JP2023050126A - Polyolefin microporous film, laminate, and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
Polyolefin microporous film, laminate, and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023050126A JP2023050126A JP2022146456A JP2022146456A JP2023050126A JP 2023050126 A JP2023050126 A JP 2023050126A JP 2022146456 A JP2022146456 A JP 2022146456A JP 2022146456 A JP2022146456 A JP 2022146456A JP 2023050126 A JP2023050126 A JP 2023050126A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microporous membrane
- polyolefin microporous
- temperature
- formula
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
Description
本発明はポリオレフィン微多孔膜、積層体、及び非水電解液二次電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polyolefin microporous membrane, a laminate, and a non-aqueous electrolyte secondary battery.
熱可塑性樹脂微多孔膜は物質の分離膜、選択透過膜、及び隔離膜等として広く用いられている。熱可塑性樹脂微多孔膜の具体的な用途は、非水電解液二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル-水素電池、ニッケル-カドミウム電池、ポリマー電池等)用セパレータ、電気二重層コンデンサ用セパレータ、各種フィルター(逆浸透濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等)、透湿防水衣料、医療用材料、燃料電池用支持体などである。 Thermoplastic resin microporous membranes are widely used as material separation membranes, permselective membranes, isolation membranes, and the like. Specific uses of thermoplastic resin microporous membranes include separators for non-aqueous electrolyte secondary batteries (e.g., lithium-ion secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, polymer batteries, etc.), and electric double-layer capacitors. separators, various filters (reverse osmosis filtration membranes, ultrafiltration membranes, microfiltration membranes, etc.), moisture-permeable waterproof clothing, medical materials, fuel cell supports, and the like.
特にリチウムイオン二次電池用セパレータとして、ポリオレフィン微多孔膜が広く採用されている。その特徴として、電池の安全性、生産性に大きく寄与する機械的強度に優れることが挙げられる。また、ポリオレフィン微多孔膜は、電気絶縁性を担保しつつ、微細孔に浸透した電解液を通じたイオン透過性を併せ持ち、電池の外部/内部の異常反応時には120~150℃程度において自動的にイオンの透過を遮断する。自動的にイオンの透過を遮断することにより、ポリオレフィン微多孔膜は、過度の温度上昇を抑制する孔閉塞機能(シャットダウン特性)を備えている。 In particular, polyolefin microporous membranes are widely used as separators for lithium ion secondary batteries. It is characterized by excellent mechanical strength, which greatly contributes to battery safety and productivity. In addition, the polyolefin microporous membrane has both electrical insulation and ion permeability through the electrolyte that permeates the micropores. block the transmission of By automatically blocking the permeation of ions, the polyolefin microporous membrane has a pore blocking function (shutdown characteristic) that suppresses an excessive temperature rise.
また、孔閉塞機能(シャットダウン特性)が発現された後、さらに高温の状態が一定時間保持されると、孔閉塞後のポリオレフィン微多孔膜が溶融により部分的に流動して孔閉塞を維持できなくなりイオンを透過してしまう現象(メルトダウン)が見られる。このメルトダウンが起こる温度は高いほど好ましい。ポリオレフィン微多孔膜をセパレータとしてリチウムイオン二次電池に組み込む際には、メルトダウン耐性を向上させる、すなわちメルトダウン温度を高温化させるための耐熱性樹脂層を塗工する場合が多く見られるが、生産性向上の観点から高速での塗工性が重要になってきている。 In addition, if the high temperature state is maintained for a certain period of time after the pore blocking function (shutdown characteristic) is exhibited, the polyolefin microporous membrane after pore blocking will partially flow due to melting and the pore blocking will not be maintained. A phenomenon (meltdown) in which ions pass through is observed. The higher the temperature at which this meltdown occurs, the better. When incorporating a polyolefin microporous membrane as a separator into a lithium-ion secondary battery, it is often the case that a heat-resistant resin layer is applied to improve the meltdown resistance, that is, to raise the meltdown temperature. High-speed coatability is becoming important from the viewpoint of improving productivity.
高速の塗工でも塗膜を安定して乾燥させるためには乾燥温度の高温化が必要となるが、搬送張力がかかった状態での高温での塗工でもシワ等の外観不良等が生じない特性がポリオレフィン微多孔膜に益々求められるようになってきている。また、リチウムイオン二次電池の小型化や低コスト化の観点からは、耐熱性樹脂層が薄い構成でのメルトダウン温度を高く維持することも重要になってきている。 In order to dry the coating film stably even at high speed coating, a high drying temperature is required. Properties are becoming increasingly sought after in polyolefin microporous membranes. In addition, from the viewpoint of downsizing and cost reduction of lithium ion secondary batteries, it has become important to maintain a high meltdown temperature in a structure having a thin heat-resistant resin layer.
ポリオレフィン微多孔膜の高温での応力特性に関して、特許文献1には、熱機械分析測定における応力変異点の温度および応力ピーク値を特定の範囲とすることで、リチウムイオン二次電池の熱暴走を抑制する技術が提案されている。 Regarding the stress characteristics of polyolefin microporous membranes at high temperatures, Patent Document 1 discloses that by setting the temperature of the stress transition point and the stress peak value in a thermomechanical analysis measurement to specific ranges, thermal runaway of a lithium ion secondary battery can be prevented. Techniques for suppressing are proposed.
特許文献2には、熱機械分析測定における80℃での収縮応力を特定の範囲とすることで、リチウムイオン二次電池の安全性を向上する技術が提案されている。 Patent Literature 2 proposes a technique for improving the safety of lithium ion secondary batteries by setting the shrinkage stress at 80° C. in thermomechanical analysis measurement to a specific range.
また、特許文献3には、突刺強度と孔数等を特定の範囲とすることで、リチウムイオン二次電池の出力特性や耐異物性などを向上させる技術が提案されている。 Further, Patent Document 3 proposes a technique for improving the output characteristics, foreign matter resistance, etc. of a lithium ion secondary battery by setting the piercing strength, the number of holes, etc. within specific ranges.
特許文献1、2においては熱機械分析測定における応力に関する記載が見られ、特許文献3においては突刺強度と孔構造の関係に関する記載が見られるものの、いずれも高速での塗工性に対して十分に考慮された設計とはなっておらず、生産性とリチウムイオン二次電池特性の両立の観点で不十分であった。 Although Patent Documents 1 and 2 describe stress in thermomechanical analysis measurements, and Patent Document 3 describes the relationship between puncture strength and pore structure, both are sufficient for high-speed coating properties. It was not designed in consideration of the above, and was inadequate from the viewpoint of compatibility between productivity and lithium ion secondary battery characteristics.
本発明は、上記の欠点を解消し、高速での塗工性、ならびにリチウムイオン二次電池にした際の良好なレート特性、耐異物性を備えるポリオレフィン微多孔膜を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a polyolefin microporous membrane that eliminates the above drawbacks and has high-speed coatability, good rate characteristics when used as a lithium ion secondary battery, and foreign matter resistance. .
上記課題を解決するための本発明は、以下の構成を有する。
(1)10μm換算透気度が80秒/100cm3以上350秒/100cm3以下であり、下記式1及び下記式2を満たす、ポリオレフィン微多孔膜。
-0.3≦F1MD≦0.5・・・(式1)
0.7≦F2MD≦2.0・・・(式2)
式1又は式2中、
F1MDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味し、
F2MDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における最大収縮応力(MPa)を意味する。
(2)下記式3を満たす、(1)に記載のポリオレフィン微多孔膜。
-0.3≦F1TD≦0.3・・・(式3)
式3中、
F1TDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の幅方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味する。
(3)下記式4を満たす、(1)または(2)に記載のポリオレフィン微多孔膜。
0≦|F1MD-F1TD|≦0.15・・・(式4)
式4中、
F1MDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味し、
F1TDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の幅方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味する。
(4)昇温透気度法におけるシャットダウン温度が128℃以上143℃以下である、(1)~(3)のいずれか1つに記載のポリオレフィン微多孔膜。
(5)幅方向の破断伸度が100%以上180%以下である、(1)~(4)のいずれか1つに記載のポリオレフィン微多孔膜。
(6)GPC法により測定されるポリエチレンの分子量分布において、分子量10万以下のポリエチレン成分を10質量%以上含み、かつ分子量100万以上のポリエチレン成分を20質量%以上含む、(1)~(5)のいずれか1つに記載のポリオレフィン微多孔膜。
(7)(1)~(6)のいずれか1つに記載のポリオレフィン微多孔膜と耐熱性樹脂層を有する、積層体。
(8)(1)~(6)のいずれか1つに記載のポリオレフィン微多孔膜、または(7)に記載の積層体を備える、非水電解液二次電池。
The present invention for solving the above problems has the following configuration.
(1) A polyolefin microporous membrane having a 10 μm equivalent air permeability of 80 sec/100 cm 3 or more and 350 sec/100 cm 3 or less and satisfying Formulas 1 and 2 below.
−0.3≦F1MD≦0.5 (formula 1)
0.7≦F2MD≦2.0 (Formula 2)
In formula 1 or formula 2,
F1MD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermomechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement,
F2MD means the maximum shrinkage stress (MPa) in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane obtained by thermomechanical analysis (TMA), which is determined by temperature rising constant length measurement from 30°C to 250°C.
(2) The polyolefin microporous membrane according to (1), which satisfies Formula 3 below.
−0.3≦F1TD≦0.3 (Formula 3)
In formula 3,
F1TD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the width direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermo-mechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement.
(3) The polyolefin microporous membrane according to (1) or (2), which satisfies the following formula 4.
0≦|F1MD−F1TD|≦0.15 (Formula 4)
In formula 4,
F1MD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermomechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement,
F1TD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the width direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermo-mechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement.
(4) The polyolefin microporous membrane according to any one of (1) to (3), which has a shutdown temperature of 128° C. or more and 143° C. or less in the temperature-rising air permeability method.
(5) The polyolefin microporous membrane according to any one of (1) to (4), which has a breaking elongation in the width direction of 100% or more and 180% or less.
(6) The molecular weight distribution of polyethylene measured by the GPC method contains 10% by mass or more of a polyethylene component with a molecular weight of 100,000 or less and 20% by mass or more of a polyethylene component with a molecular weight of 1,000,000 or more, (1) to (5) ) The polyolefin microporous membrane according to any one of ).
(7) A laminate comprising the polyolefin microporous membrane according to any one of (1) to (6) and a heat-resistant resin layer.
(8) A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the polyolefin microporous membrane according to any one of (1) to (6) or the laminate according to (7).
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、塗布による機能向上を行う際の高速での塗工性を可能にするとともに、リチウムイオン二次電池にした際のレート特性や耐異物性が良好である。よって、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、生産コストを抑制しながら電池の小型化や耐衝撃性を良好とする効果を奏する。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention enables high-speed coating when improving functions by coating, and has good rate characteristics and foreign matter resistance when made into a lithium ion secondary battery. is. Therefore, the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention is effective in miniaturizing the battery and improving the impact resistance while suppressing the production cost.
以下、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜について詳細に説明する。本明細書において、ポリオレフィン微多孔膜を単に「微多孔膜」と称する場合がある。 Hereinafter, the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention will be described in detail. In this specification, the polyolefin microporous membrane may be simply referred to as "microporous membrane".
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、ポリオレフィン樹脂を主成分とする。ここで、ポリオレフィン樹脂を主成分とするとは、微多孔膜の全質量を100質量%とした際に、50質量%を超えて100質量%以下のポリオレフィン樹脂を含有することを意味する。 A polyolefin microporous membrane according to an embodiment of the present invention contains a polyolefin resin as a main component. Here, "mainly composed of a polyolefin resin" means that the microporous membrane contains more than 50% by mass and 100% by mass or less of the polyolefin resin when the total mass of the microporous membrane is 100% by mass.
ここで、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン樹脂としては、各種ポリエチレン樹脂や各種ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。 Here, as the polyolefin resin according to the embodiment of the present invention, various polyethylene resins, various polypropylene resins, and the like can be mentioned.
本発明の実施形態で用いるポリエチレン樹脂とは、ポリエチレン樹脂の重合体の全質量を100質量%とした際に、エチレン由来成分の合計含有量が50質量%を超えて100質量%以下である態様の重合体を意味する。 The polyethylene resin used in the embodiment of the present invention is an aspect in which the total content of ethylene-derived components exceeds 50% by mass and is 100% by mass or less when the total mass of the polymer of the polyethylene resin is 100% by mass. means a polymer of
また、本発明の実施形態で用いるポリプロピレン樹脂とは、ポリプロピレン樹脂の重合体の全質量を100質量%とした際に、プロピレン由来成分の合計含有量が50質量%を超えて100質量%以下である態様の重合体を意味する。 Further, the polypropylene resin used in the embodiment of the present invention means that the total content of propylene-derived components exceeds 50% by mass and is 100% by mass or less when the total mass of the polymer of the polypropylene resin is 100% by mass. A polymer of one aspect is meant.
本発明の実施形態で用いるポリエチレン樹脂は、エチレンのみからなるホモポリマー、またはプロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-へキセン、3-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ペンテン、3-エチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-へキセン、4,4-ジメチル-1-ヘキセン、4,4-ジメチル-1-ペンテン、4-エチル-1-へキセン、3-エチル-1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン、1-エイコセン等などの鎖状オレフィン(α-オレフィン)が共重合されたコポリマーなどが挙げられる。 The polyethylene resin used in the embodiment of the present invention is a homopolymer consisting only of ethylene, or propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 3-methyl-1-butene, 3-methyl-1-pentene, 3-ethyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-hexene, 4,4-dimethyl-1-hexene, 4,4-dimethyl-1-pentene, 4-ethyl-1 - Chain olefins (α-olefins) such as hexene, 3-ethyl-1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene, 1-octadecene, 1-eicosene, etc. A copolymer obtained by copolymerizing is exemplified.
本発明の実施形態で用いるポリプロピレン樹脂は、プロピレンのみからなるホモポリマー、またはエチレン-プロピレン共重合体、エチレン-プロピレン-ブテン共重合体、プロピレン-ブテン共重合体などが挙げられる。ポリプロピレン系樹脂の添加量はポリオレフィン微多孔膜全質量に対し、5質量%未満であることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましい。上記範囲とすることで、耐異物性に優れたポリオレフィン微多孔膜となる。 The polypropylene resin used in the embodiment of the present invention includes a homopolymer consisting only of propylene, an ethylene-propylene copolymer, an ethylene-propylene-butene copolymer, a propylene-butene copolymer, and the like. The addition amount of the polypropylene-based resin is more preferably less than 5% by mass, more preferably 3% by mass or less, relative to the total mass of the polyolefin microporous membrane. By setting it as the said range, it becomes the polyolefin microporous membrane excellent in foreign material resistance.
また、本発明の実施形態で用いるポリオレフィン樹脂は、単一物、または2種類以上の異なるポリオレフィン樹脂の混合物のいずれであってもよい。 Moreover, the polyolefin resin used in the embodiment of the present invention may be either a single substance or a mixture of two or more different polyolefin resins.
これらの各種ポリオレフィン樹脂のなかでも、優れた孔閉塞性能の観点からポリエチレン樹脂が特に好ましい。ポリエチレン樹脂の融点(軟化点)は微多孔膜の孔閉塞性能の観点から70~150℃が好ましい。 Among these various polyolefin resins, polyethylene resins are particularly preferable from the viewpoint of excellent pore blocking performance. The melting point (softening point) of the polyethylene resin is preferably 70 to 150° C. from the viewpoint of pore blocking performance of the microporous membrane.
