JPWO2017170289A1 - ポリオレフィン微多孔膜及びその製造方法、電池用セパレータ並びに電池 - Google Patents
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Abstract
本発明に係るポリオレフィン微多孔膜は、示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、ポリエチレンの平衡融点未満の融解熱量(ΔH<Tm0)の割合が95%以上であるポリオレフィン微多孔膜である。
Description
1.ポリオレフィン微多孔膜
本実施形態において、「ポリオレフィン樹脂」の語は1種類のポリオレフィン、又は2種以上のポリオレフィンの混合物を意味し、「ポリエチレン樹脂」はポリエチレンまたはポリエチレンを主成分とする2種類以上のポリオレフィンの混合物を意味する。また、「ポリオレフィン樹脂組成物」の語は、ポリオレフィン樹脂がさらにポリオレフィン以外のポリマーや添加剤を含む場合を意味する。さらに、「ポリオレフィン樹脂(組成物)溶液」は、ポリオレフィン樹脂又はポリオレフィン樹脂組成物を溶剤と混ぜたものを意味する。なお、「ポリエチレンを主成分とする」とは、例えば、ポリエチレンをポリオレフィン微多孔膜全体に対して90質量%以上含むことをいう。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、必要に応じて、その他の樹脂成分を含んでもよい。その他の樹脂成分としては、耐熱性樹脂であることが好ましく、耐熱性樹脂としては、例えば、融点が150℃以上の結晶性樹脂(部分的に結晶性である樹脂を含む)、及び/又はガラス点移転(Tg)が150℃以上の非晶性樹脂が挙げられる。ここでTgはJIS K7121に準拠して測定した値である。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、結晶造核剤を含んでもよい。用いることができる結晶造核剤としては、特に限定はなく、ポリオレフィン樹脂用に使用されている一般的な化合物系結晶造核剤や微粒子系結晶造核剤を使用できる。結晶造核剤としては、結晶造核剤、あるいは微粒子を予めポリエチレン樹脂に混合、分散したマスターバッチであってもよい。
(4)その他添加剤
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、例えば、ポリエチレン樹脂(組成物)溶液を押出し成形してなるゲル状シートを、予熱及び延伸時にゲル状シート全体の平均温度がポリエチレンの融点−10℃以上融点未満になるように加熱しながら延伸処理することにより製造することができる。
ポリエチレン樹脂(組成物)溶液は、ポリエチレン樹脂組成物にさらに適当な製膜用溶剤を配合した後、溶融混練することにより調製された溶融混練物であってもよい。ポリエチレン樹脂(組成物)溶液が、ポリエチレン樹脂組成物と製膜用溶剤との溶融混練物であれば、微多孔膜としたときに孔径の均一性が高くなる観点から好ましい。溶融混練方法として、例えば日本国特許第2132327号及び日本国特許第3347835号の明細書に記載の二軸押出機を用いる方法を利用することができる。溶融混練方法は公知であるので説明を省略する。
ポリエチレン樹脂(組成物)溶液を押出機からダイに送給し、シート状に押し出す。同一又は異なる組成の複数のポリエチレン樹脂(組成物)溶液を、押出機から一つのダイに送給し、そこで層状に積層し、シート状に押出してもよい。
次に、得られたゲル状シートを少なくとも一軸方向に延伸する。ゲル状シートは、加熱後、テンター法、ロール法、インフレーション法、又はこれらの組合せにより所定の倍率で延伸するのが好ましい。延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよいが、二軸延伸が好ましい。二軸延伸の方法としては、同時二軸延伸、逐次延伸及び多段延伸(例えば同時二軸延伸及び逐次延伸の組合せ)等が挙げられる。これらのうち、ゲル状シートとロールの接触でロールが汚れることによる生産効率の低下や品質不良を避けられる観点から同時二軸延伸が好ましい。
洗浄溶媒を用いて、製膜用溶剤の除去(洗浄)を行う。ポリオレフィン相は製膜用溶剤相と相分離しているので、製膜用溶剤を除去すると、微細な三次元網目構造を形成するフィブリルからなり、三次元的に不規則に連通する孔(空隙)を有する多孔質の膜が得られる。洗浄溶媒及びこれを用いた製膜用溶剤の除去方法は公知であるので説明を省略する。例えば日本国特許第2132327号明細書や特開2002−256099号公報に開示の方法を利用することができる。
