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公開番号2024058670
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2024007340,2021514502
出願日2024-01-22,2019-09-16
発明の名称多層膜、セパレータ、バッテリー、および方法
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,個人
主分類H01M 50/403 20210101AFI20240418BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】改良されたシャットダウン、改良された強度、改良された絶縁破壊強さを有する多層微多孔膜の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の副層を備えるポリプロピレン前駆体と、複数の副層を備えるポリエチレン前駆体をそれぞれ押出することと、押出されたポリプロピレン前駆体層とポリエチレン前駆体層とを積層して、ポリエチレンとポリプロピレン前駆体が交互に配置された構造を有する第一中間前駆体を製造することと、押出されたポリプロピレン前駆体の1つを含む第一外層を中間前駆体の第一面へ、押出されたポリプロピレン前駆体の1つを含む第二外層を第一面と反対の第一中間前駆体の第二面へ同時または単独で積層して、第二中間前駆体を製造することと、第二中間前駆体を焼き鈍して、焼き鈍された多層膜を製造することと、焼き鈍された多層膜を、一軸または二軸延伸して、微多孔質多層膜を製造することとを含む、多層微多孔膜の製造方法とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
多層微多孔膜の製造方法であって、前記方法は：
複数の副層を備えるポリプロピレン前駆体を押出することと；
複数の副層を備えるポリエチレン前駆体を押出することと；
前記押出されたポリプロピレン前駆体層を前記押出されたポリエチレン前駆体層と積層して、ポリエチレンとポリプロピレン前駆体が交互に配置された構造を有する第一中間前駆体を製造することと；
前記押出されたポリプロピレン前駆体の１つを含む第一外層を前記中間前駆体の第一面へ、および前記押出されたポリプロピレン前駆体の１つを含む第二外層を前記第一面と反対の前記第一中間前駆体の第二面へ同時または単独で積層して、第二中間前駆体を製造することと；
前記第二中間前駆体を焼き鈍して、焼き鈍された多層膜を製造することと；
前記焼き鈍された多層膜を、一軸または二軸延伸して、微多孔質多層膜を製造することと；
必要に応じて、前記微多孔質多層膜を圧延することと、
を含む、方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第一中間前駆体は、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥもしくはＰＰ／ＰＥ／ＰＰの三層構造またはＰＰ／ＰＥ／ＰＥ／ＰＰもしくはＰＥ／ＰＰ／ＰＰ／ＰＥの四層構造を含むか；
前記第二中間前駆体は、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ／ＰＥ／ＰＰもしくはＰＥ／ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの五層構造またはＰＰ／ＰＰ／ＰＥ／ＰＥ／ＰＰ／ＰＰ、ＰＥ／ＰＥ／ＰＰ／ＰＰ／ＰＥ／ＰＥ、ＰＰ／ＰＥ／ＰＥ／ＰＥ／ＰＥ／ＰＰ、もしくはＰＥ／ＰＰ／ＰＰ／ＰＰ／ＰＰ／ＰＥの六層構造を含むか；
前記一軸延伸は、縦方向もしくは横方向であるか；
前記二軸延伸は、縦方向および横方向であるか；
前記二軸延伸は、縦方向および横方向であり、前記縦方向および横方向延伸は、順次もしくは同時であるか；
前記押出されたポリプロピレン前駆体は、２つ、３つ、４つ、もしくはそれ以上の副層を含むか；
前記押出されたポリエチレン前駆体は、２つ、３つ、４つ、もしくはそれ以上の副層を含むか；
前記第二中間前駆体は、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの五層構造を含み、前記ポリエチレンおよびポリプロピレン前駆体の各々は、３つの副層を含むか；または
前記押出されたポリプロピレン前駆体および前記押出されたポリエチレン前駆体は非多孔質である、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一外層および前記第二外層のうちの１つ以上を被覆する工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
五層微多孔膜の製造方法であって、前記方法は：
複数のポリプロピレン膜およびポリエチレン膜を押出することと；