以下、本発明の実施形態で用いるポリオレフィン樹脂としてポリエチレン樹脂を例に詳述する。本発明での実施形態に用いられるポリエチレン樹脂の種類としては、密度が0.94g/cm3を越えるような高密度ポリエチレン、密度が0.93~0.94g/cm3の範囲の中密度ポリエチレン、密度が0.93g/cm3より低い低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、特定の分子量を有する超高分子量ポリエチレン等が挙げられるが、後述するポリオレフィン微多孔膜の内部の孔構造を所望の範囲に制御する観点からは、微多孔膜の全質量を100質量%とした際に、超高分子量ポリエチレンを主成分とする構成が好ましい。 Hereinafter, polyethylene resin will be described in detail as an example of the polyolefin resin used in the embodiments of the present invention. The types of polyethylene resins used in embodiments of the present invention include high-density polyethylene having a density exceeding 0.94 g/cm 3 and medium-density polyethylene having a density in the range of 0.93 to 0.94 g/cm 3 . , low-density polyethylene with a density lower than 0.93 g/cm 3 , linear low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene having a specific molecular weight, etc., but the pore structure inside the polyolefin microporous membrane described later is desired. From the viewpoint of controlling the content within the range of , a configuration containing ultra-high molecular weight polyethylene as a main component is preferable when the total mass of the microporous membrane is 100% by mass.
本発明の実施形態に用いられる超高分子量ポリエチレンは、重量平均分子量が1.0×106以上、1.0×107以下が好ましい。重量平均分子量が1.0×106以上の超高分子量ポリエチレンを用いることで、分子鎖の絡み合いが増加し、ポリオレフィン樹脂シートを延伸して微多孔膜を作製する際にシートに均一に応力が負荷される。そのため、開孔促進により透過性を向上させたり、微多孔膜を構成するフィブリルの配向促進により突刺強度を向上させたりすることができる。 The ultra-high molecular weight polyethylene used in the embodiment of the present invention preferably has a weight average molecular weight of 1.0×10 6 or more and 1.0×10 7 or less. By using ultra-high molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight of 1.0×10 6 or more, the entanglement of molecular chains increases, and when a polyolefin resin sheet is stretched to produce a microporous film, stress is applied uniformly to the sheet. loaded. Therefore, it is possible to improve permeability by promoting pore opening, and to improve puncture resistance by promoting orientation of fibrils constituting the microporous membrane.
そのため、超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量は、好ましくは1.0×106以上であり、より好ましくは1.5×106以上であり、さらに好ましくは2.0×106以上であり、特に好ましくは3.0×106以上である。また、重量平均分子量(Mw)の上限としては、ポリオレフィン樹脂の原料を押出機から押し出す際の安定性の観点から、好ましくは4.0×106以下であり、より好ましくは1.8×106以下である。 Therefore, the weight average molecular weight of the ultra-high molecular weight polyethylene is preferably 1.0×10 6 or more, more preferably 1.5×10 6 or more, still more preferably 2.0×10 6 or more, Particularly preferably, it is 3.0×10 6 or more. The upper limit of the weight-average molecular weight (Mw) is preferably 4.0×10 6 or less, more preferably 1.8×10, from the viewpoint of stability when extruding the polyolefin resin raw material from an extruder. 6 or less.
本発明の実施形態に用いられる超高分子量ポリエチレンは、示差走査熱量測定(DSC)で求めた融点が135℃以上であることが好ましい。融点と結晶性の相関は一般的に知られており、超高分子量ポリエチレンの融点が高いことは超高分子量ポリエチレンの結晶性が高いことを意味する。超高分子量ポリエチレンの融点を135℃以上とすることで、ポリオレフィン微多孔膜の透過性と、120℃の収縮応力のバランスを改善することが可能となる。また、ポリオレフィン樹脂シートを延伸して微多孔膜を作製する際の延伸性を良好とする観点からは、超高分子量ポリエチレンの融点は138℃以下であることが好ましい。 The ultra-high molecular weight polyethylene used in the embodiment of the present invention preferably has a melting point of 135° C. or higher as determined by differential scanning calorimetry (DSC). The correlation between melting point and crystallinity is generally known, and a high melting point of ultrahigh molecular weight polyethylene means high crystallinity of ultrahigh molecular weight polyethylene. By setting the melting point of the ultra-high molecular weight polyethylene to 135°C or higher, it is possible to improve the balance between the permeability of the polyolefin microporous membrane and the shrinkage stress at 120°C. In addition, from the viewpoint of improving stretchability when a polyolefin resin sheet is stretched to produce a microporous film, the melting point of ultra-high molecular weight polyethylene is preferably 138° C. or less.
本発明の実施形態に用いられる超高分子量ポリエチレンは、示差走査熱量測定(DSC)から求めたDSCカーブにおいて、全融解熱量ΔHallのうち130℃以下の融解熱量ΔH130の割合(=ΔH130/ΔHall)が45%以下であることが好ましい。ΔH130/ΔHallを45%以下にすることで、130℃以下で融解する結晶成分を低減し、高温での寸法安定性向上が可能となる。また、ポリオレフィン樹脂シートを延伸して微多孔膜を作製する際の延伸性を良好とする観点からは、超高分子量ポリエチレンのΔH130/ΔHallは10%以上が好ましい。 The ultra-high molecular weight polyethylene used in the embodiment of the present invention has a ratio of the heat of fusion ΔH 130 at 130 ° C. or less out of the total heat of fusion ΔH all in the DSC curve obtained from differential scanning calorimetry (DSC) (= ΔH 130 / ΔH all ) is preferably 45% or less. By setting ΔH 130 /ΔH all to 45% or less, it is possible to reduce crystal components that melt at 130° C. or less and improve dimensional stability at high temperatures. Moreover, from the viewpoint of improving the stretchability when a polyolefin resin sheet is stretched to produce a microporous membrane, the ΔH 130 /ΔH all of the ultra-high molecular weight polyethylene is preferably 10% or more.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、微多孔膜の全質量を100質量%とした際に、超高分子量ポリエチレンを主成分とする構成が好ましいが、品位の観点からは高密度ポリエチレンを含んでもよい。本発明の実施形態に用いられる高密度ポリエチレンは、重量平均分子量(Mw)が1.0×104以上1.0×106以下であることが好ましい。重量平均分子量が上記の範囲内の高密度ポリエチレンを本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜に適用することで、押出機内の樹脂の圧力変動が起きづらくなり、品位を良好にできる場合がある。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention preferably has a configuration mainly composed of ultrahigh molecular weight polyethylene when the total mass of the microporous membrane is 100% by mass, but from the viewpoint of quality, high density polyethylene may include The high density polyethylene used in the embodiment of the present invention preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 1.0×10 4 or more and 1.0×10 6 or less. By applying high-density polyethylene having a weight-average molecular weight within the above range to the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, the pressure fluctuation of the resin in the extruder is less likely to occur, and the quality may be improved. .
その他、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜には、本発明の効果を損なわない範囲において、酸化防止剤、熱安定剤や帯電防止剤、紫外線吸収剤、さらにはブロッキング防止剤や充填材等の各種添加剤を含有させてもよい。特に、ポリオレフィン樹脂の熱履歴による酸化劣化を抑制する目的で、酸化防止剤を添加することが好ましい。 In addition, the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention may contain an antioxidant, a heat stabilizer, an antistatic agent, an ultraviolet absorber, an antiblocking agent, and a filler within the range that does not impair the effects of the present invention. You may contain various additives, such as. In particular, it is preferable to add an antioxidant for the purpose of suppressing oxidative deterioration due to heat history of the polyolefin resin.
酸化防止剤としては、例えば、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT:分子量220.4)、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス[メチレン-3(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン等から選ばれる1種類以上を用いることが好ましい。 Examples of antioxidants include 2,6-di-t-butyl-p-cresol (BHT: molecular weight 220.4), 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris(3,5- It is preferable to use one or more selected from di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene, tetrakis[methylene-3(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane and the like.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、10μm換算透気度が80秒/100cm3以上350秒/100cm3以下であることが重要である。ここで、10μm換算透気度とは、JIS P8117(2009)に準拠して王研式透気度計で25℃雰囲気下にて透気度(秒/100cm3)を求めた後、10μm/T1(μm)を乗算して10μmあたりに換算した透気度を指す。 It is important that the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention has a 10 μm equivalent air permeability of 80 sec/100 cm 3 or more and 350 sec/100 cm 3 or less. Here , the 10 μm equivalent air permeability is 10 μm/ Refers to air permeability converted per 10 μm by multiplying T1 (μm).
ここで、T1(μm)とは、ポリオレフィン微多孔膜の50mm×50mm角の範囲内を接触厚み計で測定した5点の厚みの平均値を指す。ポリオレフィン微多孔膜の10μm換算透気度が350秒/100cm3を超えると、ポリオレフィン微多孔膜をリチウムイオン二次電池にした際のリチウムイオンの透過性が不十分となり、レート特性が不十分となる場合がある。また、ポリオレフィン微多孔膜の10μm換算透気度を80秒/100cm3未満とすると、耐電圧特性が不十分となったり、突刺強度など他の特性との両立が困難となったりする場合がある。 Here, T1 (μm) refers to the average value of the thickness of five points measured within a 50 mm×50 mm square range of the polyolefin microporous membrane with a contact thickness meter. When the 10 μm equivalent air permeability of the polyolefin microporous membrane exceeds 350 seconds/100 cm 3 , the lithium ion permeability becomes insufficient when the polyolefin microporous membrane is used as a lithium ion secondary battery, and the rate characteristics are insufficient. may become. In addition, if the 10 μm equivalent air permeability of the polyolefin microporous membrane is less than 80 seconds/100 cm 3 , the withstand voltage characteristics may be insufficient, or it may be difficult to achieve compatibility with other characteristics such as puncture strength. .
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、長手方向における120℃の収縮応力をF1MD(MPa)とした際に、下記(式1)を満たすことが重要である。 It is important that the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention satisfies the following (Equation 1) when the shrinkage stress at 120° C. in the longitudinal direction is F1MD (MPa).
-0.3≦F1MD≦0.5・・・(式1) −0.3≦F1MD≦0.5 (formula 1)
ここで120℃の収縮応力とは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で連続的に収縮力を求め、120℃における収縮力を測定初期のサンプルの断面積で除算して応力に換算した値とする。 Here, the shrinkage stress at 120°C refers to the cross-sectional area of the sample at the initial stage of measuring the shrinkage force at 120°C by continuously measuring the shrinkage force by measuring the temperature at a constant length from 30°C to 250°C in thermomechanical analysis (TMA). It is a value converted to stress by dividing by .
リチウムイオン二次電池用セパレータとしてポリオレフィン微多孔膜が好ましく用いられる理由の一つに、電池の外部/内部の異常反応時には120~150℃程度において自動的にイオンの透過を遮断する孔閉塞機能、すなわちシャットダウン機能を有することが挙げられる。ポリオレフィン微多孔膜への耐熱性樹脂層などの塗工の際には、高速塗工の観点からは乾燥温度は高いほど好ましい。しかしながら、塗工工程においてシャットダウン機能が発現し孔を閉塞させてしまうとリチウムイオンの透過性が低下し、リチウムイオン二次電池とした際のレート特性などが不十分になることから、乾燥温度の上限は120℃程度となる。そのため、塗工工程等の搬送方向である長手方向において、120℃での収縮応力が重要となる。 One of the reasons why polyolefin microporous membranes are preferably used as separators for lithium-ion secondary batteries is that they have a pore-blocking function that automatically blocks ion permeation at about 120 to 150 ° C. in the event of an abnormal reaction inside or outside the battery. That is, it has a shutdown function. When coating a heat-resistant resin layer or the like on a polyolefin microporous membrane, the drying temperature is preferably as high as possible from the viewpoint of high-speed coating. However, if the shutdown function is manifested in the coating process and the pores are blocked, the permeability of lithium ions will decrease, and the rate characteristics etc. when making it into a lithium ion secondary battery will become insufficient. The upper limit is about 120°C. Therefore, the shrinkage stress at 120° C. is important in the longitudinal direction, which is the transport direction in the coating process or the like.
ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における120℃の収縮応力F1MDが0.5MPaを超えると、高速塗工時の高温乾燥における収縮応力が大きくなりすぎるため、塗工後の積層体にシワが入ったり塗膜にクラックが生じて外観不良や積層体構成でのメルトダウン温度が低下したりする場合がある。また、また、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における120℃の収縮応力F1MDが-0.3MPa未満であると、高速塗工時の高温乾燥において搬送張力に耐え切れず長手方向に不均一な変形が起こり、塗工後の積層体の部分的な厚みムラによりメルトダウン温度が低下したりする場合がある。 If the shrinkage stress F1MD at 120°C in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane exceeds 0.5 MPa, the shrinkage stress in high-temperature drying during high-speed coating becomes too large, and wrinkles may appear in the laminate after coating. Cracks may occur in the film, resulting in a poor appearance or a decrease in the meltdown temperature in the laminate structure. In addition, if the shrinkage stress F1MD at 120°C in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane is less than -0.3 MPa, it cannot withstand the conveying tension during high-temperature drying during high-speed coating, causing uneven deformation in the longitudinal direction. The meltdown temperature may decrease due to partial thickness unevenness of the laminated body after coating.
ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における120℃の収縮応力F1MDは、積層体の外観をより良化させたり、メルトダウン耐性を良好とする観点から、0.4MPa以下が好ましく、0.3MPa以下がより好ましい。また、F1MDは、高温乾燥における塗工後の積層体の部分的な厚みムラを抑制し、メルトダウン耐性を良好にする観点から、-0.1MPa以上が好ましく、0MPa以上がより好ましい。 The shrinkage stress F1MD at 120°C in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane is preferably 0.4 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or less, from the viewpoint of improving the appearance of the laminate and improving the meltdown resistance. preferable. In addition, F1MD is preferably -0.1 MPa or more, more preferably 0 MPa or more, from the viewpoint of suppressing partial thickness unevenness of the coated laminate in high-temperature drying and improving meltdown resistance.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、長手方向における最大収縮応力をF2MD(MPa)とした際に、下記(式2)を満たすことが重要である。 It is important that the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention satisfies the following (formula 2), where F2MD (MPa) is the maximum shrinkage stress in the longitudinal direction.
0.7≦F2MD≦2.0・・・(式2) 0.7≦F2MD≦2.0 (Formula 2)
ここで最大収縮応力とは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で連続的に収縮力を求め、30℃から250℃における収縮力の最大値を測定初期のサンプルの断面積で除算して応力に換算した値とする。 Here, the maximum shrinkage stress is defined as the shrinkage force measured continuously from 30°C to 250°C by thermomechanical analysis (TMA), and the maximum shrinkage force at 30°C to 250°C. It is a value converted to stress by dividing by the cross-sectional area of the sample.
ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における最大収縮応力F2MDが2.0MPaを超えると、高温状態で維持された際に収縮応力が耐熱性樹脂層の塗膜に伝播し、塗膜にクラックが生じて積層体でのメルトダウン温度が低下する場合がある。また、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における最大収縮応力F2MDが0.7MPa未満であると、突刺強度が低下して耐異物性が不十分となる場合がある。 When the maximum shrinkage stress F2MD in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane exceeds 2.0 MPa, the shrinkage stress propagates to the coating film of the heat-resistant resin layer when maintained at a high temperature, and cracks occur in the coating film, resulting in lamination. Meltdown temperature in the body may decrease. Further, if the maximum shrinkage stress F2MD in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane is less than 0.7 MPa, the pin puncture strength may decrease, resulting in insufficient foreign matter resistance.
ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における最大収縮応力F2MDは、積層体構成でのメルトダウン耐性を良好とする観点から、1.7MPa以下が好ましく、1.5MPa以下がより好ましい。また、F2MDは、耐異物性を良好とする観点から、0.8MPa以上が好ましく、0.9MPa以上がより好ましい。 The maximum shrinkage stress F2MD in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane is preferably 1.7 MPa or less, more preferably 1.5 MPa or less, from the viewpoint of improving the meltdown resistance in the laminate structure. Moreover, F2MD is preferably 0.8 MPa or more, more preferably 0.9 MPa or more, from the viewpoint of good foreign matter resistance.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜において、10μm換算透気度や長手方向における120℃の収縮応力F1MD、長手方向における最大収縮応力F2MDをそれぞれ単独で本願範囲内に設計すること自体は特段の困難を伴わない。例えば10μm換算透気度は原料組成(最終的に洗浄除去する可塑剤の濃度)や製造条件(熱固定温度)の調整により空孔率や孔径を特定範囲とする方法、F1MDやF2MDにおいては原料組成(ポリオレフィンの種類や分子量や樹脂添加量)や製造条件(熱固定温度や延伸後の緩和率)の調整により特定範囲とする方法により、本願範囲内に設計することは可能である。 In the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, the 10 μm equivalent air permeability, the shrinkage stress F1MD at 120° C. in the longitudinal direction, and the maximum shrinkage stress F2MD in the longitudinal direction are individually designed within the scope of the present application. without difficulty. For example, the 10 μm equivalent air permeability is obtained by adjusting the raw material composition (concentration of plasticizer to be finally washed and removed) and manufacturing conditions (heat setting temperature) to set the porosity and pore diameter to a specific range. It is possible to design within the range of the present application by adjusting the composition (type and molecular weight of polyolefin, amount of resin added) and manufacturing conditions (heat setting temperature and relaxation rate after stretching) to obtain a specific range.
