JP7570280B2 - Electricity storage device and separator for electricity storage device - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電デバイス用セパレータ、及びそれを含む蓄電デバイスなどに関する。 The present invention relates to a separator for an electricity storage device and an electricity storage device including the same.
微多孔膜は、種々の物質の分離のために、又は選択透過分離膜、隔離材等として広く用いられている。その用途としては、例えば、精密ろ過膜;リチウムイオン電池、ポリマー電解質電池、燃料電池等の電池のセパレータ;コンデンサー用セパレータ;機能材を孔の中に充填させ、新たな機能を出現させるための機能膜の母材等が挙げられる。中でも、携帯電話、スマートフォン、ウェアラブル機器、ノート型パーソナルコンピュータ(PC)、タブレットPC、デジタルカメラ等に広く使用されている蓄電デバイス用のセパレータとして、ポリオレフィン微多孔膜が好適に使用されている。 Microporous membranes are widely used for separating various substances, or as selective permeation separation membranes, separators, etc. Applications include, for example, microfiltration membranes; separators for batteries such as lithium ion batteries, polymer electrolyte batteries, and fuel cells; separators for capacitors; and base materials for functional membranes in which functional materials are filled into the pores to create new functions. In particular, polyolefin microporous membranes are preferably used as separators for electricity storage devices, which are widely used in mobile phones, smartphones, wearable devices, notebook personal computers (PCs), tablet PCs, digital cameras, etc.
従来、蓄電デバイスでは、正極板と負極板との間にセパレータを介在させた発電要素に、電解液を含浸させていた。これらの蓄電デバイスでは、比較的低温で比較的大きな電流でデバイスを充電することなどの条件下、負極板にリチウム(Li)が析出して、この負極板から金属Liがデンドライト(樹枝状結晶)として成長することがある。このようなデンドライトが成長し続けると、セパレータを突き破って、若しくは貫通して正極板にまで到達するか、又は正極板に接近することで、デンドライト自身が経路となって短絡を招く不具合を生じることがある。 Conventionally, in electricity storage devices, a power generating element having a separator between a positive plate and a negative plate is impregnated with an electrolyte. In these electricity storage devices, under conditions such as charging the device at a relatively low temperature with a relatively large current, lithium (Li) precipitates on the negative plate, and metallic Li may grow from this negative plate as dendrites (branched crystals). If such dendrites continue to grow, they may break through or penetrate the separator and reach the positive plate, or may approach the positive plate, causing the dendrites themselves to become a pathway, resulting in a short circuit.
また、電池において、析出したデンドライト(金属Li)が折れると、負極板と導通しない状態で、反応性の高い金属Liが存在することもある。このように、電池にデンドライト又はこれに起因する金属Liが多く存在すると、他の部位に短絡を生じさせたり、複数の部位同士が短絡したり、過充電により発熱した場合に、周囲にある反応性の高い金属Liまでもが反応して、さらに発熱が生じたりする不具合に繋がり易く、また電池の容量劣化の原因となる。 In addition, when precipitated dendrites (metallic Li) break in a battery, highly reactive metallic Li may be present without electrical continuity with the negative plate. In this way, if a battery contains a large amount of dendrites or metallic Li resulting from them, it can easily lead to problems such as short-circuiting other parts, short-circuiting multiple parts together, or in the event of heat generation due to overcharging, the surrounding highly reactive metallic Li may react, causing further heat generation, and it can also cause deterioration of the battery capacity.
これに対して、例えば特許文献1には、芳香族ポリアミド(アラミド)等のポリマーで形成される無孔状イオン透過膜と、ポリマー多孔膜等の多孔状基材との複合イオン透過膜を非水系電解液電池に用いると、デンドライトに起因する短絡への耐性、低抵抗等に優れることが記述されている。 In response to this, for example, Patent Document 1 describes that when a composite ion-permeable membrane made of a non-porous ion-permeable membrane formed of a polymer such as aromatic polyamide (aramid) and a porous substrate such as a polymer porous membrane is used in a non-aqueous electrolyte battery, it has excellent resistance to short circuits caused by dendrites, low resistance, etc.
また、ポリマー電解質電池の低抵抗化、電極とセパレータを重ね合わせたときの界面抵抗の低減等の電池特性の観点からは、例えば特許文献2には、活性光線により重合可能なモノマーを含む電解質溶液を電極、セパレータ等に含侵させ、更に重合させてゲル化して、ゲル状ポリマー電解質を含む電極、セパレータ等の表面粗さ(Rmax)を0.6μm以下に調整することが記述されている。 In addition, from the viewpoint of battery characteristics such as lowering the resistance of the polymer electrolyte battery and reducing the interfacial resistance when the electrodes and separators are stacked, for example, Patent Document 2 describes a method in which an electrolyte solution containing a monomer that can be polymerized by actinic rays is impregnated into electrodes, separators, etc., and then polymerized to form a gel, thereby adjusting the surface roughness (Rmax) of the electrodes, separators, etc. that contain the gelled polymer electrolyte to 0.6 μm or less.
特許文献1に記載の複合イオン透過膜は、蓄電デバイスにおけるリチウム(Li)析出形態の制御とLiデンドライト化の抑制に改良の余地があり、特にLi析出し易い充放電機構を伴う電池系においては、耐サイクル劣化または長寿命化が困難になり得る。また、特許文献2に記載のゲル状ポリマー電解質を含む電極またはセパレータは、Liデンドライト化の抑制に着目するものではない。したがって、本発明は、蓄電デバイスにおいてLi析出形態の制御とLiデンドライト化の抑制を達成し得る蓄電デバイス用セパレータ、及びそれを含む蓄電デバイスを提供することを目的とする。 The composite ion-permeable membrane described in Patent Document 1 has room for improvement in controlling the lithium (Li) deposition morphology and suppressing Li dendrite formation in an electricity storage device, and in particular in a battery system with a charge/discharge mechanism that is prone to Li deposition, it may be difficult to achieve cycle deterioration resistance or long life. In addition, the electrode or separator containing the gel polymer electrolyte described in Patent Document 2 does not focus on suppressing Li dendrite formation. Therefore, the present invention aims to provide a separator for an electricity storage device that can achieve control of Li deposition morphology and suppression of Li dendrite formation in an electricity storage device, and an electricity storage device including the same.
本発明者らは、リチウム(Li)デンドライト析出に起因する蓄電デバイスの抵抗増加メカニズムを解明し、セパレータの少なくとも表層に、特定の均一拡散層を配置することにより、上記課題を解決し得ることを見出して、本発明を完成させた。本発明の実施形態の例を以下に列記する。
<1> 微多孔膜を含む蓄電デバイス用セパレータであって、
前記蓄電デバイス用セパレータの少なくとも表層に位置する均一拡散層を有しており、
前記表層において前記均一拡散層の算術平均粗さ(Ra)が1.20μm以下である、蓄電デバイス用セパレータ。
<2> 1mol/LのLiPF6を含むエチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=1/2(体積比)の電解液に前記蓄電デバイス用セパレータを1日間含侵させた後、前記均一拡散層をリチウム(Li)金属に25℃及び0.5MPaで圧着させた際の剥離強度が、2N/m以上である、項目1に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
<3> 1mol/LのLiPF6を含むEC/DEC=1/2(体積比)である電解液に対する前記均一拡散層の膨潤度が、2倍以上である、項目1又は2に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
<4> 前記微多孔膜の少なくとも片側に無機フィラー層を有する、項目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。
<5> 前記均一拡散層が、イオン伝導性材料から成る、項目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。
<6> 前記均一拡散層が、無孔である、項目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。
<7> 正極、負極、電解液及び項目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から構成される蓄電デバイス。
<8> 前記負極と前記蓄電デバイス用セパレータの剥離強度が、2N/m以上である、項目7に記載の蓄電デバイス。
<9> 前記負極が、Li金属、又は銅(Cu)箔である、項目7又は8に記載の蓄電デバイス。
The present inventors have elucidated the mechanism of the increase in resistance of an electricity storage device caused by lithium (Li) dendrite precipitation, and have found that the above-mentioned problem can be solved by disposing a specific uniform diffusion layer at least on the surface layer of a separator, thereby completing the present invention. Examples of embodiments of the present invention are listed below.
<1> A separator for an electricity storage device comprising a microporous membrane,
The separator for the electric storage device has a uniform diffusion layer located at least on a surface layer thereof,
The separator for an electricity storage device, wherein the uniform diffusion layer in the surface layer has an arithmetic mean roughness (Ra) of 1.20 μm or less.
<2> The separator for an electricity storage device according to item 1, wherein the separator for an electricity storage device is immersed in an electrolyte solution of ethylene carbonate (EC)/diethyl carbonate (DEC)=1/2 (volume ratio) containing 1 mol /L LiPF6 for one day, and then the uniform diffusion layer is pressure-bonded to lithium (Li) metal at 25° C. and 0.5 MPa, and the peel strength is 2 N/m or more.
<3> The separator for an electric storage device according to item 1 or 2, wherein the degree of swelling of the uniform diffusion layer in an electrolyte containing 1 mol/L LiPF6 and having an EC/DEC ratio of 1/2 (volume ratio) is two or more times.
<4> The separator for an electricity storage device according to any one of items 1 to 3, further comprising an inorganic filler layer on at least one side of the microporous membrane.
<5> The separator for an electricity storage device according to any one of items 1 to 4, wherein the uniform diffusion layer is made of an ion-conductive material.
<6> The separator for an electricity storage device according to any one of items 1 to 5, wherein the uniform diffusion layer is non-porous.
<7> An electricity storage device comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and the separator for an electricity storage device according to any one of items 1 to 6.
<8> The electricity storage device according to item 7, wherein a peel strength between the negative electrode and the electricity storage device separator is 2 N/m or more.
<9> The electricity storage device according to item 7 or 8, wherein the negative electrode is Li metal or copper (Cu) foil.
本発明によれば、リチウム(Li)析出形態の制御、及びLiデンドライト化の抑制を達成し得る蓄電デバイス用セパレータ、並びにそれを含む蓄電デバイスを提供することができる。 The present invention provides a separator for an electricity storage device that can control the morphology of lithium (Li) precipitation and suppress Li dendrite formation, as well as an electricity storage device that includes the separator.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と略記することがある)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The following provides a detailed explanation of the embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes abbreviated as "present embodiment"); however, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
本明細書では、製膜時の膜の流れ方向をMDとし、膜平面内においてMDと90度(°)で交差する方向をTDとして定義する。 In this specification, the flow direction of the membrane during membrane production is defined as MD, and the direction that intersects with MD at 90 degrees (°) within the membrane plane is defined as TD.
<蓄電デバイス用セパレータ>
本実施形態に係る蓄電デバイス用セパレータ(以下、「セパレータ」という)は、微多孔膜を含み、セパレータの少なくとも表層に位置する均一拡散層を有しており、そして表層において均一拡散層の算術平均粗さ(Ra)が1.20μm以下である。
<Separator for power storage device>
The separator for an electricity storage device according to this embodiment (hereinafter referred to as "separator") includes a microporous membrane and has a uniform diffusion layer located at least on the surface layer of the separator, and the arithmetic mean roughness (Ra) of the uniform diffusion layer on the surface layer is 1.20 μm or less.
本実施形態に係るセパレータの少なくとも表層にRaが1.20μm以下の均一拡散層が位置すると、セパレータを蓄電デバイスに用いるときに、リチウム(Li)析出形態の制御、及びLiデンドライト化の抑制を達成し得る傾向にある。この傾向は、Li析出し易い充放電機構を伴う蓄電デバイスにおいて顕著であり、ひいてはLi金属又は銅(Cu)箔で構成された負極を含む蓄電デバイスの耐サイクル劣化または長寿命化も容易にする。 When a uniform diffusion layer with an Ra of 1.20 μm or less is located at least on the surface layer of the separator according to this embodiment, when the separator is used in an electricity storage device, it tends to be possible to control the lithium (Li) deposition form and suppress the formation of Li dendrites. This tendency is remarkable in electricity storage devices with a charge/discharge mechanism that is prone to Li deposition, and it also makes it easier to improve the cycle deterioration resistance or extend the life of electricity storage devices that include a negative electrode made of Li metal or copper (Cu) foil.
本発明によれば、Liデンドライト析出に起因する蓄電デバイスの抵抗増加メカニズムとして、次の2つのパターンが見出された:
(ア)蓄電デバイスの充電時にLiデンドライト層が負極側に厚く析出し、正負極間のセパレータを圧縮する。Liデンドライト層は、層としての気孔率が高く、析出厚みが大きいため、セパレータが圧縮されることで、セパレータの透過性が低下し抵抗が増加する。
(イ)Li金属は電位が低く還元性が高いため、Li金属表面で電解液の還元分解が進行し易く、負極またはLiデンドライト層上に分解物が堆積する。Liデンドライトは、樹枝状結晶としてシャープに析出するため、比表面積が大きく、デンドライト化で比表面積が増えることで、還元分解物が増加し、その結果抵抗は増加し、また電解液の液枯れも発生する。
According to the present invention, the following two patterns have been found as mechanisms of the increase in resistance of an electricity storage device caused by Li dendrite precipitation:
(A) When the power storage device is charged, a thick Li dendrite layer is deposited on the negative electrode side, compressing the separator between the positive and negative electrodes. Since the Li dendrite layer has a high porosity as a layer and a large deposition thickness, the separator is compressed, decreasing its permeability and increasing its resistance.
(a) Because Li metal has a low potential and is highly reductive, the reductive decomposition of the electrolyte tends to proceed on the Li metal surface, and the decomposition products accumulate on the negative electrode or Li dendrite layer. Li dendrites precipitate sharply as dendritic crystals, so they have a large specific surface area. The increase in specific surface area due to dendrite formation increases the amount of reductive decomposition products, which results in an increase in resistance and also causes the electrolyte to dry up.
本実施形態では、上記の抵抗増加メカニズム(ア)及び(イ)に基づいてLi析出形態の制御及びLiデンドライト化の抑制を達成するという観点から、平滑性が最適化された(Ra≦1.20μm)均一拡散層を少なくとも表層に有するセパレータ、及びそれを含む蓄電デバイスを提供する。例えば、本実施形態に係るセパレータの均一拡散層を、蓄電デバイスの負極表面(又はLi析出表面)と当接又は対向するように配置して、Liイオン濃度分布を解消し、Li析出形態を制御(Liデンドライト化を抑制)することができる。 In this embodiment, from the viewpoint of achieving control of Li deposition morphology and suppression of Li dendrite formation based on the above resistance increase mechanisms (a) and (b), a separator having a uniform diffusion layer with optimized smoothness (Ra≦1.20 μm) at least on the surface, and an electric storage device including the separator are provided. For example, the uniform diffusion layer of the separator according to this embodiment can be arranged to abut or face the negative electrode surface (or Li deposition surface) of the electric storage device to eliminate the Li ion concentration distribution and control the Li deposition morphology (suppress Li dendrite formation).
Li析出形態の制御及びLiデンドライト化の抑制の観点から、1mol/LのLiPF6を含むエチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=1/2(体積比)の電解液に本実施形態に係るセパレータを1日間含侵させた後、セパレータの均一拡散層をLi金属に25℃及び0.5MPaで圧着させた際の剥離強度は、2N/m以上であることが好ましく、3N/m以上60N/m以下であることがより好ましく、10N/m以上40N/m以下であることが更に好ましい。セパレータの均一拡散層をLi金属に25℃及び0.5MPaで圧着させた際の剥離強度は、例えば、Li金属と親和性が高く、適度に柔らかい樹脂を用いて均一拡散層を形成すること等により上記の数値範囲内に調整されることができる。 From the viewpoint of controlling the Li deposition form and suppressing Li dendrite formation, the separator according to this embodiment is impregnated with an electrolyte solution of ethylene carbonate (EC)/diethyl carbonate (DEC)=1/2 (volume ratio) containing 1 mol /L LiPF 6 for one day, and then the uniform diffusion layer of the separator is pressed against Li metal at 25° C. and 0.5 MPa, and the peel strength is preferably 2 N/m or more, more preferably 3 N/m to 60 N/m or less, and even more preferably 10 N/m to 40 N/m or less. The peel strength when the uniform diffusion layer of the separator is pressed against Li metal at 25° C. and 0.5 MPa can be adjusted within the above numerical range, for example, by forming the uniform diffusion layer using a resin that has high affinity with Li metal and is moderately soft.
所望により、本実施形態に係るセパレータは、微多孔膜等の基材、及び均一拡散層に加えて、少なくとも1つの層を含んでよい。一般に、積層型セパレータに含まれる少なくとも1つの層は、例えば、絶縁性、接着性、熱可塑性、無機多孔性などを有してよく、かつ一枚の膜で形成されるか、又はドット塗工、ストライプ塗工などで形成されたパターンでよい。したがって、本実施形態に係るセパレータの少なくとも表層に均一拡散層が位置することは、基材の片面又は両面に均一拡散層が積層されている層構造だけでなく、基材を含むセパレータ、又は基材と少なくとも1つの層を含むセパレータから部分的に又は全体に均一拡散層が露出している構造も含んでよい。 If desired, the separator according to this embodiment may include at least one layer in addition to the substrate such as a microporous membrane and the uniform diffusion layer. In general, the at least one layer included in the laminated separator may have, for example, insulating properties, adhesive properties, thermoplastic properties, inorganic porosity, etc., and may be formed of a single film or a pattern formed by dot coating, stripe coating, etc. Therefore, the position of the uniform diffusion layer on at least the surface layer of the separator according to this embodiment may include not only a layer structure in which the uniform diffusion layer is laminated on one or both sides of the substrate, but also a structure in which the uniform diffusion layer is partially or entirely exposed from a separator including a substrate, or a separator including a substrate and at least one layer.
セパレータの均一拡散層を、蓄電デバイスの負極表面(又はLi析出表面)と当接又は対向するように配置するという観点からは、好ましい層構成としては、セパレータの少なくとも表面に均一拡散層が位置し、かつ微多孔膜の少なくとも片側に無機フィラー層を有する。 From the viewpoint of arranging the uniform diffusion layer of the separator so as to abut or face the negative electrode surface (or Li deposition surface) of the electricity storage device, a preferred layer configuration is one in which the uniform diffusion layer is located on at least the surface of the separator, and at least one side of the microporous membrane has an inorganic filler layer.
セパレータの層構成と関連して、負極表面でのLiイオン濃度勾配を解消し、Li析出形態の制御及びLiデンドライト化を抑制すること、および電池の内部抵抗減少を両立させる観点から、基材と均一拡散層の厚み比が、基材:均一拡散層=1:1~10000:1であることが好ましく、2:1~1000:1であることがより好ましく、3:1~100:1であることが更に好ましい。また、Li金属負極におけるLiの溶解析出に伴う厚み変化に対して、均一拡散層と基材との剥離を抑制し、内部抵抗の上昇を抑制する観点から、基材と均一拡散層の結着力は、2N/m以上1000N/m以下であることが好ましく、10N/m以上600N/m以下であることがより好ましく、40N/m以上400N/m以下であることが更に好ましい。 In relation to the layer structure of the separator, from the viewpoint of eliminating the Li ion concentration gradient on the negative electrode surface, controlling the Li deposition form and suppressing Li dendrite formation, and simultaneously reducing the internal resistance of the battery, the thickness ratio of the substrate to the uniform diffusion layer is preferably substrate:uniform diffusion layer = 1:1 to 10,000:1, more preferably 2:1 to 1,000:1, and even more preferably 3:1 to 100:1. In addition, from the viewpoint of suppressing peeling between the uniform diffusion layer and the substrate and suppressing an increase in internal resistance due to thickness changes accompanying dissolution and deposition of Li in the Li metal negative electrode, the adhesive strength between the substrate and the uniform diffusion layer is preferably 2 N/m or more and 1,000 N/m or less, more preferably 10 N/m or more and 600 N/m or less, and even more preferably 40 N/m or more and 400 N/m or less.
本実施形態に係るセパレータの構成要素について以下に説明する。 The components of the separator according to this embodiment are described below.
<微多孔膜>
微多孔膜(以下、多孔質層ともいう)は、従来セパレータとして用いられていたものであってもよく、有機溶媒の耐性が高く、かつ微細な孔径有することが好ましい。微多孔膜としては、例えば、ポリオレフィン系(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン及びポリ塩化ビニル等)、及びそれらの混合物又はそれらを構成する複数のモノマーのコポリマー等の樹脂を主成分として含む微多孔膜;ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアラミド、ポリシクロオレフィン、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂を主成分として含む微多孔膜;ポリオレフィン系繊維の織物(織布);ポリオレフィン系繊維の不織布;紙;並びに絶縁性物質粒子の集合体が挙げられる。これらの中でも、化学的電気的安定性、および塗工工程を経てポリマー層を得る場合に塗工液の塗工性に優れ、セパレータの膜厚をより薄くして、電池等の蓄電デバイス内の活物質比率を高めて体積当たりの容量を増大させる観点から、ポリオレフィン系の樹脂を主成分として含むポリオレフィン微多孔膜(以下、PO微多孔膜ともいう)が好ましい。なお、本明細書における「主成分として含む」とは、特定の成分又は部材を50質量%を超えて含むことを意味し、好ましくは75質量%以上、より好ましくは85質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、なおも更に好ましくは95質量%以上、特に好ましくは98質量%以上含み、100質量%であってもよい。
<Microporous membrane>
The microporous film (hereinafter also referred to as porous layer) may be one that has been used as a conventional separator, and is preferably one that has high resistance to organic solvents and has a fine pore size. Examples of the microporous film include a microporous film that mainly contains a resin such as polyolefin (e.g., polyethylene, polypropylene, polybutene, polyvinyl chloride, etc.), a mixture thereof, or a copolymer of a plurality of monomers that constitutes them; a microporous film that mainly contains a resin such as polyethylene terephthalate, polycycloolefin, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polyimideamide, polyaramid, polycycloolefin, nylon, polytetrafluoroethylene, etc.; a woven fabric (woven cloth) of polyolefin fiber; a nonwoven fabric of polyolefin fiber; paper; and an aggregate of insulating material particles. Among these, from the viewpoints of chemical electrical stability, excellent applicability of the coating liquid when a polymer layer is obtained through a coating process, and making the separator thinner to increase the active material ratio in an electricity storage device such as a battery and increasing the capacity per volume, a polyolefin microporous film (hereinafter also referred to as a PO microporous film) containing a polyolefin resin as a main component is preferred. Note that, in this specification, "containing as a main component" means containing a specific component or member in more than 50 mass%, preferably 75 mass% or more, more preferably 85 mass% or more, even more preferably 90 mass% or more, still more preferably 95 mass% or more, particularly preferably 98 mass% or more, and may be 100 mass%.
所望により、PO微多孔膜の表面には、無機塗工層又は有機(接着)層が形成することもできる。また、1つのPO微多孔膜を、別の多孔質層と積層することもできる。 If desired, an inorganic coating layer or an organic (adhesive) layer can be formed on the surface of the PO microporous membrane. Also, one PO microporous membrane can be laminated with another porous layer.
本実施形態に係る微多孔膜は、以下に示される特性を有することができる。 The microporous membrane according to this embodiment can have the following characteristics:
(窒素ガス吸着試験により測定される細孔割合)
微多孔膜(ただし、上述のとおりに複数の多孔質層を積層して微多孔積層膜を形成する場合には、積層膜中の1つの多孔質層)は、窒素ガス吸着試験により測定される細孔直径98nm以下の一点法全細孔容積を、全気孔体積の25%以上85%以下有することが好ましい。
(Porosity measured by nitrogen gas adsorption test)
The microporous membrane (however, when a microporous laminate membrane is formed by laminating a plurality of porous layers as described above, one of the porous layers in the laminate membrane) preferably has a single-point total pore volume having a pore diameter of 98 nm or less, measured by a nitrogen gas adsorption test, of 25% to 85% of the total pore volume.
窒素ガス吸着試験は後述の実施例に記載の方法で行うことができる。窒素相対圧(p/p0)が0.98の吸着量を全細孔容積と定義することで、一点法全細孔容積(細孔直径98nm以下)が導出される。この値と微多孔膜(多孔質層)の全気孔容積を比較することで、全気孔容積における、細孔容積(孔径98nm以下)の割合が割り出せる。この割合が高いほど、微多孔膜(多孔質層)がより小さな細孔から形成されていることが分かる。微多孔膜(多孔質層)がより緻密化し、リチウムデンドライトならびに、金属異物の溶出に伴う異物由来のデンドライト成長を効率的に遅延させることが可能となる観点から、一点法全細孔容積(細孔直径98nm以下)は全気孔容積の25%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。なお、一点法による微多孔膜(多孔質層)の窒素ガス吸着試験では、細孔直径の下限値は、本技術分野において0nmを超えることができる。 The nitrogen gas adsorption test can be performed by the method described in the Examples below. The total pore volume is defined as the amount of adsorption at a nitrogen relative pressure (p/p0) of 0.98, and the single-point total pore volume (pore diameter 98 nm or less) is derived. By comparing this value with the total pore volume of the microporous membrane (porous layer), the ratio of the pore volume (pore diameter 98 nm or less) to the total pore volume can be calculated. The higher this ratio, the smaller the pores the microporous membrane (porous layer) is formed from. From the viewpoint of making the microporous membrane (porous layer) more dense and efficiently delaying the growth of lithium dendrites and foreign matter-derived dendrites associated with the elution of metal foreign matter, the single-point total pore volume (pore diameter 98 nm or less) is preferably 25% or more of the total pore volume, and more preferably 30% or more. In addition, in the nitrogen gas adsorption test of the microporous membrane (porous layer) by the single-point method, the lower limit of the pore diameter can exceed 0 nm in this technical field.
他方、微多孔膜(多孔質層)の一点法全細孔容積(細孔直径98nm以下)が全気孔容積の85%を超える場合、セパレータの目詰まりにより抵抗増加の集中する箇所が生じ、結果としてデンドライトの発生を促進してしまう。以上の観点から、一点法全細孔容積(細孔直径98nm以下)は全気孔容積の85%以下であることが好ましく、80%以下であることがより好ましい。 On the other hand, if the single-point total pore volume (pore diameter 98 nm or less) of the microporous membrane (porous layer) exceeds 85% of the total pore volume, the separator will become clogged, causing points of concentrated resistance increase, which will ultimately promote the generation of dendrites. From the above perspective, the single-point total pore volume (pore diameter 98 nm or less) is preferably 85% or less of the total pore volume, and more preferably 80% or less.
なお、製膜性の観点からポリエチレン(PE)、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)等を主成分として含む(通常、50質量%以上含む)従来の微多孔膜は、一般に一点法全細孔容積(細孔直径98nm以下)を25%未満有する。これは、溶融粘度又は熱固定工程の観点から、小さな細孔が閉塞し、膜全体として大孔径化するためである。 From the viewpoint of film formability, conventional microporous membranes that contain polyethylene (PE), for example, high density polyethylene (HDPE), as a main component (usually at 50% by mass or more) generally have a single-point total pore volume (pore diameter of 98 nm or less) of less than 25%. This is because, from the viewpoint of melt viscosity or heat setting process, small pores are blocked, resulting in a large pore size in the membrane as a whole.
