JP6404071B2 - 蓄電デバイス用セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
ハイシェア粘度を特定範囲にし、樹脂製ドクターブレードを備えるグラビアコーターを用い、かつ塗工時のドクターブレード押付圧力を特定範囲に制御して塗工することで、前記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]
ポリオレフィン多孔膜基材の少なくとも1面上に、無機フィラー及び樹脂バインダを含む塗工液を塗工し、乾燥して、少なくとも1層の塗工層を設ける工程を含む蓄電デバイス用セパレータの製造方法であって、前記塗工液の回転数4400rpmでのハイシェア粘度が1〜45mPa・sであり、かつ前記基材上に前記塗工層を設ける前記工程は、樹脂製ドクターブレードを備えるグラビアコーターにより行われる、前記蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[2]
前記ドクターブレードの最表層の表面粗さが、最大高さで2〜10μmである、[1]に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[3]
前記ドクターブレードの厚みが、0.1〜3.0mmである、[1]又は[2]に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[4]
前記ドクターブレードの材質が、ポリエチレン製、強化ポリエチレン製、ポリエステル製、強化ポリエステル製、またはポリアセタール製である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[5]
前記塗工層の厚みが、1〜10μmである、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[6]
前記無機フィラーは、水酸化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを含む、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[7]
前記樹脂バインダを構成する官能基含有単量体の量が、前記樹脂バインダを構成する全単量体100質量部に対し、2〜10質量部である、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
[8]
前記樹脂バインダの配合量が、前記塗工液の全固形分に対し、1〜10質量%である、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜基材について説明する。
ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜基材とは、多層多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合のシャットダウン性能等を向上させる観点から、多孔膜を構成する樹脂成分の50質量%以上100質量%以下をポリオレフィン樹脂が占めるポリオレフィン樹脂組成物により形成される多孔膜であることが好ましい。ポリオレフィン樹脂が占める割合は60質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、70質量%以上100質量%以下であることが更に好ましい。また、多孔膜を構成する全成分の50質量%以上100質量%以下をポリオレフィン樹脂が占めることが好ましい。
まず、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤を溶融混練する。溶融混練方法としては、例えば、ポリオレフィン樹脂及び必要によりその他の添加剤を、押出機、ニーダー、ラボプラストミル、混練ロール、バンバリーミキサー等の樹脂混練装置に投入し、樹脂成分を加熱溶融させながら任意の比率で可塑剤を導入して混練する方法が挙げられる。この際、ポリオレフィン樹脂、その他の添加剤及び可塑剤を樹脂混練装置に投入する前に、予めヘンシェルミキサー等を用いて所定の割合で事前混練しておくことが好ましい。より好ましくは、事前混練において可塑剤の一部のみを投入し、残りの可塑剤を樹脂混練装置にサイドフィードしながら混練する。このような混練方法を用いることにより、可塑剤の分散性が高まり、後の工程で樹脂組成物と可塑剤の溶融混練物のシート状成形体を延伸する際に、破膜することなく高倍率で延伸することができる傾向にある。
次に、無機フィラーと樹脂バインダとを含む塗工液で形成される層について説明する。この塗工層は、無機フィラーと樹脂バインダとを含む多孔膜を形成する。
前記多孔層に使用する無機フィラーとしては、特に限定されないが、200℃以上の融点をもち、電気絶縁性が高く、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定であるものが好ましい。
塗工液の溶媒としては、前記無機フィラー、及び前記樹脂バインダを均一かつ安定に分散できるものが好ましく、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、水、エタノール、トルエン、熱キシレン、塩化メチレン、ヘキサン等が挙げられる。
ドクターブレードの材質には、樹脂製ブレード、ステンレス製ブレード、セラミック製ブレード等が挙げられるが、本発明の塗工液の成分は顔料比率が高いため、高剛性であるステンレス製又はセラミック製のブレードを用いた場合、ブレード直下の塗工液に高シェアがかかり、急激に固形分が上昇して、多孔層表面にストリークが発生するため、好ましくない。一方で、樹脂製ブレードは、ステンレス製及びセラミック製のブレードと比較して、弾力性があるため、ブレード直下の塗工液に高シェアがかかり難く、急激な固形分上昇をせず、多孔層表面のストリークの発生を抑制できる。
蓄電デバイス用セパレータは、本実施形態について説明された上記方法に従う限り、既知の製造方法をさらに組み込むことにより製造されることができ、例えば、国際公開第2013/147071号に記載のセパレータの製造方法により製造されることができる。
実施例及び比較例で得られた塗工液の粘度は、ハイシェア回転式粘度計 PM9002HV(三井電気精機製)を用いて、室温にて4400回転の条件で測定した。結果を表1に記載する。
実施例1で得られたポリオレフィン樹脂多孔膜の表面に、1000mロール品の連続塗工を実施し、目視にてストリークの発生の有無を評価した。下記基準により判定した。結果を表1に記載する。
○(良):電極表面に1.0mm幅以上の塗工スジ、又はピンホールが全く認められない。
△(可):電極表面に1.0mm幅以上の塗工スジ、及び/又はピンホールが2つ以下で認められる。
×(不良):電極表面に1.0mm幅以上の塗工スジ、及び/又はピンホールが2つを超えて認められる。
実施例及び比較例で用いたドクターブレードの表面粗さの最大高さは、接触式の表面粗さ計P−15(KLA TENCOR社製)を用いて測定した。結果を表1に記載する。
5−10um
実施例及び比較例で得られたセパレータの平滑性を、表面粗度計サーフコム(東洋精密社製)を用いて、中心線平均粗さRa(μm)を測定した。結果を表1に記載する。
Mvが70万のポリエチレンを47質量部と、Mvが30万のポリエチレンを46質量部と、Mvが40万のポリプロピレンを7質量部とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られた純ポリマー混合物99質量部に酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[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]を1質量部添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物は窒素で置換を行った後に、二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。また流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10−5m2/s)を押出機シリンダーにプランジャーポンプにより注入した。
アクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm、最低成膜温度0℃以下)4.0質量部、及びポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製 SNディスパーサント5468、固形分濃度40%)1.0質量部を100質量部の水に均一に分散させた塗工液(a−1)を、上記ポリオレフィン樹脂多孔膜の表面にグラビアコーターを用いて塗工した後、60℃にて乾燥して水を除去して、多孔膜上に厚さ5μmの多孔層が形成されている総膜厚12μmのセパレータ得た。グラビアロールに用いるドクターブレードには、PE製(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ7μm)を用いた。
PET製ドクターブレード(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ6μm)以外は、実施例1の方法に準じてセパレータを得た。
ガラス繊維強化PET製ドクターブレード(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ9μm)以外は、実施例1の方法に準じてセパレータを得た。
樹脂バインダとして、ポリビニルアルコール(平均重合度1700、ケン化度99%以上)を用いる塗工液(a−2)を使用する以外は、実施例2の方法に準じてセパレータを得た。
酸化アルミニウム(平均粒径1.0μm)を96.0質量部とアクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm、最低成膜温度0℃以下)4.0質量部、及びポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製 SNディスパーサント5468、固形分濃度40%)1.0質量部を100質量部の水に均一に分散させた塗工液(a−3)を用いる以外は実施例2の方法に準じてセパレータを得た。
水酸化酸化アルミニウム(平均粒径1.0μm)を48.0質量部とアクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm、最低成膜温度0℃以下)2.0質量部、及びポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製 SNディスパーサント5468、固形分濃度40%)0.5質量部を100質量部の水に均一に分散させた塗工液(a−4)を用いる以外は実施例2の方法に準じてセパレータを得た。
水酸化酸化アルミニウム(平均粒径1.0μm)を115.2質量部とアクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm、最低成膜温度0℃以下)4.8質量部、及びポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製 SNディスパーサント5468、固形分濃度40%)1.2質量部を100質量部の水に均一に分散させた塗工液(a−5)を用いる以外は実施例2の方法に準じてセパレータを得た。
PE製ドクターブレード(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ8μm)を用いる以外は、実施例1の方法に準じてセパレータを得た。
PET製ドクターブレード(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ4μm)を用いる以外は、実施例1の方法に準じてセパレータを得た。
PET製ドクターブレード(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ15μm)を用いる以外は、実施例1の方法に準じてセパレータを得た。
実施例2、3は、実施例1に対し、ドクターブレードの材質を変更した例であり、何れもストリークの発生がなく、多孔層表面の平滑性も合格レベルであった。
実施例4は、実施例2に対し、樹脂バインダの種類を、実施例5は、無機フィラーの種類を変更した例であり、何れもストリークの発生がなく、多孔層表面の平滑性も合格レベルであった。
実施例2に対し、実施例6は塗工液の固形分を低く、実施例7は、塗工液の固形分を高くした例であり、何れもストリークの発生がなく、多孔層表面の平滑性も合格レベルであった。
実施例8、9は、実施例1、2のドクターブレードを、同じ材質であるが、表面粗さの異なるドクターブレードに変更した例であり、何れもストリークの発生がなく、多孔層表面の平滑性も合格レベルであった。
実施例10は、ドクターブレードの刃先の表面粗さが大きい場合の例であり、ストリークの発生はないが、平滑性に劣る。
SUS製ドクターブレード(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ3μm)を用いる以外は、実施例1の方法に準じてセパレータを得た。
セラミック製ドクターブレード(ドクターブレードの表面粗さの最大高さ5μm)を用いる以外は、実施例1の方法に準じてセパレータを得た。
水酸化酸化アルミニウム(平均粒径1.0μm)を144.0質量部とアクリルラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm、最低成膜温度0℃以下)6.0質量部、ポリカルボン酸アンモニウム水溶液(サンノプコ社製 SNディスパーサント5468、固形分濃度40%)1.5質量部を100質量部の水に均一に分散させた塗工液(a−6)を用いる以外は実施例2の方法に準じてセパレータを得た。
比較例1は、実施例1からドクターブレードの材質をステンレスへ変更した場合、比較例2はドクターブレードの材質をセラミックへ変更した場合である。比較例1及び2は、共にストリークが発生した。
比較例3は、塗工液のハイシェア粘度が高い場合の例であり、ストリークが発生し、平滑性も劣る。
Claims (8)
- ポリオレフィン多孔膜基材の少なくとも1面上に、無機フィラー及び樹脂バインダを含む塗工液を塗工し、乾燥して、少なくとも1層の塗工層を設ける工程を含む蓄電デバイス用セパレータの製造方法であって、前記塗工液の回転数4400rpmでのハイシェア粘度が1〜45mPa・sであり、かつ前記基材上に前記塗工層を設ける前記工程は、樹脂製ドクターブレードを備えるグラビアコーターにより行われる、前記蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記ドクターブレードの最表層の表面粗さが、最大高さで2〜10μmである、請求項1に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記ドクターブレードの厚みが、0.1〜3.0mmである、請求項1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記ドクターブレードの材質が、ポリエチレン製、強化ポリエチレン製、ポリエステル製、強化ポリエステル製、またはポリアセタール製である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記塗工層の厚みが、1〜10μmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記無機フィラーは、水酸化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記樹脂バインダを構成する官能基含有単量体の量が、前記樹脂バインダを構成する全単量体100質量部に対し、2〜10質量部である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
- 前記樹脂バインダの配合量が、前記塗工液の全固形分に対し、1〜10質量%である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用セパレータの製造方法。
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