ただし、F1MDやF2MDを特定値より低く設計するため熱固定温度を高く設定すると、空孔率が低くなるため10μm換算透気度が大きくなってしまい上記範囲外になったりする。また、F2MDを特定値より高くも設計するため原料に超高分子量ポリエチレンを選定して分子量を高く設計した場合に、F1MDも連動して高くなってしまい上記範囲外になってしまったりする。このように、10μm換算透気度、F1MD、F2MDのすべてを本願範囲内で両立させることは容易ではない。 However, if the heat setting temperature is set high in order to design the F1MD and F2MD to be lower than the specific values, the porosity will be low and the 10 μm equivalent air permeability will be large and will be outside the above range. In addition, when ultra-high molecular weight polyethylene is selected as a raw material to design F2MD to be higher than a specific value and the molecular weight is designed to be high, F1MD is also increased and falls outside the above range. Thus, it is not easy to achieve all of the 10 μm equivalent air permeability, F1MD, and F2MD within the scope of the present application.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜において、10μm換算透気度、F1MD、F2MDのすべてを本願範囲内に調整して両立する方法としては、例えば下記の方法などが挙げられる。すなわち、ポリプロピレン系樹脂の添加量はポリオレフィン微多孔膜全質量に対し、5質量%未満とし、重量平均分子量が1.0×106以上1.8×106以下、融点が135℃以上138℃以下、示差走査熱量測定(DSC)から求めたDSCカーブにおいて全融解熱量ΔHallのうち130℃以下の融解熱量ΔH130の割合(=ΔH130/ΔHall)が45%以下である特定の超高分子量ポリエチレンを主成分とした組成を原料組成とする。そして、当該原料組成に対して、最終面倍を60倍以上とし、かつ熱固定工程の後に連続的に80℃以上120℃以下の複数のロールに2秒以上接触させながらロール周速差で長手方向に0.1%以上4%以下緩和させる方法などが挙げられる。 In the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, the following method may be mentioned as a method for adjusting all of the 10 μm equivalent air permeability, F1MD, and F2MD within the scope of the present application. That is, the amount of polypropylene resin added is less than 5% by mass with respect to the total mass of the polyolefin microporous membrane, the weight average molecular weight is 1.0 × 10 6 or more and 1.8 × 10 6 or less, and the melting point is 135 ° C. or more and 138 ° C. Hereinafter, in the DSC curve obtained from differential scanning calorimetry (DSC ) , the ratio of the heat of fusion ΔH 130 at 130 ° C. or less (= ΔH 130 / ΔH all ) of the total heat of fusion ΔH all is 45% or less. A composition containing molecular weight polyethylene as a main component is used as a raw material composition. Then, with respect to the raw material composition, the final surface magnification is 60 times or more, and after the heat setting step, it is continuously brought into contact with a plurality of rolls at 80 ° C. or more and 120 ° C. or less for 2 seconds or more, and the roll peripheral speed difference is used. For example, a method of relaxing in the direction by 0.1% or more and 4% or less.
特に、F1MDが0.5MPa以下とF2MDが0.7MPa以上を両立するには、特定の重量平均分子量かつ高結晶性の超高分子量ポリエチレンを主成分とすることで高配向特性と高温領域での緩和応答性を両立させた構造が設計可能な原料組成としつつ、さらに当該原料組成に対して、80℃以上120℃以下の特定条件で長手方向に緩和させることで達成が可能となる。 In particular, in order to achieve both an F1MD of 0.5 MPa or less and an F2MD of 0.7 MPa or more, a specific weight-average molecular weight and highly crystalline ultra-high molecular weight polyethylene are used as the main component to achieve high orientation characteristics and high temperature regions. This can be achieved by providing a raw material composition that allows designing a structure that satisfies both relaxation responsiveness and relaxing the raw material composition in the longitudinal direction under a specific condition of 80° C. or higher and 120° C. or lower.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、高速塗工時の端部カールを抑制し加工性を良好とする観点から、幅方向における120℃の収縮応力をF1TD(MPa)とした際に、下記(式3)を満たすことが好ましい。 In the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, from the viewpoint of suppressing edge curling during high-speed coating and improving workability, when the shrinkage stress at 120 ° C. in the width direction is F1TD (MPa) , preferably satisfies the following (formula 3).
-0.3≦F1TD≦0.3・・・(式3) −0.3≦F1TD≦0.3 (Formula 3)
F1TDを(式3)の範囲とする方法としては、熱固定工程において熱固定温度とリラックス率を調整して幅方向の残留歪みを緩和させる方法などが挙げられる。高速塗工時の端部カールを抑制する観点からは、F1TDは0.15MPa以下がより好ましく、0.13MPa以下が特に好ましい。 As a method for setting F1TD within the range of (Formula 3), there is a method of adjusting the heat setting temperature and the relaxation rate in the heat setting step to relax the residual strain in the width direction. From the viewpoint of suppressing edge curling during high-speed coating, F1TD is more preferably 0.15 MPa or less, and particularly preferably 0.13 MPa or less.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池の製造工程における低湿環境においてカールを抑制する観点から、下記(式4)を満たすことが好ましい。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention preferably satisfies the following (Formula 4) from the viewpoint of suppressing curling in a low-humidity environment in the manufacturing process of a lithium ion secondary battery.
0≦|F1MD-F1TD|≦0.15・・・(式4) 0≦|F1MD−F1TD|≦0.15 (Formula 4)
低湿環境においては水分量の変化の影響等が組み合わさることで通常の湿度環境と比べてカールが生じやすいことが知られており、カール抑制の観点からは長手方向と幅方向の収縮応力差が小さいほど好ましい。室温での収縮応力測定では長手方向と幅方向でほとんど差が見られない微多孔膜の場合も、120℃のような高温での収縮応力測定により長手方向と幅方向の応力差を増幅させて把握することが可能となり、低湿環境での耐カール性の推定が可能となる。 It is known that curling is more likely to occur in a low-humidity environment than in a normal humidity environment due to the combination of the effects of changes in the amount of moisture. Smaller is better. Even in the case of a microporous membrane, where shrinkage stress measurement at room temperature shows almost no difference between the longitudinal and width directions, the shrinkage stress measurement at a high temperature such as 120°C amplifies the stress difference between the longitudinal and width directions. Therefore, it is possible to estimate the curl resistance in a low-humidity environment.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、低湿環境での耐カール性を良好とする観点から、|F1MD-F1TD|が0.1MPa以下であることがより好ましく、0.05MPa以下であることが特に好ましい。 In the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, |F1MD-F1TD| is more preferably 0.1 MPa or less, more preferably 0.05 MPa or less, from the viewpoint of improving curl resistance in a low-humidity environment. is particularly preferred.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜において|F1MD-F1TD|を(式4)の範囲とする方法としては、延伸後や緩和処理後の歪み変化を微多孔膜全体に十分に伝播させる方法などが挙げられる。 As a method for making |F1MD-F1TD| within the range of (Equation 4) in the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, a method of sufficiently propagating the strain change after stretching or after relaxation treatment to the entire microporous membrane. etc.
具体的には、幅方向への乾式延伸工程の後、および熱固定工程(幅方向への緩和)の後の両方に倍率が変化しない直線区間L1、L2を配置し、L1を通過する時間T1に対してL2の長さを通過する時間T2の比を1.3倍以上6倍以下として幅方向の収縮応力を低減させるとともに、熱固定工程の後に連続的に80℃以上120℃以下の複数のロールに2秒以上接触させながらロール周速差で長手方向に0.1%以上4%以下緩和させ、長手方向の収縮応力を低減させる方法などが挙げられる。 Specifically, after the dry stretching step in the width direction and after the heat setting step (relaxation in the width direction), straight sections L1 and L2 are arranged in which the magnification does not change, and the time T1 for passing through L1 is set. The ratio of the time T2 to pass through the length of L2 is set to 1.3 times or more and 6 times or less to reduce the shrinkage stress in the width direction, and after the heat setting process, a plurality of temperatures of 80 ° C. or more and 120 ° C. or less The shrinkage stress in the longitudinal direction is reduced by 0.1% or more and 4% or less in the longitudinal direction due to the roll peripheral speed difference while contacting the roll for 2 seconds or longer.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池のセパレータとして用いた際の電池安全性を良好とする観点から、昇温透気度法におけるシャットダウン温度が143℃以下であることが好ましい。電池安全性をより良好とする観点からは、昇温透気度法におけるシャットダウン温度は141℃以下がより好ましく、138℃以下が特に好ましい。また、120℃の収縮応力であるF1MDやF1TDを所望の範囲としつつ、耐異物性を良好とする観点からは、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜の昇温透気度法におけるシャットダウン温度は128℃以上が好ましく、135℃以上がより好ましい。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention has a shutdown temperature of 143 ° C. or less in the temperature-rising air permeability method from the viewpoint of improving battery safety when used as a separator of a lithium ion secondary battery. is preferred. From the viewpoint of better battery safety, the shutdown temperature in the temperature-rising air permeability method is more preferably 141° C. or lower, and particularly preferably 138° C. or lower. In addition, from the viewpoint of improving foreign matter resistance while keeping F1MD and F1TD, which are shrinkage stresses at 120 ° C., within the desired range, shutdown in the temperature-rising air permeability method of the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention The temperature is preferably 128°C or higher, more preferably 135°C or higher.
シャットダウン温度を低温化する技術自体はこれまで種々提案されているものの、F1MD、F1TD、F2MDを(式1)~(式4)の範囲とするため、高結晶性の超高分子量ポリエチレンを主成分とした組成を原料組成とし、さらに長手方向、幅方向とも加熱しながら緩和処理を十分に行って結晶化を十分進行させた構造としながらシャットダウン温度をさらに低温化することは容易ではない。 Various techniques for lowering the shutdown temperature have been proposed so far. It is not easy to further lower the shutdown temperature while forming a structure in which the composition is used as the raw material composition and the relaxation treatment is sufficiently performed while heating in both the longitudinal direction and the width direction to sufficiently progress crystallization.
F1MD、F1TD、F2MDを(式1)~(式4)の範囲としながら、さらにシャットダウン温度を143℃以下とする方法としては、重量平均分子量が1.0×106以上1.8×106以下、融点135℃以上138℃以下、示差走査熱量測定(DSC)から求めたDSCカーブにおいて全融解熱量ΔHallのうち130℃以下までの融解熱量ΔH130の割合(=ΔH130/ΔHall)が45%以下である超高分子量ポリエチレンを主成分としながら後述する特定の高密度ポリエチレンを含有させた組成を得て、さらに後述する特定の構造のスクリューを有する二軸押出機で混練する方法などが挙げられる。 As a method of setting F1MD, F1TD, and F2MD within the range of (Formula 1) to (Formula 4) and further setting the shutdown temperature to 143°C or less, the weight average molecular weight is 1.0 × 10 6 or more and 1.8 × 10 6 Hereinafter, the ratio of the heat of fusion ΔH 130 up to 130° C. or less out of the total heat of fusion ΔH all in the DSC curve obtained from the melting point 135° C. or higher and 138° C. or lower (=ΔH 130 /ΔH all ) is A method of obtaining a composition containing ultra-high molecular weight polyethylene of 45% or less as a main component and containing specific high-density polyethylene described later, and further kneading with a twin-screw extruder having a screw with a specific structure described later. mentioned.
前記、特定の高密度ポリエチレンとしては、具体的には融点が130℃以上135℃以下、重量平均分子量が3.0×103以上1.5×105以下、かつ示差走査熱量測定(DSC)から求めたDSCカーブにおいて全融解熱量ΔHallが200J/g以上250J/g以下、半値幅が4.0℃以上6.0℃以下の高密度ポリエチレンが挙げられる。 Specifically, the specific high density polyethylene has a melting point of 130° C. or higher and 135° C. or lower, a weight average molecular weight of 3.0×10 3 or higher and 1.5×10 5 or lower, and differential scanning calorimetry (DSC). A high-density polyethylene having a total heat of fusion ΔH all of 200 J/g or more and 250 J/g or less and a half width of 4.0° C. or more and 6.0° C. or less in the DSC curve obtained from .
また、前記、特定の構造のスクリューとしては、スクリューの最外径をDとした際に、スクリューの先端とベント孔の距離が1.0D以上15.0D以下であり、かつその間に原料搬送方向の長さが0.2D以上0.9D以下であるスクリューピースを少なくとも1個以上使用し、かつ原料搬送方向の長さが1.5D以上であるスクリューピースを2個以上使用しない構造のスクリューが挙げられる。 Further, as the screw having the specific structure, the distance between the tip of the screw and the vent hole is 1.0D or more and 15.0D or less, where D is the outermost diameter of the screw. A screw with a structure that uses at least one screw piece with a length of 0.2D or more and 0.9D or less and does not use two or more screw pieces with a length of 1.5D or more in the raw material conveying direction mentioned.
特定の融点や結晶性を有する超高分子量ポリエチレンと特定の融点や結晶性を有する高密度ポリエチレン含有する樹脂組成物を、混練能力の高い特定の構成のスクリューを有する押出機でシート化後に延伸することで、(式1)~(式4)の範囲を満たしながら、昇温透気度法でのシャットダウン温度を143℃以下にすることが可能となる。 A resin composition containing ultra-high molecular weight polyethylene with a specific melting point and crystallinity and high-density polyethylene with a specific melting point and crystallinity is stretched after forming into a sheet with an extruder having a screw with a specific configuration with high kneading ability. As a result, the shutdown temperature in the temperature-rising air permeability method can be set to 143° C. or lower while satisfying the ranges of (Equation 1) to (Equation 4).
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池のセパレータとして用いた際の耐異物性を良好とする観点から、幅方向の破断伸度が100%以上であることが好ましく、より好ましくは110%以上、特に好ましくは120%以上である。また、F1MDやF2MD、F1TDを(式1)~(式4)の範囲に設計しやすくする観点からは、幅方向の破断伸度は180%以下が好ましい。幅方向の破断伸度を特定範囲とする方法としては、超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量や幅方向の湿式延伸倍率、乾式延伸倍率、リラックス率などを適宜調整する方法などが挙げられる。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention preferably has a breaking elongation of 100% or more in the width direction from the viewpoint of improving foreign matter resistance when used as a separator of a lithium ion secondary battery. , more preferably 110% or more, particularly preferably 120% or more. From the viewpoint of facilitating designing F1MD, F2MD, and F1TD within the range of (Formula 1) to (Formula 4), the breaking elongation in the width direction is preferably 180% or less. Examples of the method for setting the breaking elongation in the width direction within a specific range include a method of appropriately adjusting the weight average molecular weight of ultra-high molecular weight polyethylene, the wet draw ratio in the width direction, the dry draw ratio, the relaxation rate, and the like.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、F1MD、F2MD、F1TDや昇温透気度法でのシャットダウン温度を所望の範囲に設計しやすくする観点から、GPC法により測定されるポリエチレンの分子量分布において、分子量10万以下のポリエチレン成分を10質量%以上含み、かつ分子量100万以上のポリエチレン成分を20質量%以上含む構成が好ましい。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention has the molecular weight of polyethylene measured by the GPC method from the viewpoint of facilitating designing the shutdown temperature in the desired range in F1MD, F2MD, F1TD, and the temperature-rising air permeability method. The distribution preferably contains 10% by mass or more of a polyethylene component with a molecular weight of 100,000 or less and 20% by mass or more of a polyethylene component with a molecular weight of 1,000,000 or more.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜において、GPC法により測定されるポリエチレンの分子量分布の分子量10万以下のポリエチレン成分や分子量100万以上のポリエチレン成分を特定範囲とする方法としては、重量平均分子量が1.0×106以上1.8×106以下の超高分子量ポリエチレンと重量平均分子量が3.0×103以上1.5×105以下の高密度ポリエチレンを含む組成を原料組成とし、超高分子量ポリエチレンと高密度ポリエチレンの比率や酸化防止剤濃度、可塑剤濃度等を適宜調整する方法が挙げられる。 In the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention, as a method of making the polyethylene component with a molecular weight of 100,000 or less or the polyethylene component with a molecular weight of 1,000,000 or more in the molecular weight distribution of polyethylene measured by the GPC method a specific range, weight average A composition containing ultra high molecular weight polyethylene having a molecular weight of 1.0×10 6 or more and 1.8×10 6 or less and high density polyethylene having a weight average molecular weight of 3.0×10 3 or more and 1.5×10 5 or less is used as a raw material composition. and a method of appropriately adjusting the ratio of ultra-high molecular weight polyethylene and high density polyethylene, antioxidant concentration, plasticizer concentration, and the like.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池に搭載した際のメルトダウン耐性を向上させる観点から、耐熱性樹脂層を有する積層体としてもよい。耐熱性樹脂層としては、各種フッ素樹脂、アクリル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などの電池の電解液に不溶であり、かつ電池使用条件の範囲において電気的に安定な樹脂が好ましく用いられる。 The polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention may be a laminate having a heat-resistant resin layer from the viewpoint of improving meltdown resistance when mounted in a lithium ion secondary battery. As the heat-resistant resin layer, resins such as various fluorine resins, acrylic resins, and aromatic polyamide resins, which are insoluble in the battery electrolyte and are electrically stable within the range of battery usage conditions, are preferably used.
