JPH0620671A - 非プロトン性電解液電池セパレーター - Google Patents

非プロトン性電解液電池セパレーター

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JPH0620671A
JPH0620671A JP4176866A JP17686692A JPH0620671A JP H0620671 A JPH0620671 A JP H0620671A JP 4176866 A JP4176866 A JP 4176866A JP 17686692 A JP17686692 A JP 17686692A JP H0620671 A JPH0620671 A JP H0620671A
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JP
Japan
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film
porous film
laminated
temperature
separator
Prior art date
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Pending
Application number
JP4176866A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Kurauchi
浩 倉内
Tetsuo Akazawa
哲夫 赤澤
Junichi Shimada
順一 嶋田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0620671A publication Critical patent/JPH0620671A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Cell Separators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ポリエチレン製多孔膜とポリプロピレン製多
孔膜が積層していることを特徴とする非プロトン性電解
液電池セパレーター。 【効果】 電気抵抗が小さくて薄く、機械的強度に優れ
ると共に、閉塞温度がポリプロピレンの多孔膜より低
く、閉塞温度より20℃以上高い温度でも多孔膜の形状
を維持することができる非プロトン性電解液電池セパレ
ーターが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非プロトン性電解液を
電解質として用いる電池に使われるセパレーターに関
し、さらに詳しくいえば非プロトン性電解液を用いる電
池において、ポリエチレン製多孔膜とポリプロピレン製
多孔膜が積層しているセパレーターに関する。本発明に
係る非プロトン性電解液電池セパレーターは、リチウム
電池に好適に使われる。
【0002】
【従来の技術】リチウム電池は、リチウム又はリチウム
合金を負極活物質に用いた電池の総称であり、正極活物
質には、フッ化黒鉛(CF)n 、二酸化マンガン(MnO2)、塩
化チオニル(SOCl2) 、活性炭等が用いられている。リチ
ウム又はリチウム合金が水、アルコール等のプロトン性
溶媒と反応するので、電解質には、γ−ブチロラクト
ン、プロピレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタ
ン等の非プロトン性溶媒にテトラフルオロホウ酸リチウ
ム(LiBF4) 、過塩素酸リチウム(LiClO4)等のリチウム塩
を溶解した溶液が用いられている。
【0003】一般に電解液を電解質として用いる電池で
は、アノードの電解液とカソードの電解液の混合を防ぐ
ために、多孔質のセパレーターが用いられ、セパレータ
ーの細孔部分に電解液を保持し、そこでイオンが移動す
る。リチウム電池に用いられる非プロトン性溶媒からな
る電解質の場合では、内部抵抗が大きいことが多いの
で、セパレーターは薄くする必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】例えば、カメラ用等の
円筒形二次電池では高出力が取り出せるように電極面積
が大きなシートを渦巻状にする構造が採用されているた
め、電流が短絡すると一度に大電流が流れ、一挙に発熱
する。そのままの状態が持続すると、電池の内部温度が
上昇し、約180℃のリチウムの融点にまで達してリチ
ウムが溶融し、発火するので、大変に危険である。そこ
で、このような電流が短絡したときも、温度上昇を抑制
し、発火等の事故を防止することが求められる。
【0005】そこで、電池の安全性のために、セパレー
ターは一定温度(以下、閉塞温度という。)以上で電流
を遮断するという特性が要求される。電池の内部温度が
閉塞温度に達すると、多孔質のセパレーターの溶解が始
まって、セパレーターの細孔が目ずまりし、イオンが移
動しなくなり、よって、電流が遮断する。
【0006】現在、セパレーターとして、ポリプロピレ
ン、ポリエチレンの多孔膜が単独に用いられている。し
かしながら、ポリプロピレンの融点は、165〜176
℃と高いことから、閉塞温度も高くなる。この温度は、
リチウムの融点に近く、危険であり、また、リチウム合
金では、融点がこれ位まで降下することも考えられる。
