JP2006137789A - Polyolefinic microporous membrane, separator for battery and non-aqueous electrolyte battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリオレフィン系微多孔膜、該微多孔膜からなる電池用セパレータ及び該セパレータを用いた非水電解液電池に関し、特に不燃性のポリオレフィン系微多孔膜に関するものである。 The present invention relates to a polyolefin microporous membrane, a battery separator comprising the microporous membrane, and a non-aqueous electrolyte battery using the separator, and more particularly to a nonflammable polyolefin microporous membrane.
現在、各種電池の正極と負極との間に正負極間の短絡を防止するために設けられるセパレータには、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンを多孔質化したフィルムが用いられている。該セパレータには、電池の充放電中にイオンを通過させるための多数の穴が設けられており、通常の使用環境下ではイオンの通過を阻害することはない。 Currently, a porous film of polyolefin such as polyethylene or polypropylene is used as a separator provided to prevent a short circuit between positive and negative electrodes between positive and negative electrodes of various batteries. The separator is provided with a large number of holes for allowing ions to pass during charging and discharging of the battery, and does not hinder the passage of ions under a normal use environment.
一方、昨今、高電圧、高エネルギー密度を有する電源として、リチウム電池やリチウムイオン2次電池等の非水電解液電池が、広く用いられるようになってきており、例えば、カメラ、電子ウォッチや各種メモリーバックアップ用電源、ノート型パソコンや携帯電話等の駆動電源、電気自動車や燃料電池自動車の主電源若しくは補助電源として用いられている。 On the other hand, non-aqueous electrolyte batteries such as lithium batteries and lithium ion secondary batteries have recently been widely used as power supplies having high voltage and high energy density, such as cameras, electronic watches, It is used as a memory backup power source, a drive power source for notebook computers and mobile phones, and a main power source or auxiliary power source for electric vehicles and fuel cell vehicles.
上記非水電解液電池においては、負極のリチウムが水あるいはアルコール等の活性プロトンを有する化合物と激しく反応するため、該電池の電解液には、燃焼性の非プロトン性有機溶媒が用いられているが、該非プロトン性有機溶媒には発火・引火の危険性が高いという欠点がある。そのため、非水電解液電池用のセパレータは、万が一短絡等により異常電流が流れる等して、電池内の温度が上昇した際には、セパレータ自身が溶融してセパレータの穴が閉塞することで、正負極間のイオンの透過を阻止、即ち電流を遮断して、温度上昇をストップする機能(シャットダウン効果)を備え、電解液中の非プロトン性有機溶媒が発火・引火する危険性を低減している。 In the non-aqueous electrolyte battery, since lithium in the negative electrode reacts violently with a compound having active protons such as water or alcohol, a flammable aprotic organic solvent is used for the electrolyte of the battery. However, the aprotic organic solvent has a drawback of high risk of ignition and ignition. Therefore, the separator for the non-aqueous electrolyte battery has an abnormal current flowing due to a short circuit, etc., and when the temperature in the battery rises, the separator itself melts and the hole of the separator is closed, It has the function of blocking the passage of ions between the positive and negative electrodes, that is, blocking the current and stopping the temperature rise (shutdown effect), reducing the risk of ignition and ignition of aprotic organic solvents in the electrolyte. Yes.
上記のようなセパレータとして、特開平5−25305号公報(特許文献1)及び特開平5−94812号公報(特許文献2)には、特定の重量平均分子量及び分子量分布を有するポリオレフィン製の微多孔膜が開示されており、該微多孔膜は、機械的強度及び透過性能に優れ、また、比較的低温で、微多孔が閉塞してシャットダウン効果を発揮することができる。 As separators as described above, JP-A-5-25305 (Patent Document 1) and JP-A-5-94812 (Patent Document 2) disclose microporous polyolefin made of a specific weight-average molecular weight and molecular weight distribution. A membrane is disclosed, and the microporous membrane is excellent in mechanical strength and permeation performance, and at the relatively low temperature, the microporous can be blocked to exhibit a shutdown effect.
しかしながら、上記特開平5−25305号公報及び特開平5−94812号公報号に開示の微多孔膜からなるセパレータは、比較的低温で電流を遮断して、電池内の温度上昇をストップできるものの、該微多孔膜自体が可燃性であるため、電池が短絡等により異常に発熱した際に、セパレータ自体が燃焼する可能性があり、この場合、電池の温度上昇が促進され、電池が熱暴走する危険性がある。また、特に、電気自動車や燃料電池自動車の主電源若しくは補助電源として使用するために、大型化及び高エネルギー密度化が進められている非水電解液電池には、従来よりも高い安全性が要求されており、従来のポリオレフィン系のセパレータよりも、更に安全性の高いセパレータが求められている。 However, although the separator made of the microporous membrane disclosed in the above-mentioned JP-A-5-25305 and JP-A-5-94812 can cut off the current at a relatively low temperature and stop the temperature rise in the battery, Since the microporous membrane itself is flammable, the separator itself may burn when the battery abnormally generates heat due to a short circuit or the like. In this case, the temperature rise of the battery is promoted, and the battery is thermally runaway. There is a risk. In particular, non-aqueous electrolyte batteries, which are being increased in size and increased in energy density for use as a main power source or auxiliary power source for electric vehicles and fuel cell vehicles, require higher safety than before. Therefore, there is a demand for a separator with higher safety than conventional polyolefin separators.
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、シャットダウン特性を有する不燃性のセパレータ及び該セパレターに好適な微多孔膜を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる不燃性のセパレータを用いた安全性の高い非水電解液電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and provide a nonflammable separator having a shutdown characteristic and a microporous membrane suitable for the separator. Another object of the present invention is to provide a highly safe non-aqueous electrolyte battery using such a non-flammable separator.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、ポリオレフィン系の微多孔膜に、リンを含む不燃性付与物質を添加することで、微多孔膜自体を不燃性にすることができ、該不燃性微多孔膜を非水電解液電池のセパレータに用いることで、該電池の安全性を大幅に改善できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor can make the microporous membrane itself nonflammable by adding a nonflammability imparting substance containing phosphorus to the polyolefin microporous membrane. The present inventors have found that the safety of the battery can be greatly improved by using the nonflammable microporous membrane for a separator of a non-aqueous electrolyte battery, and the present invention has been completed.
即ち、本発明のポリオレフィン系微多孔膜は、厚さが0.5〜75μmで、空孔率が30〜85%で、透過性遮断温度が135℃未満であり、重量平均分子量が7×105以上の超高分子量ポリオレフィンと、低密度ポリオレフィンと、リンを含む不燃性付与物質とを含有することを特徴とする。ここで、透過性遮断温度とは、ガーレー値で示される透気度(JIS P8117に準拠し、0.879g/mm2圧で100mLの空気が膜を透過する秒数)が104sec/100mLを超える時の温度である。 That is, the polyolefin microporous membrane of the present invention has a thickness of 0.5 to 75 μm, a porosity of 30 to 85%, a permeability cutoff temperature of less than 135 ° C., and a weight average molecular weight of 7 × 10 5 or more. The ultrahigh molecular weight polyolefin, low density polyolefin, and nonflammability imparting substance containing phosphorus are included. Here, the permeability cutoff temperature is 10 4 sec / 100 mL of the air permeability indicated by the Gurley value (according to JIS P8117, the number of seconds in which 100 mL of air passes through the membrane at 0.879 g / mm 2 pressure). It is the temperature when exceeding.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜の好適例においては、前記不燃性付与物質がホスファゼン化合物である。 In a preferred example of the polyolefin microporous membrane of the present invention, the nonflammability imparting substance is a phosphazene compound.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜の他の好適例においては、前記不燃性付与物質がホスホネート化合物及びホスフィネート化合物からなる群から選択される少なくとも一種である。 In another preferred embodiment of the polyolefin microporous membrane of the present invention, the nonflammability imparting substance is at least one selected from the group consisting of phosphonate compounds and phosphinate compounds.
