JP7054764B2 - 蓄電デバイス用セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
[1]
以下の工程:
(1)ポリプロピレン、ポリエチレン、及び可塑剤を押出機にてシート状に押出し、冷却固化させ、シート状成形体に加工するシート成形工程;
(2)前記シート状成形体を20倍以上250倍以下の面倍率で延伸して、延伸物を形成する延伸工程;
(3)前記延伸物から前記可塑剤を抽出して、微多孔膜を形成する微多孔膜形成工程;
(4)前記微多孔膜を熱処理に供して、幅方向に延伸及び緩和を行って熱処理された微多孔膜を得る熱処理工程;並びに
(5)前記熱処理された微多孔膜を巻取る巻取工程;
を含む蓄電デバイス用セパレータの製造方法であって、
前記ポリエチレンはパウダー状であり、かつ前記ポリプロピレンはペレット状である蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[2]
前記ポリプロピレン及び前記ポリエチレンは、下記方法(a)~(c):
(a)前記ポリプロピレン及び前記ポリエチレンを、それぞれ別のフィーダを用いて前記押出機へ投入する方法;
(b)前記ポリプロピレンと前記ポリエチレンをドライブレンドした混合状態で、一つのフィーダを用いて押出機へ投入する方法;
(c)前記ポリプロピレンと前記ポリエチレンをドライブレンドして得られた複数の樹脂原料を、それぞれ別のフィーダを用いて押出機へ投入する方法;
のいずれかにより前記押出機に投入される、項目1に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[3]
前記ポリエチレン/前記ポリプロピレンの質量比率が、99/1~60/40である、項目1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[4]
前記ポリエチレンは、重量平均分子量(Mw)が100,000~9,700,000であり、かつ数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~12である、項目3に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[5]
前記ポリプロピレンは、重量平均分子量(Mw)が300,000~2,000,000であり、かつ数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~12であり、かつ
前記ポリプロピレンのアイソタチックペンタッド分率(mmmm)が、85.0mol%~99.7mol%である、項目3に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[6]
項目1~5のいずれか1項に記載の製造方法で製造された、蓄電デバイス用セパレータ。
[7]
前記蓄電デバイス用セパレータは、微多孔膜を含み、
前記微多孔膜は、ポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
前記微多孔膜のX線回折(XRD)または広角X線散乱(WAXS)測定において、前記ポリエチレンの結晶子サイズが15nm~40nmであり、かつ前記ポリプロピレ
ンの結晶子サイズが10nm~50nmである、項目6に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[8]
微多孔膜を含む蓄電デバイス用セパレータであって、
前記微多孔膜は、ポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
前記微多孔膜のX線回折(XRD)測定において、前記ポリエチレンの結晶子サイズが15nm~40nmであり、かつ前記ポリプロピレンの結晶子サイズが10nm~50nmである蓄電デバイス用セパレータ。
[9]
前記微多孔膜のXRD測定において、前記ポリエチレンの結晶化度が、55%~99.9%である、項目8に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[10]
微多孔膜を含む蓄電デバイス用セパレータであって、
前記微多孔膜は、ポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
前記微多孔膜の広角X線散乱(WAXS)測定において、前記ポリエチレンの結晶子サイズが15nm~40nmであり、かつ前記ポリプロピレンの結晶子サイズが10nm~50nmである蓄電デバイス用セパレータ。
[11]
前記微多孔膜のWAXS測定において、前記ポリエチレンの結晶化度が、50%~90%である、項目10に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[12]
前記微多孔膜に含まれる前記ポリプロピレンのアイソタチックペンタッド分率(mmmm)が、85.0mol%~99.7mol%である、項目8~11のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
[13]
項目6~12のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータを含む電池。
