CN108780865A - 碱性电池用隔膜以及碱性电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防止内部短路的可靠性提高,具有更好的保液性和屏蔽性的碱性电池用隔膜以及碱性电池。为此,提供一种碱性电池用隔膜,其由至少含有耐碱性纤维素纤维和耐碱性合成纤维且通过粘合剂成分进行粘合的湿式不织布形成,该湿式不织布的平均孔径为1~10μm。还提供一种使用了如下湿式不织布的碱性电池用隔膜,该湿式不织布的最大孔径为20~60μm,浸渍于40质量%KOH水溶液时的保液率为400~700%,浸渍于40质量%KOH水溶液时的溶胀率为30~45%。
Description
技术领域
本发明涉及碱性电池用隔膜以及碱性电池,例如,在碱性锰电池、氧化银电池、汞电池、锌空气电池等的各种碱性电池中使用的碱性电池用隔膜以及使用该隔膜的碱性电池。
背景技术
以往用于将碱性电池中的正极活性物质和负极活性物质隔开的隔膜所需求的特性可列举如下:防止正极活性物质与负极活性物质的接触导致的内部短路和导电性的金属氧化物的针状晶体(枝晶)导致的内部短路;对于二氧化锰、羟基氧化镍、氧化银等的正极活性物质和氢氧化钾等的电解液不会产生收缩以及变质的耐久性;并且为了不发生起电反应而长期保持足量的电解液;不妨碍离子传导。
在隔膜的制造中,将丝光化浆料、棉短绒浆料、波里诺西克纤维、溶剂纺丝纤维素纤维等的能够原纤化的纤维素纤维,根据需要进行叩解,将纤维原纤化后使用。通过原纤化的纤维素纤维赋予隔膜以致密性,能够防止枝晶导致的内部短路的产生。
作为使用了这类能够原纤化的纤维素纤维的碱性电池用隔膜,例如专利文献1以及专利文献2中提出了通过控制隔膜的平均孔径,防止组装电池时的内部短路的碱性电池用隔膜。
作为上述的专利文献1以及专利文献2公开的隔膜所使用的溶剂纺丝纤维素纤维,目前,已知有如莱赛尔(注册商标)或天丝(注册商标)的再生纤维素纤维,通过与丝光化浆料、溶解浆料等耐碱性纤维素浆料同样地将纤维原纤化并进行调配,可得到两极活性物质的屏蔽特性优良的隔膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-26877号公报
专利文献2:日本特表2005-525675号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在以往的碱性电池用隔膜中,将合成纤维和纤维素纤维混抄而得到的隔膜,虽然具有对于电解液、两极活性物质的耐久性和电解液的保持性,但是在隔膜的孔径大的情况下,在防止两极活性物质的接触导致的内部短路和枝晶导致的内部短路的方面,存在屏蔽性不充分的技术问题。
为了解决这个问题,在制造隔膜时,采取了对能够原纤化的纤维素纤维进行叩解并进行调配,并调配细度小的合成纤维的方法。另外,在作为隔膜使用时,还采取了层叠数层隔膜以缩小明显的孔径,与赛璐玢(注册商标)薄膜、聚乙烯多孔膜等的孔径小的隔膜材料重叠使用等方法。
在上述的专利文献1以及专利文献2中,着眼于隔膜的平均孔径,提出了屏蔽性优良的隔膜,这些隔膜的屏蔽性与保液性的平衡良好,作为隔膜示出了良好的性能。然而,难以实现在具有高的保液性的同时,具有近年来要求逐渐提高的更进一步的屏蔽性的隔膜。
解决技术问题的方法
本发明的目的在于解决上述技术问题,作为解决所涉及的技术问题的一个方面,例如,具备以下的结构。
即,本发明的碱性电池用隔膜的特征在于,是由至少含有耐碱性纤维素纤维和耐碱性合成纤维且通过粘合剂成分而粘合的湿式不织布形成的碱性电池用隔膜,所述湿式不织布的平均孔径为1~10μm。
本发明的特征在于,例如,所述湿式不织布的最大孔径为20~60μm,浸渍于40质量%KOH水溶液时的保液率为400~700%,浸渍于40质量%KOH水溶液时的溶胀率为30~45%。另外,特征在于,例如,所述湿式不织布的最大孔径为15~35μm,浸渍于40质量%KOH水溶液时的保液率为450~700%,浸渍于40质量%KOH水溶液时的溶胀率为45~55%。
本发明的特征在于,例如,所述耐碱性纤维素纤维,至少包含原纤化溶剂纺丝纤维素纤维和非原纤化纤维素。特征在于,例如,所述耐碱性合成纤维至少包含聚丙烯纤维。特征在于,例如,所述耐碱性合成纤维至少包含非缩醛化聚乙烯醇纤维和缩醛化聚乙烯醇纤维。另外,特征在于,例如,所述非原纤化纤维素至少包含再生纤维素纤维。
另外,本发明的碱性电池的特征在于,采用上文所述的碱性电池用隔膜作为隔膜。
发明的效果
根据本发明,能够提供一种防止内部短路的可靠性提高,实现了进一步的屏蔽性提高的碱性电池用隔膜以及碱性电池。
附图说明
图1是使用了本发明的实施方式例的碱性电池用隔膜的碱性电池的中央纵截面图。
具体实施方式
以下,参照附图以及表,详细说明本发明的实施方式例。首先说明本发明的第1实施方式例。
<第1实施方式例>
一般,隔膜的平均孔径越小屏蔽性越高,对于组装入电池时的短路的可靠性提高。本申请的发明人,以进一步提高隔膜的屏蔽性能为目的,重复进行各种实验、测量,结果发现,在一定程度以上即使降低平均孔径,屏蔽性也不会提高。可认为这是由于以下的理由。
湿式不织布是将原料分散在水中,使用丝网等脱去水(过滤)从而形成片材的。湿式不织布的孔通过脱水时纤维的脱落等而产生,因此在湿式不织布的制造方法上,难以完全消除孔。为了降低平均孔径,必须致密地填充湿式不织布中的纤维。因此,采取了以湿式不织布中的纤维沿抄纸机的流动方向取向并排列的方式形成纸层的方法。
然而,为了制造这类纤维以排列的方式进行取向的湿式不织布,制造时的抄纸速度必须很快。因此,与抄纸速度相应地脱水能力必须高,可认为脱水能力的提高导致产生的孔变大,结果是隔膜的屏蔽性没有提高。
如上文所述本申请的发明人发现,即使控制平均孔径,对最大孔径的降低也有极限,也就是说,发现平均孔径的控制与最大孔径的控制无相关性。鉴于该结果,通过具备下文中说明的结构,实现了可解决上述技术问题的隔膜。
即,根据本发明的第1实施方式例,例如,能够提供一种隔膜,该隔膜可防止金属氧化物的枝晶等导致的内部短路,可谋求屏蔽性和放电性能的提高,同时使保液性、溶胀率充足。具体地,能够提供一种由耐碱性纤维素纤维、耐碱性合成纤维和粘合剂成分形成的,最大孔径为20~60μm,平均孔径为1.0~10.0μm,浸渍于40质量%KOH时的保液率为400~700%,浸渍于40质量%KOH时的溶胀率为30~45%的湿式不织布构成的碱性电池用隔膜。
如上文所述,为了提高隔膜的屏蔽性,不仅是平均孔径,最大孔径的控制也非常重要。第1实施方式例的隔膜的最大孔径为20.0~60.0μm。当最大孔径超过60.0μm时,会形成屏蔽性低的隔膜,组装电池时会产生短路。另外,当最大孔径小于20μm时,隔膜过于致密,存在组装电池时的阻抗值增大的情况。
在本实施方式例中,为了控制最大孔径,控制用以下的式1表示的湿式不织布的拉伸强度的纵横比(MD/CD比)。
纵横比=不织布的流动方向(MD)的拉伸强度/与不织布的流动方向垂直的方向(CD)的拉伸强度…式1
在本实施方式例中,将拉伸强度的纵横比用作不织布的取向性的指标。一般而言,在湿式不织布的制造方法上,纤维容易沿MD方向取向,MD方向的拉伸强度比CD方向的拉伸强度更强。如上文所述,当增强纤维的取向时,虽然能够减小平均孔径,但是无法控制最大孔径。
在本实施方式例中,通过使拉伸强度的纵横比在1.0~2.5的范围内,从而将最大孔径控制在20.0~60.0μm的范围内。在拉伸强度的纵横比小于1.0的情况下,隔膜的MD方向的抗弯刚度会产生偏差,在制造电池时,存在隔膜的加工性降低的情况。另一方面,当拉伸强度的纵横比超过2.5时,难以降低隔膜的最大孔径,且隔膜的CD方向的抗弯刚度会产生偏差,在制造电池时,存在隔膜的加工性降低的情况。
如此,拉伸强度的纵横比,不仅是隔膜的最大孔径,还是对用于电池时的加工性造成影响的重要的指标。而且,例如,在抄纸时,通过控制原料浆液的流速J(m/min)和抄纸丝网的运转速度W(m/min)之比(J/W比),能够实现上文所述的拉伸强度的纵横比。
进一步,本实施方式例的隔膜的特征在于,平均孔径为10μm以下。当隔膜的平均孔径大于10μm时,对于枝晶的生长无法获取充分的屏蔽效果,无法获得能够耐受间断放电的程度的充分的屏蔽性能,因此优选隔膜的平均孔径为10μm以下。另一方面,当平均孔径小于1μm时,隔膜过于致密,存在组装电池时的阻抗值增大的情况。
对于这样的平均孔径的控制,构成材料很重要。因此,在下文中详细描述抄纸中使用的原料纤维。
能够原纤化的再生纤维素纤维,若进行叩解则能够被分割成直径1μm以下的非常细的原纤。特别地,能够原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维具有高的结晶度,该纤维的内部结构由纤维素晶体部分和非晶部分构成,晶体部分通过非晶体彼此接合而构成纤维。
当对该纤维进行叩解时非晶体部分被破坏,晶体部分从纤维中脱离,产生直径1μm以下的原纤。由该原纤化物构成的隔膜是非常致密的结构。另外,该原纤,由于是结晶度非常高的纤维素因此刚度也高,即使在抄造步骤中的压力的作用下,原纤本身也很少被压扁,可维持接近圆形的截面形状,原纤彼此通过接触点的交织以及氢键结合而形成纸层。因此,含有该原纤化物的隔膜,是非常致密的纸质,并且成为离子通道的冗长降低且离子透过性优良的隔膜。
本实施方式例的隔膜的特征在于,含有能够原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维的原纤化物,作为耐碱性纤维素纤维的一部分。通过给溶剂纺丝纤维素纤维施加剪切力进行处理(叩解),纤维被微细化,由该微细化的纤维形成不织布,从而可得到非常致密的片材。微细化的纤维素纤维,与合成纤维等相比纤维长度更短,容易填埋片材的间隙,提高了隔膜的屏蔽性。
表示溶剂纺丝纤维素纤维的叩解的程度的CSF值(ml),随着叩解而逐渐降低,会显示为0ml。然后,若在CSF值显示为0ml后进一步进行叩解,CSF值转而上升。
关于本实施方式例的隔膜中使用的原纤化溶剂纺丝纤维素纤维的CSF值,优选因叩解而处于降低中的CSF值为10~0ml,处于上升中的CSF值为100ml以下。在处于降低中的CSF值大于10ml的情况下,该原纤化物导致的隔膜的致密性无法充分地获得。另一方面,在转而上升的CSF值超过100ml的情况下,纤维过于微细,不适合用作电池用隔膜原料。
溶剂纺丝纤维素纤维的原纤化物的含有率,能够根据隔膜需要的特性而进行增减,但是在含有率小于5质量%的情况下,作为该原纤化物的最大的特征的隔膜的致密性受损,在含有率大于30质量%的情况下,存在由于该原纤化物的过量调配,因此隔膜的离子透过性受损的倾向。因此,为了以高水平实现屏蔽性和电特性两者,含有率优选为5~30质量%的范围。
上文所述的原纤化物导致的致密性,主要有助于平均孔径的降低,可提高隔膜的屏蔽性。除溶剂纺丝纤维素纤维的原纤化物之外调配的其他耐碱性纤维素纤维,是选自非原纤化纤维素,即铜氨丝、黏胶丝等非原纤化再生纤维素纤维,丝光化浆料、棉短绒浆料、溶解浆料等非原纤化纤维素浆料中至少一种以上,与溶剂纺丝纤维素纤维的原纤化物合计,能够含有隔膜的30~70质量%的该纤维。
在耐碱性纤维素纤维的含有率小于30质量%的情况下隔膜的保液率降低,当超过70质量%时耐碱性纤维素纤维彼此间的氢键结合的位置增加,隔膜的致密性过高,进而离子透过性受损。
需要说明的是,近年得知,耐碱性纤维素浆料也与溶剂纺丝纤维素纤维同样地,因叩解而产生微细的原纤,有助于隔膜的屏蔽性的提高,但与溶剂纺丝纤维素纤维相比刚度降低,与溶剂纺丝纤维素纤维相比更容易使隔膜的离子透过性降低。因此,在本实施方式例中,耐碱性纤维素浆料优选使用未原纤化的浆料。
本实施方式例的碱性电池用隔膜的40质量%KOH保液率,优选为400%以上。当40质量%KOH水溶液的保液率小于400%时,存在高倍率放电特性恶化的问题。保液率越高越优选,但是实际上隔膜能够保液的电解液的量存在上限,可认为700%左右是上限。通过将耐碱性纤维素纤维的含量设为30~70质量%,能够使隔膜的保液率为400~700%。
非原纤化再生纤维素纤维,由于其可提高隔膜的保液率,因此在上文所述的耐碱性纤维素纤维的中特别优选。非原纤化再生纤维素纤维的含有率,能够根据隔膜需要的特性而进行增减,但是在含有率小于10质量%的情况下,作为该非原纤化再生纤维素纤维带来的最大的特征的隔膜的保液性受损。另外,在含有率大于40质量%的情况下,存在由于该非原纤化再生纤维素纤维的过量调配,因此电解液中的隔膜的溶胀过大的倾向。因此,为了以高水平实现保液性和溶胀率,含有率优选为10~40质量%的范围。
作为在构成本实施方式例的隔膜的湿式不织布中使用的耐碱性合成纤维的一部分,优选使用聚丙烯(以下,记做PP)纤维。对纤维形状进行比较,通常,碱性电池用的隔膜中使用的缩醛化聚乙烯醇纤维(以下,记做维纶纤维)是扁平形状,与此相反,PP纤维为圆形。因此,当使用纤维直径比维纶纤维大的PP时,能够使隔膜体积大,能够控制致密性。
进一步,在作为隔膜用于电池时,由于PP的疏水性,能够抑制电解液的过度浸润隔膜,能够抑制隔膜的溶胀率。其结果是,在组装电池时,电池内隔膜占据的体积减小,可增加负极剂的填充量,还能够实现碱性电池的高容量化。该PP纤维,不是单纯的PP纤维,也可以是改性PP纤维、PP/改性PP复合纤维、PP/聚乙烯(以下,记做PE)复合纤维等复合纤维。
PP纤维的含有率,虽然能够根据隔膜需要的特性而进行增减,但是在含有率小于5质量%的情况下,难以抑制溶胀率,在含有率大于20质量%的情况下,隔膜的疏水性增强而保液率減少。
本实施方式例的碱性电池用隔膜的40质量%KOH溶胀率,优选为30~45%。在溶胀率小于30%的情况下,在碱性电池中使用时的内部阻抗增大。另外,当溶胀率超过45%时,在电池壳内隔膜占据的体积增大,负极剂的填充量減少。作为使碱性电池用隔膜的40质量%KOH溶胀率为30~45%的一实现方法,存在将作为耐碱性合成纤维使用的PP纤维的含量设为5~20质量%的范围的方法。