全気孔体積における一点法全細孔容積(細孔直径98nm以下)の割合は、例えば、微多孔膜(多孔質層)の緻密化などにより制御されることができ、より詳細には、後述される微多孔膜の製造プロセスにおいて、例えば、後述される分子量の高分子量PEを後述される含有量で含むこと;抽出工程の前に延伸工程を行うこと;延伸面倍率50倍以上及び/又は延伸温度128℃以下の条件下での延伸;延伸工程での縦横それぞれの延伸倍率を5倍以上に調整すること;熱固定(HS)工程時に、熱固定温度を、115℃以上、140℃以下に調整すること;HS延伸倍率を1.5倍以上2.2倍以下に調整すること;HS緩和倍率を0.7倍以上0.9倍未満に調整することなどを、単独で又は適宜組み合わせて使用することによって、上記で説明された細孔容積の割合の範囲内に存在するように制御されることができる。 The ratio of the one-point total pore volume (pore diameter 98 nm or less) to the total pore volume can be controlled, for example, by densifying the microporous membrane (porous layer). More specifically, in the manufacturing process of the microporous membrane described below, for example, by including a high molecular weight PE having a molecular weight described below in a content described below; performing a stretching process before the extraction process; stretching under conditions of a stretching areal ratio of 50 times or more and/or a stretching temperature of 128°C or less; adjusting the longitudinal and lateral stretching ratios in the stretching process to 5 times or more; adjusting the heat setting temperature during the heat setting (HS) process to 115°C or more and 140°C or less; adjusting the HS stretching ratio to 1.5 times or more and 2.2 times or less; adjusting the HS relaxation ratio to 0.7 times or more and less than 0.9 times, etc., alone or in appropriate combination, it can be controlled to be within the range of the pore volume ratio described above.
さらに、使用するPEの粘度平均分子量によっても細孔容積の割合を制御することができる。高分子PEを使用することで、延伸工程で孔が小孔径化し、熱固定工程で細孔が閉塞し辛くなる観点から、PO微多孔膜の粘度平均分子量(Mv)は、450,000以上であることが好ましく、500,000以上であることがより好ましく、そして膜の樹脂組成中のMw45万以上のPEの含有量は、45質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、この含有量は、100質量%であることができる。また、上記細孔割合が85%を超えないためには、膜のMvは、6,000,000以下であることが好ましく、5,000,000以下であることが好ましく、3,000,000以下であることが更に好ましい。 Furthermore, the pore volume ratio can also be controlled by the viscosity average molecular weight of the PE used. From the viewpoint that the use of high molecular weight PE makes the pores smaller in diameter during the stretching process and makes the pores less likely to be blocked during the heat setting process, the viscosity average molecular weight (Mv) of the PO microporous membrane is preferably 450,000 or more, more preferably 500,000 or more, and the content of PE with Mw of 450,000 or more in the resin composition of the membrane is preferably 45% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and this content can be 100% by mass. In order to prevent the pore ratio from exceeding 85%, the Mv of the membrane is preferably 6,000,000 or less, preferably 5,000,000 or less, and more preferably 3,000,000 or less.
また、使用するPOの分子構造によっても細孔割合を所定の範囲に制御することができる。理由は定かではないが、原料ポリマーの多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mnおよびz平均分子量Mz/重量平均分子量Mw)が高くなることによって、細孔割合が所定の範囲になる傾向にある。 The pore ratio can also be controlled within a specified range by the molecular structure of the PO used. Although the reason is unclear, the pore ratio tends to fall within a specified range as the polydispersity (weight average molecular weight Mw/number average molecular weight Mn and z average molecular weight Mz/weight average molecular weight Mw) of the raw polymer increases.
(気液法により算出される孔数)
微多孔膜(ただし、上述のとおりに複数の多孔質層を積層して微多孔積層膜を形成する場合には、積層膜中の1つの多孔質層)は、気液法によって算出される孔数Bが15個/μm2以上であることが好ましく、かつ500個/μm2以下であることが好ましい。
(Number of holes calculated by gas-liquid method)
The microporous membrane (however, in the case where a microporous laminate membrane is formed by laminating a plurality of porous layers as described above, one of the porous layers in the laminate membrane) preferably has a pore number B calculated by the gas-liquid method of 15 pores/ μm2 or more and 500 pores/μm2 or less .
気液法によって算出される断面当たりの孔数(B)は、上限としては微多孔膜(多孔質層)が高強度であることでデンドライトの成長を物理的に抑制できる観点から、また下限としては微多孔膜(多孔質層)内でリチウムイオン及び異物溶出に伴う金属イオンが拡散し、局所的なデンドライト発生を効率的に抑制できる観点、並びに局所的な抵抗増加箇所の増加を抑制し、サイクル特性を向上させる観点から、15個/μm2以上500個/μm2以下、40個/μm2以上480個/μm2以下、60個/μm2以上450個/μm2以下、80個/μm2以上350個/μm2以下、又は100個/μm2以上300個/μm2以下が好ましく、110個/μm2以上200個/μm2以下がより好ましい。気液法によって算出される断面当たりの孔数(B)は、後述するPO微多孔膜の製造工程において、全原料中の可塑剤割合(すなわち、全原料中の樹脂割合)、熱固定温度などを調整することにより、上記範囲内に調整される。 The upper limit of the number of pores (B) per cross section calculated by the gas-liquid method is preferably 15 pores/μm2 or more and 500 pores/μm2 or less, 40 pores/μm2 or more and 480 pores/μm2 or less, 60 pores/μm2 or more and 450 pores/μm2 or less, 80 pores/μm2 or more and 350 pores/μm2 or less, or 100 pores/ μm2 or more and 300 pores/μm2 or less , and more preferably 110 pores/μm2 or more and 200 pores/μm2 or less , from the viewpoint of being able to physically suppress the growth of dendrites due to the high strength of the microporous membrane (porous layer), and from the viewpoint of being able to efficiently suppress local dendrite generation by diffusing lithium ions and metal ions accompanying the elution of foreign matter in the microporous membrane ( porous layer) and suppressing an increase in locations with local increased resistance and improving cycle characteristics. The number of pores per cross section (B) calculated by the gas-liquid method is adjusted to be within the above range by adjusting the plasticizer ratio in all raw materials (i.e., the resin ratio in all raw materials), the heat setting temperature, etc. in the production process of the PO microporous membrane described below.
(気孔率)
微多孔膜(ただし、上述のとおりに複数の多孔質層を積層して微多孔積層膜を形成する場合には、積層膜中の1つの多孔質層)は、気孔率εが、20%以上80%以下の範囲内にあることが好ましい。気孔率(ε)は、以下で「(圧縮前の)気孔率」ということがある。
(Porosity)
The microporous film (however, when a microporous laminate film is formed by laminating a plurality of porous layers as described above, one of the porous layers in the laminate film) preferably has a porosity ε in the range of 20% to 80%. Hereinafter, the porosity (ε) may be referred to as "porosity (before compression)".
微多孔膜(多孔質層)の気孔率(ε)は、膜抵抗が低下し、イオン拡散性が向上することで、デンドライトの発生を効率的に抑制可能な観点、一定の膜強度と低透気度を達成するという観点、及び高いイオン伝導性、高い出力特性を有する観点から、20%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、45%以上であることが更に好ましく、47%以上であることがより更に好ましく、50%以上であることが特に好ましい。また膜の強度が向上することでデンドライトの成長を抑制できる観点、及び耐電圧が向上する観点から、気孔率(ε)は80%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましく、65%以下であることが更に好ましく、60%以下であることが特に好ましい。 The porosity (ε) of the microporous membrane (porous layer) is preferably 20% or more, more preferably 40% or more, even more preferably 45% or more, even more preferably 47% or more, and particularly preferably 50% or more, from the viewpoint of being able to efficiently suppress the generation of dendrites by reducing the membrane resistance and improving ion diffusivity, from the viewpoint of achieving a certain membrane strength and low air permeability, and from the viewpoint of having high ion conductivity and high output characteristics. Furthermore, from the viewpoint of being able to suppress the growth of dendrites by improving the membrane strength, and from the viewpoint of improving the withstand voltage, the porosity (ε) is preferably 80% or less, more preferably 70% or less, even more preferably 65% or less, and particularly preferably 60% or less.
(ハーフドライ法によって測定される平均流量径)
微多孔膜(ただし、上述のとおりに複数の多孔質層を積層して微多孔積層膜を形成する場合には、積層膜中の1つの多孔質層)は、ハーフドライ法によって測定される平均流量径dが0.010μm以上であることが好ましく、かつ0.150μm以下であることが好ましい。本明細書では、微多孔膜(多孔質層)の孔径は、ハーフドライ法に準拠し、パームポロメータ(Porous Materials,Inc.社:CFP-1500AE)を用いて測定された、平均流量径を意味する。
(Mean flow diameter measured by half-dry method)
The microporous membrane (when a microporous laminate membrane is formed by laminating a plurality of porous layers as described above, one of the porous layers in the laminate membrane) preferably has a mean flow diameter d measured by the half-dry method of 0.010 μm or more and 0.150 μm or less. In this specification, the pore diameter of the microporous membrane (porous layer) means the mean flow diameter measured by the half-dry method using a perm porometer (Porous Materials, Inc.: CFP-1500AE).
ハーフドライ法の平均流量径(d)を測定することで、微多孔膜(多孔質層)の孔構造において、孔が狭まっている部分の孔径を知ることができる。ハーフドライ法によって測定される平均流量径dは、上限としては、微多孔膜(多孔質層)の緻密化によりデンドライトの成長を物理的に抑制可能な観点、および断面当たりの孔数(B)が増えてイオン拡散性が向上する観点から、また下限としては、目詰まりによる抵抗増加の集中する箇所が生じ、結果としてデンドライトの発生を促進されるのを防ぐ観点、及びサイクル特性向上の観点から、0.010μm以上0.150μm以下、0.015μm以上0.100μm以下、0.020μm以上0.080μm以下、0.020μm以上0.055μm以下であることが好ましく、0.025μm以上0.050μm以下であることがより好ましい。 By measuring the average flow diameter (d) by the half-dry method, the pore diameter of the narrowed portion of the pore structure of the microporous membrane (porous layer) can be known. The average flow diameter d measured by the half-dry method is preferably 0.010 μm or more and 0.150 μm or less, 0.015 μm or more and 0.100 μm or less, 0.020 μm or more and 0.080 μm or less, 0.020 μm or more and 0.055 μm or less, and more preferably 0.025 μm or more and 0.050 μm or less, from the viewpoint of physically suppressing the growth of dendrites by densifying the microporous membrane (porous layer) and from the viewpoint of increasing the number of pores (B) per cross section and improving ion diffusivity, and from the viewpoint of preventing the occurrence of a concentrated portion of increased resistance due to clogging, which results in the promotion of dendrite generation, and from the viewpoint of improving cycle characteristics.
微多孔膜(多孔質層)の孔径又は気孔率(ε)を上記の数値範囲内に制御する手段としては、例えば、後述されるPO微多孔膜の製造方法において、後述される分子量の高分子量PEを後述される含有量で含むこと;抽出工程の前に延伸工程を行うこと;延伸工程での縦横それぞれの延伸倍率を5倍以上に調整すること、128℃以下の温度で延伸を行うこと;熱固定(HS)工程時に、熱固定温度を、115℃以上、140℃以下に調整すること、HS延伸倍率を1.5倍以上2.2倍以下に調整すること、HS緩和倍率を0.7倍以上0.9倍未満に調整することなどを単独で又は適宜組み合わせて使用することができる。 Methods for controlling the pore size or porosity (ε) of the microporous membrane (porous layer) within the above numerical ranges can be used alone or in appropriate combination, for example, in the manufacturing method of the PO microporous membrane described below, by including a high molecular weight PE having a molecular weight described below in an amount described below; performing a stretching process before the extraction process; adjusting the longitudinal and lateral stretching ratios in the stretching process to 5 times or more, and performing stretching at a temperature of 128°C or less; adjusting the heat setting temperature in the heat setting (HS) process to 115°C or more and 140°C or less, adjusting the HS stretching ratio to 1.5 times or more and 2.2 times or less, and adjusting the HS relaxation ratio to 0.7 times or more and less than 0.9 times.
(ハーフドライ法によって測定される平均流量径ピークの半値幅)
微多孔膜(ただし、上述のとおりに複数の多孔質層を積層して微多孔積層膜を形成する場合には、積層膜中の1つの多孔質層)は、ハーフドライ法によって測定される平均流量径ピークの半値幅0.010μm以下であることが好ましい。
(Half-width of mean flow diameter peak measured by half-dry method)
The microporous membrane (however, when a microporous laminate membrane is formed by laminating a plurality of porous layers as described above, one of the porous layers in the laminate membrane) preferably has a half-value width of the mean flow diameter peak of 0.010 μm or less as measured by the half-dry method.
ハーフドライ法における平均流量径ピークの半値幅が狭いほど、微多孔膜(多孔質層)の孔構造が均一であると言える。孔構造が均一であるほど、リチウムイオン及び異物溶出に伴う金属イオンが均一に拡散し、局所的なデンドライト発生を効率的に抑制できる観点、デンドライトの成長を物理的に抑制可能な観点、並びに局所的な抵抗増加を抑制し、サイクル特性を向上させる観点から、ハーフドライ法によって測定される平均流量径ピークの半値幅は0.005μm以下であることが好ましく、0.002μm以下であることがより好ましい。なお、ハーフドライ法により測定される平均流量径ピークの半値幅の下限値は、本技術分野において0μmを超えることができる。平均流量径ピークの半値幅は、例えば、微多孔膜の製造方法において、高分子量PEの含有割合を制御すること、熱固定(HS)工程時に熱固定温度を、例えば140℃以下に調整することなどにより上記数値範囲内に調整されることができる。 The narrower the half-width of the average flow diameter peak in the half-dry method, the more uniform the pore structure of the microporous membrane (porous layer). The more uniform the pore structure, the more uniform the lithium ions and metal ions associated with the elution of foreign matter are diffused, and from the viewpoint of efficiently suppressing local dendrite generation, physically suppressing dendrite growth, and suppressing local resistance increase and improving cycle characteristics, the half-width of the average flow diameter peak measured by the half-dry method is preferably 0.005 μm or less, and more preferably 0.002 μm or less. Note that the lower limit of the half-width of the average flow diameter peak measured by the half-dry method can exceed 0 μm in this technical field. The half-width of the average flow diameter peak can be adjusted to within the above numerical range, for example, by controlling the content ratio of high molecular weight PE in the manufacturing method of the microporous membrane, or by adjusting the heat setting temperature during the heat setting (HS) process to, for example, 140° C. or less.
(膜厚)
微多孔膜の膜厚は、蓄電デバイス容量の観点、高イオン透過性と良好なレート特性の観点、デンドライトの成長を遅延させるという観点、及び高容量電池のために用いられるに際し、セパレータの占有体積を低減して電池容量の向上に資するという観点から、好ましくは、30μm以下、25μm以下、又は20μm以下であり、より好ましくは18μm以下であり、更に好ましくは16μm以下であり、1μm以上14μm以下であることがより更に好ましく、3μm以上13μm以下であることが特に好ましく、5μm以上12μm以下であることが最も好ましい。微多孔膜の膜厚は、以下で「(圧縮前の)平均膜厚」ということがある。
(Film Thickness)
From the viewpoints of the capacity of the power storage device, high ion permeability and good rate characteristics, retarding the growth of dendrites, and reducing the volume occupied by the separator to contribute to improving the battery capacity when used for a high-capacity battery, the thickness of the microporous membrane is preferably 30 μm or less, 25 μm or less, or 20 μm or less, more preferably 18 μm or less, even more preferably 16 μm or less, even more preferably 1 μm or more and 14 μm or less, particularly preferably 3 μm or more and 13 μm or less, and most preferably 5 μm or more and 12 μm or less. The thickness of the microporous membrane is hereinafter sometimes referred to as the "average thickness (before compression)".
微多孔膜の(圧縮前の)平均膜厚は、微多孔膜の製造プロセスにおいて、キャストロールのロール間距離、キャストクリアランス、二軸延伸時工程時の延伸倍率、HS倍率、HS温度等を制御することにより上記の数値範囲内に調整することができる。 The average thickness of the microporous membrane (before compression) can be adjusted within the above numerical range by controlling the distance between the cast rolls, the cast clearance, the stretch ratio during the biaxial stretching process, the HS ratio, the HS temperature, etc. in the manufacturing process of the microporous membrane.
(透気度)
微多孔膜の透気度は、蓄電デバイスの上限としては出力特性及びサイクル特性の観点から、また下限としては膜強度の観点から、空気100cm3当たり、好ましくは0秒以上250秒以下、より好ましくは10秒以上200秒以下、更に好ましくは20秒以上180秒以下、特に好ましくは25秒以上170秒以下である。
(Air permeability)
The upper limit of the air permeability of the microporous membrane is from the viewpoint of output characteristics and cycle characteristics of the electricity storage device, and the lower limit is from the viewpoint of membrane strength, and is preferably 0 seconds or more and 250 seconds or less, more preferably 10 seconds or more and 200 seconds or less, even more preferably 20 seconds or more and 180 seconds or less, and particularly preferably 25 seconds or more and 170 seconds or less, per 100 cm3 of air.
(目付換算突刺強度,突刺強度,目付)
微多孔膜の目付換算突刺強度は、50gf/(g/m2)以上であることが好ましい。50gf/(g/m2)以上の目付換算突刺強度は、樹脂目付当たりの膜強度が高く、かつ圧縮応力に対して潰れ難い膜構造を表し、例えば釘刺試験又は加圧試験時に、セパレータ基材として使用される微多孔膜が、高気孔率で低透気度であっても破膜し辛くなり、蓄電デバイスの安全性を向上させる傾向にある。目付換算突刺強度は、実施例に記載の方法により測定され、膜のTDに沿って、両端から中央に向かって全幅の10%内側の地点2点と中央1点との計3点で目付に換算されてない突刺強度(以下、単に突刺強度という)を測定し、それらの平均値を目付で除することにより得られる。
(Puncture strength converted to basis weight, Puncture strength, basis weight)
The microporous membrane preferably has a puncture strength calculated based on basis weight of 50 gf/(g/m 2 ) or more. A puncture strength calculated based on basis weight of 50 gf/(g/m 2 ) or more indicates a membrane structure with high membrane strength per resin basis weight and difficult to be crushed by compressive stress, and tends to improve the safety of the electric storage device, for example, during a nail penetration test or pressure test, even if the microporous membrane used as a separator substrate has high porosity and low air permeability, it is difficult to break, and the puncture strength calculated based on basis weight is measured by the method described in the Examples, and is obtained by measuring the puncture strength (hereinafter simply referred to as puncture strength) not converted to basis weight at a total of three points, two points 10% inside the full width from both ends toward the center and one point in the center along the TD of the membrane, and dividing the average value by basis weight.
突刺強度の制御による利点は、非水系二次電池等の蓄電デバイスのセル内で膨張収縮し易い電極を用いた場合に、顕著であり、車載用電池等に使用される高容量電極、又はケイ素(Si)含有負極を用いる場合に、より顕著である。このような観点から、微多孔膜の目付換算突刺強度は、50gf/(g/m2)以上150gf/(g/m2)以下であることがより好ましく、55gf/(g/m2)以上130gf/(g/m2)以下であることが更に好ましく、70gf/(g/m2)以上120gf/(g/m2)以下であることが特に好ましい。 The advantage of controlling the pin puncture strength is remarkable when an electrode that easily expands and contracts in a cell of an electricity storage device such as a nonaqueous secondary battery is used, and is even more remarkable when a high-capacity electrode or a silicon (Si)-containing negative electrode used in an in-vehicle battery is used. From this viewpoint, the pin puncture strength converted into basis weight of the microporous membrane is more preferably 50 gf/(g/m 2 ) to 150 gf/(g/m 2 ), even more preferably 55 gf/(g/m 2 ) to 130 gf/(g/m 2 ), and particularly preferably 70 gf/(g/m 2 ) to 120 gf/(g/m 2 ).
上記と同様の観点、一定の膜強度と低い透気度を達成するという観点、及び短絡耐性の向上の観点から、微多孔膜の目付は、1.0g/m2以上15g/m2以下の範囲内であることが好ましい。 From the same viewpoint as above, from the viewpoint of achieving a certain membrane strength and low air permeability, and from the viewpoint of improving short circuit resistance, the basis weight of the microporous membrane is preferably in the range of 1.0 g/m2 or more and 15 g/m2 or less .
上記と同様の観点、蓄電デバイスに衝撃が加わった際の安全性の観点、及び蓄電デバイス内部に意図せず混入する異物によってセパレータが破膜して発生する電極間短絡又は耐電圧不良を抑制するという観点から、微多孔膜の突刺強度は、200gf以上であることが好ましく、220gf以上であることがより好ましく、250gf以上であることが更に好ましく、280gf以上であることがより更に好ましく、300gf以上であることが特に好ましい。突刺強度の上限値は、特に限定されないが、膜の結晶性、膜の熱収縮性、及び抑制された電気抵抗に応じて決定されることができ、例えば、900gf以下、850gf以下、700gf以下、又は680gf以下でよい。 From the same viewpoint as above, from the viewpoint of safety when an impact is applied to the electric storage device, and from the viewpoint of suppressing short circuit between electrodes or voltage resistance failure caused by the separator being ruptured by a foreign object unintentionally mixed inside the electric storage device, the puncture strength of the microporous membrane is preferably 200 gf or more, more preferably 220 gf or more, even more preferably 250 gf or more, even more preferably 280 gf or more, and particularly preferably 300 gf or more. The upper limit of the puncture strength is not particularly limited, but can be determined according to the crystallinity of the membrane, the heat shrinkability of the membrane, and the suppressed electrical resistance, and may be, for example, 900 gf or less, 850 gf or less, 700 gf or less, or 680 gf or less.
微多孔膜の突刺強度と目付換算突刺強度は、例えば、微多孔膜の製造プロセスにおいて、ポリオレフィン等の高分子原料の分子量及び配合割合、二軸延伸工程時の延伸倍率、二軸延伸工程時のMD/TD延伸温度、二軸延伸工程時の樹脂組成物の単位樹脂当たりの加熱量係数、熱固定(HS)倍率などを制御することによって、上記で説明された数値範囲内に調整されることができる。 The puncture strength and basis weight equivalent puncture strength of the microporous membrane can be adjusted within the above-described numerical ranges by, for example, controlling the molecular weight and blending ratio of the polymer raw material such as polyolefin, the stretching ratio during the biaxial stretching process, the MD/TD stretching temperature during the biaxial stretching process, the heat amount coefficient per unit resin of the resin composition during the biaxial stretching process, the heat setting (HS) ratio, etc., during the manufacturing process of the microporous membrane.
(圧縮前のTD3点で測定された透気度の最大値と最小値の差R,圧縮前の透気度分布)
微多孔膜は、TDに沿って、両端から中央に向かって全幅の10%内側の地点2点と中央1点との計3点で測定された透気度の最大値と最小値の差(以下、差Rという)が、15sec/100cm3以下であることが好ましい。
(The difference R between the maximum and minimum air permeability values measured at three TD points before compression, air permeability distribution before compression)
The microporous membrane preferably has a difference between the maximum and minimum air permeability values (hereinafter referred to as difference R) measured at three points along the TD: two points 10% inward of the overall width from both ends toward the center and one point at the center, of 15 sec/100 cm3 or less .
微多孔膜のTDに沿って上記のとおり3点で測定される透気度の最大値と最小値の差Rは、実施例に記載の方法により測定され、微多孔膜の圧縮試験前の透気度分布を表す。微多孔膜の全幅Wは、透気度の測定精度の観点から、好ましくは50mm以上、より好ましくは100mm以上、より更に好ましくは300mm以上である。全幅Wの上限値は、特に限定されず、例えば製膜デバイス、製膜プロセス、マザーロール寸法、スリットロール寸法、塗工プロセス等に応じて決定されることができ、例えば5000mm以下、または4000mm以下でよい。 The difference R between the maximum and minimum air permeability values measured at three points along the TD of the microporous membrane as described above is measured by the method described in the Examples and represents the air permeability distribution of the microporous membrane before the compression test. From the viewpoint of the accuracy of the air permeability measurement, the total width W of the microporous membrane is preferably 50 mm or more, more preferably 100 mm or more, and even more preferably 300 mm or more. The upper limit of the total width W is not particularly limited and can be determined depending on, for example, the film-forming device, the film-forming process, the mother roll dimensions, the slit roll dimensions, the coating process, etc., and may be, for example, 5000 mm or less, or 4000 mm or less.
R≦15sec/100cm3を満足するように良好に保たれた透気度分布は、面内で透気度のばらつきが小さい膜構造を表し、例えばセパレータ基材として微多孔膜を含む蓄電デバイスについて、面内の電気化学的反応が均一に起こり、レート特性とサイクル特性などの電池特性を良化させる傾向にある。この傾向は、非水系二次電池のセル内で膨張収縮し易い電極を用いた場合に、顕著であり、車載用電池等に使用される高容量電極、又はケイ素(Si)含有負極を用いる場合に、より顕著である。このような観点から、差Rは、0sec/100cm3以上15sec/100cm3以下であることがより好ましく、0sec/100cm3以上13sec/100cm3以下であることが更に好ましく、0sec/100cm3以上11sec/100cm3以下であることがより更に好ましく、0sec/100cm3以上9sec/100cm3以下であることが特に好ましい。 A well-maintained air permeability distribution satisfying R≦15 sec/100 cm3 represents a membrane structure with small in-plane variations in air permeability, and for example, in an electricity storage device including a microporous membrane as a separator substrate, the in-plane electrochemical reaction occurs uniformly, tending to improve battery characteristics such as rate characteristics and cycle characteristics. This tendency is prominent when an electrode that is prone to expansion and contraction in a cell of a nonaqueous secondary battery is used, and is even more prominent when a high-capacity electrode used in an on-board battery or the like, or a silicon (Si)-containing negative electrode is used. From such a viewpoint, the difference R is more preferably 0 sec/100 cm3 or more and 15 sec/100 cm3 or less, even more preferably 0 sec/100 cm3 or more and 13 sec/100 cm3 or less , still more preferably 0 sec/100 cm3 or more and 11 sec/100 cm3 or less, and particularly preferably 0 sec/100 cm3 or more and 9 sec/100 cm3 or less.
上記3点の測定値の平均値は、(圧縮前の)透気度として表され、上記と同様の観点、及び圧縮された状態でさえも高い(イオン)透過性を保つという観点および突刺強度の担保の観点から、0sec/100cm3以上200sec/100cm3以下であることが好ましく、30sec/100cm3以上180sec/100cm3以下であることがより好ましく、40sec/100cm3以上150sec/100cm3以下であることが更に好ましい。 The average of the measured values at the above three points is expressed as the air permeability (before compression), and from the same viewpoint as above, as well as from the viewpoint of maintaining high (ion) permeability even in a compressed state, and from the viewpoint of ensuring puncture strength, it is preferably 0 sec/100 cm3 or more and 200 sec/100 cm3 or less, more preferably 30 sec/100 cm3 or more and 180 sec/100 cm3 or less , and even more preferably 40 sec/100 cm3 or more and 150 sec/100 cm3 or less.