本発明の一態様は、蓄電デバイス用セパレータを提供する。蓄電デバイス用セパレータ(以下、「セパレータ」として略記することがある。)とは、蓄電デバイスにおいて複数の電極の間に配置され、かつイオン透過性及び必要に応じてシャットダウン特性を有する部材をいう。
微多孔膜は、精密ろ過膜、燃料電池用セパレータ、コンデンサー用セパレータ、蓄電デバイス用セパレータ、電気分解膜又はそれらの構成材料等として利用可能である。
蓄電デバイス用セパレータ又はその構成材料、特に特にLIB用セパレータ又はその構成材料として微多孔膜が用いられる場合、微多孔膜は、それ自体が該セパレータとして用いられてもよく、微多孔膜の少なくとも片面に他の層又は他の膜が設けられたものが該セパレータとして用いられてもよい。蓄電デバイス用セパレータに用いられる微多孔膜としては、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、そして、孔径の微細なものが好ましい。
ポリエチレン(PE)は、重量平均分子量(Mw)が100,000~9,700,000であり、かつ/又は数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~12であることが好ましい。このようなMw及びMw/MnのPE樹脂は、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)とも称され、PE及びPPを含む微多孔膜の結晶分布の最適化、凝集物量及びゲル含有量、並びにそれを用いるセパレータ及び蓄電デバイスのサイクル特性の観点から好ましい。
このようなPE結晶群は、結晶を介した全体の高次構造が、電池の使用温度領域(-30℃~80℃)での電解液が持つ分子振動などの熱エネルギーにより膨潤(浸透、内部拡散)し易く、圧縮方向の良い体積回復率へ繋がると考えられる。PE結晶構造への膨潤は、電解液の浸透する力が、PEの高次構造が持つエントロピー弾性エネルギーに基づく力より高い場合に起こる現象である。そのため、PEの高次構造への膨潤は、電解液の浸透する力を向上させるか、または電解液が膨潤し易いPEの高次構造(膨潤後、全体の高次構造熱が熱エネルギー的な安定化が可能なPEの高次構造)の構築が必要である。本発明では、電池の使用温度領域内で微多孔膜の機械的強度を維持しながら、膨潤し易いPEの高次構造を構築できた。このような傾向に沿って、PE結晶子サイズは、15nm~40nmであることが好ましく、16nm~39nmであることがより好ましく、20nm~38nmであることが更に好ましい。PE単体の結晶子サイズは、例えば、微多孔膜の製造プロセスにおけるPE形態又はPE原料投入方式の制御、ポリプロピレン(PP)原料に対するPE原料割合の特定等により上記数値範囲内に調整されることができる。
ポリプロピレン(PP)は、重量平均分子量(Mw)が300,000~2,000,000であり、かつ数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~12であることが好ましい。このようなMw及びMw/MnのPP樹脂は、PE及びPPを含む微多孔膜の結晶分布の最適化、凝集物量及びゲル含有量、並びにそれを用いるセパレータ及び蓄電デバイスのサイクル特性の観点から好ましい。
ポリエチレンとポリプロピレンの質量比率は、PE/PP質量比率として、99/1~60/40であることが好ましく、97/3~70/30であることがより好ましく、95/5~85/15であることが更に好ましく、93/7~90/10であることが最も好ましい。微多孔膜中のPE/PP質量比率を上記の数値範囲内に調整することは、PE中に均一にPPが分散されたと推測される。実際には、微多孔膜の製造プロセスにおいてPE原料とPP原料を単に混合するだけでは、PE中にPPが均一に分散し難い。理論に拘束されることを望まないが、後述される蓄電デバイス用セパレータの製造プロセスにおいて、PE原料とPP原料について、それぞれの形態又は原料投入方式を制御して、特殊な押出工程に供することで、上記のような好適な分散が得られる傾向にある。そして、かかる手法によれば、上記の質量比率においてより好適に、PE中にPPを分散させ易くなる。
微多孔膜は、本発明の作用効果の発揮を阻害しない範囲で、PEとPP以外のポリオレフィン(PO)樹脂、例えば、結晶性に優れるブチレンホモポリマーなどを含んでよい。
微多孔膜の特性を以下に説明する。
これらの特性は、蓄電デバイス用セパレータとしての微多孔膜が平膜の場合であるが、蓄電デバイス用セパレータが積層膜の形態である場合には積層膜から微多孔膜以外の層を除いてから測定されることができる。
本発明の別の態様は、微多孔膜を含む蓄電デバイス用セパレータの製造方法を提供する。第二の実施形態に係る蓄電デバイス用セパレータの製造方法は、微多孔膜の製造方法を包含することができ、以下の工程:
(1)ペレット状のポリプロピレン(PP)、パウダー状のポリエチレン(PE)、及び可塑剤を押出機にてシート状に押出し、冷却固化させ、シート状成形体に加工するシート成形工程;
(2)シート状成形体を20倍以上250倍以下の面倍率で二軸延伸して、延伸物を形成する延伸工程;
(3)延伸物から可塑剤を抽出して、微多孔膜を形成する微多孔膜形成工程;
(4)微多孔膜を熱処理に供して、幅方向(TD)に延伸及び緩和を行って熱処理された微多孔膜を得る熱処理工程;並びに
(5)熱処理された微多孔膜を巻取る巻取工程;
を含む。
