JP7756046B2 - 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と全固体電池が注目されている。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。これらのうち、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形成される。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た負極合剤よりなる。 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. A lithium-ion secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolyte, a container, and other components (not shown). Of these components, the positive electrode (positive electrode plate) is formed from a current collector plate and a positive electrode mixture containing a positive electrode active material formed on the top of the current collector plate. In contrast, the negative electrode (negative electrode plate) is formed from a current collector plate and a negative electrode mixture formed on both sides of the current collector plate.
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利用されている。 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、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. While metal foil is used as the current collector for the positive and negative electrodes of lithium-ion secondary batteries, replacing this metal foil with a conductive resin film, which has a lower specific gravity than metal, 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には、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.
また、特許文献2には、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、及び多層カーボンナノ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。 Furthermore, 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-walled carbon nanotubes. Furthermore, Patent Document 3 discloses a current collector for a bipolar lithium-ion secondary battery comprising 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るが、ケッチェンブラックを導電性フィラー成分として使用すると、ケッチェンブラックを樹脂中に多量に添加することができないので、二次電池用集電体の高導電化を図ることが困難である。また、ケッチェンブラックを添加した集電板は、脆性なので、正極活物質あるいは負極活物質の塗工時、又は二次電池への組立時に破損するおそれがある。 In addition, 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. However, when ketjen black is used as the conductive filler component, it is not possible to add a large amount of ketjen black to the resin, making it difficult to achieve high conductivity in the current collector for secondary batteries. Furthermore, current collector plates containing ketjen black are brittle, and may be damaged when applying the positive or negative electrode active material or when assembling them into a secondary battery.
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に配向するため、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以下と高くなるので、集電体の軽量化に資することができないという大きな問題が生じる。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 multi-walled carbon nanotubes being oriented in the plane direction, they have poor conductivity in the thickness direction. Furthermore, if tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer is used as the resin component, the specific gravity of the resin becomes high, at 2.1 or more and 2.2 or less, which poses a major problem in that it does not contribute 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、繰り返しの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ため、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 such a current collector may curl due to differences in expansion rate caused by water absorption after manufacturing, or that the first and second conductive layers may peel.
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止し、二次電池の集電体の剥離防止、厚さ方向の導電性の向上、及び軽量化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, improves conductivity in the thickness direction, and contributes to 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カーボンナノチューブ、及びこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料との混合に着目した。そして、カーボンナノチューブ含有の成形材料により導電性樹脂フィルムを成形した場合、カーボンナノチューブが押出方向に配向するので、樹脂フィルムの厚さ方向に良好な導電性を得ることができないが、カーボンナノチューブ以外の導電性材料を添加すれば、厚さ方向の導電性を向上させることができるのを見出し、本発明を完成させた。 After extensive research, the inventors focused on mixing polyarylene ether ketone resin, which has the highest heat resistance of all thermoplastic resins and also excels in chemical resistance and mechanical properties, with lightweight carbon nanotubes, which have the highest conductivity of all conductive materials, and a conductive material other than carbon nanotubes. They discovered that when a conductive resin film is molded using a molding material containing carbon nanotubes, the carbon nanotubes are oriented in the extrusion direction, preventing good conductivity from being achieved through the thickness of the resin film. However, they discovered that adding a conductive material other than carbon nanotubes can improve conductivity through the thickness, leading to the completion of this invention.
すなわち、本発明においては上記課題を解決するため、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂100質量部と、導電材料5質量部以上35質量部以下とを含有する成形材料より相対結晶化度が80%以上の集電体用導電性樹脂フィルムに成形され、
導電材料は、組成質量比率でカーボンナノチューブ30質量%以上99質量%以下と、カーボンナノチューブ以外の導電性材料1質量%以上70質量%以下とからなり、
カーボンナノチューブ以外の導電性材料は、金属系あるいは炭素系の導電性材料からなり、形状が多面体状、球体状、楕円体状のいずれかであるとともに、粒子径が平均粒子径で0.1μm以上10.0μm以下であり、
集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が1mΩ・cm2
以上800mΩ・cm2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 having a relative crystallinity of 80% or more, which is formed from a molding material containing 100 parts by mass of a polyarylene ether ketone resin and 5 parts by mass or more and 35 parts by mass or less of a conductive material,
the conductive material is composed of, in terms of composition mass ratio, 30% by mass or more and 99% by mass or less of carbon nanotubes and 1% by mass or more and 70% by mass or less of a conductive material other than carbon nanotubes;
The conductive material other than carbon nanotubes is a metal-based or carbon-based conductive material, has a shape of either a polyhedron, a sphere, or an ellipsoid, and has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10.0 μm or less;
The conductive resin film for a current collector is characterized in that the resistance value measured by applying a pressure of 1 MPa in the thickness direction thereof is 1 mΩ·cm 2 or more and 800 mΩ·cm 2 or less.
なお、厚さが10μm以上500μm以下、JIS K 7112 A法に準拠して測定した場合の比重が1.25以上1.60以下、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2.0%以下であると良い。 Preferably, the thickness is 10 μm or more and 500 μm or less, the specific gravity measured in accordance with JIS K 7112 Method A is 1.25 or more and 1.60 or less, and the mass change rate when immersed in N-methyl-2-pyrrolidone and an electrolyte solution is 2.0% or less.
また、厚さが25μm以上353μm以下、JIS K 7112 A法に準拠して測定した場合の比重が1.33以上1.38以下、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が97mΩ・cm2以上732mΩ・cm2以下、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%以下とすることもできる。 The conductive resin film for a current collector may also have a thickness of 25 μm or more and 353 μm or less, a specific gravity of 1.33 or more and 1.38 or less when measured in accordance with JIS K 7112 Method A, a resistance of 97 mΩ cm or more and 732 mΩ cm or less when measured while applying a pressure of 1 MPa in the thickness direction of the conductive resin film for a current collector, and 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.
また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が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であると良い。 It is also preferable that the polyarylene ether ketone resin is at least one of polyether ether ketone resin and polyether ketone ketone resin.
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又は2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、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂100質量部と、導電材料5質量部以上35質量部以下とを含有し、この導電材料が、組成質量比率でカーボンナノチューブ30質量%以上99質量%以下と、カーボンナノチューブ以外の導電性材料1質量%以上70質量%以下とからなる成形材料を溶融混練し、
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 or 2, comprising the steps of:
a molding material containing 100 parts by mass of polyarylene ether ketone resin and 5 parts by mass or more and 35 parts by mass or less of a conductive material, the conductive material being composed of, in terms of composition mass ratio, 30% by mass or more and 99% by mass or less of carbon nanotubes and 1% by mass or more and 70% by mass or less of a conductive material other than carbon nanotubes;
The molding material is extruded through a die into 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.
なお、冷却した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。 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成形材料は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂、及びカーボンナノチューブとカーボンナノチューブ以外の導電性材料の混合物とからなる導電材料を溶融混練することで調製することができる。成形材料とポリアリーレンエーテルケトン樹脂とは、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。また、カーボンナノチューブは、その特性を活かすため、外径や長さの異なる複数種を混合して使用しても良い。 The molding material in the claims can be prepared by melt-kneading a conductive material consisting of a polyarylene ether ketone resin and a mixture of carbon nanotubes and a conductive material other than carbon nanotubes. The molding material and polyarylene ether ketone resin can be melt-kneaded at a temperature above the melting point of the polyarylene ether ketone resin and below the thermal decomposition temperature of the polyarylene ether ketone resin. Furthermore, to take advantage of the properties of carbon nanotubes, multiple types with different outer diameters and lengths may be mixed and used.
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。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 conductive resin film for the current collector may be uniaxially stretched, biaxially stretched, or unstretched. This conductive resin film for the current collector includes not only thin conductive resin films for the current collector but also thick conductive resin sheets for the current collector. Furthermore, the secondary battery according to the present invention includes at least nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-zinc batteries, lithium-ion secondary batteries, bipolar lithium-ion secondary batteries, all-solid-state batteries, etc.
本発明によれば、成形材料として、機械的強度、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払拭することができる。また、成形材料として、カーボンナノチューブの他、このカーボンナノチューブ以外の導電性材料をも用いるので、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ方向の導電性が向上する。 According to the present invention, a conductive resin film for a current collector is manufactured using a polyarylene ether ketone resin as a molding material, which has excellent mechanical strength, light weight, chemical resistance, and low water absorption. 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, because the molding material uses carbon nanotubes as well as conductive materials other than carbon nanotubes, the conductivity of the conductive resin film for a current collector in the thickness direction is improved.
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充放電サイクル特性の低下を防止することができるという効果がある。また、二次電池の集電体の剥離防止、厚さ方向の導電性の向上、及び軽量化に資することができ、集電体用導電性樹脂フィルムを安価に提供することができるという効果がある。また、カーボンナノチューブ以外の導電性材料の形状が多面体状、球体状、楕円体状なので、厚さ方向の導電性向上が期待できる。
また、カーボンナノチューブ以外の導電性材料の粒子径が平均粒子径で0.1μm以上10.0μm以下なので、分散不良を招くことがなく、均一な厚さ方向の導電性を得ることができ、しかも、薄膜の集電体用導電性樹脂フィルムを得ることができる。加えて、機械的強度が低下して集電体用導電性樹脂フィルムに破断、ワレ、穴あきが発生するのを防ぐことが可能になる。さらに、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が1mΩ・cm2
以上800mΩ・cm2以下なので、エネルギー密度の低下を抑制することができ、集電体用導電性樹脂フィルムが脆くなるのを防止することが可能になる。
According to the present invention, it is possible to improve the chemical resistance of a conductive resin film for a current collector and prevent a decrease in charge-discharge cycle characteristics. Furthermore, it is possible to prevent peeling of a current collector of a secondary battery, improve conductivity in the thickness direction, and contribute to weight reduction, and it is possible to provide a conductive resin film for a current collector at low cost. Furthermore, since the conductive material other than carbon nanotubes has a polyhedral, spherical, or ellipsoidal shape, it is expected that conductivity in the thickness direction will be improved.
Furthermore, since the particle diameter of the conductive material other than carbon nanotubes is 0.1 μm or more and 10.0 μm or less in average particle diameter, poor dispersion is not caused, uniform conductivity in the thickness direction is obtained, and a thin conductive resin film for a current collector can be obtained. In addition, it is possible to prevent a decrease in mechanical strength, which would otherwise cause breakage, cracking, or holes in the conductive resin film for a current collector. Furthermore, since the resistance value of the conductive resin film for a current collector measured under a pressure of 1 MPa in the thickness direction is 1 mΩ· cm2 or more and 800 mΩ·cm2 or less , it is possible to suppress a decrease in energy density and prevent the conductive resin film for a current collector from becoming brittle.
