JP2003157826A - Separator for battery - Google Patents

Separator for battery

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JP2003157826A
JP2003157826A JP2001356142A JP2001356142A JP2003157826A JP 2003157826 A JP2003157826 A JP 2003157826A JP 2001356142 A JP2001356142 A JP 2001356142A JP 2001356142 A JP2001356142 A JP 2001356142A JP 2003157826 A JP2003157826 A JP 2003157826A
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polyimide
thermoplastic polyimide
separator
short fibers
battery
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Akira Ito
顕 伊藤
Mikio Furukawa
幹夫 古川
Katsuyuki Toma
克行 当麻
Yoshihisa Yamada
良尚 山田
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Unitika Ltd
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Unitika Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a battery having high heat resistance, an excellent mechanical characteristic, excellent air permeability and sufficient thickness. SOLUTION: This separator for a battery is formed of a nonwoven fabric containing a crystallized thermoplastic polyimide short fiber as a main constituent and characterized by that the thermoplastic polyimide has a repeating unit expressed by following structural formula (1): The manufacturing method of the separator for a battery is characterized by including a process for carrying out wet-sheet-forming by fabricating slurry containing the crystallized thermoplastic polyimide short fiber, and a process for heating and pressing it at a temperature higher than a glass transition point of the thermoplastic polyimide and lower than the melting point thereof.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電池用セパレーター
に関する。さらに詳しくは、耐熱性、機械的特性、通気
性に優れたアルカリ二次電池用セパレーターに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a battery separator. More specifically, it relates to a separator for an alkaline secondary battery, which has excellent heat resistance, mechanical properties, and air permeability.

【0002】[0002]

【従来の技術】アルカリ二次電池としては、従来からニ
ッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池等がよく知
られ使用されている。これらの電池は、正・負極、電解
質、セパレーター、容器などから構成されている。アル
カリ二次電池用セパレーターに要求される性能として
は、耐アルカリ性、正・負極間の電気的な隔離性、機械
的特性、ガス・イオンの通過性、電解液の浸透性・保液
性等があげられる。このようなセパレーターとしては、
耐アルカリ性に優れるポリエチレン、ポリプロピレン等
のポリオレフィン樹脂や耐アルカリ性と親水性を兼備す
るナイロン6などの脂肪族ポリアミド樹脂からなる不織
布が多く使用されている。
2. Description of the Related Art Nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries have been well known and used as alkaline secondary batteries. These batteries are composed of positive and negative electrodes, an electrolyte, a separator, a container, and the like. The performance required for alkaline secondary battery separators is alkali resistance, electrical isolation between positive and negative electrodes, mechanical characteristics, gas / ion permeability, electrolyte permeability, liquid retention, etc. can give. As such a separator,
Nonwoven fabrics made of polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene having excellent alkali resistance and aliphatic polyamide resins such as nylon 6 having both alkali resistance and hydrophilicity are often used.

【0003】しかし、上記のような樹脂は耐熱性に乏し
く、急速充電等により、局部的に高温になると酸化分解
が生じてセパレーターが部分的に破損し、その影響によ
って電池のサイクル寿命が短くなるという問題があっ
た。
However, the above resins have poor heat resistance, and due to rapid charging or the like, when locally heated to a high temperature, oxidative decomposition occurs and the separator is partially damaged, which shortens the cycle life of the battery. There was a problem.

【0004】そこで、耐熱性に優れたセパレーターの開
発が盛んに行なわれており、例えば特開平7−3757
1号公報には、メタアラミドフィブリッドとメタアラミ
ド短繊維とを混合抄造した紙状シートからなる電池用セ
パレーターが提案されている。このセパレーターは、耐
熱性には優れているものの、フィブリッドを使用してい
ることから、正・負極間の電気的な隔離性を確保する等
のために厚みを大きくすると通気性が低下し、通気性を
確保するためにメタアラミド短繊維の割合を増やすと強
度が低下するといったように、厚み、通気性及び強度を
同時に満足することが困難であった。
Therefore, a separator excellent in heat resistance has been actively developed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-3757.
Japanese Patent Laid-Open No. 1-2004 proposes a battery separator composed of a paper-like sheet prepared by mixing and paper-making meta-aramid fibrids and meta-aramid short fibers. Although this separator has excellent heat resistance, it uses a fibrid, so if you increase the thickness to ensure electrical isolation between the positive and negative electrodes, the air permeability will decrease and It has been difficult to satisfy the thickness, air permeability and strength at the same time, as the strength decreases when the proportion of short meta-aramid fibers is increased to secure the property.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
み、本発明は、高い耐熱性を有し、機械的特性と通気性
にも優れ、厚みも十分な電池用セパレーターを提供する
ことを課題とするものである。
In view of the above situation, the present invention provides a battery separator having high heat resistance, excellent mechanical properties and air permeability, and a sufficient thickness. This is an issue.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意検討を行った結果、結晶性を有する熱可
塑性ポリイミドを用いて紡糸・延伸することにより得ら
れる結晶化された熱可塑性ポリイミド短繊維を主な構成
成分とする不織布が、上記の課題を解決する電池用セパ
レーターとして好適であることを見出し、本発明を完成
するに至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above problems, and as a result, crystallized heat obtained by spinning and drawing using a thermoplastic polyimide having crystallinity. The present inventors have found that a non-woven fabric containing plastic polyimide short fibers as a main constituent is suitable as a battery separator that solves the above problems, and have completed the present invention.