工程(1)では、ペレット状PP原料、パウダー状PE原料、及び可塑剤を押出機に供給する。上記のとおり、PE原料及びPP原料としては、第一の実施形態について説明されたPE及びPPを所定の質量比率で使用することができる。
PE原料は、微多孔膜の製造プロセスにおいて原料混合・押出工程の歩留まりを向上させる観点、及び得られる微多孔膜の未溶融物量を低減し易くする観点から、パウダーの形状であることが好ましく、使用PEの全質量を基準として、2質量%~100質量%がパウダーであることがより好ましい。
PP原料は、微多孔膜の製造プロセスにおいて原料混合・押出工程の歩留まりを向上させる観点、及び得られる微多孔膜の未溶融物量を低減し易くする観点から、ペレットの形状であることが好ましく、使用PPの全質量を基準として、2質量%~100質量%がペレットであることがより好ましい。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
PP原料を上記のように「ペレット」形態に調整することで、可塑剤による膨潤速度を大幅に遅らせることができる(すなわち、ペレット状PPは、実質的に膨潤しないことが推測される)。押出機の内部では、パウダー状PE原料の膨潤を阻害しないことが重要である。また、膨潤工程後の溶融工程で、均一溶融の視点からは、PP原料成分として好ましい「ペレット」とは、PE原料成分として好ましい「パウダー」の結晶子サイズよりも大きく、かつ、第一の実施形態において説明されたPPの結晶子サイズを有するものをいう。
可塑剤は、20℃~70℃の温度で液状であり、かつ、PE又はPPの分散性に優れる限り、既知の材料であることができる。工程(1)で使用される可塑剤は、その後の抽出も考慮すると、PE又はPPの融点以上において均一溶液を形成し得る、不揮発性溶媒が好ましい。不揮発性溶媒の具体例としては、例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス、デカン、及びデカリン等の炭化水素類;フタル酸ジオクチル、及びフタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコール、及びステアリルアルコール等の高級アルコール等が挙げられる。中でも、流動パラフィンは、ポリエチレンとの相溶性が高く、溶融混練物を延伸しても樹脂と可塑剤との界面剥離が起こり難く、均一な延伸が実施し易くなる傾向にあるため好ましい。
押出機としては、例えば、単軸押出機、二軸押出機、スクリュー付き短軸押出基などが挙げられ、中でも二軸押出機が好ましい。また、工程(1)では、連続混合機による原料のせん断が行われることが好ましく、二軸押出機に連続混合機が実装されていることがより好ましい。
(a)PPペレット及びPEパウダーを、それぞれ別のフィーダを用いて押出機へ投入する方法;
(b)PPペレット及びPEパウダーをドライブレンドした混合状態で、一つのフィーダを用いて押出機へ投入する方法;
(c)PPペレット及びPEパウダーをドライブレンドして複数の樹脂原料を得て、複数の樹脂原料をそれぞれ別のフィーダを用いて押出機へ投入する方法;
のいずれかにより押出機に投入されることが好ましい。PEとPPの結晶構造制御はPEとPP混合状態で重要であるため、本発明では両者の熱力学的に半相溶性である特性を活かして、限られた押出機内の滞留時間内でPEとPP分散状態を制御することに着目した。この着眼点からは、投入するPEおよびPPの大きさ(例えば、パウダー、ペレットなど)を制御することで、間接的にPEとPPの結晶構造を制御することに至った。加えて、押出内でPEが融解する前に、流動パラフィン(LP)などの可塑剤の膨潤が、PE自身の均一分散(例えば、未溶融物またはゲルの発生なし)にとって、最も重要である。PPの過剰な溶融物が、LPと混合し、可塑剤の粘度または不均一性を増すことで、PEの均一膨潤を阻害することが実験的に明らかになった。PE及びPP原料は、以上の観点から、上記方法(a)~(c)のいずれかにより押出機に投入されることが好ましい。
工程(1)では、樹脂原料、及び可塑剤を二軸押出機にて溶融混錬し、樹脂組成物を製造する。第二の実施形態では、可塑剤に対する樹脂原料の膨潤の均一性が確保される限り、溶融混錬に使用される装置の種類、時間等の条件は限定されない。なお、所望により、PE及びPP以外のPO樹脂、PO以外の樹脂原料、公知の添加剤、例えば、脱水縮合触媒、ステアリン酸カルシウム又はステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料等も二軸押出機に投入してよい。
工程(1)では、溶融混練物をシート状に成形する。シート状成形体を製造する方法としては、例えば、溶融混練物を、Tダイ等を介してシート状に押出し、熱伝導体に接触させて樹脂成分の結晶化温度より充分に低い温度まで冷却して固化する方法が挙げられる。冷却固化に用いられる熱伝導体としては、金属、水、空気、可塑剤等が挙げられる。これらの中でも、熱伝導の効率が高いため、金属製のロールを用いることが好ましい。また、押出した混練物を金属製のロールに接触させるときに、少なくとも一対のロールで挟み込むことは、熱伝導の効率が更に高まると共に、シートが配向して膜強度が増し、シートの表面平滑性も向上する傾向にあるため、より好ましい。樹脂組成物をTダイからシート状に押出すときのダイリップ間隔は200μm以上3,000μm以下であることが好ましく、500μm以上2,500μm以下であることがより好ましい。ダイリップ間隔が200μm以上であると、メヤニ等が低減され、スジ又は欠点などの膜品位への影響が少なく、その後の延伸工程において膜破断などのリスクを低減することができる。一方、ダイリップ間隔が3,000μm以下であると、冷却速度が速く冷却ムラを防げると共に、シートの厚み安定性を維持できる。また、押出されたシート状成形体を圧延してもよい。
