JP7498571B2 - 蓄電デバイス用微多孔膜 - Google Patents
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Description
[1]
ポリオレフィンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、
前記ポリオレフィンが1種又は2種以上の官能基を有し、かつ
蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成され、
前記ポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用微多孔膜。
[2]
前記架橋構造は、(1)前記官能基同士が縮合反応することにより形成される、項目1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[3]
前記架橋構造は、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応することにより形成される、項目1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[4]
前記化学物質が、前記蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかである、項目1又は3に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[5]
前記架橋構造は、(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応することにより形成される、項目1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[6]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(I):
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の前記架橋反応が前記蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、項目1~5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[7]
ポリオレフィンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、前記蓄電デバイス用微多孔膜は、前記ポリオレフィンの非晶部が架橋された非晶部架橋構造を有し、
前記ポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが1.3以上である;
を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用微多孔膜。
[8]
前記非晶部が、選択的に架橋された、項目7に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[9]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(II):
RE’mix=E’/E’0 (II)
{式中、E’は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記非晶部架橋構造を有するときに160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’0は、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’又はE’0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’mix)が、1.2倍~20倍である、項目7又は8に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[10]
前記ポリオレフィンは、MFRが0.25g/10min以上であり、Mw/Mnが4.0以上であり、かつ密度が1.1g/cm3以下であり、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜の配向割合の比MD/TDが、3.0以下である、
項目1~9のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[11]
前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンである、項目1~10のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[12]
ポリプロピレンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、
前記ポリプロピレンが、1種又は2種以上の官能基を有し、かつβ晶活性であり、
前記蓄電デバイス用微多孔膜の蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成される蓄電デバイス用微多孔膜。
[13]
前記架橋構造は、(1)前記官能基同士が縮合反応することにより形成される、項目12に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[14]
前記架橋構造は、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応することにより形成される、項目12に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[15]
前記化学物質が、前記蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかである、項目12又は14に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[16]