前記ポリエチレン膜の１つをポリプロピレン膜の第一面へ、および前記ポリエチレン膜の別の１つをポリプロピレン膜の反対の第二面へ積層して、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの構造を有する反転三層膜を製造することと；
前記ポリプロピレン層の１つを前記反転三層膜のポリエチレン膜の１つへ、および前記ポリプロピレン膜のもう１つを前記反転三層膜の他のポリエチレン膜へ同時または単独で積層して、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの構造を有する五層膜を製造することと；
前記五層膜を焼き鈍すことと；
前記焼き鈍された五層膜を一軸もしくは二軸延伸して、前記微多孔膜を製造するか、または前記焼き鈍された五層膜を延伸および必要に応じて圧延して前記微多孔膜を製造することと、
を含む、方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１８年９月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／７３２，０８９号（参照することにより本明細書に組み入れられるものとする）の優先権を主張する。
続きを表示（約 5,400 文字）【０００２】
技術分野
少なくとも選択された実施形態によれば、本願、本開示または本発明は、改良された膜、セパレータ膜、セパレータ、バッテリーセパレータ、リチウム二次電池セパレータ、多層膜、多層セパレータ膜、多層セパレータ、多層バッテリーセパレータ、多層リチウム二次電池セパレータ、多層バッテリーセパレータ、バッテリー、コンデンサ、燃料電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウム二次電池および／もしくはリチウムイオン二次電池、ならびに／またはかかる膜、セパレータ膜、セパレータ、バッテリーセパレータ、リチウム二次電池セパレータ、バッテリー、コンデンサ、燃料電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウム二次電池および／もしくはリチウムイオン二次電池の製造方法および／もしくは使用方法、ならびに／またはこれらを備えるデバイス、乗り物もしくは製品、ならびに／またはかかる膜、セパレータ膜、セパレータ、バッテリーセパレータ、および同様のものの試験方法、定量方法、特性決定方法、および／もしくは分析方法に関する。少なくとも特定の実施形態によれば、本開示又は本発明は、かかる膜を備える膜層、膜もしくはセパレータ膜、バッテリーセパレータ、および／または関連方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態によれば、本開示又は本発明は、かかる膜を備える多孔質高分子膜もしくはセパレータ膜、バッテリーセパレータ、および／または関連方法に関する。少なくとも特定の実施形態によれば、本開示又は本発明は、微多孔質ポリオレフィン膜もしくはセパレータ膜、ミクロ層膜、１つ以上のミクロ層もしくはナノ層膜を備える多層膜、かかる膜を備えるバッテリーセパレータ、ならびに／または関連方法に関する。少なくともかなり特定の実施形態によれば、本開示又は本発明は、１つ以上の外層および／もしくは内層を有する微多孔質延伸高分子膜またはセパレータ膜、ミクロ層膜、外層および／もしくは内層を有する多層微多孔膜またはセパレータ膜に関し、これらの層もしくは副層いくつかは、共押出により製造され、次いで、積層されて、膜またはセパレータ膜を形成する。いくつかの実施形態では、特定の層、ミクロ層またはナノ層は、ホモ重合体、共重合体、ブロック共重合体、エラストマー、および／またはポリマー配合物を含むことができる。選択された実施形態では、少なくとも特定の層、ミクロ層またはナノ層は、異なるまたは別々の重合体、ホモ重合体、共重合体、ブロック共重合体、エラストマー、および／またはポリマー配合物を含むことができる。本開示又は本発明は、かかる膜、セパレータ膜、もしくはセパレータの製造方法、および／または、例えば、リチウム電池セパレータとして、かかる膜、セパレータ膜、もしくはセパレータの使用方法も関連する。少なくとも選択された実施形態によれば、本願または本発明は、多層および／もしくはミクロ層多孔質もしくは微多孔質の膜、セパレータ膜、セパレータ、複合材、電気化学デバイス、および／もしくはバッテリー、ならびに／またはかかる膜、セパレータ、複合材、デバイス、および／もしくはバッテリーの製造方法および／もしくは使用方法を対象とする。少なくとも特定の選択された実施形態によれば、本願または本発明は、多層構造物の１つ以上の層が、複数の押出機を用いた多層もしくはミクロ層共押出ダイにおいて製造される多層のセパレータ膜を対象とする。膜、セパレータ膜、またはセパレータは、改良されたシャットダウン、改良された強度、改良された絶縁破壊強さ、および／または低減された分割傾向を実証することができる。
