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公開番号2024166169
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024080229
出願日2024-05-16
発明の名称ポリプロピレン微多孔膜、その製造方法、および前記微多孔膜を含むセパレータ
出願人エスケーイノベーションカンパニーリミテッド,SK INNOVATION CO.,LTD.,エスケーアイイーテクノロジーカンパニーリミテッド,SK IE TECHNOLOGY CO., LTD.
代理人個人,個人
主分類H01M 50/489 20210101AFI20241121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】穿孔強度と透過度に優れるとともに、高温での耐熱性が著しく向上したポリプロピレン微多孔膜、その製造方法、および前記微多孔膜を含むセパレータを提供する。
【解決手段】粘度平均分子量が1×10⁶g/mol～3×10⁶g/molであるポリプロピレンを含み、微多孔膜の厚さが3μm～30μmであり、穿孔強度が0.20N/μm以上であり、気体透過度が1.0×10^-5Darcy以上であり、空隙率が25%～60%であり、平均気孔サイズが25nm～50nmであり、150℃で1時間放置した後に測定した横方向収縮率が20%以下である、ポリプロピレン微多孔膜である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
粘度平均分子量が１×１０
６
ｇ／ｍｏｌ～３×１０
６
ｇ／ｍｏｌであるポリプロピレンを含み、微多孔膜の厚さが３μｍ～３０μｍであり、穿孔強度が０．２０Ｎ／μｍ以上であり、気体透過度が１．０×１０
－５
Ｄａｒｃｙ以上であり、空隙率が２５％～６０％であり、平均気孔サイズが２５ｎｍ～５０ｎｍであり、１５０℃で１時間放置した後に測定した横方向収縮率が２０％以下である、ポリプロピレン微多孔膜。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
溶融破断温度が１６５℃以上である、請求項１に記載のポリプロピレン微多孔膜。
【請求項３】
前記横方向収縮率が１５％以下である、請求項１に記載のポリプロピレン微多孔膜。
【請求項４】
逐次二軸延伸工程を含む湿式法により製造される、請求項１に記載のポリプロピレン微多孔膜。
【請求項５】
（ａ）粘度平均分子量が１×１０
６
ｇ／ｍｏｌ～３×１０
６
ｇ／ｍｏｌであるポリプロピレン樹脂とディルエントを含有する混合物を押出機により溶融混練して溶融物を製造するステップと、
（ｂ）前記溶融物を押出してシート状に成形するステップと、
（ｃ）前記シートを縦方向と横方向に逐次二軸延伸してフィルムに成形するステップと、
（ｄ）延伸されたフィルムからディルエントを抽出し、乾燥させるステップと、
（ｅ）乾燥されたフィルムを、ポリプロピレン樹脂の結晶が２％～５％溶ける温度で熱延伸し、熱延伸されたフィルムを、ポリプロピレン樹脂の結晶が２５％～６０％溶ける温度で熱固定および熱緩和して熱処理するステップと、を含む、ポリプロピレン微多孔膜の製造方法。
【請求項６】
前記（ｅ）ステップの熱延伸は、１２５℃～１３５℃の温度で行われる、請求項５に記載のポリプロピレン微多孔膜の製造方法。
【請求項７】
前記（ｅ）ステップの熱固定および熱緩和は、１５５℃～１６５℃の温度で行われる、請求項５に記載のポリプロピレン微多孔膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１から４の何れか一項に記載のポリプロピレン微多孔膜を含むセパレータ。
【請求項９】
粘度平均分子量が１×１０
６
ｇ／ｍｏｌ～３×１０
６
ｇ／ｍｏｌであるポリプロピレンを含み、微多孔膜の厚さが３μｍ～３０μｍであり、穿孔強度が０．２０Ｎ／μｍ以上であり、気体透過度が１．０×１０
－５
Ｄａｒｃｙ以上であり、空隙率が２５％～６０％であり、平均気孔サイズが２５ｎｍ～５０ｎｍであり、１５０℃で１時間放置した後に測定した横方向収縮率が２０％以下である、二次電池のセパレータ用微多孔膜。
【請求項１０】
溶融破断温度が１６５℃以上である、請求項９に記載の二次電池のセパレータ用微多孔膜。
（【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】
