説明

複合微多孔膜

【課題】例えば150℃以上といった高温下においては膜形状を維持しながら不透過性フィルムに変化するのみならず、二次電池用セパレータとして用いた場合に良好なサイクル特性を実現し得る複合微多孔膜を提供する。
【解決手段】 ポリエチレン樹脂以外の樹脂成分からなる有機繊維織布と、有機繊維織布に積層されるポリエチレン樹脂とを含む複合微多孔膜において、ポリエチレン樹脂は、ポリエチレン樹脂の溶融により有機繊維織布の空隙を閉塞するように積層されると共に、有機繊維織布の織り交点の隙間が糸又は糸束巾の1/5以下であることを特徴とする複合微多孔膜。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複合微多孔膜に関する。
【背景技術】
【0002】
高い耐熱性と高温での不透過性を発現する目的で、ガラス繊維織布と熱可塑性樹脂との複合透過膜が提案されているが、ガラス繊維は折れ曲がりや突起物による圧迫により破損し易い、素材の比重が2を越えるために重い、スリットが困難である、などといった実用上の問題が懸念される。
【0003】
一方、特許文献1、2には、折れ曲がりや突起物による圧迫によっても破損し難い電池用セパレータとして、有機繊維集合体を含有するポリオレフィン複合膜が開示されている。
【0004】
【特許文献1】特開2002−190291号公報
【特許文献2】特開2006-59717号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1,2に記載されたポリオレフィン複合膜についてはいずれも、充放電が繰り返される二次電池用のセパレータとして用いた場合には、サイクル特性の点でなお改善の余地を有するものであった。
本発明は、例えば150℃以上といった高温下においては膜形状を維持しながら不透過性フィルムに変化するのみならず、二次電池用セパレータとして用いた場合に良好なサイクル特性を実現し得る複合微多孔膜を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記課題を解決するために、有機繊維織布の織物形態に着目して鋭意研究した結果、織り交点の隙間が電池のサイクル特性に寄与し得ること、更には、物理加工等によって有機繊維織布を構成する糸又は糸束(以下、「フィラメント」と略記することがある。)の形態を制御することにより、電池のサイクル特性をより向上させ得ることを見出し、本発明の完成するに至った。
【0007】
すなわち、本発明は、以下の複合微多孔膜等を提供する。
[1]
ポリエチレン樹脂以外の樹脂成分からなる有機繊維織布と、当該有機繊維織布に積層されるポリエチレン樹脂とを含む複合微多孔膜において、
前記ポリエチレン樹脂は、当該ポリエチレン樹脂の溶融により前記有機繊維織布の空隙を閉塞するように積層されると共に、
前記有機繊維織布の隙間比が0.2以下であることを特徴とする複合微多孔膜。
[2]
前記有機繊維織布を構成するモノフィラメントの、当該有機繊維織布の厚さ方向を基準とした扁平率が、0.6〜0.9である[1]に記載の複合微多孔膜。
[3]
目付けが10g/m2以下である[1]又は[2]に記載の複合微多孔膜。
[4]
[1]〜[3]のいずれかに記載の複合微多孔膜からなるリチウムイオン二次電池用セパレータ。
[5]
[4]に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ、正極、負極、及び電解液にて形成されるリチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、例えば150℃以上といった高温下においては膜形状を維持しながら不透過性フィルムに変化するのみならず、二次電池用セパレータとして用いた場合に良好なサイクル特性を実現し得る複合微多孔膜が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、「実施の形態」と略記する。)について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本実施の形態の複合微多孔膜は、ポリエチレン樹脂以外の樹脂成分からなる有機繊維織布と、当該有機繊維織布に積層されるポリエチレン樹脂とを含む複合微多孔膜である。
【0010】
(1)有機繊維織布
有機繊維織布を構成する有機繊維は、ポリエチレン樹脂以外の樹脂成分にて形成され、ポリエチレンが溶融する温度では溶融しない必要がある。
このような樹脂成分としては、例えば、ポリプロピレン、PTX(ポリ4−メチル−ペンテン重合体)、コポリパラフェニレン・3,4’オキシジフェニレン・テレフタラミド、パラフェニレンテレフタラミド、ポリケトン、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール、ポリアリレート、メタ系アラミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、等が挙げられる。これらは1種を単独で、または2種以上を併用することができる。