微多孔膜の差Rと(圧縮前の)透気度は、例えば、微多孔膜の製造プロセスにおいて、ポリオレフィン等の高分子原料の分子量及び配合割合、二軸延伸工程時の延伸倍率、二軸延伸工程時のMD/TD延伸温度、二軸延伸工程時の樹脂組成物の単位樹脂当たりの加熱量係数、HS倍率などを制御することによって、上記で説明された数値範囲内に調整されることができる。 The difference R and air permeability (before compression) of the microporous membrane can be adjusted within the numerical ranges described above, for example, by controlling the molecular weight and blending ratio of the polymer raw material such as polyolefin, the stretching ratio during the biaxial stretching process, the MD/TD stretching temperature during the biaxial stretching process, the heat coefficient per unit resin of the resin composition during the biaxial stretching process, the HS magnification, etc., during the manufacturing process of the microporous membrane.
(圧縮後の膜特性)
特定の条件下で微多孔膜を圧縮試験に供することによって、蓄電デバイスの電池特性と安全性を両立することができる微多孔膜の特性が見出される。
<圧縮プレス試験>
微多孔膜又はセパレータを、実施例において後述される方法で4種の異なる圧力条件(例えば、25℃において2.5MPa、5MPa、7.5MPa、及び10MPaの圧力)で測定し、4点の測定結果から、除荷後の微多孔膜又はセパレータの気孔率と透気度の関係式を得る。
(Membrane properties after compression)
By subjecting the microporous membrane to a compression test under specific conditions, the properties of the microporous membrane that can achieve both the battery properties and safety of the electricity storage device can be discovered.
<Compression press test>
The microporous membrane or separator is measured under four different pressure conditions (for example, pressures of 2.5 MPa, 5 MPa, 7.5 MPa, and 10 MPa at 25°C) by the method described later in the Examples, and a relational equation between the porosity and air permeability of the microporous membrane or separator after unloading is obtained from the four measurement results.
圧縮後透気度25℃,2.5MPa≦180sec/100cm3は、上記で説明された圧縮前の透気度分布又は差Rとともに、例えばセパレータ等としてポリオレフィン微多孔膜を含む非水系二次電池について、レート特性とサイクル特性などの電池特性を良化させる傾向にある。この傾向は、非水系二次電池のセル内で膨張収縮し易い電極を用いた場合やセル外部からの圧力によってセパレータが圧縮される場合に、レート特性の良化について顕著であり、車載用電池等に使用される高容量電極、ケイ素(Si)含有負極、Li金属負極、またはCu箔を負極として用いる場合に、より顕著である。このような観点から、圧縮後透気度25℃,2.5MPaは、200sec/100cm3以下であることが好ましく、より好ましくは180sec/100cm3以下であり、更に好ましくは170sec/100cm3以下であり、120sec/100cm3以下であることが特に好ましい。加圧状態下透気度25℃,2.5MPaの下限値は、特に限定されないが、微多孔膜の機械的強度又は突刺強度に応じて決定されることができ、例えば、0sec/100cm3以上、10sec/100cm3以上、又は20sec/100cm3以上でよい。 The post-compression air permeability of 2.5 MPa at 25° C. ≦180 sec/100 cm 3 , together with the pre-compression air permeability distribution or difference R described above, tends to improve battery characteristics such as rate characteristics and cycle characteristics for non-aqueous secondary batteries containing a polyolefin microporous membrane as a separator, etc. This tendency is remarkable in improving rate characteristics when an electrode that is prone to expand and contract within a cell of a non-aqueous secondary battery is used or when the separator is compressed by pressure from outside the cell, and is more remarkable when a high-capacity electrode, silicon (Si)-containing negative electrode, Li metal negative electrode, or Cu foil used in an on-board battery, etc. is used as the negative electrode. From this viewpoint, the post-compression air permeability at 25°C, 2.5 MPa is preferably 200 sec/100 cm3 or less, more preferably 180 sec/100 cm3 or less, even more preferably 170 sec/100 cm3 or less , and particularly preferably 120 sec/100 cm3 or less . The lower limit of the pressurized air permeability at 25°C, 2.5 MPa is not particularly limited, but can be determined according to the mechanical strength or puncture strength of the microporous membrane, and may be, for example, 0 sec/100 cm3 or more, 10 sec/100 cm3 or more, or 20 sec/100 cm3 or more.
上記と同様の観点、及びセル内で電極が膨張収縮した状態又はセパレータが圧縮された状態で高気孔率を達成して蓄電デバイスのサイクル特性を向上させるという観点から、微多孔膜の25℃及び2.5MPa圧縮後の気孔率(以下、圧縮後気孔率25℃,2.5MPaという)が、40%以上であることが好ましく、より好ましくは40%以上80%以下、更に好ましくは45%以上70%以下、より更に好ましくは47%以上70%以下であり、50%以上65%以下が特に好ましい。 From the same viewpoint as above, and from the viewpoint of achieving high porosity in a state in which the electrodes are expanded and contracted or the separator is compressed in the cell, and thereby improving the cycle characteristics of the electricity storage device, the porosity of the microporous membrane after compression at 25° C. and 2.5 MPa (hereinafter referred to as post-compression porosity 25° C., 2.5 MPa ) is preferably 40% or more, more preferably 40% or more and 80% or less, even more preferably 45% or more and 70% or less, still more preferably 47% or more and 70% or less, and particularly preferably 50% or more and 65% or less.
微多孔膜の圧縮後透気度25℃,2.5MPaと圧縮後気孔率25℃,2.5MPaは、例えば、微多孔膜の製造プロセスにおいて、ポリオレフィン等の高分子原料の分子量及び配合割合、二軸延伸工程時の延伸倍率、二軸延伸工程時のMD/TD延伸温度、二軸延伸工程時の樹脂組成物の単位樹脂当たりの加熱量係数、HS倍率、HS温度などを制御することによって、上記で説明された数値範囲内に調整されることができる。 The compressed air permeability of the microporous membrane , 2.5 MPa at 25°C, and the compressed porosity of the microporous membrane , 2.5 MPa at 25°C , can be adjusted within the above-described numerical ranges by controlling, for example, the molecular weight and blending ratio of the polymer raw material such as polyolefin, the stretching ratio in the biaxial stretching process, the MD/TD stretching temperature in the biaxial stretching process, the heating coefficient per unit resin of the resin composition in the biaxial stretching process, the HS magnification, the HS temperature, etc. in the production process of the microporous membrane.
(メルトフローインデックス)
微多孔膜のメルトフローインデックス(MI)は、膜の溶融時の流動性を低くして、釘刺試験時の発熱状態においてセパレータの流動により電極間短絡を抑制するという観点から、1.0以下であることが好ましく、0.001以上1.0以下であることがより好ましく、0.005以上0.8以下であることが更に好ましく、0.01以上0.4以下であることが特に好ましい。微多孔膜のMIは、例えば、ポリオレフィン等の高分子原料の分子量及び配合割合を制御することなどにより上記の数値範囲内に調整されることができる。
(Melt Flow Index)
The melt flow index (MI) of the microporous membrane is preferably 1.0 or less, more preferably 0.001 to 1.0, even more preferably 0.005 to 0.8, and particularly preferably 0.01 to 0.4, from the viewpoint of reducing the fluidity of the membrane when melted and suppressing inter-electrode short circuit due to the flow of the separator in a heat generation state during a nail penetration test. The MI of the microporous membrane can be adjusted to within the above numerical range, for example, by controlling the molecular weight and blending ratio of the polymer raw material such as polyolefin.
(GPC測定の分子量)
微多孔膜のGPCにより測定される分子量については、膜の溶融時の流動性の低下と釘刺試験時の短絡耐性の観点から、重量平均分子量(Mw)が1,000,000以上のポリエチレン成分が溶出成分全体の7%以上であることが好ましく、9%以上であることがより好ましく、12%以上が更に好ましく、15%以上が特に好ましい。また、高温環境において膜が収縮する際に過剰な応力を抑制する観点から、Mwが1,000,000以上のポリエチレン成分が溶出成分全体の57%以下であることが好ましく、42%以下がより好ましく、33%以下が更に好ましく、27%以下が特に好ましい。PO微多孔膜の分子量は、例えば、ポリオレフィン原料の種類、分子量及び配合割合を制御することなどにより上記の数値範囲内に調整されることができる。
(Molecular weight measured by GPC)
Regarding the molecular weight of the microporous membrane measured by GPC, from the viewpoint of the decrease in flowability of the membrane when melted and the short circuit resistance during nail penetration test, the polyethylene component having a weight average molecular weight (Mw) of 1,000,000 or more is preferably 7% or more of the total eluted components, more preferably 9% or more, even more preferably 12% or more, and particularly preferably 15% or more. Also, from the viewpoint of suppressing excessive stress when the membrane shrinks in a high temperature environment, the polyethylene component having a Mw of 1,000,000 or more is preferably 57% or less of the total eluted components, more preferably 42% or less, even more preferably 33% or less, and particularly preferably 27% or less. The molecular weight of the PO microporous membrane can be adjusted within the above numerical range, for example, by controlling the type, molecular weight and compounding ratio of the polyolefin raw material.
(引張破断強度)
微多孔膜の引張破断強度は、MD、TDともに、蓄電デバイスの製造プロセスにおいて電極とセパレータを捲回および積層するために必要な膜強度を確保するという観点から、500~3,000kgf/cm2であることが好ましく、700kgf/cm2以上3,000kgf/cm2以下であることがより好ましく、1,000kgf/cm2以上3,000kgf/cm2以下であることが更に好ましい。
(Tensile Breaking Strength)
The tensile breaking strength of the microporous membrane in both MD and TD is preferably 500 to 3,000 kgf/ cm2 , more preferably 700 kgf/cm2 or more and 3,000 kgf/cm2 or less , and even more preferably 1,000 kgf/cm2 or more and 3,000 kgf/ cm2 or less , from the viewpoint of ensuring the membrane strength necessary for winding and laminating electrodes and separators in the production process of an electricity storage device.
微多孔膜のMDとTDの引張破断強度の値が近いほど、蓄電デバイスの釘刺試験時に膜が均等に破れることにより短絡面積を最小化し、ひいては釘刺試験安全性が良好になる。このような観点から、微多孔膜のMD引張破断強度とTD引張破断強度の比(MD/TD引張破断強度比)としては、0.7以上1.3以下が好ましく、より好ましくは0.75以上1.25以下の範囲であり、更に好ましくは0.8以上1.2以下の範囲である。微多孔膜のMD/TD引張破断強度比は、例えば、二軸延伸工程時の延伸倍率、HS倍率などを制御することによって、上記で説明された数値範囲内に調整されることができる。 The closer the values of the MD and TD tensile breaking strengths of the microporous membrane are, the more evenly the membrane breaks during a nail penetration test of an electricity storage device, minimizing the short circuit area and thus improving the safety of the nail penetration test. From this perspective, the ratio of the MD tensile breaking strength to the TD tensile breaking strength of the microporous membrane (MD/TD tensile breaking strength ratio) is preferably 0.7 to 1.3, more preferably 0.75 to 1.25, and even more preferably 0.8 to 1.2. The MD/TD tensile breaking strength ratio of the microporous membrane can be adjusted to within the numerical range described above, for example, by controlling the stretching ratio and HS ratio during the biaxial stretching process.
(引張弾性率)
微多孔膜の引張弾性率は、MD、TDともに、蓄電デバイスの釘刺試験時に、釘がデバイス外装を貫通し、セパレータ及び電極も貫通して変形させる際に、セパレータを破膜し難くして、短絡を完遂させず、安全性を向上させるという観点から、1,000kg/cm2以上10,000kg/cm2以下であることが好ましく、2,000kg/cm2以上90,000kg/cm2以下であることがより好ましい。
(Tensile Modulus)
The tensile modulus of the microporous membrane in both MD and TD is preferably 1,000 kg/cm2 or more and 10,000 kg/cm2 or less, and more preferably 2,000 kg/cm2 or more and 90,000 kg/cm2 or less, from the viewpoint of making the separator less likely to rupture and not completing a short circuit when a nail penetrates the device exterior and also penetrates and deforms the separator and electrodes during a nail penetration test of an electricity storage device , thereby improving safety.
(熱収縮率)
微多孔膜の熱収縮率については、比較的高温時の膜の形状安定性が高く、釘刺試験等の際に蓄電デバイスの熱暴走状態において短絡を抑制するという観点から、120℃でMDに測定されるとき、-10%以上20%以下であることが好ましく、-5%以上15%以下であることがより好ましく、0%以上10%以下であることが更に好ましい。微多孔膜の熱収縮率は、120℃でTDに測定されるとき、-10%以上20%以下であることが好ましく、-5%以上18%以下であることがより好ましく、0%以上15%以下であることが更に好ましく、0%以上10%以下であることが特に好ましい。
(Thermal shrinkage rate)
From the viewpoints of high shape stability of the membrane at relatively high temperatures and suppressing a short circuit in a thermal runaway state of an electricity storage device during a nail penetration test, etc., the heat shrinkage rate of the microporous membrane is preferably -10% or more and 20% or less, more preferably -5% or more and 15% or less, and even more preferably 0% or more and 10% or less, when measured in MD at 120°C. The heat shrinkage rate of the microporous membrane is preferably -10% or more and 20% or less, more preferably -5% or more and 18% or less, even more preferably 0% or more and 15% or less, and especially preferably 0% or more and 10% or less, when measured in TD at 120°C.
(シャットダウン温度)
微多孔膜のシャットダウン(Fuse)温度は、好ましくは130℃以上150℃以下、より好ましくは135℃以上149℃以下である。150℃以下のシャットダウン温度は、何らかの異常反応が起こり、電池内温度が上昇するときに、150℃に達するまでにセパレータ基材の孔が閉塞することを意味する。したがって、シャットダウン温度が低いほど、低温で速やかに電極間のリチウムイオンの流れが停止するために、安全性は向上する。他方、100℃を超える高温に晒されても電池性能を低下させない観点からシャットダウン温度は130℃以上であることが好ましい。
(Shutdown temperature)
The shutdown (Fuse) temperature of the microporous membrane is preferably 130°C or more and 150°C or less, more preferably 135°C or more and 149°C or less. A shutdown temperature of 150°C or less means that when some abnormal reaction occurs and the temperature inside the battery rises, the pores of the separator substrate are blocked before reaching 150°C. Therefore, the lower the shutdown temperature, the more quickly the flow of lithium ions between the electrodes stops at a low temperature, improving safety. On the other hand, from the viewpoint of not deteriorating the battery performance even when exposed to a high temperature exceeding 100°C, the shutdown temperature is preferably 130°C or more.
(含有成分)
微多孔膜(ただし、上述のとおりに複数の多孔質層を積層して微多孔積層膜を形成する場合には、積層膜中の1つの多孔質層)は、ポリオレフィン樹脂を含む樹脂組成物から形成されることが好ましい。所望により、樹脂組成物は、無機粒子、ポリオレフィン以外の樹脂などをさらに含んでよいが、無機粒子が入ることで細孔割合が小さくなる傾向がある。
(Ingredients)
The microporous film (however, when a plurality of porous layers are laminated as described above to form a microporous laminate film, one of the porous layers in the laminate film) is preferably formed from a resin composition containing a polyolefin resin. If desired, the resin composition may further contain inorganic particles, resins other than polyolefin, etc., but the inclusion of inorganic particles tends to reduce the pore ratio.
微多孔膜は、蓄電デバイス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組成物における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%以下であることがさらに好ましく、最も好ましくは95質量%以上100質量%以下である。 From the viewpoint of improving the shutdown performance of the power storage device, the microporous membrane is preferably a porous membrane formed from a polyolefin resin composition in which polyolefin resin accounts for 50% by mass or more and 100% by mass or less of the resin components constituting the porous membrane. The proportion of polyolefin resin in the polyolefin resin composition is more preferably 60% by mass or more and 100% by mass or less, even more preferably 70% by mass or more and 100% by mass or less, and most preferably 95% by mass or more and 100% by mass or less.
使用されるポリオレフィン樹脂としては、特に限定されず、例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、及び1-オクテン等のモノマーを重合して得られる重合体(例えば、ホモ重合体、共重合体、多段重合体等)が挙げられる。これらの重合体は、1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。 The polyolefin resin used is not particularly limited, and examples thereof include polymers (e.g., homopolymers, copolymers, multi-stage polymers, etc.) obtained by polymerizing monomers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, and 1-octene. These polymers can be used alone or in combination of two or more types.
中でも、膜の電気抵抗の低下又は上昇抑制、膜の耐圧縮性及び構造均一性などの観点から、ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-プロピレン-それら以外のモノマーの共重合体、並びにこれらの混合物が好ましい。 Among them, from the viewpoints of reducing or suppressing an increase in the electrical resistance of the membrane, and of the compression resistance and structural uniformity of the membrane, the polyolefin resins preferably used are polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymers, copolymers of ethylene-propylene and other monomers, and mixtures of these.
微多孔膜の結晶性、高強度、耐圧縮性などの観点、及びヒューズ性を発現させるという観点から、微多孔膜を構成する樹脂成分の50質量%以上100質量%以下をポリエチレンが占めるポリエチレン組成物により形成される微多孔膜が好ましい。微多孔膜を構成する樹脂成分におけるポリエチレン(PE)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く、80質量%以上100質量%以下であることがより更に好ましく、最も好ましくは90質量%以上100質量%以下である。 From the viewpoints of the crystallinity, high strength, compression resistance, etc. of the microporous membrane, and from the viewpoint of expressing fuse properties, a microporous membrane formed from a polyethylene composition in which polyethylene accounts for 50% by mass or more and 100% by mass or less of the resin components constituting the microporous membrane is preferred. The proportion of polyethylene (PE) in the resin components constituting the microporous membrane is more preferably 60% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 70% by mass or more and 100% by mass or less, even more preferably 80% by mass or more and 100% by mass or less, and most preferably 90% by mass or more and 100% by mass or less.
また、セパレータ基材として微多孔膜を形成した時の高強度、耐圧縮性、電気抵抗の抑制などの観点からは、ポリオレフィン樹脂におけるPE割合は、30質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、80質量%以上が特に好ましく、そして100質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましく、95質量%以下であることが更に好ましい。なお、PEが50%以上であると、ヒューズ挙動も高い応答性で発現する観点でも好ましい。 In addition, from the viewpoint of high strength, compression resistance, suppression of electrical resistance, etc., when a microporous membrane is formed as a separator substrate, the PE ratio in the polyolefin resin is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, particularly preferably 80% by mass or more, and preferably 100% by mass or less, more preferably 95% by mass or less, and even more preferably 95% by mass or less. In addition, if the PE ratio is 50% or more, it is also preferable from the viewpoint of exhibiting high responsiveness in fuse behavior.
微多孔膜の原料として用いるポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量(Mv)は、30,000以上6,000,000以下であることが好ましく、より好ましくは80,000以上3,000,000以下、さらに好ましくは150,000以上2,000,000以下である。Mvが30,000以上であると、重合体同士の絡み合いにより高強度となる傾向にあるため好ましい。他方、Mvが6,000,000以下であると、押出及び延伸工程での成形性を向上させる観点で好ましい。 The viscosity average molecular weight (Mv) of the polyolefin resin used as the raw material for the microporous membrane is preferably 30,000 to 6,000,000, more preferably 80,000 to 3,000,000, and even more preferably 150,000 to 2,000,000. When Mv is 30,000 or more, it is preferred because the polymers tend to be entangled to provide high strength. On the other hand, when Mv is 6,000,000 or less, it is preferred from the viewpoint of improving moldability in the extrusion and stretching processes.
一態様では、微多孔膜がポリエチレン(PE)を含む場合、少なくとも1種類のPEのMvは、膜の配向と剛性の観点から、600,000以上であることが好ましく、700,000以上であることがより好ましく、そしてPEのMv上限値は、例えば、2,000,000以下でよい。膜の溶融時の流動性の低下と釘刺試験時の短絡耐性の観点から、微多孔膜を構成するポリオレフィン樹脂のうちMv600,000以上のPEが占める割合は、30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることが更に好ましく、70質量%以上であることが特に好ましく、100質量%でもよい。 In one embodiment, when the microporous membrane contains polyethylene (PE), the Mv of at least one type of PE is preferably 600,000 or more, more preferably 700,000 or more, from the viewpoint of membrane orientation and rigidity, and the upper limit of the Mv of the PE may be, for example, 2,000,000 or less. From the viewpoint of the decrease in fluidity of the membrane when melted and the short circuit resistance in a nail penetration test, the proportion of PE with an Mv of 600,000 or more in the polyolefin resin constituting the microporous membrane is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 60% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, and may be 100% by mass.
別の態様では、微多孔膜(多孔質層)は、Mvが500,000以上6,000,000以下のPE原料を、微多孔膜の質量を基準として、45質量%以上含むことが好ましく、50質量%以上含むことがより好ましく、70質量%以上含むことがさらに好ましく、80質量%以上含むことがよりさらに好ましく、90質量%以上含むことが特に好ましい。Mvが500,000以上6,000,000以下のPE原料を微多孔質層に45質量%以上含むと、延伸時に結晶が高度に配向し、微多孔質層が小孔径化、又は緻密化する傾向がある。同様の観点から、微多孔膜の製造に使用されるPO原料は、エチレンホモポリマーであることが好ましく、Mvが500,000以上6,000,000以下のエチレンホモポリマーであることがより好ましい。 In another embodiment, the microporous membrane (porous layer) preferably contains 45% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and particularly preferably 90% by mass or more of PE raw material having an Mv of 500,000 to 6,000,000 based on the mass of the microporous membrane. If the microporous layer contains 45% by mass or more of PE raw material having an Mv of 500,000 to 6,000,000, the crystals tend to be highly oriented during stretching, and the microporous layer tends to have a small pore size or become dense. From the same viewpoint, the PO raw material used in the production of the microporous membrane is preferably an ethylene homopolymer, and more preferably an ethylene homopolymer having an Mv of 500,000 to 6,000,000.
また、ポリオレフィン樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.930g/cm3未満)、線状低密度ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.940g/cm3未満)、中密度ポリエチレン(密度0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満)、高密度ポリエチレン(密度0.942g/cm3以上)、超高分子量ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.970g/cm3未満)、アイソタクティックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン、ポリブテン、エチレンプロピレンラバー等が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。中でも、ポリエチレンを単独、ポリプロピレンを単独、又はポリエチレンとポリプロピレンの混合物のいずれかを使用する事は、均一なフィルムを得る観点から好ましい。 Examples of polyolefin resins include low density polyethylene (density 0.910 g/cm 3 or more and less than 0.930 g/cm 3 ), linear low density polyethylene (density 0.910 g/cm 3 or more and less than 0.940 g/cm 3 ), medium density polyethylene (density 0.930 g/cm 3 or more and less than 0.942 g/cm 3 ), high density polyethylene (density 0.942 g/cm 3 or more), ultra-high molecular weight polyethylene (density 0.910 g/cm 3 or more and less than 0.970 g/cm 3 ), isotactic polypropylene, atactic polypropylene, polybutene, ethylene propylene rubber, etc. These can be used alone or in combination of two or more. Among them, it is preferable to use either polyethylene alone, polypropylene alone, or a mixture of polyethylene and polypropylene from the viewpoint of obtaining a uniform film.
また、ポリオレフィン樹脂は、PO微多孔膜をセパレータとして備える蓄電デバイスの安全性の観点からは、0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満の密度を有する中密度ポリエチレン(MDPE)であることが好ましく、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)以外のPEでもよい。さらに、PO微多孔膜が薄膜である場合でさえも蓄電デバイスの安全性を向上させるという観点から、粘度平均分子量1,000,000未満の中密度ポリエチレン、及び粘度平均分子量1,000,000以上2,000,000以下かつ密度0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満の超高分子量ポリエチレンから選択される少なくとも1種をPO微多孔膜の質量を基準として、50質量%以上含むことが好ましく、60質量%以上含むことがより好ましく、70質量%以上含むことがさらに好ましい。 From the viewpoint of the safety of an electricity storage device having a PO microporous membrane as a separator, the polyolefin resin is preferably a medium density polyethylene (MDPE) having a density of 0.930 g/cm 3 or more and less than 0.942 g/cm 3 , and may be, for example, PE other than high density polyethylene (HDPE). From the viewpoint of improving the safety of an electricity storage device even when the PO microporous membrane is a thin film, the polyolefin resin preferably contains at least one selected from medium density polyethylene having a viscosity average molecular weight of less than 1,000,000 and ultra-high molecular weight polyethylene having a viscosity average molecular weight of 1,000,000 or more and 2,000,000 or less and a density of 0.930 g/cm 3 or more and less than 0.942 g/cm 3 in an amount of 50 mass% or more, more preferably 60 mass% or more, and even more preferably 70 mass% or more based on the mass of the PO microporous membrane.
ポリオレフィン樹脂は、PEでは安全性を確保し難い高温領域(160℃以上)において安全性を確保するという観点から、ポリプロピレン(PP)を含むことが好ましい。ポリプロピレンとしては、耐熱性の観点からプロピレンのホモポリマーが好ましい。耐熱性をさらに向上させるという観点からは、ポリオレフィン樹脂は、主成分としてのポリエチレンと、ポリプロピレンとを含むことがより好ましい。したがって、PO原料中のPP原料の割合は、延伸工程での製膜性、及び耐破膜性の観点から、0質量%を超え、かつ10質量%以下であることが好ましい。 The polyolefin resin preferably contains polypropylene (PP) from the viewpoint of ensuring safety in the high temperature range (160°C or higher) where it is difficult to ensure safety with PE. As the polypropylene, a propylene homopolymer is preferable from the viewpoint of heat resistance. From the viewpoint of further improving heat resistance, it is more preferable that the polyolefin resin contains polyethylene and polypropylene as main components. Therefore, from the viewpoint of film formability and film rupture resistance in the stretching process, the proportion of PP raw material in the PO raw material is preferably more than 0 mass% and 10 mass% or less.
PEとPPを併用する場合には、ポリエチレンとしては、粘度平均分子量100万未満の中密度ポリエチレン、及び粘度平均分子量100万以上200万以下かつ密度0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満の超高分子量ポリエチレンから選択される少なくとも1種を用いることで、強度と透過性をバランスさせ、更に適切なヒューズ温度を保つ観点から好ましい。 When PE and PP are used in combination, it is preferable to use, as the polyethylene, at least one selected from medium-density polyethylene having a viscosity-average molecular weight of less than 1 million, and ultra-high molecular weight polyethylene having a viscosity-average molecular weight of 1 million or more and 2 million or less and a density of 0.930 g/ cm3 or more and less than 0.942 g/ cm3 , from the viewpoints of balancing strength and permeability and maintaining an appropriate fuse temperature.
ポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量(後述する実施例における測定法に準じて測定される。)としては、好ましくは5万以上、より好ましくは10万以上であり、より好ましくは50万以上、より好ましくは70万以上、より好ましくは100万以上であり、その上限としては、好ましくは600万以下、好ましくは300万以下、好ましくは190万以下である。粘度平均分子量を5万以上とすることは、溶融成形の際のメルトテンションを高く維持して良好な成形性を確保する観点、又は、十分な絡み合いを樹脂に付与して微多孔膜の強度を高める観点から好ましい。一方、粘度平均分子量を600万以下とすることは、均一な溶融混練を実現し、シートの成形性、特に厚み成形性を向上させる観点から好ましい。 The viscosity average molecular weight of the polyolefin resin (measured in accordance with the measurement method in the examples described later) is preferably 50,000 or more, more preferably 100,000 or more, more preferably 500,000 or more, more preferably 700,000 or more, more preferably 1,000,000 or more, and the upper limit is preferably 6,000,000 or less, preferably 3,000,000 or less, preferably 1,900,000 or less. A viscosity average molecular weight of 50,000 or more is preferable from the viewpoint of maintaining high melt tension during melt molding to ensure good moldability, or from the viewpoint of imparting sufficient entanglement to the resin to increase the strength of the microporous film. On the other hand, a viscosity average molecular weight of 6,000,000 or less is preferable from the viewpoint of realizing uniform melt kneading and improving the moldability of the sheet, especially the thickness moldability.
ポリエチレン原料の多分散度(Mw/Mn)は、4.0以上10.0以下が好ましい。多分散度(Mw/Mn)は、後述する実施例における測定法に準じて測定される。理由は定かではないが、原料ポリマーの多分散度を上記範囲に設定することは、PO微多孔膜の細孔割合が適度に高くかつ、均一な孔構造ができ易い傾向になる。このような観点から、ポリエチレン原料の多分散度は6.0以上がより好ましく、7.0以上が更に好ましい。 The polydispersity (Mw/Mn) of the polyethylene raw material is preferably 4.0 or more and 10.0 or less. The polydispersity (Mw/Mn) is measured in accordance with the measurement method in the examples described later. Although the reason is unclear, setting the polydispersity of the raw polymer within the above range tends to make the PO microporous membrane have a moderately high pore ratio and a uniform pore structure. From this perspective, the polydispersity of the polyethylene raw material is more preferably 6.0 or more, and even more preferably 7.0 or more.
さらに、ポリエチレン原料のz平均分子量と重量平均分子量の比(Mz/Mw)は、2.0以上7.0以下が好ましい。Mz/Mw)は、後述する実施例における測定法に準じて測定される。理由は定かではないが、原料ポリマーのMz/Mwを上記範囲に設定することは、PO微多孔膜の細孔割合が適度に高くかつ、均一な孔構造ができ易い傾向となる。このような観点から、ポリエチレン原料のMz/Mwは4.0以上がより好ましく、5.0以上がさらに好ましい。 Furthermore, the ratio of z-average molecular weight to weight-average molecular weight (Mz/Mw) of the polyethylene raw material is preferably 2.0 or more and 7.0 or less. Mz/Mw is measured according to the measurement method in the examples described later. Although the reason is unclear, setting the Mz/Mw of the raw material polymer within the above range tends to make the PO microporous membrane have a moderately high pore ratio and a uniform pore structure. From this perspective, the Mz/Mw of the polyethylene raw material is more preferably 4.0 or more, and even more preferably 5.0 or more.
前記樹脂組成物には、必要に応じて、無機粒子、フェノール系又はリン系又はイオウ系等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウムやステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料等の公知の各種添加剤を混合してよい。ただし無機粒子などを樹脂組成物と混合することで、得られる膜の細孔割合が小さくなる傾向がある。 The resin composition may be mixed with various known additives, such as inorganic particles, phenol-based, phosphorus-based, or sulfur-based antioxidants, metal soaps such as calcium stearate and zinc stearate, ultraviolet absorbers, light stabilizers, antistatic agents, antifogging agents, and coloring pigments, as necessary. However, mixing inorganic particles or the like with the resin composition tends to reduce the pore ratio of the resulting film.
(微多孔膜の製造方法)
微多孔膜の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン(PO)樹脂を用いるPO微多孔膜の製造方法の場合には、以下の:
ポリオレフィン樹脂と、孔形成材料と、所望により各種添加剤とを含む樹脂組成物を混合する混合工程(a)と、
工程(a)で得られた混合物を溶融混練して押出す押出工程(b)と、
工程(b)で得られた押出物をシート状に成形するシート成形工程(c)と、
工程(c)で得られたシート状成形物を、少なくとも一回、少なくとも一軸方向に延伸する一次延伸工程(d)と、
工程(d)で得られた一次延伸膜から孔形成材料を抽出する抽出工程(e)と、
工程(e)で得られた抽出膜を所定の温度で熱固定(HS)する熱固定工程(f)とを含む方法が挙げられる。
(Method for producing microporous membrane)
The method for producing the microporous membrane is not particularly limited. For example, in the case of a method for producing a PO microporous membrane using a polyolefin (PO) resin, the following method is used:
A mixing step (a) of mixing a resin composition containing a polyolefin resin, a pore-forming material, and various additives as desired;
an extrusion step (b) of melt-kneading and extruding the mixture obtained in the step (a);
a sheet forming step (c) of forming the extrudate obtained in step (b) into a sheet;
A primary stretching step (d) of stretching the sheet-like molded product obtained in the step (c) at least once in at least one axial direction;
an extraction step (e) of extracting the pore-forming material from the first stretched membrane obtained in step (d);
and a heat fixing step (f) of heat fixing (HS) the extracted film obtained in the step (e) at a predetermined temperature.
上記PO微多孔膜の製造方法により、リチウムイオン二次電池およびその他の蓄電デバイス用セパレータとして用いる場合に、リチウムデンドライト抑制能力と金属異物による化学微短絡抑制能力、並びに高出力特性、サイクル特性を高度に両立することが可能なPO微多孔膜を提供することができる。中でも、一次延伸工程(d)でMD及びTDに延伸し、抽出工程(e)を経た後に熱固定工程(f)にてTDに熱固定する方法は、得られるPO微多孔膜の細孔割合と孔径などを上記で説明された数値範囲内に調整し易い傾向にある。なお、本実施形態のPO微多孔膜の製造方法は、上記製造方法に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The above-mentioned method for producing a microporous PO membrane can provide a microporous PO membrane that, when used as a separator for a lithium-ion secondary battery or other power storage device, can highly simultaneously suppress lithium dendrites and chemical micro-short circuits caused by metal foreign matter, as well as high output characteristics and cycle characteristics. In particular, the method of stretching in MD and TD in the primary stretching step (d), and then heat-setting in TD in the heat-setting step (f) after passing through the extraction step (e) tends to make it easier to adjust the pore ratio and pore size of the resulting microporous PO membrane to within the numerical ranges described above. The method for producing a microporous PO membrane of this embodiment is not limited to the above-mentioned method, and various modifications are possible without departing from the gist of the method.
〔混合工程(a)〕
混合工程(a)は、ポリオレフィン樹脂と、孔形成材料と、所望により各種添加剤とを含む樹脂組成物を混合する工程である。なお、混合工程(a)においては、必要に応じて、他の成分を樹脂組成物と混合してもよい。
[Mixing step (a)]
The mixing step (a) is a step of mixing a resin composition containing a polyolefin resin, a pore-forming material, and various additives as desired. In the mixing step (a), other components may be mixed with the resin composition as necessary.
孔形成材料は、PO樹脂及び無機粒子の材料と区別される限り、任意でよく、例えば可塑剤であることができる。可塑剤としては、PO樹脂の融点以上において均一溶液を形成し得る不揮発性溶媒、例えば、流動パラフィン(LP)、パラフィンワックス等の炭化水素類;フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコール、ステアリルアルコール等の高級アルコール等を使用してよい。 The pore-forming material may be any material, for example a plasticizer, as long as it is distinguished from the PO resin and inorganic particle materials. The plasticizer may be a non-volatile solvent capable of forming a homogeneous solution at or above the melting point of the PO resin, such as hydrocarbons such as liquid paraffin (LP) and paraffin wax; esters such as dioctyl phthalate and dibutyl phthalate; and higher alcohols such as oleyl alcohol and stearyl alcohol.
樹脂組成物中の可塑剤の含有量は、好ましくは60質量%~90質量%であり、より好ましくは71質量%~85質量%、更に好ましくは73質量%~85質量%、特に好ましくは75質量%~85%質量%である。可塑剤の含有量を60質量%以上に調整することで、膜の孔数が増え、イオン拡散性が増大し、デンドライトの発生を効率的に抑えられることに加え、サイクル特性が向上するほか、樹脂組成物の溶融粘度が低下し、メルトフラクチャーが抑制されることで、押出時の製膜性が向上する傾向にある。他方、可塑剤の含有量を90質量%以下に調整することにより製膜工程中での原反伸びを抑制することができる。 The content of the plasticizer in the resin composition is preferably 60% by mass to 90% by mass, more preferably 71% by mass to 85% by mass, even more preferably 73% by mass to 85% by mass, and particularly preferably 75% by mass to 85% by mass. By adjusting the content of the plasticizer to 60% by mass or more, the number of pores in the film increases, ion diffusivity increases, and the generation of dendrites can be efficiently suppressed. In addition, the melt viscosity of the resin composition decreases, and melt fracture is suppressed, which tends to improve the film formability during extrusion. On the other hand, by adjusting the content of the plasticizer to 90% by mass or less, the elongation of the original roll during the film formation process can be suppressed.
工程(a)において、POを含む樹脂組成物には、任意の添加剤を含有させることができる。添加剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂以外の重合体;フェノール系化合物、リン系化合物、イオウ系化合物等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤;光安定剤;帯電防止剤;防曇剤;着色顔料等が挙げられる。これらの添加剤の総添加量は、ポリオレフィン樹脂100質量部に対して、好ましくは0質量部超20質量部以下であり、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下である。 In step (a), the resin composition containing PO may contain any additive. The additives are not particularly limited, but may include, for example, polymers other than polyolefin resins; antioxidants such as phenolic compounds, phosphorus compounds, and sulfur compounds; metal soaps such as calcium stearate and zinc stearate; ultraviolet absorbers; light stabilizers; antistatic agents; antifogging agents; coloring pigments, and the like. The total amount of these additives added is preferably more than 0 parts by mass and not more than 20 parts by mass, more preferably not more than 10 parts by mass, and even more preferably not more than 5 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the polyolefin resin.
工程(a)における混合の方法としては、特に限定されないが、例えば、原材料の一部又は全部を必要に応じてヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、タンブラーブレンダー等を用いて予め混合する方法が挙げられる。その中でも、ヘンシェルミキサーを用いて混合を行う方法が好ましい。 The method of mixing in step (a) is not particularly limited, but examples include a method in which some or all of the raw materials are premixed as necessary using a Henschel mixer, ribbon blender, tumbler blender, etc. Among these, a method of mixing using a Henschel mixer is preferred.
〔押出工程(b)〕
押出工程(b)は、工程(a)で得られた樹脂組成物を溶融混練して押出す工程である。なお、押出工程(b)では、必要に応じて、ポリオレフィン樹脂以外の成分を樹脂組成物と混合してもよい。
[Extrusion step (b)]
The extrusion step (b) is a step of melt-kneading and extruding the resin composition obtained in the step (a). In the extrusion step (b), components other than the polyolefin resin may be mixed with the resin composition as necessary.
工程(b)における溶融混練の方法としては、特に限定されないが、例えば、工程(a)で混合した混合物を含む全ての原材料を、一軸押出機、二軸押出機等のスクリュー押出機;ニーダー;ミキサー等により溶融混練する方法が挙げられる。その中でも、溶融混錬は二軸押出機によりスクリューを用いて行うことが好ましい。また、溶融混練を行う際、可塑剤の添加は2回以上に分けて行う事が好ましく、更に、複数回に分けて添加剤の添加を行う場合、1回目の添加量が全体の添加量の80重量%以下となるように調整する事が、含有成分の凝集を抑えて均一に分散させる観点から好ましい。これにより、得られる微多孔膜が、大面積でシャットダウンすることで発熱を抑制し、セパレータとしてセルの安全性を向上させる観点から好ましい。 The method of melt kneading in step (b) is not particularly limited, but examples include a method in which all raw materials including the mixture mixed in step (a) are melt kneaded using a screw extruder such as a single screw extruder or a twin screw extruder; a kneader; a mixer, etc. Among them, it is preferable to perform melt kneading using a screw of a twin screw extruder. In addition, when performing melt kneading, it is preferable to add the plasticizer in two or more separate steps, and further, when adding the additive in multiple separate steps, it is preferable to adjust the amount added in the first step to 80% by weight or less of the total amount added, from the viewpoint of suppressing aggregation of the contained components and dispersing them uniformly. As a result, the obtained microporous film is preferable from the viewpoint of suppressing heat generation by shutting down over a large area and improving the safety of the cell as a separator.
工程(b)において孔形成材料を使用する場合、溶融混練部の温度は、樹脂組成物を均一に混錬する観点から200℃未満が好ましい。溶融混練部の温度の下限は、ポリオレフィン樹脂を可塑剤などの孔形成材料へ均一に溶解させる観点からポリオレフィンの融点以上である。 When a pore-forming material is used in step (b), the temperature of the melt-kneading section is preferably less than 200°C in order to uniformly knead the resin composition. The lower limit of the temperature of the melt-kneading section is equal to or higher than the melting point of the polyolefin in order to uniformly dissolve the polyolefin resin in the pore-forming material such as a plasticizer.
混練時において、特に限定されないが、原料のPOに酸化防止剤を所定の濃度で混合した後、それらの混合物の周囲を窒素雰囲気に置換し、窒素雰囲気を維持した状態で溶融混練を行うことが好ましい。溶融混練時の温度は、160℃以上が好ましく、180℃以上がより好ましく、また、その温度は300℃未満が好ましい。 During kneading, although there are no particular limitations, it is preferable to mix the antioxidant with the raw material PO at a predetermined concentration, replace the atmosphere around the mixture with a nitrogen atmosphere, and perform melt kneading while maintaining the nitrogen atmosphere. The temperature during melt kneading is preferably 160°C or higher, more preferably 180°C or higher, and preferably less than 300°C.
工程(b)においては、上記混練を経て得られた混練物が、T型ダイ、環状ダイ等の押出機により押し出される。このとき、単層押出しであってもよく、共押出しであってもよい。押出しの際の諸条件は、特に限定されず、例えば公知の方法を採用できる。また、得られるPO微多孔膜の膜厚の観点から、(ダイ)リップクリアランスなどを制御することが好ましい。 In step (b), the kneaded product obtained through the above kneading is extruded by an extruder such as a T-die or an annular die. At this time, it may be a single-layer extrusion or a co-extrusion. The conditions for extrusion are not particularly limited, and for example, a known method can be used. In addition, it is preferable to control the (die) lip clearance, etc., from the viewpoint of the film thickness of the obtained PO microporous film.
〔シート成形工程(c)〕
シート成形工程(c)は、押出工程(b)で得られた押出物をシート状に成形する工程である。シート成形工程(c)により得られるシート状成形物は、単層であってもよく、積層であってもよい。シート成形の方法としては、特に限定されないが、例えば、押出物を圧縮冷却により固化させる方法が挙げられる。
[Sheet molding step (c)]
The sheet forming step (c) is a step of forming the extrudate obtained in the extrusion step (b) into a sheet. The sheet-shaped molded product obtained by the sheet forming step (c) may be a single layer or a laminate. The method of forming the sheet is not particularly limited, but for example, a method of solidifying the extrudate by compression and cooling can be mentioned.
圧縮冷却方法としては、特に限定されないが、例えば、冷風、冷却水等の冷却媒体に押出物を直接接触させる方法;冷媒で冷却した金属ロール、プレス機等に押出物を接触させる方法等が挙げられる。これらの中でも、冷媒で冷却した金属ロール、プレス機等に押出物を接触させる方法が、膜厚制御が容易な点で好ましい。 The compression cooling method is not particularly limited, but examples include a method in which the extrudate is directly contacted with a cooling medium such as cold air or cooling water; a method in which the extrudate is contacted with a metal roll, a press, or the like cooled with a refrigerant, and the like. Among these, the method in which the extrudate is contacted with a metal roll, a press, or the like cooled with a refrigerant is preferred because it is easy to control the film thickness.
工程(b)の溶融混練以降、溶融物をシート状に成形する工程における設定温度は、押出し機の設定温度より高温に設定することが好ましい。シート成形の設定温度の上限は、ポリオレフィン樹脂の熱劣化の観点から、300℃以下が好ましく、260℃以下がより好ましい。例えば、押出機より連続してシート状成形体を製造する際に、溶融混練工程後、シート状に成形する工程、即ち、押出機出口からTダイまでの経路、及びTダイの設定温度が押出し工程の設定温度よりも高温に設定されている場合は、樹脂組成物と孔形成材料が分離することなく、溶融物をシート状に成形することが可能となるため好ましい。また、得られるPO微多孔膜の膜厚の観点から、キャストクリアランスなどを制御することが好ましい。 After the melt-kneading step (b), the set temperature in the step of forming the molten material into a sheet is preferably set to a temperature higher than the set temperature of the extruder. The upper limit of the set temperature for sheet forming is preferably 300°C or lower, more preferably 260°C or lower, from the viewpoint of thermal degradation of the polyolefin resin. For example, when continuously producing a sheet-shaped molded product from an extruder, if the set temperature of the step of forming the sheet after the melt-kneading step, i.e., the set temperature of the path from the extruder outlet to the T-die and the T-die, is set to a temperature higher than the set temperature of the extrusion step, it is preferable because the molten material can be formed into a sheet without separation of the resin composition and the pore-forming material. In addition, it is preferable to control the cast clearance, etc., from the viewpoint of the film thickness of the resulting PO microporous film.
〔一次延伸工程(d)〕
一次延伸工程(d)は、シート成形工程(c)で得られたシート状成形物を、少なくとも一回、少なくとも一軸方向に延伸する工程である。この延伸工程(次の抽出工程(e)より前に行う延伸工程)を「一次延伸」と呼ぶこととし、一次延伸によって得られた膜を「一次延伸膜」と呼ぶこととする。一次延伸では、シート状成形物を、少なくとも一方向へ延伸することができ、MD及びTDの両方向で行ってもよいし、MD又はTDの片方だけ行ってもよい。
[Primary stretching step (d)]
The primary stretching step (d) is a step of stretching the sheet-like molded product obtained in the sheet molding step (c) at least once in at least one uniaxial direction. The stretching step performed before the primary stretching is called "primary stretching", and the membrane obtained by the primary stretching is called "primary stretched membrane". In the primary stretching, the sheet-like molded product is stretched in at least one direction. The cutting may be performed in both the MD and TD directions, or in only one of the MD and TD directions.
一次延伸の延伸方法としては、特に限定されないが、例えば、ロール延伸機による一軸延伸;テンターによるTD一軸延伸;ロール延伸機及びテンター、又は複数のテンターの組み合わせによる逐次二軸延伸;同時二軸テンター又はインフレーション成形による同時二軸延伸等が挙げられる。中でも、得られるPO微多孔膜の物性安定性の観点から、同時二軸延伸が好ましい。 The stretching method for the primary stretching is not particularly limited, but examples include uniaxial stretching using a roll stretching machine; TD uniaxial stretching using a tenter; sequential biaxial stretching using a roll stretching machine and a tenter, or a combination of multiple tenters; simultaneous biaxial stretching using a simultaneous biaxial tenter or inflation molding. Among these, simultaneous biaxial stretching is preferred from the viewpoint of the stability of the physical properties of the resulting PO microporous membrane.
一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率は、好ましくは5倍以上であり、より好ましくは6倍以上である。一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率が5倍以上であることにより、得られるPO微多孔膜が緻密なフィブリルを形成して小孔径化するとともに、強度が向上する傾向にある。また、一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率は、好ましくは9倍以下であり、より好ましくは8倍以下又は7倍以下である。一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率が9倍以下であることにより、延伸時の破断が抑制される傾向にある。二軸延伸を行う際は、逐次延伸でも同時二軸延伸でもよいが、各軸方向の延伸倍率は、それぞれ、好ましくは5倍以上9倍以下であり、より好ましくは、6倍以上8倍以下、又は6倍以上7倍以下である。 The stretching ratio in the MD and/or TD of the first stretching is preferably 5 times or more, more preferably 6 times or more. When the stretching ratio in the MD and/or TD of the first stretching is 5 times or more, the resulting PO microporous membrane tends to form dense fibrils to have small pores and to have improved strength. In addition, the stretching ratio in the MD and/or TD of the first stretching is preferably 9 times or less, more preferably 8 times or less or 7 times or less. When the stretching ratio in the MD and/or TD of the first stretching is 9 times or less, breakage during stretching tends to be suppressed. When performing biaxial stretching, either sequential stretching or simultaneous biaxial stretching may be used, but the stretching ratio in each axial direction is preferably 5 times or more and 9 times or less, more preferably 6 times or more and 8 times or less, or 6 times or more and 7 times or less.
一次延伸温度は、PO樹脂組成物に含まれる原料樹脂組成及び濃度を参照して選択することが可能である。MD及び/又はTDの延伸温度は、小孔径化と破断抑制の観点から110℃以上であることが好ましく、115℃以上であることがより好ましい。また、MD及び/又はTDの延伸温度は、膜強度を高める観点、又は小孔径化の観点から128℃以下であることが好ましく、126℃以下であることがより好ましく、124℃以下であることが更に好ましく、122℃以下であることが特に好ましい。 The primary stretching temperature can be selected with reference to the composition and concentration of the raw resins contained in the PO resin composition. The stretching temperature in the MD and/or TD is preferably 110°C or higher from the viewpoint of reducing the pore size and suppressing breakage, and more preferably 115°C or higher. In addition, the stretching temperature in the MD and/or TD is preferably 128°C or lower from the viewpoint of increasing the film strength or reducing the pore size, more preferably 126°C or lower, even more preferably 124°C or lower, and particularly preferably 122°C or lower.
〔抽出工程(e)〕
抽出工程(e)は、一次延伸工程(d)で得られた一次延伸膜から孔形成材料を抽出して、抽出膜を得る工程である。孔形成材料を除去する方法としては、例えば、抽出溶剤に一次延伸膜を浸漬して孔形成材料を抽出し、充分に乾燥させる方法等が挙げられる。孔形成材料を抽出する方法は、バッチ式及び連続式のいずれであってもよい。また、多孔膜中の孔形成材料、特に可塑剤の残存量は、1質量%未満にすることが好ましい。
[Extraction step (e)]
The extraction step (e) is a step of extracting the pore-forming material from the first stretched film obtained in the first stretching step (d) to obtain an extracted film. For example, the method of removing the pore-forming material includes a method of immersing the first stretched film in an extraction solvent to extract the pore-forming material and drying it thoroughly. The method of extracting the pore-forming material may be either a batch method or a continuous method. In addition, the amount of the pore-forming material, particularly the plasticizer, remaining in the porous film is preferably less than 1% by mass.
孔形成材料を抽出する際に用いられる抽出溶剤としては、ポリオレフィン樹脂に対して貧溶媒で、かつ孔形成材料又は可塑剤に対して良溶媒であり、沸点がポリオレフィン樹脂の融点より低いものを用いることが好ましい。このような抽出溶剤としては、特に限定されないが、例えば、n-ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類;塩化メチレン、1,1,1-トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン等の非塩素系ハロゲン化溶剤;エタノール、イソプロパノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。なお、これらの抽出溶剤は、蒸留等の操作により回収して再利用してよい。 The extraction solvent used to extract the pore-forming material is preferably a poor solvent for the polyolefin resin, a good solvent for the pore-forming material or plasticizer, and has a boiling point lower than the melting point of the polyolefin resin. Such extraction solvents are not particularly limited, but examples include hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and 1,1,1-trichloroethane; non-chlorine halogenated solvents such as hydrofluoroethers and hydrofluorocarbons; alcohols such as ethanol and isopropanol; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. These extraction solvents may be recovered and reused by operations such as distillation.
〔熱固定工程(f)〕
熱固定工程(f)は、抽出工程(e)で得られた抽出膜を、所定の温度で熱固定する工程である。この際の熱処理の方法としては、特に限定されないが、テンター又はロール延伸機を利用して、延伸及び緩和操作を行う熱固定方法が挙げられる。
[Heat setting process (f)]
The heat setting step (f) is a step of heat setting the extracted film obtained in the extraction step (e) at a predetermined temperature. The heat treatment method at this time is not particularly limited, but may be a tenter or roll stretching method. A heat fixing method in which a stretching and relaxation operation is performed using a machine is exemplified.
熱固定工程(f)における延伸操作は、MD及びTDのうちの少なくとも1つの方向にPO微多孔膜を延伸する操作であり、MD及びTDの両方向で行ってもよいし、MD又はTDの片方だけ行ってもよい。 The stretching operation in the heat setting step (f) is an operation of stretching the PO microporous membrane in at least one of the MD and TD directions, and may be performed in both the MD and TD directions, or in only one of the MD or TD directions.
熱固定工程(f)におけるMD及びTDの延伸倍率は、それぞれ、好ましくは1.5倍以上2.2倍以下であり、より好ましくは1.7倍以上2.1倍以下である。工程(f)でのMD及びTDの延伸倍率は、膜の強度を発現させるという観点から1.5倍以上が好ましく、破断抑制の観点から2.2倍以下が好ましい。 The stretching ratios in the MD and TD in the heat setting step (f) are preferably 1.5 to 2.2 times, and more preferably 1.7 to 2.1 times. The stretching ratios in the MD and TD in step (f) are preferably 1.5 times or more from the viewpoint of developing the strength of the film, and are preferably 2.2 times or less from the viewpoint of preventing breakage.
この延伸操作における延伸温度は、延伸時の破断抑制の観点から115℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましい。また、熱固定工程(f)での延伸温度は、多孔数化・高気孔率化の観点から140℃以下であることが好ましく、そして138℃以下であることがより好ましく、134℃以下であることがより好ましく、131℃以下であることがより好ましく、128℃以下であることがより好ましく、又は125℃以下であることがより好ましい。また、延伸温度が上記数値範囲内であることにより、得られるPO微多孔膜の孔径が制御され易い傾向にある。 The stretching temperature in this stretching operation is preferably 115°C or higher from the viewpoint of suppressing breakage during stretching, and more preferably 120°C or higher. In addition, the stretching temperature in the heat setting step (f) is preferably 140°C or lower from the viewpoint of increasing the number of holes and the porosity, and more preferably 138°C or lower, more preferably 134°C or lower, more preferably 131°C or lower, more preferably 128°C or lower, or more preferably 125°C or lower. In addition, by having the stretching temperature within the above numerical range, the pore size of the obtained PO microporous membrane tends to be easily controlled.
