[发明专利]微多孔膜及其制造方法

说明书

本申请要求于2011年10月13日提交的日本专利申请第2011-226269号的优先权，其内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种微多孔膜及其制造方法，具体而言，本发明涉及由适用于电化学元件的隔离物的纤维素所形成的微多孔膜及其制造方法。

在本申请的说明书中，电化学元件是指具有正极、负极和隔离物的电化学元件，例如，可以举出诸如锂离子二次电池、聚合物锂电池等各种二次电池；以及诸如铝电解电容器、电双层电容器、锂离子电容器等各种电容器等。

背景技术

近年来，为了解决与CO₂减排、化石燃料资源的日渐枯竭等有关的环境问题，电作为能源的利用水平得到不断提高。因此，例如，在汽车业界积极开发利用二次电池的电动汽车。此外，从有效利用诸如太阳能或风能等的自然能源的观点来看，二次电池也备受瞩目。

作为电动汽车的驱动用的二次电池，从输出与能量密度的关系来看，目前一般采用锂离子二次电池。另一方面，考虑到更高的能量密度、输出、安全性等，各企业倾力开发下一代电池，并期待其巨大的市场价值。

另一方面，不仅是锂离子二次电池，其他二次电池、一次电池、电容器（电容）等也使用由纸、无纺布、微多孔膜等制成的隔离物。一般而言，隔离物所要求的性能为防止正负极间发生短路、相对电解液具有化学稳定性以及较低的内部电阻等。这些所要求的性能根据设备的不同，所要求的程度也不同，但是不管隔离物的种类如何，隔离物具有共同的特性。

几乎所有的锂离子二次电池的隔离物都采用由诸如聚丙烯、聚乙烯等的高分子有机化合物制作的微多孔膜。前述的微多孔膜具有适用于锂离子二次电池的几个特点。例如，具有以下特点。

1）相对电解液具有化学稳定性，隔离物不会导致致命的缺陷。

2）由于能够自由设计隔离物的厚度，因而能够提供适应各种需要的隔离物。

3）由于能够设计缩小孔径的尺寸，因而锂阻隔特性优良，难以发生锂枝晶导致的短路。

4)在锂离子二次电池发生热散逸的时候，通过熔化聚丙烯及聚乙烯，使细孔变窄，来抑制初期的热散逸。

但是，根据迄今为止对锂离子二次电池的研究，没有阐明引起热散逸的根本原因，其现状是各企业在提供用于二次电池的各种材料方面，利用经验方法研究和提出用于回避热散逸的风险的方法。热散逸原理的阐明以及统一的评估方法的建立需要今后的研究来解决，因此需要不断推进开发安全性高的适合用于汽车的材料，并且也期待解决关于安全性的课题。

另一方面，用于汽车的二次电池的第二个课题是成本。在成本比例方面，隔离物的材料占到电池成本的20%，现状是需要进一步降低目前的成本。

那么，例如，在诸如电动汽车的充电式运输设备的领域中，以及在诸如移动电话等便携式电子终端领域中，追求单位体积储电量增大的电能存储设备，从而达到即使体积较小也能长时间工作的目的。作为这种电能存储设备的实例，例如具有电双层电容器，该电双层电容器的电极吸附溶解于电解液的电解质，并且电能量存储在电解质与电极之间形成的界面（电双层）中。

电双层电容器中的隔离物的主要作用在于提供电极的短路保护（隔离性）、不妨碍电解液中的离子的移动（较低的内部电阻）等。但是，上述微多孔膜的密度较高，因此，存在内部电阻变高的倾向。另一方面，虽然无纺布也用作电容器的隔离物，但是为保持隔离性而减小纤维直径或增大纤维密度时，会使内部电阻增大。因此，希望开发一种内部电阻降低的隔离物。

聚丙烯、聚乙烯等高分子微多孔膜的制造方法主要分为湿式法与干式法。其制造法分别具有不同的特征，湿式法是指在诸如聚乙烯的聚合物中添加增塑剂以形成膜，随后膜被双轴拉伸，然后利用溶剂清洗去除增塑剂，从而形成微多孔的方法。该方法的优势在于可优越地调整细孔的尺寸及膜厚度，且能够应对电池的不同类型，但是其存在制造步骤复杂导致成本增高的问题。另一方面，干式法是指，溶解诸如聚烯烃的聚合物，在膜上推压该聚合物，对具有聚合物的膜进行退火，低温下拉伸退火的膜以在初始阶段形成孔隙，随后，高温拉伸形成多孔制品。该方法具有能够层压融点不同的聚合物，步骤简单成本低廉，但是在细孔的调整精度及膜厚的调整精度方面存在欠缺。