JP7604877B2 - Polyolefin microporous membrane - Google Patents
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Description
本発明は、ポリオレフィン微多孔膜に関し、特に二次電池用セパレータとして用いた際に、優れた充放電特性と電池安全性を有するポリオレフィン微多孔膜に関する。 The present invention relates to a polyolefin microporous membrane, and in particular to a polyolefin microporous membrane that has excellent charge/discharge characteristics and battery safety when used as a separator for a secondary battery.
微多孔膜は、ろ過膜、透析膜などのフィルター、二次電池用セパレータや電解コンデンサー用のセパレータなど種々の分野に用いられる。これらの中でも、ポリオレフィンを樹脂材料とするポリオレフィン微多孔膜は、耐薬品性、絶縁性、機械的強度などに優れ、シャットダウン特性を有するため、近年、二次電池用セパレータとして広く用いられる。 Microporous membranes are used in a variety of fields, including filters such as filtration membranes and dialysis membranes, as well as separators for secondary batteries and electrolytic capacitors. Among these, polyolefin microporous membranes, which use polyolefin as the resin material, have excellent chemical resistance, insulating properties, mechanical strength, and shutdown properties, and therefore have been widely used in recent years as separators for secondary batteries.
二次電池、例えばリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いため、パーソナルコンピュータ、携帯電話などに用いる電池として広く使用されている。また、二次電池は、電気自動車やハイブリッド自動車のモータ駆動用電源、定置用蓄電池としても期待されている。 Secondary batteries, such as lithium-ion secondary batteries, have a high energy density and are therefore widely used in personal computers, mobile phones, and other devices. Secondary batteries are also expected to be used as power sources for driving motors in electric and hybrid vehicles, and as stationary storage batteries.
近年、リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化が進んでいる。一部の高エネルギー密度設計の新規電極材料は、充電時に膨張しやすい特徴がある。そのため、充電時にはセパレータに圧力がかかり、孔が圧縮され、電解液が放出されることで充放電特性が悪化してしまう。また、電池の製造工程ではセルの成型、部材同士の密着性向上を目的としたプレス工程が行われることがあるが、この際にセパレータの孔が潰れてしまい、セパレータのイオン透過性が損なわれる場合があった。これら課題から、セパレータには耐圧縮性の改善が求められている。 In recent years, the energy density of lithium-ion secondary batteries has been increasing. Some new electrode materials designed for high energy density have the characteristic of easily expanding during charging. As a result, pressure is applied to the separator during charging, compressing the pores and releasing the electrolyte, which deteriorates the charge/discharge characteristics. In addition, the battery manufacturing process sometimes involves a pressing process to mold the cells and improve the adhesion between the components, but this can cause the pores in the separator to collapse, compromising the ion permeability of the separator. Due to these issues, there is a demand for improved compression resistance in separators.
一方で、高エネルギー密度設計のリチウムイオン二次電池に使用される電極は熱安定性が低下する傾向にある。そのため、短絡や、過充電に伴う異常発熱時には、より低温でセパレータがシャットダウン(孔閉塞)し、正極側と負極側間のイオン移動を防ぐことにより熱暴走を抑止することが求められる。 On the other hand, the electrodes used in lithium-ion secondary batteries designed for high energy density tend to have reduced thermal stability. For this reason, in the event of abnormal heat generation due to short circuit or overcharging, it is necessary to prevent thermal runaway by shutting down the separator (blocking pores) at a lower temperature and preventing ion movement between the positive and negative electrodes.
微多孔膜の耐圧縮性を高めるためには、原料処方や延伸条件により膜強度を高めることにより達成することができる。一方で、高強度化に伴い樹脂の高融点化が起こるためシャットダウン特性が悪化してしまう。そのことから、耐圧縮性とシャットダウン特性の両立は困難であった。 The compression resistance of microporous membranes can be improved by increasing the membrane strength through the raw material formulation and stretching conditions. However, increasing the strength also increases the melting point of the resin, which deteriorates the shutdown characteristics. For this reason, it has been difficult to achieve both compression resistance and shutdown characteristics.
特許文献1では、例えば、超高分子量ポリエチレン及び/又は核剤を含有させる等の特定の原料処方や、重量平均分子量Mwや延伸倍率を調整したりすることによる、耐圧縮性に優れた微多孔膜の提案がなされている。 Patent Document 1 proposes a microporous membrane with excellent compression resistance, for example, by using a specific raw material formulation that contains ultra-high molecular weight polyethylene and/or a nucleating agent, and by adjusting the weight-average molecular weight Mw and the stretching ratio.
特許文献2では、粘度平均分子量(Mv)が30万未満であるポリオレフィンと、Mvが50万以上であるポリオレフィン及び、膜厚より大きい電気化学的不活性粒子を必須成分とし、前記粒子が膜表面から突出した部分の高さA(μm)と、膜厚B(μm)との間に、0<A/B×100<25が成り立つポリオレフィン微多孔膜により、突出した粒子へ選択的に圧力がかかることでフィルム面全体としての圧力を低減し、プレス後の透気抵抗度の上昇を抑制している。 In Patent Document 2, the essential components are a polyolefin with a viscosity average molecular weight (Mv) of less than 300,000, a polyolefin with an Mv of 500,000 or more, and electrochemically inactive particles larger than the film thickness. The height A (μm) of the part where the particles protrude from the film surface and the film thickness B (μm) satisfy the relationship 0<A/B×100<25, and pressure is selectively applied to the protruding particles, reducing the pressure on the entire film surface and suppressing an increase in air resistance after pressing.
特許文献3では5MPaの圧力下において、90℃で5分間加熱圧縮した後の透気度増加が500秒/100cc以下であるポリオレフィン微多孔膜により、耐加熱圧縮性、透過性、機械的特性及び熱収縮性のバランスに優れることが提案されている。 Patent Document 3 proposes that a polyolefin microporous membrane that exhibits an increase in air permeability of 500 seconds/100 cc or less after being heated and compressed at 90°C for 5 minutes under a pressure of 5 MPa has an excellent balance of heat compression resistance, permeability, mechanical properties, and heat shrinkability.
特許文献1に対し、例えば、耐圧縮性を高めるためには高倍率での延伸が必須である一方で、これは樹脂の高融点化を伴う。そのため、シャットダウン温度との両立を考慮すると改善が望まれる。特許文献2については、粗大粒子が粗大孔を形成し、シャットダウン特性の悪化が懸念される。特許文献3では、加熱圧縮からの解放後の膜厚について記載されているものの、加熱圧縮中のセパレータ変形については議論されていない。 In contrast to Patent Document 1, for example, while high-magnification stretching is essential to improve compression resistance, this also increases the melting point of the resin. Therefore, improvements are desired in consideration of compatibility with the shutdown temperature. In Patent Document 2, there is concern that coarse particles will form coarse pores, which may worsen shutdown characteristics. Patent Document 3 describes the film thickness after release from heat compression, but does not discuss separator deformation during heat compression.
本発明の課題は、上記を解決することにある。すなわち電池用セパレータとして用いた場合において、高い耐圧縮性により優れた充放電特性を有しながら、電池の異常発熱時には速やかにシャットダウンし、高い安全性を付与することができるポリオレフィン微多孔膜を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above problems. That is, to provide a polyolefin microporous film that, when used as a battery separator, has excellent charge/discharge characteristics due to high compression resistance, while quickly shutting down the battery in the event of abnormal heat generation, thereby providing high safety.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。なお、以下の説明において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
〔1〕70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率で表される値が0.20以下であり、シャットダウン温度が140℃以下であるポリオレフィン微多孔膜。
〔2〕空孔率が35%以上である前記〔1〕に記載のポリオレフィン微多孔膜。
〔3〕70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率が30%以上である、前記〔1〕又は〔2〕に記載のポリオレフィン微多孔膜。
〔4〕ポリエチレン系樹脂50~99質量%と、前記ポリエチレン系樹脂に非相溶なポリマー1~50質量%とを含む、前記〔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〕前記ポリエチレン系樹脂に非相溶なポリマーが非晶性ポリマーである、前記〔4〕に記載のポリオレフィン微多孔膜。
〔6〕前記ポリエチレン系樹脂に非相溶なポリマーが環状オレフィン系ポリマーである、前記〔4〕に記載のポリオレフィン微多孔膜。
〔7〕ポリエチレン系樹脂から成る第一相が連続構造を有し、前記ポリエチレン系樹脂に非相溶なポリマーから成る第二相が非連続構造となっており、前記第二相は10~300nmのドメイン径を有する、前記〔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〕105℃、8時間後の熱収縮率が5%以下である、前記〔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〕厚み1μm換算の透気度が30秒/100cm3以下である、前記〔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〕厚み1μm換算の突刺強度が10gf/μm以上である、前記〔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〕厚みが5μm以上である、前記〔1〕~〔10〕のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention has the following configuration. In the following description, a numerical range expressed using "to" means a range including the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.
[1] A polyolefin microporous membrane having a membrane thickness reduction rate/porosity ratio of 0.20 or less when pressurized at 70°C and 2.3 MPa, and a shutdown temperature of 140°C or less.
[2] The polyolefin microporous membrane according to [1] above, having a porosity of 35% or more.
[3] The polyolefin microporous membrane according to [1] or [2] above, which has a porosity of 30% or more when pressurized at 70°C and 2.3 MPa.
[4] The polyolefin microporous membrane according to any one of [1] to [3] above, comprising 50 to 99% by mass of a polyethylene resin and 1 to 50% by mass of a polymer incompatible with the polyethylene resin.
[5] The polyolefin microporous membrane according to [4] above, wherein the polymer incompatible with the polyethylene resin is an amorphous polymer.
[6] The polyolefin microporous membrane according to [4] above, wherein the polymer incompatible with the polyethylene resin is a cyclic olefin polymer.
[7] The polyolefin microporous membrane according to any one of [1] to [6] above, wherein a first phase made of a polyethylene-based resin has a continuous structure, and a second phase made of a polymer incompatible with the polyethylene-based resin has a discontinuous structure, and the second phase has a domain diameter of 10 to 300 nm.
[8] The polyolefin microporous membrane according to any one of [1] to [7] above, which has a heat shrinkage rate of 5% or less after 8 hours at 105°C.
[9] The polyolefin microporous membrane according to any one of [1] to [8] above, having an air permeability per 1 μm thickness of 30 sec/100 cm3 or less .
[10] The polyolefin microporous membrane according to any one of [1] to [9] above, having a pin puncture strength of 10 gf/μm or more per 1 μm thickness.
[11] The polyolefin microporous membrane according to any one of [1] to [10] above, having a thickness of 5 μm or more.
本発明に係るポリオレフィン微多孔膜によれば、高い耐圧縮性と、より低温でシャットダウン(孔閉塞)する性能を有する。そのため、二次電池用セパレータとして用いた際に、充放電特性と安全性に優れたポリオレフィン微多孔膜を提供することができる。 The polyolefin microporous membrane of the present invention has high compression resistance and the ability to shut down (block pores) at lower temperatures. Therefore, when used as a separator for a secondary battery, it is possible to provide a polyolefin microporous membrane with excellent charge/discharge characteristics and safety.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下説明する実施形態に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜(以下、単に「微多孔膜」と称することがある。)は、70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率で表される値が0.20以下であり、シャットダウン温度が140℃以下である。 The polyolefin microporous membrane according to an embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes simply referred to as "microporous membrane") has a value expressed as the membrane thickness reduction rate/porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa of 0.20 or less, and a shutdown temperature of 140°C or less.