中でも、ポリアリレートやポリテトラフルオロエチレン等の樹脂は、ガラス転移温度が100℃以上であることから高温領域での寸法安定性に優れる傾向にあり、150℃熱収縮率を低く維持する観点でより好ましい。
【0011】
前記有機繊維織布のたて糸とよこ糸とは、同じ糸種であることがより好ましいが、異なる糸種であってもよい。
また、前記有機繊維織布のたて糸とよこ糸は、1本の糸(モノフィラメント)又は糸束(複数のモノフィラメントが束になったマルチフィラメント)にて形成される。モノフィラメントの直径としては、織布を薄く形成する観点から好ましくは0.1〜20μm、より好ましくは1〜10μmである。なお、モノフィラメント断面形状は真円に限らず、異型や楕円であってもかまわないが、ここでいう「直径」とは、モノフィラメントの断面積を基準として、当該断面が円形状であると仮定した場合に断面積から算出される円の直径を意味する。
なお、前記マルチフィラメントを構成するモノフィラメントの本数としては、10〜200本が好ましい。
【0012】
前記有機繊維織布を構成するフィラメントの、当該有機繊維織布の厚さ方向を基準とした扁平率としては、好ましくは0.1〜0.95、より好ましくは0.6〜0.9である。扁平率を当該範囲に設定することは、織布厚み方向のフィラメントの分布、及び面方向のフィラメントの分布を均一にし得、均一性を高めながらより薄膜化する観点や、突刺し強度を向上させる観点から好ましい。0.6以上であると、電解液の含浸にかかる時間を短縮できる傾向があるので好ましい。特に、0.7〜0.85とすることは、電池のサイクル特性をより向上さる観点から好ましい。
なお、ここでいう「有機繊維織布の厚さ方向を基準とした扁平率」とは、フィラメントの断面について、有機繊維織布の厚さ方向の最長長さをa、当該厚さ方向と直交する方向(面方向)の最長の長さをbとした場合に、a/bにて算出される値である。また、当該扁平率は、後述する物理加工の加工条件を選定する等により調節可能である。
【0013】
前記有機繊維織布の隙間比(織密度(糸束本数/25mm)で決まる糸束1本あたりの巾(25/織密度)に対する隙間の巾の比率)としては、好ましくは0.2以下、より好ましくは0.17以下であり、下限として好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上である。織り交点の隙間を上記範囲に設定することは、その詳細は詳らかではないが、電池用セパレータとして用いた場合のサイクル特性を向上させる観点から好適である。
なお、「隙間」とは、前記有機繊維織布を、その厚さ方向から平面視した場合に観察される、織り交点で囲まれる領域の面積を基準とし、当該領域の形状が正方形状であると仮定した場合に算出される一辺の長さを意味する。
【0014】
前記有機繊維織布の織構造は、平織り構造が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。例えば、表組織と裏組織から構成される二重織り構造や、朱子織、綾織、斜文織、ななこ織りなど、公知の織構造であってもよい。
【0015】
前記有機繊維織布の製織方法としては、公知の方法、例えば、エアージェット織機やウォータージェット織機等のジェット織機、レピヤ織機等を用いた製織方法が挙げられる。
また、上述の製織方法により得られた有機繊維織布に対し、更に織布の厚みを低減する観点、織布断面の繊維充填密度を高くする観点、又はフィラメントを扁平にする観点から、物理加工を施すことが好ましい。織布断面の繊維充填密度を高くすることや、フィラメントを扁平にすることは、織布の均一性を向上しながら薄膜化を達成し、同時に局部的に突刺強度が低い部分のない複合膜を達成する観点から好適である。
【0016】
前記物理加工としては、例えば、加圧加工(例えば、水流による圧力による加工、液体を媒体とした高周波の振動による加工、及び面圧を有する流体の圧力による加工)や、加圧加熱加工(例えば、熱ロールによる加圧での加工)等が挙げられる。特に熱ロールによる加圧での加工が好適に用いられる。また、水流による圧力による加工や、面圧を有する流体の圧力による加工を施した後に、熱ロールによる加圧での加工を施すという組合せを用いることがより好ましい。
【0017】
加圧加熱加工を行なう際の熱ロール温度としては、有機繊維の素材の融点等にもよるが、好ましくは100〜500℃、より好ましくは300〜400℃である。また、加圧加熱加工を行なう際の圧力としては、好ましくは800N/cm〜5000N/cmである。なお、有機繊維織布を加工する際の温度としては、有機繊維を構成するフィラメントの全部または一部を変形させ、モノフィラメント及び/又はマルチフィラメントを扁平化させることが可能な温度であって、有機繊維が溶融、分解、あるいは炭化しない範囲の温度であることが好ましい。