【0007】すなわち、本発明は、結晶化された熱可塑
性ポリイミド短繊維を主な構成成分とする不織布からな
る電池用セパレーターを要旨とするものであり、さら
に、そのような電池用セパレーターにおいて、熱可塑性
ポリイミドが下記構造式(1)で示される繰り返し単位
を有することを特徴とする電池用セパレーターを要旨と
するものである。
That is, the present invention is directed to a battery separator made of a non-woven fabric containing crystallized thermoplastic polyimide short fibers as a main constituent, and further, in such a battery separator, A gist of a battery separator is characterized in that the plastic polyimide has a repeating unit represented by the following structural formula (1).

【0008】[0008]

【化2】 [Chemical 2]

【0009】また、結晶化された熱可塑性ポリイミド短
繊維を含むスラリーを調製して湿式抄造する工程と、熱
可塑性ポリイミドのガラス転移点以上、融点以下の温度
で加熱し加圧する工程とを含むことを特徴とする上記の
電池用セパレーターの製造方法を要旨とするものであ
る。
Further, the method includes the steps of preparing a slurry containing crystallized thermoplastic polyimide short fibers and performing wet papermaking, and heating and pressurizing at a temperature not lower than the glass transition point and not higher than the melting point of the thermoplastic polyimide. The gist of the present invention is the method for manufacturing a battery separator described above.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の電池用セパレーターは、ポリイミド短繊維を主
な構成成分とする不織布からなるものである。本発明に
主に用いられるポリイミド短繊維を形成するポリイミド
としては、結晶性を有する熱可塑性ポリイミドである。
結晶性を有する熱可塑性ポリイミドは溶融紡糸した後、
加熱延伸して結晶化及び結晶部の配向を高めることによ
り、結晶化されたポリイミド繊維となる。本発明におい
ては、そのようにして得られる結晶化されたポリイミド
繊維を短繊維状にカットしたものを用いる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
The battery separator of the present invention is made of a nonwoven fabric containing polyimide short fibers as a main constituent. The polyimide forming the polyimide short fibers mainly used in the present invention is a thermoplastic polyimide having crystallinity.
After melt-spinning the thermoplastic polyimide having crystallinity,
By heating and stretching to increase the crystallization and the orientation of the crystal part, a crystallized polyimide fiber is obtained. In the present invention, the crystallized polyimide fiber thus obtained is cut into short fibers.

【0011】本発明においては、ポリイミド短繊維を形
成するポリイミドが熱可塑性であることが重要である。
すなわち、本発明の電池用セパレーターとなる不織布を
主に構成するポリイミド短繊維が熱可塑性であるため、
適当な熱処理によってポリイミド短繊維同士の交絡点を
接着することができ、その結果、不織布の機械的強度を
高めることができるからである。
In the present invention, it is important that the polyimide forming the polyimide short fibers is thermoplastic.
That is, since the polyimide short fibers mainly constituting the nonwoven fabric which is the battery separator of the present invention are thermoplastic,
This is because the entanglement points of the polyimide short fibers can be bonded by an appropriate heat treatment, and as a result, the mechanical strength of the nonwoven fabric can be increased.

【0012】本発明においては、また、熱可塑性ポリイ
ミド短繊維が結晶化されていることが重要である。なぜ
なら、ポリイミドは一般的にアルカリに弱く、本発明の
ような濃厚アルカリ水溶液を使用する用途には適してい
ないが、結晶化の進んだポリイミドは、結晶化の進んで
いないポリイミドに比べて耐薬品性、とりわけ耐アルカ
リ性に優れているので、アルカリ電池用として特に好適
であることを本発明者らが見出したからである。なお、
本発明において、結晶化されたとは、X線回折法により
測定した結晶化度が15%以上であることをいい、好ま
しくは20%以上、より好ましくは25%以上である。
結晶化度が15%未満では、耐アルカリ性が低下する。
In the present invention, it is also important that the thermoplastic polyimide short fibers are crystallized. Because the polyimide is generally weak to alkali, it is not suitable for the use of a concentrated alkaline aqueous solution as in the present invention, but the polyimide with advanced crystallization is more chemically resistant than the polyimide with less advanced crystallization. This is because the present inventors have found that they are particularly suitable for alkaline batteries because they have excellent properties, especially alkali resistance. In addition,
In the present invention, “crystallized” means that the crystallinity measured by X-ray diffractometry is 15% or more, preferably 20% or more, and more preferably 25% or more.
If the crystallinity is less than 15%, the alkali resistance decreases.

