JP7140926B2 - ポリオレフィン微多孔膜 - Google Patents
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Description
[1]
膜厚が1.0μm以上17.0μm以下であって、長手方向(MD)の曲げ剛性(gf×cm2/cm)を膜厚(μm)の3乗で除した値である曲げ係数が、0.3(μgf×cm2/cm)/μm3以上1.5(μgf×cm2/cm)/μm3以下であって、かつ目付換算突刺強度が70gf/(g/m2)以上160gf/(g/m2)以下であるポリオレフィン微多孔膜。
[2]
前記目付換算突刺強度が、80gf/(g/m2)以上140gf/(g/m2)である、項目1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[3]
突刺強度が300gf以上950gf以下である、項目1又2に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[4]
MDの引張強度およびTDの引張強度が1000kgf/cm2以上である、項目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]
MDの引張強度とTDの引張強度の比(MD/TD引張強度比)が0.80~1.20である、項目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]
シャットダウン温度が125℃以上150℃以下である、項目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]
透気度が30sec/100cm3以上250sec/100cm3以下である、項目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]
単位膜厚当たりの耐電圧が、0.130kV/μm以上である、項目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]
平均孔径が、0.010μm以上0.080μm以下である、項目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]
ポリエチレンの割合が50質量%以上100質量%以下であり、かつポリプロピレンの割合が0%以上20質量%以下である、項目1~9のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
本発明の一態様は、ポリオレフィン微多孔膜である。角型電池で使用されるポリオレフィン微多孔膜は、電極とセパレータを捲回する際のスプリングバックを考慮して、曲げ剛性が低いものが好ましい。また、ポリオレフィン微多孔膜は、二次電池用セパレータとして利用されることができるため、電池の衝突安全性の観点からは突刺強度が高い方が好ましい。
本明細書では、曲げ剛性とはMD20cm×TD20cmに切り出したサンプルの対向する2辺をチャックで固定し、そのうちの1辺を固定して、対向する1辺を曲線状に動かして図1のように曲線状に折り曲げたときに、サンプルがもとの平坦な状態に戻ろうとする力のことを意味する。一般的には、この働く力のことを「曲げ剛性」と呼び、折り曲げる動作に対するサンプルの柔軟性を表す指標となる。
本明細書では、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、最大突刺荷重として突刺強度(gf)を測定し、突刺強度を目付で除した値を目付換算突刺強度とした。目付換算突刺強度を高くすることにより、電池に衝突があったとしても、膜が破膜することなく絶縁性が保たれるため、電池が熱暴走すること無く、安全性を担保することが可能となる。このような観点から、目付換算突刺強度は、70gf/(g/m2)以上である。また、突刺強度を高くするほど、微多孔膜が熱を受けたときの収縮の割合(以下、熱収縮)が、一般的に大きくなる。熱収縮を抑制する観点で、目付換算突刺強度の上限は、160gf/(g/m2)以下である。
ポリオレフィン微多孔膜の構成要素及び好ましい実施形態について以下に説明する。
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。
本発明の実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、その製造方法の一例として、以下に説明する工程(A)~(E)を含むポリオレフィン微多孔膜の製造方法によって製造することができる。
ポリオレフィン微多孔膜は、非常に小さな孔が多数集まって緻密な連通孔を形成した多孔構造を有しているため、電解液を含んだ状態においてイオン透過性に非常に優れると同時に高強度であるという特徴を有する。微多孔膜は、上述した材料から成る単層膜であってもよく、積層膜であってもよい。
本発明の製造方法は特に限定されないが、一例として以下の工程を含む方法が挙げられる:
