6396961 シート材切断方法

(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】6396961

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】シート材切断方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/38 20140101AFI20180913BHJP

   B23K 26/10 20060101ALI20180913BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/38 Z

   B23K26/10

   B23K26/00 N

【請求項の数】11

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-169908(P2016-169908)

(22)【出願日】2016年8月31日

(62)【分割の表示】特願2011-267290(P2011-267290)の分割

【原出願日】2011年12月6日

(65)【公開番号】特開2016-196047(P2016-196047A)

(43)【公開日】2016年11月24日

【審査請求日】2016年9月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002093

【氏名又は名称】住友化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099508

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 久

(74)【代理人】

【識別番号】100093285

【弁理士】

【氏名又は名称】久保山 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100182567

【弁理士】

【氏名又は名称】遠坂 啓太

(74)【代理人】

【識別番号】100195327

【弁理士】

【氏名又は名称】森 博

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(72)【発明者】

【氏名】片岡 達哉

(72)【発明者】

【氏名】矢野 浩二

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 耕一郎

(72)【発明者】

【氏名】川上 剛史

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１１８３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６８８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０８３８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２５２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７９７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５３２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０２３７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／３８

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材の切断方法であって、
スリットが開設された基板上に前記シート材を載置し、前記シート材を弛緩防止手段で前記基板上に密着状態に保持し、前記シート材に対し、前記スリットに沿って走査するスポット径が１００μｍ以下のレーザ光を照射することを特徴とするシート材切断方法。

【請求項2】

非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材の切断方法であって、
レーザ光吸収性を有する材料で形成された基板上に前記シート材を載置し、前記シート材を弛緩防止手段で前記基板上に密着状態に保持し、前記シート材に対し、前記基板の面方向に走査するスポット径が１００μｍ以下のレーザ光を照射することを特徴とするシート材切断方法。

【請求項3】

前記基板が、カーボンまたはＰＯＭ（ポリアセタール）で形成されている請求項２記載のシート材切断方法。

【請求項4】

前記シート材がコロナ処理されたシート材である請求項１〜３のいずれかに記載のシート材切断方法。

【請求項5】

非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材の切断方法であって、
前記シート材はコロナ処理されたシート材であり、
スリットが開設された基板上に前記シート材を載置し、前記シート材を弛緩防止手段で前記基板上に密着状態に保持し、前記シート材に対し、前記スリットに沿って走査するレーザ光を照射することを特徴とするシート材切断方法。

【請求項6】

非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材の切断方法であって、
前記シート材はコロナ処理されたシート材であり、
レーザ光吸収性を有する材料で形成された基板上に前記シート材を載置し、前記シート材を弛緩防止手段で前記基板上に密着状態に保持し、前記シート材に対し、前記基板の面方向に走査するレーザ光を照射することを特徴とするシート材切断方法。

【請求項7】

前記レーザ光吸収性を有する材料がカーボンまたはＰＯＭ（ポリアセタール）である請求項６記載のシート材切断方法。

【請求項8】

前記弛緩防止手段として、前記基板に吸着可能な磁石を用いた請求項１〜７のいずれかに記載のシート材切断方法。

【請求項9】

複数の前記シート材を前記基板上に重ね合わせて載置する請求項１〜８のいずれかに記載のシート材切断方法。

【請求項10】

前記レーザ光が、出力１Ｗ〜１００Ｗの炭酸ガスレーザ光若しくは出力１Ｗ〜４２ＷのＹＡＧレーザ光である請求項１〜９のいずれかに記載のシート材切断方法。

【請求項11】

前記レーザ光の走査方式が、ガルバノ式若しくはスポット式である請求項１〜１０のいずれかに記載のシート材切断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非水電解液二次電池用セパレータ等に使用される紙製あるいは合成樹脂製のシート材をレーザ光で切断する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材を所定のサイズに切断する方法として、従来、ギロチン刃等と呼ばれる刃物を使用した機械的な切断方法が採用されている。しかしながら、この切断方法においては、切断作業中、シート材に刃物が接触するので、切断作業を繰り返すうちに、シート材の含有物の一部が刃物に付着して蓄積されていき、切れ味が悪化したり、切断部分が粗化したりする。このため、切断作業を所定時間行う度に（若しくは所定回数行う度に）、切断作業を止めて、刃物を清掃して付着物を除去しなければならず、作業効率の低下を招いている。