また、耐熱性樹脂層には、耐熱性を更に向上させる観点から、有機粉末、無機粉末、またはこれら混合物をフィラーとして含有してもよい。例えば有機粉末としては、フッ素樹脂、メラミン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等を用いることができる。無機粉末としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩等、さらに具体的にはアルミナ、シリカ、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムなどを用いることができる。 From the viewpoint of further improving the heat resistance, the heat-resistant resin layer may contain organic powder, inorganic powder, or a mixture thereof as a filler. For example, as the organic powder, a fluororesin, a melamine resin, an aromatic polyamide resin, or the like can be used. As the inorganic powder, metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal hydroxides, carbonates, sulfates, etc., more specifically alumina, silica, titanium dioxide, aluminum hydroxide, calcium carbonate, etc. can be used. can be done.
また、本発明の実施形態にかかる非水電解液二次電池は、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜、または本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜積層体を備える。非水電解液二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル-水素電池、ニッケル-カドミウム電池、ポリマー電池等が挙げられる。 A non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a polyolefin microporous membrane according to an embodiment of the present invention or a polyolefin microporous membrane laminate according to an embodiment of the present invention. Non-aqueous electrolyte secondary batteries include, for example, lithium ion secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, polymer batteries and the like.
次に、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜の製造方法例について以下に説明するが、本発明はかかる例に限定して解釈されるものではない。 Next, an example of a method for producing a polyolefin microporous membrane according to an embodiment of the present invention will be described below, but the present invention should not be construed as being limited to such an example.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜の製造方法は、以下の(a)~(g)の工程を有することが好ましい。 A method for producing a polyolefin microporous membrane according to an embodiment of the present invention preferably includes the following steps (a) to (g).
(a)1種又は2種以上のポリオレフィン樹脂と可塑剤を溶融混練し、ポリオレフィン樹脂溶液を調製する押出工程
(b)ポリオレフィン樹脂溶液を押し出し、シート状に成型して冷却固化するキャスト工程
(c)得られたシートをロール方式またはテンター方式により延伸を行う湿式延伸工程
(d)延伸フィルムから可塑剤を抽出しフィルムを乾燥させる洗浄・乾燥工程
(e)洗浄・乾燥後のフィルムを再延伸する乾式延伸工程
(f)乾式延伸後のフィルムを幅方向に緩和させながら加熱を行う第一の熱固定工程
(g)第一の熱固定工程後のフィルムを長手方向に緩和させながら加熱を行う第二の熱固定工程
(a) Extrusion step of melt-kneading one or more polyolefin resins and a plasticizer to prepare a polyolefin resin solution (b) Casting step (c) of extruding the polyolefin resin solution, molding it into a sheet, and cooling and solidifying it ) A wet stretching step of stretching the obtained sheet by a roll method or a tenter method (d) A washing/drying step of extracting a plasticizer from the stretched film and drying the film (e) Re-stretching the film after washing/drying Dry stretching step (f) First heat setting step (g) Heating while relaxing the film after dry stretching in the width direction (g) Heating while relaxing the film after the first heat setting step in the longitudinal direction Second heat setting process
以下、各工程について説明する。
(a)ポリオレフィン樹脂溶液を調製する押出工程
本発明の実施形態に用いられるポリオレフィン樹脂を、可塑剤に加熱溶解させてポリオレフィン樹脂溶液を調製する。可塑剤としては、ポリオレフィン樹脂を十分に溶解できる溶剤であれば特に限定されないが、高倍率の延伸を可能とするため、溶剤は室温で液体であることが好ましい。
Each step will be described below.
(a) Extrusion step for preparing polyolefin resin solution A polyolefin resin solution is prepared by heating and dissolving the polyolefin resin used in the embodiment of the present invention in a plasticizer. The plasticizer is not particularly limited as long as it is a solvent capable of sufficiently dissolving the polyolefin resin, but the solvent is preferably liquid at room temperature in order to enable stretching at a high magnification.
溶剤としては、ノナン、デカン、デカリン、パラキシレン、ウンデカン、ドデカン、流動パラフィン等の脂肪族、環式脂肪族又は芳香族の炭化水素、および沸点がこれらに対応する鉱油留分、並びにジブチルフタレート、ジオクチルフタレート等の室温では液状のフタル酸エステルが挙げられる。液体溶剤の含有量が安定なゲル状シートを得るために、流動パラフィンのような不揮発性の液体溶剤を用いるのが好ましい。 Solvents include aliphatic, cycloaliphatic or aromatic hydrocarbons such as nonane, decane, decalin, paraxylene, undecane, dodecane, liquid paraffin, mineral oil fractions with boiling points corresponding to these, and dibutyl phthalate, Phthalic acid esters that are liquid at room temperature, such as dioctyl phthalate, can be mentioned. In order to obtain a gel-like sheet with a stable liquid solvent content, it is preferable to use a non-volatile liquid solvent such as liquid paraffin.
溶剤の比率としては、超高分子量ポリエチレンをポリオレフィン樹脂溶液中のポリオレフィン樹脂の主成分としても安定的に溶解させる観点から、ポリオレフィン樹脂溶液の全量を100質量%とした際の溶剤濃度が70質量%を超える範囲が好ましい。溶融混練状態では、ポリオレフィン樹脂と混和するが室温では固体の溶剤を液体溶剤に混合してもよい。このような固体溶剤として、ステアリルアルコール、セリルアルコール、パラフィンワックス等が挙げられる。 As for the solvent ratio, from the viewpoint of stably dissolving ultra-high molecular weight polyethylene as the main component of the polyolefin resin in the polyolefin resin solution, the solvent concentration is 70% by mass when the total amount of the polyolefin resin solution is 100% by mass. is preferred. A solvent that is solid at room temperature and is miscible with the polyolefin resin in a melt-kneaded state may be mixed with the liquid solvent. Examples of such solid solvents include stearyl alcohol, ceryl alcohol, paraffin wax, and the like.
液体溶剤の粘度は40℃において20~200cStであることが好ましい。40℃における粘度を20cSt以上とすると、口金からポリオレフィン樹脂溶液を押し出したゲル状シートが不均一になりにくい。一方、40℃における粘度を200cSt以下とすると液体溶剤の除去が容易となる。なお、液体溶剤の粘度は、ウベローデ粘度計を用いて40℃で測定した粘度である。 The viscosity of the liquid solvent is preferably 20-200 cSt at 40°C. When the viscosity at 40° C. is 20 cSt or more, the gel-like sheet obtained by extruding the polyolefin resin solution from the die is less likely to be uneven. On the other hand, if the viscosity at 40° C. is 200 cSt or less, the liquid solvent can be easily removed. The viscosity of the liquid solvent is measured at 40° C. using an Ubbelohde viscometer.
(b)シート状に成型して冷却固化するキャスト工程
ポリオレフィン樹脂溶液の溶融混練方法は、特に限定されないが、二軸押出機中で行うことが好ましい。必要に応じて、ステアリン酸カルシウム等の金属石鹸類、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤など公知の添加剤も、製膜性を損なうことなく、本発明の効果を損なわない範囲で添加してもよい。特にポリオレフィン樹脂の酸化を防止するために酸化防止剤を添加することが好ましい。
(b) Casting step of molding into a sheet and cooling and solidifying The method of melt-kneading the polyolefin resin solution is not particularly limited, but it is preferably carried out in a twin-screw extruder. If necessary, known additives such as metallic soaps such as calcium stearate, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, etc., may be added to the extent that the effects of the present invention are not impaired without impairing the film formability. may In particular, it is preferable to add an antioxidant to prevent oxidation of the polyolefin resin.
押出機中では、ポリオレフィン樹脂が完全に溶融する温度で、ポリオレフィン樹脂溶液を均一に混合する。溶融混練温度は、使用するポリオレフィン樹脂によってことなるが、(ポリオレフィン樹脂の融点+10℃)~(ポリオレフィン樹脂の融点+120℃)とするのが好ましい。さらに好ましくは(ポリオレフィン樹脂の融点+20℃)~(ポリオレフィン樹脂の融点+100℃)である。 In the extruder, the polyolefin resin solution is uniformly mixed at a temperature at which the polyolefin resin is completely melted. The melt-kneading temperature varies depending on the polyolefin resin used, but is preferably from (the melting point of the polyolefin resin +10° C.) to (the melting point of the polyolefin resin +120° C.). More preferably, it is (melting point of polyolefin resin +20° C.) to (melting point of polyolefin resin +100° C.).
ここで、融点とは、JIS K7121(1987)に基づき、DSC(Differential scanning calorimetry)により測定した値をいう。例えば、ポリオレフィン樹脂がポリエチレン樹脂である場合、ポリエチレン樹脂は約120~140℃の範囲に融点を有する場合が多いことから、溶融混練温度は130~260℃の範囲が好ましい。また、2種以上のポリオレフィン樹脂を用いる場合は、最も融点の高いポリオレフィン樹脂に合わせて設定した溶融混練温度が好ましい。 Here, the melting point refers to a value measured by DSC (Differential scanning calorimetry) based on JIS K7121 (1987). For example, when the polyolefin resin is a polyethylene resin, the melt-kneading temperature is preferably in the range of 130 to 260°C because the polyethylene resin often has a melting point in the range of about 120 to 140°C. When two or more polyolefin resins are used, the melt-kneading temperature is preferably set according to the polyolefin resin having the highest melting point.
溶融混練温度が低すぎると未溶融物と呼ばれる混練不十分な微細な組成物が生成され、微多孔膜の外観低下や延伸時の破膜を引き起こす場合がある。また、溶融混練温度が高すぎるとポリオレフィン樹脂が劣化し、重量平均分子量の低下や黄変が起こる場合がある。 If the melt-kneading temperature is too low, an insufficiently kneaded fine composition called unmelted material is produced, which may cause deterioration of the appearance of the microporous membrane or breakage of the membrane during stretching. On the other hand, if the melt-kneading temperature is too high, the polyolefin resin may deteriorate, resulting in a decrease in weight average molecular weight and yellowing.
二軸押出機のスクリューは、スクリューの最外径をDとした際にスクリュー先端とベント孔の距離が1.0D以上15.0D以下であり、かつその間に原料搬送方向の長さが0.2D以上0.9D以下であるスクリューピースを少なくとも1個以上使用し、かつ原料搬送方向の長さが1.5D以上であるスクリューピースを2個以上使用しない構造が好ましく用いられる。このような構造とすることで、特に2種以上のポリオレフィン樹脂を用いる際の混練性を高くすることが可能となる。 The screw of the twin-screw extruder has a distance of 1.0 D or more and 15.0 D or less between the tip of the screw and the vent hole, where D is the outermost diameter of the screw, and a length of 0.0 D between them in the raw material conveying direction. A structure that uses at least one screw piece with a length of 2D or more and 0.9D or less and does not use two or more screw pieces with a length of 1.5D or more in the raw material conveying direction is preferably used. By adopting such a structure, it becomes possible to improve the kneadability particularly when using two or more kinds of polyolefin resins.
次に、溶融混練した樹脂を冷却することによりゲル状シートが得られる。冷却方法としては、冷風、冷却水、その他の冷却媒体に直接接触させる方法、冷媒で冷却したロールに接触させる方法、キャスティングドラム等を用いる方法等があり、最終的な冷却温度はシートを搬送可能な程度まで固化させるため、10~50℃が好ましい。 Next, a gel-like sheet is obtained by cooling the melt-kneaded resin. Cooling methods include direct contact with cold air, cooling water, and other cooling media, contact with refrigerant-cooled rolls, and the use of casting drums, etc. The final cooling temperature can be adjusted depending on the sheet transport. A temperature of 10 to 50° C. is preferable in order to solidify to a sufficient degree.
これまでポリオレフィン微多孔膜が単層の場合を説明してきたが、本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は単層に限定されるものではなく、ポリオレフィン微多孔層の積層体にしてもよい。積層数は特に限定は無く、2層積層であっても3層以上の積層であってもよい。 So far, the polyolefin microporous membrane has been described as a single layer, but the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention is not limited to a single layer, and may be a laminate of polyolefin microporous layers. . The number of layers to be laminated is not particularly limited, and may be a two-layer lamination or a lamination of three or more layers.
ポリオレフィン微多孔膜をポリオレフィン微多孔層の積層体とする方法としては、例えば、所望の樹脂を必要に応じて調製し、これらの樹脂を別々に押出機に供給して所望の温度で溶融させ、ポリマー管あるいは口金内で合流させる方法などが挙げられる。 As a method of making a polyolefin microporous membrane into a laminate of polyolefin microporous layers, for example, desired resins are prepared as necessary, and these resins are separately supplied to an extruder and melted at a desired temperature, Examples include a method of merging in a polymer tube or a mouthpiece.
(c)湿式延伸工程
得られたゲル状シートについて可塑剤を含んだ状態で延伸を行う。延伸方法としては、ロール延伸機でのロールの周速差によるシート搬送方向(MD方向)への一軸延伸、テンター内でクリップでシートを把持しながらシート搬送方向(MD方向)、もしくは幅方向(TD方向)への一軸延伸、ロール延伸機とテンター、あるいはテンターとテンターを組み合わせた逐次二軸延伸、テンター内でクリップでシートを把持しながらシート搬送方向(MD方向)と幅方向(TD方向)に同時に延伸を行う同時二軸延伸などが挙げられる。
(c) Wet stretching step The resulting gel-like sheet is stretched while containing a plasticizer. As the stretching method, uniaxial stretching in the sheet conveying direction (MD direction) by the peripheral speed difference of the roll in the roll stretching machine, while holding the sheet with clips in the tenter, the sheet conveying direction (MD direction), or the width direction ( TD direction), sequential biaxial stretching by combining a roll stretcher and a tenter, or a tenter and a tenter, while holding the sheet in the tenter with clips in the sheet conveying direction (MD direction) and width direction (TD direction) Simultaneous biaxial stretching and the like in which stretching is performed at the same time.
延伸倍率は、微多孔構造の均一性を高める観点から、いずれの方向においても5倍以上10倍以下が好ましい。 From the viewpoint of enhancing the uniformity of the microporous structure, the draw ratio is preferably 5 times or more and 10 times or less in any direction.
