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JP4138188B2 - Porous film - Google Patents
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JP4138188B2 - Porous film - Google Patents

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JP4138188B2 JP34769999A JP34769999A JP4138188B2 JP 4138188 B2 JP4138188 B2 JP 4138188B2 JP 34769999 A JP34769999 A JP 34769999A JP 34769999 A JP34769999 A JP 34769999A JP 4138188 B2 JP4138188 B2 JP 4138188B2
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  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質フィルムに関する。さらに詳しくは、電池の正極負極間に配置されてこれらを隔離させる電池用セパレーター等として好適に用いられる多孔質フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】
多孔質フィルムは、電池用セパレーター、電解コンデンサー隔膜、透湿防水材、各種フィルター等に用いられている。中でも電池用セパレーターは、電池として軽量・高起電力・高エネルギーが得られ、しかも自己放電が少ないリチウム二次電池の重要な部材として注目を集めており、今後は電気自動車用バッテリーの構成部材としても期待されている。
【0003】
従来、ポリオレフィン樹脂からなる多孔質フィルムを中心にリチウム二次電池用セパレーターの耐熱性向上に関するいくつかの提案がなされている。例えば、特開平10−12211号公報では、ガラス繊維の不織布などをポリオレフィン微多孔膜に積層させて用いている。また、特開平3−245457号公報や特開平3−193125号公報のように、製膜後に重合させるなどの手法で架橋させた高分子を用いるものも多い。また、組成面だけではなく、特開平5−74444号公報のように、セパレーターの極板からのはみ出し部を接着するといった、電池内の構造面での提案もなされている。
【0004】
多孔質フィルムは、電池用セパレーターとして、膜を形成している樹脂が溶融して、膜の空孔を閉塞させることで電池の異常加熱の際にイオン透過性を喪失し、電流による更なる加熱を防ぐシャットダウン(SD)機能を有している。しかし、電池の外部短絡などで電池に短絡電流が流れる異常が発生した際には、温度上昇が極めて急激であるために、SD機能が十分に発現せず、温度が多孔質フィルムのSD温度より遙かに高い温度に達する危険性が高い。その際、多孔質フィルムが高温により溶融状態になると、特に異物や析出したリチウムデンドライトが存在する場合には、多孔質フィルムが容易に破断、破膜してしまい、正極と負極が直接接触し、短絡状態となる危険性がある。特に、過充電状態などにおいては電池内の内圧が高まり、膜厚方向に高圧が加わり破膜短絡する危険性も高まる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、リチウムイオン二次電池用セパレーターとして使用し、高温・高圧状態にさらされた場合においても、その形状を維持し、破断・破膜による電極間の短絡を防止することができる、より安全な高耐熱性の多孔質フィルムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、ポリオレフィン樹脂50〜95重量%と、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマー5〜50重量%とからなる多孔質フィルムに関する。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の多孔質フィルムは、マトリックスとなるポリオレフィン樹脂に加えて、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーを含有している点に大きな特徴を有する。本発明において、高強度と成形性を併せて実現するために、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーが高融点及び高弾性を有する場合には、超高分子量ポリオレフィン樹脂の有する強度に加えて、超高分子量ポリオレフィン樹脂の融点を超えた高温領域における形状維持性、機械的強度が保持されると考えられることから、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーは以下の融点及び曲げ弾性率を有していることが好ましい。
【0008】
即ち、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの融点は、耐熱形状維持性を向上させるために、160℃以上、多孔質フィルムを製造する際の溶融混練工程を適度な温度条件下で行うために、240℃以下が好ましく、より好ましくは180〜220℃である。なお、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの融点は、示差走査熱量測定装置を用いて測定することができる。
【0009】
また、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの曲げ弾性率は、高温域で圧縮方向の荷重に対して十分な強度を保つために、3×107 Pa以上が好ましく、5×107 Pa以上がさらに好ましい。なお、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの曲げ弾性率は、ASTM D790に準拠して測定することができる。
【0010】