また、本発明のポリオレフィン系微多孔膜においては、前記不燃性付与物質が25℃で固体であることが好ましい。 In the polyolefin microporous membrane of the present invention, the nonflammability imparting substance is preferably solid at 25 ° C.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜の他の好適例においては、前記超高分子量ポリオレフィンが超高分子量ポリエチレンである。 In another preferred embodiment of the polyolefin microporous membrane of the present invention, the ultrahigh molecular weight polyolefin is ultrahigh molecular weight polyethylene.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜の他の好適例においては、前記低密度ポリオレフィンが低密度ポリエチレンである。 In another preferred embodiment of the polyolefin-based microporous membrane of the present invention, the low density polyolefin is low density polyethylene.
また、本発明の電池用セパレータは、上記ポリオレフィン系微多孔膜からなり、本発明の非水電解液電池は、該電池用セパレータと、正極と、負極と、非水電解液とを備えることを特徴とする。 The battery separator of the present invention comprises the above polyolefin-based microporous membrane, and the non-aqueous electrolyte battery of the present invention comprises the battery separator, a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. Features.
本発明によれば、リン含有不燃性付与物質を含む、不燃性のポリオレフィン系微多孔膜を提供することができる。また、該微多孔膜からなり、シャットダウン特性有する不燃性のセパレータ、並びに、該セパレターを備えた、安全性の高い非水電解液電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonflammable polyolefin microporous film containing a phosphorus containing nonflammability provision substance can be provided. Moreover, the non-flammable separator which consists of this microporous film and has a shutdown characteristic, and the highly safe nonaqueous electrolyte battery provided with this separator can be provided.
以下に、本発明を詳細に説明する。本発明のポリオレフィン系微多孔膜は、厚さが0.5〜75μmで、空孔率が30〜85%で、透過性遮断温度が135℃未満であり、重量平均分子量が7×105以上の超高分子量ポリオレフィンと、低密度ポリオレフィンと、リンを含む不燃性付与物質とを含有することを特徴とする。本発明のポリオレフィン系微多孔膜は、リン含有不燃性付与物質を含むため、不燃性であり、該微多孔膜からなるセパレータを電池に適用することで、該電池が短絡等により異常に発熱した際に、セパレータ自体が燃焼することがなく、電池の熱暴走を確実に防止することができる。 The present invention is described in detail below. The polyolefin microporous membrane of the present invention has a thickness of 0.5 to 75 μm, a porosity of 30 to 85%, a permeability cutoff temperature of less than 135 ° C., and a weight average molecular weight of more than 7 × 10 5 It contains high molecular weight polyolefin, low density polyolefin, and nonflammability imparting substance containing phosphorus. Since the polyolefin microporous membrane of the present invention contains a phosphorus-containing nonflammability imparting substance, it is nonflammable, and when the separator made of the microporous membrane is applied to a battery, the battery abnormally generates heat due to a short circuit or the like. At this time, the separator itself does not burn, and the thermal runaway of the battery can be reliably prevented.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜は、厚さが0.5〜75μmで且つ空孔率が30〜85%であることを要する。微多孔膜の厚さが0.5μm未満では、該微多孔膜を電池のセパレータに用いた場合、電池の短絡不良率が高くなり、一方、75μmを超えると、該微多孔膜を電池のセパレータに用いた場合、電池性能が悪化する。また、微多孔膜の空孔率が30%未満では、該微多孔膜からなるセパレータを電池に用いた場合、電解液の含浸性・含浸量が不十分で、電池の内部抵抗が上昇してしまい、一方、85%を超えると、微多孔膜の機械的強度が不十分で、電池のセパレータ等として使用できなくなる。なお、微多孔膜の平均孔径は、特に制限されるものでないが、0.02〜5μmの範囲が好ましく、0.05〜3μmの範囲が更に好ましい。 The polyolefin microporous membrane of the present invention is required to have a thickness of 0.5 to 75 μm and a porosity of 30 to 85%. When the thickness of the microporous membrane is less than 0.5 μm, the short-circuit failure rate of the battery increases when the microporous membrane is used as a battery separator. On the other hand, when the thickness exceeds 75 μm, the microporous membrane becomes a battery separator. When used, the battery performance deteriorates. In addition, when the porosity of the microporous membrane is less than 30%, when the separator made of the microporous membrane is used for a battery, the impregnation and amount of the electrolyte are insufficient, and the internal resistance of the battery increases. On the other hand, if it exceeds 85%, the mechanical strength of the microporous membrane is insufficient and it cannot be used as a battery separator or the like. The average pore diameter of the microporous membrane is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.02 to 5 μm, and more preferably in the range of 0.05 to 3 μm.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜は、透過性遮断温度、所謂、シャットダウン温度が135℃未満であることを要し、100〜130℃の範囲であることが好ましい。微多孔膜の透過性遮断温度が135℃以上では、該微多孔膜からなるセパレータを電池に用いた場合、短絡等の異常時における電池の安全性を十分に向上させることができない。 The polyolefin microporous membrane of the present invention requires a permeability cutoff temperature, so-called shutdown temperature, of less than 135 ° C., and is preferably in the range of 100 to 130 ° C. When the permeability cutoff temperature of the microporous membrane is 135 ° C. or higher, when a separator made of the microporous membrane is used for a battery, the safety of the battery in the event of an abnormality such as a short circuit cannot be sufficiently improved.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜に用いる超高分子量ポリオレフィンは、重量平均分子量(Mw)が7×105以上であることを要し、1×106〜1.5×107の範囲であることが好ましい。超高分子量ポリエチレンの重量平均分子量が7×105未満では、最大延伸倍率が低くなるため、電池用セパレータとして好適な微多孔膜を得ることができない。また、上記超高分子量ポリオレフィンは、特に限定されるものではないが、密度が0.93〜0.95g/cm3の範囲であることが好ましい。ここで、上記超高分子量ポリオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン等のオレフィンの単独重合体、共重合体及びこれらの混合物を用いることができ、超高分子量ポリエチレンが特に好ましい。本発明のポリオレフィン系微多孔膜中の上記超高分子量ポリオレフィンの含有率は、30〜65質量%の範囲が好ましい。微多孔膜中の超高分子量ポリオレフィンの含有率が30質量%未満では、延伸してもラメラ間の開裂が生じず、微多孔を十分に形成することが難くなり、一方、65質量%を超えると、微多孔膜の透過性遮断温度を135℃未満にすることが難しくなる。 The ultrahigh molecular weight polyolefin used for the polyolefin microporous membrane of the present invention requires a weight average molecular weight (Mw) of 7 × 10 5 or more, and may be in the range of 1 × 10 6 to 1.5 × 10 7. preferable. When the weight average molecular weight of the ultrahigh molecular weight polyethylene is less than 7 × 10 5 , the maximum draw ratio becomes low, and thus a microporous film suitable as a battery separator cannot be obtained. The ultrahigh molecular weight polyolefin is not particularly limited, but preferably has a density in the range of 0.93 to 0.95 g / cm 3 . Here, as the ultra-high molecular weight polyolefin, homopolymers, copolymers, and mixtures of olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene can be used. Ultra high molecular weight polyethylene is particularly preferred. The content of the ultrahigh molecular weight polyolefin in the polyolefin microporous membrane of the present invention is preferably in the range of 30 to 65% by mass. When the content of the ultrahigh molecular weight polyolefin in the microporous film is less than 30% by mass, the interlamellar cleavage does not occur even when stretched, and it becomes difficult to sufficiently form the microporous, whereas it exceeds 65% by mass. Then, it becomes difficult to make the permeability cutoff temperature of the microporous membrane less than 135 ° C.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜に用いる低密度ポリオレフィンは、密度が0.91g/cm3以上且つ0.93g/cm3未満の範囲であることが好ましい。なお、該低密度ポリオレフィンの重量分子量は特に限定されるものではなく、7×105未満であればよい。該低密度ポリオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン等のオレフィンの単独重合体、共重合体及びこれらの混合物を用いることができ、低密度ポリエチレン(LDPE)が特に好ましい。該低密度ポリエチレンとしては、高圧法で製造される分枝状ポリエチレンや、中低圧法で製造される直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)が挙げられる。本発明のポリオレフィン系微多孔膜中の上記低密度ポリオレフィンの含有率は、15〜67質量%の範囲が好ましい。微多孔膜中の低密度ポリオレフィンの含有率が15質量%未満では、微多孔膜の透過性遮断温度を135℃未満にすることが難しくなり、一方、67質量%を超えると、延伸してもラメラ間の開裂が生じず、微多孔を十分に形成することが難くなる。 