【0003】

一方、刃物を使用しない切断方法として、レーザ光を用いた様々な切断技術が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−９６６２０号公報

【特許文献2】特開２０１１−５５２２号公報

【特許文献3】特開２０１０−５３３１０号公報

【特許文献4】特開２００７−２９９５５１号公報

【特許文献5】特開平６−２６７５２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前述したように、刃物を使用した切断技術の場合、定期的な清掃を必要とするため、作業効率が低下するという問題がある。これに対し、特許文献１〜５等に記載されたレーザ光を用いた切断方法は刃物を使用しないので、刃物を定期的に清掃する必要がない。

【0006】

しかしながら、非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材をレーザ光で切断した場合、照射されるレーザ光の熱エネルギによってシート材の切断部分が変質したり、変形したり、シート材の含有成分の一部が脱落したりすることが多く、必要とされる切断性能が得られていないのが実状である。

【0007】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、被切断物であるシート材の切断部分が変質・変形したり、シート材の含有成分が脱落したりすることがなく、切断速度も速いシート材切断方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のシート材切断方法は、非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材の切断方法であって、スリットが開設された基板上に前記シート材を載置し、前記シート材を弛緩防止手段で前記基板上に密着状態に保持し、前記シート材に対し、前記スリットに沿って走査するレーザ光を照射することを特徴とする。

【0009】

このような構成とすれば、被切断物であるシート材を基板上に安定保持した状態でレーザ光を照射することができ、シート材に照射されたレーザ光はスリットを通過するので、レーザ光の反射による弊害（例えば、基板からの熱影響によりシート材の含有物が基板へ付着する現象等）が発生せず、シート材の材質や厚さ等に応じてレーザ光の出力、走査速度等を適切に設定することにより、切断部分の変質・変形や、含有成分の脱落を生じることなく、シート材を速やかに切断することができる。

【0010】

また、本発明のシート材切断方法は、非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材の切断方法であって、レーザ光吸収性を有する材料で形成された基板上に前記シート材を載置し、前記シート材を弛緩防止手段で前記基板上に密着状態に保持し、前記シート材に向かって前記基板の面方向に走査するレーザ光を照射することを特徴とする。

【0011】

このような構成とすれば、前述と同様、被切断物であるシート材を基板上に安定保持した状態でレーザ光を照射することができ、シート材に照射されたレーザ光は基板に吸収され、レーザ光の反射による弊害も発生しないので、シート材の材質や厚さ等に応じてレーザ光の出力、走査速度等を適切に設定することにより、切断部分の変質・変形や、含有成分の脱落を生じることなく、シート材を速やかに切断することができる。なお、レーザ光吸収性を有する材料としては、カーボン、ＰＯＭ（ポリアセタール）等が好適である。

【0012】

ここで、前記レーザ光の照射領域において、前記シート材を前記基板に押圧する方向に不活性ガスを吹き付けることが望ましい。

【0013】

このような構成とすれば、レーザ光の照射領域に吹き付けられる不活性ガスによってシート材と基板との密着性が高まると共に、シート材の切断部分近傍の空気を排除することができるため、酸化に起因する切断部分の変質や変形を有効に防止することができる。

【0014】

また、前記弛緩防止手段として、前記基板に吸着可能な磁石を用いることができる。このような構成とすれば、基板上のシート材の上面に磁石を置くという簡単な作業により、シート材を安定に保持することができ、シート材からの離脱も容易である。