本発明の多孔質フィルムにおいて、マトリックスとなるポリオレフィン樹脂としては、多孔質フィルムを電池用セパレーターとして用いる場合、強度が低いと、破断によって正極と負極が接触して内部短絡を引き起こし、電池として機能しなくなるため、できるだけ高い膜強度を有するものが好ましい。この点から、ポリオレフィン樹脂は超高分子量ポリオレフィン樹脂を含有していることが好ましい。超高分子量ポリオレフィン樹脂としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等のオレフィンの単独重合体、共重合体及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中では、得られる多孔質フィルムの高強度化の観点から、超高分子量ポリエチレン樹脂が好ましい。
【0011】
超高分子量ポリオレフィン樹脂の重量平均分子量は、5×105 以上、好ましくは5×105 〜20×106 、より好ましくは1×106 〜15×106 が望ましい。
【0012】
重量平均分子量が5×105 以上の超高分子量ポリオレフィン樹脂は、ポリオレフィン樹脂中に、ポリオレフィン樹脂及び熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーのポリマー鎖の十分な絡み合いを得るために、1重量%以上、好ましくは5重量%以上、より好ましくは10〜100重量%含有されていることが望ましい。
【0013】
超高分子量ポリオレフィン樹脂以外にポリオレフィン樹脂に含有されていてもよい樹脂としては、前記と同様のオレフィンの単独重合体、共重合体及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中では、高密度ポリエチレン樹脂が好ましい。これらの樹脂の重量平均分子量は、好ましくは5×105 未満、より好ましくは1×104 以上、5×105 未満、特に好ましくは、1×104 〜3×105 である。
【0014】
ポリオレフィン樹脂と熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの配合組成は、ポリオレフィン樹脂が50〜95重量%、好ましくは60〜90重量%であり、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーが5〜50重量%、好ましくは10〜40重量%である。ポリオレフィン樹脂は、膜強度の観点から、50重量%以上が好ましく、高温での形状維持性の観点から95重量%以下が好ましい。
【0015】
本発明の多孔質フィルムの厚さは、好ましくは10〜50μm、より好ましくは15〜40μmである。空孔率は、目詰まりを防止するために30%以上、電池用セパレーター等として用いた場合に、過充電状態でのリチウムデンドライト析出による電池の短絡を防止するために70%以下が好ましい。
【0016】
また、通気度は、電池用セパレーター等として用いた場合の電解液の浸透性や保液性、また電気抵抗の観点から、好ましくは10〜1000秒/100cc、より好ましくは100〜800秒/100cc、特に好ましくは150〜750秒/100ccである。針突刺強度は、破膜を防止するために3.0N/25μm以上が好ましく、より好ましくは4.0N/25μm以上である。
【0017】
本発明の多孔質フィルムは、例えば、ポリオレフィン樹脂、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマー及び溶媒を含有する樹脂組成物を溶融混練し、得られた溶融混練物をシート状に成形し、得られたシート状成形物を圧延処理した後、延伸及び脱溶媒処理を行うことにより得られる。
【0018】
樹脂組成物の調製に用いられる溶媒としては、ポリオレフィン樹脂及び熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの溶解性に優れたものであれば、特に限定されないが、凝固点が−10℃以下のものが好ましく用いられる。このような溶媒の好ましい具体例としては、例えば、ノナン、デカン、デカリン、ウンデカン、流動パラフィン等の脂肪族又は脂環式炭化水素、沸点がこれらに対応する鉱油留分等が挙げられ、なかでも、流動パラフィン等の不揮発性溶媒が好ましく、凝固点が−45〜−10℃、40℃での動粘度が65cst以下の不揮発性溶媒がより好ましい。
【0019】
ポリオレフィン樹脂、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマー及び溶媒の混合割合は、樹脂の種類、溶解性、混練温度等により異なるため、一概には決定できないが、得られるスラリー状の樹脂組成物を溶融混練してシート状に成形できる程度であれば特に限定されず、通常、ポリオレフィン樹脂及び熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの総量が、樹脂組成物の5〜50重量%、好ましくは10〜50重量%であることが望ましい。
【0020】
なお、前記樹脂組成物には、必要に応じて、酸化防止剤、紫外線吸収剤、染料、造核剤、顔料、帯電防止剤等の添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で添加することができる。
【0021】
樹脂組成物の溶融混練は、ポリオレフィン樹脂及び熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーのポリマー鎖の十分な絡み合いを得るために、樹脂組成物に十分な剪断力を作用させて行うことが好ましい。従って、樹脂組成物の溶融混練には、通常、混合物に強い剪断力を与えることができるニーダや二軸押出機が好ましく用いられる。
【0022】
樹脂組成物を溶融混練する際の温度は、適当な温度条件下であればよく、特に限定されないが、115〜230℃が好ましい。溶融混練の際の温度は、樹脂組成物を十分に混練して、ポリオレフィン樹脂及び熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーのポリマー鎖の十分な絡み合いを得るために、115℃以上が好ましく、適度な粘度で、樹脂組成物に十分な剪断力を作用させるために、230℃以下が好ましい。
【0023】
溶融混練物をシート状に成形する方法は、特に限定されず、例えば、ドライアイスにより冷却された金属板に挟み込み急冷して急冷結晶化によりシート状成形物にしてもよく、Tダイ等を取り付けた押出機などを用いてシート状に成形した後、冷却して結晶化させてもよい。
【0024】
シート状成形物の厚みは、通常、1〜20mmが好ましく、2〜10mmがより好ましい。