熱固定工程(f)における緩和操作は、MD及びTDのうちの少なくとも1つの方向にPO微多孔膜を縮小する操作のことであり、MD及びTDの両方向で行ってもよいし、MD又はTDの片方だけ行ってもよい。熱固定工程(f)における緩和倍率は、好ましくは0.95倍以下であり、より好ましくは0.90倍以下であり、さらに好ましくは0.85倍以下である。工程(f)における緩和倍率が0.95倍以下であることにより、膜の熱収縮が抑制される傾向にある。また、緩和倍率は、緩和温度を高めるという観点、又は多孔数化と高気孔率化の観点から、0.5倍以上であることが好ましく、より好ましくは0.7以上である。ここで「緩和倍率」とは、緩和操作後の膜の寸法を緩和操作前の膜の寸法で除した値のことであり、MD及びTDの双方を緩和した場合は、MDの緩和倍率とTDの緩和倍率を乗じた値のことである。
緩和倍率=(緩和操作後の膜の寸法(m))/(緩和操作前の膜の寸法(m))
The relaxation operation in the heat setting step (f) is an operation of shrinking the PO microporous membrane in at least one of MD and TD, and may be performed in both MD and TD, or only in MD or TD. The relaxation ratio in the heat setting step (f) is preferably 0.95 times or less, more preferably 0.90 times or less, and even more preferably 0.85 times or less. When the relaxation ratio in step (f) is 0.95 times or less, the thermal shrinkage of the membrane tends to be suppressed. In addition, from the viewpoint of increasing the relaxation temperature or increasing the number of holes and the porosity, the relaxation ratio is preferably 0.5 times or more, more preferably 0.7 times or more. Here, the "relaxation ratio" refers to the value obtained by dividing the dimensions of the membrane after the relaxation operation by the dimensions of the membrane before the relaxation operation, and when both MD and TD are relaxed, it refers to the value obtained by multiplying the relaxation ratio in MD and the relaxation ratio in TD.
Relaxation ratio=(membrane dimension after relaxation (m))/(membrane dimension before relaxation (m))
この緩和操作における緩和温度は、破断抑制の観点から115℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましい。また多孔数化・高気孔率化の観点から140℃以下であることが好ましく、そして138℃以下であることがより好ましく、134℃以下であることがより好ましく、131℃以下であることがより好ましく、128℃以下であることがより好ましく、又は125℃以下であることがより好ましい。また緩和温度が上記数値範囲内であることにより、得られるPO微多孔膜の孔径が小さく均一に制御され易い傾向にある。 The relaxation temperature in this relaxation operation is preferably 115°C or higher from the viewpoint of preventing breakage, and more preferably 120°C or higher. Also, from the viewpoint of increasing the number of holes and the porosity, it is preferably 140°C or lower, and more preferably 138°C or lower, more preferably 134°C or lower, more preferably 131°C or lower, more preferably 128°C or lower, or more preferably 125°C or lower. Also, by having the relaxation temperature within the above numerical range, the pore size of the obtained PO microporous membrane tends to be easily controlled to be small and uniform.
上記工程(a)~(f)の順序は、本発明の効果を損なわない限り、任意に変更されることができる。上記工程(a)~(f)後に、PO微多孔膜の総延伸倍率は、50倍以上100倍以下の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは70倍以上100倍以下の範囲内にある。ここで「総延伸倍率」とは、一次延伸工程(d)におけるMD及び/又はTDの延伸倍率と熱固定工程における延伸倍率及び/又は緩和倍率を乗じた値のことである。 The order of the above steps (a) to (f) can be changed as desired as long as the effect of the present invention is not impaired. After the above steps (a) to (f), the total stretch ratio of the PO microporous membrane is preferably in the range of 50 to 100 times, more preferably in the range of 70 to 100 times. Here, the "total stretch ratio" refers to the value obtained by multiplying the MD and/or TD stretch ratio in the primary stretching step (d) by the stretch ratio and/or relaxation ratio in the heat setting step.
〔他の工程〕
PO微多孔膜の製造方法は、上記工程(a)~(f)以外の他の工程を含むことができる。他の工程としては、特に限定されないが、例えば、上記熱固定の工程に加え、積層体であるPO微多孔膜を得るための工程として、単層体であるPO微多孔膜を複数枚重ね合わせる積層工程が挙げられる。また、PO微多孔膜の製造方法は、後述される均一拡散層の形成の観点から、PO微多孔膜の表面に対して、電子線照射、プラズマ照射、コロナ放電処理、界面活性剤の塗布、化学的改質等の表面処理を施す表面処理工程;PO微多孔膜表面に、熱可塑性樹脂を含む接着層を設ける工程などを含んでもよい。更には、無機多孔質層又は有機(接着)層のための材料を、PO微多孔膜の片面又は両面に塗工して、少なくとも1つの層を備えたPO微多孔膜を得てもよい。
[Other steps]
The method for producing a PO microporous membrane may include other steps other than the above steps (a) to (f). The other steps are not particularly limited, but may include, for example, a lamination step of laminating a plurality of monolayer PO microporous membranes as a step for obtaining a laminated PO microporous membrane in addition to the above heat fixing step. The method for producing a PO microporous membrane may also include, from the viewpoint of forming a uniform diffusion layer described later, a surface treatment step of subjecting the surface of the PO microporous membrane to surface treatment such as electron beam irradiation, plasma irradiation, corona discharge treatment, application of a surfactant, chemical modification, etc.; a step of providing an adhesive layer containing a thermoplastic resin on the surface of the PO microporous membrane, etc. Furthermore, a material for an inorganic porous layer or an organic (adhesive) layer may be applied to one or both sides of the PO microporous membrane to obtain a PO microporous membrane having at least one layer.
〔無機塗工層の形成〕
安全性、寸法安定性、耐熱性などの観点から、PO微多孔膜表面に無機塗工層を設けることができる。無機塗工層は、無機粒子などの無機成分を含む層であり、所望により、無機粒子同士を結着させるバインダ樹脂、無機粒子を溶媒中に分散させる分散剤などを含んでよい。
[Formation of inorganic coating layer]
An inorganic coating layer can be provided on the surface of the PO microporous membrane from the viewpoints of safety, dimensional stability, heat resistance, etc. The inorganic coating layer is a layer containing inorganic components such as inorganic particles, and may optionally contain a binder resin that bonds the inorganic particles together, a dispersant that disperses the inorganic particles in a solvent, etc.
無機塗工層に含まれる無機粒子の材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、及び酸化鉄などの酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン、及び窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム(AlOOH、アルミナ1水和物、又はベーマイト)、チタン酸カリウム、タルク、カオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、及びケイ砂等のセラミックス;並びにガラス繊維などが挙げられる。無機粒子は、単独で用いてもよく、複数を併用してもよい。 Examples of materials for the inorganic particles contained in the inorganic coating layer include oxide ceramics such as alumina, silica, titania, zirconia, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, and iron oxide; nitride ceramics such as silicon nitride, titanium nitride, and boron nitride; ceramics such as silicon carbide, calcium carbonate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, barium sulfate, aluminum hydroxide, aluminum oxide hydroxide (AlOOH, alumina monohydrate, or boehmite), potassium titanate, talc, kaolinite, dickite, nacrite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amesite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate, diatomaceous earth, and silica sand; and glass fibers. The inorganic particles may be used alone or in combination.
バインダ樹脂としては、例えば、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体、ポリビニルアルコール系樹脂、及び含フッ素樹脂などが挙げられる。また、バインダ樹脂は、ラテックスの形態であることができ、水又は水系溶媒を含むことができる。 Examples of binder resins include conjugated diene polymers, acrylic polymers, polyvinyl alcohol resins, and fluorine-containing resins. The binder resin may be in the form of a latex and may contain water or a water-based solvent.
分散剤は、スラリー中で無機粒子表面に吸着し、静電反発などにより無機粒子を安定化させるものであり、例えば、ポリカルボン酸塩、スルホン酸塩、ポリオキシエーテル、界面活性剤などである。 Dispersants are substances that adsorb to the surfaces of inorganic particles in the slurry and stabilize the inorganic particles through electrostatic repulsion, etc. Examples of dispersants include polycarboxylates, sulfonates, polyoxyethers, and surfactants.
無機塗工層は、例えば、上記で説明された含有成分のスラリーをPO微多孔膜表面に塗布乾燥することにより形成されることができる。 The inorganic coating layer can be formed, for example, by applying a slurry of the components described above to the surface of the PO microporous membrane and drying it.
〔接着層の形成〕
エネルギー密度を高めるために近年車載向け電池にも採用されることが増えているラミネート型電池の変形又はガス発生による膨れを防ぐため、PO微多孔膜表面に、熱可塑性樹脂を含む接着層を設けることができる。
[Formation of adhesive layer]
In order to prevent deformation or swelling due to gas generation in laminated batteries, which have recently been increasingly adopted in vehicle-mounted batteries to increase energy density, an adhesive layer containing a thermoplastic resin can be provided on the surface of the PO microporous membrane.
接着層に含まれる熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂;フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム;スチレン-ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体及びその水素化物、(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類;エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体;ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル等の樹脂等が挙げられる。 The thermoplastic resin contained in the adhesive layer is not particularly limited, and examples thereof include polyolefins such as polyethylene or polypropylene; fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; fluorine-containing rubbers such as vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene tetrafluoroethylene copolymer, and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer; rubbers such as styrene-butadiene copolymer and its hydrogenated product, acrylonitrile-butadiene copolymer and its hydrogenated product, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and its hydrogenated product, (meth)acrylic acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester copolymer, acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, ethylene propylene rubber, polyvinyl alcohol, and polyvinyl acetate; cellulose derivatives such as ethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and carboxymethyl cellulose; resins such as polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, polyamide, and polyester.
更に、熱固定工程(f)、積層工程又は表面処理工程の後に、PO微多孔膜を捲回したマスターロールに対して、所定の温度条件下においてエージング処理を施した後、該マスターロールの巻き返し操作を行うこともできる。これにより、巻き返し前のPO微多孔膜より熱的安定性の高いPO微多孔膜を得易くなる傾向にある。マスターロールのエージングと巻き返しを行う場合、マスターロールをエージング処理する際の温度は、特に限定されないが、好ましくは35℃以上であり、より好ましくは45℃以上であり、更に好ましくは60℃以上である。また、PO微多孔膜の透過性保持の観点から、マスターロールをエージング処理する際の温度は、120℃以下が好ましい。エージング処理に要する時間は、特に限定されないが、24時間以上であると、上記効果が発現し易いため好ましい。 Furthermore, after the heat setting step (f), lamination step or surface treatment step, the master roll on which the PO microporous membrane is wound can be aged under a predetermined temperature condition, and then the master roll can be rewound. This tends to make it easier to obtain a PO microporous membrane with higher thermal stability than the PO microporous membrane before rewinding. When aging and rewinding the master roll, the temperature at which the master roll is aged is not particularly limited, but is preferably 35°C or higher, more preferably 45°C or higher, and even more preferably 60°C or higher. In addition, from the viewpoint of maintaining the permeability of the PO microporous membrane, the temperature at which the master roll is aged is preferably 120°C or lower. The time required for the aging treatment is not particularly limited, but is preferably 24 hours or more, since the above-mentioned effect is easily manifested.
<均一拡散層>
均一拡散層とは、電解液を含む場合にリチウム(Li)イオンの均一拡散が可能な層をいう。本実施形態に係る均一拡散層は、セパレータの少なくとも表層に位置し、1.20μm以下のRaを有することによって、セパレータを含む蓄電デバイスにおいてLiイオン濃度分布を解消し、Li析出形態の制御とLiデンドライト化の抑制を可能にする。
<Uniform diffusion layer>
The uniform diffusion layer is a layer in which lithium (Li) ions can be uniformly diffused when an electrolyte solution is included. The uniform diffusion layer according to the present embodiment is located at least on the surface of the separator and has an Ra of 1.20 μm or less, thereby eliminating the Li ion concentration distribution in the power storage device including the separator, and enabling control of the Li precipitation morphology and suppression of Li dendrite formation.
均一拡散層の算術平均粗さ(Ra)は、Liイオンの均一拡散の観点、及び負極表面での局所的なLiイオン濃度集中を抑制するための平滑性の最適化の観点から、0.001μm以上1.200μm以下であることが好ましく、0.010μm以上1.000μm以下であることがより好ましく、0.015μm以上0.950μm以下の範囲内にあることが更に好ましい。同様の観点から、均一拡散層の十点平均粗さ(Rz)は、0.001μm以上4.000μm以下であることが好ましく、0.010μm以上3.000μm以下であることがより好ましく、0.015μm以上2.000μm以下であることが更に好ましい。また、同様の観点から、均一拡散層のRms(要素の平均長さ)は、1.0μm以上100.0μm以下であることが好ましく、2.0μm以上80.0μm以下であることがより好ましく、3.0μm以上70.0μm以下であることが更に好ましい。 From the viewpoint of uniform diffusion of Li ions and optimization of smoothness to suppress local Li ion concentration concentration on the negative electrode surface, the arithmetic mean roughness (Ra) of the uniform diffusion layer is preferably 0.001 μm or more and 1.200 μm or less, more preferably 0.010 μm or more and 1.000 μm or less, and even more preferably 0.015 μm or more and 0.950 μm or less. From the same viewpoint, the ten-point mean roughness (Rz) of the uniform diffusion layer is preferably 0.001 μm or more and 4.000 μm or less, more preferably 0.010 μm or more and 3.000 μm or less, and even more preferably 0.015 μm or more and 2.000 μm or less. From the same viewpoint, the Rms (average element length) of the uniform diffusion layer is preferably 1.0 μm or more and 100.0 μm or less, more preferably 2.0 μm or more and 80.0 μm or less, and even more preferably 3.0 μm or more and 70.0 μm or less.
均一拡散層のRa、RzまたはRmsは、例えば、均一拡散層の形成プロセスにおいて、塗工条件、例えば、均一拡散層材料と使用溶媒の組み合わせ、塗工方法、乾燥プロセスなどを制御することなどにより上記の数値範囲内に調整されることができる。 The Ra, Rz or Rms of the uniform diffusion layer can be adjusted to within the above numerical ranges, for example, by controlling the coating conditions in the process of forming the uniform diffusion layer, such as the combination of the uniform diffusion layer material and the solvent used, the coating method, the drying process, etc.
また、Li金属又は銅(Cu)箔を含む負極とセパレータの界面抵抗を低減して蓄電デバイスのサイクル特性を良好にするという観点から、1mol/LのLiPF6を含むEC/DEC=1/2(体積比)である電解液に本実施形態に係るセパレータを1日間含侵させた後、セパレータの均一拡散層をLi金属に25℃及び0.5MPaで圧着させた際の剥離強度は、2N/m以上200N/m以下であることが好ましく、3N/m以上60N/m以下であることがより好ましく、10N/m以上40N/m以下であることが更に好ましい。前記剥離強度は、Li金属と親和性が高く、適度に柔らかい樹脂を用いて均一拡散層を形成すること等により上記の数値範囲内に調整されることができる。Li金属との親和性の高い材料として、極性を有する材料が好ましい。極性有する材料としては、特に限定されないが、例えばエチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸・無水マレイン酸共重合体等のオレフィン共重合体;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル類;ポリ酢酸ビニル類;ポリビニルアルコール類;ポリビニルアセタール類;ポリビニルブチラール類;合フッ素ポリベンゾオキサゾール;アクリル樹脂類;ポリメタクリル酸メチル等のメタクリル樹脂類;ポリアクリロニトリル類;アクリロニトリル・ブタジエン・ステレン共重合体等のアクリロニトノル共重合体;ステレン・メタクリル酸共重合体、スチレン・アクリロニトリル共重合体等のスチレン共重合体;ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム等のイオン性ポリマー;アセタール樹脂類;ナイロン66等のポリアミド類;ゼラチン;アラビアゴム;ポリカーボネート類、ポリエステルカーボネート類;セルロース系樹脂類;ポリケトン類;ポリエーテル類;フェノール樹脂類;ユリア樹脂類;エポキシ樹脂類;不飽和ポリエステル樹脂類;アルキド樹脂類;メラミン樹脂類;ポリウレタン類;ジアリールフタレート樹脂類;ポリフェニレンオキサイド類;ポリフェニレンスルフイドポリスルホン類;ポリフェニルサルフォン類;ポリイミド類;ビスマレイミドトリアジン樹脂類;含フッ素樹脂類;ポリイミドアミド類;ポリエーテルスルホン類;ポリエーテルケトン類;ポリエーテルイミド類等があげられる。電解液との親和性の観点から、含フッ素樹脂類、ポリカーボネート類、ポリケトン類、ポリエーテル類、ポリアクリロニトリル類が好ましい。適度に柔らかい樹脂としては、例えば、本技術分野において約300℃を超えるガラス転移温度(Tg)を有すると考えられるアラミド樹脂よりも低いTgを有する樹脂などを使用してよい。Tgの範囲としては、Li金属または銅(Cu)箔を含む負極と良好な結着を形成する観点から、100℃未満が好ましく、25~100℃がより好ましく、25℃未満が更に好ましい。また、Tgは、電解液(EC/DEC=1/2(体積比)等)を含み均一拡散層材料を可塑化させた状態の値でもよい。Tgは、示差走査熱量測定(DSC)で得られるDSC曲線から決定される。具体的には、DSC曲線における低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の変曲点における接線との交点の温度を、ガラス転移温度として採用することができる。また、「ガラス転移」はDSCにおいて試験片であるポリマーの状態変化に伴う熱量変化が吸熱側に生じたものを指す。このような熱量変化はDSC曲線において階段状変化の形状として観測される。「階段状変化」とは、DSC曲線において、曲線がそれまでの低温側のベースラインから離れ新たな高温側のベースラインに移行するまでの部分を示す。なお、階段状変化とピークとが組み合わされたものも階段状変化に含まれることとする。更に、「変曲点」とは、階段状変化部分のDSC曲線の勾配が最大になるような点を示す。また、階段状変化部分において、上側を発熱側とした場合に、上に凸の曲線が下に凸の曲線に変わる点と表現することもできる。「ピーク」とは、DSC曲線において、曲線が低温側のベースラインから離れてから再度同じベースラインに戻るまでの部分を示す。「ベースライン」とは、試験片に転移、及び反応を生じない温度領域のDSC曲線のことを示す。 In addition, from the viewpoint of reducing the interface resistance between the negative electrode containing Li metal or copper (Cu) foil and the separator to improve the cycle characteristics of the power storage device, the separator according to this embodiment is impregnated with an electrolyte containing 1 mol/L LiPF 6 and having an EC/DEC=1/2 (volume ratio) for one day, and then the uniform diffusion layer of the separator is pressed against Li metal at 25 ° C. and 0.5 MPa. The peel strength is preferably 2 N/m or more and 200 N/m or less, more preferably 3 N/m or more and 60 N/m or less, and even more preferably 10 N/m or more and 40 N/m or less. The peel strength can be adjusted within the above numerical range by forming a uniform diffusion layer using a resin that has a high affinity with Li metal and is moderately soft. As a material with high affinity with Li metal, a material having polarity is preferable. Examples of polar materials include, but are not limited to, olefin copolymers such as ethylene-vinyl acetate copolymer and ethylene-acrylic acid-maleic anhydride copolymer; polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate; polyvinyl acetates; polyvinyl alcohols; polyvinyl acetals; polyvinyl butyrals; fluorinated polybenzoxazole; acrylic resins; methacrylic resins such as polymethyl methacrylate; polyacrylonitriles; acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and other acrylonitrile copolymers; styrene copolymers such as styrene-methacrylic acid copolymer and styrene-acrylonitrile copolymer; and polystyrene sulfone. Examples of the polymerizable polymer include ionic polymers such as sodium polyacrylate and sodium polyacrylate, acetal resins, polyamides such as nylon 66, gelatin, gum arabic, polycarbonates, polyester carbonates, cellulose resins, polyketones, polyethers, phenolic resins, urea resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, melamine resins, polyurethanes, diaryl phthalate resins, polyphenylene oxides, polyphenylene sulfide polysulfones, polyphenylsulfones, polyimides, bismaleimide triazine resins, fluorine-containing resins, polyimide amides, polyether sulfones, polyether ketones, polyether imides, etc. From the viewpoint of affinity with the electrolytic solution, fluorine-containing resins, polycarbonates, polyketones, polyethers, and polyacrylonitriles are preferred. As a moderately soft resin, for example, a resin having a lower Tg than aramid resin, which is considered to have a glass transition temperature (Tg) of more than about 300°C in the present technical field, may be used. The range of Tg is preferably less than 100°C, more preferably 25 to 100°C, and even more preferably less than 25°C, from the viewpoint of forming a good bond with a negative electrode containing Li metal or copper (Cu) foil. In addition, Tg may be a value in a state in which a uniform diffusion layer material containing an electrolyte (EC/DEC=1/2 (volume ratio) or the like) is plasticized. Tg is determined from a DSC curve obtained by differential scanning calorimetry (DSC). Specifically, the temperature at the intersection of a straight line extending the low-temperature side baseline to the high-temperature side in the DSC curve and a tangent at the inflection point of the stepwise change part of the glass transition can be adopted as the glass transition temperature. In addition, "glass transition" refers to a heat quantity change occurring on the endothermic side due to a change in the state of a polymer, which is a test piece, in DSC. Such a heat quantity change is observed as a stepwise change shape in the DSC curve. The term "step change" refers to the portion of the DSC curve where the curve leaves the previous low-temperature baseline and transitions to a new high-temperature baseline. The step change also includes a combination of a step change and a peak. Furthermore, the term "inflection point" refers to the point where the gradient of the DSC curve in the step change portion is maximum. It can also be expressed as the point where the upward convex curve changes to a downward convex curve, with the upper side being the heat generation side in the step change portion. The term "peak" refers to the portion of the DSC curve where the curve leaves the low-temperature baseline and transitions back to the same baseline. The term "baseline" refers to the DSC curve in the temperature range where no transition or reaction occurs in the test specimen.
1mol/LのLiPF6を含むEC/DEC=1/2(体積比)である電解液に対する均一拡散層の膨潤度は、上限として均一拡散層の強度の観点から、また下限としてはLiイオンの均一拡散の観点から、2倍以上であることが好ましく、3倍以上10倍以下であることがより好ましく、3.5倍以上8倍以下であることが更に好ましい。この膨潤度は、例えば均一拡散層の原料又は含有成分の溶解度パラメータ(SP値)の制御などにより上記の数値範囲内に調整されることができる。 The swelling degree of the uniform diffusion layer with respect to an electrolyte containing 1 mol/L LiPF6 and having an EC/DEC ratio of 1/2 (volume ratio) is preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more and 10 times or less, and even more preferably 3.5 times or more and 8 times or less, from the viewpoint of the strength of the uniform diffusion layer as an upper limit and the uniform diffusion of Li ions as a lower limit. This swelling degree can be adjusted within the above numerical range by, for example, controlling the solubility parameters (SP values) of the raw materials or components of the uniform diffusion layer.
均一拡散層は、平滑性の最適化の観点、及び蓄電デバイスにおけるLi析出形態の制御とLiデンドライト化の抑制の観点から、下記(1)~(3):
(1)電解液を含むときに、均一拡散層の表面観察において、Liイオン拡散が不可能な領域中に描ける内接円の最大直径が、100nm以下である;
(2)電解液を含むときに、均一拡散層の任意の箇所における3.0μm×4.0μmの範囲の表面観察において、Liイオン拡散が不可能な領域の総面積(Stotal)が、上限7.2μm2である;及び
(3)電解液を含むときに、均一拡散層の表面観察において、Liイオン拡散が不可能な領域に対するLiイオン拡散が可能な領域の面積比が、不可能な領域:可能な領域=60:40~0:100ある;
のいずれか又は2つ以上を満たすことが好ましい。
From the viewpoint of optimizing smoothness, controlling the Li deposition morphology in the electricity storage device, and suppressing Li dendrite formation, the uniform diffusion layer is formed by satisfying the following (1) to (3):
(1) When an electrolyte solution is contained, in a surface observation of the uniform diffusion layer, the maximum diameter of an inscribed circle that can be drawn in a region in which Li ions cannot diffuse is 100 nm or less;
(2) when the uniform diffusion layer contains an electrolyte, the total area (S total ) of regions where Li ion diffusion is impossible is up to 7.2 μm2 in a surface observation of a range of 3.0 μm × 4.0 μm at any point of the uniform diffusion layer; and (3) when the uniform diffusion layer contains an electrolyte, the area ratio of regions where Li ion diffusion is possible to regions where Li ion diffusion is impossible is 60:40 to 0:100.
It is preferable that one or more of the above conditions are satisfied.
上記(1)~(3)について、Liイオン拡散が不可能な領域とは、例えば非イオン伝導性材料を含む領域を指す。具体的には、PO微多孔膜のポリオレフィン(PO)部は、Liイオン拡散が不可能な領域に該当するが、PO微多孔膜の表層においてPO幹の太さが100nm以下の場合には上記(1)を満たすものとしてみなすことができる。また、均一拡散層がフィラー層である場合も上記と同様に考えてよい。表面観察においてLiイオン拡散が可能な領域と不可能な領域の見分け方として、例えばEDX、NMR、XRD、XPS、XRF等を適宜組み合わせることで、イオン伝導性材料または非イオン伝導性材料を同定し、マッピング等でこれらの材料の膜表面における分布を明らかにすることで見分けることができる。なお空孔部分は、電解液で満たされることでLiイオンの拡散が可能であるため、Liイオン拡散可能な領域である。 In the above (1) to (3), the region where Li ions cannot diffuse refers to, for example, a region containing a non-ion conductive material. Specifically, the polyolefin (PO) portion of the PO microporous membrane corresponds to a region where Li ions cannot diffuse, but when the thickness of the PO trunk in the surface layer of the PO microporous membrane is 100 nm or less, it can be considered as satisfying the above (1). The same can be said when the uniform diffusion layer is a filler layer. In surface observation, the region where Li ions can diffuse and the region where Li ions cannot diffuse can be distinguished by, for example, appropriately combining EDX, NMR, XRD, XPS, XRF, etc. to identify ion conductive materials or non-ion conductive materials, and clarifying the distribution of these materials on the membrane surface by mapping, etc. Note that the voids are regions where Li ions can diffuse because they are filled with an electrolyte.
上記(1)について、Liイオン拡散が不可能な領域中に描ける内接円の最大直径は、100nm以下であることが好ましく、より好ましくは80nm以下、60nm以下、40nm以下、20nm以下であり、Liイオン拡散不可能な領域を含まないことが最も好ましい。 Regarding (1) above, the maximum diameter of the inscribed circle that can be drawn in the region where Li ion diffusion is impossible is preferably 100 nm or less, more preferably 80 nm or less, 60 nm or less, 40 nm or less, or 20 nm or less, and most preferably does not include any region where Li ion diffusion is impossible.
上記(2)について、総面積Stotalは、7.2μm2以下であることが好ましく、6.0μm2以下、4.8μm2以下、3.6μm2以下、又は2.4μm2以下であることがより好ましく、Liイオン拡散不可能な領域を含まないことが最も好ましい。 Regarding (2) above, the total area S total is preferably 7.2 μm 2 or less, more preferably 6.0 μm 2 or less, 4.8 μm 2 or less, 3.6 μm 2 or less, or 2.4 μm 2 or less, and most preferably does not include any region into which Li ions cannot diffuse.
上記(3)について、Liイオン拡散が不可能な領域に対するLiイオン拡散が可能な領域の面積比が、不可能な領域:可能な領域=60:40~0:100であることが好ましく、30:70~0:100、20:80~0:100、10:90~0:100であることがより好ましく、Liイオン拡散不可能な領域を含まないことが最も好ましい。 Regarding (3) above, it is preferable that the area ratio of the area in which Li ions can diffuse to the area in which Li ions cannot diffuse is 60:40 to 0:100, more preferably 30:70 to 0:100, 20:80 to 0:100, or 10:90 to 0:100, and most preferably no area in which Li ions cannot diffuse.