Low density polyolefins for use in the polyolefin microporous membrane of the present invention is preferably a density in the range of less than 0.91 g / cm 3 or more and 0.93 g / cm 3. The weight molecular weight of the low density polyolefin is not particularly limited and may be less than 7 × 10 5 . As the low-density polyolefin, homopolymers and copolymers of olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene, and mixtures thereof can be used. (LDPE) is particularly preferred. Examples of the low-density polyethylene include branched polyethylene produced by a high-pressure method and linear low-density polyethylene (LLDPE) produced by a medium-low pressure method. The content of the low density polyolefin in the polyolefin microporous membrane of the present invention is preferably in the range of 15 to 67% by mass. If the content of the low density polyolefin in the microporous membrane is less than 15% by mass, it becomes difficult to make the permeability cutoff temperature of the microporous membrane less than 135 ° C. Cleavage between lamellae does not occur, and it becomes difficult to sufficiently form micropores.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜に用いる不燃性付与物質は、リンを含むことを要し、25℃(室温)で固体であることが好ましい。また、上記不燃性付与物質として、具体的には、ホスファゼン化合物、ホスホネート化合物及びホスフィネート化合物が好ましく、これらリン含有化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これら分子中にリンを含む化合物は、微多孔膜が燃焼する際にリン酸エステル類を発生し、該リン酸エステル類の作用によって微多孔膜を不燃性にする。また、リンには、微多孔膜の原料であるポリオレフィンの連鎖分解を抑制する作用があるため、効果的に微多孔膜の燃焼の危険性を低減することができる。 The nonflammability imparting substance used for the polyolefin microporous membrane of the present invention needs to contain phosphorus and is preferably solid at 25 ° C. (room temperature). Moreover, specifically as a said nonflammability provision substance, a phosphazene compound, a phosphonate compound, and a phosphinate compound are preferable, and these phosphorus containing compounds may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Good. These compounds containing phosphorus in the molecule generate phosphate esters when the microporous membrane burns, and make the microporous membrane incombustible by the action of the phosphate esters. Moreover, since phosphorus has the effect | action which suppresses the chain decomposition of polyolefin which is a raw material of a microporous film, the danger of the combustion of a microporous film can be reduced effectively.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜中の上記不燃性付与物質の含有率は、3〜17質量%の範囲が好ましい。不燃性付与物質の含有率が3質量%未満では、ポリオレフィンの燃焼の危険性を低減する効果が小さく、17質量%を超えると、微多孔膜の機械的強度が低下し、電池用セパレータとして使用することが難しくなる。 The content of the nonflammability-imparting substance in the polyolefin microporous membrane of the present invention is preferably in the range of 3 to 17% by mass. If the content of the nonflammability imparting substance is less than 3% by mass, the effect of reducing the risk of polyolefin combustion is small, and if it exceeds 17% by mass, the mechanical strength of the microporous membrane decreases and it is used as a battery separator. It becomes difficult to do.
上記ホスファゼン化合物としては、下記式(I):
[式中、R1は、それぞれ独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;Y1は、それぞれ独立して2価の連結基、2価の元素又は単結合を表し;Xは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基を表す]で表される鎖状ホスファゼン化合物、及び下記式(II):
(NPR2 2)n ・・・ (II)
[式中、R2はそれぞれ独立して一価の置換基又はハロゲン元素を表し;nは3〜15を表す]で表される環状ホスファゼン化合物が好適に挙げられる。これらホスファゼン化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リンに加え、窒素を含むホスファゼン化合物を不燃性付与物質として微多孔膜に含ませることで、万が一の燃焼時に誘導される窒素ガスの作用によって、微多孔膜の不燃性を更に向上させることができる。
As the phosphazene compound, the following formula (I):
[Wherein, R 1 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; Y 1 each independently represents a divalent linking group, a divalent element or a single bond; Chain representing a substituent containing at least one element selected from the group consisting of carbon, silicon, germanium, tin, nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium, tellurium and polonium] Phosphazene compound and the following formula (II):
(NPR 2 2 ) n ... (II)
Preferable examples include cyclic phosphazene compounds represented by the formula: wherein R 2 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; n represents 3 to 15. These phosphazene compounds may be used alone or in combination of two or more. By adding a phosphazene compound containing nitrogen as a nonflammability imparting substance to the microporous membrane in addition to phosphorus, the nonflammability of the microporous membrane can be further improved by the action of nitrogen gas induced in the unlikely event of combustion. .
式(I)のR1は、一価の置換基又はハロゲン元素である限り特に制限はなく、各R1は、同一でも、異なってもよい。ここで、一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が挙げられ、これらの中でも、アルコキシ基が好ましい。一方、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられる。上記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等や、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられ、これらの中でも、メトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基及びメトキシエトキシエトキシ基が好ましく、メトキシ基及びエトキシ基が更に好ましい。また、上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、上記アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基等が挙げられ、上記アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。これら一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されているのが好ましく、該ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素が好適であり、フッ素が最も好ましく、次いで塩素が好ましい。 R 1 in formula (I) is not particularly limited as long as it is a monovalent substituent or a halogen element, and each R 1 may be the same or different. Here, examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, and an aryl group, and among these, an alkoxy group is preferable. On the other hand, preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. Examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, and alkoxy-substituted alkoxy groups such as methoxyethoxy group and methoxyethoxyethoxy group. Among these, methoxy group, ethoxy group, methoxy group, etc. An ethoxy group and a methoxyethoxyethoxy group are preferable, and a methoxy group and an ethoxy group are more preferable. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Examples of the acyl group include a formyl group, an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, an isobutyryl group, and a valeryl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, and a naphthyl group. The hydrogen element in these monovalent substituents is preferably substituted with a halogen element. As the halogen element, fluorine, chlorine and bromine are preferred, fluorine is most preferred, and chlorine is then preferred.
式(I)のY1は、2価の連結基、2価の元素又は単結合である限り特に制限はなく、各Y1は、同一でも、異なってもよい。ここで、2価の連結基としては、CH2基の他、酸素、硫黄、セレン、窒素、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト、ニッケルからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の連結基が挙げられ、微多孔膜の発火・引火の危険性を効果的に低減する観点から、硫黄及び/又はセレンの元素を含む2価の連結基が好ましい。また、上記2価の元素としては、酸素、硫黄、セレン等が挙げられる。 Y 1 in formula (I) is not particularly limited as long as it is a divalent linking group, a divalent element, or a single bond, and each Y 1 may be the same or different. Here, as the divalent linking group, in addition to the CH 2 group, oxygen, sulfur, selenium, nitrogen, boron, aluminum, scandium, gallium, yttrium, indium, lanthanum, thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium Divalent containing at least one element selected from the group consisting of zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, polonium, tungsten, iron, cobalt, nickel From the viewpoint of effectively reducing the risk of ignition / flammability of the microporous membrane, a divalent linking group containing sulfur and / or selenium elements is preferable. Examples of the divalent element include oxygen, sulfur, and selenium.
