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公開番号2024056022
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-19
出願番号2024034361,2022167933
出願日2024-03-06,2015-11-24
発明の名称リチウムイオン二次電池用の改善された多層微多孔性セパレータおよび関連方法
出願人セルガードエルエルシー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 50/417 20210101AFI20240412BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウムイオン二次電池用の改善された多層積層微多孔性電池セパレータ、およ
び/またはこのセパレータの製造方法または使用方法が提供される。
【解決手段】好ましい本発明のドライプロセスセパレータは、リチウムイオン電池の改善
されたサイクル性能および充電性能のために改善された突刺強度および低電気抵抗を有す
る12μm～30μmの範囲の厚さの三層積層ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロ
ピレン微多孔膜である。さらに、好ましい本発明のセパレータのまたは膜の低電気抵抗お
よび高気孔率は、高出力用途用リチウム電池の優れた充電レート性能を与える。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
新規または改善されたセパレータ、膜またはベースフィルムであって、ドライ延伸プロセスにより製造された少なくとも１種の微多孔膜を含み、前記ドライ延伸プロセスによりポリオレフィン樹脂、ミックスまたはブレンドが押出成形されて前記膜が形成され、前記樹脂が約０．８ｇ／１０分以下のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を有し、
前記セパレータが、約１２μｍ以上の厚さ、約３５％～約６５％の範囲の気孔率、および約１．５オーム－ｃｍ
２
以下の電気抵抗（ＥＲ）値を有し、および、
必要に応じて、前記セパレータが、多層もしくは三層セパレータまたはベースフィルムであり、ドライ延伸プロセスにより作製され、積層形成プロセスにより作製され、少なくとも２８０ｇｆの突刺強度（ＰＳ）および少なくとも１２μｍの厚さを有し、少なくとも３３０ｇｆの突刺強度（ＰＳ）および少なくとも１４μｍの厚さを有し、少なくとも３５０ｇｆの突刺強度（ＰＳ）および少なくとも１６μｍの厚さを有し、少なくとも３５％の気孔率を有し、３７％を超える気孔率を有し、少なくとも３９％の気孔率を有し、約３５％～６５％の範囲の気孔率を有し、約３９％～５３％の範囲の気孔率を有し、１．５オーム－ｃｍ
２
以下のＥＲを有し、少なくとも３５％の気孔率を有し、ドライプロセスにより製造された少なくとも２種のポリオレフィン微多孔膜を含み、このドライプロセスではポリプロピレン樹脂が押し出しされて前記膜が形成され、前記樹脂は、約０．８ｇ／１０分以下のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を有し、ドライプロセスにより製造された少なくとも３種のポリオレフィン微多孔膜を含み、このドライプロセスではポリプロピレン樹脂が押し出しされて前記膜が形成され、前記樹脂は、約０．８ｇ／１０分以下のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を有し、少なくとも１種のポリエチレン膜を含み、および／または少なくとも２種のポリプロピレン膜を含む、新規または改善されたセパレータ、膜またはベースフィルム。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
多層セパレータ、膜またはベースフィルムである、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項３】
三層セパレータ、膜またはベースフィルムである、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項４】
ドライ延伸プロセスにより作製される、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項５】
積層形成プロセスにより作製される、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項６】
少なくとも３３０ｇｆの突刺強度（ＰＳ）を有し、少なくとも１４μｍの厚さを有する、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項７】
少なくとも３５０ｇｆの突刺強度（ＰＳ）を有し、少なくとも１６μｍの厚さを有する、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項８】
少なくとも３５％、３７％を超える、または少なくとも３９％の気孔率を有する、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項９】
約３５％～６５％の範囲、または約３９％～５３％の範囲の気孔率を有する、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項１０】
１．５オーム－ｃｍ
２
以下のＥＲを有し、少なくとも３５％の気孔率を有する、請求項１に記載のセパレータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、同時係属中の２０１４年１１月２６日出願された米国特許仮出願第６２／０
８４，６５５号の優先権および利益を主張する。この出願は参照により全体が本明細書に
組み込まれる。
続きを表示（約 3,400 文字）【０００２】
少なくとも選択実施形態では、本発明または本出願は、新規のまたは改善された電池用
セパレータ、ベースフィルムまたは膜、および／またはこのようなセパレータ、フィルム
または膜の製造方法および／または使用方法に関する。少なくとも特定の選択実施形態で
は、本発明または本出願は、リチウムイオン二次電池用の新規のまたは改善された単層ま
たは多層の共押出または積層微多孔性電池セパレータ、および／またはこのようなセパレ
ータの製造方法および／または使用方法に関する。少なくとも特定の選択実施形態では、
本発明は、リチウムイオン二次電池用の新規のまたは改善された多層積層微多孔性電池セ
パレータ、および／またはこのセパレータの製造方法および／または使用方法に関する。