前記架橋構造は、(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応することにより形成される、項目12に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[17]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(I):
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の前記架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、項目12~16のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[18]
ポリプロピレンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、前記ポリプロピレンがβ晶活性であり、かつ前記蓄電デバイス用微多孔膜は、前記ポリプロピレンの非晶部が架橋された非晶部架橋構造を有する蓄電デバイス用微多孔膜。
[19]
前記非晶部が、選択的に架橋された、項目18に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[20]
前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(II):
RE’mix=E’/E’0 (II)
{式中、E’は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記非晶部架橋構造を有するときに160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’0は、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’又はE’0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’mix)が、1.2倍~20倍である、項目18又は19に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[21]
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、前記ポリプロピレンとして、
下記要件(P1)~(P3):
(P1)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のMFRが、2.5g/10min以下である;
(P2)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、10以下である;及び
(P3)密度が0.89g/cm3以上である:
を満たすホモポリプロピレン(A)と、
前記要件(P1)~(P3)の少なくとも1つを満たさず、かつ官能基を有するポリプロピレン(B)と、
を含む、項目12~20のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[22]
前記ポリプロピレン(B)の含有割合が、4質量%以上30質量%以下である、項目21に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[23]
前記ポリプロピレン(B)が、シラン変性ポリプロピレンである、項目21又は22に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
[24]
前記ホモポリプロピレン(A)は、MFRが0.25g/10min以上であり、Mw/Mnが4.9以上であり、かつ密度が0.96g/cm3以下である、項目21~23のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
微多孔膜は、単数又は複数の種類のポリオレフィン系樹脂で形成されるか、又はポリオレフィン系樹脂とそれ以外の樹脂とを有する複合樹脂膜であることができ、かつ多数の微細な孔を有する。ポリオレフィン系樹脂を主成分として含む微多孔膜(以下、ポリオレフィン系微多孔膜ともいう)は、膜の質量に対して、ポリオレフィン系樹脂を50質量%以上含む。
第一の実施形態に係る微多孔膜は、1種又は2種以上の官能基を有するポリオレフィンを含み、蓄電デバイスへ収納された後には、(1)ポリオレフィンの官能基同士が縮合反応するか、(2)ポリオレフィンの官能基が蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)ポリオレフィンの官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成される。第一の実施形態では、微多孔膜は、上記(1)~(3)のいずれかの反応により架橋構造を形成することができ、それにより強度を保ち、150℃以上の高温下での耐破膜性を向上させることでき、例えばセパレータとして、蓄電デバイスに収納されたときにデバイス特性と安全性を両立する傾向にある。
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たす。第一の実施形態では、ポリオレフィン及び微多孔膜が、要件(A)~(D)を満たすと、微多孔膜の強度、製膜性、生産性及び開孔性が向上する傾向にある。
他方、微多孔膜が蓄電デバイスへ収納される前に架橋反応を行い、巻取り・スリットなどの工程を経た場合には、その工程の際に発生した張力等の応力の影響が残留する。このとき、当該応力が蓄電デバイス組み立て後に開放された場合には、電極捲回物等のデフォーム又は応力集中による破損の原因となることが考えられるため好ましくない。
