JP2022051238A - Polyolefin microporous film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリオレフィン微多孔膜などに関する。 The present invention relates to a microporous polyolefin membrane and the like.
ポリオレフィン微多孔膜(以下、単に「PO微多孔膜」と略記することがある。)は、種々の物質の分離のために、又は選択透過分離膜、隔離材等として広く用いられている。その用途としては、例えば、精密ろ過膜;リチウムイオン電池、燃料電池等の電池のセパレータ;コンデンサー用セパレータ;機能材を孔の中に充填させ、新たな機能を出現させるための機能膜の母材等が挙げられる。中でも、携帯電話、スマートフォン、ウェアラブル機器、ノート型パーソナルコンピュータ(PC)、タブレットPC、デジタルカメラ等に広く使用されているリチウムイオン電池(LIB)用のセパレータとして、PO微多孔膜が好適に使用されている。 Polyolefin microporous membranes (hereinafter, may be simply abbreviated as "PO microporous membranes") are widely used for separating various substances, or as a selective permeation separation membrane, a separating material, and the like. Applications include, for example, microfiltration membranes; battery separators for lithium-ion batteries, fuel cells, etc .; condenser separators; functional membrane base materials for filling holes with functional materials to create new functions. And so on. Among them, the PO microporous film is preferably used as a separator for a lithium ion battery (LIB) widely used in mobile phones, smartphones, wearable devices, notebook personal computers (PCs), tablet PCs, digital cameras, and the like. ing.
従来、PO微多孔膜は、LIB用セパレータとして使用されるために、様々な性能が求められる。具体的には、外力による変形又は異物に対する機械強度(突刺強度)、POの融点を下回る温度での寸法安定性(耐熱収縮性)、融点付近でのシャットダウン性能、そして更に高温での耐破膜性能などである。 Conventionally, the PO microporous membrane is required to have various performances because it is used as a separator for LIB. Specifically, it has mechanical strength against deformation or foreign matter due to external force (piercing strength), dimensional stability at temperatures below the melting point of PO (heat shrinkage), shutdown performance near the melting point, and rupture resistance at higher temperatures. Performance etc.
近年、スマートフォン、ウェアラブル機器などのLIBを搭載するデバイスは、小型化/薄型化が顕著である一方で、電池の容量はより向上させることが求められている。その為、LIBメーカーは、電池の高電位化およびセパレータの薄膜化などを進めている。また、セパレータの薄膜化に伴い、電極間距離が短くなるため、セパレータには、より高い耐電圧特性が求められる。さらに電極間距離を短くするため、電池作製時に捲回体をプレスする工程が行われることがあり、電極の凹凸によって局所的に電極間距離が小さくなる所が発生する。その結果、セパレータの全範囲において耐電圧特性にバラつきがあると、セパレータの耐電圧の低い部分と局所的に電極間距離が小さくなる所が組み合わさる可能性が高くなり、その結果微短絡が起こり易い。つまり、平均的に高い耐電圧特性を有していても、電池としての耐電圧特性としては劣ったものとなる。したがって、薄層化又は電極のプレスなどによって電極間距離を狭めて容量を高めつつ、電池の微短絡を抑制できるセパレータが求められる。 In recent years, devices equipped with LIBs such as smartphones and wearable devices have been remarkably miniaturized / thinned, while the capacity of batteries has been required to be further improved. Therefore, LIB makers are proceeding with increasing the potential of batteries and thinning separators. Further, as the separator becomes thinner, the distance between the electrodes becomes shorter, so that the separator is required to have higher withstand voltage characteristics. Further, in order to shorten the distance between the electrodes, a step of pressing the wound body may be performed at the time of manufacturing the battery, and the unevenness of the electrodes may cause the distance between the electrodes to be locally reduced. As a result, if the withstand voltage characteristics vary over the entire range of the separator, there is a high possibility that the part with the low withstand voltage of the separator and the part where the distance between the electrodes is locally small will be combined, resulting in a slight short circuit. easy. That is, even if it has a high withstand voltage characteristic on average, it is inferior as a withstand voltage characteristic as a battery. Therefore, there is a demand for a separator capable of suppressing a slight short circuit of a battery while narrowing the distance between electrodes and increasing the capacity by thinning the layer or pressing the electrodes.
例えば、特許文献1にはポリオレフィン微多孔膜の製造方法において、ポリオレフィン溶液のメルトマスフローレイト(MFR)を調整することで、耐電圧特性に優れるセパレータを作製できることが記述されている。 For example, Patent Document 1 describes that in a method for producing a microporous polyolefin membrane, a separator having excellent withstand voltage characteristics can be produced by adjusting the melt mass flow rate (MFR) of the polyolefin solution.
また、特許文献2には、ポロメータによる平均細孔径が15nmより小さく、シャットダウン温度が140℃以下であり、透気抵抗度が1000sec/100cm3以下であり、ポリプロピレン系樹脂を80質量%以上含む層を有するA層を少なくとも1層有することを特徴とする多孔性ポリオレフィンフィルムを用いることで、優れた熱絶縁特性を有するセパレータを得られることが記述されている。また、特許文献2には、耐電圧性能の平均値に加えて、最大値・最小値も記述されている。 Further, in Patent Document 2, a layer having an average pore diameter of less than 15 nm by a poromometer, a shutdown temperature of 140 ° C. or less, an air permeation resistance of 1000 sec / 100 cm 3 or less, and a polypropylene resin containing 80% by mass or more. It is described that a separator having excellent thermal insulation characteristics can be obtained by using a porous polyolefin film characterized by having at least one layer A having the above. Further, in Patent Document 2, in addition to the average value of withstand voltage performance, the maximum value and the minimum value are also described.
しかしながら、セパレータの薄膜化がさらに進行すると、厚み当たりの耐電圧はより高い値が要求され、加えて、薄膜化すると延伸時の加熱ムラの影響を受け易く、面内での耐電圧のバラつきは大きくなる傾向にある。そのため、特許文献1又は2に記述されるようなセパレータは、電池の短絡率の低減の観点では不十分であり、改善の余地がある。 However, as the thinning of the separator progresses further, a higher withstand voltage per thickness is required. In addition, when the thin film is thinned, it is easily affected by heating unevenness during stretching, and the withstand voltage varies in the plane. It tends to grow. Therefore, the separator as described in Patent Document 1 or 2 is insufficient from the viewpoint of reducing the short circuit rate of the battery, and there is room for improvement.
したがって、本発明は、上記の事情に鑑みて、セパレータとして電池に組み込まれるときに電池の短絡率を低減することができるポリオレフィン微多孔膜を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a polyolefin microporous membrane capable of reducing the short circuit rate of a battery when incorporated into the battery as a separator.
本発明者らは、鋭意検討した結果、ポリオレフィン微多孔膜の耐電圧性を特定し、かつ耐電圧性の面内バラつきを抑制することにより、上記課題が解決可能なことを見出して、本発明を完成させた。本発明の実施形態の例を以下に列記する。
[1]
ポリオレフィン微多孔膜であって、前記ポリオレフィン微多孔膜の5cm×10cmの領域中において測定した20点の耐電圧値の平均値が0.125kV/μm以上1.250kV/μm以下であり、かつ標準偏差が0以上0.0060以下であるポリオレフィン微多孔膜。
[2]
前記ポリオレフィン微多孔膜の膜厚が、0.1μm~6.5μmである、項目1に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[3]
前記ポリオレフィン微多孔膜の目付換算強度が、80gf/(g/m2)以上である、項目1又は2に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[4]
前記ポリオレフィン微多孔膜の融点(Tm)が、120.0℃~135.0℃である、項目1~3のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[5]
前記ポリオレフィン微多孔膜の粘度平均分子量(Mv)が、600,000~2,000,000である、項目1~4のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[6]
前記ポリオレフィン微多孔膜の両面の平滑度の平均値が、5,000sec/100cm3~1,000,000sec/100cm3である、項目1~5のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
[7]
前記ポリオレフィン微多孔膜の120℃における熱収縮率が、MD、TDともに20%以下である、項目1~6のいずれか1項に記載のポリオレフィン微多孔膜。
As a result of diligent studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by specifying the withstand voltage resistance of the polyolefin microporous membrane and suppressing the in-plane variation in the withstand voltage resistance. Was completed. Examples of embodiments of the present invention are listed below.
[1]
It is a polyolefin microporous film, and the average value of the withstand voltage values at 20 points measured in the region of 5 cm × 10 cm of the polyolefin microporous film is 0.125 kV / μm or more and 1.250 kV / μm or less, and is standard. A microporous polyolefin membrane with a deviation of 0 or more and 0.0060 or less.
[2]
Item 2. The polyolefin microporous film according to Item 1, wherein the polyolefin microporous film has a film thickness of 0.1 μm to 6.5 μm.
[3]
Item 2. The polyolefin microporous film according to Item 1 or 2, wherein the polyolefin microporous film has a basis weight equivalent strength of 80 gf / (g / m 2 ) or more.
[4]
Item 2. The polyolefin microporous membrane according to any one of Items 1 to 3, wherein the polyolefin microporous membrane has a melting point (Tm) of 120.0 ° C to 135.0 ° C.
[5]
Item 2. The polyolefin microporous membrane according to any one of Items 1 to 4, wherein the polyolefin microporous membrane has a viscosity average molecular weight (Mv) of 600,000 to 2,000,000.
[6]
Item 2. The polyolefin microporous film according to any one of Items 1 to 5, wherein the average value of the smoothness of both surfaces of the polyolefin microporous film is 5,000 sec / 100 cm 3 to 1,000,000 sec / 100 cm 3 .
[7]
Item 2. The polyolefin microporous film according to any one of Items 1 to 6, wherein the heat shrinkage rate of the polyolefin microporous film at 120 ° C. is 20% or less for both MD and TD.
本発明によれば、ポリオレフィン微多孔膜を電池用セパレータとして備える電池の短絡率を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the short-circuit rate of a battery provided with a microporous polyolefin membrane as a battery separator.
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と略記することがある。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、本明細書では、製膜時の膜の流れ方向をMDとし、膜平面内においてMDと90°で交差する方向をTDとして定義する。また、特定の成分を主成分として含むことは、特定の成分の含有率が50質量%以上であることを意味する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, may be abbreviated as “the present embodiment”) will be described in detail, but the present invention is not limited thereto and does not deviate from the gist thereof. Various deformations are possible within the range. In this specification, the flow direction of the film during film formation is defined as MD, and the direction of intersection with MD at 90 ° in the film plane is defined as TD. Further, the inclusion of a specific component as a main component means that the content of the specific component is 50% by mass or more.
<ポリオレフィン微多孔膜>
ポリオレフィン微多孔膜(以下、「PO微多孔膜」と略記することがある。)は、ポリオレフィン(PO)を含み、かつ微多孔を有する膜である。
<Polyolefin microporous membrane>
The polyolefin microporous membrane (hereinafter, may be abbreviated as "PO microporous membrane") is a membrane containing polyolefin (PO) and having microporous.
<PO微多孔膜の耐電圧性>
本実施形態に係るPO微多孔膜は、5cm×10cmのポリオレフィン微多孔膜中において測定した20点の耐電圧値の平均値が0.125kV/μm以上1.250kV/μm以下であり、標準偏差が0以上0.0060以下である。
<Withstand voltage of PO microporous membrane>
In the PO microporous membrane according to this embodiment, the average value of the withstand voltage values at 20 points measured in the polyolefin microporous membrane of 5 cm × 10 cm is 0.125 kV / μm or more and 1.250 kV / μm or less, and the standard deviation. Is 0 or more and 0.0060 or less.
PO微多孔膜の5cm×10cmの寸法を有する面内において、測定された20点の耐電圧値の平均値が、0.125kV/μm以上であることで、比較的高い電位の電池内にPO微多孔膜を組み込んで充放電を行った際にも短絡又は微短絡が発生しない。ここで、微短絡の評価試験では、プレス等に起因して電極同士が近付き、かつ電極材料の凹凸もセパレータとしてのPO微多孔膜に影響を及ぼすことがあるため、局所的に短絡する箇所の発生する場合があり、その発生数が多くなるほど電圧低下が大きいと言える。 The average value of the withstand voltage values at 20 points measured in the plane having a size of 5 cm × 10 cm of the PO microporous film is 0.125 kV / μm or more, so that PO can be stored in a battery having a relatively high potential. No short circuit or micro short circuit occurs even when charging / discharging is performed by incorporating a microporous film. Here, in the evaluation test of a micro short circuit, the electrodes come close to each other due to a press or the like, and the unevenness of the electrode material may affect the PO microporous film as a separator. It may occur, and it can be said that the larger the number of occurrences, the larger the voltage drop.
上記と同様の条件下で測定された耐電圧値の平均値は、電池の充放電において微短絡を抑制するという観点から、0.130kV/μm以上であることが好ましく、0.135kV/μm以上であることがより好ましく、0.140kV/μm以上、0.145kV/μm以上、又は0.150kV/μm以上であることが更に好ましい。耐電圧値の上限に好ましい値はなく、高ければ高いほど良いが、セパレータとして使用可能なポリマーの理論耐電圧値又は透過性を維持できる気孔率の下限などの制約から、1.250kV/μm以下となると考えられる。 The average value of the withstand voltage values measured under the same conditions as above is preferably 0.130 kV / μm or more, preferably 0.135 kV / μm or more, from the viewpoint of suppressing a slight short circuit in battery charging / discharging. It is more preferably 0.140 kV / μm or more, 0.145 kV / μm or more, or 0.150 kV / μm or more. There is no preferable upper limit of the withstand voltage value, and the higher the value, the better. Is considered to be.
PO微多孔膜の5cm×10cmの寸法を有する面内において、測定された20点の耐電圧値の平均値は、例えば、後述されるPO微多孔膜の製造プロセスにおいて、PO微多孔膜原料の高分子量化、ポリオレフィン原料の低融点化(例えば、ポリオレフィン原料としての共重合体の使用など)、比較的低温での二軸延伸、比較的高温での熱固定(HS)などによって、上記の数値範囲内に調整されることができる。 The average value of the withstand voltage values of 20 points measured in a plane having a size of 5 cm × 10 cm of the PO microporous film is, for example, the raw material of the PO microporous film in the manufacturing process of the PO microporous film described later. The above values are obtained by increasing the molecular weight, lowering the melting point of the polyolefin raw material (for example, using a copolymer as the polyolefin raw material), biaxial stretching at a relatively low temperature, and heat fixation (HS) at a relatively high temperature. It can be adjusted within the range.
また、PO微多孔膜の5cm×10cmの寸法を有する面内において、測定された20点の耐電圧値の標準偏差が0以上0.0060以下の範囲内にあることで、電池内にPO微多孔膜を組み込んで充放電を行った際にも短絡又は微短絡が発生し難い。上記と同様の条件下で測定された耐電圧値の標準偏差は、電池の充放電において微短絡を抑制するという観点から、好ましくは0~0.0058、より好ましくは0~0.0055、更に好ましくは0~0.0050、より更に好ましくは、0~0.0047、0~0.0044、0~0.0042、又は0~0.0040の範囲内にある。ここで、耐電圧のバラつきは膜厚や透過性のバラつきだけでなく、孔径や延伸倍率のバラつきも含んでいるため、耐電圧の標準偏差と膜厚や透過性の標準偏差とは、膜厚や透過性の制御の範囲では短絡率を低減するのには要件として十分ではなく、必ずしも一致しない。 Further, when the standard deviation of the withstand voltage values of the measured 20 points is within the range of 0 or more and 0.0060 or less in the plane having a dimension of 5 cm × 10 cm of the PO microporous film, the PO micropores are contained in the battery. A short circuit or a slight short circuit is unlikely to occur even when a porous film is incorporated and charging / discharging is performed. The standard deviation of the withstand voltage value measured under the same conditions as above is preferably 0 to 0.0058, more preferably 0 to 0.0055, and further, from the viewpoint of suppressing a slight short circuit in charging and discharging the battery. It is preferably in the range of 0 to 0.0050, more preferably 0 to 0.0047, 0 to 0.0044, 0 to 0.0042, or 0 to 0.0040. Here, since the variation in withstand voltage includes not only the variation in film thickness and permeability but also the variation in pore diameter and draw ratio, the standard deviation of withstand voltage and the standard deviation of film thickness and permeability are the film thickness. In the range of control of transparency and transparency, it is not sufficient as a requirement to reduce the short circuit rate, and it does not always match.