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10μm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が著しく低下するのを防止したり、集電体用導電性樹脂フィルムを二次電池用集電体として使用しても、軽量化に支障を来すことがない。また、集電体用導電性樹脂フィルムのJIS K 7112 A法に準拠して測定した場合の比重が1.25以上1.60以下なので、集電体用導電性樹脂フィルム中にボイドやクラックの発生するおそれを払拭したり、軽量化に資することができる。 According to the invention described in claim 2, the thickness of the conductive resin film for the current collector is 10 μm or more and 500 μm or less, which prevents a significant decrease in the tensile strength of the conductive resin film for the current collector, and does not hinder weight reduction when the conductive resin film for the current collector is used as a current collector for a secondary battery. Furthermore, the specific gravity of the conductive resin film for the current collector, measured in accordance with JIS K 7112 Method A, is 1.25 or more and 1.60 or less, which eliminates the risk of voids or cracks occurring in the conductive resin film for the current collector and contributes to weight reduction.
また、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。 Furthermore, the mass change rate when immersed in N-methyl-2-pyrrolidone and an electrolyte is 2.0% or less, so that excellent chemical resistance can be obtained.
請求項3記載の発明によれば、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が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であるので、優れた機械的強度、軽量性、耐加水分解性、耐熱性、耐薬品性等を得ることができる他、易入手性、製造コストの削減、及び集電体用導電性樹脂フィルムの成形性を向上させることが可能となる。 According to the invention described in claim 3, the polyarylene ether ketone resin is at least one of polyether ether ketone resin and polyether ketone ketone resin, which not only provides excellent mechanical strength, light weight, hydrolysis resistance, heat resistance, chemical resistance, etc., but also makes it easier to obtain, reduces manufacturing costs, and improves the formability of the conductive resin film for current collectors.
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を図ることができ、製造設備の簡略化も期待できる。また、集電体用導電性樹脂フィルムの成形に特殊な鋼材や設備を特に必要としないので、集電体の製造コストの削減が期待できる。 According to the invention described in claim 4, the conductive resin film for the current collector is manufactured by melt extrusion molding, which improves the thickness accuracy, productivity, and handling of the conductive resin film for the current collector, and is expected to simplify manufacturing equipment. Furthermore, since no special steel materials or equipment are required to mold the conductive resin film for the current collector, reductions in the manufacturing costs of the current collector can be expected.
請求項5記載の発明によれば、集電体用導電性樹脂フィルムを加熱圧縮成形するので、集電体用導電性樹脂フィルムの抵抗値を低くして導電性を向上させ、導電材料の使用量を削減してコストの低減を図ることができる。 According to the invention described in claim 5, the conductive resin film for the current collector is subjected to heat compression molding, which reduces the resistance value of the conductive resin film for the current collector, improves conductivity, and reduces the amount of 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4は、図1ないし図4に示すように、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2と導電材料3とを含有する成形材料1により相対結晶化度が80%以上の導電性樹脂フィルムに成形され、導電材料3が、面方向の導電性に資するカーボンナノチューブと、厚さ方向の導電性に資するカーボンナノチューブ以外の導電性材料とからなることにより、国連サミットで採択されたSDGs(国連の持続可能な開発のための国際目標であり、17のグローバル目標と169のターゲット(達成基準)からなる持続可能な開発目標)の目標9の達成に貢献する。 A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. In this embodiment, as shown in FIGS. 1 to 4, the conductive resin film 4 for a current collector of a secondary battery is formed into a conductive resin film with a relative crystallinity of 80% or more using a molding material 1 containing a polyarylene ether ketone resin 2 and a conductive material 3, and the conductive material 3 is composed of carbon nanotubes that contribute to conductivity in the planar direction and a conductive material other than carbon nanotubes that contributes to conductivity in the thickness direction, thereby contributing to the achievement of Goal 9 of the SDGs (the United Nations' international goals for sustainable development, consisting of 17 global goals and 169 targets (achievement criteria)) adopted at the United Nations Summit.
成形材料1は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂100質量部に対して導電材料3が5質量部以上35質量部以下、好ましくは8質量部以上30質量部以下、より好ましくは10質量部以上25質量部以下添加されて調製される。これは、導電材料3の添加量が5質量部未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定したときの抵抗値が1000mΩ・cm2以下の導電性を得ることができないので、集電体用導電性樹脂フィルム4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。 Molding material 1 is prepared by adding 5 to 35 parts by mass, preferably 8 to 30 parts by mass, and more preferably 10 to 25 parts by mass of conductive material 3 to 100 parts by mass of polyarylene ether ketone resin. This is because if the amount of conductive material 3 added is less than 5 parts by mass, it will be impossible to obtain a conductivity of 1000 mΩ cm2 or less when measured by applying a pressure of 1 MPa in the thickness direction of conductive resin film 4 for current collector, and therefore sufficient conductivity cannot be imparted to conductive resin film 4 for current collector, making it difficult to use the film as a current collector for secondary batteries.
これに対し、導電材料3の添加量が35質量部を越える場合には、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4の加工性が低下して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2中に導電材料3を配合することが困難になるからである。さらに、導電材料3の添加量が35質量部を越える場合には、集電体用導電性樹脂フィルム4から導電材料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4の品質低下を招くからである。 In contrast, if the amount of conductive material 3 added exceeds 35 parts by mass, the melt viscosity of molding material 1 increases, resulting in a decrease in melt fluidity, and the processability of conductive resin film 4 for current collector decreases due to a decrease in melt elongation, resulting in the formation of holes. In addition, it becomes difficult to blend conductive material 3 into polyarylene ether ketone resin 2. Furthermore, if the amount of conductive material 3 added exceeds 35 parts by mass, conductive material 3 will separate from conductive resin film 4 for current collector, causing the generation of resin buildup and resulting in a decrease in the quality of conductive resin film 4 for current collector.
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4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(ダイスリップともいう)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4にダイスラインが生じたり、目ヤニがダイス出口から離れて集電体用導電性樹脂フィルム4に混入し、その結果、集電体用導電性樹脂フィルム4の品質低下を招くのである。 To explain this point in more detail, when the conductive resin film 4 for the current collector is molded into a film, a large amount of deposits called "pitting resin" can adhere and accumulate at the exit (also called the die lip) of the molding die 23 shown in Figure 2. When such pitting resin accumulates, die lines can appear in the conductive resin film 4 for the current collector, or the pitting resin can leave the die exit and become mixed into the conductive resin film 4 for the current collector, resulting in a deterioration in the quality of the conductive resin film 4 for the current collector.
導電材料3は、カーボンナノチューブと、このカーボンナノチューブ以外の導電性材料との混合物に調製され、カーボンナノチューブ以外の導電性材料が集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さ方向における導電性を向上させるよう機能する。これらカーボンナノチューブとカーボンナノチューブ以外の材料の組成質量比率は、カーボンナノチューブが30質量%以上99質量%以下、カーボンナノチューブ以外の導電性材料が1質量%以上70質量%以下、好ましくはカーボンナノチューブが40質量%以上95質量%以下、より好ましくは50質量%以上90質量%以下、さらに好ましくはカーボンナノチューブが60質量%以上80質量%以下が良い。この組成質量範囲によれば、集電体用導電性樹脂フィルム4の耐薬品性を低下させることなく、集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さ方向に高い導電性を得ることができる。 The conductive material 3 is prepared as a mixture of carbon nanotubes and a conductive material other than the carbon nanotubes, with the conductive material other than the carbon nanotubes functioning to improve the conductivity of the conductive resin film for a current collector 4 in the thickness direction. The composition mass ratio of the carbon nanotubes and the material other than the carbon nanotubes is 30% by mass or more and 99% by mass or less of the carbon nanotubes, and 1% by mass or more and 70% by mass or less of the conductive material other than the carbon nanotubes, preferably 40% by mass or more and 95% by mass or less of the carbon nanotubes, more preferably 50% by mass or more and 90% by mass or less, and even more preferably 60% by mass or more and 80% by mass or less of the carbon nanotubes. This composition mass range allows for high conductivity in the thickness direction of the conductive resin film for a current collector 4 without reducing the chemical resistance of the conductive resin film for a current collector 4.
カーボンナノチューブの組成重量比率が30質量%以上なのは、30質量%未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム4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。これに対し、カーボンナノチューブの組成質量比率が99質量%以下なのは、99質量%を越える場合には、カーボンナノチューブが押出方向に配向するため、厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が1000mΩ・cm2を越え、集電体用導電性樹脂フィルム4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。 The reason why the composition weight ratio of carbon nanotubes is 30% by mass or more is that if it is less than 30% by mass, sufficient conductivity cannot be imparted to the conductive resin film 4 for current collector, making it difficult to use it as a current collector for a secondary battery. On the other hand, the reason why the composition weight ratio of carbon nanotubes is 99% by mass or less is that if it exceeds 99% by mass, the carbon nanotubes will be oriented in the extrusion direction, and the resistance value measured by applying a pressure of 1 MPa in the thickness direction will exceed 1000 mΩ cm2, making it difficult to impart sufficient conductivity to the conductive resin film 4 for current collector, making it difficult to use it 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プロピレン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 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 polypropylene, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, and polyethylene naphthalate (PEN) resin, and polyolefin resins such as olefins, as long as the properties of the present invention are not impaired. polyimide resins such as polyimide (PI) resin, polyamideimide (PAI) resin, polyetherimide (PEI) resin, etc.; 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.; polyamide resins such as polysulfone (PSU) resin, poly Polysulfone resins such as ether sulfone (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, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (TPE) resin, Fluororesins such as polyvinylidene fluoride copolymer (FEP) resin, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) resin, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF) resin, and vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin, and thermoplastic resins such as polycarbonate (PC) resin, polyarylate (PAR) resin, polyacetal (POM) resin, liquid crystal polymer (LCP), and aliphatic polyketone 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、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、ナノファイバー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, 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, nanofibers, 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4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 4 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。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のカーボンナノチューブは、円筒形の中空繊維構造に構成され、集電体用導電性樹脂フィルム4の面方向の導電性を向上させたり、軽量化に資するよう機能する。このカーボンナノチューブには、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の種類がある。カーボンナノチューブは、その特性を活かすため、外径や長さの異なる複数種のタイプを混合して使用することができる。 The carbon nanotubes in the molding material 1 are configured in a cylindrical hollow fiber structure, and function to improve the conductivity in the plane direction of the conductive resin film 4 for the current collector and contribute to weight reduction. These carbon nanotubes come in two varieties: 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. To make the most of their properties, multiple types of carbon nanotubes with different outer diameters and lengths can be mixed and used.