进一步,作为除PP纤维以外调配的其他耐碱性合成纤维,是选自由维纶纤维、未缩醛化聚乙烯醇纤维(以下,记做PVA纤维)、聚酰胺纤维(以下,记做PA纤维)、PE纤维、PA/改性PA复合纤维、PE合成浆料组成的群组中的至少一种,与PP纤维合计,能够占据隔膜的20~50质量%。
当耐碱性合成纤维小于20质量%时,在碱性电解液中含浸时隔膜的尺寸稳定性、筒成型时成为底的部分的热熔接性受损,当超过50质量%时,隔膜的致密性受损,容易发生内部短路。另外,存在由于隔膜的保液性降低,因而碱性电池的高倍率放电特性恶化的问题。
关于粘合剂成分,通过将其含有率设为5~20质量%,可得到在电解液中的尺寸稳定性优良,示出良好的离子透过性的致密的隔膜。作为粘合剂成分,经常采用溶解于60~90℃的热水的PVA粘合剂纤维。
需要说明的是,本实施方式例中的耐碱性纤维素纤维和耐碱性合成纤维的“耐碱性”是指,在用于碱性电池时,碱性电解液导致的纤维的分解难以发生。具体地是指,将该纤维在70℃的40质量%氢氧化钾水溶液中浸渍8小时后的重量減少率为10%以下。
使用该重量減少率超过10%的纤维的隔膜,会含有溶解于40质量%氢氧化钾水溶液的纤维,在组装电池后,被电解液渐渐分解而产生气体。在该气体的影响下,电池的内压上升,在某些情况下还会发生漏液。
本实施方式例的碱性电池用隔膜的厚度优选为60~140μm。当隔膜的厚度小于60μm时,由于正极与负极的距离变短,所以内部短路发生的可能性增高,并且由于碱性电解液的保持量(隔膜的碱性电解液保液量)不足,所以高倍率放电特性恶化。当隔膜的厚度超过140μm时,电极间距离变长,电池的内部阻抗升高。另外,存在电池壳内的隔膜占有的体积增大,注入电池的负极活性物质的量減少,所以放电容量减小的可能性。
接着,说明本实施方式例的碱性电池用隔膜的制造方法。本实施方式例的隔膜的制造,按照以下的步骤进行。
(1)将上文所述的能够原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维分散在水中,用打浆机或磨浆机等的制纸用叩解机叩解到规定的CSF值为止。
(2)在上述的叩解的纤维中,混合1种或2种以上的上文所述的非原纤化纤维素浆料。
(3)进而,作为在碱性电解液中尺寸稳定性优良的耐碱性合成纤维,混合PP纤维和1种或2种以上的其他耐碱性合成纤维。
(4)然后,添加混合PVA粘合剂纤维等作为粘合剂成分的纤维,制成原料。
(5)使用圆网抄纸机、短网抄纸机、倾斜短网抄纸机、长网抄纸机,或者将它们进行组合的组合抄纸机,对该原料进行抄纸。湿式不织布,可以是单层也可以是多层,另外,在多层的情况下,不限于组合抄纸机,也可单独制造使用圆网抄纸机、短网抄纸机、倾斜短网抄纸机或者长网抄纸机进行抄纸的湿式不织布后,将多个层进行贴合。
作为各层的层叠组合,存在将各抄纸机形成的相同的纸层彼此组合、与由其他种类的抄纸机形成的层进行组合而能够得到双层、或三层等,只要不损害隔膜的屏蔽性以及保液性,能够进行各种组合。
使用倾斜短网抄纸机以及长网抄纸机的抄纸方法是如下的抄纸方法:通过增减送入到抄纸网之上的纤维浆液的流速,能够自由地控制隔膜的纵向以及横向的纤维的取向,由此,能够调节隔膜的纵向以及横向的强度和抗弯刚度等,在电池制造时,能够实现考虑了隔膜的加工性的设计。
<实施例的说明>
以下,作为本发明的第1实施方式例的实施例,详细说明碱性电池用隔膜以及使用该隔膜的碱性电池的具体例。需要说明的是,本发明以及本实施方式例,不限于这些实施例的记载内容。
<隔膜的试验方法>
实施例、比较例以及现有例的隔膜的各测量值,是按照以下的方法进行测量的。
(1)纤维的耐碱性分解试验
在70℃的40质量%氢氧化钾水溶液中浸渍纤维,静置8小时。之后,测量用离子交换水进行洗浄·干燥后时的质量,用下式算出重量減少率作为分解率(%)。
分解率(%)=(1-分解后质量/分解前质量)×100
(2)CSF(加拿大标准滤水度:Canadian Standard Freeness)
按照“JIS P8121-2浆料-滤水度试验法-第2部:加拿大标准滤水度法”进行测量。
(3)厚度
使用刻度盘式测厚仪G型号(测量反作用力2N,测量件:φ10mm),以均匀的间隔在多个位置处,对2张重叠的隔膜的厚度进行测量,将其1/2用作每1张在测量位置处的厚度,进一步将各测量位置的平均值用作隔膜的厚度(μm)。
(4)每平方米重量
测量隔膜的面积和重量,求出每单位隔膜面积(m2)的重量(g)。
(5)最大孔径、平均孔径
使用Porous Materials,Inc.制造的CFP-1200-AEXL-ESA,按照ASTM F316-03,JISK3832中规定的方法(泡点法),测量最大孔径以及平均孔径。
另外,使用GALWICK(Porous Materials,Inc.制造)作为试验液进行测量。
(6)拉伸强度的纵横比
沿流动方向(MD)和宽度方向(CD)取大小为15mm×250mm的试验片,使用万能拉伸试验机或者等同产品,以夹爪的间隔180mm、毎分钟约200mm的速度拉伸试验片,测量其拉伸强度,按照下式算出纵横比(MD/CD比)。
纵横比=流动方向(MD)的拉伸强度/宽度方向(CD)的拉伸强度
(7)保液率
将隔膜切取为50mm×50mm的正方形,测量干燥后的质量后,在40质量%KOH水溶液中浸渍10分钟。将该试验片直接贴在以45度的角度倾斜的玻璃板上并固定3分钟,使过剩的40质量%KOH水溶液流下而去除,保持原状测量保液的试验片的质量,用下式算出保液率(%)。
保液率(%)=(W2-W1)/W1×100
W1=浸渍前的质量
W2=浸渍后的质量
(8)溶胀率
与厚度测量同样地,取2张在宽度方向(CD)上无褶皱的长度为500mm的隔膜,将这些试验片隔膜的粗面侧重合,进行固定以使两端不会运动。之后,在40质量%KOH水溶液中浸渍30分钟,浸渍后,从距离纸端15mm以上的内侧的部位,以大概均等的间隔测量5个位置处的厚度并取平均值,进一步除以重叠的张数求出每1张的厚度,用下式计算溶胀率。需要说明的是,测量器使用刻度盘式测厚仪G型号(测量反作用力2N,测量件:φ10mm)。
溶胀率(%)=(A2-A1)/A1×100
A1=浸渍前的平均厚度
A2=浸渍后的平均厚度
(9)离子阻抗
在浸渍于40质量%KOH水溶液中的、以约2mm的间隔并排的铂电极(附着有铂黑的直径20mm的圆板形状的电极)之间插入隔膜,将该插入所伴随的电极间的电阻抗的增加当做隔膜的离子阻抗(mΩ)。需要说明的是,以1000Hz的频率使用LCR测量仪测量电极间的电阻抗。
(10)氢气产生量
在市售的碱性锰电池负极用的锌合金粉末中加入隔膜以及KOH电解液(添加氧化锌),在70℃下放置10天,测量产生的氢气量(相对于锌1g产生的氢气的体积(μl))。需要说明的是,在各隔膜的测量中,锌合金粉末:隔膜:KOH电解液以质量比计为1:0.05:1取一定量,使用与例如日本特开2008-171767号公报的图2中公开的装置类似的装置,测量氢气产生量。
(11)放电试验
A.电池的制作
使用本实施例以及比较例的隔膜,各制造30个碱性锰电池(LR6)1,该碱性锰电池(LR6)1由如图1所示的正极壳2、正极混合剂3、隔膜4、胶状负极5、负极集电体6、树脂制造的封口体7、负极端子板8、树脂外包装件9构成。
在图1的碱性锰电池1中,在有底筒状的正极壳2的一个端部形成有正极端子2a,在正极壳2内注入由二氧化锰和石墨形成的圆筒状的正极混合剂3。本实施方式例的隔膜4卷成筒状,在该筒状的隔膜4的内部,填充有将未添加汞的锌合金粉末和碱性电解液进行混合的胶状负极5。
另外,用树脂制造的封口体7封闭正极壳2的开口部,在该树脂制封口体7处,兼任负极端子的负极端子板8焊接于负极集电体6的头部。卷成筒状的隔膜4的正极端子侧,将隔膜端部接合或融合进行密封,防止负极与正极接触。然后,在露出正极端子2a和负极端子板8的状态下,通过紧贴在正极壳2的外周面上的树脂外包装件9进行包装。
B.放电试验方法
进行高倍率负载放电试验和轻负载放电试验,该高倍率负载放电试验测量在2Ω的负载下达到0.9V的终止电压为止的时间(分钟),该轻负载放电试验测量在100Ω的负载下达到0.9V的终止电压为止的时间(小时),算出其平均值(样品个数n=10)。间断放电试验是将10个电池分别以3.9Ω的负载进行5分钟/天的放电,统计在50天以内降低到0.9V的电池的数量作为故障个数。
表1是纤维的耐碱性分解试验结果
【表1】
如表1所示,溶剂纺丝纤维素纤维、针叶树溶解浆料、阔叶树溶解浆料、棉短绒浆料、丝光化针叶树浆料、丝光化阔叶树浆料的碱性分解率低,可知作为耐碱性纤维素纤维是优选的。
另外,聚丙烯纤维(PP纤维)、聚乙烯纤维(PE纤维)、PP/PP复合纤维、PP/PE复合纤维、缩醛化聚乙烯醇纤维(维纶纤维)、未缩醛化聚乙烯醇纤维(PVA纤维)、聚酰胺纤维(PA纤维)的碱性分解率低,作为耐碱性合成纤维是优选的。
在本实施方式例中,使用上文所述的耐碱性纤维素纤维和耐碱性合成纤维,制造下文的各实施例、比较例、现有例的隔膜。
〔实施例1〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合30质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.5进行层叠抄纸,得到厚度120.0μm,每平方米重量40.0g/m2的双层隔膜。该隔膜,拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为31.0μm,平均孔径为7.8μm,溶胀率为34%,保液率为432%,离子阻抗为13.3mΩ,气体产生量为90μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为143分钟,100Ω放电时间为245小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例2〕
将5质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度3mm)叩解到CSF值为10ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度0.6dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(0.8dtex,纤维长度5mm),5质量%的PP/改性PP复合纤维(0.8dtex,纤维长度5mm)、10质量%的维纶纤维(细度0.6dtex,纤维长度2mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.9进行抄纸,得到厚度60.0μm,每平方米重量20.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.0,最大孔径为60.0μm,平均孔径为10.0μm,溶胀率为40%,保液率为608%,离子阻抗为14.0mΩ,气体产生量为96μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为145分钟,100Ω放电时间为239小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例3〕
将30质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度3.3dtex,纤维长度5mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,叩解到转而上升的CSF值为100ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度3.3dtex,纤维长度4mm)以及15质量%阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.9进行层叠抄纸,得到厚度140.0μm,每平方米重量45.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.8,最大孔径为25.0μm,平均孔径为1.1μm,溶胀率为43%,保液率为652%,离子阻抗为13.9mΩ,气体产生量为114μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为155分钟,100Ω放电时间为258小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例4〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,5质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.4进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.5,最大孔径为32.0μm,平均孔径为4.6μm,溶胀率为42%,保液率为621%,离子阻抗为13.5mΩ,气体产生量为110μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为141分钟,100Ω放电时间为244小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例5〕