延伸温度はゲル状シートの融点+10℃以下にすることが好ましく、(ポリオレフィン樹脂の結晶分散温度)~(ゲル状シートの融点+5℃)の範囲にするのがより好ましい。具体的には、ポリエチレン組成物の場合は約90~110℃の結晶分散温度を有する場合が多いため、延伸温度は好ましくは100~130℃であり、より好ましくは115~125℃である。結晶分散温度TcdはASTM D 4065(2012)に従って測定した動的粘弾性の温度特性から求めることができる。 The stretching temperature is preferably the melting point of the gel sheet + 10°C or lower, more preferably in the range of (the crystal dispersion temperature of the polyolefin resin) to (the melting point of the gel sheet + 5°C). Specifically, since polyethylene compositions often have a crystal dispersion temperature of about 90 to 110°C, the stretching temperature is preferably 100 to 130°C, more preferably 115 to 125°C. The crystal dispersion temperature Tcd can be obtained from the temperature characteristics of dynamic viscoelasticity measured according to ASTM D 4065 (2012).
延伸温度が90℃未満であると孔の大きさが不均一となり、耐電圧特性等が不十分となる場合がある。また、延伸温度が130℃より高いと開孔しづらくなり透過性が不十分となる場合がある。 If the stretching temperature is lower than 90° C., the pore size may become non-uniform, and the withstand voltage characteristics and the like may become insufficient. On the other hand, if the stretching temperature is higher than 130° C., it may be difficult to form pores, resulting in insufficient permeability.
以上のような延伸により、ゲルシート中のポリオレフィン樹脂成分が開裂していき、多数のフィブリルが三次元的に連結した網目構造を形成するとともに、フィブリルを面方向に選択的に並べられることから突刺強度などの機械特性が向上する。なお、可塑剤を除去する前に延伸を行うことで、ポリオレフィン樹脂成分の開裂がスムーズとなり、孔の微細化や熱収縮率の低減も可能となる。 By stretching as described above, the polyolefin resin component in the gel sheet is cleaved, forming a network structure in which a large number of fibrils are connected three-dimensionally, and the fibrils are selectively arranged in the plane direction. The mechanical properties such as are improved. By stretching the film before removing the plasticizer, the polyolefin resin component can be smoothly cleaved, making it possible to make the pores finer and reduce the heat shrinkage.
(d)洗浄・乾燥工程
(c)で得られた湿式延伸フィルムについて、残留する可塑剤(溶剤)を洗浄溶剤を用いて除去する。ポリオレフィン樹脂相と可塑剤相とは分離しているため、可塑剤を除去することによりポリオレフィン微多孔膜が得られる。
(d) Washing/Drying Step The remaining plasticizer (solvent) is removed from the wet stretched film obtained in (c) using a washing solvent. Since the polyolefin resin phase and the plasticizer phase are separated, a polyolefin microporous membrane can be obtained by removing the plasticizer.
洗浄溶剤としては、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の飽和炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素等の塩素化炭化水素、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類、メチルエチルケトン等のケトン類、三フッ化エタン等の鎖状フルオロカーボン等が挙げられる。 Examples of washing solvents include saturated hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane; chlorinated hydrocarbons such as methylene chloride and carbon tetrachloride; ethers such as diethyl ether and dioxane; ketones such as methyl ethyl ketone; and chain fluorocarbons.
これらの洗浄溶剤は低い表面張力(例えば、25℃で24mN/m以下)を有する。低い表面張力の洗浄溶剤を用いることにより、微多孔を形成する網状構造が乾燥される際の気-液界面の表面張力による収縮が抑制され、適度な空孔を有し、透過性に優れたポリオレフィン微多孔膜が得られる。これらの洗浄溶剤は可塑剤に応じて適宜選択し、単独または混合して用いる。 These cleaning solvents have a low surface tension (eg, 24 mN/m or less at 25°C). By using a cleaning solvent with a low surface tension, shrinkage due to the surface tension of the air-liquid interface when the network structure that forms the microporosity is dried is suppressed, and it has moderate pores and excellent permeability. A polyolefin microporous membrane is obtained. These cleaning solvents are appropriately selected according to the plasticizer and used alone or in combination.
洗浄方法は、湿式延伸フィルムを洗浄溶剤に浸漬し抽出する方法、湿式延伸フィルムに洗浄溶剤をシャワーする方法、またはこれらの組み合わせによる方法等が挙げられる。洗浄溶剤の使用量は洗浄方法により異なるが、一般に湿式延伸フィルム100質量部に対して300質量部以上であるのが好ましい。 Examples of the washing method include a method of immersing the wet-stretched film in a washing solvent for extraction, a method of showering the wet-stretched film with a washing solvent, a method of combining these methods, and the like. The amount of the washing solvent used varies depending on the washing method, but generally it is preferably 300 parts by weight or more per 100 parts by weight of the wet stretched film.
洗浄温度は15~30℃でよく、必要に応じて80℃以下に加熱する。この時、洗浄溶剤の洗浄効果を高める点や、得られるポリオレフィン微多孔膜の物性(例えば、TD方向および/またはMD方向の物性)を均一とする観点、多孔性ポリオレフィンフィルムの機械的物性および電気的物性を向上させる観点から、湿式延伸フィルムが洗浄溶剤に浸漬している時間や洗浄回数は多いほど好ましく、湿式延伸フィルム中に残留している可塑剤が1質量%未満になるまで行うのが好ましい。 The washing temperature may be from 15 to 30°C, with heating to 80°C or less if necessary. At this time, the point of enhancing the cleaning effect of the cleaning solvent, the point of uniforming the physical properties of the polyolefin microporous membrane obtained (for example, the physical properties in the TD direction and / or the MD direction), the mechanical properties and electrical properties of the porous polyolefin film From the viewpoint of improving physical properties, it is preferable that the wet-stretched film is immersed in the washing solvent for a longer period of time and the number of times of washing is increased. preferable.
その後、可塑剤を洗浄溶剤に置換した湿式延伸フィルムから洗浄溶剤を乾燥させて除去する。乾燥方法としては、特に限定は無く、金属加熱ロールを用いる方法や熱風を用いる方法等を選択することができる。乾燥温度は40~100℃であることが好ましく、40~80℃がより好ましい。乾燥が不十分であると、後の熱処理でポリオレフィン微多孔膜の空孔率が低下し、透過性が悪化する場合がある。 Thereafter, the washing solvent is removed by drying from the wet stretched film in which the plasticizer has been replaced with the washing solvent. The drying method is not particularly limited, and a method using a metal heating roll, a method using hot air, or the like can be selected. The drying temperature is preferably 40-100°C, more preferably 40-80°C. Insufficient drying may reduce the porosity of the polyolefin microporous membrane in the subsequent heat treatment, resulting in poor permeability.
(e)乾式延伸工程
(d)で得られた乾燥後のフィルムについて、孔径や突刺強度等の物性を調整する観点から、少なくとも一軸方向に再延伸してもよい。再延伸はロール延伸機、テンター、もしくはそれらの組合せにより行うことができるが幅方向の収縮応力等を調整する観点からは少なくともテンターでの延伸を含むことが好ましい。再延伸の温度は乾燥後のフィルムの融点以下に設定することが好ましく、ポリエチレン樹脂を主成分とした構成の場合、具体的には70~135℃が好ましい。再延伸の倍率は、一軸延伸、二軸延伸のいずれでもよいが、二軸延伸を行う場合、搬送方向および幅方向にそれぞれ1.01~2.0倍延伸するのが好ましい。また、幅方向に延伸した後は、延伸温度と同等の温度で倍率が変化しない直線区間を設置することが、延伸直後の歪みを緩和させる点から好ましい。
(e) Dry Stretching Step The dried film obtained in (d) may be re-stretched at least uniaxially from the viewpoint of adjusting physical properties such as pore size and puncture strength. Re-stretching can be carried out with a roll stretching machine, a tenter, or a combination thereof, but from the viewpoint of adjusting shrinkage stress in the width direction, it is preferable to include at least stretching with a tenter. The re-stretching temperature is preferably set below the melting point of the film after drying, and in the case of a composition containing polyethylene resin as a main component, it is specifically preferably 70 to 135°C. The re-stretching ratio may be either uniaxial stretching or biaxial stretching, but in the case of biaxial stretching, it is preferable to stretch 1.01 to 2.0 times in each of the transport direction and the width direction. Further, after stretching in the width direction, it is preferable to install a straight section in which the magnification does not change at a temperature equivalent to the stretching temperature, from the viewpoint of relaxing strain immediately after stretching.
(f)第一の熱固定工程
(e)で得られた乾式延伸後のフィルムについて、熱収縮率や収縮応力を調整するために熱固定を行う。(e)の乾式延伸工程の最後の延伸がテンターの場合は、同一テンター内で連続して熱固定を行ってもよい。テンター内での熱固定は、幅方向に緩和させながら行うことが熱収縮率や収縮応力の低減の観点から好ましく、緩和率(乾式延伸の最大のフィルム幅に対する熱固定後のフィルムの幅)は5%以上20%以下が好ましい。また、熱固定温度はポリエチレン樹脂を主成分とした構成の場合、125~140℃が好ましい。また、幅方向に緩和させた後は熱固定温度と同等の温度で倍率が変化しない直線区間を設置することが、フィルム全体への残留歪み低減の観点から好ましい。また、(e)の工程の幅方向延伸後の直線区間の長さをL1(m)、本工程での緩和後の直線区間の長さをL2(m)とした場合、フィルムがL2を通過する時間T2(秒)はL1を通過する時間T1(秒)に対して1.3倍以上6倍以下とすることが、120℃の幅方向の収縮応力を低減させる観点から好ましい。
(f) First heat-setting step The dry-stretched film obtained in (e) is heat-set to adjust the heat shrinkage rate and shrinkage stress. When the last drawing in the dry drawing step (e) is a tenter, heat setting may be continuously performed in the same tenter. Heat setting in the tenter is preferably performed while relaxing in the width direction from the viewpoint of reducing the heat shrinkage rate and shrinkage stress, and the relaxation rate (the width of the film after heat setting with respect to the maximum film width in dry stretching) is 5% or more and 20% or less is preferable. Moreover, the heat setting temperature is preferably 125 to 140° C. in the case of a structure containing polyethylene resin as a main component. Further, it is preferable from the viewpoint of reducing the residual strain in the entire film to provide a straight section in which the magnification does not change at a temperature equivalent to the heat setting temperature after being relaxed in the width direction. In addition, when the length of the straight section after the width direction stretching in the step (e) is L1 (m) and the length of the straight section after the relaxation in this step is L2 (m), the film passes through L2. The time T2 (seconds) for passing through L1 is preferably 1.3 to 6 times the time T1 (seconds) for passing through L1 from the viewpoint of reducing shrinkage stress in the width direction at 120°C.
(g)第二の熱固定工程
(f)で得られた第一の熱固定工程後のフィルムについて、(f)で緩和調整を行ったのとは別の方向に対してさらに熱固定を行ってもよい。第二の熱固定工程は、(e)(f)をテンターで連続的に行うことが効率的なことを考慮すると、搬送方向に緩和させながら行う方法が好ましい。また、第二の熱固定工程を搬送方向に緩和させながら行う場合、幅方向を固定しないことで緩和後の品位を良好とする観点からは、複数のロールの周速差を利用して緩和させる方法が好ましい。各ロールの温度は搬送方向の緩和促進とフィルムの熱融着による外観低下の抑制を両立する観点から80℃以上120℃以下が好ましく、フィルムとロールの接触時間(複数のロールの接触時間の合計時間)は2秒以上30秒以下が好ましい。また、ロール周速差による搬送方向の緩和率(最初のロールの搬送速度に対する最後のロールの搬送速度の低下率)は、搬送方向の緩和促進とシワ等の外観低下抑制を両立する観点から0.1%以上4%以下が好ましい。また、各方向の収縮応力を厳密に制御可能な観点からは、(f)の工程及び(g)の工程を同一のテンターで行うのではなく、別々に行う方法が好ましく用いられる。
(g) Second heat-setting step The film after the first heat-setting step obtained in (f) is further heat-set in a direction different from the direction in which relaxation adjustment was performed in (f). may Considering that it is efficient to continuously perform (e) and (f) with a tenter, the second heat setting process is preferably performed while relaxing in the conveying direction. In addition, when the second heat setting step is performed while relaxing in the conveying direction, from the viewpoint of improving the quality after relaxing by not fixing the width direction, the peripheral speed difference of a plurality of rolls is used to relax. A method is preferred. The temperature of each roll is preferably 80 ° C. or higher and 120 ° C. or lower from the viewpoint of promoting relaxation in the transport direction and suppressing deterioration in appearance due to heat fusion of the film, and the contact time between the film and the roll (the total contact time of a plurality of rolls time) is preferably 2 seconds or more and 30 seconds or less. In addition, the relaxation rate in the transport direction due to the difference in roll peripheral speed (the rate of decrease in the transport speed of the last roll relative to the transport speed of the first roll) is 0 from the viewpoint of promoting relaxation in the transport direction and suppressing deterioration of appearance such as wrinkles. .1% or more and 4% or less is preferable. Moreover, from the viewpoint of being able to strictly control the shrinkage stress in each direction, it is preferable to use a method in which the steps (f) and (g) are not performed in the same tenter, but are performed separately.
本発明の実施形態にかかる特性の測定方法、および効果の評価方法は次の通りである。ただし、本発明の実施態様は、これらの実施例に限定されるものではない。なお、評価方法については特に記載がない限りは、温度25℃、湿度50%にて実施した。 Methods for measuring properties and evaluating effects according to embodiments of the present invention are as follows. However, embodiments of the present invention are not limited to these examples. The evaluation method was performed at a temperature of 25° C. and a humidity of 50% unless otherwise specified.
(1)重量平均分子量(Mw)
ポリエチレン樹脂の重量平均分子量は以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により求めた。
・測定装置:WATERS CORPORATION製GPC-150C
・カラム:昭和電工株式会社製SHODEX UT806M
・カラム温度:135℃
・溶媒(移動相):O-ジクロロベンゼン
・溶媒流速:1.0mL/分
・試料濃度:0.1wt%(溶解条件:135℃/1H)
・インジェクション量:500μL
・検出器:WATERS CORPORATION製ディファレンシャルリフラクトメーター(RI検出器)
・検量線:単分散ポリスチレン標準試料を用いて得られた検量線から、所定の換算定数を用いて作成した。
(1) weight average molecular weight (Mw)
The weight average molecular weight of the polyethylene resin was determined by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
・Measuring device: GPC-150C manufactured by WATERS CORPORATION
・Column: SHODEX UT806M manufactured by Showa Denko K.K.
・Column temperature: 135°C
・ Solvent (mobile phase): O-dichlorobenzene ・ Solvent flow rate: 1.0 mL / min ・ Sample concentration: 0.1 wt% (dissolution condition: 135 ° C. / 1 H)
・Injection volume: 500 μL
・Detector: WATERS CORPORATION differential refractometer (RI detector)
• Calibration curve: prepared using a predetermined conversion constant from a calibration curve obtained using a monodisperse polystyrene standard sample.
(2)ポリオレフィン樹脂の融点
JIS K7121(1987)に基づき、示差走査熱量測定(DSC)により求めた。アルミパンに6.0mgの試料を封入し、Parking Elmer製 PYRIS Diamond DSCを用いて、窒素雰囲気下、30℃から230℃まで10℃/分の速度で1回目の昇温を行った後、230℃で5分間保持し、10℃/分の速度で冷却した。その後、10℃/分の速度で30℃から230℃まで2回目の昇温を行い、各融解吸熱曲線(DSCカーブ)を得た。2回目の昇温で得られた融解吸熱曲線(DSCカーブ)の最大ピークの温度をポリオレフィン樹脂の融点とした。
(2) Melting point of polyolefin resin Determined by differential scanning calorimetry (DSC) based on JIS K7121 (1987). 6.0 mg of the sample was sealed in an aluminum pan, and using a PYRIS Diamond DSC manufactured by Parking Elmer, the temperature was increased from 30 ° C. to 230 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere, and then the temperature was increased to 230. C. for 5 minutes and cooled at a rate of 10.degree. C./min. Thereafter, the temperature was raised from 30° C. to 230° C. for the second time at a rate of 10° C./min to obtain each melting endothermic curve (DSC curve). The temperature of the maximum peak of the melting endothermic curve (DSC curve) obtained in the second heating was taken as the melting point of the polyolefin resin.