【0018】
前記物理加工は、前記有機繊維織布の製造時に実施しても良いし、後述するポリエチレン樹脂が積層された状態で実施しても構わない。物理加工時に応力がポリエチレン樹脂に不均一に吸収され、ポリエチレン樹脂によって物理加工の効果が低減することを防止する観点から、前記物理加工は、ポリエチレン樹脂が積層される前に実施されることが好ましい。
【0019】
また、前記物理加工は、その効果をより高める観点から、有機繊維織布にかかる張力が低減された状態で実施されるのが好ましい。当該張力としては、10〜300N/mであることが好ましく、10〜100N/mであることがより好ましい。
なお、前記物理加工を行った後、更に、公知の表面処理、例えばシランカップリング剤による表面処理を施すことにより、マトリックス樹脂との接着性を高めることも可能である。
【0020】
(2)複合微多孔膜
本実施の形態の複合微多孔膜は、上述した有機繊維織布と、当該有機繊維織布に積層されたポリエチレン樹脂とを含む複合微多孔膜である。
ここで、ポリエチレン樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、等が挙げられる。
【0021】
このようなポリエチレン樹脂を前記有機繊維織布に積層する方法としては、例えば、ポリエチレン樹脂のディスパージョンをバーコーターで前記有機繊維織布に塗布する方法や、シート状のポリエチレン樹脂微多孔膜を積層する方法、等が挙げられる。中でも、複合微多孔膜の透過性を確保する観点から、ポリエチレン樹脂微多孔膜を積層する方法が好ましい。
なお、有機繊維織布と熱可塑性樹脂微多幸膜を一体化した製品として取り扱いする上での取り扱い性が良好である観点から、ポリエチレン樹脂微多孔膜を得る前段階で(可塑剤を含有する前駆体フィルムの状態で)、前駆体フィルムを前記有機繊維織布に積層し、加熱加圧一体化した後に、可塑剤を抽出する積層方法を採用することがより好ましい。
【0022】
前記ポリエチレン樹脂は、当該ポリエチレン樹脂の溶融により前記有機繊維織布の空隙を閉塞する機能を有するものである。従って、本実施の形態における「積層」とは、膜状のポリエチレン樹脂が前記有機繊維織布に対して直接に、又は中間層を介して前記有機繊維織布の前面に亘り積層される態様の他、前記有機繊維織布の一部表面に付設され、溶融時に前記有機繊維織布の空隙を閉塞する機能を発揮するような態様をも含む概念である。
また、上記「溶融時に前記有機繊維織布の空隙を閉塞する機能」とは、ポリエチレン樹脂の溶融により複合微多孔膜の気体透過性能が実質的に無くなることを意味する。より具体的には、例えば、溶融により有機繊維織布の空隙を閉塞する量のポリエチレン樹脂が、有機繊維織布の空隙を閉塞する態様が挙げられる。ここで、前記空隙が閉塞されたか否かの評価指標としては、透気度が閉塞前の10倍となった状態を目安とすることができる。従って、有機繊維織布の空隙全体が必ずしも全てポリエチレン樹脂で充填される必要はない。
なお、ポリエチレン樹脂の上記機能に鑑み、ポリエチレン樹脂の融点としては、有機繊維を形成する樹脂成分の融点や分解温度に対して5℃以上低いことが好ましい。
【0023】
複合微多孔膜全体の厚さとしては、5μm〜40μmが好ましい。
また、複合微多孔膜の目付けとしては、好ましくは30g/m2以下、より好ましくは10g/m2以下であり、下限として好ましくは3g/m以上、より好ましくは5g/m以上である。特に、10g/m2以下とすることは、電池のサイクル特性、高容量化、又は低電気抵抗化の観点から好ましい。一方、3g/m以上とすることは、捲回など、成形時の強度及び、常温及び高温下での電極間隔離性を維持する観点からが好ましい。
【0024】
複合微多孔膜の透気度としては、電池のイオン透過性の観点から、好ましくは300sec以下、より好ましくは150sec以下であり、下限として好ましくは30sec以上である。
また、有機繊維織布と前記ポリエチレン樹脂の常温での剥離強度としては、ポリエチレン溶融温度近傍での複合膜形状安定性の観点から5g/cm以上であることが好ましく、10g/cmがさらに好ましく、20g以上であることがより好ましい。複合微多孔膜の有機繊維織布とポリエチレン樹脂との接合状態は、スリット工程や、捲回工程においてポリエチレン樹脂が剥離しない程度に一体化していることが好ましく、有機繊維織布を構成する繊維の少なくとも一部のモノフィラメント間にポリエチレン樹脂の一部が入り込んでいることが好ましい。
なお、これらのパラメータは、後述する実施例における測定法に準じて測定される値である。
【実施例】
【0025】
次に、実施例及び比較例を挙げて本実施の形態をより具体的に説明するが、本実施の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。