(A)ポリオレフィン樹脂及び孔形成材を含むポリオレフィン組成物を押し出して、ゲル状シートを形成する工程;
(B)ゲル状シートを二軸延伸して、延伸シートを形成する工程;
(C)延伸シートから孔形成材を抽出して、多孔膜を形成する工程;
(D)多孔膜を熱固定する工程;並びに
(E)MDに微延伸する工程。
また、ポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、工程(A)において、多分散度が4.0以上12.0以下のポリオレフィン原料を50質量%以上使用し、工程(B)における長手方向の倍率が6倍以上10倍以下であり、工程(D)では、延伸操作と緩和操作を少なくとも一回ずつ含み、工程(D)における延伸の歪速度が11%/sec以下であり、工程(D)における緩和の歪速度が10%/sec以下であり、工程(E)において、ポリオレフィン微多孔膜の融点-70℃~融点-30℃の温度で1.0~5.0%のMD微延伸をすることを特徴とする。
ポリオレフィン微多孔膜の製造工程及び好ましい実施形態について以下に説明する。
工程(A)では、ポリオレフィン組成物を押し出して、ゲル状シートを形成する。ポリオレフィン組成物は、ポリオレフィン樹脂、孔形成剤等を含んでよい。ゲル状シートは、ポリオレフィン樹脂と孔形成材とを溶融混練してシート状に成形することにより得ることができる。
リオレフィン分子鎖の切断が起こらず、均一かつ微細な孔構造を形成し易く、強度も増加し易い。
工程(B)では、工程(A)で得られたゲル状シートを延伸する。工程(B)は、シートから孔形成材を抽出する工程(C)の前に行う。工程(B)では、ゲル状シートの延伸処理は、ポリオレフィン微多孔膜の曲げ剛性をコントロールする観点から、長手方向と幅方向に少なくとも1回ずつ(すなわち、二軸延伸により)行われる。
同時二軸延伸とは、長手方向の延伸と幅方向の延伸が同時に施される延伸方法をいい、各方向の延伸倍率は異なってもよい。逐次二軸延伸とは、長手方向及び幅方向の延伸が独立して施される延伸方法をいい、長手方向又は幅方向に延伸が為されているときは、他方向は非拘束状態又は定長に固定されている状態とする。
工程(C)では、シート状成形体から孔形成材を除去して多孔膜を得る。孔形成材を除去する方法としては、例えば、抽出溶剤にシート状成形体を浸漬して孔形成材を抽出し、充分に乾燥させる方法が挙げられる。孔形成材を抽出する方法は、バッチ式と連続式のいずれであってもよい。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、多孔膜中の孔形成材残存量は、多孔膜全体の質量に対して1質量%未満であることが好ましい。
げられる。なお、これらの抽出溶剤は、蒸留等の操作により回収して再利用してよい。また、孔形成材として無機材を用いる場合には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水溶液を抽出溶剤として用いることができる。
熱固定工程(D)では、ポリオレフィン微多孔膜の収縮を抑制するために、工程(C)の可塑剤抽出後に、熱固定を目的として微多孔膜の熱処理を行う。
多孔膜の熱処理としては、物性の調整を目的として、所定の温度の雰囲気及び所定の延伸倍率で行う延伸操作、並びに/又は、延伸応力の低減を目的として、所定の温度の雰囲気及び所定の緩和率で行う緩和操作が挙げられる。これらの熱処理は、テンター又はロール延伸機を用いて行うことができる。なお、可塑剤抽出後の延伸及び緩和操作などを含む熱固定は、幅方向に行うことが好ましい。
緩和操作は、延伸操作後の膜の長手方向及び/又は幅方向への縮小操作のことであり、緩和率とは、熱固定工程における緩和倍率を延伸倍率で除した値であり、緩和率は1.0以下であることが好ましく、0.90以下であることがより好ましく、0.85以下であることがさらに好ましい。また、緩和率は、膜の高強度化の観点から0.5以上であることが好ましい。緩和操作は、長手方向と幅方向の両方向、又は長手方向と幅方向の片方だけで行ってよい。
ポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、工程(E)を含むことが重要である。工程(E)では、膜の剛性のコントロールのために、工程(D)の後、ロール延伸機またはテンター延伸機により、長手方向に1.0%以上5.0%以下の微延伸を行うことが好ましく、より好ましくは、MDに1.5~4.0%の微延伸を行ない、さらに好ましくはMDに2.0%以上4.0%以下で微延伸を行ない、特に好ましくはMDに2.0~3.5%で微延伸を行なう。理論に拘束されることを望まないが、工程(E)で1.0%以上5.0%以下の微延伸を行うことにより曲げ係数を既定の範囲内にコントロールすることができる。
安全性、寸法安定性、耐熱性などの観点から、ポリオレフィン微多孔膜表面に無機塗工層を設けることができる。無機塗工層は、無機粒子などの無機成分を含む層であり、所望により、無機粒子同士を結着させるバインダ樹脂、無機粒子をバインダ樹脂中に分散させる分散剤などを含んでよい。