式(I)のXは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、硫黄、セレン、テルル及びポロニウムからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基である限り特に制限はない。有害性、環境等への配慮の観点から、式(I)のXとしては、炭素、ケイ素、窒素、リン、酸素及び硫黄からなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基が好ましく、下記式(III)、式(IV)又は式(V):
[式(III)、式(IV)及び式(V)中、R3、R4及びR5は、それぞれ独立に一価の置換基又はハロゲン元素を表し;Y3、Y4及びY5は、それぞれ独立に2価の連結基、2価の元素又は単結合を表し;Zは2価の基又は2価の元素を表す]で表される置換基が更に好ましい。
X in formula (I) is a substituent containing at least one element selected from the group consisting of carbon, silicon, germanium, tin, nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium, tellurium and polonium. As long as it is, there is no particular limitation. From the viewpoint of consideration for toxicity, environment, etc., X in formula (I) is preferably a substituent containing at least one element selected from the group consisting of carbon, silicon, nitrogen, phosphorus, oxygen and sulfur, The following formula (III), formula (IV) or formula (V):
[In Formula (III), Formula (IV) and Formula (V), R 3 , R 4 and R 5 each independently represents a monovalent substituent or a halogen element; Y 3 , Y 4 and Y 5 are And each independently represents a divalent linking group, a divalent element or a single bond; and Z represents a divalent group or a divalent element].
式(III)のR3、式(IV)のR4及び式(V)のR5としては、式(I)のR1で述べたのと同様の一価の置換基又はハロゲン元素がいずれも好適に挙げられる。また、式(III)の2つのR3、並びに式(V)の2つのR5は、それぞれ同一でも、異なってもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。 R 3 of formula (III), R 5 of formula (IV) R 4 and formula (V), substituent or a halogen element similar monovalent to that described in R 1 of formula (I) is either Are also preferred. Further, two R 3 s in the formula (III) and two R 5 s in the formula (V) may be the same or different, and may be bonded to each other to form a ring.
式(III)のY3、式(IV)のY4及び式(V)のY5としては、式(I)のY1で述べたのと同様の2価の連結基又は2価の元素がいずれも好適に挙げられる。同様に、硫黄及び/又はセレンの元素を含む2価の連結基の場合には、微多孔膜の発火・引火の危険性が大きく低減するため特に好ましい。また、式(III)の2つのY3、並びに式(V)の2つのY5は、それぞれ同一でも、異なってもよい。 Y 3 of the formula (III), Y 4 and Y 5 of formula (V) of the formula (IV), the divalent linking group or bivalent element similar to that described by Y 1 in the formula (I) Are preferably mentioned. Similarly, in the case of a divalent linking group containing sulfur and / or selenium elements, the risk of ignition / flammability of the microporous membrane is greatly reduced, which is particularly preferable. Further, two Y 3 in the formula (III) and two Y 5 in the formula (V) may be the same or different.
式(III)のZは、2価の基又は2価の元素である限り特に制限はない。ここで、2価の基としては、CH2基、CHR基(ここで、Rは、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基等を表す)、NR基の他、酸素、硫黄、セレン、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト、ニッケルからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の基等が挙げられ;2価の元素としては、酸素、硫黄、セレン等が挙げられる。これらの中でも、式(III)のZとしては、CH2基、CHR基、NR基の他、酸素、硫黄、セレンからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む2価の基が好ましい。特に、硫黄及び/又はセレンの元素を含む2価の基の場合には、微多孔膜の発火・引火の危険性が大幅に低減するため好ましい。 Z in the formula (III) is not particularly limited as long as it is a divalent group or a divalent element. Here, as the divalent group, CH 2 group, CHR group (where R represents an alkyl group, alkoxy group, phenyl group, etc.), NR group, oxygen, sulfur, selenium, boron, aluminum , Scandium, gallium, yttrium, indium, lanthanum, thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium, zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, polonium, tungsten , A divalent group containing at least one element selected from the group consisting of iron, cobalt, and nickel; and examples of the divalent element include oxygen, sulfur, and selenium. Among these, Z in the formula (III) is preferably a divalent group containing at least one element selected from the group consisting of oxygen, sulfur and selenium in addition to the CH 2 group, CHR group and NR group. In particular, a divalent group containing an element of sulfur and / or selenium is preferable because the risk of ignition / flammability of the microporous film is greatly reduced.
これら置換基としては、特に効果的に発火・引火の危険性を低減し得る点で、式(III)で表されるようなリンを含む置換基が特に好ましい。 As these substituents, a substituent containing phosphorus as represented by the formula (III) is particularly preferable in that the risk of ignition / flammability can be particularly effectively reduced.
式(II)のR2は、一価の置換基又はハロゲン元素である限り特に制限はない。ここで、一価の置換基としては、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基、置換又は非置換アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基等が挙げられ、これらの中でも、アルコキシ基及びアリールオキシ基が好ましい。一方、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられ、これらの中でも、フッ素が特に好ましい。上記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等や、二重結合を含むアリルオキシ基等や、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられ、上記アリールオキシ基としては、フェノキシ基、メチルフェノキシ基、メトキシフェノキシ基等が挙げられ、上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、上記アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられ、上記置換又は非置換アミノ基としては、アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、アジリジル基、ピロリジル基等が挙げられ、上記アルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基等が挙げられ、上記アリールチオ基としては、フェニルチオ基等が挙げられる。これら一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されていることが好ましく、ハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が好適に挙げられ、フッ素原子で置換された置換基としては、トリフルオロエトキシ基等が挙げられる。なお、式(II)の各R2は、互いに結合して環を形成していてもよい。 R 2 in formula (II) is not particularly limited as long as it is a monovalent substituent or a halogen element. Here, examples of the monovalent substituent include an alkoxy group, an aryloxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, an aryl group, a substituted or unsubstituted amino group, an alkylthio group, and an arylthio group. Among these, An alkoxy group and an aryloxy group are preferable. On the other hand, preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like, and among these, fluorine is particularly preferred. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, an allyloxy group containing a double bond, an alkoxy-substituted alkoxy group such as a methoxyethoxy group and a methoxyethoxyethoxy group, and the like. Examples of the aryloxy group include a phenoxy group, a methylphenoxy group, and a methoxyphenoxy group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Includes a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, and the substituted or unsubstituted amino group includes an amino group, a methylamino group, a dimethylamino group, an ethylamino group, a diethylamino group, an aziridyl group, and a pyrrolidyl group. Examples of the alkylthio group include methylthio group, ethylthio group Include groups such as the above-described arylthio group, a phenylthio group, and the like. The hydrogen element in these monovalent substituents is preferably substituted with a halogen element, and preferred examples of the halogen element include fluorine, chlorine, bromine and the like. And a trifluoroethoxy group. In addition, each R 2 in the formula (II) may be bonded to each other to form a ring.
また、上記ホスホネート化合物としては、下記式(VI):
[式中、R6aは、それぞれ独立して一価の置換基を示し;R6bは、一価の置換基又はハロゲン元素を示す]で表される化合物が好ましく、上記ホスフィネート化合物としては、下記式(VII):
[式中、R7aは、一価の置換基を示し;R7bは、それぞれ独立して一価の置換基又はハロゲン元素を示す]で表される化合物が好ましい。これらホスホネート化合物及びホスフィネート化合物は、1種単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよく、ホスホネート化合物とホスフィネート化合物とを組み合わせて用いてもよい。
Examples of the phosphonate compound include the following formula (VI):
[Wherein R 6a independently represents a monovalent substituent; R 6b represents a monovalent substituent or a halogen element] is preferable, and examples of the phosphinate compound include the following: Formula (VII):
[Wherein, R 7a represents a monovalent substituent; R 7b independently represents a monovalent substituent or a halogen element] is preferable. These phosphonate compounds and phosphinate compounds may be used singly or in combination of two or more, or a phosphonate compound and a phosphinate compound may be used in combination.