製膜用溶剤を除去した微多孔膜を、加熱乾燥法又は風乾法により乾燥する。乾燥温度はポリエチレン樹脂の結晶分散温度(Tcd)以下であるのが好ましく、特にTcd−5℃以下が好ましい。乾燥は、微多孔膜を100重量部(乾燥重量)として、残存洗浄溶媒が5重量部以下になるまで行うのが好ましく、3重量部以下になるまで行うのがより好ましい。
なお、製膜用溶剤の除去及び乾燥を行った後の微多孔膜を、少なくとも一軸方向にさらに延伸する第二延伸をしてもよい。微多孔膜の延伸は、加熱しながら前記と同様にテンター法等により行うことができる。延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよい。二軸延伸の場合、同時二軸延伸及び逐次二軸延伸のいずれでもよい。
また、乾燥後の微多孔膜は、熱処理を行うことができる。熱処理によって結晶が安定化し、ラメラ構造の大きさが均一化される。熱処理方法としては、熱固定処理及び/又は熱緩和処理を用いることができる。熱固定処理とは、膜の寸法が変わらないように保持しながら加熱する熱処理である。熱緩和処理とは、膜を加熱中にMD方向やTD方向に熱収縮させる熱処理である。熱固定処理は、テンター方式又はロール方式により行うのが好ましい。熱固定処理温度は、Tcd−20℃以上融点Tm未満であることが好ましい。
また、接合後又は延伸後の微多孔膜に対して、さらに、架橋処理又は親水化処理を行うこともできる。例えば、微多孔膜に対して、α線、β線、γ線、電子線等の電離放射線の照射することに、架橋処理を行うことができる。電子線の照射の場合、0.1〜100Mradの電子線量が好ましく、100〜300kVの加速電圧が好ましい。架橋処理により微多孔膜のメルトダウン温度が上昇する。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜の他の一実施形態においては、その少なくとも一方の表面に、多孔層を設け、積層多孔膜(多層多孔膜)としてもよい。特に、本発明に係るポリオレフィン微多孔膜の表面が、互いに不規則に結合した多数の湾曲した葉状(花弁状)構造の集合体によって形成されている場合、多孔層とポリオレフィン微多孔膜の密着性を維持しつつ、多孔層を形成するために塗布液を塗布しても透気抵抗度上昇幅を小さく抑えることができる。このため、優れた耐熱性を有しつつ、イオン透過性に優れる。
多孔層としては、例えば、フィラーと樹脂バインダとを含むフィラー含有樹脂溶液や耐熱性樹脂溶液等を用いて形成される多孔層を挙げることができる。
前記多孔層の厚さとしては、耐熱性向上の観点から、好ましくは0.5μm以上100μm以下である。
また、前記多孔層は、積層多孔膜の一方の表面に形成されてもよく、両面に形成されてもよい。
本発明の電池用セパレータはポリオレフィン微多孔膜の透気抵抗度(Xsec/100ccAir)と積層多孔膜の透気抵抗度(Ysec/100ccAir)の差(Y−X)が20sec/100ccAir≦Y−X≦100sec/100ccAirの関係を有する。Y−Xが20sec/100ccAir未満では十分な耐熱性樹脂層の密着性が得られない。また、100sec/100ccAirを超えると透気抵抗度の大幅な上昇を招き、その結果、電池に組み込んだ際に、イオン透過性が低下するため、高性能電池には適さないセパレータとなる。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、水系電解液を使用する電池、非水系電解質を使用する電池のいずれにも好適に使用できる。具体的には、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、銀−亜鉛電池、リチウム二次電池、リチウムポリマー二次電池等の二次電池のセパレータとして好ましく用いることができる。中でも、リチウムイオン二次電池のセパレータとして用いるのが好ましい。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、ポリエチレン微多孔膜の膜厚、空孔率、孔径、シャットダウン温度、透気抵抗度などの物性は、特に制限されないが、以下の範囲に調整されることが好ましい。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、ポリエチレン樹脂組成物を主成分とするポリオレフィン微多孔膜であって、示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、ポリエチレンの平衡融点(Tm 0)未満の融解熱量(ΔH<Tm0)の割合を95%以上とすることによりシャットダウン温度を従来のポリオレフィン微多孔膜に比べて顕著に低下させることができる。
