技術分野
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、2020年5月1日の出願日を有する米国特許仮出願第63/018,924号、および2020年10月29日の出願日を有する米国特許仮出願第63/107,072号に基づき、かつ優先権を主張するものであり、それらの両方が、参照により本明細書に組み込まれる。
発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋
[0006]高分子量ポリエチレンポリマーから作製された微小孔性膜は、多くの他の材料よりも低いシャットダウン温度を本来保有しているが、ポリエチレン膜が、物性を損なうことなく、さらに低いシャットダウン温度を有することへの願望が当技術分野にはある。事実、材料のシャットダウン温度における小さい低下でさえ、バッテリーの安全性および他の機能に劇的な改善を付与することができる。残念なことに、シャットダウン温度を低下させようとする努力が試みられるとき、膜の他の性質が悪影響を受けるおそれがある。そのため、材料の他の性質に悪影響を及ぼすことなしに、ポリエチレン膜のシャットダウン温度を下げる方法および技術への必要性が存在する。
課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋
[0007]一般に、ゲル処理用途に好適なポリオレフィン組成物を対象とする。より詳細には、バッテリー中のセパレータとして使用されうる微小孔性のイオン透過性膜を製造するのに好適な高密度ポリエチレンポリマーを含有するポリマー組成物を対象とする。本開示によれば、ポリマー組成物は、より低いシャットダウン温度を有するように配合されるので、一旦、膜が特定の環境中でより高い温度に供される・・・ 続きを
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この特許の権利範囲[特許請求の範囲]
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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋
【図1】
[00020]インピーダンス試験を用いて、微小孔性膜のシャットダウン温度を例示しているプロットまたはグラフである。
【図2】
[00021]本開示に従って作製された多孔質膜を組み入れた電子装置、例えばバッテリーの断面図である。
[00022]本明細書中のおよび本図面中の参照文字の繰り返しの使用は、本発明の同一または類似の特徴または要素を表すことが意図される。
定義
[00023]ポリマー物品、例えば微小孔性膜のシャットダウン温度は、シャットダウン温度を測定するのに用いられる試験および機器のタイプに応じて変化しうる。事実、シャットダウン温度は、手順、ベース樹脂の分子量、および決定するのに用いられる器具に応じて広く変化しうる。そのため、多様な製品についての任意の報告されたシャットダウン温度は、異なる試験または技術が使用されている場合よりもはるかに低いことがある。
[00024]本開示では、ポリマー物品、例えば多孔質膜の、またはポリマー組成物のシャットダウン温度は、「インピーダンス試験」、「熱機械分析試験」および「示唆走査熱量測定」に準拠して決定されうる。しかしながら、インピーダンス試験が、シャットダウン温度を直接測定する唯一の試験である。以下の試験は、以下のように定義される。
[00025]インピーダンス試験
[00026]インピーダンス分光法試験セットアップは、2つの鋼の電極を備えたガラス測定セルから構成される。インピーダンス分光法によれば、サンプルが電解液中に浸漬され(炭酸エチレン/炭酸ジメチル1:1中の1M LiPF6)、電極間のセル中に集められる。次いで、測定セルは、インピーダンススペクトルを100Hzから100kHzの間の周波数にて50秒ごとに記録するインピーダンス分光器に連結される。次いで、測定セルは、オーブン中に置かれて110℃から150℃へと2時間にわたって加熱され、その間、インピーダンススペクトルを継続して記録する。データ評価は、インピーダンス対温度をプロットして行われ、シャットダウン温度が、インピーダンスにおける急勾配の増加の中間点によって示される。例となるプロットは図1に示されており、そこで矢がシャットダウン温度を示している。該試験は、Biologic Science Instrumentsから入手可能なHCP-803ポテンシオスタットを用いて行われうる。
[00027]熱機械分析(TMA試験)
