特許第5829042号(P5829042)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

▶ 旭化成ケミカルズ株式会社の特許一覧
<>
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5829042
(24)【登録日】2015年10月30日
(45)【発行日】2015年12月9日
(54)【発明の名称】多層多孔膜用共重合体組成物
(51)【国際特許分類】
   H01M 2/16 20060101AFI20151119BHJP
   H01M 10/0566 20100101ALI20151119BHJP
   C08J 9/36 20060101ALI20151119BHJP
   C08L 33/06 20060101ALI20151119BHJP
   C08K 3/00 20060101ALI20151119BHJP
   C08F 20/18 20060101ALI20151119BHJP
【FI】
   H01M2/16 P
   H01M2/16 M
   H01M2/16 L
   H01M10/0566
   C08J9/36CEY
   C08L33/06
   C08K3/00
   C08F20/18
【請求項の数】7
【全頁数】27
(21)【出願番号】特願2011-89388(P2011-89388)
(22)【出願日】2011年4月13日
(65)【公開番号】特開2012-221889(P2012-221889A)
(43)【公開日】2012年11月12日
【審査請求日】2014年4月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】303046314
【氏名又は名称】旭化成ケミカルズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】東 孝一郎
(72)【発明者】
【氏名】森 幹芳
【審査官】 赤樫 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−123996(JP,A)
【文献】 特表2014−505344(JP,A)
【文献】 特開2012−219240(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 2/14− 2/18
H01M 10/05−10/0587
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
(メタ)アクリル酸エステル単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体と、を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体を含む組成物であり、
前記単量体組成物中における不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%未満であり、
前記単量体組成物が、2−エチルヘキシルアクリレートを最も割合の多い成分として含み、その含有量が33質量%以上であり、
前記架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃以下である、多層多孔膜用共重合体組成物と、
無機粒子を含み、
前記無機粒子がアルミナである、多孔層形成用塗布液。
【請求項2】
前記単量体組成物中における架橋性単量体の割合が0.2〜16質量%である、請求項1記載の多孔層形成用塗布液。
【請求項3】
前記単量体組成物が、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体を含む、請求項1又は2記載の多孔層形成用塗布液。
【請求項4】
前記共重合体組成物は、乳化重合により得られる水分散体である、請求項1〜のいずれか1項記載の多孔層形成用塗布液。
【請求項5】
ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に、請求項1〜のいずれか1項記載の多孔層形成用塗布液を塗布・乾燥して得られる多孔層が積層された多層多孔膜。
【請求項6】
請求項記載の多層多孔膜を含む非水電解液電池用セパレータ。
【請求項7】
請求項記載の非水電解液電池用セパレータと、正極と、負極と、電解液とを有する非水電解液電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、各種物質の分離や浄化等、及び電池の中で正極と負極の間に配置される膜に好適に用いられる多層多孔膜用共重合体組成物及びそれを用いた多層多孔膜、並びにその製造方法に関する。さらに、それを用いた非水系電解液電池用セパレータ及び非水電解液電池に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリオレフィン多孔膜は優れた電気絶縁性、イオン透過性を示すことから、電池やコンデンサー等におけるセパレータとして広く利用されている。特に近年では、携帯機器の多機能化、軽量化に伴い、その電源として高出力密度、高容量密度のリチウムイオン二次電池が使用されており、このような電池用セパレータにも主としてポリオレフィン多孔膜が用いられている。
リチウムイオン二次電池は高い出力密度、容量密度を持つ反面、電解液に有機溶媒を用いているために短絡や過充電等の異常事態に伴う発熱によって電解液が分解し、最悪の場合には発火に至ることがある。このような事態を防ぐため、リチウムイオン二次電池にはいくつかの安全機能が組み込まれており、その中の一つに、セパレータのシャットダウン機能がある。シャットダウン機能とは電池が異常発熱を起こした際、セパレータの微多孔が熱溶融等により閉塞して電解液内のイオン伝導を抑制し、電気化学反応の進行をストップさせる機能のことである。一般にシャットダウン温度が低いほど安全性が高いとされ、ポリエチレンがセパレータの成分として用いられている理由の一つに適度なシャットダウン温度を持つという点が挙げられる。
しかし、高いエネルギーを有する電池においては、シャットダウンにより電気化学反応の進行をストップさせても電池内の温度が上昇し続け、その結果、セパレータが熱収縮して破膜し、両極が短絡(ショート)するという問題が生じる場合がある。
また、リチウムイオン二次電池は、その高い出力密度、容量密度を活かして、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車載用途での使用が検討されている。車載用途での使用の際には、電池が大型化することが予想されるが、その際セパレータのカールが顕在化しやすくなる傾向がある。セパレータにカールが発生すると、ハンドリングが悪くなるため、捲回不良や組み立て不良等、電池作成に問題が生じる場合がある。
【0003】
特許文献1には、安全性の高い電池を製造することを目的として、熱可塑性樹脂を主成分とする第一の多孔層に、耐熱層を積層してセパレータを形成する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第3756815号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、近年、電池の高容量化が進んでおり、このような高容量電池においては異常発熱時の発熱量が大きく、より高温環境となり易い。特許文献1に記載されたセパレータは、耐熱層を有しない通常のセパレータに比して安全性が向上すると考えられるものの、高温環境下におけるセパレータの熱収縮を抑制し、セパレータの破膜によって両極が短絡(ショート)するおそれを低減する観点からは、なお改良の余地を有する。
また、車載用リチウムイオン二次電池といった、大型タイプの電池作製においては、セパレータのカール性の面からも更なる改良の余地を有する。
上記事情に鑑み、本発明は、高温環境下においても熱収縮が抑制され、かつ耐カール性を有する多層多孔膜を得ることのできる多層多孔膜用共重合体組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定の単量体を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体を含む組成物であって、前記単量体組成物中における不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%未満であり、前記架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃以下である、多層多孔膜用共重合体組成物と、無機粒子を含む多孔層形成用塗布液を用いて得られる多層多孔膜が、高温環境下においても熱収縮が抑制され、かつ耐カール性を有することを見出し、本発明に到達した。
【0007】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
(メタ)アクリル酸エステル単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体と、を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体を含む組成物であり、
前記単量体組成物中における不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%未満であり、前記架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃以下である、多層多孔膜用共重合体組成物と、無機粒子を含む多孔層形成用塗布液。
[2]
前記無機粒子がアルミナである、[1]記載の多孔層形成用塗布液。
[3]
前記共重合体組成物が、2−エチルヘキシルアクリレートを主体とする単量体組成物を共重合して得られる、[1]又は[2]記載の多孔層形成用塗布液。
[4]
前記単量体組成物中における架橋性単量体の割合が0.2〜16質量%である、[1]〜[3]のいずれか1項記載の多孔層形成用塗布液。
