CN1179855A - 非水电解液电池用非织造布及其非水电解液电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种非水电解液电池隔膜用非织造布及使用该非织造布的非水电解液电池。所述非织造布与电极的密接性良好,在电极与隔膜之间不会产生滑移、空隙,具有优异的电极卷绕性等电池加工性。又,即使电极外部短路而发热,也不会因非织造布的收缩和燃烧而引起电极之间的接触导致内部短路的发生,可以防止电池灼热发火,得到高电池容量及优异的电池特性及电池储存性能等特性。具体地,本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布膜厚不匀指数Rpy在1000mV以下;又其使用触针式三维表面粗糙计测得的、在整个波长范围内的中心表面平均粗糙度SRa在6μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种非水电解液电池隔膜用非织造布及使用该非织造布的非水电解液电池,所述非织造布与电极的密接性良好,且具有优异的电极卷绕性等电池加工性,又,即使电极外部发生短路而发热,也不会发生因非织造布的收缩和燃烧而引起电极间的接触而导致内部短路,可以防止电池灼热发火,所述非水电解液电池的电池保存性能优异。
背景技术
以往,作为非水电解液电池隔膜,在如特开平6-325747号公报上公开了一种由其极限粘度[h]为5dl/g以上的高分子量聚乙烯组成的多孔薄膜。作为锂电池用隔膜,在特开平3-105851号公报上公开了一种由其重均分子量大于7×105的超高分子量聚乙烯和重均分子量/数均分子量之比为10~300的聚乙烯组成的多孔薄膜。
这些隔膜具有为防止电池灼热的断路功能。所谓断路功能,是指当电极外部短路,产生大电流使电池发热时,电池温度达180℃,可防止锂熔融灼热的功能。具体地,该功能是指:在锂灼热之前,使隔膜熔融,阻塞其上的开孔部,使电池反应停止,从而抑制发热。
例如,设计以聚乙烯多孔体作隔膜用时,在120℃附近发生断路;又设计以聚丙烯多孔体作隔膜用时,则在140℃附近发生断路,由此使电池停止发热,抑制温度上升。然而,却有这样的问题:在发生较大的发热状态下,以断路功能也无法完全抑制发热时,隔膜逐步熔融,发生隔膜的完全熔融和熔融开裂,造成电极间的接触,再度流过短路电流,使电池灼热。
再有,上述这些隔膜与以往的非织造布比较起来,其质地虽较均匀,但其制造工序复杂,成本高,难以获得稳定的性能。
为此,从制造的容易和品质稳定性考虑,人们一直在寻求开发制造一种可使用非织造布取代以往的多孔薄膜的隔膜。例如,在特开平5-74442号公报和特开平5-335005号公报上公开了使用特定的纤维制造的电池隔膜熔融非织造布,但是,将这些非织造布应用于隔膜时,与使用多孔薄膜相比,厚度变动大,且与构成电池的电极的密接性显著下降。由此,在构成电池时,会发生无法装入足够体积的电极的情况,电池组装完成后也无法得到令人满意的电流容量。再有,在作电池组装时,在电极与隔膜之间往往会产生滑移和空隙,使其加工性也成问题。
本发明的目的在于:提供一种非水电解液电池隔膜用非织造布及使用该非织造布的非水电解液电池。所述非织造布与电极的密接性良好,在电极与隔膜之间不会产生滑移、空隙等,且具有优异的与电极卷绕性等电池加工性。又,即使电极外部短路而发热,也不会因非织造布的收缩和燃烧引起电极之间的接触而导致内部短路的发生,可以防止电池灼热发火,得到高电流容量及优异的电池特性及电池储存性能等特性。
发明揭示
本发明的第一方面是一种非水电解液电池隔膜用非织造布,该非织造布的特征在于:在以湿法抄浆(造纸)法制造的非水电解液电池隔膜用非织造布中,在下述规定的抄浆(机)方向上的膜厚不匀指数Rpy在1000mV以下。
膜厚不匀指数Rpy:使试样运行于两球状触针之间。使用薄膜测厚仪,测得试样在抄浆(机)方向上的厚度变化。所述测厚仪系籍电子测微计,在电子测微计的灵敏度范围为±15μm/±3V的条件下,在零点调整后,在抄浆方向上以1.5m/分的恒速扫描,将试样的厚度变化测为电信号,测得试样在抄浆(机)方向上的厚度变化。所得的测定信号值再以FFT分析仪,使用点火窗(hanninigwindow)作为时间窗,作快速付里叶转换。由128次的累计加成平均求得功率谱(mV2),求得2-25Hz频率范围内功率值的总和,乘上2/3。所得值再乘上1/2,将由此求得的值作为膜厚不匀指数Rpy(单位:mV)。
本发明的第二方面是一种非水电解液电池隔膜用非织造布,该非织造布的特征在于:在以湿法抄浆法制得的非水电解液电池隔膜用非织造布中,使用触针式三维表面粗糙计测得的、在整个波长范围内的中心表面平均粗糙度SRa在6μm以下。
实施发明的最佳方式
作为构成本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布的组成要素,可以使用无机纤维、须晶、及有机纤维等。
无机纤维较好的是使用选自微玻璃纤维、氧化铝纤维、氧化硅铝纤维、石棉纤维中一种以上的无机纤维。
在其特征为含有由无机化合物组成的须晶的非水电解液电池隔膜用非织造布中,较好的是,由无机化合物组成的晶须组份为选自Al2O3、9Al2O3·2B2O3、SiC、Si3N4、K2O·6TiO2、K2Ti6O13、TiO2、BaTiO3、Mg2B2O5、ZnO中一种组份以上。
无机纤维的平均纤维直径最好的是在3μm以下,无机纤维在非织造布中的使用量较好的是在20-80%(重量)。微玻璃纤维最好是由含有氧化钠(换算为Na2O)1%(重量)以下的E玻璃及含有二氧化硅(换算为SiO2)99%(重量)以上的硅玻璃中的至少一种所组成的微玻璃纤维。
在其特征为含有有机纤维的非水电解液电池隔膜用非织造布中,最好是有机纤维的至少一部分纤维被原纤化为纤维直径在1μm以下。
又,至少含有一部分被原纤化成纤维直径小于1μm的有机纤维,且其纤维的孔隙率在35~80%。
又,非水电解液电池隔膜用非织造布至少含有一部分纤维被原纤化至纤维直径小于1μm的有机纤维,且其透气率在100mmHg以上。
有机纤维最好是使用含有选自聚丙烯纤维,聚乙烯纤维,聚甲基戊烯纤维、聚丙烯腈纤维中至少一种有机纤维。
较好的是,所述有机纤维含有其熔点或热分解温度在250℃以上的耐热性有机纤维;更好的是,所述耐热性有机纤维为选自芳香族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、全芳香族聚酯(polyarylate)纤维、聚醚酮纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚砜纤维、聚对苯并二噁唑纤维中一种以上的耐热性有机纤维。较好的是,有机纤维含有纤维状粘合剂;更好的是,纤维状粘合剂为选自维尼纶纤维、聚酯纤维、聚烯烃纤维、聚酰胺纤维及天然浆粕中一种以上的纤维状粘合剂。
又,本发明的非织造布为其特征在于作轧压处理的非水电解液电池隔膜用非织造布。较好的是,所述轧辊轧压处理是热辊轧压处理;更好的是,所述轧辊轧压处理是以50~200℃的处理温度所作的热辊轧压处理。
以下,详细说明本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布。
本发明中所说的膜厚不匀指数Rpy指:使试样运行于两球状触针之间,使用薄膜测厚仪,测得试样在抄浆(机)方向上的厚度变化。所述测厚仪系籍电子测微计,在电子测微计的灵敏度范围为±15μm/±3V的条件下,在零点调整后,在抄浆机方向上以1.5m/分的恒速扫描,将试样的厚度变化测为电信号,测得试样在抄浆(机)方向上的厚度变化。所得的测定信号值再以FFT分析仪,使用点火窗作为时间窗,作快速富里叶转换。由128次的累计加成平均求得功率谱(mV2),求得2-25Hz频率范围的功率值总和,乘上2/3。所得值再乘上1/2,得到膜厚不匀指数Rpy(单位:mV)。
具体求值如下:
使试样运行于二直径约5mm的球状触针之间,所述球状触针的测得压力为约30g/冲击。使用Anritsu公司制的薄膜测厚仪,测得试样在抄浆(机)方向上的厚度变化。所述测厚仪系籍电子测微计,在电子测微计的灵敏度范围为±15μm/±3V的条件下,在零点调整后,以抄浆机方向上的1.5m/分的恒速扫描,将试样的厚度变化测为电信号,测得试样在抄浆(机)方向上的厚度变化。所得的测定值再以小野测试仪器公司制的CF-300型FFT分析仪(输入信号AC±10mV,取样点512点),使用hanninigwindow作为时间窗,在频率范围作成50Hz的处理条件下,作快速富里叶转换。由128次的累计加成平均求得功率谱(mV2),求得2-25Hz频率范围的线性读数各功率值的平方总和,乘上2/3。所得值再乘上1/2,得到膜厚不匀指数Rpy(单位:mV)。又,其它处理条件根据CF-300型仪器的初始设定条件而定。
作为本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布,其在本发明中所规定的膜厚不匀指数Rpy通常在1000mV以下,较好的是在800mV以下,更好的是在600mV以下。如使用Rpy超过1000mV的非织造布作为非水电解液电池隔膜用时,因该非织造布与电极的密合性差,在电池组装时,电极与隔膜之间产生间隙或空隙,电池加工性恶化;而且,组装后电池的电池容量低。
本发明者们发现:本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布,由于使用触针式三维表面粗糙计测得的、在整个波长范围内的中心表面平均粗糙度SRa在6μm以下的非织造布,从而完成了本发明。
式1中,Wx表示试样平面区域的X轴方向(抄浆方向)的长度;Wy表示试样平面区域的Y轴方向(与抄浆方向垂直的方向)的长度;Sa表示试样平面区域的面积。
具体地,作为触针式三维表面粗糙计及三维粗糙度解析装置,使用小坂研究所(株式会社)制的SE-3AK型仪器及SPA-11型仪器,在断开值=0.8mm,Wx=20mm,Wy=8mm,从而,Sa=160mm2条件下求得。又,作为X轴向的数据处理取样500点,Y轴向的扫描数在17线以上。
作为用于本发明实施的非水电解液电池隔膜用非织造布,通常其由使用触针式三维表面粗糙计测得的、在整个波长范围内的中心表面平均粗糙度SRa在6μm以下,但,较好的是在5μm以下,更好的是在4μm以下。如使用其中心表面平均粗糙度SRa超过6μm的非织造布作为非水电解液电池隔膜用非织造布时,则非织造布表面的粗糙程度增大,凹凸严重,在电池制造工序中正极和负极夹层卷绕时,或者,在将正极和负极层叠为片状组装于电池容器中时,其与两电极材料的密合性低下,在电极材料和隔膜之间产生大的空隙。生成该空隙的结果是:因减少了组装于同一电池容器内的电极体积而使组装后电池的电池容量降低。再有,从电极反应均匀性的角度考虑,电极之间的间隔不均匀也不理想,这会引起电池特性的低下。如使用其中心表面平均粗糙度SRa超过6μm的非织造布作为非水电解液电池隔膜用非织造布时,则电池的电池容量降低显著,实际上达到无法使用的水平。如使用其中心表面平均粗糙度SRa低于6μm的非织造布作为非水电解液电池隔膜用,从提高电池特性及电池容量的角度考虑,该中心表面平均粗糙度SRa。较好的低于5μm,更好的低于4μm。
本发明所用纤维,只要是非水电解液电池隔膜用非织造布,其Rpy和SRa在本发明所规定的范围内、可以湿法抄浆法制得的皆可,并无特别的限制。但是,较好的是,可在该非织造布的结构中适当掺入无机纤维以提高耐热性:适当掺入有机纤维,以提高制造性能和非织造布的强度。
作为本发明中优选使用的无机纤维,可以举出微玻璃纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、晶须纤维等,但从纤维直径小、分散性好的观点考虑,其中较好的是使用微玻璃纤维。作为微玻璃纤维,是以蒸汽喷射法、纺纱法、火焰插入法、旋转法等制造的极细玻璃纤维,其平均纤维直径通常在5μm以下。
关于微玻璃纤维的平均纤维直径,较好的是:其纤维直径在3μm以下。使用更细的平均纤维直径的微玻璃纤维,可制得均匀性很高的、甚至连直径为数十-数百μm的、所谓“针孔”也没有的非织造布。
此处,在使用平均纤维直径粗大的玻璃纤维,以取代微玻璃纤维时,则形成厚度不匀、且存在许多针孔的非织造布。将其用于非水电解液电池的隔膜,则其宽度方向上的电阻不均一,有时,发生起因于针孔的电极间短路。
在本发明所用的非水电解液电池隔膜用非织造布中的微玻璃纤维中,较好的是,微玻璃纤维由含有氧化钠(换算为Na2O)1%(重量)以下的E玻璃纤维组成。通常所使用的硅硼玻璃纤维因含有碱金属的钠,钠与作为负极活性物质的锂起化学反应,使电池特性恶化,所以不宜使用。即,可以认为:锂离子和构成微玻璃纤维的钠离子置换,在锂负极表面析出钠。其结果,内电阻增大,电池特性,特别是电池的储存性能恶化。
作为由不含有氧化钠等的E-玻璃组成的微玻璃纤维,可以举例出可从SCHULLER公司(美国)购得的E-FIBER。
同样理由,在本发明所用的非水电解液电池隔膜用非织造布中的微玻璃纤维中,较好的是,微玻璃纤维由含有二氧化硅(换算为SiO2)99%(重量)以上的硅玻璃纤维组成。由使用含有二氧化硅(换算为SiO2)99%(重量)以上的硅玻璃纤维组成的微玻璃纤维,几乎看不到在使用通常的微玻璃纤维时所常见的、在经长期储存后电池起电力低下的现象。作为该高纯度的二氧化硅组成的微玻璃纤维,可举出从SCHULLER公司(美国)购得的商品名为Q-FIBER的纤维。
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布中的氧化铝纤维为以氧化铝(Al2O3)为主成分的纤维。作为制造氧化铝纤维的方法,可举出;将铝盐水溶液和水溶性聚硅氧烷混合成纺丝液,进行纺丝后,在空气中焙烧至1000℃以上的无机盐法;对氧化铝溶胶和硅胶进行纺丝后焙烧的溶胶法;对含有聚铝氧烷的溶液混合硅酸酯后作干法纺丝,所得前驱体纤维在空气中,焙烧至1000℃以上的前驱聚合物法;对含有0.5μm以下直径的a-Al2O3粉末的浆液作干式纺丝,所得前驱体纤维,焙烧至1000℃以上,再使其通过150℃的气体火焰中,烧结成晶粒的浆液法等。
作为氧化铝纤维,有如从ICI公司(英国)可购的SAFFIL,从电气化学工业公司可购的DENKA ALCEN,从Nichias公司可购的RUBBYL。