PO微多孔膜の5cm×10cmの寸法を有する面内において、測定された20点の耐電圧値の標準偏差は、例えば、後述されるPO微多孔膜の製造プロセスにおいて、PO原料中のポリプロピレン(PP)割合の削減(例えば、10質量%以下のPP割合など)、PO原料中の高分子量ポリエチレン(PE)のブレンド、樹脂原料の混錬条件と同時二軸延伸条件の調整、原料の押出時の変動抑制、単層押出、同時二軸延伸、予熱・延伸温度の制御(例えば、予熱温度と延伸温度のバランスを取ること)、予熱係数(予熱温度×時間×風量)の制御などによって、上記の数値範囲内に制御されることができる。 In the plane having a size of 5 cm × 10 cm of the PO microporous film, the standard deviation of the withstand voltage values at 20 points measured is, for example, polypropylene in the PO raw material in the manufacturing process of the PO microporous film described later. Reduction of PP) ratio (for example, PP ratio of 10% by mass or less), blending of high molecular weight polyethylene (PE) in PO raw material, adjustment of kneading conditions and simultaneous biaxial stretching conditions of resin raw material, when extruding raw material By suppressing fluctuations in, single-layer extrusion, simultaneous biaxial stretching, controlling preheating / stretching temperature (for example, balancing preheating temperature and stretching temperature), controlling preheating coefficient (preheating temperature x time x air volume), etc. Can be controlled within the numerical range of.
PO微多孔膜の耐電圧性の測定方法は、図1を参照して実施例において後述されるとおりである。なお、本実施形態に係るPO微多孔膜の寸法は、5cm×10cmに限定されるものではなく、そしてPO微多孔膜が5cm×10cmの寸法を有していない場合には、最終的に測定される領域の合計面積が50cm2になるように、かつ各測定点同士が15mm以上の間隔を空けるように20点の耐電圧値を測定してよく、例えばPO微多孔膜が2cm×25cmの寸法で合計面積が50cm2になるように20点の耐電圧値を測定することができる。 The method for measuring the withstand voltage resistance of the PO microporous membrane is as described later in Examples with reference to FIG. The size of the PO microporous membrane according to the present embodiment is not limited to 5 cm × 10 cm, and when the PO microporous membrane does not have a size of 5 cm × 10 cm, it is finally measured. The withstand voltage values of 20 points may be measured so that the total area of the area to be measured is 50 cm 2 and the measurement points are separated from each other by 15 mm or more. For example, the PO microporous membrane is 2 cm × 25 cm. Withstand voltage values at 20 points can be measured so that the total area is 50 cm 2 in terms of dimensions.
所望により、PO微多孔膜は、分子量、膜厚、平均孔径、熱収縮率、気孔率、透気度、突刺強度、平滑度、融点なども以下に示されるように特定されることができ、その表面には無機塗工層又は接着層が形成されることもできる。本実施形態において説明される複数の特性は、それぞれ独立に活用されることができ、又は任意に組み合わせられることができる。なお、特に言及しない限り、PO微多孔膜の物性の測定方法は、実施例の項目において詳述される。 If desired, the PO microporous membrane can also be specified with molecular weight, film thickness, average pore size, heat shrinkage, porosity, air permeability, puncture strength, smoothness, melting point and the like as shown below. An inorganic coating layer or an adhesive layer may be formed on the surface thereof. The plurality of properties described in this embodiment can be utilized independently or can be arbitrarily combined. Unless otherwise specified, the method for measuring the physical properties of the PO microporous membrane will be described in detail in the section of Examples.
<PO微多孔膜の粘度平均分子量>
PO微多孔膜の粘度平均分子量(Mv)は、600,000以上2,000,000以下であることが好ましい。PO微多孔膜のMvが600,000以上の範囲内にあると、比較的高い分子量の成分が多く含まれて、孔径が小さく、かつ均一になり易いためにPO微多孔膜の耐電圧性が向上する傾向にある。このような観点から、PO微多孔膜のMvは、より好ましくは700,000以上であり、さらに好ましくは800,000以上である。一方、PO微多孔膜のMvを2,000,000以下に調整することは、フューズ温度の低下および熱収縮抑制の観点から好ましく、PO微多孔膜のMvの上限値は、1,800,000以下であることがより好ましい。
<Viscosity average molecular weight of PO microporous membrane>
The viscosity average molecular weight (Mv) of the PO microporous membrane is preferably 600,000 or more and 2,000,000 or less. When the Mv of the PO microporous membrane is in the range of 600,000 or more, a large amount of components having a relatively high molecular weight are contained, the pore diameter is small, and the pore diameter tends to be uniform, so that the withstand voltage resistance of the PO microporous membrane becomes high. It tends to improve. From such a viewpoint, the Mv of the PO microporous membrane is more preferably 700,000 or more, still more preferably 800,000 or more. On the other hand, adjusting the Mv of the PO microporous membrane to 2,000,000 or less is preferable from the viewpoint of lowering the fuse temperature and suppressing heat shrinkage, and the upper limit of the Mv of the PO microporous membrane is 1,800,000. The following is more preferable.
本明細書では、PO微多孔膜の粘度平均分子量は、PO微多孔膜そのもののMvを測定することで得られる。なお、PO微多孔膜の粘度平均分子量は、例えば、分子量の異なる原料ポリマーの組成比を変更すること等により、上記の範囲内に調整することができる。 In the present specification, the viscosity average molecular weight of the PO microporous membrane is obtained by measuring the Mv of the PO microporous membrane itself. The viscosity average molecular weight of the PO microporous membrane can be adjusted within the above range, for example, by changing the composition ratio of the raw material polymers having different molecular weights.
<熱収縮率>
PO微多孔膜の耐電圧値を上げると、トレードオフとしてPO微多孔膜の熱収縮性が悪化する傾向にある。また、例えば電池のオーブン試験において安全性を確保するためには、セパレータとして使用されるPO微多孔膜の高温(例えば、PO融点付近、又はPO微多孔膜の融点付近など)での熱収縮率を制御することが重要であると考えられる。
<Heat shrinkage rate>
Increasing the withstand voltage value of the PO microporous membrane tends to worsen the heat shrinkage of the PO microporous membrane as a trade-off. Further, for example, in order to ensure safety in an oven test of a battery, the heat shrinkage rate of a PO microporous membrane used as a separator at a high temperature (for example, near the melting point of PO or near the melting point of PO microporous membrane). It is considered important to control.
PO微多孔膜の耐電圧性と熱収縮性のバランスを取って、PO微多孔膜を含む電池のオーブン試験における安全性を悪化させないという観点から、本実施形態に係るPO微多孔膜の120℃での熱収縮率は、MD、TDともに、20%以下であることが好ましく、MD及びTDにおいて18%以下であることが好ましく、MD及びTDにおいて15%以下であることがより好ましく、12%以下であることがさらに好ましく、10%以下であることが特に好ましい。PO微多孔膜の120℃での熱収縮率の下限値は、例えば、MD、TDともに、-5%以上、-2%以上、-1%以上、又は0%以上であることができる。 From the viewpoint of balancing the withstand voltage and heat shrinkage of the PO microporous membrane and not deteriorating the safety in the oven test of the battery containing the PO microporous membrane, the temperature of the PO microporous membrane according to the present embodiment is 120 ° C. The heat shrinkage rate in MD and TD is preferably 20% or less, preferably 18% or less in MD and TD, more preferably 15% or less in MD and TD, and 12%. It is more preferably less than or equal to, and particularly preferably 10% or less. The lower limit of the heat shrinkage rate of the PO microporous membrane at 120 ° C. can be, for example, −5% or higher, −2% or higher, -1% or higher, or 0% or higher for both MD and TD.
PO微多孔膜の120℃での熱収縮率を上記の数値範囲内に制御する手段としては、例えば、PO微多孔膜の製造プロセスにおいて、延伸工程の延伸温度の調整、熱固定(HS)時のTD延伸及び/又は緩和の温度の調整などが挙げられる。 As a means for controlling the heat shrinkage rate of the PO microporous membrane at 120 ° C. within the above numerical range, for example, in the production process of the PO microporous membrane, the stretching temperature of the stretching step is adjusted and the heat is fixed (HS). TD stretching and / or relaxation temperature adjustment and the like.
<突刺強度>
PO微多孔膜の目付(g/m2)に換算されたときの突刺強度(以下、目付換算突刺強度という。)は、80gf/(g/m2)以上であることが好ましい。PO微多孔膜の目付換算突刺強度が80gf/(g/m2)以上であると、例えばセパレータとしてのPO微多孔膜と電極を含む電池のプレス工程において、電極の突起によってもPO微多孔膜に穴が開き難く、微短絡が発生し難くなる傾向にあり、またPO微多孔膜の耐電圧値の平均値が向上する傾向にある。これらの傾向から、PO微多孔膜の目付換算突刺強度は、85gf/(g/m2)以上であることがより好ましく、90gf/(g/m2)以上であることがさらに好ましい。目付換算突刺強度の上限値は、熱収縮抑制の観点から、例えば、140gf/(g/m2)以下であることができる。
<Puncture strength>
The puncture strength when converted to the basis weight (g / m 2 ) of the PO microporous membrane (hereinafter referred to as the basis weight equivalent puncture strength) is preferably 80 gf / (g / m 2 ) or more. When the puncture strength of the PO microporous membrane is 80 gf / (g / m 2 ) or more, for example, in the pressing process of the battery including the PO microporous membrane as a separator and the electrode, the PO microporous membrane may also be formed by the protrusions of the electrode. There is a tendency that holes are less likely to be formed in the pores, and microshort circuits are less likely to occur, and the average withstand voltage value of the PO microporous membrane tends to be improved. From these tendencies, the basis weight equivalent puncture strength of the PO microporous membrane is more preferably 85 gf / (g / m 2 ) or more, and further preferably 90 gf / (g / m 2 ) or more. The upper limit of the basis weight-equivalent puncture strength can be, for example, 140 gf / (g / m 2 ) or less from the viewpoint of suppressing heat shrinkage.
PO微多孔膜の目付に換算されていない突刺強度(以下、単に突刺強度という。)については、その下限値が、好ましくは250gf以上、より好ましくは280gf以上、さらに好ましくは300gf以上である。250gf以上の突刺強度は、PO微多孔膜を含む電池の安全性の観点から好ましい。また、PO微多孔膜の突刺強度の上限値は、膜の加熱時の配向緩和及び膜の延伸工程などの観点から、好ましくは600gf以下、より好ましくは、500gf以下、又は450gf以下である。 The lower limit of the puncture strength (hereinafter, simply referred to as puncture strength) that is not converted into the basis weight of the PO microporous membrane is preferably 250 gf or more, more preferably 280 gf or more, and further preferably 300 gf or more. A puncture strength of 250 gf or more is preferable from the viewpoint of safety of the battery containing the PO microporous membrane. The upper limit of the puncture strength of the PO microporous membrane is preferably 600 gf or less, more preferably 500 gf or less, or 450 gf or less from the viewpoint of relaxation of orientation during heating of the membrane and the stretching step of the membrane.
PO微多孔膜の目付換算突刺強度又は突刺強度を上記の数値範囲内に制御する手段としては、例えば、PO微多孔膜の製造プロセスにおいて、PO又はPE原料のMv調整、延伸工程の延伸温度の調整などが挙げられる。 As a means for controlling the piercing strength or the piercing strength of the PO microporous membrane within the above numerical range, for example, in the manufacturing process of the PO microporous membrane, Mv adjustment of the PO or PE raw material, and the stretching temperature of the stretching step Adjustment etc. can be mentioned.
<孔径>
PO微多孔膜の孔径は、0.050μm以下であることが好ましい。本明細書では、PO微多孔膜の孔径は、ハーフドライ法に準拠し、パームポロメータ(Porous Materials,Inc.社:CFP-1500AE)を用いて測定された、平均孔径を意味する。PO微多孔膜は、0.050μm以下の孔径のために、耐電圧値の平均値が向上する傾向にある。
<Hole diameter>
The pore size of the PO microporous membrane is preferably 0.050 μm or less. In the present specification, the pore size of the PO microporous membrane means the average pore size measured using a palm pollometer (Porous Materials, Inc.: CFP-1500AE) according to the half-dry method. Since the PO microporous membrane has a pore size of 0.050 μm or less, the average withstand voltage value tends to improve.
PO微多孔膜の孔径は、PO微多孔膜の耐電圧性に加えて電池のサイクル性能をさらに向上させるという観点から、より好ましくは0.047μm以下、更に好ましくは0.044μm以下である。PO微多孔膜の孔径の下限値は、微多孔が存在する限り、0μmを超えることができ、例えば0.10μm以上であることができる。 The pore size of the PO microporous membrane is more preferably 0.047 μm or less, still more preferably 0.044 μm or less, from the viewpoint of further improving the cycle performance of the battery in addition to the withstand voltage resistance of the PO microporous membrane. The lower limit of the pore size of the PO microporous membrane can exceed 0 μm as long as the microporous is present, and can be, for example, 0.10 μm or more.
PO微多孔膜の孔径を上記の数値範囲内に制御する手段としては、例えば、PO微多孔膜の製造プロセスにおいて、抽出工程の前に延伸工程を行うこと;樹脂成形物の総延伸倍率を調整すること;熱固定(HS)工程時に、HS延伸温度およびHS緩和温度を調整すること、HS延伸温度<HS緩和温度に調整すること、HS延伸倍率を調整すること、HS緩和倍率を調整することなどを、単独で又は適宜組み合わせて使用することができる。 As a means for controlling the pore size of the PO microporous film within the above numerical range, for example, in the production process of the PO microporous film, a stretching step is performed before the extraction step; the total stretching ratio of the resin molded product is adjusted. To: Adjusting the HS stretching temperature and the HS relaxation temperature, adjusting the HS stretching temperature <HS relaxation temperature, adjusting the HS stretching ratio, adjusting the HS relaxation ratio during the heat fixing (HS) step. Etc. can be used alone or in combination as appropriate.
<膜厚>
PO微多孔膜の膜厚の上限値は、セパレータとしてPO微多孔膜を含む電池の容量を向上させるという観点から、好ましくは8.0μm以下であり、より好ましくは7.0以下であり、最も好ましくは6.5μm以下である。PO微多孔膜の膜厚の下限値は、PO微多孔膜の強度発現と耐電圧性の確保の観点から、0.1μm以上であることが好ましい。
<Film thickness>
The upper limit of the film thickness of the PO microporous membrane is preferably 8.0 μm or less, more preferably 7.0 or less, and most preferably, from the viewpoint of improving the capacity of the battery containing the PO microporous membrane as a separator. It is preferably 6.5 μm or less. The lower limit of the film thickness of the PO microporous film is preferably 0.1 μm or more from the viewpoint of developing the strength of the PO microporous film and ensuring the withstand voltage.
PO微多孔膜の膜厚を上記の数値範囲内に制御する手段としては、例えば、PO微多孔膜の製造方法において、溶融混錬物のシート加工時のシート厚み、延伸工程の延伸倍率、HS工程の延伸倍率又は緩和倍率などの制御が挙げられる。 As means for controlling the film thickness of the PO microporous membrane within the above numerical range, for example, in the method for producing the PO microporous membrane, the sheet thickness at the time of sheet processing of the melt-kneaded product, the draw ratio in the stretching step, and HS. Control of the stretch ratio or relaxation ratio of the process can be mentioned.
<透気度>
PO微多孔膜の透気度は、膜透過性を担保してセパレータとして組み込まれた電池の出力特性を維持するという観点から、空気100cm3当たり、好ましくは300秒以下、より好ましくは290秒以下、さらに好ましくは270秒以下である。透気度の下限値は、膜厚と気孔率と孔径のバランスを取るという観点から、空気100cm3当たり、好ましくは1秒以上、より好ましくは55秒以上、さらに好ましくは70秒以上、又は80秒以上である。PO微多孔膜の透気度は、例えば、PO微多孔膜の製造プロセスにおいてHS延伸倍率、HS緩和倍率、HS緩和温度などを調整することにより、上記の数値範囲内に制御されることができる。
<Air permeability>
The air permeability of the PO microporous membrane is preferably 300 seconds or less, more preferably 290 seconds or less per 100 cm 3 of air, from the viewpoint of ensuring the membrane permeability and maintaining the output characteristics of the battery incorporated as a separator. , More preferably 270 seconds or less. The lower limit of the air permeability is preferably 1 second or longer, more preferably 55 seconds or longer, still more preferably 70 seconds or longer, or 80 per 100 cm 3 of air from the viewpoint of balancing the film thickness, porosity, and pore diameter. More than a second. The air permeability of the PO microporous membrane can be controlled within the above numerical range by adjusting, for example, the HS stretch ratio, the HS relaxation ratio, the HS relaxation temperature, etc. in the production process of the PO microporous membrane. ..
