JP6741884B1 - ポリオレフィン微多孔膜 - Google Patents
ポリオレフィン微多孔膜 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6741884B1 JP6741884B1 JP2019567753A JP2019567753A JP6741884B1 JP 6741884 B1 JP6741884 B1 JP 6741884B1 JP 2019567753 A JP2019567753 A JP 2019567753A JP 2019567753 A JP2019567753 A JP 2019567753A JP 6741884 B1 JP6741884 B1 JP 6741884B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- polyolefin
- mass
- resin
- membrane according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Cell Separators (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
Description
また、近年、電池の高容量化に伴い、高エネルギー密度化した電池の安全性を確保する観点で、特許文献3、及び4で想定されているよりもより高温領域で安全性を担保できることが期待されている。
従って、車載用等のより高度な安全性が求められる分野においては、実際の電池内部における短絡時のセパレータの状況を想定し、過酷な条件での短絡試験で良好な短絡耐性を示すセパレータが求められる。更に車載用LIBでは高出力での充放電が繰り返されるため、長期間充放電を繰り返しても容量低下の少ないセパレータが求められる。なお、このような課題は、車載用LIBに用いられるセパレータに限られず、高エネルギー密度化された電池に用いられるセパレータにおいて同様に存在する。
[1]
溶融粘弾性測定において、230℃における損失正接(tanδ)が0.35以上0.60未満である、ポリオレフィン微多孔膜。
[2]
TMA測定において、MD、及びTDの最大荷重が共に3.0gf以下である、[1]に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[3]
溶融粘弾性測定において、230℃での貯蔵弾性率(G’)が5.0×104Pa以上である、[1]又は[2]に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[4]
溶融粘弾性測定において、190℃における損失正接(tanδ190)と230℃における損失正接(tanδ230)の差(tanδ230−tanδ190)が−0.05以下(前記差≦−0.05)である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[5]
溶融粘弾性測定において、190℃における貯蔵弾性率(G’190)と230℃における貯蔵弾性率(G’230)の差(G’230−G’190)が−1.0×103Pa以上(前記差≧−1.0×103Pa)である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[6]
溶融粘弾性測定において、230℃における貯蔵弾性率(G’230)と280℃における貯蔵弾性率(G’280)の差(G’280−G’230)が−2.1×104Pa以上(前記差≧−2.1×104Pa)である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[7]
TMA測定において、MD、及びTDにおける160℃での荷重が共に0.10gf/10μm以上である、[1]〜[6]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[8]
昇温速度15℃/minで測定したシャットダウン温度が150℃以下である、[1]〜[7]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[9]
ハーフドライ法で求められる平均孔径が0.05μm以上0.08μm以下である、[1]〜[8]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[10]
バブルポイント法で求められる最大孔径とハーフドライ法で求められる平均孔径の差が0.01μm以上0.02μmである、[1]〜[9]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[11]
膜を構成する樹脂成分の50質量%以上100質量%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より形成される、[1]〜[10]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[12]
膜を構成する樹脂成分は、ポリエチレンとポリプロピレンとを含み、前記ポリプロピレンの割合は、前記ポリオレフィン樹脂成分の総量を100質量%として1質量%以上10質量%以下である、[1]〜[11]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[13]