上記式(VI)のR6a及びR6b並びに式(VII)のR7a及びR7bにおける一価の置換基としては、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキル基、アリール基、アシル基、置換又は非置換アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基等が挙げられ、これらの中でも、不燃性に優れる点で、アルコキシ基及びアリールオキシ基が好ましい。上記アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等や、二重結合を含むアリルオキシ基等や、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられ、上記アリールオキシ基としては、フェノキシ基、メチルフェノキシ基、メトキシフェノキシ基等が挙げられ、上記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、上記アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられ、上記置換又は非置換アミノ基としては、アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、アジリジル基、ピロリジル基等が挙げられ、上記アルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基等が挙げられ、上記アリールチオ基としては、フェニルチオ基等が挙げられる。これら一価の置換基中の水素元素は、ハロゲン元素で置換されていてもよく、フッ素で置換されていることが好ましい。 Examples of the monovalent substituent in R 6a and R 6b in the above formula (VI) and R 7a and R 7b in the formula (VII) include an alkoxy group, an aryloxy group, an alkyl group, an aryl group, an acyl group, a substituted or non-substituted group. Examples thereof include a substituted amino group, an alkylthio group, and an arylthio group. Among these, an alkoxy group and an aryloxy group are preferable in terms of excellent nonflammability. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, an allyloxy group containing a double bond, an alkoxy-substituted alkoxy group such as a methoxyethoxy group and a methoxyethoxyethoxy group, and the like. Examples of the aryloxy group include a phenoxy group, a methylphenoxy group, and a methoxyphenoxy group. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group. Includes a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, and the substituted or unsubstituted amino group includes an amino group, a methylamino group, a dimethylamino group, an ethylamino group, a diethylamino group, an aziridyl group, and a pyrrolidyl group. Examples of the alkylthio group include methylthio group, ethylthio group Include groups such as the above-described arylthio group, a phenylthio group, and the like. The hydrogen element in these monovalent substituents may be substituted with a halogen element, and is preferably substituted with fluorine.
一方、上記式(VI)のR6b及び式(VII)のR7bにおけるハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素等が挙げられ、これらの中でもフッ素が好ましい。 On the other hand, examples of the halogen element in R 6b of the above formula (VI) and R 7b of the formula (VII) include fluorine, chlorine, bromine, etc. Among these, fluorine is preferable.
上記式(VI)のホスホネート化合物として、具体的には、フルオロリン酸ジメチル、フルオロリン酸ジエチル、フルオロリン酸ビストリフルオロエチル、フルオロリン酸ジプロピル、フルオロリン酸ジアリル、フルオロリン酸ジブチル、フルオロリン酸ジフェニル、フルオロリン酸ジフルオロフェニル等が挙げられる。 Specific examples of the phosphonate compound of the above formula (VI) include dimethyl fluorophosphate, diethyl fluorophosphate, bistrifluoroethyl fluorophosphate, dipropyl fluorophosphate, diallyl fluorophosphate, dibutyl fluorophosphate, and fluorophosphoric acid. Examples thereof include diphenyl and difluorophenyl fluorophosphate.
一方、上記式(VII)のホスフィネート化合物として、具体的には、クロロフルオロリン酸メチル、クロロフルオロリン酸エチル、クロロフルオロリン酸トリフルオロエチル、クロロフルオロリン酸プロピル、クロロフルオロリン酸アリル、クロロフルオロリン酸ブチル、クロロフルオロリン酸メトキシエチル、クロロフルオロリン酸メトキシエトキシエチル、クロロフルオロリン酸フェニル、クロロフルオロリン酸フルオロフェニル、ジフルオロリン酸メチル、ジフルオロリン酸エチル、ジフルオロリン酸トリフルオロエチル、ジフルオロリン酸プロピル、ジフルオロリン酸アリル、ジフルオロリン酸ブチル、ジフルオロリン酸メトキシエチル、ジフルオロリン酸メトキシエトキシエチル、ジフルオロリン酸フェニル、ジフルオロリン酸フルオロフェニル等が挙げられる。これらの中でも、ジフルオロリン酸メチル、ジフルオロリン酸エチル、ジフルオロリン酸トリフルオロエチル、ジフルオロリン酸プロピル、ジフルオロリン酸フェニルが好ましい。 On the other hand, as the phosphinate compound of the above formula (VII), specifically, methyl chlorofluorophosphate, ethyl chlorofluorophosphate, trifluoroethyl chlorofluorophosphate, propyl chlorofluorophosphate, allyl chlorofluorophosphate, chloro Butyl fluorophosphate, methoxyethyl chlorofluorophosphate, methoxyethoxyethyl chlorofluorophosphate, phenyl chlorofluorophosphate, fluorophenyl chlorofluorophosphate, methyl difluorophosphate, ethyl difluorophosphate, trifluoroethyl difluorophosphate, Propyl difluorophosphate, allyl difluorophosphate, butyl difluorophosphate, methoxyethyl difluorophosphate, methoxyethoxyethyl difluorophosphate, phenyl difluorophosphate, fluorinated difluorophosphate Phenyl, and the like. Among these, methyl difluorophosphate, ethyl difluorophosphate, trifluoroethyl difluorophosphate, propyl difluorophosphate, and phenyl difluorophosphate are preferable.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜は、従来の微多孔膜の製造方法で製造することができ、例えば、以下に示すような湿式プロセスを例示することができる。該湿式プロセスにおいては、例えば、まず第1工程で、溶媒と、上記超高分子量ポリオレフィン及び低密度ポリオレフィンと、上記リン含有不燃性付与物質とを混合し、加熱溶解させて、ポリオレフィン溶液を得る。ここで、溶媒としては、上記ポリオレフィンを十分に溶解できるものであればよく、具体的には、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、パラフィンオイル等の脂肪族炭化水素又は脂環式炭化水素等が挙げられ、これらの中でも、パラフィンオイル等の不揮発性溶媒が好ましい。また、加熱溶解における温度は、使用するポリオレフィン及び溶媒に応じて適宜選択され、通常140〜250℃の範囲が好ましい。また、上記ポリオレフィン溶液中の上記超高分子量ポリオレフィン、低密度ポリオレフィン及びリン含有不燃性付与物質の総濃度は、10〜50質量%の範囲が好ましい。該総濃度が10質量%未満では、溶媒量が多くて経済的でないことに加え、シート状に成形する際に、ダイス出口でのスウェルやネックインが大きくシート成形が難しくなり、濃度が50質量%を超えると、均一な溶液を調製することが難しくなる。 The polyolefin microporous membrane of the present invention can be produced by a conventional method for producing a microporous membrane, and examples thereof include a wet process as shown below. In the wet process, for example, in the first step, a solvent, the ultrahigh molecular weight polyolefin and the low density polyolefin, and the phosphorus-containing nonflammability imparting substance are mixed and dissolved by heating to obtain a polyolefin solution. Here, the solvent is not particularly limited as long as it can sufficiently dissolve the polyolefin, and specific examples thereof include aliphatic hydrocarbons such as nonane, decane, undecane, dodecane, and paraffin oil, or alicyclic hydrocarbons. Among these, non-volatile solvents such as paraffin oil are preferable. Moreover, the temperature in heat dissolution is suitably selected according to the polyolefin and solvent to be used, and the range of 140-250 degreeC is preferable normally. The total concentration of the ultrahigh molecular weight polyolefin, the low density polyolefin and the phosphorus-containing nonflammability imparting substance in the polyolefin solution is preferably in the range of 10 to 50% by mass. If the total concentration is less than 10% by mass, the amount of solvent is large and not economical, and when forming into a sheet, swell and neck-in at the die outlet are large, making it difficult to form the sheet, and the concentration is 50% by mass. If it exceeds%, it is difficult to prepare a uniform solution.