【0013】また、熱可塑性ポリイミド短繊維として
は、結晶化されていることに加え、その結晶部が高度に
配向していることが好ましい。これにより、耐アルカリ
性に優れるだけでなく、加熱、冷却時の寸法変化が小さ
く、熱寸法安定性に優れたポリイミド短繊維となる。こ
のときの結晶部の配向度としては、80%以上であるこ
とが好ましい。
As the thermoplastic polyimide short fibers, in addition to being crystallized, it is preferable that the crystal parts are highly oriented. This makes it possible to obtain polyimide short fibers which are not only excellent in alkali resistance, but also have small dimensional changes during heating and cooling, and are excellent in thermal dimensional stability. At this time, the degree of orientation of the crystal part is preferably 80% or more.

【0014】上記のような結晶化された熱可塑性ポリイ
ミド短繊維を得るために用いる熱可塑性ポリイミドの化
学構造としては、下記構造式(1)で示される化学構造
を繰り返し単位として有することが好ましい。このよう
な化学構造を有するポリイミドは、熱可塑性のため熱加
工性に優れると共に、耐熱性に優れた結晶性ポリイミド
樹脂である。
The chemical structure of the thermoplastic polyimide used to obtain the crystallized thermoplastic polyimide short fibers as described above preferably has a chemical structure represented by the following structural formula (1) as a repeating unit. The polyimide having such a chemical structure is a crystalline polyimide resin having excellent heat resistance as well as excellent thermal processability due to its thermoplasticity.

【0015】[0015]

【化3】 [Chemical 3]

【0016】このような化学構造を有するポリイミドの
具体例としては、三井化学株式会社製「オーラム」(商標
名)が市販されており、DSC法によるガラス転移点が
250℃、融点が388℃という特性を有している。
As a specific example of the polyimide having such a chemical structure, "Aurum" (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. is commercially available, and the glass transition point by the DSC method is 250 ° C. and the melting point is 388 ° C. It has characteristics.

【0017】上記のような熱可塑性ポリイミドを繊維化
する際には、種々特性を改善する目的で、色々な化学構
造を有するポリイミドを共重合もしくはブレンドしても
よく、また、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリア
リレート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリフェニレ
ンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素
樹脂などの他のポリマーを配合してもよく、さらには酸
化チタン、アルミナ、シリカ、カーボンブラックなどの
無機系フィラーを配合してもよい。したがって、熱可塑
性ポリイミド短繊維には、それらの副原料が含まれてい
てもよい。
When the above-mentioned thermoplastic polyimide is formed into fibers, polyimides having various chemical structures may be copolymerized or blended for the purpose of improving various properties, and the effects of the present invention can be obtained. Other polymers such as polyarylate, polyolefin, polyamide, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, and fluororesin may be blended within a range not impairing, and further inorganic fillers such as titanium oxide, alumina, silica and carbon black. You may mix | blend. Therefore, the thermoplastic polyimide short fibers may contain these auxiliary raw materials.

【0018】本発明における不織布を構成するのに主に
用いられるポリイミド短繊維及び必要に応じて用いられ
るその他の短繊維の形態であるが、平均繊維長としては
1〜15mmであることが好ましく、平均繊維径として
は、3〜30μmであることが好ましい。平均繊維長が
1mm未満では、不織布の強度が不足するので好ましく
なく、一方15mmを超えると均一な不織布を製造する
のが困難になるので好ましくない。また、平均繊維径が
3μm未満では不織布の強度が不足する傾向にあるので
好ましくなく、一方30μmを超えると、不織布の空隙
が大きくなって、セパレーターとしての機能が低下する
傾向にあるので好ましくない。また、上記の短繊維の断
面形状としては、通常は円形のものが用いられるが、特
にこれに限定されるものではなく、異形断面であって
も、不定形であっても一向に差し支えない。
In the form of the polyimide short fibers mainly used for constituting the nonwoven fabric in the present invention and other short fibers used as necessary, the average fiber length is preferably 1 to 15 mm, The average fiber diameter is preferably 3 to 30 μm. If the average fiber length is less than 1 mm, the strength of the nonwoven fabric is insufficient, and if it exceeds 15 mm, it is difficult to produce a uniform nonwoven fabric, which is not preferable. On the other hand, if the average fiber diameter is less than 3 μm, the strength of the nonwoven fabric tends to be insufficient, and if it exceeds 30 μm, the voids in the nonwoven fabric become large and the function as a separator tends to deteriorate, which is not preferable. The cross-sectional shape of the above-mentioned short fibers is usually circular, but is not particularly limited to this and may have a modified cross-section or an irregular shape.