[1]〜[12]のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜を含む電池用セパレータ。
本発明の一態様は、ポリオレフィン微多孔膜である。ポリオレフィン微多孔膜の好ましい態様は、電子伝導性が小さく、イオン伝導性を有し、有機溶媒に対する耐性が高く、かつ孔径の微細なものである。また、ポリオレフィン微多孔膜は、電池用セパレータ又はその構成要素、特に二次電池用セパレータ又はその構成要素として利用されることができる。
よって、高エネルギー密度の電池であっても、本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜を備えることで、内部短絡時に熱暴走を防止することができる。
溶融粘弾性測定において、内部短絡時に熱暴走を防止し易くする観点から、230℃における損失正接(tanδ)は、好ましくは0.35以上、より好ましくは0.37以上、更に好ましくは0.39以上、より更に好ましくは0.40以上、最も好ましくは0.41以上であり、好ましくは0.60以下、より好ましくは0.57以下、更に好ましくは0.54以下、より更に好ましくは0.52以下、最も好ましくは0.50以下である。
本実施形態では、原料となるポリオレフィン樹脂を対象とするのではなく、ポリオレフィン微多孔膜を対象として、その溶融粘弾性測定による各種パラメータを特定範囲内に制御している。これにより、電池内におけるセパレータの各種パラメータを特定範囲内に制御することができ、ひいては、内部短絡時に熱暴走を防止することができる。
ポリオレフィン微多孔膜としては、例えば、ポリオレフィン樹脂を含む多孔膜、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂を含む多孔膜、ポリオレフィン系の繊維の織物(織布)、ポリオレフィン系の繊維の不織布、紙、並びに、絶縁性物質粒子の集合体が挙げられる。これらの中でも、塗工工程を経て多層多孔膜、すなわち二次電池用セパレータを得る場合に塗工液の塗工性に優れ、セパレータの膜厚を従来のセパレータより薄くして、二次電池等の蓄電デバイス内の活物質比率を高めて体積当たりの容量を増大させる観点から、ポリオレフィン樹脂を含む多孔膜(以下、「ポリオレフィン樹脂多孔膜」ともいう。)が好ましい。
ポリオレフィン樹脂多孔膜は、二次電池用セパレータとして使用されたときのシャットダウン性能等を向上させる観点から、多孔膜を構成する樹脂成分の50質量%以上100質量%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より形成される多孔膜であることが好ましい。ポリオレフィン樹脂組成物におけるポリオレフィン樹脂が占める割合は、60質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、70質量%以上100質量%以下であることが更に好ましい。
中でも、ポリオレフィン樹脂多孔膜が二次電池用セパレータとして使用されたときのシャットダウン特性の観点から、ポリオレフィン樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、及びこれらの共重合体、並びにこれらの混合物が好ましい。
ポリエチレンの具体例としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、高分子量ポリエチレン(HMWPE)、及び超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)等が挙げられる。
ポリプロピレンの具体例としては、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等が挙げられる。
共重合体の具体例としては、エチレン−プロピレンランダム共重合体、エチレン−プロピレンラバー等が挙げられる。
[η]=6.77×10−4Mv0.67
一般的に、超高分子量ポリエチレンのMvは、100万以上であるため、仮にかかる定義に従えば、本願明細書における高分子量ポリエチレン(HMWPE)は、定義上、UHMWPEを包含する。また、かかる定義とは異なる定義に基づいて「超高分子量ポリエチレン」と称さるポリエチレンであっても、Mvが10万以上である場合には、本実施形態における高分子量ポリエチレンに該当する可能性がある。
すなわち、ポリプロピレンの割合は、膜を構成する樹脂成分中のポリオレフィン樹脂の総量を100質量%として、好ましくは1質量%以上10質量%以下、より好ましくは3質量%以上10質量%以下、更に好ましくは4質量%以上(又は4質量%超え)9質量%以下、より更に好ましくは5質量%以上8質量%以下であり、最も好ましくは5質量%を超え8質量%未満である。
ポリプロピレンの割合が1質量%以上であることにより、ポリオレフィン微多孔膜が150℃前後の高温に達したときに容易に破膜し辛くなり、電池短絡時の初期に微小なピンホールが生じ難くなる。ポリプロピレンの割合が10質量%以下であることにより、300℃近い高温に達したときに溶融した樹脂の流動性が大きくなり過ぎず、樹脂の流出又は電極への過度な染み込みによる電極の露出による熱暴走を回避し易くなる。
ポリプロピレンのMvは、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)を測定することで、次式に従って算出することができる。