【0026】
(1)厚さ(μm)の評価方法
ダイヤルゲージ(尾崎製作所製PEACOCK No.25(商標))にて測定した。MD10mm×TD10mmのサンプルを多孔膜から切り出し、格子状に9箇所(3点×3点)の膜厚を測定した。得られた平均値を厚さ(μm)とした。
【0027】
(2)目付け(g/m2
10cm四方の正方形にサンプルを切り出し、その重さを測定し、1m当りに換算して算出した。
【0028】
(3)モノフィラメントの扁平率、隙間比
モノフィラメントの扁平率は、織布の交点部分の断面観察において、モノフィラメント20本を無作為に選び、厚さ方向の最長長さaと、当該厚さ方向と直交する方向(面方向)の最長長さbの、各々の平均値を用いて、扁平率(a/b)を算出した。
隙間比は、織り交点で囲まれる領域の面積を基準として当該領域の形状が正方形状であると仮定した場合に領域面積から算出される一辺の長さ(織り交点の隙間)を、(織密度(糸束本数/25mm)で決まる糸束1本あたりの巾(25/織密度)で除すことにより算出した。
なお、これらの観察は、複合微多孔膜を常温硬化性のエポキシ包埋剤に包埋したのち、切断面を研磨することで電子顕微鏡(SEM)観察試料を作成し、SEM観察することで行なった。
【0029】
(4)透気度(sec)
JIS P−8117準拠のガーレー式透気度計(東洋精機製G−B2(商標))を用いた。内筒重量は567gで、直径28.6mm、645mmの面積を空気100mlが通過する時間を測定した。
【0030】
(5)150℃熱収縮率(%)
複合膜を100mm×100mmの大きさに切りだし、予め150℃に設定したオーブンに、直接温風があたらないように厚さ100μmのコピー用紙に挟んだ状態で1時間放置し、オーブンから取り出した後の機械方向及び幅方向の寸法の減少率を算出した。
【0031】
(6)剥離強度(g/cm)
試料を機械方向に巾25mmに切り出し、引っ張り試験機で、試験長60mmを引張り速度200mm/minで引き剥がし、平均荷重を膜巾換算し、10mmあたりの荷重とした値を剥離強度(g/cm)とした。
【0032】
(7)突刺し強度(g)
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を、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/secで、25℃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(g)を得た。
【0033】
(8)ヒューズ温度、ショート温度
a.正極の作製
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)を92.2質量%、導電材としてリン片状グラファイトとアセチレンブラックをそれぞれ2.3質量%、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)3.2質量%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する。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で塗布し、130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形する。この時、正極の活物質塗布量は250g/m、活物質かさ密度は3.00g/cmになるようにする。
b.負極の作製
負極活物質として人造グラファイト96.6質量%、バインダー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%とスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量%を精製水中に分散させてスラリーを調製する。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℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形する。この時、負極の活物質塗布量は106g/m、活物質かさ密度は1.35g/cmになるようにする。
c.非水電解液
プロピレンカーボネート:エチレンカーボネート:γ−ブチルラクトン=1:1:2(体積比)の混合溶媒に、溶質としてLiBF4を濃度1.0mol/Lとなるように溶解させて調製する。
d.評価
熱電対を繋いだセラミックスプレート上に、65mm×20mmに切り出し非水電解液に1分以上浸漬した負極を載せ、この上に中央部に直径16mmの穴をあけた50mm×50mmに切り出した厚さ9μmのアラミドフィルムを載せ、この上に40mm×40mmに切り出し非水電解液に1時間以上浸漬した試料の多孔膜をアラミドフィルムの穴部を覆うように載せ、この上に65mm×20mmに切り出し非水電解液に1分以上浸漬した正極を負極に接触しないように載せ、その上にカプトンフィルム、更に厚さ約4mmのシリコンゴムを載せる。