<気孔率>
PO微多孔膜の気孔率は、好ましくは25%以上、より好ましくは28%以上である。25%以上の気孔率は、PO微多孔膜の透過性の観点から好適である。気孔率の上限としては、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下である。60%以下の気孔率は、上記で説明されたPO微多孔膜の20点の耐電圧値の平均値を向上させる観点から好適である。PO微多孔膜の気孔率は、透気度の制御と同様の手法により、上記の数値範囲内に制御されることができる。
<Porosity>
The porosity of the PO microporous membrane is preferably 25% or more, more preferably 28% or more. A porosity of 25% or more is suitable from the viewpoint of permeability of the PO microporous membrane. The upper limit of the porosity is preferably 60% or less, more preferably 55% or less. A porosity of 60% or less is suitable from the viewpoint of improving the average value of the withstand voltage values at 20 points of the PO microporous membrane described above. The porosity of the PO microporous membrane can be controlled within the above numerical range by the same method as the control of the air permeability.
<融点>
PO微多孔膜の融点(Tm)は、120.0℃~138.0℃であることが好ましい。理論に拘束されることを望まないが、PO微多孔膜の融点が138.0℃以下という比較的低い値になることは、PO微多孔膜中の結晶が小さく、非晶部の割合が大きいことを示しているため、結晶部と非晶部の界面が多くなることでPO微多孔膜の耐電圧性が向上すると考えられる。また、膜の融点が低すぎるとフューズ温度が低くなり、電池の環境温度が100℃付近となり高温に曝されたときに、膜構造が変化してしまうのを防ぐためにPO微多孔膜の融点は120.0℃以上が好ましい。また、デンドライトの成長などによって絶縁が破壊されて電池温度が上昇したときに速やかにイオン透過性を遮断する観点で、140.0℃以下であることが好ましい。
<Melting point>
The melting point (Tm) of the PO microporous membrane is preferably 120.0 ° C to 138.0 ° C. Although not bound by the theory, the relatively low melting point of 138.0 ° C. or lower of the PO microporous membrane means that the crystals in the PO microporous membrane are small and the proportion of amorphous parts is large. Therefore, it is considered that the withstand voltage resistance of the PO microporous film is improved by increasing the number of interfaces between the crystalline portion and the amorphous portion. In addition, if the melting point of the membrane is too low, the fuse temperature will be low, and the environmental temperature of the battery will be around 100 ° C, and the melting point of the PO microporous membrane will be set to prevent the membrane structure from changing when exposed to high temperatures. 120.0 ° C. or higher is preferable. Further, the temperature is preferably 140.0 ° C. or lower from the viewpoint of quickly blocking the ion permeability when the insulation is destroyed due to the growth of dendrites and the battery temperature rises.
PO微多孔膜のTm上限値は、上記で説明されたPO微多孔膜の20点の耐電圧値の平均値を向上させる観点から、好ましくは138.0℃以下であり、より好ましくは137.0℃以下であり、さらに好ましくは135.0℃以下、最も好ましくは134.0℃以下である。PO微多孔膜のTm下限値は、PO微多孔膜の強度発現、及びTmと熱収縮率のバランスの観点から、好ましくは120.0℃以上であり、より好ましくは125.0℃以上であり、さらに好ましくは128.0℃以上である。 The upper limit of Tm of the PO microporous membrane is preferably 138.0 ° C. or lower, more preferably 137. It is 0 ° C. or lower, more preferably 135.0 ° C. or lower, and most preferably 134.0 ° C. or lower. The lower limit of Tm of the PO microporous membrane is preferably 120.0 ° C. or higher, more preferably 125.0 ° C. or higher, from the viewpoint of the strength development of the PO microporous membrane and the balance between Tm and the heat shrinkage rate. , More preferably 128.0 ° C. or higher.
PO微多孔膜のTmは、例えば、PO微多孔膜の製造に使用されるPO原料又はPE原料の融点の選定などにより、上記の数値範囲内に制御されることができる。 The Tm of the PO microporous membrane can be controlled within the above numerical range by, for example, selecting the melting point of the PO raw material or the PE raw material used for producing the PO microporous membrane.
<平滑度>
PO微多孔膜の両面の平滑度の平均値は、PO微多孔膜の凹凸を少なくし、PO微多孔膜の面内の耐電圧性のバラつきを抑制できるという観点から、5,000sec/100cm3以上が好ましく、より好ましくは8,000sec/100cm3以上、さらに好ましくは15,000sec/100cm3以上、特に好ましくは30,000sec/100cm3以上である。上限値に特に制約はないが、PO微多孔膜のフィブリルに由来する微小な凹凸が存在することから、一般的に1,000,000sec/100cm3以下である。
<Smoothness>
The average value of the smoothness on both sides of the PO microporous membrane is 5,000 sec / 100 cm 3 from the viewpoint of reducing the unevenness of the PO microporous membrane and suppressing the variation in the withstand voltage in the surface of the PO microporous membrane. The above is preferable, more preferably 8,000 sec / 100 cm 3 or more, further preferably 15,000 sec / 100 cm 3 or more, and particularly preferably 30,000 sec / 100 cm 3 or more. The upper limit is not particularly limited, but is generally 1,000,000 sec / 100 cm 3 or less due to the presence of minute irregularities derived from the fibril of the PO microporous membrane.
PO微多孔膜の両面の平滑度の平均値を上記の数値範囲内に制御する手段としては、例えば、PO微多孔膜の製造プロセスにおいて、PO原料中のPP割合の抑制(例えば、10質量%以下のPP割合など)、PO原料中の高分子量PEブレンド、樹脂の混錬条件の調整、押出工程の変動抑制又は単層押出、湿潤(wet)状態の成形体(「原反」と呼ばれる場合もある)の冷却条件の調整、同時二軸延伸、延伸工程の延伸温度の制御(例えば、予熱温度と延伸温度のバランスを取ること)などを、単独で又は適宜組み合わせて使用することができる。 As a means for controlling the average value of the smoothness of both sides of the PO microporous film within the above numerical range, for example, in the manufacturing process of the PO microporous film, the ratio of PP in the PO raw material is suppressed (for example, 10% by mass). (PP ratio below, etc.), high molecular weight PE blend in PO raw material, adjustment of resin kneading conditions, suppression of fluctuation in extrusion process or single-layer extrusion, molded body in wet state (when called "raw material") (There is also), adjustment of cooling conditions, simultaneous biaxial stretching, control of stretching temperature in the stretching step (for example, balancing the preheating temperature and stretching temperature), etc. can be used alone or in combination as appropriate.
<PO微多孔膜の含有成分>
本実施形態に係るPO微多孔膜は、ポリオレフィン樹脂を含む樹脂組成物から形成される。所望により、樹脂組成物は、無機粒子、ポリオレフィン以外の樹脂などをさらに含んでよい。PO樹脂組成物中に含まれる全ての樹脂の合計含有率(PC)は、PO微多孔膜の強度及び膜厚の観点からは、34質量%以下であることが好ましく、32質量%以下であることがより好ましく、30質量%以下であることがさらに好ましい。
<Ingredients of PO microporous membrane>
The PO microporous membrane according to this embodiment is formed from a resin composition containing a polyolefin resin. If desired, the resin composition may further contain inorganic particles, a resin other than the polyolefin, and the like. The total content (PC) of all the resins contained in the PO resin composition is preferably 34% by mass or less, preferably 32% by mass or less, from the viewpoint of the strength and film thickness of the PO microporous film. More preferably, it is more preferably 30% by mass or less.
本実施形態において使用されるポリオレフィン樹脂としては、特に限定されず、例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、及び1-オクテン等のモノマーを重合して得られる重合体(例えば、ホモ重合体、共重合体、多段重合体等)が挙げられる。これらの重合体は、1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。PO原料を低融点化して、得られるPO微多孔膜の耐電圧平均値を向上させるという観点からは、共重合体の使用が好ましい。 The polyolefin resin used in the present embodiment is not particularly limited, and for example, monomers such as ethylene, propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, and 1-octene are polymerized. Examples thereof include the obtained polymers (for example, homopolymers, copolymers, multistage polymers, etc.). These polymers may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of lowering the melting point of the PO raw material and improving the withstand voltage average value of the obtained PO microporous membrane, it is preferable to use a copolymer.
PO原料中のPE原料の合計割合は、フューズ性を発現させるという観点から、50質量%~100質量%であることが好ましく、80質量%~100質量%であることがより好ましい。 The total ratio of the PE raw materials in the PO raw materials is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 80% by mass to 100% by mass, from the viewpoint of exhibiting fusability.
PO微多孔膜中に含まれるポリオレフィン樹脂の量は、PO微多孔膜の質量を基準として、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上、又は100質量%であってもよい。 The amount of the polyolefin resin contained in the PO microporous film is preferably 60% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and preferably 80% by mass or more, based on the mass of the PO microporous film. It is preferably 90% by mass or more, or 100% by mass.
PO微多孔膜は、Mvが700,000以上2,000,000以下のポリエチレン(PE)原料を、PO微多孔膜の質量を基準として、55質量%以上含むことが好ましく、65質量%以上含むことがより好ましく、75質量%以上含むことがさらに好ましい。Mvが70万以上200万以下のPE原料をPO微多孔膜に55質量%以上含むと、延伸時に結晶が高度に配向し、それによりPO微多孔膜は、高強度かつ低熱収縮性になる傾向がある。 The PO microporous membrane preferably contains 55% by mass or more, preferably 65% by mass or more, of a polyethylene (PE) raw material having an Mv of 700,000 or more and 2,000,000 or less based on the mass of the PO microporous membrane. It is more preferable, and it is further preferable to contain 75% by mass or more. When a PE raw material having an Mv of 700,000 or more and 2 million or less is contained in the PO microporous membrane in an amount of 55% by mass or more, the crystals are highly oriented during stretching, whereby the PO microporous membrane tends to have high strength and low heat shrinkage. There is.
また、PO微多孔膜の面内の耐電圧性のバラつきを抑制するという観点から、PO微多孔膜の製造に使用されるPO原料は、PEとPPのブレンド、又はMv50万以上のPEとMv30万以下のPEのブレンドであることが好ましい。 Further, from the viewpoint of suppressing the variation in withstand voltage in the plane of the PO microporous membrane, the PO raw material used for producing the PO microporous membrane is a blend of PE and PP, or PE and Mv30 having an Mv of 500,000 or more. It is preferably a blend of PE of 10,000 or less.
また、ポリオレフィン樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.930g/cm3未満)、線状低密度ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.940g/cm3未満)、中密度ポリエチレン(密度0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満)、高密度ポリエチレン(密度0.942g/cm3以上)、超高分子量ポリエチレン(密度0.910g/cm3以上0.970g/cm3未満)、アイソタクティックポリプロピレン、アタクティックポリプロピレン、ポリブテン、エチレンプロピレンラバー等が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を併用することができる。中でも、ポリエチレンを単独、ポリプロピレンを単独、又はポリエチレンとポリプロピレンの混合物のいずれかのみを使用する事は、均一なフィルムを得る観点から好ましい。 Examples of the polyolefin resin include low-density polyethylene (density 0.910 g / cm 3 or more and less than 0.930 g / cm 3 ) and linear low-density polyethylene (density 0.910 g / cm 3 or more and 0.940 g / cm 3 ). Less than), medium density polyethylene (density 0.930 g / cm 3 or more and less than 0.942 g / cm 3 ), high density polyethylene (density 0.942 g / cm 3 or more), ultra high molecular weight polyethylene (density 0.910 g / cm 3 ) (More than 0.970 g / cm less than 3 ), isotactic polypropylene, atactic polypropylene, polybutene, ethylene propylene rubber and the like can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. Above all, it is preferable to use polyethylene alone, polypropylene alone, or a mixture of polyethylene and polypropylene alone from the viewpoint of obtaining a uniform film.
また、ポリオレフィン樹脂は、PO微多孔膜をセパレータとして備える電池の安全性の観点からは、0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満の密度を有する中密度ポリエチレン(PE)であることが好ましく、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)以外のPEでよい。さらに、PO微多孔膜が薄膜でさえも電池の安全性を向上させるという観点から、Mv100万未満の中密度ポリエチレン、及びMv100万以上200万以下かつ密度0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満の超高分子量ポリエチレンから選択される少なくとも1種をPO微多孔膜の質量を基準として、50質量%以上含むことが好ましく、60質量%以上含むことがより好ましく、70質量%以上含むことが最も好ましい。 The polyolefin resin is medium-density polyethylene (PE) having a density of 0.930 g / cm 3 or more and less than 0.942 g / cm 3 from the viewpoint of safety of a battery having a PO microporous film as a separator. Is preferable, and for example, PE other than high-density polyethylene (HDPE) may be used. Furthermore, from the viewpoint that the PO microporous film improves the safety of the battery even if it is a thin film, medium density polyethylene with Mv of less than 1 million, and Mv of 1 million or more and 2 million or less and a density of 0.930 g / cm 3 or more and 0.942 g / At least one selected from ultra-high molecular weight polyethylene of less than cm 3 is preferably contained in an amount of 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more based on the mass of the PO microporous film. Is most preferable.
ポリオレフィン樹脂は、PEでは安全性を確保し難い高温領域(160℃以上)において安全性を確保するだけでなく、PO微多孔膜の面内の耐電圧性の平均値を向上させるという観点から、ポリプロピレン(PP)を含むことが好ましい。PPとしては、プロピレンのホモポリマーが好ましい。また、面内の耐電圧性のバラつきを抑制するという観点からは、ポリオレフィン樹脂は、主成分としてのポリエチレンと、ポリプロピレンとを含むことがより好ましい。したがって、PO原料としてPPを含む場合には、PO原料中のPP原料の割合は、0質量%を超え、かつ10質量%以下であることが好ましい。 Polyolefin resins not only ensure safety in high temperature regions (160 ° C or higher) where it is difficult to ensure safety with PE, but also improve the average in-plane withstand voltage resistance of PO microporous membranes. It preferably contains polypropylene (PP). As PP, a homopolymer of propylene is preferable. Further, from the viewpoint of suppressing the variation in withstand voltage in the plane, it is more preferable that the polyolefin resin contains polyethylene as a main component and polypropylene. Therefore, when PP is contained as the PO raw material, the ratio of the PP raw material in the PO raw material is preferably more than 0% by mass and 10% by mass or less.
PEとPPを併用する場合には、ポリエチレンとしては、粘度平均分子量100万未満の中密度ポリエチレン、及び粘度平均分子量100万以上200万以下かつ密度0.930g/cm3以上0.942g/cm3未満の超高分子量ポリエチレンから選択される少なくとも1種を用いることで、強度と透過性をバランスさせ、更に適切なフューズ温度を保つ観点から好ましい。また、粘度平均分子量200万以上の超高分子量ポリエチレンを含まないことも適切なフューズ温度を保つ観点からより好ましい。 When PE and PP are used in combination, as polyethylene, medium-density polyethylene with a viscosity average molecular weight of less than 1 million and a viscosity average molecular weight of 1 million or more and 2 million or less and a density of 0.930 g / cm 3 or more and 0.942 g / cm 3 It is preferable to use at least one selected from less than ultra-high molecular weight polyethylene from the viewpoint of balancing strength and permeability and maintaining an appropriate fuse temperature. Further, it is more preferable not to contain ultra-high molecular weight polyethylene having a viscosity average molecular weight of 2 million or more from the viewpoint of maintaining an appropriate fuse temperature.
ポリオレフィン樹脂の粘度平均分子量(後述する実施例における測定法に準じて測定される。)としては、好ましくは5万以上、より好ましくは10万以上であり、その上限としては、好ましくは300万以下、より好ましくは200万以下又は100万以下である。粘度平均分子量(Mv)を5万以上とすることは、溶融成形の際のメルトテンションを高く維持して良好な成形性を確保する観点、又は、十分な絡み合いを樹脂に付与して微多孔膜の強度を高める観点から好ましい。一方、Mvを300万以下とすることは、均一な溶融混練を実現し、シートの成形性、特に厚み成形性を向上させる観点から好ましい。 The viscosity average molecular weight of the polyolefin resin (measured according to the measurement method in the examples described later) is preferably 50,000 or more, more preferably 100,000 or more, and the upper limit thereof is preferably 3 million or less. , More preferably 2 million or less or 1 million or less. Setting the viscosity average molecular weight (Mv) to 50,000 or more is from the viewpoint of maintaining a high melt tension during melt molding to ensure good moldability, or by imparting sufficient entanglement to the resin to provide a microporous film. It is preferable from the viewpoint of increasing the strength of the. On the other hand, setting the Mv to 3 million or less is preferable from the viewpoint of realizing uniform melt-kneading and improving the formability of the sheet, particularly the thickness formability.
