JPWO2012133097A1 - Method for producing microporous plastic film roll - Google Patents
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Abstract
微多孔プラスチックフィルムロール(12)の製造方法は、複数の搬送ローラ(21−24)で微多孔プラスチックフィルム(1)を搬送し、巻芯(6)上に巻き取ることを含む。搬送ローラ(21−24)のうち少なくとも一つは、フッ素樹脂若しくはシリコーンゴム又はこれらを含有する複合素材(9)の表面を有する。複合素材(9)は、硬質クロム鍍金層(7)及びフッ素樹脂(8)からなる。その表面粗さRzJISは0.3μm以上30μm以下である。フィルム(1)は内部に複数の貫通孔(17)を有し、リチウムイオン2次電池(10)のセパレータ(16)又はキャパシタのセパレータとして利用される。フィルム(1)と搬送ローラ(21−24)との間の摩擦係数が小さいので、フィルム(1)のしわや破れが防止できる。The manufacturing method of a microporous plastic film roll (12) includes conveying a microporous plastic film (1) with a some conveyance roller (21-24), and winding up on a core (6). At least one of the transport rollers (21-24) has a surface of a fluororesin or silicone rubber or a composite material (9) containing them. A composite material (9) consists of a hard chromium plating layer (7) and a fluororesin (8). The surface roughness RzJIS is 0.3 μm or more and 30 μm or less. The film (1) has a plurality of through holes (17) inside and is used as a separator (16) of a lithium ion secondary battery (10) or a separator of a capacitor. Since the coefficient of friction between the film (1) and the conveying roller (21-24) is small, wrinkling and tearing of the film (1) can be prevented.
Description
本発明は、微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a microporous plastic film roll.
従来、2次電池用セパレータなどに用いられる微多孔プラスチックフィルムを、搬送しロール状に巻き取る上で、微多孔に起因すると思われるしわや破れを回避することが非常に困難とされていた。 Conventionally, when a microporous plastic film used for a secondary battery separator or the like is transported and wound into a roll, it has been extremely difficult to avoid wrinkles and tears that may be caused by microporosity.
非特許文献1には、一般的なフィルムのしわの発生限界値を理論的に求め、折れしわの防止方法と題して対策を提案している。本文献によれば、しわの発生限界値は張力とアライメント角によって表され、特に張力に関する限界値は、フィルムの厚みやヤング率、幅、摩擦係数によって決まるとしている。また、対策としては、上記パラメータによって決まったしわの限界値をまたぐように、トレードオフとなるスリップ限界値を予測しながらフィルムの張力を調整することを提案している。しかしながら、本発明者等の知見によれば、微多孔プラスチックフィルムのように、破れに対する強度が低く、厚み方向に潰れやすいフィルムでは、張力を自由に調整することが難しく、上述の方法のみで、しわと破れを両立するように搬送することは困難であった。
Non-Patent
一方、特許文献1には、高密度磁気記録媒体用ポリエステルフィルムの、ブツやしわなどハンドリング上の課題を解決するために、フィルム表面に粒子を配置し、粗さや摩擦係数を制御することを提案している。しかしながら、本発明者等の知見によれば、微多孔プラスチックフィルムでは、フィルム表面の平滑性によって摩擦係数が増大しているわけではないため、特許文献1の方法により、粒子の配置によってしわを回避することは困難であった。また、破れに対しても粒子は何ら解決策とならない。
On the other hand,
非特許文献2には、静摩擦係数と物質の特性について記載がある。静摩擦係数は分子間力に起因する剪断強度τと物質の硬度Hの比に比例し、Hが大きく、τの小さい材質(銀やフッ素樹脂、鉛など)を選ぶことで摩擦を低減できるとある。しかしながら、当文献の主旨は摩擦のメカニズムを明らかにして、空気潤滑下の実質的な摩擦現象を明らかにすることが目的であり、微多孔プラスチックフィルムのしわや破れの両立について、具体的な対策を明示するには至っていない。
また、非特許文献3には、非特許文献1に記載の理論を、実際の生産工程に応用した場合の実例を記載している。搬送しわ低減には、摩擦係数の低減が有効との考察はあるものの、本発明者等の知見によれば、微多孔プラスチックフィルムのように、独時の摩擦発生メカニズムに対する対策が必要であり、非特許文献3にはしわや破れの両立について対策を明示するには至っていない。
Non-Patent Document 3 describes an example in which the theory described in
特許文献2には、フィルムロールに押し当てて、空気を排除しながら巻取るための押圧ゴムローラや、搬送ローラの表面のゴム層の摩擦係数を低減するために、ダイヤモンドライクカーボン(以下DLC)を表面に形成する技術についての提案がなされている。しかしながら、本発明者等の知見によれば、DLC層による摩擦係数低減効果は、薄いDLC層の高い硬度により表面の微小変形を防止し、真実接触面積を減らすことで実現するため、微多孔プラスチックフィルム自身の柔軟性で摩擦係数が高くなる現象に対して効果が少ない。
In
一方、特許文献3には、搬送ローラの表面を金属で構成し、表面粗さを平滑にした上で摩擦係数を減らすことで、フィルムに発生するすり傷を防止する手段が提案されている。しかし、本発明者等の知見によれば、特許文献3が対象としているような面の平滑な合成樹脂フィルムでは、ローラの粗さを平滑にすることで突起を減らし、空気潤滑と思われる現象を利用して摩擦係数を減らすことが期待できるが、微多孔プラスチックフィルムのように、空気が微多孔から抜けてしまうようなフィルムでは、空気潤滑が期待できず平滑な金属面との接触で逆に摩擦係数が上がってしまうこととなり、前述のようなしわや破れを防止することができない。 On the other hand, Patent Document 3 proposes a means for preventing scratches generated on the film by forming the surface of the transport roller with metal, smoothing the surface roughness, and reducing the friction coefficient. However, according to the knowledge of the present inventors, in a synthetic resin film having a smooth surface as described in Patent Document 3, the phenomenon is considered to be air lubrication by reducing the protrusions by smoothing the roughness of the roller. It can be expected that the friction coefficient will be reduced by using the film.However, in the case of a film in which air escapes from the micropore, such as a microporous plastic film, air lubrication cannot be expected, and the reverse will occur due to contact with a smooth metal surface. In this case, the coefficient of friction increases, and the wrinkles and tears as described above cannot be prevented.
このように、従来は微多孔プラスチックフィルムをしわや破れなく搬送しロール状に巻き取るための適当な技術が存在しなかった。 Thus, conventionally, there has been no suitable technique for transporting a microporous plastic film without wrinkles or tearing and winding it into a roll.
本発明の目的は、微多孔の存在により、従来しわや破れによってハンドリングの難しかった、微多孔プラスチックフィルムの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing a microporous plastic film, which has been difficult to handle due to wrinkles and tears due to the presence of micropores.
上記目的を達成するために、本発明は、複数の搬送ローラのうち、少なくとも一つの搬送ローラとして、表面粗さRzJIS(μm)が0.3≦RzJIS≦30、表面の材質がフッ素樹脂もしくはシリコーンゴム、もしくはこれらを含有する複合素材であるものを用い、内部に貫通孔を有する微多孔プラスチックフィルムを搬送し、ロール状に巻き取ることを特徴とする微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a surface roughness RzJIS (μm) of 0.3 ≦ RzJIS ≦ 30 and a surface material of fluororesin or silicone as at least one of the plurality of transport rollers. Provided is a method for producing a microporous plastic film roll, characterized by using a rubber or a composite material containing these, transporting a microporous plastic film having a through-hole inside and winding it into a roll. .
