JP2012076384A - Laminated porous film and battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層多孔質フィルム及び電池に関する。 The present invention relates to a laminated porous film and a battery.
非水電解液二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いので、パーソナルコンピューター、携帯電話、携帯情報端末、電気自動車などの電池として、広く使用されている。リチウム二次電池は可燃性の有機溶媒を使用しているため、電池や電池を用いている機器の破損等の異常により内部短絡・外部短絡が生じた場合に爆発にいたる可能性を有しているため、昨今のエネルギー密度の増大に伴い安全に対する要求も高くなっている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries, particularly lithium ion secondary batteries, are widely used as batteries for personal computers, mobile phones, portable information terminals, electric vehicles, and the like because of their high energy density. Lithium secondary batteries use flammable organic solvents, so there is a possibility of explosion if an internal short circuit or external short circuit occurs due to damage such as damage to the battery or the equipment that uses the battery. Therefore, the demand for safety is increasing with the recent increase in energy density.
非水電解液二次電池には、正極と負極とが接触しないように、これらの間にセパレータが配されている。セパレータには、高い突刺し強度とシャットダウン機能が求められることから、超高分子量ポリエチレンからなる多孔質フィルムが広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery, a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode so as not to contact each other. Since a high puncture strength and a shutdown function are required for the separator, a porous film made of ultrahigh molecular weight polyethylene is widely used (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載されているような、超高分子量ポリエチレンのみから形成された多孔質フィルムをセパレータとして用いた場合には、シャットダウンを開始する温度が高い、高温でセパレータが破膜してしまう、という問題があった。 However, when a porous film formed only from ultra-high molecular weight polyethylene as described in Patent Document 1 is used as a separator, the temperature at which shutdown is started is high, and the separator breaks at a high temperature. There was a problem that.
本発明の目的は、電池内部で異常発熱が発生した場合には速やかにシャットダウンし、かつ、シャットダウンした状態を幅広い温度に亘って維持することができ、さらにセパレータとして使用可能な突刺し強度を有する積層多孔質フィルム、およびそのような積層多孔質フィルムを含む電池を提供することである。 The object of the present invention is to quickly shut down when abnormal heat is generated inside the battery, maintain the shutdown state over a wide range of temperatures, and has a piercing strength that can be used as a separator. It is to provide a laminated porous film and a battery comprising such a laminated porous film.
すなわち本発明は、以下の[1]〜[3]に係るものである。
[1]ポリエチレン系樹脂から形成される多孔質層(A)と、耐熱性樹脂及び無機フィラーから形成される多孔質層(B)とを含む積層多孔質フィルムであって、
前記多孔質層(A)が、該多孔質層(A)に含まれる樹脂成分を100重量%とするとき、重量平均分子量が100万以上である超高分子量ポリエチレンを5〜70重量%と、重量平均分子量が5〜80万である直鎖状低密度ポリエチレンを5〜40重量%含む積層多孔質フィルム。
[2]多孔質層(A)が、該多孔質層(A)に含まれる樹脂成分を100重量%とするとき、重量平均分子量が500〜3000であるポリオレフィンワックスを1〜30重量%含む上記[1]の積層多孔質フィルム。
[3]上記[1]または[2]の積層多孔質フィルムを含む電池。
That is, the present invention relates to the following [1] to [3].
[1] A laminated porous film including a porous layer (A) formed from a polyethylene-based resin and a porous layer (B) formed from a heat-resistant resin and an inorganic filler,
When the porous layer (A) is 100% by weight of the resin component contained in the porous layer (A), 5 to 70% by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more, A laminated porous film comprising 5 to 40% by weight of a linear low density polyethylene having a weight average molecular weight of 5 to 800,000.
[2] The porous layer (A) contains 1 to 30% by weight of a polyolefin wax having a weight average molecular weight of 500 to 3000 when the resin component contained in the porous layer (A) is 100% by weight. [1] A laminated porous film.
[3] A battery comprising the laminated porous film of [1] or [2].
本発明によれば、電池内部で異常発熱が発生した場合には速やかにシャットダウンし、かつ、シャットダウンした状態を幅広い温度に亘って維持することができ、さらにセパレータとして使用可能な突刺し強度を有する積層多孔質フィルム、およびそのような積層多孔質フィルムを含む電池を提供することができる。 According to the present invention, when abnormal heat generation occurs inside the battery, the battery can be quickly shut down, and the shut-down state can be maintained over a wide range of temperatures, and has a piercing strength that can be used as a separator. A laminated porous film and a battery including such a laminated porous film can be provided.
本発明は、ポリエチレン系樹脂から形成される多孔質層(A)と、耐熱性樹脂及び無機フィラーから形成される多孔質層(B)とを含む積層多孔質フィルムであって、前記多孔質層(A)が、該多孔質層(A)に含まれる樹脂成分を100重量%とするとき、重量平均分子量が100万以上である超高分子量ポリエチレンを5〜70重量%と、重量平均分子量が5〜80万である直鎖状低密度ポリエチレンを5〜40重量%含む積層多孔質フィルムである。 The present invention is a laminated porous film comprising a porous layer (A) formed from a polyethylene-based resin, and a porous layer (B) formed from a heat-resistant resin and an inorganic filler, the porous layer When (A) is 100% by weight of the resin component contained in the porous layer (A), the weight average molecular weight is 5 to 70% by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more. It is a laminated porous film containing 5 to 40% by weight of a linear low density polyethylene that is 5 to 800,000.
まず、ポリエチレン系樹脂から形成される多孔質層(A)について、説明する。 First, the porous layer (A) formed from a polyethylene resin will be described.
多孔質層(A)は、該多孔質層(A)に含まれる樹脂成分を100重量%とするとき、重量平均分子量が100万以上である超高分子量ポリエチレンを5〜70重量%、好ましくは10〜50重量%含む。多孔質層(A)に含まれる超高分子量ポリエチレンの量が5重量%以上であると、このような多孔質層(A)を含む積層多孔質フィルムは、突刺し強度に優れる。
本発明における超高分子量ポリエチレンとしては、エチレンの単独重合体や、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等のα−オレフィンとエチレンとを共重合した共重合体が挙げられる。
The porous layer (A) has an ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more, preferably 5 to 70% by weight, preferably 100% by weight of the resin component contained in the porous layer (A). Contains 10 to 50% by weight. When the amount of the ultrahigh molecular weight polyethylene contained in the porous layer (A) is 5% by weight or more, the laminated porous film containing such a porous layer (A) has excellent puncture strength.
Examples of the ultrahigh molecular weight polyethylene in the present invention include ethylene homopolymers and copolymers obtained by copolymerizing ethylene with α-olefins such as propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, and 1-hexene. Can be mentioned.
また多孔質層(A)は、該多孔質層(A)に含まれる樹脂成分を100重量%とするとき、重量平均分子量5〜80万の直鎖状低密度ポリエチレンを5〜40重量%、より好ましくは10〜40%含む。多孔質層(A)に含まれる直鎖状低密度ポリエチレンの量が5重量%以上であると、このような多孔質層(A)を含む積層多孔質フィルムは、低温でシャットダウンすることができる。
本発明における直鎖状低密度ポリエチレンとしては、エチレンと、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のα−オレフィンとを共重合して得られる共重合体が挙げられる。
直鎖状低密度ポリエチレンの密度は、通常0.910〜0.930である。
The porous layer (A) is composed of 5 to 40% by weight of linear low density polyethylene having a weight average molecular weight of 5 to 800,000 when the resin component contained in the porous layer (A) is 100% by weight. More preferably, it contains 10 to 40%. When the amount of the linear low density polyethylene contained in the porous layer (A) is 5% by weight or more, the laminated porous film including such a porous layer (A) can be shut down at a low temperature. .