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には、非特許文献1〔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、非特許文献1〔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、ナノコーン、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の類似物も該当する。これらカーボンナノチューブやその類似物の中では、コストの観点から、多層カーボンナノチューブが最適である。 Carbon nanotubes other than single-walled and multi-walled carbon nanotubes include nanografibers, bamboo-shaped nanotubes, and stacked cup nanotubes, as described in Non-Patent Document 1 [Introduction to the Materials Chemistry of Carbon Nanotubes, Corona Publishing, edited by Saito Yahachi, pp. 7-9]. Also included are carbon nanotube analogs such as nanohorns, nanocones, microcoils, and nanocoils, as described in Non-Patent Document 1 [Introduction to the Materials Chemistry of Carbon Nanotubes, Corona Publishing, edited by Saito Yahachi, pp. 9-11]. Of these carbon nanotubes and their analogs, multi-walled carbon nanotubes are the most suitable from a cost perspective.
カーボンナノチューブの繊維径(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は、公知の製造方法により製造することができる。例えば、非特許文献1〔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〕に記載の(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 is not particularly limited, but is preferably 0.5 nm or more and 200 nm or less. Such carbon nanotubes 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 Non-Patent Document 1 [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の具体例としては、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。 Specific examples of carbon nanotubes include 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 (Hypeprion Examples include Catalysis International (product name).
成形材料1のカーボンナノチューブ以外の導電性材料は、金属系あるいは炭素系の導電性材料からなり、集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さ方向の導電性を向上させるよう機能する。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。 The conductive material other than carbon nanotubes in molding material 1 is a metallic or carbon-based conductive material, and functions to improve the conductivity of the collector conductive resin film 4 in the thickness direction. 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.
炭素系の導電性材料としては、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。 Examples of carbon-based conductive materials include carbon blacks such as furnace black (oil furnace black and gas furnace black), channel black, acetylene black, and thermal black; carbon fibers such as carbon nanofibers, fullerenes, amorphous carbon, bread-based carbon fibers, and pitch-based carbon fibers; and graphite such as flake graphite, lump graphite, earthy graphite, expanded graphite obtained by chemically treating flake graphite with concentrated sulfuric acid or the like and then heating it; expanded graphite obtained by heat-treating expanded graphite at high temperatures; and artificial graphite.
カーボンナノチューブ以外の導電性材料の形状は、板状、鱗片状、多面体状、球体状、楕円体状等いずれの形状でも構わないが、多面体状、球体状、楕円体状が厚さ方向の導電性を向上できるため好ましい。また、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。 The shape of the conductive material other than carbon nanotubes may be any shape, such as plate-like, scale-like, polyhedral, spherical, or ellipsoidal, but polyhedral, spherical, or ellipsoidal shapes are preferred because they improve conductivity in the thickness direction. Powder, granular, block, fibrous, or other shapes are also not particularly important. One type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
カーボンナノチューブ以外の導電性材料の粒子径は、平均粒子径で0.1μm以上10.0μm以下、好ましくは0.5μm以上8.0μm以下、より好ましくは1.0μm以上8.0μmが良い。これは、平均粒子径が0.1μm未満の場合は、導電性材料の二次凝集が激しく、分散不良を招くため、均一な厚さ方向の導電性が得られないという理由に基づく。また、成形材料1の溶融粘度が増大し、薄膜の集電体用導電性樹脂フィルム4が得られないという理由に基づく。これに対し、導電性材料の平均粒子径が10.0μmを越える場合は、目ヤニが発生したり、機械的強度が低下して集電体用導電性樹脂フィルム4に破断、ワレ、穴あきが発生したりし、集電体用導電性樹脂フィルム4の製造が困難になるという理由に基づく。 The particle size of the conductive material other than carbon nanotubes should be an average particle size of 0.1 μm to 10.0 μm, preferably 0.5 μm to 8.0 μm, and more preferably 1.0 μm to 8.0 μm. This is because an average particle size of less than 0.1 μm results in severe secondary aggregation of the conductive material, leading to poor dispersion and making it impossible to achieve uniform conductivity through the thickness. Furthermore, the melt viscosity of the molding material 1 increases, making it impossible to obtain a thin conductive resin film 4 for the current collector. In contrast, an average particle size of the conductive material exceeding 10.0 μm results in the generation of resin buildup and a decrease in mechanical strength, leading to breaks, cracks, and holes in the conductive resin film 4 for the current collector, making it difficult to manufacture the conductive resin film 4 for the current collector.
さらに、導電材料3は、集電体用導電性樹脂フィルム4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〔ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、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、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリス-(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3-トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物、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、イソプロピル(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリス(N-アミノエチル-アミノエチル)チタネート、テトラオクチルビス(ジ-トリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2-ジアリルオキシメチル-1-ブチル)ビス(ジ‐トリデシル)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、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピル(ジオクチルホスファイト)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。 Furthermore, the conductive material 3 may contain, to the extent that it does not impair the properties of the collector conductive resin film 4, for example, a silane coupling agent [vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-aminopropylethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, tris-(trimethoxysilylpropyl)isocyanurate, 3-ureidopropyltrialkoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, 3-trimethoxysilylpropylsuccinic anhydride, imidazole silane, etc.], a titanate coupling agent [isopropyl triisostearoyl titanate, isopropyl(dioctyl)silane, etc.], bis(dioctyl pyrophosphate) titanate, isopropyl tris(N-aminoethyl-aminoethyl) titanate, tetraoctyl bis(di-tridecyl phosphite) titanate, tetra(2,2-diallyloxymethyl-1-butyl)bis(di-tridecyl)phosphite titanate, bis(dioctyl pyrophosphate) oxyacetate titanate, bis(dioctyl pyrophosphate) ethylene titanate, isopropyl trioctanoyl titanate, isopropyl di Treatment can be performed with various coupling agents such as methacrylic isostearoyl titanate, isopropyl tridecylbenzenesulfonyl titanate, isopropyl isostearoyl diacryl titanate, isopropyl tri(dioctyl phosphate) titanate, isopropyl tricumylphenyl titanate, tetraisopropyl (dioctyl phosphite) titanate, and aluminate coupling agents such as acetoalkoxyaluminum diisopropylate.
成形材料1の見掛けの剪断粘度は、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℃における見掛けの剪断粘度が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。これは、見掛けの剪断粘度が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4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。 The apparent shear viscosity of the molding material 1, measured at 375°C using a die 1.0 mm in diameter and 10 mm in length under conditions of a temperature of 375°C and a load of 50 kgf, is preferably in the range of 1× 10 Pa s to 1× 10 Pa s, preferably 1× 10 Pa s to 5× 10 Pa s, and more preferably 5× 10 Pa s to 2× 10 Pa s. This is because, if the apparent shear viscosity is in the range of 1× 10 Pa s to 1× 10 Pa s, the conductive resin film 4 for current collector will have excellent formability and sufficient mechanical strength.
これに対し、見掛けの剪断粘度が1×101Pa・s未満の場合には、見掛けの剪断粘度が低く、溶融張力の低下を招き、集電体用導電性樹脂フィルム4の成形が困難になる。また、見掛けの剪断粘度が1×104Pa・sを越える場合には、溶融粘度が高く、溶融伸びが低下し、集電体用導電性樹脂フィルム4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4の成形に支障を来すこととなる。 On the other hand, if the apparent shear viscosity is less than 1×10 1 Pa·s, the apparent shear viscosity is low, which leads to a decrease in melt tension and makes it difficult to form the conductive resin film 4 for a current collector. If the apparent shear viscosity exceeds 1×10 4 Pa·s, the melt viscosity is high and the melt elongation is reduced, which may cause holes to form in the conductive resin film 4 for a current collector and cause it to break, resulting in problems in forming the conductive resin film 4 for a current collector.
上記において、集電体用導電性樹脂フィルム4を製造する場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2と、導電材料3であるカーボンナノチューブ、及びカーボンナノチューブ以外の導電性材料とを所定の時間、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に投入して溶融押出成形すれば、厚さ500μm以下、例えば10μm以上500μm以下の集電体用導電性樹脂フィルム4を製造することができる。 In the above, when producing the conductive resin film 4 for the current collector, the polyarylene ether ketone resin 2, the conductive material 3 (carbon nanotubes), and a conductive material other than carbon nanotubes are melt-kneaded for a predetermined period of time to prepare the molding material 1, and this molding material 1 is then fed into a melt extruder 20 for resin film molding and melt-extruded to produce the conductive resin film 4 for the current collector having a thickness of 500 μm or less, for example, 10 μm to 500 μm.
成形材料1を調製する方法としては、(1)成形材料用の溶融混練機10にカーボンナノチューブとカーボンナノチューブ以外の導電性材料を同時にあるいは別々に投入し、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及びカーボンナノチューブ以外の導電性材料とを室温(0℃から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 and a conductive material other than carbon nanotubes are simultaneously or separately charged into a melt kneader 10 for molding materials, and then 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, carbon nanotubes, and a conductive material other than carbon nanotubes are stirred and mixed at room temperature (a temperature of approximately 0°C to 50°C) using a stirring mixer, and then melt-kneaded in melt kneader 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、例えば図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を投入した後、カーボンナノチューブとこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料との攪拌混合物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。また例えば、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とこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料を別々のサー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, for example, a predetermined melt kneader 10 as shown in FIG. 1 is prepared, and after polyarylene ether ketone resin 2 is charged into this melt kneader 10, a stirred mixture of carbon nanotubes and a conductive material other than the carbon nanotubes is newly charged using a side feeder method or the like, and melt-kneaded with the already molten polyarylene ether ketone resin 2 to prepare molding material 1. Alternatively, for example, polyarylene ether ketone resin 2 is charged into melt kneader 10 and melted, and after carbon nanotubes and a conductive material other than the carbon nanotubes are separately charged into melt kneader 10 using a third feeder method or the like, and melt-kneaded with the already molten 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及びカーボンナノチューブ以外の導電性材料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 a multi-screw extruder consisting of a twin-screw extruder, a triple-screw extruder, a four-screw extruder, or an 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 with the carbon nanotubes and conductive materials other than carbon nanotubes, and is capable of degassing the moisture and volatile gases generated from these materials.
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及びこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料とを溶融混練して先端部のダイス14からストランド(棒状)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とこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料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。サイドフィーダ16は、カーボンナノチューブとこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料の投入法に応じ、単数が使用されたり、複数が使用される。 As shown in FIG. 1, the melt mixer 10, which is a multi-screw extruder, is comprised of a cylinder 12 mounted on a base 11, a screw 13 built into the cylinder 12 and supported by a shaft. The screw 13 is rotated by a motor to melt and mix polyarylene ether ketone resin 2, carbon nanotubes, and other conductive materials, and extrudes strands (rod-shaped) or the like from a die 14 at the tip of the screw 13, an inlet 15 for polyarylene ether ketone resin 2 connected to the upstream end of the cylinder 12, a side feeder 16 connected to the downstream end of the cylinder 12 for adding carbon nanotubes and other conductive materials, and a rotatable cutter 17 for cutting the strands extruded from the die 14 of the cylinder 12 and cooled with air or water to produce the molding material 1. The side feeder 16 may be used singularly or in plural, depending on the method of adding carbon nanotubes and other conductive materials.