【0015】

一方、複数の前記シート材を前記基板上に重ね合わせて載置することもできる。このような構成とすれば、複数のシート材を同時に切断することができるため、切断作業の効率を高めることができる。

【0016】

前記レーザ光については、出力１Ｗ〜１００Ｗの炭酸ガスレーザ光若しくは出力１Ｗ〜４２ＷのＹＡＧレーザ光を用いることができる。このような構成とすれば、厚さ５μｍ〜８０μｍ程度の合成樹脂製のシート材を、変質・変形させることなく、速やかに切断することができる。

【0017】

前記レーザ光の走査方式は、ガルバノ式若しくはスポット式とすることができる。被切断物がシート材である場合、ガルバノ式は、レーザ光をミラー反射することによって当該レーザ光を走査させて切断を行うので、被切断物を移動させるＸ−Ｙテーブルが不要であり、切断装置の簡素化、低価格化を図ることができる。一方、スポット式は、ビームベンダをＸ−Ｙ方向に移動させることによってレーザ光を走査させて切断を行うので、切断加工範囲を広く確保することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明により、被切断物であるシート材の切断部分が変質・変形したり、シート材の含有成分が脱落したりすることがなく、切断速度も速いシート材切断方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態であるシート材切断方法に用いるレーザ切断装置を示す一部省略正面図である。

【図2】図１の一部拡大断面図である。

【図3】図１に示すレーザ切断装置の他の使用状態を示す一部省略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

まず、本実施形態のシート材切断方法における第１の被切断物である、非水電解液二次電池用セパレータに使用されるシート材について説明する。非水電解液二次電池用セパレータ（以下、「セパレータ」と称す場合がある。）に使用されるシート材は、水溶性ポリマーと微粒子とを含む多孔膜（以下、「Ａ膜」と称す場合がある。）と、ポリオレフィン多孔膜（以下、「Ｂ膜」と称す場合がある。）と、を積層してなるものであり、水溶性ポリマーと微粒子と媒体とを含むスラリー液をポリオレフィンの多孔膜（Ｂ膜）に塗布し、乾燥等により媒体を除去して製造することができる。

【0021】

Ａ膜は、シャットダウンが生じる高温における耐熱性を有しており、セパレータに形状安定性の機能を付与する。また、Ｂ膜は、電池の事故発生時の異常発熱の際に、溶融して無孔化することにより、セパレータにシャットダウンの機能を付与する。Ａ膜とＢ膜は、順に積層されていれば３層以上でもかまわない。例えば、Ｂ層の両面にＡ膜が形成された形態等が挙げられる。

【0022】

なお、シャットダウンとは、事故等による異常発熱の際に、正極−負極間のイオンの通過を遮断して、さらなる発熱を防止することをいい、セパレータにシャットダウン機能を持たせる方法が一般的である。シャットダウン機能をセパレータに持たせる方法としては、異常発熱時に溶融する材質からなる多孔膜をセパレータとして用いる方法が挙げられる。即ち、該セパレータを用いた電池は、異常発熱時に多孔膜が溶融・無孔化し、イオンの通過を遮断し、さらなる発熱を抑制することができる。

【0023】

前述したＡ膜は、微粒子を含有する水溶性ポリマーの多孔質膜であり、水溶性ポリマーとしては、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が挙げられ、セルロースエーテル、ポリビニルアルコール、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さらに好ましい。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（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、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等が挙げられ、長時間にわたる使用における劣化が少ないのでＣＭＣが特に好ましい。

【0024】

前記微粒子としては、充填剤と一般的に呼ばれる無機又は有機の微粒子を用いることができる。具体的にはスチレン、ビニルケトン、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、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチル等の単独あるいは２種類以上の共重合体；ポリテトラフルオロエチレン、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素系樹脂；メラミン樹脂；尿素樹脂；ポリエチレン；ポリプロピレン；ポリメタクリレート等の有機物からなる微粒子が挙げられる。また、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、ガラス等の無機物からなる微粒子が挙げられる。微粒子としては、これらの中でもアルミナが望ましい。なお、これらの微粒子の材料は、単独あるいは２種以上を混合して用いることができる。