また、本発明の更に好ましい形態によれば、前記搬送ローラの表面の材質がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする記載のプラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 According to a further preferred aspect of the present invention, there is provided the method for producing a plastic film roll according to the above, wherein the material of the surface of the transport roller is polytetrafluoroethylene.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記微多孔プラスチックフィルムのガーレ透気抵抗度が10〜1000秒/100mlである微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the manufacturing method of the microporous plastic film roll whose Gurley permeability resistance of the said microporous plastic film is 10-1000 second / 100ml is provided.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記微多孔プラスチックフィルムの空孔率が30%以上であることを特徴とする記載の微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the porosity of the said microporous plastic film is 30% or more, The manufacturing method of the microporous plastic film roll of the description characterized by the above-mentioned is provided.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記微多孔プラスチックフィルムの微多孔の平均孔径が50〜200nmであることを特徴とする微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the microporous average hole diameter of the said microporous plastic film is 50-200 nm, The manufacturing method of the microporous plastic film roll characterized by the above-mentioned is provided.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記微多孔プラスチックフィルムのクッション率が15%以上50%未満であることを特徴とする微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the cushion rate of the said microporous plastic film is 15% or more and less than 50%, The manufacturing method of the microporous plastic film roll characterized by the above-mentioned is provided.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記微多孔プラスチックフィルムの厚みが50μm以下であることを特徴とする微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the thickness of the said microporous plastic film is 50 micrometers or less, The manufacturing method of the microporous plastic film roll characterized by the above-mentioned is provided.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記微多孔プラスチックフィルムの幅が100mm以上であることを特徴とする微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the width | variety of the said microporous plastic film is 100 mm or more, The manufacturing method of the microporous plastic film roll characterized by the above-mentioned is provided.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記微多孔プラスチックフィルムと、前記搬送ローラとの静摩擦係数が0.6以下である微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the manufacturing method of the microporous plastic film roll whose static friction coefficient of the said microporous plastic film and the said conveyance roller is 0.6 or less is provided.
また、前記微多孔プラスチックフィルムが2次電池もしくはキャパシタ用のセパレータであることを特徴とする微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を提供する。 Further, the present invention provides a method for producing a microporous plastic film roll, wherein the microporous plastic film is a separator for a secondary battery or a capacitor.
本発明において、「搬送ローラ」とは、長さ方向に連続な微多孔プラスチックフィルムを製造工程の上流から下流に搬送するための手段であり、回転自在に支持された円筒体のことをいう。 In the present invention, the “conveying roller” is a means for conveying a microporous plastic film continuous in the length direction from the upstream to the downstream of the production process, and refers to a cylindrical body that is rotatably supported.
本発明において、「RzJIS」とは十点平均粗さのことをいう。 In the present invention, “RzJIS” means ten-point average roughness.
本発明において、「フッ素樹脂」とは、エチレン系炭化水素などの一部にフッ素元素を含む合成樹脂の総称のことをいう。 In the present invention, the “fluororesin” refers to a general term for synthetic resins containing a part of fluorine element such as ethylene hydrocarbon.
本発明において、「シリコーンゴム」とは、ゴム状弾性を示すシリコーン樹脂のことで、シリコーン樹脂とはシリコン(ケイ素)と酸素からなるシロキ酸結合を有す合成樹脂の総称のことをいう。 In the present invention, “silicone rubber” refers to a silicone resin exhibiting rubber-like elasticity, and the silicone resin refers to a generic name for synthetic resins having a siloxane acid bond composed of silicon (silicon) and oxygen.
本発明において、「複合素材」とは前記フッ素樹脂もしくはシリコーン樹脂の性質が有効に寄与できる程度に混合された材質をいい、例えばゴム材料や金属鍍金材料の間に、前記フッ素樹脂もしくはシリコーン樹脂をコーティングもしくは充填されたようなものを含んだもののことをいう。 In the present invention, the “composite material” means a material mixed to such an extent that the properties of the fluororesin or silicone resin can effectively contribute. For example, the fluororesin or silicone resin is interposed between a rubber material and a metal plating material. This includes things that are coated or filled.
本発明において、「微多孔プラスチックフィルム」とは、フィルム内部に多数の微小な孔を有する高分子の薄膜体のことであり、微多孔の一部あるいは全ては貫通孔からなるものをいう。 In the present invention, the “microporous plastic film” refers to a polymer thin film having a large number of micropores inside the film, and a part or all of the microporous is composed of through-holes.
本発明において、「ポリテトラフルオロエチレン」とは略称PTFEと呼ばれるフッ素樹脂の一種であり、別名四フッ化エチレンと呼ばれるもののことをいう。本発明において、「厚み」とは、微多孔プラスチックフィルムロールを構成する体積を、幅と長さで割ったものであり、微多孔を構成する空気層を含んだ厚みのことをいう。 In the present invention, “polytetrafluoroethylene” is a kind of fluorine resin called abbreviated PTFE, which is also called “tetrafluoroethylene”. In the present invention, the “thickness” is a volume obtained by dividing the volume constituting the microporous plastic film roll by the width and the length, and means the thickness including the air layer constituting the microporous.
本発明において、「ガーレ透気抵抗度」とは、日本工業規格 JIS P8117(2009)に示される試験方法で得られるフィルムやシートの空気透過率の指標である。
空気の透気性が高いほど微多孔を通過する時間が短くなり、ガーレ透気抵抗度は小さい値を示す。In the present invention, “Gurley air resistance” is an index of air permeability of a film or sheet obtained by a test method shown in Japanese Industrial Standard JIS P8117 (2009).
The higher the air permeability, the shorter the time for passing through the micropores, and the Gurley air resistance shows a small value.
本発明において、「空孔率」とは、フィルムの断面積における前記微多孔の面積比率のことをいう。 In the present invention, the “porosity” means the area ratio of the micropores in the cross-sectional area of the film.
本発明において、「微多孔の平均孔径」とは、径の異なる多数の孔から構成される微多孔の径の平均値を示したものである。 In the present invention, the “microporous average pore diameter” refers to the average value of the microporous diameters composed of a large number of pores having different diameters.
本発明において、「クッション率」とは、下式に示すシートの厚み方向に面圧を付与した場合の厚みの変化率のことである。 In the present invention, the “cushion rate” is a rate of change in thickness when a surface pressure is applied in the thickness direction of the sheet represented by the following formula.
クッション率(%)=(1−T1/T2)×100
T1:三豊製作所製ダイヤルゲージにφ10mmの測定子を取り付け、50gの荷重を測定子側からフィルム厚み方向に加えた場合に、フィルムを挟む前の値をゼロとした場合の、フィルムを挟んで30秒後のフィルム厚み
T2:三豊製作所製ダイヤルゲージにφ10mmの測定子を取り付け、500gの荷重を測定子側からフィルム厚み方向に加えた場合に、フィルムを挟む前の値をゼロとした場合の、フィルムを挟んで30秒後のフィルム厚み
本発明において、「2次電池」とは、充放電可能な電池のことを言い、別名蓄電池とも呼ばれるもののことをいう。Cushion rate (%) = (1−T1 / T2) × 100
T1: When a probe with a diameter of 10 mm is attached to a dial gauge manufactured by Mitoyo Seisakusho and a load of 50 g is applied in the film thickness direction from the probe side, the value before sandwiching the film is set to zero when the film is sandwiched. Film thickness after 2 seconds T2: When a probe of φ10 mm is attached to a dial gauge manufactured by Mitoyo Seisakusho, and a load of 500 g is applied in the film thickness direction from the probe, the value before sandwiching the film is zero.