[5]
前記単量体組成物が、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体を含む、[1]〜[4]のいずれか1項記載の多孔層形成用塗布液。
[6]
前記共重合体組成物は、乳化重合により得られる水分散体である、[1]〜[5]のいずれか1項記載の多孔層形成用塗布液。
[7]
ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に、[1]〜[6]のいずれか1項記載の多孔層形成用塗布液を塗布・乾燥して得られる多孔層が積層された多層多孔膜。
[8]
[7]記載の多層多孔膜を含む非水電解液電池用セパレータ。
[9]
[8]記載の非水電解液電池用セパレータと、正極と、負極と、電解液とを有する非水電解液電池。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、高温環境下においても熱収縮が抑制され、かつ耐カール性を有する多層多孔膜、その製造方法、それを用いた非水電解液電池用セパレータ及び非水電解液電池を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。)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。
【0010】
本実施形態の多孔層形成用塗布液は、
(メタ)アクリル酸エステル単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体と、を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体を含む組成物であり、
前記単量体組成物中における不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%未満であり、前記架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃以下である、多層多孔膜用共重合体組成物と、無機粒子を含む。
【0011】
本実施形態の多層多孔膜用共重合体組成物は、(メタ)アクリル酸エステル単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体と、を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体を含む組成物であり、
前記単量体組成物中における不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%未満であり、前記架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃以下である。
【0012】
前記共重合体は、(メタ)アクリル酸エステル単量体(アクリル酸及びメタクリル酸を合わせて(メタ)アクリル酸と表記する)と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体と、を含む単量体組成物を共重合して得られる。
【0013】
前記(メタ)アクリル酸エステル単量体としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェニルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート等が挙げられる。好ましくは、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートである。これら(メタ)アクリル酸エステル単量体から、少なくとも1種以上の単量体が使用される。
【0014】
前記架橋性単量体としては、ラジカル重合性の二重結合を2個以上有している単量体や、重合中又は重合後に自己架橋構造を与える官能基を有している単量体等が挙げられる。
ラジカル重合性の二重結合を2個以上有している単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、ポリオキシエチレンジアクリレート、ポリオキシエチレンジメタクリレート、ポリオキシプロピレンジアクリレート、ポリオキシプロピレンジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ブタンジオールジアクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート等が挙げられる。
重合中又は重合後に架橋構造を与える官能基を有している単量体としては、例えば、エポキシ基含有ビニル単量体、メチロール基含有単量体、アルコキシメチル基含有単量体、加水分解性シリル基を有するビニル単量体等が挙げられる。
【0015】
エポキシ基含有ビニル単量体としては、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、アリルグリシジルエーテル、メチルグリシジルアクリレート、メチルグリシジルメタクリレート等が挙げられる。好ましくはグリシジルメタクリレートである。
メチロール基含有ビニル単量体としては、例えば、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、ジメチロールアクリルアミド、ジメチロールメタクリルアミド等が挙げられる。
アルコキシメチル基含有ビニル単量体としては、例えば、N−メトキシメチルアクリルアミド、N−メトキシメチルメタクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、N−ブトキシメチルメタクリルアミド等が挙げられる
加水分解性シリル基を有するビニル単量体としては、例えば、ビニルシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
【0016】
前記単量体組成物は、更に、ヒドロキシル基含有ビニル系単量体を含むことが好ましい。単量体組成物がヒドロキシル基含有ビニル系単量体を含んでいると、多層多孔膜の耐熱収縮性が良好となる傾向にある。
ヒドロキシル基含有ビニル単量体としては、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート等が挙げられる。好ましくはヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレートである。
【0017】
単量体組成物には、上記単量体に加えて、様々な品質・物性を改良するために、上記単量体と共重合可能なその他の単量体をさらに含む。その他の単量体としては、例えば、不飽和カルボン酸単量体、アミド基含有ビニル単量体、シアノ基含有ビニル単量体、芳香族ビニル単量体、その他のエチレン性不飽和単量体等が挙げられる。
【0018】
前記不飽和カルボン酸単量体としては、例えば、モノカルボン酸のアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸のハーフエステル、マレイン酸のハーフエステル、フマール酸のハーフエステル等が挙げられ、ジカルボン酸単量体としてはイタコン酸、フマール酸、マレイン酸等が挙げられる。好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸であり、より好ましくはアクリル酸、メタクリル酸である。
アミド基含有ビニル単量体としては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、N,N−メチレンビスアクリルアミド、ダイアセトンアクリルアミド、ダイアセトンメタクリルアミド、マレイン酸アミド、マレイミド等が挙げられる。好ましくはアクリルアミド、メタクリルアミドである。
シアノ基含有ビニル単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等が挙げられる。
芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等が挙げられる。好ましくはスチレンである。
【0019】
その他のエチレン性不飽和単量体としては、アミノ基、スルホン酸基、リン酸基等の官能基を有する各種のビニル系単量体が挙げられ、さらには酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、ビニルピロリドン、メチルビニルケトン、ブタジエン、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等も必要に応じて使用できる。
【0020】
単量体組成物中における不飽和カルボン酸単量体の割合としては、1.0質量%未満であり、好ましくは0〜0.8質量%、より好ましくは0〜0.5質量%である。不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%未満であると、無機粒子(特にアルミナ)を含有した多孔層を有する多層多孔膜の耐熱収縮性能が良好となる。
【0021】
単量体組成物中における(メタ)アクリル酸エステル単量体の割合としては、好ましくは30〜98.5質量%、より好ましくは40〜98.5質量%、更に好ましくは50〜98.0質量%である。
【0022】
単量体組成物中における架橋性単量体の割合としては、好ましくは0.2〜16質量%、より好ましくは0.5〜12質量%、さらに好ましくは0.5〜10質量%である。架橋性単量体の割合が0.2質量%以上であると、多層多孔膜の耐熱収縮性能及び耐カール性能が向上する傾向にあり、16質量%以下であると、多層多孔膜の耐熱収縮性能が良好となる傾向にある。
【0023】
単量体組成物中におけるヒドロキシル基含有ビニル系単量体の割合としては、好ましくは0〜10質量%、より好ましくは0〜8質量%、さらに好ましくは2〜8質量%である。
【0024】
単量体組成物中における、(メタ)アクリル酸エステル単量体、不飽和カルボン酸単量体、架橋性単量体に対する、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体の割合は、好ましくは0〜50質量%である。