均一拡散層が薄いほど、電気抵抗を低減する一方で、均一拡散層が厚いことで蓄電デバイスの負極表面においてLiイオンが均一拡散し易くなる。このような観点から、均一拡散層の厚みは、0μm超10μm以下の範囲内にあることが好ましく、0.5~7.0μmであることがより好ましく、1.0~6.0μmであることが更に好ましく、2.0~5.0μmであることがより更に好ましい。なお、均一拡散層がパターンとして形成される場合、または均一拡散層の厚みが一定ではない場合には、均一拡散層の厚みは、微多孔膜の厚み方向に沿って、最大となるように決定することができる。 The thinner the uniform diffusion layer, the lower the electrical resistance, while a thicker uniform diffusion layer facilitates uniform diffusion of Li ions on the negative electrode surface of the power storage device. From this perspective, the thickness of the uniform diffusion layer is preferably in the range of more than 0 μm and not more than 10 μm, more preferably 0.5 to 7.0 μm, even more preferably 1.0 to 6.0 μm, and even more preferably 2.0 to 5.0 μm. Note that when the uniform diffusion layer is formed as a pattern or when the thickness of the uniform diffusion layer is not constant, the thickness of the uniform diffusion layer can be determined so as to be maximum along the thickness direction of the microporous membrane.
均一拡散層の構成材料は、少なくとも1つのイオン伝導性材料を含むことが好ましく、イオン伝導性材料と非イオン伝導性材料の両方を含んでもよいがイオン伝導性材料から成ることが好ましく、実質的にイオン伝導性材料から成ることがより好ましく、イオン伝導性材料のみから成ることがより更に好ましく、均一拡散層は、イオン伝導性材料のみから成る無孔層であることが特に好ましい。 The constituent material of the uniform diffusion layer preferably contains at least one ion-conductive material, and may contain both ion-conductive and non-ion-conductive materials, but is preferably made of an ion-conductive material, more preferably made substantially of an ion-conductive material, and even more preferably made only of an ion-conductive material, and it is particularly preferable that the uniform diffusion layer is a non-porous layer made only of an ion-conductive material.
イオン伝導性材料としては、25℃で10-7Scm-1以上のイオン伝導度を示す材料であればよく、イオン伝導度は、10-6Scm-1以上、10-4Scm-1以上、又は10-3Scm-1以上であることが好ましい。イオン伝導度は、材料単独の値でも良いし、材料を電解液等に膨潤させた状態の値でも良いが、抵抗の観点から、材料単独の値であることがより好ましい。イオン伝導度は、材料が分かれば文献等により当業者であれば容易に判断することが可能である。判断が難しい場合、実施例に記載の方法で測定することも可能である。前記イオン伝導度を満たす材料としては、有機材料および無機材料が挙げられ、例えば固体電解質やゲル電解質が挙げられる。ゲル電解質としては電解液を膨潤したものでもよいし、Li塩を含むことによって伝導性を発現するものでもよい。ポリエチレンオキシド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリカーボネート、ポリアセタール等の極性官能基を有する材料が挙げられ、これらを構成するモノマーの複数が共重合したものでもよい。イオン伝導性材料は、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、更にはポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルを含むことが好ましい。固体電解質としては、例えば、酸化物、硫化物および窒化物等が挙げられる。具体的にはLi1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li0.34La0.51TiO2.94、Li4SiO4-Li2BO3、Li7La3Zr2O12、Li3BO3-Li2SO4、Li2.9PO3.3N0.46、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3、Li10GeP2S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li6PS5Cl、Li2S-B2S3-LI、Li2S-P2S5-LiBH4、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li2S-P2S5、Li7P3S11、Li3.25P0.95S4、Li3N等の材料が挙げられ、組成割合は上記に限らずともよい。 The ion conductive material may be a material that exhibits an ion conductivity of 10 −7 Scm −1 or more at 25° C., and the ion conductivity is preferably 10 −6 Scm −1 or more, 10 −4 Scm −1 or more, or 10 −3 Scm −1 or more. The ion conductivity may be the value of the material alone, or the value of the material in a state in which the material is swollen in an electrolyte solution or the like, but from the viewpoint of resistance, the value of the material alone is more preferable. If the material is known, the ion conductivity can be easily determined by a person skilled in the art from literature or the like. If it is difficult to determine, it can also be measured by the method described in the examples. Examples of materials that satisfy the ion conductivity include organic materials and inorganic materials, such as solid electrolytes and gel electrolytes. The gel electrolyte may be one that is swollen with an electrolyte solution, or one that exhibits conductivity by containing Li salt. Examples of the material include materials having polar functional groups such as polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethacrylic acid, polycarbonate, and polyacetal, and may be copolymers of a plurality of monomers constituting these. The ion conductive material preferably includes polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polymethacrylic acid, and further polyethylene oxide and polyacrylonitrile. Examples of the solid electrolyte include oxides, sulfides, and nitrides. Specifically, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 0.34 La 0.51 TiO 2.94 , Li 4 SiO 4 -Li 2 BO 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 3 BO 3 -Li 2 SO 4 , Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 , Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 , Li 9.54 Si 1.74 P 1.44 S 11.7 Cl 0.3 , Li 10 GeP 2 S 12 , Li 3.2 5 Ge Examples of materials that can be used include Li2S - 0.25P0.75S4 , Li6PS5Cl , Li2S - B2S3 - LI , Li2S -P2S5- LiBH4 , Li2S - SiS2 - Li3PO4 , Li2S - SiS2 -Li4SiO4 , Li2S - P2S5 , Li7P3S11 , Li3.25P0.95S4 , and Li3N , and the composition ratio is not limited to the above.
非Liイオン伝導性材料としては、前記Liイオン伝導性材料以外の材料を用いることが可能であり、具体的にポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類やポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の有機材料や無機材料が挙げられる。 As the non-Li ion conductive material, it is possible to use materials other than the Li ion conductive materials described above, and specific examples include organic materials such as polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polystyrene, and polyvinyl chloride, and inorganic materials.
均一拡散層の形態は、粒子状、膜状、フィルム状、又はそれらの複合体でよく、中でも、膜状又はフィルム状が好ましい。また、均一拡散層は、Liイオンの均一拡散の観点から、無孔であることが好ましく、膜状かつ無孔であることがより好ましい。 The uniform diffusion layer may be in the form of particles, a membrane, a film, or a composite thereof, and is preferably in the form of a membrane or a film. From the viewpoint of uniform diffusion of Li ions, the uniform diffusion layer is preferably non-porous, and more preferably non-porous in the form of a membrane.
(均一拡散層の形成方法)
均一拡散層の形成方法は、セパレータの少なくとも表層に均一拡散層が位置し、かつ均一拡散層の算術平均粗さ(Ra)が上記の数値範囲内に調整されるのであれば特に限定されるものではないが、例えば、微多孔膜、積層膜等のセパレータ基材の部分的な成形又は加工、均一拡散層の構成材料を含む塗料のセパレータ基材への塗工などでよい。
(Method of forming a uniform diffusion layer)
The method for forming the uniform diffusion layer is not particularly limited as long as the uniform diffusion layer is located at least on the surface layer of the separator and the arithmetic mean roughness (Ra) of the uniform diffusion layer is adjusted to be within the above-mentioned numerical range. For example, the method may include partial molding or processing of a separator substrate such as a microporous membrane or a laminated membrane, or coating the separator substrate with a paint containing a constituent material of the uniform diffusion layer.
微多孔膜、積層膜等のセパレータ基材の部分的な成形加工により均一拡散層を形成する場合には、基材表層において幹の太さが上記(1)の条件を満たすように成形加工を行うことが好ましい。 When forming a uniform diffusion layer by partial molding of a separator substrate such as a microporous membrane or laminated membrane, it is preferable to perform the molding process so that the thickness of the stem on the substrate surface satisfies the above condition (1).
均一拡散層の構成材料を含む塗料のセパレータ基材への塗工においては、均一拡散層の表面の平滑性の観点から、塗料の溶媒、塗工方法、乾燥プロセスなどを最適化することが好ましい。 When applying paint containing the constituent materials of the uniform diffusion layer to the separator substrate, it is preferable to optimize the paint solvent, application method, drying process, etc., from the viewpoint of the surface smoothness of the uniform diffusion layer.
溶媒は、均一拡散層の平滑性を向上させるために、微多孔膜内への過度な塗料の浸透を抑制、微多孔膜表面での塗料ハジキを抑制、および塗工時の塗料のレベリングを促進できる溶媒を選択することが好ましい。溶媒は、塗料および塗工される微多孔膜の親和性に基づき、粘度と表面張力の観点で選択することができる。前記観点を満たす溶媒であれば特に限定されないが、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、ジメチルスルホキシド、水、エタノール、メタノール、n-プロパノール、アセトン、トルエン、キシレン、n-ヘキサン、シクロヘキサン、クロロホルム、ジクロロメタン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、等でよい。 In order to improve the smoothness of the uniform diffusion layer, it is preferable to select a solvent that can suppress excessive penetration of the paint into the microporous membrane, suppress paint repellency on the microporous membrane surface, and promote leveling of the paint during coating. The solvent can be selected from the viewpoints of viscosity and surface tension based on the affinity between the paint and the microporous membrane to be coated. There are no particular limitations on the solvent as long as it satisfies the above-mentioned requirements, but examples of the solvent include N-methylpyrrolidone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, water, ethanol, methanol, n-propanol, acetone, toluene, xylene, n-hexane, cyclohexane, chloroform, dichloromethane, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, etc.
塗工方法としては、例えば、バーコート、グラビアダイレクト印刷、グラビアリバース印刷、ディップ、ダイコート、ナイフコート、エアドクタコート、ブレードコート、スクイズコート、キャストコート、スクリーン印刷、スプレーコートなどが挙げられる。それらの中で、ディッピング以外の方法が好ましい。薄く塗工することおよび平滑性の観点から、バーコート、グラビアリバース印刷、ダイコートおよびナイフコートがより好ましく、グラビアリバース印刷が特に好ましい。 Coating methods include, for example, bar coating, gravure direct printing, gravure reverse printing, dipping, die coating, knife coating, air doctor coating, blade coating, squeeze coating, cast coating, screen printing, and spray coating. Among these, methods other than dipping are preferred. From the viewpoints of thin coating and smoothness, bar coating, gravure reverse printing, die coating, and knife coating are more preferred, and gravure reverse printing is particularly preferred.
乾燥プロセスでは、例えば塗料の溶媒沸点等に応じて、乾燥温度を決定することができる。平滑性の観点から、溶媒の沸点よりも低いことが好ましく、更には沸点から15℃よりも低い温度で乾燥することが好ましく、50℃よりも低い温度であることが特に好ましい。 In the drying process, the drying temperature can be determined depending on, for example, the boiling point of the paint solvent. From the viewpoint of smoothness, it is preferable that the temperature is lower than the boiling point of the solvent, and it is even more preferable to dry at a temperature that is 15°C lower than the boiling point, and it is particularly preferable that the temperature is lower than 50°C.
<セパレータの製造方法>
本実施形態に係るセパレータは、例えば、上記で説明された微多孔膜の製造方法と均一拡散層の形成方法とを組み合わせることにより製造されることができる。得られたセパレータは、蓄電デバイスに組み込まれることによってLiデンドライトの発生を抑制しサイクル特性を向上させることができる。
<Separator manufacturing method>
The separator according to the present embodiment can be produced, for example, by combining the above-described method for producing a microporous membrane and the method for forming a uniform diffusion layer. The resulting separator can be incorporated into an electricity storage device to suppress the generation of Li dendrites and improve cycle characteristics.
<蓄電デバイス>
正極、負極、電解液、及び上記で説明されたセパレータから構成される蓄電デバイスも本発明の一態様である。蓄電デバイスとしては、例えば、非水系電解液電池、非水系電解質電池、非水系リチウムイオン二次電池、非水系ゲル二次電池、非水系固体二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等が挙げられる。
<Electricity storage device>
An embodiment of the present invention is an electric storage device comprising a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and the separator described above. Examples of the electric storage device include a non-aqueous electrolyte battery, a non-aqueous electrolyte battery, a non-aqueous lithium ion secondary battery, a non-aqueous gel secondary battery, a non-aqueous solid secondary battery, a lithium ion capacitor, and an electric double layer capacitor.
蓄電デバイスは、セパレータと、正極板と、負極板と、非水電解液(非水溶媒とこれに溶解した金属塩を含む)を備えてよい。具体的には、例えば、リチウムイオン等を吸蔵及び放出可能な遷移金属酸化物を含む正極板と、リチウムイオン等を吸蔵及び放出可能な負極板とが、セパレータを介して対向するように捲回又は積層され、非水電解液を保液し、デバイス容器又はデバイス外装体に収容されている。 The power storage device may include a separator, a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a non-aqueous electrolyte (containing a non-aqueous solvent and a metal salt dissolved therein). Specifically, for example, a positive electrode plate containing a transition metal oxide capable of absorbing and releasing lithium ions and a negative electrode plate capable of absorbing and releasing lithium ions are wound or stacked so as to face each other with a separator interposed therebetween, retaining the non-aqueous electrolyte, and housed in a device container or device exterior body.
正極板について以下に説明する。正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム又はコバルト酸リチウム等のリチウム複合金属酸化物、リン酸鉄リチウム等のリチウム複合金属リン酸塩等を用いることができる。正極活物質は導電剤及びバインダと混錬され、正極ペーストとしてアルミニウム箔等の正極集電体に塗布乾燥され、所定の厚みに圧延された後、所定の寸法に切断されて正極板となる。ここで、導電剤としては、正極電位下において安定な金属粉末、例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック又は黒鉛材料を用いることができる。また、バインダとしては、正極電位下において安定な材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン、変性アクリルゴム又はポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。 The positive electrode plate will be described below. As the positive electrode active material, for example, lithium composite metal oxides such as lithium nickel oxide, lithium manganate, or lithium cobalt oxide, or lithium composite metal phosphates such as lithium iron phosphate can be used. The positive electrode active material is mixed with a conductive agent and a binder, and applied as a positive electrode paste to a positive electrode collector such as aluminum foil, dried, rolled to a predetermined thickness, and then cut to a predetermined size to form a positive electrode plate. Here, as the conductive agent, a metal powder that is stable under the positive electrode potential, for example, carbon black such as acetylene black, or a graphite material can be used. As the binder, a material that is stable under the positive electrode potential, for example, polyvinylidene fluoride, modified acrylic rubber, or polytetrafluoroethylene can be used.
負極板について以下に説明する。負極活物質としては、リチウム(Li)金属、銅(Cu)箔、またはリチウムを吸蔵できる材料を用いることができる。さらに、例えば、黒鉛、シリサイド、及びチタン合金材料等から成る群から選ばれる少なくとも1種類を負極に用いることができる。また、非水電解質二次電池の負極活物質としては、例えば、金属、金属繊維、炭素材料、酸化物、窒化物、珪素(Si)化合物、錫(Sn)化合物、又は各種合金材料等を用いることができる。 The negative electrode plate will be described below. The negative electrode active material may be lithium (Li) metal, copper (Cu) foil, or a material capable of absorbing lithium. In addition, at least one material selected from the group consisting of graphite, silicide, and titanium alloy materials may be used for the negative electrode. In addition, the negative electrode active material for the non-aqueous electrolyte secondary battery may be, for example, metal, metal fiber, carbon material, oxide, nitride, silicon (Si) compound, tin (Sn) compound, or various alloy materials.
負極に使用可能な炭素材料としては、例えば、各種天然黒鉛、コークス、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、及び非晶質炭素等が挙げられる。 Carbon materials that can be used for the negative electrode include, for example, various types of natural graphite, coke, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, carbon fiber, spherical carbon, various types of artificial graphite, and amorphous carbon.
負極活物質としては、上記材料のうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。負極活物質はバインダと混錬され、負極ペーストとして銅箔等の負極集電体に塗布乾燥され、所定厚に圧延された後、所定寸法に切断されて負極板となる。ここで、バインダとしては、負極電位下において安定な材料、例えば、PVDF又はスチレン-ブタジエンゴム共重合体等を用いることができる。 As the negative electrode active material, one of the above materials may be used alone, or two or more may be used in combination. The negative electrode active material is mixed with a binder, and applied as a negative electrode paste to a negative electrode current collector such as copper foil, which is then dried and rolled to a specified thickness, and then cut to a specified size to form a negative electrode plate. Here, as the binder, a material that is stable under the negative electrode potential, such as PVDF or a styrene-butadiene rubber copolymer, can be used.
上記で説明された負極の材料の中でも、本実施形態に係るセパレータの均一拡散層の効果が顕著に現れるものとして、負極が、Li金属、又は銅(Cu)箔で構成されることが好ましい。また、セパレータの均一拡散層を、蓄電デバイスの負極表面(又はLi析出表面)と当接又は対向するように配置して、Liイオン濃度分布を解消し、Li析出形態を制御(Liデンドライト化を抑制)することも好ましい。 Among the negative electrode materials described above, the effect of the uniform diffusion layer of the separator according to this embodiment is most pronounced, and it is therefore preferable that the negative electrode is made of Li metal or copper (Cu) foil. It is also preferable to arrange the uniform diffusion layer of the separator so that it abuts or faces the negative electrode surface (or Li deposition surface) of the power storage device, thereby eliminating the Li ion concentration distribution and controlling the Li deposition form (suppressing Li dendrite formation).
非水電解液について以下に説明する。非水電解液は、一般的に、非水溶媒とこれに溶解したリチウム塩、ナトリウム塩、カルシウム塩等の金属塩とを含む。非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル等が用いられ、これらの一部がフッ素化して耐酸化性が向上したものを用いてもよい。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO2)2、LiAsF6、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、ホウ酸塩類、イミド塩類等が挙げられる。その他、イオン液体を用いてもよいし、リチウム塩を非水溶媒に1mol/L以上溶解させた高濃度Li塩非水電解液を用いてもよい。 The nonaqueous electrolyte will be described below. The nonaqueous electrolyte generally includes a nonaqueous solvent and a metal salt such as a lithium salt, a sodium salt, or a calcium salt dissolved therein. As the nonaqueous solvent, a cyclic carbonate ester, a chain carbonate ester, a cyclic carboxylate ester, or the like is used, and a part of these may be fluorinated to improve oxidation resistance. As the lithium salt, for example, LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li(CF 3 SO 2 ) 2 , LiAsF 6 , a lower aliphatic lithium carboxylate, LiCl, LiBr, LiI, borates, imide salts, or the like may be used. In addition, an ionic liquid may be used, or a high-concentration Li salt nonaqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent at 1 mol/L or more may be used.
なお、上述した各種パラメータの測定方法については、特に断りの無い限り、後述する実施例における測定方法に準じて測定されるものである。 Unless otherwise specified, the measurement methods for the various parameters mentioned above are based on the measurement methods in the examples described below.
次に、実施例及び比較例を挙げて本実施の形態をより具体的に説明するが、本実施の形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の物性は以下の方法により測定した。特に断りのない場合は、室温23℃、湿度40%の環境で測定した。 Next, the present embodiment will be described in more detail with examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited to the following examples as long as it does not deviate from the gist of the embodiment. The physical properties in the examples were measured by the following methods. Unless otherwise specified, measurements were taken in an environment at room temperature of 23°C and humidity of 40%.
(1)一点法全細孔容積および細孔割合
(1a)一点法全細孔容積(別名:一点法体積吸着量)(細孔直径98nm)(cm3/g)
JIS Z8831-2:2010粉体(固体)の細孔分布及び細孔特性「第2部ガス吸着によるメソ細孔及びマクロ孔の測定方法」に基づき定容量法による窒素ガス吸着試験を行った。具体的には、窒素相対圧(p/p0)が0.98の標準状態の温度及び圧力(STP)換算でのガス吸着量を、吸着質の液体体積としての体積相当量と定義して、一点法体積吸着量(細孔直径98nm)の導出を行った。この時、相対圧(p/p0)0.98は、シリンダ型細孔を仮定し、その細孔半径をrpとすると、rp=rk+tと表され、細孔直径98.8nmに相当する。ここで、rkは、細孔内で凝縮した吸着質の曲率半径であり、次の式で示される。
rk=-0.953/ln(p/p0)。
また、tは、実験的又は理論的に求められた参照吸着等温線から得られる相対圧での窒素の多分子層吸着膜の平均厚さであり、以下の式で表される。
t=0.354*[-5/ln(p/p0)]^1/3
(1) Single-point total pore volume and pore ratio (1a) Single-point total pore volume (also known as single-point volumetric adsorption amount) (pore diameter 98 nm) (cm 3 /g)
Nitrogen gas adsorption test was performed by constant volume method based on JIS Z8831-2:2010 Powder (solid) pore distribution and pore characteristics "Part 2: Method for measuring mesopores and macropores by gas adsorption". Specifically, the gas adsorption amount converted to standard state temperature and pressure (STP) with nitrogen relative pressure (p/p0) of 0.98 was defined as the volumetric equivalent of the liquid volume of the adsorbate, and the one-point method volumetric adsorption amount (pore diameter 98 nm) was derived. At this time, the relative pressure (p/p0) of 0.98 is expressed as rp = rk + t, assuming a cylindrical pore and the pore radius rp, which corresponds to a pore diameter of 98.8 nm. Here, rk is the radius of curvature of the adsorbate condensed in the pore, and is expressed by the following formula.
rk=-0.953/ln(p/p0).
Furthermore, t is the average thickness of the multilayer adsorption film of nitrogen at a relative pressure obtained from an experimentally or theoretically determined reference adsorption isotherm, and is expressed by the following formula:
t=0.354*[-5/ln(p/p0)]^1/3
(1b)細孔割合(細孔直径98nm以下)(%)
上記一点法全細孔容積(細孔直径98nm以下)Aと樹脂原料密度より、次式を用いて、細孔直径98nm以下の孔からなる気孔率を計算した。
細孔直径98nm以下の孔からなる気孔率P(%)=A/(A+1/樹脂原料密度)×100
後述する膜全体の気孔率における上記気孔率の割合を計算することで細孔割合を計算した。
細孔割合(細孔直径98nm以下)(%)=(P/膜全体の気孔率)×100
(1b) Pore ratio (pore diameter 98 nm or less) (%)
The porosity consisting of pores with a pore diameter of 98 nm or less was calculated using the above one-point total pore volume (pore diameter of 98 nm or less) A and the resin raw material density using the following formula.
Porosity P (%) consisting of pores with a pore diameter of 98 nm or less = A/(A+1/density of resin raw material) x 100
The pore ratio was calculated by calculating the ratio of the above porosity to the porosity of the entire membrane, which will be described later.
Pore ratio (pore diameter 98 nm or less) (%) = (P / porosity of entire membrane) x 100
(2)密度(g/cm3)
JIS K7112:1999に従い、密度勾配管法(23℃)により、試料の密度を測定した。
(2) Density (g/cm 3 )
The density of the sample was measured by the density gradient tube method (23° C.) in accordance with JIS K7112:1999.
(3)膜厚(μm)
東洋精機(株)社製の微小測厚器、KBM(商標)を用いて、室温23±2℃でPO微多孔膜、均一拡散層、無機フィラー層、又はセパレータの厚みを測定した。ただし、(圧縮前の)微多孔膜の平均膜厚(μm)、並びに(圧縮前の)多層多孔膜及び塗工層の膜厚(μm)については、次のように測定した。
(3) Film thickness (μm)
The thickness of the PO microporous membrane, the uniform diffusion layer, the inorganic filler layer, or the separator was measured at room temperature of 23±2° C. using a microthickness gauge, KBM (trademark), manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. However, the average thickness (μm) of the microporous membrane (before compression) and the thickness (μm) of the multilayer porous membrane and coating layer (before compression) were measured as follows.
[(圧縮前の)微多孔膜の平均膜厚(μm)]
微多孔膜を10cm×10cmにサンプリング後、重ねて15μm以上になるように複数枚微多孔膜を重ねて、9か所を測定して平均を取り、その平均値を重ねた枚数で割った値を1枚の厚みとした。
[Average thickness of microporous membrane (before compression) (μm)]
The microporous membrane was sampled in an area of 10 cm x 10 cm, and multiple sheets of the microporous membrane were stacked to have a thickness of 15 µm or more. Measurements were taken at nine points and an average was calculated. The average was divided by the number of sheets stacked to obtain the thickness of one sheet.
[(圧縮前の)多層多孔膜及び塗工層の膜厚(μm)]
(圧縮前の)微多孔膜の平均膜厚と(圧縮前の)多層多孔膜のそれぞれの厚みから塗工層の厚みを算出した。また、多層多孔膜からの検出の観点から、断面SEM像を用いて各層の厚みを計測することも可能である。
[Thickness of multilayer porous membrane and coating layer (before compression) (μm)]
The thickness of the coating layer was calculated from the average thickness of the microporous membrane (before compression) and the thickness of each of the multilayer porous membranes (before compression). From the viewpoint of detection from the multilayer porous membrane, it is also possible to measure the thickness of each layer using a cross-sectional SEM image.
(4)気孔率(%)
10cm×10cm角に試料を切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を求め、それらと真密度(g/cm3)より、次式を用いて計算した。微多孔膜に塗工等により積層構造を形成したセパレータにおいて、セパレータの気孔率はセパレータ全体の平均気孔率を指し、微多孔膜の気孔率は微多孔膜のみから算出し、塗工等により形成された積層部分の気孔率はセパレータと微多孔膜の体積と質量の差分および、積層部分を構成する材料の真密度を用いて算出した。
気孔率(%)=(体積-(質量/混合組成物の真密度))/体積×100
なお、混合組成物の密度は、用いた材料の各々の密度と混合比より計算して求められる値を用いた。
(4) Porosity (%)
A sample was cut into a 10 cm x 10 cm square, and its volume ( cm3 ) and mass (g) were determined, and the volume (cm3) and mass (g) were used to calculate the true density (g/ cm3 ) using the following formula: In a separator having a laminated structure formed on a microporous membrane by coating or the like, the porosity of the separator refers to the average porosity of the entire separator, the porosity of the microporous membrane was calculated from only the microporous membrane, and the porosity of the laminated portion formed by coating or the like was calculated using the difference in volume and mass between the separator and the microporous membrane, and the true density of the material constituting the laminated portion.
Porosity (%)=(volume−(mass/true density of mixed composition))/volume×100
The density of the mixed composition was calculated from the density of each of the materials used and the mixing ratio.
(5)透気度(sec/100cm3)旭精工株式会社の王研式透気度測定機「EGO2」を用いて温度23℃、湿度40%の雰囲気下で透気度を測定した。
透気度の測定値は、膜の幅方向(TD)に沿って両端から中央に向かって全幅の10%内側の地点2点と中央1点との計3点の透気度を測定し、それらの平均値を算出した値である。
(5) Air permeability (sec/100 cm 3 ) The air permeability was measured using an Oken air permeability measuring instrument "EGO2" manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd. under an atmosphere having a temperature of 23° C. and a humidity of 40%.