将25质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为50ml为止。在其中混合10质量%的粘胶人造纤维(细度0.8dtex,纤维长度3mm)以及10质量%针叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的PP纤维(0.8dtex,纤维长度5mm)、10质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度80.0μm,每平方米重量23.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.5,最大孔径为31.0μm,平均孔径为9.1μm,溶胀率为38%,保液率为478%,离子阻抗为11.5mΩ,气体产生量为101μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为141分钟,100Ω放电时间为240小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例6〕
将10质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度2mm)叩解到CSF值为1ml为止。在其中混合10质量%的粘胶人造纤维(细度0.8dtex,纤维长度3mm)以及20质量%阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的PE纤维(细度3.3dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用长网/圆网组合抄纸机以J/W比2.1进行层叠抄纸,得到厚度95.0μm,每平方米重量30.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.4,最大孔径为54.0μm,平均孔径为8.3μm,溶胀率为40%,保液率为597%,离子阻抗为12.4mΩ,气体产生量为94μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为149分钟,100Ω放电时间为238小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例7〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度5mm)叩解到CSF值为3ml为止。在其中混合40质量%的粘胶人造纤维(细度1.7dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的丝光化阔叶树浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、10质量%的维纶纤维(细度0.6dtex,纤维长度3mm)以及5质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.7进行层叠抄纸,得到厚度120.0μm,每平方米重量40.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为49.0μm,平均孔径为5.4μm,溶胀率为45%,保液率为684%,离子阻抗为12.8mΩ,气体产生量为119μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为142分钟,100Ω放电时间为241小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例8〕
将10质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度5mm)叩解到CSF值为3ml为止。在其中混合20质量%的丝光化阔叶树浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(0.8dtex,纤维长度5mm)、5质量%的PP/改性PP复合纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm,15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.8进行层叠抄纸,得到厚度80.0μm,每平方米重量25.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.7,最大孔径为45.0μm,平均孔径为6.4μm,溶胀率为30%,保液率为400%,离子阻抗为13.9mΩ,气体产生量为94μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为156分钟,100Ω放电时间为248小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例9〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为30ml为止。在其中混合25质量%的粘胶人造纤维(细度0.6dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的棉短绒浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(0.8dtex,纤维长度5mm)以及10质量%的维纶纤维(细度0.6dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.2进行层叠抄纸,得到厚度74.0μm,每平方米重量24.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.4,最大孔径为35.0μm,平均孔径为4.4μm,溶胀率为44%,保液率为700%,离子阻抗为12.6mΩ,气体产生量为122μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为149分钟,100Ω放电时间为246小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例10〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度3.3dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.7dtex,纤维长度3mm)以及10质量%阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,5质量%的PP纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)、5质量%的PP/改性PE复合纤维(0.8dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用圆网/倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.5进行层叠抄纸,得到厚度133.0μm,每平方米重量39.0g/m2的三层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.2,最大孔径为52.0μm,平均孔径为7.7μm,溶胀率为37%,保液率为469%,离子阻抗为10.9mΩ,气体产生量为91μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为137分钟,100Ω放电时间为238小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例11〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为50ml为止。在其中混合25质量%的阔叶树溶解浆料以及25质量%的棉短绒浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP/改性PP复合纤维(细度2.2dtex,纤维长度5mm)以及10质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.1进行抄纸,得到厚度125.0μm,每平方米重量39.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.0,最大孔径为39.0μm,平均孔径为2.6μm,溶胀率为38%,保液率为475%,离子阻抗为13.1mΩ,气体产生量为89μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为144分钟,100Ω放电时间为239小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例12〕
将10质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合20质量%的阔叶树溶解浆料以及20质量%的丝光化针叶树浆料作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的PP纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)、10质量%的维纶纤维(细度0.6dtex,纤维长度2mm)、10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)以及10质量%的PA纤维作为耐碱性合成纤维,并且混合5质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.3进行层叠抄纸,得到厚度95.0μm,每平方米重量26.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.4,最大孔径为30.0μm,平均孔径为4.3μm,溶胀率为35%,保液率为453%,离子阻抗为11.6mΩ,气体产生量为91μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为141分钟,100Ω放电时间为237小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例13〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合25质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/倾斜短网组合抄纸机以J/W比为0.9进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.0,最大孔径为23.0μm,平均孔径为3.0μm,溶胀率为33%,保液率为434%,离子阻抗为13.5mΩ,气体产生量为87μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为140分钟,100Ω放电时间为244小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例14〕
将25质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合20质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(细度3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用圆网/倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为2.1进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的三层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.5,最大孔径为47.0μm,平均孔径为9.8μm,溶胀率为34%,保液率为448%,离子阻抗为10.9mΩ,气体产生量为91μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为139分钟,100Ω放电时间为242小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例15〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合30质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用长网/短网抄纸机以J/W比为1.2进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.4,最大孔径为20.0μm,平均孔径为1.2μm,溶胀率为33%,保液率为431%,离子阻抗为13.2mΩ,气体产生量为88μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为147分钟,100Ω放电时间为246小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例16〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合20质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)、15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度138.0μm,每平方米重量42.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.8,最大孔径为40.0μm,平均孔径为5.4μm,溶胀率为40%,保液率为601%,离子阻抗为13.2mΩ,气体产生量为104μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为143分钟,100Ω放电时间为240小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例1〕