[η]=1.10×10−4Mv0.80
本実施形態のポリオレフィン微多孔膜は、膜厚1μmあたりの突刺強度(gf/μm)が好ましくは17gf/μm以上、より好ましくは18gf/μm以上、更に好ましくは19gf/μm以上であり、好ましくは60gf/μm以下、より好ましくは50gf/μm以下、更に好ましくは40gf/μm以下、より更に好ましくは35gf/μm以下、最も好ましくは30gf/μm以下である。突刺強度が17gf/μm以上であることによりポリオレフィン微多孔膜を用いた電池を作製するときに、電極表面の凹凸に接触したときの微小な薄膜化又は破膜を防ぐことができ、微短絡による電池不良を抑制することができる。突刺強度が60gf/μm以下であることにより、電池の収縮応力を抑制することができる。上記の突刺強度(gf/μm)は、実施例に記載の手法により測定される。
本実施形態のポリオレフィン微多孔膜は、MD、及びTDの引張破断強度が好ましくは0.1kgf以上2.0kgf以下、より好ましくは0.3kgf以上1.7kgf以下、更に好ましくは0.5kgf以上1.5kgf以下、最も好ましくは0.7kgf以上1.3kgf以下である。MD、及びTDの引張破断強度が0.1kgf以上であると、電池が外力により変形したとき等にセパレータが破膜する可能性を低減することができる。MD、及びTDの引張破断強度が2.0kgf以下であると、残留応力を低くすることができ、熱収縮の抑制により短絡面積の増加を防ぎ易くなるため好ましい。上記の引張破断強度(kgf)は、実施例に記載の手法により測定される。
ポリオレフィン微多孔膜の製造方法としては、特に制限はなく、既知の製造方法を採用することができる。例えば、以下の方法:
(1)ポリオレフィン樹脂組成物と孔形成材とを溶融混練してシート状に成形後、必要に応じて延伸した後、孔形成材を抽出することにより多孔化させる方法;
(2)ポリオレフィン樹脂組成物を溶融混練して高ドロー比で押出した後、熱処理と延伸によってポリオレフィン結晶界面を剥離させることにより多孔化させる方法;
(3)ポリオレフィン樹脂組成物と無機充填材とを溶融混練してシート上に成形した後、延伸によってポリオレフィンと無機充填材との界面を剥離させることにより多孔化させる方法;
(4)ポリオレフィン樹脂組成物を溶解後、ポリオレフィンに対する貧溶媒に浸漬させてポリオレフィンを凝固させると同時に溶剤を除去することにより多孔化させる方法
等が挙げられる。
P=T×N/9550
比エネルギーが0.10kW・h/kg以上であることにより、重合体同士の絡み合いを促進し、異なるポリオレフィン原料を均一に混錬することで孔径が均一で強度の高いポリオレフィン微多孔膜を得ることができる傾向にある。また、ポリオレフィン微多孔膜が溶融したときに重合体同士の絡み合いにより急激な粘度低下を抑制することができると推測される。比エネルギーが0.40kW・h/kg以下であることにより、過度な混錬による重合体の開裂又は分解による分子量劣化又は酸化劣化を抑制し、ポリオレフィン微多孔膜が溶融し、高温に達したときの粘度低下を抑制し易くなると推測される。
シート状成形体又は多孔膜が延伸される延伸工程は、シート状成形体から孔形成材を抽出する工程(孔形成工程)の前に行ってよいし、シート状成形体から孔形成材を抽出した多孔膜に対して行ってもよい。更に、延伸工程は、シート状成形体からの孔形成材の抽出の前と後に行ってもよい。
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、最終的に得られる多孔膜が裂け難くなり、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。孔径の均一性、延伸の均一性、シャットダウン性の観点からは、同時二軸延伸が好ましい。
・試料の調製
溶融粘弾性測定の試料は以下の方法で作製した。ポリオレフィン微多孔膜を総厚み約5mmになるように複数枚重ね、プレス機を用いて25℃、10MPaで2分間プレスし、微多孔膜間の空気を可能な限り除き、ポリオレフィン微多孔膜の積層体を得た。ポリオレフィン微多孔膜の積層体を厚み1.0mm、10cm四方のシート成型用SUS枠(厚み1.0mm)に配置し、プレス機を用いて0.1MPa、200℃で2分間予熱した後、10MPa、200℃で2分間プレスした。その後、1.0mmのSUS枠に配置したまま10MPa、25℃で2分間プレスし、冷却固化させ約1.0mm、面積約100cm2のポリオレフィンシートを得た。得られたポリオレフィンシートから気泡を含まない箇所を選び、25mmφの円形型抜き器を用いて打ち抜き、直径25mmφ、厚み約1.0mmの溶融粘弾性測定試料を得た。実施例1においては、約500枚の5cm四方のポリオレフィン微多孔膜を重ね、プレス機を用いて溶融粘弾性測定用試料を得た。
貯蔵弾性率(G’)、損失正接(tanδ)は、Anton Paar社製のMCR302を用いて、試料室内に1m3/hの窒素をフローしながら、以下の条件により求めた。
測定温度:初期温度170℃から300℃の範囲
昇温速度:3℃/min
固定治具:直径25mmのパラレルプレート
試料厚み:約1.0mm
ギャップ:可変式(初期値を約1.0mmに設定し、法線方向の荷重が±0.5Nの範囲に収まるように測定中に適宜自動調整)
測定角周波数:1.0Hz