【0025】
また、前記共重合体は、2−エチルヘキシルアクリレート(2−EHA)を主体とする単量体組成物を共重合して得られるものであることが好ましい。2−EHAを主体とする単量体組成物から得られる共重合体である場合、多層多孔膜の耐熱収縮性能が良好となる傾向にある。
ここで、本実施形態において「主体とする」とは、組成物中に該当成分が最も多い割合で含まれることを示し、好ましくは33質量%以上、より好ましくは36質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上である。
【0026】
前記共重合体において、架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgは−25℃以下であり、好ましくは−25℃〜−70℃、より好ましくは−25℃〜−60℃である。架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃を超えると、
多層多孔膜の耐熱収縮性能が低下する傾向にある。
ここで、架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgは以下のとおりに計算して算出したものである。
共重合体のTg(℃)は、共重合に使用した単量体のうち架橋性単量体を除く部分に関して、下記に示した各単量体のホモポリマーのTg(K)をもとに、以下のFOXの式を用いて算出して得られたTg(K)をTg(℃)に換算した値をいう。
FOXの式:1/Tgp=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wn/Tgn
Tgp:共重合体のTg(K)
Tgn:各単量体のホモポリマーのTg(K)
n:各単量体の重量分率
ここで、計算に用いる各単量体のホモポリマーのTg(K)の値は次の通りである。
メチルメタクリレート(MMA=378K)、シクロヘキシルメタクリレート(CHMA=339K)、ノルマルブチルメタクリレート(BMA=293K)、ノルマルブチルアクリレート(BA=219K)、2−エチルヘキシルアクリレート(2−EHA=205K)、メタクリル酸(MAA=403K)、アクリル酸(AA=379K)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA=328K)。その他のモノマーを使用する場合には、次に示す値を使用する。ブタジエン(Bd=193K)、2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA=258K)、エチルアクリレート(EA=251K)、スチレン(St=373K)、アクリロニトリル(AN=373K)、メタクリロニトリル(MAN=393K)、イタコン酸(IA=403K)、フマル酸(FA=403K)、アクリルアミド(AAm=426K)、メタクリルアミド(MAAm=438K)。また、上記に記載のないモノマーについては、WILEY INTERSCIENCE出版のポリマーハンドブックや、各種書籍にて得られる公知の数値を使用して計算するものとする。
【0027】
本実施形態の多層多孔膜用共重合体組成物は、上記特定の単量体を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体を含む。多層多孔膜用共重合体組成物としては、上述した共重合体のみが含まれていてもよいが、共重合体以外に、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の溶媒や、分散剤、滑剤、増粘剤、殺菌剤等が含まれていてもよい。
【0028】
前記共重合体は、例えば、通常の乳化重合法によって得られる。乳化重合の方法に関しては特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば、水性媒体中で前記の単量体組成物、界面活性剤、ラジカル重合開始剤、及び必要に応じて用いられる他の添加剤成分等を基本組成成分とする分散系において、単量体組成物を重合することにより共重合体が得られる。重合に際しては、供給する単量体組成物の組成を全重合過程で一定にする方法や、重合過程で逐次或いは連続的に変化させることによって、生成する樹脂分散体の粒子の形態的な組成変化を与える方法等、必要に応じて様々な方法が利用できる。共重合体を乳化重合により得る場合、得られる共重合体組成物は水分散体(ラテックス)等の形態で得ることができる。
【0029】
界面活性剤は、一分子中に少なくとも一つ以上の親水基と一つ以上の親油基を有する化合物である。界面活性剤としては、例えば、非反応性のアルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルフォン酸塩、ナフタレンスルフォン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等のアニオン性界面活性剤が挙げられ、また非反応性のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。
これらの他に親水基と親油基を有する界面活性剤の化学構造式の中にエチレン性二重結合を導入した、いわゆる反応性界面活性剤を用いてもよい。
【0030】
反応性界面活性剤の中のアニオン性界面活性剤としては、例えば、スルホン酸基、スルホネート基又は硫酸エステル基及びこれらの塩を有するエチレン性不飽和単量体が挙げられ、スルホン酸基、又はそのアンモニウム塩かアルカリ金属塩である基(アンモニウムスルホネート基、又はアルカリ金属スルホネート基)を有する化合物であることが好ましい。具体的には、例えば、アルキルアリルスルホコハク酸塩(例えば三洋化成(株)エレミノール(商標)JS−20、例えば花王(株)製ラテムル(商標)S−120、S−180A、S−180等が挙げられる)、例えばポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル硫酸エステル塩(例えば第一工業製薬(株)製アクアロン(商標)HS−10等が挙げられる)、例えばα−〔1−〔(アリルオキシ)メチル〕−2−(ノニルフェノキシ)エチル〕−ω−ポリオキシエチレン硫酸エステル塩(例えば(株)ADEKA製アデカリアソープ(商標)SE−10N等が挙げられる)、例えばアンモニウム=α−スルホナト−ω−1−(アリルオキシメチル)アルキルオキシポリオキシエチレン(例えば第一工業製薬(株)製アクアロンKH−10等が挙げられる)、例えばスチレンスルホン酸塩(例えば東ソー有機化学(株)製スピノマー(商標)NaSS等が挙げられる)、例えばα−〔2−〔(アリルオキシ)−1−(アルキルオキシメチル)エチル〕−ω−ポリオキシエチレン硫酸エステル塩(例えば(株)ADEKA製アデカリアソープ(商標)SR−10等が挙げられる)、例えばポリオキシエチレンポリオキシブチレン(3−メチル−3−ブテニル)エーテルの硫酸エステル塩(例えば花王(株)製ラテムル(商標)PD−104等が挙げられる)等が挙げられる。
【0031】
また、反応性界面活性剤の中のノニオン性界面活性剤としては、例えば、α−〔1−〔(アリルオキシ)メチル〕−2−(ノニルフェノキシ)エチル〕−ω−ヒドロキシポリオキシエチレン(例えば(株)ADEKA製アデカリアソープNE−20、NE−30、NE−40等が挙げられる)、例えばポリオキシエチレンアルキルプロペニルフェニルエーテル(例えば第一工業製薬(株)製アクアロンRN−10、RN−20、RN−30、RN−50等が挙げられる)、例えばα−〔2−〔(アリルオキシ)−1−(アルキルオキシメチル)エチル〕−ω−ヒドロキシポリオキシエチレン(例えば(株)ADEKA製アデカリアソープ(商標)ER−10等が挙げられる)、例えばポリオキシエチレンポリオキシブチレン(3−メチル−3−ブテニル)エーテル(例えば花王(株)製ラテムル(商標)PD−420等が挙げられる)等が挙げられる。
【0032】
上記各種界面活性剤の中でも、反応性界面活性剤が好ましく、より好ましくはアニオン性の反応性界面活性剤であり、さらに好ましくはスルホン酸基を有する反応性界面活性剤である。界面活性剤の量としては、単量体組成物100質量部に対して0.1〜5質量部、用いる。
【0033】
ラジカル重合開始剤としては、熱又は還元性物質によりラジカル分解して単量体の付加重合を開始させるものであり、無機系開始剤及び有機系開始剤のいずれも使用できる。ラジカル重合開始剤としては、水溶性、油溶性の重合開始剤が使用できる。水溶性の重合開始剤としては、例えば、ペルオキソ二硫酸塩、過酸化物、水溶性のアゾビス化合物、過酸化物−還元剤のレドックス系等が挙げられ、ペルオキソ二硫酸塩としては、例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム(KPS)、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(NPS)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(APS)等が挙げられ、過酸化物としては、例えば、過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t―ブチルパーオキシマレイン酸、コハク酸パーオキシド、過酸化ベンゾイル等が挙げられ、水溶性アゾビス化合物としては、例えば、2,2−アゾビス(N−ヒドロキシエチルイソブチルアミド)、2、2−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩化水素、4,4−アゾビス(4−シアノペンタン酸)等が挙げられ、過酸化物−還元剤のレドックス系としては、例えば、先の過酸化物にナトリウムスルホオキシレートホルムアルデヒド、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム、L−アスコルビン酸、及びその塩、第一銅塩、第一鉄塩等の還元剤を組み合わせたものを重合開始剤として用いることもできる。