第三の実施形態に係る微多孔膜は、ポリオレフィンを含み、かつポリオレフィンの非晶部が架橋された非晶部架橋構造を有する。第三の実施形態では、ポリオレフィンの非晶部架橋構造が、150℃以上の高温下での耐破膜性を向上させることでき、微多孔膜がセパレータとして蓄電デバイスに組み込まれたときに、デバイス特性と安全性を両立する傾向にある。
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たす。第三の実施形態では、ポリオレフィン及び微多孔膜が要件(A)~(D)を満たすと、第一の実施形態において説明された要件(A)~(D)と同じ理由のために、微多孔膜の強度、製膜性、生産性、開孔性及びイオン透過性、並びに蓄電デバイス特性が向上する傾向にある。
第一、第二、第三及び第四の実施形態では、架橋反応機構・架橋構造について明らかではないが、本発明者らは下記(ア)~(エ)のように考える。
ポリエチレン等に代表されるポリオレフィン樹脂は、図1に示すように、一般に結晶性高分子であり、結晶構造のラメラ(結晶部)、非晶部およびそれらの間の中間層部に分かれた高次構造を有する。結晶部、及び結晶部と非晶部の間の中間層部においては、高分子鎖の運動性は低く、切り分けができないが、固体粘弾性測定では0℃~120℃領域に緩和現象が観測できる。他方、非晶部は、高分子鎖の運動性が非常に高く、固体粘弾性測定では-150℃~-100℃領域に観測される。この点が、後述されるラジカルの緩和又はラジカルの移動反応、架橋反応等に関係する。
次に、高分子への電子線架橋(以下、EB架橋という)の反応機構は、以下のとおりである。
(i)数十kGyから数百kGyの電子線の照射、
(ii)反応対象物(高分子)への電子線の透過と二次電子発生、
(iii)二次電子による高分子鎖中の水素の引き抜き反応とラジカル発生、
(iv)ラジカルによる隣接水素の引き抜きと活性点の移動、(v)ラジカル同士の再結合による架橋反応またはポリエン形成。
ここで、結晶部に発生したラジカルについては、運動が乏しいため、長期間に亘り存在し、かつ不純物等が結晶内へ進入できないため、反応・消光の確率が低い。このようなラジカル種は、Stable Radicalと呼ばれており、数ヶ月という長い期間で残存し、ESR測定によって寿命が明らかになる。結果として、結晶内における架橋反応は乏しいと考えられる。しかしながら、結晶内部に僅かに存在する、拘束されていない分子鎖又は周辺の結晶-非晶中間層部では、発生したラジカルは、やや長い寿命を有する。このようなラジカル種は、Persistent Radicalと呼ばれており、運動性のある環境下では、高い確率で分子鎖間の架橋反応が進行すると考えられる。一方、非結晶部は運動性が非常に高いため、発生したラジカル種は寿命が短く、分子鎖間の架橋反応だけではなく、一本の分子鎖内のポリエン反応も高確率で進行すると考えられる。
以上の様に、結晶レベルのミクロな視野においては、EB架橋による架橋反応は結晶内部又はその周辺が局在していると推測できる。
前述のように、ポリオレフィン樹脂には結晶部と非晶部が存在する。しかし、前述の官能基は、立体障害のため結晶内部には存在せず、非晶部に局在する。このことは、一般的に知られており、ポリエチレン鎖状に僅かに含まれるメチル基のようなユニットは結晶中に取り込まれることはあるが、エチル基より嵩高いグラフトは取り込まれることはない(「基礎高分子化学」東京化学同人 発行)。このため、電子線架橋と異なる反応による架橋点は、非晶部のみに局在する。
微多孔膜中に架橋構造を形成するためには、ポリオレフィン樹脂中の官能基と蓄電デバイス中に含まれる化学物質との組み合わせを用いるか、又は蓄電デバイス中に含まれる化学物質を、触媒として用いることが好ましい。蓄電デバイス内部の化学反応による架橋反応では、使用原料又は触媒等に応じて、反応生成物のモルフォロジーが相違する。本発明に至るまでの研究では、架橋構造の解明及び構造変化に伴うに微多孔膜の物性変化を明らかにするために、以下の実験により現象解明に至った。
RE’X=E’Z/E’z0 (I)
{式中、E’Zは、微多孔膜の架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’z0は、微多孔膜が蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率である。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)、及び/又は下記式(III):
RE’’X=E’’Z/E’’Z0 (III)
{式中、E’’Zは、微多孔膜の架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された損失弾性率であり、かつ
E’’Z0は、微多孔膜が蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された損失弾性率である。}
により定義される混合損失弾性率比(RE’’x)が、好ましくは1.2倍~20倍、より好ましくは2.0倍~18倍、さらに好ましくは3.0倍~16.5倍である。なお、E’Z及びE’z0とE’’Z及びE’’z0とは、それぞれ160℃~300℃を最も広い温度領域としたときに、測定装置の設定温度範囲内で測定された貯蔵弾性率又は損失弾性率の平均値である。また、積層膜の場合には、積層膜からポリオレフィン系微多孔膜のみを取り外して貯蔵弾性率E’Z及びE’z0と損失弾性率E’’Z及びE’’z0を測定するものとする。E’Z、E’z0、E’’Z又はE’’z0である弾性率の測定条件は、実施例に記載される。
RE’mix=E’/E’0 (II)
{式中、E’は、非晶部架橋構造を有する微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’0は、非晶部架橋構造を有しない微多孔膜の160℃~300℃で測定された貯蔵弾性率である。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’mix)、及び/又は下記式(IV):