本発明において、「セパレータ」とは、電極同士が短絡するのを防止する機能膜のことをいい、微多孔の存在によりイオン電解液を透過するようなものは電池に使用することができるものをいう。 In the present invention, the “separator” refers to a functional film that prevents the electrodes from being short-circuited, and those that are permeable to the ionic electrolyte due to the presence of micropores are those that can be used in batteries. Say.
本発明において、「キャパシタ」とは静電容量により電気エネルギーを蓄電したり放電したりすることのできる受動素子のことをいう。 In the present invention, a “capacitor” refers to a passive element that can store or discharge electrical energy by electrostatic capacitance.
本発明によれば、以下に説明するとおり、しわや破れを防止することで品質に優れた微多孔プラスチックフィルムを高い生産性で製造することのできる微多孔プラスチックフィルムロールの製造方法を得ることができる。 According to the present invention, as described below, it is possible to obtain a microporous plastic film roll manufacturing method capable of manufacturing a microporous plastic film excellent in quality by preventing wrinkles and tearing with high productivity. it can.
以下、本発明の最良の実施形態の例を、2次電池用セパレータフィルムに用いられる、微多孔プラスチックフィルムの製造方法に適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an example of the best embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example the case of applying to a method for producing a microporous plastic film used for a separator film for a secondary battery.
図1は、本発明の一実施形態である微多孔プラスチックフィルムロールの製造工程である搬送・巻取部の概略側面図である。 FIG. 1 is a schematic side view of a conveyance / winding unit which is a manufacturing process of a microporous plastic film roll according to an embodiment of the present invention.
微多孔プラスチックフィルム1は、いかなる方法によって形成しても良い。好ましい例としては、溶融したポリオレフィン系樹脂を、押出機内で高揮発性溶媒と混練した後に、口金から冷却ドラム上に吐出しジェルシートとし、適宜延伸配向工程を経た後、溶媒を洗浄乾燥することで得られる。あるいは結晶核剤を混練したポリオレフィン系樹脂を、口金から冷却ドラム上に吐出し、溶媒を用いず結晶構造の制御を通じて微多孔を形成し、得ても良い。あるいはポリアミドやポリイミドなど、耐熱性のあるポリマーと相溶性の異なる溶媒を組み合わせて、微多孔を形成し、吐出またはコーティングにより微多孔フィルム1を得ても良い。また、前記ポリオレフィン微多孔フィルムの片面もしくは両面に適宜、微多孔の透気性能を維持する限りで耐熱性コーティングなどを実施しても良い。あるいは、紙や不織布のように、合成繊維の集積物として微多孔フィルムを形成しても良い。
The
このようにして得られた微多孔プラスチックフィルム1は、孔構造の制御や強度を実現するため、適宜1軸もしくは2軸延伸されることが好ましい。
The
図4は前記微多孔プラスチックフィルム1の一例における拡大平面図である。図のように、プラスチックフィルム1の微多孔は、いかなる手段によって形成しても良い。孔の周りを構成する樹脂層の部分は、延伸配向により形成する場合、図のように繊維状の柱となり、これをフィブリル18と呼ぶことがある。この微多孔の一部もしくは全部が貫通孔17として機能することとなる。
FIG. 4 is an enlarged plan view of an example of the
図3は円筒形状のリチウムイオン2次電池の一部を模式的に分解した説明図である。ケース11の内部には正極14と負極15の間に、これら電極同士の短絡を防止する絶縁材料として、セパレータ16が配置されている。ケース内部はリチウムイオン電解液が充填されており、セパレータ16は絶縁性能と同時に電解液中のイオン透過性能が求められる。このため、本願発明の製造方法により製造される一部もしくは全面に貫通孔を有する微多孔プラスチックフィルム1が好適である。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a part of a cylindrical lithium ion secondary battery. Inside the
微多孔プラスチックフィルム1は、図1のように搬送ローラ群2によって所定の速度で搬送され、所定の張力で巻芯6上にフィルムロール12として巻き上げられる。図1においては、搬送ローラ群2はモータなどの駆動源32により、ベルトやチェーンなどの駆動伝達手段4を介して駆動される。駆動伝達手段4はプーリー5により必要な張力を与えられ支持される。ここで、搬送ローラ群2は、全てにおいて必ずしも駆動源32により駆動される必要はなく、ベアリングにより回転可能に支持されておればアイドラーとしてフィルム1の搬送を補助することが可能である。この場合、フィルム1の傷や摩耗粉を嫌う場合には、好ましくはベアリングを介して間接駆動しても良いし、極力ローラの慣性やベアリングの摩擦ロスを低減するのが良い。
The
ここで電池用セパレータなどに好適な微多孔プラスチックフィルム1は一般に、その微多孔の潰れによりヒステリシスロスや真実接触面積の増加を招き、接触する物体との静摩擦係数が増大する。特に、図1のように搬送ローラ群2によりフィルム1を搬送する場合、ローラとフィルムが接触する部分で上記要因による静摩擦係数が増大する他、通常孔の無いフィルムを搬送する場合に期待できる空気潤滑が、この微多孔を通じた空気抜けにより行われず高い摩擦係数を生むこととなる。前述したように、摩擦係数の増加は、搬送ローラ上や搬送ローラ間でしわや破れの問題を発生するため、これを回避するために、本願発明では、複数ある搬送ローラ群2の内、少なくとも一つの搬送ローラの表面の静摩擦係数を小さくすることで、速度差により生じる応力を低減し、微多孔プラスチックフィルムの破れを防止することに成功した。
Here, the
搬送ローラ2の静摩擦係数を低減するためには、該表面の十点平均表面粗さは0.3≦RzJIS(μm)≦30とする。RzJISを0.3μm以上とすると、微多孔プラスチックフィルム1の中の微多孔が潰れることで増加する真実接触面積を小さいまま維持することができ、静摩擦係数を低減する。また、微多孔プラスチックフィルム1は透気性能により空気が微多孔から抜けるため接触面積が大きくなりがちであるが、搬送ローラ2の表面が適度に荒れていることで静摩擦係数を低減することができる。一方、搬送ローラ2表面の粗さが大きくなりすぎると加工が難しくなり、RzJISが30μmを超えると高価で精度の低いローラ表面となる。また、このように粗さが大きすぎると表面突起一つ一つとフィルムの接触面積が増大するために静摩擦係数が逆に増大することとなる。より好ましくはRzJISは2≦RzJIS(μm)≦10の範囲とするのが良い。
In order to reduce the static friction coefficient of the conveying
また、本願発明者が鋭意検討した結果、微多孔プラスチックのような透気性と孔の潰れが生じるようなフィルムに対して、低い摩擦係数を実現するためには、搬送ローラ2の表面材質としては、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)のような接触面の硬さにより低摩擦を狙うような表面ではなく、分子間力により低摩擦を実現する必要があることを見いだした。これはいくら前記ローラ2の表面材質を硬くしても微多孔プラスチックフィルム1の表面が潰れて、真実接触面積が減らないためである。
In addition, as a result of intensive studies by the inventor of the present application, in order to achieve a low coefficient of friction for a film such as a microporous plastic in which air permeability and hole collapse occur, The present inventors have found that it is necessary to realize low friction by intermolecular force rather than a surface that aims at low friction due to the hardness of the contact surface such as DLC (diamond-like carbon). This is because no matter how hard the surface material of the
よって、微多孔プラスチックフィルム1と接触する搬送ローラ群2の表面材質としては、一般にゴムが使われることが多いのに対して、本願発明では分子間力が小さい材質としてフッ素樹脂もしくはシリコーンゴム、もしくはこれらを含有する複合素材を適用する。フッ素樹脂の厚みとしては、耐久性および処理斑をより良くするという観点から、数十μm、好ましくは10〜100μm程度が好適である。フッ素樹脂は一般に300〜400℃で焼成することが好ましい。樹脂やゴムの上にコーティングする場合には、100℃以下で成形するのが好ましい。この場合、ローラ表面の精度を得るためには研磨を併用すると効果的である。また、フッ素樹脂をローラ上に形成する方法は好ましくは、コーティングや吹きつけ、あるいははめ込みにより形成してもよい。例えば、テープ状やチューブ状のフッ素樹脂をローラに被覆することで形成しても良い。テープ状もしくはチューブ状のフッ素樹脂をローラに被覆する場合は、厚みとして数mm程度のものが形成しやすく好ましい。
Therefore, as the surface material of the
シリコーンゴムの場合、厚みとしては、数mmが好ましく、1〜10mmほどの厚みを設けるのが好ましい。 In the case of silicone rubber, the thickness is preferably several mm, and it is preferable to provide a thickness of about 1 to 10 mm.
