JP2001035468A - Polyolefin porous membrane on which inorganic thin film is formed and method for producing the same - Google Patents
Polyolefin porous membrane on which inorganic thin film is formed and method for producing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 元々シャットダウン温度範囲が狭いポリオレ
フィン多孔質膜のシャットダウン温度範囲を、多孔質膜
としての特性を大きく変えること無く格段に広げること
を目的とする。
【解決手段】 熱溶融性ポリオレフィンからなる多孔質
膜の少なくとも一表面上に、真空製膜法を用いて無機薄
膜を形成してなる多孔質膜。(57) [Problem] To provide a shutdown temperature range of a polyolefin porous membrane having a narrow shutdown temperature range, without remarkably changing the characteristics as a porous membrane. SOLUTION: A porous film formed by forming an inorganic thin film on at least one surface of a porous film made of a heat-meltable polyolefin by using a vacuum film forming method.
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電池、特に安全性
の改善が要求されている非水電解液二次電池のセパレー
ターとして、広いシャットダウン温度領域を示すポリオ
レフィン多孔質膜及びその製造方法に関する。The present invention relates to a porous polyolefin membrane exhibiting a wide shutdown temperature range and a method for producing the same, as a separator of a battery, particularly a non-aqueous electrolyte secondary battery for which improvement in safety is required.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子携帯機器の発達により、高エ
ネルギー密度、高起電力の電池が開発されている。その
中でも高起電力の観点からは非水電解液電池、特にリチ
ウムイオン二次電池が精力的に研究開発されている。こ
の様な非水電解液電池の問題点の1つに可燃性有機溶媒
を用いる所以の危険性が指摘されている。電池の両極が
短絡、電池内容物の分解反応等を起こした場合、電池内
部の急激な温度上昇により、電池内容物が噴出したり、
爆発したりする。この様な問題に対し現状の対策として
は安全弁の取付け、溶融性成分含有のセパレーターによ
るシャットダウン機能付与等が挙げられる。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of electronic portable devices, batteries with high energy density and high electromotive force have been developed. Among them, from the viewpoint of high electromotive force, non-aqueous electrolyte batteries, particularly lithium ion secondary batteries, have been vigorously researched and developed. It is pointed out that one of the problems of such non-aqueous electrolyte batteries is the danger of using a flammable organic solvent. If both electrodes of the battery are short-circuited or cause a decomposition reaction of the battery contents, etc., the battery contents may squirt or
Or explode. As countermeasures against such problems, mounting of a safety valve, provision of a shutdown function by a separator containing a fusible component, and the like are given as current measures.
【0003】しかしながら安全弁は短絡に対する本質的
な防護策ではなく、電池内部の急激な圧力上昇を緩和す
るだけのものである。[0003] However, safety valves are not an essential safeguard against short circuits, they only mitigate sudden pressure increases inside the battery.
【0004】一方セパレーターのシャットダウン機能
は、熱溶融性材料を用いた多孔質膜をセパレーターを用
いることにより、短絡等により電池内部の温度がある一
定の温度に達した時に、材料の熱溶融により多孔質膜の
穴が塞がることにより、イオン導電性が抑制され、発熱
の原因となる電池反応を抑えるというものである。この
様なセパレーターは特許公報第2642206号公報、
特開平6−212006号公報、特開平8−13864
3号公報等に示される、ポリオレフィン系高分子材料の
多孔質膜が開示されている。しかしながら、この様な熱
溶融性材料を用いた場合、熱上昇でシャットダウン機能
が働いても、更なる温度上昇で、膜自体が溶融し、セパ
レーターとしての本来の機能である、電池両電極を隔離
する機能が失われてしまう。これはメルトダウンと呼ば
れる現象であり、電池特性としては好ましくない。この
様な問題に対する改善策として、これらの特許ではポリ
オレフィン組成、製膜手法を規定することで、より高温
にメルトダウン温度を設定するという技術も開示してい
るものも有るが、必ずしも充分な特性とは言えない。On the other hand, the separator has a shutdown function by using a porous membrane made of a heat-meltable material by using a separator, and when the temperature inside the battery reaches a certain temperature due to a short circuit or the like, the porous material is melted by heat. By closing the holes in the membrane, the ionic conductivity is suppressed, and the battery reaction that causes heat generation is suppressed. Such a separator is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2642206,
JP-A-6-212006, JP-A-8-13864
Patent Document 3 discloses a porous film of a polyolefin-based polymer material. However, when such a heat-fusible material is used, even if the shutdown function works due to a rise in heat, the film itself melts with a further rise in temperature, isolating both electrodes of the battery, which is the original function as a separator. Function is lost. This is a phenomenon called meltdown, which is not preferable as battery characteristics. As a solution to such a problem, these patents disclose a technique of setting the meltdown temperature to a higher temperature by specifying the polyolefin composition and the film forming method, but there is also a technique that does not necessarily have sufficient characteristics. It can not be said.
【0005】このシャットダウン温度の範囲を広くする
別の手法としては、特公平4−1692号公報、特開昭
60−52号公報、特開昭61−232560号公報、
特開平3−291848号公報、特開平10−6453
号公報等に示されるように、多孔質膜、不織布基材に熱
溶融性材料を積層、コーティング等により修飾するとい
う技術もある。しかしながらそれらの作製手法は煩雑に
なる場合がある上、必ずしもシャットダウン時の絶縁性
が充分なものが得られているわけではない。As another method for widening the range of the shutdown temperature, Japanese Patent Publication No. 4-1692, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-52, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-232560,
JP-A-3-291848, JP-A-10-6453
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-209, there is also a technique in which a heat-fusible material is laminated on a porous film or a nonwoven fabric substrate, modified by coating, or the like. However, these manufacturing methods may be complicated, and a method having sufficient insulating properties at the time of shutdown is not always obtained.
【0006】この他、特開平9−12757号公報で
は、ポリエチレン多孔質膜表面を放射線照射処理をする
ことで、シャットダウン温度範囲を広げると共に、機械
的強度を向上させるというものが有るが、メルトダウン
温度がおよそ170℃以下である。更には通常放射線処
理により改質されたポリエチレンは架橋構造を示すた
め、引張り弾性率は向上するものの、破断強度が低下す
る傾向を示す場合が有り、いわゆる脆い膜にななり易
い。[0006] In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-12575 discloses a technique in which the surface of a polyethylene porous membrane is irradiated with radiation to extend a shutdown temperature range and improve mechanical strength. The temperature is below about 170 ° C. Further, since polyethylene modified by radiation treatment usually shows a crosslinked structure, although the tensile elasticity is improved, the strength at break may tend to be reduced, so that a so-called brittle film is easily formed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】この様にある温度で溶
融して多孔質膜の空孔が封鎖し、更にそのまま溶融せず
に高い温度で連続膜状態を維持するという特性は、材料
の特性上相反する物性であり、容易な手段でそのような
セパレーターを製造することは難しい。この様な課題に
対し我々が誠意検討をしたところ、真空製膜法を用いて
熱溶融性ポリオレフィン多孔質膜に無機薄膜を積層する
ことにより、元々シャットダウン温度範囲が狭いポリオ
レフィン多孔質膜のシャットダウン温度範囲を格段に広
げることが出来ることがわかった。The property of melting at a certain temperature to block the pores of the porous film and maintaining the continuous film state at a high temperature without melting as such is a characteristic of the material. The properties are inconsistent with each other, and it is difficult to produce such a separator by an easy means. We conducted a sincere study on such issues, and found that by laminating an inorganic thin film on a heat-meltable polyolefin porous film using a vacuum film forming method, the shutdown temperature of the polyolefin porous film, which originally had a narrow shutdown temperature range, was It turns out that the range can be greatly expanded.