次に第2工程で、得られたポリオレフィン溶液を押出機でフィルム状に押出す。使用するダイスとしては、シートダイス、2重円筒状の中空系ダイス、インフレーションダイス等が挙げられる。また、押出物は、冷却されることによりゲル状物となるが、ここで、押出物の冷却は、ゲル化温度以下までは50℃/min以上の冷却速度で行うことが好ましく、冷却速度が50℃/min未満では、フィルムの結晶化度が上昇し、延伸し難くなる。なお、冷却方法としては、冷風、冷却水、その他の冷却媒体に直接接触させる方法、冷媒で冷却したロールに接触させる方法等が挙げられる。 Next, in the second step, the obtained polyolefin solution is extruded into a film by an extruder. Examples of the die to be used include a sheet die, a double cylindrical hollow die, and an inflation die. In addition, the extrudate becomes a gel-like product by being cooled. Here, the extrudate is preferably cooled at a cooling rate of 50 ° C./min or lower until the gelation temperature or lower. If it is less than 50 degreeC / min, the crystallinity of a film will rise and it will become difficult to extend | stretch. In addition, as a cooling method, the method of making it contact directly with cold air, cooling water, and another cooling medium, the method of making it contact with the roll cooled with the refrigerant | coolant, etc. are mentioned.
次に、第3工程で、押出物を延伸機で一軸方向又は二軸方向に延伸する。延伸は、押出物を加熱し、テンター法、ロール法、インフレーション法、圧延法等の一般的な方法で行うことができる。また、延伸温度は、使用するポリオレフィンの融点+10℃以下が好ましく、延伸温度が融点+10℃を超えると、ポリオレフィンの溶融により分子鎖の配向ができなくなる。なお、延伸倍率は、押出物の厚さによっても異なるが、一軸方向で2倍以上が好ましく、3〜30倍が更に好ましく、面倍率で10倍以上が好ましく、15〜400倍が更に好ましい。 Next, in the third step, the extrudate is stretched uniaxially or biaxially with a stretching machine. Stretching can be performed by heating the extrudate and using a general method such as a tenter method, a roll method, an inflation method, or a rolling method. The stretching temperature is preferably the melting point of the polyolefin to be used + 10 ° C. or less. If the stretching temperature exceeds the melting point + 10 ° C., the molecular chain cannot be oriented due to the melting of the polyolefin. The draw ratio varies depending on the thickness of the extrudate, but is preferably 2 times or more, more preferably 3 to 30 times, more preferably 10 times or more, and further preferably 15 to 400 times in the uniaxial direction.
更に第4工程で延伸されたフィルムから第1工程で用いた溶媒を揮発性溶媒で抽出し、更に乾燥して微多孔膜を形成する。揮発性溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ジクロロメタン、四塩化炭素、トリフルオロエタン、ジエチルエーテル、ジオキサン等を用いることができ、これらの揮発性溶媒は、第1工程で用いた溶媒に応じて適宜選択される。また、乾燥は、加熱乾燥、風乾等で行うことができる。なお、乾燥後の微多孔膜をアニーリングしてもよく、この場合、使用するポリオレフィンの融点以下の温度で行うことが好ましい。 Further, the solvent used in the first step is extracted from the film stretched in the fourth step with a volatile solvent, and further dried to form a microporous film. As the volatile solvent, pentane, hexane, heptane, dichloromethane, carbon tetrachloride, trifluoroethane, diethyl ether, dioxane and the like can be used, and these volatile solvents depend on the solvent used in the first step. It is selected appropriately. Moreover, drying can be performed by heat drying, air drying, or the like. In addition, you may anneal the microporous film after drying, and it is preferable to carry out at the temperature below melting | fusing point of the polyolefin to be used in this case.
本発明のポリオレフィン系微多孔膜は、種々の用途を有するが、中でも電池用セパレータとして好適であり、不燃性であるため、非水電解液電池のセパレータとして特に好適である。 The polyolefin-based microporous membrane of the present invention has various uses, but is particularly suitable as a battery separator and is non-flammable, and thus is particularly suitable as a separator for a non-aqueous electrolyte battery.
本発明の非水電解液電池は、上述の微多孔膜からなる電池用セパレータと、正極と、負極と、非水電解液とを備え、その他、必要に応じて非水電解液電池の技術分野で通常使用されている他の部材を備える。 The non-aqueous electrolyte battery of the present invention comprises a battery separator comprising the above-mentioned microporous membrane, a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and, in addition, technical fields of non-aqueous electrolyte batteries as necessary. It is provided with other members that are normally used.
本発明の非水電解液電池の正極活物質は1次電池と2次電池で一部異なり、例えば、非水電解液1次電池の正極活物質としては、フッ化黒鉛[(CFx)n]、MnO2(電気化学合成であっても化学合成であってもよい)、V2O5、MoO3、Ag2CrO4、CuO、CuS、FeS2、SO2、SOCl2、TiS2等が好適に挙げられ、これらの中でも、高容量で安全性が高く、更には放電電位が高く電解液の濡れ性に優れる点で、MnO2、フッ化黒鉛が好ましい。これら正極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention is partially different between the primary battery and the secondary battery. For example, as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte primary battery, fluorinated graphite [(CF x ) n ], MnO 2 (which may be electrochemical synthesis or chemical synthesis), V 2 O 5 , MoO 3 , Ag 2 CrO 4 , CuO, CuS, FeS 2 , SO 2 , SOCl 2 , TiS 2, etc. Among these, MnO 2 and fluorinated graphite are preferable from the viewpoints of high capacity and high safety, and high discharge potential and excellent wettability of the electrolytic solution. These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
一方、非水電解液2次電池の正極活物質としては、V2O5、V6O13、MnO2、MnO3等の金属酸化物、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFeO2及びLiFePO4等のリチウム含有複合酸化物、TiS2、MoS2等の金属硫化物、ポリアニリン等の導電性ポリマー等が好適に挙げられる。上記リチウム含有複合酸化物は、Fe、Mn、Co及びNiからなる群から選択される2種又は3種の遷移金属を含む複合酸化物であってもよく、この場合、該複合酸化物は、LiFexCoyNi(1-x-y)O2(式中、0≦x<1、0≦y<1、0<x+y≦1)、あるいはLiMnxFeyO2-x-y等で表される。これらの中でも、高容量で安全性が高く、更には電解液の濡れ性に優れる点で、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4が特に好適である。これら正極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 On the other hand, as the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, metal oxides such as V 2 O 5 , V 6 O 13 , MnO 2 , MnO 3 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFeO 2 are used. Preferable examples include lithium-containing composite oxides such as LiFePO 4 , metal sulfides such as TiS 2 and MoS 2 , and conductive polymers such as polyaniline. The lithium-containing composite oxide may be a composite oxide containing two or three transition metals selected from the group consisting of Fe, Mn, Co, and Ni. In this case, the composite oxide includes: LiFe x Co y Ni (wherein, 0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 <x + y ≦ 1) (1-xy) O 2, or represented by LiMn x Fe y O 2-xy like. Among these, LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 are particularly preferable in terms of high capacity, high safety, and excellent electrolyte wettability. These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
本発明の非水電解液電池の負極活物質は1次電池と2次電池で一部異なり、例えば、非水電解液1次電池の負極活物質としては、リチウム金属自体の他、リチウム合金等が挙げられる。リチウムと合金をつくる金属としては、Sn、Si、Pb、Al、Au、Pt、In、Zn、Cd、Ag、Mg等が挙げられる。これらの中でも、埋蔵量の多さ、毒性の観点からAl、Zn、Mgが好ましい。これら負極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 The negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is partially different between the primary battery and the secondary battery. For example, as the negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte primary battery, lithium metal itself, lithium alloy, etc. Is mentioned. Examples of the metal that forms an alloy with lithium include Sn, Si, Pb, Al, Au, Pt, In, Zn, Cd, Ag, and Mg. Among these, Al, Zn, and Mg are preferable from the viewpoints of rich reserves and toxicity. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
一方、非水電解液2次電池の負極活物質としては、リチウム金属自体、リチウムとAl、In、Sn、Si、Pb又はZn等との合金、リチウムをドープした黒鉛等の炭素材料等が好適に挙げられ、これらの中でも安全性がより高く、電解液の濡れ性に優れる点で、黒鉛等の炭素材料が好ましく、黒鉛が特に好ましい。ここで、黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)等、広くは易黒鉛化カーボンや難黒鉛化カーボンが挙げられる。これら負極活物質は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。 On the other hand, as the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, lithium metal itself, an alloy of lithium and Al, In, Sn, Si, Pb, Zn, or the like, or a carbon material such as graphite doped with lithium is preferable. Among these, carbon materials such as graphite are preferable, and graphite is particularly preferable in that it is higher in safety and excellent in wettability of the electrolytic solution. Here, examples of graphite include natural graphite, artificial graphite, mesophase carbon microbeads (MCMB), and the like, and widely include graphitizable carbon and non-graphitizable carbon. These negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
上記正極及び負極には、必要に応じて導電剤、結着剤を混合することができ、導電剤としてはアセチレンブラック等が挙げられ、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。これらの添加剤は、従来と同様の配合割合で用いることができる。 The positive electrode and the negative electrode can be mixed with a conductive agent and a binder as necessary. Examples of the conductive agent include acetylene black, and the binder includes polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoro. Examples include ethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), and the like. These additives can be used at a blending ratio similar to the conventional one.