The linear low density polyethylene in the present invention is a copolymer obtained by copolymerizing ethylene and an α-olefin such as propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene. A polymer is mentioned.
The density of the linear low density polyethylene is usually 0.910 to 0.930.
多孔質層(A)は、さらに重量平均分子量が500〜3000であるポリオレフィンワックスを含むことが好ましい。ポリオレフィンワックスの重量平均分子量は、好ましくは500〜2500である。
多孔質層(A)に含まれるポリオレフィンワックスの量は、該多孔質層(A)に含まれる樹脂成分を100重量%とするとき、1〜30重量%であり、好ましくは3〜20重量%である。
ポリオレフィンワックスとしては、エチレン単独重合体、エチレン−α−オレフィン共重合体等のポリエチレン系重合体、プロピレン単独重合体、プロピレン−α−オレフィン共重合体等のポリプロピレン系重合体、4−メチルペンテン−1重合体、ポリ(ブテン−1)、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。超高分子量ポリエチレンとの相溶性に優れるポリオレフィンワックスを選択することが好ましく、具体的にはエチレン単独重合体またはエチレン−α−オレフィン共重合体等のポリエチレンワックスを用いることが好ましい。
It is preferable that the porous layer (A) further contains a polyolefin wax having a weight average molecular weight of 500 to 3,000. The weight average molecular weight of the polyolefin wax is preferably 500-2500.
The amount of the polyolefin wax contained in the porous layer (A) is 1 to 30% by weight, preferably 3 to 20% by weight, when the resin component contained in the porous layer (A) is 100% by weight. It is.
Polyolefin waxes include ethylene polymers, polyethylene polymers such as ethylene-α-olefin copolymers, polypropylene polymers such as propylene homopolymers, propylene-α-olefin copolymers, 4-methylpentene- 1 polymer, poly (butene-1), ethylene-vinyl acetate copolymer and the like. It is preferable to select a polyolefin wax having excellent compatibility with ultrahigh molecular weight polyethylene. Specifically, it is preferable to use a polyethylene wax such as an ethylene homopolymer or an ethylene-α-olefin copolymer.
超高分子量ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリオレフィンワックスの重量平均分子量は、一般的にGPC測定により求めることができる。 The weight average molecular weights of ultra high molecular weight polyethylene, linear low density polyethylene, and polyolefin wax can be generally determined by GPC measurement.
多孔質層(A)の製造方法としては、(1)超高分子量ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、任意でポリオレフィンワックスと、フィラーとを混練して樹脂組成物を得、該樹脂組成物を用いてシートを作成し、該シートを延伸する方法、(2)前記(1)の方法の後、フィラーを除去する方法、(3)超高分子量ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、任意でポリオレフィンワックスと、フィラーとを混練して樹脂組成物を得、該樹脂組成物を用いてシートを作成し、該シートからフィラーを除去した後、延伸する方法、(4)超高分子量ポリエチレンと直鎖状低密度ポリエチレンを流動パラフィンなどの溶媒となる成分と混練して樹脂組成物を得、該樹脂組成物を用いてシートを作成し、該シートを延伸し、該延伸フィルムから溶媒を除去し、場合によっては更に該フィルムを延伸する方法、(5)超高分子量ポリエチレンと直鎖状低密度ポリエチレンをシート成型し、100〜140℃でアニール処理をした後に、0〜40℃で次いで70〜130℃で延伸する方法 が挙げられる。
特に、(1)〜(3)のフィラーを用いる方法が好ましい。
The production method of the porous layer (A) is as follows: (1) Ultra high molecular weight polyethylene, linear low density polyethylene, optionally polyolefin wax, and filler are kneaded to obtain a resin composition. (2) Method of removing the filler after the method of (1), (3) Ultra high molecular weight polyethylene, linear low density polyethylene, optionally polyolefin Wax and filler are kneaded to obtain a resin composition, a sheet is prepared using the resin composition, the filler is removed from the sheet, and then stretched. (4) Ultrahigh molecular weight polyethylene and linear chain The low-density polyethylene is kneaded with a solvent component such as liquid paraffin to obtain a resin composition, a sheet is prepared using the resin composition, the sheet is stretched, and then dissolved from the stretched film. (5) Sheet molding of ultra high molecular weight polyethylene and linear low density polyethylene, and annealing treatment at 100 to 140 ° C., followed by 0 to 40 ° C. And then stretching at 70 to 130 ° C.
In particular, a method using the fillers (1) to (3) is preferable.
フィラーとしては、一般的に充填剤と呼ばれる無機又は有機の微粒子を用いることができる。無機の微粒子としては、炭酸カルシウム、タルク、クレー、カオリン、シリカ、ハイドロタルサイト、珪藻土、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、アルミナ、マイカ、ゼオライト、ガラス粉、酸化亜鉛などの微粒子が使用される。有機の微粒子としては、公知の樹脂微粒子が用いられ、該樹脂としてスチレン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、アクリル酸メチルなどのモノマーを単独あるいは2種類以上重合して得られる重合体、メラミン、尿素などの重縮合樹脂の微粒子が挙げられる。 As the filler, inorganic or organic fine particles generally called a filler can be used. Inorganic fine particles include calcium carbonate, talc, clay, kaolin, silica, hydrotalcite, diatomaceous earth, magnesium carbonate, barium carbonate, calcium sulfate, magnesium sulfate, barium sulfate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, calcium oxide, oxidation Fine particles such as magnesium, titanium oxide, alumina, mica, zeolite, glass powder, and zinc oxide are used. As the organic fine particles, known resin fine particles are used. As the resin, a polymer obtained by polymerizing monomers such as styrene, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, methyl acrylate alone or in combination of two or more kinds. Examples thereof include fine particles of a polycondensation resin such as coalescence, melamine, and urea.
フィラーを含む樹脂組成物を用いて多孔質層(A)を製造する場合、該樹脂組成物からなるシートを延伸する前、又は延伸した後にフィラーを除去することが好ましい。そのため、中性、酸性やアルカリ性などの水溶液で簡便に除去できるフィラーを使用することが好ましい。例えば前述の微粒子の中ではタルク、クレー、カオリン、珪藻土、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、酸化亜鉛、シリカが挙げられる。これらの中でも炭酸カルシウムが好ましい。 When manufacturing a porous layer (A) using the resin composition containing a filler, it is preferable to remove a filler before extending | stretching the sheet | seat which consists of this resin composition, or extending | stretching. Therefore, it is preferable to use a filler that can be easily removed with an aqueous solution such as neutral, acidic, or alkaline. For example, among the above-mentioned fine particles, talc, clay, kaolin, diatomaceous earth, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium carbonate, magnesium sulfate, calcium oxide, calcium oxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, zinc oxide and silica can be mentioned. Among these, calcium carbonate is preferable.