【0008】類似技術として特開平1−304933号
公報には、ポリオレフィン多孔質膜にポリシロキサンを
塗布するという技術が開示されている。これはセパレー
ターの機械強度を向上させることにより、電池の内部短
絡不良率を低減することが目的である。しかしながら、
この公報の技術範囲は電解コンデンサーや電気二重層コ
ンデンサーが主であり、シャットダウン特性については
検討されていない。むしろ、シャットダウンのし易いポ
リオレフィン多孔質膜を基材に用いた場合、長時間のポ
リシロキサンの硬化温度で多孔質膜の孔が塞がれてしま
う恐れが有り、セパレーターの良好なイオン導電性を阻
害する問題点がある。As a similar technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-304933 discloses a technique in which a polysiloxane is applied to a polyolefin porous membrane. The purpose of this is to reduce the internal short-circuit failure rate of the battery by improving the mechanical strength of the separator. However,
The technical scope of this publication mainly includes an electrolytic capacitor and an electric double layer capacitor, and its shutdown characteristics have not been studied. Rather, when a polyolefin porous membrane that is easy to shut down is used as a substrate, the pores of the porous membrane may be blocked by the prolonged curing time of the polysiloxane, and good ionic conductivity of the separator may be obtained. There are problems that hinder it.
【0009】また、特開平10−172531号公報に
はポリオレフィン多孔質膜の空孔部表面にゾル液をスプ
レー法あるいはディッピング法を用いて無機薄膜を形成
するという技術が開示されている。ここでの目的もまた
機械強度を上げることで、内部短絡率を低減することで
ある。そのため、シャットダウン温度範囲を改善するこ
とは検討されていない。更にこの場合空孔の内部表面ま
で実質全て無機薄膜で覆われるため、無機薄膜の膜厚が
厚くなる場合、ポリオレフィン多孔質膜の耐熱性が向上
し、特にシャットダウンの開始温度も上昇すると予想さ
れる。これにより電池内部の温度が上がりすぎ、安全性
の面で有利ではない。なお、この公報の実施例では、比
較例1に比べて広いシャットダウン温度範囲を示してい
るが、これはシャットダウン温度範囲の異なるポリプロ
ピレンとポリエチレンを混合することで達成される技術
であって、この技術範囲でシャットダウン温度範囲が広
がったわけではない。Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-172531 discloses a technique of forming an inorganic thin film on a surface of a pore portion of a polyolefin porous film by spraying or dipping a sol liquid. The purpose here is also to reduce the internal short circuit rate by increasing the mechanical strength. Therefore, improvement of the shutdown temperature range has not been considered. Further, in this case, since the inner surface of the pores is substantially entirely covered with the inorganic thin film, when the film thickness of the inorganic thin film is increased, the heat resistance of the polyolefin porous film is improved, and particularly, the shutdown start temperature is expected to increase. . As a result, the temperature inside the battery becomes too high, which is not advantageous in terms of safety. In the examples of this publication, a wider shutdown temperature range is shown as compared with Comparative Example 1, but this is a technique achieved by mixing polypropylene and polyethylene having different shutdown temperature ranges. The range does not mean that the shutdown temperature range has expanded.
【0010】本発明の目的は、元々シャットダウン温度
範囲が狭いポリオレフィン多孔質膜のシャットダウン温
度範囲を、多孔質膜としての特性を大きく変えること無
く格段に広げることを提供することにある。An object of the present invention is to provide a polyolefin porous membrane having a narrow shutdown temperature range, which has a narrow shutdown temperature range, without significantly changing the characteristics of the porous membrane.
【0011】また本発明の目的は、電池のセパレーター
として有用な、シャットダウン特性に優れた多孔質膜を
提供することにある。Another object of the present invention is to provide a porous membrane having excellent shutdown characteristics, which is useful as a battery separator.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、熱溶融性ポリ
オレフィンからなる多孔質膜の少なくとも一方の表面上
に無機薄膜が形成されてなり、空孔の内部表面には実質
的に形成されていないことを特徴とする無機薄膜が形成
されたポリオレフィン多孔質膜によって達成される。こ
れにより、非水電解液電池等で要求されている、シャッ
トダウン温度範囲の広い多孔質膜を提供することができ
る。According to the present invention, an inorganic thin film is formed on at least one surface of a porous film made of a hot-melt polyolefin, and substantially formed on the inner surface of a pore. This is achieved by a polyolefin porous membrane on which an inorganic thin film is formed. This makes it possible to provide a porous film having a wide shutdown temperature range required for nonaqueous electrolyte batteries and the like.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】本発明の無機薄膜が形成されたポ
リオレフィン多孔質膜は、熱溶融性ポリオレフィンから
なる多孔質膜の少なくとも一方の表面上に無機薄膜が形
成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The porous polyolefin film of the present invention on which an inorganic thin film is formed has an inorganic thin film formed on at least one surface of a porous film made of a hot-melt polyolefin.
【0014】ここで、熱溶融性ポリオレフィンとは、あ
る一定温度で顕著に溶融する脂肪族炭化水素系高分子で
あり、そのような特性を示すポリオレフィンであれば、
線状、分岐状、架橋した構造のいずれでも構わない。よ
り好ましいポリオレフィンとしてはポリエチレン、ポリ
プロピレンまたはそれらの共重合体や混合物が、顕著な
溶融性に加え化学的安定性の点で選択される。Here, the heat-meltable polyolefin is an aliphatic hydrocarbon-based polymer that remarkably melts at a certain temperature, and any polyolefin exhibiting such properties is
Any of linear, branched, and cross-linked structures may be used. As more preferable polyolefin, polyethylene, polypropylene or a copolymer or a mixture thereof is selected in view of remarkable melting property and chemical stability.
【0015】後述するように、本発明の無機薄膜が形成
されたポリオレフィン多孔質膜は、110℃、好ましく
は120℃以上で溶融するものであって、かかる特性に
より電池のセパレータとして特に有用である。このた
め、本発明におけるポリオレフィンの分子量としては、
多孔質膜の取り扱い性、成形性、機械特性等を考慮しな
がら上記溶融特性を満たす範囲で選択すればよい。例え
ばポリオレフィンとしてポリエチレンを用いる場合は、
重量平均分子量1万5千〜1千万の範囲が好ましい。1
万5千よりも低い場合、溶融温度が110℃よりも低く
なる場合がある。また、1千万以上では多孔質膜の形成
性が低下する上、シャットダウンを開始する速度(溶融
速度)が非常に遅くなり、実質的にシャットダウン開始
温度が非常に高くなってしまう。なお、ポリオレフィン
の溶融温度としては、(ポリエチレンの場合)150℃
以下が好ましい。As will be described later, the polyolefin porous membrane on which the inorganic thin film of the present invention is formed melts at 110.degree. C., preferably 120.degree. C. or higher, and is particularly useful as a battery separator due to such characteristics. . Therefore, the molecular weight of the polyolefin in the present invention,
What is necessary is just to select within the range which satisfies the above-mentioned melting characteristics, in consideration of the handleability, moldability, mechanical characteristics, etc. of the porous film. For example, when using polyethylene as the polyolefin,
The weight average molecular weight is preferably in the range of 15,000 to 10,000,000. 1
If it is lower than 55,000, the melting temperature may be lower than 110 ° C. On the other hand, if the amount is more than 10 million, the formability of the porous film is deteriorated, and the speed at which shutdown is started (melting speed) becomes extremely slow, and the shutdown start temperature becomes substantially high. The melting temperature of the polyolefin is 150 ° C. (for polyethylene).
The following is preferred.