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とこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料が同時にあるいは別々に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とこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料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とこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料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 mounted at the upper downstream side of the cylinder 12. Finely powdered carbon nanotubes and conductive materials other than carbon nanotubes are simultaneously or separately fed from the side into the side feeder 16, which is located downstream of the inlet 15. By injecting the carbon nanotubes and conductive materials other than carbon nanotubes into the molten polyarylene ether ketone resin 2, the uniform dispersion of the molding material 1 is improved. Furthermore, the kneading time of the carbon nanotubes and conductive materials other than carbon nanotubes in the polyarylene ether ketone resin 2 is shortened, which is expected to prevent decomposition.
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及びカーボンナノチューブ以外の導電材料3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が分解しない温度であれば、特に制限されるものではないが、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。 The melting temperature when melt-kneading polyarylene ether ketone resin 2 with carbon nanotubes and conductive material 3 other than carbon nanotubes is not particularly limited as long as it is a temperature at which melt-kneading dispersion is possible and polyarylene ether ketone resin 2 does not decompose, but is in the range of from the melting point of polyarylene ether ketone resin 2 to less than the thermal decomposition temperature of 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。 Specifically, the temperature is in the range of not less than 10°C above the melting point of polyarylene ether ketone resin 2 but not more than 100°C above the melting point of polyarylene ether ketone resin 2, preferably not less than 20°C above the melting point of polyarylene ether ketone resin 2 but not more than 80°C above the melting point of polyarylene ether ketone resin 2, more preferably not less than 30°C above the melting point of polyarylene ether ketone resin 2 but not more than 60°C above the melting point of polyarylene ether ketone resin 2, and even more preferably not less than 30°C above the melting point of polyarylene ether ketone but not more than 50°C above the melting point of polyarylene ether ketone resin 2.
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及びカーボンナノチューブ以外の導電材料3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, it is not possible to melt-knead and disperse the polyarylene ether ketone resin 2 with the carbon nanotubes and the conductive material 3 other than carbon nanotubes. 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及びカーボンナノチューブ以外の導電性材料とは、ダイス14からストランドにして押し出されて成形材料1に調製されるが、ダイス14から導電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及びカーボンナノチューブ以外の導電性材料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, carbon nanotubes, and conductive materials other than carbon nanotubes are extruded as strands through a die 14 to prepare molding material 1. However, after being extruded as a conductive resin film through the die 14, molding material 1 may be prepared in the form of powder, granules, flakes, or pellets. Furthermore, when preparing molding material 1, a predetermined amount or more of polyarylene ether ketone resin 2, carbon nanotubes, and conductive materials other than carbon nanotubes 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及びこのカーボンナノチューブ以外の導電材料3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とこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料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 polyarylene ether ketone resin 2 with carbon nanotubes and a conductive material other than carbon nanotubes 3 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, which allows for more uniform dispersion of the carbon nanotubes and the conductive material other than carbon nanotubes. 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及びこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料とは、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10により、溶融混練して分散され、成形材料1に調製される。 The polyarylene ether ketone resin 2, carbon nanotubes, and conductive materials other than the carbon nanotubes are stirred and mixed, and then melt-kneaded and dispersed in a melt-kneader 10 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 the molding material 1.
溶融混練機10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及びカーボンナノチューブ以外の導電性材料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。この溶融混練機10により成形材料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及びこのカーボンナノチューブ以外の導電材料3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。 The melt kneader 10 is preferably a vented multi-screw extruder that can be expected to achieve good mixing and dispersion of the polyarylene ether ketone resin 2, carbon nanotubes, and conductive materials other than carbon nanotubes, and can degas the moisture and volatile gases generated from them. When preparing the molding material 1 using this melt kneader 10, a predetermined amount or more of the polyarylene ether ketone resin 2, carbon nanotubes, and conductive materials other than carbon nanotubes 3 can be dispersed and turned into 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、加熱乾燥により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4の発泡を招くおそれがあるからである。したがって、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。 The moisture content (water content) of molding material 1 before melt extrusion is adjusted by heat drying to 2000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, and more preferably 500 ppm or less. This is because a moisture content above 2000 ppm may cause foaming of the conductive resin film 4 for current collector. Therefore, molding material 1 is preferably heat dried to reduce the moisture content before melt kneading.
成形材料1の加熱乾燥法としては、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。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。この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。 Methods for heating and drying molding material 1 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. The heating and drying time for molding material 1 is at least 2 hours, preferably at least 4 hours, and more preferably at least 8 hours. There is no particular upper limit to this heating and 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4を製造する。この製造方法としては、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4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4を連続して帯形に押出成形可能な溶融押出成形法が最適である。 Once molding material 1 is prepared, conductive resin film 4 for current collectors is manufactured using this molding material 1. This manufacturing method can be a melt extrusion method, a calendar molding method, a casting method, or the like. Of these manufacturing methods, melt extrusion molding, which allows conductive resin film 4 for current collectors to be continuously extruded into a strip, is optimal from the standpoints of improving the thickness accuracy, productivity, and ease of handling of conductive resin film 4 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4を連続的に押出して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 and continuously extruding conductive resin film 4 for a current collector from a die 23, such as a T-die or round die, connected to the tip of the melt extruder 20 (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 the molding material 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、特に制限されるものではないが、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2の融点+10℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2+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+20℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2+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+30℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2+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2の融点+50℃以下の範囲である。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、成形材料1の溶融押出成形が困難化し、逆に熱分解温度を越える場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2が激しく分解するおそれがあるからである。 Specifically, the temperature range is from the melting point of polyarylene ether ketone resin 2 + 10°C to polyarylene ether ketone resin 2 + 100°C, preferably from polyarylene ether ketone resin 2 + 20°C to polyarylene ether ketone resin 2 + 80°C, more preferably from polyarylene ether ketone resin 2 + 30°C to polyarylene ether ketone resin 2 + 60°C, and even more preferably from the melting point of polyarylene ether ketone + 30°C to polyarylene ether ketone resin 2 + 50°C. This is because, if the temperature is below the melting point of polyarylene ether ketone resin 2, melt extrusion molding of molding material 1 becomes difficult, and conversely, if the temperature exceeds the thermal decomposition temperature, polyarylene ether ketone resin 2 may decompose violently.
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4を連続的に下方に押し出すよう機能する。このダイス23としては、優れた厚さ精度の集電体用導電性樹脂フィルム4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を用いれば、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に移送することができる。 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 4 for a current collector downward. A T-die is suitable for this die 23, as it is capable of producing a conductive resin film 4 for a current collector with excellent thickness accuracy. A gear pump 25 is preferably attached to the connecting pipe 24 upstream of the die 23. Using this gear pump 25, the molding material 1 melted and kneaded by the melt extruder 20 can be transferred 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℃以下の範囲が良い。 The temperature during extrusion of the die 23 should be in the range of not less than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 but not more 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 and 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 and 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 and 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 + 30°C and 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、成形材料1の溶融押出成形が困難化し、逆に熱分解温度を越える場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2が激しく分解するおそれがあるからである。 This is because if the temperature is below the melting point of polyarylene ether ketone resin 2, it becomes difficult to melt extrude molding of molding material 1, and conversely, if the temperature exceeds the thermal decomposition temperature, polyarylene ether ketone resin 2 may decompose violently.
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。一対の圧着ロール26と複数の冷却ロール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 and in sliding contact with each other. Of these cooling rolls 27, the upstream cooling roll 27 and the downstream cooling roll 27 each slide against the circumferential surface of the pressure roll 26. The pair of pressure rolls 26 and the multiple cooling rolls 27 are configured so that the pressure roll 26 has a reduced diameter and the cooling rolls 27 have 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4を回転可能な巻取管29に巻き取る巻取機28が設置され、下流の圧着ロール26と巻取機28との間には、集電体用導電性樹脂フィルム4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ており、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4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。 Of the pair of pressure rolls 26, a winder 28 is installed downstream of the downstream pressure roll 26, which winds the current collector conductive resin film 4 onto a rotatable winding tube 29. Between the downstream pressure roll 26 and the winder 28, a slit blade 30 is arranged to be able to move up and down, forming a slit in the longitudinal direction of the side of the current collector conductive resin film 4. 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 current collector conductive resin film 4 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2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2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2-100℃〕以下の温度に調整され、集電体用導電性樹脂フィルム4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 polyarylene ether ketone resin 2, preferably 100°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin 2 - 50°C) or lower, more preferably 130°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin 2 - 100°C) or lower, and even more preferably 150°C or higher (polyarylene ether ketone resin 2 - 100°C) or lower, and slides against the collector conductive resin film 4, pressing it against the cooling roll 27.
圧着ロール26の温度が係る範囲内なのは、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4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4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 roller 26 is within this range is because condensation will form on the pressure roller 26 if the temperature is below 50°C. Conversely, if the temperature exceeds the melting point, the conductive resin film 4 for the current collector may stick to the circumferential surface of the pressure roller 26 and break, or the strength of the conductive resin film 4 for the current collector may decrease, leading to breakage. Methods for adjusting the temperature of the pressure roller 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4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覆着され、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 4 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4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された圧着ロール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 4 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4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4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 4 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 4 while controlling 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2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2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2-100℃〕以下の温度に調整され、集電体用導電性樹脂フィルム4に摺接してこれを対向する冷却ロール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 2 - 50°C), more preferably 130°C or higher (melting point of polyarylene ether ketone resin 2 - 100°C), and even more preferably 150°C or higher (polyarylene ether ketone resin 2 - 100°C). The cooling roll 27 slides against the conductive resin film 4 for current collector and presses it against the opposing 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4に押出成形したら、この集電体用導電性樹脂フィルム4を一対の圧着ロール26、複数の冷却ロール27、テンションロール31、及び巻取機28に巻架し、集電体用導電性樹脂フィルム4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4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 4 for a current collector, this conductive resin film 4 for a current collector is wound around a pair of pressure rolls 26, multiple cooling rolls 27, a tension roll 31, and a winder 28. Both sides of the conductive resin film 4 for a current collector are cut longitudinally with a slit blade 30, and the film is sequentially wound around a winding tube 29 of the winder 28, thereby producing a long conductive resin film 4 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4の厚さは、10μm以上500μm以下、好ましくは15μm以上350μm以下、より好ましくは20μm以上200μm以下、さらに好ましくは25μm以上100μm以下が良い。これは、集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さが10μm未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム4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4の製造が困難になるからである。逆に、集電体用導電性樹脂フィルム4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とき、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4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。 The thickness of the conductive resin film 4 for the current collector, produced by cooling with the cooling roll 27, is preferably 10 μm to 500 μm, more preferably 15 μm to 350 μm, more preferably 20 μm to 200 μm, and even more preferably 25 μm to 100 μm. This is because if the thickness of the conductive resin film 4 for the current collector is less than 10 μm, the tensile strength of the conductive resin film 4 for the current collector is significantly reduced, making it difficult to manufacture. Conversely, if the thickness of the conductive resin film 4 for the current collector exceeds 500 μm, it will hinder weight reduction when used as a current collector for lithium-ion secondary batteries, bipolar lithium-ion secondary batteries, and all-solid-state batteries. The thickness of the conductive resin film 4 for the current collector can be measured using various contact thickness gauges.