【0025】

前記水溶性ポリマーと共にＡ膜を構成する前記微粒子は、平均粒径が０．１μｍ未満、かつ、比表面積が５０ｍ²／ｇ以上の微粒子（ａ）と、平均粒径が０．２μｍ以上の微粒子（ｂ）とからなり、微粒子（ａ）と微粒子（ｂ）との重量比が、１：０．０５〜５０であることが望ましい。なお、微粒子（ａ）及び微粒子（ｂ）の種類は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0026】

２種類の微粒子のうち、粒径の大きい微粒子（ｂ）は、Ａ膜の主骨格として、Ａ膜の高温時の形状安定性に寄与する。粒径の小さい微粒子（ａ）は、微粒子（ｂ）の隙間を埋めてＡ膜の機械的強度をより高める作用を有する。また、後述するように、本発明のセパレータを製造する際に水溶性ポリマーのＢ膜細孔内への過剰な入り込みを抑制する作用も併せて有する。

【0027】

なお、Ａ膜は、微粒子（ａ）と微粒子（ｂ）の２種類の微粒子を両方含む必要がある。微粒子（ａ）と微粒子（ｂ）の片方のみを使用した場合には、十分な通気性（イオン透過性）を保ちつつ、実用レベルでの高温時の形状安定性と、シャットダウン性とを同時に併せ持つことができない。

【0028】

微粒子（ａ）は、平均粒径が０．１μｍ未満であることが必要であり、好ましくは０．０５μｍ未満であり、かつ、微粒子（ａ）の比表面積は、５０ｍ²／ｇ以上であることが必要であり、好ましくは７０ｍ²／ｇ以上である。微粒子（ａ）の形状としては、球形、瓢箪形等が挙げられる。ここで、微粒子（ａ）の比表面積は、ＢＥＴ測定法によって測定した値である。また、微粒子（ａ）の平均粒径ｄ（μm）は、ＢＥＴ比表面積Ｂ（m²/g)及び微粒子の真密度Ｄ（g/m³)に基づいて計算式「平均粒径ｄ（μm）＝６／（Ｂ×Ｄ）」で求めた値である。

【0029】

微粒子（ａ）が、平均粒径０．１μｍ未満、比表面積５０ｍ²／ｇ以上を同時に満たさないと、Ａ膜の成形が不安定となると共に、セパレータ製造時において水溶性ポリマーのＢ膜細孔内への過剰な入り込みを抑制できず、セパレータのシャットダウン性（Ｂ膜の無孔化）が不十分となる。

【0030】

一方、微粒子（ｂ）は、平均粒径が０．２μｍ以上であることが必要であり、好ましく０．２５μｍ以上である。微粒子（ｂ）の平均粒径が０．２μｍ未満であると、Ａ膜の加熱時の収縮が十分に抑制できなくなり、高温での形状安定性が不十分となる。微粒子（ｂ）の比表面積は、特に限定はないが、好ましくは２０ｍ²／ｇ以下、特に好ましくは１０ｍ²／ｇ以下である。微粒子（ｂ）の形状としては、球形、瓢箪形等が挙げられる。

【0031】

なお、微粒子（ｂ）の平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて、２５個ずつ粒子を任意に抽出して、それぞれにつき粒径（直径）を測定して、２５個の粒径の平均値として算出した値である。また、微粒子（ｂ）の形状は、球形以外の場合は、粒子における最大長を示す方向の長さをその粒径とする。また、微粒子（ｂ）の比表面積は、ＢＥＴ測定法によって測定した値である。

【0032】

また、Ａ膜において、微粒子（ａ）と微粒子（ｂ）との重量比（微粒子（ａ）を１としたときの微粒子（ｂ）の割合）は、１：０．０５〜５０であることが必要であり、好ましくは１：０．１〜１５であり、特に好ましくは１：０．２〜１０である。