フィラーの平均粒径は、0.01〜3μmであることが好ましく、0.02〜1μmであることがより好ましく、0.05〜0.5μmであることが最も好ましい。平均粒径が3μm以下のフィラーを用いると、より突刺し強度に優れる積層多孔質フィルムを得ることができ、0.01μm以上のフィラーを用いると、フィラーが均一に分散しやすくなるため、均一に開孔した多孔質層(A)を得ることができる。 The average particle size of the filler is preferably 0.01 to 3 μm, more preferably 0.02 to 1 μm, and most preferably 0.05 to 0.5 μm. If a filler having an average particle size of 3 μm or less is used, a laminated porous film having a better piercing strength can be obtained. If a filler having a mean particle diameter of 0.01 μm or more is used, the filler is easily dispersed uniformly. An open porous layer (A) can be obtained.
フィラーは、表面処理が施されたものを用いることが好ましい。表面処理されたフィラーを用いると、超高分子量ポリエチレンや直鎖状低密度ポリエチレンなどの樹脂中でフィラーが分散しやすい、超高分子量PEや直鎖状低密度ポリエチレンなどの樹脂とフィラーとの界面が剥離しやすくなる、外部からの水分の吸収を防ぐ、といった効果が期待できる。表面処理剤としては例えば、ステアリン酸、ラウリル酸等の高級脂肪酸又はその金属塩を挙げることができる。 It is preferable to use a filler that has been surface-treated. When a surface-treated filler is used, the filler is easily dispersed in a resin such as ultra high molecular weight polyethylene or linear low density polyethylene, and the interface between the resin and filler such as ultra high molecular weight PE or linear low density polyethylene. Can be expected to be easily peeled off and prevent moisture absorption from the outside. Examples of the surface treatment agent include higher fatty acids such as stearic acid and lauric acid, and metal salts thereof.
樹脂組成物に含まれるフィラーの量は、該樹脂組成物に含まれる超高分子量ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンおよびポリオレフィンワックスの合計体積を100体積部とするとき、該合計体積100体積部に対して、好ましくは15〜150体積部であり、より好ましくは25〜100体積部である。15体積部以上であれば、延伸により十分に開孔し良好な多孔質層(A)を得ることができ、また150体積部以下であると該層に含まれる樹脂の割合が高いため、突刺し強度に優れる多孔質層(A)を得ることができる。 The amount of filler contained in the resin composition is 100 parts by volume when the total volume of ultrahigh molecular weight polyethylene, linear low density polyethylene and polyolefin wax contained in the resin composition is 100 parts by volume. On the other hand, it is preferably 15 to 150 parts by volume, more preferably 25 to 100 parts by volume. If it is 15 parts by volume or more, it can be sufficiently opened by stretching to obtain a good porous layer (A), and if it is 150 parts by volume or less, the proportion of the resin contained in the layer is high. In addition, a porous layer (A) having excellent strength can be obtained.
また多孔質層(A)を形成するために用いる樹脂組成物は、必要に応じて本発明の目的を損じない範囲で一般に使用される添加剤(帯電防止剤、可塑剤、滑剤、酸化防止剤、増核剤など)を含んでもよい。 Further, the resin composition used for forming the porous layer (A) is made of additives (antistatic agents, plasticizers, lubricants, antioxidants) that are generally used as long as they do not impair the purpose of the present invention. , Nucleating agents, etc.).
樹脂組成物を製造するために、超高分子量ポリエチレンや直鎖状低密度ポリエチレン等を混練するための混練装置としては、高いせん断力を有する混練装置を用いることが好ましく、具体的には、ロール、バンバリミキサー、一軸押出機、二軸押出機などが挙げられる。 In order to produce a resin composition, it is preferable to use a kneading device having a high shearing force as a kneading device for kneading ultrahigh molecular weight polyethylene, linear low density polyethylene or the like. , Banbury mixer, single screw extruder, twin screw extruder and the like.
ポリオレフィンワックスを含む樹脂組成物を用いる場合には、次のような方法で該樹脂組成物を製造することが好ましい。
すなわち、超高分子量ポリエチレンとポリオレフィンワックスとを、重量比で、超高分子量ポリエチレン/ポリオレフィンワックス=30/70〜90/10、より好ましくは40/60〜80/20、で混練した後、分子量5〜80万の直鎖状低密度ポリエチレンを加えて混練する方法である。
この場合の混練方法としては、超高分子量PEとポリオレフィンワックスを混練してペレット化したものと直鎖状低密度ポリエチレンを混練する方法や、超高分子量ポリエチレンとポリオレフィンワックスを混練する装置と、直鎖状低密度ポリエチレンを加えて混練する装置とをつなげて連続的に混練する方法や、超高分子量ポリエチレンとポリオレフィンワックスを混練する装置に直鎖状低密度ポリエチレンをサイドフィードする方法などが挙げられる。
In the case of using a resin composition containing a polyolefin wax, it is preferable to produce the resin composition by the following method.
That is, after kneading ultra high molecular weight polyethylene and polyolefin wax in a weight ratio of ultra high molecular weight polyethylene / polyolefin wax = 30/70 to 90/10, more preferably 40/60 to 80/20, molecular weight 5 This is a method of adding ~ 800,000 linear low density polyethylene and kneading.
The kneading method in this case includes a method of kneading pellets of ultrahigh molecular weight PE and polyolefin wax and linear low density polyethylene, a device for kneading ultrahigh molecular weight polyethylene and polyolefin wax, Examples include a method of continuous kneading by connecting a device for kneading by adding chain low density polyethylene, a method of side-feeding linear low density polyethylene to a device for kneading ultrahigh molecular weight polyethylene and polyolefin wax, and the like. .
樹脂組成物を用いてシート成形する方法は、特に限定はされないが、インフレーション加工、カレンダー加工、Tダイ押出加工、スカイフ法等が挙げられる。樹脂混練物を混練装置から連続的にシート成形機に投入しても、混練後樹脂組成物を一旦ペレット化し、該ペレットをシート成形機に投入してもよい。 The method for forming a sheet using the resin composition is not particularly limited, and examples thereof include inflation processing, calendar processing, T-die extrusion processing, and Skyf method. The resin kneaded material may be continuously fed from the kneading apparatus into the sheet molding machine or the resin composition after kneading may be once pelletized and the pellets may be fed into the sheet molding machine.
樹脂組成物を成形して得られるシートを延伸して多孔質フィルムとする方法は、特に限定はされないが、テンター、ロール、オートグラフなどの公知の装置を用いて延伸して製造することができる。延伸は一軸方向でも二軸方向でもよく、また延伸を一段で行なっても、多段階に分けて行なってもよい。延伸倍率は2〜12倍が好ましく、4〜10倍がより好ましい。延伸温度は、通常超高分子量ポリエチレンの軟化点以上融点以下の温度で行なわれ、80℃〜120℃で行なうことが好ましい。このような温度で延伸を行なうことにより、延伸時にフィルムが破膜しにくく、かつ超高分子量ポリエチレンが溶融しにくいため、樹脂とフィラーの界面剥離によって生じた孔が閉孔しにくくなる。また延伸の後に、孔の形態を安定化するために、必要に応じて熱固定処理を行なってもよい。 The method of stretching the sheet obtained by molding the resin composition to form a porous film is not particularly limited, but can be produced by stretching using a known device such as a tenter, roll, or autograph. . The stretching may be uniaxial or biaxial, and the stretching may be performed in one step or in multiple steps. The draw ratio is preferably 2 to 12 times, and more preferably 4 to 10 times. The stretching temperature is usually from a softening point to a melting point of the ultra high molecular weight polyethylene and preferably from 80 ° C to 120 ° C. By stretching at such a temperature, the film hardly breaks during stretching and the ultrahigh molecular weight polyethylene is difficult to melt, so that the holes generated by the interface peeling between the resin and the filler are difficult to close. Moreover, in order to stabilize the form of a hole after extending | stretching, you may perform a heat setting process as needed.