本発明に係るポリオレフィン微多孔膜は、ポリエチレンの平衡融点(Tm 0)未満の融解熱量(ΔH<Tm0)の割合の下限が95%以上であり、好ましくは97%以上である。前記ポリオレフィンの平衡融点(Tm 0)未満の融解熱量(ΔH<Tm0)の割合が95%未満であると、ラメラ構造といった低融点のポリオレフィン構造の相対的な量が十分ではなく、シャットダウン温度を十分に下げることができない。なお、本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜の主成分であるポリエチレン樹脂の平衡融点としては141℃を使用することができる。
本発明の好ましい一実施形態においては、示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、ΔH135−140℃がΔH140-145℃より25%以上大きいと、高融点結晶体である配向結晶領域が大幅に減少することなり、分子運動性が上がることで緩和しやすい材料となり、熱収縮を低下させるといった効果がみられる。
本発明の好ましい一実施形態においては、示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、130℃以上135℃未満の融解熱量(ΔH130℃−135℃)は23%以上であることが好ましく、より好ましくは25%以上であり、さらに好ましくは28%以上である。ΔH130℃−135℃が23%以上であるとシャットダウン温度付近の低融点のポリオレフィン構造の相対的な量が多くなり、低いシャットダウン温度が得られやすい。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、低シャットダウン温度と、低い透気抵抗度とを両立できる。本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜の透気抵抗度の上限は、イオン透過性の観点から、膜厚を12μmとした場合、300sec/100cc以下であることが好ましく、200sec/100cc以下であることがより好ましく、150sec/100cc以下であることがさらに好ましく、140sec/100cc以下であることがさらにより好ましい。透気抵抗度が300sec/100cc以下であれば、イオン透過性を十分に確保でき、電池用セパレータとして用いた際の電気抵抗を抑えることができる。また、透気抵抗度の下限は、30sec/100cc以上であり、50sec/100cc以上であることが好ましく、60sec/100cc以上であることがより好ましい。透気抵抗度が30sec/100cc以上であれば、膜構造が過剰に疎な状態とならず、電池用セパレータとして用いた場合に電池内部の温度が上昇した際に速やかなシャットダウンが確保できる。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜の表面の少なくとも一部は、互いに不規則に結合した複数の湾曲した葉状(花弁状、シート状)構造の集合体によって形成されていてもよい。表面の少なくとも一部を前記葉状構造とした場合、葉状構造とした側の表面粗さは40nm以上であることが好ましい。上記葉状構造の集合体は、図4に示すように、連続気泡体のように連続した微細孔を有する構造であり、連続気泡体の気泡壁に相当する部分が、葉状構造を形成している。この葉状構造は、不定形の湾曲した葉状、花弁状又はシート状の構造をしており、厚みに対して面積が十分に大きい不定形の湾曲した面を有する。複数の葉状構造は、それぞれが互いに入り組みながら、不規則に結合し、例えば、それぞれの面、辺を共有したり、糸状体によって互いに結合されたりして、集合体を形成している。葉状構造一枚の厚みとしては、10〜100nm程度である。
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、熱収縮率(105℃、8時間)は特に限定さないが、機械方向(MD)及び横方向(TD)ともに8%以下が好ましく、5%以下がより好ましく、3%以下が特に好ましい。熱収縮率(105℃、8時間)が、8%以下であればリチウム電池用セパレータとして使用した場合に、発熱時に破膜による短絡がより発生しにくくなる。
本発明の一実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、熱収縮率(120℃)の上限が、機械方向(MD)及び横方向(TD)ともに2.0%以下であることが好ましく、より好ましくは1.0%以下であり、さらに好ましくは0.5%以下であり、特に好ましくは0.1%以下である。熱収縮率(120℃)の下限として好ましくは−2.0%以上であり、より好ましくは−1.0%以上であり、さらに好ましくは−0.3%以上である。120℃は一般に充電及び放電中にリチウムイオン二次電池が達する温度範囲内であるので上記範囲であることにより、本発明に係るポリオレフィン微多孔膜がリチウムイオン電池のセパレータとして使用された際、当該電池に優れた高温安全性を付与することができる。具体的には、電池が高温状態になった場合に、電池内部でのポリオレフィン微多孔膜の収縮が十分に小さいことにより、電池内部で電極同士が接触して内部短絡することを防ぐことができる。