バインダ樹脂としては、例えば、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体、ポリビニルアルコール系樹脂、及び含フッ素樹脂などが挙げられる。また、バインダ樹脂は、ラテックスの形態であることができ、水又は水系溶媒を含むことができる。分散剤は、スラリー中で無機粒子表面に吸着し、静電反発などにより無機粒子を安定化させるものであり、例えば、ポリカルボン酸塩、スルホン酸塩、ポリオキシエーテル、界面活性剤などである。
また、さらに電極との接着性を発現する接着層(有機塗工層)をポリオレフィン微多孔膜又は無機塗工層に付設してもよく、接着層を設けた場合、例えばラミネート型電池において変形等を抑えることができる。
本発明の実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池用セパレータとして利用されることができる。ポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池に組み込まれることによって、リチウムイオン二次電池の熱暴走を抑制することができる。
なお、上述した各種物性の測定値は、特に断りの無い限り、後述する実施例における測定法に準じて測定される値である。
特に断りがない限り、各測定は室温23℃±2℃、湿度40%±5%の環境下で行なった。
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
示差屈折率計と光散乱検出器を接続したGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用い、以下の条件で、各樹脂の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、Z平均分子量(Mz)、多分散度(Mw/Mn)、及び、Z平均分子量と重量平均分子量の比(Mz/Mw)を測定した。具体的には、Agilent社製、示差屈折計(RI)と、光散乱検出器(PD2040)、を内蔵したPL-GPC200を使用した。カラムとして、Agilent PLgel MIXED-A(13μm、7.5mmI.D×30cm)を2本連結して使用した。160℃のカラム温度で、溶離液として、1,2,4-トリクロロベンゼン(0.05wt%の4,4’-Thiobis(6-tert-butyl-3-methylphenolを含有)を、流速1.0ml/min、注入量500μLの条件で測定し、RIクロマトグラムと、散乱角度15°と90°の光散乱クロマトグラムを得た。得られたクロマトグラムより、Cirrusソフトを用いて、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及びZ平均分子量(Mz)を得た。このMzとMwの値を用いてZ平均分子量と重量平均分子量の比(Mz/Mw)を、また、MwとMnの値を用いて多分散度(Mw/Mn)を得た。なお、ポリエチレンの屈折率増分の値は、0.053ml/gを用いた。
DSCは、島津製作所社製DSC60を使用して測定した。まず、PO微多孔膜を、直径5mmの円形に打ち抜き、数枚重ね合わせて3mgとしたものを測定サンプルとして用いた。このサンプルを、直径5mmのアルミニウム製オープンサンプルパンに敷き、クランピングカバーを乗せ、サンプルシーラーによりアルミニウムパン内に固定した。窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で30℃から200℃まで昇温し(1回目昇温)、200℃で5分ホールドした後、降温速度10℃/分で200℃から30℃まで降温した。続いて、30℃において5分間ホールドした後、再度、昇温速度10℃/分で30℃から200℃まで昇温した(2回目昇温)。2回目昇温の融解吸熱曲線において、極大となる温度をPO微多孔膜の融点とした。極大値が複数ある場合は、一番大きな融解吸熱曲線の極大値となる温度をPO微多孔膜の融点(Tm)として採用した。
JIS K7112:1999に従い、密度勾配管法(23℃)により、試料の密度を測定した。
目付は、単位面積(1m2)当たりのポリオレフィン微多孔膜の重量(g)である。1m×1mにサンプリング後、島津製作所製の電子天秤(AUW120D)にて重量を測定した。なお、1m×1mにサンプリングできない場合は、適当な面積に切り出して重量を測定した後、単位面積(1m2)当たりの重量(g)に換算した。
東洋精機製の微少測厚器(タイプKBN、端子径Φ5mm)を用いて、雰囲気温度23±2℃で厚みを測定した。なお、厚みを測定する際には微多孔膜を10cm×10cmにサンプリング後、重ねて15μm以上になるように複数枚微多孔膜を重ねて、9か所を測定して平均を取り、その平均値を重ねた枚数で割った値を1枚の厚みとする。
10cm×10cm角の試料をポリオレフィン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、次式を用いて計算した。