【0025】
このようにして得られたシート状成形物は、溶融混練により引き延ばされ、絡み合っているフィブリル繊維が毛球状に戻って、太い繊維を形成し、シート状成形物に大きな貫通孔が形成されるのを防止するために、直ちに後述する圧延処理に供するか、又は用いた溶媒の凝固点以下の温度で保存して、ポリオレフィン樹脂及び熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの結晶構造を維持することが好ましい。
【0026】
圧延処理は、例えば、ヒートプレスを用いて行うことができる。圧延により、シート状成形物の厚みを均一にして、より高強度を有する多孔質フィルムを得ることができる。圧延処理後のシート状成形物の厚みは、0.1〜3mmが好ましく、0.2〜0.5mmがより好ましい。
【0027】
延伸処理の方式は特に限定されるものではなく、通常のテンター法、ロール法、インフレーション法またはこれらの方法の組み合わせであってもよい。また、一軸延伸、二軸延伸等いずれの方式をも適用することができ、二軸延伸の場合は、縦横同時延伸又は逐次延伸のいずれでもよいが、縦横同時延伸が好ましい。
【0028】
圧延されたシート状成形物の延伸倍率は、1方向に2〜20倍が好ましく、面延伸倍率は4〜400倍が好ましい。
【0029】
圧延処理及び延伸処理時の温度は、ともに、ポリオレフィン樹脂の融点−30℃以上、ポリオレフィン樹脂の融点+5℃以下の温度が好ましく、ポリオレフィン樹脂の融点−25℃以上、ポリオレフィン樹脂の融点以下の温度がより好ましい。なお、本明細書において、ポリオレフィン樹脂の融点とは、DSC測定におけるオンセット温度を言う。その他の圧延処理及び延伸処理条件は、通常用いられる公知の条件を採用することができる。
【0030】
脱溶媒処理は、シート状成形物から溶媒を除去して多孔質構造を形成させる工程であり、例えば、シート状成形物を溶剤で洗浄して残留する溶媒を除去することにより行うことができる。溶剤は、樹脂組成物の調製に用いた溶媒に応じて適宜選択することができるが、具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、デカン等の炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類等の易揮発性溶剤が挙げられ、これらは単独で又は二種以上を混合して用いることができる。かかる溶剤を用いた脱溶媒処理の方法は、特に限定されず、例えば、シート状成形物を溶剤中に浸漬して溶媒を抽出する方法、溶剤をシート状成形物にシャワーする方法等が挙げられる。
【0031】
なお、本発明では、例えば、前記シート状成形物を脱溶媒処理してから延伸処理に供してもよく、またシート状成形物をそのまま延伸処理してから脱溶媒処理を行ってもよい。あるいは、延伸処理前に脱溶媒処理を行い、延伸処理後に再度脱溶媒処理を行って残存溶媒を除去する態様であってもよい。
【0032】
本発明の多孔質フィルムは、このようにして得られた多孔質フィルムに、必要に応じてさらにフィルムの熱収縮を防止するためのヒートセット処理等を施し、形状固定して得られたものであってもよい。
【0033】
本発明の多孔質フィルムは、高温・高圧状態にさらされた場合においても、その形状を維持し、破断・破膜による電極間の短絡を防止することができるため、、安全性の高い高耐熱性のリチウムイオン二次電池用セパレーターとして好適に用いることができる。
【0034】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。なお、各種特性については下記要領にて測定を行う。
【0035】
〔融点〕
(株)セイコー電子工業製の示差走査熱量計「DSC−200」を使用し、昇温速度10℃/minの割合で測定し、オンセット温度を融点とする。
【0036】
〔膜厚〕
1/10000mmシックネスゲージを用いて、多孔質フィルムの厚みを端部から中心部の範囲で任意に9点測定し、その平均値とする。
【0037】
〔空孔率〕
多孔質フィルムの面積S(cm2 )当たりの重量W(g)、膜厚t(μm)および樹脂の密度d(g/cm3 )から次式によって算出する。
【0038】
空孔率(%)=(1−104 ×W/S/t/d)×100
【0039】
〔通気度〕
JIS P8117に準拠して測定する。
【0040】
〔針突刺強度〕
カトーテック(株)製の圧縮試験機「KES−G5」を用いて測定し、測定により得られた荷重変位曲線より最大荷重を読みとり、針突刺強度とする。針は、直径0.75mm、先端の曲率半径0.5mmのものを使用し、押し込み速度2cm/秒の速度で行う。値はすべて25μm換算する。
【0041】
実施例1
超高分子量ポリエチレン樹脂(重量平均分子量:3×106 、融点:136℃)12重量部、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマー「ハイトレル4047」(東レ・デュポン製、融点:182℃、曲げ弾性率:7.2×107 Pa)3重量部及び流動パラフィン85重量部をスラリー状に均一混合し、200℃の温度で小型ニーダーを用いて約60分間溶融混練を行った。得られた溶融混練物を0℃に冷却された金属板に挟み込み、シート状に急冷した。これらの急冷結晶化させたシート状成形物を、約115℃の温度でシート厚が0.4〜0.6mmになるまでヒートプレスした。次に、約115℃の温度で同時に縦横3.5×3.5倍に二軸延伸し、ヘプタンを使用して脱溶媒処理を行い、85℃で20分間、134℃で20分間、順次ヒートセット処理を行って、厚さ25μm、空孔率50%の多孔質フィルムを得た。
【0042】
実施例2
超高分子量ポリエチレン樹脂(重量平均分子量:3×106 、融点:136℃)15重量部、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマー「ハイトレル4047」(東レ・デュポン製)1重量部及び流動パラフィン85重量部を用いてスラリー状に均一混合した以外は、実施例1と同様にして厚さ23μm、空孔率45%の多孔質フィルムを得た。
【0043】
比較例1
超高分子量ポリエチレン樹脂(重量平均分子量:3×106 、融点:136℃)15重量部及び流動パラフィン85重量部を用いてスラリー状に均一混合し、溶融混練工程を160℃で行った以外は、実施例1と同様にして厚さ24μm、空孔率44%の多孔質フィルムを得た。