【0019】本発明において、電池用セパレーターとな
る不織布としては、上記の結晶化された熱可塑性ポリイ
ミド短繊維のみから構成された不織布であることによ
り、本発明の目的を効果的に達成できる。しかしなが
ら、特にこれに限定されることなく、不織布を抄造しや
すくしたり、電池用セパレーターの種々特性を改善する
目的で、他の有機物もしくは無機物からなる短繊維やパ
ルプ状物、例えば結晶性を有する熱可塑性ポリイミド以
外のポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラ
ミド、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポ
リフェニレンスルフィド、ポリパラファニレンベンゾビ
スオキサゾール、カーボン、ガラス、アルミナ、シリカ
等からなる短繊維もしくはパルプ状物、さらには種々の
粒子状物(フィラー)が配合された不織布であってもよ
い。
In the present invention, the non-woven fabric serving as the battery separator is a non-woven fabric composed only of the above-mentioned crystallized thermoplastic polyimide short fibers, whereby the object of the present invention can be effectively achieved. However, the present invention is not particularly limited to this, and for the purpose of facilitating the papermaking of the non-woven fabric and improving various characteristics of the battery separator, a short fiber or pulp-like material made of other organic or inorganic material, for example, having crystallinity. Polyimide other than thermoplastic polyimide, polyethylene, polypropylene, aramid, polyester, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyparaphenylene benzobisoxazole, carbon, glass, alumina, short fibers or pulp made of silica, etc., It may be a non-woven fabric in which various particulates (fillers) are mixed.

【0020】ただし、本発明の目的を達成するうえで、
本発明の電池用セパレーターとなる不織布において、結
晶化された熱可塑性ポリイミド短繊維の含有率として
は、30質量%以上であることが好ましく、さらには7
0質量%以上であることが好ましい。ここで、含有率を
計算するにあたり、結晶化された熱可塑性ポリイミド短
繊維に結晶性を有する熱可塑性ポリイミド以外の副原料
が含まれる場合は、そのような副原料の質量は熱可塑性
ポリイミド短繊維の質量からは差し引いて計算する。
However, in order to achieve the object of the present invention,
In the nonwoven fabric that serves as the battery separator of the present invention, the content of the crystallized thermoplastic polyimide short fibers is preferably 30% by mass or more, and further 7
It is preferably 0% by mass or more. Here, in calculating the content rate, when the crystallized thermoplastic polyimide short fiber contains an auxiliary material other than the thermoplastic polyimide having crystallinity, the mass of such an auxiliary material is the thermoplastic polyimide short fiber. Calculate by subtracting from the mass of.

【0021】本発明の電池用セパレーターは、上記した
ように結晶化された熱可塑性ポリイミド短繊維を主な構
成成分とする不織布からなるものであり、その坪量(単
位面積あたりの質量)としては、機械特性、通気度、保
液性等を考慮して適宜設定すればよいが、通常は20〜
100g/m2が好ましい。また、厚みとしては、通気
性、保液性、正・負極間の電気的な隔離性等の観点から
通常50〜300μmが好ましい。
The battery separator of the present invention is composed of a non-woven fabric whose main component is the thermoplastic polyimide short fibers crystallized as described above, and its basis weight (mass per unit area) is It may be appropriately set in consideration of mechanical properties, air permeability, liquid retention, etc.
100 g / m 2 is preferred. In addition, the thickness is usually preferably 50 to 300 μm from the viewpoints of air permeability, liquid retention, and electrical isolation between the positive and negative electrodes.

【0022】また、本発明の電池用セパレーターの見か
け密度としては0.40〜1.0g/cm3の範囲にあ
ることが好ましい。見かけ密度が0.40g/cm3
満であると、セパレーターとしての機械的強度が不足す
る傾向にあるので好ましくない。一方、見かけ密度が
1.0g/cm3を超えると、空隙率が低下する結果、
通気度、保液性が劣る傾向にあるため好ましくない。な
お、見かけ密度は、タテ、ヨコの寸法と厚みを測定して
占有体積を算出し、質量をその占有体積で除することに
より求める。
The apparent density of the battery separator of the present invention is preferably in the range of 0.40 to 1.0 g / cm 3 . If the apparent density is less than 0.40 g / cm 3 , the mechanical strength of the separator tends to be insufficient, which is not preferable. On the other hand, if the apparent density exceeds 1.0 g / cm 3 , the porosity decreases,
It is not preferable because the air permeability and the liquid retaining property tend to be poor. The apparent density is obtained by measuring the dimensions and thickness of the vertical and horizontal sides, calculating the occupied volume, and dividing the mass by the occupied volume.