得られるPO微多孔膜の耐電圧平均値を向上させるという観点からは、PO原料として使用されるPO樹脂の融点(Tm)は、165℃以下であることが好ましく、150℃以下であることがより好ましく、138℃以下であることがさらに好ましい。同様の観点から、原料として使用されるPEのTmは、137.5℃以下であることが好ましく、136.5℃以下であることがより好ましく、そして原料として使用されるPPのTmは、163.0℃以下であることが好ましい。Tmが150℃以上の原料の含有量はPO原料の重量の合計に対して10質量%以下であることが好ましい。 From the viewpoint of improving the withstand voltage average value of the obtained PO microporous membrane, the melting point (Tm) of the PO resin used as the PO raw material is preferably 165 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or lower. More preferably, it is 138 ° C. or lower. From the same viewpoint, the Tm of PE used as a raw material is preferably 137.5 ° C or lower, more preferably 136.5 ° C or lower, and the Tm of PP used as a raw material is 163. It is preferably 0.0 ° C. or lower. The content of the raw material having a Tm of 150 ° C. or higher is preferably 10% by mass or less with respect to the total weight of the PO raw materials.
前記樹脂組成物には、必要に応じて、無機粒子、フェノール系又はリン系又はイオウ系等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウムやステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、防曇剤、着色顔料等の公知の各種添加剤を混合してよい。 If necessary, the resin composition may contain inorganic particles, phenol-based or phosphorus-based or sulfur-based antioxidants; metal soaps such as calcium stearate and zinc stearate; ultraviolet absorbers, light stabilizers, and charges. Various known additives such as an inhibitor, an antifogging agent, and a coloring pigment may be mixed.
〔ポリオレフィン微多孔膜の製造方法〕
本実施形態に係るPO微多孔膜の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、
ポリオレフィン樹脂と、所望により各種添加剤とを含む樹脂組成物を混合する混合工程(a)と、
工程(a)で得られた混合物を溶融混練して押出す押出工程(b)と、
工程(b)で得られた押出物をシート状に成形するシート成形工程(c)と、
工程(c)で得られたシート状成形物を、少なくとも一回、少なくとも一軸方向に延伸する一次延伸工程(d)と、
工程(d)で得られた一次延伸膜から孔形成材料を抽出する抽出工程(e)と、
工程(e)で得られた抽出膜を所定の温度で熱固定(HS)する熱固定工程(f)とを含む方法が挙げられる。
[Method for manufacturing microporous polyolefin membrane]
The method for producing the PO microporous membrane according to the present embodiment is not particularly limited, but for example,
A mixing step (a) of mixing a resin composition containing a polyolefin resin and, if desired, various additives, and
The extrusion step (b) in which the mixture obtained in the step (a) is melt-kneaded and extruded, and
The sheet molding step (c) of molding the extruded product obtained in the step (b) into a sheet shape, and
The primary stretching step (d) of stretching the sheet-shaped molded product obtained in the step (c) at least once in the uniaxial direction,
The extraction step (e) of extracting the pore-forming material from the primary stretched film obtained in the step (d), and the extraction step (e).
Examples thereof include a method including a heat fixing step (f) in which the extraction film obtained in the step (e) is heat-fixed (HS) at a predetermined temperature.
上記PO微多孔膜の製造方法により、リチウムイオン二次電池およびその他の電気化学デバイス用セパレータとして用いる場合に、電池又は電気化学デバイスの短絡率又は微短絡率を低減することが可能なPO微多孔膜を提供することができる。なお、本実施形態のPO微多孔膜の製造方法は、上記製造方法に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。各工程について以下に説明する。 According to the above method for producing a PO microporous film, the PO microporous rate can be reduced when used as a separator for a lithium ion secondary battery and other electrochemical devices. A membrane can be provided. The method for producing the PO microporous membrane of the present embodiment is not limited to the above-mentioned production method, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. Each process will be described below.
〔混合工程(a)〕
混合工程(a)は、ポリオレフィン樹脂と、所望により各種添加剤とを含む樹脂組成物を混合する工程である。なお、混合工程(a)においては、必要に応じて、他の成分を樹脂組成物と混合してもよい。上記項目<PO微多孔膜の含有成分>において説明された樹脂組成物を混合工程(a)に供することができる。中でも、得られるPO微多孔膜の耐電圧平均値を向上させたり、得られるPO微多孔膜の融点(Tm)又は粘度平均分子量(Mv)を制御したりするという観点からは、Mvが5万以上300万以下のPO原料、又はTm165℃以下のPO共重合体を含む樹脂組成物の使用が好ましい。また、得られるPO微多孔膜の耐電圧値の標準偏差を制御したり、PO微多孔膜の突刺強度を制御したりするという観点からは、PO原料として、PEと10質量%以下のPPとのブレンド、又はMv50万以上のPEとMv30万以下のPEとのブレンドを含む樹脂組成物の使用が好ましい。
[Mixing step (a)]
The mixing step (a) is a step of mixing the resin composition containing the polyolefin resin and, if desired, various additives. In the mixing step (a), other components may be mixed with the resin composition, if necessary. The resin composition described in the above item <components contained in the PO microporous membrane> can be subjected to the mixing step (a). Above all, from the viewpoint of improving the withstand voltage average value of the obtained PO microporous film and controlling the melting point (Tm) or viscosity average molecular weight (Mv) of the obtained PO microporous film, Mv is 50,000. It is preferable to use a PO raw material of 3 million or less, or a resin composition containing a PO copolymer having a Tm of 165 ° C or less. Further, from the viewpoint of controlling the standard deviation of the withstand voltage value of the obtained PO microporous film and controlling the puncture strength of the PO microporous film, PE and PP of 10% by mass or less are used as PO raw materials. , Or a resin composition containing a blend of PE of Mv 500,000 or more and PE of Mv 300,000 or less is preferable.
孔形成材料は、PO樹脂及び無機粒子の材料と区別される限り、任意でよく、例えば可塑剤であることができる。可塑剤としては、PO樹脂の融点以上において均一溶液を形成し得る不揮発性溶媒、例えば、流動パラフィン(LP)、パラフィンワックス等の炭化水素類;フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル等のエステル類;オレイルアルコール、ステアリルアルコール等の高級アルコール等を使用してよい。 The pore-forming material may be arbitrary as long as it is distinguished from the material of the PO resin and the inorganic particles, and may be, for example, a plasticizer. As the plasticizer, a non-volatile solvent capable of forming a uniform solution above the melting point of the PO resin, for example, hydrocarbons such as liquid paraffin (LP) and paraffin wax; esters such as dioctyl phthalate and dibutyl phthalate; oleyl Higher alcohols such as alcohol and stearyl alcohol may be used.
樹脂組成物中の可塑剤の含有率は、好ましくは66質量%~90質量%であり、より好ましくは68質量%~88質量%であり、さらに好ましくは70質量%~80質量%である。可塑剤の含有率を66以上質量%に調整することで、樹脂組成物の溶融粘度が低下し、メルトフラクチャーが抑制されることで、押出時の製膜性が向上する傾向にある。他方、可塑剤の含有率を90質量%以下に調整することにより製膜工程中での原反伸びを抑制できることがある。 The content of the plasticizer in the resin composition is preferably 66% by mass to 90% by mass, more preferably 68% by mass to 88% by mass, and further preferably 70% by mass to 80% by mass. By adjusting the content of the plasticizer to 66 or more by mass, the melt viscosity of the resin composition is lowered and the melt fracture is suppressed, so that the film-forming property at the time of extrusion tends to be improved. On the other hand, by adjusting the content of the plasticizer to 90% by mass or less, it may be possible to suppress the elongation of the original fabric during the film forming process.
(任意の添加剤)
工程(a)において、POを含む樹脂組成物には、任意の添加剤を含有させることができる。添加剤としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂以外の重合体;フェノール系化合物、リン系化合物、イオウ系化合物等の酸化防止剤;ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸類;紫外線吸収剤;光安定剤;帯電防止剤;防曇剤;着色顔料等が挙げられる。これらの添加剤の総添加量は、ポリオレフィン樹脂100質量部に対して、好ましくは20質量部以下であり、より好ましくは10質量部以下、更に好ましくは5質量部以下である。
(Any additive)
In the step (a), the resin composition containing PO may contain any additive. The additive is not particularly limited, and is, for example, a polymer other than a polyolefin resin; an antioxidant such as a phenol-based compound, a phosphorus-based compound, and a sulfur-based compound; metal soaps such as calcium stearate and zinc stearate; ultraviolet absorption. Agents; light stabilizers; antistatic agents; antifogging agents; coloring pigments and the like. The total amount of these additives added is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or less, and further preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polyolefin resin.
工程(a)における混合の方法としては、特に限定されないが、例えば、原材料の一部又は全部を必要に応じてヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、タンブラーブレンダー等を用いて予め混合する方法が挙げられる。その中でも、ヘンシェルミキサーを用いて混合を行う方法が好ましい。 The mixing method in the step (a) is not particularly limited, and examples thereof include a method of premixing a part or all of the raw materials using a Henschel mixer, a ribbon blender, a tumbler blender, or the like, if necessary. Among them, a method of mixing using a Henschel mixer is preferable.
〔押出工程(b)〕
押出工程(b)は、工程(a)で得られた樹脂組成物を溶融混練して押出す工程である。なお、押出工程(b)では、必要に応じて、他の成分を樹脂組成物と混合してもよい。
[Extrusion step (b)]
The extrusion step (b) is a step of melt-kneading and extruding the resin composition obtained in the step (a). In the extrusion step (b), other components may be mixed with the resin composition, if necessary.
工程(b)における溶融混練の方法としては、特に限定されないが、例えば、工程(a)で混合した混合物を含む全ての原材料を、一軸押出機、二軸押出機等のスクリュー押出機;ニーダー;ミキサー等により溶融混練する方法が挙げられる。その中でも、溶融混錬は二軸押出機によりスクリューを用いて行うことが好ましい。溶融混錬条件は、得られるPO微多孔膜の特定の面積領域における耐電圧値の標準偏差、又はPO微多孔膜の両面の平滑度の平均値を制御するという観点から、適切に設定されることが好ましい。また、溶融混練を行う際、可塑剤の添加は2回以上に分けて行う事が好ましく、更に、複数回に分けて添加剤の添加を行う場合、1回目の添加量が全体の添加量の90重量%以下となるように調整する事が、含有成分の凝集を抑えて均一に分散させる観点から好ましい。これにより大面積でシャットダウンすることで発熱を抑制し、電池の安全性を向上させる観点から好ましい。 The method of melt-kneading in the step (b) is not particularly limited, but for example, all the raw materials including the mixture mixed in the step (a) are used in a screw extruder such as a single-screw extruder or a twin-screw extruder; a kneader; Examples thereof include a method of melting and kneading with a mixer or the like. Among them, melt kneading is preferably performed by using a screw with a twin-screw extruder. The melt-kneading conditions are appropriately set from the viewpoint of controlling the standard deviation of the withstand voltage value in a specific area region of the obtained PO microporous membrane or the average value of the smoothness of both sides of the PO microporous membrane. Is preferable. Further, when performing melt-kneading, it is preferable to add the plasticizer in two or more times, and further, when the additive is added in a plurality of times, the first addition amount is the total addition amount. It is preferable to adjust the content to 90% by weight or less from the viewpoint of suppressing aggregation of the contained components and uniformly dispersing them. This is preferable from the viewpoint of suppressing heat generation by shutting down in a large area and improving the safety of the battery.
工程(b)において孔成形剤を使用する場合、溶融混練部の温度は、樹脂組成物を均一に混錬する観点から200℃未満が好ましい。溶融混練部の温度の下限は、PO樹脂を可塑剤へ均一に溶解させる観点からPOの融点以上である。 When the pore forming agent is used in the step (b), the temperature of the melt-kneaded portion is preferably less than 200 ° C. from the viewpoint of uniformly kneading the resin composition. The lower limit of the temperature of the melt-kneaded portion is equal to or higher than the melting point of PO from the viewpoint of uniformly dissolving the PO resin in the plasticizer.
本実施形態では、混練時において、特に限定されないが、原料のPOに酸化防止剤を所定の濃度で混合した後、それらの混合物の周囲を窒素雰囲気に置換し、窒素雰囲気を維持した状態で溶融混練を行うことが好ましい。 In the present embodiment, there is no particular limitation during kneading, but after mixing the raw material PO with an antioxidant at a predetermined concentration, the surroundings of the mixture are replaced with a nitrogen atmosphere, and the mixture is melted in a state where the nitrogen atmosphere is maintained. It is preferable to knead.
工程(b)においては、上記混練を経て得られた混練物が、T型ダイ、環状ダイ等の押出機により押し出される。このとき、単層押出、又は積層押出を行うことができ、得られるPO微多孔膜の耐電圧値の標準偏差、又は両面の平滑度の平均値を制御するという観点からは、単層押出が好ましい。押出の際の諸条件は、例えば公知の方法を採用でき、そして得られるPO微多孔膜の耐電圧値の標準偏差、又は両面の平滑度の平均値を制御するという観点からは、できる限り変動を抑制した条件設定が好ましい。また、得られるPO微多孔膜の膜厚の観点から、(ダイ)リップクリアランスなどを制御することが好ましい。 In the step (b), the kneaded product obtained through the above kneading is extruded by an extruder such as a T-type die or an annular die. At this time, single-layer extrusion or laminated extrusion can be performed, and from the viewpoint of controlling the standard deviation of the withstand voltage value of the obtained PO microporous membrane or the average value of the smoothness of both sides, single-layer extrusion is used. preferable. The conditions for extrusion can be varied as much as possible, for example, by adopting known methods and from the viewpoint of controlling the standard deviation of the withstand voltage value of the obtained PO microporous membrane or the average value of the smoothness of both sides. It is preferable to set the conditions in which the above is suppressed. Further, it is preferable to control the (die) lip clearance and the like from the viewpoint of the film thickness of the obtained PO microporous membrane.
〔シート成形工程(c)〕
シート成形工程(c)は、押出工程(b)で得られた押出物をシート状に成形する工程である。シート成形工程(c)により得られるシート状成形物は、単層であってもよく、積層であってもよい。シート成形の方法としては、特に限定されないが、例えば、押出物を圧縮冷却により固化させる方法が挙げられる。
[Sheet molding step (c)]
The sheet forming step (c) is a step of forming the extruded product obtained in the extrusion step (b) into a sheet shape. The sheet-shaped molded product obtained by the sheet molding step (c) may be a single layer or may be laminated. The sheet forming method is not particularly limited, and examples thereof include a method of solidifying the extruded product by compression cooling.
圧縮冷却方法としては、特に限定されないが、例えば、冷風、冷却水等の冷却媒体に押出物を直接接触させる方法;冷媒で冷却した金属ロール、プレス機等に押出物を接触させる方法等が挙げられる。これらの中でも、冷媒で冷却した金属ロール、プレス機等に押出物を接触させる方法が、膜厚制御が容易な点で好ましい。 The compression cooling method is not particularly limited, and examples thereof include a method of bringing the extruder into direct contact with a cooling medium such as cold air or cooling water; and a method of bringing the extruder into contact with a metal roll cooled with a refrigerant, a press machine, or the like. Be done. Among these, a method in which the extruded product is brought into contact with a metal roll cooled with a refrigerant, a press machine, or the like is preferable because the film thickness can be easily controlled.
工程(b)の溶融混練以降、溶融物をシート状に成形する工程における設定温度は、押出し機の設定温度より高温に設定することが好ましい。設定温度の上限は、ポリオレフィン樹脂の熱劣化の観点から、300℃以下が好ましく、260℃以下がより好ましい。例えば、押出機より連続してシート状成形体を製造する際に、溶融混練工程後、シート状に成形する工程、即ち、押出機出口からTダイまでの経路、及びTダイの設定温度が押出し工程の設定温度よりも高温に設定されている場合は、樹脂組成物と孔形成材料が分離することなく、溶融物をシート状に成形することが可能となるため好ましい。また、得られるPO微多孔膜の膜厚の観点から、キャストクリアランスなどを制御することが好ましい。 After the melt kneading in the step (b), the set temperature in the step of forming the melt into a sheet is preferably set to a temperature higher than the set temperature of the extruder. The upper limit of the set temperature is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 260 ° C. or lower, from the viewpoint of thermal deterioration of the polyolefin resin. For example, when continuously producing a sheet-shaped molded product from an extruder, the process of forming into a sheet after the melt-kneading step, that is, the path from the extruder outlet to the T-die and the set temperature of the T-die are extruded. When the temperature is set higher than the set temperature of the process, the melt can be formed into a sheet without separating the resin composition and the pore-forming material, which is preferable. Further, it is preferable to control the cast clearance and the like from the viewpoint of the film thickness of the obtained PO microporous membrane.