【0033】

重量比が、０．０５未満であると、Ａ膜の熱収縮を十分に抑制できず、高温での形状安定性が不十分となり、５０を超えると水溶性ポリマーのＢ膜細孔内への過剰な入り込みにより、セパレータのシャットダウン性が損なわれてしまう。

【0034】

なお、前述した作用効果を損なわない範囲内で、微粒子（ａ）と微粒子（ｂ）以外の微粒子（以下、「その他の微粒子」と称す場合がある。）を含んでいてもよい。Ａ膜におけるその他の微粒子の含有量は、微粒子（ａ）と微粒子（ｂ）との合計に対して、１００重量％以下であることが好ましく、５０重量％以下（０重量％を含む）であることがより好ましい。

【0035】

Ａ膜の厚みは、通常０．１μｍ以上２０μｍ以下であり、好ましくは２μｍ以上１５μｍ以下の範囲である。厚すぎると、非水電解液二次電池を製造した場合に、該電池の負荷特性が低下するおそれがあり、薄すぎると、事故等により該電池の発熱が生じたときにポリオレフィンの多孔膜の熱収縮に抗しきれずセパレータが収縮するおそれがある。なお、Ａ膜がＢ膜の両面に形成される場合には、Ａ膜の厚みは両面の合計厚みとする。

【0036】

Ａ膜は多孔質の膜であるが、その孔径は、孔を球形に近似したときの球の直径として３μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がさらに好ましい。孔径の平均の大きさ又は孔径が３μｍを超える場合には、正極や負極の主成分である炭素粉やその小片が脱落したときに、短絡しやすい等の問題が生じるおそれがある。また、Ａ膜の空隙率は３０〜９０体積％が好ましく、より好ましくは４０〜８５体積％である。

【0037】

次に、前述したセパレータを構成するＢ膜について説明する。Ｂ膜は、ポリオレフィンの多孔膜であり、非水二次電池において、電解液に溶解しない。その重量平均分子量が５×１０⁵〜１５×１０⁶の高分子量成分が含まれていることが好ましい。ポリオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン等を重合した高分子量の単独重合体又は共重合体が挙げられる。これらのうちエチレンを主体とする高分子量ポリエチレンが好ましい。

【0038】

Ｂ膜の空隙率は、２０〜８０体積％が好ましく、さらに好ましくは３０〜７０体積％である。該空隙率が２０体積％未満では電解液の保持量が少なくなる場合があり、８０体積％を超えるとシャットダウンが生じる高温における無孔化が不十分となる、すなわち事故により電池が発熱したときに電流が遮断できなくなるおそれがある。

【0039】

また、Ｂ膜の厚みは、通常４〜５０μｍであり、好ましくは５〜３０μｍである。厚みが４μｍ未満であると、シャットダウンが不十分であるおそれがあり、５０μｍを超えると、水溶性ポリマー多孔質層も加えた非水電解質二次電池用セパレータの厚みが厚くなり、電池の電気容量が小さくなるおそれがある。Ｂ膜の孔径は３μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がさらに好ましい。

【0040】

Ｂ膜は、その内部に連結した細孔を有す構造であり、一方の面から他方の面に気体や液体が透過可能である。その透気度は、通常、ガーレ値で５０〜４００秒／１００ｃｃの範囲であり、好ましくは、５０〜３００秒／１００ｃｃの範囲である。

【0041】

前述したＡ膜とＢ膜からなるセパレータにおいて、Ａ膜とＢ膜は積層されてセパレータを構成する。Ａ膜とＢ膜以外の膜体、例えば、接着膜、保護膜等の多孔膜が目的を損なわない範囲でセパレータに含まれていてもよい。