【0016】本発明における熱溶融性ポリオレフィン多
孔質膜は、上記熱溶融性ポリオレフィンを種々の方法に
よって多孔質膜化することができる。かかる作製方法に
ついては特に限定されるものではなく、例えば第7回ポ
リマー材料フォーラム(1998)要旨集1BIL09
等には、大きく分けて延伸開孔法、相分離法の2種類が
記載されている。延伸開孔法はポリオレフィンの連続膜
に熱処理を施し、連続膜内部にポリオレフィンの微結晶
を成長させ、その状態で延伸することで結晶間にポリオ
レフィン微小繊維で保持された空隙を形成するというも
のである。また、相分離法(湿式法)はポリオレフィン
を溶液状態とし、溶液流延法により相分離膜或いは微粒
子分散膜構造を形成し、相分離剤、或いは微粒子を溶
出、この前或いは後で延伸することで多孔質膜を形成す
るというものである。かかる多孔質膜はさらに延伸して
用いても良い。The heat-meltable polyolefin porous film of the present invention can be formed into a porous film by using the above-mentioned heat-meltable polyolefin by various methods. The production method is not particularly limited. For example, the 7th Polymer Material Forum (1998) Abstract 1BIL09
And the like, roughly describe two types, namely, a stretching opening method and a phase separation method. In the stretch opening method, heat treatment is applied to a continuous film of polyolefin, microcrystals of the polyolefin are grown inside the continuous film, and the film is stretched in that state to form voids held by polyolefin fine fibers between the crystals. is there. In the phase separation method (wet method), a polyolefin is put into a solution state, a phase separation film or a fine particle dispersion film structure is formed by a solution casting method, and a phase separation agent or fine particles are eluted and stretched before or after this. To form a porous film. Such a porous membrane may be further stretched and used.
【0017】そしてその様な材料を用いて作製される多
孔質膜とは、およそ10nm〜10μmの平均径を有す
る微細な空孔が無数に膜厚方向に形成され、膜を通して
溶液、気体が容易に移動できる構造の膜のことを言う。[0017] A porous film produced using such a material has a myriad of fine pores having an average diameter of about 10 nm to 10 µm formed in the film thickness direction, so that a solution or gas can easily pass through the film. Refers to a film that can move to
【0018】この様な多孔質膜としては、例えば25μ
mの厚みの膜で目付け量が8〜17g/m2のものを好
ましく用いることができる。As such a porous membrane, for example, 25 μm
A m-thick film having a basis weight of 8 to 17 g / m 2 can be preferably used.
【0019】また該多孔質膜の膜厚としては5〜100
μmが好ましい。膜厚が5μmよりも薄い場合、膜とし
ての機械強度が充分でなく、例え分子量が高く、高度に
延伸されたポリオレフィン多孔質膜を用いても、実際の
取り扱いでは、穴が開きやすい、破断し易い、電池に組
み込んだ時の内部短絡がし易い等の問題が生じる。一
方、膜厚が100μmよりも厚くなる場合、電池の両極
間が離れすぎ、電池の内部抵抗が増大、充放電速度が低
下する、単位体積あたりの電池の電気容量が低下する等
の問題が顕著となる。多孔質膜の膜厚は、より好ましく
は10〜50μmである。The thickness of the porous film is 5 to 100.
μm is preferred. If the film thickness is less than 5 μm, the mechanical strength of the film is not sufficient, and even if a polyolefin porous film having a high molecular weight and a high degree of stretching is used, in actual handling, holes are easily opened and the film is broken. This causes problems such as easy internal short-circuiting when assembled in a battery. On the other hand, when the film thickness is greater than 100 μm, the two electrodes of the battery are too far apart, the internal resistance of the battery increases, the charge / discharge speed decreases, and the electric capacity of the battery per unit volume decreases. Becomes The thickness of the porous film is more preferably from 10 to 50 μm.
【0020】本発明においては、上記熱溶融性ポリオレ
フィンからなる多孔質膜の少なくとも一方の表面上に無
機薄膜が形成されてなり、空孔の内部表面には実質的に
形成されていない。言い換えれば、本発明の無機薄膜が
形成されたポリオレフィン多孔質膜は、熱溶融性ポリオ
レフィンからなる多孔質膜の、空孔内部を除いた少なく
とも一方の巨視的膜表面上に無機薄膜が形成されてい
る。ここで言う空孔内部を除いた巨視的膜表面とは、特
開平10−172531号公報に記載された空孔部表面
とは異なり、均一な連続膜として想定した多孔質膜の巨
視的な表面のことである。そして空孔内部の表面は全て
無機薄膜で覆われることではない。In the present invention, an inorganic thin film is formed on at least one surface of the porous film made of the heat-meltable polyolefin, and is not substantially formed on the inner surface of the pore. In other words, the polyolefin porous film on which the inorganic thin film of the present invention is formed is a porous film made of a heat-meltable polyolefin, and the inorganic thin film is formed on at least one macroscopic film surface excluding the inside of the pores. I have. Here, the macroscopic film surface excluding the inside of the pores is different from the pore portion surface described in JP-A-10-172531, and is a macroscopic surface of a porous film assumed as a uniform continuous film. That is. And not all surfaces inside the holes are covered with the inorganic thin film.
【0021】ただしより細かくは、多孔質膜表面にごく
近い部分の空孔表面は無機薄膜が存在していても構わな
い。ポリオレフィン多孔質膜の厚さ方向において、無機
薄膜はほとんどが表面に分布しており、厚さ方向に向か
って急激に減少し、膜内部(空孔内部表面)にはほとん
ど存在していない。存在しているとしても、本質的には
空孔内部の機械特性、温度特性を顕著に変えるほど厚い
ものではない。However, more finely, an inorganic thin film may exist on the surface of the pores very close to the surface of the porous film. In the thickness direction of the polyolefin porous film, most of the inorganic thin film is distributed on the surface, rapidly decreases in the thickness direction, and hardly exists inside the film (inside of the pores). Even if present, it is not essentially thick enough to significantly alter the mechanical and temperature properties inside the pores.
【0022】この様に、巨視的表面は無機薄膜で覆われ
るが、多孔質膜の空孔内部の表面には無機薄膜が実質的
に存在しないために、ポリオレフィンの溶融温度で溶解
し、無機薄膜形成前の多孔質膜本来のシャットダウン開
始温度を維持することが出来る。As described above, the macroscopic surface is covered with the inorganic thin film, but since the inorganic thin film does not substantially exist on the surface inside the pores of the porous film, the inorganic thin film is dissolved at the melting temperature of the polyolefin, The original shutdown start temperature of the porous film before formation can be maintained.
【0023】そして少なくとも一表面とはこの多孔質膜
の片側のみに無機薄膜を形成しても良いし、両面にも形
成しても良いという意味である。通常製造上の簡便さ、
経済性から一方面のみに無機薄膜を形成するほうが良い
が、この場合無機薄膜の厚みによっては、無機薄膜の面
内応力によりこの無機薄膜形成多孔質膜が大きくカール
してしまい、取り扱い性が低下する場合がある。The term "at least one surface" means that an inorganic thin film may be formed on only one side of the porous film, or may be formed on both surfaces. Usually easy to manufacture,
It is better to form an inorganic thin film on one side only from the viewpoint of economy, but in this case, depending on the thickness of the inorganic thin film, the inorganic thin film-formed porous film is greatly curled due to the in-plane stress of the inorganic thin film, and the handleability is reduced. May be.
【0024】一方、無機薄膜を両面に形成する場合に
は、この様なカールは抑制される。しかしながら、両面
それぞれに無機薄膜を形成するため、生産性、経済性に
劣る面がある。On the other hand, when the inorganic thin film is formed on both surfaces, such curling is suppressed. However, since an inorganic thin film is formed on each side, productivity and economy are inferior.