得られたシート状成形体の厚みは、例えば、工程(d)又は(f)における延伸後の厚み、最終的に製造されたPO微多孔膜の膜厚などに応じて、600μm以上2000μm以下であることが好ましく、1000μm~1500μmであることがより好ましい。 The thickness of the obtained sheet-shaped molded product is, for example, 600 μm or more and 2000 μm or less depending on the thickness after stretching in the step (d) or (f), the film thickness of the finally produced PO microporous film, and the like. It is preferably present, and more preferably 1000 μm to 1500 μm.
〔一次延伸工程(d)〕
一次延伸工程(d)は、シート成形工程(c)で得られたシート状成形物を、少なくとも一回、少なくとも一軸方向に延伸する工程である。この延伸工程(次の抽出工程(e)より前に行う延伸工程)を「一次延伸」と呼ぶこととし、一次延伸によって得られた膜を「一次延伸膜」と呼ぶこととする。一次延伸では、シート状成形物を、少なくとも一方向へ延伸することができ、MD及びTDの両方向で行ってもよいし、MD又はTDの片方だけ行ってもよい。
[Primary stretching step (d)]
The primary stretching step (d) is a step of stretching the sheet-shaped molded product obtained in the sheet molding step (c) at least once and at least in the uniaxial direction. This stretching step (stretching step performed before the next extraction step (e)) is referred to as "primary stretching", and the film obtained by the primary stretching is referred to as "primary stretching film". In the primary stretching, the sheet-shaped molded product can be stretched in at least one direction, and may be performed in both MD and TD directions, or may be performed in only one of MD or TD.
得られるPO微多孔膜の特定の面積領域における耐電圧値の標準偏差と、両面の平滑度の平均値とを制御するという観点から、シート状成形物の一次延伸に先立って、シート状成形物の予熱を行うことが好ましく、予熱温度が一次延伸温度と同等であるか、又は一次延伸温度以上であることがより好ましい。具体的には、予熱温度は、一次延伸温度以上である限り、116℃~121℃の範囲内でよい。同様の観点から、予熱を行う場合には、予熱係数が、100,000℃・m以上であることが好ましく、128,000℃・m以上であることがより好ましく、128,000℃・m~200,000℃・mであることがさらに好ましい。 From the viewpoint of controlling the standard deviation of the withstand voltage value in a specific area region of the obtained PO microporous film and the average value of the smoothness of both sides, the sheet-shaped molded product is prior to the primary stretching of the sheet-shaped molded product. It is preferable to perform the preheating of the above, and it is more preferable that the preheating temperature is equal to or higher than the primary stretching temperature. Specifically, the preheating temperature may be in the range of 116 ° C. to 121 ° C. as long as it is equal to or higher than the primary stretching temperature. From the same viewpoint, when preheating is performed, the preheating coefficient is preferably 100,000 ° C.m or higher, more preferably 128,000 ° C.m or higher, and 128,000 ° C.m to m. It is more preferably 200,000 ° C.m.
一次延伸の延伸方法としては、特に限定されないが、例えば、ロール延伸機による一軸延伸;テンターによるTD一軸延伸;ロール延伸機及びテンター、又は複数のテンターの組み合わせによる逐次二軸延伸;同時二軸テンター又はインフレーション成形による同時二軸延伸等が挙げられる。中でも、得られるPO微多孔膜の特定の面積における耐電圧値の標準偏差と、両面の平滑度の平均値とを制御するという観点から、同時二軸延伸が好ましい。 The stretching method of the primary stretching is not particularly limited, but for example, uniaxial stretching by a roll stretching machine; TD uniaxial stretching by a tenter; sequential biaxial stretching by a roll stretching machine and a tenter, or a combination of a plurality of tenters; simultaneous biaxial tenter. Alternatively, simultaneous biaxial stretching by inflation molding and the like can be mentioned. Above all, simultaneous biaxial stretching is preferable from the viewpoint of controlling the standard deviation of the withstand voltage value in a specific area of the obtained PO microporous film and the average value of the smoothness of both sides.
一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率は、好ましくは5倍以上であり、より好ましくは6倍以上である。一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率が5倍以上であることにより、得られるPO微多孔膜の膜厚を制御できたり、強度がより向上したりする傾向にある。また、一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率は、好ましくは9倍以下であり、より好ましくは8倍以下である。一次延伸のMD及び/又はTDの延伸倍率が9倍以下であることにより、延伸時の破断がより抑制される傾向にある。二軸延伸を行う際は、逐次延伸でも同時二軸延伸でもよいが、各軸方向の延伸倍率は、それぞれ、好ましくは5倍以上9倍以下であり、より好ましくは、6倍以上8倍以下、又は6倍以上7倍以下である。また、面内の耐電圧値のバラつき抑制の観点から、1方向に延伸が過多な異方性の高い製造条件と比べて、MD/TDの延伸比が1.5~0.7の等方性の延伸条件が好ましい。 The draw ratio of MD and / or TD of the primary stretching is preferably 5 times or more, and more preferably 6 times or more. When the draw ratio of the MD and / or TD of the primary stretching is 5 times or more, the film thickness of the obtained PO microporous film can be controlled and the strength tends to be further improved. The draw ratio of MD and / or TD for primary stretching is preferably 9 times or less, and more preferably 8 times or less. When the draw ratio of MD and / or TD of the primary stretch is 9 times or less, the breakage during stretching tends to be further suppressed. When biaxial stretching is performed, sequential stretching or simultaneous biaxial stretching may be performed, but the stretching ratio in each axial direction is preferably 5 times or more and 9 times or less, and more preferably 6 times or more and 8 times or less. , Or 6 times or more and 7 times or less. Further, from the viewpoint of suppressing the variation in the withstand voltage value in the plane, the MD / TD stretching ratio is equal to 1.5 to 0.7 as compared with the highly anisotropic manufacturing condition in which stretching is excessive in one direction. Anisotropy stretching conditions are preferred.
一次延伸温度は、PO樹脂組成物に含まれる原料樹脂組成及び濃度を参照して選択することが可能である。一次延伸温度は、得られるPO微多孔膜の特定の面積における耐電圧値の平均値を制御するという観点から、低温なほど好ましい。MD及び/又はTDの延伸温度は、得られるPO微多孔膜の耐電圧性、突刺強度、及び120℃での熱収縮率の観点から、100℃~135℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは112℃~135℃、さらに好ましくは115℃~130℃、よりさらに好ましくは、116℃~122℃、118℃~122℃、119℃~124℃以下、又は116℃~118℃の範囲内である。延伸温度は、MDとTDのいずれについても、破断抑制と熱収縮率の観点から、100℃以上であることが好ましく、115℃以上であることがより好ましく、膜強度を高める観点から135℃以下であることが好ましい。 The primary stretching temperature can be selected with reference to the raw material resin composition and concentration contained in the PO resin composition. The lower the primary stretching temperature, the more preferable, from the viewpoint of controlling the average value of the withstand voltage values in a specific area of the obtained PO microporous membrane. The stretching temperature of MD and / or TD is preferably in the range of 100 ° C. to 135 ° C. from the viewpoint of withstand voltage resistance, puncture strength, and heat shrinkage rate at 120 ° C. of the obtained PO microporous membrane. More preferably 112 ° C. to 135 ° C., even more preferably 115 ° C. to 130 ° C., even more preferably 116 ° C. to 122 ° C., 118 ° C. to 122 ° C., 119 ° C. to 124 ° C. or lower, or 116 ° C. to 118 ° C. Within. The stretching temperature for both MD and TD is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 115 ° C. or higher, and 135 ° C. or lower from the viewpoint of increasing the film strength, from the viewpoint of fracture suppression and heat shrinkage. Is preferable.
〔抽出工程(e)〕
抽出工程(e)は、一次延伸工程(d)で得られた一次延伸膜から孔形成材料を抽出して、抽出膜を得る工程である。孔形成材を除去する方法としては、例えば、抽出溶剤に一次延伸膜を浸漬して孔形成材を抽出し、充分に乾燥させる方法等が挙げられる。孔形成材を抽出する方法は、バッチ式及び連続式のいずれであってもよい。また、多孔膜中の孔形成材、特に可塑剤の残存量は、1質量%未満にすることが好ましい。
[Extraction step (e)]
The extraction step (e) is a step of extracting a pore-forming material from the primary stretching film obtained in the primary stretching step (d) to obtain an extraction film. Examples of the method for removing the pore-forming material include a method in which a primary stretching film is immersed in an extraction solvent to extract the pore-forming material and sufficiently dried. The method for extracting the pore-forming material may be either a batch method or a continuous method. Further, the residual amount of the pore-forming material, particularly the plasticizer, in the porous membrane is preferably less than 1% by mass.
孔形成材を抽出する際に用いられる抽出溶剤としては、ポリオレフィン樹脂に対して貧溶媒で、かつ孔形成材又は可塑剤に対して良溶媒であり、沸点がポリオレフィン樹脂の融点より低いものを用いることが好ましい。このような抽出溶剤としては、特に限定されないが、例えば、n-ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類;塩化メチレン、1,1,1-トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロカーボン等の非塩素系ハロゲン化溶剤;エタノール、イソプロパノール等のアルコール類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。なお、これらの抽出溶剤は、蒸留等の操作により回収して再利用してよい。 As the extraction solvent used when extracting the pore-forming material, a solvent that is poor with respect to the polyolefin resin, is a good solvent with respect to the pore-forming material or the plasticizer, and has a boiling point lower than the melting point of the polyolefin resin is used. Is preferable. Such an extraction solvent is not particularly limited, but for example, hydrocarbons such as n-hexane and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride and 1,1,1-trichloroethane; hydrofluoroether and hydrofluorocarbon. Non-chlorine hydrocarbon solvents such as; alcohols such as ethanol and isopropanol; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone can be mentioned. These extraction solvents may be recovered and reused by an operation such as distillation.
〔熱固定工程(f)〕
熱固定工程(f)は、抽出工程(e)で得られた抽出膜を、所定の温度で熱固定する工程である。この際の熱処理の方法としては、特に限定されないが、テンター又はロール延伸機を利用して、延伸及び緩和操作を行う熱固定方法が挙げられる。
[Heat fixing step (f)]
The heat fixing step (f) is a step of heat fixing the extraction film obtained in the extraction step (e) at a predetermined temperature. The heat treatment method at this time is not particularly limited, and examples thereof include a heat fixing method in which stretching and relaxation operations are performed using a tenter or a roll stretching machine.
熱固定工程(f)における延伸操作は、MD及びTDのうちの少なくとも1つの方向にPO微多孔膜を延伸する操作であり、MD及びTDの両方向で行ってもよいし、MD又はTDの片方だけ行ってもよい。セパレータと電極を含む電池の短絡率又は微短絡率を低減することが可能なPO微多孔膜を提供するという観点では、少なくともTDに熱固定を行うことが好ましい。 The stretching operation in the heat fixing step (f) is an operation of stretching the PO microporous membrane in at least one direction of MD and TD, and may be performed in both directions of MD and TD, or one of MD and TD. You may just go. From the viewpoint of providing a PO microporous film capable of reducing the short-circuit rate or the micro-short-circuit rate of the battery including the separator and the electrode, it is preferable to heat-fix to at least the TD.
熱固定工程(f)におけるMD及び/又はTDの延伸倍率は、それぞれ、好ましくは1.50倍以上2.30倍以下であり、より好ましくは1.70倍以上2.20倍以下である。工程(f)でのMD及び/又はTDの延伸倍率は、得られる耐電圧値のバラつき抑制の観点から又は膜厚を薄く制御する観点から1.50倍以上が好ましく、破断抑制の観点から2.30倍以下が好ましい。 The draw ratios of MD and / or TD in the heat fixing step (f) are preferably 1.50 times or more and 2.30 times or less, and more preferably 1.70 times or more and 2.20 times or less, respectively. The draw ratio of MD and / or TD in the step (f) is preferably 1.50 times or more from the viewpoint of suppressing variation in the obtained withstand voltage value or from the viewpoint of controlling the film thickness thinly, and from the viewpoint of suppressing fracture, 2 .30 times or less is preferable.
熱固定時のMD及び/又はTD延伸温度は、得られるPO微多孔膜の特定の面積領域における耐電圧値の平均値を制御するという観点から、高温なほど好ましく、PO微多孔膜の耐電圧値の平均値の制御と120℃での熱収縮率の制御のために、128℃以上であることが好ましく、電池の出力特性の観点から129℃以上であることがさらに好ましく、電池の安全性の観点から130℃以上であることが特に好ましく、オーブン試験における安全性の観点から132℃以上であることが最も好ましい。 The MD and / or TD stretching temperature at the time of heat fixation is preferably higher, from the viewpoint of controlling the average value of the withstand voltage values in a specific area region of the obtained PO microporous film, and the withstand voltage of the PO microporous film. It is preferably 128 ° C. or higher, more preferably 129 ° C. or higher from the viewpoint of battery output characteristics, for controlling the average value and the heat shrinkage rate at 120 ° C., and the safety of the battery. The temperature is particularly preferably 130 ° C. or higher, and most preferably 132 ° C. or higher from the viewpoint of safety in the oven test.
熱固定工程(f)における緩和操作は、MD及びTDのうちの少なくとも1つの方向にPO微多孔膜を縮小する操作のことであり、MD及びTDの両方向で行ってもよいし、MD又はTDの片方だけ行ってもよい。熱固定工程(f)における緩和倍率は、好ましくは0.95倍以下であり、より好ましくは0.90倍以下であり、さらに好ましくは0.85倍以下である。工程(f)における緩和倍率が0.95以下であることにより、得られるPO微多孔膜の膜厚の制御が容易になり、かつ熱収縮が抑制される傾向にある。また、緩和倍率は、緩和温度を高めるという観点から、0.70倍以上であることが好ましく、より好ましくは0.75倍以上である。ここで「緩和倍率」とは、緩和操作後の膜の寸法を緩和操作前の膜の寸法で除した値のことであり、MD及びTDの双方を緩和した場合は、MDの緩和倍率とTDの緩和倍率を乗じた値のことである。
緩和倍率=(緩和操作後の膜の寸法(m))/(緩和操作前の膜の寸法(m))
The relaxation operation in the heat fixing step (f) is an operation of reducing the PO microporous membrane in at least one direction of MD and TD, and may be performed in both directions of MD and TD, or MD or TD. You may go to only one of them. The relaxation ratio in the heat fixing step (f) is preferably 0.95 times or less, more preferably 0.90 times or less, and further preferably 0.85 times or less. When the relaxation ratio in the step (f) is 0.95 or less, the film thickness of the obtained PO microporous film tends to be easily controlled and heat shrinkage tends to be suppressed. Further, the relaxation ratio is preferably 0.70 times or more, more preferably 0.75 times or more, from the viewpoint of increasing the relaxation temperature. Here, the "relaxation ratio" is a value obtained by dividing the size of the film after the relaxation operation by the size of the film before the relaxation operation, and when both MD and TD are relaxed, the relaxation ratio and TD of MD are used. It is the value multiplied by the relaxation factor of.
Relaxation magnification = (dimension of membrane after relaxation operation (m)) / (dimension of membrane before relaxation operation (m))
この緩和操作における緩和温度は、得られるPO微多孔膜の孔径の観点から、熱固定工程(f)における延伸温度以上であることが好まし。また、緩和操作における温度が上記の範囲内であることで、延伸工程による残留応力を除去することができるだけでなく、分子鎖の配向を強固に固定化することもできるため、PO微多孔膜の融点近傍におけるイオン透過性の低下を防ぎ、PO微多孔膜をセパレータとして備える電池の性能を向上させる観点から好ましい。 From the viewpoint of the pore size of the obtained PO microporous membrane, the relaxation temperature in this relaxation operation is preferably equal to or higher than the stretching temperature in the heat fixing step (f). Further, when the temperature in the relaxation operation is within the above range, not only the residual stress due to the drawing step can be removed, but also the orientation of the molecular chain can be firmly fixed, so that the PO microporous membrane can be used. It is preferable from the viewpoint of preventing a decrease in ion permeability near the melting point and improving the performance of a battery provided with a PO microporous membrane as a separator.
