JPH07130349A

JPH07130349A - 電池用セパレータの製造方法

Info

Publication number: JPH07130349A
Application number: JP5276519A
Authority: JP
Inventors: Noboru Takahashi; 昇高橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】多孔質フィルムと任意の融点の低分子量ポリ
オレフィンとを組み合わせて、任意の温度で該フィルム
の微孔を閉塞するセパレータを、非常に単純且つ短時間
に精密に作製する。【構成】多孔質フィルム１２上に熱圧着する後述の低
分子量ポリオレフィンのワックス微粒子１３の融解温度
より０．５〜数℃低い温度に設定されたヒーターローラ
ー３に、帯電した多孔質フィルム１２を送り、このヒー
ターローラー３によって帯電した多孔質フィルム１２を
ワックス微粒子１３で満たされたワックス微粒子攪拌槽
４中にその開口部４ａから送り込むことで、該ワックス
微粒子１３が帯電した多孔質フィルム１２上に静電気力
にて付着し、このワックス微粒子１３は直ちに軟化して
多孔質フィルム１２上に融着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多孔質フィルムを用い
てなる電池用セパレータの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子技術のめざましい進歩は、電
子機器の小型・軽量化を次々と実現させている。それに
伴い、移動用電源としての電池に対しても益々小型・軽
量且つ高エネルギー密度であることが求められるように
なっている。

【０００３】このことに対処するための方法の一つとし
て、電池の構成要素であるセパレータの改良が行われて
いる。即ち、活物質量の増大や内部抵抗の低減による電
池性能の向上や電池薄型化の要求に答えるために、多孔
質フィルムを電池セパレータに用いる方法がある。例え
ば、セパレータとして微孔性のポリエチレンやポリプロ
ピレンのフィルムを用いて、液体電解質や半固体電解質
を含浸させる方法が報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな例で示される微孔性のポリエチレンやポリプロピレ
ンのフィルムをセパレータとして用いる場合では、電池
に何らかの事故が発生した際に不都合が生じる。例え
ば、何らかの不慮の事故によって電池内部の正及び負電
極間でイオン電流制御が不能となり、セパレータの微孔
を通じて短絡が発生し、電池内部で電池温度の急激な上
昇を伴う化学反応が生じると、電池の内容物が外部に噴
出したり、さらには爆発が起こることも有り得る。

【０００５】この問題に対処するために、従来から、任
意の温度で融解して上記セパレータの微孔を塞ぐ、いわ
ゆるヒューズ剤をこのセパレータの表面上に添着する方
法と、多孔質のセパレータ自体の性質として、温度が上
昇することでその結晶融解が生じて微孔を塞ぐものを用
いる方法との２種の方法で研究が進められている。

【０００６】例えば、前者のヒューズ剤を用いる方法と
しては、このヒューズ剤自体が多孔質のものを用い、界
面活性剤と組み合わせて、印刷等の方法により該セパレ
ータ上に幾何学パターンを形成し、このヒューズ剤の被
覆率を規定する方法や、このセパレータ上に可融性不織
布をいわゆるメルトブロー法で形成し、熱プレスで圧着
する方法や、可融性微粒子を多孔質膜で両側から挟み、
プレスして圧着する方法等がある。

【０００７】一方、後者のセパレータ自体が熱融解して
その微孔を塞ぐ方法としては、いわゆるメルトブロー法
やフラッシュ防糸法によって形成した不織布を熱プレス
製膜して上記セパレータの微孔の孔径を制御する方法
や、ポリエチレンを材料とするいわゆるゲル延伸法等が
ある。

【０００８】ところが、前者のヒューズ剤を用いる方法
では、この方法が電池の事故を防止するものとしては非
常に有効であるにもかかわらず、その作製工程が非常に
複雑且つ高精度を必要とするものであり、また一部特殊
な材料を要するために、歩溜りが低く、その上製造コス
トの著しい増大を招き、製品の信頼性にも大きな問題を
有している。