せん断歪み:1.0%
ポリオレフィン原料の融点は示差走査熱量(DSC)測定装置「DSC−60」(島津製作所社製)を用いて求めた。10℃/minの速度で室温から200℃まで昇温(第一昇温過程)したのち、10℃/minで30℃まで降温(第一降温過程)したのち、再度200℃まで10℃/minの速度で昇温した際の第二昇温過程での吸熱ピークの極小点の温度をポリオレフィン原料の融点とした。得られた値の小数点以下第一位を四捨五入した値を、ポリオレフィン原料の融点とした。
ポリオレフィン微多孔膜のTMA測定は、島津製作所TMA50(商標)を使用し、専用プローブとして引張型を用いた。MD(TD)の値を測定する場合は、MD(TD)が15mm、幅3.0mmに切り出したサンプルを、チャック間距離が10mmとなるようにチャックに固定し、専用プローブにセットする。チャック間距離(TD)が10mmとなるようにチャックに固定し、専用プローブにセットした。初期荷重を0.0049N(0.5gf)とし、定長モードにて30℃より10℃/minの速度にてプローブを250℃まで昇温させた。250℃まで到達する間、1秒間隔で温度と荷重をサンプリングし、最大荷重値、及び160℃における荷重値を得た。
厚さ10μmのニッケル箔を2枚(A、B)用意し、一方のニッケル箔Aをスライドガラス上に、縦10mm、横10mmの正方形部分を残して「テフロン(登録商標)」テープでマスキングすると共に固定する。
熱電対を繋いだセラミックスプレート上に、別のニッケル箔Bを載せ、この上に規定の電解液で3時間浸漬させた、測定試料の微多孔膜を置き、その上からニッケル箔を貼りつけたスライドガラスを載せ、更にシリコンゴムを載せる。
これをホットプレート上にセットした後、油圧プレス機にて1.5MPaの圧力をかけた状態で、15℃/minの速度で昇温した。
このときのインピーダンス変化を交流1V、1kHzの条件下で測定した。この測定において、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た。
なお、規定の電解液の組成比は以下の通りである。
溶媒の組成比(体積比):炭酸プロピレン/炭酸エチレン/γ−ブチルラクトン=1/1/2
電解液の組成比:上記溶媒にてLiBF4を1mol/リットルの濃度になるように溶かし、0.5質量%になるようにトリオクチルフォスフェイトを加えた。
引張試験機(島津オートグラフAG−A型)を用いてMD、及びTDの引張試験を行い、サンプル破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除し、MD、及びTDの引張破断強度(kg/cm2)とした。測定条件は、温度;23±2℃、湿度:40%、サンプル形状;幅10mm×長さ100mm、チャック間距離;50mm、引張速度;200mm/minである。
引張伸度(%)は、破断に至るまでの伸び量(mm)をチャック間距離(50mm)で除して、100を乗じることにより求めた。
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
・試料の調製
ポリオレフィン原料を秤量し、濃度が1mg/mlになるように溶離液1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)を加えた。高温溶解器を用いて、160℃で30分静置したのち、160℃で1時間揺動させ、試料がすべて溶解したことを目視で確認した。160℃のまま、0.5μmフィルターでろ過し、ろ液をGPC測定試料とした。
・GPC測定
GPC装置として、Agilent社製のPL−GPC220(商標)を用い、東ソー(株)製のTSKgel GMHHR−H(20) HT(商標)の30cmカラム2本を使用し、上記で調整したGPC測定試料500μlを測定機に注入し、160℃にてGPC測定を行った。
なお、標準物質として市販の分子量が既知の単分散ポリスチレンを用いて検量線を作成し、求められた各試料のポリスチレン換算の分子量分布データを得た。ポリエチレンの場合は、ポリスチレン換算の分子量分布データに0.43(ポリエチレンのQファクター/ポリスチレンのQファクター=17.7/41.3)を乗じることにより、ポリエチレン換算の分子量分布データを取得した。ポリプロピレンの場合は、(ポリプロピレンのQファクター/ポリスチレンのQファクター=26.4/41.3)を乗じることにより、ポリプロピレン換算の分子量分布データを取得した。これにより、各試料の重量平均分子量(Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)を得た。
ハーフドライ法に準拠し、パームポロメータ(Porous Materials,Inc.社:CFP−1500AE)を用い、平均孔径(μm)を測定した。浸液には同社製のパーフルオロポリエステル(商品名「Galwick」、表面張力15.6dyn/cm)を用いた。乾燥曲線、及び湿潤曲線について、印加圧力、及び空気透過量の測定を行い、得られた乾燥曲線の1/2の曲線と湿潤曲線とが交わる圧力PHD(Pa)から、次式により平均孔径dHD(μm)を求める。
dHD=2860×γ/PHD