ラジカル重合開始剤の量としては、単量体組成物100質量部に対して、ラジカル重合開始剤を好ましくは0.05〜2質量部で用いることができる。
【0034】
なお、(メタ)アクリル酸エステル単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体と、を含む単量体組成物を乳化重合し、重合体粒子が溶媒中に分散した分散体を形成する場合、得られた分散体の固形分としては、30質量%〜70質量%であることが好ましい。
【0035】
また、分散体は、長期の分散安定性を保つため、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ジメチルアミノエタノール等のアミン類を用いてpH5〜12の範囲に調整することが好ましく、アンモニア(水)によりpHを調整することがより好ましい。
【0036】
前記共重合体粒子の平均粒径は、好ましくは70〜250nm、より好ましくは75〜230nm、更に好ましくは80〜220nmである。重合体粒子の平均粒径を70nm以上とすることは、分散体を多孔層のバインダとして使用した際に耐熱性能を十分に発現する観点から好ましい。また、共重合体粒子の平均粒径を250nm以下とすることは、分散体を多孔層のバインダとして使用した際に多孔層からの無機粒子の脱落等のない良好な塗工層強度を発現させる観点から好ましい。
【0037】
本実施形態の多孔層形成用塗布液は、上記共重合体を含む多層多孔膜用共重合体組成物と、無機粒子と、を含む。後述するように、多孔層形成用塗布液を用いて多孔層を形成することができる。
また、本実施形態の多層多孔膜は、ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に、上記多孔層形成用塗布液からなる多孔層が積層されたものである。
ここで、多層多孔膜は、例えば、以下の(A)〜(B)の各工程、
(A)(メタ)アクリル酸エステル単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体と、を含む単量体組成物を共重合して得られる共重合体であって、
前記単量体組成物中における不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%未満であり、前記架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃以下である共重合体を、乳化重合により水分散体として得る工程、
(B)前記水分散体と無機粒子とを含む塗布液を、ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に塗布する工程、
を含む製造方法により得ることができる。
【0038】
前記無機粒子としては、200℃以上の融点をもち、電気絶縁性が高く、かつリチウムイオン二次電池の使用範囲で電気化学的に安定であるものが好ましい。無機粒子としては、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に限定されず、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、酸化鉄等の酸化物系セラミックス、窒化ケイ素、窒化チタン、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、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、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、ケイ砂等のセラミックス、ガラス繊維等が挙げられ、これらを単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。
【0039】
電気化学的安定性の観点、及び多層多孔膜の耐熱特性の観点から、無機粒子としては、アルミナが特に好ましい。前記アルミナとしては、例えば、α−アルミナ、γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、κ−アルミナ等、結晶構造が異なる形態のものが存在するが、いずれも好ましく使用することができる。
【0040】
前記無機粒子の平均粒径は、0.1μmを超えて4.0μm以下であることが好ましく、0.2μmを超えて3.5μm以下であることがより好ましく、0.4μmを超えて3.0μm以下であることが更に好ましい。無機粒子の平均粒径が上記範囲であることは、多孔層の厚さが薄い場合(例えば、7μm以下)であっても、高温環境下における熱収縮を抑制する観点から好ましい。
【0041】
前記無機粒子において、0.2μmを超えて1.4μm以下の粒径を有する粒子が無機粒子全体に占める割合としては、好ましくは2体積%以上、より好ましくは3体積%以上、更に好ましくは5体積%以上であり、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下である。
前記無機粒子において、0.2μmを超えて1.0μm以下の粒径を有する粒子が無機粒子全体に占める割合としては、好ましくは1体積%以上、より好ましくは2体積%以上であり、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下である。
また、前記無機粒子において、0.5μmを超えて2.0μm以下の粒径を有する粒子が無機粒子全体に占める割合としては、好ましくは8体積%以上、より好ましくは10体積以上であり、好ましくは60体積%以下、より好ましくは50体積%以下である。
更に、前記無機粒子において、0.6μmを超えて1.4μm以下の粒径を有する粒子が無機粒子全体に占める割合としては、好ましくは1体積%以上、より好ましくは3体積%以上であり、好ましくは40体積%以下、より好ましくは30体積%以下である。
このような粒度分布とすることは、多孔層の厚さが薄い場合(例えば、7μm以下)であっても、高温環境下における熱収縮を抑制する観点から好ましい。
なお、上記割合を調整する方法としては、ボールミル・ビーズミル・ジェットミル等を用いて無機粒子を粉砕し、粒径を小さくする方法等を挙げることができる。
【0042】
前記無機粒子が、前記多孔層中に占める割合としては、無機粒子の結着性、多層多孔膜の透過性・耐熱性等の観点から適宜決定することができるが、50質量%以上100質量%未満であることが好ましく、より好ましくは70質量%以上99.99質量%以下、さらに好ましくは80質量%以上99.9質量%以下、特に好ましくは90質量%以上99質量%以下である。
【0043】
多孔層の層厚は、多層多孔膜の耐熱性の観点から1μm以上であることが好ましく、電池の高容量化と透過性の観点から50μm以下であることが好ましい。より好ましくは1.5μm以上20μm以下、更に好ましくは2μm以上10μm以下、更により好ましくは3μm以上10μm以下、特に好ましくは3μm以上7μm以下である。
【0044】
多孔層の形成方法としては、例えば、ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜の少なくとも片面に、無機粒子と共重合体組成物とを含む多孔層形成用塗布液を塗布して多孔層を形成する方法を挙げることができる。
塗布液の溶媒としては、前記無機粒子、及び前記共重合体組成物を均一かつ安定に分散又は溶解できるものが好ましく、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、水、エタノール、トルエン、熱キシレン、塩化メチレン、ヘキサン等が挙げられる。
【0045】
塗布液には、分散安定化や塗工性の向上のために、界面活性剤等の分散剤;増粘剤;湿潤剤;消泡剤;酸、アルカリを含むPH調製剤等の各種添加剤を加えてもよい。これらの添加剤は、溶媒除去の際に除去できるものが好ましいが、リチウムイオン二次電池の使用範囲において電気化学的に安定で、電池反応を阻害せず、かつ200℃程度まで安定であるならば多孔層内に残存してもよい。
【0046】
前記無機粒子と前記共重合体組成物とを、塗布液の溶媒に溶解又は分散させる方法については、塗布工程に必要な塗布液の溶解又は分散特性を実現できる方法であれば特に限定されず、例えば、ボールミル、ビーズミル、遊星ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散、ディスパーザー、ホモジナイザー、高速衝撃ミル、超音波分散、撹拌羽根等による機械撹拌等が挙げられる。
【0047】
塗布液を多孔膜に塗布する方法については、必要とする層厚や塗布面積を実現できる方法であれば特に限定はなく、例えば、グラビアコーター法、小径グラビアコーター法、リバースロールコーター法、トランスファロールコーター法、キスコーター法、ディップコーター法、ナイフコーター法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、スクイズコーター法、キャストコーター法、ダイコーター法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法等が挙げられる。
【0048】
さらに、塗布液を塗布する前に多孔膜表面に表面処理を施すと、塗布液を塗布し易くなると共に、塗布後の無機粒子含有多孔層と多孔膜表面との接着性が向上するため好ましい。表面処理の方法としては、多孔膜の多孔質構造を著しく損なわない方法であれば特に限定はなく、例えば、コロナ放電処理法、機械的粗面化法、溶剤処理法、酸処理法、紫外線酸化法等が挙げられる。
【0049】
塗布後に塗布膜から溶媒を除去する方法については、多孔膜に悪影響を及ぼさない方法であれば特に限定はない。例えば、多孔膜を固定しながらその融点以下の温度にて乾燥する方法、低温で減圧乾燥する方法、共重合体組成物に対する貧溶媒に浸漬して共重合体組成物を凝固させると同時に溶媒を抽出する方法等が挙げられる。
【0050】