これをホットプレート上にセットした後、油圧プレス機にて4.1MPaの圧力をかけた状態で、15℃/minの速度で昇温し、この際の正負極間のインピーダンス変化を交流1V、1kHzの条件下で200℃まで測定した。この測定において、インピーダンスが1000Ωに達した時点の温度をヒューズ温度とし、孔閉塞状態に達した後、再びインピーダンスが1000Ωを下回った時点の温度をショート温度とした。
【0034】
(9)100サイクル容量維持率(%)
a.正極の作製
(8)のaで作製した正極を面積2.00cmの円形に打ち抜いた。
b.負極の作製
(8)のbで作製した負極を面積2.05cmの円形に打ち抜いた。
c.非水電解液
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1.0ml/Lとなるように溶解させて調製した。
d.電池組立と評価
正極と負極の活物質面が対向するように、下から負極、セパレータ、正極の順に重ね、蓋付きステンレス金属製容器に収納する。容器と蓋とは絶縁されており、容器は負極の銅箔と、蓋は正極のアルミ箔と接している。この容器内に前記した非水電解液を注入して密閉する。
上記のようにして組み立てた簡易電池を25℃雰囲気下、電流値3mA(約0.5C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を3mAから絞り始めるという方法で、合計約6時間、電池作成後の最初の充電を行い、そして 電流値3mAで電池電圧3.0Vまで放電した。
次に、25℃雰囲気下、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を1C放電容量(mAh)とした。
次に、25℃雰囲気下、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値12mA(約2.0C)で電池電圧3.0Vまで放電して、その時の放電容量を2C放電容量(mAh)とした。
1C放電容量に対する2C放電容量の割合を算出し、この値をレート特性とした。
レート特性(%)=2C放電容量/1C放電容量 ×100
さらに、60℃雰囲気下、電流値6mA(約1.0C)で電池電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vを保持するようにして電流値を6mAから絞り始めるという方法で、合計約3時間充電を行い、そして電流値6mAで電池電圧3.0Vまで放電するというサイクルを繰り返した。
このサイクルにおける1サイクル目の放電容量に対する所定サイクル後の放電容量の割合を容量維持率(%)として求め、下記基準にて評価した。
×:75%未満
△:75%以上80%未満
○:80%以上90%未満
◎:90%以上
【0035】
[実施例1]
有機繊維織布として、たて糸およびよこ糸に、引張弾性率74GPaのポリアリレート繊維、テクノーラ(帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名、61dtex、ガラス転移温度193℃)を使用し、エアジェットルームで、たて糸45本/25mm、よこ糸45本/25mmの織物密度で製織した有機繊維織布の生機を得た。得られた織布の生機に高圧散水流による物理加工(加工圧力300N/cm)、および熱ロールによる加圧加工(加熱温度400℃、加圧力4000N/cm)を2回施し、厚み25μm、目付け24g/m、の有機繊維織布:基材Aを得た。
粘度平均分子量(Mv)200万の超高分子量ポリエチレン12重量部とMv28万の高密度ポリエチレン12重量部とMv15万の直鎖状低密度ポリエチレン16重量部とシリカ(平均粒径8.3μm)17.6重量部と、可塑剤としてフタル酸ジオクチル(DOP)を42.4重量部を混合造粒した後、Tダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し、厚さ90μmのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてDOPを、水酸化ナトリウムにてシリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を119℃に加熱のもと、縦方向に5.5倍延伸した後、横方向に1.9倍延伸した。膜厚8μm、気孔率48%、(目付け4g/m)のポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。該ポリオレフィン樹脂多孔膜にDOPを再び含浸した後、基材Aと積層した状態で加熱加圧処理した後DOPを抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。100サイクル容量維持率は89であった。