【0044】
実施例1、2及び比較例1で得られた多孔質フィルムの膜厚、空孔率、通気度及び針突刺強度を表1に示す。
【0045】
試験例1
リチウムコバルト酸化物(LiCoO2 )に導電助剤としてリン状黒鉛を重量比90:5で加えて混合し、この混合物とポリフッ化ビニリデンをN−メチルピロリドンに溶解させた溶液とを混合してスラリーを得た。得られたスラリーを70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ20μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させ、その後、ローラプレス機により圧縮成形した後、切断し、リード体を溶接して、帯状の正極を作製した。次に、平均粒径10μmの炭素材料を、フッ化ビニリデンをN−メチルピロリドンに溶解させた溶液と混合してスラリーにした。得られたスラリーを70メッシュの網を通過させて大きなものを取り除いた後、厚さ18μmの帯状の銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させ、その後ローラプレス機により圧縮成形し切断した後、リード体を溶接して帯状の負極を作製した。
【0046】
このようして得られた電極板を14mmφ、16mmφに打ち抜き、その間に20mmφに打ち抜いた多孔質フィルムを挿み、SUS製のセルにセットした。セルはトルクネジを用いて固定し、膜厚方向に面圧(2×106 Pa)を加えた場合の溶融破膜温度を測定した。即ち、乾燥機中で昇温しながら両電極間の抵抗値を測定し、抵抗値が1×106 Ω以上(レンジオーバー)から1×104 Ω以下まで急低下する温度を、溶融破膜温度(圧縮条件下での破膜温度)として電極面に取り付けた熱電対を用いて測定した。結果を表1に示す。
【0047】
試験例2
動的粘弾性測定装置DMS−210((株)セイコー電子工業製)を用いて、所定の測定条件(サンプル幅:8mm、サンプル長さ:20mm、昇温速度:5℃/min.、振動数:10Hz、張力:1.5Pa)で測定を行い、該条件で多孔質フィルムが破断する温度を膜面方向の張力(1.5Pa)に対する溶融破断温度(膜面方向に対する張力条件下での破断温度)として測定した。結果を表1に示す。
【0048】
【表1】

Figure 0004138188
【0049】
以上の結果より、実施例1、2の多孔質フィルムは、圧縮条件下での破膜温度、膜面方向に対する張力条件下での破断温度がともに高く、非常に優れた耐熱性を有しているのに対し、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーが含有されていない比較例1の多孔質フィルムは破膜温度及び破断温度が低く、耐熱性に欠けていることが分かる。
【0050】
【発明の効果】
本発明により、リチウムイオン二次電池用セパレーターとして使用し、高温・高圧状態にさらされた場合においても、その形状を維持し、破断・破膜による電極間の短絡を防止することができる、より安全な高耐熱性の多孔質フィルムを提供することが可能となった。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a porous film. More specifically, the present invention relates to a porous film that is preferably used as a battery separator or the like that is disposed between positive and negative electrodes of a battery to isolate them.
[0002]
[Prior art]
The porous film is used for battery separators, electrolytic capacitor diaphragms, moisture-permeable waterproof materials, various filters, and the like. In particular, battery separators are attracting attention as important components for lithium secondary batteries that are lightweight, have high electromotive force and high energy, and have little self-discharge. Is also expected.
[0003]
Conventionally, several proposals have been made for improving the heat resistance of a separator for a lithium secondary battery, focusing on a porous film made of a polyolefin resin. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-12111, a glass fiber non-woven fabric is laminated on a polyolefin microporous film. In addition, as in JP-A-3-245457 and JP-A-3-193125, many polymers using a polymer crosslinked by a technique such as polymerization after film formation are used. Further, not only in terms of composition, but also in terms of the structure in the battery, such as bonding the protruding portion of the separator from the electrode plate, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-74444, has been proposed.