【0025】この様な無機薄膜の厚さとしては10nm
以上200nm以下が好ましい。10nmよりも薄い場
合、シャットダウン性能を改善する効果を顕著に観るこ
とが出来なくなってくる。一方、200nmよりも厚い
場合、無機薄膜自体屈曲性に乏しくなり、形成後に無機
薄膜が割れたり、剥離したりするようになるので、好ま
しくない。この膜厚のより好ましい範囲は20nm以上
100nm以下である。The thickness of such an inorganic thin film is 10 nm.
It is preferably at least 200 nm. When the thickness is smaller than 10 nm, the effect of improving the shutdown performance cannot be remarkably observed. On the other hand, when the thickness is larger than 200 nm, the flexibility of the inorganic thin film itself becomes poor, and the inorganic thin film is likely to be cracked or peeled off after formation, which is not preferable. The more preferable range of this film thickness is 20 nm or more and 100 nm or less.
【0026】この様な無機薄膜の主成分としては、電気
的導電性があるものを用いて、電極両電極独立に、電極
の集電性を向上させることも出来るが、形成された無機
薄膜の表面抵抗が1TΩ以上となる無機酸化物を用いる
方が電池の内部短絡抑制の観点から好ましい。As a main component of such an inorganic thin film, it is possible to use an electrically conductive material to improve the current collection of the electrodes independently of both electrodes. It is preferable to use an inorganic oxide having a surface resistance of 1 TΩ or more from the viewpoint of suppressing internal short circuit of the battery.
【0027】すなわち絶縁性の無機酸化物が好ましく、
電池の両電極を電気的に隔離するためには、セパレータ
ーの構成要素としては多孔質膜を通してイオン伝導性は
良好でも、電子的導電性が有るものは通常用いられな
い。そして、その組成として各種の無機薄膜が挙げられ
るが、絶縁性、経済性、生産性の観点から無機酸化物が
好ましい。その様な無機酸化物としては酸化珪素、酸化
マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸
化チタン、酸化亜鉛、酸化錫などが挙げられる。これら
のうちの単一組成を選択しても良いし、これらから選択
される複数組成からなる複合酸化物としても良い。That is, an insulating inorganic oxide is preferable.
In order to electrically isolate both electrodes of the battery, a component having good electronic conductivity through a porous membrane but not having electronic conductivity is generally not used as a component of a separator. And various inorganic thin films are mentioned as the composition, but an inorganic oxide is preferable from a viewpoint of insulating property, economical efficiency, and productivity. Examples of such an inorganic oxide include silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium oxide, titanium oxide, zinc oxide, and tin oxide. A single composition may be selected from these, or a composite oxide having a plurality of compositions selected from these may be used.
【0028】この様な酸化物の中では酸化珪素、酸化ア
ルミニウム、酸化マグネシウムが経済性、生産性の観点
から特に好ましい。Among such oxides, silicon oxide, aluminum oxide and magnesium oxide are particularly preferred from the viewpoint of economy and productivity.
【0029】そして、その無機薄膜の形成方法である
が、特開平1−304933号公報や特開平10−17
2531号公報に記載されるようにコーティングし、加
熱処理をして製膜する方法ではなく、真空製膜法を用い
ることによって、無機薄膜を、多孔質膜の実質的に巨視
的表面にのみ存在させ、空孔の内部表面に実質的に形成
させないことを制御することが容易であり、簡便でより
シャットダウン特性改善の効果を発現させることが出来
る。The method of forming the inorganic thin film is described in JP-A-1-304933 and JP-A-10-17.
By using a vacuum film forming method instead of a method of forming a film by performing coating and heat treatment as described in Japanese Patent No. 2531, an inorganic thin film is present substantially only on a macroscopic surface of a porous film. Therefore, it is easy to control that the pores are not substantially formed on the inner surface, and the effect of improving the shutdown characteristics can be more simply and easily exhibited.
【0030】ここで言う真空製膜法は真空中に熱溶融性
ポリオレフィンの多孔質膜を配置し、その表面に無機薄
膜組成を積層成長させる手法である。この様な手法とし
ては真空蒸着法、スパッタリング法、CVD(ケミカル
ベーパーデポジション)法が生産性の観点から好まし
い。The vacuum film forming method referred to here is a method in which a porous film of a heat-fusible polyolefin is arranged in a vacuum and an inorganic thin film composition is grown on the surface thereof. As such a method, a vacuum evaporation method, a sputtering method, and a CVD (chemical vapor deposition) method are preferable from the viewpoint of productivity.
【0031】この様な無機薄膜の積層に当たっては、密
着性の観点からコロナ放電処理、スパッタエッチング処
理等の公知の表面前処理を行っても構わない。In laminating such an inorganic thin film, a known surface pretreatment such as a corona discharge treatment or a sputter etching treatment may be performed from the viewpoint of adhesion.
【0032】ところで通常、電池の使用環境において、
例えば真夏の自動車内部のダッシュボードの上は100
℃程度まで上昇するといわれている。シャットダウン開
始温度が100℃よりも低くなる場合、たとえ電池が正
常に動作をしていても、セパレーターがシャットダウン
を起こし、電池内部のイオン導電性が低下し、電池が作
動しなくなるということがある。この様な観点から、前
記したようにここで使用できうるポリオレフィン多孔質
膜の溶融温度は110℃以上が好ましい。By the way, usually, in an environment where a battery is used,
For example, 100 on the dashboard inside the car in midsummer
It is said to rise to about ° C. If the shutdown start temperature is lower than 100 ° C., even if the battery is operating normally, the separator may shut down, the ionic conductivity inside the battery may be reduced, and the battery may not operate. From such a viewpoint, the melting temperature of the polyolefin porous membrane that can be used here is preferably 110 ° C. or higher as described above.
【0033】真空製膜法では真空中で無機薄膜源が加熱
された状態で多孔質膜上に形成されるのが通常である。
そして、この様な溶融温度特性を持つ多孔質膜の表面に
そのまま真空製膜法を用いて形成すると、その様な熱で
容易に多孔質膜が溶融してしまう場合がある。この現象
は形成する無機薄膜が厚くなるに連れて顕著になる。In the vacuum film forming method, an inorganic thin film source is usually formed on a porous film while being heated in a vacuum.
If the porous film having such a melting temperature characteristic is formed directly on the surface of the porous film by the vacuum film forming method, the porous film may be easily melted by such heat. This phenomenon becomes remarkable as the thickness of the formed inorganic thin film increases.
【0034】そのため、既に記載したようにシャットダ
ウン性能が効果的に発現するために必要な厚さの無機薄
膜の形成には、この多孔質膜の溶融温度Tmから30℃
を引いた温度Tc=Tm−30℃以下の温度Tr(Tr
≦Tc)に、多孔質膜表面温度を制御することが好まし
い。この温度は最も表面温度が高くなる無機薄膜形成時
の温度も同様に制御する意味も含む。Therefore, as described above, the formation of the inorganic thin film having a thickness necessary for effectively exhibiting the shutdown performance requires the melting temperature Tm of the porous film to be 30 ° C.
Tc = Tm−30 ° C. or less (Tr = Tr)
It is preferable to control the surface temperature of the porous membrane so that ≦ Tc). This temperature also means that the temperature at the time of forming the inorganic thin film having the highest surface temperature is similarly controlled.
【0035】通常ポリオレフィン系の多孔質膜は高度に
延伸することで多孔質としたり、膜強度を向上させたり
している。そのため、TrがTcよりも高い温度の場
合、たとえ、多孔質膜自体が溶融しなくても、熱収縮が
大きく発生し、元々の多孔質膜自体の寸法、イオン導電
性、機械特性、熱特性を大きく変化させてしまうことが
ある。Usually, a polyolefin-based porous film is made highly porous by stretching at a high degree, or the film strength is improved. Therefore, when Tr is at a temperature higher than Tc, even if the porous film itself does not melt, large heat shrinkage occurs, and the dimensions, ionic conductivity, mechanical properties, and thermal properties of the original porous film itself May be greatly changed.