(3)ポリオレフィン樹脂のΔH130/ΔHall
(2)と同様にして得られた2回目の昇温での融解吸熱曲線(DSCカーブ)について、解析ソフトを用いて60℃~160℃の範囲に直線のベースラインを設定し、ベースラインと融解吸熱曲線とで囲まれる部分の面積から熱量を算出し、単位質量あたりに当該熱量を換算することで全融解熱量ΔHall(J/g)を算出した。また、130℃以下でのベースラインと融解吸熱曲線とで囲まれる部分の面積の熱量を算出し、単位質量あたりに当該熱量を換算することで130℃以下の融解熱量ΔH130(J/g)を算出した。得られた各融解熱量から、ΔH130/ΔHall(%)を求めた。
(3) ΔH 130 /ΔH all of polyolefin resin
For the melting endothermic curve (DSC curve) at the second temperature rise obtained in the same manner as in (2), a linear baseline was set in the range of 60 ° C. to 160 ° C. using analysis software. The total heat of fusion ΔH all (J/g) was calculated by calculating the amount of heat from the area of the portion surrounded by the melting endothermic curve and converting the amount of heat per unit mass. In addition, the heat quantity of the area surrounded by the baseline and the melting endothermic curve at 130 ° C. or lower is calculated, and the heat quantity is converted to a unit mass, so that the heat of fusion at 130 ° C. or lower ΔH 130 (J / g) was calculated. ΔH 130 /ΔH all (%) was determined from each heat of fusion obtained.
(4)DSC半値幅
(2)と同様にして得られた2回目の昇温での融解吸熱曲線(DSCカーブ)から、最大最ピーク高さ(h)を読み取り、2回目の昇温での融解吸熱曲線からh/2の高さを示す温度を2点読み取った。読み取った2点の温度の差の絶対値を求め、DSC半値幅(℃)とした。なお、h/2の高さを示す温度が2点以上読み取れた場合は、融点から最も近い2点を採用して半値幅を求めた。
(4) DSC half width (2) From the melting endothermic curve (DSC curve) at the second heating, read the maximum maximum peak height (h), Two points of temperature showing a height of h/2 were read from the melting endothermic curve. The absolute value of the difference in temperature between the two read points was obtained and used as the DSC half width (°C). When two or more points of temperature indicating the height of h/2 were read, the two points closest to the melting point were used to obtain the half-value width.
(5)厚み
ポリオレフィン微多孔膜の50mm×50mmの範囲内における任意の無作為に抽出した5カ所の膜厚を接触厚み計(株式会社ミツトヨ製ライトマチックVL-50(10.5mmφ超硬球面測定子、測定荷重0.01N)により測定し、5カ所の平均値を厚み(μm)とした。
(5) Thickness The thickness of the polyolefin microporous membrane at 5 randomly selected locations within the range of 50 mm × 50 mm is measured with a contact thickness meter (Lightmatic VL-50 manufactured by Mitutoyo Co., Ltd. (10.5 mmφ super hard spherical surface measurement The thickness was measured with a load of 0.01 N), and the average value of five points was taken as the thickness (μm).
(6)空孔率
ポリオレフィン微多孔膜から50mm×50mm角のサンプルを切り取り、質量(g)を測定した。また、(5)で求めた厚みと切り取りサイズからサンプルの体積(cm3)を算出した。得られた質量と体積、および樹脂密度(g/cm3)から、下記式にて空孔率(%)を算出した。なお、樹脂密度は0.99g/cm3として算出を行った。
空孔率(%)=[(体積-質量/樹脂密度)/体積]×100
(6) Porosity A sample of 50 mm×50 mm square was cut from the polyolefin microporous membrane, and the mass (g) was measured. Also, the volume (cm 3 ) of the sample was calculated from the thickness and cut size obtained in (5). The porosity (%) was calculated by the following formula from the obtained mass and volume, and resin density (g/cm 3 ). The resin density was calculated as 0.99 g/cm 3 .
Porosity (%) = [(volume - mass / resin density) / volume] x 100
(7)10μm換算透気度
JIS P8117(2009)に準拠して王研式透気抵抗度計(旭精工株式会社製、EGO-1T)で透気度P1(秒/100cm3)を測定した。(5)で求めた厚みをT1とした際に、下記式で10μmあたりの透気度に換算し、10μm換算透気度(秒/100cm3)とした。
10μm換算透気度(秒/100cm3)=P1(秒/100cm3)×10μm/T1(μm)
(7) 10 μm conversion air permeability Air permeability P 1 (seconds/100 cm 3 ) was measured with an Oken type air resistance meter (manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd., EGO-1T) in accordance with JIS P8117 (2009). bottom. When the thickness obtained in (5) was defined as T1, it was converted into air permeability per 10 μm by the following formula, and the 10 μm equivalent air permeability (second/100 cm 3 ) was obtained.
10 μm conversion air permeability (second/100 cm 3 )=P 1 (second/100 cm 3 )×10 μm/T1 (μm)
(8)F1MD
ポリオレフィン微多孔膜をMD方向に15mm、TD方向に3mmの矩形に切り出して評価用サンプルを作製した。評価用サンプルについて、MD方向の中心線に沿った3カ所(中心部、および中心部と各端部の中間位置)を測定位置とした以外は、(5)と同様にして評価用サンプルの厚みを求めた。その後、日立ハイテクノロジー社製「TMA7100」を用いて、チャック間距離(MD方向)が10mmになるように評価用サンプルをチャックに固定し、定長モードで30℃から250℃まで5℃/分の速度で昇温させた。200℃まで昇温させた際の温度と収縮力を1秒間隔で測定し、得られたチャートから120℃における収縮力(gf)を求めた。チャック固定前における評価用サンプルの幅と厚みから断面積Sを算出し、120℃における収縮力を断面積Sで除算して120℃の収縮応力F1MD(MPa)を求めた。
また、ポリオレフィン微多孔膜は以下の手法によりMDまたはTDを見分けることができる。電池からポリオレフィン微多孔膜を得た場合は、電池捲回方向(長手方向)がMD、スタックタイプでも基本的に長手方向がMDである。カットフィルムであり方向が不明な場合は、熱収縮量を測定し、熱収縮量が高い方向がMDであるとする。なお、熱収縮量は下記手法により測定できる。
(熱収縮量)
ポリオレフィン微多孔膜を直径100mmの円形に切り出し、40℃のオーブンに24時間投入する。オーブン投入後のポリオレフィン微多孔膜について、最も寸法が短くなった方向をMD方向とする。
(8) F1MD
A sample for evaluation was prepared by cutting a polyolefin microporous membrane into a rectangle of 15 mm in the MD direction and 3 mm in the TD direction. For the evaluation sample, the thickness of the evaluation sample was measured in the same manner as in (5) except that the measurement positions were three locations along the center line in the MD direction (the center and the intermediate positions between the center and each end). asked for After that, using "TMA7100" manufactured by Hitachi High Technology Co., Ltd., the sample for evaluation was fixed to the chuck so that the distance between the chucks (MD direction) was 10 mm, and the temperature was changed from 30°C to 250°C at 5°C/min in the constant length mode. The temperature was raised at a rate of The temperature and shrinkage force when the temperature was raised to 200° C. were measured at intervals of 1 second, and the shrinkage force (gf) at 120° C. was obtained from the obtained chart. The cross-sectional area S was calculated from the width and thickness of the evaluation sample before fixing to the chuck, and the shrinkage force at 120°C was divided by the cross-sectional area S to obtain the shrinkage stress F1MD (MPa) at 120°C.
In addition, polyolefin microporous membranes can be identified as MD or TD by the following method. When a polyolefin microporous membrane is obtained from a battery, the winding direction (longitudinal direction) of the battery is MD, and the longitudinal direction is basically MD even in a stack type. If the film is a cut film and the direction is unknown, the amount of heat shrinkage is measured, and the direction with the highest amount of heat shrinkage is defined as the MD. In addition, the amount of heat shrinkage can be measured by the following method.
(Amount of heat shrinkage)
A polyolefin microporous membrane is cut into a circle with a diameter of 100 mm and placed in an oven at 40° C. for 24 hours. The direction in which the dimension of the microporous polyolefin membrane after being placed in the oven is the shortest is defined as the MD direction.
(9)F2MD
(8)と同様にMD方向の温度と収縮力を求め、最も大きな収縮力(gf)を評価用サンプルの断面積Sで除算して最大収縮応力(MPa)を求めた。
(9) F2MD
The temperature and shrinkage force in the MD direction were obtained in the same manner as in (8), and the maximum shrinkage stress (MPa) was obtained by dividing the maximum shrinkage force (gf) by the cross-sectional area S of the evaluation sample.
(10)F1TD
評価用サンプルをMD方向に3mm、TD方向に15mmの矩形とし、チャック間のサンプル設置方向をTD方向とした以外は、(8)と同様にして120℃における収縮力(gf)を求め、120℃における収縮力を断面積Sで除算して120℃の収縮応力F1TD(MPa)を求めた。
(10) F1TD
The shrinkage force (gf) at 120° C. was obtained in the same manner as in (8) except that the sample for evaluation was a rectangle of 3 mm in the MD direction and 15 mm in the TD direction, and the sample installation direction between the chucks was the TD direction. The shrinkage force at 120°C was obtained by dividing the shrinkage force at 120°C by the cross-sectional area S.
(11)シャットダウン温度
ポリオレフィン微多孔膜を5℃/分の昇温速度で加熱しながら、王研式透気度計(旭精工株式会社製、EGO-1T)により透気抵抗度を測定し、透気抵抗度が検出限界である99999秒/100cm3Airに到達した温度をシャットダウン温度(℃)とした。なお、測定セルはアルミブロックで構成され、ポリオレフィン微多孔膜の直下に熱電対を有する構造とし、サンプルを50mm×50mm角に切り取り、周囲をОリングで固定しながら昇温測定を行った。
(11) Shutdown temperature While heating the polyolefin microporous membrane at a temperature increase rate of 5 ° C./min, measure the air permeability resistance with an Oken type air permeability meter (manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd., EGO-1T), The temperature at which the permeation resistance reached the detection limit of 99999 sec/100 cm 3 Air was taken as the shutdown temperature (°C). The measurement cell was composed of an aluminum block with a thermocouple directly below the polyolefin microporous film.
(12)TD破断伸度
引張試験機(島津オートグラフAGS-J型)を用いて引張試験を行い、試験前の試験片の標点間距離L0(mm)、破断時の標点距離L(mm)から以下の式より算出した。測定条件は、温度:25℃、サンプル形状:幅10mm(MD方向)×長さ50mm(TD方向)、チャック間距離:20mm、引張速度:100mm/分であった。同じフィルム中の異なる箇所で3点ずつ測定を実施し、その平均値をTD破断伸度(%)とした。 引張破断伸度(%)=((L-L0)/L)×100
(12) TD breaking elongation A tensile test is performed using a tensile tester (Shimadzu Autograph AGS-J type), the gauge length L0 (mm) of the test piece before the test, the gauge length L at break ( mm) from the following formula. The measurement conditions were temperature: 25° C., sample shape: width 10 mm (MD direction)×length 50 mm (TD direction), distance between chucks: 20 mm, tensile speed: 100 mm/min. Measurements were taken at three different points on the same film, and the average value was taken as the TD breaking elongation (%). Tensile elongation at break (%) = ((L-L0) / L) x 100
(13)分子量10万以下の成分比率
ポリオレフィン微多孔膜について、GPCで(1)と同様にして取得した分子量分布を用いて、下記式にて算出した。
分子量10万以下の成分比率(質量%)=(分子量10万以下のポリエチレン成分量)/(全ポリエチレン成分量)×100
(13) Ratio of Components with a Molecular Weight of 100,000 or Less For the polyolefin microporous membrane, the molecular weight distribution obtained by GPC in the same manner as in (1) was used to calculate the following formula.
Ratio of components with a molecular weight of 100,000 or less (% by mass) = (Amount of polyethylene components with a molecular weight of 100,000 or less) / (Amount of total polyethylene components) x 100
(14)分子量100万以上の成分比率
ポリオレフィン微多孔膜について、GPCで(1)と同様にして取得した分子量分布を用いて、下記式にて算出した。
分子量100万以上の成分比率(質量%)=(分子量100万以上のポリエチレン成分量)/(全ポリエチレン成分量)×100
(14) Ratio of Components with a Molecular Weight of 1,000,000 or More For the polyolefin microporous membrane, the molecular weight distribution obtained by GPC in the same manner as in (1) was used to calculate the following formula.
Ratio of components with a molecular weight of 1,000,000 or more (% by mass) = (Amount of polyethylene components with a molecular weight of 1,000,000 or more) / (Amount of total polyethylene components) x 100
(15)レート特性
リチウムイオン二次電池の構成とした際の急速充放電条件の容量維持率を評価するために、正極、負極、セパレータおよび電解質からなる非水電解液二次電池にポリオレフィン微多孔膜をセパレータとして組み込んで、充放電試験を行った。
(15) Rate characteristics In order to evaluate the capacity retention rate under rapid charge/discharge conditions when configuring a lithium ion secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery consisting of a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte was used. A charge-discharge test was performed by incorporating the membrane as a separator.
幅38mm×長さ33mm×厚さ20μmのアルミニウム箔上に目付9.5mg/cm2にてNMC532(リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(Li1.05Ni0.50Mn0.29Co0.21O2))を積層したカソード、および、幅40mm×長さ35mm×厚さ10μmの銅箔上に密度1.45g/cm3の天然黒鉛を単位面積質量5.5mg/cm2で積層したアノードを用いた。正極および負極は120℃の真空オーブンで乾燥して使用した。 NMC532 (lithium nickel manganese cobalt composite oxide (Li 1.05 Ni 0.50 Mn 0.29 Co 0.21 O 2 )) was laminated on the cathode, and the anode was laminated with natural graphite having a density of 1.45 g/cm 3 on a copper foil of width 40 mm × length 35 mm × thickness 10 μm with a unit area mass of 5.5 mg/cm 2 . was used. The positive and negative electrodes were dried in a vacuum oven at 120° C. before use.
セパレータは、長さ50mm、幅50mmのポリオレフィン微多孔膜を室温の真空オーブンで乾燥して使用した。電解液はエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートの混合物(30/35/35、体積比)中に、ビニレンカーボネート(VC)及びLiPF6を溶解させ、VC濃度:0.5質量%、LiPF6濃度:1mol/Lの溶液を調製した。 A polyolefin microporous membrane having a length of 50 mm and a width of 50 mm was dried in a vacuum oven at room temperature and used as the separator. The electrolytic solution is a mixture of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate (30/35/35, volume ratio) in which vinylene carbonate (VC) and LiPF 6 are dissolved, VC concentration: 0.5% by mass, LiPF 6 Concentration: A 1 mol/L solution was prepared.
正極、セパレータおよび負極を積み重ね、得られた積層体をラミネートパウチ内に配置し、ラミネートパウチ内に電解液を注液し、当該ラミネートパウチを真空シールすることにより、リチウムイオン二次電池を作製した。 A positive electrode, a separator, and a negative electrode were stacked, the resulting laminate was placed in a laminated pouch, an electrolytic solution was injected into the laminated pouch, and the laminated pouch was vacuum-sealed to produce a lithium ion secondary battery. .
作製したリチウムイオン二次電池を初回充電として、温度35℃、0.1Cにて10~15%充電し、35℃にて1晩(12時間以上)放置し、ガス抜きを実施した。次に、温度35℃、電圧範囲;2.75~4.2V、充電電流値0.1CのCC-CV充電(終止電流条件0.02C)、放電電流値0.1CのCC放電を実施した。次に、温度35℃、電圧範囲;2.75~4.2V、充電電流値0.2CのCC-CV充電(終止電流条件0.05C)、放電電流値0.2CのCC放電を3サイクル行った時点をリチウムイオン二次電池の初期とした。 The prepared lithium ion secondary battery was charged at 35° C. and 0.1 C by 10 to 15% as an initial charge, left at 35° C. overnight (12 hours or more), and degassed. Next, a temperature of 35° C., a voltage range of 2.75 to 4.2 V, CC-CV charging with a charging current value of 0.1 C (final current condition of 0.02 C), and CC discharging with a discharge current value of 0.1 C were performed. . Next, a temperature of 35° C., a voltage range of 2.75 to 4.2 V, a CC-CV charge with a charge current value of 0.2 C (final current condition of 0.05 C), and a CC discharge with a discharge current value of 0.2 C for 3 cycles. The time point at which the test was performed was defined as the initial stage of the lithium ion secondary battery.