搬送ローラ母材2Aとしては、鋼、ステンレス鋼、アルミ合金、CFRPなどを用いることが好適である。
As the transport
ここで、複合素材とは、前記フッ素樹脂もしくはシリコーンゴムの低摩擦に寄与する性質が有効に作用する程度に混合された材質をいう。例えばゴム材料や金属鍍金材料の間にコーティングもしくは充填されたようなものを含む。図2はこのような複合素材9の一例であり、搬送ローラ母材2Aの上に施工された、硬質クロム鍍金層7の粗さの間に、フッ素樹脂8を含浸させたものである。このとき、微多孔プラスチックフィルム1と接触する部分は、金属鍍金層7とフッ素樹脂8がランダムに点在するような構成となり、フッ素樹脂の摩擦係数低減機能と、金属鍍金層の耐摩耗性のメリットをそれぞれ有効に機能させることができる。
Here, the composite material refers to a material mixed to such an extent that the property of contributing to low friction of the fluororesin or silicone rubber acts effectively. For example, it includes a material coated or filled between a rubber material and a metal plating material. FIG. 2 shows an example of such a composite material 9 in which a
このようなフッ素樹脂を鍍金層に複合させるような場合、表面処理の強度を得るのに加工方法としては前述のような高温で焼成させることが好ましく、搬送ローラ母材2Aとしては、高温で歪みが生じないようあらかじめ熱処理を行った鋼などを用いることができる。
When such a fluororesin is combined with the plating layer, the processing method is preferably fired at a high temperature as described above to obtain the strength of the surface treatment, and the conveying
上記機能を満たす目的においては、金属鍍金との複合素材である必要はなく、例えばセラミックスやゴム、その他の樹脂との複合素材であっても良い。また、ローラ表面を、前記フッ素樹脂もしくはシリコーンゴムあるいはその両方で被覆しても良い。 For the purpose of satisfying the above functions, it is not necessary to be a composite material with a metal plating, and may be a composite material with, for example, ceramics, rubber, or other resin. The roller surface may be covered with the fluororesin or silicone rubber or both.
ここでも複合素材とは、フッ素樹脂もしくはシリコーンゴムに対して、セラミックなどの硬質材が点在することで耐摩耗性や粗さをコントロールする機能を得るものである。 Here, the composite material is to obtain a function of controlling wear resistance and roughness by interspersing a hard material such as ceramic with respect to the fluororesin or silicone rubber.
このような材質を選定することで、前記微多孔プラスチックフィルム1との間の静摩擦係数を小さくすることができる。
By selecting such a material, the coefficient of static friction with the
これらの粗さと材質の併用により、前記微多孔プラスチックフィルム1との間の静摩擦係数を破れやしわを防止するのに必要な値まで低減することができる。いいかえると、分子間力の小さい材質を選定し、なおかつ接触面積が微多孔プラスチックフィルムの面が潰れた場合においても有効に減少するように、上記範囲とする場合においてのみ、摩擦係数を有効に減少させることができる。
By using these roughness and material in combination, the coefficient of static friction with the
特に複合素材においては、鍍金層7だけで上記粗さを得るのではなく、フッ素樹脂もしくはシリコーンゴムを鍍金層などの母材上に成形し、必要に応じ研磨などの最終仕上げを経た後の粗さが、前記RzJISの範囲を満たす必要がある。
In particular, in the case of a composite material, the above-mentioned roughness is not obtained only by the
静摩擦係数の好ましい値としては、0.6以下とすることができる。更に上記範囲内で十点平均粗さの値を大きく、もしくは材質との組み合わせを行えば、静摩擦係数を更に好ましい値として0.5以下とすることができる。 A preferable value of the static friction coefficient can be 0.6 or less. Furthermore, if the value of the ten-point average roughness is increased within the above range, or a combination with the material is performed, the static friction coefficient can be further reduced to 0.5 or less.
例えば、搬送ローラ2の材質として、よりこの好ましくは、フッ素樹脂のなかでもポリテトラフルオロエチレンが好適である。フッ素樹脂は耐熱性や離型性など各々組成によって特徴があるが、前記樹脂は特に分子間力による摩擦係数低減に有効であった。粗さと材質の組み合わせにより、より好ましい静摩擦係数の値として0.3以下を発現することも可能である。
For example, the material of the
前述の通り、微多孔プラスチックフィルム1は用途に応じて、上記微多孔を通して気体や液体を透過させる性能が要求される。特に前述したリチウムイオン2次電池用セパレータでは、電解質の透過性能を空気の透過性能により間接的に測定する方法が一般的に行われる。
As described above, the
微多孔プラスチックフィルムの透気性はJIS P8117(2009)に記載のガーレ透気抵抗度によって測定することができ、その好ましい範囲としては10〜1000秒/100mlとすることで、電池やコンデンサのセパレータとして有用な電解質透過性を発揮することができる。ガーレ透気抵抗度が10秒/100ml以上であると、絶縁性が適度に保たれ、セパレータにした場合の短絡の危険が低くなる他、強度が確保できるため本発明の搬送ローラとの組み合わせにおいて、フィルム搬送時の破れをより回避しやすくなる。一方、ガーレ透気抵抗度が1000秒/100ml以下であると、貫通孔性が確保できるため、必要な気体や液体の透過性を阻害しない。特にリチウムイオン2次電池用セパレータとして用いた場合には、電解質の透過性が保たれ電池の充放電を速やかに行うことができる。前述した搬送ローラ群2をこのような微多孔プラスチックフィルム1の製造方法として採用することで、電池などのセパレータとして有効な高い機能を有する微多孔プラスチックフィルム1でも静摩擦係数を低減し、しわや破れを回避することができるのである。
The air permeability of the microporous plastic film can be measured by the Gurley air resistance described in JIS P8117 (2009). The preferred range is 10 to 1000 seconds / 100 ml, so that it can be used as a battery or capacitor separator. Useful electrolyte permeability can be exhibited. When the Gurley air resistance is 10 seconds / 100 ml or more, the insulating property is maintained moderately, and the risk of short circuit in the case of using a separator is reduced. In addition, the strength can be secured, so in combination with the transport roller of the present invention It becomes easier to avoid tearing during film conveyance. On the other hand, if the Gurley air resistance is 1000 seconds / 100 ml or less, the through-hole property can be ensured, so that the required gas or liquid permeability is not hindered. In particular, when used as a separator for a lithium ion secondary battery, the electrolyte permeability is maintained and the battery can be charged and discharged quickly. By adopting the above-described
また、張力Tによって微多孔プラスチックフィルム1は搬送ローラへ押しつけられる。このときの面圧は張力×巻付角で表される。この面圧により微多孔プラスチックフィルムでは空気が微多孔から抜けると共に、微多孔の潰れにより搬送ローラとの間で高い摩擦を生むこととなる。本願発明の搬送ローラを用いてよりしわや破れの防止効果がある微多孔プラスチックフィルム1とはこの面圧による潰れが多いフィルムであり、これをパラメータ化したものが「クッション率」である。クッション率は荷重50gと500gをそれぞれダイヤルゲージの測定子を通してフィルムの厚み方向に加えた場合の厚み変化率のことである。
Further, the
クッション率を測定する際の荷重はバネや錘などいかなる方法でも良いが、測定子にモーメントが極力かからないよう錘を測定子もしくは指示計の上に設置するのが良い。 The load for measuring the cushion rate may be any method such as a spring or a weight, but it is preferable to install the weight on the measuring element or indicator so that the moment is not applied to the measuring element as much as possible.