【０００９】さらに、後者のセパレータ自体が熱融解し
てその微孔を塞ぐ方法では、上記不織布を用いる方法の
場合、基材が不織布であるために微孔の孔径が大きく、
熱融解して該微孔を塞ぐまでに時間がかかり、またその
閉塞も十分であるとは言い難い。また、ゲル延伸法の場
合、材料のポリエチレンが低融点のために通常使用温度
での材料強度が十分でなく、更にこの温度領域で弾性率
緩和が生じる等の問題がある。

【００１０】本発明は、上述の様々な課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、多孔質フィ
ルムと任意の融点の低分子量ポリオレフィンとを組み合
わせて、任意の温度で該多孔質フィルムの微孔を閉塞す
るセパレータを、非常に単純且つ短時間に精密に作製す
ることが可能となり、製造コストを大幅に削減させ、製
品の歩溜り及び信頼性を大幅に向上させることが可能と
なる電池用セパレータの製造方法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、低分子量ポ
リオレフィン微粒子を、多孔質フィルム上に静電的に付
着させ、熱圧着することで電池用セパレータを作製す
る。

【００１２】この場合、前記多孔質フィルムにおいて
は、ポリプロピレンを材料として用いる。

【００１３】

【作用】本発明に係る電池用セパレータの製造方法にお
いては、荷電ローラーを用いて常温付近で弾性率緩和強
度が非常に安定であるポリプロピレンよりなる多孔質フ
ィルム上に静電気を帯電させ、その後低分子量ポリオレ
フィン微粒子をヒーターローラーを用いて帯電した静電
気力を利用して該多孔質フィルム上に付着させ、次いで
圧着用ローラーを用いて該ポリオレフィン微粒子を熱圧
着することで電池用セパレータを作製するので、電池に
不慮の事故が発生して電池の温度が所定値を越えた際
に、該セパレータ上に圧着された上記ポリオレフィン微
粒子が溶融することで電池用セパレータの微孔を閉塞し
て電池の正極と負極との間に生じる短絡を遮断するセパ
レータが、極めて簡単且つ確実に、しかも短時間で作製
されることとなる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明に係る電池用セパレータの製造
方法の実施例を図面を参照しながら説明する。

【００１５】電池用セパレータを用いた高性能を有する
電池の一例として、非水電解液二次電池が挙げられる。
この非水電解液二次電池は、リチウムやリチウム合金さ
らには炭素材料のようなリチウムイオンをドープ且つ脱
ドープが可能な物質を負極として使用し、また、正極に
リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を
使用するものである。この電池は、電池電圧が高く、高
エネルギー密度を有し、サイクル特性に優れた電池であ
る。

【００１６】上記非水電解液二次電池の電極は、該電池
が円筒形状を有する場合を例にとると、リチウムのドー
プ・脱ドープが可能な炭素材料であるＫＨカーボンより
なる負極と、リチウムと遷移金属の複合酸化物であるＬ
ｉＣｏＯ₂よりなる正極とで構成される電極部が、セパ
レータを介して巻芯体に複数回巻回されて巻回電極体と
して形成され構成されている。

【００１７】ところで、電池に不慮の事故が発生して電
池内部の正及び負電極間でセパレータの微孔を通じて短
絡が起こり、電池内部で電池温度の急激な上昇を伴う制
御不能な化学反応が生じると、電池の爆発等の危険が生
じることがある。このことに対する好適な対策の一つと
して、電池に不慮の事故が発生して電池の温度が所定値
を越えた際に、上記ポリオレフィン微粒子が溶融して電
池用セパレータの微孔を閉塞して電池の正極と負極との
間に生じる短絡を遮断するセパレータを電池用セパレー
タとして用いるというものがある。