好ましい可能性のある本発明のドライプロセスセパレータは、リチウムイオン電池の改善
されたサイクル性能および充電性能のために改善された突刺強度および低電気抵抗を有す
る１２μｍ～３０μｍの範囲の厚さの三層積層ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロ
ピレン（ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ）微多孔膜である。さらに、好ましい本発明のセパレータまた
は膜の低電気抵抗および高気孔率は、高出力用途用リチウム電池の優れた充電レート性能
を与える。
【背景技術】
【０００３】
リチウムイオン二次電池用の微多孔性セパレータ膜の機械的強度を高めるための種々の
方法が存在する。ドライプロセス微多孔性電池セパレータ膜の機械的強度を向上させる１
つのこのような方法は、米国特許第６，６０２，５９３号で考察されている。この方法は
、インフレート法実施中の、少なくとも１．５のブローアップ比（ＢＵＲ）の使用に基づ
いている。当業者には知られているように、ブローアップ比法は、環状ダイからのインフ
レートフィルムの半径方向伸長を伴う。１．５以上のブローアップ比を使って、押出成形
膜の横方向（ＴＤ）での結晶構造配向レベルの増加が達成された。
【０００４】
米国特許第８，７９５，５６５号は、制御された縦方向（ＭＤ）緩和プロセスステップ
によるドライプロセス前駆体膜のＭＤおよびＴＤの両方の延伸を伴う２軸延伸技術につい
て記載している。２軸延伸膜は、縦方向（ＭＤ）およびＴＤ方向に改善された機械的強度
を有し、リチウムイオン電池の電池セパレータ膜として使用される場合、優れた強度性能
が予測され得る。
【０００５】
米国特許第８，４８６，５５６号は、混合貫通強度試験方法で定義される強度が向上し
た多層電池セパレータを開示している。この強度は、セパレータ膜を通して短絡を形成す
るのに必要な力の尺度である。ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ三層構造の多層セパレータ膜のポリプロ
ピレン層で測定して、１．２グラム／１０分以下のメルトフローインデックスを有する高
分子量ポリプロピレン樹脂を使って、２１～２４．５μｍの範囲の厚さ、３５％～３７％
の範囲の気孔率、１８～１９秒のＡＳＴＭガーレイ（ＪＩＳガーレイ＝４５０～４７５秒
と同じ）、および２．１～２．３オーム－ｃｍ
２
の範囲の電気抵抗（ＥＲ）（用語のイオ
ン抵抗、ＩＲに同じ）を有する多層セパレータを製造した。
【０００６】
同様に、通常２軸延伸され、ほぼ均等のＭＤおよびＴＤ強度特性を有し得るウエットプ
ロセス微多孔性電池セパレータも知られている。ウエットプロセスを使って製造された微
多孔性膜の例は、米国特許第５，０５１，１８３号、同第６，０９６，２１３号、同第６
，１５３，１３３号、および同第６，６６６，９６９号のものであってよい。
【０００７】
ウエットプロセス電池セパレータ膜は、通常、５００，０００を超える分子量、より好
ましくは１，０００，０００を超える分子量を有する極めて高分子量のポリマー樹脂を使
って製造され、溶融押出を可能とするために可塑剤（単一または複数）の使用が必要とな
る。さらに、可塑剤（単一または複数）として知られる成分は、典型的には油であるが、
極めて高分子量の樹脂で溶融押出をするためには使用する必要がある。可塑剤は、製造プ
ロセスの一部として、溶媒を使って抽出する必要がある。製造プロセスの抽出ステップ由
来の油可塑剤混入溶媒は、抽出溶媒および油を使用可能な純度品質にするために、再生す
る必要がある。これは追加の高価なエネルギーコストとなる。したがって、ウエットプロ
セスは、無溶媒で「環境に優しい」、影響の少ない、安価なドライプロセス法に比べて、
場合によっては環境上の課題のあるプロセスであり、高価な溶媒取り扱いおよび廃棄問題
を有する。
【０００８】
ＢＵＲインフレートフィルム法、ドライプロセス膜のＴＤ延伸およびウエットプロセス
２軸延伸多孔膜の既知の方法は、さらに、低電気抵抗（ＥＲ）、２オーム－ｃｍ
２
未満の
ＥＲ範囲のみでなく、１．３オーム－ｃｍ
２
以下の遥かに低くより好ましいＥＲ範囲にお
いても、優れた強度性能特性を達成する必要がある。
【０００９】
したがって、リチウムイオン電池において優れたサイクル性能および安全性を有する微
多孔性電池セパレータまたは膜を製造するドライプロセスで、無溶媒かつ環境上影響が低
いプロセスに対する必要性が存在する。高出力用途、例えば、電動駆動車（ＥＤＶ）産業
の電池製造者は、好ましくは１４～３０μｍの範囲の厚さ、微多孔を有し、最適高エネル
ギー性能のための高い充電レート（Ｃレート）を有する微多孔性電池セパレータを要望ま
たは要求している。さらに、これらのＥＤＶおよびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）電
池システムの要件に適合するドライプロセス微多孔性電池セパレータまたは膜に対する必
要性がある。
【発明の概要】
【００１０】
少なくとも選択実施形態、態様または対象物においては、本発明は、上記必要性に対処
し、および／または新規のまたは改善された電池用セパレータ、ベースフィルムまたは膜
、および／またはこのようなセパレータ、フィルムまたは膜の製造方法および／または使
用方法に関する。少なくとも特定の選択実施形態、態様または対象物においては、本発明
または本出願は、リチウムイオン二次電池用の新規のまたは改善された単層または多層の
共押出または積層微多孔性電池セパレータ、および／またはこのようなセパレータの製造
方法および／または使用方法に関する。少なくとも特定の選択実施形態では、本発明は、
リチウム電池、二次または充電式リチウム電池、リチウムイオン二次電池用の新規のまた
は改善された多層積層微多孔性電池セパレータ、および／またはこのセパレータの製造方
法および／または使用方法に関する。好ましい可能性のある本発明のドライプロセスセパ
レータは、リチウム電池の改善されたサイクル性能および充電性能のために改善された突
刺強度および低電気抵抗を有する１４μｍ～３０μｍの範囲の厚さの三層積層ポリプロピ
レン／ポリエチレン／ポリプロピレン（ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ）微多孔膜である。さらに、好
ましい本発明のセパレータのまたは膜の低電気抵抗および高気孔率は、高出力用途（例え
ば、ＥＤＶまたはＨＥＶ）用リチウム電池の優れた充電レート（Ｃレート）性能を与える
。
（【００１１】以降は省略されています）

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