【背景技術】
【０００３】
リチウムイオン電池などの多くのバッテリーは、電極を分離、電解液を保持、電荷移動
を向上するため、および他の役割のために単層または多層（２＋層）膜セパレータを組み込む。１つの従来のセパレータ膜設計は、米国ノースカロライナ州シャーロットのＣｅｌｇａｒｄ，ＬＬＣによる三層ポリオレフィン系セパレータである。これらの従来の三層設計は、多くのリチウムおよび他のバッテリー、特に、リチウムイオン二次電池において効果的であったが、これらは、特定のバッテリー技術ではリチウムイオン充電式電池などの特定の一次および／もしくは二次電池のより新しい用途のため強度および／もしくは性能特性のバランスを完全には最適化していない場合があるので、特定のより新しいバッテリー設計においては効果的に機能しない場合がある。このことは、顧客がより薄くより強いバッテリーセパレータを望むとき、バッテリーセパレータの要件がより厳しい要求になる際に特に当てはまる。例えば、三層を共押出により形成された微多孔質三層膜は、場合によっては、より薄い規格で製造される場合に強度低下し得る。単層の積層により形成されるセパレータは、場合によっては、特定の新しい用途において新しいより薄くより強いセパレータの、とめどもなく続く要求を満足することができない可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、以前のまたは典型的な膜、ベースフィルム、またはバッテリーセパレータを超える様々な改良を有する新規な改良された多層微多孔膜、ベースフィルム、またはバッテリーセパレータに対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
少なくとも選択された実施形態によれば、本願、本開示または本発明は、以前の必要性、課題もしくは問題に取り組み得、新規もしくは改良された膜、セパレータ膜、セパレータ、バッテリーセパレータ、リチウム二次電池セパレータ、多層（または複数の層）膜、多層セパレータ膜、多層セパレータ、多層バッテリーセパレータ、多層リチウム二次電池セパレータ、多層バッテリーセパレータ、バッテリー、コンデンサ、超コンデンサ、二層超コンデンサ、燃料電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウム二次電池および／もしくはリチウムイオン二次電池、ならびに／またはかかる膜、セパレータ膜、セパレータ、バッテリーセパレータ、リチウム二次電池セパレータ、バッテリー、コンデンサ、燃料電池、リチウム電池、リチウムイオン電池、リチウム二次電池および／もしくはリチウムイオン二次電池の製造方法および／もしくは使用方法、ならびに／またはこれらを備えるデバイス、乗り物もしくは製品、ならびに／またはかかる膜、セパレータ膜、セパレータ、バッテリーセパレータ、および同様のものの試験方法、定量方法、特性決定方法、および／もしくは分析方法を提供し得る。少なくとも特定の実施形態によれば、本開示又は本発明は、かかる膜を備える膜層、膜もしくはセパレータ膜、バッテリーセパレータ、および／または関連方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態によれば、本開示又は本発明は、かかる膜を備える多孔質高分子膜もしくはセパレータ膜、バッテリーセパレータ、および／または関連方法に関する。少なくとも特定の実施形態によれば、本開示又は本発明は、微多孔質ポリオレフィン膜もしくはセパレータ膜、ミクロ層膜、１つ以上のミクロ層もしくはナノ層膜を備える多層膜、かかる膜を備えるバッテリーセパレータ、ならびに／または関連方法に関する。少なくともかなり特定の実施形態によれば、本開示又は本発明は、１つ以上の外層および／もしくは内層を有する微多孔質延伸高分子膜またはセパレータ膜、ミクロ層膜、外層および／もしくは内層を有する多層微多孔膜またはセパレータ膜に関し、これらの層もしくは副層いくつかは、共押出により製造され、次いで、積層されて、膜またはセパレータ膜を形成する。いくつかの実施形態では、特定の層、ミクロ層またはナノ層は、ホモ重合体、共重合体、ブロック共重合体、エラストマー、および／またはポリマー配合物を含むことができる。選択された実施形態では、少なくとも特定の層、ミクロ層またはナノ層は、異なるまたは別々の重合体、ホモ重合体、共重合体、ブロック共重合体、エラストマー、および／またはポリマー配合物を含むことができる。本開示又は本発明は、かかる膜、セパレータ膜、もしくはセパレータの製造方法、お