RE’’mix=E’’/E’’0 (IV)
{式中、E’’は、微多孔膜が非晶部架橋構造を有するときに160℃~300℃で測定された損失弾性率であり、かつ
E’’0は、非晶部架橋構造を有しない微多孔膜の160℃~300℃で測定された損失弾性率である。}
により定義される混合損失弾性率比(RE’’mix)が、好ましくは1.2倍~20倍、より好ましくは2.0倍~18倍、さらに好ましくは3.0倍~17倍である。なお、E’及びE’0とE’’及びE’’0は、それぞれ160℃~300℃を最も広い温度領域としたときに、測定装置の設定温度範囲内で測定された貯蔵弾性率又は損失弾性率の平均値である。また、積層膜の場合には、積層膜からポリオレフィン系微多孔膜のみを取り外して貯蔵弾性率E’及びE’0と損失弾性率E’’及びE’’0を測定するものとする。E’、E’0、E’’又はE’’0である弾性率の測定条件は、実施例に記載される。
微多孔膜を構成するポリオレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、エチレン若しくはプロピレンのホモ重合体、又はエチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、及びノルボルネンから成る群より選ばれる少なくとも2つのモノマーから形成される共重合体などが挙げられる。この中でも、湿式又は乾式での多孔化が容易であるという観点から、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリプロピレン、ポリブテン、又はそれらの組み合わせが好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。一般に、UHMWPEの重量平均分子量は、1,000,000以上であることが知られている。なお、ポリオレフィンは、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
微多孔膜は、架橋構造の形成、耐酸化還元劣化及び緻密で均一な多孔質構造の観点から、1種又は2種以上の官能基を有するポリオレフィンとして、官能基変性ポリオレフィン、又は官能基を有する単量体を共重合されたポリオレフィンを含むことが好ましい。なお、本明細書では、官能基変性ポリオレフィンとは、ポリオレフィンの製造後に官能基を結合させた物をいう。官能基は、ポリオレフィン骨格に結合するか、又はコモノマーに導入可能なものであり、好ましくは、ポリオレフィン非晶部の選択的な架橋に関与するものであり、例えば、カルボキシル基、ヒドロキシ基、カルボニル基、重合性不飽和炭化水素基、イソシアネート基、エポキシ基、シラノール基、ヒドラジド基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、アセトアセチル基、アジリジン基、エステル基、活性エステル基、カーボネート基、アジド基、鎖状又は環状ヘテロ原子含有炭化水素基、アミノ基、スルフヒドリル基、金属キレート基、及びハロゲン含有基から成る群から選択される少なくとも1つであることができる。
微多孔膜の強度、イオン透過性、耐酸化還元劣化及び緻密で均一な多孔質構造などの観点から、微多孔膜は、1種又は2種以上の官能基を有するポリオレフィンと、その他のポリオレフィンとの両方を含むことが好ましく、より好ましくは、第一のポリプロピレン(A)と、ポリプロピレン(A)とは区別されることができて官能基を有する第二のポリプロピレン(B)との両方を含む。
(P1)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のMFRが、2.5g/10min以下である;
(P2)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、10以下である;及び
(P3)密度が0.89g/cm3以上である:
を満たすホモポリプロピレン(A)であることが好ましい。ホモポリプロピレン(A)の要件(P1)については、MFRは、より好ましくは、0.25~2.4g/10minである。要件(P2)については、ホモポリプロピレン(A)の分散度(Mw/Mn)は、より好ましくは4.9~9.0である。要件(P3)については、ホモポリプロピレン(A)の密度は、より好ましくは、0.90g/cm3以上かつ0.96g/cm3以下、又は0.90g/cm3以上かつ0.93g/cm3以下である。
微多孔膜の架橋構造は、セパレータとして使用されたときのシャットダウン機能と高温耐破膜性の両立及び耐蓄電デバイスの安全性に寄与し、好ましくはポリオレフィンの非晶部に形成される。架橋構造は、例えば、共有結合、水素結合又は配位結合のいずれかを介した反応により形成されることができる。中でも、共有結合を介した反応は、下記反応(I)~(IV):
(I)複数の同一官能基の縮合反応
(II)複数の異種官能基間の反応
(III)官能基と電解液の連鎖縮合反応
(IV)官能基と添加剤の連鎖縮合反応
から成る群から選択される少なくとも1つであることが好ましい。
また、配位結合を介した反応は、下記反応(V):
(V)複数の同一官能基が、溶出金属イオンとの配位結合を介して架橋する反応
であることが好ましい。
で表される1価の基が好ましい。
で表される2価の基から成る群から選択される少なくとも1つを有することが好ましい。また、化合物Ryに複数の鎖状ユニットy2が含まれる場合には、それらは、互いに同一でも異なっていてもよく、それらの配列はブロックでもランダムでもよい。
で表される少なくとも2つの基であることが好ましい。式(ROy1-1)において、複数のXは、それぞれ独立に、水素原子又は1価の置換基であり、好ましくは、水素原子、C1~20アルキル基、脂環式基、又は芳香族基であり、より好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基、シクロヘキシル基又はフェニル基である。エポキシ開環反応について、化合物Rxの官能基xと化合物Ryの連結反応ユニットy1の好ましい組み合わせを下記表7に示す。