【0036】
[実施例2]
有機繊維織布として、たて糸およびよこ糸に、ポリテトラフルオロエチレン製(3デニール、ガラス転移温度126℃)を使用し、エアジェットルームで、たて糸200本/25mm、よこ糸200本/25mmの織物密度で製織した有機繊維織布の生機を得た。得られた織布の生機に高圧散水流による物理加工(加工圧力300N/cm)、および熱ロールによる加圧加工(加熱温度420℃、加圧力4000N/cm)を1回施し、厚み5μm、目付け4.2g/m、の有機繊維織布:基材Bを得た。
粘度平均分子量(Mv)70万のポリエチレン17.5重量部とMv30万のポリエチ
レン17.5重量部、可塑剤として流動パラフィン(LP)を40重量部、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0.3重量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。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重量部)中に占める流動パラフィン量比が65重量部となるように、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した。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数240rpm、吐出量12kg/hでリップ間距離700μmに調整したTダイから溶融混練物を押出し、表面温度25℃に制御された冷却ロール間を通してシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンター延伸機へ導き、MD方向に7倍、TD方向に7.0倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は125℃であった。さらに可塑剤を含有した状態で熱固定を行い、厚さ5μmの可塑剤含有フィルムを得た。
厚さ5μmの可塑剤含有フィルムに基材Bを積層し、加熱加圧一体化した後に、可塑剤を多量の塩化メチレンで抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。
【0037】
[実施例3]
粘度平均分子量(Mv)200万の超高分子量ポリエチレン12重量部とMv28万の高密度ポリエチレン12重量部とMv15万の直鎖状低密度ポリエチレン16重量部とシリカ(平均粒径8.3μm)17.6重量部と、可塑剤としてフタル酸ジオクチル(DOP)を42.4重量部を混合造粒した後、Tダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し、厚さ90μmのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてDOPを、水酸化ナトリウムにてシリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を119℃に加熱のもと、縦方向に5.5倍延伸した後、横方向に1.9倍延伸した。膜厚8μm、気孔率48%、(目付け4g/m)のポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。該ポリオレフィン樹脂多孔膜にDOPを再び含浸した後、基材Bと積層した状態で加熱加圧処理した後DOPを抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。
【0038】
[実施例4]
有機繊維織布として、たて糸およびよこ糸に、引張弾性率74GPaのポリアリレート繊維、テクノーラ(帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名、61dtex、ガラス転移温度193℃)を使用し、エアジェットルームで、たて糸45本/25mm、よこ糸45本/25mmの織物密度で製織した有機繊維織布の生機を得た。得られた織布の生機に高圧散水流による物理加工(加工圧力300N/cm)、および熱ロールによる加圧加工(加熱温度400℃、加圧力4000N/cm)を1回施し、厚み30μm、目付け24g/m、の有機繊維織布:基材Cを得た。