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布中的硅铝纤维为以氧化铝含量40~60%,二氧化硅含量60~40%的纤维,所述的纤维可由下述的方法制得:对高岭焙烧土、铝土矿氧化铝、硅砂、硅石粉等的氧化铝·二氧化硅原料,根据情况不同,添加硼酸玻璃、氧化锆、氧化铬等,在高温下熔融,以喷射压缩空气或蒸汽的喷吹法或利用高速旋转的转子离心力的纺纱法使原料纤维化。这些氧化硅铝纤维有可从新日铁化学公司购得的商品名为S FIBER-SC纤维,可从Nichias公司购得的商品名为FINE FREX的纤维。
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布中的石棉可由下述方法制得。以高炉渣为主原料,对此添加入硅石、白云石、石灰岩等,在电炉中,1500~1600℃下加热熔融,得到均匀的熔融液,使该熔融液落下于在1400℃下高速旋转的旋转体上,使其纤维化。这些石棉纤维有可从新日铁化学公司购得的商品名为SFIBER-FF,可从旭玻璃纤维公司购得的商品名为ROXAN FIBER的纤维。
在本发明中,非水电解液电池隔膜中的无机纤维的配合量最好是在20~80%(重量)。此处,若无机纤维的配合量少于20%(重量),则因其耐热性差而不宜使用。另一方面,若无机纤维的配合量大于80%(重量),则由于无机纤维自身通常没有粘结力,使非织造布的强度低下,也不适宜。
作为本发明中适宜使用的有机纤维,除了从合成树脂制得的纱条状有机纤维之外,至少使用一部分被原纤化至纤维直径在1μm以下的有机纤维。这些纤维中,也可含有其熔点或热分解温度在250℃以上的耐热性有机纤维及纤维状粘结剂。
本发明中所使用的纱条状有机纤维最好是使用在电池中呈惰性的聚烯烃纤维、聚酯纤维、维尼纶纤维(聚乙烯醇纤维)。所谓聚烯烃纤维是由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维代表的聚烯烃树脂所组成的纤维。不光是纱条状的纤维,也可使用将聚烯烃纤维原纤化至浆状的纤维。又,还可使用由聚烯烃树脂组成的热粘结性纤维。还可使用这样的双组份纤维:二种类的树脂组合成纤维,其芯部通常由聚丙烯树脂等高熔点树脂组成,其皮层部通常由聚乙烯树脂、乙烯-乙二醇共聚树脂等低熔点粘结性树脂组成。对该纤维加热时,即可在纤维之间发生熔融,产生强度。聚酯纤维及维尼纶纤维也可与聚烯烃纤维一样,除了纱条状之外,还作为原纤化物及热粘结纤维用。
在本发明中,籍其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径在1μm以下的有机纤维的使用,可制成不产生针孔的、均匀的非水电解液电池隔膜用非织造布。作为至少其一部分被原纤化至纤维直径在1μm以下的有机纤维,可举出以下述方法加工制得:
将有机纤维切断成纤维长5mm以下、较好的是切成纤维长3mm以下,作为原料,分散于水中,作成悬浮液。悬浮液的浓度以重量百分比表示,最大为25%,较好的是在1~10%,更好的是在1~2%。将该悬浮液导入制造乳液及分散体用的高压均化器中,加以至少为100kg/cm2、较好的是200~500kg/cm2、更好的是400~500kg/cm2的压力,使其反复通过均化器。其间,该悬浮液以高速冲撞器壁后,又急剧减速,由此生成剪切力。该剪切力加于有机纤维上,但其效果主要是引起与纤维轴平行方向上的撕裂和松解,由此使纤维逐渐原纤化。
可用于原纤化的有机纤维,最好是从聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚甲基戊烯纤维、聚丙烯腈纤维中选择一种以上。再有,耐热性纤维宜使用全芳香族聚酰胺纤维、全芳香族聚酯纤维及聚对苯并二噁唑纤维,特别是全芳香族聚酯纤维及聚对苯并二噁唑纤维为最好。
全芳香族聚酰胺纤维是将聚对苯二甲酰对苯二胺、聚对苯甲酰胺、聚对氨基酰肼,聚对苯二甲酰对苯二胺-3,4-二苯基醚对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺等纤维化的纤维,不光是耐热性,其强度也优异,所以优选使用。
作为全芳香族聚酰胺纤维,有可从如杜邦公司:Toray公司、Kevler公司或帝人公司购得的KEVLER纤维,Technora纤维及Conex纤维,以及从日本芳族酰胺公司购得的Twaron等商品名纤维。
聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚甲基戊烯纤维等聚烯烃纤维及聚丙烯腈纤维因具有优异的耐电解液性而优选使用。再有,聚甲基戊烯纤维还因具有优异的耐热性而优选使用。
聚甲基戊烯纤维是将由丙烯的二聚作用得到的4-甲基戊烯-1再聚合、纤维化的纤维。
作为本发明的有机纤维中的耐热性有机纤维,是指在250℃下也不熔融、分解,且在200℃的高温气氛下保存一个月以上也很少性质恶化的纤维。更具体地,可举出,如聚苯硫醚纤维、全芳香族聚酯纤维、聚醚酮纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚砜纤维、聚对苯并二噁唑纤维、全芳香族聚酰胺纤维、聚酰胺亚胺纤维、聚醚亚胺纤维等。这些纤维中,从不对电池特性产生不利影响、且具有优异电池储存性的观点考虑,较好的是聚苯硫醚纤维、全芳香族聚酯纤维、聚醚酮纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚砜纤维及聚对苯并二噁唑纤维。其中,聚苯硫醚纤维可从东丽(Toray)公司购得;全芳香族聚酯纤维有从可乐丽(Kuraray)公司购得商品名为VECTRON的纤维和从住友化学公司购得商品名为EKONOL的纤维;聚对苯并二噁唑纤维可从东洋纺公司购得商品名为PBO的纤维。
作为本发明中所使用的纤维状粘合剂,根据使用目的不同,可以单独使用或两种以上混合使用如下的纤维状粘合剂:纤维自身因热而熔融一部分或全部,以至在纤维之间产生粘结力的所谓热熔融型粘合剂;纤维自身的一部分或全部溶解于水或热水中,在其后的干燥过程中在纤维之间产生粘结力类型的纤维粘合剂;纤维之间因氢键而产生粘结力类型的纤维粘合剂;及因细微纤维之间的纠缠、交络而在纤维之间产生粘结力类型的纤维粘合剂。
作为这些纤维状粘合剂的具体例,较好的是,使用维尼纶纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯和聚乙烯组成的复合纤维、聚丙烯和乙烯-乙烯醇共聚体组成的复合纤维;从聚烯烃树脂制得的聚烯烃合成浆料等的聚烯烃纤维;再有,聚酰胺纤维、天然浆粕等。从非织造布须具有高强度、优异的耐热性和耐电解液性的观点来说,优选使用维尼纶纤维、含有聚丙烯的聚烯烃纤维、聚酰胺系纤维。
构成本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布的纤维长度,只要是可用于湿法抄浆制造方法的纤维长度即可,并无特别的限制。但是,以1~30mm为宜。如该纤维长度不满1mm,则纤维之间交缠网络少,其结果,热粘结产生的强度不够,不宜使用。另一方面,如纤维长度大于30mm,则纤维间在浆液中相互凌乱纠结,不能形成均匀的非织造布,在用作非水电解液电池隔膜时,难以达到本发明的范围内的Rpy或SRa,其加工性能及电池特性差,另外,其电阻也不均匀,不宜使用。
纤维的纤维直径较好的是在5旦尼尔以下,更好的是在0.1~3旦尼尔的范围。如纤维直径大于5旦尼尔,则(非织造布中)纤维数量减少,不光使非织造布强度低下,且也使其均匀性下降,发生针孔,使用不理想。
在制造本发明的非水电解液电池隔膜时,除了各种纤维,也可添加如分散剂、增粘剂等造纸用的各种添加剂,以高效地制得均匀的非织造布。
为了提高所制造的非织造布的强度、耐热性、耐屈折性等非水电解液电池隔膜所需的各种性能,也可将以硅胶、氧化铝凝胶等为代表的无机粘合剂作涂敷或浸渍处理,附着于本发明的非织造布上。又,也可使用各种水溶性树脂、油溶性树脂、乳胶等为代表的有机粘合剂代替这些无机粘合剂。
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布的面积重量无特别地限制,较好的是5~100g/m2,更好的是10~50g/m2。
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布的厚度无特别地限制,从电池可小型化的观点考虑,以薄为宜。但是,从强度、无针孔、非织造布的质地均匀考虑,则以10~100μm为好,更好的是使用20~60μm的厚度。如厚度不满10μm,则在电池组装时的短路不良率增加,不宜使用。另一方面,如厚度超过100μm,则因厚度增加产生的电阻值增大,电池特性降低,或是能量密度的下降显著增大,也不宜使用。
虽然可以考虑种种制造膜厚不匀指数Rpy在1000mV以下的非织造布的方法,但,通常是使纤维分散于水中之后,使用湿法抄浆法进行制造。在该制造过程中,纤维的分散浓度应尽可能地低,可以在0.01~0.1%(重量)的浆料浓度中进行。所用纤维长度最好是在纤维能形成纤网范围内尽可能地短。还可以适量选用适应于所用纤维的分散剂。
为了在调节所制造非织造布厚度的同时也降低其膜厚不匀指数,可以采取种种方法。如果,所得到的非织造布的厚度恰好是所希望的厚度则好。但是,如果所得到的非织造布的厚度大于所希望的厚度,则有必要由二次加工处理使厚度减薄。此时也可同时降低膜厚不匀指数。作为该二次加工处理,较好的是使用如多辊轧压机、机械轧压机、热轧压机、软轧压机、热软轧压机等机施以轧压处理,进行厚度、膜厚不匀指数的调整。特别好的是,使用热轧机由加压热处理,可调节得到所希望的厚度及膜厚不匀指数。作为热轧压处理时的加热温度,可依构成非水电解液电池隔膜用非织造布的有机纤维的种类而不同,可以在有机纤维的Tg以上熔点温度以下进行处理,特别是在掺用热粘结纤维的场合,则须提高加工温度,直至达到热粘结纤维可发挥粘结力的温度。从有机纤维的结构和加工条件来说,加工温度以50~200℃为宜。如在低于50℃的加工温度进行加压处理,则不能充分发挥粘结力,经一定的时间之后,发生厚度返回原状,织物表面起皱;或者,不能减薄至所希望的厚度,产生龟裂等疵点,不光如此,其膜厚不匀指数也不好。另外,如在高于200℃的加工温度进行加压处理时,则纤维本身因加热劣化,既强度低下或者是回缩变形。既使是不回缩劣化,非织造布的密度也过分增大,不能得到充分的孔隙率,从而损害电池性能。
又,较好的空隙率是在35~80%范围,在该范围内,电解液的保持性优异,电池特性及电池储存性能得到改善。更好的空隙率是在40~65%的范围,此范围可由加压热处理得以调节。另外,透气度在100mmHg以上,则电解液的渗透性理想。可以考虑使用制造其中心表面的平均粗糙程度SRa在6μm以下的非织造布的方法虽有很多,但是,通常是在将纤维分散于水中之后,用湿法抄浆法进行制造。此时,纤维的分散浓度应尽可能地低,所使用的纤维长度以短为好。再有,最好适量使用适宜于所用纤维的分散剂。
再有,可以采取种种方法,以在调节所制造的非织造布厚度的同时,降低中心表面平均粗糙度SRa。如果所得到的非织造布的厚度恰好是所希望的厚度则好,但是,如果所得到的非织造布的厚度大于所希望的厚度,则须由二次加工处理减薄其厚度。此时也可同时降低中心表面平均粗糙度SRa。通常,通过二次加工处理,可将50~500μm厚度的非织造布调整至10~100μm厚度。
作为该二次加工处理,较好的是使用如多辊轧压机、机械轧压机、热轧压机、软轧压机、热软轧压机等轧压机施以轧压处理,以调节膜厚及膜厚不匀指数,特别好的是使用热轧压机进行加压热处理,可调节得到所希望的厚度及膜厚不匀指数。
作为热轧压处理时的加热温度,可依构成非水电解液电池隔膜用非织造布的有机纤维的种类而不同,可以在有机纤维的Tg以上、熔点以下温度下进行处理。但在特别是掺用热粘结纤维的场合,则须提高加工温度,直至达到热粘结纤维可发挥粘结力的温度。从有机纤维的结构和加工条件来说,加工温度以50~200℃为宜。如在低于50℃的加工温度进行加压处理,则不能充分发挥粘结力,经一定的时间之后,发生厚度返回原状,不能将厚度减薄至所希望的厚度;或者,产生龟裂等疵点,不光如此,其SRa也不好。另外,如在高于200℃的加工温度进行加压处理时,则纤维本身因加热劣化,其强度低下或者是回缩变形。即使不发生恶化,也因非织造布的密度过分增大,不能得到充分的孔隙率,从而损害电池性能。
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布最好是以可制得无针孔的、均匀的非织造布的湿法抄浆法制造。作为可用于湿法抄浆法的抄浆机,可举出如长网抄浆机、圆网抄浆机、倾斜型抄浆机,及使两种以上组合的组合机等。
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布,因膜厚不匀指数Rpy在1000mV以下,其由使用触针式三维表面粗糙计测得的、在整个波长范围内的中心表面平均粗糙度SRa在6μm以下,所以其与电极的密合性良好,在电池组装时,在电极材料和隔膜之间不会产生间隙或空隙,具有优异的与电极卷绕性等电流加工性。使用本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布,可以制得具有优异的电池容量、电池特性及电池保持性的非水电解液电池。本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布可由湿法抄浆法制得均匀的非织造布。但是,当Rpy及SRA与所希望的数值不符时,可由使用如机械轧压机、软轧压机等的轧压处理、热轧压处理、热软轧压处理等的二次处理,将Rpy及SRA调节至所希望的值。又,本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布在含有如微玻璃纤维、氧化铝纤维、硅铝纤维、石棉纤维等无机纤维或耐热性有机纤维时,因其具有优异的耐热性,即使因电极外部短路,电池温度上升,也不会发生因纤维的熔融所导致的非织造布的收缩或燃烧,可以防止电池灼热。又,当构成本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布的微玻璃纤维为不含有可阻碍电池反应的氧化钠的微玻璃纤维时,可以得到电池保持性非常良好的非水电解液电池。再有,构成非水电解液电池隔膜用非织造布的有机纤维,其至少一部分为纤维直径在1μm以下的原纤化的有机纤维时,可以防止成为内部短路原因的针孔的产生。
以下,参照实施例,详细说明本发明,但是,本发明的内容并不限于实施例。又,%意指构成非水电解液电池隔膜用非织造布的纤维的各个重量%(重量百分比)。
在本发明的实施例及比较例中,根据下述的试验方法进行测定,其结果示于表1~表9。
评价项目
电池加工性