例えば、架橋ポリエチレンを支持体とする微多孔膜を二
枚以上重ね合わせてなる非水電解液電池のセパレーター
用微多孔膜が特開平3−245457に記載されてい
る。
【0007】一方、ポリエチレンの融点はこれより低
く、閉塞温度もそれに従って、低い。ところが、閉塞温
度より更に電池内部の温度が上昇すると、溶融した多孔
膜が更に溶断して、セパレーターとしての機能を果たせ
なくなるという致命的な欠陥がある。
【0008】従って、本発明の目的は、電気抵抗が小さ
くて薄く、機械的強度に優れると共に、閉塞温度がポリ
プロピレンの多孔膜より低く、閉塞温度より20℃以上
高い温度でも多孔膜の形状を維持することができる非プ
ロトン性電解液電池セパレーターを提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ポリエ
チレン製多孔膜とポリプロピレン製多孔膜が積層してい
ることを特徴とする非プロトン性電解液電池セパレータ
ーが提供される。
【0010】
【作用】本発明に係る電池用セパレーターは、ポリエチ
レン製多孔膜とポリプロピレン製多孔膜が積層している
ことを特徴とする。本発明に係る電池用セパレーター
は、これら2枚の多孔膜のみからなる必然性はなく、こ
れら2枚の多孔膜に、ポリエチレン(PE)、ポリプロ
ピレン(PP)等のポリオレフィン及びその共重合体か
らなる一以上の膜を更に積層することも好ましい。ポリ
エチレン製多孔膜とポリプロピレン製多孔膜体は、互い
に融点及び閉塞温度が異なる。そこで、本発明に係る非
プロトン性電解液電池セパレーターの閉塞温度は、これ
らを組み合わせることで、リチウム等の負極活物質の融
点又は発火点に応じた所望する閉塞温度となる。
【0011】本発明に係る電池用セパレーターの膜厚
は、20〜40μmであることが好ましい。また、ポリ
エチレン製多孔膜の膜厚を1としたときのポリプロピレ
ン製多孔膜の膜厚を膜厚比とし、膜厚比は、1.5〜4
であることが好ましい。電池用セパレーターに要求され
る性能、ポリエチレン製又はポリプロピレン製多孔膜の
製膜技術上の制約等を考慮すると、本発明に係る電池用
セパレーターの膜厚及び膜厚比は、これらの範囲内であ
ることが好ましい。セパレーターの膜厚が20μm未満
では、セパレーターの機械的強度が満足するものでない
ことが多く、好ましくない。一方、膜厚が40μmより
大きいと、多孔膜の気孔中の非プロトン性溶媒からなる
電解質の抵抗が大きくなり過ぎたり、電池の容量の低下
をまねいたりすので、好ましくない。
【0012】また、ポリプロピレン製多孔膜を積層膜、
即ち、セパレーターを構成する膜として使用すること
は、積層膜の膜厚を薄くすることに役立っている。即
ち、ポリプロピレン製多孔膜は、ポリエチレン多孔膜よ
り破れにくいので、ポリプロピレン製多孔膜とポリエチ
レン多孔膜よりなる積層膜は、2枚のポリエチレン多孔
膜よりなる積層膜よりも一定の強度を保ちつつ、積層膜
を薄くすることができるのである。また、ポリエチレン
製多孔膜の実施例で説明するところの貫通エネルギー
は、900gf・mm以上であることが好ましい。
【0013】多孔膜間の剥離強度は、0.1〜1gf/cm
であることも好ましい。0.1gf/cm未満では、多孔膜
どうしの接着強度が十分でなく、好ましくない。
【0014】本発明における多孔膜の平均孔径は0.0
2〜5μmであるのが好ましく、特に、0.05〜5μ
mの範囲であることが好ましい。積層する多孔膜の平均
孔径は、制限されず、互いに相違していてもよい。平均
孔径が0.02μm未満では、多孔膜を通過するイオン
の移動性が小さ過ぎ、十分な値の電流が得られず、一
方、5μmより大きいと、イオンの移動性が大き過ぎ、
電流量が大きすぎ、電池の寿命が短くなり、いずれの場
合も好ましくない。特に、0.02〜1μmが好まし
い。
【0015】また、多孔膜の多孔度は、30〜90%で
あることが好ましく、特に40〜70%であることが好
ましい。多孔度が30%未満では、多孔度が低すぎ、セ
パレーターとしての機能が満足いくものでない。また、
多孔度が90%より大きくなると、膜の機械的強度が不
十分となり、いずれの場合も好ましくない。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
るが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。 (実施例1、2)特公昭55−32531号に開示され
た製法によって、厚さが8μm、多孔度が49%、平均
孔径が0.123μmのポリエチレン多孔膜を作成し
た。同様にして、多孔度が52%、平均孔径が0.19
0μmのポリプロピレン多孔膜であり厚さが18μmの
もの(実施例1)及び25μmのもの(実施例2)を作
成した。次いで、ロールプレスを用いて134℃で、こ
のポリエチレン多孔膜と各々のポリプロピレン多孔膜と
を積層圧着し、実施例1の積層膜と実施例2の積層膜と
を得た。これらの積層膜の破断強度、荷重、伸び、及び
弾性率の値を表1に示す。積層膜で得られたこれらの値
は、同じ厚さの多孔膜とほぼ同等であった。
【0017】
【表1】
【0018】各々の積層膜において、2枚の多孔膜間の
剥離強度は、15mm × 150mmの試料を用いて、50
mm/min の速度でTD方向に測定した。実施例1では0.