微多孔膜は、所望により、ポリオレフィンに加えて、脱水縮合触媒、ステアリン酸カルシウム又は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、着色顔料等の公知の添加剤を含んでよい。
以下の微多孔膜の特性は、蓄電デバイス用微多孔膜が平膜の場合について記載されているが、蓄電デバイス用微多孔膜が積層膜の形態である場合には積層膜から微多孔膜以外の層を除いてから測定されることができる。
微多孔膜の製造方法は、以下の:
ポリオレフィン樹脂組成物の形成工程;及び
ポリオレフィン樹脂組成物の開孔化工程;
開孔化物の熱処理工程;
を含むことができる。微多孔膜(平膜)の場合について以下に説明するが、平膜以外の形態を除く意図ではない。
第一、第二、第三及び第四の実施形態に係る微多孔膜は、蓄電デバイスにおいて使用されることができる。一般に、蓄電デバイスは、外装体と、正極と、負極と、正負極間に配置されたセパレータと、電解液とを備える。これらの実施形態に係る微多孔膜が、デバイス外装体に収納されると、微多孔膜の製造プロセス中に形成された官能基変性ポリオレフィン又は官能基グラフト共重合ポリオレフィンと、電解液又は添加剤に含まれる化学物質とが反応し、架橋構造が形成されるため、作製された蓄電デバイスには架橋構造がある。微多孔膜は、蓄電デバイスに収納されるときまで微多孔膜の架橋性を維持し、その後に蓄電デバイスの安全性を向上させるという観点から、セパレータとして正負極間に配置されることが好ましい。微多孔膜がセパレータとして蓄電デバイスに収納されると、架橋構造が形成されるため、従来の蓄電デバイスの製造プロセスに適合しながら、デバイス製造後に架橋反応を起こして蓄電デバイスの安全性を向上させることができる。
リチウムイオン二次電池は、正極として、コバルト酸リチウム、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム遷移金属酸化物、負極として、グラファイト、黒鉛等の炭素材料、そして電解液としてLiPF6等のリチウム塩を含む有機溶媒を使用した蓄電池である。リチウムイオン二次電池の充電・放電の時には、イオン化したリチウムが電極間を往復する。また、電極間の接触を抑制しながら、前記イオン化したリチウムが、電極間の移動を比較的高速に行う必要があるため、電極間にセパレータが配置される。
メルトフローレート(MFR)は、JIS K 7210に準拠し、ポリプロピレン樹脂を230℃及び2.16kgの条件下で測定した値で示した(単位はg/10分である)。
アジレント PL-GPC220を用い、標準ポリスチレンを以下の条件で測定して較正曲線を作成した。また、下記各ポリマーについても同様の条件でクロマトグラフを測定し、較正曲線に基づいて、下記方法により各ポリマーの重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値を算出した。
カラム :TSKgel GMHHR-H(20) HT(7.8mmI.D.×30 cm) 2本
移動相 :1,2,4-トリクロロベンゼン
検出器 :RI
カラム温度:160℃
試料濃度 :1mg/ml
校正曲線 :ポリスチレン
測定には、リガク社製Ultima-IVを用いた。Cu-Kα線を、試料であるセパレータに入射し、D/tex Uitraにより回折光を検出した。測定条件は、試料と検出器間との距離が285mm、励起電圧が40kV、電流が40mAの条件であった。光学系には集中光学系を採用し、スリット条件は、DS=1/2°、SS=解放、縦スリット=10mmであった。計測したMD方向の配向結晶割合をTD方向の配向結晶割合で除した値をMD/TDの配向割合として算出した。
ミツトヨ社製のデジマチックインジケータIDC112を用いて室温23±2℃で多孔性フィルムの厚さを測定した。
多孔性フィルムから5cm×5cm角のサンプルを切り出し、そのサンプルの体積と質量から下記式を用いて気孔率を算出した。
気孔率(%)=(体積(cm3)-質量(g)/樹脂組成物の密度(g/cm3))/体積(cm3)×100
JIS P-8117に準拠したガーレー式透気度計で微多孔膜の透気抵抗度を測定した。
先端が半径0.5mmの半球状である針を用意し、直径(dia.)11mmの開口部を有するプレート2つの間に微多孔膜を挟み、針、微多孔膜及びプレートをセットした。株式会社イマダ製「MX2-50N」を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、微多孔膜保持プレートの開口部直径11mm及び突刺速度25mm/分の条件下で突刺試験を行い、針と微多孔膜を接触させ、最大突刺荷重(すなわち、突刺強度(gf))を測定した。
動的粘弾性測定装置を用いてセパレータの動的粘弾性測定を行い、貯蔵弾性率(E’)、損失弾性率(E’’)、及びゴム状平坦領域と結晶融解流動領域の転移温度を算出した。貯蔵弾性率変化比(RE’X)は下記式(I)、混合貯蔵弾性率比(RE’mix)は下記式(II)に従い、損失弾性率比(RE’’X)は下記式(III)に従い、混合損失弾性率比(RE’’mix)は下記式(IV)に従い、それぞれ算出した。なお、測定条件は下記(i)~(iv)のとおりであった。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
{式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差}
から貯蔵弾性率及び損失弾性率を算出した。
E’Z及びE’Z0とE’’Z及びE’’Z0は、動的粘弾性測定データ中、160℃~300℃における各貯蔵弾性率又は各損失弾性率の最大値とした。E’及びE’0とE’’及びE’’0は、動的粘弾性測定データ中、160℃~300℃における各貯蔵弾性率又は各損失弾性率の平均値とした。
RE’X=E’Z/E’Z0 (I) セルへの投入の前後の対比
RE’mix=E’/E’0 (II) 非晶部架橋構造の有無の対比