次に、ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜について説明する。
ポリオレフィン樹脂を主成分とする多孔膜とは、多層多孔膜を電池用セパレータとして用いた場合のシャットダウン性能等の点から、多孔膜を構成する樹脂成分の50質量%以上100質量%以下をポリオレフィン樹脂が占めるポリオレフィン樹脂組成物から形成される多孔膜であることが好ましい。ポリオレフィン樹脂が占める割合は60質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、70質量%以上100質量%以下であることが更に好ましい。
【0051】
ポリオレフィン樹脂とは、通常の押出、射出、インフレーション、及びブロー成形等に使用するポリオレフィン樹脂をいい、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−オクテン等のホモ重合体及び共重合体、多段重合体等を使用することができる。また、これらのホモ重合体及び共重合体、多段重合体からなる群から選択されたポリオレフィンを単独、若しくは混合して使用することもできる。前記重合体の代表例としては、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、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、エチレン−プロピレンランダム共重合体、ポリブテン、エチレンプロピレンラバー等が挙げられる。
【0052】
多層多孔膜を電池セパレータとして使用する場合、低融点であり、かつ高強度の要求性能から、特に高密度ポリエチレンを主成分とする樹脂を使用することが好ましい。多孔膜の耐熱性向上、多層多孔膜の耐熱性向上の観点から、ポリプロピレンと、ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂を含むポリオレフィン樹脂組成物からなる多孔膜を用いることがより好ましい。
【0053】
ここで、ポリプロピレンの立体構造に限定はなく、アイソタクティックポリプロピレン、シンジオタクティックポリプロピレン及びアタクティックポリプロピレンのいずれでもよい。
【0054】
ポリオレフィン樹脂組成物がポリプロピレンを含む場合、ポリオレフィン樹脂組成物中の総ポリオレフィンに対するポリプロピレンの割合は、耐熱性と良好なシャットダウン機能の両立の観点から、1〜35質量%であることが好ましく、より好ましくは3〜20質量%、さらに好ましくは4〜10質量%である。
この場合、ポリプロピレン以外の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、1−ブテン、4−メチル1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のオレフィン炭化水素の単独重合体又は共重合体が挙げられる。具体的には、ポリエチレン、ポリブテン、エチレン−プロピレンランダム共重合体等が挙げられる。
【0055】
多層多孔膜を電池用セパレータとして使用する場合等、孔が熱溶融により閉塞してシャットダウンすることが要求される場合には、ポリプロピレン以外のポリオレフィン樹脂として、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のポリエチレンを用いることが好ましい。これらの中でも、強度の観点から、JIS K 7112に従って測定した密度が0.93g/cm3以上であるポリエチレンを使用することがより好ましい。
【0056】
ポリオレフィン樹脂組成物の粘度平均分子量は、3万以上1200万以下であることが好ましく、より好ましくは5万以上200万未満、さらに好ましくは10万以上100万未満である。粘度平均分子量が3万以上であると、溶融成形の際のメルトテンションが大きくなり成形性が良好になると共に、重合体どうしの絡み合いにより高強度となる傾向にあるため好ましい。一方、粘度平均分子量が1200万以下であると、均一に溶融混練をすることが容易となり、シートの成形性、特に厚み安定性に優れる傾向にあるため好ましい。さらに、本実施形態の多層多孔膜を電池用セパレータとして使用する場合、粘度平均分子量が100万未満であると、温度上昇時に孔を閉塞しやすく良好なシャットダウン機能が得られる傾向にあるため好ましい。なお、例えば、粘度平均分子量100万未満のポリオレフィンを単独で使用する代わりに、粘度平均分子量200万のポリオレフィンと粘度平均分子量27万のポリオレフィンの混合物とし、混合物の粘度平均分子量を100万未満としてもよい。
【0057】
ポリオレフィン樹脂組成物には、任意の添加剤を含有させることができる。このような添加剤としては、例えば、ポリオレフィン以外の重合体;無機フィラー;フェノール系、リン系、イオウ系等の酸化防止剤;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組成物100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、より好ましくは10質量部以下、さらに好ましくは5質量部以下である。
【0058】
多孔膜の平均孔径としては、特に限定されず、用途に応じて適宜決定できるが、多層多孔膜を電池用セパレータとして使用する場合、平均孔径は、0.001〜10μmが好ましく、より好ましくは0.01〜1μmである。
ここで、多孔膜の平均孔径は、孔径が小さい場合(おおよそ0.1μm以下)には、気液法(FLUX)により、孔径が大きい場合(おおよそ0.1μmを以上)には、バブルポイント法により測定した値をいう。
なお、気液法とは気体と液体の透過性から平均孔径を算出する方法であり、バブルポイント法とは、孔内を液体で満たして圧力をかけ、液体を除去するのに必要な圧力から最大孔径を算出する方法である。
【0059】
前記多孔膜を製造する方法としては、特に制限されず、公知の製造方法を採用することができる。例えば、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤とを溶融混練してシート状に成形後、必要に応じて延伸した後、可塑剤を抽出することにより多孔化させる方法、ポリオレフィン樹脂組成物を溶融混練して高ドロー比で押出した後、熱処理と延伸によってポリオレフィン結晶界面を剥離させることにより多孔化させる方法、ポリオレフィン樹脂組成物と無機充填材とを溶融混練してシート上に成形後、延伸によってポリオレフィンと無機充填材との界面を剥離させることにより多孔化させる方法、ポリオレフィン樹脂組成物を溶解後、ポリオレフィンに対する貧溶媒に浸漬させポリオレフィンを凝固させると同時に溶剤を除去することにより多孔化させる方法等が挙げられる。
【0060】
以下、多孔膜を製造する方法の一例として、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤とを溶融混練してシート状に成形後、可塑剤を抽出する方法について説明する。
まず、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤を溶融混練する。溶融混練方法としては、例えば、ポリオレフィン樹脂及び必要によりその他の添加剤を、押出機、ニーダー、ラボプラストミル、混練ロール、バンバリーミキサー等の樹脂混練装置に投入し、樹脂成分を加熱溶融させながら任意の比率で可塑剤を導入して混練する方法が挙げられる。この際、ポリオレフィン樹脂、その他の添加剤及び可塑剤を樹脂混練装置に投入する前に、予めヘンシェルミキサー等を用い所定の割合で事前混練しておくことが好ましい。より好ましくは、事前混練において可塑剤の一部のみを投入し、残りの可塑剤を樹脂混練装置サイドフィードしながら混練する。このような方法により、可塑剤の分散性を高め、後の工程で樹脂組成物と可塑剤の溶融混練合物のシート状成形体を延伸する際に、破膜することなく高倍率で延伸することができる。
【0061】
可塑剤としては、ポリオレフィンの融点以上において均一溶液を形成しうる不揮発性溶媒を用いることができる。このような不揮発性溶媒としては、例えば、流動パラフィン、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が挙げられる。
【0062】
これらの中で、流動パラフィンは、ポリエチレンやポリプロピレンとの相溶性が高く、溶融混練物を延伸しても樹脂と可塑剤の界面剥離が起こりにくいので、均一な延伸が実施しやすくなる傾向にあるため好ましい。
【0063】
ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤の比率は、これらを均一に溶融混練して、シート状に成形できる範囲であれば特に限定はない。例えば、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤とからなる組成物中に占める可塑剤の割合は好ましくは30〜80質量%、より好ましくは40〜70質量%である。可塑剤の割合が80質量%以下であると、溶融成形時のメルトテンションが不足しにくく成形性が向上する傾向にある。一方、可塑剤の割合が30質量%以上であると、ポリオレフィン樹脂組成物と可塑剤の混合物を高倍率で延伸してもポリオレフィン鎖の切断が起こらず、均一かつ微細な孔構造を形成し強度も増加しやすくなる傾向にある。
【0064】
次に、溶融混練物をシート状に成形する。シート状成形体を製造する方法としては、例えば、溶融混練物を、Tダイ等を介してシート状に押出し、熱伝導体に接触させて樹脂成分の結晶化温度より充分に低い温度まで冷却して固化する方法が挙げられる。冷却固化に用いられる熱伝導体としては、金属、水、空気、或いは可塑剤自身等が使用できるが、金属製のロールが熱伝導の効率が高く好ましい。この際、金属製のロールに接触させる際に、ロール間で挟み込むと、熱伝導の効率がさらに高まると共に、シートが配向して膜強度が増し、シートの表面平滑性も向上するためより好ましい。Tダイよりシート状に押出す際のダイリップ間隔は400μm以上3000μm以下であることが好ましく、500μm以上2500μm以下であることがより好ましい。ダイリップ間隔が400μm以上であると、メヤニ等が低減され、スジや欠点等の膜品位への影響が少なく、その後の延伸工程において膜破断等を防ぐことができる傾向にある。一方、ダイリップ間隔が3000μm以下であると、冷却速度が速く冷却ムラを防げると共に、シートの厚み安定性を維持できる傾向にある。