熱固定時の具体的な緩和温度としては、PO微多孔膜の特定の面積領域における耐電圧値の平均値を制御したり、PO微多孔膜の120℃での熱収縮率を制御したりするという観点から128℃以上が好ましく、PO微多孔膜をセパレータとして備える電池のサイクル特性の観点から131℃以上がより好ましく、電池の安全性の観点から133℃以上がさらに好ましい。緩和温度の上限値は、PO微多孔膜の透過性の観点から、140℃以下であることが好ましく、135℃以下であることがより好ましい。 As the specific relaxation temperature at the time of heat fixation, the average value of the withstand voltage values in a specific area region of the PO microporous membrane is controlled, or the heat shrinkage rate of the PO microporous membrane at 120 ° C. is controlled. From the viewpoint of the above, 128 ° C. or higher is preferable, 131 ° C. or higher is more preferable from the viewpoint of the cycle characteristics of the battery provided with the PO microporous membrane as a separator, and 133 ° C. or higher is further preferable from the viewpoint of battery safety. The upper limit of the relaxation temperature is preferably 140 ° C. or lower, more preferably 135 ° C. or lower, from the viewpoint of the permeability of the PO microporous membrane.
上記工程(a)~(f)の順序は、本発明の効果を損なわない限り、任意に変更されることができる。上記工程(a)~(f)後に、PO微多孔膜の総延伸倍率は、50倍以上100倍以下の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは60倍以上90倍以下であり、さらに好ましくは70倍以上80倍以下の範囲内にある。ここで「総延伸倍率」とは、一次延伸工程(d)におけるMD及び/又はTDの延伸倍率と熱固定工程における延伸倍率及び/又は緩和倍率を乗じた値のことである。 The order of the steps (a) to (f) can be arbitrarily changed as long as the effects of the present invention are not impaired. After the above steps (a) to (f), the total draw ratio of the PO microporous membrane is preferably in the range of 50 times or more and 100 times or less, more preferably 60 times or more and 90 times or less, and further preferably. Is in the range of 70 times or more and 80 times or less. Here, the "total draw ratio" is a value obtained by multiplying the draw ratio of MD and / or TD in the primary draw step (d) by the draw ratio and / or the relaxation ratio in the heat fixing step.
〔他の工程〕
本実施形態のPO微多孔膜の製造方法は、上記工程(a)~(f)以外の他の工程を含むことができる。他の工程としては、特に限定されないが、例えば、上記熱固定の工程に加え、積層体であるPO微多孔膜を得るための工程として、単層体であるPO微多孔膜を複数枚重ね合わせる積層工程が挙げられる。また、本実施形態のPO微多孔膜の製造方法は、PO微多孔膜の表面に対して、電子線照射、プラズマ照射、界面活性剤の塗布、化学的改質等の表面処理を施す表面処理工程を含んでもよい。更には、無機粒子の材料を、PO微多孔膜の片面又は両面に塗工して、無機材層を備えたPO微多孔膜を得てもよい。
[Other processes]
The method for producing a PO microporous membrane of the present embodiment can include steps other than the above steps (a) to (f). The other steps are not particularly limited, but for example, in addition to the above heat fixing step, as a step for obtaining a PO microporous film which is a laminated body, a plurality of PO microporous films which are a single layer are laminated. A laminating process can be mentioned. Further, in the method for producing a PO microporous membrane of the present embodiment, the surface of the PO microporous membrane is subjected to surface treatment such as electron beam irradiation, plasma irradiation, application of a surfactant, and chemical modification. It may include a step. Further, the material of the inorganic particles may be applied to one side or both sides of the PO microporous membrane to obtain a PO microporous membrane provided with an inorganic material layer.
<無機塗工層の形成>
安全性、寸法安定性、耐熱性などの観点から、PO微多孔膜表面に無機塗工層を設けることができる。無機塗工層は、無機粒子などの無機成分を含む層であり、所望により、無機粒子同士を結着させるバインダ樹脂、無機粒子を溶媒中に分散させる分散剤などを含んでよい。
<Formation of inorganic coating layer>
From the viewpoint of safety, dimensional stability, heat resistance, etc., an inorganic coating layer can be provided on the surface of the PO microporous membrane. The inorganic coating layer is a layer containing an inorganic component such as inorganic particles, and may optionally contain a binder resin that binds the inorganic particles to each other, a dispersant that disperses the inorganic particles in a solvent, and the like.
無機塗工層に含まれる無機粒子の材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、及び酸化鉄などの酸化物系セラミックス;窒化ケイ素、窒化チタン、及び窒化ホウ素等の窒化物系セラミックス;シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリナイト、ディカイト、ナクライト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、及びケイ砂等のセラミックス;並びにガラス繊維などが挙げられる。無機粒子は、単独で用いてもよく、複数を併用してもよい。
バインダ樹脂としては、例えば、共役ジエン系重合体、アクリル系重合体、ポリビニルアルコール系樹脂、及び含フッ素樹脂などが挙げられる。また、バインダ樹脂は、ラテックスの形態であることができ、水又は水系溶媒を含むことができる。
分散剤は、スラリー中で無機粒子表面に吸着し、静電反発などにより無機粒子を安定化させるものであり、例えば、ポリカルボン酸塩、スルホン酸塩、ポリオキシエーテル、界面活性剤などである。
Materials for the inorganic particles contained in the inorganic coating layer include, for example, oxide-based ceramics such as alumina, silica, titania, zirconia, magnesia, ceria, itria, zinc oxide, and iron oxide; silicon nitride, titanium nitride, and iron oxide. Nitride-based ceramics such as boron nitride; silicon carbide, calcium carbonate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, barium sulfate, aluminum hydroxide, aluminum hydroxide oxide, potassium titanate, talc, kaolinite, dekite, nacrite, halosite, pyrophyllium. Ceramics such as light, montmorillonite, sericite, mica, amesite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate, kaolin, and silica sand; and glass fiber. The inorganic particles may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the binder resin include conjugated diene-based polymers, acrylic-based polymers, polyvinyl alcohol-based resins, and fluororesins. Further, the binder resin can be in the form of latex and can contain water or an aqueous solvent.
The dispersant is one that adsorbs to the surface of the inorganic particles in the slurry and stabilizes the inorganic particles by electrostatic repulsion or the like, and is, for example, a polycarboxylate, a sulfonate, a polyoxyether, a surfactant, or the like. ..
無機塗工層は、例えば、上記で説明された含有成分のスラリーをPO微多孔膜表面に塗布乾燥することにより形成されることができる。 The inorganic coating layer can be formed, for example, by applying and drying the slurry of the contained components described above on the surface of the PO microporous film.
<接着層の形成>
エネルギー密度を高めるために近年車載向け電池にも採用されることが増えているラミネート型電池の変形又はガス発生による膨れを防ぐため、PO微多孔膜表面に、熱可塑性樹脂を含む接着層を設けることができる。接着層に含まれる熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等の含フッ素樹脂;フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレンテトラフルオロエチレン共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体等の含フッ素ゴム;スチレン-ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体及びその水素化物、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体及びその水素化物、(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン-アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル-アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル等のゴム類;エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体;ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエステル等の融点及び/又はガラス転移温度が180℃以上の樹脂等が挙げられる。
<Formation of adhesive layer>
An adhesive layer containing a thermoplastic resin is provided on the surface of the PO microporous film in order to prevent deformation or swelling due to gas generation of the laminated battery, which has been increasingly used for in-vehicle batteries in recent years in order to increase the energy density. be able to. The thermoplastic resin contained in the adhesive layer is not particularly limited, and for example, a polyolefin such as polyethylene or polypropylene; a fluororesin such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoroethylene; a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and the like. Fluoro-containing rubber such as vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer; styrene-butadiene copolymer and its hydride, Acrylonitrile-butadiene copolymer and its hydride, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer and its hydride, (meth) acrylic acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester copolymer, acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer weight Combined rubbers such as ethylene propylene rubber, polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate; cellulose derivatives such as ethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and carboxymethyl cellulose; polyphenylene ether, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyamideimide, Examples thereof include resins having a melting point and / or a glass transition temperature of 180 ° C. or higher such as polyamide and polyester.
更に、熱固定工程(f)、積層工程、又は表面処理工程の後に、PO微多孔膜を捲回したマスターロールに対して、所定の温度条件下においてエージング処理を施した後、該マスターロールの巻き返し操作を行うこともできる。これにより、巻き返し前のPO微多孔膜より熱的安定性の高いPO微多孔膜を得易くなる傾向にある。上記の場合、マスターロールをエージング処理する際の温度は、特に限定されないが、好ましくは35℃以上であり、より好ましくは45℃以上であり、さらに好ましくは60℃以上である。また、PO微多孔膜の透過性保持の観点から、マスターロールをエージング処理する際の温度は、120℃以下が好ましい。エージング処理に要する時間は、特に限定されないが、24時間以上であると、上記効果が発現し易いため好ましい。 Further, after the heat fixing step (f), the laminating step, or the surface treatment step, the master roll wound with the PO microporous film is subjected to an aging treatment under predetermined temperature conditions, and then the master roll is subjected to an aging treatment. You can also perform a rewind operation. This tends to make it easier to obtain a PO microporous film having higher thermal stability than the PO microporous film before rewinding. In the above case, the temperature at which the master roll is aged is not particularly limited, but is preferably 35 ° C. or higher, more preferably 45 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher. Further, from the viewpoint of maintaining the permeability of the PO microporous membrane, the temperature at the time of aging the master roll is preferably 120 ° C. or lower. The time required for the aging treatment is not particularly limited, but is preferably 24 hours or more because the above effects are likely to be exhibited.
<電気化学デバイス用セパレータ>
本実施形態に係るポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池などの電気化学デバイスのためのセパレータとして利用されることができる。ポリオレフィン微多孔膜は、リチウムイオン二次電池に組み込まれることによって、リチウムイオン2次電池の熱暴走を抑制することができる。
<Separator for electrochemical devices>
The microporous polyolefin film according to this embodiment can be used as a separator for an electrochemical device such as a lithium ion secondary battery. By incorporating the polyolefin microporous film into the lithium ion secondary battery, thermal runaway of the lithium ion secondary battery can be suppressed.
<電気化学デバイス>
本実施形態に係るPO微多孔膜を捲回するか、又は複数積層して成る捲回体又は積層体を収納している電気化学デバイスも本発明の一態様である。電気化学デバイスとしては、例えば、非水系電解液電池、非水系電解質電池、非水系リチウムイオン二次電池、非水系ゲル二次電池、非水系固体二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ等が挙げられる。
<Electrochemical device>
An electrochemical device in which a wound body or a laminated body formed by winding or stacking a plurality of PO microporous membranes according to the present embodiment is also an aspect of the present invention. Examples of the electrochemical device include a non-aqueous electrolyte battery, a non-aqueous electrolyte battery, a non-aqueous lithium ion secondary battery, a non-aqueous gel secondary battery, a non-aqueous solid secondary battery, a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, and the like. Can be mentioned.
本実施形態に係る非水電解質電池は、上述したPO微多孔膜を含む非水電解液電池用セパレータと、正極板と、負極板と、非水電解液(非水溶媒とこれに溶解した金属塩を含む。)を備えている。具体的には、例えば、リチウムイオン等を吸蔵及び放出可能な遷移金属酸化物を含む正極板と、リチウムイオン等を吸蔵及び放出可能な負極板とが、非水電解液電池用セパレータを介して対向するように捲回又は積層され、非水電解液を保液し、容器に収容されている。 The non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment includes the separator for a non-aqueous electrolyte battery including the above-mentioned PO microporous film, a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a non-aqueous electrolyte solution (a non-aqueous solvent and a metal dissolved therein). Contains salt.). Specifically, for example, a positive electrode plate containing a transition metal oxide capable of occluding and releasing lithium ions and the like and a negative electrode plate capable of occluding and releasing lithium ions and the like are interposed via a separator for a non-aqueous electrolyte battery. It is wound or laminated so as to face each other, holds a non-aqueous electrolytic solution, and is housed in a container.
正極板について以下に説明する。正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム又はコバルト酸リチウム等のリチウム複合金属酸化物、リン酸鉄リチウム等のリチウム複合金属リン酸塩等を用いることができる。正極活物質は導電剤及びバインダと混錬され、正極ペーストとしてアルミニウム箔等の正極集電体に塗布乾燥され、所定厚に圧延された後、所定寸法に切断されて正極板となる。ここで、導電剤としては、正極電位下において安定な金属粉末、例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック又は黒鉛材料を用いることができる。また、バインダとしては、正極電位下において安定な材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン、変性アクリルゴム又はポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。 The positive electrode plate will be described below. As the positive electrode active material, for example, a lithium composite metal oxide such as lithium nickelate, lithium manganate or lithium cobalt oxide, a lithium composite metal phosphate such as lithium iron phosphate, or the like can be used. The positive electrode active material is kneaded with a conductive agent and a binder, applied as a positive electrode paste to a positive electrode current collector such as aluminum foil, dried, rolled to a predetermined thickness, and then cut to a predetermined size to form a positive electrode plate. Here, as the conductive agent, a metal powder stable under a positive electrode potential, for example, carbon black such as acetylene black or a graphite material can be used. Further, as the binder, a material stable under a positive electrode potential, for example, polyvinylidene fluoride, modified acrylic rubber, polytetrafluoroethylene, or the like can be used.
負極板について以下に説明する。負極活物質としては、リチウムを吸蔵できる材料を用いることができる。具体的には、例えば、黒鉛、シリサイド、及びチタン合金材料等から成る群から選ばれる少なくとも1種類を用いることができる。また、非水電解質二次電池の負極活物質としては、例えば、金属、金属繊維、炭素材料、酸化物、窒化物、珪素化合物、錫化合物、又は各種合金材料等を用いることができる。特に、珪素(Si)若しくは錫(Sn)の単体又は合金、化合物、固溶体等の珪素化合物若しくは錫化合物が、電池の容量密度が大きくなる傾向にあるため好ましい。 The negative electrode plate will be described below. As the negative electrode active material, a material capable of occluding lithium can be used. Specifically, for example, at least one selected from the group consisting of graphite, silicide, titanium alloy materials and the like can be used. Further, as the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, a metal, a metal fiber, a carbon material, an oxide, a nitride, a silicon compound, a tin compound, various alloy materials and the like can be used. In particular, a simple substance of silicon (Si) or tin (Sn), an alloy, a compound, a silicon compound such as a solid solution, or a tin compound is preferable because the capacity density of the battery tends to increase.
炭素材料としては、例えば、各種天然黒鉛、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、及び非晶質炭素等が挙げられる。 Examples of the carbon material include various natural graphite, coke, developing carbon, carbon fiber, spherical carbon, various artificial graphite, amorphous carbon and the like.
負極活物質としては、上記材料のうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。負極活物質はバインダと混錬され、負極ペーストとして銅箔等の負極集電体に塗布乾燥され、所定厚に圧延された後、所定寸法に切断されて負極板となる。ここで、バインダとしては、負極電位下において安定な材料、例えば、PVDF又はスチレン-ブタジエンゴム共重合体等を用いることができる。 As the negative electrode active material, one of the above materials may be used alone, or two or more of them may be used in combination. The negative electrode active material is kneaded with a binder, applied as a negative electrode paste to a negative electrode current collector such as copper foil, dried, rolled to a predetermined thickness, and then cut to a predetermined size to form a negative electrode plate. Here, as the binder, a material stable under the negative electrode potential, for example, PVDF or a styrene-butadiene rubber copolymer or the like can be used.
非水電解液について以下に説明する。非水電解液は、一般的に、非水溶媒とこれに溶解したリチウム塩、ナトリウム塩、カルシウム塩等の金属塩とを含む。非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル等が用いられる。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO2)2、LiAsF6、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、ホウ酸塩類、イミド塩類等が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte solution will be described below. The non-aqueous electrolyte solution generally contains a non-aqueous solvent and a metal salt such as a lithium salt, a sodium salt, and a calcium salt dissolved therein. As the non-aqueous solvent, a cyclic carbonate ester, a chain carbonate ester, a cyclic carboxylic acid ester and the like are used. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiAsF 6 , and lower aliphatic carboxylics. Examples thereof include lithium acid, LiCl, LiBr, LiI, borates, imide salts and the like.
なお、上述した各種パラメータの測定方法については、特に断りの無い限り、後述する実施例における測定方法に準じて測定されるものである。 Unless otherwise specified, the above-mentioned measurement methods for various parameters are measured according to the measurement methods in the examples described later.
次に、実施例及び比較例を挙げて本実施形態をより具体的に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の物性は以下の方法により測定した。特に断りのない場合は、室温23℃、湿度40%の環境で測定した。 Next, the present embodiment will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present embodiment is not limited to the following Examples as long as the gist of the present embodiment is not exceeded. The physical properties in the examples were measured by the following methods. Unless otherwise specified, measurements were taken in an environment of room temperature of 23 ° C. and humidity of 40%.