RE’’X=E’’Z/E’’Z0 (III) セルへの投入の前後の対比
RE’’mix=E’’/E’’0 (IV) 非晶部架橋構造の有無の対比
温度と損失弾性率の関係を説明するためのグラフの一例を図4に示す。図4には、-50℃~310℃の温度範囲内の基準膜(シラングラフト変性ポリオレフィンを含まない蓄電デバイス用セパレータ)と架橋後膜の損失弾性率が対比され、図3と同様の方法により定められた転移温度が示される。本技術分野では、貯蔵弾性率と損失弾性率は、下記式:
tanδ=E’’/E’
{式中、tanδは、損失正接を表し、E’は、貯蔵弾性率を表し、かつE’’は、損失弾性率を表す。}
に従って互換可能である。
なお、混合貯蔵弾性率比(RE’mix)又は混合損失弾性率比(RE’’mix)の測定では、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用セパレータとして、ゲル化度が約0%であるシラン非変性ポリオレフィン系微多孔膜を使用した。また、E’、E’0、E’’及びE’’0については、160℃~300℃において、サンプルの破断(弾性率の急な低下)が観察されない場合には、160℃~300℃の平均値より算出し、160℃~300℃においてサンプルの破断が見られた場合には、160℃から破断点の温度までの平均値より算出した。
本明細書では、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用セパレータは、ポリエチレン:X(粘度平均分子量10万~40万)、超高分子量PE:Y(粘度平均分子量40万~80万)及び超高分子量PE:Z(粘度平均分子量80万~900万)から成る群から選択される任意の一種類、またはX、Y及びZから成る群から選択される2種類若しくは3種類を用いて、任意の割合で混合した組成で製造されるセパレータであることができる。なお、低密度ポリエチエレン:LDPE、直鎖状低密度ポリエチレン:LLDPE、ポリプロピレン:PP、オレフィン系熱可塑性エラストマー等の炭化水素骨格のみで構成したポリオレフィンを混合組成物に添加してもよい。より詳細には、非晶部架橋構造を有しない蓄電デバイス用セパレータは、デカリン溶液中の160℃での加熱前後の固形分の変化率(以下「ゲル化度」という)が10%以下であるポリオレフィン系微多孔膜を意味することができる。なお、ゲル化度の測定時に、固形分は、樹脂のみを意味し、無機物などの他の材料を含まないものとする。
他方、シラン架橋構造などの非晶部架橋構造を有するポリオレフィン系微多孔膜のゲル化度は、好ましくは30%以上、より好ましくは70%以上である。
MDおよびTD方向の引張強度は、ASTM-882の手順に従い、Instron Model 4201を使用して測定し、破断強度として求めた。
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%、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%、及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)3.2質量%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で塗布し、130℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。このとき、正極の活物質塗布量は250g/m2、活物質嵩密度は3.00g/cm3になるように調整した。
負極活物質として人造グラファイト96.9質量%、及びバインダー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%とスチレン-ブタジエン共重合体ラテックス1.7質量%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で塗布し、120℃で3分間乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形した。このとき、負極の活物質塗布量は106g/m2、活物質嵩密度は1.35g/cm3になるように調整した。
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1.0mol/Lとなるように溶解させて調製した。直径200mmの円形状に、アルミニウム箔の裏に導電性銀ペーストで抵抗測定用電線を接着した正極、セパレータ及び負極を切出し、重なり合わせし、得られた積層体にc.電解質含有電解液を加え、全体に染渡す。直径600mmの円形状アルミヒーターで前記積層体を中心部に挟み、油圧ジャッキでアルミヒーターを上下から0.5Mpaに加圧し、測定の準備を完了とする。昇温速度を2℃/minの速度で、アルミヒーターで前記積層体を加熱しながら、電極間の抵抗(Ω)を測定する。セパレータのヒューズともに電極間の抵抗が上昇し、抵抗が初めて1000Ωを超えた時の温度をヒューズ温度(シャットダウン温度)とする。また、さらに加熱を続け、抵抗が1000Ω以下に下がる時の温度をメルトダウン温度(破膜温度)とする。
<シラングラフト変性ポリオレフィンの製法>
シラングラフト変性ポリオレフィンに用いる原料ポリオレフィンは、粘度平均分子量(Mv)が10万以上かつ100万以下であり、重量平均分子量(Mw)が3万以上かつ92万以下、数平均分子量は1万以上かつ15万以下でよく、プロピレン又はブテン共重合αオレフィンでもよい。原料ポリオレフィンを押出機で溶融混練しながら、有機過酸化物(ジ-t-ブチルパーオキサイド)を添加し、αオレフィンポリマー鎖内でラジカルを発生させた後、トリメトキシアルコキシド置換ビニルシランを注液し、付加反応により、αオレフィンポリマーへアルコキシシリル基を導入し、シラングラフト構造を形成させる。また、同時に系中のラジカル濃度を調整するために、酸化防止剤(ペンタエリトリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-テトラ-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオナート])を適量添加し、αオレフィン内の鎖状連鎖反応(ゲル化)を抑制する。得られたシラングラフトポリオレフィン溶融樹脂を水中で冷却し、ペレット加工を行った後、80℃で2日間に亘って加熱乾燥し、水分又は未反応のトリメトキシアルコキシド置換ビニルシランを除く。なお、未反応のトリメトキシアルコキシド置換ビニルシランのペレット中の残留濃度は、1000~1500ppm程度である。