正极活性物质使用钴酸锂,负极使用软石墨化碳,将在实施例及比较例中制得的非水电解液电池隔膜用非织造布用作非水电解液电池隔膜,将该隔膜连接各电极配置,其整体作成旋涡状电极。接着,在丙烯碳酸酯:1,2-二甲氧基乙烷=1∶1的混合溶剂中,溶解0.5M/1的LiClO4,制得电解液。用该电极及电解液制作得18650型(直径18mm,长65mm)的圆筒型锂电池。调查此时电极和隔膜之间的不均一性、间隙、弯曲、偏移作为加工性的评价。制作均匀,无间隙、弯曲、偏移,加工无问题时记为○;制作不均匀,且加工性也有问题时记为×;其加工性稍有问题,但是仍可实用时记为△。另外,在所有的项目中,-标记表示无法测定。
电流容量
将按如同上述<电池加工性>的试验、评价的方法,制造的圆筒型锂电池以4.1V的恒定电压满充电后,测得电池的电流容量。该电流容量越大,则表示二次电池的性能越好。
电池特性
将按如同上述<电池加工性>的试验、评价的方法,制造的圆筒型锂电池以4.1V的恒定电压满充电后,进行电池特性的评价。电池特性主要是初期电池特性的评价。在测定电池电压和放电时间关系的放电特性图中,放电曲线越是平坦越好。放电良好记为○;其放电稍的不良,但仍可实用时记为△;其放电不良也就是电压显著低下,记为×。
电池保存特性
将按如同上述<电池加工性>的试验、评价的方法,制造的圆筒型锂电池在60℃下保存3个月后,测定电池特性(放电特性),从该放电特性图,以如同电池特性的场合的方法评价电池保存特性。电池保存良好记为○;稍有不良,但仍可实用时记为△;其电池保存不良记为×。
耐热性
将由实施例及比较例制得的非水电解液电池隔膜用非织造布,用金属板电极从上下夹持,与一电阻测定装置连接,测得电阻。将该金属板夹住的非织造布置于电炉内,升温至500℃,测得温度和电阻。提高温度,使非织造布收缩熔融、燃烧,不能起到隔膜的作用,电阻随之下降,最终导致短路。测得该导致短路的温度,作为耐热性的衡量标准。如该温度达180℃以上,则表示耐热性良好,如该温度达120~180℃的范围,则表示耐热性稍稍不佳,但仍在可实用的范围内。如该温度在120℃以下,则表示耐热性不良。又,至500℃尚未发生短路时,在表中记为“500<。”
透气度
使用东英电子工业公司制的Somooster(型号SM-6A)测得透气度。因为本测试仪可测定的透气度上限为720mmHg,当测定值超过720mmHg时,在表中记为“720<”。
空隙率
使用由实施例及比较例制得的电池隔膜用非织造布的单位面积重量(g/m2)、厚度T(μm)、比重D(g/cm3),由下式求得空隙率。
空隙率(%)=(1-(M/T)/D)×100
电解液保持性
将由实施例及比较例制得的电池隔膜用非织造布浸渍于在试验、评价电池加工性时配制的电解液中。调查浸渍时的电解液的保持量,该保持量越多,则电解液的保持性越好。
电解液保持性良好时记为○;其稍有不良,但仍可实用时记为△;其保持性不良记为×。
电解液渗透性
将由实施例及比较例制得的电池隔膜用非织造布裁成10cm见方。将其浸渍于在试验、评价电池加工性时配制的电解液中,测定比时电解液渗入该非织造布的时间,来评价电解液渗透性。
电解液渗透越快,则电解液渗透性越好。
电解液渗透性良好时记为○;稍有不良,但仍可实用时记为△;其渗透性不良记为×。
针孔
对由实施例及比较例制得的电池隔膜用非织造布,肉眼判断其上有无贯通孔。
灼热发火
制作上述电池100个,使短路时电阻为10毫欧姆的试验电路外部短路,调查电池有无灼热火花。完全无灼热火花时记为○;有一个灼热火花即记为×。
实施例1
将聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,0.7d×5mm)50%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,0.7d×5mm)50%分散于水中,配制得到0.01%的浆料,用圆网抄浆机进行湿法抄浆制造,对湿部分作强的湿挤压,制得单位面积重量为22g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例2
以与实施例1同样的组份配合和制造方法,制得单位面积重量为35g/m2、厚80μm的非水电解液电池隔膜用非织造布,再在140℃的温度条件下,用热辊轧压机,施以加压加热处理,将其厚度作成50μm。
实施例3
将平均纤维直径1.0μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,#108A)40%,聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,0.7d×5mm)30%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,0.7d×5mm)30%分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆,制得单位面积重量为25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。制成的非水电解液电池隔膜用非织造布再在140℃的温度条件下,用热辊轧压机处理,再施以加压加热处理,将其厚度作成50μm。
本例中所用的玻璃纤维的成分如下:
<玻璃纤维的成分>
SiO2 58.55%
B2O3 10.5%
Na2O 10.1%
Al2O3 5.8%
BaO 5.0%
ZnO 4.0%
K2O 3.2%
CaO 1.9%
F2 0.6%
MgO 0.3%
Fe2O3 0.04%
TiO2 0.01%
实施例4
将平均纤维直径为0.65μm、由二氧化硅99.8%制成的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,Q-FIBER#106Q)40%,聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,0.7d×5mm)30%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,0.7d×5mm)30%分散于水中,配制得到浆料,使用圆网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。再在140℃的温度条件下,施以热辊轧压加热处理,将其厚度作成50μm。
实施例5
使用在如同实施例4的条件下制造的非水电解液电池隔膜用非织造布,仅将热辊轧压的处理条件改为40℃温度,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm,布面发生起皱。
实施例6
使用在如同实施例4的条件下制造的非水电解液电池隔膜用非织造布,仅将热辊轧压的处理条件改为210℃温度,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm,其部分布面薄膜化。
实施例7
将聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,2d×5mm)50%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,2d×5mm)50%分散于水中,配制得到浆料,使用圆网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为18g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例8
将平均纤维直径为4.0μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,#112)40%,聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,2d×5mm)30%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,2d×5mm)30%分散于水中;配制得到浆料,使用圆网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。再在140℃的温度条件下,施以热辊加压加热处理,将其厚度调节至50μm。
表1
膜厚不均指数Rpy(mv) | 电池加工性 | 电池容量(mAh) | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | |
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6 | 920550530480970220 | △○○○△○ | 750820860980700720 | ○○△○○○ | 160160500500500500 |
实施例7实施例8 | 12501100 | ×× | 450480 | ○△ | 160500 |
评价:
如从表1结果可显见地,在本发明的实施例1~6中所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布,其膜厚不匀指数Rpy低,与电极的密合性良好,因此具有优异的电极卷绕性等电池加工性,可以制得电流容量高的非水电解液电池。又,实施例1中的非织造布因未作热辊轧压处理;还有实施例5的非织造布因其处理温度为40℃,所以热辊轧压处理的效果差,其电极卷绕性等的电池加工性能也稍差。
另一方面,实施例7及实施例8的非水电解液电池隔膜用非织造布,因为其膜厚不匀指数Rpy高,与电极的密合性恶化,因此其与电极卷绕性等的电池加工性也差,成为电流容量低的非水电解液电池。又,实施例3及8中的非织造布因在微玻璃纤维中含有阻碍电池反应的氧化钠,所以其电池保持性能稍差。
实施例9
将聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,0.7d×5mm)65%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,0.7d×5mm)35%混合分散于水中,配制得到浆料,使用圆网抄浆机进行湿法抄浆制造,在湿部分加上强湿挤压,制得单位面积重量为25g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例10
使用如同实施例9的组份配方和造纸方法,但是,湿压采用常压,制得单位面积重量为30g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。再在130℃温度条件下,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm。
实施例11
将实施例3所使用的微玻璃纤维50%、聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,0.7d×5mm)25%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,0.7d×5mm)25%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为25g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,再在130℃温度条件下,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm。
实施例12
将实施例4所使用的微玻璃纤维50%,聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,0.7d×5mm)25%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,0.7d×5mm)25%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,再在130℃温度条件下,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm。
实施例13
使用在如同实施例12的条件下制造的非水电解液电池隔膜用非织造布,仅将热辊轧压的处理条件改为40℃温度,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm,布面发生起皱。
实施例14
使用在如同实施例12的条件下制造的非水电解液电池隔膜用非织造布,仅将热辊轧压的处理条件改为210℃温度,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm,一部分表面薄膜化,对电解度的渗透性产生障碍。
实施例15
将聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,2d×5mm)60%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,2d×5mm)40%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为17g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例16
将实施例8所使用的微玻璃纤维50%、聚丙烯纤维(大和纺织公司制PZ,2d×5mm)25%和聚烯烃系热粘结纤维(大和纺织公司制NBF-H,2d×5mm)25%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为25g/m2、厚110μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,再在140℃温度条件下,施以热辊轧压处理,将其厚度作成50μm。
表2
中心表面平均粗糙度SRa(μm) | 电池加工性 | 电池容量(mAh) | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | |
实施例9实施例10实施例11实施例12实施例13实施例14 | 5.52.03.32.74.81.8 | △○○○△○ | 700980860920750720 | ○○△○○○ | 160160500<500<500<500< |
实施例15实施例16 | 6.58.0 | ×× | 490400 | ○△ | 160500< |
评价:
如从表2结果可显见地,在本发明的实施例9~14中所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布,其中心表面平均粗糙度SRa低,与电极的密合性良好,因此具有优异的与电极的卷绕性等的电池加工性,可以制得电流容量高,且电池保持性能也良好的非水电解液电池。又,实施例9中的非织造布因未作热辊轧压处理,还有,实施例13的非织造布因其处理温度为40℃,所以热辊轧压处理的效果差,其电极卷绕性等的电池加工性能也稍差。
另一方面,实施例15及实施例16的非水电解液电池隔膜用非织造布,其中心表面平均粗糙度SRa高,与电极的密合性差,因此其电极卷绕性等的电池加工性也差,成为电流容量低的非水电解液电池。又,实施例11及16中的非织造布因在微玻璃纤维中含有阻碍电池反应的氧化钠,所以其电池保持性能稍差。
实施例17
将平均纤维直径2.7μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,#110)90%和作为纤维状粘合剂的维尼纶纤维(Curayra公司制VPB107-1×3)10%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。该非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为950mV,SRy为5.8μm。
实施例18
将实施例3中所使用的微玻璃纤维80%和由作为纤维状粘合剂的聚丙烯与聚乙烯制成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制NBF-H,2d×10mm)20%混合分散于水中,配制得到浆料,用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在130℃下施以热辊轧压处理,将其厚度调节成30μm,该非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为600mV,SRy为3.5μm。
实施例19
将实施例3中所使用的微玻璃纤维和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,2d×10mm)的配合量分别作成20%和80%。其它与实施例18一样,制得单位面积重量为20g/m2、厚30μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。该非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为570mV,SRy为3.4μm。
实施例20
将实施例3中所使用的微玻璃纤维40%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,2d×10mm)40%及维尼纶纤维(Curayra公司制VPB107-1×3)20%混合分散于水中,配制得到浆料,用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在130℃下施以热辊轧压处理,将其厚度调节成30μm,该非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为560mV,SRy为3.3μm。
实施例21
将实施例17中所使用的微玻璃纤维100%分散于水中,配制得到浆料,试用圆网抄浆机进行湿法抄浆制造,因为没有纤维状粘合剂,制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的强度显著下降。
实施例22
将纤维粘合剂的状维尼纶纤维(Curayra公司制VPB107-1×3)100%分散于水中,配制得到浆料,试用园网抄浆机进行湿法抄浆制造。由于纤维状粘合剂熔融,所制得的产品完全成薄膜状。
实施例23
将实施例3中所使用的微玻璃纤维10%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,0.7d×10mm)90%分散于水中,配制得到浆料,用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在140℃下施以热辊轧压处理,将其厚度调节至35μm,该非水电解液电池隔膜用非织造布的表面仍成薄膜状。
实施例24
将平均纤维直径6.0μm的玻璃纤维(旭FIBER GRASS公司制,纤维长6mm)80%及作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,0.7d×10mm)20%分散于水中,配制得到浆料,用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量为20g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为1100mV,SRy为6.5μm。
实施例25
以与比较例24同样的组份配方及制造方法,制得单位面积重量为20g/m2、厚度为100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。再在130℃的温度条件下,施以热辊加压加热处理,将其厚度调节至50μm。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为1000mV,SRy为6.1μm。
实施例26
除了将实施例17中所使用的微玻璃纤维和由作为纤维状粘合剂的维尼纶纤维(Kuraray公司制,VPB107-1×3)的配合量分别作成95%和5%之外,其它与实施例17一样,制得单位面积重量为20g/m2、厚60μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例27
除了将实施例3中所使用的微玻璃纤维、作为纤维状粘结剂的NBF-H(大和纺织公司制,2d×10mm)及维尼纶纤维(Kuraray公司制,VPB107-1×3)的配合量分别作成30%、50%、20%之外,其它一切都与实施例20一样,制得单位面积重量为20g/m2、厚30μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
表3
电池加工性 | 电池特性 | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | 针孔 | 灼热性 | |
实施例17实施例18实施例19实施例20 | ○○○○ | ○○○○ | △△△△ | 500<500<250500 | 无无无无 | ○○○○ |
实施例21实施例22实施例23实施例24实施例25实施例26实施例27 | ×○○×××○ | -×△△△△○ | -×△△△△△ | 500<200165500<500<500<400 | 无无无有有无无 | -×××××○ |
评价:
在本发明的实施例17~20及实施例27中所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布,具有优异的电极卷绕性等的电池加工性,可制得电池特性良好的非水电解液电池。又,由于含有微玻璃纤维,具有优异的耐热性,即使因外部短路,电池温度上升,也不会发生因纤维熔融而导致非织造布的收缩或燃烧,所以可以防止电池的灼热。另外,微玻璃纤维中含有阻碍电池反应的氧化钠,其电池保存性能稍有不良。
另一方面,实施例21的非水电解液电池隔膜用非织造布因仅由微玻璃纤维构成,虽具有优异的耐热性,但又由于微玻璃纤维自身无粘结力,该非织造布的强度显著低下,所以,其在电池组装时多发生损坏的麻烦,其电池加工性非常差,不能稳定地制得非水电解液电池。
实施例22的非水电解液电池隔膜用非织造布因仅由是纤维状粘合剂的维尼纶纤维构成,易形成薄膜状,其电解液的渗透性差,易成为电池特性及电池保持性能皆差的非水电解液电池。再由于其耐热性差,在因外部短路,电池温度上升时,则纤维熔融使非织造布收缩,发生由于电极间的接触而产生的内部短路,以至发热、灼烧发生火花。
实施例23的非水电解液电池隔膜用非织造布,因其微玻璃纤维的含量少到10%,其耐热性差,在外部短路电池温度上升时,纤维熔融使非织造布收缩,发生由于电极间的接触而产生的内部短路,以至发热、灼烧产生火花。又,如果其维尼纶纤维的含量多到90%,则该非织造布的表面薄膜化,电解液的渗透性差,作成为电池特性及电池保持性能皆差的非水电解液电池。
实施例24及25的非水电解液电池隔膜用非织造布,因含有玻璃纤维,虽具有优异的耐热性。但是,玻璃纤维的平均纤维直径粗到6μm,使该非织造布的厚度不匀,不光其与电极卷绕性等的电池加工性差,而且作为非水电解液电池隔膜使用时,该非织造布的横向的电阻不均匀,成为电池特性及电池保存性稍差的非水电解液电池。再由于该非织造布上存在针孔,在将该非织造布组装入非水电解液电池时,有时会发生内部短路,使电池灼热发火。
实施例26的非水电解液电池隔膜用非织造布,因为含有微玻璃纤维95%,虽然耐热性优异,但该非织造布强度低下,电池组装时容易破损,有时会发生内部短路,使电池灼热发火。
实施例28
将氧化铝纤维(ICI公司制,SAFFIL RF)80%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的全芳香族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)20%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚95μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。本发明中所使用纤维成分如下:氧化铝纤维的成分
Al2O3 96%
SiO2 4%
实施例29
将实施例28中使用的氧化铝纤维70%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-420S)30%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚85μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为980mV,SRy为5.8μm。
实施例30
将实施例28中使用的氧化铝纤维50%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-430S)50%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为960mV,SRy为5.7μm。
实施例31
将实施例28中使用的氧化铝纤维70%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)20%及维尼纶纤维(Kuraray公司制,VBP 107-1×3)10%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例32
将氧化硅铝纤维(新日铁化学公司制,S-FIBER-SC BULK1400 B)75%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)25%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。本发明中所使用的纤维成分如下:氧化硅铝纤维的成分
Al2O3 42.5%
SiO2 55.0%
Cr2O3 2.5%
实施例33
将实施例32中使用的氧化硅铝纤维70%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-420S)30%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚85μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例34
将实施例32中使用的氧化硅铝纤维80%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-430S)20%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例35
将实施例32中使用的氧化硅铝纤维70%和其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-430S)20%及维尼纶纤维(Kuraray公司制,VBP 107-1×3)10%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例36
将石棉纤维(新日铁化学公司制,S-FIBER-FF)70%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-420S)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例37
将实施例36中使用的石棉纤维70%和其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)30%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例38
将实施例36中使用的石棉纤维70%和其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)20%及维尼纶纤维(Kuraray公司制,VBP 107-1×3)10%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚95μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为965mV,SRy为5.7μm。
实施例39
将实施例28中使用的氧化铝纤维35%、实施例36中所使用的石棉纤维35%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)30%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚95μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例40