樹脂組成物を成形して得られるシートから、少なくとも一部のフィラーを除去した後、延伸して多孔質層(A)を製造してもよい。あるいは、樹脂組成物を成形して得られるシートを延伸した後、少なくとも一部のフィラーを除去して多孔質層(A)を製造してもよい。フィラーを除去する方法としては、シートまたは延伸後のフィルムを、フィラーを溶解可能な液体に浸漬する方法が挙げられる。 After removing at least a part of the filler from the sheet obtained by molding the resin composition, the porous layer (A) may be produced by stretching. Or after extending | stretching the sheet | seat obtained by shape | molding a resin composition, you may remove at least one part filler and manufacture a porous layer (A). Examples of the method for removing the filler include a method of immersing the sheet or the stretched film in a liquid capable of dissolving the filler.
次に耐熱性樹脂及び無機フィラーから形成される多孔質層(B)(以下、耐熱層ということもある)について説明する。 Next, the porous layer (B) (hereinafter sometimes referred to as a heat-resistant layer) formed from a heat-resistant resin and an inorganic filler will be described.
前記耐熱層を形成する耐熱性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸等の水溶性ポリマーや芳香族ポリアラミド(以下、「アラミド」ということがある)、芳香族ポリイミド(以下、「ポリイミド」ということがある)、芳香族ポリアミドイミドなどの含窒素芳香族系ポリマーが挙げられる。 Examples of the heat-resistant resin forming the heat-resistant layer include water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, cellulose ether, sodium alginate, polyacrylic acid, polyacrylamide, and polymethacrylic acid, and aromatic polyaramid (hereinafter referred to as “aramid”). And nitrogen-containing aromatic polymers such as aromatic polyimide (hereinafter sometimes referred to as “polyimide”) and aromatic polyamideimide.
水溶性ポリマーとしてはポリビニルアルコール、セルロースエーテル、アルギン酸ナトリウムが好ましく、セルロースエーテルが更に好ましい。セルロースエーテルとしては具体的には、カルボキシメチルセルロース(以下、CMCということがある)、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、シアンエチルセルロース、オキシエチルセルロースなどが挙げられ、劣化が小さいCMCが最も好ましい。 As the water-soluble polymer, polyvinyl alcohol, cellulose ether, and sodium alginate are preferable, and cellulose ether is more preferable. Specific examples of the cellulose ether include carboxymethyl cellulose (hereinafter sometimes referred to as CMC), hydroxyethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, cyanethyl cellulose, oxyethyl cellulose, and the like, and CMC with small deterioration is most preferable.
含窒素芳香族系ポリマーとしては、膜厚が均一で通気性に優れる多孔質の耐熱層を形成しやすいことからアラミドが好ましく、アラミドの中でもパラ配向芳香族ポリアミド(以下、「パラアラミド」ということがある)が最も好ましい。 As the nitrogen-containing aromatic polymer, an aramid is preferable because it is easy to form a porous heat-resistant layer having a uniform film thickness and excellent air permeability. Among the aramids, a para-oriented aromatic polyamide (hereinafter referred to as “para-aramid”) is preferable. Most preferred).
パラアラミドとは、パラ配向芳香族ジアミンとパラ配向芳香族ジカルボン酸ハライドの縮合重合により得られるものであり、アミド結合が芳香族環のパラ位またはそれに準じた配向位(例えば4,4’−ビフェニレン、1,5−ナフタレン、2,6−ナフタレン等のような反対方向に同軸または平行に伸びる配向位)で結合される繰り返し単位から実質的になるものである。具体的には、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(4,4’−ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン−4,4’−ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン2,6−ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2−クロローパラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6−ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合等のパラ配向型、またはパラ配向型に準じた構造を有するパラアラミドが例示される。 Para-aramid is obtained by condensation polymerization of a para-oriented aromatic diamine and a para-oriented aromatic dicarboxylic acid halide, and the amide bond is in the para position of the aromatic ring or an oriented position equivalent thereto (for example, 4,4′-biphenylene). , 1,5-naphthalene, 2,6-naphthalene, and the like, which are substantially composed of repeating units bonded in the opposite direction (orientation positions extending coaxially or in parallel). Specifically, poly (paraphenylene terephthalamide), poly (parabenzamide), poly (4,4′-benzanilide terephthalamide), poly (paraphenylene-4,4′-biphenylenedicarboxylic acid amide), poly ( (Paraphenylene 2,6-naphthalene dicarboxylic acid amide), poly (2-chloro-paraphenylene terephthalamide), paraphenylene terephthalamide / 2,6-dichloroparaphenylene terephthalamide copolymer, etc. Para-aramid having a similar structure is exemplified.
耐熱層を設ける際には、通常耐熱性樹脂を溶媒に溶かした塗工液を用いる。耐熱性樹脂が水溶性ポリマーである場合、前記溶媒としては水を用いることができ、溶解性を損なわない程度に、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールなどのアルコールを加えてもよい。耐熱性樹脂がパラアラミドである場合、前記溶媒としては、極性アミド系溶媒または極性尿素系溶媒を用いることができ、具体的には、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、テトラメチルウレアなどが挙げられる。 When providing the heat-resistant layer, a coating solution obtained by dissolving a heat-resistant resin in a solvent is usually used. When the heat resistant resin is a water-soluble polymer, water can be used as the solvent, and an alcohol such as methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol or the like may be added to such an extent that the solubility is not impaired. When the heat-resistant resin is para-aramid, a polar amide solvent or a polar urea solvent can be used as the solvent. Specifically, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N- Examples thereof include methyl-2-pyrrolidone and tetramethylurea.
耐熱性樹脂としてパラアラミドを用いる場合、パラアラミドの溶媒への溶解性を改善する目的で、パラアラミド重合時にアルカリ金属、又はアルカリ土類金属の塩化物を添加することが好ましい。具体例としては、塩化リチウムまたは塩化カルシウムが挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記塩化物の重合系への添加量としては、縮合重合で生成するアミド基1.0モル当たり0.5〜6.0モルが好ましく、1.0〜4.0モルがより好ましい。塩化物が0.5モル以上であると、生成するパラアラミドの溶解性が十分となり、6.0モル以下であると塩化物が溶媒に溶け残ることがなくなるため好ましい。一般には、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属の塩化物が2重量%以上でパラアラミドの溶解性が十分となる場合が多く、10重量%以下でアルカリ金属、またはアルカリ土類金属の塩化物が極性アミド系溶媒または極性尿素系溶媒などの極性有機溶媒に溶け残ることなく完全に溶解する場合が多い。 When para-aramid is used as the heat-resistant resin, it is preferable to add an alkali metal or alkaline earth metal chloride during the para-aramid polymerization for the purpose of improving the solubility of para-aramid in a solvent. Specific examples include, but are not limited to lithium chloride or calcium chloride. The amount of the chloride added to the polymerization system is preferably 0.5 to 6.0 mol, more preferably 1.0 to 4.0 mol, per 1.0 mol of the amide group produced by condensation polymerization. If the chloride is 0.5 mol or more, the resulting para-aramid is sufficiently soluble, and if it is 6.0 mol or less, the chloride does not remain dissolved in the solvent. In general, the alkali metal or alkaline earth metal chloride is often 2% by weight or more and the solubility of para-aramid is often sufficient. At 10% by weight or less, the alkali metal or alkaline earth metal chloride is polar. In many cases, it is completely dissolved without being dissolved in a polar organic solvent such as an amide solvent or a polar urea solvent.