(7)空孔率
本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の空孔率の上限は、膜強度、耐電圧特性向上の観点から、60%以下であり、好ましくは50%以下である。また、リチウムイオン等のイオン透過性及び電解液含有量の観点から、空孔率の下限は、20%以上であることが好ましく、より好ましくは30%以上であり、特に好ましくは40%以上である。空孔率を前記範囲内とすることにより、イオン透過性、膜強度及び電界液含有量のバランスが好適となり、電池反応の不均一性が解消され、その結果、デンドライト発生が抑制される。また、膜構造の欠陥が少なくなることから耐電圧特性が向上する。すなわち、本実施形態のポリオレフィン微多孔膜を電池用セパレータとして用いたリチウムイオン二次電池は良好な安全性、強度、透過性が得られる。空孔率の測定方法は後述する。
本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径の上限は、膜強度、耐電圧特性向上の観点から、300nm以下であることが好ましく、より好ましくは100nm以下であり、さらにより好ましくは50nm以下であり、特に好ましくは40nm以下である。本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径の下限は特に限定されないが、後述する透気抵抗度の関係から5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましく、特に好ましくは20nm以上である。本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の平均流量孔径が前記範囲であると、微多孔膜の構造が緻密となるため、高強度及び高耐電圧特性を有する微多孔膜を得ることができる。
本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の最大孔径の上限は、膜強度、耐電圧特性向上の観点から、500nm以下であることが好ましく、より好ましくは300nm以下であり、さらに好ましくは80nm以下である。本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の最大孔径の下限は特に限定されないが、後述する透気抵抗度の関係から1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましい。本実施形態のポリオレフィン微多孔膜の最大孔径が前記範囲であると、構造が緻密な膜となり、膜強度に優れ、高耐電圧特性な微多孔膜を得ることができる。
式:d=C・γ/P
ポリオレフィン微多孔膜の膜厚を20μmとしたときの突刺強度は、リチウムイオン二次電池として電極に組み込む際にピンホールの発生を抑制する観点から300gf以上であることが好ましく、より好ましくは350gf以上である。
本実施態様の微多孔膜の膜厚は、好ましくは1〜30μm、より好ましくは1〜20μmである。膜厚の測定方法は後述する。
シャットダウン温度は昇温インピーダンス測定により求めた。ソーラトロン(solartron) SI1250(FREQUENCY RESPONSE ANALYZER)及びSI1287(ELECTROCHEMICAL INTERFACE)を使用し、サンプルとしてサイズ75(MD)×100(TD)mm2のポリエチレン微多孔膜を用いてグローブボックス内にて測定を実施した。電解液にはLiPF6(EC:EMC=4:6V%)の1mol/L溶液を使用した(LiPF6:六フッ化リン酸リチウム、EC:炭酸エチレン、EMC:炭酸エチルメチル)。測定条件は室温から200℃まで30分で昇温した。サンプルの昇温には恒温槽を用い、温度記録計を用いて実施した。インピーダンスの値が103Ω/cm2に達した時点での温度をシャットダウン温度と規定し、評価した。
Parking Elmer製 PYRIS Diamond DSCを用いて、窒素条件下で実施。約5.5〜6.5ミリグラムの重量のサンプルをアルミニウム製サンプルパン中に封止する。装置にサンプルをセット後、30℃で1分間維持し、値が一定であることを確認後、10℃/分で30℃から230℃まで昇温した。40℃と200℃を結ぶ直線をベースラインとし、融解吸熱ピークから微多孔膜の融点(Tm)を読み取った。また、ポリエチレンの平衡融点に相当する141℃以上の吸熱量と141℃未満の吸熱量を求めた。