バブルポイント法に準拠し、パームポロメータ(Porous Materials,Inc.社:CFP−1500AE)を用い、最大孔径(μm)を測定した。浸液には同社製のパーフルオロポリエステル(商品名「Galwick」、表面張力15.6dyn/cm)を用いた。湿潤曲線について、印可圧力、及び空気透過量の測定を昇圧モードで行い、得られた湿潤曲線における最初のバブルが発生した圧力PBP(Pa)から、次式により最大孔径dBP(μm)を求める。
dBP=2860×γ/PBP
微小測厚器(東洋精機製 タイプKBM)を用いて、室温23℃、湿度40%の雰囲気下で測定した。端子径5mmφの端子を用い、44gfの荷重を印加して測定した。
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、それらと密度(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/密度)/体積×100
JIS P−8117に準拠し、東洋精器(株)製のガーレー式透気度計、G−B2(商標)を用いて温度23℃、湿度40%の雰囲気下でポリオレフィン微多孔膜の透気抵抗度を測定し透気度とした。
カトーテック製のハンディー圧縮試験器KES−G5(商標)を用いて、開口部の直径11.3mmの試料ホルダーで微多孔膜を固定した。次に固定された微多孔膜の中央部を、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/secで、温度23℃、湿度40%の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生の突刺強度(gf)を得た。
<ポリオレフィン微多孔膜の製造>
ポリオレフィン微多孔膜を、以下の手順で作製した。樹脂原料の組成は、1種類目のポリエチレンとして融点135℃、粘度平均分子量70万、分子量分布5.0のポリエチレン70質量部、及び2種類目のポリエチレンとして粘度平均分子量25万、分子量分布5.0のポリエチレン23質量部、ポリプロピレンとして、融点161℃、粘度平均分子量40万、分子量分布6.0のアイソタクティックポリプロピレン7質量部であった。前記樹脂組成に、酸化防止剤として、0.3質量部のテトラキス−(メチレン−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)メタンを混合した。得られた各混合物を、二軸押出機にフィーダーを介して投入した。更に孔形成材として流動パラフィン(37.78℃における動粘度75.90cSt)を、樹脂原料+流動パラフィンの合計を100質量部として、流動パラフィンが71質量部となるようにサイドフィードで押出機に注入し、混錬温度が160℃、Q/Nが3.5kg/(h・rpm)、比エネルギーが0.21kWh/kgとなる条件で混練し、押出機先端に設置したTダイから押出した。押出後、ただちに30℃に冷却したキャストロールで冷却固化させ、厚さ1.3mmのシートを成形した。このシートを同時二軸延伸機で125℃の条件でMDの歪速度が35%/sec、TDの歪速度が30%/secとなるように7×6倍に延伸した後、塩化メチレンに浸漬して流動パラフィンを抽出除去した。その後、シートを乾燥し、テンター延伸機により120℃の条件で幅方向(TD)に1.9倍延伸した。その後、この延伸シートを128℃の条件で横延伸後の幅から0.85倍になるように歪速度−4.2%/secで幅方向(TD)に緩和する熱処理を行い、ポリオレフィン微多孔膜を得た。
実施例1の製造方法に準じて表1〜9に記載した条件で実施例2〜23、及び比較例1〜14のポリオレフィン微多孔膜を作製した。なお、原料組成について1種類目のポリエチレンをPE1、2種類目のポリエチレンをPE2、3種類目のポリエチレンをPE3、ポリプロピレンをPPと表した。なお、PE1〜PE3の表記は便宜的なものであり、本発明における原料の投入順序がPE1、PE2、及びPE3の順番に限定される趣旨ではない。
以下の手順a〜cにより、正極、負極、及び非水電解液を調整した。
a.正極の作製
正極活物質としてニッケル、マンガン、コバルト複合酸化物(NMC)(Ni:Mn:Co=1:1:1(元素比)、密度4.70g/cm3)を90.4質量%、導電助材としてグラファイト粉末(KS6)(密度2.26g/cm3、数平均粒子径6.5μm)を1.6質量%、及びアセチレンブラック粉末(AB)(密度1.95g/cm3、数平均粒子径48nm)を3.8質量%、並びにバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)(密度1.75g/cm3)を4.2質量%の比率で混合し、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塗布し、130℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機を用いて圧縮成形することにより、正極を作製した。このときの正極活物質塗布量は109g/m2であった。
b.負極の作製
負極活物質としてグラファイト粉末A(密度2.23g/cm3、数平均粒子径12.7μm)を87.6質量%、及びグラファイト粉末B(密度2.27g/cm3、数平均粒子径6.5μm)を9.7質量%、並びに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%(固形分換算)(固形分濃度1.83質量%水溶液)、及びジエンゴム系ラテックス1.7質量%(固形分換算)(固形分濃度40質量%水溶液)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で塗布し、120℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形することにより、負極を作製した。このときの負極活物質塗布量は52g/m2であった。