将实施例28中使用的氧化铝纤维100%分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机试作湿法抄浆制造,因氧化铝纤维自身没有粘结力,所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的强度显著低下。
实施例41
将其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)100%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例42
将其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-420S)100%分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例43
将实施例28中使用的氧化铝纤维70%及作为没有被原纤化的有机纤维的由聚丙烯及乙烯-乙烯醇共聚物所组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制NBF-E,纤度2旦,纤维长5mm)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚110μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例44
将实施例3中使用的微玻璃纤维(SHULLER公司制,#108A)70%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚95μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例45
将实施例28中所用的氧化铝纤维50%、实施例3中使用的微玻璃纤维20%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维30%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例46
将实施例28中所用的氧化铝纤维50%,平均纤维直径为4μm、由二氧化硅(纯度99.8%)构成的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,Q-FIBER 112Q)20%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-420S)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚95μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例47
将实施例28中所用的氧化铝纤维50%、实施例4中使用的微玻璃纤维20%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-420S)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚95μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。该非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为950mV,SRa为5.7μm。
实施例48
将实施例32中所用的氧化铝·纤维50%、平均纤维直径为1μm、由E-玻璃构成的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,E-FIBER 108E)30%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-430S)20%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚80μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。该非水电解液电池隔膜用非织造布的Rpy为950mV,SRa为5.7μm。
本例中所用的微玻璃纤维的成分如下:
<微玻璃纤维的成分>
SiO2 54.4%
CaO 17.4%
Al2O3 14.1%
B2O3 8.0%
MgO 4.7%
TiO2 0.5%
Na2O 0.4%
Fe2O3 0.3%
实施例49
将实施例3中所用的微玻璃纤维70%及其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)30%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例50
将实施例28中所用的氧化铝纤维80%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARA KY-400S)20%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚95μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例51
将实施例28中所用的氧化铝纤维50%及实施例4中使用的微玻璃纤维50%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机试着进行湿法抄浆制造,由于氧化铝纤维及微玻璃纤维自身无粘结力,所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的强度显著低下。
表4
电池加工性 | 电池特性 | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | 针孔 | 灼热性 | |
实施例28实施例29实施例30实施例31实施例32实施例33实施例34实施例35实施例36实施例37实施例38实施例39 | ○○○○○○○○○○○○ | ○○○○○○○○○○○○ | ○○○○○○○○○○○○ | 500<500<500<500<500<500<500<500<500<500<500<500< | 无无无无无无无无无无无无 | ○○○○○○○○○○○○ |
实施例40实施例41实施例42实施例43实施例44 | ×××△○ | -△△△○ | -○○○△ | 500<300120500<500< | 有无无有无 | -×××△ |
表5
电池加工性 | 电池特性 | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | 针孔 | 灼热性 | |
实施例45实施例46实施例47实施例48 | ○△○○ | ○△○○ | △○○○ | 500<500<500<500< | 无无无无 | ○○○○ |
实施例49实施例50实施例51 | ○○× | ○○- | △○- | 500<500<500< | 无无有 | ○○- |
评价:
实施例28~39,45~50的非水电解液电池隔膜用非织造布,具有良好的与电极卷绕性等电池加工性,可以制得电池特性及电池保持性能良好的非水电解液电池。又,由于含有无机纤维,所以具有优异的耐热性。即使外部短路,电池温度上升,也不会发生起因于纤维熔融的非织造布的收缩与燃烧,可以防止电池灼热发火。又由于含有其至少一部分被原纤化至纤维直径在1μm以下的被原纤化的有机纤维,没有会成为内部短路原因的针孔。再有,实施例46由于含有纤维直径粗大的玻璃纤维,其厚度有若干不均匀,其电池加工性及电池特性稍差。
另一方面,实施例40的非水电解液电池隔膜用非织造布,因仅由其自身无粘结力的氧化铝纤维构成,所以,其非织造布的强度显著低下,在电池组装时易损坏;其电池加工性差,不能稳定地制得非水电解液电池。
实施例41的非水电解液电池隔膜用非织造布,因仅由其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径在1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维构成,没有针孔,具有优异的耐热性。但其机械强度显著低下,所以,易损坏,电池加工性差,电池特性也稍差。使用该非织造布的非水电解液电池有时易产生内部短路,使电池发热、灼烧。
实施例42的非水电解液电池隔膜用非织造布因仅由其至少一部分纤维被原纤化至其纤维直径在1μm以下的聚乙烯纤维构成,虽然没有针孔,但由于耐热性低,强度显著地低下,所以,易损坏。使用该非织造布的非水电解液电池有时产生内部短路,使电池发热、灼烧。
实施例43的非水电解液电池隔膜用非织造布因含有70%的氧化铝纤维,具有优异的耐热性,但由于不含有其至少一部分纤维被原纤化至其纤维直径在1μm以下的有机纤维,所以存在有针孔。使用该非织造布的非水电解液电池的电池特性及电保存性皆稍差,又,有时会产生内部短路,使电池发热,灼烧。
实施例44、45、49的非水电解液电池隔膜用非织造布,因含有微玻璃纤维,其耐热优异,但由于微玻璃纤维含有氧化钠,使用该非织造布的非水电解液电池的电池保存性能较差。
实施例51的非水电解液电池隔膜用非织造布,因由无自身粘结力的氧化铝纤维和微玻璃纤维构成,其强度显著低下,在作电池组装时多发生破损的麻烦,不能稳定地制得非水电解液电池。
实施例52
将实施例48中所用的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,E-FIBER 108E)85%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)15%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量15g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例53
将微玻璃纤维的配合比例取为70%,纤维状粘合剂的配合比例为30%,其它如同实施例52,制得非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例54
除了将微玻璃纤维的配合比例取为50%,纤维状粘合剂的配合比例为50%之外,其它如同实施例52,制得非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例55
除了将微玻璃纤维的配合比例为15%、纤维状粘合剂的配合比例为85%之外,其它如同实施例52,制得非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例56
将平均纤维直径1.0μm的微玻璃纤维70%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)30%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量15g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
本例中所用的微玻璃纤维的成分如下,不含有Na2O成分:
<微玻璃纤维的成分>
SiO2 54.4±0.5%
Al2O3 14.9±0.4%
CaO 16.6±0.3%
MgO 4.6±0.3%
B2O5 8.5±0.3%
Fe2O3 <0.5%
实施例57
将其组成如同实施例48中所用的、平均纤维直径为0.5μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,E-FIBER 104E)85%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)15%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在140℃下,将该非织造布热辊轧压处理,调节至厚度为40μm。
实施例58
使用与实施例57同样的配方,配制得到浆料,用园网抄浆机湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,将该非织造布在25℃温度下,施以多辊轧压处理,将其厚度调节至50μm,其表面发生若干起皱。
实施例59
将实施例48中所用的微玻璃纤维70%和作为纤维状粘合剂的聚酯纤维(Unitika公司制,4080,纤度2旦,纤维长5mm)30%分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,将该非织造布在120℃温度下,施以热辊轧压处理,将其厚度调节至40μm。
实施例60
除了将微玻璃纤维的平均纤维直径取为4μm之外,其它如同实施例53一样的配比,制得非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例61
将平均纤维直径为2.7μm、由二氧化硅(99.8%)组成的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,Q-FIBER 110Q)80%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)20%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例62
将实施例4中所用的微玻璃纤维70%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)30%分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例63
将实施例52中使用的微玻璃纤维100%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机时试进行湿法抄浆制造,由于没有纤维状粘合剂,制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的强度显著低下。
实施例64
将平均纤维直径为1.8μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,108B)85%和作为纤维状粘合剂的NBF-H(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)15%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚60μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