【0065】
このようにして得たシート状成形体を延伸することが好ましい。延伸処理としては、一軸延伸又は二軸延伸のいずれも好適に用いることができるが、得られる多孔膜の強度等の観点から二軸延伸が好ましい。シート状成形体を二軸方向に高倍率延伸すると、分子が面方向に配向し、最終的に得られる多孔膜が裂けにくくなり高い突刺強度を有するものとなる。延伸方法としては、例えば、同時二軸延伸、逐次二軸延、多段延伸、多数回延伸等の方法を挙げることができ、突刺強度の向上、延伸の均一性、シャットダウン性の観点から同時二軸延伸が好ましい。
【0066】
なお、ここで、同時二軸延伸とは、MD方向(微多孔膜の機械方向)の延伸とTD方向(微多孔膜のMDを90°の角度で横切る方向)の延伸が同時に施される延伸方法をいい、各方向の延伸倍率は異なってもよい。逐次二軸延伸とは、MD方向、又はTD方向の延伸が独立して施される延伸方法をいい、MD方向又はTD方向に延伸がなされている際は、他方向は非拘束状態又は定長に固定されている状態とする。
【0067】
延伸倍率は、面倍率で20倍以上100倍以下の範囲であることが好ましく、25倍以上50倍以下の範囲であることがより好ましい。各軸方向の延伸倍率は、MD方向に4倍以上10倍以下、TD方向に4倍以上10倍以下の範囲であることが好ましく、MD方向に5倍以上8倍以下、TD方向に5倍以上8倍以下の範囲であることがより好ましい。面倍率が20倍以上であると、得られる多孔膜に十分な強度を付与できる傾向にあり、一方、面倍率が100倍以下であると延伸工程における膜破断を防ぎ、高い生産性が得られる傾向にある。
【0068】
また、シート状成形体を圧延してもよい。圧延は、例えば、ダブルベルトプレス機等を使用したプレス法にて実施することができる。圧延は特に表層部分の配向を増すことができる。圧延面倍率は1倍を超えて3倍以下であることが好ましく、1倍を超えて2倍以下であることがより好ましい。圧延倍率が1倍を超えると、面配向が増加し最終的に得られる多孔膜の膜強度が増加する傾向にある。一方、圧延倍率が3倍以下であると、表層部分と中心内部の配向差が小さく、膜の厚さ方向に均一な多孔構造を形成することができる傾向にある。
【0069】
次いで、シート状成形体から可塑剤を除去して多孔膜とする。可塑剤を除去する方法としては、例えば、抽出溶剤にシート状成形体を浸漬して可塑剤を抽出し、充分に乾燥させる方法が挙げられる。可塑剤を抽出する方法はバッチ式、連続式のいずれであってもよい。多孔膜の収縮を抑えるために、浸漬、乾燥の一連の工程中にシート状成形体の端部を拘束することが好ましい。また、多孔膜中の可塑剤残存量は1質量%未満にすることが好ましい。
【0070】
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、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。
【0071】
多孔膜の収縮を抑制するために、延伸工程後、又は、多孔膜形成後に熱固定や熱緩和等の熱処理を行うこともできる。また、多孔膜に、界面活性剤等による親水化処理、電離性放射線等による架橋処理等の後処理を行ってもよい。
【0072】
次に、本実施形態の多層多孔膜を電池用セパレータとして用いる場合について説明する。
本実施形態の多層多孔膜は、耐熱性に優れ、かつシャットダウン機能を有しているので電池の中に含まれる正極と負極を隔離する電池用セパレータとして適している。
特に、本実施形態の多層多孔膜は、高温環境下においても短絡し難く、高起電力電池用のセパレータとしても安全に使用できる。
【0073】
高起電力電池としては、例えば、非水電解液電池が挙げられ、本実施形態の多層多孔膜を正極と負極の間に配置し、非水電解液を保持させることにより、非水電解液電池を製造することができる。
【0074】
正極、負極、非水電解液としては、特に限定はなく、公知のものを用いることができる。
正極材料としては、例えば、LiCoO2、LiNiO2、スピネル型LiMnO4、オリビン型LiFePO4等のリチウム含有複合酸化物等が、負極材料としては、例えば、黒鉛質、難黒鉛化炭素質、易黒鉛化炭素質、複合炭素体等の炭素材料;シリコン、スズ、金属リチウム、各種合金材料等が挙げられる。
【0075】
また、非水電解液としては、電解質を有機溶媒に溶解した電解液を用いることができ、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等が、電解質としては、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6等のリチウム塩が挙げられる。
【0076】
多層多孔膜を電池用セパレータとして使用する場合、多層多孔膜の透気度は、10秒/100cc以上650秒/100cc以下であることが好ましく、より好ましくは20秒/100cc以上500秒/100cc以下、さらに好ましくは30秒/100cc以上450秒/100cc以下、特に好ましくは50秒/100cc以上400秒/100cc以下である。透気度が10秒/100cc以上であると電池用セパレータとして使用した際の自己放電が少なくなる傾向にあり、650秒/100cc以下であると良好な充放電特性が得られる傾向にある。
【0077】
また、多孔膜上に多孔層を形成したことによる多層多孔膜の透気度の増加率は0%以上200%以下であることが好ましく、0%以上100%以下であることがより好ましく、0%以上50%以下であることが更に好ましく、0%以上30%以下であることが特に好ましい。ただし、多孔膜の透気度が100秒/100cc未満の場合は、多孔層を形成した後の多層多孔膜の透気度増加率は0%以上500%以下であれば、電池用セパレータとして好ましく用いることができる。
【0078】
多層多孔膜の最終的な膜厚は、2μm以上200μm以下であることが好ましく、より好ましくは5μm以上100μm以下、さらに好ましくは7μm以上30μm以下である。
膜厚が2μm以上であると機械強度が十分となる傾向にあり、200μm以下であるとセパレータの占有体積が減るため、電池の高容量化の点において有利となる傾向にある。
【0079】
多層多孔膜の150℃での熱収縮率は、MD方向、TD方向ともに0%以上15%以下であることが好ましく、より好ましくは0%以上10%以下、さらに好ましくは0%以上5%以下である。熱収縮率がMD方向、TD方向ともに15%以下であると、電池の異常発熱時の多層多孔膜の破膜が抑制され、短絡が起こりにくくなるので好ましい。
【0080】
多層多孔膜のシャットダウン温度は、120℃以上160℃以下であることが好ましく、より好ましくは120℃以上150℃以下の範囲である。シャットダウン温度が160℃以下であると、電池が発熱した場合等においても、電流遮断を速やかに促進し、より良好な安全性能が得られる傾向にあるので好ましい。一方、シャットダウン温度が120℃以上であると、電池を100℃前後で使用することができるので好ましい。
【0081】
多層多孔膜のショート温度は、180℃以上1000℃以下であることが好ましく、より好ましくは200℃以上1000℃以下である。ショート温度が180℃以上であると、電池に異常発熱が発生しても、すぐには短絡が起こらないため、その間に放熱することができ、より良好な安全性能が得られる。
【0082】
ショート温度は、ポリプロピレンの含有量や、ポリプロピレン以外のポリオレフィンの種類、無機粒子の種類、無機粒子含有層の厚さ等を調整することにより所望の値に制御することができる。
なお、上述した各種パラメータについては、特に断りのない限り、後述する実施例における測定法に準じて測定される。
【実施例】
【0083】
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。
【0084】
(1)重合安定性
重合後の共重合体組成物の水分散体に含まれる325メッシュのろ過残渣の乾燥重量(a)の、全重合液(b)に対する割合が、0.01%未満である場合を「○」、0.01%以上0.1%未満である場合を「△」、0.1%以上である場合を「×」とした。
【0085】
(2)固形分
共重合して得られた共重合体組成物の水分散体をアルミ皿上に約1g精秤し、このとき量りとった水分散体の重量を(a)gとした。それを、130℃の熱風乾燥機で1時間乾燥し、乾燥後の共重合体の乾燥重量を(b)gとした。次式により固形分を算出した。
固形分=(b)/(a)×100 [%]
【0086】
(3)重合体粒子の平均粒径
光散乱法による粒径測定装置(LEED&NORTHRUP社製MICROTRACTMUPA150)を用い、体積平均粒子径(nm)を測定し、平均粒径とした。
【0087】
(4)ポリオレフィンの粘度平均分子量(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。
ポリエチレンについては、次式により算出した。
[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
【0088】
(5)多孔膜の膜厚、多孔層の層厚
多孔膜、多層多孔膜からMD10mm×TD10mmのサンプルを切り出し、格子状に9箇所(3点×3点)を選んで、膜厚をダイヤルゲージ(尾崎製作所製PEACOCK No.25(登録商標))を用いて測定し、9箇所の測定値の平均値を多孔膜、多層多孔膜の膜厚(μm)とした。また、このように測定された多層多孔膜と多孔膜の膜厚の差を多孔層の層厚(μm)とした。
【0089】
(6)無機粒子の平均粒径(μm)