c.非水電解液の調製
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1.0mol/Lとなるように溶解させることにより、非水電解液を調製した。
上記a〜cで得られた正極、負極、及び非水電解液、並びに実施例1〜23で得られたセパレータを使用して、電流値1A(0.3C)、終止電池電圧4.2Vの条件で3時間定電流定電圧(CCCV)充電したサイズ100mm×60mm、容量3Ahのラミネート型二次電池を作製した。
e.釘刺し評価
ラミネート型二次電池を、温調可能な防爆ブース内の鉄板上に静置した。ラミネート型二次電池の中央部に、防爆ブース内の温度を40℃に設定し、直径3.0mmの鉄製釘を、2mm/secの速度で貫通させ、釘は貫通した状態で維持した。釘内部に、釘が貫通した後ラミネート電池内部の温度が測定できるように設置した熱電対の温度を測定し、最高到達温度、及び釘が内部に侵入してから200℃に達するまでの時間(sec)を以下のように評価した。
・最高到達温度
A:200℃以下
B:200℃より高く230℃以下
C:230℃より高く260℃以下
D:260℃より高く290℃以下
E:290℃より高く320℃以下
F:320℃より高い
G:発火又は発火の危険あり
・200℃到達時間
A:200℃に達しない
B:3.5秒以上
C:3.2秒以上3.5秒未満
D:2.9秒以上3.2秒未満
E:2.6秒以上2.9秒未満
F:2.3秒以上2.6秒未満
G:2.3秒未満
実施例、及び比較例で得たセパレータをそれぞれ使用し、上記手順dで得られた簡易電池を用いて、以下の手順でサイクル特性の評価を行った。
(1)前処理
上記簡易電池を、1/3Cの電流値で電圧4.2Vまで定電流充電した後、4.2Vの定電圧充電を8時間行い、その後1/3Cの電流で3.0Vの終止電圧まで放電を行った。次に、1Cの電流値で電圧4.2Vまで定電流充電した後、4.2Vの定電圧充電を3時間行い、更に1Cの電流で3.0Vの終止電圧まで放電を行った。最後に1Cの電流値で4.2Vまで定電流充電をした後、4.2Vの定電圧充電を3時間行った。なお、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表す。
(2)サイクル試験
上記前処理を行った電池を、温度25℃の条件下で、放電電流1Cで放電終止電圧3Vまで放電を行った後、充電電流1Cで充電終止電圧4.2Vまで充電を行った。これを1サイクルとして充放電を繰り返した。そして、初期容量(第1回目のサイクルにおける容量)に対する300サイクル後の容量保持率を用いて、以下の基準でサイクル特性を評価した。
(3)サイクル特性の評価基準
A:95%以上100%以下の容量保持率
B:90%以上95%未満の容量保持率
C:85%以上90%未満の容量保持率
D:80%以上85%未満の容量保持率
E:80%未満の容量保持率
実施例1〜23、及び比較例1〜14で得られた微多孔膜の物性、及びそれらを二次電池に組み込んだときの評価結果を表1〜9に示す。また、実施例1で得られた溶融粘弾性測定用試料について、貯蔵弾性率と損失正接の温度依存性の一例を図1に示す。
Claims (14)
- 溶融粘弾性測定において、230℃における損失正接(tanδ 230 )が0.35以上0.60未満であり、190℃における損失正接(tanδ 190 )が0.50以上0.75以下であり、190℃における損失正接(tanδ 190 )と230℃における損失正接(tanδ 230 )の差(tanδ 230 −tanδ 190 )が−0.05以下(前記差≦−0.05)であり、280℃における貯蔵弾性率(G’ 280 )が1.0×10 4 Pa以上1.8×10 5 Pa以下であり、かつ
130℃から140℃までの範囲内に融点を持つポリエチレンを主成分とする、ポリオレフィン微多孔膜。 - TMA測定において、MD、及びTDの最大荷重が共に3.0gf以下である、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 溶融粘弾性測定において、230℃での貯蔵弾性率(G’ 230 )が5.0×104Pa以上である、請求項1又は2に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 溶融粘弾性測定において、190℃における貯蔵弾性率(G’190)と230℃における貯蔵弾性率(G’230)の差(G’230−G’190)が−1.0×103Pa以上(前記差≧−1.0×103Pa)である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 溶融粘弾性測定において、230℃における貯蔵弾性率(G’230)と280℃における貯蔵弾性率(G’280)の差(G’280−G’230)が−2.1×104Pa以上(前記差≧−2.1×104Pa)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- TMA測定において、MD、及びTDにおける160℃での荷重が共に0.10gf/10μm以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 