[00028]TMA法の下、サンプルが、温度レジーム、および0.5の力乗算を伴う0.2Nの静的力に供されている間に、動ひずみが測定される。該試験は、室温(25~30℃)から160℃の範囲の温度にわたって加熱速度2℃/分で実施される。周波数は0.1Hzに設定される。データ評価は動ひずみ対温度をプロットして行われ、軟化点が、動ひずみ屈曲点によって示される。該試験は、Perkin Elmer DMA8000動的機械分析器において行われうる。
[00029]示唆走査熱量測定(DSC試験)
[00030]示唆走査熱量測定(DSC)を用いて、サンプルの融点が、ISO Test No.11357によって以下の条件下で決定されうる:サンプルは0℃から180℃へと加熱速度10℃/分で加熱され、180℃にて5分間、等温に保持される。等温に保持された後、サンプルは0℃に加熱速度10℃/分で冷却される。最後に、サンプルは180℃に加熱速度20℃で加熱される。サンプルは、DSC手順の全ステップの間、窒素で不活性化される。該試験は、TA Instrumentsから入手可能なDSC Q2000熱量計を用いて行われうる。
[00031]本明細書で使用される場合、パンクチャー強度はASTM Test D3763に準拠して測定され、異質な粒子が穴または欠損を引き起こすことに抵抗する膜の能力を測定する。該試験は、試験装置、例えばInstron CEAST9340装置において行われる。落下高さは0.03~1.10mである。衝突速度は0.77~4.65m/秒である。最大落下質量は37.5kgであり、最大位置エネルギーは405Jである。パンクチャー強度は、1.67mm/秒での低速パンクチャーモードにおいて測定される。
[00032]ポリマーまたはポリマー組成物のメルトフローレートは、ISO Test 1133に準拠して、190℃にて2.16kgの負荷において測定される(別段の指定がない限り)。
[00033]ポリマーの密度は、ISO Test1183に準拠して、g/cm3の単位において測定される。
[00034]平均粒径(d50)は、レーザー回析/光散乱、例えば好適なHORIBA光散乱装置を用いて測定される。
[00035]ポリマーの平均分子量は、マーゴリーズ等式を用いて決定される。
[00036]引張係数、降伏点引張応力、降伏点引張ひずみ、50%破断点引張応力、破断点引張応力および破断点引張公称ひずみは、全て、ISO Test527-2/1Bに準拠して測定される。
[00037]ガーレー透気度は、ガーレー透気度試験機、例えば熊谷理機工業株式会社から市販されているGurley Densometer,Model KRK2060cを用いたガーレー試験に準拠して測定されうる。該試験は、ISO Test5636に準拠して行われる。ガーレー試験は、特定の量の空気が特定の圧力下で特定の面積を通るのに必要とされる時間の関数としての空気透過度を測定する。単位は、秒/100mlにおいて報告される。
[00038]多孔度(%)は、以下の手順に従って測定される。該手順の間、以下のASTM Standardsが参照物として用いられる:D622 Standard Test Method for Apparent Density of Rigid Cellular Plastics1;およびD729 Standard Test Methods for Density and Specific Gravity(Relative Density)of Plastics by Displacement1。以下の機器が使用される:Calibrated Analytical Balance(0.0001グラム);Lorentzen&Wettre Micrometer、code251(0.1um);およびDeli2056 art knife。
手順:
1.1. サンプルおよびサンプル調製
標本のart knifeを用いて、各サンプル材料を最少3種の60mm±0.5×60mm±0.5の標本へと切断する。
1.2. 機器および測定
3.2.1 L&Wミクロメーターを用いて、それぞれが60mm×60mmの標本において、厚さの5回の読取り(平均して5回の読取り)を行う。この値を、この標本の厚さとして記録する。
3.2.2 該標本を秤上で、直接、秤量する。この値を標本の重量として記録する。
3.2.3 同一のサンプルの3種の標本を一緒に置き、ステップ2.2.1とステッ3.2.2とを繰り返して、[バルク]厚さおよび[バルク]重量を得る。
密度を、3種の有意な数字へと、以下の通り算出する
a.Dフィルム=密度(フィルム)=標本のWt./THK×Square
Dフィルム=標本の密度、mg/mm3
Wt=標本の重量、mg
THK=標本の厚さ、mm
Square=標本の面積、(mm2)
b.Dポリマー=密度(ポリマー)0.95(g/cm3)
Dポリマー:原材料の密度、細孔なし
c.多孔度=(1-Dフィルム/Dポリマー)×100%
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