透気抵抗度上昇幅は次式より求めた。
式:透気抵抗度上昇幅= Y−X
Xはポリオレフィン多孔質膜の透気抵抗度(sec/100ccAir)
Yは電池用セパレータ全体の透気抵抗度(sec/100ccAir)
膜厚を12μmとしたときの透気抵抗度とは、膜厚T1(μm)の微多孔膜において、測定した透気抵抗度がP1であったとき、式:P2=(P1×12)/T1によって算出される透気抵抗度P2のことを指す。なお、以下では、膜厚について特に記載がない限り、「透気抵抗度」という語句を「膜厚を12μmとしたときの透気抵抗度」の意味で用いる。
表面粗さは、原子間力顕微鏡(SII製 AFM SPA500)を用いて算術平均粗さ(Ra)を測定した。測定範囲は4×4μm2とした。ゲル状シートの段階で再溶融させた表面を測定し、表面粗さとして評価した。ゲル状シートの両面を再溶融した場合には、両面の表面粗さの平均値を使用した。また、ポリオレフィン微多孔膜の再溶融させた面を観察することで、微多孔膜の平均表面粗さを算出した。
熱収縮率(105℃、8時間)は、TABAI製 クリーン炉PVHC−210を使用して測定した。ポリオレフィン微多孔膜を50mm角の正方形に打ち抜き、105℃、8時間炉内で熱処理を行う前後の試料のMD及びTD方向の寸法を測定し、下記の式よりMD及びTD方向それぞれの熱収縮率を求めた。
式:収縮率(%)=(元の寸法−熱収縮後の寸法)÷元の寸法×100
式:収縮率(%)=(元の寸法−熱収縮後の寸法)÷元の寸法×100
空孔率は、微多孔膜の質量w1と、微多孔膜と同じポリエチレン組成物からなる同サイズの空孔のない膜の質量w2から、下記の式により算出した。
式:空孔率(%)=(w2−w1)/w2×100
膜厚を20μmとしたときの突刺強度は、先端が球面(曲率半径R:0.5mm)の直径1mmの針で、膜厚T1(μm)の微多孔膜を2mm/秒の速度で突き刺したときの最大荷重を測定し、その最大荷重の測定値L1(gf)を、式:L2=(L1×20)/T1により、膜厚を20μmとしたときの最大荷重L2に換算して求めた。下記の指標に従い評価した。
◎(良好):突刺強度が350gf以上。
○(可):突刺強度が300gf以上、350gf未満。
×(不可):突刺強度が300gf未満。
式: 微多孔膜の最大孔径は、ASTM F316−86に準拠した方法(バブルポイント法)によって測定した。なお、測定器としてはPMI社製のパームポロメータ(型番:CFP−1500A)を、測定液としてはGalwickを、それぞれ用いた。
ポリオレフィン微多孔膜のメルトダウン温度は、熱機械分析(TMA)により測定した。ポリオレフィン微多孔膜を幅3mm、長さ100mmに切り抜いたサンプルを長辺がTD方向のものとMD方向のものを作製し、30℃から5℃/分で昇温した。サンプルが溶融して破断した温度をメルトダウン温度と定義した。
エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製の示差走査熱量計(DSC)DSC6220を用い、窒素ガス雰囲気下で樹脂試料5mgを昇温速度10℃/分で昇温したとき観察される融解ピークの頂点温度を融点とした。
UHMWPE及びHDPEのMwは以下の条件でゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により求めた。
・測定装置:Waters Corporation製GPC−150C
・カラム:昭和電工株式会社製Shodex UT806M
・カラム温度:135℃
・溶媒(移動相):o−ジクロルベンゼン
・溶媒流速:1.0 ml/分
・試料濃度:0.1 wt%(溶解条件:135℃/1h)
・インジェクション量:500μl
・検出器:Waters Corporation製ディファレンシャルリフラクトメーター(RI検出器)
・検量線:単分散ポリスチレン標準試料を用いて得られた検量線から、所定の換算定数を用いて作成した。
微多孔膜の95mm×95mmの範囲内における5点の膜厚を接触厚み計(株式会社ミツトヨ製ライトマチック)により測定し、膜厚の平均値を求めた。
微多孔膜表面の観察は、電界放出形走査電子顕微鏡(日本電子 / JSM-6701F)を用いておこなった。微多孔膜には事前にPt蒸着(イオンスパッタリング:スパッタリング電流 20mA、時間 20秒)処理を施し、加速電圧2.00keVの条件でその表面を観察した。また、断面観察に使用した測定サンプルは、微多孔膜をイオンミリング装置(株式会社 日立ハイテクノロジーズ、IM4000)によりカットして作製した。Pt蒸着等は表面観察と同様の手法で行った。