4gf/cmであり、実施例2では0.3gf/cmであった。
【0019】このようにして得られた多孔質の積層膜の
閉塞温度を測定した。まず、内径55mmの円形状ホルダ
ーの周囲のすべてで試料とする積層膜を保持した。次い
で、所定の温度に予め設定されている熱風循環式加熱槽
にホルダーと共に試料を5分間、放置した。加熱槽より
試料を取り出し、室温で5分間放置することで冷却し
た。試料をホルダーより取り外し、次に記載する方法で
ガス透過性を測定した。このサイクルを別の温度に設定
されている加熱槽を使用して繰り返した。こうして各温
度におけるガス透過性より、窒素が透過しなくなった温
度である閉塞温度を測定した。すると、閉塞温度は、1
40℃であった。閉塞後、更に温度を上昇させて170
℃に保持しても、溶断することがなかった。
【0020】また、多孔度は、水銀ポロシメーター法に
より測定した。孔径は、水銀ポロシメーター法による最
大孔径より求めた。ポリエチレン多孔膜、ポリプロピレ
ン多孔膜及びこれら2枚の多孔膜が圧着した積層膜の各
々の膜厚、孔径、 多孔度及びガス透過性を表2にまと
める。
【0021】
【表2】
【0022】試料が1kgf/cm2 の圧力下にあるときの1
分あたりの窒素の透過量をガス透過性(l/min・kgf)と
し、これを測定した。多孔質である積層膜の両端及び中
心から7cm×7cmである試料を計4枚切り出した。一の
試料を気体が透過出来る一定有効面積(A)を持った円
筒形状のホルダーで保持した。調整バルブにより窒素の
圧力を1kgf/cm2 に調節した。バルブを開き、積層膜を
窒素が透過するようにした。フロート流量計により窒素
の流量を読み取った。積層膜を介しての窒素の一次圧力
と二次圧力を読み取り、この積層膜による圧力損失を求
めた。最後に調整バルブを閉じた。ガス透過性は次式で
求めた。
【0023】(V/A ) × (1/ΔP) V:1分あたりの窒素透過流量(l/min) A:膜面積、即ち、1.26×10ー3 ΔP:圧力損失[一次圧力−二次圧力](kgf/cm2)
【0024】ニードル貫通試験機を用いて、ニードル貫
通力試験を行った。カトーテック製ハンディ圧縮試験機
で先端が0.5Rで直径が1mmであるニードルを用い
た。直径が11.28mmの円形形状のフィルムをフィル
ムホルダーに、ニードルの軸線上にフィルムの円の中心
と一致するように固定した。2mm/secの速度でニードル
を降下させ、まず、ニードルがフィルムの中心に接し、
次いでフィルムを貫通することなく変位させた。このよ
うに、ニードルがフィルムを貫通するまでのフィルムの
変位量(mm)とフィルムが示す抵抗力(gf)を記録した。
【0025】ポリエチレン製多孔膜とポリプロピレン製
多孔膜からなる膜厚が25μmの実施例1の積層膜、ポ
リエチレン製多孔膜及びポリプロピレン製多孔膜におい
て、変位量に対する抵抗力の関係を図1に示す。なお、
原則として、貫通エネルギーとは、ニードルがフィルム
を貫通したときの抵抗力と変位量の積をいう。しかし、
ポリプロピレン製多孔膜のように、ニードルが貫通する
前に抵抗力が極大となる場合には、その極大点における
変位量と抵抗力の積を貫通エネルギーという。なお、貫
通エネルギーは、フィルムの機械強度の目安となる。
【0026】(比較例1)ロール温度を134℃でな
く、137℃とした以外は、実施例1と同様にして、ポ
リエチレン多孔膜とポリプロピレン多孔膜とを積層圧着
し、多孔質の積層膜を得た。この積層膜の多孔度はこれ
と同じ厚さの多孔膜と多孔度に比べて、大幅に低下し
た。なお、この2枚の多孔膜間の剥離強度は、5gf/cm2
であった。
【0027】(比較例2)実施例1と同様の方法で得ら
れた厚さが8μm、多孔度が49%、平均孔径が0.1
23μmのポリエチレン多孔膜と、厚さが18μm、多
孔度が52%、平均孔径が0.190μmのポリプロピ
レン多孔膜とを単に重ね合わせて閉塞温度を測定した。
【0028】このようにして得られた多孔質の積層膜の
閉塞温度を実施例と同様に求めたところ、140℃であ
った。閉塞後、更に温度を150℃に上昇させた結果、
ポリエチレン多孔膜が溶断し、閉塞状態を保持できなか
った。即ち、これらの結果を表3にまとめる。
【0029】
【表3】
【0030】PEとPPとを単に重ね合わせただけの比
較例2では、閉塞後に溶断が起きた。ところが、PEと
PPとを圧着して積層した実施例1では、閉塞状態が更
に高温まで維持でき、閉塞温度が140℃で耐熱温度が
195℃のセパレーターが得られた。
【0031】
【発明の効果】本発明に係る非プロトン性電解液電池セ
パレーターは、電気抵抗が小さくて薄く、機械的強度に
優れると共に、閉塞温度がポリプロピレンの多孔膜より
低く、閉塞温度より20℃以上高い温度でも多孔膜の形
状を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】積層膜、ポリエチレン製多孔膜及びポリプロピ
レン製多孔膜において、膜の変位量に対する抵抗力を示
した図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリエチレン製多孔膜とポリプロピレン
    製多孔膜が積層していることを特徴とする非プロトン性
    電解液電池セパレーター。
JP4176866A 1992-07-03 1992-07-03 非プロトン性電解液電池セパレーター Pending JPH0620671A (ja)

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