将35质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为10ml为止。在其中混合5质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网抄纸机以J/W比为0.7进行层叠抄纸,得到厚度118.0μm,每平方米重量38.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.7,最大孔径为18.0μm,平均孔径为2.2μm,溶胀率为38%,保液率为476%,离子阻抗为25.0mΩ,气体产生量为99μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为109分钟,100Ω放电时间为194小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例2〕
将2质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为100ml为止。在其中混合28质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用长网/短网抄纸机以J/W比为1.7进行层叠抄纸,得到厚度58.0μm,每平方米重量18.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.9,最大孔径为65.0μm,平均孔径为12μm,溶胀率为32%,保液率为418%,离子阻抗为17.0mΩ,气体产生量为98μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为135分钟,100Ω放电时间为213小时,间断放电的故障个数为7个。
〔比较例3〕
将25质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)以及10质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合5质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.5进行层叠抄纸,得到厚度138.0μm,每平方米重量41.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为49.0μm,平均孔径为8.3μm,溶胀率为55%,保液率为697%,离子阻抗为10.8mΩ,气体产生量为141μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为118分钟,100Ω放电时间为207小时,间断放电的故障个数为3个。
〔比较例4〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度97.0μm,每平方米重量32.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为45.0μm,平均孔径为8.0μm,溶胀率为28%,保液率为377%,离子阻抗为12.2mΩ,气体产生量为94μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为103分钟,100Ω放电时间为201小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例5〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为2ml为止。在其中混合20质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,3质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、17质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.8进行层叠抄纸,得到厚度104.0μm,每平方米重量35.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.5,最大孔径为61.0μm,平均孔径为11.4μm,溶胀率为46%,保液率为612%,离子阻抗为11.3mΩ,气体产生量为93μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为108分钟,100Ω放电时间为196小时,间断放电的故障个数为5个。
〔比较例6〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为2ml为止。在其中混合25质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,25质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为2.0进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量25.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.2,最大孔径为47.0μm,平均孔径为7.7μm,溶胀率为31%,保液率为390%,离子阻抗为13.1mΩ,气体产生量为109μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为126分钟,100Ω放电时间为222小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例7〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合20质量%的针叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的阔叶树溶解浆料以及10质量%的丝光化针叶树浆料,15质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.8进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为28.0μm,平均孔径为7.7μm,溶胀率为39%,保液率为496%,离子阻抗为14.8mΩ,气体产生量为136μl/g。虽然想要使用该隔膜制作碱性电池,但是耐碱性合成纤维的调配比少,在尝试通过热熔接使成为底的部分成型时,无法熔接,因此没有进行放电试验。
〔比较例8〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为3ml为止。在其中混合35质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,7质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合3质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.0进行层叠抄纸,得到厚度127.0μm,每平方米重量40.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.2,最大孔径为39.0μm,平均孔径为8.3μm,溶胀率为41%,保液率为511%,离子阻抗为11.5mΩ,气体产生量为90μl/g。虽然想要使用该隔膜制作碱性电池,但是作为粘合剂成分的PVA粘合剂纤维的调配比少,因此隔膜强度低,隔膜破裂,因而未进行放电试验。
〔比较例9〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为3ml为止。在其中混合20质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维、10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维、并且混合25质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度94.0μm,每平方米重量27.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.5,最大孔径为30.0μm,平均孔径为6.3μm,溶胀率为27%,保液率为388%,离子阻抗为12.4mΩ,气体产生量为91μl/g。使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为105分钟,100Ω放电时间为207小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例10〕
将10质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为3ml为止。在其中混合50质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)以及20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度120.0μm,每平方米重量38.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.7、最大孔径为51.0μm、平均孔径为9.6μm、溶胀率为62%、保液率为744%、离子阻抗为12.40mΩ、气体产生量为114μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为120分钟,100Ω放电时间为220小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例11〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,5质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.0进行层叠抄纸,得到厚度105.0μm,每平方米重量31.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为0.7,最大孔径为19.0μm,平均孔径为2.6μm,溶胀率为39%,保液率为593%,离子阻抗为13.5mΩ,气体产生量为110μl/g。虽然想要使用该隔膜制作碱性电池,但是由于MD/CD比过小而没有柔性,在筒成型时发生故障,因而未进行放电试验。
〔比较例12〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,5质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为3.1进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量29.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为4.5,最大孔径为62.0μm,平均孔径为9.8μm,溶胀率为38%,保液率为589%,离子阻抗为13.1mΩ,气体产生量为108μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为151分钟,100Ω放电时间为252小时,间断放电的故障个数为9个。
〔比较例13〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为150ml为止。在其中混合30质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.9进行抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.2,最大孔径为21.0μm,平均孔径为0.9μm,溶胀率为35%,保液率为457%,离子阻抗为24.0mΩ,气体产生量为97μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为110分钟,100Ω放电时间为196小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例14〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为30ml为止。在其中混合30质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)、20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为0.5进行抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.0,最大孔径为48.0μm,平均孔径为11.0μm,溶胀率为36%,保液率为461%,离子阻抗为18.0mΩ,气体产生量为96μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为136分钟,100Ω放电时间为235小时,间断放电的故障个数为5个。