<膜厚(μm)>
東洋精機(株)社製の微小測厚器、KBM(商標)を用いて、室温23±2℃でPO微多孔膜又は多孔層の膜厚を測定した。
<Film thickness (μm)>
The film thickness of the PO microporous membrane or the porous layer was measured at room temperature of 23 ± 2 ° C. using a microthickening instrument manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., KBM ™.
<予熱係数(℃・m)>
本明細書では、「予熱」は、湿潤(wet)状態の成形体(原反)の延伸工程において、原反が延伸機炉内に入ってから延伸開始するまでの工程を指す。したがって、次式から予熱係数(℃・m)を得ることができる
予熱係数(℃・m)=予熱温度(℃)×予熱時間(sec)×風速(m/sec)
ここで、予熱温度とは、予熱工程での延伸機炉内の温度を指し、予熱時間とは、延伸機炉内に入り、延伸が開始されるまでの時間を指し、そして風速とは、予熱工程中のノズル吹き出し口での風速のことを指し、熱式風速計(日本カノマックス株式会社製、アネモマスター風速計MODEL6162)を用いて測定した。
<Preheating coefficient (° C ・ m)>
As used herein, "preheating" refers to a step in the stretching step of a molded product (raw fabric) in a wet state from the time when the raw fabric enters the stretching machine furnace to the start of stretching. Therefore, the preheating coefficient (° C.m) can be obtained from the following equation: Preheating coefficient (° C.m) = Preheating temperature (° C) x Preheating time (sec) x Wind speed (m / sec)
Here, the preheating temperature refers to the temperature inside the stretching machine furnace in the preheating step, the preheating time refers to the time from entering the stretching machine furnace to the start of stretching, and the wind speed is the preheating. It refers to the wind speed at the nozzle outlet during the process, and was measured using a thermal anemometer (Anemomaster anemometer MODEL6162 manufactured by Nippon Kanomax Co., Ltd.).
<気孔率(%)>
10cm×10cm角の試料を微多孔膜から切り取り、その体積(cm3)と質量(g)を求め、それらと密度(g/cm3)より、次式を用いて気孔率を計算した。
気孔率(%)=(体積-質量/密度)/体積×100
<Porosity (%)>
A 10 cm × 10 cm square sample was cut from a microporous membrane, its volume (cm 3 ) and mass (g) were determined, and the pore ratio was calculated from them and their density (g / cm 3 ) using the following equation.
Porosity (%) = (volume-mass / density) / volume x 100
<透気度(sec/100cm3)>
JIS P-8117に準拠した透気抵抗度を透気度とした。多層多孔膜の透気度及びPO微多孔膜の透気度の測定は、JIS P-8117に準拠し、東洋精器(株)製のガーレー式透気度計、G-B2(商標)を用いて温度23℃、湿度40%の雰囲気下でPO微多孔膜の透気抵抗度を測定し、透気度とした。
<Air permeability (sec / 100cm 3 )>
The air permeability resistance according to JIS P-8117 was defined as the air permeability. The air permeability of the multilayer porous membrane and the air permeability of the PO microporous membrane are measured in accordance with JIS P-8117, and a Garley type air permeability meter manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., GB2 (trademark) is used. The air permeability of the PO microporous membrane was measured in an atmosphere of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 40%, and the air permeability was determined.
<平滑度(sec/100cm3)>
ISO 8791-5:2020に準拠し、旭精工(株)製の透気度平滑度計EYO-5型を用いて、温度23℃、湿度40%の雰囲気でポリオレフィン微多孔膜の平滑度を測定した。
<Smoothness (sec / 100 cm 3 )>
In accordance with ISO 8791-5: 2020, the smoothness of the polyolefin microporous membrane is measured in an atmosphere with a temperature of 23 ° C and a humidity of 40% using an air permeability smoothness meter EYO-5 manufactured by Asahi Seiko Co., Ltd. did.
<突刺強度(gf)及び目付換算突刺強度(gf/(g/m2))>
カトーテック製のハンディー圧縮試験器KES-G5(商標)を用いて、開口部の直径11.3mmの試料ホルダーで微多孔膜を固定した。次に固定された微多孔膜の中央部に対して、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/secで、温度23℃、湿度40%の雰囲気下にて突刺試験を行うことにより、最大突刺荷重として生の突刺強度(gf)を得て、目付に換算した値(gf/(g/m2))も算出した。
<Puncture strength (gf) and basis weight conversion puncture strength (gf / (g / m 2 ))>
A microporous membrane was fixed with a sample holder having an opening diameter of 11.3 mm using a handy compression tester KES-G5 ™ manufactured by Kato Tech. Next, a puncture test was performed on the central portion of the fixed microporous membrane in an atmosphere of a needle tip with a radius of curvature of 0.5 mm, a puncture speed of 2 mm / sec, a temperature of 23 ° C., and a humidity of 40%. The raw piercing strength (gf) was obtained as the maximum piercing load, and the value converted into the basis weight (gf / (g / m 2 )) was also calculated.
<粘度平均分子量(Mv)>
ASTM-D4020に基づき、デカリン溶媒における135℃での極限粘度[η](dl/g)を求めた。
ポリエチレン又はPO微多孔膜については次式により粘度平均分子量(Mv)を算出した。
[η]=6.77×10-4Mv0.67
ポリプロピレンについては、次式によりMvを算出した。
[η]=1.10×10-4Mv0.80
<Viscosity average molecular weight (Mv)>
Based on ASTM-D4020, the ultimate viscosity [η] (dl / g) at 135 ° C. in a decalin solvent was determined.
For polyethylene or PO microporous membrane, the viscosity average molecular weight (Mv) was calculated by the following formula.
[Η] = 6.77 × 10 -4 Mv 0.67
For polypropylene, Mv was calculated by the following formula.
[Η] = 1.10 × 10 -4 Mv 0.80
<融点Tm(℃)>
ポリオレフィン微多孔膜およびポリオレフィン原料の融点は示差走査熱量(DSC)測定装置「DSC-60」(島津製作所社製)を用いて求めた。10℃/minの速度で室温から200℃まで昇温(第一昇温過程)した後、10℃/minで30℃まで降温(第一降温過程)した後、再度200℃まで10℃/minの速度で昇温した際の第二昇温過程での吸熱ピークの極小点の温度をポリオレフィン原料の融点とした。得られた値の小数点以下第一位を四捨五入した値を、ポリオレフィン原料の融点とした。
<Melting point Tm (° C)>
The melting points of the polyolefin microporous film and the polyolefin raw material were determined using a differential scanning calorimetry (DSC) measuring device "DSC-60" (manufactured by Shimadzu Corporation). After raising the temperature from room temperature to 200 ° C at a rate of 10 ° C / min (first temperature raising process), lowering the temperature to 30 ° C at 10 ° C / min (first temperature lowering process), and then again to 200 ° C at 10 ° C / min. The temperature of the minimum point of the heat absorption peak in the second temperature rise process when the temperature was raised at the above rate was taken as the melting point of the polyolefin raw material. The melting point of the polyolefin raw material was taken by rounding off the first decimal place of the obtained value.
<120℃での熱収縮率(%)>
セパレータをMD方向に100mm、TD方向に100mmに切り取り、120℃のオーブン中に1時間静置した。このとき、温風が直接サンプルに当たらないように、サンプルを2枚の紙に挟んだ。サンプルをオーブンから取り出して冷却した後、長さ(mm)を測定し、以下の式にて熱収縮率を算出した。測定はMD方向、TD方向でそれぞれ行なった。
熱収縮率(%)={(100-加熱後の長さ)/100}×100
<Heat shrinkage rate (%) at 120 ° C>
The separator was cut into 100 mm in the MD direction and 100 mm in the TD direction, and allowed to stand in an oven at 120 ° C. for 1 hour. At this time, the sample was sandwiched between two sheets of paper so that the warm air did not directly hit the sample. After taking out the sample from the oven and cooling it, the length (mm) was measured, and the heat shrinkage rate was calculated by the following formula. The measurement was performed in the MD direction and the TD direction, respectively.
Heat shrinkage rate (%) = {(100-length after heating) / 100} x 100
<孔径(μm)>
ハーフドライ法に準拠し、パームポロメータ(Porous Materials,Inc.社:CFP-1500AE)を用い、PO微多孔膜の平均孔径d(μm)を測定した。浸液には同社製のパーフルオロポリエステル(商品名「Galwick」、表面張力15.6dyn/cm)を用いた。乾燥曲線、及び湿潤曲線について、印加圧力、及び空気透過量の測定を行い、得られた乾燥曲線の1/2の曲線と湿潤曲線とが交わる圧力P(Pa)から、次式により平均孔径d(μm)を求め、孔径とした。
d=2860×γ/P
<Hole diameter (μm)>
According to the half-dry method, the average pore size d (μm) of the PO microporous membrane was measured using a palm pollometer (Porous Materials, Inc.: CFP-1500AE). Perfluoropolyester (trade name "Galwick", surface tension 15.6 dyn / cm) manufactured by the same company was used for the immersion liquid. For the dry curve and the wet curve, the applied pressure and the amount of air permeation were measured, and from the pressure P (Pa) where the half curve of the obtained dry curve and the wet curve intersect, the average pore diameter d was calculated by the following equation. (Μm) was determined and used as the pore diameter.
d = 2860 × γ / P
<耐電圧値(kV/μm)>
測定対象のフィルムサンプルとアルミニウム箔を100mm×50mmに切り出した。アルミニウム箔の上にサンプルを載せ、さらにサンプルの上に直径5mmのアルミニウム板を載せて、直径5mmの電極に45gfの荷重下での耐電圧試験機(装置名:TOS9201)を用い、電流種類を交流(60Hz)、開始電圧を0kV、昇圧速度を0.1kV/sで電極に電圧を印加して徐々にその電圧を上昇させていき、0.2mA以上の電流が流れた際の電圧を測定した。この測定を、同じフィルムサンプルの面内において、少なくとも20点の異なる箇所で測定した。このとき、測定箇所の設定と測定は、図1に示すようにそれぞれ測定箇所から15mm以上離れた場所で面内の偏りなく行った。0.2mA以上の電流が流れた電圧値を、膜厚1μm当たりに換算してフィルムサンプルの耐電圧値とし、20点の測定値の平均値と標準偏差を算出した。測定は、室温18℃、露点-40℃のドライルームにて行った。
<Withstand voltage value (kV / μm)>
The film sample to be measured and the aluminum foil were cut out to a size of 100 mm × 50 mm. Place the sample on the aluminum foil, place an aluminum plate with a diameter of 5 mm on the sample, and use a withstand voltage tester (device name: TOS9201) under a load of 45 gf on the electrode with a diameter of 5 mm to set the current type. AC (60Hz), start voltage is 0kV, boosting speed is 0.1kV / s, voltage is applied to the electrodes and the voltage is gradually increased, and the voltage when a current of 0.2mA or more flows is measured. did. This measurement was measured at at least 20 different points in the plane of the same film sample. At this time, as shown in FIG. 1, the measurement points were set and measured at a place separated from the measurement points by 15 mm or more without any in-plane bias. The voltage value at which a current of 0.2 mA or more flowed was converted into the withstand voltage value of the film sample per 1 μm of the film thickness, and the average value and standard deviation of the measured values at 20 points were calculated. The measurement was performed in a dry room having a room temperature of 18 ° C. and a dew point of −40 ° C.
<電池評価>
以下の手順a-1~a-5により、電池を作製した。
<Battery evaluation>
Batteries were manufactured by the following procedures a-1 to a-5.
a-1.正極の作製
正極活物質としてニッケル、マンガン、コバルト複合酸化物(NMC)(Ni:Mn:Co=1:1:1(元素比)、密度4.70g/cm3)を90.4質量%、導電助材としてグラファイト粉末(KS6)(密度2.26g/cm3、数平均粒子径6.5μm)を1.6質量%及びアセチレンブラック粉末(AB)(密度1.95g/cm3、数平均粒子径48nm)を3.8質量%、並びにバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)(密度1.75g/cm3)を4.2質量%の比率で混合し、これらをN-メチルピロリドン(NMP)中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを、正極集電体となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面にダイコーターを用いて塗布し、130℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機を用いて圧縮成形することにより、正極を作製した。この時の正極活物質塗布量は109g/m2であった。
a-1. Preparation of positive electrode Nickel, manganese, cobalt composite oxide (NMC) (Ni: Mn: Co = 1: 1: 1 (element ratio), density 4.70 g / cm 3 ) was used as the positive electrode active material in an amount of 90.4% by mass. As a conductive auxiliary material, 1.6% by mass of graphite powder (KS6) (density 2.26 g / cm 3 , number average particle diameter 6.5 μm) and acetylene black powder (AB) (density 1.95 g / cm 3 , number average) Particle size 48 nm) was mixed at a ratio of 3.8% by mass, and polyvinylidene fluoride (PVDF) (density 1.75 g / cm 3 ) as a binder was mixed at a ratio of 4.2% by mass, and these were mixed with N-methylpyrrolidone (NMP). A slurry was prepared by dispersing the particles in the mixture. This slurry is applied to one side of a 20 μm-thick aluminum foil that serves as a positive electrode current collector using a die coater, dried at 130 ° C. for 3 minutes, and then compression-molded using a roll press to obtain a positive electrode. Made. The amount of the positive electrode active material applied at this time was 109 g / m 2 .
a-2.負極の作製
負極活物質としてグラファイト粉末A(密度2.23g/cm3、数平均粒子径12.7μm)を87.6質量%及びグラファイト粉末B(密度2.27g/cm3、数平均粒子径6.5μm)を9.7質量%、並びにバインダとしてカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩1.4質量%(固形分換算)(固形分濃度1.83質量%水溶液)及びジエンゴム系ラテックス1.7質量%(固形分換算)(固形分濃度40質量%水溶液)を精製水中に分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体となる厚さ12μmの銅箔の片面にダイコーターで塗布し、120℃において3分間乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形することにより、負極を作製した。この時の負極活物質塗布量は52g/m2であった。
a-2. Preparation of negative electrode As negative electrode active material, graphite powder A (density 2.23 g / cm 3 , number average particle diameter 12.7 μm) was added to 87.6% by mass and graphite powder B (density 2.27 g / cm 3 , number average particle diameter). 9.7% by mass (6.5 μm), 1.4% by mass (solid content equivalent) of ammonium salt of carboxymethyl cellulose (solid content concentration 1.83% by mass aqueous solution) and 1.7% by mass (diene rubber-based latex) as a binder. A slurry was prepared by dispersing (in terms of solid content) (solid content concentration 40% by mass aqueous solution) in purified water. This slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 12 μm as a negative electrode current collector with a die coater, dried at 120 ° C. for 3 minutes, and then compression-molded with a roll press to prepare a negative electrode. The amount of the negative electrode active material applied at this time was 52 g / m 2 .
a-3.非水電解液の調製
エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiPF6を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させることにより、非水電解液を調製した。
a-3. Preparation of non-aqueous electrolyte solution A non-aqueous electrolyte solution is prepared by dissolving LiPF 6 as a solute in a mixed solvent of ethylene carbonate: ethylmethyl carbonate = 1: 2 (volume ratio) so as to have a concentration of 1.0 mol / L. Prepared.
a-4.接着層の形成
以下の手順により、実施例及び比較例で得られたPO微多孔膜上に接着層を形成した。
撹拌機、還流冷却器、滴下槽および温度計を取り付けた反応容器に、水64質量部とペレックスSS-L(花王株式会社製アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム 固形分45質量%)0.25部とを投入した。さらに、反応容器の温度を80℃に保ったまま、過硫酸アンモニウム(2質量%水溶液)0.15質量部を上記反応容器に添加した。
a-4. Formation of Adhesive Layer An adhesive layer was formed on the PO microporous membranes obtained in Examples and Comparative Examples by the following procedure.
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a reflux condenser, a dropping tank and a thermometer, 64 parts by mass of water and 0.25 parts of Perex SS-L (sodium alkyldiphenyl ether disulfonate solid content 45% by mass manufactured by Kao Corporation) were added. I put it in. Further, while maintaining the temperature of the reaction vessel at 80 ° C., 0.15 parts by mass of ammonium persulfate (2% by mass aqueous solution) was added to the reaction vessel.