【００１８】本実施例は、このセパレータを作製する好
適な製造方法である。

【００１９】本実施例に係る電池用セパレータの製造方
法において、該電池用セパレータの作製に用いる製造装
置は、図１に示すように、セパレータ送り出しローラー
１と、帯電用高電圧の荷電ローラー２と、ヒーターロー
ラー３と、攪拌用歯車１１を有するワックス微粒子攪拌
槽４と、このワックス微粒子攪拌槽４の下部に接触して
設置されている冷却槽５と、圧着用ローラー６と、セパ
レータ巻き取りローラー７とで構成されている。

【００２０】本実施例に係る電池用セパレータの製造方
法は、後述の低分子量ポリオレフィンのワックス微粒子
を用い、図１に示した製造装置によって、後述の多孔質
フィルムと上記ワックス微粒子を組み合わせて電池用セ
パレータを作製するものである。

【００２１】すなわち、上記実施例では、先ず、後述す
る多孔質フィルム１２をセパレータ送り出しローラー１
よりフィードし、次に１〜数ｋＶに荷電された帯電用高
電圧の荷電ローラー２によってこのフィードされた多孔
質フィルム１２に電荷を帯電させる。

【００２２】その後、該多孔質フィルム１２上に熱圧着
する後述の低分子量ポリオレフィンのワックス微粒子１
３の融解温度より０．５〜数℃低い温度に設定されたヒ
ーターローラー３に、帯電した多孔質フィルム１２を送
り、このヒーターローラー３によって、帯電した多孔質
フィルム１２をワックス微粒子１３で満たされたワック
ス微粒子攪拌槽４中に送り込むことで、該ワックス微粒
子１３が帯電した多孔質フィルム１２上に静電気力にて
付着し、このワックス微粒子１３は直ちに軟化して多孔
質フィルム１２上に融着する。

【００２３】ここで、ワックス微粒子攪拌槽４中では、
攪拌用歯車１１が回転して常時該ワックスを均一な状態
としている。また、このワックス微粒子攪拌槽４下部に
接触して設置されている冷却槽５は、ワックス微粒子攪
拌槽４中のワックスの温度上昇を抑えて絶えず一定の温
度に保つためのものである。

【００２４】そして、圧着用ローラー６によって該ワッ
クス微粒子１３を多孔質フィルム１２上に圧着して平滑
化し、セパレータ巻き取りローラー７へ送ることで、電
池用セパレータが完成する。

【００２５】ここで、多孔質フィルム１２の材質につい
て説明する。この多孔質フィルム１２の材質としては、
ポリエチレンとポリプロピレンの２種が考えられる。そ
こで、実験例１として、これらの２種について各々を材
料とする電池用セパレータを、上記実施例に係る電池用
セパレータの製造方法によって作製し、それぞれの弾性
率の温度依存性について調べた。

【００２６】上記実験例１の結果を図２及び図３に示
す。これらの図２及び図３においては、複素弾性率Ｅを
Ｅ＝Ｅ’＋ｉＥ”と表した際の弾性率Ｅ’及び弾性率緩
和強度Ｅ”（どちらも測定値、図中目盛りは対数表示で
あり、単位はＰａ）と、複素平面上において弾性率Ｅ’
に対する弾性率緩和強度Ｅ”の勾配である弾性損失率ｔ
ａｎδ（上記測定値から算出した計算値）とを示す。

【００２７】先ず、ポリエチレン製の多孔質フィルムに
ついては、図２に示すように、常温（２５℃前後）にお
いて弾性損失率の増加率が非常に大きく、従って常温で
更に温度が僅かでも上昇すると、急激にその弾性を失う
こととなる。一方、ポリプロピレン製の多孔質フィルム
（ヘキスト−セラニーズ社製、商品名セルガード２５０
２）については、上記ポリエチレン製と異なり、図３に
示すように、常温において弾性損失率の変化率が小さ
く、従って常温で更に温度が変化してもその弾性率が殆
ど変わらない。