無機粒子を蒸留水に加え、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を少量添加してから超音波ホモジナイザで1分間分散させた後、レーザー式粒度分布測定装置(日機装(株)製マイクロトラックMT3300EX)を用いて粒径分布を測定した。累積頻度が50%となる粒径を平均粒径とした。
【0090】
(7)透気度(秒/100cc)、透気度増加(上昇)率(%)
JIS P−8117準拠のガーレー式透気度計(東洋精機製G−B2(商標)、内筒質量:567g)を用い、645mm2の面積(直径28.6mmの円)の測定対象膜に対して、空気100ccが通過する時間(秒)を測定し、透気度とした。
多孔層の形成による透気度増加率は、以下の式にて算出した。
透気度増加率(%)={(多層多孔膜の透気度−多孔膜の透気度)/多孔膜の透気度}×100
【0091】
(8)150℃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、150℃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あたらないよう、サンプルを2枚の紙にはさんだ。サンプルをオーブンから取り出し冷却した後、長さ(mm)を測定し、以下の式にてMD及びTDの熱収縮率を算出した。
MD熱収縮率(%)=(100―加熱後のMDの長さ)/100×100
TD熱収縮率(%)=(100―加熱後のTDの長さ)/100×100
【0092】
(9)多層多孔膜のシャットダウン温度、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(LiCoO2)を92.2質量部、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質量部、樹脂製バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を3.2質量部用意し、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、正極活物質塗布量が250g/m2となるように塗布した。130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機を用いて、正極活物質かさ密度が3.00g/cm3となるように圧縮成形し、正極とした。
b.負極の作製
負極活物質として人造グラファイトを96.6質量部、樹脂製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質量部とスチレン−ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量部を用意し、これら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を用いて負極活物質塗布量が106g/m2となるように塗布した。120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機を用いて、負極活物質かさ密度が1.35g/cm3となるように圧縮成形し、負極とした。
c.非水電解液の調製
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、非水電解液を調製した。
d.シャットダウン温度、ショート温度の測定
65mm×20mmに切り出して非水電解液に1分以上浸漬した負極、中央部に直径16mmの穴をあけた9μm(厚さ)×50mm×50mmのアラミドフィルム、65mm×20mmに切り出して非水電解液に1時間以上浸漬した多層多孔膜又は多孔膜、65mm×20mmに切り出して非水電解液に1分以上浸漬した正極、カプトンフィルム、厚さ約4mmのシリコンゴムを用意し、熱電対を接続したセラミックプレート上に、この順で積層した。この積層体をホットプレート上にセットし、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、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。
インピーダンスが1000Ωに達した時点の温度をシャットダウン温度とし、シャットダウン後、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。
【0093】
(10)電池用セパレータ適性の評価
a.正極の作製
(9)のaと同様にして作製した正極を面積2.00cm2の円形に打ち抜いた。
b.負極の作製
(9)のbと同様にして作製した負極を面積2.05cm2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
正極と負極の活物質面が対向するように、下から負極、多層多孔膜、正極の順に重ねた。この積層体を、容器本体と蓋が絶縁されている蓋付きステンレス金属製容器に、負極の銅箔、正極のアルミ箔が、それぞれ、容器本体、蓋と接するように収納した。この容器内に、非水電解液を注入して密閉した。
e.評価
(レート特性)
d.で組み立てた簡易電池を、25℃において、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、その後電流値3mAで電池電圧3.0Vまで放電した。
次に、25℃において、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、その後電流値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℃において、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、その後電流値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
(サイクル特性)
レート特性を評価した簡易電池を、60℃において、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100回繰り返し、1サイクル目と100サイクル目の放電容量(mAh)を測定した。
1回目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の割合を算出し、この値をサイクル特性とした。
サイクル特性(%)=(100回目の放電容量/1回目の放電容量)×100
【0094】
(11)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、膜密度を0.95(g/cm3)として次式を用いて計算した。
気孔率=(1−質量/体積/0.95)×100
【0095】
(12)共重合体のTg
共重合体のTg(℃)は、共重合に使用した単量体のうち架橋性単量体を除く部分に関して、下記に示した各単量体のホモポリマーのTg(K)をもとに、以下のFOXの式を用いて算出して得られたTg(K)をTg(℃)に換算した。
FOXの式:1/Tgp=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wn/Tgn
Tgp:共重合体のTg(K)
Tgn:各単量体のホモポリマーのTg(K)
n:各単量体の重量分率
ここで、計算に用いた各単量体のホモポリマーのTg(K)の値は次の通りである。
メチルメタクリレート(MMA=378K)、シクロヘキシルメタクリレート(CHMA=339K)、ノルマルブチルメタクリレート(BMA=293K)、ノルマルブチルアクリレート(BA=219K)、2−エチルヘキシルアクリレート(2−EHA=205K)、メタクリル酸(MAA=403K)、アクリル酸(AA=379K)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA=328K)。その他のモノマーを使用した場合には、次に示す値を使用する。ブタジエン(Bd=193K)、2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA=258K)、エチルアクリレート(EA=251K)、スチレン(St=373K)、アクリロニトリル(AN=373K)、メタクリロニトリル(MAN=393K)、イタコン酸(IA=403K)、フマル酸(FA=403K)、アクリルアミド(AAm=426K)、メタクリルアミド(MAAm=438K)。
【0096】
(13)耐カール性−1(スリットカール性)
塗工層を有する多層多孔膜を幅50mm×長さ100mmに切り出し、該サンプルを多孔層の塗工面が下になるように置いた。切り出した膜の上部をテープ等でしっかり固定し、長さ方向に2mm引っ張って伸ばし、全長を102mmとした状態で下部を固定しそのまま1分間静置した。1分後、下から10mmの部分で切断し、膜端部のせり上がり高さをカール高さとして測定した。カール高さの数値で耐カール性を判定した。判定基準は次の通りである。◎(優):0〜5mm、○(良):6〜10mm、△(可):11〜20mm、×(不可):21mm以上又は高さに関係なくロール状に丸まる。
【0097】
(14)耐カール性−2(塗工カール性)
基材となる多孔膜を幅200mm×長さ250mmに切り出した。該多孔膜の上部をテープ等でしっかり固定した後、長さ方向に2mm引っ張って伸ばし、全長を252mmとした状態で下部を固定した。多孔層形成用塗布液を塗布し、60℃の熱風乾燥機で1分間乾燥させた。乾燥後、多層多孔膜を幅50mm×長さ100mmの大きさに切り出した。多孔層形成用塗布液塗工面を下にしておき、膜端部のせり上がり高さをカール高さとして測定した。カール高さの数値で耐カール性を判定した。判定基準は次の通りである。◎(優):0〜5mm、○(良):6〜10mm、△(可):11〜20mm、×(不可):21mm以上又は高さに関係なくロール状に丸まる。
【0098】
[合成例1]
