレン−プロピレンランダム共重合体等が挙げられる。
これらの添加剤の総添加量は、ポリオレフィン樹脂組成物100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、より好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下である。
まず、ポリオレフィン樹脂組成物と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およ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し、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。この際、ポリオレフィン樹脂、その他の添加剤及び可塑剤を樹脂混練装置に投入する前に、予めヘンシェルミキサー等を用い所定の割合で事前混練しておくことが好ましい。より好ましくは、事前混練において可塑剤の一部のみを投入し、残りの可塑剤を樹脂混練装置サイドフィードしながら混練することである。このようにすることにより、可塑剤の分散性を高め、後の工程で樹脂組成物と可塑剤の溶融混練合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。
本実施の形態の多層多孔膜は、耐熱性に優れ、シャットダウン機能を有しているので電池の中で正極と負極を隔離する電池用セパレータに適している。
特に、本実施の形態の多層多孔膜は、高温においても短絡し難く、高起電力電池用のセパレータとしても安全に使用できる。
正極材料としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、スピネル型LiMnO4、オリビン型LiFePO4等のリチウム含有複合酸化物等が、負極材料としては、例えば、黒鉛質、難黒鉛化炭素質、易黒鉛化炭素質、複合炭素体等の炭素材料;シリコン、スズ、金属リチウム、各種合金材料等が挙げられる。
膜厚が2μm以上であると機械強度が十分であり、また、200μm以下であるとセパレータの占有体積が減るため、電池の高容量化の点において有利となる。
なお、上述した各種パラメータについては、特に断りのない限り、後述する実施例における測定法に準じて測定される。
光散乱法による粒径測定装置(LEED&NORTHRUP社製MICROTRACTMUPA150)を用い、体積平均粒子径(nm)を測定し、平均粒径とした。
ASTM−D4020に基づき、デカリン溶媒における135℃での極限粘度[η](dl/g)を求めた。
ポリエチレンについては、次式により算出した。
[η]=6.77×10−4Mv0.67
ポリプロピレンについては、次式によりMvを算出した。
[η]=1.10×10−4Mv0.80
多孔膜、多層多孔膜からMD10mm×TD10mmのサンプルを切り出し、格子状に9箇所(3点×3点)を選んで、膜厚をダイヤルゲージ(尾崎製作所製PEACOCK No.25(登録商標))を用いて測定し、9箇所の測定値の平均値を多孔膜、多層多孔膜の膜厚(μm)とした。また、このように測定された多層多孔膜と多孔膜の膜厚の差を多孔層の多孔層の層厚(μm)とした。
無機粒子を蒸留水に加え、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を少量添加してから超音波ホモジナイザで1分間分散させた後、レーザー式粒度分布測定装置(日機装(株)製マイクロトラックMT3300EX)を用いて粒径分布を測定した。累積頻度が50%となる粒径を平均粒径とした。
JIS P−8117準拠のガーレー式透気度計(東洋精機製G−B2(商標)、内筒質量:567g)を用い、645mm2の面積(直径28.6mmの円)の測定対象膜に対して、空気100ccが通過する時間(秒)を測定し、透気度とした。
多孔層の形成による透気度増加率は、以下の式にて算出した。
透気度増加率(%)={(多層多孔膜の透気度−多孔膜の透気度)/多孔膜の透気度}×100
セパレータをMD方向に100mm、TD方向に100mmに切り取り、150℃のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接サンプルにあたらないよう、サンプルを2枚の紙にはさんだ。サンプルをオーブンから取り出し冷却した後、長さ(mm)を測定し、以下の式にてMDおよびTDの熱収縮率を算出した。
MD熱収縮率(%)=(100―加熱後のMDの長さ)/100×100
TD熱収縮率(%)=(100―加熱後のTDの長さ)/100×100
a.正極の作製
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を92.2質量部、導電材としてリン片状グラファイトとアセチレンブラックをそれぞれ2.3質量部、樹脂製バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を3.2質量部用意し、これらをN−メチルピロリドン(NMP)中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にダイコーターを用いて、正極活物質塗布量が250g/m2となるように塗布した。130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機を用いて、正極活物質かさ密度が3.00g/cm3となるように圧縮成形し、正極とした。
b.負極の作製
負極活物質として人造グラファイトを96.6質量部、樹脂製バインダとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩1.4質量部とスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量部を用意し、これらを精製水中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体となる厚さ12μmの銅箔の片面にダイコーターを用いて負極活物質塗布量が106g/m2となるように塗布した。120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機を用いて、負極活物質かさ密度が1.35g/cm3となるように圧縮成形し、負極とした。
c.非水電解液の調製
プロピレンカーボネート:エチレンカーボネート:γ−ブチルラクトン=1:1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiBF4を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させ、非水電解液を調製した。
d.シャットダウン温度、ショート温度の測定
65mm×20mmに切り出して非水電解液に1分以上浸漬した負極、中央部に直径16mmの穴をあけた9μm(厚さ)×50mm×50mmのアラミドフィルム、65mm×20mmに切り出して非水電解液に1時間以上浸漬した多層多孔膜または多孔膜、65mm×20mmに切り出して非水電解液に1分以上浸漬した正極、カプトンフィルム、厚さ約4mmのシリコンゴムを用意し、熱電対を接続したセラミックプレート上に、この順で積層した。この積層体をホットプレート上にセットし、油圧プレス機にて4.1MPaの圧力をかけた状態で15℃/minの速度で昇温し、正負極間のインピーダンス変化を交流1V、1kHzの条件下で200℃まで測定した。