本例中所用的微玻璃纤维的成分如下: <微玻璃纤维的成分>SiO2 58.55%B2O3 10.5%Na2O 10.1%Al2O3 5.8%BaO 5.0%ZnO 4.0%K2O 3.2%CaO 1.9%F2 0.6%MgO 0.3%Fe2O3 0.04%TiO2 0.01%
实施例65
将平均纤维直径为0.65μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,#106)85%和wto纤维状粘wgk剂的NBF-H(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)15%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
本实施例中所用的微玻璃纤维的成分如下:
<微玻璃纤维的成分>
SiO2 65.21%
Na2O 15.73%
CaO 5.92%
B2O3 5.20%
Al2O3 3.56%
MgO 2.69%
F2 0.83%
K2O 0.81%
SO3 0.19%
Fe2O3 0.059%
表6
电池加工性 | 电池特性 | 电池保存特性 | 耐热性 | 灼热性 | |
实施例52实施例53实施例54实施例55实施例56实施例57实施例58实施例59实施例60实施例61实施例62 | △○○○○○△○×○~△○ | △○○○○○△○△○○ | ○○○○○○○○○○○ | 500<500<500<250<500<500<500<500<500<500<500< | ○○○○○○○○○○○ |
实施例63实施例64实施例65 | -△△ | -△△ | -△△ | 500<500<500< | -○○ |
评价:
从表5的结果可以显见,本发明中的实施例52~62的非水电解液电池隔膜用非织造布,具有良好的与电极卷绕性等电池加工性,可以制得电池特性及电池保持性能良好的非水电解液电池。又,由于含有微玻璃纤维,所以具有优异的耐热性。即使外部短路,电池温度上升,也不会发生起因于纤维熔融的非织造布的收缩与燃烧,可以防止电池灼热发火。又由于含有不含阻碍电池反应的氧化钠的微玻璃纤维,其电池保持性能非常良好。另外,实施例52、58由于含有85%的微玻璃纤维,其强度低下,所以,在电池组装时易损坏;其电池加工性稍差,其电池特性稍有不良。实施例60由于微玻璃纤维的纤维粗大,该非织造布的厚度有若干不均匀,其电池加工性及电池特性稍差。
实施例57和59的非水电解液电池隔膜用非织造布,正是由于经过热辊轧压处理,其加工性良好。
实施例61和62的非水电解液电池隔膜用非织造布中,其微玻璃纤维的纤维直径细小的一方,其加工性良好。
另一方面,实施例63的非水电解液电池隔膜用非织造布,因仅由其自身无粘结力的微玻璃纤维构成,所以,其非织造布的强度显著地低,在电池组装时多发生破损的事故,不能稳定地制得非水电解液电池。
实施例64及65的非水电解液电池隔膜用非织造布,与由E-玻璃或二氧化硅玻璃纤维组成的微玻璃纤维比较起来,由于其含于玻璃纤维中的氧化钠含量分别为多达10.1%,15.73%,所以,在长期的保存中与锂离子置换,其电池保持性能稍有不良。
实施例66
将实施例52中所用的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,E-FIBER108E)50%和其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-430S)50%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例67
将实施例52中所用的微玻璃纤维60%和其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-420S)40%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚110μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在120℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至50μm。
实施例68
将实施例52中所用的平均纤维直径1μm的微玻璃纤维40%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺(p-aramid)纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)60%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚110μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在25℃下,对该非织造布进行轧压处理,将其厚度调节至60μm。
实施例69
将实施例56中所用的的微玻璃纤维60%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)40%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚80μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例70
将平均纤维直径2.7μm、由二氧化硅99.8%组成的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,Q-FIBER110Q)60%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-430S)40%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚80μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在150℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至30μm。
实施例71
将实施例4中所用的的微玻璃纤维70%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚80μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在25℃下,对该非织造布进行轧压处理,将其厚度调节至30μm。其表面发生起皱。
实施例72
除了微玻璃纤维的平均纤维直径作成4μm之外,其它如同实施例71,制得非水电解液电池隔膜用非织造布,其表面发生起皱。
实施例73
将实施例64中所用的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,108B)70%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例74
将实施例65中所用的微玻璃纤维70%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例75
将聚丙烯纤维(大和纺织公司制,Pz,纤度2旦,纤维长10mm)90份及维尼纶纤维(Kuraray公司制VPB107-1×3)10份混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2、厚130μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在25℃的条件下,用多辊轧压机对该非织造布进行轧压处理,将其厚度调节至60μm。
表7
电池加工性 | 电池特性 | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | 针孔 | 灼热性 | |
实施例66实施例67实施例68实施例69实施例70实施例71实施例72 | ○○○○○△△ | ○○○○○△△ | ○○○○○○○ | 500<500<500<500<500<500<500< | 无无无无无无无 | ○○○○○○○ |
实施例73实施例74实施例75 | ○○○ | ○○○ | △△○ | 500<500<160 | 无无有 | ○○× |
评价:
从表7的结果可以显见:本发明中的实施例66~72的非水电解液电池隔膜用非织造布,具有良好的与电极卷绕性等电池加工性,可以制得电池特性及电池保持性能优异的非水电解液电池。又,由于含有微玻璃纤维,所以具有优异的耐热性。即使外部短路,电池温度上升,也不会发生起因于纤维熔融的非织造布的收缩与燃烧,可以防止电池灼热发火。又由于含有不含阻碍电池反应的氧化钠的微玻璃纤维,其电池保持性能特别良好。再有,由于含有其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径在1μm以下的有机纤维,没有可成为内部短路的原因的针孔。
在实施例70~72中,实施例70由于热辊轧压处理的作用,其厚度均匀,电池加工性好。实施例71和实施例72因仅作轧压处理,与纤维直径无关,其电池加工性稍差。
实施例73及74的非水电解液电池隔膜用非织造布,与由E-玻璃或二氧化硅玻璃纤维组成的微玻璃纤维比较起来,其含于玻璃纤维中的氧化钠的含量分别多达10.%,15.73%,所以,在长期的保存中与锂离子置换,其电池保持性能稍有不良。
实施例75的非水电解液电池隔膜用非织造布,因不含有微玻璃纤维及其至少一部分纤维被原纤化至平均纤维直径在1μm以下的有机纤维,所以,其耐热性差,有针孔,使用该非织造布的非水电解液电池有时会发生灼热发火。
实施例76
将钛酸钾晶须(大冢化学公司制)50%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)50%混合分散于水中,再添加硫酸铝水溶液,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例77
将硼酸铝晶须(四国化成工业制)50%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)50%混合分散于水中,再添加硫酸铝水溶液,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例78
将钛酸钾晶须(大冢化学公司制)50%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-430S)50%混合分散于水中,再添加硫酸铝水溶液,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例79
将钛酸钾晶须(大冢化学公司制)50%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-420S)50%混合分散于水中,再添加硫酸铝水溶液,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例80
将钛酸钾晶须(大冢化学公司制)45%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)50%混合分散于水中,添加硫酸铝水溶液,配制得到浆料。再加入是纤维状合结剂的维尼纶纤维(VPB107,Kurarauy公司制)10%,调整浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚60μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例81
将钛酸钾晶须(大冢化学公司制)40%及其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)40%混合分散于水中,添加硫酸铝水溶液,配制得到浆料。再加入是纤维状粘合剂的热熔融粘结剂纤维(NBF-H,大和纺织公司制)20%,调整浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚60μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例82
除了将钛酸钾晶须、原纤化的对位芳族聚酰胺纤维及维尼纶纤维的配合比例分别取作30%、60%以及10%之外,其它如同实施例80,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例83
除了将钛酸钾晶须、原纤化的对位芳族聚酰胺纤维及维尼纶纤维的配合比例分别取作30%、50%以及20%之外,其它如同实施例80,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例84
除了将钛酸钾晶须、原纤化的对位芳族聚酰胺纤维的配合比例分别取作80%及20%之外,其它如同实施例81,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例85
除了将钛酸钾晶须、原纤化的对位芳族聚酰胺纤维及维尼纶纤维的配合比例分别取作80%、2%以及18%之外,其它如同实施例80,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例86
除了将钛酸钾晶须及原纤化的对位芳族聚酰胺纤维的配合比例回避取作25%和75%之外,其它如同实施例76,制得单位面积重量20g/m2、厚50μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例87
除了将钛酸钾晶须及原纤化的对位芳族聚酰胺纤维的配合比例分别取作90%和10%之外,其它如同实施例76,制得单位面积重量20g/m2、厚45μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例88
将钛酸钾晶须(大冢化学公司制)100%配合量分散于水中,添加入硫酸铝,配制得到絮凝浆料。试用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,几乎所有的晶须皆穿透纤网特别难以形成薄片。再有,在抄浆阶段的湿纸的强度微弱,也使薄片化困难。所形成的非水电解液电池隔膜用非织造布无粘结力,性发脆。
实施例89