本発明において耐熱層を形成するために用いる塗工液は、無機フィラーとしてセラミックス粉末を含有することが特に好ましい。任意の耐熱性樹脂濃度の溶液にセラミックス粉末が添加された塗工液を用いて耐熱層を形成することにより、膜厚が均一で、かつ微細な多孔質である耐熱層を形成することができる。またセラミックス粉末の添加量によって、透気度を制御することができる。本発明におけるセラミックス粉末は、多孔質フィルムの強度や耐熱層表面の平滑性の点より、一次粒子の平均粒子径が1.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.1μm以下であることがさらに好ましい。 In the present invention, the coating liquid used for forming the heat-resistant layer particularly preferably contains ceramic powder as an inorganic filler. By forming a heat-resistant layer using a coating solution in which ceramic powder is added to a solution having an arbitrary heat-resistant resin concentration, it is possible to form a heat-resistant layer having a uniform film thickness and a fine porosity. . The air permeability can be controlled by the amount of ceramic powder added. In the ceramic powder of the present invention, the average particle diameter of the primary particles is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, from the viewpoint of the strength of the porous film and the smoothness of the heat-resistant layer surface. More preferably, it is 0.1 μm or less.
セラミックス粉末の含有量は耐熱層中1重量%〜99重量%であることが好ましく、5重量%〜95重量%であることがより好ましい。1重量%以上であると、イオン透過性に優れ、99重量%以下であると膜強度に優れる。使用するセラミックス粉末の形状は、特に限定はなく、球状でもランダムな形状でも使用できる。
The content of the ceramic powder is preferably 1% by weight to 99% by weight in the heat resistant layer, and more preferably 5% by weight to 95% by weight. When it is 1% by weight or more, the ion permeability is excellent, and when it is 99% by weight or less, the film strength is excellent. The shape of the ceramic powder to be used is not particularly limited, and can be spherical or random.
本発明におけるセラミックス粉末としては、電気絶縁性の金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などからなるセラミックス粉末が挙げられ、例えばアルミナ、シリカ、二酸化チタン、酸化ジルコニウムなどの粉末が好ましく用いられる。上記セラミックス粉末は単独で用いてもよいし、2種類以上を混合してもよく、粒径の異なる同種あるいは異種のセラミックス粉末を任意に混合して用いることもできる。 Examples of the ceramic powder in the present invention include ceramic powders made of electrically insulating metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and the like. For example, powders of alumina, silica, titanium dioxide, zirconium oxide and the like are preferably used. The ceramic powders may be used alone, or two or more kinds thereof may be mixed, and the same or different ceramic powders having different particle sizes may be arbitrarily mixed and used.
多孔質層(A)に耐熱層を積層する方法としては、耐熱層を別に製造して後で多孔質層(A)と積層する方法、多孔質層(A)の少なくとも片面にセラミックス粉末と耐熱性樹脂とを含有する塗工液を塗布して耐熱層を形成する方法などが挙げられるが、生産性の観点から後者の方法が好ましい。後者の方法としては具体的には以下のような工程を含む方法が挙げられる。
(a)耐熱性樹脂100重量部を含む極性有機溶媒溶液に、耐熱性樹脂100重量部に対しセラミックス粉末を1〜8000重量部分散したスラリー状塗工液を調整する
(b)該塗工液を多孔質層(A)の少なくとも片面に塗工し、塗工膜を形成する。
(c)溶媒を乾燥除去、あるいは耐熱性樹脂を溶解しない溶媒への浸漬などの手段で、前記塗工膜から耐熱性樹脂を析出させた後乾燥する。
塗工液は、特開2001−316006号公報に記載の塗工装置及び特開2001−23602号公報に記載の方法により連続的に塗工することが好ましい。
As a method of laminating the heat-resistant layer on the porous layer (A), a method of separately manufacturing the heat-resistant layer and then laminating with the porous layer (A), ceramic powder and heat-resistant on at least one side of the porous layer (A) Examples include a method of forming a heat-resistant layer by applying a coating solution containing a functional resin, and the latter method is preferable from the viewpoint of productivity. Specifically, the latter method includes a method including the following steps.
(A) A slurry-like coating liquid in which 1 to 8000 parts by weight of ceramic powder is dispersed in 100 parts by weight of a heat-resistant resin in a polar organic solvent solution containing 100 parts by weight of a heat-resistant resin is prepared. (B) The coating liquid Is applied to at least one surface of the porous layer (A) to form a coating film.
(C) The heat-resistant resin is deposited from the coating film by drying and removing the solvent, or immersed in a solvent that does not dissolve the heat-resistant resin, and then dried.
The coating liquid is preferably applied continuously by a coating apparatus described in JP-A-2001-316006 and a method described in JP-A-2001-23602.
本発明の多孔質層(A)と耐熱層とを含む積層多孔質フィルムは、シャットダウン性、耐熱性、強度、イオン透過性に優れ、非水系電池用セパレータ、特にリチウム2次電池用セパレータとして好適に使用することができる。 The laminated porous film including the porous layer (A) of the present invention and a heat-resistant layer is excellent in shutdown property, heat resistance, strength, and ion permeability, and is suitable as a separator for non-aqueous batteries, particularly a lithium secondary battery separator. Can be used for
本発明の積層多孔質フィルムを電池用セパレータとして用いる場合、電解液の保持性とフィルム強度およびシャットダウン性能の観点から、積層多孔質フィルム中の多孔質層(A)の空隙率は、30〜80体積%が好ましく、さらに好ましくは40〜70体積%であり、耐熱層の空隙率は、電解液の保持量および強度の観点から、30〜80体積%が好ましく、さらに好ましくは40〜70体積%である。
積層多孔質フィルムの厚みは、シャットダウン性、巻回時の電池短絡防止、電池の高電気容量化の観点から、5〜50μmが好ましく、10〜50μmがより好ましく、10〜30μmがさらに好ましい。また積層多孔質フィルム中の耐熱層の厚みは、耐熱性の観点から、0.5μm〜10μmが好ましく、1μm〜5μmがより好ましい。
When the laminated porous film of the present invention is used as a battery separator, the porosity of the porous layer (A) in the laminated porous film is 30 to 80 from the viewpoints of electrolyte retention, film strength, and shutdown performance. % By volume is preferred, more preferably 40-70% by volume, and the porosity of the heat-resistant layer is preferably 30-80% by volume, more preferably 40-70% by volume, from the viewpoint of the amount of retained electrolyte and strength. It is.