【0023】本発明の電池用セパレーターの通気度とし
ては、10cm3/cm2・秒以上が好ましい。通気度が
10cm3/cm2・秒未満の場合、過充電時に正極から
発生する酸素ガスの透過性が低下し、充放電サイクルの
進行に伴って内圧が上昇するという問題が生じやすくな
るので好ましくない。
The air permeability of the battery separator of the present invention is preferably 10 cm 3 / cm 2 · sec or more. When the air permeability is less than 10 cm 3 / cm 2 · sec, the permeability of oxygen gas generated from the positive electrode during overcharge is lowered, and the internal pressure is likely to rise as the charge / discharge cycle proceeds, which is preferable. Absent.

【0024】本発明の電池用セパレーターの機械的強度
の指標となる引張り強度としては、1.5kN/m以上
が好ましい。引張り強度が1.5kN/m未満である
と、電池に組み込む際に破れる可能性が大きくなるので
好ましくない。
The tensile strength, which is an index of the mechanical strength of the battery separator of the present invention, is preferably 1.5 kN / m or more. If the tensile strength is less than 1.5 kN / m, there is a high possibility of breakage when incorporated into a battery, which is not preferable.

【0025】次に、本発明の電池用セパレーターを製造
する方法について述べる。まず、ポリイミド短繊維を用
いて不織布を抄造する方法としては、特に限定されるも
のではなく、従来公知の乾式もしくは湿式抄造法により
行なえばよいが、特に湿式抄造法が、厚みと地合いの均
一性に優れた短繊維不織布を得るのに適しているので好
ましく採用される。湿式抄造法に用いる湿式抄造装置と
しては、特に限定されるものではなく、公知の抄紙機等
を用いればよいが、具体的に例示すれば、円網式湿式抄
紙機、短網式湿式抄紙機、短網傾斜式湿式抄紙機、長網
傾斜式湿式抄紙機等が挙げられる。これらの湿式抄造装
置には、熱風式、接触式もしくは輻射式の乾燥機が併設
されていることが好ましい。
Next, a method for producing the battery separator of the present invention will be described. First, the method for papermaking a nonwoven fabric using polyimide short fibers is not particularly limited, and may be carried out by a conventionally known dry or wet papermaking method, but particularly wet papermaking method, uniformity of thickness and texture It is preferably used because it is suitable for obtaining a short fiber nonwoven fabric excellent in The wet papermaking apparatus used in the wet papermaking method is not particularly limited, and a known paper machine or the like may be used, but specific examples thereof are a cylinder type wet paper machine and a short net type wet paper machine. , A short-net inclined type wet paper machine, a long-net inclined type wet paper machine, and the like. It is preferable that a hot air type, a contact type, or a radiant type dryer is provided alongside these wet papermaking apparatuses.

【0026】湿式抄造を行う工程としては、上記のポリ
イミド短繊維と必要に応じて配合される他の成分とを水
等の分散媒と混合し、パルパー等を用いて均一に分散さ
せてスラリーを調製し、上記のような装置を用いて湿式
抄造した後乾燥する。このとき、得られる不織布の均一
性、平滑性等を向上させる目的で、ポリイミド短繊維を
予めリファイナーやビーター等によって縮れさせる処理
を行っておいてもよい。なお、不織布の強度を増す目的
で、不織布にポリイミド前駆体やエポキシ樹脂等を含む
エマルジョンや溶液を含浸もしくはスプレーしてもよ
く、この場合には、湿式抄造装置の抄造部と乾燥部の間
に含浸装置やスプレー装置等を設けて行えばよい。
In the step of performing wet papermaking, the above polyimide short fibers and other components to be blended as necessary are mixed with a dispersion medium such as water and uniformly dispersed using a pulper or the like to prepare a slurry. It is prepared, wet-processed using the above apparatus, and then dried. At this time, for the purpose of improving the uniformity, smoothness and the like of the obtained nonwoven fabric, a process of shrinking the polyimide short fibers with a refiner, beater or the like may be performed in advance. For the purpose of increasing the strength of the nonwoven fabric, the nonwoven fabric may be impregnated or sprayed with an emulsion or a solution containing a polyimide precursor, an epoxy resin or the like. In this case, it may be interposed between the papermaking section and the drying section of the wet papermaking machine. An impregnation device or a spray device may be provided.

【0027】上記の湿式抄造工程により得られた不織布
は、通常そのままでは空隙率が大きすぎて、本発明の目
的とする電池用セパレーターとして用いるには機械的強
度が不足する傾向にある。そこで、以下に述べる工程を
行なうことにより、十分な機械的強度を具備させる。す
なわち、不織布の主な構成成分たるポリイミド短繊維を
形成している熱可塑性ポリイミドのガラス転移点以上、
融点以下の温度で加熱し加圧する工程を行なうのであ
る。この工程により、不織布としての形態を保持しつ
つ、熱接着作用と緻密化による機械的強度の向上をはか
ることができる。
The non-woven fabric obtained by the above wet papermaking process usually has too large a porosity as it is and tends to have insufficient mechanical strength for use as a battery separator intended by the present invention. Therefore, sufficient mechanical strength is provided by performing the steps described below. That is, above the glass transition point of the thermoplastic polyimide forming the polyimide short fibers as the main constituent of the nonwoven fabric,
The step of heating and pressurizing at a temperature below the melting point is performed. By this step, it is possible to improve the mechanical strength due to the thermal bonding action and the densification while maintaining the shape of the nonwoven fabric.