集電体用導電性樹脂フィルム4の比重は、JIS K 7112 A法に準拠して測定した場合に1.25以上1.60以下、好ましくは1.30以上1.50以下、より好ましくは1.31以上1.45以下、さらに好ましくは1.32以上1.40以下が良い。これは、集電体用導電性樹脂フィルム4の比重が1.25未満の場合には、集電体用導電性樹脂フィルム4中にボイドあるいはクラックが発生したおそれがあり、機械的強度の低下の問題が生じるため好ましくないからである。 The specific gravity of the conductive resin film 4 for the current collector, as measured in accordance with JIS K 7112 Method A, should be 1.25 or more and 1.60 or less, preferably 1.30 or more and 1.50 or less, more preferably 1.31 or more and 1.45 or less, and even more preferably 1.32 or more and 1.40 or less. This is because if the specific gravity of the conductive resin film 4 for the current collector is less than 1.25, voids or cracks may occur in the conductive resin film 4 for the current collector, which would 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4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4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 4 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 4 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4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4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4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4として使用可能な機械的強度、耐熱性、耐薬品性が大いに期待できる。 The relative crystallinity of the conductive resin film 4 for the current collector is optimally 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 100%. This is because if the relative crystallinity of the conductive resin film 4 for the current collector is less than 80%, problems will arise with the mechanical strength, heat resistance, chemical resistance, and solvent resistance of the conductive resin film 4 for the current collector. In contrast, if the relative crystallinity is greater than 80%, the conductive resin film 4 can be expected to have sufficient mechanical strength, heat resistance, and chemical resistance to be usable as a conductive resin film for the current collector.
集電体用導電性樹脂フィルム4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4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。 The crystallinity of the conductive resin film 4 for the current collector can be expressed as the relative crystallinity. The relative crystallinity of the conductive resin film 4 for the current collector is calculated using the following formula based on the results of thermal analysis measured at a heating rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter.
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)
集電体用導電性樹脂フィルム4の導電性は、厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値により評価することができる。この厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値は、1000mΩ・cm2以下、好ましくは1mΩ・cm2以上1000mΩ・cm2以下、より好ましくは1mΩ・cm2以上800mΩ・cm2以下、さらに好ましくは50mΩ・cm2以上600mΩ・cm2以下、さらにまた好ましく90mΩ・cm2以上500mΩ・cm2以下が最適である。
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
The conductivity of the conductive resin film 4 for current collector can be evaluated by the resistance value measured when a pressure of 1 MPa is applied in the thickness direction. The resistance value measured when a pressure of 1 MPa is applied in the thickness direction is 1000 mΩ·cm2 or less, preferably 1 mΩ· cm2 or more and 1000 mΩ· cm2 or less, more preferably 1 mΩ·cm2 or more and 800 mΩ· cm2 or less , even more preferably 50 mΩ· cm2 or more and 600 mΩ· cm2 or less, and even more preferably 90 mΩ· cm2 or more and 500 mΩ· cm2 or less.
これは、集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が1000mΩ・cm2を越えるときには、二次電池用集電体として使用すると、エネルギー密度の低下を招くからである。逆に、抵抗値が1mΩ・cm2未満のときは、導電材料3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4が脆くなり、二次電池組立中に集電体用導電性樹脂フィルム4が割れる問題が生じるからである。 This is because if the resistance value of the conductive resin film 4 for current collector, measured by applying a pressure of 1 MPa in the thickness direction, exceeds 1000 mΩ cm2 , its use as a current collector for a secondary battery will result in a decrease in energy density. Conversely, if the resistance value is less than 1 mΩ cm2, a large amount of conductive material 3 must be added, making the resulting conductive resin film 4 for current collector brittle, which can cause the conductive resin film 4 for current collector to crack during assembly of a secondary battery.
集電体用導電性樹脂フィルム4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4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4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 4 for the current collector can be evaluated by immersing the conductive resin film 4 for the current collector 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 mass change rate when the conductive resin film 4 for the current collector 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、例えばエチレンカーボネート〔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4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4を使用した集電体は、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体に染み込み、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 4 for current collectors, current collectors using conductive resin film 4 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, reducing the charge/discharge cycle.
成形した集電体用導電性樹脂フィルム4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4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、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 4 for current collectors can be used as is, or it can be further heat-compression molded. Heat-compression molding the conductive resin film 4 for current collectors can lower the resistance value, increase conductivity, and reduce the amount of conductive material 3 used, thereby reducing costs.
集電体用導電性樹脂フィルム4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2の融点+10℃以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂2+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+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4を挟み、この集電体用導電性樹脂フィルム4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 4 for a current collector is subjected to heat compression molding, the conductive resin film 4 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, not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 10°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 100°C, preferably not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 20°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 80°C, more preferably not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 30°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 60°C, and even more preferably not lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 30°C and not higher than the melting point of the polyarylene ether ketone resin 2 + 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 4 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4を製造するので、例え集電体用導電性樹脂フィルム4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4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 4. Therefore, even if current collector conductive resin film 4 is used as a current collector, electrolyte components do not penetrate into the current collector conductive resin film 4, 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、炭素系導電材料がカーボンナノチューブの場合、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可能となる。また、カーボンナノチューブ以外の導電性材料をも用いるので、集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さ方向の導電性向上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 rate 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 is carbon nanotubes, it is not only chemically stable, but also makes it possible to further reduce the weight of the secondary battery. Furthermore, since conductive materials other than carbon nanotubes are also used, significant improvements in the conductivity of the conductive resin film 4 for the current collector in the thickness direction can be expected.
また、集電体用導電性樹脂フィルム4の厚さが10μm以上500μm以下なので、集電体用導電性樹脂フィルム4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。また、集電体用導電性樹脂フィルム4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4の厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が1000mΩ・cm2以下と低いので、例え集電体用導電性樹脂フィルム4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。 Furthermore, since the thickness of the conductive resin film 4 for a current collector is 10 μm or more and 500 μm or less, a decrease in the tensile strength of the conductive resin film 4 for a current collector is prevented, and a significant reduction in the weight of the current collector of a secondary battery can be expected. Furthermore, since the specific gravity of the conductive resin film 4 for a current collector is 1.60 or less, it is possible to contribute to a significant reduction in the weight of the secondary battery and the current collector. Furthermore, since the resistance value measured by applying a pressure of 1 MPa in the thickness direction of the conductive resin film 4 is as low as 1000 mΩ· cm2 or less, a decrease in energy density can be prevented even when the conductive resin film 4 for a current collector is used as a current collector of a secondary battery.
なお、上記実施形態における成形材料1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4は、相対結晶化度が95%以上100%以下、厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が1mΩ・cm2以上1000mΩ・cm2以下でも良い。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。 The shape of the polyarylene ether ketone resin 2 of the molding material 1 in the above embodiment may be powder, granules, blocks, powder, pellets, etc. The conductive resin film 4 for a current collector may have a relative crystallinity of 95% or more and 100% or less, and a resistance value of 1 mΩ· cm2 or more and 1000 mΩ· cm2 or less when measured under a pressure of 1 MPa in the thickness direction. 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エーテルケトン樹脂〔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。
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 a 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 a polyarylene ether ketone resin, and this polyether ether ketone resin was pulverized by a freeze-pulverization method.
ポリエーテルエーテルケトン樹脂(以下、PEEK樹脂と略称する)の融点(融解温度ともいう)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に準拠して昇温速度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 referred to as melting temperature) of polyether ether ketone resin (hereinafter referred to as PEEK resin) was measured using a differential scanning calorimeter (manufactured by SII NanoTechnology, 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 KT-851NLSP was 340°C.
PEEK樹脂を粉砕したら、この粉砕したPEEK樹脂と、予め撹拌機で攪拌混合したカーボンナノチューブ及びこのカーボンナノチューブ以外の導電性材料との混合物からなる導電材料を、表1に示すようにPEEK樹脂100質量部に対して導電材料が8質量部となるように計量し、その後、PEEK樹脂と導電材料を混合機に投入して攪拌混合することで攪拌混合物を調製した。 After the PEEK resin was pulverized, a conductive material consisting of a mixture of the pulverized PEEK resin, carbon nanotubes, and a conductive material other than the carbon nanotubes, which had been previously stirred and mixed in a mixer, was weighed out so that 8 parts by mass of the conductive material was used for 100 parts by mass of PEEK resin, as shown in Table 1.The PEEK resin and conductive material were then placed in a mixer and stirred and mixed to prepare a stirred mixture.
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)〕、カーボンナノチューブ以外の導電性材料はアモルファスカーボンで粒子形状が球形のベルパール C2000SR〔エア・ウォーター・ベルパール社製:製品名、平均粒子径:8μm(カタログ値)、(以下、「C2000SR」と略す)〕を使用した。カーボンナノチューブとカーボンナノチューブ以外の導電性材料は、表1に示すようにカーボンナノチューブ95質量%に対してカーボンナノチューブ以外の導電性材料5質量%となるよう計量し、その後、カーボンナノチューブとアモルファスカーボンを混合機に投入して攪拌混合することで攪拌混合物を調製した。 The carbon nanotubes used were NC7000 (manufactured by Nanosil Co., Ltd.: product name: (hereinafter abbreviated as "NC7000")), and the conductive material other than carbon nanotubes was spherical amorphous carbon, Bellpearl C2000SR (manufactured by Air Water Bellpearl Co., Ltd.: product name, average particle size: 8 μm (catalog value), (hereinafter abbreviated as "C2000SR")). The carbon nanotubes and conductive materials other than carbon nanotubes were weighed out so that the ratio was 95% by mass of carbon nanotubes and 5% by mass of conductive materials other than carbon nanotubes, as shown in Table 1. The carbon nanotubes and amorphous carbon were then placed in a mixer and mixed with stirring to prepare a stirred mixture.