The thickness of the laminated porous film is preferably 5 to 50 μm, more preferably 10 to 50 μm, and even more preferably 10 to 30 μm, from the viewpoints of shutdown performance, prevention of battery short-circuiting during winding, and higher battery capacity. In addition, the thickness of the heat resistant layer in the laminated porous film is preferably 0.5 μm to 10 μm, more preferably 1 μm to 5 μm, from the viewpoint of heat resistance.
本発明の電池は、本発明の積層多孔質フィルムを電池用セパレータとして含む。以下に、本発明の電池がリチウム電池などの非水電解液二次電池である場合の、電池用セパレータ以外の構成要素について詳細に説明する。 The battery of the present invention includes the laminated porous film of the present invention as a battery separator. Hereinafter, components other than the battery separator in the case where the battery of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium battery will be described in detail.
非水電解質溶液としては、例えばリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解質溶液を用いることができる。リチウム塩としては、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、Li2B10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4などのうち1種または2種以上の混合物が挙げられる。リチウム塩として、これらの中でもフッ素を含むLiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、およびLiC(CF3SO2)3からなる群から選ばれた少なくとも1種を用いることが好ましい。 As the non-aqueous electrolyte solution, for example, a non-aqueous electrolyte solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent can be used. Examples of lithium salts include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 , One or a mixture of two or more of lower aliphatic carboxylic acid lithium salts, LiAlCl 4 and the like can be mentioned. The lithium salt is selected from the group consisting of LiPF 6 containing fluorine, LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 among these. It is preferable to use at least one selected from the above.
非水電解質溶液で用いる有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,2−ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3−メチル−2−オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物、または上記の有機溶媒にフッ素置換基を導入したものを用いることができるが、通常はこれらのうちの2種以上を混合して用いる。 Examples of the organic solvent used in the nonaqueous electrolyte solution include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 1,2-di ( Carbonates such as methoxycarbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyl Ethers such as tetrahydrofuran; esters such as methyl formate, methyl acetate and γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetate Amides such as amide; Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; Sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide and 1,3-propane sultone, or those obtained by introducing a fluorine substituent into the above organic solvent Usually, a mixture of two or more of these is used.
これらの中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネート、または環状カーボネートとエーテル類の混合溶媒がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートの混合溶媒としては、動作温度範囲が広く、負荷特性に優れ、かつ負極の活物質として天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料を用いた場合でも分解しにくいことから、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒が好ましい。正極シートは、通常、正極活物質、導電材および結着剤を含む合剤を集電体上に担持したものを用いる。具体的には、該正極活物質として、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料を含み、導電材として炭素質材料を含み、結着剤として熱可塑性樹脂などを含むものを用いることができる。リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料としては、V、Mn、Fe、Co、Niなどの遷移金属を少なくとも1種含むリチウム複合酸化物が挙げられる。中でも好ましくは、平均放電電位が高いという点で、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウムなどのα−NaFeO2型構造を母体とする層状リチウム複合酸化物、リチウムマンガンスピネルなどのスピネル型構造を母体とするリチウム複合酸化物が挙げられる。 Among these, a mixed solvent containing carbonates is preferable, and a mixed solvent of cyclic carbonate and acyclic carbonate or cyclic carbonate and ether is more preferable. As a mixed solvent of cyclic carbonate and non-cyclic carbonate, ethylene has a wide operating temperature range, excellent load characteristics, and is difficult to decompose even when a graphite material such as natural graphite or artificial graphite is used as the negative electrode active material. A mixed solvent containing carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate is preferred. As the positive electrode sheet, a sheet in which a mixture containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is supported on a current collector is usually used. Specifically, as the positive electrode active material, a material containing a material that can be doped / undoped with lithium ions, a carbonaceous material as a conductive material, and a thermoplastic resin as a binder can be used. Examples of materials that can be doped / undoped with lithium ions include lithium composite oxides containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, and Ni. Among these, a layered lithium composite oxide based on an α-NaFeO 2 type structure such as lithium nickelate or lithium cobaltate, or a spinel type structure such as lithium manganese spinel is preferable based on a high average discharge potential. Examples include lithium composite oxides.
該リチウム複合酸化物は、種々の添加元素を含んでもよく、特にTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Ag、Mg、Al、Ga、InおよびSnからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属のモル数とニッケル酸リチウム中のNiのモル数との和に対して、前記の少なくとも1種の金属が0.1〜20モル%であるように該金属を含む複合ニッケル酸リチウムを用いると、高容量での使用におけるサイクル性が向上するので好ましい。 The lithium composite oxide may contain various additive elements, particularly at least selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, Mg, Al, Ga, In, and Sn. Composite nickel acid containing a metal such that the at least one metal is 0.1 to 20 mol% with respect to the sum of the number of moles of one metal and the number of moles of Ni in lithium nickelate Lithium is preferable because cycle characteristics in use at a high capacity are improved.
該結着剤としての熱可塑性樹脂としては、ポリビニリデンフロライド、ビニリデンフロライドの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフロロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。 As the thermoplastic resin as the binder, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether Copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, thermoplastic polyimide, polyethylene, polypropylene and the like.
該導電材としての炭素質材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラックなどが挙げられる。導電材として、それぞれ単独で用いてもよいし、例えば人造黒鉛とカーボンブラックとを混合して用いるといった複合導電材系を選択してもよい。 Examples of the carbonaceous material as the conductive material include natural graphite, artificial graphite, cokes, and carbon black. As the conductive material, each may be used alone, or for example, a composite conductive material system in which artificial graphite and carbon black are mixed and used may be selected.
負極シートとしては、例えばリチウムイオンをドープ・脱ドーブ可能な材料、リチウム金属またはリチウム合金などを用いることができる。リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体などの炭素質材料、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープ・脱ドープを行う酸化物、硫化物等のカルコゲン化合物が挙げられる。電位平坦性が高く、また平均放電電位が低いため正極と組み合わせた場合大きなエネルギー密度が得られるという点で、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛材料を主成分とする炭素質材料が好ましい。 As the negative electrode sheet, for example, a material capable of doping and dedoping lithium ions, lithium metal, or a lithium alloy can be used. Materials that can be doped / undoped with lithium ions include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, and fired organic polymer compounds, and lower potential than the positive electrode. And chalcogen compounds such as oxides and sulfides for doping and dedoping lithium ions. A carbonaceous material mainly composed of a graphite material such as natural graphite or artificial graphite is preferable in that the potential flatness is high and the average discharge potential is low so that a large energy density can be obtained when combined with the positive electrode.
負極集電体としては、Cu、Ni、ステンレスなどを用いることができるが、特にリチウム二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、かつ薄膜に加工しやすいという点でCuが好ましい。該負極集電体に負極活物質を含む合剤を担持させる方法としては、加圧成型する方法、または溶媒などを用いてペースト化し集電体上に塗布乾燥後プレスするなどして圧着する方法が挙げられる。 As the negative electrode current collector, Cu, Ni, stainless steel, or the like can be used. In particular, in a lithium secondary battery, Cu is preferable because it is difficult to form an alloy with lithium and it can be easily processed into a thin film. As a method of supporting the mixture containing the negative electrode active material on the negative electrode current collector, a method of pressure molding, or a method of pasting into a paste using a solvent or the like and applying pressure to the current collector by pressing after drying Is mentioned.