工程(2)では、工程(1)で得られたシート状成形体を20倍以上250倍以下の面倍率で延伸する。面倍率が20倍以上であると、得られる微多孔膜に十分な強度を付与できる傾向にあり、一方、面倍率が250倍以下であると、膜破断を防ぎ、高い生産性が得られる傾向にある。工程(2)は、多孔体形成工程(3)の前に行ってよいし、工程(3)の後に多孔体に対して行ってもよい。さらに、工程(2)は、シート状成形体からの可塑剤の抽出の前後に行ってもよい。
工程(3)では、(1)で形成された樹脂組成物から、又は工程(2)で形成された延伸物から可塑剤を抽出し、微多孔膜を形成する。可塑剤の抽出方法としては、例えば、抽出溶剤に延伸物を浸漬して可塑剤を抽出して、乾燥させる方法が挙げられる。抽出方法は、バッチ式と連続式のいずれであってもよい。微多孔膜の収縮を抑えるために、浸漬、及び乾燥の一連の工程中にシート状成形体の端部を拘束することが好ましい。また、微多孔膜中の可塑剤残存量は、微多孔膜全体の質量に対して、1質量%未満にすることが好ましい。なお、工程(3)の後に、蒸留等の操作により可塑剤を回収して再利用してよい。
工程(4)では、例えば、工程(3)で得られた微多孔膜の融点以下の温度で、その微多孔膜の熱処理を行った後、かかる微多孔膜を延伸し、熱処理された微多孔膜を製造する。
工程(5)では、熱処理工程(4)で熱処理された微多孔膜、又は第二の実施形態により製造された微多孔膜を、例えば巻取機によりロール状に巻き取ることができる。得られたロールは、微多孔膜を用いて蓄電デバイス用セパレータを製造するまで保管されることができる。
得られた微多孔膜又はロールは、取り扱い性、及び保管安定性の観点から、スリッターにより切断されたりすることができる。また、微多孔膜に対して、界面活性剤等による親水化処理、電離性放射線等による架橋処理等の後処理を行ってもよい。工程(1)~(5)により得られた微多孔膜を、単層セパレータとして使用してよく、又は複数の微多孔膜を積層したり、微多孔膜と別の膜とを積層したり、微多孔膜に機能層を設けたり、微多孔膜にコーティングしたりすることができる。
本発明の別の実施形態に係る蓄電デバイスは、正極と、負極と、上記で説明された微多孔膜を含むセパレータとを備える。蓄電デバイスとしては、具体的には、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、ナトリウム二次電池、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウム二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウム二次電池、カルシウムイオン二次電池、アルミニウム二次電池、アルミニウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、レドックスフロー電池、リチウム硫黄電池、リチウム空気電池、亜鉛空気電池などが挙げられる。これらの中でも、実用性の観点から、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池(LIB)、ニッケル水素電池、又はリチウムイオンキャパシタが好ましく、より好ましくはリチウムイオン二次電池である。また、上記で列挙された電池は、イオン伝導性、充放電特性などの観点から、電解液を含むことが好ましい。
フッ素化エーテルとしては、例えば、一般式Rfaa-ORbb(式中、Rfaaは、フッ素原子を含有するアルキル基であり、かつRbbは、フッ素原子を含有してよい有機基である)で表される化合物等が挙げられる。
Rcc-O-C(O)O-Rdd
{式中、Rcc及びRddは、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、及び式CH2Rfee(式中、Rfeeは、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換された炭素数1~3のアルキル基である)で表される基から成る群より選択される少なくとも一つであり、そしてRcc及び/又はRddは、少なくとも1つのフッ素原子を含有する。}
で表すことができる。
Rff-C(O)O-Rgg
{式中、Rffは、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、CF3CF2H、CFH2、CF2H、CF2Rfhh、CFHRfhh、及びCH2Rfiiから成る群より選択される少なくとも一つであり、Rggは、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH3、CH(CH3)2、及びCH2Rfiiから成る群より選択される少なくとも一つであり、Rfhhは、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換されてよい炭素数1~3のアルキル基であり、Rfiiは、少なくとも1つのフッ素原子で水素原子が置換された炭素数1~3のアルキル基であり、そしてRff及び/又はRggは、少なくとも1つのフッ素原子を含有し、RffがCF2Hである場合、RggはCH3ではない}で表すことができる。