〔比较例15〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维、10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)以及20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性合成纤维、并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为2.6进行抄纸,得到厚度50.0μm,每平方米重量15.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为3.1,最大孔径为65.0μm,平均孔径为12.0μm,溶胀率为43%,保液率为634%,离子阻抗为17.6mΩ,气体产生量为131μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为124分钟,100Ω放电时间为233小时,间断放电的故障个数为9个。
〔比较例16〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)以及20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.7进行抄纸,得到厚度160.0μm,每平方米重量50.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.0,最大孔径为51.0μm,平均孔径为8.6μm,溶胀率为42%,保液率为643%,离子阻抗为24.1mΩ,气体产生量为129μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为105分钟,100Ω放电时间为188小时,间断放电的故障个数为0个。
〔现有例1〕
在国际公开WO2012/036025号公报(专利文献3)中公开了如下的技术:使隔膜形成由粗层和密层的至少二层构成的层叠结构,使得构成粗层的耐碱性纤维素纤维为特定的比例并且由具有规定的CSF差的多种纤维素纤维形成,并将耐碱性纤维素纤维整体的CSF设为规定的值。其公开了,通过这种方式,通过CSF高的纤维素纤维实现保液性,并且通过CSF低的纤维素纤维能够降低隔膜中存在的最大孔尺寸,确保了碱性电池所必须的保液性,同时不仅能够有效地抑制枝晶的产生,还能够提高隔膜的耐冲击性。
上述现有例1的隔膜,是在本申请提交前公开的国际公开WO2012/036025号公报的实施例10中记载的隔膜,其中,将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度2mm)叩解到CSF值为150ml为止,在其中混合被叩解到CSF值为705ml为止的30质量%的丝光化阔叶树浆料作为耐碱性纤维素纤维,和40质量%的维纶纤维(细度0.3dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,和15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分,制成粗层。
另一方面,将50质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度2mm)叩解到CSF值为125ml为止,在其中混合35质量%的维纶纤维(细度0.3dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分,制成密层。然后,将这2种混合原料用圆网多层抄纸机以J/W比1.7进行层叠抄纸,得到厚度90.0μm、每平方米重量28.0g/m2的隔膜。
该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.8,最大孔径为61.0μm,平均孔径为12.0μm,溶胀率为38%,保液率为512%,离子阻抗为13.4mΩ,气体产生量为127μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为135分钟,100Ω放电时间为226小时,间断放电的故障个数为2个。
表2是上述的各实施例、比较例、现有例的隔膜的各种物性、碱性电池的评价结果。需要说明的是,表2的CSF值中标记有*的值,表示CSF到达0mm后,进一步继续叩解时的值。
【表2】
如表2所示各实施例,拉伸强度的纵横比为1.0~2.5,最大孔径为20.0~60.0μm,平均孔径在1.0~10.0μm的范围内。将各实施例的电池试验结果与现有例的电池试验结果进行比较,在现有例中在间断放电中有2个发生故障,与此相比,在实施例中1个也没发生。另外,各实施例的100Ω下的轻负载放电时间超过了现有例。也就是说可知,本实施方式例的隔膜是兼具以往被认为是相反的特性的屏蔽性和放电性能的良好的隔膜。
比较例1的隔膜的离子阻抗较高为25mΩ,使用该隔膜的碱性电池与现有例相比,在轻负载放电、高倍率负载放电下放电时间均较短。可认为这是由于,将原纤化溶剂纺丝纤维素纤维的含量设为35质量%,从而最大孔径小于20μm。
另一方面,使用比较例2的隔膜的碱性电池,有7个发生了间断放电的故障。可认为其原因是,原纤化溶剂纺丝纤维素纤维的含量较少为2质量%,最大孔径为65.0μm,平均孔径为12μm,最大孔径和平均孔径均较大。根据各实施例和比较例1以及比较例2可知,原纤化溶剂纺丝纤维素纤维的含量优选为5~30质量%。
使用比较例3的隔膜的碱性电池,有3个发生了间断放电的故障。可认为这是由于纤维素纤维的总含量较多为75质量%,隔膜的气体产生量变多。另外,由于含有较多纤维素纤维,隔膜的溶胀率也变大。
另一方面,比较例4的隔膜,纤维素纤维的总含量较少为25质量%,合成纤维的总含量较多为55质量%。因此可认为,隔膜的保液量减少,碱性电池的放电时间变短。根据各实施例和比较例3以及比较例4可知,耐碱性纤维素纤维的总含量优选为30~70质量%。
比较例5的隔膜,PP纤维的含量较少为3质量%。因此,隔膜的溶胀率较大为46%。因此,在制作碱性电池时能够注入的负极剂量減少,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。
比较例6的隔膜,PP纤维的含有比例较多为25质量%。因此,隔膜的疏水性变高,碱性电解液保液量变少,其结果是碱性电池的放电时间变短。根据各实施例、比较例5以及比较例6可知,PP纤维的含量优选为5~20质量%。
比较例7的隔膜,合成纤维的总含量较少为15质量%,在制作电池时的隔膜筒成型之际,无法对筒的底部进行热熔接。因此,未实施电池试验。根据各实施例、比较例4以及比较例7可知,合成纤维的总含量优选为20~50质量%。
比较例8的隔膜,片材的强度低,在制作电池时的隔膜筒成型之际,隔膜破损。其原因是粘合剂成分的含量较少为3质量%。另外,在筒成型之际隔膜破损,因此未实施电池试验。
比较例9的隔膜,隔膜的保液率低,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。这是由于粘合剂成分的含量较多为25质量%。根据各实施例、比较例8以及比较例9可知,粘合剂成分的含量优选为5~20质量%。
比较例10的隔膜,非原纤化再生纤维素纤维的含量为50质量%,隔膜的溶胀率大,在制作碱性电池时注入负极剂量減少,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。
根据各实施例和比较例10可知,若非原纤化再生纤维素纤维的含量为40质量%以下,则能够将溶胀率控制在45%以下,因此是优选的。
另外,根据含有10质量%以上的非原纤化再生纤维素纤维的实施例2~实施例7、实施例9、实施例10、实施例16和其他的实施例的比较可知,含有越多的非原纤化再生纤维素纤维,越能够提高隔膜的保液率。
比较例11的隔膜,抗弯刚度低,在制作电池时的隔膜筒成型之际,发生了故障。因此,未进行电池评价。可认为这是由于拉伸强度的纵横比小于1.0。
比较例12的隔膜,最大孔径较大为62μm。可认为这是由于拉伸强度的纵横比为4.5。使用该隔膜的碱性电池,有9个发生了间断放电时的故障。
根据各实施例、比较例1以及比较例12可知,隔膜的最大孔径优选为20~60μm,拉伸强度的纵横比优选为1.0~2.5。
使用比较例13的隔膜的碱性电池的放电时间短。可认为其原因是,隔膜的平均孔径减小为0.9μm,隔膜的离子阻抗增大为24mΩ。
使用比较例14的隔膜的碱性电池,有5个发生了间断放电的故障。可认为这是由于隔膜的平均孔径为11μm。根据各实施例、比较例13以及比较例14可知,隔膜的平均孔径优选为1.0~10.0μm。
比较例15的隔膜,厚度为50μm,每平方米重量为15.0g/m2。隔膜的每平方米重量小,密度也低,隔膜的致密性不足,最大孔径为65μm,平均孔径变大为12μm,使用该隔膜的碱性电池,有9个发生了间断放电的故障。比较例16的隔膜,厚度为160μm,每平方米重量为50.0g/m2。因此,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。
在制作使用了现有例1的隔膜的碱性电池时,在含浸电解液时,在圆筒的内侧方向发生了隔膜的弯曲,可认为该弯曲是由电解液中的各层的伸展收缩程度之差引起的。因此,向隔膜的圆筒内部注入胶状负极的步骤的操作性差。
如以上说明的,根据第1实施方式例,能够提供控制了最大孔径且屏蔽性高的隔膜。另外,通过控制拉伸强度的纵横比,作为碱性电池用隔膜,形成具有适当的抗弯刚度的隔膜,可提高使用了本实施方式例的隔膜的碱性电池的防止内部短路的可靠性,且能够改善制造电池时的隔膜的加工性。
另外,本实施方式例的多层的隔膜,由各层相同的原料构成,不存在隔膜的表里差异,因此即使在碱性电解液中浸渍也不会发生翘曲(弯曲)。进一步,能够得到具有适当的屏蔽性的隔膜作为碱性电池用隔膜。
而且,通过采用PP纤维作为耐碱性合成纤维,能够实现既示出了良好的保液性且溶胀率低的隔膜,可得到电解液的保液性高,放电特性优良的碱性电池。
另外,根据本实施方式例,对于枝晶的生长能够得到充分的屏蔽效果。这里,碱性电池的内部的枝晶,在隔膜的空孔中生长,该枝晶使正极与负极电接触从而导致碱性电池发生短路。
隔膜的平均孔径是纤维间空隙的大小,另一方面,可作为最大孔径测量的这类大小的孔,是在湿式不织布的制法的基础上产生的孔。通过降低隔膜的平均孔径,能够可靠地抑制枝晶的生长。但是,在不控制最大孔径的情况下,即使隔膜的平均孔径减小,由于最大孔径大,因此枝晶在这类大的孔中生长,导致内部短路。
因此,在本实施方式例中,通过进行控制使得湿式不织布中产生的最大孔径和平均孔径均变小,作为隔膜而用于碱性电池时可提高防止内部短路的可靠性。
另一方面,对于碱性电池的放电容量来说,负极剂的填充量很重要。隔膜的溶胀率较大时,在电池壳内隔膜占据的体积增大,负极剂的填充量減少。在本实施方式例中,通过抑制隔膜的溶胀,在制作电池时,在电池内隔膜占据的体积减少,使负极剂的填充量增加,还能够实现碱性电池的高容量化。
另外,对于碱性电池的放电时间来说,隔膜的电解液保持量很重要,因此在本实施方式例中,通过提高隔膜的保液率,能够实现电池的长寿化。进一步,在本实施方式例中,通过控制隔膜的溶胀率,能够增加碱性电池的负极剂填充量,电池的放电容量也增大。
<第2实施方式例>
以下,详细说明本发明的第2实施方式例。
根据第2实施方式例,能够提供一种隔膜,该隔膜例如能够防止金属氧化物的枝晶等导致的内部短路,可谋求屏蔽性和放电性能的提高,且能够使得保液性、溶胀率同时充足。具体地,能够提供一种由湿式不织布构成的碱性电池用隔膜,该湿式不织布由耐碱性纤维素纤维、耐碱性合成纤维、粘合剂成分形成,最大孔径为15~35μm,平均孔径为1.0~10.0μm,浸渍于40质量%KOH时的保液率为450~700%,浸渍于40质量%KOH时的溶胀率为45~55%。
在第2实施方式例中,为了提高隔膜的屏蔽性,不仅是平均孔径,最大孔径的控制也非常重要,因此将隔膜的最大孔径设为15.0~35.0μm。当最大孔径超过35.0μm时,隔膜的屏蔽性无法提高,当最大孔径小于15.0μm时,隔膜过于致密,存在组装电池时的阻抗值增大的情况。另外,这里,通过使得拉伸强度的纵横比在1.0~2.5的范围内,可将最大孔径控制在15.0~35.0μm的范围内。
需要说明的是,第2实施方式例中的隔膜的最大孔径以及平均孔径的控制,与上述的第1实施方式例相同,因此省略了其说明。另外,在第2实施方式例,虽然用于抄纸的原料纤维也与上述的第1实施方式例相同,但是在第2实施方式例中,表示叩解的程度的CSF值的范围优选为因叩解而处于降低中的CSF值为10~0ml,处于上升中的CSF值为100ml以下。这是由于,在处于降低中的CSF大于10ml的情况下,无法充分获得原纤化物带来的隔膜的致密性。另一方面,在转而上升的CSF值超过100ml的情况下,纤维过于微细,不适合用作电池用隔膜原料。
本实施方式例的碱性电池用隔膜的40质量%KOH保液率优选为450%以上。当40质量%KOH水溶液的保液率小于450%时,存在高倍率放电特性变差的问题。虽然保液率越高越优选,但是实际上隔膜能够保液的电解液量存在上限,可认为700%左右是上限。另外,通过使得耐碱性纤维素纤维的含量为30~70质量%,能够使隔膜的保液率成为450~700%。