本発明の電池の形状は、特に限定されるものではなく、ペーパー型、コイン型、円筒型、角形などのいずれであってもよい。 The shape of the battery of the present invention is not particularly limited, and may be any of a paper type, a coin type, a cylindrical type, a rectangular shape, and the like.
以下に実施例、比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(1)突刺強度
多孔質フィルムまたは積層多孔質フィルムを12mmΦのワッシャで固定し、ピンを200mm/minで突き刺したときの最大応力(gf)を測定し、該フィルムの単位面積当りの重量(g/m2)で除した値を突刺し強度とした。ピンは、ピン径1mmΦ、先端0.5Rのものを使用した
(2)シャットダウン温度測定
2×3cm角の長方形の膜に電解液を含浸した後、2枚のSUS製電極に挟み、クリップで固定し、セルを作成した。電解液には、エチレンカーボネート50vol%:ジエチルカーボネート50vol%の混合溶媒に1mol/LのLiBF4を溶解させたものを用いた。組み立てたセルの両側に、インピーダンスアナライザーの端子を接続した。1kHzでの抵抗値を測定した。オーブン中で15℃/分の速度で昇温しながら、抵抗の測定を実施した。1kHzでの抵抗値が1000Ωに達した時の温度をシャットダウン温度とした。またシャットダウン後、更に温度を上昇させ、積層多孔質フィルムが破れ、測定上、抵抗値が低下し始めるときの温度を、熱破膜温度とした。
(1) Puncture strength The maximum stress (gf) when a porous film or a laminated porous film was fixed with a 12 mmφ washer and the pin was punctured at 200 mm / min was measured, and the weight per unit area (g / M 2 ) was taken as the puncture strength. (2) Shutdown temperature measurement A 2 x 3 cm square rectangular membrane was impregnated with electrolyte and then sandwiched between two SUS electrodes and fixed with clips. And created a cell. As the electrolytic solution, one obtained by dissolving 1 mol / L LiBF 4 in a mixed solvent of ethylene carbonate 50 vol%: diethyl carbonate 50 vol% was used. The impedance analyzer terminals were connected to both sides of the assembled cell. The resistance value at 1 kHz was measured. Resistance was measured while increasing the temperature at a rate of 15 ° C./min in an oven. The temperature when the resistance value at 1 kHz reached 1000Ω was taken as the shutdown temperature. Further, after the shutdown, the temperature was further raised, the temperature at which the laminated porous film was torn and the resistance value began to decrease in the measurement was defined as the thermal film breaking temperature.
実施例1
多孔質層(A)の作成
重量平均分子量約100万で融解温度136℃、密度0.93g/cm3の超高分子量ポリエチレン粉末(145M、三井化学社製)12.3g、重量平均分子量約50万で融解温度136℃、密度0.95g/cm3の高密度ポリエチレン粉末(030S、三井化学社製)4.9g、重量平均分子量約9万で融解温度117℃、0.92g/cm3の直鎖状低密度ポリエチレン(FV403、住友化学社製)7.4g、平均孔径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)39.6g、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.17重量%、(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.05重量%を粉末のまま混合した後、ラボプラストミル(R-60H型)にて200℃、60rpmで3分間混練し、引き続き230℃、100rpmで3分間混練し、樹脂組成物(1)を得た。得られた樹脂組成物(1)を、200℃でプレス成形し、約200μm厚のシートを得た。該シートを3N塩酸に一晩浸漬して炭酸カルシウムを除去し、水洗後乾燥させて多孔質シート(1)を得た。この多孔質シート(1)を、東洋精機社製卓上二軸延伸機を用いて120℃で4×4倍に延伸し、多孔質層(1)を得た。
パラアラミド(ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド))の合成
攪拌翼、温度計、窒素流入管及び粉体添加口を有する、3リットルのセパラブルフラスコを使用して、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の製造を行った。フラスコを十分乾燥し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)2200gを仕込み、200℃で2時間真空乾燥した塩化カルシウム粉末151.07gを添加し、100℃に昇温して完全に溶解させた。室温に戻して、パラフェニレンジアミン、68.23gを添加し完全に溶解させた。この溶液を20℃±2℃に保ったまま、テレフタル酸ジクロライド、124.97gを10分割して約5分おきに添加した。その後も攪拌しながら、溶液を20℃±2℃に保ったまま1時間熟成した。1500メッシュのステンレス金網でろ過した。得られた溶液は、パラアラミド濃度6%であった。
塗工液の調製
先に重合したパラアラミド溶液100gをフラスコに秤取し、300gのNMPを添加し、パラアラミド濃度が1.5重量%の溶液に調製して60分間攪拌した。上記のパラアラミド濃度が1.5重量%の溶液に、アルミナC(日本アエロジル社製、平均一次粒子径13nm)を6g、アドバンスドアルミナAA−03(住友化学社製、平均一次粒子径0.4μm)を6g混合し、240分間攪拌した。得られた溶液を1000メッシュの金網でろ過し、その後酸化カルシウム0.73gを添加して240分間攪拌して中和を行い、減圧下で脱泡してスラリー上の塗工液を得た。
積層多孔質フィルムの作成
多孔質層(1)に、調製した塗工液を130μm厚となるようにバーコーターで塗布した後、50℃70%RHのオーブンに15秒間入れ、多孔質フィルム上にアラミドを析出させた。得られたフィルムを金具で4辺固定し、70℃のオーブン内で10分乾燥させることで、耐熱層を多孔質層(1)上に積層し、積層多孔質フィルムを得た。
Example 1
Preparation of porous layer (A ) 12.3 g of ultra high molecular weight polyethylene powder (145 M, manufactured by Mitsui Chemicals) having a weight average molecular weight of about 1,000,000, a melting temperature of 136 ° C., and a density of 0.93 g / cm 3. An average molecular weight of about 500,000, a melting temperature of 136 ° C., a density of 0.95 g / cm 3 high density polyethylene powder (030S, Mitsui Chemicals) 4.9 g, a weight average molecular weight of about 90,000 and a melting temperature of 117 ° C., 0.92 g 7.4 g / cm 3 linear low density polyethylene (FV403, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 39.6 g calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) having an average pore size of 0.1 μm, antioxidant (Irg1010, Ciba Specialty) Chemicals) 0.17% by weight (P168, Ciba Specialty Chemicals) 0.05% by weight were mixed in powder form, and then Laboplast mill (R-60H). Mold) at 200 ° C. and 60 rpm for 3 minutes, and then kneaded at 230 ° C. and 100 rpm for 3 minutes to obtain a resin composition (1). The obtained resin composition (1) was press-molded at 200 ° C. to obtain a sheet having a thickness of about 200 μm. The sheet was immersed in 3N hydrochloric acid overnight to remove calcium carbonate, washed with water and dried to obtain a porous sheet (1). This porous sheet (1) was stretched 4 × 4 times at 120 ° C. using a desktop biaxial stretching machine manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. to obtain a porous layer (1).