粘度平均分子量(Mv)200万の超高分子量ポリエチレン12重量部とMv28万の高密度ポリエチレン12重量部とMv15万の直鎖状低密度ポリエチレン16重量部とシリカ(平均粒径8.3μm)17.6重量部と、可塑剤としてフタル酸ジオクチル(DOP)を42.4重量部を混合造粒した後、Tダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し、厚さ90μmのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてDOPを、水酸化ナトリウムにてシリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を119℃に加熱のもと、縦方向に5.5倍延伸した後、横方向に1.9倍延伸した。膜厚8μm、気孔率48%、(目付け4g/m)のポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。該ポリオレフィン樹脂多孔膜にDOPを再び含浸した後、基材Cと積層した状態で加熱加圧処理した後DOPを抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。100サイクル容量維持率は87であった。
【0039】
[実施例5]
粘度平均分子量(Mv)200万の超高分子量ポリエチレン12重量部とMv28万の高密度ポリエチレン12重量部とMv15万の直鎖状低密度ポリエチレン16重量部とシリカ(平均粒径8.3μm)17.6重量部と、可塑剤としてフタル酸ジオクチル(DOP)を42.4重量部を混合造粒した後、Tダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し、厚さ90μmのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてDOPを、水酸化ナトリウムにてシリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を119℃に加熱のもと、縦方向に5.5倍延伸した後、横方向に1.9倍延伸した。膜厚8μm、気孔率48%、(目付け4g/m)のポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。該ポリオレフィン樹脂多孔膜にDOPを再び含浸した後、基材Cの両面に配し3層に積層した状態で加熱加圧処理した後DOPを抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。
【0040】
[実施例6]
粘度平均分子量(Mv)70万のポリエチレン17.5重量部とMv30万のポリエチ
レン17.5重量部、可塑剤として流動パラフィン(LP)を40重量部、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0.3重量部添加したものをヘンシェルミキサーにて予備混合した。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重量部)中に占める流動パラフィン量比が65重量部となるように、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した。溶融混練条件は、設定温度200℃、スクリュー回転数240rpm、吐出量12kg/hでリップ間距離700μmに調整したTダイから溶融混練物を押出し、表面温度25℃に制御された冷却ロール間を通してシート状のポリオレフィン組成物を得た。次に連続して同時二軸テンター延伸機へ導き、MD方向に7倍、TD方向に7.0倍に同時二軸延伸を行った。この時同時二軸テンターの設定温度は125℃であった。さらに可塑剤を含有した状態で熱固定を行い、厚さ5μmの可塑剤含有フィルムを得た。
厚さ5μmの可塑剤含有フィルムに基材Cを積層し、加熱加圧一体化した後に、可塑剤を多量の塩化メチレンで抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。
【0041】
[比較例1]
ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ガラス転移温度70℃からなる、厚み30μm、目付け24g/mの織布を基材とし、実施例1と同様にポリエチレン層を積層し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。評価後の複合膜を確認したところ、織り交点のすき間に、ピンホールがあいていた。
【0042】
[比較例2]
実施例3で用いた、ポリオレフィン層を可塑剤含有したフィルムを得る工程までは同様に行い、可塑剤を抽出し、下表1に示す微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。
【0043】
[比較例3]
有機繊維織布として、たて糸およびよこ糸に、引張弾性率74GPaのポリアリレート繊維、テクノーラ(帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名、61dtex、ガラス転移温度193℃)を使用し、エアジェットルームで、たて糸45本/25mm、よこ糸45本/25mmの織物密度で製織した有機繊維織布の生機を得た。得られた織布の生機を水洗後、熱ロールによる加圧加工(加熱温度400℃、加圧力4000N/cm)を1回施し、厚み40μm、目付け24g/m、の有機繊維織布:基材Dを得た。