気孔率(%)=(体積-質量/混合組成物の密度)/体積×100
なお、混合組成物の密度は、用いたポリオレフィン樹脂と他の成分の各々の密度と混合比より計算して求められる値を用いた。
旭精工株式会社の王研式透気度測定機「EGO2」で透気度を測定した。
透気度の測定値は、膜の幅方向に沿って両端から5cmの地点と中央1点との計3点の透気度を測定し、それらの平均値を算出した値である。
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、室温23℃及び湿度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突刺強度(gf)を測定し、かつ針が微多孔膜に触れてから最大応力(突刺強度)に達するまでの針の変位(mm)を突刺伸度として測定した。
突刺試験の測定値は、膜の幅方向に沿って両端から5cmの地点と中央1点との計3点を測定し、それらの平均値を算出した値である。
目付換算突刺強度は以下の式で求める。 目付換算突刺強度[gf/(g/m2)] = 突刺強度[gf] / 目付[g/m2]
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、孔径とした。
dHD=2860×γ/PHD
カトーテックの純曲げ試験機KES-FB2-Aを用いて、雰囲気温度23±2℃雰囲気湿度40±2%で膜サンプルの曲げ剛性の値を測定した。サンプルをMD20cm×TD20cmにカットし、図1のようにTDの両端2辺を、固定チャック(2)と移動チャック(3)にチャッキングし、取り扱い説明書に従ってMDの曲げ剛性値の測定を行った。各設定は以下とする。
アナログメーターの指針:10V
SENS:4
曲げ変形速度:0.5cm-1/sec
曲率:±2.5cm-1
曲げ剛性(gf×cm2/cm)は、曲率を上方向に0.5(1/cm)~1.5(1/cm)と下方向に-0.5(1/cm)~-1.5(1/cm)に変化させたときの、単位幅当たりの曲げモーメントの変化率として算出する。同じ範囲で曲率を変化させた場合に、曲げモーメントが大きいほど、曲げに対する抵抗が大きく、セパレータにコシがあることを意味する。曲げ剛性は、セパレータを上方向、下方向に1回ずつ折り曲げたときの平均値を採用する。
また、曲げ係数(μgf×cm2/cm)/μm3は以下のように計算する。尚、曲げ係数の計算においては、曲げ剛性値(gf×cm2/cm)を(μgf×cm2/cm)に単位換算してから計算する。
曲げ係数[(μgf×cm2/cm)/μm3]=曲げ剛性値[μgf×cm2/cm]/膜厚[μm]3
TDの曲げ剛性値を測定する場合は、MD20cm×TD20cmに切り出したサンプルのMDの両端2辺をチャッキングし、上記と同様に測定する。
なお、ポリオレフィン微多孔膜が表面に無機塗工層及び/又は有機塗工層を有する場合、それらの塗工層を微多孔膜から除外してから、曲げ剛性を測定するものとする。
厚さ10μmのNi箔を2枚(A,B)用意し、一方のNi箔Aを縦15mm、横10mmの長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ともに他方のNi箔Bには測定試料のセパレータを置き、セパレータの両端をテフロン(登録商標)テープで固定した。このNi箔Bを電解液1mol/Lのホウフッ化リチウム溶液(溶媒: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=体積比1/1/2の混合溶媒)に浸漬してセパレータに電解液を含浸させた後、Ni箔(A,B)を貼り合わせ、2枚のガラス板で両側をクリップで押さえた。このようにして作製したNi箔電極を25℃のオーブンに入れ、200℃まで2℃/minで昇温した。この際のインピーダンス変化を電気抵抗測定装置「AG-4311」(安藤電気社製)を用いて、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値が1000Ωに達した温度をシャットダウン温度(℃)とした。
ポリオレフィン微多孔膜の幅方向の中央1点について、MD10cm×TD10cmに切り出し、直径5mmのアルミニウム板で挟み、菊水電子工業製の耐電圧測定機(TOS9201)でこれの測定を実施した。測定条件については、直流電圧を初電圧0Vからスタートし、100V/secの昇圧速度で電圧を掛け、電流値が0.2mA流れた時の電圧値を微多孔膜の耐電圧測定値とした。なお、15mm間隔にMD5点×TD5点の合計25点測定し、その平均値を耐電圧測定値とした。
また、単位膜厚当たりの耐電圧は以下のように計算した。単位膜厚当たりの耐電圧[V/μm]=耐電圧[V]/膜厚[μm]
JIS K7127に準拠し、島津製作所製の引張試験機、オートグラフAG-A型(商標)を用いて、MD及びTDサンプル(形状;幅10mm×長さ100mm)について測定した。引張試験機のチャック間を50mmとし、サンプルの両端部(各25mm)の片面にセロハン(登録商標)テープ(日東電工包装システム(株)製、商品名:N.29)を貼ったものを用いた。更に、試験中のサンプル滑りを防止するために、引張試験機のチャック内側に、厚み1mmのフッ素ゴムを貼り付けた。