另外,作为在本实施方式例的碱性电池中使用的耐碱性合成纤维,优选含有缩醛化聚乙烯醇纤维(以下,记做维纶纤维)、未缩醛化聚乙烯醇纤维(以下,记做PVA纤维)。这些纤维,不仅是耐碱性,而且从隔膜的抗弯刚度的方面来说,也是优选的。非原纤化再生纤维素纤维的含有率,与第1实施方式例相同,优选在10~40质量%的范围内。
维纶纤维以及PVA纤维的含有率,能够根据隔膜需要的特性而进行增减,但是在小于10质量%的情况下,存在作为该聚乙烯醇系纤维的最大的特征的隔膜的抗弯刚度受损,并且,溶胀率变得过大的倾向。另外,在含有率大于50质量%的情况下,由于过多调配该聚乙烯醇系纤维,存在电解液的保液性降低的倾向,因此为了以高水平实现保液性的抗弯刚度,优选在10~50质量%的范围内。
另外,与维纶纤维相比,PVA纤维融点低,且在电池的制造步骤中隔膜彼此的热熔接性优良,因此更优选。而且,本实施方式例的碱性电池用隔膜的40质量%KOH溶胀率优选为45~55%。在溶胀率小于45%的情况下,用于碱性电池时的内部阻抗增大。另外,当溶胀率超过55%时,在电池壳内隔膜所占的体积增大,负极剂的填充量減少。
如上文所述碱性电池用隔膜的40质量%KOH溶胀率采用45~55%,作为一实现方式,可以将作为耐碱性合成纤维使用的维纶纤维和PVA纤维的总含量,设为10~50质量%。
作为在碱性电池中使用的其他耐碱性合成纤维,能够从由聚酰胺纤维(以下,记做PA纤维)、聚丙烯纤维(以下,记做PP纤维)、聚乙烯纤维(以下,记做PE纤维)、PP/PE复合纤维、PP/改性PP复合纤维、PA/改性PA复合纤维、PP合成浆料、PE合成浆料组成的群组中选择,维纶纤维和PVA纤维合计能够含有隔膜的20~50质量%。
在第2实施方式例中,通过以下的步骤制造碱性电池用隔膜。
(1)将上文所述的能够原纤化的溶剂纺丝纤维素纤维分散在水中,使用打浆机或者磨浆机等的制纸用叩解机叩解到规定的CSF值。
(2)在上述叩解后的纤维中,混合1种或2种以上的上文所述的非原纤化再生纤维素纤维。
(3)另外,根据需要,混合1种或2种以上的非原纤化纤维素浆料。
(4)进一步,作为在碱性电解液中尺寸稳定性优良的耐碱性合成纤维,混合维纶纤维和PVA纤维,另外根据需要混合其他的耐碱性合成纤维。
(5)然后,添加混合PVA粘合剂纤维等成为粘合剂成分的纤维,制作原料。
(6)使用圆网抄纸机、短网抄纸机、倾斜短网抄纸机、长网抄纸机或者将它们进行组合的抄纸机,将该原料进行抄纸。
需要说明的是,与上述的第1实施方式例同样地,在第2实施方式例中同样地湿式不织布可以是单层也可是多层,在多层的情况下层的组合方法也与第1实施方式例相同。
<实施例的说明>
以下,作为本发明的第2实施方式例的实施例,详细说明碱性电池用隔膜以及使用了该隔膜的碱性电池的具体例。需要说明的是,本发明以及本实施方式例,不限于这些实施例的公开内容。另外,隔膜的试验方法,与上述的第1实施方式例相同,因此这里省略其说明。
在第2实施方式例中,也使用如表1所示的耐碱性纤维素纤维和耐碱性合成纤维,制造以下的各实施例、比较例、现有例的隔膜。
〔实施例21〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为10ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,25质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量30.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.5,最大孔径为22.0μm,平均孔径为2.4μm,溶胀率为51.0%,保液率为585%,离子阻抗为13.5mΩ,气体产生量为110μl/g。使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为141分钟,100Ω放电时间为244小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例22〕
将5质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度3mm)叩解到CSF值为10ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度0.8dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.9进行抄纸,得到厚度60.0μm,每平方米重量20.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.0,最大孔径为35.0μm,平均孔径为8.0μm,溶胀率为53.0%,保液率为638%,离子阻抗为14.0mΩ,气体产生量为96μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为145分钟,100Ω放电时间为239小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例23〕
将30质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度3.3dtex,纤维长度5mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为100ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.7dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度140.0μm,每平方米重量45.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.8,最大孔径为15.0μm,平均孔径为1.1μm,溶胀率为51.0%,保液率为571%,离子阻抗为13.9mΩ,气体产生量为114μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为155分钟,100Ω放电时间为258小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例24〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度5mm)叩解到CSF值为8ml为止。在其中混合10质量%的粘胶人造纤维(细度0.8dtex,纤维长度4mm)以及30质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的维纶纤维(细度0.6dtex,纤维长度3mm)、10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm),以及10质量%的PP纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用长网/圆网组合抄纸机以J/W比为2.1进行层叠抄纸,得到厚度95.0μm,每平方米重量30.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.4,最大孔径为33.0μm,平均孔径为8.1μm,溶胀率为53.0%,保液率为622%,离子阻抗为12.4mΩ,气体产生量为94μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为149分钟,100Ω放电时间为238小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例25〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合40质量%的粘胶人造纤维(细度0.6dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)、10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm),以及10质量%的PP/改性PP复合纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.7进行层叠抄纸,得到厚度120.0μm,每平方米重量40.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为19.0μm,平均孔径为6.2μm,溶胀率为54.0%,保液率为674%,离子阻抗为12.8mΩ,气体产生量为119μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为142分钟,100Ω放电时间为241小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例26〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度5mm)叩解到CSF值为2ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度3.3dtex,纤维长度4mm)作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)、20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm),以及10质量%的PP/改性PE复合纤维(细度0.8dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.6进行层叠抄纸,得到厚度125.0μm,每平方米重量39.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.8,最大孔径为26.0μm,平均孔径为7.6μm,溶胀率为45.0%,保液率为451%,离子阻抗为13.7mΩ,气体产生量为86μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为156分钟,100Ω放电时间为251小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例27〕
将25质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度2mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合25质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)和10质量%的针叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,以及10质量%的丝光化阔叶树浆料,5质量%的维纶纤维(细度0.6dtex,纤维长度2mm)、10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)以及10重量%的PA纤维作为耐碱性合成纤维,并且混合5质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.3进行层叠抄纸,得到厚度74.0μm,每平方米重量24.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.4,最大孔径为17.0μm,平均孔径为4.2μm,溶胀率为55.0%,保液率为700%,离子阻抗为12.6mΩ,气体产生量为122μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为149分钟,100Ω放电时间为246小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例28〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为30ml为止。在其中混合10质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的棉短绒浆料作为耐碱性纤维素纤维,25质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.2进行抄纸,得到厚度112.0μm,每平方米重量36.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.1,最大孔径为24.0μm,平均孔径为5.5μm,溶胀率为46.0%,保液率为502%,离子阻抗为13.1mΩ,气体产生量为108μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为155分钟,100Ω放电时间为252小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例29〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为50ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度0.8dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的丝光化针叶树浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm),以及15质量%的PE纤维(细度3.3dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为2.0进行层叠抄纸,得到厚度83.0μm,每平方米重量27.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.3,最大孔径为30.0μm,平均孔径为3.7μm,溶胀率为53.0%,保液率为668%,离子阻抗为11.5mΩ,气体产生量为101μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为141分钟,100Ω放电时间为240小时,间断放电的故障个数为0个。