本願発明に好適な微多孔プラスチックフィルムは、クッション率が15%以上50%未満である。クッション率が15%以上であれば、本願発明の搬送ローラにて摩擦の増加を防止しながら、微多孔プラスチックフィルム1の微多孔の貫通性がある程度保たれ、必要な気体や液体の透過を阻害しない。特にリチウムイオン2次電池用セパレータとして用いた場合には、電解質の透過性を確保し、電池の充放電を速やかに行うことができる。一方、クッション率が50%未満であると、透気抵抗が適度に保たれ、セパレータにした場合の短絡の危険を防止できる他、フィルム搬送時に破れにくくなる。前述した搬送ローラ群2をこのようなクッション率が15%以上50%未満の微多孔プラスチックフィルム1の製造方法として採用することで、電池などのセパレータとして有効な高い機能を有する微多孔プラスチックフィルム1でもクッション率と共に増加する静摩擦係数を低減し、しわや破れを回避することができるのである。
The microporous plastic film suitable for the present invention has a cushion rate of 15% or more and less than 50%. If the cushion rate is 15% or more, the
あわせて、クッション率と共に摩擦係数を著しく増加させないためには微多孔プラスチックフィルム1の空孔率が50%以下であるとよく、特に30%以下が好ましい。前記微多孔プラスチックフィルムを、2次電池用セパレータとして使用する場合には、高出力を得るため、もしくは充放電時間を短縮するには、イオン透過性に優れた高い空孔率の微多孔が好ましい。好ましくは30%以上、更に好ましくは50〜80%程度が好適といえる。また、破れの観点から空孔率は80%以下であることが必須といえる。
At the same time, the porosity of the
ここで、微多孔プラスチックフィルム1の空孔率は、いくつかの測定手段が考え得るが、本発明の測定方法としては、該フィルム1を所定量サンプリングし、その重量と樹脂の該フィルムを構成する樹脂の密度から樹脂部分の体積Vaを計算し、一方測定したフィルム厚みとフィルム幅、長さから計算した体積Vbから、数式1にて求める。該フィルムの厚みについては、好ましくは搬送ローラ上で投受光式もしくは反射式レーザセンサにて連続式に求める方法を適用できる。その他に、放射線や赤外線センサを使った手段、巻き取ったフィルム1をサンプリングして、低荷重にてダイヤルゲージにて測定する方法を用いることができる。
Here, the porosity of the
本願発明の微多孔プラスチックフィルム1の平均孔径は50〜200nmである。平均孔径は50nm以上であると、電池用セパレータとして用いた場合、電解質の透過性がある程度確保され、電池の充放電を速やかに行うことができるようになる。一方平均孔径が200nm未満であると、セパレータにした場合の短絡の危険を防止できる他、フィルム搬送時の破れをある程度回避しやすくなる。
The average pore diameter of the
2次電池もしくはキャパシタのセパレータに好適な、厚みが50μm以下の場合、上記のように摩擦係数が高いと特にしわや破れが発生しやすくなるため、本発明の搬送ローラ2を好適に適用できる。
When the thickness is 50 μm or less, which is suitable for a secondary battery or capacitor separator, wrinkles and tears are particularly likely to occur when the friction coefficient is high as described above, and therefore the
また、微多孔プラスチックフィルム1の幅が100mmを超えるとしわの発生が顕著である。これは、ひとつには搬送ローラ間の平行度不良(アライメントエラー)が存在するために、微多孔プラスチックフィルム1がモーメントを受けることになる。このしわを誘発するモーメントは、2本の搬送ローラの回転軸が成す角をαとした場合、α×フィルム1の幅に比例することとなる。αは搬送ローラ間が完全に平行な場合に0となる角度であり、アライメントエラーを代表するものである。従って、アライメントエラーがαだけある場合に、微多孔プラスチックフィルム1の幅を小さくするとしわを誘発するモーメントが減じることになる。本願発明者が実験により鋭意検討した結果、幅が100mmを境としてしわが発生する頻度が大きくことなることが分かった。
Further, when the width of the
加えて、微多孔プラスチックフィルム1は、製膜や各加工工程で歪をうけるため、平面性が完全に均一ではないことが多い。上述したローラ平行度という幾何学的に生じるモーメントの他に、フィルムの平面性が作り出すしわが存在することとなる。従って、しわが生じやすくなるピークがアライメント以外にも存在し、特に前記幅が500mmを超えると更にしわが発生しやすくなる。このように本願発明者等は、微多孔プラスチックフィルム1の幅が100mmを超えた場合、特に500mmを超えた場合に非常にハンドリングが難しくなるが、搬送ローラとの静摩擦係数を小さくすることで、上記のような平行度不良や平面性の悪い微多孔プラスチックフィルム1の搬送においても、しわの発生を防止し、破れとの両立を見いだすことができた。
In addition, since the
また、更に好ましくは、上記のように微多孔プラスチックフィルム1と、搬送ローラ群2との間の静摩擦係数を前記手段で低減した上で、しわ伸ばし手段と併用することで更に搬送部での微多孔プラスチックフィルム1に生じるしわを防止することができる。
More preferably, the coefficient of static friction between the
図1において、複数ある搬送ローラ2の内、少なくとも1つのローラについて、前記のような表面にて静摩擦係数を低減することがしわや破れ防止に有効であるとした。この場合、搬送ローラ2の全てを上記静摩擦係数としても良いが、例えば破れが発生しやすい箇所や、しわが発生しやすい箇所などに適用すればよい。また、搬送ローラ2とフィルム1の滑りを避けたい箇所においては、搬送ローラ2の摩擦係数は下げずに、代わりにしわ伸ばし手段19を使うと効果的である。すなわち好ましい例としては、搬送ローラ2の全体もしくは一部にフィルム1と接触する部分の摩擦係数が0.7以下、更に好ましくは0.5以下とした搬送ローラ2を配置し、搬送ローラ2の摩擦係数を小さくできないような箇所や、摩擦係数を小さくしてもしわの入りやすい箇所、例えば平行度があわせにくいような箇所にしわ伸ばし手段を適宜配置することが効果的である。
In FIG. 1, it is said that reducing the coefficient of static friction on the surface as described above is effective in preventing wrinkles and tearing among at least one of the plurality of
ここで、搬送ローラ2と前記プラスチックフィルム1との静摩擦係数は、下記の測定方法で測定する。ひとつは図5のように、回転しないよう固定したローラ2に、フィルム1を所定の角度θ(rad)で巻き付け、重量がW(N)の錘を吊した場合の滑り始めの張力T(N)をバネばかり31により読みとることで、数式2により知ることができる。このとき、錘の重量Wは後述する好ましい張力条件から決定するのがよく、測定するフィルム1の幅はいずれでも良いが、例えば扱い易い0.1mとするとW=1N/m×0.1m〜30N/m×0.1m=0.1N〜3Nが好ましい。これは、静摩擦係数が上記荷重範囲を大きく外れると、孔の潰れの様相が変わり値が変化するためである。