【0036】無機薄膜形成前の多孔質膜の寸法、イオン
導電性、機械強度を維持するためには、無機薄膜形成時
の多孔質膜表面温度を制御することが特に重要である。In order to maintain the dimensions, ionic conductivity, and mechanical strength of the porous film before forming the inorganic thin film, it is particularly important to control the surface temperature of the porous film when forming the inorganic thin film.
【0037】この様に、本発明は熱溶融性ポリオレフィ
ンからなる多孔質膜の少なくとも一表面上に、好適には
真空製膜法を用いて無機薄膜を形成することにより、電
池、特に安全性の改善が望まれる非水電解液二次電池用
のセパレーターとして、広いシャットダウン温度範囲を
有する多孔質膜を提供することができる。As described above, the present invention provides a battery, particularly a safety device, by forming an inorganic thin film on at least one surface of a porous film made of a heat-meltable polyolefin, preferably by using a vacuum film forming method. A porous membrane having a wide shutdown temperature range can be provided as a separator for a nonaqueous electrolyte secondary battery for which improvement is desired.
【0038】[0038]
【実施例】以下の各実施例、比較例記載の各種の評価は
以下の要領にて行った。ポリオレフィン多孔質膜に無機
薄膜を形成する際には、事前に多孔質膜の一部に温度指
示ラベルを貼り付け、多孔質膜表面温度が上記条件の範
囲にあるように、基板温度を制御した。EXAMPLES Various evaluations described in the following examples and comparative examples were performed in the following manner. When forming the inorganic thin film on the polyolefin porous film, a temperature indication label was attached to a part of the porous film in advance, and the substrate temperature was controlled so that the surface temperature of the porous film was in the range of the above conditions. .
【0039】本発明の無機薄膜が形成されたポリオレフ
ィン多孔質膜については、セパレーターとしての基本特
性である、膜厚、イオン導電性、機械強度、シャットダ
ウン温度特性に加え、無機薄膜の厚さを蛍光X線測定で
評価した。The polyolefin porous membrane on which the inorganic thin film of the present invention has been formed is characterized in that the thickness of the inorganic thin film is determined by the thickness of the inorganic thin film in addition to the basic properties of the separator such as film thickness, ionic conductivity, mechanical strength and shutdown temperature characteristics. It was evaluated by X-ray measurement.
【0040】イオン導電性、機械強度の評価は無機薄膜
の形成前後でそれら特性に大きな変化を示さないことを
確認するために行った。Evaluations of ionic conductivity and mechanical strength were performed to confirm that the characteristics did not significantly change before and after the formation of the inorganic thin film.
【0041】イオン導電性は有機電解液を作製した多孔
質膜に充分に含浸し、このときの抵抗値を求め、算出し
た。The ionic conductivity was calculated by sufficiently impregnating a porous membrane prepared with an organic electrolyte solution and obtaining a resistance value at this time.
【0042】機械強度については、引張試験を行うこと
で引張弾性率、破断強度を求め、突き刺し試験で突き刺
し強度を求めることで評価した。The mechanical strength was evaluated by obtaining a tensile modulus and a breaking strength by performing a tensile test, and evaluating a piercing strength by a piercing test.
【0043】多孔質膜の膜厚は、公知のマイクロメータ
ーを用いて、μm単位で測定した。The thickness of the porous film was measured in μm using a known micrometer.
【0044】多孔質膜の平均空孔径は、JIS K38
32に記載されるバブルポイント法で測定がなされるポ
ーラスマテリアル社製の自動細孔測定装置で測定した。The average pore diameter of the porous membrane is determined according to JIS K38.
The measurement was performed with an automatic pore measuring device manufactured by Porous Materials Co., Ltd., which was measured by the bubble point method described in No. 32.
【0045】イオン導電性は次のように測定した。ま
ず、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートと
を等重量比混合した有機溶媒に四弗化ホウ酸リチウムを
1モル/リットル溶解した有機電解液を調製した。The ionic conductivity was measured as follows. First, an organic electrolyte was prepared by dissolving 1 mol / l of lithium tetrafluoroborate in an organic solvent in which propylene carbonate and ethylene carbonate were mixed in an equal weight ratio.
【0046】一方、作製した多孔質膜については事前に
界面活性剤処理を施し、調製した有機電解液に充分に濡
れるように処理をした。使用した界面活性剤は非イオン
性界面活性剤(ポリオキシエチレンセチルエーテル)で
あり、この界面活性剤を3重量%含むメタノール溶液を
処理液とし、この処理液に評価する多孔質膜を浸漬し、
次いで余分な液を拭取り、乾燥を施すことで電解液親和
性を付与した。On the other hand, the produced porous membrane was subjected to a surfactant treatment in advance, and was treated so as to be sufficiently wetted with the prepared organic electrolyte solution. The surfactant used was a nonionic surfactant (polyoxyethylene cetyl ether). A methanol solution containing 3% by weight of this surfactant was used as a treatment liquid, and the porous membrane to be evaluated was immersed in this treatment liquid. ,
Next, excess liquid was wiped off and dried to give an affinity for the electrolytic solution.
【0047】この様な多孔質膜を、先に調製した有機電
解液に十分浸透した後、半径1cmの円盤状ステンレス
電極間に挟み込み、ソーラトロン社製1260型インピ
ーダンスアナライザーで100kHzから1Hzの間で
複素インピーダンスを測定し、測定した高周波数側のデ
ータ曲線を実数軸に外挿する事で実測抵抗値を求めた。
そしてこの測定値の逆数から単位面積当たりの電気伝導
度を算出し、これをイオン導電性とした。引張試験はJ
IS規格K7127を参考にして、インストロン型引張
試験機により、25℃の環境下で10mm/分の速度で
行った。測定サンプルは長さ150mm、幅10mmと
なるように切り出し、100mm間隔で引張試験をする
ようにした。測定値は引張弾性率、及び破断強度で表示
した。After sufficiently penetrating such a porous membrane into the previously prepared organic electrolytic solution, it is sandwiched between disc-shaped stainless steel electrodes having a radius of 1 cm, and complexed between 100 kHz and 1 Hz with a Solartron 1260 type impedance analyzer. The impedance was measured, and the measured data curve on the high frequency side was extrapolated to the real axis to obtain the actually measured resistance value.
Then, the electrical conductivity per unit area was calculated from the reciprocal of this measured value, and this was defined as ionic conductivity. Tensile test is J
The test was performed at a rate of 10 mm / min in an environment of 25 ° C. using an Instron type tensile tester with reference to IS standard K7127. The measurement sample was cut out to have a length of 150 mm and a width of 10 mm, and a tensile test was performed at intervals of 100 mm. The measured values were expressed as tensile modulus and breaking strength.
【0048】突刺試験は、第28回セミ・コンファレン
ス「期待されるリチウム二次電池」要旨集の中で足立ら
が「リチウムイオン電池用セパレーターの特性評価」と
して49ページで報告している突刺強度の評価手段に則
り、カトーテック(株)製のハンディータイプコンプレッ
ションテスターを用いて評価した。The piercing test was carried out on page 49 by Adachi in "Summary of Lithium Ion Battery Separators" in the 28th Semi-Conference "Expected Lithium Secondary Battery" Abstracts. Was evaluated using a handy type compression tester manufactured by Kato Tech Co., Ltd.