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時間乾燥した後、PEEK樹脂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、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。見掛けの剪断粘度については、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 dried in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of the PEEK resin 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 the cylinder. Once the cylinder reached 375°C, it was preheated for 5 minutes. Immediately after preheating, a load of 50 kgf was applied to melt and flow the PEEK resin, and its apparent shear viscosity was measured. The apparent shear viscosity was measured using the same method 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同方向回転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同方向回転二軸押出成形機先端部のダイスから棒形に押し出して水冷後カットし、ペレット状の成形材料を調製した。同方向回転二軸押出機は、φ25mm、L/D=41のタイプを用いた。また、攪拌混合物は、シリンダー温度:300℃~370℃、ダイス温度370℃の条件下で同方向回転二軸押出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372℃であった。 Once the stirred mixture was prepared, it was fed into a co-rotating 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 co-rotating twin-screw extruder, cooled with water, and cut to prepare pellet-shaped molding material. The co-rotating twin-screw extruder used was a φ25mm, L/D=41 type. The stirred mixture was melt-kneaded to prepare the molding material under conditions of a cylinder temperature of 300°C to 370°C and a die temperature of 370°C, with the vent on the raw material inlet side of the co-rotating 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 372°C.
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φ20mmの単軸押出成形機に投入してその幅150mm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、同様の方法により測定した。 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 φ20 mm single-screw extruder and continuously extruded through a 150 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タイプとした。また、単軸押出成形機の温度は360℃~395℃、Tダイの温度は395℃、単軸押出成形機とTダイとを連結する連結管の温度は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 type screw. The temperature of the single-screw extruder was adjusted to 360°C to 395°C, the T-die temperature to 395°C, and the temperature of the connecting pipe connecting the single-screw extruder to the T-die 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、220℃の冷却ロール、及びこれらの下流に位置する巻取機の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を巻取管に順次巻き取ることにより、長さ10m、幅150mmの集電体用導電性樹脂フィルムを製造した。 Once the conductive resin film for the current collector was formed, it was sequentially wound around a pair of silicone rubber pressure rolls (210°C) and cooling rolls (220°C) made of silicone rubber, as shown in Figure 2, and a 6-inch take-up tube of a winder located downstream of these. The continuous conductive resin film for the current collector was sandwiched between the pressure rolls and cooling roll, and sequentially wound around the take-up tube to produce a conductive resin film for the current collector measuring 10 m in length and 150 mm in width.
集電体用導電性樹脂フィルムを製造したら、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、耐薬品性、導電性をそれぞれ評価して表1にまとめた。集電体用導電性フィルムの耐薬品性は、NMPと電解液浸漬前後の重量変化によりそれぞれ評価した。また、集電体用導電性フィルムの導電性は、電解液浸漬前後の厚さ方向の抵抗値によりそれぞれ評価した。
・集電体用導電性樹脂フィルム製造中に発生する目ヤニの発生の有無
集電体用導電性樹脂フィルム製造中に発生する目ヤニの発生の有無については、集電体用導電性樹脂フィルムを10m製造後、Tダイスリップ付近を目視により観察することとした。
After the conductive resin film for current collector was produced, the presence or absence of die buildup during production of the conductive resin film for current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of the conductive resin film for current collector were evaluated, and the results are summarized in Table 1. The chemical resistance of the conductive film for current collector was evaluated based on the weight change before and after immersion in NMP and an electrolyte. The conductivity of the conductive film for current collector was evaluated based on the resistance value in the thickness direction before and after immersion in an electrolyte.
- Presence or absence of die buildup occurring during the production of conductive resin film for current collector Regarding the presence or absence of die buildup occurring during the production of conductive resin film for current collector, after producing 10 m of conductive resin film for current collector, the vicinity of the T-die lip 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)〕の中心部分で押出方向〔以下、「MD」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。
- Film Thickness of Conductive Resin Film for Current Collector The film 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 arbitrary points in the extrusion direction (hereinafter abbreviated as "MD") at the center of 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 K7112 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 K7112 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:高感度型示差走査熱量計 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 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: High Sensitivity Differential Scanning Calorimeter 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、重量変化により評価した。この重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:55mm×TD:55mmの大きさに切り出して秤量〔W0〕し、この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。
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 weight change. To evaluate this weight change, the conductive resin film for current collector was cut into a size of MD: 55 mm x TD: 55 mm and weighed [W 0 ]. This conductive resin film and 5 g of NMP or 5 g of electrolyte solution were placed in a PET/AL/PE flat bag (manufactured by Nippon Seisaku Co., Ltd.: trade name Lamizip) and sealed by heat sealing. The electrolyte solution used was an electrolyte solution for lithium primary/secondary/polymer batteries and lithium ion capacitors (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.: trade name electrolyte LiPF 6 , 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24℃の環境下で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、以下の式から重量変化率を求めて評価した。 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 24°C for 24 hours. Thereafter, the conductive resin film for a current collector was weighed [ W1 ] and evaluated by calculating the weight change rate using the following formula.
重量変化率(%)={(W1-W0)×100}/W0
W0:集電体用導電性樹脂フィルムの初期重量〔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重量〔g〕
A:重量変化率が0.0%以上0.1%以下の場合
B:重量変化率が0.1%を越えて1.0%以下の場合
C:重量変化率が1.0%を越えて2.0%以下の場合
D:重量変化率が2.0%を越えて5.0%以下の場合
E:重量変化率が5.0%を越えて10%以下の場合
F:重量変化率が10%を越えて20%以下の場合
Weight change rate (%)={(W 1 −W 0 )×100}/W 0
W 0 : Initial weight of the conductive resin film for the current collector [g]
W 1 : Weight [g] of the conductive resin film for current collector after immersion in NMP or electrolyte
A: When the weight change rate is 0.0% or more and 0.1% or less B: When the weight change rate is more than 0.1% and 1.0% or less C: When the weight change rate is more than 1.0% and 2.0% or less D: When the weight change rate is more than 2.0% and 5.0% or less E: When the weight change rate is more than 5.0% and 10% or less F: When the weight 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、厚さ方向の抵抗値により評価することとした。この厚さ方向の抵抗値〔Rc〕については、図2や図3に示すように、集電体用導電性樹脂フィルムを5.5cm×5.5cmの大きさにカットして試験片とし、この試験片を5.0cm×5.0cmの大きさを有する上下一対カーボンペーパーに挟むとともに、この一対カーボンペーパーを上下一対の金メッキ電極に挟持させて直流電流を通電し、上方から1MPaで加圧し、抵抗計で1分間後の抵抗値〔R0〕を測定した後、以下の式から算出した。
Conductivity of Conductive Resin Film for Current Collector The conductivity of the conductive resin film for current collector was evaluated by the resistance value in the thickness direction. The resistance value in the thickness direction [Rc] was calculated by cutting the conductive resin film for current collector to a size of 5.5 cm × 5.5 cm to prepare a test piece, sandwiching this test piece between a pair of upper and lower carbon papers each having a size of 5.0 cm × 5.0 cm, and then sandwiching this pair of carbon papers between a pair of upper and lower gold-plated electrodes, passing a direct current, applying a pressure of 1 MPa from above, and measuring the resistance value [R0] after 1 minute with a resistance meter, and then calculating the resistance value in the thickness direction [ Rc ] from the following formula:
Rc=R1×S
R1=R0-(一対のカーボンペーパー2枚分の抵抗値)
S:カーボンペーパーの面積
Rc = R1 x S
R 1 = R 0 - (resistance value of two sheets of a pair of carbon paper)
S: Area of carbon paper
カーボンペーパーは、SIGRACET Gas Diffusion Media type.GDL24B〔SGL.GROUP社製:商品名〕を使用した。また、抵抗計は、ミリオームハイテスタ3540〔日置電機社製:商品名〕を用いた。 The carbon paper used was a SIGRACET Gas Diffusion Media type GDL24B (product name, manufactured by SGL GROUP). The resistance meter used was a Milliohm HiTester 3540 (product name, manufactured by Hioki E.E.).
なお、厚さ方向の抵抗値〔Rc〕については、集電体用導電性樹脂フィルムとリチウム一次・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%〕を用いた耐薬品性試験の前後で測定した。測定は、温度23℃±2℃、相対湿度50RH±5%RHの環境下で実施した。 The through-thickness resistance value [Rc] was measured before and after a chemical resistance test using the conductive resin film for the current collector and an electrolyte for lithium primary and 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%). The measurement was performed in an environment with a temperature of 23°C ± 2°C and a relative humidity of 50 RH ± 5% RH.
〔実施例2〕
実施例1のポリアリーレンエーテルケトン樹脂と導電材料を表1に示すように計量し、実施例1と同様の方法でペレット形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371℃であった。また、導電材料は、実施例1で用いたカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブ以外の導電性材料としてアモルファスカーボンを使用し、これらの添加量を変更した。これらカーボンナノチューブとアモルファスカーボンを表1に示す組成質量比率となるように計量し、混合機に投入して攪拌混合することにより、導電材料を調製した。
Example 2
The polyarylene ether ketone resin and conductive material of Example 1 were weighed as shown in Table 1, and a pellet-shaped 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 371°C. The conductive material used was the carbon nanotubes used in Example 1, and amorphous carbon as a conductive material other than carbon nanotubes, with the amounts added being changed. The carbon nanotubes and amorphous carbon were weighed to have the composition mass ratio shown in Table 1, and then charged into a mixer and stirred and mixed to prepare a conductive material.
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、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、相対結晶化度、耐薬品性、導電性を実施例と同様の方法により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 using the same method 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 way, it was produced using the same method as in Example 1. The generation of die buildup during production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of the conductive resin film for a current collector were each evaluated using the same methods as in the examples 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、「381G」と略す〕に変更し、PEEK樹脂と導電材料を表1に示す質量比率となるように計量して攪拌混合物を調製した。
Example 3
The process was basically the same as in Example 1, except that the PEEK resin, which was a polyarylene ether ketone resin used in Example 1, was changed from KT-851NL SP to Victrex Granules 381G (product name of Victrex Co., Ltd. (hereinafter abbreviated as "381G"), which had been pulverized in advance by the method of Example 1, as the molding material, and the PEEK resin and conductive material were weighed to obtain the mass ratio shown in Table 1, to prepare a stirred mixture.