【００２８】以上の結果から、多孔質フィルム１２の材
料としては、ポリプロピレンが好ましいことがわかる。

【００２９】なお、上記実施例１では、ワックス微粒子
１３として下記の表１に示すワックスのうちから１種を
選択して使用する。

【００３０】

【表１】

【００３１】この表１において、Ａは分子量、Ｂは粘度
（ｃｐｓ）、ＣはＤＳＣ副ピーク温度（℃）、ＤはＤＳ
Ｃ主ピーク温度（℃）、Ｅは軟化点温度（℃）、Ｆは目
視溶融温度（℃）を示す。また、表中Ｓは三洋化成株式
会社製の商品名サンワックスを、Ｂはビスコールを表す
（例えば、Ｓ−１３１Ｐはサンワックス１３１Ｐを示
す）。ここで、分子量、粘度、及び軟化点温度はメーカ
ー公表値である。また、商品名サンワックスはエチレン
系、商品名ビスコースはプロピレン系のものである。

【００３２】ここで、上記実施例によって作製した電池
用セパレータの、温度が上昇した際のイオン電流遮断特
性（即ち、多孔質フィルム１２上のワックス微粒子１３
が溶融して多孔質フィルム１２の微孔を塞ぎ、電解液中
のイオン電流を遮断する特性、以下、ＳＤ特性と記す）
について調べた実験例２について説明する。なお、上記
実験例２では、上記イオン電流遮断特性を、温度変化に
対する該セパレータの電気抵抗値の変化として測定し
た。

【００３３】この実験例２では、上記実施例により作製
した電池用セパレータのサンプルの多孔質フィルム１２
としては、上述のヘキスト−セラニーズ社製の商品名セ
ルガード２５０２と膜厚の異なる商品名セルガード２５
００（膜厚２５μｍ）を用い、ワックス微粒子１３とし
ては、上述のポリプロピレン製のものを用いた。また、
上記実験例２では、上記サンプルに対する比較例とし
て、上述の商品名セルガード２５０２のみで電池用セパ
レータとして各温度における抵抗値を測定した。

【００３４】上記実験例２の結果を図４及び図５に示す
（図中、抵抗値は対数表示されている）。上記サンプル
については、図４に示すように、温度が１２０℃を越え
ると抵抗値が急激に増大し、１５５℃では常温における
抵抗値より５桁近く上昇している。このことから、温度
が１２０℃を越えたあたりから多孔質フィルム１２上の
ワックス微粒子１３が溶融して多孔質フィルム１２の微
孔を塞ぎ始め、更に温度が上昇するにつれてこの微孔が
ほぼ確実に閉塞されていくことがわかる。

【００３５】一方、上記比較例については、図５に示す
ように、１５５℃付近まで抵抗値に殆ど変化がなく、１
６０℃を越えても約２桁程の上昇が見られる程度であ
る。このことは、多孔質フィルム１２のみでは高温時に
おける多孔質フィルム１２の微孔の閉塞が十分ではな
く、高い上記ＳＤ特性を得ることが困難であるというこ
とを示している。

【００３６】以上から、上記実施例によって作製した電
池用セパレータは、非常に高い上記ＳＤ特性を示すこと
がわかる。

【００３７】本実施例に係る電池用セパレータの製造方
法においては、荷電ローラー１を用いて常温付近で弾性
率緩和強度が非常に安定であるポリプロピレンよりなる
多孔質フィルム１２上に静電気を帯電させ、その後低分
子量ポリオレフィン微粒子であるワックス微粒子１３を
ヒーターローラー３を用いて帯電した静電気力を利用し
て該多孔質フィルム１２上に付着させ、次いで圧着用ロ
ーラー５を用いてワックス微粒子１３を熱圧着すること
で電池用セパレータを作製するので、電池に不慮の事故
が発生して電池の温度が所定値を越えた際に、該セパレ
ータ上に圧着されたワックス微粒子１３が溶融すること
で電池用セパレータの微孔を閉塞して電池の正極と負極
との間に生じる短絡イオン電流を遮断するセパレータ
が、極めて簡単且つ確実に、しかも短時間で作製される
こととなる。