インピーダンスが1000Ωに達した時点の温度をシャットダウン温度とし、シャットダウン後、再びインピーダンスが1000Ωを下回った時点の温度をショート温度とした。
a.正極の作製
(7)のaと同様にして作製した正極を面積2.00cm2の円形に打ち抜いた。
b.負極の作製
(7)のbと同様にして作製した負極を面積2.05cm2の円形に打ち抜いた。
c.非水電解液
エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.0ml/Lとなるように溶解させて調製した。
d.電池組立
正極と負極の活物質面が対向するように、下から負極、多層多孔膜、正極の順に重ねた。この積層体を、容器本体と蓋が絶縁されている蓋付きステンレス金属製容器に、負極の銅箔、正極のアルミ箔が、それぞれ、容器本体、蓋と接するように収納した。この容器内に、非水電解液を注入して密閉した。
e.評価
(レート特性)
d.で組み立てた簡易電池を、25℃において、電流値3mA(約0.5C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を3mAから絞り始めるという方法で、合計約6時間、電池作成後の最初の充電を行い、その後電流値3mAで電池電圧3.0Vまで放電した。
次に、25℃において、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、その後電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を1C放電容量(mAh)とした。
次に、25℃において、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、その後電流値12mA(約2.0C)で電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を2C放電容量(mAh)とした。
1C放電容量に対する2C放電容量の割合を算出し、この値をレート特性とした。
レート特性(%)=(2C放電容量/1C放電容量)×100
(サイクル特性)
レート特性を評価した簡易電池を、60℃において、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電するというサイクルを100回繰り返し、1サイクル目と100サイクル目の放電容量(mAh)を測定した。
1回目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を算出し、この値をサイクル特性とした。
サイクル特性(%)=(100回目の放電容量/1回目の放電容量)×100
10cm×10cm角の試料を微多孔膜から切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を求め、膜密度を0.95(g/cm3)として次式を用いて計算した。
気孔率=(1−質量/体積/0.95)×100
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、初期仕込みとして水74質量部、アクアロンKH10(ポリオキシエチレン-1-(アリルオキシメチル)アルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩:100%固形分/第一工業製薬(株)製)0.5質量部を投入し、反応容器中の温度を80℃に保ち、ペルオキソ二硫酸アンモニウムの10%水溶液1.5質量部を添加した。添加した5分後に、メチルメタクリレート26.5質量部、シクロヘキシルメタクリレート6質量部、ブチルアクリレート25質量部、2−エチルヘキシルメタクリレート35質量部、メタクリル酸1質量部、アクリル酸1.5質量部、グリシジルメタクリレート3質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート2質量部と、アクアロンKH10を1.5質量部、ペルオキソ二硫酸アンモニウム10%水溶液1.5質量部、水65質量部からなる乳化混合液を150分かけて滴下槽から反応容器に投入した。反応系のpHは4以下に維持した。乳化混合液の投入が終了してからそのまま反応容器の温度は80℃に保ち、120分間攪拌を続けた。その後、室温まで冷却した。
冷却後、200メッシュの金網でロ過を行い凝集物等を除去した。ロ過後、25%のアンモニア水でpHを8に調整し、その後、固形分が40%となるよう水を添加し調整した。得られたラテックス1の平均粒子径は90nmであった。
単量体組成比を表1に示した組成比に変更した以外は、合成例1と同様にしてラテックス2〜5および11を得た。
初期仕込みに使用するアクアロンKH10の使用量を0.25質量部に変更した以外は、合成例1と同様にしてラテックス6を得た。
初期仕込みに使用するアクアロンKH10の使用量を0.12質量部に変更した以外は、合成例1と同様にしてラテックス7を得た。
初期仕込みに使用するアクアロンKH10の使用量を0.03質量部に、乳化液中のアクアロンKH10の使用量を1.0質量部に変更した以外は、合成例1と同様にしてラテックス8を得た。
初期仕込みに使用しているアクアロンKH10(0.5質量部)の替わりにPD104(ポリオキシエチレンポリオキシブチレン(3−メチル−3−ブテニル)エーテルの硫酸エステルのアンモニウム塩:20%固形分/花王(株)製)4.0質量部(20%品として)、初期仕込みの水を70.5質量部、乳化液に使用しているアクアロンKH10(1.5質量部)の替わりにPD104、7.5質量部(20%品として)、乳化液中の水を59質量部に変更し、その他は合成例1と同様にしてラテックス9を得た。
初期仕込みに使用しているアクアロンKH10(0.5質量部)の替わりにG15(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:16%固形分/花王(株)製)1.25質量部(16%品として)、初期仕込みの水を73質量部、乳化液に使用しているアクアロンKH10(1.5質量部)の替わりにペレックスSSL(アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム:50%固形分/花王(株)製)3.0質量部(50%品として)、乳化液の水を63.5質量部に変更し、その他は合成例1と同様にしてラテックス10を得た。
Mv70万のホモポリマーのポリエチレン47質量部とMv25万のホモポリマーのポリエチレン46質量部とMv40万のホモポリマーのポリプロピレン7質量部とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られた純ポリマー混合物99質量%に、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を1質量%添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物は窒素で置換を行った後に、二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。また、可塑剤として流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-5m2/s)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。溶融混練し、押し出される全混合物中に占める流動パラフィン量比が65質量%となるように、フィーダーおよびポンプを調整した。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数240rpm、吐出量12kg/hで行った。