また他の方法では、新東科学株式会社製ポータブル製摩擦測定器“ミューズ”の接触子に前記フィルム1を貼り付け、ローラ2に該接触子を接触させて測定する。上記張力範囲をローラ表面に対する面圧に換算すると、面圧をp[Pa]、張力をT[N/m]、ローラ径をD[m]とするとp=2T/Dの関係にある。例えば、ローラ径D=0.1mの場合、上記好ましい張力範囲の面圧pの範囲は20〜600Paとなる。“ミューズ”における錘は0.4Nの質量であり、直径0.03mであるため、面圧p=570Paとなり上記好ましい範囲と同様の値となる。Here, the static friction coefficient between the
In another method, the
図1において、フィルム1の張力は図1のモータ31のトルクによって付与しても良いし、特に微多孔プラスチックフィルムのように破れやすく潰れやすいフィルムを搬送する場合には、押込圧により張力を付与して低張力でも制御できるダンサーローラを用いても良い。この場合、モータ31やモータ32は速度や回転数制御とするのが好ましい。
In FIG. 1, the tension of the
張力値としては、適宜必要な値を選択すれば本発明の効果を得ることができるが、破れや潰れを回避しやすくするという観点から、好ましくは一般的な樹脂フィルムに比べ低く設定するとより効果的である。例えば、1N/m〜30N/mとするのが良い。 As the tension value, the effect of the present invention can be obtained if a necessary value is selected as appropriate, but from the viewpoint of easily avoiding tearing and crushing, it is more effective if it is preferably set lower than a general resin film. Is. For example, it is good to set it as 1 N / m-30 N / m.
更に好ましくは張力を5N/m〜20N/mの範囲とすることで、機械の張力制御を適切な精度で実施しながら、破れやしわの発生をより防止しやすくなる。 More preferably, by setting the tension in the range of 5 N / m to 20 N / m, it becomes easier to prevent the occurrence of tears and wrinkles while performing the tension control of the machine with appropriate accuracy.
ここで、搬送ローラ群2の間での破れの原因は主に、わずかながら生じている搬送ローラ間の速度差に起因する。これは複数のモータなどにより駆動する場合には、速度制御誤差はゼロではなく、また図1の例では搬送ローラ群2を駆動する駆動調整手段4とプーリーの滑りや、プーリ−の外径誤差によっても速度差が生じることとなる。このような場合に、微多孔プラスチックフィルムは前述した微多孔の存在により、速度差による応力が孔に集中し破れやすい。
Here, the cause of the tear between the
速度差によって破れが発生するメカニズムを説明すると、滑りがゼロである場合、例えば図1の搬送ローラ21の回転周速をV2、搬送ローラ23の回転周速をV1とし、V2>V1であるとすると、微多孔プラスチックフィルム1が速度差によって引っ張られたときの歪εはおおよそ、数式3と考えて良い。この歪により発生する応力σ1は、微多孔プラスチックフィルム1の、長さ方向のヤング率をEとした場合に、フックの法則より数式4の通りとなる。
Explaining the mechanism by which tearing occurs due to the speed difference. When the slip is zero, for example, the rotational peripheral speed of the
一方、巻芯などにより、微多孔プラスチックフィルム1に付与される単位幅あたりの工程張力をTとすると、微多孔プラスチックフィルム1の厚みをtとした場合、応力σ2は数式5となる。
On the other hand, when the process tension per unit width applied to the
破れは微多孔プラスチックフィルム1の破断応力σbとした場合、数式6の不等式を満たした場合に発生する。ここでσbは引張試験器などで微多孔プラスチックフィルム1の破断試験を行うことで知ることができるが、特に微多孔を持つフィルムの場合、製造工程中の刃物による連続裁断部によりフィルム1の端部にスクラッチが入り、裁断部が更なる応力集中を起こして前記引張試験で得られた破断応力よりも小さい値で破れが発生することが多い。従って、本願発明者はσ1を極力小さい値とすることで、破れを防止することを見いだした。搬送ローラ群2の前記フィルムと接触する部分と前記フィルムとの静摩擦係数を小さくすることで、速度差により生じる歪εを防止し、応力がσbを超えないようにする。これにより、破れを防止することに成功した。
The tear occurs when the inequality of
以上の微多孔プラスチックフィルムの製造を用いて、2次電池セパレータ用微多孔プラスチックフィルムロールを製造した結果を説明する。 The result of manufacturing a microporous plastic film roll for a secondary battery separator using the above microporous plastic film manufacturing will be described.
[実施例1]
ポリプロピレンの結晶構造を制御し、2軸延伸工程にて図4のような貫通孔を形成したポリプロピレン微多孔プラスチックフィルム1を、図1のような搬送ローラ2で搬送し、巻芯6上に連続的に巻き取って微多孔プラスチックフィルムロール12を製造した。該ポリプロピレン微多孔フィルムのガーレ透気抵抗度は500秒/100mlであり、空孔率は70%、平均孔径は100nm、クッション率は17%となっている。フィルム1の幅は600mm、厚みは60μmである。厚みは投受光式レーザセンサにより測定し、測定した厚みに基づき、数式6により空孔率を求めた。[Example 1]
A polypropylene
ここで、透気性能はJISP8117(2001)に基づき、ガーレ透気抵抗度(秒/100ml)で代表することができる。ガーレ透気抵抗度は100mlの空気を一定圧力で押した場合の微多孔膜の通過時間のことであり、透気性が高いほど空気が抜ける時間がガーレ透気抵抗度の値が小さくなる。 Here, the air permeation performance can be represented by the Gurley air permeation resistance (second / 100 ml) based on JISP8117 (2001). The Gurley air resistance is the passage time of the microporous membrane when 100 ml of air is pressed at a constant pressure. The higher the air permeability, the smaller the time for the air to escape, the smaller the value of the Gurley air resistance.