上記の製法により得られたシラングラフト変性ポリオレフィンを以降の実施例及び表1において「シラン変性ポリプロピレン」として示す。
高分子量のポリプロピレン樹脂(PP、MFR=0.25)と上記シラン変性ポリプロピレンをPP:シラン変性ポリプロピレン=95:5(質量%)の質量比率でドライブレンドした後、2.5インチの押出機で溶融し、環状ダイへとギアポンプを使って供給した。ダイの温度は230℃に設定されており、かつ溶融したポリマーを、吹込空気によって冷却された後、ロールに巻き取った。押出された前駆体(原反フィルム)は、15μmの厚さを有し、次いで、原反フィルムを130℃で15分間アニールした。次いで、アニールされたフィルムを、室温で21%まで冷間延伸し、次いで123℃で158%まで熱間延伸し、126℃で128%まで緩和することにより、微多孔を形成して微多孔膜を得た。上記延伸開孔の後、微多孔膜の物性測定を行った。結果を表8に示す。
表8に示されるとおりに原料を変更させたこと以外は実施例1と同じ方法に従って微多孔膜を得て、得られた微多孔膜を評価した。
MFR2.4のポリプロピレンに対して、β晶核剤として1:2,6-ナフタレンジカルボン酸ジシクロヘキシルアミド0.2質量%、及び酸化防止剤0.1質量%を配合し、同方向二軸押出機に投入し、設定温度270℃で溶融混練した。得られたストランドを水槽で冷却固化し、ペレタイザーでカットし、ペレットを作製した。
得られたβ晶活性ポリプロピレンペレットと上記シラン変性ポリプロピレンをβ晶活性ポリプロピレン:シラン変性ポリプロピレン=95:5(質量%)の質量比率でドライブレンドした後、2.5インチの押出機で溶融し、環状ダイへとギアポンプを使って供給した。ダイの温度は230℃に設定されており、かつ溶融したポリマーを、吹込空気によって冷却した後、ロールに巻き取った。押出された前駆体(原反フィルム)は、15μmの厚さを有し、次いで、原反フィルムを130℃で15分間アニールした。次いで、アニールされたフィルムを、室温で21%まで冷間延伸し、次いで123℃で158%まで熱間延伸し、126℃で128%まで緩和することにより、微多孔を形成して微多孔膜を得た。上記延伸開孔の後、微多孔膜の物性測定を行った。結果を表8に示す。
表8に示されるとおりに原料を変更させたこと以外は実施例7と同じ方法に従って微多孔膜を得て、得られた微多孔膜を評価した。
Claims (18)
- ポリオレフィンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、
前記ポリオレフィンが1種又は2種以上の官能基を有し、かつ
蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成され、
前記ポリオレフィンが、下記要件(A)~(C):
(A)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のメルトフローレイト(MFR)が、3.0g/10min以下である;
(B)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、15以下である;及び
(C)密度が0.85g/cm3以上である;
を満たし、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜が、下記要件(D):
(D)広角X線散乱で測定した際の機械方向(MD)に対する幅方向(TD)の配向割合の比MD/TDが、1.3以上である;
を満たすことを特徴とする蓄電デバイス用微多孔膜。 - 前記架橋構造は、(1)前記官能基同士が縮合反応することにより形成される、請求項1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記架橋構造は、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応することにより形成される、請求項1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記化学物質が、前記蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかである、請求項1又は3に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記架橋構造は、(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応することにより形成される、請求項1に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(I):
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の架橋反応が前記蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用微多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、請求項1~5のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 - 前記ポリオレフィンは、MFRが0.25g/10min以上であり、Mw/Mnが4.0以上であり、かつ密度が1.1g/cm3以下であり、かつ