また、上記正極及び負極の形状としては、特に制限はなく、電極として公知の形状の中から適宜選択することができる。例えば、シート状、円柱形状、板状形状、スパイラル形状等が挙げられる。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular as a shape of the said positive electrode and a negative electrode, It can select suitably from well-known shapes as an electrode. For example, a sheet shape, a columnar shape, a plate shape, a spiral shape, and the like can be given.
本発明の非水電解液電池の非水電解液は、非水溶媒及び支持塩を主成分とする。ここで、非水溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が挙げられ、また、上述したホスファゼン化合物、ホスホネート化合物及びホスフィネート化合物の中から、25℃(室温)において液体のものを選択して用いることもでき、非プロトン性有機溶媒と、ホスファゼン化合物、ホスホネート化合物及びホスフィネート化合物の少なくとも1種との混合溶液を使用することもできる。また、非プロトン性有機溶媒として、具体的には、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジフェニルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ビニレンカーボネート(VC)等の炭酸エステル類、1,2-ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、ジエチルエーテル(DEE)、フェニルメチルエーテル等のエーテル類、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン、メチルフォルメート(MF)等のカルボン酸エステル類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホン類が挙げられる。これら非プロトン性有機溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The non-aqueous electrolyte of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention contains a non-aqueous solvent and a supporting salt as main components. Here, as the non-aqueous solvent, an aprotic organic solvent can be used, and one selected from the above-described phosphazene compounds, phosphonate compounds and phosphinate compounds can be used at 25 ° C. (room temperature). It is also possible to use a mixed solution of an aprotic organic solvent and at least one of a phosphazene compound, a phosphonate compound and a phosphinate compound. Specific examples of the aprotic organic solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), diphenyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and vinylene carbonate. Carbonates such as (VC), 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), diethyl ether (DEE), ethers such as phenyl methyl ether, γ-butyrolactone (GBL), γ-valerolactone, Examples thereof include carboxylic acid esters such as methyl formate (MF), nitriles such as acetonitrile, amides such as dimethylformamide, and sulfones such as dimethyl sulfoxide. These aprotic organic solvents may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.
また、上記支持塩としては、リチウムイオンのイオン源となる支持塩が好ましい。該支持塩としては、特に制限はないが、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiAsF6、LiC4F9SO3、Li(CF3SO2)2N及びLi(C2F5SO2)2N等のリチウム塩が好適に挙げられる。これらの中でも、不燃性に優れる点で、LiPF6が更に好ましい。これら支持塩は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、上記非水電解液中の支持塩の濃度としては、0.2〜1.5mol/L(M)が好ましく、0.5〜1mol/L(M)が更に好ましい。支持塩の濃度が0.2mol/L未満では、電解液の導電性を充分に確保することができず、電池の放電特性及び充電特性に支障をきたすことがあり、1.5mol/Lを超えると、電解液の粘度が上昇し、リチウムイオンの移動度を充分に確保できないため、前述と同様に電解液の導電性を充分に確保できず、電池の放電特性及び充電特性に支障をきたすことがある。 Moreover, as said support salt, the support salt used as the ion source of lithium ion is preferable. The supporting salt is not particularly limited, and for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N and Li ( Preferable examples include lithium salts such as C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. Among these, LiPF 6 is more preferable in terms of excellent nonflammability. These supporting salts may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the supporting salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.2 to 1.5 mol / L (M), more preferably 0.5 to 1 mol / L (M). If the concentration of the supporting salt is less than 0.2 mol / L, the conductivity of the electrolyte cannot be sufficiently ensured, and the discharge characteristics and charging characteristics of the battery may be hindered. Since the viscosity of the electrolytic solution increases and the mobility of lithium ions cannot be ensured sufficiently, the conductivity of the electrolytic solution cannot be sufficiently ensured in the same manner as described above, which may hinder battery discharge characteristics and charge characteristics. .
以上に説明した本発明の非水電解液電池の形態としては、特に制限はなく、コインタイプ、ボタンタイプ、ペーパータイプ、角型又はスパイラル構造の円筒型電池等、種々の公知の形態が好適に挙げられる。ボタンタイプの場合は、シート状の正極及び負極を作製し、該正極及び負極でセパレータを挟む等して、非水電解液電池を作製することができる。また、スパイラル構造の場合は、例えば、シート状の正極を作製して集電体を挟み、これに、シート状の負極を重ね合わせて巻き上げる等して、非水電解液電池を作製することができる。 The form of the non-aqueous electrolyte battery of the present invention described above is not particularly limited, and various known forms such as a coin-type, button-type, paper-type, square-type or spiral-type cylindrical battery are suitable. Can be mentioned. In the case of the button type, a non-aqueous electrolyte battery can be manufactured by preparing a sheet-like positive electrode and negative electrode and sandwiching a separator between the positive electrode and the negative electrode. In the case of a spiral structure, for example, a non-aqueous electrolyte battery can be manufactured by preparing a sheet-like positive electrode, sandwiching a current collector, and stacking and winding up a sheet-like negative electrode on the current collector. it can.
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
重量平均分子量が3×106の超高分子量ポリエチレン(密度0.964g/cm3)30質量部と、重量平均分子量が2×104で且つ密度が0.924g/cm3の低密度ポリエチレン65質量部と、ホスファゼン化合物A[式(II)において、nが3で、6つのR2の総てがClである環状ホスファゼン化合物]5質量部とを、流動パラフィン(比重0.875)50質量部に溶解させ、ポリエチレン混合溶液を調製した。次に、該ポリエチレン混合溶液を直径40mmの押出機により、Tダイから押出し、冷却ロールで引取りながらゲル状シートを作製した。次に、該シートを二軸延伸機にセットして、温度117℃、延伸速度0.65m/minで4×4倍に延伸した。得られた延伸フィルムを塩化メチレンで洗浄抽出除去し、更に100℃で40秒間アニーリングしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが30μmで、空孔率が46%で、透過性遮断温度が120℃であった。また、得られた微多孔膜の限界酸素指数を下記の方法で評価したところ、26.8であった。
Example 1
30 parts by mass of ultra high molecular weight polyethylene (density 0.964 g / cm 3 ) with a weight average molecular weight of 3 × 10 6 and 65 parts by mass of low density polyethylene with a weight average molecular weight of 2 × 10 4 and a density of 0.924 g / cm 3 And 5 parts by mass of phosphazene compound A [cyclic phosphazene compound in which n is 3 and all six R 2 are Cl] in 50 parts by mass of liquid paraffin (specific gravity 0.875). A polyethylene mixed solution was prepared. Next, the polyethylene mixed solution was extruded from a T die with an extruder having a diameter of 40 mm, and a gel-like sheet was produced while being taken up by a cooling roll. Next, the sheet was set in a biaxial stretching machine and stretched 4 × 4 times at a temperature of 117 ° C. and a stretching speed of 0.65 m / min. The obtained stretched film was washed and extracted with methylene chloride, and further annealed at 100 ° C. for 40 seconds to produce a polyethylene microporous film. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 30 μm, a porosity of 46%, and a permeability cutoff temperature of 120 ° C. Further, the critical oxygen index of the obtained microporous membrane was evaluated by the following method and found to be 26.8.