将原纤化的对位芳族聚酰胺纤维50%和NBF-H纤维(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)40%及维尼纶纤维(VPB107,1×3K,urarauy公司制)10%组成的浆料。调配后用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例90
将钛酸钾晶须按配合量50%分散于水中,添加入硫酸铝,制成絮凝浆料。再添加入NBF-H纤维(大和纺织公司制,纤度0.7旦,纤维长5mm)40%及维尼纶纤维(VPB107,1×3,Kuraray公司制)10%组成浆料。调配后使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚70μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例91
将实施例73中所用的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,108B)50%和原纤化的对位芳族聚酰胺纤维50%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚60μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。
表8
电池加工性 | 电池特性 | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | 针孔 | 灼热性 | |
实施例76实施例77实施例78实施例79实施例80实施例81实施例82实施例83实施例84实施例85实施例86实施例87 | ○○○○○○○○○○○△ | ○○○○○○○○○○○△ | ○○○○○○○○○○○○ | 500<500<500<500<500<500<450400500<500<350500< | 无无无无无无无无无无无无 | ○○○○○○○○○○○○ |
实施例88实施例89实施例90实施例91 | ×○△○ | -○△○ | -○○△ | -200500500< | 有无有无 | -○×○ |
评价:
从表8的结果可以显见:本发明中的实施例76~87、89、91中所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布,具有良好的电极卷绕性等的电池加工性,可以制得电池特性及电池保持性能优异的非水电解液电池。又,由于含有其至少一部分被原纤化至纤维直径在1μm以下的有机纤维,所以没有成为内部短路原因的针孔。另外,由于实施例76~87的非水电解液电池隔膜用非织造布含有晶须,实施例89的非水电解液电池隔膜用非织造布含有对位芳族聚酰胺纤维,所以,具有优异的耐热性;即使外部短路,电池温度上升,也不会发生起因于纤维熔融的非织造布的收缩与燃烧,可以防止电池灼热发火。实施例87中的非织造布含有晶须含量为90%,所以,其强度低,其电池加工性及电池特性稍差。
另外,实施例88的非水电解液电池隔膜用非织造布,由于仅由没有自身粘结力的晶须构成,其强度显著低下,性脆,电池加工不可能,所以无法用该非织造布制得非水电解液电池。
实施例90的非水电解液电池隔膜用非织造布因含有微玻璃纤维,虽然具有优异的耐热性。但是由于其存在针孔,使用该非织造布制得的非水电解液电池有时会发生内部短路,产生灼热发火。
实施例91的非水电解液电池隔膜用非织造布因含有微玻璃纤维,虽然具有优异的耐热性,但由于该微玻璃纤维含有阻碍电池反应的氧化钠,在保存中与锂离子置换,所以该非织造布的非水电解液电池的电池保存性能稍有不良。
实施例92
将其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的对位芳族聚酰胺纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-400S)70%和作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯制成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度2旦,纤维长5mm)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在130℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至125μm。该非织造布上无针孔。
实施例93
将其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-430S)30%、作为其它纤维的聚丙烯纤维(大和纺织公司制,Pz,纤度0.5旦,纤维长5mm)30%及作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯制成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)40%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚105μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。该非织造布上无针孔。
实施例94
与实施例93一样,制得单位面积重量25g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在130℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至61μm。该非织造布上无针孔。
实施例95
与实施例93一样,制得单位面积重量25g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在130℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至42μm。该非织造布上无针孔。
实施例96
将其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-420S)50%和作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯制成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)50%混合分散于水中,配制得到浆料,使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量26g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在120℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至70μm。该非织造布上无针孔。
实施例97
与实施例96一样,制得单位面积重量26g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在120℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至46μm。该非织造布上无针孔。
实施例98
将聚对苯并二噁唑纤维(东洋纺织公司制,PBO)分散于水中,使其浓度达2%,再导入高压均化装置,加上300kg/cm2的压力,反复通过该装置,使该纤维原纤化。将如此所得的、其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚对苯并二噁唑纤维50%和作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)50%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在140℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至51μm。该非织造布上无针孔。
实施例99
将实施例4所用的微玻璃纤维35%、其至少一部分被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-430S)25%及作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)40%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在130℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至45μm。该非织造布上无针孔。
实施例100
将实施例4所用的微玻璃纤维35%、其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-420S)25%及作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)40%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在120℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至40μm。该非织造布上无针孔。
实施例101
将实施例4所用的微玻璃纤维35%、实施例98中所制得的其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚对苯并二噁唑纤维25%及作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)40%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量30g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在140℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至49μm。该非织造布上无针孔。
实施例102
将其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚丙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-430S)50%、作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)50%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在140℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至40μm。该非织造布上无针孔。
实施例103
将其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的聚乙烯纤维(Deicel化学公司制TYARAKY-420S)50%、作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)50%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在130℃下,对该非织造布进行热辊轧压处理,将其厚度调节至40μm。该非织造布上无针孔。
实施例104
将聚丙烯腈纤维(三菱人造丝公司制,VONNEL,纤度1旦,纤维长5mm)90%及作为其它纤维的由聚丙烯和聚乙烯组成的皮芯型复合纤维(大和纺织公司制,NBF-H,纤度0.7旦,纤维长5mm)10%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量20g/m2、厚94μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。该非织造布上无针孔。
表9
电池加工性 | 空隙率(%) | 透气度(mmHg) | 电解液保持性 | 电解液浸透性 | 耐热性(℃) | |
实施例92实施例93实施例94实施例95实施例96实施例97实施例98实施例99实施例100实施例101 | ○○○○○○○○○○ | 82745535604050605560 | 720<720<590100635255520630590630 | △○○△○○○○○○ | ○○○△○○○○○○ | 350160160160130130300500<500<500< |
实施例102实施例103实施例104 | ○○△ | 333381 | 8080720< | ××× | ××× | 160130200 |
评价:
由于含有其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径在1μm以下的有机纤维,所以没有成为内部短路原因的针孔。
实施例93~101的非水电解液电池隔膜用非织造布,因具有空隙率为35~80%,所以,具有优异的电解液保持性。又因其透气度在100mmHg以上,其电解液的渗透性良好。
另一方面,实施例102及103的非水电解液电池隔膜用非织造布因其热辊轧压的处理条件严格,虽然提高了非织造布的均匀性,但已成为薄膜状,其电解液渗透性及电解液保持性不良。
实施例104的非水电解液电池隔膜用非织造布因不含有其至少一部分被原纤化至纤维直径在1μm以下的有机纤维,存在有针孔。又由于含有纤维直径粗大的聚丙烯腈纤维,与在实施例92~101中制得的非水电解液电池隔膜用非织造布比较,其与电极卷绕性等电池加工性稍差,电解液的渗透性及保持性不良。
实施例105
将实施例4中所用的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,Q-FIBER#106Q)50%和作为耐热性纤维的全芳族聚酯纤维(Kuraray公司制,VECTRAN)35%及全芳族聚酯浆粕(Kuraray公司制,VECTRAN)15%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,在40℃下进行轧压处理,将该非织造布厚度调节至50μm,布面发生起皱。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的空隙率为71%。
实施例106