【００３８】従って、歩溜りを増加させ、製品の信頼性
の大幅な向上を図ることが可能となる。

【００３９】次に、上記実施例の変形例を図面を参照し
ながら説明する。なお、図１と対応するものについては
同符号を記す。

【００４０】この変形例は、上記実施例とほぼ同様の構
成及び機能を有するが、電池用セパレータの作製工程に
おいて、その製造装置を複数台用いる点で異なる。

【００４１】すなわち、この変形例においては、図６に
示すように、図１で示した製造装置が複数台（図示の例
では３台）設けられ、各製造装置において各々上記表１
に掲げたワックスの中のうち異なるものを多孔質フィル
ム１２上に融着する。即ち、上記変形例では、上記各製
造装置を多孔質フィルム１２が経ることにより、この多
孔質フィルム１２に各々異なる複数種（図示の例では３
種）のワックス微粒子１３が融着することとなる。

【００４２】なお、ここで、上記各製造装置に配置する
ワックス微粒子１３は、図中右へ向かうにつれて溶融温
度が低いものをそれぞれ配置するものとする。

【００４３】この変形例においても、上記実施例と同様
に、荷電ローラー１を用いて常温付近で弾性率緩和強度
が非常に安定であるポリプロピレンよりなる多孔質フィ
ルム１２上に静電気を帯電させ、その後低分子量ポリオ
レフィン微粒子であるワックス微粒子１３をヒーターロ
ーラー３を用いて帯電した静電気力を利用して該多孔質
フィルム１２上に付着させ、次いで圧着用ローラー５を
用いてワックス微粒子１３を熱圧着することで電池用セ
パレータを作製するので、電池に不慮の事故が発生して
電池の温度が所定値を越えた際に、該セパレータ上に圧
着されたワックス微粒子１３が溶融することで電池用セ
パレータの微孔を閉塞して電池の正極と負極との間に生
じる短絡を遮断するセパレータが、極めて簡単且つ確実
に、しかも短時間で作製されることとなる。

【００４４】従って、歩溜りを増加させ、製品の信頼性
の大幅な向上を図ることが可能となる。また、複数種の
ワックス微粒子１３を多孔質フィルム１２上に融着する
ことが可能であるので、上記ＳＤ特性を相乗的に向上さ
せることが可能となる。

【００４５】

【発明の効果】本発明に係る電池用セパレータの製造方
法によれば、低分子量ポリオレフィン微粒子を、多孔質
フィルム上に静電的に付着させ、熱圧着することで電池
用セパレータを作製するので、多孔質フィルムと任意の
融点の低分子量ポリオレフィンとを組み合わせて、任意
の温度で該多孔質フィルムの微孔を閉塞するセパレータ
を、非常に単純且つ短時間に精密に作製することが可能
となり、製造コストを大幅に削減させ、製品の歩溜り及
び信頼性を大幅に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電池用セパレータの製造
方法を示す模式図である。

【図２】ポリエチレン製の多孔質フィルムの弾性率の温
度依存性を示す特性図である。

【図３】本実施例に用いるポリプロピレン製の多孔質フ
ィルムの弾性率の温度依存性を示す特性図である。

【図４】本実施例により作製した電池用セパレータの電
気抵抗の温度依存性を示す特性図である。

【図５】本実施例に用いる多孔質フィルムのみを電池用
セパレータとして使用し、その電気抵抗の温度依存性を
示す特性図である。

【図６】本発明の実施例に係る電池用セパレータの製造
方法の変形例を示す模式図である。

【符号の説明】

１・・・セパレータ送り出しローラー２・・・荷電ローラー３・・・ヒーターローラー４・・・ワックス微粒子攪拌槽５・・・冷却槽６・・・圧着用ローラー７・・・セパレータ巻き取りローラー１２・・・多孔質フィルム１３・・・ワックス微粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低分子量ポリオレフィン微粒子を、多孔
質フィルム上に静電的に付着させ、熱圧着することを特
徴とする電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】前記多孔質フィルムが、ポリプロピレン
よりなることを特徴とする請求項１記載の電池用セパレ
ータの製造方法。