【0042】

セパレータ全体（Ａ膜＋Ｂ膜)の厚みは、通常、５〜８０μｍであり、好ましくは５〜５０μｍであり、特に好ましくは６〜３５μｍである。セパレータ全体の厚みが５μｍ未満では破膜しやすくなり、水溶性ポリマー多孔質層も加えた非水電解質二次電池用セパレータの厚みが厚くなるため電池の電気容量が小さくなるおそれがある。また、セパレータ全体の空隙率は、通常、３０〜８５体積％であり、好ましくは３５〜８０体積％である。

【0043】

また、前記セパレータを用いて非水二次電池を製造した場合、高い負荷特性が得られるが、セパレータの透気度は５０〜２０００秒／１００ｃｃが好ましく、５０〜１０００秒／１００ｃｃがより好ましい。透気度が２０００秒／１００ｃｃ以上となると、セパレータのイオン透過性、及び電池の負荷特性が低くなるおそれがある。

【0044】

シャットダウンが生じる高温における、セパレータの寸法維持率としてはＢ膜のＭＤ方向又はＴＤ方向のうちの小さい方の値が、９０％以上、好ましくは９５％以上である。ここで、ＭＤ方向とは、シート成形時の長尺方向、ＴＤ方向とはシート成形時の幅方向のことをいう。寸法維持率が９０％未満であると、シャットダウンが生じる高温においてセパレータの熱収縮により、正極−負極間で短絡を起こし、結果的にシャットダウン機能が不十分となるおそれがある。なお、シャットダウンが生じる高温とは８０〜１８０℃の温度であり、通常は１３０〜１５０℃程度である。

【0045】

前述した非水電解液二次電池用セパレータを用いて非水電解液二次電池を製造すると、高い負荷特性を有し、しかも事故により電池が激しく発熱した場合でもセパレータはシャットダウン機能を発揮し、セパレータの収縮による正極と負極の接触が避けられ、安全性の高い非水電解液二次電池となる。

【0046】

次に、本実施形態のシート材切断方法における第２の被切断物である、コロナ処理を行ったシート材について詳しく説明する。コロナ処理を行ったシート材とは、前記セパレータの製造工程において、スラリー液をＢ膜上に塗布する前に、Ｂ膜に対して、親水化処理のひとつであるコロナ処理を行い、その後、水溶性ポリマー、微粒子（ａ）、（ｂ）及び媒体を含むＡ膜形成用のスラリー液をＢ膜上に塗布した後、媒体を除去することにより製造したものである。

【0047】

ここで、コロナ処理とは、高周波電源により供給される高周波・高電圧出力によってコロナ放電を発生させ、このコロナ放電下にＢ膜（ポリオレフィン多孔膜）を通過させ、コロナ放電をＢ膜に照射することによってＢ膜の表面を改質（親水化）する処理をいう。

【0048】

Ｂ膜をコロナ処理することにより、スラリー液の塗布性が向上し、より均質な多孔膜（Ａ膜）を得ることができる。コロナ処理は、特に媒体中の溶媒の濃度が低いときにより効果的である。コロナ処理を行うことにより、Ｂ膜を比較的短時間で親水化できることに加え、コロナ放電によるポリオレフィン樹脂の改質が、Ｂ膜の表面近傍のみに限られ、Ｂ膜の細孔内は疎水性を保ったまま、Ｂ膜の表面近傍のみを親水化できるという利点がある。

【0049】

このため、スラリー液を塗布した場合において、水溶性ポリマーを含むスラリー液のＢ膜の細孔（空隙）内への過剰な入り込みを抑制でき、水溶性ポリマー析出によってＢ膜のシャットダウン性が損なれることを回避できる。なお、Ｂ膜の親水化処理としては、前述したコロナ処理のほかに、酸やアルカリ等を用いた薬剤処理あるいはプラズマ処理等を採用することもできる。