70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率で表される値(以下、単に「膜厚低下率/空孔率」と称することがある。)は後述の方法により測定、算出することができる。膜厚低下率/空孔率は、0.20以下であり、好ましくは0.18以下、より好ましくは0.15以下、さらに好ましくは0.12以下、特に好ましくは0.10以下である。膜厚低下率/空孔率が上記範囲である場合、耐圧縮性に優れる。すなわち、微多孔膜を電池用セパレータとして使用した際に、電極膨張やプレス加工時にセパレータが加圧状態となった場合においても、孔構造、透過性が維持され、充放電特性に優れた電池とすることができる。なお、膜厚低下率/空孔率の下限は特に限定されないが、例えば0.01以上である。膜厚低下率/空孔率の下限を上記範囲とすることにより、シャットダウン温度との両立が容易となる。膜厚低下率/空孔率を上記範囲とするには、微多孔膜の原料組成を後述する範囲とし、また、微多孔膜の製膜条件を後述する範囲内とすることが好ましい。 The value represented by the film thickness reduction rate/porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa (hereinafter, simply referred to as "film thickness reduction rate/porosity") can be measured and calculated by the method described below. The film thickness reduction rate/porosity is 0.20 or less, preferably 0.18 or less, more preferably 0.15 or less, even more preferably 0.12 or less, and particularly preferably 0.10 or less. When the film thickness reduction rate/porosity is in the above range, the film thickness reduction rate/porosity is excellent in compression resistance. That is, when the microporous membrane is used as a battery separator, even if the separator is in a pressurized state during electrode expansion or press processing, the pore structure and permeability are maintained, and a battery with excellent charge/discharge characteristics can be obtained. The lower limit of the film thickness reduction rate/porosity is not particularly limited, but is, for example, 0.01 or more. By setting the lower limit of the film thickness reduction rate/porosity in the above range, it is easy to achieve compatibility with the shutdown temperature. To achieve the above range of membrane thickness reduction rate/porosity, it is preferable that the raw material composition of the microporous membrane be within the range described below, and that the membrane production conditions for the microporous membrane be within the range described below.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜のシャットダウン温度は140℃以下である。好ましくは139℃以下であり、より好ましくは138℃以下、さらに好ましくは136℃以下、特に好ましくは134℃以下である。シャットダウン温度を上記範囲に制御することにより、これを電池用セパレータとして使用した場合の電池安全性に優れる。シャットダウン温度の下限は特に限定されないが、透過性との両立が容易となることから110℃以上であることが好ましい。シャットダウン温度を上記範囲とするには、微多孔膜の原料組成を後述する範囲とし、また、微多孔膜の製膜条件を後述する範囲内とすることが好ましい。シャットダウン温度とは後述の方法にて測定される温度であり、ポリオレフィン微多孔膜を昇温加熱した際に、樹脂部が収縮、融解することで多孔構造が閉鎖され、電池セパレータとして使用した場合に実質的に放電、充電ができなくなる温度である。 The shutdown temperature of the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention is 140°C or less. It is preferably 139°C or less, more preferably 138°C or less, even more preferably 136°C or less, and particularly preferably 134°C or less. By controlling the shutdown temperature within the above range, the battery safety is excellent when used as a battery separator. The lower limit of the shutdown temperature is not particularly limited, but it is preferably 110°C or more because it is easy to achieve compatibility with permeability. In order to set the shutdown temperature within the above range, it is preferable that the raw material composition of the microporous membrane is within the range described below, and the film formation conditions of the microporous membrane are within the range described below. The shutdown temperature is a temperature measured by the method described below, and is a temperature at which, when the polyolefin microporous membrane is heated, the resin portion shrinks and melts, closing the porous structure, and when used as a battery separator, it is substantially impossible to discharge or charge.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜の空孔率は、好ましくは35%以上であり、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは45%以上、特に好ましくは50%以上である。空孔率の上限は特に設けないが、膜強度の低下を抑制できることから、80%以下であることが好ましい。空孔率が上記範囲であることにより、微多孔膜を二次電池用セパレータとして使用した場合の出力特性に優れる。空孔率は、製造過程において、原料の配合割合や延伸倍率、熱固定条件などを調節することにより、上記範囲とできる。 The porosity of the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention is preferably 35% or more, more preferably 40% or more, even more preferably 45% or more, and particularly preferably 50% or more. There is no particular upper limit to the porosity, but it is preferably 80% or less because this can suppress a decrease in membrane strength. When the porosity is in the above range, the microporous membrane has excellent output characteristics when used as a separator for a secondary battery. The porosity can be adjusted to the above range by adjusting the blending ratio of the raw materials, the stretching ratio, the heat setting conditions, etc. during the manufacturing process.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜の、70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率は好ましくは30%以上であり、より好ましくは33%以上、さらに好ましくは40%以上、特に好ましくは45%以上である。70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率について上限は特に設けないが、膜強度の低下を抑制できることから、80%以下であることが好ましい。70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率が上記範囲であることにより、微多孔膜を二次電池用セパレータとして使用した場合の出力特性に優れる。70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率は、製造過程において、原料の配合割合や延伸倍率、熱固定条件などを調節することにより、上記範囲とできる。また、70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率は後述する方法により、測定、算出することができる。 The porosity of the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention when pressurized at 70°C and 2.3 MPa is preferably 30% or more, more preferably 33% or more, even more preferably 40% or more, and particularly preferably 45% or more. There is no particular upper limit for the porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa, but it is preferably 80% or less because it can suppress a decrease in membrane strength. When the porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa is in the above range, the microporous membrane has excellent output characteristics when used as a separator for a secondary battery. The porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa can be set to the above range by adjusting the blending ratio of the raw materials, the stretching ratio, the heat setting conditions, etc. during the manufacturing process. The porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa can be measured and calculated by the method described below.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、ポリエチレン系樹脂から成る第一相が連続構造を有し、これに非相溶なポリマーから成る第二相が非連続構造となっていることが好ましい。また、非連続構造を形成する第二相のドメイン径は、10~300nmであることが好ましく、20nm以上が特に好ましく、また、250nm以下であることがより好ましく、150nm以下であることが特に好ましい。 In the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, the first phase made of a polyethylene resin preferably has a continuous structure, and the second phase made of a polymer incompatible with the first phase preferably has a discontinuous structure. The domain diameter of the second phase forming the discontinuous structure is preferably 10 to 300 nm, particularly preferably 20 nm or more, more preferably 250 nm or less, and particularly preferably 150 nm or less.
第二相が上述のドメイン径を有することで、均一な孔構造が形成され、ポリオレフィン微多孔膜の耐圧縮性改善と、高透過性の両立が、より良好となる。微多孔膜中の相分離構造は後述の方法により観察し、かつドメイン径の算出をすることができる。非連続構造を形成する第二相のドメイン径は、第二相を形成する樹脂成分や製造工程におけるその配合割合、混錬条件、延伸条件などを調節することにより、上記範囲とできる。 When the second phase has the above-mentioned domain diameter, a uniform pore structure is formed, and the polyolefin microporous membrane is better able to improve both the compression resistance and high permeability. The phase separation structure in the microporous membrane can be observed by the method described below, and the domain diameter can be calculated. The domain diameter of the second phase that forms a discontinuous structure can be adjusted to the above range by adjusting the resin components that form the second phase, their blending ratios in the manufacturing process, kneading conditions, stretching conditions, etc.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は105℃、8時間加熱した際の、加熱前後での熱収縮率が好ましくは5%以下であり、より好ましくは4%以下、さらに好ましくは3%以下である。105℃、8時間後の熱収縮率について下限は特に設けないが、微多孔膜の平面性が良好となることから、-0.1%以上であることが好ましい。105℃、8時間後の熱収縮率を上記範囲とすることにより、微多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合、発熱時の収縮による端部短絡を抑制することができる。105℃、8時間後の熱収縮率は、後述の方法により算出することができる。105℃、8時間後の熱収縮率は、製造過程において、原料の配合割合や延伸倍率、熱固定条件などを調節することにより、上記範囲とできる。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention has a heat shrinkage ratio before and after heating at 105°C for 8 hours of preferably 5% or less, more preferably 4% or less, and even more preferably 3% or less. There is no particular lower limit for the heat shrinkage ratio after 8 hours at 105°C, but it is preferably -0.1% or more because the flatness of the microporous membrane is good. By setting the heat shrinkage ratio after 8 hours at 105°C in the above range, when the microporous membrane is used as a battery separator, it is possible to suppress end short-circuiting due to shrinkage during heat generation. The heat shrinkage ratio after 8 hours at 105°C can be calculated by the method described below. The heat shrinkage ratio after 8 hours at 105°C can be set to the above range by adjusting the blending ratio of the raw materials, the stretch ratio, the heat setting conditions, etc. during the manufacturing process.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、厚み1μm換算の透気度が好ましくは30秒/100cm3以下、より好ましくは20秒/100cm3以下、さらに好ましくは15秒/100cm3以下、特に好ましくは10秒/100cm3以下である。厚み1μm換算の透気度の下限は特に設けないが、膜強度との両立が容易となることから1秒/100cm3以上であることが好ましい。厚み1μm換算の透気度を上述の範囲とすることにより、微多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合に充放電特性に優れた微多孔膜とすることができる。厚み1μm換算の透気度は、製造過程において、原料の配合割合や延伸倍率、熱固定条件などを調節することにより、上記範囲とできる。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention has an air permeability calculated based on a thickness of 1 μm of preferably 30 sec/100 cm 3 or less, more preferably 20 sec/100 cm 3 or less, even more preferably 15 sec/100 cm 3 or less, and particularly preferably 10 sec/100 cm 3 or less. There is no particular lower limit for the air permeability calculated based on a thickness of 1 μm, but it is preferably 1 sec/100 cm 3 or more since it is easy to achieve compatibility with the membrane strength. By setting the air permeability calculated based on a thickness of 1 μm within the above range, a microporous membrane having excellent charge/discharge characteristics can be obtained when used as a battery separator. The air permeability calculated based on a thickness of 1 μm can be set to the above range by adjusting the blending ratio of the raw materials, the stretching ratio, the heat setting conditions, etc. in the manufacturing process.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、厚み1μm換算の突刺強度が好ましくは10gf/μm以上であり、より好ましくは15gf/μm以上、さらに好ましくは20gf/μm以上、特に好ましくは30gf/μm以上である。厚み1μm換算の突刺強度の上限は特に限定されないが、シャットダウン温度を適正な範囲に制御することが容易となることから、例えば100gf/μm以下であることが好ましい。厚み1μm換算の突刺強度が上記範囲である場合、微多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合に外部からの衝撃に強く、安全性に優れる。厚み1μm換算の突刺強度は、製造過程において、原料の配合割合や延伸倍率、熱固定条件などを調節することにより、上記範囲とできる。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention has a puncture strength of 10 gf/μm or more, more preferably 15 gf/μm or more, even more preferably 20 gf/μm or more, and particularly preferably 30 gf/μm or more, calculated based on a thickness of 1 μm. The upper limit of the puncture strength calculated based on a thickness of 1 μm is not particularly limited, but it is preferably 100 gf/μm or less, for example, because it is easy to control the shutdown temperature within an appropriate range. When the puncture strength calculated based on a thickness of 1 μm is in the above range, the microporous membrane is resistant to external impacts and has excellent safety when used as a battery separator. The puncture strength calculated based on a thickness of 1 μm can be adjusted to the above range by adjusting the blending ratio of the raw materials, the stretching ratio, the heat setting conditions, etc., during the manufacturing process.
ポリオレフィン微多孔膜のMD方向の引張強度(引張破断強度)は、好ましくは50MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上、さらに好ましくは200MPa以上である。MD方向の引張強度の上限は、特に限定されないが、シャットダウン温度との両立が容易となることから、例えば、500MPa以下である。MD方向の引張強度が上記範囲である場合、MD方向に高い張力が掛かった場合も膜が破断しにくく、高い耐久性が要求される用途に用いることができる。 The tensile strength (tensile breaking strength) in the MD direction of the polyolefin microporous membrane is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and even more preferably 200 MPa or more. The upper limit of the tensile strength in the MD direction is not particularly limited, but is, for example, 500 MPa or less, since this makes it easy to achieve compatibility with the shutdown temperature. When the tensile strength in the MD direction is within the above range, the membrane is unlikely to break even when a high tension is applied in the MD direction, and it can be used in applications requiring high durability.