〔实施例30〕
将10质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为75ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的维纶纤维(细度0.6dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/倾斜短网组合抄纸机以J/W比为1.1进行层叠抄纸,得到厚度94.0μm,每平方米重量32.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.2,最大孔径为28.0μm,平均孔径为1.7μm,溶胀率为53.0%,保液率为645%,离子阻抗为13.4mΩ,气体产生量为118μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为139分钟,100Ω放电时间为241小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例21〕
将2质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合33质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网抄纸机以J/W比为1.8进行层叠抄纸,得到厚度57.0μm,每平方米重量19.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.7,最大孔径为46.0μm,平均孔径为7.8μm,溶胀率为48.0%,保液率为570%,离子阻抗为17.0mΩ,气体产生量为104μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为129分钟,100Ω放电时间为228小时,间断放电的故障个数为10个。
〔比较例22〕
将35质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为0ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用长网/短网抄纸机以J/W比为2.0进行层叠抄纸,得到厚度117.0μm,每平方米重量37.6g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.4,最大孔径为13.0μm,平均孔径为1.6μm,溶胀率为46.0%,保液率为558%,离子阻抗为25.0mΩ,气体产生量为99μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为109分钟,100Ω放电时间为193小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例23〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为20ml为止。在其中混合20质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.6进行层叠抄纸,得到厚度143.0μm,每平方米重量46.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.8,最大孔径为34.0μm,平均孔径为13.0μm,溶胀率为50.0%,保液率为570%,离子阻抗为11.2mΩ,气体产生量为101μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为133分钟,100Ω放电时间为226小时,间断放电的故障个数为8个。
〔比较例24〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为150ml为止。在其中混合20质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.3进行层叠抄纸,得到厚度42.0μm,每平方米重量14.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为17.0μm,平均孔径为0.9μm,溶胀率为49.0%,保液率为566%,离子阻抗为24.6mΩ,气体产生量为89μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为116分钟,100Ω放电时间为199小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例25〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为2ml为止。在其中混合45质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.6进行层叠抄纸,得到厚度155.0μm,每平方米重量50.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.7,最大孔径为20.0μm,平均孔径为9.4μm,溶胀率为56.0%,保液率为664%,离子阻抗为14.4mΩ,气体产生量为125μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为130分钟,100Ω放电时间为211小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例26〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为2ml为止。在其中混合5质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合15质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.7进行层叠抄纸,得到厚度120.0μm,每平方米重量39.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.8,最大孔径为32.0μm,平均孔径为7.0μm,溶胀率为46.0%,保液率为449%,离子阻抗为12.40mΩ,气体产生量为114μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为121分钟,100Ω放电时间为208小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例27〕
将25质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合35质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,10质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PP纤维(细度3.3dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合5质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为0.9进行层叠抄纸,得到厚度138.0μm,每平方米重量44.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.6,最大孔径为34.0μm,平均孔径为8.1μm,溶胀率为59.0%,保液率为754%,离子阻抗为24.4mΩ,气体产生量为141μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为118分钟,100Ω放电时间为207小时,间断放电的故障个数为3个。
〔比较例28〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合10质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,20质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)、20质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)以及15质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.2进行抄纸,得到厚度88.0μm,每平方米重量28.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.1,最大孔径为33.0μm,平均孔径为8.9μm,溶胀率为42.0%,保液率为434%,离子阻抗为10.8mΩ,气体产生量为87μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为123分钟,100Ω放电时间为216小时,间断放电的故障个数为1个。
〔比较例29〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为8ml为止。在其中混合20质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及20质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,5质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)以及15质量%的PP纤维(3.3dtex,纤维长度5mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网/圆网组合抄纸机以J/W比为1.4进行层叠抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量33.0g/m2的双层隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.5,最大孔径为19.0μm,平均孔径为11.2μm,溶胀率为57.0%,保液率为607%,离子阻抗为11.3mΩ,气体产生量为93μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为108分钟,100Ω放电时间为196小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例30〕
将20质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为8ml为止。在其中混合10质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维、30质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及30质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为0.5进行抄纸,得到厚度104.0μm,每平方米重量34.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.2,最大孔径为31.0μm,平均孔径为7.5μm,溶胀率为45.0%,保液率为425%,离子阻抗为13.1mΩ,气体产生量为109μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为126分钟,100Ω放电时间为224小时,间断放电的故障个数为2个。
〔比较例31〕
将30质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为10ml为止。在其中混合35质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合20质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用圆网抄纸机以J/W比为2.1进行抄纸,得到厚度71.0μm,每平方米重量23.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.3,最大孔径为22μm,平均孔径为6.2μm,溶胀率为52.0%,保液率为616%,离子阻抗为12.4mΩ,气体产生量为117μl/g。另外,虽然想要使用该隔膜制作碱性电池,但是耐碱性合成纤维的调配比少,在尝试通过热熔接使作为底的部分成型时,无法熔接,因此没有进行放电试验。
〔比较例32〕