【0050】

以下、図１〜図３に基づいて、本発明の実施形態であるシート材切断方法について説明する。図１，図２に示すように、スポット式の炭酸ガスレーザ切断装置ＬＡは、前述した第１の被切断物であるシート材２０を載置するための基板１０と、炭酸ガスレーザ発振ユニット（図示せず）から発射されるレーザ光ＬＢを垂直方向に折り曲げるミラー（図示せず）が内蔵されたビームベンダ１１と、ビームベンダ１１を水平方向に移動させるＸ−Ｙテーブル１４と、レーザ光ＬＢをシート材２０上に集光するレンズ１２と、レーザ光ＬＢの照射領域に向かって、アシストガスである窒素ガスＮ₂を吹き付けるための給気経路１３と、を備えている。

【0051】

基板１０にはスリット１５が開設され、Ｘ−Ｙテーブル１４を作動させることによりビームベンダ１１をスリット１５の長手方向に移動させると、レーザ光ＬＢがスリット１５に沿って走査する。また、シート材２０を基板１０上に密着状態に保持するための弛緩防止手段として、基板１０に吸着するシート状磁石１６がスリット１５を挟んで対向する状態でシート材２０上に配置されている。

【0052】

なお、図３に示すように、ビームベンダ１１の先端開口部１１ａに、レーザ光ＬＢの集光方向に沿って縮径する形状を有するノズル１７を装着することもできる。このような構成とすれば、給気経路１３から供給される窒素ガスＮ₂はノズル１７内で絞られ、流速が増大した状態で先端開口部１７ａから集中的にレーザ光ＬＢの照射領域に向かって吹き出される。

【0053】

ここで、シート材２０を、３種類のレーザ切断装置、即ち、図１に示す炭酸ガスレーザ切断装置ＬＡ、ガルバノ式の炭酸ガスレーザ切断装置ＧＢ（図示せず）及びガルバノ式のＹＡＧファイバーレーザ切断装置ＧＣ（図示せず）を用いて切断し、そのカット断面の良否を評価する実験を行ったので、その結果を表１に基づいて説明する。

【0054】

シート材２０は、前述した第１の被切断物である、微粒子を含む水溶性ポリマー多孔質膜とポリオレフィン多孔膜とが積層されてなる非水電解液二次電池用セパレータ（厚さ５〜８０μｍ）であり、シート材２０のカット断面の評価基準として、「断面の焦げ付きの有無」、「断面のカール発生の有無」、「カット時の粉落ちの有無」及び「カット速度」の４項目を設定した。ここで、「断面の焦げ付き」とは、シート材２０のカット断面付近が熱により炭化（黒化）、酸化すること、「断面のカール発生」とはシート材２０のカット断面付近が湾曲したり、変形したりすること、「カット時の粉落ち」とは、シート材２０に含まれる微粒子（アルミナ等）がカット断面部分から脱落する現象をいう。

【0055】

【表1】

◎，○：良好 △：ＮＧ ＰＷ：パルス発振

【0056】

コロナ処理を行っていないシート材２０（微粒子を含む水溶性ポリマー多孔質膜とポリオレフィン多孔膜とが積層されてなる非水電解液二次電池用セパレータ）を３種類のレーザ切断装置ＬＡ，ＧＢ，ＧＣを用いて切断した結果、表１に示すように、スポット式の炭酸ガスレーザ切断装置ＬＡを用いて、出力３Ｗ、切断速度８０ｍ／ｍｉｎ、アシストガスを窒素ガスとし、基板なしの条件でレーザ切断したとき、カット時の粉落ちもなく、カット断面の状態が最も良好であることが分かる。