次に、温度:35℃、電圧範囲:2.75~4.2V、充電電流値:0.2CのCC-CV充電(終止電流条件0.05C)をした後に15℃で0.2CのCC放電を行い、その際の放電容量を0.2C容量とした。続いて、温度:35℃、電圧範囲:2.75~4.2V、充電電流値:0.5CでCC-CV充電(終止電流条件0.05C)した後に、15℃でリチウムイオン二次電池の10C(180mA、14.4mA/cm2)におけるレート試験を行った。この結果より、0.2C容量に対する10C容量の割合{(10C容量/0.2C容量)×100}(%)を急速充放電条件での容量維持率(%)とした。容量維持率が高いほどレート特性が良好なことを示し、下記5段階で評価を行い、D以上を合格とした。 Next, after CC-CV charging (final current condition 0.05C) at temperature: 35°C, voltage range: 2.75 to 4.2V, charging current value: 0.2C, CC at 0.2C at 15°C Discharge was performed, and the discharge capacity at that time was defined as 0.2C capacity. Subsequently, temperature: 35 ° C., voltage range: 2.75 to 4.2 V, charging current value: after CC-CV charging (final current condition 0.05 C) at 0.5 C, lithium ion secondary battery at 15 ° C. A rate test at 10C (180 mA, 14.4 mA/cm 2 ) was performed. From this result, the ratio of 10C capacity to 0.2C capacity {(10C capacity/0.2C capacity) x 100} (%) was taken as the capacity retention rate (%) under rapid charge/discharge conditions. The higher the capacity retention rate, the better the rate characteristics.
A:65%以上
B:60%以上65%未満
C:50%以上60%未満
D:40%以上50%未満
E:40%未満
A: 65% or more B: 60% or more and less than 65% C: 50% or more and less than 60% D: 40% or more and less than 50% E: less than 40%
(16)耐異物性
ポリオレフィン微多孔膜の耐異物性について、卓上型精密万能試験機オートグラフAGS-X(島津製作所製)を用いて実施した。ポリプロピレン製絶縁体(厚み0.2μm)/負極(リチウムイオン電池用(銅箔(厚み約0.9μm)、活物質:人造黒鉛(粒径約13μm))/ポリオレフィン微多孔膜/500μm径のクロム球(材質:クロム(SUJ-2))/アルミ箔の評価用積層体を作製し、評価用積層体のアルミニウム箔と負極をコンデンサとクラッド抵抗器からなる回路にケーブルでつないだ。コンデンサを約1.5Vに充電した後、0.3mm/分の条件でプレスし電池が短絡するまでの変移量で耐異物性評価を行った。圧縮荷重変化において、漏れ電流値が上がり始めた点を開始点、金属球を介して上記回路が形成され電流が検知された瞬間を短絡点として、開始点から短絡点に至るまでの変位を測定した。開始点から短絡点までの変位が大きいほど耐異物性が良好であることを示し、下記5段階で評価を行い、D以上を合格とした。
(16) Foreign matter resistance The foreign matter resistance of the polyolefin microporous membrane was tested using a desktop precision universal testing machine, Autograph AGS-X (manufactured by Shimadzu Corporation). Polypropylene insulator (thickness 0.2 μm) / negative electrode (for lithium ion battery (copper foil (thickness approx. 0.9 μm), active material: artificial graphite (particle diameter approx. 13 μm)) / polyolefin microporous film / 500 μm diameter chromium A sphere (material: chromium (SUJ-2))/aluminum foil evaluation laminate was prepared, and the aluminum foil and negative electrode of the evaluation laminate were connected to a circuit consisting of a capacitor and a clad resistor with a cable. After charging to 1.5 V, the battery was pressed under the condition of 0.3 mm/min, and foreign matter resistance was evaluated by the amount of displacement until the battery short-circuited.In the change in compressive load, the point where the leakage current value began to rise was the start point. The displacement from the starting point to the short-circuit point was measured by setting the moment when the above circuit was formed through the point and the metal ball and the current was detected as the short-circuit point. It shows that the property is good, and was evaluated in the following 5 stages, and D or higher was regarded as a pass.
A:変移(mm)/ポリオレフィン微多孔膜厚み(μm)が0.025以上
B:変移(mm)/ポリオレフィン微多孔膜厚み(μm)が0.024以上0.025未満
C:変移(mm)/ポリオレフィン微多孔膜厚み(μm)が0.022以上0.024未満
D:変移(mm)/ポリオレフィン微多孔膜厚み(μm)が0.020以上0.022未満
E:変移(mm)/ポリオレフィン微多孔膜厚み(μm)が0.020未満
A: Displacement (mm)/polyolefin microporous film thickness (μm) of 0.025 or more B: Displacement (mm)/polyolefin microporous film thickness (μm) of 0.024 or more and less than 0.025 C: Displacement (mm) / polyolefin microporous film thickness (μm) is 0.022 or more and less than 0.024 D: transition (mm) / polyolefin microporous film thickness (μm) is 0.020 or more and less than 0.022 E: transition (mm) / polyolefin Microporous film thickness (μm) is less than 0.020
(17)シャットダウン特性
電池安全性を模した評価として、昇温時の電解液中の抵抗値について評価を実施した。湿度30%の雰囲気下で、ポリオレフィン微多孔膜をφ19mmの円形に打ち抜いた後、コイン電池(CR2032規格)に入れ、電解液を注液し、真空乾燥機で圧力-50kPaで1分間真空含浸させた。その後、コイン電池かしめ機で密封し、昇温速度5℃/分の速度で加熱しながら抵抗を測定した。電解液にはLiPF6(EC:EMC=4:6V%)の1mol/L溶液を使用した(LiPF6:六フッ化リン酸リチウム、EC:炭酸エチレン、EMC:炭酸エチルメチル)。測定条件は25℃から180℃まで30分で恒温槽を用いて昇温した。周波数200kHzおいて、インピーダンスアナライザにより各温度の抵抗値を読み取り、1000Ω・cm2に達した最初の温度を電解液中のシャットダウン温度として読み取った。電解液中のシャットダウン温度が低いほど電池構成での安全性が高いことを示しており、下記4段階で評価した。
(17) Shutdown characteristics As an evaluation simulating battery safety, the resistance value in the electrolytic solution during temperature rise was evaluated. In an atmosphere with a humidity of 30%, the polyolefin microporous membrane was punched out into a circle of φ19 mm, placed in a coin battery (CR2032 standard), injected with the electrolyte, and vacuum impregnated with a vacuum dryer at a pressure of -50 kPa for 1 minute. rice field. After that, it was sealed with a coin battery caulking machine, and the resistance was measured while heating at a rate of temperature increase of 5° C./min. A 1 mol/L solution of LiPF 6 (EC:EMC=4:6V%) was used as the electrolyte (LiPF 6 : lithium hexafluorophosphate, EC: ethylene carbonate, EMC: ethylmethyl carbonate). The temperature was raised from 25° C. to 180° C. in 30 minutes using a constant temperature bath. At a frequency of 200 kHz, the resistance value at each temperature was read with an impedance analyzer, and the first temperature reaching 1000 Ω·cm 2 was read as the shutdown temperature in the electrolyte. The lower the shutdown temperature in the electrolytic solution, the higher the safety of the battery structure, which was evaluated in the following four stages.
A:電解液中のシャットダウン温度が144℃未満
B:電解液中のシャットダウン温度が144℃以上146℃未満
C:電解液中のシャットダウン温度が146℃以上147℃未満
D:電解液中のシャットダウン温度が147℃以上
A: The shutdown temperature in the electrolyte is less than 144°C B: The shutdown temperature in the electrolyte is 144°C or more and less than 146°C C: The shutdown temperature in the electrolyte is 146°C or more and less than 147°C D: The shutdown temperature in the electrolyte is 147°C or higher
(18)耐熱性樹脂層の塗工液の調製
共重合体(A)として、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及びマレイン酸モノメチルエステルを出発原料として懸濁重合法にてフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を合成した。得られた共重合体(A)は重量平均分子量が150万、NMR測定より求めたフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン/マレイン酸モノメチルエステルのモル比は98.0/1.5/0.5であった。
(18) Preparation of Coating Solution for Heat Resistant Resin Layer As the copolymer (A), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene is prepared by suspension polymerization using vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and maleic acid monomethyl ester as starting materials. A copolymer was synthesized. The resulting copolymer (A) had a weight average molecular weight of 1,500,000 and a molar ratio of vinylidene fluoride/hexafluoropropylene/monomethyl maleate determined by NMR measurement of 98.0/1.5/0.5. there were.
重合体(B)として、フッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンを出発原料として懸濁重合法にてフッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体を合成した。得られた共重合体(B)は重量平均分子量が30万、NMR測定より求めたフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレンのモル比は93/7であった。 As the polymer (B), a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer was synthesized by a suspension polymerization method using vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as starting materials. The obtained copolymer (B) had a weight average molecular weight of 300,000 and a vinylidene fluoride/hexafluoropropylene molar ratio of 93/7 determined by NMR measurement.
共重合体(A)26質量部、共重合体(B)4質量部と、NMP(N-methylpyrrolidone)600質量部を混合し、ディスパーで撹拌しながらアルミナ粒子(平均粒径1.1μm)を70質量部加えて、さらに、ディスパーで1時間、2000rpmで予備攪拌した。次いで、ダイノーミル(シンマルエンタープライゼス製ダイノーミルマルチラボ(1.46L容器、充填率80%、φ0.5mmアルミナビーズ))を用いて、流量11kg/hr、周速10m/sの条件下で3回処理し、耐熱性樹脂層の塗工液を得た。 26 parts by mass of copolymer (A), 4 parts by mass of copolymer (B), and 600 parts by mass of NMP (N-methylpyrrolidone) are mixed, and alumina particles (average particle size 1.1 μm) are added while stirring with a disper. 70 parts by mass were added, and further pre-stirring was carried out at 2000 rpm for 1 hour with a disper. Then, using a dyno mill (Dyno Mill Multilab manufactured by Shinmaru Enterprises (1.46 L container, filling rate 80%, φ0.5 mm alumina beads)), under the conditions of a flow rate of 11 kg / hr and a peripheral speed of 10 m / s After three treatments, a coating solution for a heat-resistant resin layer was obtained.
(19)高速塗工評価での塗膜外観
リバースグラビアコート法の塗工装置を用いて(18)に記載の方法で調製した塗工液をポリオレフィン微多孔膜(幅300mm×長さ500m)に片面塗工し、NMPを5質量%含有する水溶液からなる凝固浴に浸漬して凝固させた後、水洗、80℃で乾燥し、ポリオレフィン微多孔膜と耐熱性樹脂層を有する積層体を得た。なお、乾燥後の耐熱性樹脂層の厚みは2μmとなるように積層体を作製し、塗工時の搬送速度は60m/分、巻取り張力は100N/mに設定した。得られた積層体(長さ2m)の塗膜(耐熱性樹脂層)の状態について、蛍光灯の光を反射させながら光の反射具合の異なる塗布欠点のサイズと個数を確認し、下記基準で評価を行い、D以上を合格とした。
(19) Appearance of coating film in high-speed coating evaluation A coating liquid prepared by the method described in (18) using a coating apparatus for reverse gravure coating was applied to a polyolefin microporous film (width 300 mm × length 500 m). After coating on one side and solidifying by immersing in a coagulation bath consisting of an aqueous solution containing 5% by mass of NMP, it was washed with water and dried at 80°C to obtain a laminate having a polyolefin microporous membrane and a heat-resistant resin layer. . A laminate was prepared so that the thickness of the heat-resistant resin layer after drying was 2 μm, and the conveying speed during coating was set to 60 m/min, and the winding tension was set to 100 N/m. Regarding the state of the coating (heat-resistant resin layer) of the obtained laminate (length 2 m), while reflecting the light of the fluorescent lamp, the size and number of coating defects with different light reflection conditions were checked, and the following criteria were used. Evaluation was performed, and D or more was set as a pass.
A:1mm以上の塗布欠点が見られなかった。
B:10mm以上の塗布欠点は見られないものの、1mm以上10mm未満の塗布欠点が2個以上4個以下見られた。
C:10mm以上の塗布欠点は見られないものの、1mm以上10mm未満の塗布欠点が5個以上9個以下見られた。
D:10mm以上の塗布欠点は見られないものの、1mm以上10mm未満の塗布欠点が10個以上見られた。
E:10mm以上の塗布欠点が1個以上見られた。
A: No coating defect of 1 mm or more was observed.
B: No coating defects of 10 mm or more were found, but 2 or more and 4 or less coating defects of 1 mm or more and less than 10 mm were found.
C: No coating defects of 10 mm or more were observed, but 5 or more and 9 or less of coating defects of 1 mm or more and less than 10 mm were found.
D: No coating defects of 10 mm or more were found, but 10 or more coating defects of 1 mm or more and less than 10 mm were found.
E: One or more coating defects of 10 mm or more were observed.
(20)高速塗工評価での端部カール
(19)と同様にして積層体を作製した際に、乾燥工程から巻取り工程に至る途中の積層体の端部カールの状態について観察を行い、下記基準で評価を行った。
(20) Edge curl in high-speed coating evaluation When a laminate was produced in the same manner as in (19), the state of edge curl of the laminate was observed during the process from the drying process to the winding process, Evaluation was performed according to the following criteria.
A:端部カールが見られなかった。
B:最大で10mm未満の浮き上がり高さの端部カールが見られた。
C:最大で10mm以上の浮き上がり高さの端部カールが見られた。
A: Edge curl was not observed.
B: Edge curl with a maximum floating height of less than 10 mm was observed.
C: Edge curl with a maximum floating height of 10 mm or more was observed.
(21)積層体のメルトダウン耐性
電池安全性を模した評価として、昇温時の電解液中の抵抗値について評価を実施した。(19)の方法で作製した積層体について、(17)と同様の方法で昇温速度5℃/分の速度で加熱しながら抵抗を測定し、抵抗値が1000Ω・cm2以上に達した後に再び低下し、1000Ω・cm2以下となった温度を積層体の電解液中のメルトダウン温度として読み取った。電解液中のメルトダウン温度が高いほど電池構成での安全性が高いことを示しており、下記5段階で評価を行い、D以上を合格とした。
(21) Meltdown Resistance of Laminate As an evaluation simulating battery safety, the resistance value in the electrolytic solution during temperature rise was evaluated. Regarding the laminate produced by the method of (19), the resistance was measured while heating at a temperature increase rate of 5 ° C./min in the same manner as in (17). The temperature at which the resistance dropped again to 1000 Ω·cm 2 or less was read as the meltdown temperature in the electrolytic solution of the laminate. The higher the meltdown temperature in the electrolyte, the higher the safety of the battery structure.
A:電解液中のメルトダウン温度が180℃以上
B:電解液中のメルトダウン温度が175℃以上180℃未満
C:電解液中のメルトダウン温度が170℃以上175℃未満
D:電解液中のメルトダウン温度が160℃以上170℃未満
E:電解液中のメルトダウン温度が160℃未満
A: The meltdown temperature in the electrolyte is 180°C or higher B: The meltdown temperature in the electrolyte is 175°C or higher and lower than 180°C C: The meltdown temperature in the electrolytic solution is 170°C or higher and lower than 175°C D: In the electrolytic solution The meltdown temperature of 160 ° C. or more and less than 170 ° C. E: The meltdown temperature in the electrolyte is less than 160 ° C.