[0004]
The porous film is used as a battery separator, and the resin that forms the film melts and closes the pores of the film, losing ion permeability during abnormal heating of the battery, and further heating with current. Has a shutdown (SD) function. However, when an abnormality occurs in which a short-circuit current flows in the battery due to an external short circuit of the battery, the temperature rise is extremely rapid, so that the SD function does not sufficiently develop, and the temperature is higher than the SD temperature of the porous film. There is a high risk of reaching much higher temperatures. At that time, when the porous film is in a molten state due to high temperature, particularly when foreign matter or precipitated lithium dendrite is present, the porous film easily breaks and breaks, and the positive electrode and the negative electrode are in direct contact with each other, Risk of short circuit. In particular, in an overcharged state or the like, the internal pressure in the battery is increased, and the risk of short circuit due to high pressure in the film thickness direction is also increased.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to be used as a separator for a lithium ion secondary battery and maintain its shape even when exposed to high temperature and high pressure, and prevent short-circuiting between electrodes due to breakage or film breakage. An object of the present invention is to provide a safer high heat resistant porous film.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention relates to a porous film comprising 50 to 95% by weight of a polyolefin resin and 5 to 50% by weight of a thermoplastic polyester ether elastomer.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The porous film of the present invention has a great feature in that it contains a thermoplastic polyester ether elastomer in addition to the polyolefin resin as a matrix. In the present invention, in order to achieve both high strength and moldability, when the thermoplastic polyester ether elastomer has a high melting point and high elasticity, in addition to the strength of the ultra high molecular weight polyolefin resin, the ultra high molecular weight polyolefin Since it is thought that shape maintenance property and mechanical strength in a high temperature region exceeding the melting point of the resin are maintained, the thermoplastic polyester ether elastomer preferably has the following melting point and bending elastic modulus.
[0008]
That is, the melting point of the thermoplastic polyester ether elastomer is 160 ° C. or higher in order to improve the heat resistant shape maintaining property, and 240 ° C. or lower in order to perform the melt-kneading step in producing the porous film under an appropriate temperature condition. Is more preferable, and it is 180-220 degreeC. The melting point of the thermoplastic polyester ether elastomer can be measured using a differential scanning calorimeter.
[0009]
In addition, the flexural modulus of the thermoplastic polyester ether elastomer is preferably 3 × 10 7 Pa or more, and more preferably 5 × 10 7 Pa or more in order to maintain sufficient strength against a load in the compression direction at a high temperature range. In addition, the bending elastic modulus of a thermoplastic polyester ether elastomer can be measured based on ASTM D790.
[0010]
In the porous film of the present invention, as a polyolefin resin as a matrix, when the porous film is used as a battery separator, if the strength is low, the positive electrode and the negative electrode come into contact with each other due to breakage, causing an internal short circuit and functioning as a battery. Since it is eliminated, the one having as high a film strength as possible is preferable. In this respect, the polyolefin resin preferably contains an ultrahigh molecular weight polyolefin resin. Examples of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin include homopolymers and copolymers of olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene, and mixtures thereof. Then, from the viewpoint of increasing the strength of the resulting porous film, an ultrahigh molecular weight polyethylene resin is preferred.
[0011]
The weight average molecular weight of the ultrahigh molecular weight polyolefin resin is 5 × 10 5 or more, preferably 5 × 10 5 to 20 × 10 6 , more preferably 1 × 10 6 to 15 × 10 6 .
[0012]
The ultra high molecular weight polyolefin resin having a weight average molecular weight of 5 × 10 5 or more is 1% by weight or more, preferably 5% in order to obtain sufficient entanglement of the polymer chain of the polyolefin resin and the thermoplastic polyester ether elastomer in the polyolefin resin. It is desirable that it is contained in an amount of not less than wt%, more preferably 10 to 100 wt%.
[0013]
Examples of the resin that may be contained in the polyolefin resin in addition to the ultrahigh molecular weight polyolefin resin include the same olefin homopolymers, copolymers, and mixtures thereof as described above. Among these, high density polyethylene Resins are preferred. The weight average molecular weight of these resins is preferably less than 5 × 10 5 , more preferably 1 × 10 4 or more and less than 5 × 10 5 , and particularly preferably 1 × 10 4 to 3 × 10 5 .
[0014]
The compounding composition of the polyolefin resin and the thermoplastic polyester ether elastomer is that the polyolefin resin is 50 to 95% by weight, preferably 60 to 90% by weight, and the thermoplastic polyester ether elastomer is 5 to 50% by weight, preferably 10 to 40% by weight. %. The polyolefin resin is preferably 50% by weight or more from the viewpoint of film strength, and preferably 95% by weight or less from the viewpoint of shape maintenance at high temperatures.