前記蓄電デバイス用微多孔膜の配向割合の比MD/TDが、3.0以下である、
請求項1~6のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 - 前記ポリオレフィンが、ポリプロピレンである、請求項1~7のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- ポリプロピレンを含む蓄電デバイス用微多孔膜であって、
前記ポリプロピレンが、1種又は2種以上の官能基を有し、かつβ晶活性であり、
前記蓄電デバイス用微多孔膜の蓄電デバイスへの収納後に、(1)前記官能基同士が縮合反応するか、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応するか、又は(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応して、架橋構造が形成される蓄電デバイス用微多孔膜。 - 前記架橋構造は、(1)前記官能基同士が縮合反応することにより形成される、請求項9に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記架橋構造は、(2)前記官能基が前記蓄電デバイス内部の化学物質と反応することにより形成される、請求項9に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記化学物質が、前記蓄電デバイスに含まれる電解質、電解液、電極活物質、添加剤又はそれらの分解物のいずれかである、請求項9又は11に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記架橋構造は、(3)前記官能基が他の種類の官能基と反応することにより形成される、請求項9に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記蓄電デバイス用微多孔膜は、下記式(I):
RE’X=E’Z/E’Z0 (I)
{式中、E’Zは、前記蓄電デバイス用微多孔膜の架橋反応が蓄電デバイス内で進行した後に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、かつ
E’Z0は、前記蓄電デバイス用多孔膜が前記蓄電デバイスに組み込まれる前に、160℃~300℃の温度領域で測定された貯蔵弾性率であり、そしてE’Z又はE’Z0である貯蔵弾性率の測定条件は、下記構成(i)~(iv)で規定される。
(i)動的粘弾性測定を以下の条件:
・雰囲気:窒素
・使用測定装置:RSA-G2(TAインスツルメンツ社製)
・サンプル膜厚:5μm~50μmの範囲(サンプルの膜厚によらず1枚で測定を実施する)
・測定温度範囲:-50~300℃
・昇温速度:10℃/min
・測定周波数:1Hz
・変形モード:正弦波引張モード(Linear tension)
・静的引張荷重の初期値:0.5N
・初期(25℃時)のギャップ間距離:25mm
・Auto strain adjustment:Enabled(範囲:振幅値0.05~25%、正弦波荷重0.02~5N)
で行なった。
(ii)静的引張荷重とは、各周期運動での最大応力と最小応力の中間値を指し、かつ正弦波荷重とは、静的引張荷重を中心とした振動応力を指す。
(iii)正弦波引張モードとは、固定振幅0.2%で周期運動を行いながら振動応力を測定することを指し、その際に、静的引張荷重と正弦波荷重の差が20%以内となるようにギャップ間距離及び静的引張荷重を変動して振動応力を測定した。なお、正弦波荷重が0.02N以下になった場合、正弦波荷重が5N以内かつ振幅値の増加量が25%以内になるように振幅値を増幅させて振動応力を測定した。
(iv)得られた正弦波荷重と振幅値の関係、及び下記式:
σ*=σ0・Exp[i(ωt+δ)]、
ε*=ε0・Exp(iωt)、
σ*=E*・ε*
E*=E’+iE’’
(式中、σ*:振動応力、ε*:歪み、i:虚数単位、ω:角振動数、t:時間、δ:振動応力と歪みの間の位相差、E*:複素弾性率、E’:貯蔵弾性率、E’’:損失弾性率
振動応力:正弦波荷重/初期断面積
静的引張荷重:各周期での振動応力の最小点(各周期でのギャップ間距離の最小点)の荷重
正弦波荷重:測定された振動応力と静的引張荷重の差)
から貯蔵弾性率を算出する。}
により定義される混合貯蔵弾性率比(RE’x)が、1.2倍~20倍である、請求項9~13のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 - 前記蓄電デバイス用微多孔膜が、前記ポリプロピレンとして、
下記要件(P1)~(P3):
(P1)温度230℃及び質量2.16kgの条件下で測定した際のMFRが、2.5g/10min以下である;
(P2)重量平均分子量Mwを数平均分子量Mnで除した値(Mw/Mn)が、10以下である;及び
(P3)密度が0.89g/cm3以上である:
を満たすホモポリプロピレン(A)と、
前記要件(P1)~(P3)の少なくとも1つを満たさず、かつ官能基を有するポリプロピレン(B)と、
を含む、請求項9~14のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。 - 前記ポリプロピレン(B)の含有割合が、4質量%以上30質量%以下である、請求項15に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記ポリプロピレン(B)が、シラン変性ポリプロピレンである、請求項15又は16に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
- 前記ホモポリプロピレン(A)は、MFRが0.25g/10min以上であり、Mw/Mnが4.9以上であり、かつ密度が0.96g/cm3以下である、請求項15~17のいずれか1項に記載の蓄電デバイス用微多孔膜。
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