将30质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为10ml为止。在其中混合30质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,19质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及19质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合2质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为2.2进行抄纸,得到厚度111.0μm,每平方米重量35.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.4,最大孔径为24.0μm,平均孔径为5.6μm,溶胀率为54.0%,保液率为648%,离子阻抗为10.5mΩ,气体产生量为122μl/g。另外,虽然想要使用该隔膜制作碱性电池,但是作为粘合剂成分的PVA粘合剂纤维的调配比少,因此隔膜强度低,发生筒成型故障,因而未进行放电试验。
〔比较例33〕
将25质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为10ml为止。在其中混合20质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为耐碱性纤维素纤维,15质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及15质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合25质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.7进行抄纸,得到厚度115.0μm,每平方米重量39.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为1.9,最大孔径为17.0μm,平均孔径为5.0μm,溶胀率为39.0%,保液率为411%,离子阻抗为22.4mΩ,气体产生量为94μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为114分钟,100Ω放电时间为215小时,间断放电的故障个数为0个。
〔比较例34〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为10ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,25质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为0.4进行抄纸,得到厚度50.0μm,每平方米重量15.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为3.1,最大孔径为45.0μm,平均孔径为11.8μm,溶胀率为51.0%,保液率为586%,离子阻抗为17.6mΩ,气体产生量为131μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为124分钟,100Ω放电时间为233小时,间断放电的故障个数为9个。
〔比较例35〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为10ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,25质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为2.0进行抄纸,得到厚度160.0μm,每平方米重量50.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为2.0,最大孔径为18.0μm,平均孔径为8.4μm,溶胀率为52.0%,保液率为603%,离子阻抗为24.1mΩ,气体产生量为129μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为122分钟,100Ω放电时间为194小时,间断放电的故障个数为2个。
〔比较例36〕
将25质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值显示为0ml后,进一步叩解,直到转而上升的CSF值为50ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm),以及15质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,25质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为1.0进行抄纸,得到厚度105.0μm,每平方米重量31.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为0.7,最大孔径为12.0μm,平均孔径为2.6μm,溶胀率为52.0%,保液率为596%,离子阻抗为13.5mΩ,气体产生量为110μl/g。需要说明的是,虽然想要使用该隔膜制作碱性电池,但是由于MD/CD比过小而没有柔性,在筒成型时发生故障,因而未进行放电试验。
〔比较例37〕
将15质量%的溶剂纺丝纤维素纤维(细度1.7dtex,纤维长度4mm)叩解到CSF值为5ml为止。在其中混合15质量%的粘胶人造纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及25质量%的阔叶树溶解浆料作为耐碱性纤维素纤维,25质量%的维纶纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)以及10质量%的PVA纤维(细度1.1dtex,纤维长度2mm)作为耐碱性合成纤维,并且混合10质量%的PVA粘合剂纤维(细度1.1dtex,纤维长度3mm)作为粘合剂成分。
将该混合原料用倾斜短网抄纸机以J/W比为3.8进行抄纸,得到厚度100.0μm,每平方米重量29.0g/m2的隔膜。该隔膜的拉伸强度的纵横比为4.5,最大孔径为37.0μm,平均孔径为9.8μm,溶胀率为51.0%,保液率为584%,离子阻抗为13.1mΩ,气体产生量为108μl/g。另外,使用该隔膜制作的碱性电池的2Ω放电时间为151分钟,100Ω放电时间为252小时,间断放电的故障个数为4个。
需要说明的是,现有例1与上文的表2所示的现有例1相同,故这里省略其说明以及电池试验结果。
表3是上述的各实施例、比较例、现有例的隔膜的各种物性、碱性电池的评价结果。在表3中CSF值中带*标记的值,表示CSF到达0mm后,进一步进行叩解时的值。
【表3】
如表3所示各实施例的拉伸强度的纵横比为1.0~2.5,最大孔径为15.0~35.0μm,平均孔径为1.0~10.0μm,保液率在450~700%的范围内。将各实施例的电池试验结果与现有例的电池试验结果进行比较,现有例中有2个发生了间断放电的故障,与此相对,实施例中1个也没有发生。另外,各实施例的100Ω下的轻负载放电时间,超过了现有例。也就是说,可知本实施方式例的隔膜是兼备目前为止被认为是相反的特性的屏蔽性和放电性能的良好的隔膜。
使用比较例21的隔膜的碱性电池,有10个发生了间断放电的故障。可认为这是由于,原纤化溶剂纺丝纤维素纤维的含量较少为2质量%,最大孔径超过了35μm。
另一方面,比较例22的隔膜,离子阻抗较高为25mΩ,与现有例相比,使用该隔膜的碱性电池能进行轻负载放电、高倍率负载放电且放电时间短。可认为这是由于,将原纤化溶剂纺丝纤维素纤维的含量设为35质量%,因而使得最大孔径小于15μm。根据各实施例、比较例21以及比较例22可知,原纤化溶剂纺丝纤维素纤维的含量优先为5~30质量%。
比较例23的隔膜,平均孔径为13.0μm,使用该隔膜的碱性电池,有8个发生了间断放电的故障。另外,比较例24的隔膜,离子阻抗增高,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。根据各实施例、比较例23以及比较例24可知,隔膜的平均孔径优选为1.0~10.0μm。
比较例25的隔膜,非原纤化再生纤维素纤维的含量为45质量%,隔膜的溶胀率大,在制作碱性电池时注入负极剂量減少,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。
比较例26的隔膜,非原纤化再生纤维素纤维的含量为5质量%,隔膜的保液率低,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。根据各实施例、比较例25以及比较例26可知,非原纤化再生纤维素纤维的含量优选为10~40质量%。
使用比较例27的隔膜的碱性电池,有3个发生了间断放电的故障。可认为这是由于,纤维素纤维的总含量较多为75质量%,隔膜的气体产生量增多。
另一方面,比较例28的隔膜,纤维素纤维的总含量较少为25质量%,合成纤维的总含量较多为55质量%。可认为因此,隔膜的保液率变小,碱性电池的放电时间变短。根据各实施例、比较例27以及比较例28可知,耐碱性纤维素纤维的总含量优选为30~70质量%。
比较例29的隔膜,维纶纤维和PVA纤维的总含量较少为5质量%。另外,隔膜的溶胀率较大为57%。因此,在制作碱性电池时注入负极剂量減少,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。
比较例30的隔膜,维纶纤维和PVA纤维的总含量较多为60质量%。因此,隔膜的疏水性增强,保液量减少,其结果是碱性电池的放电时间变短。根据各实施例、比较例29以及比较例30可知,维纶纤维和PVA纤维的总含量优选为10~50质量%。
比较例31的隔膜,合成纤维的总含量较少为15质量%,在制作电池时的隔膜筒成型之际,无法对筒的底部进行热熔接。因此,未实施电池试验。根据各实施例、比较例28以及比较例31可知,合成纤维的总含量优选为20~50质量%。
比较例32的隔膜,片材的强度低,在制作电池时的隔膜筒成型之际,隔膜破损。可认为其原因是粘合剂成分的含量较少为2质量%。另外,由于在筒成型时隔膜破损,因此未实施电池试验。
比较例33的隔膜,隔膜的保液率低,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。这是由于,粘合剂成分的含量较多为25质量%。根据各实施例、比较例32以及比较例33可知,粘合剂成分的含量优选为5~20质量%。
比较例34的隔膜,厚度为50μm,每平方米重量为15.0g/m2。隔膜的每平方米重量小,密度也低,因此隔膜的致密性不足,最大孔径变大成45.0μm,平均孔径变大成11.8μm,使用该隔膜的碱性电池,有9个发生了间断放电的故障。另外,比较例35的隔膜,厚度为160μm,每平方米重量为50.0g/m2。因此,使用该隔膜的碱性电池的放电时间变短。
比较例36的隔膜,抗弯刚度低,在制作电池时的隔膜筒成型之际,发生了故障。可认为这是由于拉伸强度的纵横比小于1.0。因此,未进行电池评价。
比较例37的隔膜,最大孔径较大为37μm。可认为这是由于拉伸强度的纵横比为4.5。使用该隔膜的碱性电池,有9个发生了间断放电时的故障。根据各实施例、比较例36以及比较例37可知,最大孔径优选为15~35μm,且为了实现该值,隔膜的拉伸强度的纵横比优选1.0~2.5。
如以上说明的,根据第2实施方式例,能够提供控制了最大孔径的屏蔽性的高的隔膜。另外,由于控制拉伸强度的纵横比,因此作为碱性电池用隔膜成为具有适当的抗弯刚度的隔膜,提高了使用本实施方式例的隔膜的碱性电池的防止内部短路的可靠性,并且还能够改善制造电池时的隔膜的加工性。
另外,在本实施方式例中,多层隔膜由各层相同的原料构成,不存在隔膜的表里差异,因此即使浸渍在碱性电解液中也不会发生翘曲(弯曲)。另外,通过将溶剂纺丝纤维素纤维的CSF值设为10~0ml,转为上升的CSF值为0~100ml,能够得到具有适当的屏蔽性的隔膜作为碱性电池用隔膜。
进一步,通过使用非原纤化再生纤维素纤维作为溶剂纺丝纤维素纤维以外的耐碱性纤维素纤维,能够进一步提高隔膜的保液性。另外,通过采用维纶纤维、PVA纤维作为耐碱性合成纤维,隔膜彼此间的热熔接性提高,能够形成表示出良好的保液性且溶胀率小的隔膜。而且,通过将该隔膜用于碱性电池,电池制造工程的操作性提高,且电解液的保液性升高,可得到放电特性优良的碱性电池。
Claims (8)
1.一种碱性电池用隔膜,其特征在于,
由至少含有耐碱性纤维素纤维和耐碱性合成纤维且通过粘合剂成分进行粘合的湿式不织布形成,所述湿式不织布的平均孔径为1~10μm。
2.如权利要求1所述的碱性电池用隔膜,其特征在于,
所述湿式不织布的最大孔径为20~60μm,
浸渍于40质量%KOH水溶液时的保液率为400~700%,
浸渍于40质量%KOH水溶液时的溶胀率为30~45%。
3.如权利要求1所述的碱性电池用隔膜,其特征在于,
所述湿式不织布的最大孔径为15~35μm,
浸渍于40质量%KOH水溶液时的保液率为450~700%,
浸渍于40质量%KOH水溶液时的溶胀率为45~55%。
4.如权利要求1至3中任一项所述的碱性电池用隔膜,其特征在于,
所述耐碱性纤维素纤维至少包含原纤化溶剂纺丝纤维素纤维和非原纤化纤维素。
5.如权利要求1、2或4所述的碱性电池用隔膜,其特征在于,
所述耐碱性合成纤维至少包含聚丙烯纤维。
6.如权利要求1、3或4所述的碱性电池用隔膜,其特征在于,
所述耐碱性合成纤维至少包含非缩醛化聚乙烯醇纤维和缩醛化聚乙烯醇纤维。
7.如权利要求4至6中任一项所述的碱性电池用隔膜,其特征在于,
所述非原纤化纤维素至少包含再生纤维素纤维。
8.一种碱性电池,其特征在于,使用了如权利要求1至7中任一项所述的碱性电池用隔膜。
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