【0028】上記の加熱温度を熱可塑性ポリイミドのガ
ラス転移点以上の温度とする理由は、ポリイミド短繊維
を軟化させて熱接着の効果を発現させるためであり、ガ
ラス転移点未満の温度であると、熱接着が行われない。
熱接着の効果を高めるうえで、加熱温度としては、熱可
塑性ポリイミドのガラス転移点よりも10℃以上高い温
度が好ましい。同時に、加熱温度を熱可塑性ポリイミド
の融点以下とする理由は、融点を超えると、加熱時間に
もよるが、ポリイミド短繊維が溶融により繊維としての
形態を失いつつ融着し、その結果通気度等の不織布の特
性が損なわれ、目的の電池用セパレーターとして使用で
きなくなるからである。融点以下の温度でも、加熱時間
や加圧の条件によっては不織布の特性が損なわれる場合
があるので、加熱温度としては、熱可塑性ポリイミドの
融点よりも10℃以上低い温度が好ましい。すなわち、
加熱温度として好ましい温度範囲は、下記数式に示され
る範囲となる。
The reason why the above heating temperature is set to a temperature not lower than the glass transition point of the thermoplastic polyimide is to soften the polyimide short fibers to exert the effect of thermal bonding, and the temperature is lower than the glass transition point. , Thermal bonding is not done.
In order to enhance the effect of thermal adhesion, the heating temperature is preferably 10 ° C. or more higher than the glass transition point of the thermoplastic polyimide. At the same time, the reason for setting the heating temperature to the melting point of the thermoplastic polyimide or less is that when the melting point is exceeded, it depends on the heating time, but the polyimide short fibers are fused while losing their form as fibers due to melting, resulting in air permeability and the like. This is because the properties of the non-woven fabric are impaired, and it cannot be used as the intended battery separator. Even at a temperature below the melting point, the properties of the nonwoven fabric may be impaired depending on the heating time and pressure conditions, so the heating temperature is preferably 10 ° C. or more lower than the melting point of the thermoplastic polyimide. That is,
A preferable temperature range as the heating temperature is the range shown by the following mathematical formula.

【0029】[0029]

【数1】 [Equation 1]

【0030】ただし、上記式において、Tは加熱温度、T
gは熱可塑性ポリイミドのガラス転移温度、Tmは熱可
塑性ポリイミドの融点をそれぞれ表わし、単位は℃であ
る。
However, in the above equation, T is the heating temperature, T
g represents the glass transition temperature of the thermoplastic polyimide, Tm represents the melting point of the thermoplastic polyimide, and the unit is ° C.

【0031】また、加圧する際の圧力としては、特に限
定されるものではないが、圧力が高いほどポリイミド短
繊維同士の熱接着の効果が大きく、また、得られる電池
用セパレーターの通気度が減少する傾向にあるので、そ
れらの点を考慮して適宜設定すればよく、本発明では通
常0.05〜10MPa程度の圧力が不織布に印加され
るような加圧条件が好ましく採用される。
The pressure at which the pressure is applied is not particularly limited, but the higher the pressure, the greater the effect of thermally adhering the polyimide short fibers to each other, and the air permeability of the obtained battery separator decreases. Therefore, the pressure may be appropriately set in consideration of those points, and in the present invention, a pressurizing condition that a pressure of about 0.05 to 10 MPa is usually applied to the nonwoven fabric is preferably adopted.

【0032】上記のような加熱し加圧する工程を行うた
めの装置としては、特に限定されるものではなく、従来
公知の加熱プレス装置等を用いればよいが、長尺の不織
布を連続的に加熱同時加圧できるという点から、カレン
ダーロール装置や、対向する一対の金属製等のベルト間
で加熱プレスの行えるダブルベルトプレス装置等が好ま
しく用いられる。以上の工程を経ることにより、結晶化
された熱可塑性ポリイミドを主な構成成分とする不織布
からなり、耐熱性、機械的特性、通気性に優れた本発明
の電池用セパレーターが得られる。
The apparatus for performing the heating and pressurizing step as described above is not particularly limited, and a conventionally known heating press apparatus or the like may be used, but a long nonwoven fabric is continuously heated. A calender roll device and a double belt press device capable of performing hot pressing between a pair of opposing belts made of metal or the like are preferably used from the viewpoint of being able to pressurize simultaneously. Through the above steps, the battery separator of the present invention, which is made of a nonwoven fabric containing a crystallized thermoplastic polyimide as a main constituent, is excellent in heat resistance, mechanical properties, and air permeability.