【0057】

また、表１に示す結果を見ると、切断装置ＬＡ，ＧＢ，ＧＣはいずれもシート材２０のレーザ切断を行うことができるが、炭酸ガスレーザ切断装置ＬＡ及びガルバノ式の炭酸ガスレーザ切断装置ＧＢは切断速度が速いので、最も有効であり、ガルバノ式のＹＡＧファイバーレーザ切断装置ＧＣは切断速度が遅いので、不向きであることが分かる。さらに、断面のカール発生及びカット時の粉落ちが発生しないようにするには、レーザ光のスポット径を１００μｍ以下とすることが望ましいことが分かる。一方、表１には記載していないが、レーザ光のスポット径を１００μｍ以上（例えば、２００μｍ程度）として切断することは可能であるが、切断部分の面積が大きくなり、断面のカール発生及びカット時の粉落ちが発生し易くなる傾向が現れた。なお、レーザ光のスポット径の理論値は下記の計算式に基づいて求めることができる。
ｄ＝４λｆＭ２／（πＤ）
ただし、ｄはワーク位置でのスポット径、Ｄはレンズで絞る前のスポット径（入射ビーム径）、λはレーザ光の波長、ｆは焦点距離（ワークまでの距離）、Ｍ２はエムスクエア（ビームの集光性を表す値）である。

【0058】

次に、前述した第２の被切断物である、コロナ処理を行ったシート材（厚さ５〜８０μｍ：図示せず）、即ち、微粒子を含む水溶性ポリマー多孔質膜とポリオレフィン多孔膜とが積層されてなる非水電解液二次電池用セパレータであって、ポリオレフィン多孔膜がコロナ処理されたシート材を３種類のレーザ切断装置ＬＡ，ＧＣ，ＧＤを用いて切断実験した場合の結果について説明する。レーザ切断装置ＬＡ，ＧＣは表１に示すレーザ切断装置ＬＡ，ＧＣと同じ装置であるが、レーザ切断装置ＧＤは、ガルバノ式のグリーン（ＹＶＯ₄）レーザ切断装置である。

【0059】

【表2】

◎，○：良好 △：ＮＧ ＰＷ：パルス発振

【0060】

コロナ処理を行ったシート材（微粒子を含む水溶性ポリマー多孔質膜とポリオレフィン多孔膜とが積層されてなる非水電解液二次電池用セパレータ）を３種類のレーザ切断装置ＬＡ，ＧＣ，ＧＤを用いて切断したところ、表２に示すように、ガルバノ式のＹＡＧファイバーレーザ切断装置ＧＣを用いて、出力４．８Ｗ、切断速度９ｍ／ｍｉｎ、アシストガスなし、基板なしの条件でレーザ切断したとき、カット時の粉落ちもなく、カット断面の状態が最も良好であることが分かる。

【0061】

また、表２に示す結果を見ると、コロナ処理を行うことにより、シート材のレーザ光吸収性が向上し、コロナ処理を行っていないシート材を切断する場合よりも小さい出力のレーザ光で切断することができることが分かる。また、ガルバノ式のＹＡＧファイバーレーザ切断装置ＧＣを用いた切断においては、コロナ処理を行ったシート材を切断する場合は、コロナ処理を行っていないシート材を切断する場合と比較して、３倍の増速が可能であることが分かる。さらに、断面のカール発生及びカット時の粉落ちが発生しないようにするには、レーザ光のスポット径を１００μｍ以下とすることが望ましいことが分かる。一方、表２には記載していないが、レーザ光のスポット径を１００μｍ以上（例えば、２００μｍ程度）として切断することは可能であるが、切断部分の面積が大きくなり、断面のカール発生及びカット時の粉落ちが発生し易くなる傾向が現れた。

【0062】

なお、前述した実施形態は本発明の一例を示すものであり、本発明に係るレーザ切断方法が前述した実施形態に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明のシート材切断方法は、非水電解液二次電池用セパレータ等各種シート材の切断方法として、電気・電子機器産業や自動車産業等の分野において広く利用することができる。

【符号の説明】

【0064】

１０ 基板
１１ ビームベンダ
１１ａ，１７ａ 開口部
１２ レンズ
１３ 給気経路
１４ Ｘ−Ｙテーブル
１５ スリット
１６ シート状磁石
１７ ノズル
２０ シート材
ＬＡ レーザ切断装置
ＬＢ レーザ光
Ｎ₂ 窒素ガス

【図1】

【図2】

【図3】