LIBは、正極として、コバルト酸リチウム、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム遷移金属酸化物、負極として、グラファイト、黒鉛等の炭素材料、又はケイ素含有材料、そして電解液としてLiPF6等のリチウム塩を含む有機溶媒を使用した蓄電池である。LIBの充電・放電時に、イオン化したLiが電極間を往復する。また、電極間の接触を抑制しながら、イオン化したLiが電極間を比較的高速で移動する必要があるため、電極間にセパレータが配置される。第一の実施形態に係るセパレータ、又は第二の実施形態により製造されたセパレータを、負極と隙間なく密着させるという観点から、LIBの負極は、シリコン(ケイ素)含有負極であることが好ましい。
Waters社製 ALC/GPC 150C型(商標)を用い、標準ポリスチレンを以下の条件で測定して較正曲線を作成した。また、下記各ポリマーについて同様の条件でクロマトグラムを測定し、較正曲線に基づいて、下記方法により各ポリマーの重量平均分子量と数平均分子量を算出した。
カラム :東ソー製 GMH6-HT(商標)2本+GMH6-HTL(商標)2本
移動相 :o-ジクロロベンゼン
検出器 :示差屈折計
流速 :1.0ml/min
カラム温度:140℃
試料濃度 :0.1wt%
(ポリエチレン及びポリプロピレンの重量平均分子量と数平均分子量)
得られた較正曲線における各分子量成分に、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)又は0.64(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、ポリエチレン換算又はポリプロピレン換算の分子量分布曲線を得て、重量平均分子量と数平均分子量を算出した。
ポリプロピレン成分中のアイソタチックペンタッド分率(mmmm)を、13C-NMRで測定されるメチル炭素領域の全吸収ピーク中の(mmmm)ピーク分率として求める。また、アイソタチックペンタッドを含むメチル基領域のシグナルの帰属は、A.Zambellietal.(Macromolecules 8,687(1975)に準拠する。具体的には、原料及び微多孔膜中の含有PPの立体規則構造に関するmmmmペンタッド分率を次のとおりに測定する。
<原料及び微多孔膜中の含有PPの立体規則構造に関するmmmmペンタッド分率>
試料を10重量%(wt%)の濃度となるよう130℃以上でo-ジクロロベンゼン(dichlorobenzene)-d4に溶解し、13C-NMR測定を行った。測定条件は以下のとおりである。
装置:Bruker Avance NEO 600
パルスプログラム:zgpg30
パルス待ち時間:5sec
試料管直径:5mmΦ
測定温度:130℃
13C-NMRスペクトルにおいてmmmmペンタッドを21.8ppmと帰属し、18ppm~22ppmのメチル領域のピークをmmmm、mmmr、rmmr、mmrr、rmrr、rmrm、mmrm、rrrr、rrrm、mrrmと帰属した。mmmmペンタッドの積分値を、これらピークの積分値の総和で除し、mmmmペンタッド分率を算出した。
なお、それぞれの立体構造のケミカルシフトについては、
mmmm 21.8ppm、
mmmr 21.6ppm、
rmmr 21.3ppm、
mmrr 21.0ppm、
mmrm+rmrr 20.8ppm、
rmrm 20.6ppm、
rrrr 20.3ppm、
rrrm 20.2ppm、
mrrm 19.9ppm
である。
微小測厚器(東洋精機製 タイプKBM)を用いて、室温23℃、湿度40%の雰囲気下でセパレータ試料の厚みを測定した。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。
セパレータ中またはセパレータに含まれる微多孔膜中に含まれるポリオレフィン(例えば、PE、PPなど)の結晶子サイズは、反射法X線回折または透過法広角X線散乱のどちらの測定法を用いてもよい。
セパレータ中またはセパレータに含まれる微多孔膜中に含まれるポリオレフィン(例えば、PE、PPなど)の結晶子サイズは、リガク社製透過型X線散乱装置NANOPIXを用いて行った。Cu-Kα線を試料に照射し、半導体検出器Hypix-6000により散乱を検出した。試料-検出器間距離は86mm、出力は40kV,30mAの条件下で測定を行った。光学系はポイントフォーカスを採用し、スリット径は1st slit:φ=0.55mm,2nd slit:open,Guard slit:φ=0.35mmの条件下で測定を行った。