<限界酸素指数>
JIS K 7201に準じて、微多孔膜の限界酸素指数を測定した。限界酸素指数が大きい程、微多孔膜が燃焼し難いことを示す。具体的には、上記微多孔膜から127mm×12.7mmの試験片を作製し、該試験片を試験片支持具に垂直に、燃焼円筒(内径75mm、高さ450mm、直径4mmのガラス粒を底部から100±5mmの厚さに均等に満たし金属製の網をその上に置いたもの)の上端部から100mm以上の距離に位置するように取り付け、次に、燃焼円筒に酸素(JIS K 1101又はこれと同等以上のもの)及び窒素(JIS K 1107の2級又はこれと同等以上のもの)を流し、試験片を所定の酸素濃度下で点火し(熱源はJIS K 2240の1種1号)、燃焼状態を調べた。但し、燃焼円筒内の総流量は11.4L/minである。この試験を3回行い、その平均値を求めた。なお、酸素指数とは、材料が燃焼を持続するのに必要な容量パーセントで表される最低酸素濃度の値をいい、本願では、試験片が3分以上継続して燃焼するか、着炎後の燃焼長さが50mm以上燃えるのに必要な最低の酸素流量とそのときの窒素流量から、下記の式:
限界酸素指数=(酸素流量)/[(酸素流量)+(窒素流量)]×100(体積%)
に従って限界酸素指数を算出した。
<Limited oxygen index>
The critical oxygen index of the microporous membrane was measured according to JIS K7201. The larger the limiting oxygen index, the more difficult the microporous membrane burns. Specifically, a 127 mm × 12.7 mm test piece was prepared from the microporous membrane, and the test piece was perpendicular to the test piece support, and a combustion cylinder (inner diameter 75 mm, height 450 mm, diameter 4 mm of glass particles at the bottom) To 100 ± 5 mm thickness, with a metal mesh placed on top of it) and mounted at a distance of 100 mm or more, and then oxygen (JIS K 1101 or Equivalent or better) and nitrogen (JIS K 1107 grade 2 or better), and ignite the specimen under a predetermined oxygen concentration (the heat source is JIS K 2240 Type 1 No. 1) The combustion state was examined. However, the total flow rate in the combustion cylinder is 11.4 L / min. This test was performed three times and the average value was obtained. The oxygen index refers to the value of the minimum oxygen concentration expressed by the volume percent necessary for the material to continue burning. In this application, the test piece burns continuously for 3 minutes or longer, From the minimum oxygen flow rate required for burning 50 mm or more and the nitrogen flow rate at that time, the following formula:
Critical oxygen index = (oxygen flow rate) / [(oxygen flow rate) + (nitrogen flow rate)] × 100 (volume%)
The limiting oxygen index was calculated according to
(実施例2)
ホスファゼンAに代えてホスファゼンB[式(II)において、nが3で、6つのR2の総てがフェノキシ基(PhO)である環状ホスファゼン化合物]を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが30μmで、空孔率が45%で、透過性遮断温度が118℃で、限界酸素指数が25.7であった。
(Example 2)
Except for using phosphazene B [cyclic phosphazene compound in which n is 3 and all six R 2 are phenoxy groups (PhO)] in place of phosphazene A, the same procedure as in Example 1 was performed. Thus, a polyethylene microporous film was prepared. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 30 μm, a porosity of 45%, a permeability cutoff temperature of 118 ° C., and a limiting oxygen index of 25.7.
(実施例3)
ホスファゼンAに代えてホスファゼンC[式(II)において、nが3で、6つのR2の4つがフッ素で、1つのリン原子にエチレングリコキシ基が導入された環状ホスファゼン化合物]を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが30μmで、空孔率が45%で、透過性遮断温度が117℃で、限界酸素指数が25.4であった。
(Example 3)
[In the formula (II), n is 3, six four are fluorine R 2, ethylene glycoxy group cyclic phosphazene compound introduced into one phosphorus atom phosphazene C in place of the phosphazene A except using Produced a polyethylene-based microporous membrane in the same manner as in Example 1. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 30 μm, a porosity of 45%, a permeability cutoff temperature of 117 ° C., and a limiting oxygen index of 25.4.
(実施例4)
ホスファゼンAの配合量を10質量部とし、低密度ポリエチレンの配合量を60質量部とする以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが27μmで、空孔率が42%で、透過性遮断温度が120℃で、限界酸素指数が28.4であった。
Example 4
A polyethylene-based microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of phosphazene A was 10 parts by mass and the amount of low-density polyethylene was 60 parts by mass. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 27 μm, a porosity of 42%, a permeability cutoff temperature of 120 ° C., and a limiting oxygen index of 28.4.
(実施例5)
ホスファゼンAに代えてフルオロリン酸ジエチル[式(VI)において、2つのR6aがエチル基で、R6bがフッ素であるホスホネート化合物]を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが26μmで、空孔率が50%で、透過性遮断温度が115℃で、限界酸素指数が26.4であった。
(Example 5)
In the same manner as in Example 1, except that diethyl fluorophosphate [phosphonate compound in which two R 6a are ethyl groups and R 6b is fluorine] in the formula (VI) was used instead of phosphazene A, A porous membrane was produced. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 26 μm, a porosity of 50%, a permeability cutoff temperature of 115 ° C., and a limiting oxygen index of 26.4.
(実施例6)
ホスファゼンAに代えてジフルオロリン酸エチル[式(VII)において、R7aがエチル基で、2つのR7bがフッ素であるホスフィネート化合物]を用いた以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが28μmで、空孔率が50%で、透過性遮断温度が113℃で、限界酸素指数が26.0であった。
(Example 6)
In the same manner as in Example 1 except that ethyl difluorophosphate [a phosphinate compound in which R 7a is an ethyl group and two R 7b are fluorine] was used in place of phosphazene A, A porous membrane was produced. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 28 μm, a porosity of 50%, a permeability cutoff temperature of 113 ° C., and a limiting oxygen index of 26.0.
(比較例1)
ホスファゼンAを配合せず、低密度ポリエチレンの配合量を70質量部とする以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが30μmで、空孔率が50%で、透過性遮断温度が113℃で、限界酸素指数が18.9であった。
(Comparative Example 1)
A polyethylene-based microporous membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that phosphazene A was not blended and the blending amount of low-density polyethylene was 70 parts by mass. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 30 μm, a porosity of 50%, a permeability cutoff temperature of 113 ° C., and a limiting oxygen index of 18.9.
(比較例2)
ホスファゼンAを配合せず、超高分子量ポリエチレンの配合量を35質量部とする以外は、実施例1と同様にしてポリエチレン系微多孔膜を作製した。得られたポリエチレン系微多孔膜は、厚さが30μmで、空孔率が52%で、透過性遮断温度が115℃で、限界酸素指数が19.2であった。
(Comparative Example 2)
A polyethylene microporous membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that phosphazene A was not blended and the blending amount of ultrahigh molecular weight polyethylene was 35 parts by mass. The obtained polyethylene microporous membrane had a thickness of 30 μm, a porosity of 52%, a permeability cutoff temperature of 115 ° C., and a limiting oxygen index of 19.2.
表1から明らかなように、比較例の微多孔膜は、燃焼性で且つ限界酸素指数が低いのに対し、実施例の微多孔膜は、不燃性で且つ限界酸素指数が非常に高かった。 As is clear from Table 1, the microporous membrane of the comparative example was flammable and had a low critical oxygen index, whereas the microporous membrane of the example was nonflammable and had a very high critical oxygen index.
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