【0033】[0033]

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明
する。なお、各種の特性は以下の方法で測定又は評価し
た。 (1)引張り強度 JIS−P8113に準じて、万能試験機(インテスコ
社製)を用いて測定した。 (2)通気度 JIS−L1096 一般織物試験法8.27項、通気
性 A法(フラジール型法)に準じて、試験片を通過す
る空気量(cm3/cm2・秒)を測定した。 (3)耐アルカリ性 水酸化ナトリウム(NaOH)もしくは水酸化カリウム
(KOH)の30質量%水溶液に23℃で200時間浸
漬した後、取り出して外観の変化を確認した。 (4)厚み JIS−P8118(紙及び板紙−厚さ及び密度の試験
方法)に準じて測定した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described with reference to the following examples. Various properties were measured or evaluated by the following methods. (1) Tensile strength According to JIS-P8113, the tensile strength was measured using a universal testing machine (manufactured by Intesco). (2) Air permeability The amount of air (cm 3 / cm 2 · sec) passing through the test piece was measured according to JIS-L1096 General Textile Test Method Item 8.27, Air permeability Method A (Flagille type method). (3) Alkali resistance After being immersed in a 30 mass% aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH) at 23 ° C. for 200 hours, it was taken out and a change in appearance was confirmed. (4) Thickness Measured according to JIS-P8118 (paper and paperboard-testing method for thickness and density).

【0034】実施例1 熱可塑性ポリイミドとしては、結晶性を有する熱可塑性
ポリイミドである三井化学製のオーラムPL450を用
いた。DSC測定によるこのポリイミドのガラス転移点
は250℃であり、同じく融点は387℃であった。上
記のポリイミドを400℃に加熱して溶融させ、紡糸速
度500m/minで溶融紡糸し、温度300℃、延伸
倍率2.4倍で加熱延伸することにより、繊維径約15
μmのポリイミド繊維を得た。このポリイミド繊維の結
晶化度は30%、結晶配向度は90%(いずれもX線回
折法による測定値)であり、結晶化されていることが確
認された。この結晶化されたポリイミド繊維を繊維長5
mmにカットして、ポリイミド短繊維としたた。上記の
ポリイミド短繊維を水中に投じ、パルパーを用いて水中
に均一に分散させることにより、濃度0.05質量%の
スラリーを得た。次いでこのスラリーを用い、傾斜短網
式連続抄紙機(斎藤鐵工所製)により幅60cmで抄造
し、次いで、抄紙機に併設された熱風式乾燥機にて14
0℃で乾燥してポリイミド不織布を得た。得られたポリ
イミド不織布をダブルベルトプレス機(サンドビック社
製)を用いて0.2MPa相当の加圧下240℃で2分
間、300℃で5分間連続的に加圧しつつ加熱すること
により、坪量67g/m2、厚み0.125mm、見掛
け密度0.54g/cm3の不織布からなる本発明の電
池用セパレーターを得た。
Example 1 As the thermoplastic polyimide, Aurum PL450 manufactured by Mitsui Chemicals, which is a thermoplastic polyimide having crystallinity, was used. The glass transition point of this polyimide measured by DSC was 250 ° C, and the melting point was 387 ° C. The polyimide is heated to 400 ° C. to be melted, melt-spun at a spinning speed of 500 m / min, and heated and drawn at a temperature of 300 ° C. and a draw ratio of 2.4 to obtain a fiber diameter of about 15
A polyimide fiber of μm was obtained. This polyimide fiber had a crystallinity of 30% and a crystal orientation of 90% (both measured values by X-ray diffractometry), confirming that it was crystallized. This crystallized polyimide fiber has a fiber length of 5
It was cut into mm to obtain polyimide short fibers. The above polyimide short fibers were thrown into water and uniformly dispersed in water using a pulper to obtain a slurry having a concentration of 0.05% by mass. Then, using this slurry, a slanted short-net continuous paper machine (manufactured by Saito Iron Works Co., Ltd.) was used to make paper with a width of 60 cm, and then a hot air dryer attached to the paper machine
It was dried at 0 ° C. to obtain a polyimide nonwoven fabric. The polyimide non-woven fabric thus obtained was heated with a double belt press (manufactured by Sandvik Co., Ltd.) under a pressure equivalent to 0.2 MPa at 240 ° C. for 2 minutes and 300 ° C. for 5 minutes while continuously pressurizing the basis weight. A battery separator of the present invention made of a non-woven fabric of 67 g / m 2 , thickness of 0.125 mm and apparent density of 0.54 g / cm 3 was obtained.