続いて、溶融混練物を、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール上に押出しキャストすることにより、厚さ2000μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。
次に同時二軸テンター延伸機へ導き、MD方向に7倍、TD方向に7倍に同時二軸延伸を行った。この時、同時二軸テンターの設定温度は125℃であった。次にメチルエチルケトン槽に導き、流動パラフィンを抽出除去した後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。
さらにTDテンター熱固定機に導き、熱固定を行った。熱固定温度は133℃、TD緩和率0.80とした。その結果、膜厚16μm、気孔率40%、透気度160秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。
次に、無機粒子として焼成カオリン1(カオリナイト(Al2Si2O5(OH)4)を主成分とする湿式カオリンを高温焼成処理したもの、平均粒径1.89μm)を88.4質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス1を11.6質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、上記ポリオレフィン樹脂多孔膜の表面にマイクログラビアコーターを用いて塗布した。60℃にて乾燥して水を除去し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ6μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率5.0%)を形成した多層多孔膜を得た。
無機粒子として紡錘状の軽質炭酸カルシウム1(平均粒径0.98μm)を92.8質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス1を7.2質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ3μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率3.0%)を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
無機粒子として水酸化酸化アルミニウム1(平均粒径1.0μm)を用いて、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ4μmの多孔層を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
無機粒子としてα−アルミナ1(平均粒径0.58μm)を84.2質量部と樹脂製バインダとしてラテックス1を15.8質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ7μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率7.0%)を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス2を用いて、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ5μmの多孔層を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス3を用いた以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス4を用いた以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス5を用いた以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス6を用いた以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
無機粒子として焼成カオリン1を82.1質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス6を17.9質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ5μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率8.0%)を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
無機粒子として軽質炭酸カルシウム1を95.1質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス6を4.9質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ2μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率2.0%)を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
無機粒子として水酸化酸化アルミニウム1を92.8質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス6を7.2質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ4μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率3.0%)を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス6を用いた以外は、実施例4と同様にして多層多孔膜を得た。
無機粒子として焼成カオリン1、樹脂製バインダとしてラテックス7を用いた以外は、実施例3と同様にして多層多孔膜を得た。
無機粒子として水酸化酸化アルミニウム1、樹脂製バインダとしてラテックス7を用いた以外は、実施例2と同様にして多層多孔膜を得た。
多孔膜の膜厚を12μm、気孔率を40%、透気度を120秒/100ccとした以外は、実施例14と同様にして多層多孔膜を得た。
多孔膜の膜厚を20μm、気孔率を40%、透気度を280秒/100ccとしたことと、無機粒子として焼成カオリン1を84.2質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス7を15.8質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ5μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率7.0%)を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
(多孔膜の製造)