The air permeability was measured at three points along the width direction (TD) of the membrane: two points 10% inward of the total width from both ends toward the center, and one point in the center, and the average of these values was calculated.
[圧縮プレス試験]
厚さ0.8mmのゴム製の緩衝材、厚さ0.1mmのPETフィルム、微多孔膜またはセパレータ2枚、上記PETフィルム、上記緩衝材の順序で積層し、得られた積層体を静置し、積層体の片側の緩衝材面に対して圧力を掛けることにより圧縮試験を行なった。ここで、用いる微多孔膜は5×5cm四方であり、プレス試験に用いる前に平均膜厚(9点平均)、目付、及び透気度を測定した。また、目付と平均膜厚から圧縮プレス試験前の気孔率を算出した。
圧縮試験は、プレス機を用いて、温度25℃及び圧縮時間3分間の条件下、2.5MPa、5MPa、7.5MPa、及び10MPaの圧力で行われた。また、除荷してから1時間後に積層体から微多孔膜を取り外し、圧縮後の平均膜厚(9点平均)、圧縮後の透気度を測定した。また、目付と圧縮後の平均膜厚から、圧縮後の気孔率を算出した。
[Compression press test]
A rubber cushioning material with a thickness of 0.8 mm, a PET film with a thickness of 0.1 mm, two microporous membranes or separators, the PET film, and the cushioning material were laminated in this order, and the resulting laminate was left stationary, and a compression test was performed by applying pressure to one side of the cushioning material surface of the laminate. Here, the microporous membrane used was 5 x 5 cm square, and the average thickness (average of 9 points), basis weight, and air permeability were measured before using it in the press test. In addition, the porosity before the compression press test was calculated from the basis weight and average thickness.
The compression test was performed using a press at a temperature of 25° C. for a compression time of 3 minutes at pressures of 2.5 MPa, 5 MPa, 7.5 MPa, and 10 MPa. One hour after unloading, the microporous membrane was removed from the laminate, and the average membrane thickness after compression (average of 9 points) and the air permeability after compression were measured. The porosity after compression was calculated from the basis weight and the average membrane thickness after compression.
(6)目付(g/m2)、突刺強度(gf)および目付換算突刺強度(gf/(g/m2))
目付は、単位面積(1m2)当たりのポリオレフィン微多孔膜の重量(g)である。1m×1mにサンプリング後、島津製作所製の電子天秤(AUW120D)にて重量を測定した。なお、1m×1mにサンプリングできない場合は、適当な面積に切り出して重量を測定した後、単位面積(1m2)当たりの重量(g)に換算した。
(6) Basis weight (g/m 2 ), puncture strength (gf) and puncture strength converted to basis weight (gf/(g/m 2 ))
The basis weight is the weight (g) of the polyolefin microporous membrane per unit area (1 m 2 ). After sampling to 1 m x 1 m, the weight was measured using an electronic balance (AUW120D) manufactured by Shimadzu Corporation. When it was not possible to sample to 1 m x 1 m, a sample was cut to an appropriate area, the weight was measured, and then converted to the weight (g) per unit area (1 m 2 ).
カトーテック製のハンディー圧縮試験器KES-G5(商標)を用いて、開口部の直径11.3mmの試料ホルダーで微多孔膜を固定した。次に固定された微多孔膜の中央部を、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/secで、室温23℃及び湿度40%の雰囲気下にて突刺試験を行うことにより、最大突刺荷重として突刺強度(gf)を測定した。突刺試験の測定値は、膜のTDに沿って、両端から中央に向かって全幅の10%内側の地点2点と中央1点との計3点を測定し、それらの平均値を算出した値である。
目付換算突刺強度は以下の式で求める。
目付換算突刺強度[gf/(g/m2)]=突刺強度[gf]/目付[g/m2]
ここで、ポリオレフィン微多孔膜基材に少なくとも1つ以上の層を設けた多層多孔膜の突刺強度および目付換算突刺強度に関しては、樹脂の強度および目付当たりの強度を評価する観点から、ポリオレフィン微多孔膜基材の突刺強度および目付換算突刺強度をもって特性を評価した。
Using a handy compression tester KES-G5 (trademark) manufactured by Kato Tech, the microporous membrane was fixed with a sample holder having an opening diameter of 11.3 mm. Next, a puncture test was performed on the center of the fixed microporous membrane at a needle tip curvature radius of 0.5 mm, a puncture speed of 2 mm/sec, and an atmosphere of room temperature of 23°C and humidity of 40%, to measure the puncture strength (gf) as the maximum puncture load. The measured value of the puncture test was measured along the TD of the membrane at three points, two points 10% inside the full width from both ends toward the center and one point in the center, and the average value was calculated.
The puncture strength converted into basis weight is calculated using the following formula.
Piercing strength converted to fabric weight [gf/(g/m 2 )] = Piercing strength [gf]/ fabric weight [g/m 2 ]
Here, with regard to the pin puncture strength and basis weight equivalent pin puncture strength of a multilayer porous membrane having at least one layer provided on a polyolefin microporous membrane base, from the viewpoint of evaluating the strength of the resin and the strength per basis weight, the properties were evaluated based on the pin puncture strength and basis weight equivalent pin puncture strength of the polyolefin microporous membrane base.
(7)気液法から求めた多孔膜又は多孔質層の孔数(個/μm2)
キャピラリー内部の流体は、流体の平均自由工程がキャピラリーの孔径より大きい時はクヌーセンの流れに、小さい時はポアズイユの流れに従うことが知られている。そこで、多孔膜又は多孔質層の透気度測定における空気の流れがクヌーセンの流れに、また多孔膜又は多孔質層の透水度測定における水の流れがポアズイユの流れに従うと仮定する。
この場合、多孔膜の平均孔径d(μm)と曲路率τa(無次元)は、空気の透過速度定数Rgas(m3/(m2・sec・Pa))、水の透過速度定数Rliq(m3/(m2・sec・Pa))、空気の分子速度ν(m/sec)、水の粘度η(Pa・sec)、標準圧力Ps(=101325Pa)、気孔率ε(%)、膜厚L(μm)から、次式を用いて求めた。
d=2ν×(Rliq/Rgas)×(16η/3Ps)×106
τa=(d×(ε/100)×ν/(3L×Ps×Rgas))1/2
ここで、Rgasは透気度(sec)から次式を用いて求めた。
Rgas=0.0001/(透気度×(6.424×10-4)×(0.01276×101325))
また、Rliqは透水度(cm3/(cm2・sec・Pa))から次式を用いて求め
た。
Rliq=透水度/100
なお、透水度は次のように求めた。直径41mmのステンレス製の透液セルに、あらかじめエタノールに浸しておいた多孔膜又は多孔質層をセットし、該膜又は層のエタノールを水で洗浄した後、約50000Paの差圧で水を透過させ、120sec間経過した際の透水量(cm3)より、単位時間・単位圧力・単位面積当たりの透水量を計算し、これを透水度とした。
また、νは気体定数R(=8.314)、絶対温度T(K)、円周率π、空気の平均分子量M(=2.896×10-2kg/mol)から次式を用いて求めた。
ν=((8R×T)/(π×M))1/2
さらに、孔数B(個/μm2)は、次式より求めた。
B=4×(ε/100)/(π×d2×τa)
(7) Number of pores in the porous membrane or porous layer determined by the gas-liquid method (pores/μm 2 )
It is known that the fluid inside a capillary follows Knudsen flow when the mean free path of the fluid is larger than the pore diameter of the capillary, and follows Poiseuille flow when it is smaller. Therefore, it is assumed that the air flow in the air permeability measurement of a porous membrane or porous layer follows Knudsen flow, and the water flow in the water permeability measurement of a porous membrane or porous layer follows Poiseuille flow.
In this case, the average pore size d (μm) and tortuosity τ a (dimensionless) of the porous membrane were calculated from the air permeation rate constant R gas (m 3 /(m 2 sec Pa)), the water permeation rate constant R liq (m 3 /(m 2 sec Pa)), the air molecular velocity ν (m/sec), the water viscosity η (Pa sec), the standard pressure P s (=101,325 Pa), the porosity ε (%), and the membrane thickness L (μm) using the following formula:
d=2ν×(R liq /R gas )×(16η/3Ps)×10 6
τ a = (d×(ε/100)×ν/(3L×P s ×R gas )) 1/2
Here, R gas was calculated from the air permeability (sec) using the following formula.
R gas =0.0001/(Air permeability x (6.424 x 10-4 ) x (0.01276 x 101325))
Furthermore, R liq was calculated from the water permeability (cm 3 /(cm 2 ·sec·Pa)) using the following formula.
R liq = water permeability/100
The water permeability was determined as follows: A porous membrane or porous layer, which had been soaked in ethanol beforehand, was placed in a stainless steel liquid permeation cell with a diameter of 41 mm, and the ethanol in the membrane or layer was washed with water. After that, water was passed through the membrane or layer at a pressure difference of about 50,000 Pa, and the water permeability per unit time, unit pressure, and unit area was calculated from the water permeation amount ( cm3 ) after 120 seconds had elapsed, and this was taken as the water permeability.
Moreover, ν was calculated from the gas constant R (=8.314), absolute temperature T (K), the circular constant π, and the average molecular weight of air M (=2.896×10 −2 kg/mol) using the following formula.
ν=((8R×T)/(π×M)) 1/2
Furthermore, the number of holes B (holes/μm 2 ) was calculated from the following formula.
B=4×(ε/100)/(π× d2 × τa )
(8)孔径および半値幅
(8a)ハーフドライ法による平均流量径(μm)
ハーフドライ法に準拠し、パームポロメータ(Porous Materials,Inc.社:CFP-1500AE)を用い、平均孔径(μm)を測定した。浸液には同社製のパーフルオロポリエステル(商品名「Galwick」、表面張力15.6dyn/cm)を用いた。乾燥曲線、及び湿潤曲線について、印加圧力、及び空気透過量の測定を行い、得られた乾燥曲線の1/2の曲線と湿潤曲線とが交わる圧力PHD(Pa)から、次式により平均孔径dHD(μm)を求め、平均流量径とした。
dHD=2860×γ/PHD
(8) Hole diameter and half width (8a) Average flow diameter (μm) by half dry method
The average pore size (μm) was measured using a perm porometer (Porous Materials, Inc.: CFP-1500AE) in accordance with the half-dry method. Perfluoropolyester (trade name "Galwick", surface tension 15.6 dyn/cm) manufactured by the same company was used as the immersion liquid. The applied pressure and air permeability were measured for the dry curve and the wet curve, and the average pore size dHD (μm) was calculated from the pressure PHD (Pa) at which the curve of 1/2 of the obtained dry curve and the wet curve intersected, using the following formula, and was taken as the average flow diameter.
dHD=2860×γ/PHD
(8b)ハーフドライ法による孔径ピークの半値幅(μm)
前記平均流量径を示す孔径分布ピークトップの半分の値に該当する孔径値の差分を算出して半値幅とした。
(8b) Half-width (μm) of pore size peak by half dry method
The difference between the pore size values corresponding to half the value of the pore size distribution peak top showing the mean flow diameter was calculated and taken as the half-value width.
(9)分子量及び粘度平均分子量
(9a)GPC-光散乱によるポリエチレンの多分散度(Mw/Mn)、(Mz/Mw)の測定
示差屈折率計と光散乱検出器を接続したGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用い、以下の条件で、各樹脂の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、z平均分子量(Mz)、分子量分布(Mw/Mn)、及び、(Mz/Mw)を測定した。具体的には、Agilent社製、示差屈折計(RI)と、光散乱検出器(PD2040)、を内蔵したPL-GPC200を使用した。カラムとして、Agilent PLgel MIXED-A(13μm、7.5mmI.D×30cm)を2本連結して使用した。160℃のカラム温度で、溶離液として、1,2,4-トリクロロベンゼン(0.05wt%の4,4’-Thiobis(6-tert-butyl-3-methylphenolを含有)を、流速1.0ml/min、注入量500μLの条件で測定し、RIクロマトグラムと、散乱角度15°と90°の光散乱クロマトグラムを得た。得られたクロマトグラムより、Cirrusソフトを用いて、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及びz平均分子量(Mz)を得た。このMzとMwの値を用いて分子量分布(Mz/Mw)を、また、MwとMnの値を用いて分子量分布(Mw/Mn)を得た。なお、ポリエチレンの屈折率増分の値は、0.053ml/gを用いた。
(9) Molecular weight and viscosity average molecular weight (9a) Measurement of polyethylene polydispersity (Mw/Mn) and (Mz/Mw) by GPC-light scattering Using GPC (gel permeation chromatography) connected to a differential refractometer and a light scattering detector, the number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), z-average molecular weight (Mz), molecular weight distribution (Mw/Mn), and (Mz/Mw) of each resin were measured under the following conditions. Specifically, a PL-GPC200 manufactured by Agilent, equipped with a differential refractometer (RI) and a light scattering detector (PD2040), was used. Two Agilent PLgel MIXED-A (13 μm, 7.5 mm I.D.×30 cm) were connected together and used as columns. Measurements were performed under conditions of a column temperature of 160° C., 1,2,4-trichlorobenzene (containing 0.05 wt % 4,4'-thiobis (6-tert-butyl-3-methylphenol) as an eluent, a flow rate of 1.0 ml/min, and an injection amount of 500 μL, to obtain an RI chromatogram and light scattering chromatograms at scattering angles of 15° and 90°. From the obtained chromatograms, the number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and z-average molecular weight (Mz) were obtained using Cirrus software. The molecular weight distribution (Mz/Mw) was obtained using the values of Mz and Mw, and the molecular weight distribution (Mw/Mn) was obtained using the values of Mw and Mn. The refractive index increment value of polyethylene used was 0.053 ml/g.
(9b)粘度平均分子量(Mv)
ASTM-D4020に基づき、デカリン溶媒における135℃での極限粘度[η](dl/g)を求めた。PO微多孔膜およびポリエチレン原料については次式によりMvを算出した。
[η]=6.77×10-4Mv0.67
ポリプロピレン原料については、次式によりMvを算出した。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
(9b) Viscosity average molecular weight (Mv)
The intrinsic viscosity [η] (dl/g) in decalin solvent at 135° C. was determined according to ASTM-D4020. For the microporous PO membrane and the raw polyethylene material, Mv was calculated according to the following formula.
[η]=6.77× 10-4 Mv 0.67
For the polypropylene raw material, Mv was calculated by the following formula:
[η]=1.10×10 −4 Mv 0.80
(10)メルトフローインデックス(MI)]
JIS K7210:1999(プラスチック-熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR))に従って、微多孔膜のメルトフローインデックス(MI)を測定した。190℃で21.6kgfの荷重を膜に加えて、直径2mm、長さ10mmのオリフィスから10分で流出した樹脂量(g)を測定し、小数点以下第一位を四捨五入した値をMIとした。
(10) Melt flow index (MI)
The melt flow index (MI) of the microporous membrane was measured according to JIS K7210:1999 (Melt mass flow rate (MFR) and melt volume flow rate (MVR) of plastics-thermoplastics). A load of 21.6 kgf was applied to the membrane at 190°C, and the amount of resin (g) flowing out from an orifice with a diameter of 2 mm and a length of 10 mm in 10 minutes was measured, and the value rounded off to one decimal place was taken as the MI.
(11)密度(g/cm3)
JIS K7112:1999に従い、密度勾配管法(23℃)により、試料の密度を測定した。
(11) Density (g/cm 3 )
The density of the sample was measured by the density gradient tube method (23° C.) in accordance with JIS K7112:1999.
(12)TD方向3点(両端から中央に向かって全幅の10%内側の地点2点と中央1点との計3点)の透気度の最大値と最小値の差
旭精工株式会社の王研式透気度測定機(測定部の直径30mmφ)を用い、膜の左幅を0%、右端を100%とした時、50%の位置となる中央1点と左端から10%中央側(10%の位置)、および右端から10%中央側(90%の位置)の計3点の透気度を測定し、3点のうち最も大きい値と最も小さい値の差Rを得た。
測定するサンプルの幅に応じ、具体的にはサンプル幅が150mm幅以下の場合においては、測定部の直径が13mmφであるノズルを用いて同様に幅方向の透気度分布を測定する。
(12) Difference between maximum and minimum air permeability at three points in the TD direction (two points 10% inward of the overall width from both ends toward the center and one central point, for a total of three points) Using an Oken-type air permeability meter (diameter of the measuring part 30 mmφ) manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd., the air permeability was measured at a total of three points, namely, the central point, which is 50% of the width of the membrane when the left width is 0% and the right end is 100%, the 10% central point from the left end (10% position), and the 10% central point from the right end (90% position), when the left width is 0% and the right end is 100%, and the difference R between the maximum and minimum values among the three points was obtained.
Depending on the width of the sample to be measured, specifically when the sample width is 150 mm or less, the air permeability distribution in the width direction is similarly measured using a nozzle with a measuring part having a diameter of 13 mmφ.
(13)120℃,1時間での熱収縮率(%)
サンプルとして、多孔膜をMDに100mmかつTDに100mm、MDに50mmでTDかつ50mm、またはMDに30mmかつTDに30mmの加熱前の長さ(mm)に切り取り、120℃のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接サンプルに当たらないように、サンプルを10枚の紙に挟んだ。サンプルをオーブンから取り出して冷却した後、長さを測定して加熱後の長さ(mm)とし、下式にて熱収縮率を算出した。測定はMDとTDでそれぞれ行い、数値の大きい方を熱収縮率とした。
熱収縮率(%)={(加熱前の長さ-加熱後の長さ)/加熱前の長さ}×100
(13) Heat shrinkage rate (%) at 120°C for 1 hour
As a sample, the porous membrane was cut into a length (mm) before heating of 100 mm in MD and 100 mm in TD, 50 mm in MD and 50 mm in TD, or 30 mm in MD and 30 mm in TD, and left to stand in an oven at 120 ° C for 1 hour. At this time, the sample was sandwiched between 10 sheets of paper so that the hot air would not directly hit the sample. After removing the sample from the oven and cooling, the length was measured and used as the length (mm) after heating, and the heat shrinkage was calculated using the following formula. Measurements were performed in MD and TD, respectively, and the larger value was used as the heat shrinkage.
Heat shrinkage rate (%) = {(length before heating - length after heating) / length before heating} x 100
(14)引張破断強度(MPa)とMD/TD引張破断強度比
JIS K7127に準拠し、島津製作所製の引張試験機、オートグラフAG-A型(商標)を用いて、MD及びTDサンプル(形状;幅10mm×長さ100mm)について測定した。引張試験機のチャック間を50mmとし、サンプルの両端部(各25mm)の片面にセロハン(登録商標)テープ(日東電工包装システム(株)製、商品名:N.29)を貼ったものを用いた。更に、試験中のサンプル滑りを防止するために、引張試験機のチャック内側に、厚み1mmのフッ素ゴムを貼り付けた。
なお、測定は、温度23±2℃、チャック圧0.40MPa、及び引張速度100mm/minの条件下で行った。
引張破断強度(MPa)は、ポリオレフィン微多孔膜の破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除することで求めた。
引張破断強度をMDとTDのそれぞれについて求めて、MD引張破断強度とTD引張破断強度の比(MD/TD引張破断強度比)も算出した。
(14) Tensile Breaking Strength (MPa) and MD/TD Tensile Breaking Strength Ratio According to JIS K7127, MD and TD samples (shape: width 10 mm x length 100 mm) were measured using a tensile tester, Autograph AG-A type (trademark), manufactured by Shimadzu Corporation. The chuck distance of the tensile tester was set to 50 mm, and samples were used in which Cellophane (registered trademark) tape (manufactured by Nitto Denko Packaging Systems Corporation, product name: N.29) was attached to one side of both ends (each 25 mm). Furthermore, in order to prevent the sample from slipping during the test, a fluororubber having a thickness of 1 mm was attached to the inside of the chuck of the tensile tester.
The measurement was carried out under the conditions of a temperature of 23±2° C., a chuck pressure of 0.40 MPa, and a tensile speed of 100 mm/min.
The tensile strength at break (MPa) was determined by dividing the strength of the polyolefin microporous membrane at break by the cross-sectional area of the sample before the test.
The tensile breaking strength was determined for each of the MD and TD, and the ratio of the MD tensile breaking strength to the TD tensile breaking strength (MD/TD tensile breaking strength ratio) was also calculated.
(15)MD及びTDの引張弾性率(MPa)
MD及びTDの測定について、MDサンプル(MD120mm×TD10mm)及びTDサンプル(MD10mm×TD120mm)を切り出した。雰囲気温度23±2℃、湿度40±2%の状況下でJIS K7127に準拠し、島津製作所製の引張試験機、オートグラフAG-A型(商標)を用いて、サンプルのMD及びTDの引張弾性率を測定した。サンプルをチャック間距離が50mmとなるようにセットし、引張速度200mm/分でチャック間が60mm、すなわち歪みが20.0%に達するまでサンプルを伸張した。引張弾性率(MPa)は、得られる応力-歪曲線における歪み1.0%から4.0%の傾きから求めた。
(15) MD and TD tensile modulus (MPa)
For the measurement of MD and TD, MD samples (MD 120 mm x TD 10 mm) and TD samples (MD 10 mm x TD 120 mm) were cut out. The tensile modulus of the samples in MD and TD was measured using a Shimadzu tensile tester, Autograph AG-A (trademark), in accordance with JIS K7127 under conditions of an atmospheric temperature of 23±2°C and humidity of 40±2%. The sample was set so that the chuck distance was 50 mm, and the sample was stretched at a tensile speed of 200 mm/min until the chuck distance reached 60 mm, i.e., the strain reached 20.0%. The tensile modulus (MPa) was determined from the slope of the resulting stress-strain curve from 1.0% to 4.0% strain.
(16)算術平均粗さRa、十点平均粗さRz、平均長さRSm
(JIS B0601-1994に準拠)
電池用セパレータを10mm幅×50mm長さで切り出す。切り出したセパレータを、ガラス板(松浪硝子工業社製、マイクロスライドガラス S1225、76mm×26mm)に15mm以上離して平行に張った両面テープ(日東電工社製 両面接着テープ No.501F、5mm幅×20m)に貼り付ける。この時、両面テープの高さにより、セパレータ中央部は、ガラス板に直接つかずに浮いた状態で固定されている。
この状態のサンプルは、レーザー顕微鏡(キーエンス社製、VK-8500)を用いて、均一拡散層の表面粗さを測定した。この際、粗さを測定した範囲は110μm×150μmで、場所を変えて5回行い、算術平均粗さRa、十点平均粗さRz及び平均長さRSmの各平均値を、均一拡散層の算術平均粗さRa、十点平均粗さRz及び平均長さRSmとした。
(16) Arithmetic mean roughness Ra, ten-point mean roughness Rz, average length RSm
(Compliant with JIS B0601-1994)
A battery separator is cut into a size of 10 mm wide x 50 mm long. The cut separator is attached to a double-sided tape (Nitto Denko double-sided adhesive tape No. 501F, 5 mm wide x 20 m) that is attached parallel to a glass plate (Matsunami Glass Industry Co., Ltd., microslide glass S1225, 76 mm x 26 mm) at a distance of 15 mm or more. At this time, due to the height of the double-sided tape, the center of the separator is fixed in a floating state without being directly attached to the glass plate.
The surface roughness of the uniform diffusion layer of the sample in this state was measured using a laser microscope (Keyence Corporation, VK-8500). The roughness was measured over an area of 110 μm × 150 μm, and the measurement was performed five times at different locations. The average values of the arithmetic mean roughness Ra, ten-point mean roughness Rz, and mean length RSm were determined as the arithmetic mean roughness Ra, ten-point mean roughness Rz, and mean length RSm of the uniform diffusion layer.
(17)均一拡散層の表面観察
走査型電子顕微鏡SEM(型式S-4800、HITACHI社製)を用いて、均一拡散層の任意の10箇所の表面において3.0μm×4.0μmのサイズで撮影を行い、画像解析ソフト「ImageJ」に読み込み、下記3項目の確認を行った。
(I)電解液を含んだ際のLiイオン拡散が不可能な領域中に描ける内接円の最大直径
(II)電解液を含んだ際のLiイオン拡散が不可能な領域の総面積(Stotal)
(III)電解液を含んだ際のLiイオン拡散が不可能な領域に対するLiイオン拡散が可能な領域の面積比
(17) Surface Observation of Uniform Diffusion Layer Using a scanning electron microscope (SEM, model S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.), images of 3.0 μm × 4.0 μm were taken at 10 randomly selected points on the surface of the uniform diffusion layer. The images were then loaded into the image analysis software “Image J” to confirm the following three items.
(I) The maximum diameter of the inscribed circle that can be drawn in the region where Li ions cannot diffuse when the electrolyte is contained. (II) The total area (Stotal) of the region where Li ions cannot diffuse when the electrolyte is contained.
(III) Area ratio of the region in which Li ions can diffuse to the region in which Li ions cannot diffuse when an electrolyte is contained
(18)Liとの接着力測定
(18a)Liとの接着力(電解液注液前)
セパレータを幅20mm×長さ70mmの長方形状に切り取り、15mm×60mmの大きさに切ったLi箔(本城金属株式会社製)と重ねて、積層体とし、この積層体を以下の条件でプレスした。
温度:25℃
プレス圧:0.5MPa
プレス時間:5秒
プレス後のセパレータとLi箔の剥離強度を、(株)イマダ製のフォースゲージZP5N及びMX2-500N(製品名)を用いて、剥離速度50mm/分にて90°剥離試験を行い、剥離強度を測定した。このとき、上記の条件で行った長さ40mm分の剥離試験における剥離強度の平均値をLiとの接着力(電解液注液前)として採用した。
(18) Measurement of Adhesion Strength with Li (18a) Adhesion Strength with Li (Before Injecting Electrolyte)
The separator was cut into a rectangular shape of 20 mm width x 70 mm length, and layered with Li foil (manufactured by Honjo Metals Co., Ltd.) cut to a size of 15 mm x 60 mm to form a laminate, and this laminate was pressed under the following conditions.
Temperature: 25°C
Press pressure: 0.5 MPa
Press time: 5 seconds The peel strength between the separator and the Li foil after pressing was measured by a 90° peel test at a peel speed of 50 mm/min using force gauges ZP5N and MX2-500N (product name) manufactured by Imada Co., Ltd. At this time, the average value of the peel strength in the peel test for a length of 40 mm conducted under the above conditions was adopted as the adhesive strength with Li (before injection of the electrolyte solution).