ここで微多孔プラスチックフィルム1の平均孔径はいかなる方法で測定しても良いが、以下の測定器および条件で測定することができる。
Here, the average pore diameter of the
測定器:POROUS MATERIALS,Inc製自動細孔径分布測定器
“PERM−POROMETER”
試験液:3M製“フロリナート”FC−40
試験温度:25℃
試験ガス:空気
解析ソフト:Capwin
測定条件:Capllary Flow Porometry−Wet up,Dry downのdefault条件による自動測定
換算式:d=Cγ/P×10^3
d:細孔直径(nm)、C:定数、γ:フロリナートの表面張力(16mN/m)、P:圧力(Pa)
図1のように、巻取直前の搬送ローラ21と搬送ローラ23、搬送ローラ24はベルトによりモータ32により駆動され、一定速度となるよう制御される。ここでは搬送ローラ22は張力を測定するために軸受に荷重測定器が設置される。張力の合力方向がローラの摩擦力によって変化しないように、搬送ローラ22はモータ32によっては駆動されず、フィルム1に従動する。Measuring instrument: POROUS MATERIALS, Inc. automatic pore size distribution measuring instrument
“PERM-POROMETER”
Test solution: 3M “Fluorinert” FC-40
Test temperature: 25 ° C
Test gas: Air Analysis software: Capwin
Measurement conditions: Capillary Flow Porometry-Wet up, Automatic measurement based on Dry down default conditions Conversion formula: d = Cγ / P × 10 ^ 3
d: pore diameter (nm), C: constant, γ: surface tension of fluorinate (16 mN / m), P: pressure (Pa)
As shown in FIG. 1, the conveying
巻芯6は巻取軸により回転支持され、モータ31によって一定張力となるように駆動される。本実施例では搬送ローラ21〜搬送ローラ24の4本のフィルム1と接触する部分の静摩擦係数が0.7以下となるように、これら搬送ローラ21,搬送ローラ22,搬送ローラ23、搬送ローラ24表面にフッ素樹脂であるテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体(PFA)と金属の複合素材を図2のような形で形成した。このときの該ローラ表面の表面粗さは、株式会社ミツトヨ製接触式表面粗さ測定器にて、触針材質ダイヤモンド、触針先端半径2μm、測定力0.75mNのもと、日本工業規格 JISB0601(2001)に基づき、十点平均粗さRzJISを求めた。
The winding
この結果、前記新東科学製ミューズにて測定した前記フィルム1との静摩擦係数は0.55であった。このときの接触子の面圧pは約570Paである。
As a result, the coefficient of static friction with the
微多孔プラスチックフィルムロール1の製造条件としては、搬送速度は10m/分、張力20N/mで、巻長1000mごとにフィルムロールを自動巻替器により取り出した。
The production conditions of the microporous
上記組み合わせ条件を表1にまとめた。 The above combination conditions are summarized in Table 1.
[実施例2]
フィルム1の厚みを20μmとしたものを実施例1と同じ条件で巻き取り、微多孔プラスチックフィルムロール12を製造した。本フィルムの空孔率は実施例と変わらず、ガーレ透気抵抗度は厚みが薄くなったため100秒/100mlとなった。[Example 2]
A film having a thickness of 20 μm was wound up under the same conditions as in Example 1 to produce a microporous
[実施例3]
実施例2に対して、搬送ローラ21〜搬送ローラ24の4本のフィルム1と接触する部分の摩擦係数が0.5以下となるように、これらローラ表面にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)と金属の複合膜を図2のような形で形成した。該ローラ表面の表面粗さは、実施例1と同じ条件で十点平均粗さを測定した。[Example 3]
In contrast to Example 2, polytetrafluoroethylene (PTFE) and metal are formed on the surfaces of these rollers so that the friction coefficient of the portions in contact with the four
[実施例4]
実施例3に対して、ガーレ透気抵抗度400秒/100ml、空孔率を40%としたフィルム1を巻き取り、微多孔プラスチックフィルムロール12を製造した。[Example 4]
In contrast to Example 3, the
[実施例5]
実施例3に対して、搬送ローラ21〜搬送ローラ24の4本のフィルム1と接触する部分のローラの摩擦係数が0.5以下を満たす表面粗さが小さいものを適用して、微多孔プラスチックフィルムロール12を製造した。[Example 5]
A microporous plastic having a small surface roughness satisfying a friction coefficient of 0.5 or less is applied to the rollers of the
[実施例6]
実施例3に対して、ガーレ透気抵抗度900秒/100ml、空孔率30%としたフィルム1を巻き取り、微多孔プラスチックフィルムロール12を製造した。[Example 6]
The
[比較例1]
実施例2、3と同じガーレ透気抵抗度100秒/100ml、空孔率70%、厚み20μmのフィルム1を、搬送ローラ21〜搬送ローラ24の4本のフィルム1と接触する部分が表面粗さがRzJIS=0.1μmの硬質クロム鍍金(Hcr)で搬送し、巻き取ることで微多孔プラスチックフィルム12を製造した。[Comparative Example 1]
The same Gurley permeability resistance as in Examples 2 and 3 is 100 sec / 100 ml, the porosity is 70%, and the thickness of 20 μm is the surface roughness of the part where the four
[比較例2]
実施例2、3と同じガーレ透気抵抗度100秒/100ml、空孔率70%、厚み20μmのフィルム1を、搬送ローラ21〜搬送ローラ24の4本のフィルム1と接触する部分が表面粗さがRzJIS=3μmのダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングした状態で搬送し、巻き取ることで微多孔プラスチックフィルム12を製造した。[Comparative Example 2]
The same Gurley permeability resistance as in Examples 2 and 3 is 100 sec / 100 ml, the porosity is 70%, and the thickness of 20 μm is the surface roughness of the part where the four
[比較例3]
実施例3と同じ搬送ローラで、空孔率0%、つまり2次電池用セパレータとして有効な貫通微多孔の空いていないフィルム1を搬送し、巻き取ることで2軸延伸ポリプロピレンフィルムロールを製造した。[Comparative Example 3]
A biaxially stretched polypropylene film roll was manufactured by transporting and winding the
[比較例4]
実施例2と同じガーレ透気抵抗度100秒/100ml、空孔率70%、厚み20μmのフィルム1を、搬送ローラ21〜搬送ローラ24の4本のフィルム1と接触する部分が表面粗さがRzJIS=0.1μmのTFEと金属の複合膜とした状態で搬送し、巻き取ることで微多孔プラスチックフィルム12を製造した。[Comparative Example 4]
The surface roughness of the
表1に実施例および比較例にて2次セパレータ用微多孔プラスチックフィルムロール1を製造した結果を示す。
Table 1 shows the results of manufacturing the microporous
ここで“しわ”の判定方法としては、搬送部分で生じたしわがフィルムロール1にまでおよび、巻き上がったロールとしてしわが観察できたものを“×”、搬送部ではしわが確認できたが、巻き上がったロールとしては観察できなかったものを“△”、それ以外を“○”と判定した。
Here, as a determination method of “wrinkle”, the wrinkle generated in the conveyance part reaches the
“破れ”の判定方法については、巻き長1000m以内で搬送中に破れが発生した場合には“×”、90000m以内で搬送中に一度でも破れが発生した場合は“△”、それ以外を“○”と判定した。 Regarding the method of determining “break”, “X” is indicated when a break occurs during conveyance within a winding length of 1000 m, “△” is indicated when break occurs even during conveyance within 90,000 m, and “ “Yes”.