透過法広角X線散乱測定の場合、2次元検出器で得られたX線散乱パターンにおいて、試料に照射されたX線が試料を直進、透過し、2次元検出器に到達した位置を中心としたとき、中心から同じ距離にある散乱強度は、同じ散乱角に対応する。そこで、測定されたX線散乱パターンに対して、各散乱角における強度平均を算出する(円環平均)ことで、散乱角2θに対する1次元散乱強度プロフィールを得ることができる。得られた1次元プロフィールの2θ=10.0°から2θ=29.0°までの範囲において、ポリエチレン斜方晶(110)面回折ピーク、斜方晶(200)面回折ピークとポリプロピレンのα晶(110)面回折ピーク、α晶(040)面回折ピーク、α晶(130)面回折ピークおよびポリエチレンの非晶ピークの6つに分離する処理を行った。2θ=10.0°から2θ=29.0°を直線で結ぶようにベースラインを引き、ポリエチレンの(110)面回折ピークおよび(200)面回折ピークはvoigt関数で近似し、ポリプロピレンの(110)、(040)、(130)面回折ピークおよびポリエチレンの非晶ピークはgauss関数で近似した。なお、非晶ピークのピーク位置は、2θ=19.6°、半値全幅は6.3°で固定し、結晶ピークのピーク位置と半値全幅は特に固定せずにピーク分離を行った。ピーク分離により算出されたポリエチレンの(110)面回折ピークおよびポリプロピレンの(110)面回折ピークの半値全幅より、シェラーの式(下式)に従って、結晶子サイズを算出した。なお、結晶化度は、分離した結晶と非晶ピークの和を、結晶ピークの面積が割算したパーセント値として得られることができる。
D=Kλ/(βcosθ)
D:結晶子サイズ(nm)
K:0.9 (定数)
λ:X線の波長(nm)
β:(β1 2-β2 2)0.5
β1:ピーク分離の結果算出された(hkl)ピークの半値全幅(rad)
β2:入射ビームの広がりの半値全幅(rad)
θ:ブラッグ角
・反射法X線回折測定におけるポリオレフィン結晶子サイズ(nm)と結晶化度
リガク社製X線回折装置Ultima-IVを用いて、セパレータ中に含まれるポリオレフィン(例えば、PE、PPなど)のXRD測定を行った。Cu-Kα線を試料に入射し、リガク社製検出器D/tex Ultraにより回折光を検出した。試料-検出器間距離285mm、励起電圧40kV及び電流40mAの条件下でKRD測定を行った。光学系としては集中光学系を採用し、DS=1/2°、SS=解放及び縦スリット=10mmというスリット条件下で測定を行った。
ポリエチレンの場合
得られたXRDプロフィールの2θ=9.7°から2θ=29.0°までの範囲を斜方晶(110)面回折ピークと斜方晶(200)面回折ピークと非晶ピークの3つに分離し、(110)面回折ピークの半値全幅より、シェラーの式(下式)に従って、結晶子サイズを算出した。(110)面回折ピークと(200)面回折ピークはvoigt関数で近似し、非晶ピークはgauss関数で近似した。なお、非晶ピークのピーク位置は、2θ=19.6°、半値全幅は6.3°で固定し、結晶ピークのピーク位置と半値全幅は特に固定せずにピーク分離を行った。ピーク分離により算出された(110)面回折ピークの半値全幅より、シェラーの式(下式)に従って、結晶子サイズを算出した。なお、結晶化度は、分離した結晶と非晶ピークの和を、結晶ピークの面積が割算したパーセント値として得られることができる。
得られたXRDプロフィールの2θ=6°から2θ=31°までの範囲で、結晶由来の回折ピークをα晶(単車晶)の(110)、(040)、(130)、(111)および(13-1)/(041)面の5つに分離し、非晶由来の回折ピークを2つに分離した。分離した結晶および非晶由来の回折ピークはgauss関数で近似した。なお、2つの非晶ピークはそれぞれ、次のように固定しピーク分離を行った。非晶ピーク1は2θ=14.9°、半値全幅4.7°で固定し、非晶ピーク2は2θ=19.18°、半値全幅7.0°で固定した。ピーク分離により得られた(110)面回折ピークの半値全幅より、シェラーの式(下式)に従って、結晶子サイズを算出した。結晶化度は、分離した結晶と非晶ピークの和を、結晶ピークの面積を割算したパーセント値として得ることができる。
D(110)=Kλ/(βcosθ)
D(110):結晶子サイズ(nm)
K:0.9 (定数)
λ:X線の波長(nm)
β:(β1 2-β2 2)0.5
β1:ピーク分離の結果算出された(hkl)ピークの半値全幅(rad)
β2:入射ビームの広がりの半値全幅(rad)
θ:ブラッグ角
セパレータ中の未溶融物量は、実施例と比較例の製膜工程を経て得られたセパレータを透過型光学顕微鏡で観察したときに、縦100μm×横100μm以上の面積を有し、かつ光が透過しない領域によって定量化される。透過型光学顕微鏡による観察にて、セパレータ面積1000m2当たりの樹脂凝集物の個数を測定した。
以下の手順a~cにより、正極、負極、及び非水電解液を調製した。
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。
非特許文献3に記載の方法に従って、シリコンを40%含有するグラフェン負極を調製し、負極集電体となる厚さ12μmの銅箔に3.6μm厚で担持して、負極を作製した。
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。
上記項目<膜厚(μm)>に記載の方法に従って、セパレータとして使用される微多孔膜の厚みを測定した。上記a~cで得られた正極、負極、及び非水電解液、並びにセパレータ(実施例のセパレータ又は比較例のセパレータ)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。
(e1)前処理
上記d.で作製された電池を、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。