[0015]
The thickness of the porous film of the present invention is preferably 10 to 50 μm, more preferably 15 to 40 μm. The porosity is preferably 30% or more for preventing clogging, and 70% or less for preventing short circuit of the battery due to lithium dendrite precipitation in an overcharged state when used as a battery separator or the like.
[0016]
Further, the air permeability is preferably 10 to 1000 seconds / 100 cc, more preferably 100 to 800 seconds / 100 cc, from the viewpoint of the permeability and liquid retention of the electrolyte when used as a battery separator or the like, and the electrical resistance. Particularly preferred is 150 to 750 seconds / 100 cc. The needle puncture strength is preferably 3.0 N / 25 μm or more, and more preferably 4.0 N / 25 μm or more, in order to prevent film breakage.
[0017]
The porous film of the present invention is obtained by, for example, melt-kneading a resin composition containing a polyolefin resin, a thermoplastic polyester ether elastomer and a solvent, and molding the obtained melt-kneaded product into a sheet shape. After the product is rolled, it is obtained by stretching and solvent removal.
[0018]
The solvent used for the preparation of the resin composition is not particularly limited as long as it is excellent in the solubility of the polyolefin resin and the thermoplastic polyester ether elastomer, but those having a freezing point of −10 ° C. or lower are preferably used. Preferable specific examples of such solvents include, for example, nonane, decane, decalin, undecane, aliphatic or alicyclic hydrocarbons such as liquid paraffin, and mineral oil fractions having boiling points corresponding to these, among others. A non-volatile solvent such as liquid paraffin is preferable, and a non-volatile solvent having a freezing point of −45 to −10 ° C. and a kinematic viscosity at 40 ° C. of 65 cst or less is more preferable.
[0019]
The mixing ratio of the polyolefin resin, thermoplastic polyester ether elastomer and solvent varies depending on the type of resin, solubility, kneading temperature, etc., so it cannot be determined unconditionally, but the resulting slurry-like resin composition is melt-kneaded and sheeted The total amount of the polyolefin resin and the thermoplastic polyester ether elastomer is usually 5 to 50% by weight, preferably 10 to 50% by weight of the resin composition.
[0020]
It should be noted that additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, a dye, a nucleating agent, a pigment, and an antistatic agent are added to the resin composition as necessary within a range that does not impair the object of the present invention. be able to.
[0021]
The melt kneading of the resin composition is preferably performed by applying a sufficient shearing force to the resin composition in order to obtain sufficient entanglement of the polymer chains of the polyolefin resin and the thermoplastic polyester ether elastomer. Therefore, for the melt-kneading of the resin composition, a kneader or a twin screw extruder that can give a strong shearing force to the mixture is usually preferably used.
[0022]
The temperature at the time of melt-kneading the resin composition may be an appropriate temperature condition and is not particularly limited, but is preferably 115 to 230 ° C. The temperature at the time of melt-kneading is preferably 115 ° C. or higher in order to sufficiently knead the resin composition and obtain sufficient entanglement of the polymer chain of the polyolefin resin and the thermoplastic polyester ether elastomer, with a suitable viscosity, and the resin. In order to apply a sufficient shearing force to the composition, 230 ° C. or lower is preferable.
[0023]
The method of forming the melt-kneaded material into a sheet is not particularly limited. For example, the melt-kneaded material may be rapidly cooled by being sandwiched between metal plates cooled with dry ice and rapidly cooled to crystallize, and a T-die or the like is attached. After forming into a sheet shape using an extruder or the like, it may be cooled and crystallized.
[0024]
The thickness of the sheet-like molded product is usually preferably 1 to 20 mm, and more preferably 2 to 10 mm.
[0025]
The sheet-like molded product thus obtained is stretched by melt-kneading, and the intertwined fibril fibers return to a hair-globule to form thick fibers and large through-holes are formed in the sheet-like molded product. In order to prevent this, it is preferable that the crystal structure of the polyolefin resin and the thermoplastic polyester ether elastomer is maintained by immediately subjecting it to a rolling treatment described later, or storing it at a temperature below the freezing point of the solvent used.
[0026]
The rolling process can be performed using, for example, a heat press. By rolling, the thickness of the sheet-like molded product can be made uniform, and a porous film having higher strength can be obtained. 0.1-3 mm is preferable and, as for the thickness of the sheet-like molding after a rolling process, 0.2-0.5 mm is more preferable.
[0027]
The stretching method is not particularly limited, and may be a normal tenter method, roll method, inflation method, or a combination of these methods. In addition, any method such as uniaxial stretching or biaxial stretching can be applied. In the case of biaxial stretching, either longitudinal or transverse simultaneous stretching or sequential stretching may be used, but longitudinal and transverse simultaneous stretching is preferable.