2次電池用セパレータの性能としては前記ガーレ透気抵抗度を用いる。2次電池用セパレータとしては、絶縁破壊を伴わないような微小な貫通孔によって、できるだけイオンを抵抗なく透過させることが好ましい。性能としてはガーレ透気抵抗度が高い方が好ましい。そこで、ガーレ透気抵抗度が1000秒/100ml以上を“×”、200〜1000秒/100mlを“△”、10〜200秒/100ml以下を“○”とした。 The Gurley gas resistance is used as the performance of the secondary battery separator. As a separator for a secondary battery, it is preferable to allow ions to pass through as little as possible through a minute through hole that does not cause dielectric breakdown. As performance, it is preferable that the Gurley air resistance is higher. Therefore, the Gurley gas permeability resistance was set to “X” when the gas resistance was 1000 sec / 100 ml or more, “Δ” when 200 to 1000 sec / 100 ml, and “◯” when 10 to 200 sec / 100 ml or less.
表1の通り、実施例1では搬送ローラ2の微多孔プラスチックフィルム1と接触する部分にPFA複合素材を用いて、前記フィルム1との摩擦係数を0.6以下とすることで、2次電池用セパレータとして必要な空孔率、ガーレ透気抵抗度を実現しながら、しわを完全に防止し、破れの頻度を非常に少ない状態で微多孔プラスチックフィルムロールを製造することができた。
As shown in Table 1, in Example 1, a secondary battery is obtained by using a PFA composite material for a portion of the
実施例2ではフィルム厚みが減少した分、透気性能が向上する反面、破れやしわのリスクが増大するが、実施例1と同様PFA複合膜により、静摩擦係数を0.6以下とすることで、しわと破れを最小限にとどめることができた。 In Example 2, the air permeability improves as the film thickness decreases, but the risk of tearing and wrinkles increases. However, by using the PFA composite film as in Example 1, the static friction coefficient is set to 0.6 or less. , Minimizing wrinkles and tears.
実施例3では、実施例2と同様の薄くて空孔率の高い扱いの難しいフィルムを、PTFE複合膜により更に静摩擦係数を0.6以下とすることで、しわおよび破れを防止することができた。 In Example 3, wrinkles and tears can be prevented by reducing the static friction coefficient to 0.6 or less with a PTFE composite film, which is the same thin film as in Example 2 and difficult to handle. It was.
実施例4では、空孔率が減少したことで透気性能は若干劣るものの、実施例3と同じPTFE複合膜によっても摩擦係数が更に下がることで、しわや破れは同じように良好な結果となった。 In Example 4, although the air permeability performance is slightly inferior due to the decrease in the porosity, the friction coefficient is further lowered by the same PTFE composite film as in Example 3, so that wrinkles and tears are equally good results. became.
実施例5では複合膜の粗さが実施例1〜4までによりも小さくなったため静摩擦係数は若干上昇し、しわが観察されたが、PTFEにより静摩擦係数が0.6以下を実現できており、巻き上がったフィルムからはしわは観察されず良好であった。 In Example 5, since the roughness of the composite film was smaller than in Examples 1 to 4, the static friction coefficient slightly increased and wrinkles were observed, but PTFE was able to realize a static friction coefficient of 0.6 or less, Wrinkles were not observed from the rolled up film, which was good.
実施例6では、フィルムの透気性能が下がり(ガーレ透気抵抗度が大きくなり)クッション率も低いことから、静摩擦係数は最も低く、実施例4などと同等の複合膜では通常のフィルム並の良好な搬送性を示した。 In Example 6, since the air permeability performance of the film is lowered (Gurley air resistance is increased) and the cushion rate is also low, the coefficient of static friction is the lowest, and the composite film equivalent to Example 4 and the like is equivalent to a normal film. Good transportability was shown.
一方、比較例1では、搬送ローラ表面が粗さの小さいHcr鍍金であり、微多孔プラスチックフィルムの透気性とクッション性により接触面積が大きく摩擦の大きい状態であり、静摩擦係数が0.6を大きく上回った。この結果、巻き上がったフィルムロールにはセパレータ性能を劣化させるしわが観察され、かつ高い頻度で破れが発生し、生産性の低い状態となった。 On the other hand, in Comparative Example 1, the surface of the conveying roller is Hcr plated with a small roughness, the contact area is large and the friction is large due to the air permeability and cushioning property of the microporous plastic film, and the coefficient of static friction is increased to 0.6. Exceeded. As a result, wrinkles that deteriorate the separator performance were observed in the rolled up film roll, and tearing occurred frequently, resulting in a low productivity state.
比較例2では、搬送ローラ表面にDLCをコーティングすることで比較例1よりも摩擦係数が改善したが、依然として静摩擦係数が0.6を上回っており、搬送ローラ間の速度差を吸収できず、破れを回避することができなかった。 In Comparative Example 2, the friction coefficient was improved compared to Comparative Example 1 by coating DLC on the surface of the transport roller, but the static friction coefficient was still higher than 0.6, and the speed difference between the transport rollers could not be absorbed. I couldn't avoid the tears.
比較例3では、セパレータとして有効な微多孔が存在しない透明ポリプロピレンフィルムであり、微多孔ゆえに発生する前述した搬送上の問題は皆無であるが、バッテリセパレータとしての透気性能を発現しないことが分かる。 In Comparative Example 3, it is a transparent polypropylene film that does not have micropores that are effective as separators, and there are no problems with the above-described transport caused by microporosity, but it does not show air permeability as a battery separator. .
比較例4では、搬送ローラ表面をPTFEの複合素材としたが、粗さが平滑すぎるため、所望の摩擦係数まで低減できず、搬送ローラ間の速度差を吸収できず、破れを回避することができなかった。 In Comparative Example 4, the surface of the transport roller is made of a PTFE composite material. However, since the roughness is too smooth, the desired friction coefficient cannot be reduced, the speed difference between the transport rollers cannot be absorbed, and tearing can be avoided. could not.
このように、本発明によれば、2次電池用セパレータに好適な透気性能を持つ微多孔プラスチックフィルムロールを、しわ破れや破れなく搬送し、巻き取ることで製造することができる。 Thus, according to the present invention, a microporous plastic film roll having air permeability suitable for a secondary battery separator can be produced by being transported and wound without wrinkle tearing or tearing.
本発明は、2次電池用セパレータに限らず、キャパシタ用セパレータやその他分離膜、濾過膜、光学反射基材、印刷膜など微多孔プラスチックフィルムを用いることができる分野に広く応用することができるが、その応用範囲がこれらに限られるものではない。 The present invention is not limited to secondary battery separators, but can be widely applied to fields where microporous plastic films such as capacitor separators and other separation membranes, filtration membranes, optical reflective substrates, and printed membranes can be used. The application range is not limited to these.
1 微多孔プラスチックフィルム
12 微多孔プラスチックフィルムロール
2 搬送ローラ群
21 搬送ローラA
22 搬送ローラB
23 搬送ローラC
2A 搬送ローラ母材
3 駆動源
4 駆動伝達手段
5 プーリー
6 巻芯
7 金属鍍金層
8 フッ素樹脂層
9 複合材質
10 リチウムイオン2次電池の分解模式図
11 ケース
13 電極タブ
14 正極
15 負極
16 微多孔プラスチックフィルムからなるセパレータ
17 貫通孔
18 フィブリル
19 しわ伸ばし手段
30 錘
31 バネ測り
A 搬送方向
W 錘の重量DESCRIPTION OF
22 Transport roller B
23 Transport roller C
2A Transport roller base material 3 Drive source 4 Drive transmission means 5
A Transport direction W Weight of weight
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