よび／または、例えば、リチウム電池セパレータとして、かかる膜、セパレータ膜、もしくはセパレータの使用方法も関連する。少なくとも選択された実施形態によれば、本願または本発明は、多層および／もしくはミクロ層多孔質もしくは微多孔質の膜、セパレータ膜、セパレータ、複合材、電気化学デバイス、および／もしくはバッテリー、ならびに／またはかかる膜、セパレータ、複合材、デバイス、および／もしくはバッテリーの製造方法および／もしくは使用方法を対象とする。少なくとも特定の選択された実施形態によれば、本願または本発明は、多層構造物の１つ以上の層が多層もしくはミクロ層共押出ダイ、例えば、複数の押出機を用いた共押出ダイにおいて製造される多層のセパレータ膜を対象とする。膜、セパレータ膜、またはセパレータは、改良されたシャットダウン、改良された強度、改良された絶縁破壊強さ、および／または低減された分割傾向を実証することができる。
【０００６】
態様では、本明細書に記載されている膜は、多層膜である。いくつかの実施形態では、多層膜は、各外層がポリオレフィンを含む２つの外層；および各内層がポリオレフィンを含む２つ以上の内層を備え；外層の各々は１つの内層へ積層され、２つ以上の内層の各々は他の内層の少なくとも１つへ積層されている。外層の各々のポリオレフィン組成物は、ポリプロピレン、ポリプロピレン配合物、ポリプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリエチレン配合物、ポリエチレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せを含むことができる。いくつかの実施形態では、外層のポリオレフィン組成物は、ポリプロピレン、ポリプロピレン配合物、ポリプロピレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せを含む。いくつかの実施形態では、内層の各々のポリオレフィン組成物は、ポリプロピレン、ポリプロピレン配合物、ポリプロピレン共重合体、ポリエチレン、ポリエチレン配合物、ポリエチレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せを含むことができる。
【０００７】
場合によっては、２つ以上の内層は、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはより多い内層などの複数の内層を備える。場合によっては、複数の内層は、２つ、３つ、またはより多い層を備える。１つの特定の実施形態では、複数の内層は、３つの層を備える。別の実施形態では、４つの内層、または５つの内層、または６つの内層、または７つの内層、または８つの内層、または９つの内層、または１０の内層がある。好ましい実施形態では、内層および外層が積層されて微多孔膜を製造する場合に３つ以上または４つ以上の積層界面が形成されるように、２つ以上、または３つ以上の内層がある。
【０００８】
いくつかの新規かつ改良された多層微多孔膜は、例えば、国際公開第２０１７／０８３６３３号に開示されているが、製造工業がより要求が厳しくなったときに、これらよりさらに優れた製品を必要とする可能性がある。国際公開第２０１７／０８３６３３号の開示は、その全文を参照することにより本明細書に組み入れられる。
【０００９】
場合によっては、微多孔膜は、第一外層、第一内層、第二内（または中間）層、第三内層、および第二外層を備える五層膜であり得る。第一外層を第一内層へ積層することができ、第一内層を第二内（または中間）層へ積層することができ、第二内（または中間）層を第三内層へ積層することができ、第三内層を第二外層へ積層して、この５つの層間に４つの積層界面を形成することができる。第一および第二外層ならびに第二内（または中間）層の構成物は、ポリプロピレン、ポリプロピレン配合物、ポリプロピレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せを含むことができる。第一および第二内層の構成物は、ポリエチレン、ポリエチレン配合物、ポリエチレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せを含むことができる。いくつかの実施形態では、これらの層は、ポリエチレン、ポリエチレン配合物、ポリエチレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せを含んでよい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されている多層膜は、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ／Ｐ
Ｅ／ＰＰの構造を含む五層膜であって、ＰＰはポリプロピレン、ポリプロピレン配合物、ポリプロピレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せであり、ＰＥはポリエチレン、ポリエチレン配合物、ポリエチレン共重合体、またはこれらのいずれかの組合せである、五層膜を備える。場合によっては、これらの五層の各々を、これらのそれぞれの隣接層へ積層する。
（【００１１】以降は省略されています）

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