本開示は、ポリプロピレン微多孔膜、その製造方法、および前記微多孔膜を含むセパレータに関する。一態様によると、穿孔強度と透過度に優れるとともに、耐熱性が向上したポリプロピレン微多孔膜、その製造方法、および前記微多孔膜を含むセパレータに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ポリオレフィン系微多孔膜は、分離用フィルター、二次電池用セパレータ、燃料電池用セパレータ、スーパーキャパシタ用セパレータなどの多様な分野に利用されている。中でも、優れた電気絶縁性、イオン透過性などを有することから、二次電池用セパレータとして広く用いられている。
【０００３】
近年、二次電池は、電気自動車、ＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ）などに適用するために高容量化および大型化しており、電池の安全性の確保がさらに重要な要素となっている。例えば、高温の環境に電池が曝されたり作動されたりする際にセパレータが収縮して内部短絡を引き起こすことがあり、前記内部短絡により、火事が発生する恐れがある。したがって、電池の温度上昇に対備できる、耐熱性に優れたポリオレフィン系微多孔膜の開発が必要とされている。耐熱性とともに、電池の製造過程と使用中における安全性の向上のために高い機械的強度が求められており、容量および出力の向上のために、高い透過度が求められている。
【０００４】
二次電池用セパレータの主材料として用いられる高分子量のポリエチレンは、溶融温度が１４０℃程度と低く、耐熱性に限界がある。これを克服するための手法として、溶融温度の高いポリプロピレンが二次電池用セパレータの材料に用いられている。
【０００５】
しかし、従来のポリプロピレン微多孔膜は乾式法により製造されており、かかる乾式のポリプロピレン微多孔膜は、乾式工程の特性上、縦／横方向の延伸比が低いか、主に単方向に延伸されるだけでなく、穿孔強度が相対的に低いため、厚さを増加させる方式のみで補完することができる。また、乾式工程により得られる微多孔膜の気孔は直線の巨大なサイズを有し、気孔サイズの均一度が低いという特性がある。このような特性は電池の性能に否定的に作用するため、乾式ポリプロピレン微多孔膜は二次電池分野に用いられるには適しない。
【０００６】
これを解決するために、韓国特許公開第１０－２０１１－０１０１２０２号公報には、湿式工程により製造され、耐熱性および強度に優れたポリプロピレン微多孔膜が開示されている。しかしながら、この微多孔膜は、穿孔強度が０．０５Ｎ／μｍ未満と著しく低く、熱収縮安定性が従来と比べて大きく向上しないため、ホットボックス（ｈｏｔ－ｂｏｘ）評価のような高温環境での電池の安全性に劣ることから、高容量および大型化電池に適用するには適しない欠点がある。
【０００７】
したがって、電池の性能および安全性の点から、穿孔強度と透過度が高く、且つより高い温度下での耐熱性が著しく向上し、特に、高温安全性の評価指標である１４０℃のホットボックス評価でも優れた電池の安全性を達成することができるポリプロピレン微多孔膜の開発が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の問題を解決するために、本開示は、穿孔強度と透過度に優れるとともに、高温での耐熱性が著しく向上したポリプロピレン微多孔膜、その製造方法、および前記微多孔膜を含むセパレータを提供することを課題とする。
【０００９】
特に、電池の組み立て後に、１４０℃のホットボックス評価でも優れた電池の安全性を達成することができるポリプロピレン微多孔膜を提供することを課題とする。
【００１０】
本開示のポリプロピレン微多孔膜は、電気自動車、電池充電スタンド、その他に電池を用いる太陽光発電、風力発電などのグリーンテクノロジー分野に広く適用可能である。また、本開示のポリプロピレン微多孔膜は、大気汚染および温室効果ガスの放出を抑え、気候変動を防止するための環境にやさしい（ｅｃｏ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ）電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ｈｙｂｒｉｄｖｅｈｉｃｌｅ）などに用いられることができる。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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