[0028]
The stretch ratio of the rolled sheet-like molded product is preferably 2 to 20 times in one direction, and the surface stretch ratio is preferably 4 to 400 times.
[0029]
The temperature during the rolling treatment and the stretching treatment is preferably a temperature of the melting point of the polyolefin resin of −30 ° C. or more and a melting point of the polyolefin resin of + 5 ° C. or less, and a temperature of the melting point of the polyolefin resin of −25 ° C. or more and the melting point of the polyolefin resin or less. More preferred. In the present specification, the melting point of the polyolefin resin refers to an onset temperature in DSC measurement. As other rolling treatment and stretching treatment conditions, commonly used known conditions can be adopted.
[0030]
The solvent removal treatment is a step of removing the solvent from the sheet-like molded product to form a porous structure, and can be performed, for example, by washing the sheet-like molded product with a solvent to remove the remaining solvent. The solvent can be appropriately selected according to the solvent used for the preparation of the resin composition. Specifically, hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane and decane, chlorination such as methylene chloride and carbon tetrachloride, etc. Easily volatile solvents such as hydrocarbons, ethers such as diethyl ether, dioxane and the like can be mentioned, and these can be used alone or in admixture of two or more. The method of desolvation treatment using such a solvent is not particularly limited, and examples thereof include a method of extracting a solvent by immersing a sheet-like molded product in a solvent, a method of showering the solvent on the sheet-like molded product, and the like. .
[0031]
In the present invention, for example, the sheet-shaped molded product may be subjected to a solvent removal treatment and then subjected to a stretching treatment, or the sheet-shaped molded material may be stretched as it is, and then the solvent removal treatment may be performed. Alternatively, a mode in which the solvent removal treatment is performed before the stretching treatment, and the solvent removal treatment is performed again after the stretching treatment to remove the residual solvent may be employed.
[0032]
The porous film of the present invention is obtained by subjecting the porous film thus obtained to a heat-setting treatment for preventing thermal contraction of the film, if necessary, and fixing the shape. There may be.
[0033]
The porous film of the present invention maintains its shape even when exposed to high temperature and high pressure conditions, and can prevent short-circuiting between electrodes due to breakage and film breakage. Can be suitably used as a separator for a conductive lithium ion secondary battery.
[0034]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Various characteristics are measured as follows.
[0035]
[Melting point]
A differential scanning calorimeter “DSC-200” manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd. is used and measured at a rate of temperature increase of 10 ° C./min, and the onset temperature is defined as the melting point.
[0036]
[Film thickness]
Using a 1/10000 mm thickness gauge, the thickness of the porous film is arbitrarily measured at 9 points in the range from the end to the center, and the average value is obtained.
[0037]
[Porosity]
The weight is calculated from the weight W (g) per area S (cm 2 ) of the porous film, the film thickness t (μm), and the resin density d (g / cm 3 ) by the following equation.
[0038]
Porosity (%) = (1-10 4 × W / S / t / d) × 100
[0039]
[Air permeability]
Measured according to JIS P8117.
[0040]
[Needle puncture strength]
It is measured using a compression tester “KES-G5” manufactured by Kato Tech Co., Ltd., and the maximum load is read from the load displacement curve obtained by the measurement to obtain the needle puncture strength. A needle having a diameter of 0.75 mm and a radius of curvature of the tip of 0.5 mm is used, and the indentation speed is 2 cm / sec. All values are converted to 25 μm.
[0041]
Example 1
Ultra high molecular weight polyethylene resin (weight average molecular weight: 3 × 10 6 , melting point: 136 ° C.) 12 parts by weight, thermoplastic polyester ether elastomer “Hytrel 4047” (manufactured by Toray DuPont, melting point: 182 ° C., flexural modulus: 7. 2 × 10 7 Pa) 3 parts by weight and liquid paraffin 85 parts by weight were uniformly mixed in a slurry state, and melt kneaded for about 60 minutes at a temperature of 200 ° C. using a small kneader. The obtained melt-kneaded product was sandwiched between metal plates cooled to 0 ° C. and rapidly cooled into a sheet shape. These rapidly crystallized sheet-like molded products were heat-pressed at a temperature of about 115 ° C. until the sheet thickness became 0.4 to 0.6 mm. Next, it is biaxially stretched 3.5 times to 3.5 times in length and width at the same time at a temperature of about 115 ° C., desolvated using heptane, and heated sequentially at 85 ° C. for 20 minutes and at 134 ° C. for 20 minutes. A set treatment was performed to obtain a porous film having a thickness of 25 μm and a porosity of 50%.