粘度平均分子量(Mv)200万の超高分子量ポリエチレン12重量部とMv28万の高密度ポリエチレン12重量部とMv15万の直鎖状低密度ポリエチレン16重量部とシリカ(平均粒径8.3μm)17.6重量部と、可塑剤としてフタル酸ジオクチル(DOP)を42.4重量部を混合造粒した後、Tダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し、厚さ90μmのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてDOPを、水酸化ナトリウムにてシリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を119℃に加熱のもと、縦方向に5.5倍延伸した後、横方向に1.9倍延伸した。膜厚8μm、気孔率48%、(目付け4g/m)のポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。該ポリオレフィン樹脂多孔膜にDOPを再び含浸した後、基材Dと積層した状態で加熱加圧処理した後DOPを抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。100サイクル容量維持率は60であった。
【0044】
[比較例4]
有機繊維織布として、たて糸およびよこ糸に、引張弾性率74GPaのポリアリレート繊維、テクノーラ(帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名、61dtex、ガラス転移温度193℃)を使用し、エアジェットルームで、たて糸45本/25mm、よこ糸45本/25mmの織物密度で製織した有機繊維織布の生機を得た。水洗し厚み50μm、目付け24g/m、の有機繊維織布:基材Eを得た。
粘度平均分子量(Mv)200万の超高分子量ポリエチレン12重量部とMv28万の高密度ポリエチレン12重量部とMv15万の直鎖状低密度ポリエチレン16重量部とシリカ(平均粒径8.3μm)17.6重量部と、可塑剤としてフタル酸ジオクチル(DOP)を42.4重量部を混合造粒した後、Tダイを装着した二軸押出機にて混練・押出し、厚さ90μmのシート状に成形した。該成形物から塩化メチレンにてDOPを、水酸化ナトリウムにてシリカを抽出除去し微多孔膜とした。該微多孔膜を119℃に加熱のもと、縦方向に5.5倍延伸した後、横方向に1.9倍延伸した。膜厚8μm、気孔率48%、(目付け4g/m)のポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。該ポリオレフィン樹脂多孔膜にDOPを再び含浸した後、基材Eと積層した状態で加熱加圧処理した後DOPを抽出し、下表1に示す複合微多孔膜を得た。評価結果を表1に併記した。100サイクル容量維持率は40であった。
【0045】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明の複合微多孔膜は、分離膜及び電池用セパレータなどの隔離膜の分野で好適に利用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリエチレン樹脂以外の樹脂成分からなる有機繊維織布と、当該有機繊維織布に積層されるポリエチレン樹脂とを含む複合微多孔膜において、
前記ポリエチレン樹脂は、当該ポリエチレン樹脂の溶融により前記有機繊維織布の空隙を閉塞するように積層されると共に、
前記有機繊維織布の隙間比が0.2以下であることを特徴とする複合微多孔膜。
【請求項2】
前記有機繊維織布を構成するモノフィラメントの、当該有機繊維織布の厚さ方向を基準とした扁平率が、0.6〜0.9である請求項1に記載の複合微多孔膜。
【請求項3】
目付けが10g/m2以下である請求項1又は2に記載の複合微多孔膜。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかに記載の複合微多孔膜からなるリチウムイオン二次電池用セパレータ。
【請求項5】
請求項4に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータ、正極、負極、及び電解液にて形成されるリチウムイオン二次電池。

【公開番号】特開2009−248357(P2009−248357A)
【公開日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−95809(P2008−95809)
【出願日】平成20年4月2日(2008.4.2)
【出願人】(309002329)旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【Fターム(参考)】