Mv70万のホモポリマーのポリエチレン47.5質量部とMv25万のホモポリマーのポリエチレン47.5質量部とMv40万のホモポリマーのポリプロピレン5質量部とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られた純ポリマー混合物99質量%に、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を1質量%添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物は窒素で置換を行った後に、二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。また、可塑剤として流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-5m2/s)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。溶融混練し、押し出される全混合物中に占める流動パラフィン量比が65質量%となるように、フィーダーおよびポンプを調整した。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数240rpm、吐出量12kg/hで行った。
続いて、溶融混練物を、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール上に押出しキャストすることにより、厚さ1300μmのシート状のポリオレフィン組成物を得た。
次に同時二軸テンター延伸機へ導き、MD方向に7倍、TD方向に6.4倍に同時二軸延伸を行った。この時、同時二軸テンターの設定温度は118℃であった。次にメチルエチルケトン槽に導き、流動パラフィンを抽出除去した後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。
さらにTDテンター熱固定機に導き、熱固定を行った。熱固定温度は122℃、TD緩和率0.80とした。その結果、膜厚16μm、気孔率49%、透気度155秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。
次に、無機粒子として焼成カオリン1を88.4質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス7を11.6質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、上記ポリオレフィン樹脂多孔膜の表面にマイクログラビアコーターを用いて塗布した。60℃にて乾燥して水を除去し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ6μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率5.0%)を形成した多層多孔膜を得た。
無機粒子として軽質炭酸カルシウム1を95.1質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス7を4.9質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ4μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率2.0%)を形成した以外は、実施例17と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス8を用いて、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ5μmの多孔層を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス9を用いた以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス10を用いた以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
樹脂製バインダとしてラテックス12を用いて、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ7μmの多孔層を形成した以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
多孔層を形成しなかった以外は実施例1と同様にして多孔膜を得た。
多孔層を形成しなかった以外は実施例16と同様にして多孔膜を得た。
多孔層を形成しなかった以外は実施例17と同様にして多孔膜を得た。
多孔層を形成しなかった以外は実施例18と同様にして多孔膜を得た。
多孔層を形成しなかった比較例2〜5の多孔膜は、150℃での熱収縮率が50%を超える非常に大きな値を示した。
これに対し、実施例1〜22の多層多孔膜は、多孔層の厚さが2〜7μmと薄いにもかかわらず、150℃での熱収縮率がMD方向、TD方向のいずれも5%以下と非常に小さく、良好な耐熱収縮特性を示した。
また、本実施の形態の多層多孔膜は、シャットダウン機能を有するので、特に、電池用セパレータに好適に用いることができる。とりわけ、リチウムイオン二次電池用の電池用セパレータに適している。
Claims (10)
- ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に、無機粒子と樹脂製バインダとを含む多孔層を備えた多層多孔膜であって、
前記樹脂製バインダが、(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、不飽和カルボン酸単量体と、架橋性単量体とを原料単位として含む共重合体であることを特徴とする多層多孔膜。 - 前記共重合体が、更に、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体を原料単位として含む請求項1に記載の多層多孔膜。
- 前記無機粒子が、酸化アルミニウム化合物、ケイ酸アルミニウム化合物、または炭酸カルシウムよりなる群から選択される少なくとも1種以上である請求項1又は2に記載の多層多孔膜。
- 前記ポリオレフィン樹脂がポリプロピレンを含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の多層多孔膜。
- 前記ポリプロピレンが、前記ポリオレフィン樹脂中に占める割合が1〜35質量%である請求項4に記載の多層多孔膜。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の多層多孔膜からなる非水電解液電池用セパレータ。
- 請求項6に記載の非水電解液電池用セパレータと、正極と、負極と、電解液とを有する非水電解液電池。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の多層多孔膜の製造方法であって、以下の(A)〜(B)の各工程、
(A)(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、不飽和カルボン酸単量体と、架橋性単量体とを含む単量体組成物を乳化重合し、重合体粒子が溶媒中に分散した分散体を形成する分散体形成工程、
(B)前記分散体と無機粒子とを含む塗布液を、ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に塗布する塗布工程、
を含むことを特徴とする製造方法。 - 前記単量体組成物が、更に、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体を含む請求項8に記載の製造方法。
- 前記重合体粒子の平均粒径が70〜250nmである請求項8又は9に記載の製造方法。
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