(15)多孔層と多層多孔膜の剥離強度(テープ剥離力)
(剥離試験片の作製)
実施例、比較例で作製された積層多孔膜(機械方向120mm×幅方向25mm)をガラス板の上に空気が入らないように設置した。両面テープ(機械方向100mm×幅方向20mm,清和産業株式会社製,透明フィルム両面テープ SFR−2020)の機械方向とセパレータの機械方向が沿うように両面テープを設置し、その上から重量2kgのゴムローラー(テスター産業製SA−1003−B,手動型,ゴム強度80±5Hs)で5往復処理し圧着させた。この両面テープと積層多孔膜との積層体のセパレータ側にセロハンテープ(株式会社ニチバン製、セロテープ(登録商標)、植物系、No.405,機械方向100mm×幅方向15mm)を機械方向90mm程度貼り、残りの10mm程度の部位に機械方向120mm×幅方向25mmにカットした紙を貼った。これを2kgゴムローラーで5往復圧着した。両面テープの剥離ライナーをはがしてSUS板(厚さ3mm、長さ150mm×幅50mm)に、積層多孔膜の機械方向とSUS板長さ方向が平行になるよう貼り付け、2kgゴムローラーで2往復処理し圧着させた。これを剥離試験片とした。
(テープ剥離力の測定方法)
万能試験機(株式会社島津製作所製、AGS−J)を用いてセロハンテープについた機械方向120mm×幅方向25mmにカットした紙をロードセル側チャックに挟み込み、さらにSUS板側をその反対の下部チャックに挟み込み、試験速度100mm/分にて180度剥離試験を実施した。剥離試験中のストローク20mmから70mmまでの測定値を平均化した値を剥離試験片の剥離力とした。計3個の剥離試験片を測定し、剥離力の平均値をテープ剥離力とした。
尚、剥離界面において、多層多孔膜側に多孔層面が残存する場合があるがこの場合も多孔層とポリオレフィン多層微多孔膜の剥離強度として算出した。
Mwが5.6×105であり、MWDが4.05である高密度ポリエチレン70重量部と、Mwが1.9×106であり、MWDが5.09である超高分子量ポリエチレン30重量部とからなるポリエチレン樹脂(融点135℃、結晶分散温度90℃)にフェノール系酸化防止剤をポリエチレン樹脂100重量部あたり0.08重量部、リン系酸化防止剤をポリエチレン樹脂100重量部あたり0.08重量部加え、ポリエチレン樹脂組成物を得た。得られたポリエチレン樹脂組成物28.5重量部を二軸押出機(強混練タイプセグメント)に投入し、この二軸押出機のサイドフィーダーから流動パラフィン71.5重量部を供給し、190℃、300rpmで溶融混練して、押出機中にてポリエチレン樹脂溶液を調製した。
[実施例4]
(塗布液の調製)
フッ素系樹脂として、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(VdF/HFP=92/8(重量比))(重量平均分子量が100万)を用いた。前記フッ素系樹脂及び平均粒径0.5μmのアルミナ粒子、N−メチル−2−ピロリドンをアルミナ粒子がフッ素系樹脂とアルミナ粒子の合計に対して52体積%、固形分濃度が17重量%となるように配合し、樹脂成分を完全に溶解させた後、酸化ジルコニウムビーズ(東レ(株)製、“トレセラム”(登録商標)ビーズ、直径0.5mm)と共に、ポリプロピレン製の容器に入れ、ペイントシェーカー((株)東洋精機製作所製)で6時間分散させた。次いで、濾過限界5μmのフィルターで濾過し、塗布液(a)を調合した。また、塗布液は塗工時まで極力外気に触れないように密閉保管した。
(多孔層の積層)
実施例2と同様の条件で作製したポリオレフィン微多孔膜の両面に前記塗布液(a)を浸漬コート法にて塗布し、引き続き温度25℃、微粒化した水滴が充満した湿潤ゾーン中に2秒間通過させ、連続して0.5秒後に水溶液中(凝固槽)に3秒間進入させ、純水で洗浄した後、70℃の熱風乾燥炉を通過させることで乾燥して最終厚み19.5μmの多層多孔膜を得た。
表1に示すように、延伸機内の平均温度、延伸直前のゲル状シートの温度、予熱温度を実施例1〜3に比べて低い温度にしてポリオレフィン微多孔膜を作製した。
ポリオレフィン微多孔膜として比較例3と同様の条件で作製したポリオレフィン微多孔膜を使用した以外は実施例4と同様にして多層多孔膜を作製した。
表2は、各実施例及び比較例に係るポリエチレン微多孔膜の融解熱量(ΔH<141℃、 ΔH≧141℃)である。実施例1〜3に係るポリエチレン微多孔膜は、ΔH<141℃がいずれも95%以上である。
同表より、実施例4と比較例4とでは剥離強度にはほとんど差がないが、比較例3のポリオレフィン微多孔膜は多孔層を設けると透気抵抗度が10%程度上昇するのに対して、本発明に係るポリオレフィン微多孔膜である実施例2は、多孔層を設けても透気抵抗度が2%しか上昇しておらず透気抵抗度上昇幅が小さく抑えられている。