Synthesis of para-aramid (poly (paraphenylene terephthalamide)) Production of poly (paraphenylene terephthalamide) using a 3 liter separable flask with stirring blade, thermometer, nitrogen inlet tube and powder addition port went. The flask was sufficiently dried, charged with 2200 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), added with 151.07 g of calcium chloride powder vacuum-dried at 200 ° C. for 2 hours, heated to 100 ° C. and completely dissolved. . After returning to room temperature, 68.23 g of paraphenylenediamine was added and completely dissolved. While maintaining this solution at 20 ° C. ± 2 ° C., 124.97 g of terephthalic acid dichloride was added in 10 divided portions every about 5 minutes. Thereafter, the solution was aged for 1 hour while maintaining the temperature at 20 ° C. ± 2 ° C. with stirring. It filtered with the 1500 mesh stainless steel wire mesh. The resulting solution had a para-aramid concentration of 6%.
Preparation of coating solution 100 g of the previously polymerized para-aramid solution was weighed into a flask, 300 g of NMP was added, and the solution was prepared to a para-aramid concentration of 1.5% by weight and stirred for 60 minutes. 6 g of alumina C (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., average primary particle size 13 nm), advanced alumina AA-03 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., average primary particle size 0.4 μm) in a solution having the above-mentioned para-aramid concentration of 1.5% by weight 6 g was mixed and stirred for 240 minutes. The obtained solution was filtered through a 1000 mesh wire mesh, then 0.73 g of calcium oxide was added, and the mixture was neutralized by stirring for 240 minutes, and defoamed under reduced pressure to obtain a coating solution on the slurry.
Preparation of laminated porous film The prepared coating solution was applied to the porous layer (1) with a bar coater so as to have a thickness of 130 µm, and then placed in an oven at 50 ° C and 70% RH for 15 seconds. Aramid was deposited on the quality film. The obtained film was fixed with metal fittings on four sides and dried in an oven at 70 ° C. for 10 minutes, whereby the heat-resistant layer was laminated on the porous layer (1) to obtain a laminated porous film.
実施例2
重量平均分子量約300万の超高分子量ポリエチレン粉末(340M、三井化学社製)を12.3g、重量平均分子量1000で融解温度116℃、密度0.95g/cm3のポリエチレンワックス(FNP−0115、日本精鑞社製)12.3g、平均孔径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)39.6g、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.17重量%、(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.05重量%を粉末のまま混合した後、ラボプラストミル(R-60H型)にて200℃、60rpmで3分間混練した。得られた混練物を混練物(A)とする。重量平均分子量約50万で融解温度136℃、密度0.95g/cm3の高密度ポリエチレン粉末(030S、三井化学社製)を17.6g、重量平均分子量約9万で融解温度117℃、0.92g/cm3の直鎖状低密度ポリエチレン(FV403、住友化学社製)を7.0g、平均孔径0.1μmの炭酸カルシウム(丸尾カルシウム社製)39.6g、酸化防止剤(Irg1010、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.17g、(P168、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)0.05gを粉末のまま混合した後、混練物Aと同様の条件にて混練した(混練物B)。混練物Aを21.0gと、混練物Bを49.0gとを上記ラボプラストミルを用いて230℃、100rpmで3分間混練し、樹脂組成物2を得た。樹脂組成物2を樹脂組成物1と同様に処理を行い、多孔質フィルムを得た。
得られた多孔質フィルム2を用いて実施例1と同様の処理を行い、積層多孔質フィルムを得た。
Example 2
12.3 g of ultra high molecular weight polyethylene powder having a weight average molecular weight of about 3 million (340M, manufactured by Mitsui Chemicals), polyethylene wax (FNP-0115 having a weight average molecular weight of 1000, a melting temperature of 116 ° C., and a density of 0.95 g / cm 3 (Nippon Seiki Co., Ltd.) 12.3 g, average pore size 0.1 μm calcium carbonate (Maruo Calcium Co., Ltd.) 39.6 g, antioxidant (Irg1010, Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) 0.17 wt%, (P168) 0.05% by weight (made by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) was mixed in the form of powder and then kneaded for 3 minutes at 200 ° C. and 60 rpm in a lab plast mill (R-60H type). Let the obtained kneaded material be a kneaded material (A). 17.6 g of high-density polyethylene powder (030S, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) having a weight average molecular weight of about 500,000, a melting temperature of 136 ° C., and a density of 0.95 g / cm 3 , and a melting temperature of 117 ° C. 7.0 g of linear low-density polyethylene (FV403, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) of .92 g / cm 3 , 39.6 g of calcium carbonate (manufactured by Maruo Calcium Co., Ltd.) having an average pore size of 0.1 μm, antioxidant (Irg1010, Ciba) -0.17 g (manufactured by Specialty Chemicals) and 0.05 g (P168, manufactured by Ciba Specialty Chemicals) were mixed in powder form and then kneaded under the same conditions as kneaded product A (kneaded product B). 21.0 g of the kneaded material A and 49.0 g of the kneaded material B were kneaded at 230 ° C. and 100 rpm for 3 minutes using the above-mentioned Labo Plast Mill to obtain a resin composition 2. Resin composition 2 was treated in the same manner as resin composition 1 to obtain a porous film.
Using the obtained porous film 2, the same treatment as in Example 1 was performed to obtain a laminated porous film.
比較例1
重量平均分子量約50万のポリエチレン粉末(030S、三井化学社製)12.3gを用い、重量平均分子量約9万で融解温度117℃、0.92g/cm3の直鎖状低密度ポリエチレン(FV403、住友化学社製)を用いなかった以外は実施例1と同様の処理を行い、多孔質フィルムを得た。
Comparative Example 1
Using 12.3 g of polyethylene powder having a weight average molecular weight of about 500,000 (030S, Mitsui Chemicals), linear low density polyethylene (FV403) having a weight average molecular weight of about 90,000, a melting temperature of 117 ° C., and 0.92 g / cm 3. Except for not using Sumitomo Chemical Co., Ltd.), the same treatment as in Example 1 was performed to obtain a porous film.
実施例1および2で多孔質層(A)を形成する際に用いた樹脂組成物の組成を、表1に示した。
また、実施例1および2の積層多孔質フィルム、比較例1の多孔質フィルムの物性を表2にまとめた。
市販のセパレータの突刺し強度は、通常20〜40gf/(g/m2)程度である。実施例1および2の多孔質フィルムも、セパレータとして使用可能な突刺し強度を有していることがわかる。
The composition of the resin composition used when forming the porous layer (A) in Examples 1 and 2 is shown in Table 1.
Table 2 summarizes the physical properties of the laminated porous films of Examples 1 and 2 and the porous film of Comparative Example 1.
The puncture strength of a commercially available separator is usually about 20 to 40 gf / (g / m 2 ). It can be seen that the porous films of Examples 1 and 2 also have a piercing strength that can be used as a separator.
Claims (3)
前記多孔質層(A)が、該多孔質層(A)に含まれる樹脂成分を100重量%とするとき、重量平均分子量が100万以上である超高分子量ポリエチレンを5〜70重量%と、重量平均分子量が5〜80万である直鎖状低密度ポリエチレンを5〜40重量%含む積層多孔質フィルム。 A laminated porous film comprising a porous layer (A) formed from a polyethylene-based resin and a porous layer (B) formed from a heat-resistant resin and an inorganic filler,
When the porous layer (A) is 100% by weight of the resin component contained in the porous layer (A), 5 to 70% by weight of ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more, A laminated porous film comprising 5 to 40% by weight of a linear low density polyethylene having a weight average molecular weight of 5 to 800,000.
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