ポリオレフィン微多孔膜のTD方向の引張強度(引張破断強度)は、好ましくは50MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上、さらに好ましくは200MPa以上である。TD方向の引張強度の上限は、特に限定されないが、シャットダウン温度との両立が容易となることから、例えば、500MPa以下である。TD方向の引張強度が上記範囲である場合、TD方向に高い張力が掛かった場合も膜が破断しにくく、高い耐久性が要求される用途に用いることができる。 The tensile strength (tensile breaking strength) in the TD direction of the polyolefin microporous membrane is preferably 50 MPa or more, more preferably 100 MPa or more, and even more preferably 200 MPa or more. The upper limit of the tensile strength in the TD direction is not particularly limited, but is, for example, 500 MPa or less, since this makes it easy to achieve compatibility with the shutdown temperature. When the tensile strength in the TD direction is within the above range, the membrane is unlikely to break even when a high tension is applied in the TD direction, and it can be used in applications requiring high durability.
ポリオレフィン微多孔膜において、TD引張強度に対するMD引張強度の比(MD引張強度/TD引張強度)は、好ましくは0.5以上であり、より好ましくは0.6以上、さらに好ましくは0.7以上、特に好ましくは0.8以上である。また、かかる比は、好ましくは2.0以下であり、より好ましくは1.7以下、さらに好ましくは1.5以下、特に好ましくは1.3以下である。TD引張強度に対するMD引張強度の比を上記範囲とすることにより、微多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合に外部からの衝撃に強く、安全性に優れる。 In the polyolefin microporous membrane, the ratio of MD tensile strength to TD tensile strength (MD tensile strength/TD tensile strength) is preferably 0.5 or more, more preferably 0.6 or more, even more preferably 0.7 or more, and particularly preferably 0.8 or more. In addition, such a ratio is preferably 2.0 or less, more preferably 1.7 or less, even more preferably 1.5 or less, and particularly preferably 1.3 or less. By setting the ratio of MD tensile strength to TD tensile strength in the above range, the microporous membrane is resistant to external impacts and has excellent safety when used as a battery separator.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜の厚みは、用途によって適宜調整可能である。好ましくは5μm以上であり、より好ましくは7μm以上、更に好ましくは10μm以上である。また、好ましくは30μm以下であり、より好ましくは28μm以下、更に好ましくは25μm以下、特に好ましくは21μm以下である。ポリオレフィン微多孔膜の厚みを上述の範囲とすることにより、二次電池用セパレータとして用いた場合に安全性と高電池容量を両立することができる。 The thickness of the polyolefin microporous film according to the embodiment of the present invention can be adjusted appropriately depending on the application. It is preferably 5 μm or more, more preferably 7 μm or more, and even more preferably 10 μm or more. It is also preferably 30 μm or less, more preferably 28 μm or less, even more preferably 25 μm or less, and particularly preferably 21 μm or less. By setting the thickness of the polyolefin microporous film within the above range, it is possible to achieve both safety and high battery capacity when used as a separator for a secondary battery.
以下、本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の具体的な構成について説明するが、必ずしもこれに限定されるものではない。 The specific configuration of the polyolefin microporous membrane of this embodiment is described below, but is not necessarily limited thereto.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、ポリオレフィン系樹脂を主成分として含む(以下、主成分となるポリオレフィン系樹脂を「樹脂A」と称する。)。尚、ここで示す主成分とはポリオレフィン微多孔膜を構成する成分の内最も質量%表示での含有量が多いものを言う。また、樹脂Aとなるポリオレフィン系樹脂を2種以上含む場合には、それらポリオレフィン系樹脂の合計の含有量を樹脂Aの含有量とし、かかる合計の含有量が、ポリオレフィン微多孔膜を構成する成分の内最も質量%表示での含有量が多いものであればよい。 The polyolefin microporous membrane according to an embodiment of the present invention contains a polyolefin resin as a main component (hereinafter, the main polyolefin resin is referred to as "resin A"). The main component referred to here is the component that is contained in the polyolefin microporous membrane with the largest content in mass %. When two or more polyolefin resins that are resin A are contained, the total content of these polyolefin resins is taken as the content of resin A, and this total content may be the component that is contained in the polyolefin microporous membrane with the largest content in mass %.
樹脂Aとしては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、低結晶性あるいは非晶性のエチレン・α-オレフィン共重合体などのポリエチレン系樹脂;ホモポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体(ランダム共重合体および/またはブロック共重合体)、プロピレン・α-オレフィン共重合体、プロピレン・エチレン・α-オレフィン共重合体などのポリプロピレン系樹脂;シクロアルカン、シクロアルケンなどの脂環構造を繰り返し単位に含有する環状オレフィン系樹脂が挙げられる。なお、前記α-オレフィンとしては、プロピレンやエチレンと共重合可能であれば特に限定されず、例えば、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-ペンテン、1-ヘプテンを挙げることができる。上述の樹脂の中でも樹脂Aは耐圧縮性、シャットダウン特性両立の観点から、ポリエチレン系樹脂を含むことが好ましく、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンを含むことがより好ましい。樹脂Aは上述の樹脂の中から2種類以上選択して用いてもよい。 Examples of resin A include polyethylene-based resins such as low-density polyethylene, medium-density polyethylene, high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, and low-crystalline or amorphous ethylene-α-olefin copolymers; polypropylene-based resins such as homopolypropylene, propylene-ethylene copolymers (random copolymers and/or block copolymers), propylene-α-olefin copolymers, and propylene-ethylene-α-olefin copolymers; and cyclic olefin-based resins containing alicyclic structures such as cycloalkanes and cycloalkenes as repeating units. The α-olefins are not particularly limited as long as they can be copolymerized with propylene or ethylene, and examples of such resins include 1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene, 1-pentene, and 1-heptene. Among the above-mentioned resins, resin A preferably contains a polyethylene-based resin, and more preferably contains high-density polyethylene and ultra-high molecular weight polyethylene, from the viewpoint of achieving both compression resistance and shutdown characteristics. Resin A may be selected from two or more of the above-mentioned resins.
樹脂Aは、溶融押出特性や延伸加工特性の点から、高密度ポリエチレン(密度:0.940g/m3以上0.970g/m3以下)を含むことが好ましい。樹脂Aに用いられるポリエチレン系樹脂(以下、「ポリエチレン(A)」と称することがある。)としては、エチレンの単独重合体のみならず、ポリエチレン(A)の融点や結晶性を低下させるために、他のα-オレフィンを含有する共重合体であることが好ましい。α-オレフィンとしてはプロピレン、ブテン-1、ヘキセン-1、ペンテン-1、4-メチルペンテン-1、オクテン、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、スチレン等が挙げられる。α-オレフィンを含有する共重合体としてはヘキセン-1を含有する共重合体(エチレン・1-ヘキセン共重合体)が好ましく、ポリエチレン(A)がエチレン・1-ヘキセン共重合体を主成分とすることがより好ましい。また、α-オレフィンは13C-NMRで測定することで確認できる。尚、ここで示す主成分とは、ポリエチレン(A)を構成する成分の内、最も質量%表示での含有量が多いものを言う。 Resin A preferably contains high density polyethylene (density: 0.940 g/m 3 or more and 0.970 g/m 3 or less) in terms of melt extrusion characteristics and stretch processing characteristics. The polyethylene-based resin used in resin A (hereinafter sometimes referred to as "polyethylene (A)") is preferably not only an ethylene homopolymer but also a copolymer containing other α-olefins in order to reduce the melting point and crystallinity of polyethylene (A). Examples of α-olefins include propylene, butene-1, hexene-1, pentene-1, 4-methylpentene-1, octene, vinyl acetate, methyl methacrylate, styrene, and the like. As a copolymer containing α-olefin, a copolymer containing hexene-1 (ethylene-1-hexene copolymer) is preferable, and it is more preferable that polyethylene (A) is mainly composed of ethylene-1-hexene copolymer. In addition, α-olefin can be confirmed by measuring with 13 C-NMR. The main component shown here refers to the component that is the component that constitutes polyethylene (A) and has the highest content in mass %.
上記高密度ポリエチレンにおける重量平均分子量の下限は、好ましくは1×104以上であり、より好ましくは1×105以上、さらに好ましくは1.5×105以上である。また、高密度ポリエチレンの重量平均分子量の上限は、好ましくは1×106以下、より好ましくは8.0×105以下、さらに好ましくは6.0×105以下である。分岐状高密度ポリエチレンの重量平均分子量を上記範囲とすることにより、低いシャットダウン温度とシャットダウン時の膜強度を両立することができる。 The lower limit of the weight average molecular weight of the high-density polyethylene is preferably 1 × 10 4 or more, more preferably 1 × 10 5 or more, and even more preferably 1.5 × 10 5 or more. The upper limit of the weight average molecular weight of the high-density polyethylene is preferably 1 × 10 6 or less, more preferably 8.0 × 10 5 or less, and even more preferably 6.0 × 10 5 or less. By setting the weight average molecular weight of the branched high-density polyethylene within the above range, both a low shutdown temperature and film strength during shutdown can be achieved.
上記分岐状高密度ポリエチレンの融点は、138℃以下であることが好ましく、136℃以下であることがより好ましく、134℃以下であることがさらに好ましい。また、融点は115℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、125℃以上であることがさらに好ましい。高密度ポリエチレンの融点を上記範囲とすることにより、低いシャットダウン温度とポリオレフィン微多孔膜の透過性を両立することができる。 The melting point of the branched high-density polyethylene is preferably 138°C or lower, more preferably 136°C or lower, and even more preferably 134°C or lower. The melting point is preferably 115°C or higher, more preferably 120°C or higher, and even more preferably 125°C or higher. By setting the melting point of the high-density polyethylene within the above range, it is possible to achieve both a low shutdown temperature and the permeability of the polyolefin microporous membrane.
樹脂Aは、高密度ポリエチレンの中でも分岐状高密度ポリエチレンを含むことが、均一微細な孔構造の形成、延伸時の結晶配向抑制により、耐圧縮性とシャットダウン特性により優れたポリオレフィン微多孔膜とすることができるため、好ましい。分岐状高密度ポリエチレンは、例えばシリカやアルミナなど無機化合物から成る担体に、クロム化合物を担持した触媒を用いて重合されるポリエチレンである。 Resin A preferably contains branched high-density polyethylene, because this allows the formation of a uniform fine pore structure and the suppression of crystal orientation during stretching to produce a polyolefin microporous film with excellent compression resistance and shutdown characteristics. Branched high-density polyethylene is polyethylene that is polymerized using a catalyst in which a chromium compound is supported on a carrier made of an inorganic compound such as silica or alumina.
分岐状高密度ポリエチレンは樹脂Aの全質量に対して、30質量%以上含有することが好ましく、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、である。これにより耐圧縮性とシャットダウン特性がより優れたポリオレフィン微多孔膜とすることができる。 The branched high-density polyethylene content is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and even more preferably 60% by mass or more, based on the total mass of resin A. This allows for a polyolefin microporous film with superior compression resistance and shutdown properties to be obtained.
上記分岐状高密度ポリエチレンにおける重量平均分子量の下限は、好ましくは1×104以上であり、より好ましくは1×105以上、さらに好ましくは1.5×105以上である。また、高密度ポリエチレンの重量平均分子量の上限は、好ましくは1×106以下、より好ましくは8.0×105以下、さらに好ましくは6.0×105以下である。分岐状高密度ポリエチレンの重量平均分子量を上記範囲とすることにより、低いシャットダウン温度とシャットダウン時の膜強度を両立することができる。 The lower limit of the weight average molecular weight of the branched high-density polyethylene is preferably 1 × 10 4 or more, more preferably 1 × 10 5 or more, and even more preferably 1.5 × 10 5 or more. The upper limit of the weight average molecular weight of the high-density polyethylene is preferably 1 × 10 6 or less, more preferably 8.0 × 10 5 or less, and even more preferably 6.0 × 10 5 or less. By setting the weight average molecular weight of the branched high-density polyethylene within the above range, both a low shutdown temperature and film strength during shutdown can be achieved.
上記分岐状高密度ポリエチレンの融点は、138℃以下であることが好ましく、136℃以下であることがより好ましく、134℃以下であることがさらに好ましい。また、融点は115℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、125℃以上であることがさらに好ましい。分岐状高密度ポリエチレンの融点を上記範囲とすることにより、低いシャットダウン温度とポリオレフィン微多孔膜の透過性を両立することができる。分岐状高密度ポリエチレンの融点は後述する方法により測定することができる。 The melting point of the branched high-density polyethylene is preferably 138°C or lower, more preferably 136°C or lower, and even more preferably 134°C or lower. The melting point is preferably 115°C or higher, more preferably 120°C or higher, and even more preferably 125°C or higher. By setting the melting point of the branched high-density polyethylene within the above range, it is possible to achieve both a low shutdown temperature and the permeability of the polyolefin microporous membrane. The melting point of the branched high-density polyethylene can be measured by the method described below.
ポリオレフィン微多孔膜中の樹脂Aの含有量は、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは70質量%以上であり、また、好ましくは99質量%以下、より好ましくは97質量%以下、更に好ましくは95%以下である。ポリオレフィン微多孔膜中の樹脂Aの含有量を上記範囲とすることにより微多孔膜の強度、透過性、シャットダウン特性の制御が容易となり、耐圧縮性にもより優れた微多孔膜となる。 The content of resin A in the polyolefin microporous membrane is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, and is preferably 99% by mass or less, more preferably 97% by mass or less, even more preferably 95% by mass or less. By setting the content of resin A in the polyolefin microporous membrane within the above range, it becomes easier to control the strength, permeability, and shutdown characteristics of the microporous membrane, and the microporous membrane has better compression resistance.
なお、ポリオレフィン微多孔膜を製造するにあたり、ポリオレフィン系樹脂組成物を調製する際に、例えば可塑剤として流動パラフィン等の成膜用溶剤が用いられる。かかる成膜用溶剤は微多孔膜の製造工程において除去されるため、ポリオレフィン系樹脂組成物の組成と、ポリオレフィン微多孔膜の組成とは異なる。すなわち、ポリオレフィン微多孔膜中の樹脂Aの含有量とは、ポリオレフィン系樹脂組成物の組成から、成膜用溶剤等の除去される成分を抜いた組成に対する樹脂Aの含有量に相当する。 When preparing a polyolefin resin composition for producing a polyolefin microporous membrane, a membrane-forming solvent such as liquid paraffin is used as a plasticizer. Since the membrane-forming solvent is removed during the production process of the microporous membrane, the composition of the polyolefin resin composition differs from the composition of the polyolefin microporous membrane. In other words, the content of resin A in the polyolefin microporous membrane corresponds to the content of resin A relative to the composition of the polyolefin resin composition excluding the components to be removed, such as the membrane-forming solvent.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は耐圧縮性、シャットダウン特性両立の観点から、樹脂Aに対し非相溶なポリマーである樹脂(以下、「樹脂B」と称する。)を混合することが好ましい。 From the viewpoint of achieving both compression resistance and shutdown characteristics, it is preferable to mix a resin (hereinafter referred to as "resin B") that is a polymer incompatible with resin A in the polyolefin microporous membrane according to an embodiment of the present invention.
樹脂Bは樹脂Aに対し非相溶であり、微多孔膜中で相分離構造を形成することが好ましい。樹脂Bとしては結晶性ポリマーである樹脂、非晶性ポリマーである樹脂のいずれも使用することができる。 Resin B is incompatible with resin A and preferably forms a phase-separated structure in the microporous membrane. Resin B can be either a crystalline polymer or an amorphous polymer.
結晶性ポリマーとしては、例えばホモポリプロピレン、プロピレン・エチレン共重合体(ランダム共重合体および/またはブロック共重合体)、プロピレン・α-オレフィン共重合体、プロピレン・エチレン・α-オレフィン共重合体などのポリプロピレン系樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエステル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。尚、上述のα-オレフィンとしては、プロピレンやエチレンと共重合可能であれば特に限定されず、例えば、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-ペンテン、1-ヘプテンを挙げることができる。 Examples of crystalline polymers include polypropylene-based resins such as homopolypropylene, propylene-ethylene copolymers (random copolymers and/or block copolymers), propylene-α-olefin copolymers, and propylene-ethylene-α-olefin copolymers, polymethylpentene, polyester resins, polyamides, polyacetals, fluororesins, polyphenylene sulfide, and polyether ether ketones. The above-mentioned α-olefins are not particularly limited as long as they can be copolymerized with propylene or ethylene, and examples of such α-olefins include 1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene, 1-pentene, and 1-heptene.
非晶性ポリマーとしてはシクロアルカン、シクロアルケンなどの脂環構造を繰り返し単位に含有する環状オレフィン系ポリマーや、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリブタジエン、スチレン系エラストマー、ポリスルホン、ABS樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。 Amorphous polymers include cyclic olefin polymers that contain alicyclic structures such as cycloalkanes and cycloalkenes as repeating units, polyvinyl chloride, acrylic resins, polycarbonates, polystyrenes, polybutadienes, styrene-based elastomers, polysulfones, ABS resins, silicone resins, etc.
上述の樹脂の中でも、樹脂Bには非晶性ポリマーである樹脂を用いることが好ましく、環状オレフィン系ポリマーである樹脂がより好ましい。 Among the above-mentioned resins, it is preferable to use a resin that is an amorphous polymer for resin B, and a resin that is a cyclic olefin polymer is more preferable.
樹脂Bを上述のポリマーから選択することにより、微多孔膜中において均一微細なドメイン構造が形成され、電池用セパレータとして用いた場合、イオン透過性などの電池性能や、シャットダウン特性などの電池安全性能を損なうことなく、微多孔膜の耐圧縮性改善効果がより得られる。 By selecting resin B from the above-mentioned polymers, a uniform and fine domain structure is formed in the microporous membrane, and when used as a battery separator, the compression resistance of the microporous membrane is improved without impairing battery performance such as ion permeability or battery safety performance such as shutdown characteristics.
樹脂Bとして非晶性ポリマーである樹脂を使用する場合、樹脂Bのガラス転移温度は60℃以上であることが好ましく、より好ましくは80℃以上、更に好ましくは100℃以上、特に好ましくは120℃以上である。また、ガラス転移温度は好ましくは250℃以下であり、より好ましくは200℃以下、更に好ましくは180℃以下、特に好ましくは150℃以下である。樹脂Bのガラス転移温度を上記範囲とすることにより、溶融混錬樹脂の冷却時に樹脂A相、樹脂B相、可塑剤相から成る相分離構造が均一微細に形成され、得られる微多孔膜は耐圧縮性により優れたものとなる。 When a resin that is an amorphous polymer is used as resin B, the glass transition temperature of resin B is preferably 60°C or higher, more preferably 80°C or higher, even more preferably 100°C or higher, and particularly preferably 120°C or higher. The glass transition temperature is preferably 250°C or lower, more preferably 200°C or lower, even more preferably 180°C or lower, and particularly preferably 150°C or lower. By setting the glass transition temperature of resin B within the above range, a phase separation structure consisting of resin A phase, resin B phase, and plasticizer phase is formed uniformly and finely when the molten kneaded resin is cooled, and the resulting microporous film has excellent compression resistance.
ポリオレフィン微多孔膜中の樹脂Bの含有量は、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。また、好ましくは1質量%以上であり、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上である。樹脂Bの含有量を上述の範囲とすることにより、耐圧縮性と透過性のバランス制御が容易となる。 The content of resin B in the polyolefin microporous membrane is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less. It is also preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and even more preferably 5% by mass or more. By setting the content of resin B within the above range, it becomes easier to control the balance between compression resistance and permeability.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜の層構成は、単層膜であっても、少なくとも2種類の異なる特性を有する層から成る積層膜であってもよい。積層膜とする場合には、少なくとも1つの層は前述の樹脂A及び樹脂Bから成る層から成ることが好ましい。 The layer structure of the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention may be a single layer membrane or a laminated membrane consisting of at least two layers having different properties. When it is a laminated membrane, it is preferable that at least one layer is composed of the above-mentioned resin A and resin B.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜には、コーティング層を設けてもよい。コーティング層としては、ポリオレフィン系樹脂以外の他の多孔質層が挙げられる。他の多孔質層としては、特に限定されないが、例えば、バインダーと無機粒子とを含む無機粒子層などの多孔質層が好ましい。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention may be provided with a coating layer. Examples of the coating layer include other porous layers other than polyolefin resins. The other porous layer is not particularly limited, but is preferably, for example, a porous layer such as an inorganic particle layer containing a binder and inorganic particles.
無機粒子層を構成するバインダー成分としては、特に限定されず、公知の成分を用いることができ、例えば、アクリル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。 The binder component constituting the inorganic particle layer is not particularly limited, and known components can be used, such as acrylic resin, polyvinylidene fluoride resin, polyamideimide resin, polyamide resin, aromatic polyamide resin, polyimide resin, etc.
無機粒子層を構成する無機粒子としては、特に限定されず、公知の材料を用いることができ、例えば、アルミナ、ベーマイト、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ケイ素などを用いることができる。 The inorganic particles constituting the inorganic particle layer are not particularly limited, and known materials can be used, such as alumina, boehmite, barium sulfate, magnesium oxide, magnesium hydroxide, magnesium carbonate, and silicon.
次に、本発明の実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜の製造方法について示す。ポリオレフィン微多孔膜の製造方法としては、例えば、乾式の製膜方法及び湿式の製膜方法が挙げられる。本実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜の製造方法としては、膜の構造及び物性の制御の観点から湿式の製膜方法が好ましい。 Next, a method for producing a polyolefin microporous film in an embodiment of the present invention will be described. Examples of methods for producing a polyolefin microporous film include a dry film-forming method and a wet film-forming method. In this embodiment, a wet film-forming method is preferred as a method for producing a polyolefin microporous film from the viewpoint of controlling the structure and physical properties of the film.
以下、湿式でのポリオレフィン微多孔膜の製造方法について説明する。なお、以下の説明は、製造方法の一例であって、この方法に限定されるものではない。 The wet method for producing a polyolefin microporous membrane is described below. Note that the following description is only one example of the production method, and is not limited to this method.
本発明の実施形態におけるポリオレフィン微多孔膜の製造方法としては、下記の工程(1)~(5)を順に含むことが好ましく、下記の工程(6)をさらに含んでもよく、工程(6)の後、又は工程(6)に代えて、さらに下記の工程(7)及び(8)の少なくとも1つの工程を含むこともできる。 The method for producing a polyolefin microporous membrane in an embodiment of the present invention preferably includes the following steps (1) to (5) in order, and may further include the following step (6). After step (6) or instead of step (6), the method may further include at least one of the following steps (7) and (8).
(1)前記ポリオレフィン系樹脂、成膜用溶剤を溶融混練し、ポリオレフィン系樹脂組成物を調製する工程
(2)前記ポリオレフィン系樹脂組成物を押出し、冷却しゲル状シートを形成する工程
(3)前記ゲル状シートを予熱し、延伸する第1の延伸工程
(4)前記延伸後のゲル状シートから成膜用溶剤を除去する工程
(5)前記成膜用溶剤除去後のシートを乾燥する工程
(6)前記乾燥後のシートを予熱し、延伸する第2の延伸工程
(7)前記乾燥後のシートを熱処理する工程
(8)前記乾燥後のシートに対して架橋処理及び/又は親水化処理する工程
(1)ポリオレフィン系樹脂組成物の調製工程
樹脂A及び樹脂Bを、可塑剤(成膜用溶剤)に加熱溶解させたポリオレフィン系樹脂組成物を調製する。可塑剤としては、樹脂A及び樹脂Bを均一に分散させることができる溶剤であれば特に限定されないが、比較的高倍率の延伸を可能とするために、溶剤は室温で液体であることが好ましい。溶剤としては、ノナン、デカン、デカリン、パラキシレン、ウンデカン、ドデカン、流動パラフィン等の脂肪族、環式脂肪族又は芳香族の炭化水素、および沸点がこれらに対応する鉱油留分、並びにジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等の室温では液状のフタル酸エステル等が挙げられる。液体溶剤の含有量が安定なゲル状シートを得るために、流動パラフィンのような不揮発性の液体溶剤を用いるのが好ましい。
(1) A step of melt-kneading the polyolefin resin and the membrane-forming solvent to prepare a polyolefin resin composition (2) A step of extruding the polyolefin resin composition and cooling it to form a gel-like sheet (3) A first stretching step of preheating and stretching the gel-like sheet (4) A step of removing the membrane-forming solvent from the gel-like sheet after the stretching (5) A step of drying the sheet after the membrane-forming solvent removal (6) A second stretching step of preheating and stretching the dried sheet (7) A step of heat-treating the dried sheet (8) A step of crosslinking and/or hydrophilizing the dried sheet (1) A step of preparing a polyolefin resin composition Resin A and resin B are heated and dissolved in a plasticizer (membrane-forming solvent) to prepare a polyolefin resin composition. The plasticizer is not particularly limited as long as it is a solvent that can uniformly disperse resin A and resin B, but in order to enable relatively high-magnification stretching, it is preferable that the solvent is liquid at room temperature. Examples of the solvent include aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons such as nonane, decane, decalin, paraxylene, undecane, dodecane, liquid paraffin, etc., mineral oil fractions having boiling points corresponding thereto, and phthalic acid esters that are liquid at room temperature such as dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, etc. In order to obtain a gel-like sheet with a stable content of the liquid solvent, it is preferable to use a non-volatile liquid solvent such as liquid paraffin.
樹脂A及び樹脂Bと可塑剤の配合割合は、成形加工性を損ねない範囲で適宜選択してよいが、ポリオレフィン系樹脂組成物全質量に対し、樹脂Aと樹脂Bの合計の含有量は10~50質量%であることが好ましい。樹脂Aと樹脂Bの合計の含有量が10質量%以上とすると、シート状に成形する際に、口金の出口でスウェルやネックインが大きくならないため、シートの成形性や製膜性が良好となる。一方、樹脂Aと樹脂B合計の含有量を50質量%以下とすると、厚み方向の収縮が抑制され、成形加工性が良好となる。 The blending ratio of resin A, resin B, and plasticizer may be appropriately selected within a range that does not impair moldability, but the combined content of resin A and resin B is preferably 10 to 50 mass% relative to the total mass of the polyolefin resin composition. If the combined content of resin A and resin B is 10 mass% or more, swelling and necking at the outlet of the die are not large when molded into a sheet, resulting in good moldability and film-forming properties of the sheet. On the other hand, if the combined content of resin A and resin B is 50 mass% or less, shrinkage in the thickness direction is suppressed, resulting in good moldability.
ポリオレフィン系樹脂組成物中の樹脂Bの含有量は、好ましくは15質量%以下であり、より好ましくは12質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。また、樹脂Bの含有量は好ましくは0.5質量%以上であり、より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは2質量%以上である。ポリオレフィン系樹脂組成物中の樹脂Bの含有量を上記範囲とすることにより、樹脂Bがポリオレフィン系樹脂組成物中で良好な分散状態を形成し、耐圧縮性がより優れたポリオレフィン微多孔膜を得ることができる。 The content of resin B in the polyolefin resin composition is preferably 15% by mass or less, more preferably 12% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less. The content of resin B is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and even more preferably 2% by mass or more. By setting the content of resin B in the polyolefin resin composition within the above range, resin B forms a good dispersion state in the polyolefin resin composition, and a polyolefin microporous film with better compression resistance can be obtained.
樹脂A及び樹脂Bと可塑剤の均一な溶融混練方法は、特に限定されないが二軸押出機中で行うことが好ましい。 The method for uniformly melt-kneading resin A, resin B, and the plasticizer is not particularly limited, but is preferably carried out in a twin-screw extruder.
混練時の樹脂温度は140℃以上であることが好ましく、より好ましくは150℃以上、さらに好ましくは160℃以上であり、上限は、250℃以下であることが好ましく、240℃以下であることがより好ましく、230℃以下であることがさらに好ましい。混錬時のポリオレフィン系樹脂組成物の温度を上記範囲とすることにより樹脂の劣化による強度低下を防ぐことができ、樹脂A、樹脂Bと可塑剤を均一に溶融混錬することができる。 The resin temperature during kneading is preferably 140°C or higher, more preferably 150°C or higher, and even more preferably 160°C or higher, with the upper limit being preferably 250°C or lower, more preferably 240°C or lower, and even more preferably 230°C or lower. By keeping the temperature of the polyolefin resin composition during kneading within the above range, it is possible to prevent a decrease in strength due to deterioration of the resin, and it is possible to melt and knead resin A, resin B, and the plasticizer uniformly.
また二軸押出機での混錬時、押出質量Q(kg/hr)とスクリュー回転速度Ns(rpm)の比から算出されるQ/Nsは、0.01以上であることが好ましく、より好ましくは0.05以上、さらに好ましくは0.1以上である。これにより混練時の樹脂劣化による強度低下を防ぐことができる。また、上限は5.0以下であることが好ましく、3.0以下であることがより好ましく、2.0以下であることがさらに好ましい、これによりポリオレフィン系樹脂組成物に十分なせん断を加えることができ、均一な分散状態を得ることができる。 When kneading with a twin-screw extruder, Q/Ns calculated from the ratio of the extrusion mass Q (kg/hr) to the screw rotation speed Ns (rpm) is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, and even more preferably 0.1 or more. This makes it possible to prevent a decrease in strength due to resin deterioration during kneading. The upper limit is preferably 5.0 or less, more preferably 3.0 or less, and even more preferably 2.0 or less, which makes it possible to apply sufficient shear to the polyolefin resin composition and obtain a uniformly dispersed state.
(2)ゲル状シートの形成工程
ポリオレフィン系樹脂組成物の溶融物を押出機からダイに供給し、シート状に押し出す。
(2) Gel-Like Sheet Forming Step The melt of the polyolefin-based resin composition is fed from the extruder to a die and extruded into a sheet.
押出方法は、フラットダイ法及びインフレーション法のいずれでもよい。また、同一または異なる組成の複数のポリオレフィン系樹脂組成物を、複数の押出機から1つのマルチマニホールド型の複合Tダイへ供給し層状に積層し、積層構成のシート状に押出してもよい。押出温度は140~250℃が好ましく、押出速度は0.2~15m/分が好ましい。 The extrusion method may be either the flat die method or the inflation method. Alternatively, multiple polyolefin resin compositions of the same or different compositions may be fed from multiple extruders to a single multi-manifold composite T-die, laminated in layers, and extruded into a sheet having a laminated structure. The extrusion temperature is preferably 140 to 250°C, and the extrusion speed is preferably 0.2 to 15 m/min.
シート状に溶融押出された樹脂組成物は、冷却固化されることによりゲル状シートとなる。冷却工程では10~50℃まで冷却するのが好ましい。これは、最終冷却温度を結晶化終了温度以下とするのが好ましいためで、高次構造を細かくすることで、その後の延伸において均一延伸が行いやすくなる。また、この時の冷却速度は50℃/分以上の速度で行うのが好ましく、より好ましくは100℃/分以上、さらに好ましくは150℃/分以上である。一般に冷却速度が遅いと、比較的大きな結晶が形成されるので、ゲル状シートの高次構造が粗くなり、それを形成するゲル構造も大きなものとなる。対して冷却速度が速いと、比較的小さな結晶が形成されるので、ゲル状シートの高次構造が密となり、均一延伸に加え、膜の強度および伸度の向上につながる。この時の冷却方法としては冷風、冷却水、その他の冷却媒体に直接接触させる方法、冷媒で冷却したロールに接触させる方法、キャスティングドラム等を用いる方法等がある。 The resin composition melt-extruded into a sheet is cooled and solidified to become a gel-like sheet. In the cooling process, it is preferable to cool to 10 to 50°C. This is because it is preferable to set the final cooling temperature below the crystallization end temperature, and by making the high-order structure finer, it becomes easier to perform uniform stretching in the subsequent stretching. In addition, the cooling rate at this time is preferably 50°C/min or more, more preferably 100°C/min or more, and even more preferably 150°C/min or more. In general, if the cooling rate is slow, relatively large crystals are formed, so the high-order structure of the gel-like sheet becomes coarse, and the gel structure that forms it also becomes large. On the other hand, if the cooling rate is fast, relatively small crystals are formed, so the high-order structure of the gel-like sheet becomes dense, which leads to uniform stretching as well as improved strength and elongation of the film. The cooling method at this time includes a method of directly contacting the film with cold air, cooling water, or other cooling medium, a method of contacting a roll cooled with a refrigerant, and a method using a casting drum, etc.
(3)第1の延伸工程
次に、得られたゲル状シートを少なくとも一軸方向に延伸するが、延伸前にゲル状シートを予熱することが好ましい。予熱温度は90~130℃とするのが好ましく、より好ましくは105℃以上、さらに好ましくは110℃以上であり、また、より好ましくは120℃以下、さらに好ましくは117℃以下である。予熱温度を上記条件で行うことにより、延伸工程において均一に延伸され均一微細な孔構造を有するポリオレフィン微多孔膜を得ることができる。
(3) First Stretching Step Next, the obtained gel-like sheet is stretched at least uniaxially, but it is preferable to preheat the gel-like sheet before stretching. The preheating temperature is preferably 90 to 130°C, more preferably 105°C or higher, even more preferably 110°C or higher, and more preferably 120°C or lower, even more preferably 117°C or lower. By preheating at the above-mentioned temperature conditions, a polyolefin microporous membrane that is uniformly stretched in the stretching step and has a uniform and fine pore structure can be obtained.
予熱後のゲル状シートは、テンター法、ロール法、インフレーション法、又はこれらの組合せにより所定の倍率で延伸するのが好ましい。延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよいが、二軸延伸が好ましい。二軸延伸の場合、同時二軸延伸、逐次二軸延伸及び多段延伸(例えば同時二軸延伸及び逐次二軸延伸の組合せ)のいずれでもよいが、逐次二軸延伸であることが耐圧縮性を高める観点から好ましい。 The gel-like sheet after preheating is preferably stretched at a predetermined ratio by a tenter method, a roll method, an inflation method, or a combination of these. The stretching may be uniaxial or biaxial, with biaxial stretching being preferred. In the case of biaxial stretching, simultaneous biaxial stretching, sequential biaxial stretching, or multi-stage stretching (e.g., a combination of simultaneous biaxial stretching and sequential biaxial stretching) may be used, with sequential biaxial stretching being preferred from the viewpoint of increasing compression resistance.
本工程における延伸倍率(面積延伸倍率)は、16倍以上が好ましく、25倍以上がより好ましく、49倍以上が特に好ましい。また、機械長手方向(MD方向)及び機械幅方向(TD方向)のいずれでも4倍以上となることが好ましく、5倍以上であることがより好ましい。MD方向とTD方向での延伸倍率は、互いに同じでも異なってもよい。面積延伸倍率を上記範囲とすることにより機械的強度と透過性を高めることができる。また、本工程での面積延伸倍率は好ましくは150倍以下、より好ましくは100倍以下であり、これにより破膜を防ぎ、シャットダウン温度の上昇を抑制できる。なお、本工程における延伸倍率とは、本工程直前のポリオレフィン微多孔膜を基準として、次工程に供される直前のポリオレフィン微多孔膜の面積延伸倍率のことをいう。 The stretching ratio (area stretching ratio) in this process is preferably 16 times or more, more preferably 25 times or more, and particularly preferably 49 times or more. In addition, it is preferably 4 times or more in both the machine longitudinal direction (MD direction) and the machine width direction (TD direction), and more preferably 5 times or more. The stretching ratios in the MD direction and the TD direction may be the same or different from each other. By setting the area stretching ratio within the above range, it is possible to increase the mechanical strength and permeability. In addition, the area stretching ratio in this process is preferably 150 times or less, more preferably 100 times or less, which can prevent membrane rupture and suppress an increase in the shutdown temperature. The stretching ratio in this process refers to the area stretching ratio of the polyolefin microporous membrane immediately before being subjected to the next process, based on the polyolefin microporous membrane immediately before this process.
本工程の延伸温度は、ポリオレフィン系樹脂の結晶分散温度(TCD)~(TCD+30)℃の範囲内にするのが好ましく、(TCD+5)℃以上がより好ましく、(TCD+10)℃以上が特に好ましく、また、(TCD+28)℃以下がより好ましく、(TCD+26)℃以下が特に好ましい。延伸温度が前記範囲内であると、ポリオレフィン系樹脂の延伸による破膜が抑制され、高倍率の延伸ができる。 The stretching temperature in this process is preferably within the range of the crystal dispersion temperature (TCD) of the polyolefin resin to (TCD + 30) °C, more preferably at least (TCD + 5) °C, particularly preferably at least (TCD + 10) °C, and more preferably at most (TCD + 28) °C, particularly preferably at most (TCD + 26) °C. When the stretching temperature is within the above range, film rupture due to stretching of the polyolefin resin is suppressed, and high-magnification stretching is possible.
結晶分散温度(TCD)は、ASTM D4065による動的粘弾性の温度特性測定により求められる。ポリオレフィン系樹脂としてポリエチレン系樹脂を用いる場合、超高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン以外のポリエチレン及びポリエチレン樹脂組成物は約100~110℃の結晶分散温度を有するので、延伸温度を90~130℃とするのが好ましく、105℃以上がより好ましく、110℃以上がさらに好ましく、また、120℃以下がより好ましく、117℃以下がさらに好ましい。 The crystal dispersion temperature (TCD) is determined by measuring the temperature characteristics of dynamic viscoelasticity according to ASTM D4065. When a polyethylene resin is used as the polyolefin resin, ultra-high molecular weight polyethylene, polyethylene other than ultra-high molecular weight polyethylene, and polyethylene resin compositions have a crystal dispersion temperature of approximately 100 to 110°C, so the stretching temperature is preferably 90 to 130°C, more preferably 105°C or higher, even more preferably 110°C or higher, more preferably 120°C or lower, and even more preferably 117°C or lower.
以上のような延伸によりポリエチレン-ラメラ間に開裂が起こり、ポリエチレン系樹脂相が微細化し、多数のフィブリルが形成される。フィブリルは三次元的に不規則に連結した網目構造を形成する。 The stretching process described above causes cleavage between the polyethylene lamellae, resulting in the polyethylene resin phase becoming finer and the formation of numerous fibrils. The fibrils form a network structure that is irregularly connected three-dimensionally.
(4)成膜用溶剤の除去工程
洗浄溶媒を用いて、成膜用溶剤の除去(洗浄)を行う。ポリオレフィン系樹脂相は成膜用溶剤相と相分離している。そのため、成膜用溶剤を除去すると、微細な三次元網目構造を形成するフィブリルからなり、三次元的に不規則に連通する孔(空隙)を有する多孔質の膜が得られる。洗浄溶媒およびこれを用いた成膜用溶剤の除去方法は公知であるので説明を省略する。例えば特許第2132327号公報や特開2002-256099号公報に開示の方法を利用することができる。
(4) Membrane-forming solvent removal process The membrane-forming solvent is removed (washed) using a washing solvent. The polyolefin resin phase is phase-separated from the membrane-forming solvent phase. Therefore, when the membrane-forming solvent is removed, a porous membrane is obtained that is made of fibrils that form a fine three-dimensional network structure and has holes (voids) that are three-dimensionally irregularly connected. Washing solvents and methods for removing membrane-forming solvents using them are publicly known, so their explanation is omitted. For example, the methods disclosed in Japanese Patent No. 2132327 and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-256099 can be used.
(5)乾燥工程
成膜用溶剤を除去したポリオレフィン微多孔膜を、加熱乾燥法又は風乾法により乾燥する。乾燥温度はポリオレフィン系樹脂の結晶分散温度(TCD)以下であることが好ましく、特にTCDより5℃以上低いことが好ましい。乾燥は、ポリオレフィン微多孔膜の全質量を100質量部(乾燥質量)として、残存洗浄溶媒が5質量部以下になるまで行うのが好ましく、3質量部以下になるまで行うのがより好ましい。
(5) Drying step The polyolefin microporous membrane from which the membrane-forming solvent has been removed is dried by a heat drying method or an air drying method. The drying temperature is preferably equal to or lower than the crystal dispersion temperature (TCD) of the polyolefin resin, and is particularly preferably at least 5°C lower than the TCD. The drying is preferably performed until the remaining washing solvent is 5 parts by mass or less, more preferably 3 parts by mass or less, per 100 parts by mass (dry mass) of the total mass of the polyolefin microporous membrane.
(6)第2の延伸工程
乾燥後のポリオレフィン微多孔膜を、少なくとも一軸方向に延伸をしてもよい(第2の延伸工程)。第2の延伸工程前にポリオレフィン微多孔膜を予熱してもよい。予熱温度は90~140℃とするのが好ましく、より好ましくは95℃以上、さらに好ましくは100℃以上であり、また、より好ましくは135℃以下、さらに好ましくは130℃以下である。ポリオレフィン微多孔膜の延伸は、加熱しながら上記と同様にテンター法、ロール法、インフレーション法等により行うことができる。延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよい。二軸延伸の場合、同時二軸延伸及び逐次二軸延伸、及び多段延伸(例えば同時二軸延伸及び逐次二軸延伸の組合せ)のいずれでもよい。
(6) Second stretching step The dried polyolefin microporous membrane may be stretched at least uniaxially (second stretching step). The polyolefin microporous membrane may be preheated before the second stretching step. The preheating temperature is preferably 90 to 140°C, more preferably 95°C or higher, even more preferably 100°C or higher, and more preferably 135°C or lower, even more preferably 130°C or lower. The polyolefin microporous membrane may be stretched by a tenter method, a roll method, an inflation method, or the like while heating as described above. The stretching may be uniaxial or biaxial. In the case of biaxial stretching, any of simultaneous biaxial stretching, sequential biaxial stretching, and multistage stretching (for example, a combination of simultaneous biaxial stretching and sequential biaxial stretching) may be used.
本工程における延伸温度は、特に限定されないが、通常90~140℃であり、より好ましくは95℃以上、さらに好ましくは100℃以上であり、また、より好ましくは130℃以下である。 The stretching temperature in this process is not particularly limited, but is usually 90 to 140°C, more preferably 95°C or higher, even more preferably 100°C or higher, and more preferably 130°C or lower.
本工程における面積延伸倍率は16.0倍以下であることが好ましく、4.0倍以下であることがより好ましく、2.0倍以下であることがさらに好ましい。二軸延伸の場合、MD方向とTD方向での延伸倍率が互いに同じでも異なってもよい。なお、本工程における延伸倍率とは、本工程直前のポリオレフィン微多孔膜を基準として、次工程に供される直前のポリオレフィン微多孔膜の延伸倍率のことをいう。 The areal stretching ratio in this process is preferably 16.0 times or less, more preferably 4.0 times or less, and even more preferably 2.0 times or less. In the case of biaxial stretching, the stretching ratios in the MD direction and the TD direction may be the same or different. The stretching ratio in this process refers to the stretching ratio of the polyolefin microporous membrane immediately before being subjected to the next process, based on the polyolefin microporous membrane immediately before this process.
(7)熱処理工程
また、前記工程(6)の後、又は前記工程(6)に代えて、乾燥後のポリオレフィン微多孔膜は、熱処理を行うことができる。熱処理によって結晶が安定化し、ラメラが均一化される。熱処理方法としては、熱固定処理及び/又は熱緩和処理を用いることができる。熱固定処理とは、膜の寸法が変わらないように保持しながら加熱する熱処理である。熱緩和処理とは、膜を加熱中にMD方向やTD方向に熱収縮させる熱処理である。熱固定処理は、テンター方式又はロール方式により行うのが好ましい。例えば、熱緩和処理方法としては特開2002-256099号公報に開示の方法があげられる。熱処理温度はポリオレフィン系樹脂のTCD~融点の範囲内が好ましい。融点は、JIS K7121(1987)に基づき、示差走査熱量計(DSC)により測定することができる。
(7) Heat Treatment Step After or instead of the step (6), the polyolefin microporous membrane after drying may be heat treated. The heat treatment stabilizes the crystals and makes the lamellae uniform. As the heat treatment method, heat setting and/or heat relaxation can be used. Heat setting is a heat treatment in which the membrane is heated while maintaining its dimensions. Heat relaxation is a heat treatment in which the membrane is thermally shrunk in the MD or TD directions during heating. The heat setting is preferably performed by a tenter method or a roll method. For example, the heat relaxation method is the method disclosed in JP-A-2002-256099. The heat treatment temperature is preferably within the range of TCD to melting point of the polyolefin resin. The melting point can be measured by a differential scanning calorimeter (DSC) based on JIS K7121 (1987).
(8)架橋処理、親水化処理工程
また、乾燥後のポリオレフィン微多孔膜に対して、工程(7)の後、又は工程(7)に代えて、さらに、架橋処理および親水化処理を行うこともできる。
(8) Crosslinking and hydrophilization treatment steps The dried polyolefin microporous membrane may be subjected to a crosslinking and hydrophilization treatment after or instead of the step (7).
例えば、ポリオレフィン微多孔膜に対して、Α線、Β線、Γ線、電子線等の電離放射線の照射することにより、架橋処理を行う。電子線の照射の場合、0.1~100MRADの電子線量が好ましく、100~300kVの加速電圧が好ましい。架橋処理によりポリオレフィン微多孔膜のメルトダウン温度が上昇する。 For example, the crosslinking treatment is performed by irradiating the polyolefin microporous membrane with ionizing radiation such as A-rays, B-rays, G-rays, or electron beams. In the case of electron beam irradiation, the electron beam dose is preferably 0.1 to 100 MRAD, and the acceleration voltage is preferably 100 to 300 kV. The crosslinking treatment increases the meltdown temperature of the polyolefin microporous membrane.
また、親水化処理は、モノマーグラフト、界面活性剤処理、コロナ放電等により行うことができる。モノマーグラフトは架橋処理後に行うのが好ましい。 Hydrophilization treatment can be performed by monomer grafting, surfactant treatment, corona discharge, etc. Monomer grafting is preferably performed after crosslinking treatment.
以上のようにして得られたポリオレフィン微多孔膜は、フィルター、二次電池用セパレータ、燃料電池用セパレータ、コンデンサー用セパレータなど様々な用途で用いることができる。特に電池用セパレータとして用いた際に、透過性に優れ、高い安全性を付与することができ、電気自動車などの高エネルギー密度化、高容量化、および高出力化を必要とする二次電池用セパレータとしてより好ましく用いることができる。 The polyolefin microporous membrane obtained in the above manner can be used for various applications, such as filters, secondary battery separators, fuel cell separators, and capacitor separators. In particular, when used as a battery separator, it has excellent permeability and can provide high safety, and can be more preferably used as a secondary battery separator for electric vehicles and other devices that require high energy density, high capacity, and high output.
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
〔測定方法〕
[厚み]
ポリオレフィン微多孔膜の50mm×50mmの範囲内における任意の5点の膜厚を接触厚み計、株式会社ミツトヨ製ライトマチックVL-50(10.5mmφ超硬球面測定子、測定荷重0.01N)により測定し、平均値を厚み(μm)とした。
[空孔率]
ポリオレフィン微多孔膜から50mm×50mm角の正方形にサンプルを切り取り、室温25℃におけるその体積(cm3)と質量(g)とを測定した。それらの値と膜密度(g/cm3)とから、ポリオレフィン微多孔膜の空孔率を次式により算出した。なお、膜密度は0.99g/cm3の一定値と仮定して計算した。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, although the present invention is not limited to these examples.
[Measurement method]
[Thickness]
The thickness of the polyolefin microporous membrane was measured at any five points within a 50 mm × 50 mm area using a contact thickness meter, Litematic VL-50 (10.5 mmφ ultrahard spherical probe, measuring load 0.01 N) manufactured by Mitutoyo Corporation, and the average value was recorded as the thickness (μm).
[Porosity]
A 50 mm x 50 mm square sample was cut from the polyolefin microporous membrane, and its volume ( cm3 ) and mass (g) were measured at room temperature of 25° C. From these values and the membrane density (g/ cm3 ), the porosity of the polyolefin microporous membrane was calculated by the following formula. The membrane density was assumed to be a constant value of 0.99 g/ cm3 .
式:空孔率(%)=(体積-質量/膜密度)/体積×100
[厚み1μm換算の突刺強度]
突刺強度は、試験速度を2mm/秒としたことを除いて、JIS Z 1707(2019)に準拠して測定した。フォースゲージ(株式会社イマダ製 DS2-20N)を用いて、先端が球面(曲率半径R:0.5mm)の直径1.0mmの針で、ポリオレフィン微多孔膜を25℃の雰囲気下で突刺したときの最大荷重(gf)を計測し、前述した方法で測定された厚みの値を用い、下記の式から求まる値を厚み1μm換算の突刺強度(gf/μm)とした。
Formula: Porosity (%)=(Volume-Mass/Membrane Density)/Volume×100
[Puncture strength converted to 1 μm thickness]
The puncture strength was measured in accordance with JIS Z 1707 (2019) except that the test speed was 2 mm/sec. Using a force gauge (DS2-20N manufactured by Imada Co., Ltd.), the maximum load (gf) was measured when a polyolefin microporous membrane was punctured in an atmosphere of 25°C with a needle having a diameter of 1.0 mm and a spherical tip (radius of curvature R: 0.5 mm). Using the thickness value measured by the above-mentioned method, the value calculated from the following formula was used as the puncture strength (gf/μm) converted to a thickness of 1 μm.
式:厚み1μm換算の突刺強度(gf/μm)=最大荷重(gf)/ポリオレフィン微多孔膜の厚み(μm)
[厚み1μm換算の透気度]
ポリオレフィン微多孔膜に対して、JIS P-8117:2009年に準拠して、王研式透気度計(旭精工株式会社製、EGO-1T)で25℃の雰囲気下、透気度(秒/100cm3)を測定した。また、前述した方法で測定された厚みの値を用い、下記の式により、厚み1μm換算の透気度(秒/100cm3)を算出した。
Formula: puncture strength converted into 1 μm thickness (gf/μm)=maximum load (gf)/polyolefin microporous membrane thickness (μm)
[Air permeability converted into thickness of 1 μm]
The air permeability (sec/100 cm 3 ) of the polyolefin microporous membrane was measured in an atmosphere of 25° C. using an Oken air permeability meter (EGO-1T, manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.) in accordance with JIS P-8117: 2009. In addition, the air permeability (sec/100 cm 3 ) converted to a thickness of 1 μm was calculated using the thickness value measured by the above-mentioned method according to the following formula.
式:厚み1μm換算の透気度(秒/100cm3)=透気度(秒/100cm3)/ポリオレフィン微多孔膜の厚み(μm)
[引張強度]
MD方向の引張強度およびTD方向の引張強度について、島津製作所製 万能試験機AGS-Jを用いてASTM D882に準拠した方法により測定した。試験片として幅10mmの短冊状試験片を用い、MD方向、TD方向のいずれについても、サンプル面内の任意の3箇所で測定を行い、その平均値をかかる方向の引張強度とした。
[シャットダウン温度]
ポリオレフィン微多孔膜を5℃/minの昇温速度で加熱しながら、王研式透気度計(旭精工株式会社製、EGO-1T)により透気抵抗度を測定し、透気抵抗度が検出限界である99999秒/100cm3Airに到達した温度をシャットダウン温度(℃)とした。
Formula: air permeability per 1 μm thickness (sec/100 cm 3 )=air permeability (sec/100 cm 3 )/thickness of polyolefin microporous membrane (μm)
[Tensile strength]
The tensile strength in the MD direction and the tensile strength in the TD direction were measured in accordance with the method of ASTM D882 using a universal testing machine AGS-J manufactured by Shimadzu Corporation. A rectangular test piece having a width of 10 mm was used as the test piece, and measurements were taken at three arbitrary points on the sample surface in both the MD direction and the TD direction, and the average value was taken as the tensile strength in the relevant direction.
[Shutdown temperature]
The polyolefin microporous membrane was heated at a heating rate of 5°C/min while measuring the air resistance with an Oken air permeability meter (EGO-1T, manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd.), and the temperature at which the air resistance reached the detection limit of 99,999 sec/100 cm3 Air was defined as the shutdown temperature (°C).
測定セルはアルミブロックで構成され、ポリオレフィン微多孔膜の直下に熱電対を有する構造とし、サンプルを5cm×5cm角に切り取り、周囲をОリングで固定しながら昇温測定した。
[105℃、8時間後の熱収縮率]
ポリオレフィン微多孔膜を2辺がMD方向に平行となるような5cm×5cmの正方形のサンプルを切り出した。サンプルのTD方向の中央部でMD方向のサンプル長さを計測し、これをMD収縮前長さ(L1MD)とした。また、MD方向の中央部でTD方向のサンプル長さを計測しこれをTD収縮前長さ(L1TD)とした。
The measurement cell was composed of an aluminum block and had a structure in which a thermocouple was placed directly under the polyolefin microporous membrane. A sample was cut into a 5 cm x 5 cm square and heated while being fixed with an O-ring around the periphery.
[Heat shrinkage rate after 8 hours at 105°C]
A square sample of 5 cm x 5 cm was cut out from the polyolefin microporous membrane, with two sides parallel to the MD direction. The length of the sample in the MD direction was measured at the center of the TD direction of the sample, and this was the length before MD shrinkage (L 1MD ). The length of the sample in the TD direction was also measured at the center of the MD direction, and this was the length before TD shrinkage (L 1TD ).
次に、槽内温度を105℃としたオーブン内へサンプルを投入して加熱し、投入から8時間後にこれを取り出した。前述のMD収縮前長さを測定した箇所のMD方向長さを測定し、これをMD収縮後長さ(L2MD)とした。また、前述のTD収縮前長さを測定した箇所のTD方向長さを測定し、これをTD収縮後長さ(L2TD)とした。これらの値を用いて、105℃、8時間後の熱収縮率を下記式により算出した。また本測定はサンプル面内の任意の3箇所で行い、その平均値を105℃、8時間後の熱収縮率(%)として算出した。 Next, the sample was placed in an oven with an internal temperature of 105°C and heated, and was taken out 8 hours after placement. The MD length at the location where the above-mentioned length before MD shrinkage was measured was measured, and this was taken as the length after MD shrinkage (L 2MD ). In addition, the TD length at the location where the above-mentioned length before TD shrinkage was measured was measured, and this was taken as the length after TD shrinkage (L 2TD ). Using these values, the heat shrinkage rate after 8 hours at 105°C was calculated using the following formula. This measurement was also performed at three arbitrary locations on the sample surface, and the average value was calculated as the heat shrinkage rate (%) after 8 hours at 105°C.
式:105℃、8時間後の熱収縮率(%)=100×(L1MD-L2MD+L1TD-L2TD)/(L1MD+L1TD)
[ポリオレフィン微多孔膜中のドメイン径]
ポリオレフィン微多孔膜をRuO4で染色し、ミクロトーム法により厚み方向-MD方向の断面を観察するための薄切片を作製した。透過型電子顕微鏡(日本電子製JEM1400Plus型)を用い加速電圧100kV、倍率50000で観察し、樹脂A部分、樹脂B部分、空孔部分のそれぞれで染色具合が異なることから、濃淡のコントラストを有する観察像を得た。上述の観察像の中で、樹脂Bに由来するドメイン状のコントラストを有する領域について、ドメインの面積を算出し、ドメインの断面を円形と仮定してその直径を算出した値をドメイン径とした。ドメイン径の値は任意の10個のドメインについて上記計測、算出を行い、その平均値をポリオレフィン微多孔膜中のドメイン径(nm)とした。
[70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率、70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率、及び70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率]
ポリオレフィン微多孔膜を100枚重ね、打ち抜き機で直径14mmの円形に打ち抜いたサンプルを作製した。粘弾性測定装置(TAインスツルメント製RSA-G2)でφ4mmの円形の圧縮治具を用い、圧縮モードでの測定を行った。サンプルを試料台にセットし、上述の圧縮治具で70KPaの圧力でサンプルを抑えた状態で槽内を70℃に昇温し、70℃まで昇温された時点での測定治具と資料台のギャップをサンプル厚みT1とした。槽内が70℃となった後、圧縮圧力を2.3MPaに変更して1時間保持し、測定治具と試料台のギャップが最も狭くなった時の値を加圧時サンプル厚みT2とした。これに、前述の[空孔率]に記載の測定方法により算出したポリオレフィン微多孔膜の空孔率(%)の値を用い、下記式1により70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率を、式2により70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率を、式3により70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率を、それぞれ算出した。
Formula: Heat shrinkage rate (%) after 8 hours at 105°C = 100 x ( L1MD - L2MD + L1TD - L2TD ) / ( L1MD + L1TD )
[Domain diameter in polyolefin microporous membrane]
The polyolefin microporous membrane was stained with RuO4 , and a thin section was prepared for observing the cross section in the thickness direction-MD direction by the microtome method. A transmission electron microscope (JEM1400Plus type manufactured by JEOL Ltd.) was used for observation at an acceleration voltage of 100 kV and a magnification of 50,000. Since the resin A part, the resin B part, and the pore part were stained differently, an observation image having contrast in shade was obtained. In the above observation image, the area of the domain was calculated for the region having a domain-like contrast derived from resin B, and the diameter of the domain was calculated assuming that the cross section of the domain was circular, and this value was taken as the domain diameter. The domain diameter value was measured and calculated as described above for any 10 domains, and the average value was taken as the domain diameter (nm) in the polyolefin microporous membrane.
[Film thickness reduction rate when pressurized at 70° C. and 2.3 MPa, film thickness reduction rate/porosity when pressurized at 70° C. and 2.3 MPa, and porosity when pressurized at 70° C. and 2.3 MPa]
A sample was prepared by stacking 100 polyolefin microporous membranes and punching them into a circle with a diameter of 14 mm using a punching machine. Measurements were performed in compression mode using a circular compression tool with a diameter of 4 mm using a viscoelasticity measuring device (RSA-G2 manufactured by TA Instruments). The sample was set on the sample stage, and the temperature in the tank was raised to 70°C while the sample was held down with a pressure of 70 KPa using the compression tool described above. The gap between the measurement tool and the sample stage at the time when the temperature was raised to 70°C was taken as the sample thickness T1 . After the temperature in the tank reached 70°C, the compression pressure was changed to 2.3 MPa and maintained for 1 hour, and the value at which the gap between the measurement tool and the sample stage became the narrowest was taken as the sample thickness under pressure T2 . Using the porosity (%) of the polyolefin microporous membrane calculated by the measurement method described above in [Porosity], the membrane thickness reduction rate/porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa was calculated using the following formula 1, the membrane thickness reduction rate/porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa was calculated using the following formula 2, and the porosity when pressurized at 70°C and 2.3 MPa was calculated using the following formula 3.
式1:70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率(%)=100×(T1-T2)/T1
式2:70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率(-)=100×(T1-T2)/(T1×空孔率)
式3:70℃、2.3MPaで加圧時の空孔率(%)=100×{T1×空孔率/100-(T1-T2)}/T2
(実施例1)
樹脂Aとして重量平均分子量(Mw)が6.0×105、融点136℃の高密度ポリエチレン60質量%、及び重量平均分子量(Mw)が2.0×106、融点133℃の超高分子量ポリエチレン40質量%から成る混合物を用いた。樹脂Bとして、ガラス転移温度が178℃である環状オレフィンコポリマー(COC)(ポリプラスチックス製COC TOPAS(登録商標)6017S-04)を用いた。
Formula 1: Film thickness reduction rate (%) when pressurized at 70° C. and 2.3 MPa=100×(T 1 −T 2 )/T 1
Equation 2: Membrane thickness reduction rate when pressurized at 70° C. and 2.3 MPa/porosity (−)=100×(T 1 −T 2 )/(T 1 ×porosity)
Equation 3: Porosity (%) at 70° C. and pressurized at 2.3 MPa=100×{T 1 ×Porosity/100−(T 1 −T 2 )}/T 2
Example 1
Resin A was a mixture consisting of 60% by mass of high-density polyethylene having a weight-average molecular weight (Mw) of 6.0 x 10 5 and a melting point of 136° C., and 40% by mass of ultra-high molecular weight polyethylene having a weight-average molecular weight (Mw) of 2.0 x 10 6 and a melting point of 133° C. Resin B was a cyclic olefin copolymer (COC) (COC TOPAS (registered trademark) 6017S-04 manufactured by Polyplastics) having a glass transition temperature of 178° C.
樹脂A17質量%、樹脂B8質量%、酸化防止剤であるテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.2質量%、及び流動パラフィン74.8質量%を混合したものを混錬評価試験装置(東洋精機株式会社製 ラボプラストミル)へ投入し、温度200℃、シリンダー回転速度50rpmで15分間溶融混練して、ポリオレフィン系樹脂組成物を調製した。ポリオレフィン系樹脂組成物をテフロンシートで挟んで200℃でプレス後、サンプルを取り出して、25℃に調温した金属板で挟み、これを冷却することでゲル状シートを形成した。 A mixture of 17% by mass of resin A, 8% by mass of resin B, 0.2% by mass of the antioxidant tetrakis[methylene-3-(3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl)-propionate]methane, and 74.8% by mass of liquid paraffin was placed in a kneading evaluation test device (Labo Plastomill, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) and melt-kneaded for 15 minutes at a temperature of 200°C and a cylinder rotation speed of 50 rpm to prepare a polyolefin-based resin composition. The polyolefin-based resin composition was sandwiched between Teflon sheets and pressed at 200°C, after which a sample was removed and sandwiched between metal plates adjusted to 25°C, and cooled to form a gel-like sheet.
得られたゲル状シートを80mm四方の四角形になるように切り出し、115℃にて300秒間予熱を行い、延伸温度115℃、延伸速度1000mm/minにてMD方向に5倍、TD方向に5倍となるように同時二軸延伸を行った(第1の延伸)。延伸後の膜を塩化メチレンの洗浄槽内にて洗浄して、流動パラフィンを除去し、洗浄した膜を20℃に調整された乾燥炉で乾燥し、電気オーブン内にて120℃で10分間熱固定処理(熱処理)することによりポリオレフィン微多孔膜を得た。
(実施例2)
樹脂Aとして重量平均分子量(Mw)が4.0×105、融点136℃の分岐状高密度ポリエチレン60質量%、及び重量平均分子量(Mw)が2.0×106、融点133℃の超高分子量ポリエチレン40質量%から成る混合物を用いた。樹脂Bは使用しなかった。樹脂A25質量%、酸化防止剤であるテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.2質量%、及び流動パラフィン74.8質量%を混合したものを混錬評価試験装置(東洋精機株式会社製 ラボプラストミル)へ投入し、温度200℃、シリンダー回転速度50rpmで15分間溶融混練して、ポリオレフィン系樹脂組成物を調製した。ポリオレフィン系樹脂組成物をテフロンシートで挟んで200℃でプレス後、サンプルを取り出して、25℃に調温した金属板で挟み、これを冷却することでゲル状シートを形成した。
The gel-like sheet thus obtained was cut into a square shape of 80 mm square, preheated at 115°C for 300 seconds, and simultaneously biaxially stretched 5 times in the MD direction and 5 times in the TD direction at a stretching temperature of 115°C and a stretching speed of 1000 mm/min (first stretching). The stretched membrane was washed in a washing tank of methylene chloride to remove liquid paraffin, dried in a drying oven adjusted to 20°C, and heat-set (heat treatment) in an electric oven at 120°C for 10 minutes to obtain a polyolefin microporous membrane.
Example 2
Resin A was a mixture consisting of 60% by mass of branched high-density polyethylene having a weight-average molecular weight (Mw) of 4.0×10 5 and a melting point of 136° C., and 40% by mass of ultra-high molecular weight polyethylene having a weight-average molecular weight (Mw) of 2.0×10 6 and a melting point of 133° C. Resin B was not used. A mixture of 25% by mass of Resin A, 0.2% by mass of tetrakis[methylene-3-(3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl)-propionate]methane as an antioxidant, and 74.8% by mass of liquid paraffin was charged into a kneading evaluation test device (Labo Plastomill manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) and melt-kneaded at a temperature of 200° C. and a cylinder rotation speed of 50 rpm for 15 minutes to prepare a polyolefin-based resin composition. The polyolefin resin composition was sandwiched between Teflon sheets and pressed at 200° C., and then a sample was taken out and sandwiched between metal plates whose temperature was adjusted to 25° C., and cooled to form a gel-like sheet.
得られたゲル状シートを80mm四方の四角形になるように切り出し、115℃にて300秒間予熱を行い、延伸温度115℃、延伸速度1000mm/minにてまずはMD方向に9倍、次にTD方向に9倍となるよう逐次二軸延伸を行った(第1の延伸)。延伸後の膜を塩化メチレンの洗浄槽内にて洗浄して、流動パラフィンを除去し、洗浄した膜を20℃に調整された乾燥炉で乾燥し、電気オーブン内にて125℃で10分間熱固定処理(熱処理)することによりポリオレフィン微多孔膜を得た。
(実施例3)
樹脂Bとして、ガラス転移温度が138℃である環状オレフィンコポリマー(COC)(ポリプラスチックス製COC TOPAS(登録商標)6013F-04)を用い、樹脂A20質量%、樹脂B5質量%、酸化防止剤であるテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.2質量%、及び流動パラフィン74.8質量%を混合したものを用いて、ポリオレフィン系樹脂組成物を調製したことを除いて、実施例1と同様に実施し、ポリオレフィン微多孔膜を得た。
(実施例4)
樹脂Bとして、ガラス転移温度が136℃である環状オレフィンポリマー(COP)(日本ゼオン株式会社製COP ZEONOR(登録商標)1420R)を用い、樹脂A20質量%、樹脂B5質量%、酸化防止剤であるテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.2質量%、及び流動パラフィン74.8質量%を混合したものを用いて、ポリオレフィン系樹脂組成物を調製したことを除いて、実施例1と同様に実施し、ポリオレフィン微多孔膜を得た。
(比較例1)
樹脂Aにおいて、高密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンの割合を80質量%と20質量%から成る混合物を用いたこと、樹脂Bを使用しなかったこと、並びに、樹脂A25質量%、酸化防止剤であるテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.2質量%、及び流動パラフィン74.8質量%を混合したものを用いてポリオレフィン系樹脂組成物を調整したことを除いて、実施例1と同様に実施し、ポリオレフィン微多孔膜を得た。
(比較例2)
樹脂Aとして重量平均分子量(Mw)が6.0×105、融点136℃の高密度ポリエチレン60質量%、及び重量平均分子量(Mw)が2.0×106、融点133℃の超高分子量ポリエチレン40質量%から成る混合物を用いたことを除いて、実施例2と同様に実施し、ポリオレフィン微多孔膜を得た。
(比較例3)
樹脂A12質量%、樹脂B13質量%、酸化防止剤であるテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジターシャリーブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタン0.2質量%、及び流動パラフィン74.8質量%を混合したものを用いて、ポリオレフィン系樹脂組成物を調製したことを除いて、実施例1と同様に実施し、ポリオレフィン微多孔膜を得た。
(比較例4)
樹脂Bとして平均粒子径2.2μmの架橋アクリルビーズ(アクリル粒子)(根上工業株式会社製 アートパールJ-4P)を用いたことを除いて、実施例3と同様に実施し、ポリオレフィン微多孔膜を得た。
(評価)
各ポリオレフィン微多孔膜の製造に用いるポリオレフィン系樹脂組成物及び成膜条件、並びに、得られたポリオレフィン微多孔膜の各評価結果を表1に示す。表1の「ポリオレフィン系樹脂組成物」における「-」は、その成分を含有していないことを示す。また、「ポリオレフィン微多孔膜中のドメイン径」における「-」はドメインの存在が確認できず測定不可であることを示す。
The gel-like sheet thus obtained was cut into a square shape of 80 mm square, preheated at 115°C for 300 seconds, and sequentially biaxially stretched at a stretching temperature of 115°C and a stretching speed of 1000 mm/min, first 9 times in the MD direction and then 9 times in the TD direction (first stretching). The stretched membrane was washed in a washing tank of methylene chloride to remove liquid paraffin, dried in a drying oven adjusted to 20°C, and heat-set (heat treatment) in an electric oven at 125°C for 10 minutes to obtain a polyolefin microporous membrane.
Example 3
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that a polyolefin resin composition was prepared using a mixture of 20 mass% of Resin A, 5 mass% of Resin B, 0.2 mass% of tetrakis[methylene-3-(3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane as an antioxidant, and 74.8 mass% of liquid paraffin, using a cyclic olefin copolymer (COC) having a glass transition temperature of 138°C (COC TOPAS (registered trademark) 6013F-04 manufactured by Polyplastics) as Resin B.
Example 4
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that a polyolefin resin composition was prepared using a mixture of 20 mass% of Resin A, 5 mass% of Resin B, 0.2 mass% of tetrakis[methylene-3-(3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl)-propionate]methane as an antioxidant, and 74.8 mass% of liquid paraffin, using a cyclic olefin polymer (COP) (COP ZEONOR (registered trademark) 1420R manufactured by Zeon Corporation) having a glass transition temperature of 136°C as Resin B.
(Comparative Example 1)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that resin A was a mixture of 80% by mass of high-density polyethylene and 20% by mass of ultra-high molecular weight polyethylene, resin B was not used, and a polyolefin resin composition was prepared using a mixture of 25% by mass of resin A, 0.2% by mass of tetrakis[methylene-3-(3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane as an antioxidant, and 74.8% by mass of liquid paraffin.
(Comparative Example 2)
The same procedure as in Example 2 was repeated, except that Resin A was a mixture consisting of 60% by mass of high-density polyethylene having a weight-average molecular weight (Mw) of 6.0 x 105 and a melting point of 136°C, and 40% by mass of ultra-high molecular weight polyethylene having a weight-average molecular weight (Mw) of 2.0 x 106 and a melting point of 133°C, to obtain a polyolefin microporous membrane.
(Comparative Example 3)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that a polyolefin resin composition was prepared using a mixture of 12 mass% of Resin A, 13 mass% of Resin B, 0.2 mass% of tetrakis[methylene-3-(3,5-ditertiarybutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane as an antioxidant, and 74.8 mass% of liquid paraffin.
(Comparative Example 4)
The same procedure as in Example 3 was repeated, except that crosslinked acrylic beads (acrylic particles) having an average particle size of 2.2 μm (Art Pearl J-4P, manufactured by Negami Chemical Industrial Co., Ltd.) were used as Resin B, to obtain a polyolefin microporous membrane.
(evaluation)
The polyolefin resin composition and film-forming conditions used to produce each polyolefin microporous membrane, and the evaluation results of the resulting polyolefin microporous membrane are shown in Table 1. In Table 1, "-" in "Polyolefin resin composition" indicates that the component was not contained. Also, "-" in "Domain diameter in polyolefin microporous membrane" indicates that the presence of a domain could not be confirmed and therefore could not be measured.
実施例1~4のポリオレフィン微多孔膜は、いずれも70℃、2.3MPaで加圧時の膜厚低下率/空孔率で表される値が0.20以下であり、良好な耐圧縮性が得られたと同時に、140℃以下の低いシャットダウン温度を有する。そのため、二次電池用セパレータとして使用した場合に優れた出力特性と高い安全性を付与することができる。一方で、比較例1~比較例4のポリオレフィン微多孔膜は、耐圧縮性に乏しいか、シャットダウン温度が高いか、またはその両方であるため、二次電池用セパレータとして使用した場合に出力特性や、電池安定性が十分ではない。 The polyolefin microporous membranes of Examples 1 to 4 all have a value of 0.20 or less, which is expressed as the rate of decrease in membrane thickness when pressurized at 70°C and 2.3 MPa/porosity, and at the same time, they have good compression resistance and a low shutdown temperature of 140°C or less. Therefore, when used as a separator for a secondary battery, they can provide excellent output characteristics and high safety. On the other hand, the polyolefin microporous membranes of Comparative Examples 1 to 4 have poor compression resistance, high shutdown temperatures, or both, and therefore do not provide sufficient output characteristics or battery stability when used as a separator for a secondary battery.
本発明の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用いた場合において、高い耐圧縮性により優れた充放電特性を有しながら、電池の異常発熱時には速やかにシャットダウンし、高い安全性を付与することができる。そのため、特に高容量化が要求される二次電池用のセパレータとして好適に用いることができる。
When the polyolefin microporous membrane of the present invention is used as a separator for a secondary battery, it has excellent charge/discharge characteristics due to its high compression resistance, and can quickly shut down the battery when it abnormally heats up, thereby providing high safety, and therefore can be suitably used as a separator for a secondary battery that is particularly required to have a high capacity.
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