導電材料は、実施例1で使用したカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブ以外の導電性材料としてアモルファスカーボンを使用したが、これらの添加量を変更した。これらカーボンナノチューブとアモルファスカーボンを表1に示す組成質量比率となるように計量し、その後、カーボンナノチューブとアモルファスカーボンを混合機に投入して攪拌混合することにより、導電材料を調製した。381Gの見掛けの剪断粘度は、実施例1と同様の方法により測定した。また、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。 The conductive materials used were the same as in Example 1, with amorphous carbon used as a conductive material other than carbon nanotubes, but the amounts added were changed. The carbon nanotubes and amorphous carbon were weighed out to achieve the composition mass ratio shown in Table 1, and then the carbon nanotubes and amorphous carbon were placed in a mixer and stirred and mixed to prepare the conductive material. The apparent shear viscosity of 381G was measured using the same method as in Example 1. The melting point of 381G was also measured using 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372℃であった。 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 372°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、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、耐薬品性、導電性を実施例1の同様の方法により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 using the same method 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, a conductive resin film for a current collector was produced using the same method 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, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for a current collector were each evaluated using the same methods as in Example 1 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;製品名(以下、「450G」と略す〕に変更した。このPEEK樹脂と導電材料を表2に示す質量比率となるように計量し、攪拌混合物を調製した。
Example 4
The example 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 (manufactured by Victrex KGaA; product name (hereinafter abbreviated as "450G")) which had been pulverized in advance by the method of Example 1. This PEEK resin and conductive material were weighed out so as to obtain the mass ratio shown in Table 2, and a stirred mixture was prepared.
カーボンナノチューブは、実施例1で使用したNC7000からFloTube 9000〔CNano Technology社製;製品名〕変更した。また、カーボンナノチューブ以外の導電性材料は、実施例1で使用したアモルファスカーボン C2000SRからアモルファスカーボンで粒子形状が球形のベルパール CR1-2000〔エア・ウォーター・ベルパール社製:製品名、平均粒子径:1.2μm(カタログ値)、(以下、「CR1-2000」と略す〕に変更した。 The carbon nanotubes used in Example 1 were changed from NC7000 to FloTube 9000 (product name, manufactured by CNano Technology). Furthermore, the conductive material other than the carbon nanotubes was changed from the amorphous carbon C2000SR used in Example 1 to amorphous carbon with spherical particle shape, Bellpearl CR1-2000 (product name, manufactured by Air Water Bellpearl Inc., average particle diameter: 1.2 μm (catalog value), hereafter abbreviated as "CR1-2000")
導電材料は、カーボンナノチューブとアモルファスカーボンとを表2に示す組成質量比率となるように計量して混合機に投入し、攪拌混合することにより調製した。450Gの見掛けの剪断粘度は、実施例1と同様の方法により測定した。また、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 conductive material was prepared by weighing carbon nanotubes and amorphous carbon to achieve the composition mass ratio shown in Table 2, adding them to a mixer, and stirring and mixing. The apparent shear viscosity of 450G was measured using the same method as in Example 1. The melting point of 450G was also 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373℃であった。 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 373°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、396℃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、耐薬品性、導電性を実施例1の方法によりそれぞれ評価して表2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 using the same method 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 396°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, another conductive resin film for a current collector was produced using the same method as in Example 1. The generation of die buildup during production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for a current collector were each evaluated using the methods of Example 1 and the results are summarized 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、導電材料と表2に示す質量比率となるように計量して攪拌混合物を調製した。
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 pulverized in advance by the method of Example 1, and the PEEK resin and the conductive material were weighed to obtain the mass ratio shown in Table 2, to prepare a stirred mixture.
151Gの見掛けの剪断粘度は、実施例1と同様の方法により測定した。また、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。導電材料は、実施例4で使用したカーボンナノチューブとアモルファスカーボンを使用し、表2に示す組成質量比率となるように計量し、混合機に投入して攪拌混合することにより調製した。 The apparent shear viscosity of 151G was measured using the same method as in Example 1. The melting point of 151G was also measured using the same method as in Example 1, and was found to be 341°C. The conductive material was prepared by weighing out the carbon nanotubes and amorphous carbon used in Example 4 to achieve the composition mass ratio shown in Table 2, adding them to a mixer, and stirring and mixing them.
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。 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.
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。こうして集電場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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表2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 using the same method 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 in this way, a conductive resin film was produced using the same method 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, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for a current collector were each evaluated using the same methods as in Example 1 and the results are summarized 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、「8003PF」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(以下、PEKK樹脂と略称する)と実施例1で使用した導電材料とを表2に示す質量比率となるように計量し、その後、PEKK樹脂と導電材料を混合機に投入し、攪拌混合して攪拌混合物を調製した。
Example 6
First, to prepare the molding material, a polyether ketone ketone resin [manufactured by Arkema, product name: KEPSTAN 8003PF ST (hereinafter abbreviated as "8003PF")] was prepared as a commercially available polyarylene ether ketone resin, and this polyether ketone ketone resin (hereinafter abbreviated as PEKK resin) and the conductive material used in Example 1 were weighed out to obtain the mass ratio shown in Table 2. Thereafter, the PEKK resin and the conductive material were charged into a mixer and stirred and mixed to prepare a stirred mixture.
導電材料は、実施例1で使用したカーボンナノチューブと、このカーボンナノチューブ以外の導電性材料であるアモルファスカーボンを使用した。この導電材料は、表2に示す組成重量比率となるように計量し、混合機に投入して攪拌混合することで調製した。また、8003PF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。 The conductive materials used were the carbon nanotubes used in Example 1 and amorphous carbon, a conductive material other than carbon nanotubes. The conductive materials were weighed out to achieve the composition weight ratio shown in Table 2, and then added to a mixer and stirred to prepare the material. Furthermore, the melting point of 8003PF was measured using the same method as in Example 1 and found to be 361°C.
8003PFの見掛けの剪断粘度については、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8003PFを熱風乾燥機で160℃×12時間乾燥した後、1.5cm3の8003PF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剪断粘度を測定した。 The apparent shear viscosity of 8003PF was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, 8003PF was dried in advance in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of 8003PF 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 the PEKK resin, and its apparent shear viscosity was measured.
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。 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.
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、397℃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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表2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 using the same method 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 397°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, a conductive resin film for a current collector was produced using the same method as in Example 1. The generation of die buildup during production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for a current collector were each evaluated using the same methods as in Example 1 and the results are summarized 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導電材料とを表3に示す本発明の範囲外の質量比率で計量し、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371℃であった。
Comparative Example 1
First, the polyarylene ether ketone resin and conductive material used in Example 1 were weighed out in a 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 found to be 371°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、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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表3に記載した。その結果、集電体用導電性樹脂フィルムの導電性がきわめて悪化した。 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 398°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, a conductive resin film for a current collector was produced in the same manner as in Example 1. The generation of die buildup during production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for a current collector were each evaluated in the same manner as in Example 1 and are listed in Table 3. As a result, the conductivity of the conductive resin film for a current collector was significantly reduced.
〔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導電材料とを表3に示す本発明の範囲外の質量比率で計量し、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379℃であった。
Comparative Example 2
First, the polyarylene ether ketone resin and conductive material used in Example 1 were weighed out in a 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 found to be 379°C.
次いで、調製した成形材料を用い、実施例1と同様の方法で厚さ450μmの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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表3に記載した。その結果、集電体用導電性樹脂フィルムの耐薬品性が悪化した。 Next, the prepared molding material was used to mold a 450 μm thick strip of conductive resin film for current collectors using the same method 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 found to be 403°C. After molding the conductive resin film for current collectors in this manner, a conductive resin film for current collectors was produced using the same method as in Example 1. The generation of die buildup during production of the conductive resin film for current collectors, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for current collectors were each evaluated using the same methods as in Example 1 and are listed in Table 3. As a result, the chemical resistance of the conductive resin film for current collectors deteriorated.
〔比較例3〕
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実施例4で使用した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質量比率で計量し、攪拌混合機に投入して混合物を調製した。この比較例3では、カーボンナノチューブ以外の導電性材料は使用しなかった。混合物を調製したら、この混合物を、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372℃であった。
Comparative Example 3
First, the polyarylene ether ketone resin used in Example 1 and the carbon nanotubes used in Example 4 were weighed out in a mass ratio outside the range of the present invention shown in Table 3, and charged into a stirring mixer to prepare a mixture. In this Comparative Example 3, no conductive material other than the carbon nanotubes was used. After preparing the mixture, this mixture was processed 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 found to be 372°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、393℃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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表3に記載した。その結果、集電体用導電性樹脂フィルムの導電性が悪化した。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape using the same method 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 393°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, a conductive resin film for a current collector was produced using the same method as in Example 1. The generation of die buildup during production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for a current collector were each evaluated using the same methods as in Example 1 and are listed in Table 3. As a result, the conductivity of the conductive resin film for a current collector deteriorated.
〔比較例4〕
先ず、実施例1で使用したカーボンナノチューブとアモルファスカーボンとを表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導電材料を調製した。こうして導電材料を調製したら、導電材料と実施例1で使用したポリアリーレンエーテルケトン樹脂とを表3に示す本発明の範囲内の質量比率で計量し、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371℃であった。
Comparative Example 4
First, the carbon nanotubes and amorphous carbon 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 conductive material. After the conductive material was prepared in this manner, the conductive material and the polyarylene ether ketone resin used in Example 1 were weighed out in a mass ratio within 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 371°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、393℃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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表4に記載した。その結果、集電体用導電性樹脂フィルムの導電性が悪化した。 Next, the prepared molding material was used to mold a conductive resin film for a current collector into a strip shape using the same method 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 393°C. After molding the conductive resin film for a current collector in this manner, a conductive resin film for a current collector was produced using the same method as in Example 1. The generation of die buildup during production of the conductive resin film for a current collector, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for a current collector were each evaluated using the same methods as in Example 1 and are listed in Table 4. As a result, the conductivity of the conductive resin film for a current collector deteriorated.
〔比較例5〕
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導電材料とからなる成形材料を使用して相対結晶化度が37%の集電体用導電性樹脂フィルムを実施例1と同様の方法により成形した。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210℃、冷却ロール220℃としたが、比較例5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 5
First, a conductive resin film for a current collector having a relative crystallinity of 37% was molded in the same manner as in Example 1 using the molding material composed of the polyarylene ether ketone resin and conductive material used in Example 3. However, while the temperatures of the pressure roll and the chill roll were 210°C and 220°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 5. 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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表4に記載した。その結果、集電体用導電性樹脂フィルムの耐薬品性が悪化した。 Once the conductive resin film for the current collector was formed in this manner, 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, chemical resistance, and conductivity of this conductive resin film for the current collector were evaluated in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 4. As a result, the chemical resistance of the conductive resin film for the current collector was deteriorated.