【0049】シャットダウン温度特性は特許第2642
206号公報に記載された膜抵抗の測定方式に準拠し、
測定装置を構成して測定した。測定条件としては、上記
のイオン導電性評価と同一の手法で有機電解液(プロピ
レンカーボネートとエチレンカーボネートとを等重量比
混合した有機溶媒に四弗化ホウ酸リチウムを溶解し濃度
1モル/リットルとした有機電解液)を充填した多孔質
膜を用い、交流周波数1kHz、交流振幅100mV、
昇温速度2℃/分で測定した。そして温度を上昇させた
とき、その過程でインピーダンス値が上昇して一旦10
0Ω平方cmとなったときの温度をシャットダウン開始
温度Ts、一度シャットダウンによりインピーダンス値
が1kΩ平方cmよりも増大した後、インピーダンス値
が低下し1kΩ平方cmになった時の温度をメルトダウ
ン温度、すなわちシャットダウン終了温度Teとした。
なお、190℃に達したときにインピーダンス値が1k
Ω平方cm以上であった場合は、シャットダウン終了温
度Teを190℃以上とした。The shutdown temperature characteristic is described in Japanese Patent No. 2642.
According to the method of measuring the film resistance described in Japanese Patent No. 206,
The measurement was performed using a measuring device. The measurement conditions were the same as in the above-described ion conductivity evaluation, by dissolving lithium tetrafluoroborate in an organic electrolyte (an organic solvent obtained by mixing propylene carbonate and ethylene carbonate in an equal weight ratio) to a concentration of 1 mol / liter. Organic electrolyte solution), an AC frequency of 1 kHz, an AC amplitude of 100 mV,
The measurement was performed at a heating rate of 2 ° C./min. When the temperature is raised, the impedance value rises during the
The temperature at the time when the resistance becomes 0 Ω square cm is the shutdown start temperature Ts, and the temperature at the time when the impedance value is reduced to 1 kΩ square cm after the impedance value has increased from 1 kΩ square cm due to the shutdown is the meltdown temperature, that is, The shutdown end temperature Te was set.
When the temperature reaches 190 ° C., the impedance value becomes 1 k.
In the case of Ω square cm or more, the shutdown end temperature Te was 190 ° C. or more.
【0050】ポリオレフィン多孔質膜の溶融温度はDS
C(示差熱分析)で測定した。DSCを用いた溶融温度
測定では、公知のDSC測定装置を用い、室温から昇温
速度20℃/分で測定した時に、100℃以上で測定さ
れた吸熱ピークについて、その吸熱開始温度を求めるこ
とで溶融温度とした。The melting temperature of the polyolefin porous membrane is DS
C (differential thermal analysis). In the measurement of the melting temperature using DSC, the endothermic peak temperature measured at 100 ° C. or higher when the temperature is measured from room temperature at a heating rate of 20 ° C./min by using a known DSC measuring device is determined. The melting temperature was used.
【0051】また、蛍光X線測定による無機薄膜の厚さ
測定は次のようにして行った。事前に100μmポリエ
チレンテレフタレートフィルム表面上に各種条件で無機
薄膜を形成した。そしてまずそれぞれの無機薄膜につい
て公知の蛍光X線測定による無機薄膜成分元素の蛍光X
線ピーク強度を測定した。次いで測定した無機薄膜の厚
みを、公知の走査形電子顕微鏡によるフィルム断面観察
から物理的に求めた。これにより物理的膜厚−蛍光X線
ピーク強度の対応図を検量線図として作成した。本発明
の、多孔質膜上の無機薄膜についても同様に蛍光X線ピ
ーク強度を求め、作成した検量線図から膜厚を算出し
た。The measurement of the thickness of the inorganic thin film by the fluorescent X-ray measurement was performed as follows. An inorganic thin film was previously formed on the surface of a 100 μm polyethylene terephthalate film under various conditions. First, for each inorganic thin film, the fluorescent X
The line peak intensity was measured. Next, the measured thickness of the inorganic thin film was physically determined from the cross-sectional observation of the film with a known scanning electron microscope. Thereby, a correspondence diagram of physical film thickness-fluorescent X-ray peak intensity was created as a calibration curve. For the inorganic thin film on the porous film according to the present invention, the fluorescent X-ray peak intensity was similarly obtained, and the film thickness was calculated from the prepared calibration curve.
【0052】また、以下の各実施例、比較例記載の無機
薄膜の形成は以下の要領にて行った。多孔質膜の一方面
に次のようにして酸化珪素からなる無機薄膜を形成し
た。多孔質膜を巻き取り式マグネトロンスパッタリング
装置内に設置して0.02mTorrまで排気した。こ
のときターゲットには長さ150mm、幅390mm、
厚み5mmのホウ素ドープ珪素ターゲットを用いた。そ
の後アルゴン/酸素混合ガス(体積比でアルゴン:酸素
=70:30)を50sccm導入して圧力を0.6m
Torrに保った後、メインロールの温度を10℃とな
るように制御した。そして、膜形成条件として、放電電
力を2.4kWに設定して、スパッタリングを行った。
この時、多孔質膜の移動速度を変えることで形成される
酸化珪素膜の厚みを変えた。The formation of the inorganic thin film described in each of the following examples and comparative examples was performed in the following manner. An inorganic thin film made of silicon oxide was formed on one surface of the porous film as follows. The porous film was set in a take-up type magnetron sputtering apparatus and evacuated to 0.02 mTorr. At this time, the target has a length of 150 mm, a width of 390 mm,
A boron-doped silicon target with a thickness of 5 mm was used. Thereafter, 50 sccm of an argon / oxygen mixed gas (argon: oxygen = 70: 30 by volume ratio) was introduced to reduce the pressure to 0.6 m.
After maintaining the pressure at Torr, the temperature of the main roll was controlled to 10 ° C. Then, sputtering was performed with a discharge power set to 2.4 kW as a film formation condition.
At this time, the thickness of the silicon oxide film formed by changing the moving speed of the porous film was changed.
【0053】作製した無機薄膜形成多孔質膜の表面抵抗
については、同一条件で100μmポリエチレンテレフ
タレートフィルムに酸化珪素膜をスパッタリング形成
し、連続膜を作製して、その無機薄膜表面上の表面抵抗
を、ケースレー社製の絶縁抵抗計6157A及び800
9型抵抗率チャンバーを用いて、25℃0%RH環境下
で測定することで代用した。その結果、本実施例の膜厚
範囲において、いずれも30TΩ以上であることが確認
された。With respect to the surface resistance of the formed inorganic thin film-formed porous film, a silicon oxide film was formed by sputtering on a 100 μm polyethylene terephthalate film under the same conditions, and a continuous film was formed. Keithley insulation resistance testers 6157A and 800
The measurement was carried out in a 25 ° C. 0% RH environment using a type 9 resistivity chamber, which was substituted. As a result, it was confirmed that the thickness was 30 TΩ or more in the film thickness range of this example.
【0054】また、この多孔質膜(無機薄膜形成多孔質
膜と呼ぶことがある)について、凍結割断を行い、膜厚
方向の珪素量の分布を、公知のエネルギー分散型X線分
析装置で測定した。Further, this porous film (sometimes referred to as an inorganic thin film-formed porous film) is subjected to freeze-fracture, and the distribution of silicon amount in the film thickness direction is measured by a known energy dispersive X-ray analyzer. did.