なお、測定は、温度23±2℃、チャック圧0.40MPa、及び引張速度100mm/minの条件下で行った。
引張強度(MPa)は、ポリオレフィン微多孔膜の破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除することで求めた。
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。
各工程及び各方向への延伸の歪速度を以下のように計算した。
歪速度(%/sec)=(延伸倍率-1)×100/(延伸長(m)/((延伸前ライン速度(m/sec)+延伸後ライン速度(m/sec))/2))
ここで、延伸長とは、工程(B)および工程(D)で、延伸開始から延伸終了までに膜が長手方向(MD)に移動する距離のことを指す。
また、工程(D)における歪速度の算出は、延伸操作と緩和操作のそれぞれの歪速度を算出する。
正極として厚み10μmのアルミニウム箔を、負極として厚み10μmのニッケル箔を用意し、正極、ポリオレフィン膜、負極、ポリオレフィン膜となるように重ねた後に捲回し、直径が20mmとなるように捲回体を作製した。その後、プレス機にて5MPa,30℃で10秒間プレスした後、3秒後と1分後の捲回体の厚みの差を評価した。なお、計3回測定し、その平均の値をスプリングバック値とした。スプリングバック値=100-(3秒後の捲回体の厚み/1分後の捲回体の厚み×100)[%]
また、スプリングバック値を次の基準により評価した。
(評価基準)
A: 2%未満
B:2%以上5%未満
C:5%以上10%未満
D:10%以上15%未満
E:15%以上
捲回体のスプリングバック評価で使用されたものと同じ正極と負極を用意した。ポリオレフィン膜を30mm間隔で、上下面が交互に入れ替わるように折り返しつつ、一方から正極を、他方から負極を挿入することを繰り返し、総厚みが20mmになるように積層体を作成した。プレス機にて5MPa,30℃で10秒間プレスした後、3秒後と1分後の積層体の厚みの差を評価した。なお、計3回測定し、その平均の値をスプリングバック値とした。スプリングバック値=100-(3秒後の積層体の厚み/1分後の積層体の厚み×100)[%]
また、スプリングバック値を次の基準により評価した。
(評価基準)
A: 1%未満
B:1~3%未満
C:3~5%以上
D:5~7%以上
E:7%以上
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、並びに導電材としてグラファイト及びアセチレンブラックを、バインダであるポリフッ化ビニリデン(PVDF)及びN-メチルピロリドン(NMP)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15μmのアルミニウム箔にダイコーターで塗布し、130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。得られた成形体を57.0mm幅にスリットして正極を得た。
b.負極の作製
負極活物質として人造グラファイト、及び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とスチレン-ブタジエン共重合体ラテックスとを、精製水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銅箔にダイコーターで塗布し、120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。得られた成形体を58.5mm幅にスリットして負極を得た。
c.非水電解液の調製
エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1mol/Lとなるように溶解させて、非水電解液を調製した。
d.電池組立
正極、実施例又は比較例で得られた多孔膜及び負極を捲回した後、常法により捲回電極体を作製し、外装缶に入るようにプレス機にてプレスした。なお、捲回数はポリオレフィン微多孔膜の厚み及びスプリングバックの程度によって調整した。得られた巻回電極体の最外周端部を絶縁テープの貼付により固定した。負極リードを電池缶に、正極リードを安全弁にそれぞれ溶接して、巻回電極体を電池缶の内部に挿入した。その後、非水電解液を電池缶内に5g注入し、ガスケットを介して蓋を電池缶にかしめることにより、幅42.0mm、高さ63.0mm、厚さ10.5mmの角型二次電池を得た。この角型二次電池を25℃の雰囲気下、0.2C(定格電気容量の1時間率(1C)の0.2倍の電流)の電流値で電池電圧4.2Vまで充電し、到達後4.2Vを保持するようにして電流値を絞り始めるという方法で、合計3時間充電を行った。続いて0.2Cの電流値で電池電圧3.0Vまで放電した。
a.衝突試験
図2は、衝突試験の概略図である。