(18b)Liとの接着力(電解液注液後)
セパレータを幅20mm×長さ70mmの長方形状に切り取り、15mm×60mmの大きさに切ったLi箔と重ねて、セパレータと電極の積層体とし、この積層体をアルミラミネートフィルムに挿入し、電解液(1mol/LのLiPF6を含むEC/DEC=1/2の混合物)を0.4ml加えた。これを密封した後、12時間静置し、以下の条件でプレスした。
温度:25℃
プレス圧:0.5MPa
プレス時間:1分
プレス後のセパレータと電極の剥離強度を、(株)イマダ製のフォースゲージZP5N及びMX2-500N(製品名)を用いて、剥離速度50mm/分にて90°剥離試験を行い、剥離強度を測定した。このとき、上記の条件で行った長さ40mm分の剥離試験における剥離強度の平均値をLiとの接着力(電解液注液後)として採用した。
(18b) Adhesion strength with Li (after electrolyte injection)
The separator was cut into a rectangular shape of 20 mm wide x 70 mm long, and was layered with Li foil cut to a size of 15 mm x 60 mm to form a separator-electrode laminate, and this laminate was inserted into an aluminum laminate film, and 0.4 ml of electrolyte (a mixture of EC/DEC = 1/2 containing 1 mol/L LiPF6 ) was added. After sealing, this was left to stand for 12 hours and pressed under the following conditions.
Temperature: 25°C
Press pressure: 0.5 MPa
Pressing time: 1 minute The peel strength between the separator and the electrode after pressing was measured by a 90° peel test at a peeling speed of 50 mm/min using force gauges ZP5N and MX2-500N (product name) manufactured by Imada Co., Ltd. At this time, the average value of the peel strength in the peel test for a length of 40 mm conducted under the above conditions was adopted as the adhesive strength with Li (after injection of the electrolyte).
(19)膨潤度の測定
均一拡散層に使用した材料を融点以下の温度で12時間真空乾燥し、溶媒を完全に除去することで均一拡散層材料の乾燥物を得た。得られた乾燥物のうち約0.5gの質量を秤量し、浸漬前質量(WA)とした。この乾燥物を、25℃の1mol/LのLiPF6を含むエチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2(体積比)の電解液10gと共に50mLのバイアル瓶に入れ、24時間浸漬した後、サンプルを取り出し、タオルぺーパーで拭き取った直後に質量を測定し、浸漬後質量(WB)とした。
均一拡散層の電解液膨潤度は、以下の式より算出した。
膨潤度(%)=WB/WA
なお、上記の式において、均一拡散層の材料が上記電解液に膨潤も溶解もしない場合、膨潤度は100%となる。
(19) Measurement of swelling degree The material used for the uniform diffusion layer was vacuum dried at a temperature below the melting point for 12 hours, and the solvent was completely removed to obtain a dried material of the uniform diffusion layer material. Approximately 0.5 g of the obtained dried material was weighed and used as the pre-immersion mass (WA). This dried material was placed in a 50 mL vial together with 10 g of an electrolyte solution of ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC) = 1:2 (volume ratio) containing 1 mol/L LiPF 6 at 25 ° C., and immersed for 24 hours. After that, the sample was taken out, wiped off with towel paper, and immediately thereafter the mass was measured and used as the post-immersion mass ( WB ).
The degree of swelling of the uniform diffusion layer with the electrolyte was calculated from the following formula.
Swelling degree (%) = W B / W A
In the above formula, when the material of the uniform diffusion layer does not swell or dissolve in the electrolyte, the degree of swelling is 100%.
(20)微多孔膜と均一拡散層の結着力測定
幅76mm×長さ126mmのスライドガラス上に、両面テープ(ナイスタックNWBB-15)で、均一拡散層側が上に向くようにセパレータを貼り付けた。
試験片の均一拡散層側の面に、メンディングテープ(スコッチ MP-12)を貼り付けた。スライドガラスを平らな状態に固定し、かつメンディングテープの一端を折り返し、スライドガラスに対して水平方向に引張り速度100mm/分にて90°剥離試験を行い、剥離強度を測定した。このとき、上記の条件で行った長さ40mm分の剥離試験における剥離強度の平均値を微多孔膜と均一拡散層の結着力として採用した。
(20) Measurement of adhesion strength between microporous membrane and uniform diffusion layer A separator was attached to a slide glass of 76 mm width × 126 mm length with double-sided tape (Nistack NWBB-15) so that the uniform diffusion layer side faced upward.
A mending tape (Scotch MP-12) was applied to the surface of the uniform diffusion layer side of the test piece. The slide glass was fixed in a flat state, and one end of the mending tape was folded back. A 90° peel test was performed in the horizontal direction against the slide glass at a pulling speed of 100 mm/min to measure the peel strength. At this time, the average value of the peel strength in the peel test for a length of 40 mm performed under the above conditions was adopted as the binding strength between the microporous membrane and the uniform diffusion layer.
(21)電池試験
a.正極の作製
正極活物質としてリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi5Co2Mn3O2)を92.2質量%、導電材として鱗片状グラファイトとアセチレンブラックをそれぞれ2.3質量%、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を3.2質量%、N-メチルピロリドン(NMP)中に分散させてスラリーを調製する。このスラリーを正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にダイコーターで塗布し、130℃で3分間の乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形する。この時、正極の活物質塗布量は125g/m2、活物質かさ密度は3.00g/cm3になるようにする。作製した正極を面積2.00cm2の円形に打ち抜いた。
(21) Battery Test a. Preparation of Positive Electrode A slurry was prepared by dispersing 92.2% by mass of lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 5 Co 2 Mn 3 O 2 ) as a positive electrode active material, 2.3% by mass of flake graphite and acetylene black as conductive materials, and 3.2% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder in N-methylpyrrolidone (NMP). This slurry was applied to one side of a 20 μm thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector with a die coater, dried at 130 ° C for 3 minutes, and then compression molded with a roll press machine. At this time, the amount of active material applied to the positive electrode was 125 g / m 2 , and the bulk density of the active material was 3.00 g / cm 3. The prepared positive electrode was punched into a circle with an area of 2.00 cm 2 .
b.負極の作製
負極としてリチウム金属を用意して、面積2.05cm2の円形に打ち抜いた。
b. Preparation of negative electrode Lithium metal was prepared as a negative electrode and punched out into a circle having an area of 2.05 cm2 .
c.非水電解液
エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.0ml/Lとなるように溶解させて調製した。
c. Non-aqueous electrolyte: A non-aqueous electrolyte was prepared by dissolving LiPF6 as a solute in a mixed solvent of ethylene carbonate:diethyl carbonate=1:2 (volume ratio) to a concentration of 1.0 ml/L.
d.電池組立と評価
正極と負極の活物質面が対向するように、鉛直方向に沿って、下から負極、セパレータ、正極の順に重ね、蓋付きステンレス金属製容器に収納する。容器と蓋とは絶縁されており、容器は負極の銅箔と、蓋は正極のアルミ箔と接している。この容器内に調製した非水電解液を注入して密閉し1日静置した。
上記のようにして組み立てた簡易電池を25℃雰囲気下、電流値0.3mA/cm2で電池電圧4.3Vまで充電し、さらに4.3Vを保持するようにして電流値を0.3mA/cm2から絞り始めるという方法で、合計約12時間、電池作製後の最初の充電を行い、そして電流値0.3mA/cm2で電池電圧3.0Vまで放電し電池のコンディショニングを行った。
次いで25℃雰囲気下、電流値3.0mA/cm2で電池電圧4.3Vまで充電し、さらに4.3Vを保持するようにして電流値を3mA/cm2から絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値3.0mA/cm2で電池電圧3.0Vまで放電するというサイクルを繰り返した。
このサイクルにおける1サイクル目の放電容量に対する各サイクル数の放電容量の割合を容量維持率(%)として求め、容量維持率が80%を下回るサイクル数を評価した。
d. Battery assembly and evaluation The negative electrode, separator, and positive electrode were stacked vertically from the bottom so that the active material surfaces of the positive and negative electrodes faced each other, and then placed in a stainless steel metal container with a lid. The container and the lid were insulated, and the container was in contact with the copper foil of the negative electrode, and the lid was in contact with the aluminum foil of the positive electrode. The prepared nonaqueous electrolyte was poured into this container, which was then sealed and left to stand for one day.
The simple battery assembled as described above was charged in an atmosphere of 25° C. at a current value of 0.3 mA/ cm2 up to a battery voltage of 4.3 V, and then the current value was tapered from 0.3 mA/ cm2 while maintaining 4.3 V for a total of about 12 hours, for the first charge after the battery was fabricated. The battery was then discharged at a current value of 0.3 mA/ cm2 down to a battery voltage of 3.0 V to condition the battery.
Next, the battery was charged at a current value of 3.0 mA/ cm2 in an atmosphere of 25°C up to a battery voltage of 4.3 V, and then the current value was tapered from 3 mA/ cm2 to maintain 4.3 V. In this manner, charging was continued for a total of about 3 hours, and then discharged at a current value of 3.0 mA/ cm2 down to a battery voltage of 3.0 V. This cycle was repeated.
The ratio of the discharge capacity at each cycle to the discharge capacity at the first cycle was calculated as the capacity retention rate (%), and the number of cycles at which the capacity retention rate fell below 80% was evaluated.
(22)イオン伝導度の測定
正極及び負極をステンレスのプレートに変更し、均一拡散層材料からなる無孔フィルムまたはプレートをセパレータの代わりに用いて上記項目(21)と同様にしてセルを作製した。作製したセルについて、25℃雰囲気下、電圧振幅10mV、周波数10Hz~5,000kHzの条件で交流インピーダンスを測定し、Cole-Coleプロットの実軸の交点、またはCole-Coleプロットから外挿した実軸との交点から下記計算式により膜抵抗(Ωcm)を求めた。この際、Cole-Coleプロットが半円に近い形の時は円弧の外挿から交点を求め、Cole-Coleプロットが直線に近い形の時は直線の外挿から交点を求めた。そして、膜抵抗の逆数をイオン伝導度として算出した。
・膜抵抗(Ωcm):Cole-Coleプロットから求めた抵抗値(Ω)×膜面積(cm2)/厚み(cm)
・イオン伝導度(Scm-1):1/膜抵抗(Ωcm)
(22) Measurement of ionic conductivity A cell was prepared in the same manner as in item (21) above, except that the positive and negative electrodes were replaced with stainless steel plates, and a non-perforated film or plate made of a uniform diffusion layer material was used instead of the separator. The AC impedance of the prepared cell was measured under conditions of a 25°C atmosphere, a voltage amplitude of 10 mV, and a frequency of 10 Hz to 5,000 kHz, and the membrane resistance (Ωcm) was calculated from the intersection of the real axis of the Cole-Cole plot, or the intersection of the real axis extrapolated from the Cole-Cole plot, using the following formula. In this case, when the Cole-Cole plot was close to a semicircle, the intersection was calculated from the extrapolation of the arc, and when the Cole-Cole plot was close to a straight line, the intersection was calculated from the extrapolation of the straight line. The reciprocal of the membrane resistance was then calculated as the ionic conductivity.
Film resistance (Ωcm): resistance value (Ω) calculated from Cole-Cole plot × film area (cm 2 )/thickness (cm)
Ionic conductivity (Scm −1 ): 1/membrane resistance (Ωcm)
(23)ガラス転移温度Tgの測定
均一拡散層材料をアルミ皿に適量取り、使用した溶媒の沸点よりも高い温度かつ均一拡散層材料が熱分解しない温度において30分間乾燥して乾燥体を得た。乾燥体10mgを測定用アルミニウム容器に充填し、DSC測定装置(島津製作所社製、型式名「DSC6220」)にて窒素雰囲気下におけるDSC曲線、及びDSC曲線を得た。測定条件は下記の通りとした。
1段目降温プログラム:25℃から毎分15℃の割合で降温。-50℃に到達後5分間維持。
2段目昇温プログラム:-50℃から毎分15℃の割合で400℃まで昇温。この2段目の昇温時にDSC、及びDDSCのデータを取得。
ベースライン(得られたDSC曲線におけるベースラインを高温側に延長した直線)と、変曲点(上に凸の曲線が下に凸の曲線に変わる点)における接線との交点をガラス転移温度(Tg)とした。
(23) Measurement of glass transition temperature Tg An appropriate amount of the homogeneous diffusion layer material was placed on an aluminum dish, and dried for 30 minutes at a temperature higher than the boiling point of the solvent used and at a temperature at which the homogeneous diffusion layer material does not thermally decompose, to obtain a dried product. 10 mg of the dried product was filled into an aluminum container for measurement, and a DSC curve under a nitrogen atmosphere and a DSC curve were obtained using a DSC measurement device (manufactured by Shimadzu Corporation, model name "DSC6220"). The measurement conditions were as follows.
First stage temperature drop program: Drop temperature from 25°C at a rate of 15°C per minute. After reaching -50°C, maintain for 5 minutes.
Second-stage heating program: Heat from -50°C to 400°C at a rate of 15°C per minute. DSC and DDSC data were obtained during this second-stage heating.
The intersection point between the baseline (a straight line extending the baseline of the obtained DSC curve toward the higher temperature side) and the tangent at the inflection point (the point where the upward convex curve changes to a downward convex curve) was determined as the glass transition temperature (Tg).
[実施例1]
<ポリオレフィン多孔性基材の作製>
Mvが70万であるホモポリマーの高密度ポリエチレンを45質量部と、Mvが30万であるホモポリマーの高密度ポリエチレンを45質量部と、Mvが40万であるホモポリマーのポリプロピレン5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。
[Example 1]
<Preparation of polyolefin porous substrate>
45 parts by mass of homopolymer high-density polyethylene having an Mv of 700,000, 45 parts by mass of homopolymer high-density polyethylene having an Mv of 300,000, and 5 parts by mass of homopolymer polypropylene having an Mv of 400,000 were dry blended using a tumbler blender.
得られたポリオレフィン混合物99質量部に酸化防止剤としてテトラキス-[メチレン-(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、混合物を得た。 1 part by mass of tetrakis-[methylene-(3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxyphenyl)propionate]methane was added as an antioxidant to 99 parts by mass of the resulting polyolefin mixture, and the mixture was dry-blended again using a tumbler blender to obtain a mixture.
得られた混合物を、窒素雰囲気下で二軸押出機へフィーダーにより供給した。 The resulting mixture was fed into a twin-screw extruder using a feeder under a nitrogen atmosphere.
また、流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-5m2/s)を押出機シリンダにプランジャーポンプにより注入した。 Furthermore, liquid paraffin (kinematic viscosity at 37.78° C.: 7.59×10 −5 m 2 /s) was injected into the extruder cylinder by a plunger pump.
押し出される全混合物中の、流動パラフィンの割合が65質量部、及びポリマー濃度が35質量部となるように、フィーダー及びポンプの運転条件を調整した。 The operating conditions of the feeder and pump were adjusted so that the proportion of liquid paraffin in the total mixture being extruded was 65 parts by mass and the polymer concentration was 35 parts by mass.
次いで、それらを二軸押出機内で230℃に加熱しながら溶融混練し、得られた溶融混練物を、T-ダイを経て表面温度80℃に制御された冷却ロール上に押し出し、その押出物を冷却ロールに接触させ成形(cast)して冷却固化することにより、シート状成形物を得た。 Next, they were melt-kneaded in a twin-screw extruder while being heated to 230°C, and the resulting molten mixture was extruded through a T-die onto a cooling roll whose surface temperature was controlled at 80°C. The extrudate was brought into contact with the cooling roll and cast, and then cooled and solidified to obtain a sheet-like molded product.
このシートを同時二軸延伸機にて、温度112℃において倍率7×6.4倍に延伸した。その後、延伸物を塩化メチレンに浸漬して、流動パラフィンを抽出除去後、乾燥し、更にテンター延伸機を用いて温度130℃において横方向に2倍延伸した。 This sheet was stretched to a ratio of 7x6.4x at 112°C using a simultaneous biaxial stretching machine. The stretched sheet was then immersed in methylene chloride to extract and remove the liquid paraffin, then dried, and further stretched 2x in the transverse direction at 130°C using a tenter stretching machine.
その後、この延伸シートを幅方向に約10%緩和して熱処理を行い、ポリオレフィン多孔性基材A1を得た。得られた基材の物性を表1に示す。 The stretched sheet was then relaxed by about 10% in the width direction and heat-treated to obtain polyolefin porous substrate A1. The physical properties of the obtained substrate are shown in Table 1.
<均一拡散層の材料の作製>
(触媒の製造)
撹拌機、温度計及び蒸留装置を備えた三つ口フラスコにトリブチルスズクロライド10g及びトリブチルホスフェート35gを入れ、窒素気流下に撹拌しながら、250℃で20分間加熱し、留出物を留去させ、残留物として固体状の縮合物質を得た。以下においては、この有機スズ-リン酸エステル縮合物質を触媒として用いた。
<Preparation of material for uniform diffusion layer>
(Catalyst Production)
10 g of tributyltin chloride and 35 g of tributyl phosphate were placed in a three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a distillation apparatus, and heated at 250° C. for 20 minutes while stirring under a nitrogen stream to remove the distillate and obtain a solid condensation product as a residue. In the following, this organotin-phosphate ester condensation product was used as a catalyst.
(ポリエーテル多元共重合体の製造)
容量3Lのガラス製四つ口フラスコの内部を窒素置換し、これに触媒として上記有機スズ
-リン酸エステル縮合物質0.3gと水分10ppm以下に調整した下記式:
The inside of a 3 L four-necked glass flask was replaced with nitrogen, and 0.3 g of the organotin-phosphate ester condensation product as a catalyst and a solution of the following formula (1) adjusted to a moisture content of 10 ppm or less were added thereto:
このようにして得たポリエーテル多元共重合体のガラス転移温度は-70℃、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定による重量平均分子量は1.0×106 であった。融解熱量は存在しなかった。また、プロトンNMRスペクトルによるこのポリエーテル多元共重合体のモノマー換算組成は、上記グリシジルエーテル化合物(16):エチレンオキシド:アリルグリシジルエーテル=20:80:2モル%であった。 The polyether multicomponent copolymer thus obtained had a glass transition temperature of -70°C and a weight average molecular weight of 1.0 x 106 as measured by gel permeation chromatography. There was no heat of fusion. The monomer-equivalent composition of this polyether multicomponent copolymer as measured by proton NMR spectrum was the above glycidyl ether compound (16): ethylene oxide: allyl glycidyl ether = 20: 80: 2 mol%.
上記ポリエーテル多元共重合体2.0gと架橋助剤ジエチレングリコールジメタクリレート(日本油脂(株)製ブレンマーPDE-100)0.4gと重合開始剤ベンゾイルパーオキサイド0.02gを水67.0gに溶解させて、塗工液を調製した。 2.0 g of the above polyether multicomponent copolymer, 0.4 g of the crosslinking aid diethylene glycol dimethacrylate (Blenmer PDE-100, manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd.), and 0.02 g of the polymerization initiator benzoyl peroxide were dissolved in 67.0 g of water to prepare a coating liquid.
<均一拡散層の基材表層への担持>
基材A1に出力100W、速度2.0m/minの条件でコロナ処理を施した後、上記塗工液をバーコーターを用いて塗工し、不活性ガス雰囲気中、85℃で2時間加熱し、上記ポリエーテル多元共重合体を架橋させ、表層に均一拡散層を有するセパレータを得た。各評価結果を表2に示す。なお均一拡散層は負極に接するように配置した。
<Supporting the uniform diffusion layer on the substrate surface>
After the substrate A1 was subjected to a corona treatment under the conditions of an output of 100 W and a speed of 2.0 m/min, the above coating liquid was applied using a bar coater and heated in an inert gas atmosphere at 85° C. for 2 hours to crosslink the polyether multicomponent copolymer, thereby obtaining a separator having a uniform diffusion layer on the surface layer. The evaluation results are shown in Table 2. The uniform diffusion layer was disposed so as to be in contact with the negative electrode.
[実施例2]
バーコーターの代わりにリバースグラビアを用いて塗工し、加熱を50℃10minした後85℃、2時間加熱したこと以外は実施例1と同様にして、表層に均一拡散層を有するセパレータを得た。各評価結果を表2に示す。なお均一拡散層は負極に接するように配置した。
[Example 2]
A separator having a uniform diffusion layer on the surface was obtained in the same manner as in Example 1, except that the coating was performed using a reverse gravure machine instead of a bar coater, and the heating was performed at 50° C. for 10 minutes and then at 85° C. for 2 hours. The evaluation results are shown in Table 2. The uniform diffusion layer was disposed so as to be in contact with the negative electrode.
[実施例3]
脱水したN-メチル-2-ピロリドン(NMP、三菱化学社製)に、ジアミンとして4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(東京化成工業社製)を窒素気流下で溶解させ、30℃以下に冷却した。そこへ、系内を窒素気流下、30℃以下に保った状態で、ジアミン全量に対して99モル%に相当する2-クロロテレフタロイルクロライド(日本軽金属社製)を30分かけて添加し、全量添加後、約2時間の撹拌を行うことで、芳香族ポリアミド(A)を重合した。得られた重合溶液を、酸クロライド全量に対して97モル%の炭酸リチウム(本荘ケミカル社製)および6モル%のジエタノールアミン(東京化成社製)により中和することで芳香族ポリアミド(A)の溶液を得た。
[Example 3]
In dehydrated N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), 4,4'-diaminodiphenyl ether (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved as a diamine under a nitrogen stream, and cooled to 30°C or less. 2-chloroterephthaloyl chloride (manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd.) equivalent to 99 mol% based on the total amount of diamine was added thereto over 30 minutes while maintaining the system at 30°C or less under a nitrogen stream, and after the entire amount was added, the mixture was stirred for about 2 hours to polymerize aromatic polyamide (A). The obtained polymerization solution was neutralized with 97 mol% lithium carbonate (manufactured by Honjo Chemical Co., Ltd.) and 6 mol% diethanolamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) based on the total amount of acid chloride, to obtain a solution of aromatic polyamide (A).
得られた芳香族ポリアミド溶液を支持体であるステンレス(SUS316)ベルト上にバーコーターを用いて膜状に塗布し、熱風温度80℃で10分間、100℃で10分間、最終的に120℃でフィルムが自己支持性を持つまで乾燥させた後、フィルムを支持体から剥離した。次いで、60℃の水浴に導入することで、溶媒および中和塩などの抽出を行った。なお、剥離から水浴後までの延伸は、フィルムの長手方向(MD)に1.1倍、幅方向(TD)は無把持である。続いて、得られた含水状態のフィルムを、温度280℃のテンター室内にて、定長でTDに1.15倍の延伸を施しながら、2分間の熱処理を施し、厚み4μmの均一拡散層を得た。 The obtained aromatic polyamide solution was applied in the form of a film on a stainless steel (SUS316) belt support using a bar coater, and dried at 80°C for 10 minutes, 100°C for 10 minutes, and finally at 120°C until the film had self-supporting properties, after which the film was peeled off from the support. The film was then introduced into a water bath at 60°C to extract the solvent and neutralization salts. Note that the film was stretched 1.1 times in the machine direction (MD) and ungripped in the transverse direction (TD) from the time of peeling until after the water bath. The obtained water-containing film was then heat-treated for 2 minutes in a tenter chamber at 280°C while being stretched 1.15 times in the TD at a constant length, to obtain a uniform diffusion layer with a thickness of 4 μm.
得られた均一拡散層を、ステンレス支持体との剥離面と基材A1を重ねて、均一拡散層を有するセパレータを得た。この際の均一拡散層のRaはステンレス支持体との剥離面とは逆の面であり、この面を負極と接するように配置した。各評価結果を表2に示す。 The obtained uniform diffusion layer was placed on the peeled surface of the stainless steel support and on the substrate A1 to obtain a separator with a uniform diffusion layer. The Ra of the uniform diffusion layer in this case was the surface opposite to the peeled surface of the stainless steel support, and this surface was placed in contact with the negative electrode. The evaluation results are shown in Table 2.
[実施例4]
板状のベーマイト(平均粒径1.0μm)96.0質量部とアクリル重合体ラテックス(固形分濃度40%、平均粒径145nm、Tg=-10℃)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)1.0質量部を100質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、基材A1上に厚み4μmになるように塗工した。次いでベーマイトが塗工された面と反対の面に、実施例2と同様にして均一拡散層を作成した。各評価結果を表2に示す。なお、均一拡散層は負極に接するように配置した。
[Example 4]
96.0 parts by mass of plate-shaped boehmite (average particle size 1.0 μm), 4.0 parts by mass of acrylic polymer latex (solid content concentration 40%, average particle size 145 nm, Tg = -10 ° C.), and 1.0 part by mass of an aqueous solution of ammonium polycarboxylate (SN Dispersant 5468 manufactured by San Nopco) were uniformly dispersed in 100 parts by mass of water to prepare a coating solution, which was then applied to a thickness of 4 μm on the substrate A1. Next, a uniform diffusion layer was formed on the surface opposite to the surface coated with boehmite in the same manner as in Example 2. The evaluation results are shown in Table 2. The uniform diffusion layer was disposed so as to be in contact with the negative electrode.
[比較例1]
均一拡散層を有さないセパレータとして基材A1の各評価結果を表2に示す。
[Comparative Example 1]
Table 2 shows the evaluation results of the substrate A1, which is a separator having no uniform diffusion layer.
[比較例2]
実施例1において、水の代わりにトルエン21.6gを用いて塗料調整を行い、基材A1にコロナ処理を施さなかったこと以外は実施例1と同様にして、表層に均一拡散層を有するセパレータを得た。各評価結果を表2に示す。
[Comparative Example 2]
A separator having a uniform diffusion layer on the surface was obtained in the same manner as in Example 1, except that the paint was prepared by using 21.6 g of toluene instead of water and the substrate A1 was not subjected to corona treatment. The evaluation results are shown in Table 2.
[比較例3]
実施例3において芳香族ポリアミド溶液塗布後の乾燥条件を120℃のみにしたこと以外は、実施例4と同様にして、表層に均一拡散層を有するセパレータを得た。各評価結果を表2に示す。
[Comparative Example 3]
A separator having a uniform diffusion layer on the surface was obtained in the same manner as in Example 4, except that the drying condition after coating of the aromatic polyamide solution in Example 3 was changed to 120° C. The evaluation results are shown in Table 2.
Claims (6)
前記蓄電デバイス用セパレータの少なくとも表層に位置する均一拡散層を有しており、
前記均一拡散層が、ポリエチレンオキシドまたはエチレンオキシドとモノマーの共重合体を含むイオン伝導性材料から成る無孔層であり、
前記表層において前記均一拡散層の算術平均粗さ(Ra)が1.20μm以下であり、
1mol/LのLiPF 6 を含むエチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=1/2(体積比)の電解液に前記蓄電デバイス用セパレータを1日間含侵させた後、前記均一拡散層をリチウム(Li)金属に25℃及び0.5MPaで圧着させた際の剥離強度が、2N/m以上である、蓄電デバイス用セパレータ。 A separator for an electricity storage device comprising a microporous membrane,
The separator for the electric storage device has a uniform diffusion layer located at least on a surface layer thereof,
the uniform diffusion layer is a non-porous layer made of an ion-conductive material containing polyethylene oxide or a copolymer of ethylene oxide and a monomer;
The arithmetic mean roughness (Ra) of the uniform diffusion layer in the surface layer is 1.20 μm or less,
The separator for an electric storage device is impregnated with an electrolyte solution of ethylene carbonate (EC)/diethyl carbonate (DEC)=1/2 (volume ratio) containing 1 mol/L LiPF6 for one day, and then the uniform diffusion layer is pressure-bonded to lithium (Li) metal at 25° C. and 0.5 MPa, and the peel strength of the separator for an electric storage device is 2 N/m or more .
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