昇温速度15℃/minで測定したシャットダウン温度が150℃以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- ハーフドライ法で求められる平均孔径が0.05μm以上0.08μm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- バブルポイント法で求められる最大孔径とハーフドライ法で求められる平均孔径の差が0.01μm以上0.02μm以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 膜を構成する樹脂成分の50質量%以上100質量%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より形成される、請求項1〜9のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 膜を構成する樹脂成分は、ポリエチレンとポリプロピレンとを含み、前記ポリプロピレンの割合は、前記樹脂成分中の前記ポリオレフィン樹脂の総量を100質量%として1質量%以上10質量%以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の透気度が、30sec/100cm 3 以上500sec/100cm 3 以下である、請求項1〜11のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリオレフィン微多孔膜の膜厚1μmあたりの突刺強度(gf/μm)が、17gf/μm以上60gf/μm以下である、請求項1〜12のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜を含む電池用セパレータ。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019038419 | 2019-03-04 | ||
JP2019038419 | 2019-03-04 | ||
PCT/JP2019/031755 WO2020179101A1 (ja) | 2019-03-04 | 2019-08-09 | ポリオレフィン微多孔膜 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6741884B1 true JP6741884B1 (ja) | 2020-08-19 |
JPWO2020179101A1 JPWO2020179101A1 (ja) | 2021-03-11 |
Family
ID=72047978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019567753A Active JP6741884B1 (ja) | 2019-03-04 | 2019-08-09 | ポリオレフィン微多孔膜 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6741884B1 (ja) |
PL (1) | PL3816217T3 (ja) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007069560A1 (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-21 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | ポリオレフィン製微多孔膜 |
WO2008069216A1 (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-12 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | ポリオレフィン製微多孔膜 |
WO2009136648A1 (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-12 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | 高出力密度リチウムイオン二次電池用セパレータ |
JP2011225736A (ja) * | 2010-04-21 | 2011-11-10 | Asahi Kasei E-Materials Corp | ポリオレフィン微多孔膜、及びリチウムイオン二次電池 |
JP2014162851A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Asahi Kasei E-Materials Corp | ポリオレフィン微多孔膜の製造方法 |
JP2017142985A (ja) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 旭化成株式会社 | 微多孔膜、電池用セパレータ及び電池 |
JP2018141029A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 旭化成株式会社 | ポリオレフィン微多孔膜 |