(22)積層体の低湿耐カール性
(19)と同様にして作製した積層体について、100mm×100mm角に切り取って評価用サンプルを作製した。得られた評価用サンプルを乾球温度25℃、露点温度-50℃の低湿度のドライルーム内に移動させ、耐熱性樹脂層が上側になるように水平なガラスプレート上に配置して3分間放置した。3分経過後の評価用サンプルについて、ガラスプレート面から垂直方向に浮き上がった4カ所の角の高さを測定し、4カ所の角の高さのうち最大の高さを評価用サンプルのカール高さとし、下記基準で評価を行った。
(22) Low Humidity Curl Resistance of Laminate A sample for evaluation was prepared by cutting a 100 mm×100 mm square from the laminate produced in the same manner as in (19). The obtained sample for evaluation was moved into a low humidity dry room with a dry bulb temperature of 25 ° C. and a dew point temperature of -50 ° C., and placed on a horizontal glass plate so that the heat-resistant resin layer faced up for 3 minutes. I left it. For the sample for evaluation after 3 minutes have passed, measure the heights of the four corners that have risen vertically from the glass plate surface, and determine the maximum height of the four corners as the curl height of the sample for evaluation. and evaluated according to the following criteria.
A:カール高さが1mm未満
B:カール高さが1mm以上3mm未満
C:カール高さが3mm以上5mm未満
D:カール高さが5mm以上、もしくはカールの状態が大きく評価用サンプルの角が丸まっており測定不可
A: The curl height is less than 1 mm B: The curl height is 1 mm or more and less than 3 mm C: The curl height is 3 mm or more and less than 5 mm D: The curl height is 5 mm or more, or the curl state is large and the corners of the evaluation sample are rounded. measurement is not possible due to
(実施例1)
原料として重量平均分子量Mwが18×105の超高分子量ポリエチレン(融点136℃、ΔH130/ΔHall=33%)を用いた。超高分子量ポリエチレン23質量部に流動パラフィン77質量部を加え、さらにポリエチレン樹脂の合計の質量を基準として0.5質量部の2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾールと0.7質量部のテトラキス[メチレン-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]メタンを酸化防止剤として加えて混合し、ポリエチレン樹脂溶液を調製した。
(Example 1)
Ultra high molecular weight polyethylene (melting point 136° C., ΔH 130 /ΔH all =33%) having a weight average molecular weight Mw of 18×10 5 was used as a raw material. Add 77 parts by mass of liquid paraffin to 23 parts by mass of ultra-high molecular weight polyethylene, and 0.5 parts by mass of 2,6-di-t-butyl-p-cresol and 0.7 parts by mass based on the total mass of the polyethylene resin. Part of tetrakis[methylene-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate]methane was added as an antioxidant and mixed to prepare a polyethylene resin solution.
得られたポリエチレン樹脂溶液を二軸押出機に投入し180℃で混練し、Tダイに供給し、押出物を15℃に制御された冷却ロールで冷却してゲル状シートを形成した。なお、二軸押出機のスクリューは、スクリューの最外径をDとした際にスクリュー先端からベント孔の距離が11.5D、かつその間に原料搬送方向の長さが0.5Dのスクリューピースを1個、1.0Dのスクリューピースを8個、1.5Dのスクリューピースを2個使用した構成のスクリュー(タイプ1)を用いた。 The obtained polyethylene resin solution was put into a twin-screw extruder, kneaded at 180° C., supplied to a T-die, and the extrudate was cooled with a cooling roll controlled at 15° C. to form a gel sheet. In addition, the screw of the twin-screw extruder has a distance of 11.5D from the tip of the screw to the vent hole when the outermost diameter of the screw is D, and a screw piece having a length of 0.5D in the raw material conveying direction in between. A screw (type 1) having a configuration using one screw piece, eight screw pieces of 1.0D, and two screw pieces of 1.5D was used.
得られたゲル状シートを、ロール延伸機で長手方向(MD方向)に115℃で6.5倍の延伸を行い、冷却を行った後、テンター延伸機で幅方向(TD方向)に125℃で6.5倍に延伸した。逐次での湿式延伸後に、そのままテンター延伸機内でシート幅を固定し、125℃の温度で10秒間保持した。 The resulting gel-like sheet was stretched 6.5 times at 115°C in the longitudinal direction (MD direction) with a roll stretching machine, cooled, and then stretched at 125°C in the width direction (TD direction) with a tenter stretching machine. and stretched 6.5 times. After successive wet stretching, the sheet width was fixed as it was in the tenter stretching machine and held at a temperature of 125° C. for 10 seconds.
次いで延伸したゲル状シートを洗浄槽で塩化メチレン浴中に浸漬し、流動パラフィンを除去した後に80℃で乾燥を行った。 Next, the stretched gel-like sheet was immersed in a methylene chloride bath in a washing bath to remove the liquid paraffin and then dried at 80°C.
洗浄、乾燥後のフィルムについて、テンター延伸機内で幅方向(TD方向)に130℃で1.7倍の延伸(乾式延伸)を行い、そのままテンター延伸機内でシート幅を固定した直線区間L1を5秒で通過させた後、第一の熱固定工程として、同一のテンター延伸機内で幅方向に8%緩和させた状態で、130℃で25秒間の熱固定を実施した。 The film after washing and drying is stretched 1.7 times (dry stretching) at 130°C in the width direction (TD direction) in the tenter stretching machine, and the straight section L1 with the sheet width fixed is stretched 5 times in the tenter stretching machine. After the first heat setting step, heat setting was performed at 130° C. for 25 seconds in a state of 8% relaxation in the width direction in the same tenter stretching machine.
テンター延伸機から出た第一の熱固定後のフィルムについて、室温雰囲気下に開放後、第二の熱固定工程として、100℃に設定した4本の金属ロールを通過させて再度熱固定を実施し、ポリオレフィン微多孔膜を得た。 After the first heat-set film from the tenter stretching machine is exposed to a room temperature atmosphere, as a second heat-setting step, it is passed through four metal rolls set at 100 ° C. and heat-set again. to obtain a polyolefin microporous membrane.
なお、第二の熱固定を行う際は、ロールの周速差をつけて搬送方向0.1%の緩和させた条件(4本のロールの最初のロールの搬送速度に対する最後のロールの搬送速度を0.1%低下させた条件)とし、ロールとの総接触時間は2秒に設定した。緩和を考慮した合計延伸倍率は66.0倍であった。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。 In addition, when performing the second heat setting, the conditions relaxed by 0.1% in the conveying direction by adding a peripheral speed difference between the rolls (the conveying speed of the last roll with respect to the conveying speed of the first roll of the four rolls was reduced by 0.1%), and the total contact time with the roll was set to 2 seconds. The total draw ratio considering relaxation was 66.0 times. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(実施例2)
原料組成や製造条件を表の通りとし、湿式延伸をテンター内での同時二軸延伸とした以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Example 2)
A microporous polyolefin membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition and production conditions were as shown in the table, and the wet stretching was simultaneous biaxial stretching in a tenter. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(実施例3、4)
原料組成や製造条件を表の通りとした以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Examples 3 and 4)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition and production conditions were as shown in the table. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(実施例5)
原料を重量平均分子量Mwが15×105の超高分子量ポリエチレン(融点136℃、ΔH130/ΔHall=34%)と重量平均分子量Mwが11×104の高密度ポリエチレン(融点133℃、ΔHall=220J/g、DSC半値幅=4.8℃)の2種類とし、超高分子量ポリエチレン22質量部と高密度ポリエチレン3質量部に流動パラフィン75質量部を加えてポリエチレン樹脂溶液を調製し、製造条件を表の通りとした以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Example 5)
The raw materials are ultra-high molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight Mw of 15×10 5 (melting point 136° C., ΔH 130 /ΔH all =34%) and high density polyethylene with a weight average molecular weight Mw of 11×10 4 (melting point 133° C., ΔH all = 220 J/g, DSC half width = 4.8°C), and 75 parts by mass of liquid paraffin is added to 22 parts by mass of ultra-high molecular weight polyethylene and 3 parts by mass of high-density polyethylene to prepare a polyethylene resin solution, A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that the production conditions were as shown in the table. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(実施例6)
原料組成や製造条件を表の通りとし、二軸押出機のスクリューについて、スクリューの最外径をDとした際にスクリュー先端からベント孔の距離が10.75D、かつその間に原料搬送方向の長さが0.75Dのスクリューピースを1個、1.0Dのスクリューピースを10個使用し、1.5Dのスクリューピースを使用していない構成のスクリュー(タイプ2)に変更した以外は、実施例5と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Example 6)
The raw material composition and manufacturing conditions are as shown in the table. Regarding the screw of the twin screw extruder, when the outermost diameter of the screw is D, the distance from the tip of the screw to the vent hole is 10.75D, and the length of the raw material conveying direction in between is 10.75D. Example except that one screw piece with a thickness of 0.75D and ten screw pieces of 1.0D were used, and the screw (type 2) was changed to a configuration that did not use a 1.5D screw piece. A microporous polyolefin membrane was obtained in the same manner as in 5. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(実施例7、8)
原料組成や製造条件を表の通りとした以外は、実施例5と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Examples 7 and 8)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 5, except that the raw material composition and production conditions were as shown in the table. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(実施例9)
原料組成や製造条件を表の通りとし、湿式延伸をテンター内での同時二軸延伸とした以外は、実施例5と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Example 9)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 5, except that the raw material composition and production conditions were as shown in the table, and the wet stretching was simultaneous biaxial stretching in a tenter. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(比較例1、4、7、8、9)
原料組成や製造条件を表の通りとした以外は、実施例1と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。なお、表中、ポリプロピレンの含有量(%)は流動パラフィンを含んだ原料組成の合計に対する含有割合(質量%)を意味する。比較例7において、得られたポリオレフィン微多孔膜におけるポリプロピレンの含有量は5.2質量%であった。
(Comparative Examples 1, 4, 7, 8, 9)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 1, except that the raw material composition and production conditions were as shown in the table. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table. In the table, the content (%) of polypropylene means the content ratio (% by mass) with respect to the total raw material composition including liquid paraffin. In Comparative Example 7, the content of polypropylene in the obtained polyolefin microporous membrane was 5.2% by mass.
(比較例2、3、6)
原料組成や製造条件を表の通りとした以外は、実施例2と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Comparative Examples 2, 3, 6)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 2, except that the raw material composition and production conditions were as shown in the table. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
(比較例5)
原料組成や製造条件を表の通りとした以外は、実施例9と同様にしてポリオレフィン微多孔膜を得た。得られたポリオレフィン微多孔膜の特性を表に示す。
(Comparative Example 5)
A polyolefin microporous membrane was obtained in the same manner as in Example 9, except that the raw material composition and production conditions were as shown in the table. The properties of the obtained polyolefin microporous membrane are shown in the table.
本発明の実施形態にかかるポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解液二次電池のセパレータとして適用した際に、透気度や高温での収縮応力挙動を特定範囲とすることから、高速での塗工性、ならびにリチウムイオン二次電池にした際の良好なレート特性、耐異物性に優れたセパレータとして好適に用いられる。また、逆浸透濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等の各種フィルター、透湿防水衣料、医療用材料、燃料電池用支持体などにも利用可能である。 When the polyolefin microporous membrane according to the embodiment of the present invention is applied as a separator for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery, the air permeability and shrinkage stress behavior at high temperatures are reduced to a specific range. Therefore, it can be suitably used as a separator having excellent high-speed coatability, good rate characteristics when made into a lithium ion secondary battery, and foreign matter resistance. It can also be used for various filters such as reverse osmosis filtration membranes, ultrafiltration membranes, and microfiltration membranes, moisture-permeable waterproof clothing, medical materials, fuel cell supports, and the like.
Claims (8)
-0.3≦F1MD≦0.5・・・(式1)
0.7≦F2MD≦2.0・・・(式2)
式1又は式2中、
F1MDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味し、
F2MDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における最大収縮応力(MPa)を意味する。 A polyolefin microporous membrane having a 10 μm equivalent air permeability of 80 sec/100 cm 3 or more and 350 sec/100 cm 3 or less, and satisfying Formula 1 and Formula 2 below.
−0.3≦F1MD≦0.5 (formula 1)
0.7≦F2MD≦2.0 (Formula 2)
In formula 1 or formula 2,
F1MD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermomechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement,
F2MD means the maximum shrinkage stress (MPa) in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane obtained by thermomechanical analysis (TMA), which is determined by temperature rising constant length measurement from 30°C to 250°C.
-0.3≦F1TD≦0.3・・・(式3)
式3中、
F1TDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の幅方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味する。 The polyolefin microporous membrane according to claim 1, which satisfies Formula 3 below.
−0.3≦F1TD≦0.3 (Formula 3)
In formula 3,
F1TD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the width direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermo-mechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement.
0≦|F1MD-F1TD|≦0.15・・・(式4)
式4中、
F1MDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の長手方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味し、
F1TDは、熱機械分析(TMA)の30℃から250℃の昇温定長測定で求めた、ポリオレフィン微多孔膜の幅方向における120℃の収縮応力(MPa)を意味する。 3. The polyolefin microporous membrane according to claim 1 or 2, which satisfies the following formula 4.
0≦|F1MD−F1TD|≦0.15 (Formula 4)
In formula 4,
F1MD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the longitudinal direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermomechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement,
F1TD means the shrinkage stress (MPa) at 120°C in the width direction of the polyolefin microporous membrane, determined by thermo-mechanical analysis (TMA) from 30°C to 250°C temperature-rising constant length measurement.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021160024 | 2021-09-29 | ||
JP2021160024 | 2021-09-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023050126A true JP2023050126A (en) | 2023-04-10 |
Family
ID=85802095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022146456A Pending JP2023050126A (en) | 2021-09-29 | 2022-09-14 | Polyolefin microporous film, laminate, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023050126A (en) |
-
2022
- 2022-09-14 JP JP2022146456A patent/JP2023050126A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5202826B2 (en) | Polyethylene microporous membrane, method for producing the same, and battery separator | |
JP5497635B2 (en) | Polyolefin microporous membrane, method for producing the same, battery separator and battery | |
TWI405800B (en) | Polyolefins microporous film, spacer for battery using it and battery | |
JP5202949B2 (en) | Polyolefin multilayer microporous membrane and battery separator | |
JP5312450B2 (en) | Polyolefin multilayer microporous membrane, method for producing the same, battery separator and battery | |
JP5596768B2 (en) | Polyethylene microporous membrane and battery separator | |
JP5450929B2 (en) | Polyolefin multilayer microporous membrane, method for producing the same, battery separator and battery | |
KR101716249B1 (en) | Polyolefin microporous membrane and method for producing same | |
KR102386487B1 (en) | Microporous membrane, lithium ion secondary battery, and microporous membrane manufacturing method | |
KR102164178B1 (en) | Microporous polyolefin film, separator for battery, and production processes therefor | |
KR102231395B1 (en) | Battery separator, electrode body and non-aqueous electrolyte secondary battery | |
WO2017170289A1 (en) | Polyolefin microporous membrane, production method for polyolefin microporous membrane, battery separator, and battery | |
WO2007117006A1 (en) | Polyolefin multilayer microporous membrane, method for producing the same, battery separator and battery | |
JP2008055901A (en) | Polyolefin multilayer microporous membrane, its production process, battery separator and battery | |
JPWO2007060990A1 (en) | Polyolefin microporous membrane and method for producing the same, battery separator and battery | |
JPWO2015194504A1 (en) | Polyolefin microporous membrane, battery separator and battery | |
JPWO2007060991A1 (en) | Polyolefin microporous membrane and method for producing the same, battery separator and battery | |
KR20190124207A (en) | Polyolefin microporous membrane, multilayer polyolefin microporous membrane, laminated polyolefin microporous membrane, and separator | |
JP2015208894A (en) | Polyolefin-made laminated microporous film | |
KR20190046756A (en) | Microporous membrane, Lithium ion secondary battery and microporous membrane manufacturing method | |
JPWO2018173904A1 (en) | Polyolefin microporous membrane and battery using the same | |
CN114516982B (en) | Polyolefin microporous membrane, separator for battery, and secondary battery | |
JP7532843B2 (en) | Polyolefin microporous membrane, battery separator, and secondary battery | |
JP2023050126A (en) | Polyolefin microporous film, laminate, and non-aqueous electrolyte secondary battery | |
CN113631643B (en) | Polyolefin microporous membrane, battery separator, and secondary battery |