過硫酸アンモニウム(2質量%水溶液)を添加した5分後に、以下のとおり作製した乳化液を、滴下槽から上記反応容器に150分掛けて滴下した。
乳化液の作製:
メタクリル酸メチル(MMA)24質量部、アクリル酸ブチル(BA)34質量部、アクリル酸(AA)1.5質量部、n-ドデシルメルカプタン(nDDM)0.1質量部、ペレックスSS-L1.5質量部、過硫酸アンモニウム0.15質量部、および水69質量部を、ホモミキサーにより6000rpmで5分間混合して乳化液を作製した。
Five minutes after the addition of ammonium persulfate (2% by mass aqueous solution), the emulsion prepared as follows was added dropwise from the dropping tank to the reaction vessel over 150 minutes.
Preparation of emulsion:
Methyl methacrylate (MMA) 24 parts by mass, butyl acrylate (BA) 34 parts by mass, acrylic acid (AA) 1.5 parts by mass, n-dodecyl mercaptan (nDDM) 0.1 parts by mass, Perex SS-L1.5 An emulsion was prepared by mixing parts by mass, 0.15 parts by mass of ammonium persulfate, and 69 parts by mass of water with a homomixer at 6000 rpm for 5 minutes.
乳化液滴下終了後、反応容器の温度を80℃に保ったまま60分維持し、その後、室温まで冷却した。次に、上記反応容器に25質量%アンモニア水溶液を添加してpHを8.0に調整し、さらに水を加え、固形分含有率を40質量%に調整し、接着塗工液としてのアクリルエマルジョンを得た。 After completion under the emulsified droplets, the temperature of the reaction vessel was maintained at 80 ° C. for 60 minutes, and then cooled to room temperature. Next, a 25% by mass aqueous ammonia solution was added to the reaction vessel to adjust the pH to 8.0, and water was further added to adjust the solid content to 40% by mass, and the acrylic emulsion as an adhesive coating liquid was used. Got
得られたエマルジョン7.5質量部を92.5質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、PO微多孔膜の表面にグラビアコーターを用いて塗布した。塗布物を60℃にて乾燥して、水を除去した。さらに、もう片面も同様にして塗布液を塗工し、乾燥させることにより、接着層を有する電気化学セル用セパレータを得た。 7.5 parts by mass of the obtained emulsion was uniformly dispersed in 92.5 parts by mass of water to prepare a coating liquid, which was applied to the surface of the PO microporous membrane using a gravure coater. The coating was dried at 60 ° C. to remove water. Further, the other side was similarly coated with the coating liquid and dried to obtain a separator for an electrochemical cell having an adhesive layer.
a-5.電池作製
上記a-1~a-3で得られた正極、負極、及び非水電解液、並びに上記a-4で得られたセパレータを使用して、電流値1A(0.3C)、終止電池電圧4.2Vの条件で3時間定電流定電圧(CCCV)充電したサイズ100mm×60mm、容量3000mAhのラミネート型二次電池を作製した。
a-5. Battery production Using the positive electrode, negative electrode, and non-aqueous electrolytic solution obtained in the above a-1 to a-3, and the separator obtained in the above a-4, the current value is 1A (0.3C), and the termination battery is used. A laminated secondary battery having a size of 100 mm × 60 mm and a capacity of 3000 mAh charged with a constant current constant voltage (CCCV) for 3 hours under the condition of a voltage of 4.2 V was produced.
a-6.容量測定(mAh)
上記のようにして組み立てたラミネート型二次電池にて、電流値1500mA(0.5C)、及び終止電池電圧4.2Vの条件下で6時間定電流定電圧(CCCV)充電を行った。このとき、充電終了直前の電流値はほぼ0の値となった。その後、25℃雰囲気下で電池を1週間放置(エージング)した。
a-6. Capacity measurement (mAh)
The laminated secondary battery assembled as described above was charged with a constant current constant voltage (CCCV) for 6 hours under the conditions of a current value of 1500 mA (0.5 C) and a cutoff battery voltage of 4.2 V. At this time, the current value immediately before the end of charging was almost 0. Then, the battery was left for one week (aging) in an atmosphere of 25 ° C.
次に、電流値3000mA(1.0C)、及び終止電池電圧4.2Vの条件下で3時間定電流定電圧(CCCV)充電し、一定電流値(CC)3000mAで電池電圧3.0Vまで放電する、というサイクルを行った。このときの放電容量を初回放電容量Xとした。初回放電容量Xが3000±10mAh以内の電池を電池評価に使用した。 Next, the battery is charged with a constant current constant voltage (CCCV) for 3 hours under the conditions of a current value of 3000 mA (1.0 C) and a termination battery voltage of 4.2 V, and discharged to a battery voltage of 3.0 V at a constant current value (CC) of 3000 mA. I did a cycle of doing. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity X. A battery having an initial discharge capacity X of 3000 ± 10 mAh or less was used for battery evaluation.
b.出力試験(25℃)
上記のようにして組み立てて評価のために選定されたラミネート型二次電池について、25℃の雰囲気下の恒温状態で放電終止電圧3Vまでの1C放電容量と5C放電容量を測定し、5C容量/1C容量を出力特性値とした。なお、下記基準に即して出力特性値を評価した。
A:出力特性値が0.90以上。
B:出力特性値が0.80以上0.90未満。
C:出力特性値が0.80未満。
b. Output test (25 ° C)
For the laminated secondary battery assembled as described above and selected for evaluation, 1C discharge capacity and 5C discharge capacity up to a discharge end voltage of 3V were measured in a constant temperature state at an atmosphere of 25 ° C, and 5C capacity / The 1C capacity was used as the output characteristic value. The output characteristic values were evaluated according to the following criteria.
A: The output characteristic value is 0.90 or more.
B: The output characteristic value is 0.80 or more and less than 0.90.
C: The output characteristic value is less than 0.80.
c.オーブン試験(150℃)
上記のようにして組み立てて評価のために選定された電池を用いて、充電後の電池をオーブンに入れ、室温から150℃まで5℃/分で昇温し、150℃で所定の時間放置し、発火状況を確認した。なお、下記基準に即してオーブン試験の結果を評価した。
A:放置時間60分以上でも発火しなかったもの。
B:放置時間30分以上60分未満で発火したもの。
C:放置時間30分未満で発火したもの。
c. Oven test (150 ° C)
Using the batteries assembled and selected for evaluation as described above, the charged batteries are placed in an oven, heated from room temperature to 150 ° C at 5 ° C / min, and left at 150 ° C for a predetermined time. , Confirmed the ignition status. The results of the oven test were evaluated according to the following criteria.
A: Those that did not ignite even after being left for 60 minutes or more.
B: Ignition occurred after leaving it for 30 minutes or more and less than 60 minutes.
C: Ignition occurred in less than 30 minutes.
d.衝撃試験
図2は、衝撃試験の概略図である。
衝撃試験では、試験台上に配置された試料の上に、試料と丸棒(φ=15.8mm)が概ね直交するように、丸棒を置いて、丸棒から61cmの高さの位置から、丸棒の上面へ18.2kgの錘を落すことにより、試料に対する衝撃の影響を観察する。
図2を参照して、実施例及び比較例における衝撃試験の手順を以下に説明する。
上記のようにして組み立てて評価のために選定されたラミネート型二次電池について、電流値3000mA(1.0C)、及び終止電池電圧4.2Vの条件下で3時間定電流定電圧(CCCV)充電した。
次に、25℃の環境下で、上記のようにして組み立てて評価のために選定された電池を平坦な面に横向きに置き、電池の中央部を横切るように、直径15.8mmのステンレスの丸棒を配置した。丸棒は、その長軸がセパレータの長手方向と平行となるように配置した。電池の中央部に配置した丸棒から電池の縦軸方向に対して、直角に衝撃が加わるように、18.2kgの錘を61cmの高さから落下させた。衝突後、電池の表面温度を測定した。5セルずつ試験を行い、下記基準に即して評価した。本評価項目については、A(良好)とB(許容)を合格の基準とした。なお、電池の表面温度とは、電池の外装体の底側から1cmの位置を熱電対(K型シールタイプ)で測定した温度をいう。
A(良好):全てのセルにおいて、表面温度上昇が30℃以下。
B(許容):表面温度が30℃超過100℃以下のセルがあるが、全てのセルにおいて表面温度が100℃以下。
C(不可):1個以上のセルで表面温度が100℃を超過、又は発火
d. Impact test FIG. 2 is a schematic diagram of an impact test.
In the impact test, a round bar is placed on the sample placed on the test table so that the sample and the round bar (φ = 15.8 mm) are approximately orthogonal to each other, and the round bar is placed at a height of 61 cm from the round bar. By dropping a 18.2 kg weight on the upper surface of the round bar, the effect of impact on the sample is observed.
With reference to FIG. 2, the procedure of the impact test in Examples and Comparative Examples will be described below.
For the laminated secondary battery assembled as described above and selected for evaluation, a constant current constant voltage (CCCV) for 3 hours under the conditions of a current value of 3000 mA (1.0 C) and a cutoff battery voltage of 4.2 V. Charged.
Next, in an environment of 25 ° C., the battery assembled as described above and selected for evaluation is placed sideways on a flat surface, and a stainless steel having a diameter of 15.8 mm is placed so as to cross the center of the battery. A round bar was placed. The round bar was arranged so that its long axis was parallel to the longitudinal direction of the separator. A weight of 18.2 kg was dropped from a height of 61 cm so that an impact was applied at a right angle to the vertical axis direction of the battery from a round bar arranged in the center of the battery. After the collision, the surface temperature of the battery was measured. The test was conducted for each of 5 cells and evaluated according to the following criteria. For this evaluation item, A (good) and B (acceptable) were used as acceptance criteria. The surface temperature of the battery means a temperature measured by a thermocouple (K-type seal type) at a position 1 cm from the bottom side of the outer body of the battery.
A (good): The surface temperature rise is 30 ° C. or less in all cells.
B (allowable): There are cells whose surface temperature exceeds 30 ° C and is 100 ° C or less, but the surface temperature is 100 ° C or less in all cells.
C (impossible): The surface temperature exceeds 100 ° C or ignites in one or more cells.
e.4.2V微短絡検査試験
本明細書では、ラミネート型二次電池の微短絡を以下の手法により判断する。
前述のa-6.の容量測定を終了した電池について、終止電池電圧4.2Vの条件下で3時間定電流定電圧(CCCV)充電した後、4.2V定電圧充電を2時間継続する手法により、電池電圧を4.2Vに調整する。続いて25℃に設定した恒温槽内で、電池を10kPaの圧力で加圧した状態で1週間静置し、電圧が3.8V以下に低下したものを微短絡と判断する。電池を10個作製し、微短絡した電池の個数で下記基準に即して4.2V微短絡検査試験の結果を評価した。
A:微短絡した電池の個数が0~1個
B:微短絡した電池の個数が2~3個
C:微短絡した電池の個数が4個以上
e. 4.2V micro-short circuit inspection test In this specification, the micro-short circuit of the laminated secondary battery is determined by the following method.
The above-mentioned a-6. For the battery for which the capacity measurement has been completed, the battery voltage is set to 4 by a method of continuously charging the battery with a constant current constant voltage (CCCV) for 3 hours under the condition of a cutoff battery voltage of 4.2 V and then continuing the charge with a constant voltage of 4.2 V for 2 hours. .Adjust to 2V. Subsequently, the battery is allowed to stand for one week in a constant temperature bath set at 25 ° C. under a pressure of 10 kPa, and when the voltage drops to 3.8 V or less, it is judged to be a slight short circuit. Ten batteries were prepared, and the result of the 4.2V micro short circuit inspection test was evaluated according to the following criteria based on the number of micro shorted batteries.
A: The number of micro-short-circuited batteries is 0 to 1. B: The number of micro-short-circuited batteries is 2 to 3 C: The number of micro-short-circuited batteries is 4 or more.
[実施例1]
表1に示されるポリエチレン(PE)種及びポリプロピレン(PP)種、並びに表2に示されるPE種、PP種及び原料組成比に従って、PE及びPPをヘンシェルミキサーで混合し、さらに酸化防止剤としてペンタエリスリチル-テトラキス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を適量加えて予備混合した。得られた混合物をフィーダーにより二軸同方向スクリュー式押出機フィード口へ供給した。また、溶融混練し、押し出される全混合物(100.1質量部)中に占める流動パラフィン(LP)量比が75.0質量部となるように、2回に分けて流動パラフィンを二軸押出機シリンダーへサイドフィードで添加した。設定温度は、混練部は160℃、Tダイは200℃とした。続いて、溶融混練物をTダイよりシート状に押出し、表面温度70℃に制御された冷却ロールで冷却し、厚み1200μmのシート状成形物を得た。
[Example 1]
According to the polyethylene (PE) and polypropylene (PP) species shown in Table 1 and the PE species, PP species and raw material composition ratios shown in Table 2, PE and PP are mixed with a Henshell mixer, and penta as an antioxidant. Erislithyl-tetrakis- [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] was added in an appropriate amount and premixed. The resulting mixture was fed by a feeder to the feed port of a twin-screw co-screw extruder. Further, the liquid paraffin is extruded in two steps so that the ratio of the amount of liquid paraffin (LP) to the total mixture (100.1 parts by mass) extruded by melt-kneading is 75.0 parts by mass. Added to the cylinder by side feed. The set temperature was 160 ° C. for the kneaded portion and 200 ° C. for the T-die. Subsequently, the melt-kneaded product was extruded into a sheet from a T-die and cooled with a cooling roll controlled to a surface temperature of 70 ° C. to obtain a sheet-shaped molded product having a thickness of 1200 μm.
得られたシート状成形物を同時二軸延伸機に導き、一次延伸膜を得た(一次延伸工程)。設定延伸条件は、予熱温度118℃、予熱係数153000℃・m、MD延伸倍率7倍、TD延伸倍率7倍、MD及びTD延伸温度118℃とした。次いで、得られた一次延伸膜を塩化メチレン槽に導き、十分に浸漬して、可塑剤である流動パラフィンを抽出除去した後、塩化メチレンを乾燥除去し、抽出膜を得た。 The obtained sheet-shaped molded product was guided to a simultaneous biaxial stretching machine to obtain a primary stretching film (primary stretching step). The set stretching conditions were a preheating temperature of 118 ° C., a preheating coefficient of 153000 ° C. · m, an MD stretching ratio of 7 times, a TD stretching ratio of 7 times, and an MD and TD stretching temperature of 118 ° C. Next, the obtained primary stretched film was guided to a methylene chloride tank and sufficiently immersed to extract and remove liquid paraffin as a plasticizer, and then methylene chloride was dried and removed to obtain an extract film.
続いて、熱固定を行なうべく抽出膜をTD一軸テンターに導いた。熱固定工程として、TD延伸温度130℃、TD延伸倍率2.00倍の条件下での延伸操作の後、緩和温度132℃、緩和倍率0.80倍の条件下で緩和操作を行った。得られたPO微多孔膜の各種特性を上記方法により評価した。製膜条件を表2に、各種の評価結果を表4に示す。 Subsequently, the extraction membrane was guided to the TD uniaxial tenter for heat fixation. As a heat fixing step, a stretching operation was performed under the conditions of a TD stretching temperature of 130 ° C. and a TD stretching ratio of 2.00 times, and then a relaxation operation was performed under the conditions of a relaxation temperature of 132 ° C. and a relaxation ratio of 0.80 times. Various characteristics of the obtained PO microporous membrane were evaluated by the above method. Table 2 shows the film forming conditions, and Table 4 shows the results of various evaluations.
[実施例2~21及び比較例1~7]
原料種、原料組成比、シート厚み、延伸工程条件、及び熱固定工程条件を、それぞれ表2又は表3に示すように設定したこと以外は実施例1と同様にしてPO微多孔膜を得た。得られたPO微多孔膜、及びそれを含む電池について、各種特性を上記方法により評価した。評価結果を表4又は表5に示す。
[Examples 2 to 21 and Comparative Examples 1 to 7]
A PO microporous film was obtained in the same manner as in Example 1 except that the raw material species, raw material composition ratio, sheet thickness, stretching process conditions, and heat fixing process conditions were set as shown in Table 2 or Table 3, respectively. .. Various characteristics of the obtained PO microporous membrane and the battery containing the same were evaluated by the above method. The evaluation results are shown in Table 4 or Table 5.
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JPH07188440A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Tonen Chem Corp | Microporous polyolefin film and production thereof |
JPH09296060A (en) * | 1996-04-30 | 1997-11-18 | Tonen Chem Corp | Microporous film of polyolefin and process for preparing the same |
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- 2020-09-18 JP JP2020157611A patent/JP2022051238A/en active Pending
Patent Citations (3)
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JPH07188440A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Tonen Chem Corp | Microporous polyolefin film and production thereof |
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JP2018162438A (en) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | 旭化成株式会社 | Polyolefin microporous film and method for producing polyolefin microporous film |
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