使用与实施例105同样的配方及制造方法,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后将该非织造布施以50℃温度下的热辊轧压处理,将其厚度调节至40μm。
实施例107
使用与实施例105同样的配方及制造方法,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。将该非织造布施以150℃温度下的热辊轧压处理,将其厚度调节至40μm。
实施例108
使用与实施例105同样的配方及制造方法,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。将该非织造布施以200℃温度下的热辊轧压处理,将其厚度调节至40μm。
在实施例106~108中制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的空隙率为64%。
实施例109
使用与实施例105同样的配方及制造方法,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。将该非织造布施以210℃温度下的热辊轧压处理,将其厚度调节至35μm,其空隙率为57%,低于实施例106~108的非织造布的空隙率。特别是,其布面附近的空隙率降低。
实施例110
将实施例4中所用的微玻璃纤维70%和作为耐热性纤维的全芳族聚酯纤维(Kuraray公司制,VECTRAN)10%及全芳族聚酯浆粕(Kuraray公司制,VECTRAN)20%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,施以150℃的热辊轧压处理,调节厚度至40μm。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的空隙率为68%。
实施例111
将实施例4中所用的微玻璃纤维60%和作为耐热性纤维的聚苯硫醚纤维(东丽公司制)30%及全芳族聚酯浆粕(Kuraray公司制,VECTRAN)10%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,施以150℃的热辊轧压处理,厚度调节至40μm。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的空隙率为66%。
实施例112
将实施例4中所用的微玻璃纤维40%和作为耐热性纤维的全芳族聚酯纤维(Kuraray公司制,VECTRAN)20%及全芳族聚酯浆粕(Kuraray公司制,VECTRAN)20%、聚烯烃纤维(大和纺织公司制,NBF-H,2d×5mm)20%分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,施以150℃的热辊轧压处理,厚度调节至40μm。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的空隙率为58%。
实施例113
将实施例3中所用的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,#108A)50%和作为耐热性纤维的全芳香族聚酰胺纤维(杜邦公司制,Kevlar)35%及全芳香族聚酰胺树脂浆粕(杜邦公司制,KEVLAR)15%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,施以150℃的热辊轧压处理,厚度调节至40μm。所制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的空隙率为59%。
实施例114
将平均纤维直径为1μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,#108A)50%和作为耐热性纤维的全芳香族聚酰胺纤维(杜邦公司制,KEVLAR)50%由干法非织造布的制造方法的梳棉法使其片材化,制得单位面积重量25g/m2、厚500μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然而如此制得的非水电解液电池隔膜用非织造布不均匀,微玻璃纤维的附着也差。然后,对该非织造布施以150℃的热辊轧压处理,厚度调节至40μm。制得的非水电解液电池隔膜用非织造布的空隙率为70%。
实施例115
将耐热性纤维的全芳香族聚酯纤维(Kuraray公司制,VECTRAN)70%及全芳香族聚酰胺树脂浆粕(Kuraray公司制,VECTRAN)30%混合分散于水中,配制得到浆料。使用园网抄浆机进行湿法抄浆制造,制得单位面积重量25g/m2、厚90μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,对如此制得的非水电解液电池隔膜用非织造织物施以200℃的热辊轧压处理,厚度调节至40μm。
实施例116
除了将实施例115中添加的全芳香族聚酯纤维改为聚苯硫醚纤维(Toray公司制,PPS纤维)之外,其它如同实施例115,制得非水电解液电池隔膜用非织造布。
实施例117
将平均纤维直径为1μm的微玻璃纤维(SCHULLER公司制,#108A)30%、聚烯烃纤维(大和纺织公司制,NBF-H,2d×5mm)20%和另一种聚烯烃纤维(大和纺织公司制,PZ,0.5d×5mm)50%混合分散于水中,制得单位面积重量25g/m2、厚100μm的非水电解液电池隔膜用非织造布。然后,对该非织造布施以150℃的热辊轧压处理,厚度调节至40μm。
表10
电池加工性 | 电池特性 | 电池保存特性 | 耐热性(℃) | 针孔 | 灼热性 | |
实施例105实施例106实施例107实施例108实施例109实施例110实施例111实施例112实施例113实施例114 | △○○○○○○○○△ | ○○○○○○○○○△ | ○○○○○○○△○△ | 500<500<500<500<500<500<500<500<500<500< | 无无无无无无无无无无 | ○○○○○○○○○○ |
实施例115实施例116实施例117 | ○○○ | ○○○ | ○○△ | 250270400 | 无无无 | ○○○ |
评价:
从表10结果可见:实施例105~109中,实施例105的非水电解液电池隔膜用非织造布因其热辊轧压温度为40℃,热辊轧压效果差,厚度不均匀。而实施例106~108的非织造布因其热辊轧压温度为50~200℃,厚度均匀。实施例109的热辊轧压温度为210℃,其厚度更均匀。但是,其空隙率低,电解液保持性稍差。又,实施例109比较实施例106-108,其电解液渗透性也低下。
在实施例105-114及实施例115-117中制得的非水电解液电池隔膜用非织造布,其与电池的密接性良好,具有良好的与电池卷绕性等电池加工性,可以制得电池特性及电池保存性能优异的非水电解液电池。又,因含有微玻璃纤维,具有优异的耐热性,也不会发生起因于非织造布的收缩与燃烧而造成的内部短路,可以防止电池灼热发火。又,全芳族聚酯浆粕的至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下,没有会成为内部短路原因的针孔。另外,实施例112、114及117的非水电解液电池隔膜用非织造布,因其所含微玻璃纤维含有妨碍电池反应的氧化钠,其电池保存性能稍有不良。
实施例115及实施例116的非水电解液电池隔膜用非织造布,因是仅由耐热性纤维构成,所以,具有优异的耐热性,虽然可以防止电池灼热。但其特性不如含有微玻璃纤维的非水电解液电池隔膜用非织造布。又,该非织造布含有其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径1μm以下的有机纤维30%,籍热辊轧压处理的作用,无可成为内部短路原因的针孔,可以制得均匀的非水电解液电池隔膜用非织造布,该非织造布的电极卷绕性等。电池加工性良好,可由此制得具有优异的电池特性及电池保存性能的非水电解液电池。
产业上的利用可能性
本发明的非水电解液电池隔膜用非织造布,电极的密接性良好,在作电池组装时,不会发生隔膜破裂、或是在电极与隔膜之间形成滑移或空隙。具有优异的与电极卷绕性等电池加工性,又,即使电极外部短路发热,也不会发生因非织造布的收缩和燃烧而引起电极之间的接触导致的内部短路,可以防止电池灼热发火,无针孔,可用作具有优异的电解液保持性及电解液渗透性,及其电流容量、电池特性及电池保存性能优异的非水电解液电池用隔膜。
Claims (22)
1.一种非水电解液电池隔膜用非织造布。该非织造布的特征在于:在以湿法抄浆(造纸)法制造的非水电解液电池隔膜用非织造布中,按下述规定的抄浆方向上的膜厚不匀指数Rpy在1000mV以下:
膜厚不匀指数Rpy:使试样运行于两球状触针之间。使用薄膜测厚仪,测得试样在抄浆方向上的厚度变化。所述测厚仪系籍电子测微计,在电子测微计的灵敏度范围为±15μm/±3V的条件下,在零点调整后,在抄浆方向上以1.5m/分的恒速扫描,将试样的厚度变化测为电信号,测得试样在抄浆方向上的厚度变化。所得的测定信号值再以FFT分析仪,使用hanninigwindow(发火窗)作为时间窗,作快速付里叶转换,由128次的累计加成平均求得功率谱(mV2),求得2-25Hz频率范围内功率值的总和,乘上2/3,所得值再乘上1/2,将由此求得的值作为膜厚不匀指数Rpy(单位:mV)。
2.一种非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于:在以湿法抄浆法制得的非水电解液电池隔膜用非织造布中,使用触针式三维表面粗糙计测得的、在整个波长范围内的中心表面平均粗糙度SRa在6μm以下。
3.如权利要求1或2所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述的非织造布含有无机纤维。
4.如权利要求3所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述的无机纤维为选自微玻璃纤维、氧化铝纤维、氧化硅铝纤维、石棉纤维中一种以上的无机纤维。
5.如权利要求1或2所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述的非织造布含有由无机化合物组成的晶须。
6.如权利要求5所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述的由无机化合物组成的晶须为选自Al2O3、9Al2O3·2B2O3、SiC、Si3N4、K2O·6TiO2、K2Ti6O13、TiO2、BaTiO3、Mg2B2O5、ZnO中一种组份以上。
7.如权利要求3所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述无机纤维平均纤维直径在3μm以下。
8.如权利要求3所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述无机纤维在非织造布中的使用量在20-80%(重量)。
9.如权利要求4、7或8所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述微玻璃纤维为由选自含有氧化钠1%(重量)以下的E玻璃及含有二氧化硅99%(重量)以上的硅玻璃中的任一种所组成的微玻璃纤维。
10.如权利要求1、2或3所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述非织造布含有有机纤维。
11.如权利要求10所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述有机纤维含有其至少一部分纤维被原纤化至纤维直径小于1μm的有机纤维。
12.如权利要求10或11所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述非织造布的孔隙率在35~80%。
13.如权利要求10、11或12所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述非织造布透气率在100mmHg以上。
14.如权利要求10或11所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述非织造布含有选自聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚甲基戊烯纤维、聚丙烯腈纤维中至少一种有机纤维。
15.如权利要求10或11所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述非织造布含有熔点或热分解温度在250℃以上的耐热性有机纤维。
16.如权利要求10、11或15所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述有机纤维为选自芳香族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、全芳族聚酯纤维、聚醚酮纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚砜纤维、聚对苯并二噁唑纤维中一种以上的耐热性有机纤维。
17.如权利要求10所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述有机纤维含有纤维状粘合剂。
18.如权利要求17所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述纤维状粘合剂为选自维尼纶纤维、聚酯纤维、聚烯烃纤维、聚酰胺纤维及天然浆粕中一种以上的纤维状粘结剂。
19.如权利要求1或2所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述非织造布为作过轧辊轧压处理。
20.如权利要求19所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述轧辊轧压处理是热辊轧压处理。
21.如权利要求20所述的非水电解液电池隔膜用非织造布,其特征在于,所述轧辊轧压处理是在50~200℃的处理温度下的热辊轧压处理。
22.一种非水电解液电池,其特征在于,该电池使用了如权利要求1-21所述的非水电解液电池隔膜用非织造布。
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