-
2019
- 2019-08-09 PL PL19868147.0T patent/PL3816217T3/pl unknown
- 2019-08-09 JP JP2019567753A patent/JP6741884B1/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007069560A1 (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-21 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | ポリオレフィン製微多孔膜 |
WO2008069216A1 (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-12 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | ポリオレフィン製微多孔膜 |
WO2009136648A1 (ja) * | 2008-05-09 | 2009-11-12 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | 高出力密度リチウムイオン二次電池用セパレータ |
JP2011225736A (ja) * | 2010-04-21 | 2011-11-10 | Asahi Kasei E-Materials Corp | ポリオレフィン微多孔膜、及びリチウムイオン二次電池 |
JP2014162851A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Asahi Kasei E-Materials Corp | ポリオレフィン微多孔膜の製造方法 |
JP2017142985A (ja) * | 2016-02-10 | 2017-08-17 | 旭化成株式会社 | 微多孔膜、電池用セパレータ及び電池 |
JP2018141029A (ja) * | 2017-02-27 | 2018-09-13 | 旭化成株式会社 | ポリオレフィン微多孔膜 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL3816217T3 (pl) | 2023-10-09 |
JPWO2020179101A1 (ja) | 2021-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5586152B2 (ja) | ポリオレフィン製微多孔膜 | |
WO2020179101A1 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜 | |
TWI700851B (zh) | 聚烯烴微多孔膜、非水電解液系二次電池用隔離材、及非水電解液系二次電池 | |
WO2017170289A1 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜及びその製造方法、電池用セパレータ並びに電池 | |
KR102533841B1 (ko) | 폴리올레핀 미세 다공막 | |
JP6895570B2 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜及びポリオレフィン微多孔膜の製造方法 | |
JP6864762B2 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜 | |
CN113891912B (zh) | 聚烯烃微多孔膜 | |
JP2019102126A (ja) | 電池用セパレータ及び非水電解液二次電池 | |
JP6988880B2 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜 | |
JP6741884B1 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜 | |
JP7483653B2 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191206 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200109 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20200218 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200225 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200424 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200714 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200727 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6741884 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |