JP7723587B2 - Conductive resin film for current collector of secondary battery and method for producing same - Google Patents
Conductive resin film for current collector of secondary battery and method for producing sameInfo
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池や全固体電池等に使用される二次電池の集電体用導電性樹脂フィルム及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a conductive resin film for use as a current collector in secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries and all-solid-state batteries, and a method for producing the same.
近年、ニッケル‐カドミウム蓄電池、ニッケル‐水素蓄電池、ニッケル‐亜鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、及び全固体電池等の充放電可能な高性能の二次電池が脚光を浴びているが、これらの高性能な二次電池の中でも、特にリチウムイオン二次電池、あるいは全固体電池が注目されている。このリチウムイオン二次電池は、図示しないが、正極と負極、セパレータ、電解質、及び容器等から構成されている。正極(正極板)は、集電板及びその上部に形成された正極活物質を含有した正極合剤よりなる。この正極の正極活物質は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム等が使用されている。 In recent years, high-performance rechargeable secondary batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-zinc batteries, lithium-ion secondary batteries, and all-solid-state batteries have been attracting attention. Among these high-performance secondary batteries, lithium-ion secondary batteries and all-solid-state batteries are particularly noteworthy. While not shown, lithium-ion secondary batteries are composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolyte, a container, and other components. The positive electrode (positive electrode plate) consists of a current collector plate and a positive electrode mixture containing a positive electrode active material formed on top of it. Positive electrode active materials used for this positive electrode include lithium cobalt oxide and lithium manganese oxide.
これに対し、負極(負極板)は、集電板及びその両面に形成されて負極合剤よりなる。この負極の負極活物質は、天然黒鉛や人造黒鉛等の易黒鉛炭素が使用されている。これら正極と負極の集電体は、一般的には、正極にアルミ箔が使用され、負極に銅箔等の金属箔が使用されている。 In contrast, the negative electrode (negative electrode plate) consists of a current collector plate and a negative electrode mixture formed on both sides of the current collector plate. The active material used for this negative electrode is graphitic carbon such as natural graphite or artificial graphite. The current collectors for these positive and negative electrodes are generally aluminum foil for the positive electrode and metal foil such as copper foil for the negative electrode.
このようなリチウムイオン二次電池や全固体電池は、エネルギー密度や作動電圧が高く、ライフサイクルが長く、しかも、自己放電性が低いという優れた特徴を有しているので、様々な分野で利用されている。例えば、携帯電話、多機能携帯電話、タブレット端末等からなるモバイル情報機器、カメラ、ビデオカメラ、携帯型デジタル音楽プレーヤー等の電子機器、電気自動車(EV)、ハイブリッド車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHEV)等からなる自動車、航空機等の電源として多方面で使用されている。 Such lithium-ion secondary batteries and all-solid-state batteries have excellent characteristics, such as high energy density, high operating voltage, long life cycle, and low self-discharge, and are therefore used in a wide range of fields. For example, they are used in a wide range of applications as power sources for mobile information devices such as mobile phones, multi-function mobile phones, and tablet devices, electronic devices such as cameras, video cameras, and portable digital music players, automobiles such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HEVs), and plug-in hybrid vehicles (PHEVs), and aircraft.
ところで、モバイル情報機器や自動車等に使用されるリチウムイオン二次電池や全固体電池には、高エネルギー密度化が要求されるが、この高エネルギー密度化を実現する手法として、電池の軽量化があげられる。この電池の軽量化には、様々な方法が検討されているが、その一つとして、集電体用の導電性樹脂フィルムの使用があげられる。すなわち、リチウムイオン二次電池の正極と負極の集電体には、上記したように金属箔が使用されるが、この金属箔の代わりに、金属よりも比重の小さい導電性樹脂フィルムを使用すれば、電池の軽量化に資することができる。 Lithium-ion secondary batteries and all-solid-state batteries used in mobile information devices, automobiles, etc. require high energy density, and one way to achieve this is to reduce the battery's weight. Various methods are being considered for reducing the battery's weight, one of which is the use of conductive resin film for the current collector. As mentioned above, metal foil is used for the current collectors of the positive and negative electrodes of lithium-ion secondary batteries, but using a conductive resin film, which has a lower specific gravity than metal, instead of this metal foil can contribute to reducing the battery's weight.
そこで、従来においては、二次電池の軽量化を図るため、様々な導電性樹脂フィルムが検討されている(特許文献1、2、3参照)。例えば、特許文献1では、環状オレフィン樹脂、導電性フィラーと共役ジエンゴム、あるいは環状オレフィン樹脂、芳香族ビニル‐共役ジエンブロック共重合体の水素添加物、導電性フィラーと共役ジエンゴムからなる導電性樹脂フィルムが提案されている。 In light of this, various conductive resin films have been investigated in order to reduce the weight of secondary batteries (see Patent Documents 1, 2, and 3). For example, Patent Document 1 proposes a conductive resin film made of a cyclic olefin resin, a conductive filler, and conjugated diene rubber, or a cyclic olefin resin, a hydrogenated product of an aromatic vinyl-conjugated diene block copolymer, a conductive filler, and conjugated diene rubber.
特許文献2では、ポリエーテルエーテルケトン、及びテトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体よりなる群から選択される少なくとも一種の樹脂と、ケッチェンブラック、及び多層カーボンチューブよりなる群から選択される少なくとも一種の導電性フィラーを含有する導電性樹脂層を有する二次電池用集電体が提案されている。また、特許文献3には、イミド基含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる導電性樹脂層(第一の導電性層)と、イミド基非含有樹脂を含む基材に導電性フィラーが添加されてなる導電性樹脂層及び金属層(第二の導電性層)とからなる双極型リチウムイオン二次電池用の集電体が開示されている。 Patent Document 2 proposes a current collector for a secondary battery having a conductive resin layer containing at least one resin selected from the group consisting of polyether ether ketone and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and at least one conductive filler selected from the group consisting of ketjen black and multi-layer carbon tubes. Patent Document 3 also discloses a current collector for a bipolar lithium-ion secondary battery, which comprises a conductive resin layer (first conductive layer) formed by adding a conductive filler to a substrate containing an imide group-containing resin, and a conductive resin layer and a metal layer (second conductive layer) formed by adding a conductive filler to a substrate containing a non-imide group-containing resin.
しかしながら、特許文献1記載の導電性樹脂フィルムの場合には、耐薬品性に問題があるので、係る導電性樹脂フィルムをリチウムイオン二次電池の集電体として使用すると、導電性樹脂フィルムの内部に電解質成分が浸透し、充放電サイクル特性が低下するおそれがある。 However, the conductive resin film described in Patent Document 1 has problems with chemical resistance, and when such a conductive resin film is used as a current collector in a lithium-ion secondary battery, electrolyte components may penetrate into the conductive resin film, resulting in a decrease in charge-discharge cycle performance.
また、特許文献2の二次電池用の集電体の場合には、導電性フィラー成分にケッチェンブラック及び多層カーボンナノチューブが使用されている。ケッチェンブラックを導電性フィラー成分として使用した場合、ケッチェンブラックは樹脂中へ多量に添加することができないため、二次電池用集電体の高導電化を図ることができない。また、ケッチェンブラックを添加した集電板は、脆性のため、正極活物質あるいは負極活物質の塗工時、あるいは二次電池への組立時に破損するおそれがある。 Furthermore, in the case of the current collector for secondary batteries described in Patent Document 2, ketjen black and multi-walled carbon nanotubes are used as conductive filler components. When ketjen black is used as a conductive filler component, it is not possible to add a large amount of ketjen black to the resin, making it impossible to achieve high conductivity for the current collector for secondary batteries. Furthermore, due to their brittleness, current collector plates containing ketjen black may be damaged when applying positive or negative electrode active material or when assembling them into secondary batteries.
また、多層カーボンナノチューブを導電性フィラーとして使用した混合原料により製造される導電性樹脂層は、多層カーボンナノチューブが面方向の配向するため、面方向導電性には優れるものの、厚さ方向の導電性に劣るという問題が生じる。また、樹脂成分にテトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体を採用すると、樹脂の比重が2.1以上2.2以下と高いので、集電体の軽量化に資することができないという問題が生じる。さらに、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体は、フッ素樹脂であるため、溶融成形に特殊な鋼材や設備が必要となり、結果として、集電体のコストが増大することとなる。 In addition, conductive resin layers manufactured from a raw material mixture using multi-walled carbon nanotubes as a conductive filler have the problem that, although they have excellent in-plane conductivity due to the plane-oriented orientation of the multi-walled carbon nanotubes, they have poor conductivity in the thickness direction. Furthermore, when tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer is used as the resin component, the resin has a high specific gravity of 2.1 or more and 2.2 or less, which poses the problem of not contributing to reducing the weight of the current collector. Furthermore, because tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer is a fluororesin, special steel materials and equipment are required for melt molding, resulting in increased costs for the current collector.
また、特許文献3の双極型リチウムイオン二次電池用の集電体の場合、二種類の異なる樹脂から構成された多層構造で、二種類の樹脂の線膨張係数が異なるため、繰り返し充放電中の発熱で生じる導電性樹脂の伸縮率の差により、第一、第二の導電性層間で集電体の剥離を招くおそれがある。さらに、係る集電体は、第一、第二の導電性層で使用されている樹脂の吸水率が相違するので、製造後の吸水による膨張率の差でカールしたり、第一、第二の導電性層間で集電体が剥離するおそれがある。 Furthermore, the current collector for a bipolar lithium-ion secondary battery described in Patent Document 3 has a multilayer structure composed of two different types of resin, and because the two types of resin have different linear expansion coefficients, there is a risk that the difference in the expansion rate of the conductive resin caused by heat generation during repeated charging and discharging may lead to peeling of the current collector between the first and second conductive layers. Furthermore, because the resins used in the first and second conductive layers have different water absorption rates, there is a risk that the current collector may curl due to differences in expansion rate caused by water absorption after manufacturing, or that the current collector may peel between the first and second conductive layers.
本発明は上記に鑑みなされたもので、耐薬品性を向上させて充放電サイクル特性の低下を防ぎ、二次電池の集電体の剥離を防止し、導電性や軽量化の向上に資することのできる安価な二次電池の集電体用導電性樹脂フィルム及びその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been developed in light of the above, and aims to provide an inexpensive conductive resin film for secondary battery current collectors that improves chemical resistance, prevents deterioration of charge/discharge cycle characteristics, prevents peeling of secondary battery current collectors, and contributes to improved conductivity and weight reduction, as well as a method for producing the same.
本発明者等は、鋭意研究した結果、熱可塑性樹脂の材料中で最も耐熱性に優れ、耐薬品性や機械的特性にも優れるポリアリーレンエーテルケトン樹脂と、導電材料中最も導電性に優れる軽量の炭素系導電材料に着目し、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂と炭素系導電材料を用いて本発明を完成させた。 After extensive research, the inventors focused on polyarylene ether ketone resin, which has the highest heat resistance of all thermoplastic resin materials and also excels in chemical resistance and mechanical properties, and lightweight carbon-based conductive materials, which have the highest conductivity of all conductive materials. They then completed the present invention using this polyarylene ether ketone resin and carbon-based conductive material.
すなわち、本発明においては上記課題を解決するため、組成質量比率でポリアリーレンエーテルケトン樹脂78質量%以上97質量%以下と、炭素系導電材料3質量%以上25質量%以下とを含む成形材料により成形される相対結晶化度が80%以上100%以下の二次電池の集電体用導電性樹脂フィルムであって、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の見掛けのせん断粘度は、温度375℃、荷重50kgfの条件下で直径1.0mm×長さ10mmのダイスを用い、フローテスターで測定した温度375℃における見掛けのせん断粘度が1×10
1
Pa・s以上1×10
4
Pa・s以下であり、
N-メチル-2-ピロリドンと電解液に浸漬させた場合の質量変化率が0.0%以上2.0%以下、JIS K 7194に準拠して測定した場合の体積抵抗値が10Ω・cm以上100Ω・cm以下であることを特徴としている。
That is, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a conductive resin film for a current collector of a secondary battery, which is formed from a molding material containing, in terms of composition mass ratios , 78 mass % or more and 97 mass % or less of a polyarylene ether ketone resin and 3 mass % or more and 25 mass % or less of a carbon-based conductive material, and has a relative crystallinity of 80% or more and 100% or less,
the apparent shear viscosity of the polyarylene ether ketone resin is 1×10 1 Pa·s or more and 1×10 4 Pa·s or less at 375°C, as measured with a flow tester using a die having a diameter of 1.0 mm and a length of 10 mm under conditions of a temperature of 375°C and a load of 50 kgf ;
The electrode is characterized by a mass change rate of 0.0% or more and 2.0% or less when immersed in N-methyl-2-pyrrolidone and an electrolyte solution, and a volume resistivity of 10 Ω cm or more and 100 Ω cm or less when measured in accordance with JIS K 7194 .
なお、厚さが5μm以上500μm以下、JIS K 7127に準拠して測定した場合の引張破断時伸びが10%以上500%以下、JIS K 7127に準拠して測定した場合の引張最大強度が70MPa以上500MPa以下であることが好ましい。
また、成形材料の見掛けのせん断粘度は、温度375℃、荷重50kgfの条件下で直径1.0mm×長さ10mmのダイスを用い、フローテスターで測定した温度375℃における見掛けのせん断粘度が1×10
1
Pa・s以上1×10
4
Pa・s以下であることが好ましい。
Preferably, the thickness is 5 μm or more and 500 μm or less, the tensile elongation at break measured in accordance with JIS K 7127 is 10% or more and 500% or less, and the maximum tensile strength measured in accordance with JIS K 7127 is 70 MPa or more and 500 MPa or less.
Furthermore, the apparent shear viscosity of the molding material is preferably 1 x 101 Pa·s or more and 1 x 104 Pa ·s or less at 375°C, as measured with a flow tester using a die having a diameter of 1.0 mm and a length of 10 mm under conditions of a temperature of 375 °C and a load of 50 kgf.
また、本発明においては上記課題を解決するため、請求項1、2、又は3に記載された二次電池の集電体用導電性樹脂フィルムの製造方法であって、
組成質量比率でポリアリーレンエーテルケトン樹脂78質量%以上97質量%以下と、炭素系導電材料3質量%以上25質量%以下とからなる成形材料を溶融混練し、この成形材料をダイスにより集電体用導電性樹脂フィルムに押出成形して圧着ロールと冷却ロールの間に挟んで冷却することにより、集電体用導電性樹脂フィルムの相対結晶化度を80%以上100%以下とすることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a method for producing a conductive resin film for a current collector of a secondary battery according to claim 1, 2, or 3, comprising the steps of:
The molding material is melt-kneaded and composed of 78% by mass or more and 97% by mass or less of a polyarylene ether ketone resin and 3% by mass or more and 25% by mass or less of a carbon-based conductive material in terms of composition mass ratio, and this molding material is extruded using a die to form a conductive resin film for a current collector, and then the film is cooled by being sandwiched between a pressure roll and a cooling roll, thereby making the relative crystallinity of the conductive resin film for a current collector 80% or more and 100% or less .
また、冷却後の集電体用導電性樹脂フィルムを加熱圧縮成形するとともに、この集電体用導電性樹脂フィルムの加熱温度を、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点以上熱分解温度未満とし、集電体用導電性樹脂フィルムに加える圧力を、集電体用導電性樹脂フィルムの投影面積に対して0.5kgf/cm2以上100kgf/cm2以下とすることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the cooled conductive resin film for a current collector is heated and compression molded, the heating temperature of the conductive resin film for a current collector is equal to or higher than the melting point and lower than the thermal decomposition temperature of the polyarylene ether ketone resin, and the pressure applied to the conductive resin film for a current collector is equal to or higher than 0.5 kgf/ cm2 and equal to or lower than 100 kgf/ cm2 relative to the projected area of the conductive resin film for a current collector.
ここで、特許請求の範囲における集電体用導電性樹脂フィルムは、一軸延伸タイプ、二軸延伸タイプ、無延伸タイプのいずれでも良い。この集電体用導電性樹脂フィルムには、薄い集電体用導電性樹脂フィルムの他、厚い集電体用導電性樹脂シートが含まれる。また、成形材料は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂と、カーボンナノチューブ等の炭素系導電材料とを攪拌混合させた後に溶融混練することにより、導電性樹脂組成物に調製することができる。 The conductive resin film for current collectors in the claims may be uniaxially stretched, biaxially stretched, or unstretched. This conductive resin film for current collectors includes not only thin conductive resin films for current collectors but also thick conductive resin sheets for current collectors. The molding material can be prepared into a conductive resin composition by stirring and mixing polyarylene ether ketone resin and a carbon-based conductive material such as carbon nanotubes, followed by melt-kneading.
成形材料のポリアリーレンエーテルケトン樹脂と炭素系導電材料は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の熱分解温度未満で溶融混練することができる。さらに、本発明に係る二次電池には、少なくともニッケル‐カドミウム蓄電池、ニッケル‐水素蓄電池、ニッケル‐亜鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、双極型リチウムイオン二次電池、全固体電池等が含まれる。 The polyarylene ether ketone resin and carbon-based conductive material used as molding materials can be melt-kneaded at a temperature equal to or higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin and lower than the thermal decomposition temperature of the polyarylene ether ketone resin. Furthermore, secondary batteries according to the present invention include at least nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-zinc batteries, lithium-ion secondary batteries, bipolar lithium-ion secondary batteries, and all-solid-state batteries.
本発明によれば、成形材料として、軽量性や耐薬品性等に優れ、低吸水率のポリアリーレンエーテルケトン樹脂を用いて集電体用導電性樹脂フィルムを製造するので、例え集電体用導電性樹脂フィルムを集電体として使用しても、集電体用導電性樹脂フィルムの内部に電解質成分が浸透することが少なく、充放電サイクル特性が低下するおそれを排除することができる。また、成形に特殊な鋼材や設備を特に必要としないので、集電体のコスト削減が期待できる。また、二種類の異なる樹脂を用いる必要がないので、集電体の剥離を招くおそれを排除することができ、加えて、製造後の吸水による膨張率の差でカールしたり、第一、第二の導電性層間で集電体が剥離するおそれも少ない。 According to the present invention, a conductive resin film for a current collector is manufactured using a polyarylene ether ketone resin, which has excellent properties such as light weight and chemical resistance and low water absorption, as a molding material. Therefore, even when the conductive resin film for a current collector is used as a current collector, electrolyte components are less likely to penetrate into the conductive resin film for a current collector, eliminating the risk of a deterioration in charge-discharge cycle characteristics. Furthermore, since no special steel materials or equipment are required for molding, cost reductions for the current collector are expected. Furthermore, since there is no need to use two different resins, the risk of peeling of the current collector is eliminated. In addition, there is also less risk of curling due to differences in expansion coefficients caused by water absorption after manufacturing, or peeling of the current collector between the first and second conductive layers.
本発明によれば、集電体用導電性樹脂フィルムの耐薬品性を向上させて二次電池の充放電サイクル特性の低下を防ぎ、しかも、二次電池の集電体の剥離を防止し、導電性や軽量化の向上に資することができるという効果がある。また、二次電池を安価に提供することができるという効果がある。また、集電体用導電性樹脂フィルムの相対結晶化度が80%以上100%以下なので、集電体用導電性樹脂フィルムの機械的強度、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性に問題が生じるのを防ぐことができ、集電体用導電性樹脂フィルムとして使用可能な機械的強度、耐熱性、耐薬品性が期待できる。
また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の見掛けのせん断粘度は、温度375℃、荷重50kgfの条件下で直径1.0mm×長さ10mmのダイスを用い、フローテスターで測定した温度375℃における見掛けのせん断粘度が1×10
1
Pa・s以上1×10
4
Pa・s以下なので、溶融張力の低下を招いて成形材料の成形が困難になることがなく、しかも、溶融粘度が高くなったり溶融伸びが低下するのを防止することができる。また、集電体用導電性樹脂フィルムをN-メチル-2-ピロリドンと電解液に浸漬させた場合の質量変化率が0.0%以上2.0%以下なので、優れた耐薬品性を得ることが可能となる。さらに、集電体用導電性樹脂フィルムの体積抵抗値が10Ω・cm以上100Ω・cm以下と低いので、集電体用導電性樹脂フィルムを二次電池の集電体として使用しても、エネルギー密度の低下を防ぐことが可能となる。
According to the present invention, the chemical resistance of the conductive resin film for a current collector is improved to prevent a decrease in the charge/discharge cycle characteristics of the secondary battery, and further, peeling of the current collector of the secondary battery is prevented, contributing to improved conductivity and weight reduction. Furthermore, the present invention has the effect of enabling the provision of a secondary battery at low cost. Furthermore, since the relative crystallinity of the conductive resin film for a current collector is 80% or more and 100% or less, problems with the mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, and solvent resistance of the conductive resin film for a current collector can be prevented, and the mechanical strength, heat resistance, and chemical resistance sufficient for use as a conductive resin film for a current collector can be expected.
The apparent shear viscosity of the polyarylene ether ketone resin, measured with a flow tester using a die having a diameter of 1.0 mm and a length of 10 mm under a load of 50 kgf at 375°C, is 1 x 101 Pa ·s or more and 1 x 104 Pa ·s or less. This prevents a decrease in melt tension, which makes molding of the molding material difficult, and also prevents an increase in melt viscosity and a decrease in melt elongation. Furthermore, the conductive resin film for a current collector exhibits a mass change of 0.0% or more and 2.0% or less when immersed in N-methyl-2-pyrrolidone and an electrolyte solution, thereby achieving excellent chemical resistance. Furthermore, the conductive resin film for a current collector has a low volume resistivity of 10 Ω·cm or more and 100 Ω·cm or less, which prevents a decrease in energy density even when used as a current collector for a secondary battery.
請求項2記載の発明によれば、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さが5μm以上500μm以下なので、集電体用導電性樹脂フィルムの引張強度の低下を防止し、二次電池の集電体の軽量化が期待できる。また、JIS K 7127に準拠して測定した場合の集電体用導電性樹脂フィルムの引張破断時伸びが10%以上500%以下なので、集電体用導電性樹脂フィルムが靭性に劣るのを抑制し、集電体用導電性樹脂フィルムの正極活物質あるは負極活物質塗工工程で集電体用導電性樹脂フィルムが延伸してしまうのを防止することができる。
また、JIS K 7127に準拠して測定した場合の集電体用導電性樹脂フィルムの引張最大強度が70MPa以上500MPa以下なので、集電体用導電性樹脂フィルムが靭性に劣り、集電体用導電性樹脂フィルムの製造中に割れてしまうのを防止できる。加えて、集電体用導電性樹脂フィルムの製造時、カット性が低下することがないので、長尺の集電体用導電性樹脂フィルムの製造スピードが低下するおそれが少ない。
According to the invention of claim 2, since the thickness of the conductive resin film for a current collector is 5 μm or more and 500 μm or less, a decrease in the tensile strength of the conductive resin film for a current collector is prevented, and a weight reduction of the current collector for a secondary battery can be expected. Furthermore, since the tensile elongation at break of the conductive resin film for a current collector measured in accordance with JIS K 7127 is 10% or more and 500% or less, a decrease in toughness of the conductive resin film for a current collector is suppressed, and stretching of the conductive resin film for a current collector during the step of coating the conductive resin film for a positive electrode active material or a negative electrode active material can be prevented.
Furthermore, since the maximum tensile strength of the conductive resin film for a current collector is 70 MPa or more and 500 MPa or less when measured in accordance with JIS K 7127, the conductive resin film for a current collector can be prevented from having poor toughness and cracking during production of the conductive resin film for a current collector. In addition, since the cuttability of the conductive resin film for a current collector is not reduced during production, there is little risk of a decrease in the production speed of a long conductive resin film for a current collector.
請求項3記載の発明によれば、集電体用導電性樹脂フィルムの成形性に優れ、充分な機械的強度が期待できる。According to the third aspect of the present invention, the conductive resin film for current collector has excellent formability and can be expected to have sufficient mechanical strength.
請求項4記載の発明によれば、集電体用導電性樹脂フィルムを溶融押出成形法により製造するので、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ精度、生産性、ハンドリング性の向上、製造設備の簡略化が期待できる。 According to the invention of claim 4, the conductive resin film for a current collector is produced by melt extrusion molding, which is expected to improve the thickness accuracy, productivity, and handling properties of the conductive resin film for a current collector, and to simplify the production equipment.
請求項5記載の発明によれば、溶融押出成形した集電体用導電性樹脂フィルムをさらに加熱圧縮成形するので、抵抗値をより低くして導電性を高め、炭素系導電材料の使用量を減らしてコストの低減を図ることが可能となる。 According to the invention of claim 5 , the melt-extruded conductive resin film for a current collector is further subjected to heat compression molding, which makes it possible to lower the resistance value, increase the conductivity, and reduce the amount of carbon-based conductive material used, thereby reducing costs.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における二次電池の集電体用導電性樹脂フィルム5は、図1や図2に示すように、組成質量比率でポリアリーレンエーテルケトン樹脂2を75質量%以上97質量%以下、炭素系導電材料3を3質量%以上25質量%以下含有する導電性の成形材料1により成形された相対結晶化度80%以上の樹脂フィルムである。 A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. In this embodiment, the conductive resin film 5 for a current collector of a secondary battery is a resin film with a relative crystallinity of 80% or more, formed from a conductive molding material 1 containing, by composition mass ratio, 75% by mass or more and 97% by mass or less of a polyarylene ether ketone resin 2 and 3% by mass or more and 25% by mass or less of a carbon-based conductive material 3, as shown in Figures 1 and 2.
成形材料1におけるポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の組成質量比率は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂75質量%以上97質量%以下、好ましくは78質量%以上95質量%以下、より好ましくは80質量%以上90質量%以下が良い。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の組成質量比率が75質量%未満の場合には、成形材料1の溶融粘度が高くなって溶融流動性の低下を招いたり、溶融伸びの低下に伴い、集電体用導電性樹脂フィルム5の加工性が低下し、集電体用導電性樹脂フィルム5に孔が開くからである。加えて、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂中に導電性材料を配合することが困難になるからである。 The composition mass ratio of polyarylene ether ketone resin 2 in molding material 1 is preferably 75% by mass or more and 97% by mass or less, preferably 78% by mass or more and 95% by mass or less, and more preferably 80% by mass or more and 90% by mass or less. This is because if the composition mass ratio of polyarylene ether ketone resin 2 is less than 75% by mass, the melt viscosity of molding material 1 will increase, resulting in a decrease in melt fluidity, and the decrease in melt elongation will reduce the processability of conductive resin film 5 for current collector, resulting in the formation of holes in conductive resin film 5 for current collector. In addition, it will be difficult to incorporate a conductive material into the polyarylene ether ketone resin.
さらに、組成質量比率が75質量%未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5から炭素系導電材料3が分離して目ヤニの発生原因となり、集電体用導電性樹脂フィルム5の品質低下を招くからである。この点について詳しく説明すると、集電体用導電性樹脂フィルム5をフィルム成形する場合、図2に示す成形用のダイス23の出口(ダイスリップとも言う)に目ヤニと呼ばれる多量の付着物が付着して堆積することがある。係る目ヤニが堆積すると、集電体用導電性樹脂フィルム5にダイスラインが生じたり、目ヤニがダイス23出口から離れて集電体用導電性樹脂フィルム5に混入し、その結果、集電体用導電性樹脂フィルム5の品質低下を招くのである。 Furthermore, if the composition mass ratio is less than 75% by mass, the carbon-based conductive material 3 separates from the conductive resin film 5 for the current collector, causing the generation of pitting material, which leads to a deterioration in the quality of the conductive resin film 5 for the current collector. To explain this point in more detail, when the conductive resin film 5 for the current collector is molded into a film, a large amount of deposits known as pitting material can adhere and accumulate at the exit (also called the die lip) of the molding die 23 shown in Figure 2. The accumulation of such pitting material can cause die lines to appear in the conductive resin film 5 for the current collector, or the pitting material can move away from the exit of the die 23 and become mixed into the conductive resin film 5 for the current collector, resulting in a deterioration in the quality of the conductive resin film 5 for the current collector.
これに対し、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の組成質量比率が97質量%を越える場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5の体積抵抗値が100Ω・cmを越え、集電体用導電性樹脂フィルム5に充分な導電性を付与することができず、二次電池の集電体として使用することが困難になるからである。 In contrast, if the composition mass ratio of polyarylene ether ketone resin 2 exceeds 97 mass%, the volume resistivity of conductive resin film 5 for current collector exceeds 100 Ω·cm, making it impossible to impart sufficient conductivity to conductive resin film 5 for current collector, making it difficult to use as a current collector for a secondary battery.
このような成形材料1には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2や炭素系導電材料3の他、本発明の特性を損なわない範囲において、ポリエチレン(PE)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリメチルペンテン(PMP)樹脂、ポリスチレン(PS)樹脂等のポリオレフィン樹脂、無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂等の酸変性オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂等のポリエステル樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂等のポリイミド樹脂、ポリアミド4T(PA4T)樹脂、ポリアミド6T(PA6T)樹脂、変性ポリアミド6T(変性PA6T)樹脂、ポリアミド9T(PA9T)樹脂、ポリアミド10T(PA10T)樹脂、ポリアミド11T(PA11T)樹脂、ポリアミド6(PA6)樹脂、ポリアミド66(PA66)樹脂、ポリアミド46(PA46)樹脂等のポリアミド樹脂、ポリサルホン(PSU)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリフェニレンサルホン(PPSU)樹脂等のポリサルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリフェニレンスルフィドケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィドスルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィドケトンスルホン樹脂等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)樹脂、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピル共重合体(FEP)樹脂、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体(ETFE)樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)樹脂、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)樹脂、フッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂、酸変性フッ素樹脂等のフッ素樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリアリレート(PAR)樹脂、ポリアセタール(POM)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、脂肪族ポリケトン樹脂ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の熱可塑性樹脂を選択的に添加することができる。 Such molding material 1 may include, in addition to polyarylene ether ketone resin 2 and carbon-based conductive material 3, polyolefin resins such as polyethylene (PE) resin, polypropylene (PP) resin, polymethylpentene (PMP) resin, and polystyrene (PS) resin, acid-modified olefin resins such as maleic anhydride-modified polyethylene resin and maleic anhydride-modified polypropylene resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, and polyethylene naphthalate (PEN) resin, as long as the properties of the present invention are not impaired. Polyimide resins such as polyester resins, polyimide (PI) resin, polyamideimide (PAI) resin, polyetherimide (PEI) resin, etc.; polyamide resins such as polyamide 4T (PA4T) resin, polyamide 6T (PA6T) resin, modified polyamide 6T (modified PA6T) resin, polyamide 9T (PA9T) resin, polyamide 10T (PA10T) resin, polyamide 11T (PA11T) resin, polyamide 6 (PA6) resin, polyamide 66 (PA66) resin, polyamide 46 (PA46) resin, etc.; polysulfone (PSU) resin; polysulfone resins such as teresulfone (PES) resin and polyphenylene sulfone (PPSU) resin; polyarylene sulfide resins such as polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyphenylene sulfide ketone resin, polyphenylene sulfide sulfone resin, and polyphenylene sulfide ketone sulfone resin; polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, polytetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) resin, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropyl copolymer (FEP) resin; Fluororesins such as tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) resin, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF) resin, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin, and acid-modified fluororesins, as well as thermoplastic resins such as polycarbonate (PC) resin, polyarylate (PAR) resin, polyacetal (POM) resin, liquid crystal polymer (LCP), aliphatic polyketone resin, polyimide resin, and polyamide-imide resin can be selectively added.
成形材料1には、本発明の特性を損なわない範囲において、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2、炭素系導電材料3、及び上記熱可塑性樹脂の他、所定の添加物を選択的に添加することができる。具体的には、結晶核剤、耐衝撃改良剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、耐熱向上剤、無機充填剤、有機充填剤、ガラス繊維、炭素繊維等を選択的に添加することができる。 In addition to the polyarylene ether ketone resin 2, carbon-based conductive material 3, and the above-mentioned thermoplastic resin, certain additives can be selectively added to the molding material 1, provided that the properties of the present invention are not impaired. Specifically, nucleating agents, impact modifiers, antioxidants, light stabilizers, UV absorbers, plasticizers, lubricants, flame retardants, heat resistance improvers, inorganic fillers, organic fillers, glass fibers, carbon fibers, etc. can be selectively added.
成形材料1のポリアリーレンエーテルケトン樹脂2は、アリーレン基、エーテル基、及びカルボニル基からなる結晶性の熱可塑性樹脂であり、例えば特許5709878号公報や特許第5847522号公報、あるいは文献〔株式会社旭リサーチセンター:先端用途で成長するスーパーエンプラ・PEEK(上)〕等に記載された樹脂があげられ、機械的強度、軽量性、低誘電特性、耐加水分解性、耐熱性、耐薬品性等に優れるという特徴を有する。 The polyarylene ether ketone resin 2 of the molding material 1 is a crystalline thermoplastic resin composed of arylene groups, ether groups, and carbonyl groups. Examples include resins described in Patent Publication Nos. 5709878 and 5847522, or in the literature [Asahi Research Center Co., Ltd.: PEEK: A Super Engineering Plastic Growing in Cutting-Edge Applications (Part 1)], and is characterized by excellent mechanical strength, light weight, low dielectric properties, hydrolysis resistance, heat resistance, chemical resistance, etc.
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の具体例としては、例えば化学式(1)で表される化学構造式を有するポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、化学式(2)で表される化学構造を有するポリエーテルケトン(PEK)樹脂、化学式(3)で表される化学構造を有するポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂、化学式(4)の化学構造を有するポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)樹脂、あるいは化学式(5)の化学構造を有するポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)樹脂等があげられる。 Specific examples of polyarylene ether ketone resin 2 include polyether ether ketone (PEEK) resin having a chemical structure represented by chemical formula (1), polyether ketone (PEK) resin having a chemical structure represented by chemical formula (2), polyether ketone ketone (PEKK) resin having a chemical structure represented by chemical formula (3), polyether ether ketone ketone (PEEKK) resin having a chemical structure represented by chemical formula (4), and polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK) resin having a chemical structure represented by chemical formula (5).
これらポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の中では、易入手性、コスト、及び集電体用導電性樹脂フィルム5の成形性の観点から、ポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルケトンケトン樹脂の少なくともいずれかが好ましい。ポリエーテルエーテルケトン樹脂の具体例としては、ビクトレック社製の製品名:Victrex Powderシリーズ、Victrex Granulesシリーズ、ダイスセル・エボニック社製の製品名:ベスタキープシリーズ、ソルベイスペシャルティポリマーズ社製の製品名:キータスパイア PEEKシリーズがあげられる。また、ポリエーテルケトンケトン樹脂の具体例としては、アルケマ社製の製品名:KEPSTANシリーズがあげられる。 Among these polyarylene ether ketone resins 2, at least one of polyether ether ketone resins and polyether ketone ketone resins is preferred from the viewpoints of easy availability, cost, and formability of the conductive resin film 5 for the current collector. Specific examples of polyether ether ketone resins include the Victrex Powder series and Victrex Granules series manufactured by Victrex, the Vestakeep series manufactured by Diesel-Evonik, and the KetaSpire PEEK series manufactured by Solvay Specialty Polymers. Specific examples of polyether ketone ketone resins include the KEPSTAN series manufactured by Arkema.
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2は、1種単独でも良いし、2種以上を混合して使用しても良い。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2は、化学式(1)~(5)で表される化学構造を2つ以上有する共重合体でも良い。ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2は、通常、粉状、顆粒状、ペレット状等の成形加工に適した形態で使用される。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば文献〔株式会社旭リサーチセンター:先端用途で成長するスーパーエンプラ・PEEK(上)〕に記載された製法があげられる。 Polyarylene ether ketone resin 2 may be used alone or in a mixture of two or more types. Polyarylene ether ketone resin 2 may also be a copolymer having two or more chemical structures represented by chemical formulas (1) to (5). Polyarylene ether ketone resin 2 is typically used in a form suitable for molding, such as powder, granules, or pellets. The method for producing polyarylene ether ketone resin 2 is not particularly limited, but examples include the method described in the literature [Asahi Research Center Co., Ltd.: PEEK, a Super Engineering Plastic Growing in Cutting-Edge Applications (Vol. 1)].
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の温度375℃、荷重50kgfの条件下で直径1.0mm×長さ10mmのダイスを用い、フローテスターで測定した温度375℃における見掛けのせん断粘度は、成形性向上の観点から、1×101Pa・s以上1×104Pa・s以下、好ましくは5×101Pa・s以上5×103Pa・s以下、より好ましくは1×102Pa・s以上2×103Pa・s以下が良い。これは、1×101Pa・s未満の場合には、見掛けのせん断粘度が低くなり、溶融張力の低下を招き、成形材料1の成形が困難となるので、注意する必要があるからである。また、見掛けのせん断粘度が1×104Pa・sを越える場合には、溶融粘度が高くなったり、溶融伸びが低下し、成形材料1の成形が困難になるので、注意する必要がある。 The apparent shear viscosity of the polyarylene ether ketone resin 2 at 375°C, measured with a flow tester using a die having a diameter of 1.0 mm and a length of 10 mm under conditions of a temperature of 375°C and a load of 50 kgf, is preferably 1x101 Pa·s or more and 1x104 Pa·s or less, preferably 5x101 Pa·s or more and 5x103 Pa·s or less, and more preferably 1x102 Pa·s or more and 2x103 Pa·s or less, from the viewpoint of improving moldability. This is because care must be taken when the apparent shear viscosity is less than 1x101 Pa·s, as this reduces the apparent shear viscosity, leading to a decrease in melt tension and making it difficult to mold the molding material 1. Furthermore, care must be taken when the apparent shear viscosity exceeds 1x104 Pa·s, as the melt viscosity increases and the melt elongation decreases, making it difficult to mold the molding material 1.
成形材料1における炭素系導電材料3の組成質量比率は、炭素系導電材料3質量%以上25質量%以下、好ましくは5質量%以上22質量%以下、より好ましくは10質量%以上20質量%以下が良い。この炭素系導電材料3としては、例えばファーネスブラック(オイルファーネスブラック及びガスファーネスブラック)、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブ4、カーボンナノファイバー、フラーレン、アモルファスカーボン、パン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛、鱗片状黒鉛を濃硫酸等で化学処理した後に加熱して得られる膨張黒鉛、膨張黒鉛を高温で加熱処理して得られる膨張化黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛があげられる。 The composition mass ratio of the carbon-based conductive material 3 in the molding material 1 is preferably 3% by mass or more and 25% by mass or less, preferably 5% by mass or more and 22% by mass or less, and more preferably 10% by mass or more and 20% by mass or less. Examples of this carbon-based conductive material 3 include carbon blacks such as furnace black (oil furnace black and gas furnace black), channel black, acetylene black, and thermal black; carbon nanotubes 4, carbon nanofibers, fullerenes, amorphous carbon, carbon fibers such as bread-based carbon fiber and pitch-based carbon fiber; and graphites such as flake graphite, lump graphite, earthy graphite, expanded graphite obtained by chemically treating flake graphite with concentrated sulfuric acid or the like followed by heating; expanded graphite obtained by heat-treating expanded graphite at high temperatures; and artificial graphite.
これらの炭素系導電材料3の中では、少量で高い導電性が得られ、集電体用導電性樹脂フィルム5の機械的強度を失うことなく、集電体用導電性樹脂フィルム5を成形することが可能なカーボンナノチューブ4が最適である。このカーボンナノチューブ4は、円筒形の中空繊維構造なので、軽量化の向上が期待できる。カーボンナノチューブ4には、グラファイトの一枚面を巻いた構造の単層カーボンナノチューブ、二層以上で巻いた多層カーボンナノチューブがあるが、特に制限されるものではない。 Among these carbon-based conductive materials 3, carbon nanotubes 4 are optimal because they can provide high conductivity with a small amount and can be used to form the conductive resin film 5 for the current collector without losing the mechanical strength of the current collector. Because these carbon nanotubes 4 have a cylindrical hollow fiber structure, they are expected to contribute to weight reduction. Carbon nanotubes 4 include single-walled carbon nanotubes, which have a structure in which one surface of graphite is wrapped around them, and multi-walled carbon nanotubes, which have two or more layers wrapped around them, but there are no particular limitations.
これら単層カーボンナノチューブや多層カーボンナノチューブ以外のカーボンナノチューブ4には、カーボンナノチューブの材料化学入門〔コロナ社 齋藤弥八編 P7~P9〕に記載のナノグラファイバー、竹形ナノチューブ、カップ積み上げ型ナノチューブ等が該当する。また、カーボンナノチューブの材料化学入門〔コロナ社 齋藤弥八編 P9~P11〕に記載のナンホーン、ナノコール、マイクロコイル、及びナノコイル等のカーボンナノチューブ4の類似物も該当する。これらカーボンナノチューブ4やその類似物の中では、コスト削減の観点から多層カーボンナノチューブが最も有利である。 Carbon nanotubes 4 other than these single-walled and multi-walled carbon nanotubes include nanografibers, bamboo-shaped nanotubes, and cup-stacked nanotubes, as described in "Introduction to Materials Chemistry of Carbon Nanotubes" (Corona Publishing, edited by Saito Yahachi, pp. 7-9). Also included are analogs of carbon nanotubes 4, such as nanhorns, nanocoils, microcoils, and nanocoils, as described in "Introduction to Materials Chemistry of Carbon Nanotubes" (Corona Publishing, edited by Saito Yahachi, pp. 9-11). Of these carbon nanotubes 4 and their analogs, multi-walled carbon nanotubes are the most advantageous from the perspective of cost reduction.
カーボンナノチューブ4の繊維径(外径)は、特に制限されるものではないが、0.5nm以上200nm以下が望ましい。このようなカーボンナノチューブ4は、公知の製造方法により製造することができる。例えば、カーボンナノチューブの材料化学入門〔コロナ社 齋藤弥八編 P11~P12〕に記載された(1)アーク放電法、(2)レーザー蒸発法、(3)基板成長法、担持触媒法、流動触媒法、HiPco法等の化学気相成長法(又は熱分解法)等により製造することができる。また、eDPIS法やスパーグロス法等により製造することも可能である。 The fiber diameter (outer diameter) of the carbon nanotubes 4 is not particularly limited, but is preferably 0.5 nm or more and 200 nm or less. Such carbon nanotubes 4 can be produced by known production methods. For example, they can be produced by (1) the arc discharge method, (2) the laser evaporation method, or (3) chemical vapor deposition methods (or pyrolysis methods) such as the substrate growth method, supported catalyst method, fluidized catalyst method, and HiPco method, as described in "Introduction to Materials Chemistry of Carbon Nanotubes" [Corona Publishing, edited by Saito Yahachi, pp. 11-12]. They can also be produced by the eDPIS method, the Supergloss method, etc.
カーボンナノチューブ4の製品例としては、例えばスパーグロス法CNT〔独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構製〕、eDIPS‐CNT〔独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構製〕、SWNTシリーズ〔名城ナノカーボン社製:商品名〕、VGCFシリーズ〔昭和電工社製:商品名〕、FloTubeシリーズ〔CNano Technology社製:商品名〕、AMC〔宇部興産社製:商品名〕、Nanocyl NC7000シリーズ〔Nanocyl社製:商品名〕、Baytubes〔BAYER社製:商品名〕、GRAPHISTRENGTH〔アルケマ社製:商品名〕、MWNT7〔保土ヶ谷化学社製:商品名〕、K-Nanosシリーズ〔Kumho社製〕、ハイペリオンCNT〔Hypeprion Catalysis International社製:商品名〕等が該当する。 Examples of products of the carbon nanotubes 4 include, for example, Supergrowth CNT (manufactured by the New Energy and Industrial Technology Development Organization), eDIPS-CNT (manufactured by the New Energy and Industrial Technology Development Organization), SWNT series (manufactured by Meijo Nanocarbon Co., Ltd.: product name), VGCF series (manufactured by Showa Denko K.K.: product name), FloTube series (manufactured by CNano Technology: product name), AMC (manufactured by Ube Industries, Ltd.: product name), Nanocyl NC7000 series (manufactured by Nanocyl: product name), Baytubes (manufactured by Bayer: product name), GRAPHISTRENGTH (manufactured by Arkema: product name), MWNT7 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.: product name), K-Nanos series (manufactured by Kumho), and Hyperion CNT (Hyperion Examples include Catalysis International (product name).
カーボンナノチューブ4には、本発明の特性を損なわない範囲において、他の金属系あるいは炭素系の導電性材料を添加しても構わない。金属系の導電性材料としては、例えば金、銀、銅、ニッケル、鉄、アルミニウム、クロム、ニオブ、クロム、チタン、スズ、バナジウム、及びこれらを2種類以上含む合金、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物等があげられる。 Other metallic or carbon-based conductive materials may be added to the carbon nanotubes 4 as long as the properties of the present invention are not impaired. Examples of metallic conductive materials include gold, silver, copper, nickel, iron, aluminum, chromium, niobium, titanium, tin, vanadium, and alloys containing two or more of these, metal oxides, metal carbides, and metal nitrides.
炭素系導電材料3は、粉体状、顆粒状、塊状、繊維状等を特に問うものではない。また、1種類を単独で使用したり、あるいは2種以上を併用しても良い。さらに、炭素系導電材料3は、集電体用導電性樹脂フィルム5の特性を損なわない範囲において、例えばシランカップリング剤〔3‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3‐メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3‐アミノプロピルエトキシシラン、イミダゾールシラン等〕、チタネート系カップリング剤〔イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、テトラオクチルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート、イソプロピルトリ(N‐アミトエチル・アミノエチル)チタネート等〕、アルミネート系カップリング剤〔アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等〕等からなる各種カップリング剤で処理を施すことができる。 The carbon-based conductive material 3 may be in any form, such as powder, granules, lumps, fibers, etc. One type may be used alone, or two or more types may be used in combination. Furthermore, the carbon-based conductive material 3 can be treated with various coupling agents, such as silane coupling agents (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-aminopropylethoxysilane, imidazole silane, etc.), titanate coupling agents (isopropyl triisostearoyl titanate, tetraoctylbis(dioctylphosphite)titanate, bis(dioctylpyrophosphate)oxyacetate titanate, tetraisopropylbis(dioctylphosphite)titanate, isopropyltri(N-amitoethylaminoethyl)titanate, etc.), and aluminate coupling agents (acetoalkoxyaluminum diisopropylate, etc.), as long as the properties of the collector conductive resin film 5 are not impaired.
成形材料1の見掛けのせん断粘度は、温度375℃、荷重50kgfの条件下で直径1.0mm×長さ10mmのダイスを用い、フローテスターで測定した温度375℃における見掛けのせん断粘度が1×101Pa・s以上1×104Pa・s以下、好ましくは1×102Pa・s以上5×103Pa・s以下、より好ましくは5×102Pa・s以上2×103Pa・s以下の範囲が良い。 The apparent shear viscosity of molding material 1 is measured using a flow tester with a die having a diameter of 1.0 mm and a length of 10 mm under conditions of a temperature of 375°C and a load of 50 kgf, and is preferably in the range of 1 x 101 Pa·s or more and 1 x 104 Pa·s or less, preferably 1 x 102 Pa·s or more and 5 x 103 Pa·s or less, and more preferably 5 x 102 Pa·s or more and 2 x 103 Pa·s or less.
これは、見掛けのせん断粘度が1×101Pa・s以上1×104Pa・s以下の範囲内であれば、集電体用導電性樹脂フィルム5の成形性に優れ、充分な機械的強度が期待できるからである。これに対し、見掛けのせん断粘度が1×101Pa・s未満の場合には、見掛けのせん断粘度が低くなったり、溶融張力の低下を招き、集電体用導電性樹脂フィルム5の成形が困難になる。また、見掛けのせん断粘度が1×104Pa・sを越える場合には、溶融粘度が高くなったり、溶融伸びが低下し、集電体用導電性樹脂フィルム5に孔が開いて破断するおそれがあり、その結果、集電体用導電性樹脂フィルム5の成形に支障を来す。 This is because, when the apparent shear viscosity is in the range of 1×10 1 Pa·s or more and 1×10 4 Pa·s or less, the conductive resin film 5 for a current collector has excellent formability and can be expected to have sufficient mechanical strength. On the other hand, when the apparent shear viscosity is less than 1×10 1 Pa·s, the apparent shear viscosity becomes low and the melt tension decreases, making it difficult to form the conductive resin film 5 for a current collector. On the other hand, when the apparent shear viscosity exceeds 1×10 4 Pa·s, the melt viscosity becomes high and the melt elongation decreases, which may cause holes to form in the conductive resin film 5 for a current collector and cause rupture, resulting in difficulties in forming the conductive resin film 5 for a current collector.
上記において、集電体用導電性樹脂フィルム5を製造する場合には、先ず、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2と、炭素系導電材料3であるカーボンナノチューブ4とを所定の時間、溶融混練して成形材料1を調製し、この成形材料1を樹脂フィルム成形用の溶融押出成形機20に投入して厚さ500μm以下、例えば5μm以上500μm以下の集電体用導電性樹脂フィルム5を製造する。 In the above, when producing the conductive resin film 5 for the current collector, first, the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon-based conductive material 3, carbon nanotubes 4, are melt-kneaded for a predetermined time to prepare the molding material 1, and this molding material 1 is then fed into a melt extrusion molding machine 20 for resin film molding to produce the conductive resin film 5 for the current collector having a thickness of 500 μm or less, for example, 5 μm to 500 μm.
成形材料1を調製する方法としては、(1)成形材料1用の溶融混練機10に、カーボンナノチューブ4を投入して溶融したポリアリーレンエーテルケトン樹脂2と溶融混練することで成形材料1を調製する方法、(2)攪拌混合機により、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とを室温(0℃以上50℃以下程度の温度)下で攪拌混合して溶融混練機10で溶融押出混練し、成形材料1を調製する方法があげられる。 Methods for preparing molding material 1 include: (1) a method in which carbon nanotubes 4 are introduced into a melt mixer 10 for molding material 1 and melt-kneaded with molten polyarylene ether ketone resin 2 to prepare molding material 1; and (2) a method in which polyarylene ether ketone resin 2 and carbon nanotubes 4 are agitated and mixed at room temperature (a temperature of approximately 0°C or higher and 50°C or lower) using an agitator mixer, followed by melt-extrusion kneading in melt mixer 10 to prepare molding material 1.
先ず、(1)の調製方法について詳細に説明すると、この方法の場合には、図1に示す所定の溶融混練機10を用意し、この溶融混練機10にポリアリーレンエーテルケトン樹脂2を投入して溶融した後、溶融混練機10に、カーボンナノチューブ4をサイドフィーダ法等により新たに投入して既に溶融したポリアリーレンエーテルケトン樹脂2と溶融混練することで成形材料1を調製する。 First, to explain the preparation method (1) in detail, in this method, a specified melt kneader 10 as shown in Figure 1 is prepared, polyarylene ether ketone resin 2 is introduced into this melt kneader 10 and melted, and then carbon nanotubes 4 are newly introduced into the melt kneader 10 using a side feeder method or the like and melt-kneaded with the already melted polyarylene ether ketone resin 2 to prepare molding material 1.
溶融混練機10としては、バンバリーミキサー、ミキシングロール、加圧ニーダー、単軸押出成形機あるいは二軸押出成形機、三軸押出成形機、四軸押出成形機、八軸押出成形機からなる多軸押出成形機等があげられる。これらの中では、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4との良好な混練分散が期待でき、これらの水分、これらから発生する揮発ガスを脱気可能なベント方式の多軸押出成形機の使用が好ましい。 Examples of the melt kneader 10 include a Banbury mixer, mixing roll, pressure kneader, single-screw extruder, or multi-screw extruder consisting of a twin-screw extruder, triple-screw extruder, quadruple-screw extruder, or eight-screw extruder. Among these, a vent-type multi-screw extruder is preferred, as it is expected to achieve good mixing and dispersion of the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon nanotubes 4 and can remove moisture and the volatile gases generated from them.
多軸押出成形機からなる溶融混練機10は、図1に示すように、台座11上に設置されたシリンダー12と、このシリンダー12に内蔵軸支され、モータの駆動で回転してポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とを溶融混練して先端部のダイス14からストランド等を押し出すスクリュー13と、シリンダー12の上流部に連設されるポリアリーレンエーテルケトン樹脂2用の投入口15と、シリンダー12の下流部に連設されるカーボンナノチューブ4投入用のサイドフィーダ16と、シリンダー12のダイス14から押し出され、空気あるいは水により冷却されたストランド(棒状)等を切断して成形材料1とする回転可能なカッター17とを備えて構成される。 As shown in Figure 1, the melt mixer 10, which is a multi-screw extruder, is composed of a cylinder 12 mounted on a base 11, a screw 13 built into the cylinder 12 and supported by a motor. The screw 13 rotates by being driven by a motor to melt and mix the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon nanotubes 4, and extrudes strands or the like from a die 14 at the tip of the screw, an inlet 15 for the polyarylene ether ketone resin 2 connected to the upstream side of the cylinder 12, a side feeder 16 for feeding the carbon nanotubes 4 connected to the downstream side of the cylinder 12, and a rotatable cutter 17 that cuts the strands (rod-shaped) or the like extruded from the die 14 of the cylinder 12 and cooled by air or water to produce the molding material 1.
溶融混練機10の投入口15とサイドフィーダ16とは、投入口15がシリンダー12の上部上流側にホッパーとして設置され、サイドフィーダ16がスクリュー構造に構成されてシリンダー12の上部下流側に搭載されており、投入口15よりも下流に位置するサイドフィーダ16に微粉末のカーボンナノチューブ4が横方向から投入されることにより、カーボンナノチューブ4が溶融したポリアリーレンエーテルケトン樹脂2中に注入され、成形材料1の均一分散性が向上する。また、カーボンナノチューブ4のポリアリーレンエーテルケトン樹脂2との混練時間が短縮されるので、分解防止も期待できる。 The inlet 15 and side feeder 16 of the melt kneader 10 are as follows: the inlet 15 is installed as a hopper at the upper upstream side of the cylinder 12, and the side feeder 16 is configured as a screw structure and is mounted at the upper downstream side of the cylinder 12. By feeding finely powdered carbon nanotubes 4 laterally into the side feeder 16, which is located downstream of the inlet 15, the carbon nanotubes 4 are injected into the molten polyarylene ether ketone resin 2, improving the uniform dispersion of the molding material 1. Furthermore, since the kneading time of the carbon nanotubes 4 with the polyarylene ether ketone resin 2 is shortened, decomposition can also be prevented.
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とを溶融混練する場合の溶融温度は、溶融混練分散が可能でポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の分解がない温度であれば、特に制限はないが、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の熱分解温度未満の範囲である。具体的には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+10℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂+100℃以下、好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂+20℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂+80℃以下、より好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂+60℃以下、さらに好ましくはポリアリーレンエーテルケトンの融点+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+50℃以下の範囲である。 The melting temperature when melt-kneading polyarylene ether ketone resin 2 and carbon nanotubes 4 is not particularly limited as long as it is a temperature that allows melt-kneading and dispersion and does not cause decomposition of polyarylene ether ketone resin 2. However, it is in the range of from the melting point of polyarylene ether ketone resin 2 + 10°C to the thermal decomposition temperature of polyarylene ether ketone resin 2 + 100°C, preferably from the melting point of polyarylene ether ketone resin + 20°C to the melting point of polyarylene ether ketone resin + 80°C, more preferably from the melting point of polyarylene ether ketone resin + 30°C to the melting point of polyarylene ether ketone resin + 60°C, and even more preferably from the melting point of polyarylene ether ketone + 30°C to the melting point of polyarylene ether ketone resin + 50°C.
これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とを溶融混練して分散させることができないという理由に基づく。逆に、熱分解温度以上の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の分解を招き、好ましくないという理由に基づく。 This is because, if the temperature is below the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2, the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon nanotubes 4 cannot be melt-kneaded and dispersed. Conversely, if the temperature is above the thermal decomposition temperature, this is undesirable as it will lead to decomposition of the polyarylene ether ketone resin 2.
溶融混練されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とは、ダイス14からストランドにして押し出され、ストランドの成形材料1に調製されるが、ダイス14から結晶性熱可塑性樹脂フィルムにして押し出された後、粉状、顆粒状、フレーク状、ペレット状の成形材料1に調製されても良い。また、成形材料1を調製する際、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4のいずれかを所定量以上に分散させ、マスターバッチ化しても良い。 The melt-kneaded polyarylene ether ketone resin 2 and carbon nanotubes 4 are extruded from a die 14 as strands to prepare strand molding material 1. However, after being extruded from the die 14 as a crystalline thermoplastic resin film, molding material 1 may be prepared in powder, granules, flakes, or pellets. Furthermore, when preparing molding material 1, a predetermined amount or more of either polyarylene ether ketone resin 2 or carbon nanotubes 4 may be dispersed and formed into a masterbatch.
次に、(2)の調製方法について詳細に説明すると、この方法でポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とを室温で攪拌混合する場合には、タンブラーミキサー、ヘンシルミキサー、V型混合機、ナウターミキサー、リボンブレンダー、万能攪拌ミキサー等の攪拌混合機が使用される。この際、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の形状は、カーボンナノチューブ4とより均一に分散することのできる粉体状であるのが好ましい。粉体状に粉砕する方法としては、例えばせん断粉砕法、衝撃粉砕法、衝突粉砕法、冷凍粉砕法、溶液粉砕法等があげられる。 Next, the preparation method (2) will be described in detail. When this method is used to stir and mix the polyarylene ether ketone resin 2 and carbon nanotubes 4 at room temperature, a stirring mixer such as a tumbler mixer, Henschel mixer, V-type mixer, Nauta mixer, ribbon blender, or universal stirring mixer is used. In this case, the polyarylene ether ketone resin 2 is preferably in the form of a powder that can be more uniformly dispersed with the carbon nanotubes 4. Methods for pulverizing into a powder include, for example, shear pulverization, impact pulverization, collision pulverization, freeze pulverization, and solution pulverization.
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とは、攪拌混合された後、バンバリーミキサー、ミキシングロール、加圧ニーダー、単軸押出成形機あるいは二軸押出成形機、三軸押出成形機、四軸押出成形機、八軸押出成形機からなる多軸押出成形機等の溶融混練機により、溶融混練して分散され、成形材料1に調製される。溶融混練機は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4との良好な混練分散が期待でき、これらの水分、これらから発生する揮発ガスを脱気可能なベント方式の多軸押出成形機が好ましい。また、成形材料1を調製する際、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4のいずれかを所定量以上に分散させ、マスターバッチ化することができる。 After stirring and mixing, the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon nanotubes 4 are melt-kneaded and dispersed in a melt kneader such as a Banbury mixer, mixing roll, pressure kneader, single-screw extruder, or a multi-screw extruder consisting of a twin-screw extruder, triple-screw extruder, four-screw extruder, or eight-screw extruder, to prepare molding material 1. A vent-type multi-screw extruder is preferred as the melt kneader, as this is expected to achieve good kneading and dispersion of the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon nanotubes 4 and can degas the moisture and volatile gases generated by them. Furthermore, when preparing molding material 1, either the polyarylene ether ketone resin 2 or the carbon nanotubes 4 can be dispersed in a predetermined amount or more to form a masterbatch.
成形材料1の溶融押出成形される前の含水率(水分率)は、熱風乾燥機等により、2000ppm以下、好ましくは1000ppm以下、より好ましくは500ppm以下に調整される。これは、含水率が2000ppmを越える場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5の発泡を招くおそれがあるからである。 The moisture content (water content) of molding material 1 before melt extrusion is adjusted using a hot air dryer or similar to 2000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, and more preferably 500 ppm or less. This is because a moisture content exceeding 2000 ppm may cause foaming of the conductive resin film 5 for current collector.
成形材料1は、溶融混練前に含水率を低下させるため、加熱乾燥されることが好ましい。加熱乾燥の方法としては、熱風循環乾燥法、除湿熱風乾燥法、加熱真空乾燥法、マイクロ波乾燥法等の公知の方法があげられる。成形材料1の加熱乾燥温度は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2のガラス転移点-50℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2のガラス転移点+50℃以下、好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂2のガラス転移点-30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2のガラス転移点+30℃以下、より好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂2のガラス転移点-20℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2のガラス転移点+20℃以下が良い。 It is preferable that molding material 1 be heated and dried to reduce its moisture content before melt-kneading. Heat-drying methods include known methods such as hot air circulation drying, dehumidified hot air drying, heated vacuum drying, and microwave drying. The heating and drying temperature for molding material 1 is between the glass transition point of polyarylene ether ketone resin 2 -50°C and the glass transition point of polyarylene ether ketone resin 2 +50°C, preferably between the glass transition point of polyarylene ether ketone resin 2 -30°C and the glass transition point of polyarylene ether ketone resin 2 +30°C, and more preferably between the glass transition point of polyarylene ether ketone resin 2 -20°C and the glass transition point of polyarylene ether ketone resin 2 +20°C.
成形材料1の加熱乾燥時間は、2時間以上、好ましくは4時間以上、より好ましくは8時間以上が良い。加熱乾燥時間の上限は、特に限定されるものではないが、24時間以下が妥当である。 The heat drying time for molding material 1 should be at least 2 hours, preferably at least 4 hours, and more preferably at least 8 hours. There is no particular upper limit to the heat drying time, but 24 hours or less is appropriate.
成形材料1を調製したら、この成形材料1により集電体用導電性樹脂フィルム5を製造するが、製造方法としては、溶融押出成形法、カレンダー成形法、あるいはキャスティング法等を採用することができる。これらの製造方法の中では、集電体用導電性樹脂フィルム5の厚さ精度、生産性、ハンドリング性の向上、設備の簡略化の観点から、集電体用導電性樹脂フィルム5を連続して帯形に押出成形する溶融押出成形法が最適である。 Once molding material 1 is prepared, conductive resin film 5 for current collectors is manufactured using this molding material 1. Manufacturing methods that can be used include melt extrusion, calendar molding, and casting. Among these manufacturing methods, melt extrusion, which continuously extrudes conductive resin film 5 for current collectors into a strip, is optimal from the standpoints of improving the thickness accuracy, productivity, and ease of handling of conductive resin film 5 for current collectors, and simplifying the equipment.
溶融押出成形法は、溶融押出成形機20を使用して成形材料1を溶融混練し、溶融押出成形機20の先端部に連結されたTダイスや丸ダイス等のダイス23から集電体用導電性樹脂フィルム5を連続的に押出し、集電体用導電性樹脂フィルム5を製造する方法である(図2参照)。溶融押出成形機20は、図2に示すように、例えば単軸押出成形機や二軸押出成形機等からなり、後部上方に、成形材料1用の原料投入口21が設置され、この原料投入口21には、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、窒素ガス等の不活性ガスを必要に応じて供給する不活性ガス供給管22が接続されており、この不活性ガス供給管22による不活性ガスの供給により、成形材料1の酸化劣化、酸素架橋、熱架橋が有効に防止される。 The melt extrusion molding method involves melt-kneading molding material 1 using a melt extruder 20, continuously extruding conductive resin film 5 for a current collector from a die 23, such as a T-die or a round die, connected to the tip of the melt extruder 20, thereby producing conductive resin film 5 for a current collector (see Figure 2). As shown in Figure 2, the melt extruder 20 may be, for example, a single-screw or twin-screw extruder. At the upper rear, a raw material inlet 21 for molding material 1 is installed. Connected to this raw material inlet 21 is an inert gas supply pipe 22, which supplies an inert gas, such as helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, or nitrogen gas, as needed. The supply of inert gas from this inert gas supply pipe 22 effectively prevents oxidative degradation, oxygen crosslinking, and thermal crosslinking of molding material 1.
溶融押出成形機20の溶融混練時の溶融温度は、溶融混練分散が可能でポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の分解がない温度であれば、特に制限はないが、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の熱分解温度未満の範囲が良い。 The melting temperature during melt-kneading in the melt extruder 20 is not particularly limited as long as it is a temperature that allows melt-kneading and dispersion and does not cause decomposition of the polyarylene ether ketone resin 2, but it is preferably in the range of the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 or higher and lower than the thermal decomposition temperature of the polyarylene ether ketone resin 2.
具体的には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+10℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂+100℃以下、好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂+20℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂+80℃以下、より好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂+60℃以下、さらに好ましくはポリアリーレンエーテルケトンの融点+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+50℃以下の範囲である。 Specifically, the temperature range is from the melting point of the polyarylene ether ketone resin +10°C to the melting point of the polyarylene ether ketone resin +100°C, preferably from the melting point of the polyarylene ether ketone resin +20°C to the melting point of the polyarylene ether ketone resin +80°C, more preferably from the melting point of the polyarylene ether ketone resin +30°C to the melting point of the polyarylene ether ketone resin +60°C, and even more preferably from the melting point of the polyarylene ether ketone resin +30°C to the melting point of the polyarylene ether ketone resin +50°C.
これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とを溶融混練して分散させることができないという理由に基づく。逆に、熱分解温度以上の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の分解を招き、好ましくないからである。 This is because, if the temperature is below the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2, the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon nanotubes 4 cannot be melt-kneaded and dispersed. Conversely, if the temperature is above the thermal decomposition temperature, this undesirably leads to decomposition of the polyarylene ether ketone resin 2.
ダイス23は、溶融押出成形機20の先端部に連結管24を介して連結され、帯形の集電体用導電性樹脂フィルム5を連続的に下方に押し出すよう機能する。このダイス23は、優れた厚さ精度の集電体用導電性樹脂フィルム5を得ることが可能なTダイスが好適である。ダイス23の上流の連結管24には、ギアポンプ25が装着されることが好ましい。このギアポンプ25は、溶融押出成形機20により溶融混練された成形材料1を一定の流量で、かつ高精度に下流のダイス23に移送するよう機能する。 The die 23 is connected to the tip of the melt extruder 20 via a connecting pipe 24 and functions to continuously extrude a strip-shaped conductive resin film 5 for a current collector downward. This die 23 is preferably a T-die, which is capable of producing a conductive resin film 5 for a current collector with excellent thickness precision. A gear pump 25 is preferably attached to the connecting pipe 24 upstream of the die 23. This gear pump 25 functions to transfer the molding material 1 melt-kneaded by the melt extruder 20 to the downstream die 23 at a constant flow rate and with high precision.
ダイス23の押出時の温度は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の熱分解温度未満、具体的には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点+10℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点+100℃以下、好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点+20℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点+80℃以下、より好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点+60℃以下、さらに好ましくはポリアリーレンエーテルケトン2の融点+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点+50℃以下の範囲である。 The temperature during extrusion of the die 23 is in the range of not less than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 but less than the thermal decomposition temperature of the polyarylene ether ketone resin 2; specifically, not less than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 10°C but not more than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 100°C, preferably not less than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 20°C but not more than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 80°C, more preferably not less than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 30°C but not more than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 60°C, and even more preferably not less than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 30°C but not more than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 50°C.
これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2とカーボンナノチューブ4とを溶融混練して分散させることができないという理由に基づく。逆に、熱分解温度以上の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の分解を招き、好ましくないという理由に基づく。 This is because, if the temperature is below the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2, the polyarylene ether ketone resin 2 and the carbon nanotubes 4 cannot be melt-kneaded and dispersed. Conversely, if the temperature is above the thermal decomposition temperature, this is undesirable as it will lead to decomposition of the polyarylene ether ketone resin 2.
ダイス23の下方には、間隔をおいて相対向する一対の圧着ロール26が回転可能に軸支され、この一対の圧着ロール26の間には、一列に配列されて相互に摺接する複数の冷却ロール27が回転可能に軸支されており、この複数の冷却ロール27のうち、上流の冷却ロール27と下流の冷却ロール27が圧着ロール26の周面にそれぞれ摺接する。各圧着ロール26と各冷却ロール27は、圧着ロール26が縮径に構成され、冷却ロール27が拡径に構成される。 Below the die 23, a pair of opposing pressure rolls 26 are rotatably supported at a distance from each other, and between these pair of pressure rolls 26, a number of cooling rolls 27 are rotatably supported in a row so that they slide against each other. Of these cooling rolls 27, the upstream cooling roll 27 and the downstream cooling roll 27 slide against the circumferential surface of the pressure roll 26, respectively. Each pressure roll 26 and each cooling roll 27 is configured so that the pressure roll 26 has a reduced diameter and the cooling roll 27 has an expanded diameter.
一対の圧着ロール26のうち、下流の圧着ロール26のさらに下流には、集電体用導電性樹脂フィルム5を回転可能な巻取管29に巻き取る巻取機28が設置される。この巻取機28と下流の圧着ロール26との間には、集電体用導電性樹脂フィルム5の側部長手方向にスリットを形成するスリット刃30が昇降可能に配置され、このスリット刃30と巻取機28との間には、集電体用導電性樹脂フィルム5にテンションを作用させて円滑に巻き取るための回転可能なテンションロール31が必要数軸支される。 A winder 28 is installed downstream of the downstream pressure roll 26 of the pair of pressure rolls 26, winding the collector conductive resin film 5 onto a rotatable winding tube 29. Between this winder 28 and the downstream pressure roll 26, a slit blade 30 is positioned so that it can move up and down, forming a slit in the longitudinal direction of the side of the collector conductive resin film 5. Between this slit blade 30 and the winder 28, the required number of rotatable tension rolls 31 are supported on shafts to apply tension to the collector conductive resin film 5 for smooth winding.
各圧着ロール26は、50℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点未満、好ましくは100℃以上〔ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点-50℃〕以下、より好ましくは130℃以上〔ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点-100℃〕以下、さらに好ましくは150℃以上〔ポリアリーレンエーテルケトン樹脂-100℃〕以下の温度に調整され、集電体用導電性樹脂フィルム5に摺接してこれを冷却ロール27に圧接する。 Each pressure roll 26 is adjusted to a temperature of 50°C or higher but lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2, preferably 100°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin - 50°C) or lower, more preferably 130°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin - 100°C) or lower, and even more preferably 150°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin - 100°C) or lower, and slides against the conductive resin film 5 for the current collector, pressing it against the cooling roll 27.
圧着ロール26の温度が係る範囲なのは、50℃未満の場合には、圧着ロール26が結露するからである。逆に、融点を越える場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5が圧着ロール26の周面に貼り付いて破断したり、集電体用導電性樹脂フィルム5の強度が低下して破断するおそれがあるからである。圧着ロール26の温度調整法としては、例えば空気、水、オイル等の熱媒体を用いる方法、電気ヒーターを用いる方法、誘導加熱を利用する方法等があげられる。 The reason why the temperature of the pressure roll 26 is within this range is because condensation will form on the pressure roll 26 if the temperature is below 50°C. Conversely, if the temperature exceeds the melting point, the conductive resin film 5 for the current collector may stick to the circumferential surface of the pressure roll 26 and break, or the strength of the conductive resin film 5 for the current collector may decrease, leading to breakage. Methods for adjusting the temperature of the pressure roll 26 include, for example, using a heat medium such as air, water, or oil, using an electric heater, or using induction heating.
各圧着ロール26の周面には、集電体用導電性樹脂フィルム5と冷却ロール27の密着性を向上させる観点から、少なくとも天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ノルボルネンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム層が必要に応じて被覆形成され、このゴム層には、シリカやアルミナ等の無機化合物が選択的に添加される。これらの中では、耐熱性に優れるシリコーンゴムやフッ素ゴムの選択が好ましい。 To improve adhesion between the conductive resin film 5 for the current collector and the cooling roll 27, the peripheral surface of each pressure roll 26 is coated with a rubber layer, such as at least natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, norbornene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, nitrile rubber, urethane rubber, silicone rubber, or fluororubber, as needed. Inorganic compounds such as silica or alumina are optionally added to this rubber layer. Among these, silicone rubber and fluororubber are preferred due to their excellent heat resistance.
圧着ロール26としては、表面が金属の金属弾性ロールが必要に応じて使用され、この金属弾性ロールが使用される場合には、表面が平滑性に優れる集電体用導電性樹脂フィルム5の成形が可能となる。この金属弾性ロールの具体例としては、例えば、金属スリーブロール、エアーロール〔ディムコ社製 製品名〕、UFロール〔日立造船社製 製品名〕が該当する。また、表面がポリテトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)樹脂、あるいはテトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロピレン共重合体(FEP)樹脂等のフッ素樹脂フィルムで被覆した圧着ロール26も同様に使用することができる。 As the pressure roll 26, a metal elastic roll with a metal surface may be used if necessary. When this metal elastic roll is used, it is possible to form a conductive resin film 5 for the current collector with an excellent surface smoothness. Specific examples of this metal elastic roll include a metal sleeve roll, an air roll (product name manufactured by Dymco Corporation), and a UF roll (product name manufactured by Hitachi Zosen Corporation). Pressure rolls 26 whose surfaces are coated with a fluororesin film such as polytetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) resin or tetrafluoroethylene-hexafluoropyrene copolymer (FEP) resin can also be used.
複数の冷却ロール27は、例えば圧着ロール26よりも拡径の金属ロール等からなり、ダイス23の下方に回転可能に軸支されて押し出された集電体用導電性樹脂フィルム5を圧着ロール26の周面との間に挟持し、圧着ロール26と共に集電体用導電性樹脂フィルム5を冷却しながらその厚さを所定の範囲内に制御するよう機能する。 The multiple cooling rolls 27 are, for example, metal rolls with a larger diameter than the pressure roll 26, and are rotatably supported below the die 23. They clamp the extruded current collector conductive resin film 5 between themselves and the circumferential surface of the pressure roll 26, and function together with the pressure roll 26 to cool the current collector conductive resin film 5 and control its thickness within a predetermined range.
各冷却ロール27は、圧着ロール26と同様の理由から、50℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点未満、好ましくは100℃以上〔ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点-50℃〕以下、より好ましくは130℃以上〔ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点-100℃〕以下、さらに好ましくは150℃以上〔ポリアリーレンエーテルケトン樹脂-100℃〕以下の温度に調整され、集電体用導電性樹脂フィルム5に摺接してこれを冷却ロール27に圧接する。冷却ロール27の温度調整法としては、例えば空気、水、オイル等の熱媒体を用いる方法、電気ヒーターを用いる方法、誘導加熱を利用する方法等があげられる。 For the same reasons as the pressure roll 26, each cooling roll 27 is adjusted to a temperature of 50°C or higher but lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2, preferably 100°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin - 50°C), more preferably 130°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin - 100°C), and even more preferably 150°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin - 100°C). The cooling roll 27 slides against the collector conductive resin film 5 and presses it against the cooling roll 27. Methods for adjusting the temperature of the cooling roll 27 include, for example, using a heat medium such as air, water, or oil, using an electric heater, or using induction heating.
成形材料1を帯形の集電体用導電性樹脂フィルム5に押出成形したら、この集電体用導電性樹脂フィルム5を一対の圧着ロール26、冷却ロール27、テンションロール31、及び巻取機28の巻取管29に巻架し、集電体用導電性樹脂フィルム5の両側部をスリット刃30でそれぞれ長手方向にカットし、巻取機28の巻取管29に順次巻き取れば、長尺の集電体用導電性樹脂フィルム5を製造することができる。 After the molding material 1 is extruded into a strip-shaped conductive resin film 5 for a current collector, this conductive resin film 5 for a current collector is wound around a pair of pressure rolls 26, a cooling roll 27, a tension roll 31, and a take-up tube 29 of a winder 28. Both sides of the conductive resin film 5 for a current collector are cut longitudinally with a slit blade 30, and the film is sequentially wound around the take-up tube 29 of the winder 28, thereby producing a long conductive resin film 5 for a current collector.
冷却ロール27により冷却され、製造された集電体用導電性樹脂フィルム5の厚さは、5μm以上500μm以下、好ましくは10μm以上300μm以下、より好ましくは20μm以上200μm以下、さらに好ましくは20μm以上100μm以下が良い。これは、集電体用導電性樹脂フィルム5の厚さが5μm未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5の引張強度が著しく低下するので、集電体用導電性樹脂フィルム5の製造が困難になるからである。 The thickness of the conductive resin film 5 for current collectors produced by cooling with the cooling roll 27 should be 5 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less, more preferably 20 μm or more and 200 μm or less, and even more preferably 20 μm or more and 100 μm or less. This is because if the thickness of the conductive resin film 5 for current collectors is less than 5 μm, the tensile strength of the conductive resin film 5 for current collectors will be significantly reduced, making it difficult to produce the conductive resin film 5 for current collectors.
逆に、集電体用導電性樹脂フィルム5の厚さが500μmを越える場合には、リチウムイオン二次電池、双極型リチウムイオン二次電池、全固体電池の二次電池用集電体として使用した場合、軽量化に支障を来すからである。この集電体用導電性樹脂フィルム5の厚さは、各種の接触式厚さ計により、測定することが可能である。また、複数の測定値の平均値を求め、平均厚みにより測定することができる。 Conversely, if the thickness of the conductive resin film 5 for current collectors exceeds 500 μm, it will hinder weight reduction when used as a current collector for secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, bipolar lithium ion secondary batteries, and all-solid-state batteries. The thickness of this conductive resin film 5 for current collectors can be measured using various contact thickness gauges. Alternatively, the thickness can be determined by averaging multiple measurements.
集電体用導電性樹脂フィルム5の比重は、1.60以下、好ましくは1.23以上1.60以下、より好ましくは1.26以上1.55以下、さらに好ましく1.28以上1.50以下、さらにまた好ましく1.30以上1.45以下が良い。これは、集電体用導電性樹脂フィルム5の比重が1.60以下、特に1.23未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5中にボイドあるいはクラックが発生しているおそれがあり、機械的強度の低下の問題が生じているため好ましくないからである。 The specific gravity of the conductive resin film 5 for the current collector is 1.60 or less, preferably 1.23 to 1.60, more preferably 1.26 to 1.55, even more preferably 1.28 to 1.50, and even more preferably 1.30 to 1.45. This is because if the specific gravity of the conductive resin film 5 for the current collector is 1.60 or less, and particularly less than 1.23, there is a risk of voids or cracks occurring in the conductive resin film 5 for the current collector, which can result in a decrease in mechanical strength, and is therefore undesirable.
これに対し、集電体用導電性樹脂フィルム5の比重が、1.60を越える場合には、リチウムイオン二次電池、双極型リチウムイオン二次電池、全固体電池の二次電池用集電体として使用したとき、軽量化に支障を来すからである。集電体用導電性樹脂フィルム5の比重は、例えばJIS K 7112 A法に準拠した比重測定装置等で測定することができる。 On the other hand, if the specific gravity of the conductive resin film 5 for current collector exceeds 1.60, it will hinder weight reduction when used as a current collector for secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, bipolar lithium ion secondary batteries, and all-solid-state batteries. The specific gravity of the conductive resin film 5 for current collector can be measured, for example, using a specific gravity measuring device conforming to JIS K 7112 Method A.
集電体用導電性樹脂フィルム5の相対結晶化度は、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは100%が最適である。これは、集電体用導電性樹脂フィルム5の相対結晶化度が80%未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5の機械的強度、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性に問題が生じるからである。これに対し、相対結晶化度が80%を越える場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5として使用可能な機械的強度、耐熱性、耐薬品性が期待できるからである。 The relative crystallinity of the conductive resin film 5 for current collectors is optimally 80% or higher, preferably 90% or higher, more preferably 95% or higher, and even more preferably 100%. This is because if the relative crystallinity of the conductive resin film 5 for current collectors is less than 80%, problems will arise with the mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, and solvent resistance of the conductive resin film 5 for current collectors. In contrast, if the relative crystallinity is greater than 80%, the conductive resin film 5 can be expected to have sufficient mechanical strength, heat resistance, and chemical resistance to be usable as a conductive resin film for current collectors.
集電体用導電性樹脂フィルム5の結晶化度は、相対結晶化度により表すことができる。この集電体用導電性樹脂フィルム5の相対結晶化度は、示差走査熱量計を用いて10℃/分の昇温速度で測定した熱分析結果に基づき、以下の式により算出される。
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:集電体用導電性樹脂フィルムの再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:集電体用導電性樹脂フィルムの融解ピークの熱量(J/g)
The crystallinity of the conductive resin film 5 for a current collector can be expressed by a relative crystallinity, which is calculated by the following formula based on the results of thermal analysis measured at a temperature rise rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter.
Relative crystallinity (%) = {1 - (ΔHc/ΔHm)} × 100
ΔHc: heat quantity (J/g) of the recrystallization peak of the conductive resin film for current collector
ΔHm: heat quantity (J/g) of the melting peak of the conductive resin film for current collector
集電体用導電性樹脂フィルム5の機械的特性は、引張弾性率、引張破断時伸び、及び引張最大強度で表すことができる。集電体用導電性樹脂フィルム5の引張弾性率は、JIS K 7127に準拠して測定した場合、2000MPa以上、好ましくは3000MPa以上、より好ましくは3500MPa以上、さらに好ましくは4000MPa以上が良い。この引張弾性率の上限値は、特に制約されるものではないが、10000MPa以下が良い。 The mechanical properties of the conductive resin film 5 for current collectors can be expressed in terms of tensile modulus, tensile elongation at break, and maximum tensile strength. When measured in accordance with JIS K 7127, the tensile modulus of the conductive resin film 5 for current collectors is 2000 MPa or more, preferably 3000 MPa or more, more preferably 3500 MPa or more, and even more preferably 4000 MPa or more. There are no particular restrictions on the upper limit of this tensile modulus, but it is preferably 10,000 MPa or less.
これは、引張弾性率が2000MPa未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5を二次電池の集電板として使用するとき、集電体用導電性樹脂フィルム5の剛性に劣るため、正極活物質あるいは負極活物質の塗工工程、二次電池組立中に集電体用導電性樹脂フィルム5が変形してしまうおそれがあるからである。これに対し、引張弾性率が10000MPaを越える場合には、剛性が大きすぎるため、集電体用導電性樹脂フィルム5を巻き取れなくなるからである。 This is because if the tensile modulus is less than 2000 MPa, when the current collector conductive resin film 5 is used as a current collector for a secondary battery, the current collector conductive resin film 5 will have poor rigidity, and there is a risk that the current collector conductive resin film 5 will deform during the coating process of the positive electrode active material or negative electrode active material, or during assembly of the secondary battery. In contrast, if the tensile modulus exceeds 10,000 MPa, the current collector conductive resin film 5 will be too rigid and will not be able to be wound up.
集電体用導電性樹脂フィルム5の引張破断時伸びは、JIS K 7127に準拠して測定した場合、10%以上、好ましくは15%以上、より好ましくは20%以上、さらに好ましく25%以上が良い。これは、集電体用導電性樹脂フィルム5の引張破断時伸びが10%未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5が靭性に劣るため、集電体用導電性樹脂フィルム5の製造中に割れてしまうという理由に基づく。また、集電体用導電性樹脂フィルム5の正極活物質あるは負極活物質塗工工程で集電体用導電性樹脂フィルム5が割れてしまうという理由に基づく。この引張破断時伸びの上限値は、特に制約させるものではないが、500%以下が良い。これは、500%を越えると、集電体用導電性樹脂フィルム5の正極活物質あるは負極活物質塗工工程で集電体用導電性樹脂フィルム5が延伸してしまうという理由に基づく。 The tensile elongation at break of the conductive resin film 5 for current collectors, as measured in accordance with JIS K 7127, is preferably 10% or more, preferably 15% or more, more preferably 20% or more, and even more preferably 25% or more. This is because if the tensile elongation at break of the conductive resin film 5 for current collectors is less than 10%, the conductive resin film 5 for current collectors will have poor toughness and will crack during its manufacture. Furthermore, this is because the conductive resin film 5 for current collectors will crack during the process of applying the positive or negative electrode active material to the conductive resin film 5 for current collectors. While there are no particular restrictions on the upper limit of this tensile elongation at break, it is preferable that it be 500% or less. This is because if it exceeds 500%, the conductive resin film 5 for current collectors will stretch during the process of applying the positive or negative electrode active material to the conductive resin film 5 for current collectors.
集電体用導電性樹脂フィルム5の引張最大強度は、JIS K 7127に準拠して測定した場合、60MPa以上、好ましくは70MPa以上、より好ましくは90MPa以上、さらに好ましくは100MPa以上が良い。これは、集電体用導電性樹脂フィルム5の引張最大強度が60MPa未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム5が靭性に劣るため、集電体用導電性樹脂フィルム5の製造中に割れてしまうという理由に基づく。また、集電体用導電性樹脂フィルム5の正極活物質あるいは負極活物質塗工工程で集電体用導電性樹脂フィルム5が割れてしまうという理由に基づく。 The maximum tensile strength of the conductive resin film 5 for the current collector, as measured in accordance with JIS K 7127, should be 60 MPa or more, preferably 70 MPa or more, more preferably 90 MPa or more, and even more preferably 100 MPa or more. This is because if the maximum tensile strength of the conductive resin film 5 for the current collector is less than 60 MPa, the conductive resin film 5 for the current collector will have poor toughness and may crack during its manufacture. Also, the conductive resin film 5 for the current collector may crack during the process of coating the positive electrode active material or negative electrode active material of the conductive resin film 5 for the current collector.
引張最大強度の上限値は、特に制約されるものではないが、500MPa以下が良い。これは、500MPaを越えると、集電体用導電性樹脂フィルム5の製造時、スリット刃30でのカット性が低下するため、長尺の集電体用導電性樹脂フィルム5の製造スピードが低下するため好ましくないからである。 There are no particular restrictions on the upper limit of the maximum tensile strength, but it is preferably 500 MPa or less. This is because if it exceeds 500 MPa, the cutting ability with the slit blade 30 will decrease during the production of the conductive resin film 5 for current collectors, which is undesirable as it will slow down the production speed of long conductive resin film 5 for current collectors.
集電体用導電性樹脂フィルム5の導電性は、体積抵抗値により評価することができる。この体積抵抗値の測定は、JIS K 7194に準拠した四端子四探針法により測定した場合、1Ω・cm以上100Ω・cm以下、好ましくは10Ω・cm以上75Ω・cm以下、より好ましくは20Ω・cm以上50Ω・cm以下、さらに好ましくは20Ω・cm以上25Ω・cm以下が最適である。これは、集電体用導電性樹脂フィルム5の体積抵抗値が100mΩ・cmを越える場合には、二次電池用集電体として使用したとき、エネルギー密度の低下を招くからである。逆に、体積抵抗値が1Ω・cm未満の場合は、カーボンナノチューブ4を多量に添加しなければならず、得られる集電体用導電性樹脂フィルム5が脆くなり、二次電池組立中で集電体用導電性樹脂フィルム5が割れる問題が生じるからである。 The conductivity of the conductive resin film 5 for current collectors can be evaluated by its volume resistivity. When measured using the four-terminal, four-probe method in accordance with JIS K 7194, the optimal volume resistivity is 1 Ω·cm to 100 Ω·cm, preferably 10 Ω·cm to 75 Ω·cm, more preferably 20 Ω·cm to 50 Ω·cm, and even more preferably 20 Ω·cm to 25 Ω·cm. This is because if the volume resistivity of the conductive resin film 5 for current collectors exceeds 100 mΩ·cm, its use as a current collector for a secondary battery will result in a decrease in energy density. Conversely, if the volume resistivity is less than 1 Ω·cm, a large amount of carbon nanotubes 4 must be added, making the resulting conductive resin film 5 for current collectors brittle and potentially causing cracking during secondary battery assembly.
集電体用導電性樹脂フィルム5の耐薬品性については、N-メチル-2-ピロリドンと電解質に集電体用導電性樹脂フィルム5を浸漬してその質量変化により評価すれば良い。集電体用導電性樹脂フィルム5をN-メチル-2-ピロリドンと電解液に浸漬させた場合の質量変化率は、耐薬品性や耐溶剤性を向上させる観点から、2.0%以下、好ましくは0.0%以上2.0%以下、より好ましくは0.0%以上1.0%以下、さらに好ましくは0.0%以上0.1%以下が最適である。 The chemical resistance of the conductive resin film 5 for current collectors can be evaluated by immersing the conductive resin film 5 for current collectors in N-methyl-2-pyrrolidone and an electrolyte and measuring the change in mass. From the perspective of improving chemical resistance and solvent resistance, the rate of mass change when the conductive resin film 5 for current collectors is immersed in N-methyl-2-pyrrolidone and an electrolyte is optimally 2.0% or less, preferably 0.0% to 2.0%, more preferably 0.0% to 1.0%, and even more preferably 0.0% to 0.1%.
電解質は、有機溶媒に溶質としてリチウム塩を溶解させた有機電解液である。電解質の有機溶媒としては、例えばエチレカーボネート〔EC〕、プロピレンカーボネート〔PC〕、及びブチレンカーボネート〔BC〕等の環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート〔DMC〕、エチルメチルカーボネート〔EMC〕、及びジエチルカーボネート〔DEC〕等の鎖状炭酸エステル、テトラヒドロフラン〔THF〕、1,3‐ジオキソラン〔DOXL〕等の環状エーテル、1,2‐ジメトキシエタン〔DEM〕、及び1,2‐ジエトキシエタン〔DEE〕等の鎖状エーテル、γ‐ブチロラクトン〔GBL〕等の環状エステル、酢酸メチル〔MA〕等の鎖状エステル等があげられる。 The electrolyte is an organic electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved as a solute in an organic solvent. Examples of organic solvents for the electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC); chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC); cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF) and 1,3-dioxolane (DOXL); chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane (DEM) and 1,2-diethoxyethane (DEE); cyclic esters such as gamma-butyrolactone (GBL); and chain esters such as methyl acetate (MA).
リチウム塩には、例えば過塩素酸リチウム〔LiClO4〕、ホウフッ化リチウム〔LiBF4〕、ヘキサフルオロリン酸リチウム〔LiPF6〕、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム〔LiCF3SO3〕、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〔LiN(CF3SO2)2〕、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド〔LiC(CF3SO2)3〕等が該当する。 Examples of lithium salts include lithium perchlorate [LiClO 4 ], lithium borofluoride [LiBF 4 ], lithium hexafluorophosphate [LiPF 6 ], lithium trifluoromethanesulfonate [LiCF 3 SO 3 ], lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide [LiN(CF 3 SO 2 ) 2 ], and lithium tris(trifluoromethanesulfonyl)methide [LiC(CF 3 SO 2 ) 3 ].
なお、集電体用導電性樹脂フィルム5中にN‐メチル‐2‐ピロリドンあるいは電解液が残留すると、集電体用導電性樹脂フィルム5を使用した集電板は、二次電池作動中にN‐メチル‐2‐ピロリドンあるいは電解液が二次電池中に染み出して不具合が生じるので、注意が必要である。また、二次電池の電解液が集電板に染み込み、充放電サイクルが低下するので、留意すべきである。 However, if N-methyl-2-pyrrolidone or electrolyte remains in the conductive resin film for current collector 5, current collector plates using conductive resin film for current collector 5 may cause problems when the N-methyl-2-pyrrolidone or electrolyte seeps into the secondary battery while the secondary battery is in operation, so care must be taken. Also, care must be taken because the secondary battery's electrolyte may seep into the current collector plate, reducing the charge/discharge cycle.
成形した集電体用導電性樹脂フィルム5は、そのまま使用しても良いが、さらに加熱圧縮成形しても良い。集電体用導電性樹脂フィルム5を加熱圧縮成形すれば、抵抗値をより低くして導電性を高め、炭素系導電材料3の使用量を減らしてコストの低減を図ることが可能となる。 The molded conductive resin film 5 for current collectors can be used as is, or it can be further heat-compression molded. Heat-compression molding the conductive resin film 5 for current collectors can lower the resistance value, increase conductivity, and reduce the amount of carbon-based conductive material 3 used, thereby reducing costs.
集電体用導電性樹脂フィルム5を加熱圧縮成形する場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の融点以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の熱分解温度未満、具体的には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+10℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂+100℃以下、好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+20℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+80℃以下、より好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+60℃以下、さらに好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点+50℃以下に加熱された複数の金属板、金属ロール、金属ベルトの間に集電体用導電性樹脂フィルム5を挟み、この集電体用導電性樹脂フィルム5の投影面積に対して0.5kgf/cm2以上100kgf/cm2以下の圧力を作用させて0.5秒間以上300秒間以下保持し、直ちにポリアリーレンエーテルケトン樹脂2のガラス転移点以下に冷却すれば良い。 When the conductive resin film 5 for a current collector is subjected to heat compression molding, the conductive resin film 5 for a current collector is sandwiched between a plurality of metal plates, metal rolls, or metal belts that have been heated to a temperature not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 but lower than the thermal decomposition temperature of the polyarylene ether ketone resin 2, specifically, a temperature not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 10°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 100°C, preferably not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 20°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 80°C, more preferably not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 30°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 60°C, and even more preferably not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 30°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin + 50°C, and a pressure of 0.5 kgf/cm2 or more and 100 kgf/cm2 is applied to the projected area of the conductive resin film 5 for a current collector. 2 or less is applied and maintained for 0.5 seconds to 300 seconds, and then immediately cooled to a temperature below the glass transition point of the polyarylene ether ketone resin 2.
上記によれば、成形材料1の熱可塑性樹脂として、軽量性、機械的特性、耐薬品性、耐熱性に優れ、低吸水率のポリアリーレンエーテルケトン樹脂2を選択して集電体用導電性樹脂フィルム5を製造するので、例え集電体用導電性樹脂フィルム5を集電体として使用しても、集電体用導電性樹脂フィルム5の内部に電解質成分が浸透することがなく、充放電サイクル特性が低下するおそれを有効に排除することができる。また、フッ素樹脂ではなく、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2を用いるので、成形に特殊な鋼材や設備を特に必要とせず、集電体のコスト削減が大いに期待できる。 As described above, polyarylene ether ketone resin 2, which has excellent lightness, mechanical properties, chemical resistance, and heat resistance, and low water absorption, is selected as the thermoplastic resin for molding material 1 to manufacture current collector conductive resin film 5. Therefore, even if current collector conductive resin film 5 is used as a current collector, electrolyte components do not penetrate into the current collector conductive resin film 5, effectively eliminating the risk of a deterioration in charge/discharge cycle characteristics. Furthermore, because polyarylene ether ketone resin 2 is used instead of fluororesin, no special steel materials or equipment are required for molding, and significant cost reductions in current collectors can be expected.
また、二種類の異なる樹脂を用いる必要がないので、集電体の剥離を招くおそれを有効に排除することができる。加えて、製造後の吸水による膨張率の差でカールしたり、第一、第二の導電性層間で集電体が剥離するおそれもない。また、炭素系導電材料3がカーボンナノチューブ4の場合、化学的に安定する他、二次電池の軽量化をさらに向上させることができる。また、集電体用導電性樹脂フィルム5の厚さが5μm以上500μm以下なので、集電体用導電性樹脂フィルム5の引張強度の低下を防止し、二次電池の集電体の軽量化が大いに期待できる。 Furthermore, since there is no need to use two different types of resin, the risk of peeling of the current collector can be effectively eliminated. In addition, there is no risk of curling due to differences in expansion coefficients caused by water absorption after production, or peeling of the current collector between the first and second conductive layers. Furthermore, when the carbon-based conductive material 3 is carbon nanotubes 4, it is not only chemically stable but also further improves the weight reduction of secondary batteries. Furthermore, since the thickness of the conductive resin film 5 for the current collector is 5 μm or more and 500 μm or less, a decrease in the tensile strength of the conductive resin film 5 for the current collector is prevented, and significant weight reduction of the current collector for secondary batteries can be expected.
また、集電体用導電性樹脂フィルム5の比重が1.60以下なので、二次電池や集電体の大幅な軽量化に資することが可能となる。さらに、集電体用導電性樹脂フィルム5の体積抵抗値が1Ω・cm以上100Ω・cm以下と低いので、集電体用導電性樹脂フィルム5を二次電池の集電体として使用しても、エネルギー密度の低下を防ぐことができる。 In addition, because the specific gravity of the current collector conductive resin film 5 is 1.60 or less, it can contribute to significantly reducing the weight of secondary batteries and current collectors. Furthermore, because the volume resistivity of the current collector conductive resin film 5 is low, at 1 Ω·cm or more and 100 Ω·cm or less, a decrease in energy density can be prevented even when the current collector conductive resin film 5 is used as a current collector for secondary batteries.
なお、上記実施形態のポリアリーレンエーテルケトン樹脂2については、1種類を単独で使用したり、あるいは2種以上をアロイ化したり、ブレンド化して使用しても良い。このポリアリーレンエーテルケトン樹脂2の形状は、粉体状、顆粒状、塊状、粉状、ペレット状等を特に問うものではない。また、集電体用導電性樹脂フィルム5は、JIS K7112 A法の規格に準拠して測定した比重が1.23以上1.60以下、相対結晶化度が95%以上100%以下、JIS K 7127に準拠して測定した場合の引張弾性率が3500MPa以上5300MPa以下、JIS K 7127に準拠して測定した場合の引張破断時伸びが10%以上65%以下、JIS K 7194に準拠して測定した場合の体積抵抗値が1Ω・cm以上100Ω・cm以下でも良い。 In the above embodiment, the polyarylene ether ketone resin 2 may be used singly or in the form of an alloy or blend of two or more types. The polyarylene ether ketone resin 2 may be in any form, including powder, granules, lumps, powder, and pellets. The conductive resin film 5 for the current collector may have a specific gravity of 1.23 to 1.60 as measured in accordance with JIS K7112 Method A, a relative crystallinity of 95% to 100%, a tensile modulus of 3500 MPa to 5300 MPa as measured in accordance with JIS K 7127, a tensile elongation at break of 10% to 65%, and a volume resistivity of 1 Ω·cm to 100 Ω·cm as measured in accordance with JIS K 7194.
また、カーボンナノチューブ4には、カーボンナノチューブ4の特性を活かすため、外径や長さの異なる複数種のカーボンナノチューブ4を混合して使用しても良い。さらに、一対の圧着ロール26の間に単一の冷却ロール27を回転可能に軸支させても良い。 In addition, in order to take advantage of the characteristics of the carbon nanotubes 4, multiple types of carbon nanotubes 4 with different outer diameters and lengths may be mixed and used. Furthermore, a single cooling roll 27 may be rotatably supported between a pair of pressure rolls 26.
以下、本発明に係る二次電池の集電体用導電性樹脂フィルム及びその製造方法の実施例を比較例と共に説明する。
〔実施例1〕
先ず、成形材料を調製するため、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂として、市販のポリエーテルケトンケトン樹脂〔ソルベイ スペシャルティ ポリマーズ社製 製品名:キータスパイアPEEK KT-851NL SP 以下、「KT-851NL SP」と略する〕を用意し、このポリエーテルエーテルケトン樹脂を冷凍粉砕法により粉砕した。ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、以下「PEEK樹脂」と略称する。
EXAMPLES Hereinafter, examples of a conductive resin film for a current collector of a secondary battery according to the present invention and a method for producing the same will be described together with comparative examples.
Example 1
First, to prepare the molding material, a commercially available polyether ether ketone resin (manufactured by Solvay Specialty Polymers, product name: KetaSpire PEEK KT-851NL SP, hereinafter abbreviated as "KT-851NL SP") was prepared as the polyarylene ether ketone resin, and this polyether ether ketone resin was pulverized by a freeze-pulverization method. Hereinafter, this polyether ether ketone resin will be abbreviated as "PEEK resin."
PEEK樹脂の融点(融解温度とも言う)は、示差走査熱量計〔エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 製品名:高感度型示差走査熱量計 X-DSC7000〕を用い、JIS K 7121に準拠し、昇温速度10℃/分の条件で測定した。測定したところ、KT-851NLSPの融点は340℃であった。 The melting point (also known as melting temperature) of PEEK resin was measured using a differential scanning calorimeter (SII NanoTechnology, product name: High-sensitivity Differential Scanning Calorimeter X-DSC7000) in accordance with JIS K 7121 at a heating rate of 10°C/min. The melting point of KT-851NLSP was measured to be 340°C.
PEEK樹脂を粉砕したら、この粉砕したPEEK樹脂と炭素系導電材料である多層のカーボンナノチューブとを組成質量比率でPEEK樹脂95質量%とカーボンナノチューブが5質量%となるように計量し、その後、PEEK樹脂とカーボンナノチューブを混合機に投入し、攪拌混合することにより、攪拌混合物を調製した。カーボンナノチューブは、NC7000〔ナノシル社製:製品名、以下、「NC7000」と略す〕を使用した。 After crushing the PEEK resin, the crushed PEEK resin and multi-walled carbon nanotubes, a carbon-based conductive material, were weighed out so that the composition was 95% PEEK resin and 5% carbon nanotubes by mass. The PEEK resin and carbon nanotubes were then placed in a mixer and stirred to prepare a stirred mixture. The carbon nanotubes used were NC7000 (product name, manufactured by Nanosil Co., Ltd.; hereafter abbreviated as "NC7000").
PEEK樹脂の見掛けのせん断粘度については、フローテスター〔島津製作所製 製品名島津フローテスタCFT-500D〕により測定した。具体的には、予めPEEK樹脂を熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥し、PEEK樹脂1.5cm3をダイス(直径:1mm、長さ10mm)を装着した375℃のシリンダー内に充填し、このシリンダーの上部に面積が1.0cm2のプランジャーを取り付け、シリンダーの温度が375℃に達したら、5分間予備加熱するとともに、この予備加熱後に直ちに50kgfの荷重を加え、PEEK樹脂を溶融流出させてその見掛けのせん断粘度を測定した。見掛けのせん断粘度は、以下、同様の方法により測定した。 The apparent shear viscosity of the PEEK resin was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, the PEEK resin was pre-dried at 160°C for 12 hours in a hot air dryer, and 1.5 cm3 of the PEEK resin was filled into a 375°C cylinder equipped with a die (diameter: 1 mm, length: 10 mm). A plunger with an area of 1.0 cm2 was attached to the top of the cylinder. Once the cylinder reached a temperature of 375°C, it was preheated for 5 minutes. Immediately after preheating, a load of 50 kgf was applied, causing the PEEK resin to melt and flow out, and its apparent shear viscosity was measured. The apparent shear viscosity was measured in the same manner below.
攪拌混合物を調製したら、この攪拌混合物を真空ポンプ付きの高速二軸押出成形機に供給して減圧下で溶融混練し、この溶融混練した攪拌混合物を高速二軸押出成形機先端部のダイスから棒形に押し出して空冷後カットし、ペレット状の成形材料を調製した。高速二軸押出成形機は、φ42mm、L/D=38のタイプを用いた。また、攪拌混合物は、シリンダー温度:350~375℃、ダイス温度375℃の条件下で高速二軸押出成形機の原料投入口側のベントを開放した状態、ダイス側のベントを減圧下で脱気しながら溶融混練し、成形材料に調製した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、376℃であった。 Once the stirred mixture was prepared, it was fed into a high-speed twin-screw extruder equipped with a vacuum pump and melt-kneaded under reduced pressure. The melt-kneaded stirred mixture was extruded into a rod shape from the die at the tip of the high-speed twin-screw extruder, air-cooled, and cut to prepare pellet-shaped molding material. The high-speed twin-screw extruder used was a φ42 mm, L/D=38 type. The stirred mixture was melt-kneaded to prepare the molding material under conditions of a cylinder temperature of 350-375°C and a die temperature of 375°C, with the vent on the raw material inlet side of the high-speed twin-screw extruder open and the vent on the die side degassed under reduced pressure. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was measured to be 376°C.
成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を測定した。この成形材料の見掛けのせん断粘度については、フローテスター〔島津製作所製 製品名島津フローテスタCFT-500D〕により測定した。具体的には、予め成形材料を熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥した後、成形材料1.5cm3をダイス(直径:1mm、長さ10mm)を装着した375℃のシリンダー内に充填し、このシリンダーの上部に面積が1.0cm2のプランジャーを取り付け、シリンダーの温度が375℃に達したら、5分間予備加熱するとともに、この予備加熱後に直ちに50kgfの荷重を加え、成形材料を溶融流出させてその見掛けのせん断粘度を測定した。見掛けのせん断粘度は、以下、同様の方法により測定した。 Once the molding material was prepared, the apparent shear viscosity of this molding material was measured. The apparent shear viscosity of this molding material was measured using a flow tester (Shimadzu Corporation, product name: Shimadzu Flow Tester CFT-500D). Specifically, the molding material was dried in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of the molding material was filled into a 375°C cylinder equipped with a die (diameter: 1 mm, length: 10 mm). A plunger with an area of 1.0 cm2 was attached to the top of the cylinder. When the cylinder temperature reached 375°C, it was preheated for 5 minutes. Immediately after this preheating, a load of 50 kgf was applied, causing the molding material to melt and flow out, and its apparent shear viscosity was measured. The apparent shear viscosity was measured using the same method below.
次いで、調製した成形材料を160℃に加熱した除湿熱風乾燥機に投入して12時間以上乾燥させ、乾燥した成形材料の含水率が300ppm以下であることを確認後、成形材料をφ40mmの単軸押出成形機に投入してその幅900mmのダイスであるTダイスから連続して押し出すことにより、帯形の集電体用導電性樹脂フィルムを成形した。成形材料の含水率は、微量水分測定装置〔三菱化学社製 製品名:CA‐100型〕を用い、カールフィッシャー滴定法により確認した。以後、成形材料の含水率については、同様の方法で測定した。 The prepared molding material was then placed in a dehumidifying hot air dryer heated to 160°C and dried for at least 12 hours. After confirming that the moisture content of the dried molding material was 300 ppm or less, the molding material was placed in a φ40 mm single-screw extruder and continuously extruded through a 900 mm wide T-die to form a strip-shaped conductive resin film for the current collector. The moisture content of the molding material was confirmed by Karl Fischer titration using a trace moisture analyzer (product name: CA-100, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Thereafter, the moisture content of the molding material was measured using the same method.
単軸押出成形機は、L/D=25、圧縮比:2.5、スクリュー:フルフライトスクリューのタイプとした。また、単軸押出成形機の温度は360~395℃、Tダイスの温度は395℃、単軸押出成形機とTダイスとを連結する連結管の温度は395℃、ギアポンプは395℃に調整した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、398℃であった。この単軸押出成形機に成形材料を投入する際には、窒素ガス15L/分を供給した。 The single-screw extruder had an L/D ratio of 25, a compression ratio of 2.5, and a full-flight screw. The temperature of the single-screw extruder was adjusted to 360-395°C, the temperature of the T-die to 395°C, the temperature of the connecting pipe connecting the single-screw extruder to the T-die to 395°C, and the gear pump to 395°C. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the T-die inlet and found to be 398°C. When the molding material was fed into this single-screw extruder, nitrogen gas was supplied at a rate of 15 L/min.
集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、この集電体用導電性樹脂フィルムを図2に示すようなシリコーンゴム製の一対の210℃の圧着ロール、210℃の複数の冷却ロール、及びこれらの下流に位置する6インチの巻取管に順次巻架するとともに、圧着ロールと冷却ロールとに挟持させ、連続した集電体用導電性樹脂フィルムの両側部をスリット刃で裁断して巻取管に順次巻き取ることにより、長さ100m、幅650mmの集電体用導電性樹脂フィルムを製造した。圧着ロールと巻取管との間には、集電体用導電性樹脂フィルムの両側部を切断するスリット刃を昇降可能に配置し、巻取管とスリット刃との間には、集電体用導電性樹脂フィルムにテンションを作用させるテンションロールを回転可能に軸支させた。 Once the conductive resin film for the current collector was formed, it was sequentially wound around a pair of 210°C pressure rolls made of silicone rubber, multiple 210°C cooling rolls, and a 6-inch take-up tube located downstream of these, as shown in Figure 2, and sandwiched between the pressure rolls and cooling rolls. Both sides of the continuous conductive resin film for the current collector were cut with a slit blade and sequentially wound onto the take-up tube, producing a conductive resin film for the current collector measuring 100 m in length and 650 mm in width. A slit blade that cuts both sides of the conductive resin film for the current collector was positioned between the pressure rolls and the take-up tube and was capable of moving up and down, and a tension roll that applies tension to the conductive resin film for the current collector was rotatably supported between the take-up tube and the slit blade.
集電体用導電性樹脂フィルムを製造したら、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニ発生の有無、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表1にまとめた。集電体用導電性樹脂フィルムの機械的特性は引張弾性率、引張破断時伸び、及び引張最大強度、導電性は導電性フィルムの電解液浸漬前後の体積抵抗値、耐薬品性はN‐メチル‐2‐ピロリドンと電解液浸漬前後の質量変化、耐熱性は加熱寸法変化によりそれぞれ評価した。 Once the conductive resin film for current collectors was manufactured, the presence or absence of die buildup during manufacturing, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of the conductive resin film for current collectors were evaluated, and the results are summarized in Table 1. The mechanical properties of the conductive resin film for current collectors were evaluated by the tensile modulus, tensile elongation at break, and maximum tensile strength; electrical conductivity was evaluated by the volume resistivity of the conductive film before and after immersion in electrolyte; chemical resistance was evaluated by the change in mass before and after immersion in N-methyl-2-pyrrolidone and electrolyte; and heat resistance was evaluated by the dimensional change upon heating.
・集電体用導電性樹脂フィルム製造中に発生する目ヤニ
集電体用導電性樹脂フィルム製造中に発生する目ヤニについては、集電体用導電性樹脂フィルムを100m製造後、Tダイスのリップ付近を目視により観察した。
- Die resin generated during production of conductive resin film for current collector Regarding die resin generated during production of conductive resin film for current collector, after producing 100 m of conductive resin film for current collector, the vicinity of the lip of the T-die was visually observed.
・集電体用導電性樹脂フィルムのフィルム厚
集電体用導電性樹脂フィルムのフィルム厚さについては、マイクロメータ〔ミツトヨ社製 製品名:クーラントプルーフマイクロメータ 符号MDC‐25PJ〕を使用して測定した。測定に際しては、集電体用導電性樹脂フィルムの幅方向〔押出方向の直角方向(以下、「TD」と略称する)〕の任意の10箇所を測定し、その平均値をフィルム厚とした。
The thickness of the conductive resin film for current collector was measured using a micrometer (Mitutoyo Corporation, product name: Coolant-proof micrometer, code MDC-25PJ). Measurements were taken at 10 random locations in the width direction (direction perpendicular to the extrusion direction (hereinafter abbreviated as "TD")) of the conductive resin film for current collector, and the average value was taken as the film thickness.
・集電体用導電性樹脂フィルムの比重
集電体用導電性樹脂フィルムの比重については、23℃の環境下、JIS K 7112 A法の規格に準拠して測定した。
Specific Gravity of Conductive Resin Film for Current Collector The specific gravity of the conductive resin film for current collector was measured in an environment of 23° C. in accordance with the standard of JIS K 7112 Method A.
・集電体用導電性樹脂フィルムの相対結晶化度
集電体用導電性樹脂フィルムの相対結晶化度については、集電体用導電性樹脂フィルムから測定試料約5mgを秤量し、示差走査熱量計〔エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製 製品名:EXSTAR7000シリーズ X-DSC7000〕を使用して昇温速度10℃/分、測定温度範囲20℃から380℃まで測定した。このときに得られる融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から以下の式を用いて算出した。
Relative Crystallinity of Conductive Resin Film for Current Collector The relative crystallinity of the conductive resin film for current collector was measured by weighing out about 5 mg of a measurement sample from the conductive resin film for current collector and using a differential scanning calorimeter (manufactured by SII Nanotechnologies Inc., product name: EXSTAR7000 series X-DSC7000) at a heating rate of 10°C/min over a measurement temperature range of 20°C to 380°C. The crystallinity was calculated using the following formula from the calorific value (J/g) of the melting peak and the calorific value (J/g) of the recrystallization peak obtained at this time.
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:集電体用導電性樹脂フィルムの再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:集電体用導電性樹脂フィルムの融解ピークの熱量(J/g)
Relative crystallinity (%) = {1 - (ΔHc/ΔHm)} × 100
ΔHc: heat quantity (J/g) of the recrystallization peak of the conductive resin film for current collector
ΔHm: heat quantity (J/g) of the melting peak of the conductive resin film for current collector
・集電体用導電性樹脂フィルムの機械的性質
集電体用導電性樹脂フィルムの機械的性質については、23℃における引張弾性率、破断時伸び、及び引張最大強度で評価した。機械的性質は、押出方向(以下、「MD」と略称する)とTDについて測定した。測定は、JIS K 7127に準拠し、引張速度50mm/分、温度23℃±2℃、相対湿度50RH±5%RHの条件で実施した。
Mechanical Properties of Conductive Resin Film for Current Collector The mechanical properties of the conductive resin film for current collector were evaluated in terms of tensile modulus at 23°C, elongation at break, and maximum tensile strength. The mechanical properties were measured in the extrusion direction (hereinafter abbreviated as "MD") and TD. The measurements were performed in accordance with JIS K 7127 under conditions of a pulling rate of 50 mm/min, a temperature of 23°C ± 2°C, and a relative humidity of 50 RH ± 5% RH.
・集電体用導電性樹脂フィルムの耐薬品性
集電体用導電性樹脂フィルムの耐薬品性については、N-メチル-2-ピロリドン(以下、「NMP」と略する)と電解液に浸漬させ、質量変化により評価した。
Chemical Resistance of Conductive Resin Film for Current Collector The chemical resistance of the conductive resin film for current collector was evaluated by immersing it in N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as "NMP") and an electrolyte solution and measuring the change in mass.
集電体用導電性樹脂フィルムの質量変化を評価する場合には、集電体用導電性樹脂フィルムをMD:50mm×TD:80mmの大きさに切り出して秤量〔W0〕し、この集電体用導電性樹脂フィルムとNMP5gあるいは電解液各5gとをPET/AL/PE構成平袋〔日本生産社製:商品名ラミジップ〕に入れ、ヒートシールにより封をした。電解液は、リチウム一次・二次・ポリマー電池&リチウムイオンキャパシタ用電解液〔キシダ化学社製:商品名 電解質LiPF6、モル濃度1mol/L 溶媒EC:DEC(3:7)V/V%〕を使用した。 To evaluate the mass change of the conductive resin film for a current collector, the conductive resin film for a current collector was cut into a size of MD: 50 mm × TD: 80 mm and weighed [W0 ] . This conductive resin film for a current collector and 5 g of NMP or 5 g of electrolyte were placed in a PET/AL/PE flat bag [manufactured by Nippon Seisaku Co., Ltd.: product name Lamizip] and sealed by heat sealing. The electrolyte used was an electrolyte for lithium primary/secondary/polymer batteries and lithium ion capacitors [manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.: product name electrolyte LiPF6 , molar concentration 1 mol/L, solvent EC:DEC (3:7) V/V %].
ヒートシールにより封をしたら、PET/AL/PE構成平袋を50℃に加熱した熱風オーブン中に15日間静置し、静置後にPET/AL/PE構成平袋から集電体用導電性樹脂フィルムを取り出してエタノールで洗浄し、この集電体用導電性樹脂フィルムを50℃に加熱した熱風オーブン中に24時間静置するとともに、静置後に乾燥剤〔オゾン化学社製:商品名OZO‐C〕を入れたガラス製のデシケータ内で23℃環境下、24時間静置し、その後、集電体用導電性樹脂フィルムを秤量〔W1〕し、以下の式から質量変化率を求めてA~F評価した。 After sealing by heat sealing, the PET/AL/PE flat bag was left standing in a hot air oven heated to 50°C for 15 days. After leaving it standing, the conductive resin film for a current collector was removed from the PET/AL/PE flat bag and washed with ethanol. This conductive resin film for a current collector was left standing in a hot air oven heated to 50°C for 24 hours, and after leaving it standing, it was left standing in a glass desiccator containing a desiccant (manufactured by Ozone Chemical Co., Ltd.: product name OZO-C) in an environment of 23°C for 24 hours. Thereafter, the conductive resin film for a current collector was weighed [W 1 ], and the mass change rate was calculated using the following formula and evaluated as A to F.
質量変化率(%)={(W1-W0)/W0}×100
W0:集電体用導電性樹脂フィルムの初期質量〔g〕
W1:集電体用導電性樹脂フィルムとNMPあるいは電解液浸漬後の質量〔g〕
A:質量変化率が0.0%以上0.1%以下の場合
B:質量変化率が0.1%を越えて1.0%以下の場合
C:質量変化率が1.0%を越えて2.0%以下の場合
D:質量変化率が2.0%を越えて5.0%以下の場合
E:質量変化率が5.0%を越えて10%以下の場合
F:質量変化率が10%を越えて20%以下の場合
Mass change rate (%)={(W 1 −W 0 )/W 0 }×100
W 0 : Initial mass of the conductive resin film for the current collector [g]
W 1 : Mass [g] of the conductive resin film for current collector and the conductive resin film after immersion in NMP or electrolyte
A: When the mass change rate is 0.0% or more and 0.1% or less B: When the mass change rate is more than 0.1% and 1.0% or less C: When the mass change rate is more than 1.0% and 2.0% or less D: When the mass change rate is more than 2.0% and 5.0% or less E: When the mass change rate is more than 5.0% and 10% or less F: When the mass change rate is more than 10% and 20% or less
・集電体用導電性樹脂フィルムの導電性
集電体用導電性樹脂フィルムの導電性については体積抵抗値により評価することとし、体積抵抗値はNMPと電解液の浸漬前後で測定した。
Conductivity of Conductive Resin Film for Current Collector The conductivity of the conductive resin film for current collector was evaluated by volume resistivity, which was measured before and after immersion in NMP and the electrolyte.
体積抵抗値は、四端子四探針法(JIS K 7194:1994に準拠する方法)により測定した。測定は、低抵抗率計〔三菱化学アナリテック社製:商品名 ロレスター GP MCP-610〕を用いて実施した。また、集電体用導電性樹脂フィルムの体積抵抗値は、耐薬品性評価の前後で測定した。測定は、温度23℃±2℃、相対湿度50RH±5%RHの環境下で実施した。 Volume resistivity was measured using the four-terminal, four-probe method (a method conforming to JIS K 7194:1994). Measurements were performed using a low resistivity meter (Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.: Trade name: Loresta GP MCP-610). The volume resistivity of the conductive resin film for the current collector was also measured before and after the chemical resistance evaluation. Measurements were performed in an environment with a temperature of 23°C ± 2°C and a relative humidity of 50 RH ± 5% RH.
・集電体用導電性樹脂フィルムの耐熱性
集電体用導電性樹脂フィルムの耐熱性は、加熱寸法変化により評価した。
加熱寸法変化は、MDとTDについて測定した。この測定は、JIS K 7133に準拠し、温度250℃、時間10分加熱し、加熱前後の寸法変化率により評価した。寸法変化率は、以下の式から求めて評価した。
寸法変化率(%)={(L1-L0)/L0}×100
L0:集電体用導電性樹脂フィルムの加熱前の寸法〔mm〕
L1:集電体用導電性樹脂フィルムと加熱後の寸法〔mm〕
Heat Resistance of Conductive Resin Film for Current Collector The heat resistance of the conductive resin film for current collector was evaluated by the change in dimension due to heating.
The dimensional change upon heating was measured in both MD and TD. This measurement was performed in accordance with JIS K 7133, where the sample was heated at 250°C for 10 minutes, and the dimensional change rate before and after heating was evaluated. The dimensional change rate was calculated and evaluated using the following formula:
Dimensional change rate (%)={(L 1 −L 0 )/L 0 }×100
L 0 : Dimension of the conductive resin film for current collector before heating [mm]
L1 : Dimensions of the conductive resin film for current collector and after heating [mm]
〔実施例2〕
粉砕した実施例1のポリアリーレンエーテルケトン樹脂とカーボンナノチューブとの組成質量比率を表1に示すように変更し、実施例1と同様にペレット形の成形材料を調製した。成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法により測定した。
Example 2
The composition mass ratio of the pulverized polyarylene ether ketone resin of Example 1 to the carbon nanotubes was changed as shown in Table 1, and pellet-shaped molding materials were prepared in the same manner as in Example 1. After the molding materials were prepared, the apparent shear viscosity of the molding materials was measured in the same manner as in Example 1.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、398℃であった。こうして集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、この集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表1にまとめた。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 398°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, another conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1. The generation of die buildup during the production of this conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and the results are summarized in Table 1.
〔実施例3〕
基本的には実施例1と同様であるが、成形材料として、実施例1で使用したポリアリーレンエーテルケトン樹脂であるPEEK樹脂をKT-851NL SPから予め実施例1の方法で粉砕したVictrex Granules 381G〔ビクトレックス社;製品名 以下、「381GG」と略す〕に変更し、実施例1で使用したカーボンナノチューブを表1に示す組成質量となるように計量し、攪拌混合物を調製した。381Gの見掛けのせん断粘度は、実施例1と同様の方法により測定した。381Gの融点を実施例1と同様の方法により測定した結果、343℃であった。
Example 3
The process was basically the same as in Example 1, except that the molding material, PEEK resin, which is a polyarylene ether ketone resin, used in Example 1 was changed from KT-851NL SP to Victrex Granules 381G (product name of Victrex Corporation; hereinafter abbreviated as "381GG"), which had been previously pulverized by the method of Example 1, and the carbon nanotubes used in Example 1 were weighed to obtain the composition and mass shown in Table 1, to prepare a stirred mixture. The apparent shear viscosity of 381G was measured by the same method as in Example 1. The melting point of 381G was measured by the same method as in Example 1, and was found to be 343°C.
次いで、実施例1と同様の方法により成形材料を調製した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、375℃であった。成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法により測定した。 Next, a molding material was prepared using the same method as in Example 1. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was found to be 375°C. Once the molding material was prepared, the apparent shear viscosity of this molding material was measured using the same method as in Example 1.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、398℃であった。こうして集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表1にまとめた。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 398°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, another conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1. The generation of die buildup during the production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and the results are summarized in Table 1.
〔実施例4〕
基本的には実施例1と同様であるが、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂であるPEEK樹脂をKT-851NL SPから予め実施例1の方法で粉砕したVictrex Granules 450G〔ビクトレックス社;製品名 以下、「450G」と略す〕に変更した。
Example 4
The experiment was basically the same as in Example 1, except that the PEEK resin, which is a polyarylene ether ketone resin, was changed from KT-851NL SP to Victrex Granules 450G (product name of Victrex Co., Ltd., hereinafter abbreviated as "450G") which had been pulverized in advance by the method of Example 1.
また、実施例1で使用したカーボンナノチューブは、実施例1のNC7000からFloTube 9000〔CNano Technology社製〕変更した。PEEK樹脂とカーボンナノチューブは、表2に示す組成質量比率となるように計量し、攪拌混合物を調製した。450Gの見掛けのせん断粘度は、実施例1と同様の方法により測定した。450Gの融点を実施例1と同様の方法により測定した結果、341℃であった。 The carbon nanotubes used in Example 1 were changed from NC7000 to FloTube 9000 (manufactured by CNano Technology). The PEEK resin and carbon nanotubes were weighed to achieve the composition mass ratio shown in Table 2, and a stirred mixture was prepared. The apparent shear viscosity of 450G was measured using the same method as in Example 1. The melting point of 450G was measured using the same method as in Example 1 and was found to be 341°C.
次いで、実施例1と同様の方法で成形材料を調製した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、380℃であった。成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法で測定した。 Next, a molding material was prepared in the same manner as in Example 1. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was found to be 380°C. Once the molding material was prepared, the apparent shear viscosity of this molding material was measured in the same manner as in Example 1.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、400℃であった。集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表2に記載した。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 400°C. After molding, the conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1, and the generation of die buildup during the production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and are listed in Table 2.
〔実施例5〕
基本的には実施例1と同様であるが、成形材料として、実施例1で使用したポリアリーレンエーテルケトン樹脂であるPEEK樹脂をKT-851NL SPから予め実施例1の方法で粉砕したVictrex Granules 151G〔ビクトレックス社;製品名 以下、「151G」と略す〕に変更し、表2に示す組成質量となるように計量し、攪拌混合物を調製した。151Gの見掛けのせん断粘度は、実施例1と同様の方法で測定した。151Gの融点を実施例1と同様の方法により測定した結果、341℃であった。
Example 5
The process was basically the same as in Example 1, except that the molding material, PEEK resin, which is a polyarylene ether ketone resin, used in Example 1 was changed from KT-851NL SP to Victrex Granules 151G (product name of Victrex Co., Ltd.; hereinafter abbreviated as "151G"), which had been previously pulverized by the method of Example 1, and the components were weighed out to obtain the composition and mass shown in Table 2 to prepare a stirred mixture. The apparent shear viscosity of 151G was measured by the same method as in Example 1. The melting point of 151G was measured by the same method as in Example 1 and was found to be 341°C.
次いで、実施例1と同様の方法で成形材料を調製した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、375℃であった。成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法で測定した。 Next, a molding material was prepared in the same manner as in Example 1. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was found to be 375°C. Once the molding material was prepared, the apparent shear viscosity of this molding material was measured in the same manner as in Example 1.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、395℃であった。集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表2に記載した。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 395°C. After molding, the conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1, and the generation of die buildup during the production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and are listed in Table 2.
〔実施例6〕
先ず、成形材料を調製するため、市販のポリアリーレンエーテルケトン樹脂としてポリエーテルケトンケトン樹脂〔アルケマ社製、製品名:KEPSTAN 8003PF ST 以下、「8003」と略称する〕を用意し、このポリエーテルケトンケトン樹脂と実施例1で使用したカーボンナノチューブとを表2に示す組成質量比率となるように計量し、その後、ポリエーテルケトンケトン樹脂とカーボンナノチューブを混合機に投入し、攪拌混合して攪拌混合物を調製した。ポリエーテルケトンケトン樹脂の融点を実施例1と方法により測定した結果、361℃であった。ポリエーテルケトンケトン樹脂は、以下「PEKK樹脂」と略称する。
Example 6
First, to prepare the molding material, a commercially available polyarylene ether ketone resin (manufactured by Arkema, product name: KEPSTAN 8003PF ST, hereinafter abbreviated as "8003") was prepared. This polyether ketone ketone resin and the carbon nanotubes used in Example 1 were weighed out to achieve the composition mass ratio shown in Table 2. The polyether ketone ketone resin and carbon nanotubes were then placed in a mixer and stirred to prepare a stirred mixture. The melting point of the polyether ketone ketone resin was measured using the same method as in Example 1 and was found to be 361°C. Hereinafter, the polyether ketone ketone resin will be abbreviated as "PEKK resin."
8003の見掛けのせん断粘度については、フローテスター〔島津製作所製 製品名島津フローテスタCFT-500D〕により測定した。具体的には、予め8003を熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥した後、1.5cm3の8003をダイス(直径:1mm、長さ10mm)に装着した375℃のシリンダー内に充填し、このシリンダーの上部に面積が1.0cm2のプランジャーを取り付け、シリンダーの温度が375℃に達したら、5分間予備加熱するとともに、この予備加熱後に直ちに50kgfの荷重を加え、PEKK樹脂を溶融流出させてその見掛けのせん断粘度を測定した。 The apparent shear viscosity of 8003 was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, 8003 was first dried in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of 8003 was filled into a 375°C cylinder attached to a die (diameter: 1 mm, length: 10 mm). A plunger with an area of 1.0 cm2 was attached to the top of this cylinder, and when the cylinder temperature reached 375°C, it was preheated for 5 minutes. Immediately after this preheating, a load of 50 kgf was applied to melt and flow out the PEKK resin, and its apparent shear viscosity was measured.
次いで、実施例1と同様の方法で成形材料を調製した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、375℃であった。成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法で測定した。 Next, a molding material was prepared in the same manner as in Example 1. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was found to be 375°C. Once the molding material was prepared, the apparent shear viscosity of this molding material was measured in the same manner as in Example 1.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、395℃であった。集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表2に記載した。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 395°C. After molding, the conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1, and the generation of die buildup during the production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and are listed in Table 2.
〔比較例1〕
先ず、実施例1で使用したポリアリーレンエーテルケトン樹脂とカーボンナノチューブとを表3に示す本発明の範囲外の組成質量比率で計量し、攪拌混合機に投入して攪拌混合物を調製し、この攪拌混合物を実施例1と同様にペレット形の成形材料に調製した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、376℃であった。成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法により測定した。
Comparative Example 1
First, the polyarylene ether ketone resin and carbon nanotubes used in Example 1 were weighed out in a composition mass ratio outside the range of the present invention shown in Table 3 and charged into a stirring mixer to prepare a stirred mixture, and this stirred mixture was prepared into a pellet-shaped molding material in the same manner as in Example 1. The temperature during melt kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was measured to be 376°C. After preparing the molding material, the apparent shear viscosity of this molding material was measured by the same method as in Example 1.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、398℃であった。こうして集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表3にまとめた。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 398°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, another conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1. The generation of die buildup during the production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and the results are summarized in Table 3.
〔比較例2〕
先ず、実施例1で使用したポリアリーレンエーテルケトン樹脂とカーボンナノチューブとを表3に示す本発明の範囲外の組成質量比率で計量し、攪拌混合機に投入して攪拌混合物を調製し、この攪拌混合物を実施例1と同様にペレット形の成形材料に調製した。成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法により測定した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、389℃であった。
Comparative Example 2
First, the polyarylene ether ketone resin and carbon nanotubes used in Example 1 were weighed out in a composition mass ratio outside the range of the present invention shown in Table 3 and charged into a stirring mixer to prepare a stirred mixture, and this stirred mixture was prepared into a pellet-shaped molding material in the same manner as in Example 1. After the molding material was prepared, the apparent shear viscosity of this molding material was measured by the same method as in Example 1. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molding material in a molten state immediately after extrusion from the die, and the measured value was 389°C.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、403℃であった。こうして集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表3にまとめた。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 403°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, another conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1. The generation of die buildup during the production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and the results are summarized in Table 3.
〔比較例3〕
先ず、実施例3で使用したポリアリーレンエーテルケトン樹脂とカーボンナノチューブとからなる成形材料を使用して集電体用導電性樹脂フィルムを成形した。集電体用導電性樹脂フィルムの成形は、実施例1と同様の方法により実施した。但し、圧着ロールと冷却ロールの温度は、実施例1では圧着ロール220℃、冷却ロール210℃としたが、比較例3では圧着ロール100℃、冷却ロール100℃で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、398℃であった。
Comparative Example 3
First, a conductive resin film for a current collector was molded using the molding material composed of the polyarylene ether ketone resin and carbon nanotubes used in Example 3. The molding of the conductive resin film for a current collector was carried out in the same manner as in Example 1. However, while the temperatures of the pressure roll and the chill roll were 220°C and 210°C in Example 1, the conductive resin film for a current collector was molded into a strip shape at 100°C and 100°C in Comparative Example 3. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 398°C.
こうして集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表3にまとめた。 Once the conductive resin film for the current collector was formed in this way, it was manufactured in the same manner as in Example 1. The generation of die deposits during the manufacturing of the conductive resin film for the current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for the current collector were evaluated and the results are summarized in Table 3.
〔比較例4〕
先ず、成形材料を調製するため、ポリアミド9T樹脂としてジェネスタN1000A-M42NA〔クラレ社製:製品名、以下、「N1000A」と略称する〕選択し、このポリアミド9T樹脂を冷凍粉砕法により粉砕した。以下、ポリアミド9T樹脂はPA9T樹脂と略称する。
Comparative Example 4
First, to prepare the molding material, Genestar N1000A-M42NA (product name, manufactured by Kuraray Co., Ltd., hereinafter abbreviated as "N1000A") was selected as the polyamide 9T resin, and this polyamide 9T resin was pulverized by a freeze-pulverization method. Hereinafter, polyamide 9T resin will be abbreviated as PA9T resin.
N1000A樹脂の融点(融解温度とも言う)は、示差走査熱量計〔エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 製品名:高感度型示差走査熱量計 X-DSC7000〕を用い、JIS K7121に準拠し、昇温速度10℃/分の条件で測定した。測定したところ、N1000Aの融点は300℃であった。 The melting point (also known as melting temperature) of N1000A resin was measured using a differential scanning calorimeter (manufactured by SII Nanotechnology Inc., product name: High-sensitivity Differential Scanning Calorimeter X-DSC7000) in accordance with JIS K7121 at a heating rate of 10°C/min. The measured melting point of N1000A was 300°C.
N1000Aの見掛けのせん断粘度については、フローテスター〔島津製作所製 製品名島津フローテスタCFT-500D〕により測定した。具体的には、予めPA9T樹脂を熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥した後、PA9T樹脂1.5cm3をダイス(直径:1mm、長さ10mm)に装着した360℃のシリンダー内に充填し、このシリンダーの上部に面積が1.0cm2のプランジャーを取り付け、シリンダーの温度が360℃に達したら、5分間予備加熱するとともに、この予備加熱後に直ちに50kgfの荷重を加え、PA9T樹脂を溶融流出させてその見掛けのせん断粘度を測定した。PA9T樹脂を粉砕したら、このPA9T樹脂と実施例4で使用したカーボンナノチューブであるFloTube 9000とを表4で示す組成質量比率で攪拌混合し、攪拌混合物を調製した。 The apparent shear viscosity of N1000A was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, PA9T resin was dried in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of PA9T resin was filled into a 360°C cylinder attached to a die (diameter: 1 mm, length: 10 mm). A plunger with an area of 1.0 cm2 was attached to the top of the cylinder. When the cylinder temperature reached 360°C, it was preheated for 5 minutes. Immediately after preheating, a load of 50 kgf was applied, causing the PA9T resin to melt and flow out, and its apparent shear viscosity was measured. After pulverizing the PA9T resin, this PA9T resin was stirred and mixed with FloTube 9000, the carbon nanotubes used in Example 4, in the compositional mass ratios shown in Table 4 to prepare a stirred mixture.
攪拌混合物を調製したら、この攪拌混合物を真空ポンプ付きの高速二軸押出成形機に供給して減圧下で溶融混練し、高速二軸押出成形機先端部のダイスから棒形に押し出して空冷後カットし、ペレット形の成形材料を調製した。攪拌混合物は、シリンダー温度330~360℃、アダプター温度360℃、ダイス温度360℃の条件下で溶融混練した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、361℃であった。 Once the stirred mixture was prepared, it was fed into a high-speed twin-screw extruder equipped with a vacuum pump and melt-kneaded under reduced pressure. It was then extruded into a rod shape from the die at the tip of the high-speed twin-screw extruder, air-cooled, and cut to prepare pellet-shaped molding material. The stirred mixture was melt-kneaded under conditions of a cylinder temperature of 330-360°C, an adapter temperature of 360°C, and a die temperature of 360°C. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was found to be 361°C.
成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法で測定した。この成形材料の見掛けのせん断粘度については、フローテスター〔島津製作所製 製品名島津フローテスタCFT-500D〕により測定した。具体的には、予め成形材料を熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥した後、成形材料1.5cm3をダイス(直径:1mm、長さ10mm)に装着した360℃のシリンダー内に充填し、このシリンダーの上部に面積が1.0cm2のプランジャーを取り付け、シリンダーの温度が360℃に達したら、5分間予備加熱するとともに、この予備加熱後に直ちに50kgfの荷重を加え、N1000Aを溶融流出させてその見掛けのせん断粘度を測定した。 After preparing the molding material, the apparent shear viscosity of this molding material was measured in the same manner as in Example 1. The apparent shear viscosity of this molding material was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, the molding material was dried in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of the molding material was filled into a 360°C cylinder attached to a die (diameter: 1 mm, length: 10 mm). A plunger with an area of 1.0 cm2 was attached to the top of the cylinder. When the cylinder temperature reached 360°C, it was preheated for 5 minutes. Immediately after preheating, a load of 50 kgf was applied, causing the N1000A to melt and flow out, and its apparent shear viscosity was measured.
次いで、調製した成形材料を160℃に加熱した除湿熱風乾燥機に投入して12時間以上乾燥させ、乾燥した成形材料の含水率が300ppm以下であることを確認後、成形材料をφ40mmの単軸押出成形機に投入してその幅900mmのダイスであるTダイスから連続して押し出すことにより、帯形の集電体用導電性樹脂フィルムを成形した。単軸押出成形機は、L/D=25、圧縮比:2.5、スクリュー:フルフライトスクリューのタイプとした。 The prepared molding material was then placed in a dehumidifying hot air dryer heated to 160°C and dried for at least 12 hours. After confirming that the moisture content of the dried molding material was 300 ppm or less, the molding material was placed in a φ40 mm single-screw extruder and continuously extruded through a 900 mm wide T-die to form a strip-shaped conductive resin film for the current collector. The single-screw extruder had an L/D ratio of 25, a compression ratio of 2.5, and a full-flight screw.
単軸押出成形機の温度は340~360℃、Tダイスの温度は360℃、単軸押出成形機とTダイスとを連結する連結管の温度は360℃、ギアポンプは395℃に調整した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、360℃であった。この単軸押出成形機に成形材料を投入する際には、窒素ガス15L/分を供給した。 The temperature of the single-screw extruder was adjusted to 340-360°C, the temperature of the T-die to 360°C, the temperature of the connecting pipe connecting the single-screw extruder to the T-die to 360°C, and the gear pump to 395°C. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the T-die inlet and found to be 360°C. When feeding the molding material into this single-screw extruder, nitrogen gas was supplied at a rate of 15 L/min.
集電体用導電性樹脂フィルムを製造したら、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生の有無、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表4に記載した。しかしながら、集電体用導電性樹脂フィルムの機械的特性である体積抵抗値を測定する際、NMPと電解液に集電体用導電性樹脂フィルムを浸漬したところ、変形してしまい、体積抵抗値の測定が不可能であった。 After the conductive resin film for current collectors was manufactured, the presence or absence of die buildup during manufacturing of the conductive resin film for current collectors, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, conductivity, chemical resistance, and heat resistance of the conductive resin film for current collectors were evaluated, and the results are listed in Table 4. However, when measuring the volume resistance, which is a mechanical property of the conductive resin film for current collectors, the conductive resin film for current collectors was deformed when immersed in NMP and electrolyte, making it impossible to measure the volume resistance.
〔比較例5〕
先ず、成形材料を調製するため、ポリエーテルイミド樹脂〔4,4’-イソプロピリデンビス(P-フェニルオキシ)ジフタル酸二無水物とm-フェニレンジアミンとの重縮合物、SABIC社製、製品名:ULTEM 1010-1000-NB〔SABIC社製:製品名、以下、「1010」と略称する〕〕に変更したを選択し、このポリエーテルイミド樹脂を冷凍粉砕法により粉砕した。以下、ポリエーテルイミド樹脂はPEI樹脂と略称する。
Comparative Example 5
First, to prepare the molding material, a polyetherimide resin (a polycondensate of 4,4'-isopropylidenebis(p-phenyloxy)diphthalic dianhydride and m-phenylenediamine, manufactured by SABIC, product name: ULTEM 1010-1000-NB (product name manufactured by SABIC, hereinafter abbreviated as "1010")) was selected and pulverized by freeze-pulverization. Hereinafter, polyetherimide resin will be abbreviated as PEI resin.
1010の融点(融解温度とも言う)は、示差走査熱量計〔エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 製品名:高感度型示差走査熱量計 X-DSC7000〕を用い、JIS K7121に準拠し、昇温速度10℃/分の条件で測定した。しかしながら、融点は認められなかった。 The melting point (also known as melting temperature) of 1010 was measured using a differential scanning calorimeter (manufactured by SII Nanotechnology Inc., product name: High-sensitivity Differential Scanning Calorimeter X-DSC7000) in accordance with JIS K7121 at a heating rate of 10°C/min. However, no melting point was observed.
1010の見掛けのせん断粘度については、フローテスター〔島津製作所製 製品名島津フローテスタCFT-500D〕により測定した。具体的には、予めPEI樹脂を熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥した後、1010、1.5cm3をダイス(直径:1mm、長さ10mm)に装着した375℃のシリンダー内に充填し、このシリンダーの上部に面積が1.0cm2のプランジャーを取り付け、シリンダーの温度が375℃に達したら、5分間予備加熱するとともに、この予備加熱後に直ちに50kgfの荷重を加え、1010を溶融流出させてその見掛けのせん断粘度を測定した。 The apparent shear viscosity of 1010 was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, the PEI resin was dried in advance in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of 1010 was filled into a 375°C cylinder attached to a die (diameter: 1 mm, length: 10 mm). A plunger with an area of 1.0 cm2 was attached to the top of this cylinder, and when the temperature of the cylinder reached 375°C, it was preheated for 5 minutes. Immediately after this preheating, a load of 50 kgf was applied, causing the 1010 to melt and flow out, and its apparent shear viscosity was measured.
PEI樹脂を粉砕したら、このPEI樹脂と実施例4で使用したカーボンナノチューブであるNC7000とを表4に示す組成質量比率で攪拌混合し、攪拌混合物を調製した。攪拌混合物を調製したら、この攪拌混合物を真空ポンプ付きの高速二軸押出成形機に供給して減圧下で溶融混練し、高速二軸押出成形機先端部のダイスから棒形に押し出して空冷後カットし、ペレット状の成形材料を調製した。攪拌混合物は、シリンダー温度350~380℃、アダプター温度380℃、ダイス温度375℃の条件下で溶融混練した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、383℃であった。 After crushing the PEI resin, this PEI resin and NC7000, the carbon nanotubes used in Example 4, were stirred and mixed in the composition mass ratio shown in Table 4 to prepare a stirred mixture. Once the stirred mixture was prepared, it was fed into a high-speed twin-screw extruder equipped with a vacuum pump and melt-kneaded under reduced pressure. The mixture was then extruded into a rod shape from the die at the tip of the high-speed twin-screw extruder, air-cooled, and cut to prepare pellet-shaped molding material. The stirred mixture was melt-kneaded under conditions of a cylinder temperature of 350-380°C, an adapter temperature of 380°C, and a die temperature of 375°C. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was found to be 383°C.
成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法で測定した。この成形材料の見掛けのせん断粘度については、フローテスター〔島津製作所製 製品名島津フローテスタCFT-500D〕により測定した。具体的には、予め成形材料を熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥した後、成形材料1.5cm3をダイス(直径:1mm、長さ10mm)に装着した360℃のシリンダー内に充填し、このシリンダーの上部に面積が1.0cm2のプランジャーを取り付け、シリンダーの温度が360℃に達したら、5分間予備加熱するとともに、この予備加熱後に直ちに50kgfの荷重を加え、PEI樹脂を溶融流出させてその見掛けのせん断粘度を測定した。 After preparing the molding material, the apparent shear viscosity of this molding material was measured in the same manner as in Example 1. The apparent shear viscosity of this molding material was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, the molding material was dried in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of the molding material was filled into a 360°C cylinder attached to a die (diameter: 1 mm, length: 10 mm). A plunger with an area of 1.0 cm2 was attached to the top of the cylinder. Once the cylinder temperature reached 360°C, the cylinder was preheated for 5 minutes. Immediately after preheating, a load of 50 kgf was applied, causing the PEI resin to melt and flow out, and its apparent shear viscosity was measured.
次いで、調製した成形材料を160℃に加熱した除湿熱風乾燥機に投入して12時間以上乾燥させ、乾燥した成形材料の含水率が300ppm以下であることを確認後、成形材料をφ40mmの単軸押出成形機に投入してその幅900mmのダイスであるTダイスから連続して押し出すことにより、帯形の集電体用導電性樹脂フィルムを成形した。単軸押出成形機は、L/D=25、圧縮比:2.5、スクリュー:フルフライトスクリューのタイプとした。 The prepared molding material was then placed in a dehumidifying hot air dryer heated to 160°C and dried for at least 12 hours. After confirming that the moisture content of the dried molding material was 300 ppm or less, the molding material was placed in a φ40 mm single-screw extruder and continuously extruded through a 900 mm wide T-die to form a strip-shaped conductive resin film for the current collector. The single-screw extruder had an L/D ratio of 25, a compression ratio of 2.5, and a full-flight screw.
単軸押出成形機の温度は350~380℃、Tダイスの温度は360℃、単軸押出成形機とTダイスとを連結する連結管の温度は380℃、ギアポンプは380℃に調整した。また、Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、384℃であった。単軸押出成形機に成形材料を投入する際には、窒素ガス15L/分を供給した。 The temperature of the single-screw extruder was adjusted to 350-380°C, the temperature of the T-die to 360°C, the temperature of the connecting pipe connecting the single-screw extruder to the T-die to 380°C, and the gear pump to 380°C. Furthermore, the temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the inlet of the T-die and was found to be 384°C. When feeding the molding material into the single-screw extruder, nitrogen gas was supplied at a rate of 15 L/min.
集電体用導電性樹脂フィルムを製造したら、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生の有無、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表4に記載した。しかしながら、集電体用導電性樹脂フィルムの耐薬品性を測定しようと、NMPに集電体用導電性樹脂フィルムを浸漬したところ、集電体用導電性樹脂フィルムが溶解してしまい、耐薬品性を測定することができなかった。 After the conductive resin film for current collectors was manufactured, the presence or absence of die buildup during manufacturing of the conductive resin film for current collectors, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, conductivity, chemical resistance, and heat resistance of the conductive resin film for current collectors were evaluated and the results are listed in Table 4. However, when the conductive resin film for current collectors was immersed in NMP in an attempt to measure the chemical resistance of the conductive resin film for current collectors, the conductive resin film for current collectors dissolved, making it impossible to measure the chemical resistance.
〔比較例6〕
先ず、成形材料を調製するため、PEEK樹脂として実施例1で使用したKT-851NLSPを選択し、このPEEK樹脂と、炭素系導電材料としてカーボンブラックであるケッチェンブラック EC600JB〔ライオン・スペシャルティ・ケミカルズ社製、製品名、以下、「EC600JD」と略称する〕を表4に示す組成質量比率で混合機に投入し、攪拌混合して攪拌混合物を調製した。
Comparative Example 6
First, to prepare the molding material, KT-851NLSP used in Example 1 was selected as the PEEK resin, and this PEEK resin and Ketjenblack EC600JB (manufactured by Lion Specialty Chemicals Corporation, product name; hereinafter abbreviated as "EC600JD"), which is a carbon black carbon-based conductive material, were charged into a mixer in the composition mass ratios shown in Table 4, and the mixture was stirred and mixed to prepare a stirred mixture.
攪拌混合物を調製したら、この攪拌混合物を真空ポンプ付きの高速二軸押出成形機に供給して減圧下で溶融混練し、高速二軸押出成形機先端部のダイスから棒形に押し出して空冷後カットし、ペレット状の成形材料を調製した。溶融混練時の温度は、ダイスから押し出した直後の溶融状態の成形材料の温度を測定することとし、測定したところ、383℃であった。また、成形材料を調製したら、この成形材料の見掛けのせん断粘度を実施例1と同様の方法で測定した。 Once the stirred mixture was prepared, it was fed into a high-speed twin-screw extruder equipped with a vacuum pump and melt-kneaded under reduced pressure. It was then extruded into a rod shape from the die at the tip of the high-speed twin-screw extruder, air-cooled, and cut to prepare pellet-shaped molding material. The temperature during melt-kneading was measured by measuring the temperature of the molten molding material immediately after extrusion from the die, and was found to be 383°C. Furthermore, once the molding material was prepared, the apparent shear viscosity of this molding material was measured using the same method as in Example 1.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを帯形に成形した。Tダイス入口の樹脂温度から溶融した成形材料の温度を測定したところ、403℃であった。集電体用導電性樹脂フィルムを成形したら、実施例1と同様の方法で集電体用導電性樹脂フィルムを製造し、集電体用導電性樹脂フィルム製造中の目ヤニの発生、この集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、機械的特性、導電性、耐薬品性、耐熱性をそれぞれ評価して表4に記載した。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape in the same manner as in Example 1. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the entrance of the T-die and was found to be 403°C. After molding, the conductive resin film for a current collector was manufactured in the same manner as in Example 1, and the generation of die buildup during the manufacturing of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, mechanical properties, electrical conductivity, chemical resistance, and heat resistance of this conductive resin film for a current collector were evaluated and are listed in Table 4.
〔評 価〕
各実施例の集電体用導電性樹脂フィルムの場合、製造中に目ヤニが発生せず、優れた機械的特性、導電性、耐薬品性、及び耐熱性を得ることができた。これらの実施例により、各実施例の集電体用導電性樹脂フィルムが二次電池の集電体用に適することが明らかとなった。
〔evaluation〕
In the case of the conductive resin films for current collectors of each Example, no burrs were generated during production, and excellent mechanical properties, conductivity, chemical resistance, and heat resistance were obtained. These Examples demonstrate that the conductive resin films for current collectors of each Example are suitable for use as current collectors in secondary batteries.
これに対し、比較例1の集電体用導電性樹脂フィルムの場合、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が本発明の範囲外で多量だったので、機械的特性が悪化し、二次電池の集電体用に適するか否か疑問が生じた。また、比較例2、4、5、6の集電体用導電性樹脂フィルムの場合、製造中に目ヤニが発生し、集電体用導電性樹脂フィルムの品質に疑義が生じた。比較例3の集電体用導電性樹脂フィルムの場合、製造中に目ヤニが発生しなかったが、耐薬品性が悪化し、二次電池の集電体用に適するか否か疑義が生じた。さらに、比較例5の集電体用導電性樹脂フィルムの場合、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂を用いなかったので、集電体用導電性樹脂フィルムが溶解してしまい、耐薬品性が非常に悪化し、二次電池の集電体用に適するか否か疑義が生じた。 In contrast, the conductive resin film for current collectors in Comparative Example 1 contained a large amount of polyarylene ether ketone resin outside the range of the present invention, resulting in poor mechanical properties and raising doubts about its suitability for use as a current collector in a secondary battery. Furthermore, the conductive resin films for current collectors in Comparative Examples 2, 4, 5, and 6 generated burrs during production, raising doubts about the quality of the conductive resin film for current collectors. The conductive resin film for current collectors in Comparative Example 3 did not generate burrs during production, but its chemical resistance deteriorated, raising doubts about its suitability for use as a current collector in a secondary battery. Furthermore, the conductive resin film for current collectors in Comparative Example 5 did not contain polyarylene ether ketone resin, so the conductive resin film for current collectors dissolved, significantly reducing its chemical resistance and raising doubts about its suitability for use as a current collector in a secondary battery.
本発明に係る二次電池の集電体用導電性樹脂フィルム及びその製造方法は、ニッケル‐カドミウム蓄電池、ニッケル‐水素蓄電池、ニッケル‐亜鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、及び全固体電池等の二次電池の製造分野で使用される。 The conductive resin film for a current collector of a secondary battery and its manufacturing method according to the present invention are used in the manufacturing of secondary batteries such as nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-zinc batteries, lithium-ion secondary batteries, and all-solid-state batteries.
1 成形材料
2 ポリアリーレンエーテルケトン樹脂
3 炭素系導電材料
4 カーボンナノチューブ
5 集電体用導電性樹脂フィルム
10 溶融混練機
14 ダイス
20 溶融押出成形機
23 ダイス
26 圧着ロール
27 冷却ロール
28 巻取機
29 巻取管
REFERENCE SIGNS LIST 1 Molding material 2 Polyarylene ether ketone resin 3 Carbon-based conductive material 4 Carbon nanotubes 5 Conductive resin film for current collector 10 Melt kneader 14 Die 20 Melt extrusion molding machine 23 Die 26 Pressure roll 27 Cooling roll 28 Winder 29 Winding tube
Claims (5)
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の見掛けのせん断粘度は、温度375℃、荷重50kgfの条件下で直径1.0mm×長さ10mmのダイスを用い、フローテスターで測定した温度375℃における見掛けのせん断粘度が1×10 1 Pa・s以上1×10 4 Pa・s以下であり、
N-メチル-2-ピロリドンと電解液に浸漬させた場合の質量変化率が0.0%以上2.0%以下、JIS K 7194に準拠して測定した場合の体積抵抗値が10Ω・cm以上100Ω・cm以下であることを特徴とする二次電池の集電体用導電性樹脂フィルム。 A conductive resin film for a current collector of a secondary battery, which is formed from a molding material containing, in terms of composition mass ratios , 78 % by mass or more and 97% by mass or less of a polyarylene ether ketone resin and 3% by mass or more and 25 % by mass or less of a carbon-based conductive material, and has a relative crystallinity of 80% or more and 100% or less,
the apparent shear viscosity of the polyarylene ether ketone resin is 1×10 1 Pa·s or more and 1×10 4 Pa·s or less at 375°C, as measured with a flow tester using a die having a diameter of 1.0 mm and a length of 10 mm under conditions of a temperature of 375°C and a load of 50 kgf ;
A conductive resin film for a current collector of a secondary battery, characterized in that the mass change rate when immersed in N-methyl-2-pyrrolidone and an electrolyte solution is 0.0% or more and 2.0% or less, and the volume resistivity when measured in accordance with JIS K 7194 is 10 Ω cm or more and 100 Ω cm or less .
組成質量比率でポリアリーレンエーテルケトン樹脂78質量%以上97質量%以下と、炭素系導電材料3質量%以上25質量%以下とからなる成形材料を溶融混練し、この成形材料をダイスにより集電体用導電性樹脂フィルムに押出成形して圧着ロールと冷却ロールの間に挟んで冷却することにより、集電体用導電性樹脂フィルムの相対結晶化度を80%以上100%以下とすることを特徴とする二次電池の集電体用導電性樹脂フィルムの製造方法。 A method for producing the conductive resin film for a current collector of a secondary battery according to claim 1, 2, or 3, comprising the steps of:
A method for producing a conductive resin film for a current collector of a secondary battery, comprising melt-kneading a molding material composed of, in mass ratios of 78% by mass or more and 97% by mass or less, a polyarylene ether ketone resin and 3% by mass or more and 25% by mass or less, a carbon-based conductive material, and extruding the molding material through a die to form a conductive resin film for a current collector, and then cooling the film by sandwiching it between a pressure roll and a cooling roll, thereby making the relative crystallinity of the conductive resin film for a current collector 80% or more and 100% or less .
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