衝突試験では、試験台上に配置された角型電池サンプル4の上に、サンプル4と丸棒5(φ=15.8mm)が概ね直交するように、丸棒5を置いて、丸棒5から61cmの高さの位置から、丸棒5の上面へ18.2kgの錘6を落すことにより、サンプル4に対する衝撃の影響を観察する。
図2を参照して、実施例及び比較例における衝突試験の手順を以下に説明する。
25℃の環境下で、上記項目で得た二次電池を1Cの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電した。
次に、25℃の環境下で、二次電池を平坦な面に横向きに置き、二次電池の中央部を横切るように、直径15.8mmのステンレスの丸棒5を配置した。丸棒5は、その長軸がセパレータの長手方向(MD)と平行となるように配置した。二次電池の中央部に配置した丸棒5から二次電池の縦軸方向に対して、直角に衝撃が加わるように、18.2kgの錘6を61cmの高さから落下させた。衝突後、3秒後と3分後に二次電池の表面温度を測定した。5セルずつ試験を行い、下記基準に即して評価した。本評価項目については、AとBとCを合格の基準とした。なお、二次電池の表面温度とは、二次電池の外装体の底側から1cmの位置を熱電対(K型シールタイプ)で測定した温度である。
A:全てのセルにおいて、表面温度が30℃以下。
B:全てのセルにおいて、表面温度が50℃以下。
C:全てのセルにおいて、表面温度が70℃以下。
D:全てのセルにおいて表面温度が100℃以下。
E:1個以上のセルで表面温度が100℃を超過、又は発火。
衝突試験と同様にして組み立てて評価のために選定された角型二次電池について、25℃の環境下で、1Cの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電した。充電後の電池を、25℃の雰囲気下の恒温状態で放電終止電圧3Vまでの1C放電容量と5C放電容量を測定し、5C容量/1C容量を出力特性値とした。なお、下記基準に即して出力特性値を評価した。
A:出力特性値が0.95以上。
B:出力特性値が0.90以上0.95未満。
C:出力特性値が0.85以上0.90未満。
D:出力特性値が0.80以上0.85未満。
E:出力特性値が0.80未満。
衝突試験と同様にして組み立てて評価のために選定された電池を用いて、25℃の環境下で、上記項目で得た二次電池を1Cの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電した。充電後の電池を室温から所定の温度まで5℃/分で昇温し、所定の温度で60分間放置し、発火状況を確認した。なお、電池を3個作製し、下記基準に即して結果を評価した。
A:136℃にて、いずれの電池も発火しなかったもの。
B:134℃にて、いずれの電池も発火しなかったもの。
C:132℃にて、いずれの電池も発火しなかったもの。
D:130℃にて、いずれの電池も発火しなかったもの。
E:130℃にて、少なくとも1つの電池が発火したもの。
衝突試験と同様にして組み立てて評価のために選定された電池を用いて、25℃の環境下で、終止電池電圧4.0Vの条件下で3時間定電流定電圧(CCCV)充電した後、4.0V定電圧充電を2時間継続する手法により、電池電圧を4.0Vに調整する。続いて25℃に設定した恒温槽内で、電池を10kPaの圧力で加圧した状態で1時間静置し、電圧が3.7V以下に低下したものを微短絡とする。電池を10個作製し、微短絡した電池の個数で下記基準に即して4.0V微短絡検査試験の結果を評価した。
A:微短絡した電池の個数が0個
B:微短絡した電池の個数が1個
C:微短絡した電池の個数が2~3個。
D:微短絡した電池の個数が4~5個。
E:微短絡した電池の個数が6個以上。
(A)Mv70万、多分散度(Mw/Mn)7.9の高密度ポリエチレン(PE5)を45質量%、Mv25万、多分散度(Mw/Mn)7.2の高密度ポリエチレン(PE2)を45質量%、Mv40万、多分散度(Mw/Mn)4.5のホモポリプロピレン(PP1)10質量%をタンブラーブレンダーを用いてドライブレンドして、原料樹脂混合物を得た。32質量%の原料樹脂混合物と68質量%の流動パラフィンと0.1質量%の酸化防止剤とを配合して、ポリオレフィン組成物を得た。次に、ポリオレフィン組成物を二軸押出機に投入し、キャストロール間距離900μmで溶融したポリオレフィン組成物を押出してゲル状シートを形成し、キャストロールで冷却固化した。
(B)同時二軸延伸機を用いて設定温度119℃、面倍率64倍(長手方向延伸倍率8倍、幅方向延伸倍率8倍)で、冷却固化されたシートを延伸して延伸シートを得た。
(C)その後、延伸シートを塩化メチレンに浸漬し、流動パラフィンを抽出除去してから乾燥させて多孔化した。
(D)さらに、得られた多孔化物を一軸延伸機により温度135℃で幅方向に延伸倍率1.8倍延伸した後、緩和倍率1.6倍に緩和した。
(E)熱固定工程の後、70℃の温度で、微延伸倍率3%でロール延伸にて微延伸して、厚みが5.8μmのポリオレフィン微多孔膜を得た。