20 延伸炉
30 熱固定炉
40 テンター延伸機
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、必要に応じて、その他の樹脂成分を含んでもよい。その他の樹脂成分としては、耐熱性樹脂であることが好ましく、耐熱性樹脂としては、例えば、融点が150℃以上の結晶性樹脂(部分的に結晶性である樹脂を含む)、及び/又はガラス転移点(Tg)が150℃以上の非晶性樹脂が挙げられる。ここでTgはJIS K7121に準拠して測定した値である。
Parking Elmer製 PYRIS Diamond DSCを用いて、窒素ガス雰囲気条件下で実施した。約5.5〜6.5ミリグラムの重量のサンプルをアルミニウム製サンプルパン中に封止する。装置にサンプルをセット後、30℃で1分間維持し、値が一定であることを確認後、10℃/分で30℃から230℃まで昇温した。40℃と200℃を結ぶ直線をベースラインとし、融解吸熱ピークから微多孔膜の融点(Tm)を読み取った。また、ポリエチレンの平衡融点に相当する141℃以上の吸熱量と141℃未満の吸熱量を求めた。
式:収縮率(%)=(元の寸法−熱収縮後の寸法)÷元の寸法×100
Claims (15)
- ポリエチレン樹脂組成物を主成分とするポリオレフィン微多孔膜であって、示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、ポリエチレンの平衡融点未満の融解熱量(ΔH<Tm0)の割合が95%以上であるポリオレフィン微多孔膜。
- 示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、135℃以上140℃未満の融解熱量(ΔH135−140℃)が140℃以上145℃未満の融解熱量(ΔH140-145℃)よりも25%以上大きい請求項1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、130℃以上135℃未満の融解熱量(ΔH130℃−135℃)が23%以上である請求項1または2に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 示差走査熱量分析(DSC)で昇温速度10℃/分で230℃まで昇温した際に、全融解熱量(ΔHall)を100%としたとき、ポリエチレンの平衡融点以上の融解熱量(ΔH≧Tm0)の割合が2%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 少なくとも一方の表面の一部又は全部に、互いに不規則に結合した複数の湾曲した葉状構造の集合体が形成されており、前記葉状構造の集合体が形成されている表面部分の表面粗さが40nm以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリエチレン樹脂組成物が、超高分子量ポリエチレンと高密度ポリエチレンとを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリエチレン樹脂組成物に含まれるポリエチレン樹脂100重量部に対して、超高分子量ポリエチレンの含有量が10%以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリエチレン樹脂組成物が、エチレンとエチレン以外の他のα―オレフィンとの共重合体又は線状低密度ポリエチレンを含まない、請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 前記ポリエチレン樹脂組成物に含まれるポリエチレンが、超高分子量ポリエチレンおよび高密度ポリエチレンである、請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜の少なくとも一方の表面に多孔層が積層された多層多孔膜。
- 前記多孔層はフッ素系樹脂を含む請求項10に記載の多層多孔膜。
- 前記多孔層はさらにフィラーを含む請求項11に記載の多層多孔膜。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜を用いた電池用セパレータ。
- 請求項13に記載の電池用セパレータを用いた電池。
- エチレン樹脂組成物を押出し成形してなるゲル状シートを、予熱及び延伸時にゲル状シート全体の平均温度がポリオレフィンの融点−10℃以上融点未満になるように加熱しながら延伸処理するポリオレフィン微多孔膜の製造方法。
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