上記(e1)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1000サイクル後の容量保持率を下記式により%値で算出した。
評価結果(%)=100×(1000サイクル後の保持容量/初期容量)
評価結果(%)=100×(100サイクル後のセパレータ厚み/上記d.で測定したセパレータ厚み)
なお、取り出したセパレータを任意の10箇所での厚みを測定して、平均値を用いた。
(電池の作製)
a.正極の作製
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2と、導電助剤としてカーボンブラックと、結着剤としてポリフッ化ビニリデン溶液とを、91:5:4の固形分質量比で混合し、分散溶媒としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように添加し、更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を、厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、アルミニウム箔の一部が露出するように塗布した後、溶剤を乾燥除去し、塗布量を片面当たり175g/m2とした。更に正極合剤部分の密度が2.8g/cm3となるようにロールプレスで圧延し、その後、塗布部が30mm×50mmで、かつアルミニウム箔露出部を含むように裁断し、正極を得た。
負極活物質として人造黒鉛/シリコン粒子(Elkem製、Silgrain e-Si 408)=1:1(質量比)と、結着剤としてスチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロース水溶液とを、負極活物質:スチレンブタジエンゴム:カルボキシメチルセルロース=96.4:1.9:1.7の固形分質量比で混合し、分散溶媒として水を固形分50質量%となるように添加し、更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を、厚さ10μmの銅箔の両面に銅箔の一部が露出するように塗布した後、溶剤を乾燥除去し、塗布量を片面当たり86g/m2とした。更に負極合剤部分の密度が1.45g/cm3となるようにロールプレスで圧延し、その後、塗布部が32mm×52mmで、かつ銅箔露出部を含むように裁断し、負極を得た。
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、更にビニレンカーボネートを1.0重量%となるように添加し、非水系電解液を調製した。
正極と負極の活物質面が対向するように、かつ正極と負極との間に介在するように、幅55mmの長尺のセパレータをつづら折りしながら、両面負極15枚、両面正極14枚からなる積層体とした。この積層体の14枚の正極アルミニウム箔の露出部に、シーラント付きのアルミニウム製リード片を溶接し、15枚の負極銅箔の露出部に、シーラント付きのニッケル製リード片を溶接した後、アルミニウムラミネート外装体内に挿入し、正・負極リード片が露出する辺とその他2辺との計3辺をラミネートシールした。次に上記非水系電解液を外装体内に注入し、その後開口部を封止して、28対向のラミネート型電池を作製した。得られた電池を室温にて1日放置した後、25℃雰囲気下、330mA(0.3C)の定電流で電池電圧4.2Vまで充電し、到達後4.2Vを保持するように定電圧充電を行うという方法で、合計8時間、電池作製後の最初の充電を行った。続いて、330mA(0.3C)の電流値で電池電圧3.0Vまで電池を放電した。
上記「d.電池組立」で得られた電池の充放電は、25℃雰囲気下で1000サイクル実施した。充電については、1A(1.0C)の定電流で電池電圧4.2Vまで充電し、到達後4.2Vを保持するように定電圧充電を行うという方法で、合計3時間電池を充電した。放電については、1A(1.0C)の電流値で電池電圧3.0Vまで電池を放電した。1000サイクル目の放電容量と1サイクル目の放電容量から、容量維持率を算出した。容量維持率が高い場合、良好なサイクル特性を有するものと評価した。
評価結果(%)=100×(1000サイクル後の保持容量/初期容量)
評価結果(%)=100×(100サイクル後のセパレータ厚み/上記d.で測定したセパレータ厚み)
なお、取り出したセパレータを任意の10箇所での厚みを測定して、平均値を用いた。
表1に示されるポリエチレン(PE)を用意した。
表2又は表3に示されるポリプロピレン(PP)を用意した。
PE1パウダーと、PP1ペレットとを、表4に記載の質量比にて、投入方式(a)に従って、ダイリップ間隔1500μmのマニホルド(Tダイ)を備える二軸押出機に供給し、溶融混合した。溶融混合中、流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-5m2/s)をインジェクションノズルで二軸押出機へ供給し、更に混練を行って、樹脂組成物を押出した。このとき、二軸押出機から押出される樹脂組成物に占める流動パラフィン量比が質量70%、樹脂組成物の温度が220℃となるように、押出中段部(二軸押出機の中段フィード口)から流動パラフィンを更に注入した。続いて、押出された樹脂組成物を、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、シート状成形体を得た。