攪拌機、還流冷却器、滴下槽及び温度計を取り付けた反応容器に、初期仕込みとして水74質量部、アクアロンKH10(ポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩:100%固形分/第一工業製薬(株)製)0.1質量部を投入し、反応容器中の温度を75℃に保ち、ペルオキソ二硫酸アンモニウムの10%水溶液1.5質量部を添加した。添加した5分後に、メチルメタクリレート11.8質量部、シクロヘキシルメタクリレート5質量部、ブチルメタクリレート1質量部、ブチルアクリレート33質量部、2−エチルヘキシルクリレート42質量部、メタクリル酸0.1質量部、アクリル酸0.1質量部、グリシジルメタクリレート0.8質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート5質量部、トリメチロールプロパントリアクリレート1質量部、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.2質量部と、アクアロンKH10を1.5質量部、ペルオキソ二硫酸アンモニウム10%水溶液1.5質量部、水65質量部からなる乳化混合液を150分かけて滴下槽から反応容器に投入した。反応系のpHは4以下に維持した。乳化混合液の投入が終了してからそのまま反応容器の温度は75℃に保ち、60分間攪拌を続けた。その後、反応液を80℃に昇温し、液温が80℃に到達後さらに60分間攪拌を続けた。その後室温まで冷却した。
冷却後、200メッシュの金網でろ過を行い、凝集物等を除去した。ろ過後、25%のアンモニア水でpHを8に調整し、固形分が40%となるよう水を添加した。調整終了後325メッシュの金網でろ過を行った。得られたラテックス1(LTX1)の体積平均粒子径は141nmであった。
【0099】
[合成例2〜23]
単量体組成物の組成比を表1(合成例2〜10)及び表2(合成例11〜23)に示した組成比に変更したこと以外は、合成例1と同様にしてラテックス2〜23を得た。
【0100】
[実施例1]
Mv70万のホモポリマーのポリエチレン47質量部と、Mv25万のホモポリマーのポリエチレン46質量部と、Mv40万のホモポリマーのポリプロピレン7質量部とを、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドした。得られた純ポリマー混合物99質量%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1質量%添加し、再度タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、ポリマー等混合物を得た。得られたポリマー等混合物は窒素で置換を行った後に、二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーにより供給した。また、可塑剤として流動パラフィン(37.78℃における動粘度7.59×10-52/s)を押出機シリンダーにプランジャーポンプにより注入した。溶融混練し、押し出される全混合物中に占める流動パラフィン量比が65質量%となるように、フィーダー及びポンプを調整した。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で行った。
続いて、溶融混練物を、Tダイを経て表面温度25℃に制御された冷却ロール上に押出しキャストすることにより、厚さ2000μmのシート状のポリオレフィン樹脂組成物を得た。
次に、得られたポリオレフィン樹脂組成物を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。次にメチルエチルケトン槽に導き、流動パラフィンを抽出除去した後、メチルエチルケトンを乾燥除去した。
さらにTDテンター熱固定機に導き、熱固定を行った。熱固定温度は133℃、TD緩和率0.80とした。その結果、膜厚16μm、気孔率40%、透気度160秒/100ccのポリオレフィン樹脂多孔膜を得た。
次に、α−アルミナ1(平均粒径0.58μm)を92.8質量部と、樹脂製バインダとしてラテックス1を7.2質量部とを150質量部の水に均一に分散させて塗布液を調製し、上記ポリオレフィン樹脂多孔膜の表面にマイクログラビアコーターを用いて塗布した。60℃にて乾燥して水を除去し、ポリオレフィン樹脂多孔膜上に厚さ6μmの多孔層(多孔層中のバインダ比率4.0%)を形成した多層多孔膜を得た。
【0101】
[実施例2]
無機粒子としてα−アルミナ2(平均粒径1.1μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
【0102】
[実施例3]
無機粒子としてγ−アルミナ(平均粒径2.7μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
【0103】
[実施例4]
無機粒子としてθ−アルミナ(平均粒径2.3μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
【0104】
[実施例5〜16、18〜20]
樹脂製バインダとしてラテックス2〜13、15〜17(全て40%固形分)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、それぞれの多層多孔膜(多孔層厚み6μm、多孔層中のバインダ比率4.0%)を得た。
[参考例1]
樹脂製バインダとしてラテックス14(40%固形分)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、それぞれの多層多孔膜(多孔層厚み6μm、多孔層中のバインダ比率4.0%)を得た。
【0105】
[比較例1、2、5、6]
樹脂製バインダとしてラテックス18、19、22、23(全て40%固形分)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、それぞれの多層多孔膜(多孔層厚み6μm、多孔層中のバインダ比率4.0%)を得た。
【0106】
[比較例3]
樹脂製バインダとして、ラテックス20(40%固形分)を用いて、多孔層厚み8μmとなるように塗工したこと以外は、実施例1と同様にして、多層多孔層(多孔層厚み8μm、多孔層中のバインダ比率4.0%)を得た。
【0107】
[比較例4]
樹脂製バインダとして、ラテックス21(40%固形分)を用いて、多孔層厚み10μmとなるように塗工したこと以外は、実施例1と同様にして、多層多孔層(多孔層厚み10μm、多孔層中のバインダ比率4.0%)を得た。
【0108】
[比較例7]
α−アルミナ1の代わりに焼成カオリン(カオリナイト(Al2Si25(OH)4)を主成分とする湿式カオリンを高温焼成処理したもの、平均粒径1.89μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
【0109】
[比較例8]
α−アルミナ1の代わりに水酸化酸化アルミニウム(平均粒径1.0μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして多層多孔膜を得た。
【0110】
【表1】
【0111】
【表2】
【0112】
実施例1〜20及び比較例1〜8で作成した多層多孔膜の透気度及び透気度上昇率、150℃熱収縮率、シャットダウン温度、ショート温度、耐カール性の結果を表3に示す。
【0113】
【表3】
【0114】
実施例1〜16、18〜20、参考例1、比較例1〜8の多層多孔膜の透気度は、いずれも210秒/100CC以下程度と、小さかった。特に、多孔層厚みが6μmのものは、多孔層を形成する前の基材である多孔膜と比較し、透気度上昇率を25%以下に抑えることができた。
【0115】
(メタ)アクリル酸エステル単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体とを含む共重合体において、前記単量体組成のうち、不飽和カルボン酸単量体の割合が1.0質量%以上である、ラテックス20、21を樹脂製バインダとして用いた比較例3、4の多層多孔膜は、膜厚が6μmでは150℃での熱収縮率が30%以上と不良であった。また、熱収縮率を30%未満にするには、それぞれ8μm、10μmの膜厚を必要とし、実施例に比して不十分な抑制効果であった。
また、架橋性単量体を使用していないラテックス22を樹脂製バインダとして用いた比較例5の多層多孔層は、150℃での熱収縮率が20%以上と、実施例に比して不十分な抑制効果であった。
また、アルミナの代わりに焼成カオリン、水酸化酸化アルミニウムを用いた比較例7と8の多層多孔層は、150℃での熱収縮率が15%以上と、実施例に比して不十分な抑制効果であった。
【0116】
実施例1〜16、18〜20、参考例1、比較例1〜8のすべての多層多孔膜において、そのシャットダウン温度は145℃であり、良好なシャットダウン機能を有するものであった。また、ショート温度に関しても、全て200℃以上まで加熱しても短絡せず、耐熱性に非常に優れていた。
【0117】
(メタ)アクリル酸エステル単量体から選ばれる1種以上の単量体と、架橋性単量体と、これらの単量体と共重合可能なその他の単量体とを含む共重合体であっても、架橋性単量体以外の単量体から計算される共重合体のTgが−25℃よりも高いラテックス18、19、23を樹脂製バインダとして用いた比較例1、2、6の多層多孔膜は、耐カール性が実施例に比して劣る結果となった。
【0118】
実施例1〜16、18〜20、参考例1、比較例1〜8の多層多孔膜又は多孔膜をセパレータとして用いた簡易電池は、いずれも、90%以上のレート特性、サイクル特性を示した。このことから、実施例1〜16、18〜20、比較例1〜8で製造した多層多孔膜又は多孔膜は、電池用セパレータとして使用可能なものであることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【0119】
本実施形態の多層多孔膜は耐熱性に優れているので、高温下での各種物質の分離や浄化等に好適に用いることができる。
また、本実施形態の多層多孔膜は、シャットダウン機能、耐熱収縮性、耐カール性を有するので、特に電池用セパレータに好適に用いることができる。とりわけ、リチウムイオン二次電池用の電池用セパレータに適している。