[0042]
Example 2
Using 15 parts by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene resin (weight average molecular weight: 3 × 10 6 , melting point: 136 ° C.), 1 part by weight of thermoplastic polyester ether elastomer “Hytrel 4047” (manufactured by Toray DuPont) and 85 parts by weight of liquid paraffin A porous film having a thickness of 23 μm and a porosity of 45% was obtained in the same manner as in Example 1 except that the slurry was uniformly mixed.
[0043]
Comparative Example 1
Except that the ultra-high molecular weight polyethylene resin (weight average molecular weight: 3 × 10 6 , melting point: 136 ° C.) and 15 parts by weight of liquid paraffin were uniformly mixed into a slurry and the melt-kneading step was performed at 160 ° C. In the same manner as in Example 1, a porous film having a thickness of 24 μm and a porosity of 44% was obtained.
[0044]
Table 1 shows the film thickness, porosity, air permeability, and needle puncture strength of the porous films obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.
[0045]
Test example 1
Lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) is added with phosphorous graphite as a conductive additive at a weight ratio of 90: 5 and mixed, and this mixture is mixed with a solution of polyvinylidene fluoride dissolved in N-methylpyrrolidone to form a slurry. Got. The obtained slurry was passed through a 70-mesh net to remove a large one, and then uniformly applied to both sides of a positive electrode current collector made of 20 μm thick aluminum foil, dried, and then compressed by a roller press. After forming, it was cut and the lead body was welded to produce a strip-like positive electrode. Next, a carbon material having an average particle diameter of 10 μm was mixed with a solution in which vinylidene fluoride was dissolved in N-methylpyrrolidone to form a slurry. The obtained slurry was passed through a 70-mesh net to remove a large one, and then uniformly applied to both sides of a negative electrode current collector made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 18 μm and dried. After compression molding and cutting, the lead body was welded to produce a strip-shaped negative electrode.
[0046]
The electrode plate thus obtained was punched to 14 mmφ and 16 mmφ, and a porous film punched to 20 mmφ was inserted therebetween, and set in a SUS cell. The cell was fixed using a torque screw, and the melt fracture temperature when a surface pressure (2 × 10 6 Pa) was applied in the film thickness direction was measured. That is, the resistance value between both electrodes is measured while raising the temperature in a dryer, and the temperature at which the resistance value suddenly drops from 1 × 10 6 Ω or more (range over) to 1 × 10 4 Ω or less is melted. The temperature (breaking temperature under compression conditions) was measured using a thermocouple attached to the electrode surface. The results are shown in Table 1.
[0047]
Test example 2
Using a dynamic viscoelasticity measuring device DMS-210 (manufactured by Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.), predetermined measurement conditions (sample width: 8 mm, sample length: 20 mm, heating rate: 5 ° C./min., Frequency) : 10 Hz, tension: 1.5 Pa) The temperature at which the porous film breaks under the above conditions is the melt fracture temperature with respect to the tension in the film surface direction (1.5 Pa) (breakage under the tension condition in the film surface direction) Temperature). The results are shown in Table 1.
[0048]
[Table 1]
Figure 0004138188
[0049]
From the above results, the porous films of Examples 1 and 2 have both a high film breaking temperature under compression conditions and a high breaking temperature under tension conditions with respect to the film surface direction, and very excellent heat resistance. On the other hand, it can be seen that the porous film of Comparative Example 1 containing no thermoplastic polyester ether elastomer has low film breaking temperature and breaking temperature, and lacks heat resistance.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, it can be used as a separator for a lithium ion secondary battery, and can maintain its shape even when exposed to high temperature and high pressure, and can prevent short-circuiting between electrodes due to breakage and film breakage. It has become possible to provide a safe and highly heat-resistant porous film.

Claims (4)

ポリオレフィン樹脂50〜95重量%と、熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマー5〜50重量%とからなる多孔質フィルム。  A porous film comprising 50 to 95% by weight of a polyolefin resin and 5 to 50% by weight of a thermoplastic polyester ether elastomer. 熱可塑性ポリエステルエーテルエラストマーの融点が160〜240℃、曲げ弾性率が3×107 Pa以上である請求項1記載の多孔質フィルム。The porous film according to claim 1, wherein the thermoplastic polyester ether elastomer has a melting point of 160 to 240 ° C. and a flexural modulus of 3 × 10 7 Pa or more. ポリオレフィン樹脂が重量平均分子量5×105 以上の超高分子量ポリオレフィン樹脂を1重量%以上含有してなる請求項1又は2記載の多孔質フィルム。The porous film according to claim 1 or 2, wherein the polyolefin resin contains 1% by weight or more of an ultrahigh molecular weight polyolefin resin having a weight average molecular weight of 5 × 10 5 or more. 超高分子量ポリオレフィン樹脂が超高分子量ポリエチレン樹脂である請求項3記載の多孔質フィルム。  The porous film according to claim 3, wherein the ultrahigh molecular weight polyolefin resin is an ultrahigh molecular weight polyethylene resin.
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