表4~6に示すとおりに原料組成、原料投入方式、又は延伸工程の延伸倍率を変更したこと以外は、実施例1と同様の手法により微多孔膜を作製し、評価した。得られた微多孔膜、セパレータ及び電池の評価結果を表4~6に示す。
原料投入方式(a):PE及びPPを個別のフィーダから押出機へ投入する。
原料投入方式(b):PEとPPのドライブレンドを一つのフィーダから押出機へ投入する。
原料投入方式(c)PEとPPのドライブレンドにより複数の樹脂原料を得て、得られた複数の樹脂原料を個別のフィーダから押出機へ投入する。
Claims (11)
- 以下の工程:
(1)ポリプロピレン、ポリエチレン、及び可塑剤を押出機にてシート状に押出し、冷却固化させ、シート状成形体に加工するシート成形工程;
(2)前記シート状成形体を20倍以上250倍以下の面倍率で延伸して、延伸物を形成する延伸工程;
(3)前記延伸物から前記可塑剤を抽出して、微多孔膜を形成する微多孔膜形成工程;
(4)前記微多孔膜を熱処理に供して、幅方向に延伸及び緩和を行って熱処理された微多孔膜を得る熱処理工程;並びに
(5)前記熱処理された微多孔膜を巻取る巻取工程;
を含む蓄電デバイス用セパレータの製造方法であって、
前記ポリエチレンはパウダー状であり、かつ前記ポリプロピレンはペレット状である蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 - 前記ポリプロピレン及び前記ポリエチレンは、下記方法(a)~(c):
(a)前記ポリプロピレン及び前記ポリエチレンを、それぞれ別のフィーダを用いて前記押出機へ投入する方法;
(b)前記ポリプロピレンと前記ポリエチレンをドライブレンドした混合状態で、一つのフィーダを用いて押出機へ投入する方法;
(c)前記ポリプロピレンと前記ポリエチレンをドライブレンドして得られた複数の樹脂原料を、それぞれ別のフィーダを用いて押出機へ投入する方法;
のいずれかにより前記押出機に投入される、請求項1に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 - 前記ポリエチレン/前記ポリプロピレンの質量比率が、99/1~60/40である、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記ポリエチレンは、重量平均分子量(Mw)が100,000~9,700,000であり、かつ数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~12である、請求項3に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記ポリプロピレンは、重量平均分子量(Mw)が300,000~2,000,000であり、かつ数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が3~12であり、かつ
前記ポリプロピレンのアイソタチックペンタッド分率(mmmm)が、85.0mol%~99.7mol%である、請求項3に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。 - 微多孔膜を含む蓄電デバイス用セパレータであって、
前記微多孔膜は、ポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
前記微多孔膜のX線回折(XRD)測定において、前記ポリエチレンの結晶子サイズが15nm~40nmであり、かつ前記ポリプロピレンの結晶子サイズが10nm~50nmである蓄電デバイス用セパレータ。 - 前記微多孔膜のXRD測定において、前記ポリエチレンの結晶化度が、55%~99.9%である、請求項6に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 微多孔膜を含む蓄電デバイス用セパレータであって、
前記微多孔膜は、ポリエチレン及びポリプロピレンを含み、
前記微多孔膜の広角X線散乱(WAXS)測定において、前記ポリエチレンの結晶子サイズが15nm~40nmであり、かつ前記ポリプロピレンの結晶子サイズが10nm~50nmである蓄電デバイス用セパレータ。 - 前記微多孔膜のWAXS測定において、前記ポリエチレンの結晶化度が、50%~90%である、請求項8に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 前記微多孔膜に含まれる前記ポリプロピレンのアイソタチックペンタッド分率(mmmm)が、85.0mol%~99.7mol%である、請求項6~9のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
- 請求項6~10のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータを含む電池。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005190792A (ja) | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 電池用セパレータ |
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