【0035】実施例2 実施例1で使用したポリイミド短繊維60質量部に対
し、同じポリイミド短繊維をビーターにて30分間捲縮
処理したもの40質量部を用意し、両者を併用してスラ
リーを調製したこと以外は、実施例1と同様にして本発
明の電池用セパレーターを得た。この電池用セパレータ
ーは、坪量68g/m2、厚み0.115mm、見掛け
密度0.59g/cm3であった。
Example 2 To 60 parts by mass of the polyimide short fibers used in Example 1, 40 parts by mass of the same polyimide short fibers crimped with a beater for 30 minutes were prepared. A battery separator of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was prepared. This battery separator had a basis weight of 68 g / m 2 , a thickness of 0.115 mm, and an apparent density of 0.59 g / cm 3 .

【0036】比較例1 実施例1で用いたのと同じポリイミドを400℃に加熱
して溶融させ、紡糸速度500m/minで溶融紡糸
し、温度300℃、延伸倍率1.2倍で加熱延伸するこ
とにより、繊維径約22μmのポリイミド繊維を得た。
このポリイミド繊維の結晶化度は8%、結晶配向度は5
8%(いずれもX線回折法による測定値)であった。こ
のポリイミド繊維を繊維長5mmにカットして、ポリイ
ミド短繊維とした。上記のポリイミド短繊維を用いるこ
と以外は実施例1と同様にして、電池用セパレーターを
得た。この電池用セパレーターは坪量68g/m2、厚
み0.130mm、見掛け密度0.52g/cm3であ
った。
Comparative Example 1 The same polyimide used in Example 1 was heated to 400 ° C. to be melted, melt-spun at a spinning speed of 500 m / min, and heated and stretched at a temperature of 300 ° C. and a draw ratio of 1.2 times. As a result, a polyimide fiber having a fiber diameter of about 22 μm was obtained.
This polyimide fiber has a crystallinity of 8% and a crystal orientation of 5
It was 8% (in all cases, measured by X-ray diffraction method). This polyimide fiber was cut into a fiber length of 5 mm to obtain a polyimide short fiber. A battery separator was obtained in the same manner as in Example 1 except that the above polyimide short fibers were used. This battery separator had a basis weight of 68 g / m 2 , a thickness of 0.130 mm, and an apparent density of 0.52 g / cm 3 .

【0037】実施例および比較例で得られた電池用セパ
レーターの特性を下記表1に示す。
The characteristics of the battery separators obtained in Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】実施例の電池用セパレーターは、強度も大
きく、通気性も高いためアルカリ二次電池用セパレータ
ーとして有用であった。一方、比較例のものでは結晶化
されていないポリイミド繊維を用いたため、耐アルカリ
性に劣り、アルカリ二次電池用セパレーターとしては不
適当であった。
The battery separators of the examples had high strength and high air permeability and were useful as separators for alkaline secondary batteries. On the other hand, in the case of the comparative example, since the uncrystallized polyimide fiber was used, it was inferior in alkali resistance and was unsuitable as a separator for an alkaline secondary battery.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電池用セ
パレーターは耐熱性、機械的特性、通気性に優れてお
り、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池等
のアルカリ二次電池用セパレーターとして好適である。
As described above, the battery separator of the present invention is excellent in heat resistance, mechanical properties and air permeability, and can be used as a separator for alkaline secondary batteries such as nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries. It is suitable.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 良尚 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内 Fターム(参考) 4L055 AF34 BE20 FA11 FA14 FA19 GA01 5H021 BB01 BB02 BB08 CC01 CC02 EE02 HH06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yoshihisa Yamada             23 Uji Kozakura, Uji City, Kyoto Prefecture Unitika Ltd.             Shikisha Central Research Institute F-term (reference) 4L055 AF34 BE20 FA11 FA14 FA19                       GA01                 5H021 BB01 BB02 BB08 CC01 CC02                       EE02 HH06

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶化された熱可塑性ポリイミド短繊維
を主な構成成分とする不織布からなる電池用セパレータ
ー。
1. A battery separator comprising a non-woven fabric mainly composed of crystallized thermoplastic polyimide short fibers.
【請求項2】 熱可塑性ポリイミドが下記構造式(1)
で示される繰り返し単位を有することを特徴とする請求
項1に記載の電池用セパレーター。 【化1】
2. A thermoplastic polyimide having the following structural formula (1):
The battery separator according to claim 1, which has a repeating unit represented by: [Chemical 1]
【請求項3】 結晶化された熱可塑性ポリイミド短繊維
を含むスラリーを調製して湿式抄造する工程と、熱可塑
性ポリイミドのガラス転移点以上、融点以下の温度で加
熱し加圧する工程とを含むことを特徴とする請求項1又
は請求項2に記載の電池用セパレーターの製造方法。
3. A step of preparing a slurry containing crystallized thermoplastic polyimide short fibers and performing wet papermaking, and a step of heating and pressing at a temperature not lower than a glass transition point of the thermoplastic polyimide and not higher than a melting point thereof. The method for producing a battery separator according to claim 1 or 2, characterized in that.
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