ポリオレフィン微多孔膜を上記方法に従ってスプリングバック評価と衝突試験を実施した。ポリオレフィン微多孔膜の製造条件及び評価結果を表1に示す。また、使用されたポリマー原料の詳細を表3に示す。
表1及び2に示される製造条件を使用したこと以外は実施例1と同様の方法でポリオレフィン微多孔膜を得て、評価した。評価結果を下記表1及び2に示す。ただし、比較例18は、工程(D)において緩和操作を実施しなかった。比較例3および比較例13は、工程(E)において、MD微延伸を実施しなかった。
工程(B)においてロール延伸機を用いて設定温度115℃、長手方向延伸倍率6倍で、冷却固化されたシートを延伸した後に続いてテンターを用いて設定温度120℃、幅方向延伸倍率7倍で延伸を実施したこと及び、工程(E)においてMD微延伸を実施しなかったこと以外は実施例1と同様の方法でポリオレフィン微多孔膜を得て、評価した。評価結果を下記表1及び2に示す。
重量平均分子量が590,000、融点が161℃のポリプロピレン樹脂を200℃に設定した単軸押出機にフィーダーを介して投入し、押出機先端に設置したTダイ(200℃)から押し出した。その後直ちに、溶融した樹脂にエアナイフを用いて25℃の冷風を当て、95℃に設定したキャストロールでドロー比200、巻き取り速度20m/分の条件で巻き取り、フィルムを成形した。得られたフィルムを、145℃に加熱された熱風循環オ-ブン中で1時間アニールを施した。次に、アニール後のフィルムを25℃の温度で縦方向に1.2倍で一軸延伸して、延伸フィルムを得た。次いで、延伸フィルムを140℃の温度で縦方向に2.5倍で一軸延伸して、150℃で熱固定した後に、微多孔性フィルムを巻き取った。
重量平均分子量700,000、融点162℃のポリプロピレン樹脂100質量%を、単軸押出機を用いて樹脂温度200℃で溶融押出し、ノズル径0.60mmのノズルより、単孔当たり0.6g/分の吐出量で吐出させて紡糸した。紡糸により得られた繊維を空気で冷却しながら吸引することで、100m/分のライン速度で移動しているネット面に捕集した。ネット面に捕集された繊維束を線圧40N/mmで挟圧し、引取りロールに巻き取ることで不織布を製造した。得られた不織布の剛性が低く、スプリングバック評価用の捲回体および積層体、また角型電池作製時にシワ入り、各種評価が出来なった。
PC:ポリオレフィン組成物中の原料樹脂混合物の割合[%]
C/C:キャストロール間間隔(μm)
HS:熱固定工程
Q 可動点
1 膜サンプル
2 固定チャック
3 移動チャック
4 角型電池サンプル
5 丸棒
6 錘
Claims (10)
- 膜厚が1.0μm以上17.0μm以下であって、長手方向(MD)の曲げ剛性(gf×cm2/cm)を膜厚(μm)の3乗で除した値である曲げ係数が、0.3(μgf×cm2/cm)/μm3以上1.5(μgf×cm2/cm)/μm3以下であって、かつ目付換算突刺強度が70gf/(g/m2)以上160gf/(g/m2)以下であるポリオレフィン微多孔膜。
- 前記目付換算突刺強度が、80gf/(g/m2)以上140gf/(g/m2)である、請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 突刺強度が300gf以上950gf以下である、請求項1又2に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- MDの引張強度およびTDの引張強度が1000kgf/cm2以上である、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。
- MDの引張強度とTDの引張強度の比(MD/TD引張強度比)が0.80~1.20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。
- シャットダウン温度が125℃以上150℃以下である、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。
- 透気度が30sec/100cm3以上250sec/100cm3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。
- 単位膜厚当たりの耐電圧が、0.130kV/μm以上である、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。
- 平均孔径が、0.010μm以上0.080μm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。
- ポリエチレンの割合が50質量%以上100質量%以下であり、かつポリプロピレンの割合が0%以上20質量%以下である、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。
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