〔比較例6〕
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からポリアミド9T樹脂に変更した。このポリアミド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)〕を選択し、このポリアミド9T樹脂(以下、PA9T樹脂と略称する)を冷凍粉砕法により粉砕し、このPA9T樹脂と実施例1で使用した導電材料とを表5で示す質量比率で攪拌混合して攪拌混合物を調製した。
Comparative Example 6
To prepare the molding material, the polyarylene ether ketone resin was changed to polyamide 9T resin. 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 (hereinafter abbreviated as PA9T resin) was pulverized by a freeze-pulverization method. This PA9T resin and the conductive material used in Example 1 were stirred and mixed in the mass ratios shown in Table 5 to prepare a stirred mixture.
N1000A樹脂の融点は、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 of N1000A resin was measured using a differential scanning calorimeter (SII NanoTechnology, 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.
PA9T樹脂の見掛けの剪断粘度については、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剪断粘度を測定した。 The apparent shear viscosity of the PA9T resin was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, the PA9T resin was dried in advance in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of the 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, the cylinder was preheated for 5 minutes. Immediately after preheating, a load of 50 kgf was applied to melt and flow out the PA9T resin, and its apparent shear viscosity was measured.
攪拌混合物を調製したら、この攪拌混合物を実施例1で使用した真空ポンプ付きの同方向回転二軸押出機に供給して減圧下で溶融混練し、同方向回転二軸押出機の先端部のダイスから棒形に押し出して水冷後カットし、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363℃であった。 Once the stirred mixture was prepared, it was fed into the co-rotating twin-screw extruder equipped with a vacuum pump used in Example 1, where it was melt-kneaded under reduced pressure, extruded into a rod shape from the die at the tip of the co-rotating twin-screw extruder, cooled with water, and cut to prepare a pellet-shaped molding material. The stirred mixture was melt-kneaded under conditions of a cylinder temperature of 330°C to 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 363°C.
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、成形材料を実施例1で使用した幅150mmのTダイス付きのφ20mmの単軸押出成形機に投入して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。また、単軸押出成形機は、実施例1で使用した同様の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 φ20 mm single-screw extruder equipped with a 150 mm-wide T-die, as used in Example 1, and continuously extruded through the T-die to form a strip-shaped conductive resin film for a current collector. The moisture content of the molding material was confirmed by Karl Fischer titration using a trace moisture analyzer (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name: CA-100). The single-screw extruder was the same type as used in Example 1, with 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ダイの温度は360℃、単軸押出成形機とTダイとを連結する連結管の温度は360℃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、363℃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°C to 360°C, the temperature of the T-die to 360°C, and the temperature of the connecting pipe connecting the single-screw extruder to the T-die to 360°C. Furthermore, the temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the T-die inlet, and was found to be 363°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、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表5にまとめた。集電体用導電性樹脂フィルムをNMPと電解液に浸漬した後、観察したところ、集電体用導電性樹脂フィルムは変形しており、導電性を完全に評価することができなかった。 Once the conductive resin film for the current collector was manufactured, the presence or absence of die buildup during the manufacturing process, as well as the thickness, specific gravity, relative crystallinity, chemical resistance, and conductivity of the conductive resin film for the current collector were evaluated using the same methods as in Example 1, and the results are summarized in Table 5. When the conductive resin film for the current collector was immersed in NMP and electrolyte and then observed, it was found to have been deformed, making it impossible to fully evaluate its conductivity.
〔比較例7〕
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から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、このポリエーテルイミド樹脂(以下、PEI樹脂と略称する)を冷凍粉砕法により粉砕した。
Comparative Example 7
To prepare a molding material, the polyarylene ether ketone resin was changed to a polyetherimide resin [polycondensate of 4,4'-[isopropylidenebis(p-phenyloxy)diphthalic dianhydride and m-phenylenediamine], manufactured by SABIC Corporation, product name: ULTEM 1010-1000-NB [product name manufactured by SABIC Corporation, (hereinafter abbreviated as "1010")]], and this polyetherimide resin (hereinafter abbreviated as PEI resin) was pulverized by a freeze-pulverization method.
1010の融点(融解温度ともいう)を測定するため、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が、融点は認められなかった。 To measure the melting point (also known as melting temperature) of 1010, a differential scanning calorimeter (manufactured by SII Nanotechnology Inc., product name: High-sensitivity Differential Scanning Calorimeter X-DSC7000) was used in accordance with JIS K7121 at a heating rate of 10°C/min, but no melting point was detected.
PEI樹脂の見掛けの剪断粘度については、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、PEI樹脂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、PEI樹脂を溶融流出させてその見掛けの剪断粘度を測定した。 The apparent shear viscosity of the PEI resin was measured using a flow tester (Shimadzu Flow Tester CFT-500D, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, the PEI resin was dried in a hot air dryer at 160°C for 12 hours, and then 1.5 cm3 of the PEI resin 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 the cylinder. When the cylinder temperature reached 375°C, the cylinder was preheated for 5 minutes. Immediately after preheating, a load of 50 kgf was applied to melt and flow the PEI resin, 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1で使用した導電材料とを表4で示す質量比率で攪拌混合し、攪拌混合物を調製した。こうして攪拌混合物を調製したら、この攪拌混合物を実施例1で使用した真空ポンプ付きの同方向回転二軸押出機に供給して減圧下で溶融混練し、同方向回転二軸押出機機の先端部のダイスから棒形に押し出して水冷後カットし、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383℃であった。 After the PEI resin was crushed, the PEI resin was stirred and mixed with the conductive material used in Example 1 in the mass ratio shown in Table 4 to prepare a stirred mixture. This stirred mixture was then fed into the co-rotating twin-screw extruder equipped with a vacuum pump used in Example 1, melt-kneaded under reduced pressure, and extruded into a rod shape from the die at the tip of the co-rotating twin-screw extruder. The rod was then cooled with water and cut to prepare a pellet-shaped molding material. The stirred mixture was melt-kneaded under conditions of a cylinder temperature of 350°C to 380°C, an adapter temperature of 380°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 383°C.
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、成形材料を実施例1で使用したφ20mmの単軸押出成形機に投入し、幅150mm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。幅150mm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。 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 the φ20 mm single-screw extruder used in Example 1 and continuously extruded through a 150 mm wide T-die to form a strip-shaped conductive resin film for a current collector. The moisture content of the molding material was confirmed by Karl Fischer titration using a trace moisture analyzer (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name: CA-100). The molding material was continuously extruded through a 150 mm wide T-die to form a strip-shaped conductive resin film for a current collector.
単軸押出成形機は、実施例1で使用した同様の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350℃~380℃、Tダイの温度は360℃、単軸押出成形機とTダイ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。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。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 was the same type as used in Example 1, with 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 350°C to 380°C, the T-die temperature to 360°C, the temperature of the connecting pipe connecting the single-screw extruder and the T-die to 380°C, and the gear pump to 380°C. The temperature of the molten molding material was measured from the resin temperature at the T-die inlet and found to be 384°C. When the molding material was introduced 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、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の有無、集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ、比重、耐薬品性、導電性を実施例1と同様の方法によりそれぞれ評価して表5にまとめた。 Once the conductive resin film for the current collector was manufactured, the presence or absence of die buildup during the manufacturing process, as well as the thickness, specific gravity, chemical resistance, and conductivity of the conductive resin film for the current collector were evaluated using the same methods as in Example 1, and the results are summarized in Table 5.
集電体用導電性樹脂フィルム融点が認められなかったため、相対結晶化度は算出できなかった。また、集電体用導電性樹脂フィルムをNMPと電解液に浸漬したところ、集電体用導電性樹脂フィルムは溶解し、実用性に疑義が生じた。 Since the melting point of the conductive resin film for the current collector could not be determined, the relative crystallinity could not be calculated. Furthermore, when the conductive resin film for the current collector was immersed in NMP and electrolyte, the conductive resin film for the current collector dissolved, raising doubts about its practical use.
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、各種二次電池の製造分野で使用される。 The conductive resin film for secondary battery current collectors and its manufacturing method according to the present invention are used in the manufacturing of various secondary batteries.
1 成形材料
2 ポリアリーレンエーテルケトン樹脂
3 導電材料
4 集電体用導電性樹脂フィルム
10 溶融混練機
12 シリンダー
13 スクリュー
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 Conductive material 4 Conductive resin film for current collector 10 Melt kneader 12 Cylinder 13 Screw 14 Die 20 Melt extrusion molding machine 23 Die 26 Pressure roll 27 Cooling roll 28 Winder 29 Winding tube
Claims (5)
導電材料は、組成質量比率でカーボンナノチューブ30質量%以上99質量%以下と、カーボンナノチューブ以外の導電性材料1質量%以上70質量%以下とからなり、
カーボンナノチューブ以外の導電性材料は、金属系あるいは炭素系の導電性材料からなり、形状が多面体状、球体状、楕円体状のいずれかであるとともに、粒子径が平均粒子径で0.1μm以上10.0μm以下であり、
集電体用導電性樹脂フィルムの厚さ方向に1MPaの加圧力を作用させて測定した場合の抵抗値が1mΩ・cm2 以上800mΩ・cm2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 having a relative crystallinity of 80% or more is formed from a molding material containing 100 parts by mass of a polyarylene ether ketone resin and 5 parts by mass or more and 35 parts by mass or less of a conductive material,
the conductive material is composed of, in terms of composition mass ratio, 30% by mass or more and 99% by mass or less of carbon nanotubes and 1% by mass or more and 70% by mass or less of a conductive material other than carbon nanotubes;
The conductive material other than carbon nanotubes is a metal-based or carbon-based conductive material, has a shape of either a polyhedron, a sphere, or an ellipsoid, and has an average particle diameter of 0.1 μm or more and 10.0 μm or less;
A conductive resin film for a current collector of a secondary battery, characterized in that the resistance value measured by applying a pressure of 1 MPa to the conductive resin film for a current collector in the thickness direction is 1 mΩ· cm2 or more and 800 mΩ· cm2 or less.
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂100質量部と、導電材料5質量部以上35質量部以下とを含有し、この導電材料が、組成質量比率でカーボンナノチューブ30質量%以上99質量%以下と、カーボンナノチューブ以外の導電性材料1質量%以上70質量%以下とからなる成形材料を溶融混練し、
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 or 2, comprising:
a molding material containing 100 parts by mass of polyarylene ether ketone resin and 5 parts by mass or more and 35 parts by mass or less of a conductive material, the conductive material being composed of, in terms of composition mass ratio, 30% by mass or more and 99% by mass or less of carbon nanotubes and 1% by mass or more and 70% by mass or less of a conductive material other than carbon nanotubes;
A method for producing a conductive resin film for a current collector of a secondary battery, comprising extruding a molding material through a die into a conductive resin film for a current collector, and then cooling the film by sandwiching the film 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.
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