【0055】[比較例1]熱溶融性ポリオレフィン多孔
質膜として、重量平均分子量が120万の超高分子量ポ
リエチレンより作製された多孔膜(膜厚25μm、目付
け量11g/m2、平均空孔径0.32μmφ) を用い
た。そして、この多孔質膜の表面に無機薄膜を形成せず
に上記各特性の評価を行った。この評価結果を表1に示
す。また、シャットダウン特性を評価した時の、インピ
ーダンス−温度曲線を図1に示す。これより、この多孔
質膜は従来のポリオレフィン多孔質膜の様にシャットダ
ウン温度範囲の狭いものであることが示された。[Comparative Example 1] A porous film made of ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1.2 million (thickness: 25 μm, basis weight: 11 g / m 2 , average pore diameter: 0) .32 μmφ). Each of the above properties was evaluated without forming an inorganic thin film on the surface of the porous film. Table 1 shows the evaluation results. FIG. 1 shows an impedance-temperature curve when the shutdown characteristics were evaluated. This indicates that this porous membrane has a narrow shutdown temperature range like a conventional polyolefin porous membrane.
【0056】[実施例1]比較例1のポリオレフィン多
孔質膜の一方面上に、移動速度を1.5m/分としてス
パッタリング法により酸化珪素膜を形成した。膜形成時
の多孔質膜表面の最高温度は約45℃であった。これに
より作製した無機薄膜形成多孔質膜は外観上特に変化は
観られなかった。また、熱溶融性ポリオレフィンの多孔
質膜表面における無機薄膜の厚さは15nmであった。
この無機薄膜形成多孔質膜の特性を評価した結果を表1
に示す。また、シャットダウン特性を評価した時の、イ
ンピーダンス−温度曲線を図2に示す。上記比較例1と
比べると、シャットダウン開始温度Tsは変わらず、シ
ャットダウン終了温度Teは3℃上昇した。これより、
比較例1に比べてシャットダウン温度領域が広くなって
いることが確認できた。Example 1 A silicon oxide film was formed on one surface of the porous polyolefin film of Comparative Example 1 by a sputtering method at a moving speed of 1.5 m / min. The maximum temperature on the surface of the porous film during film formation was about 45 ° C. The inorganic thin film-formed porous film thus produced did not show any particular change in appearance. The thickness of the inorganic thin film on the surface of the porous film of the heat-fusible polyolefin was 15 nm.
Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the inorganic thin film-formed porous film.
Shown in FIG. 2 shows an impedance-temperature curve when the shutdown characteristics were evaluated. Compared with Comparative Example 1, the shutdown start temperature Ts did not change, and the shutdown end temperature Te increased by 3 ° C. Than this,
It was confirmed that the shutdown temperature region was wider than in Comparative Example 1.
【0057】[実施例2]実施例1において、多孔質膜
の移動速度を0.75m/分として酸化珪素膜を形成し
た。この時の多孔質膜表面の最高温度は約65℃であっ
た。これにより作製した無機薄膜形成多孔質膜は外観上
特に変化は観られなかった。また無機薄膜の厚さは38
nmであった。この無機薄膜形成多孔質膜の特性を評価
した結果を表1に示す。また、シャットダウン特性を評
価した時の、インピーダンス−温度曲線を図3に示す。
シャットダウン終了温度は170℃以上と非常に高かっ
た。これより、この無機薄膜形成多孔質膜は良好な多孔
質膜特性を持ちつつ、広いシャットダウン温度範囲を有
していることが示された。[Example 2] In Example 1, a silicon oxide film was formed at a moving speed of the porous film of 0.75 m / min. At this time, the maximum temperature of the porous membrane surface was about 65 ° C. The inorganic thin film-formed porous film thus produced did not show any particular change in appearance. The thickness of the inorganic thin film is 38
nm. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the inorganic thin film-formed porous film. FIG. 3 shows an impedance-temperature curve when the shutdown characteristics were evaluated.
The shutdown end temperature was as high as 170 ° C. or higher. This indicates that this inorganic thin film-formed porous film has a wide shutdown temperature range while having good porous film characteristics.
【0058】[実施例3]実施例1において、多孔質膜
の移動速度を0.5m/分として酸化珪素膜を形成し
た。この時の多孔質膜表面の最高温度は約85℃であっ
た。これにより作製した無機薄膜形成多孔質膜は外観上
特に変化は観られなかった。また無機薄膜の厚さは54
nmであった。この試料について、膜厚方向の珪素の分
布を調べた。酸化珪素存在深さとして多孔質膜の厚さ方
向において、少なくとも9μmより深いところでは全く
珪素は検出されなかった。このことから、酸化珪素膜は
熱溶融性ポリオレフィン多孔質膜の表面近傍にのみ存在
し、空孔の内部表面にはほとんど形成されていないこと
がわかる。この無機薄膜形成多孔質膜の特性を評価した
結果を表1に示す。また、シャットダウン特性を評価し
た時の、インピーダンス−温度曲線を図4に示す。シャ
ットダウン終了温度は170℃以上と非常に高かった。
これより、この無機薄膜形成多孔質膜は良好な多孔質膜
特性を持ちつつ、広いシャットダウン温度範囲を有して
いることが示された。[Example 3] In Example 1, a silicon oxide film was formed at a moving speed of the porous film of 0.5 m / min. At this time, the maximum temperature of the porous membrane surface was about 85 ° C. The inorganic thin film-formed porous film thus produced did not show any particular change in appearance. The thickness of the inorganic thin film is 54
nm. For this sample, the distribution of silicon in the film thickness direction was examined. No silicon was detected at least at a depth of at least 9 μm in the thickness direction of the porous film as the depth of the silicon oxide. This indicates that the silicon oxide film is present only in the vicinity of the surface of the heat-fusible polyolefin porous film, and is hardly formed on the inner surface of the pore. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the inorganic thin film-formed porous film. FIG. 4 shows an impedance-temperature curve when the shutdown characteristics were evaluated. The shutdown end temperature was as high as 170 ° C. or higher.
This indicates that this inorganic thin film-formed porous film has a wide shutdown temperature range while having good porous film characteristics.
【0059】[比較例2]熱溶融性ポリオレフィン多孔
質膜として、重量平均分子量が65万の高分子量ポリエ
チレンより作製された多孔膜(膜厚24μm、目付け量
15g/m2、平均空孔径0.058μmφ) を用い
た。そして、この多孔質膜の表面に無機薄膜を形成せず
に上記各特性の評価を行った。この評価結果を表1に示
す。また、シャットダウン特性を評価した時の、インピ
ーダンス−温度曲線を図5に示す。これより、この多孔
質膜は従来のポリオレフィン多孔質膜の様にシャットダ
ウン温度範囲の狭いものであることが示された。Comparative Example 2 A porous film made of high-molecular-weight polyethylene having a weight-average molecular weight of 650,000 (film thickness: 24 μm, basis weight: 15 g / m 2 , average pore size: 0,000) was used as a heat-meltable polyolefin porous film. 058 μmφ). Each of the above properties was evaluated without forming an inorganic thin film on the surface of the porous film. Table 1 shows the evaluation results. FIG. 5 shows an impedance-temperature curve when the shutdown characteristics were evaluated. This indicates that this porous membrane has a narrow shutdown temperature range like a conventional polyolefin porous membrane.
【0060】[実施例4]比較例2のポリオレフィン多
孔質膜を用い、この多孔質膜の移動速度を0.75m/
分として酸化珪素膜を形成した。この時の多孔質膜表面
の最高温度は58℃であった。これにより作製した無機
薄膜形成多孔質膜は外観上特に変化は観られなかった。
この無機薄膜形成多孔質膜の特性を評価した結果を表1
に示す。また、シャットダウン特性を評価した時の、イ
ンピーダンス−温度曲線を図6に示す。シャットダウン
終了温度は170℃以上と非常に高かった。これより、
この無機薄膜形成多孔質膜は良好な多孔質膜特性を持ち
つつ、広いシャットダウン温度範囲を有していることが
示された。Example 4 Using the polyolefin porous membrane of Comparative Example 2, the moving speed of this porous membrane was 0.75 m /
A silicon oxide film was formed as a part. At this time, the maximum temperature of the porous membrane surface was 58 ° C. The inorganic thin film-formed porous film thus produced did not show any particular change in appearance.
Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the inorganic thin film-formed porous film.
Shown in FIG. 6 shows an impedance-temperature curve when the shutdown characteristics were evaluated. The shutdown end temperature was as high as 170 ° C. or higher. Than this,
It was shown that this inorganic thin film-formed porous film has a wide shutdown temperature range while having good porous film characteristics.
【0061】[0061]
【表1】 [Table 1]
【0062】 Ts:シャットダウン開始温度 Te:シャットダウン終了温度Ts: shutdown start temperature Te: shutdown end temperature
【0063】[0063]
【発明の効果】本発明により、元々の多孔質膜特性を損
なうこと無く、むしろ引張弾性率、突刺強度は向上する
傾向を示し、かつシャットダウン開始温度は上昇せず
に、シャットダウン終了温度を高めることによって、シ
ャットダウン温度範囲を格段に広げることが出来る。こ
れにより、特に従来非水系二次電池の用途で指摘されて
いた様に、狭いシャットダウン温度範囲の多孔質膜をセ
パレーターとして用いた場合に観られる、セパレーター
のメルトダウンによる両電極の短絡による、再発熱の危
険性を大きく低減することが出来るようになる。According to the present invention, the tensile elastic modulus and the piercing strength tend to be improved without impairing the characteristics of the original porous membrane, and the shutdown end temperature is raised without increasing the shutdown start temperature. Thereby, the shutdown temperature range can be significantly expanded. As a result, a short-circuit between the two electrodes due to the meltdown of the separator, which was observed when a porous membrane having a narrow shutdown temperature range was used as a separator, as has been pointed out particularly in the use of non-aqueous secondary batteries in the past, has been observed. The risk of heat generation can be greatly reduced.
【図1】比較例1の多孔質膜のシャットダウン特性であ
る。FIG. 1 shows a shutdown characteristic of a porous film of Comparative Example 1.
【図2】実施例1の無機薄膜形成多孔質膜のシャットダ
ウン特性である。FIG. 2 shows the shutdown characteristics of the inorganic thin film-formed porous film of Example 1.
【図3】実施例2の無機薄膜形成多孔質膜のシャットダ
ウン特性である。FIG. 3 shows a shutdown characteristic of the inorganic thin film-formed porous film of Example 2.
【図4】実施例3の無機薄膜形成多孔質膜のシャットダ
ウン特性である。FIG. 4 shows a shutdown characteristic of the inorganic thin film-formed porous film of Example 3.
【図5】比較例2の多孔質膜のシャットダウン特性であ
る。FIG. 5 shows a shutdown characteristic of a porous film of Comparative Example 2.
【図6】実施例4の多孔質膜のシャットダウン特性であ
る。FIG. 6 shows a shutdown characteristic of the porous film of Example 4.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大道 高弘 山口県岩国市日の出町2番1号 帝人株式 会社岩国研究センター内 Fターム(参考) 5H021 BB19 CC00 CC04 EE04 EE21 EE22 HH00 HH03 HH06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takahiro 2-1 Hinode-cho, Iwakuni-shi, Yamaguchi F-term in the Teijin Iwakuni Research Center (Reference)
Claims (11)
膜の少なくとも一方の表面上に無機薄膜が形成されてな
り、空孔の内部表面には実質的に形成されていないこと
を特徴とする無機薄膜が形成されたポリオレフィン多孔
質膜。1. An inorganic thin film characterized in that an inorganic thin film is formed on at least one surface of a porous film made of a heat-meltable polyolefin, and is not substantially formed on the inner surface of pores. Is formed on the porous polyolefin membrane.
m以下であることを特徴とする、請求項1記載のポリオ
レフィン多孔質膜。2. The inorganic thin film has a thickness of 10 nm or more and 200 n.
The polyolefin porous membrane according to claim 1, wherein m is equal to or less than m.
TΩ以上となる無機酸化物よりなることを特徴とする、
請求項1〜2のいずれかに記載のポリオレフィン多孔質
膜。3. The inorganic thin film has a surface resistance of 1
Characterized by being composed of an inorganic oxide having TΩ or more,
The polyolefin porous membrane according to claim 1.
ウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化チタ
ン、酸化亜鉛および酸化錫からなる群より選ばれる少な
くとも一種の無機酸化物であることを特徴とする、請求
項3記載のポリオレフィン多孔質膜。4. The method according to claim 1, wherein the inorganic oxide is at least one inorganic oxide selected from the group consisting of silicon oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, titanium oxide, zinc oxide and tin oxide. The polyolefin porous membrane according to claim 3.
10℃以上である請求項1〜4のいずれかに記載のポリ
オレフィン多孔質膜。5. The hot-melt polyolefin has a melting temperature of 1
The polyolefin porous membrane according to any one of claims 1 to 4, which is at least 10 ° C.
た、請求項1〜5のいずれかに記載のポリオレフィン多
孔質膜。6. The polyolefin porous membrane according to claim 1, wherein the inorganic thin film is formed by a vacuum film forming method.
ボネートとを等重量比混合した有機溶媒に1モル/リッ
トルの濃度に四弗化ホウ酸リチウムを混合した有機電解
液を含浸し、温度を上昇させたとき、その過程でインピ
ーダンス値が上昇して一旦1kΩ平方cmを越えた後、
インピーダンス値が低下し1kΩ平方cmとなった時の
温度(シャットダウン終了温度)が170℃以上であ
る、請求項1〜6のいずれかに記載のポリオレフィン多
孔質膜。7. An organic solvent in which propylene carbonate and ethylene carbonate are mixed in an equal weight ratio is impregnated with an organic electrolyte solution in which lithium tetrafluoroborate is mixed at a concentration of 1 mol / liter and the temperature is increased. In the process, after the impedance value rises and once exceeds 1 kΩ square cm,
The polyolefin porous membrane according to any one of claims 1 to 6, wherein the temperature (shutdown end temperature) at which the impedance value decreases to 1 kΩ square cm (shutdown termination temperature) is 170 ° C or higher.
膜の少なくとも一方の表面上に真空製膜法により無機薄
膜を形成し、空孔の内部表面には実質的に形成しないこ
とを特徴とするポリオレフィン多孔質膜の製造方法。8. A polyolefin, wherein an inorganic thin film is formed on at least one surface of a porous film made of a heat-meltable polyolefin by a vacuum film forming method, and is not substantially formed on the inner surface of the pores. A method for producing a porous membrane.
グ法またはCVD法であることを特徴とする、請求項8
記載のポリオレフィン多孔質膜の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein the vacuum film forming method is a vacuum deposition method, a sputtering method or a CVD method.
The method for producing a polyolefin porous membrane according to the above.
10℃以上の熱溶融性ポリオレフィンからなる多孔質膜
を用い、該多孔質膜の表面温度を、(該多孔質膜の溶融
温度−30)℃以下で形成することを特徴とする、請求
項8または9記載のポリオレフィン多孔質膜の製造方
法。10. When forming an inorganic thin film, a melting temperature of 1
9. The method according to claim 8, wherein a porous film made of a heat-meltable polyolefin having a temperature of 10 ° C. or more is used, and the surface temperature of the porous film is formed at (melting temperature of the porous film−30) ° C. or less. Or a method for producing a polyolefin porous membrane according to item 9.
薄膜が形成されたポリオレフィン多孔質膜を用いた電極
隔離用セパレーター。11. A separator for electrode separation using the polyolefin porous membrane on which the inorganic thin film according to claim 1 is formed.
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