JP2008124064A - コンデンサー用セパレーター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セルロース系繊維からなる織布又は不織布からなり、該布の厚みが5〜35μm、空孔率が30〜60%、透気度が10sec/100cc以下であることを特徴とするコンデンサー用セパレーター。
【選択図】なし
Description
電極については、例えば、電気二重層コンデンサーの電極材料としては、高容量化のために、易黒鉛化材料を不融化及び炭化した後、水酸化カリウムなどのアルカリによる賦活によって比表面積を増大させた活性炭が提案されている。
特許文献1によれば、叩解可能な溶剤紡糸セルロース繊維の叩解原料を使用した緻密性とイオン透過性の双方を充足する新規なセパレーターを用いることによって、ショート不良の低減、内部抵抗の低減等の諸特性を高いレベルで改善すると共に、高体積エネルギー密度化を実現する電気二重層コンデンサを提供するとある。
このため、従来と同等以上の引張強力を持ち、かつ従来以上に薄くかつ内部抵抗の低いセパレーターというものが求められていた。
(1)セルロース系繊維織布又は不織布から構成されたコンデンサー用セパレーターにおいて、該織布又は不織布の厚みが5〜35μm、空孔率が30〜60%、透気度が10sec/100cc以下であることを特徴とするコンデンサー用セパレーター。
(2)前記織布又は不織布の平均孔径が1.0〜10μmであることを特徴とする上記(1)記載のコンデンサー用セパレーター。
(3)前記織布又は不織布の引張強力が7.5〜40N/15mmであることを特徴とする上記(1)または(2)記載のコンデンサー用セパレーター。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のセパレーターを用いたコンデンサー。
(5)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のセパレーターを用いた電池。
本発明におけるセルロース系繊維とは、麻、綿等の天然セルロース繊維、キュプラ、ビスコースレーヨン、ポリノジックレーヨン等の再生セルロース繊維、精製セルロース繊維などであるが、好ましくは、繊維内の不純物が少ない再生セルロース繊維、精製セルロース繊維であり、更に好ましくは再生セルロース繊維である。また、繊維の形態は短繊維、長繊維いずれも用いることが出来るが、好ましくは長繊維、更に好ましくは連続長繊維である。
空孔率(%)= [{厚み−(目付/ρ)}/厚み]×100・・・・式(1)
(ρは繊維の密度であり、セルロース繊維においては、ρ=1.5である。)
本発明のセルロース系繊維織布又は不織布において、空孔率は30〜60%であることを特徴とし、好ましくは35〜55%である。空孔率は、式(1)で示される通り、厚みと目付けから算出される特性であり、織布又は不織布における空気層の割合を示す。その値が30%未満になると、仮に本発明の構成要件の範囲に厚みと透気度をコントロールしたとしても電解液の含浸が極端に悪くなり、結果内部抵抗が高くなってしまう。空孔率が70%を超えると、本発明の厚みのセパレーターの場合、構造があまりに疎になってしまうため、機械的強度が極端に悪くなり、好ましくない。
また、カレンダー加工においては目的に応じてロールの種類、加熱の有無、加工速度等を適宜用いることが出来るが、本発明においては金属製のロールを用いて、熱を加えずに加工を行う方が、加工後に熱による繊維の劣化が皆無という点で、より好ましい。
また目的の繊維径を得るために、叩解によるフィブリル化などの繊維径をコントロールする処理は適宜行うことが出来る。
本発明におけるセパレーターに含浸させることのできる電解液の種類については、セパレーターに対し悪影響を与えないものであれば特に制限はされないが、好ましくは1,4−ブタンジオール、グリセリン、ポリオキシアルキレンポリオール、フラン系、スルホラン系、カーボネート系、ラクトン系、イミダゾリジノン系、アルキレングリコール系を用いることが出来る。好ましくはエチレングリコール、プロピレングリコール、ラクトン系であり、更に好ましくはアルキレングリコール系(特にエチレングリコール、プロピレングリコール)、ラクトン系(特にγ−ブチロラクトン)である。
また本発明のセパレーターにおいて、本発明の目的を損なわない限りセパレーターに更に追加的に付与することが出来る各種の機能付加を任意に行うことが出来る。
(1)厚み
JIS−L1096準拠の厚み試験にて荷重を1.96kPaとして測定(単位はμm)。
(2)目付
0.05m2以上の面積の不織布を105℃で一定重量になるまで乾燥後、20℃、65%RHの恒温室に16時間以上放置してその重量を測定し、不織布(m2)当たりの重量(g)を求めた(単位はg/m2)。
(3)空孔率
前述の式(1)にて算出。
(4)透気度
JIS−P8117(ガーレー試験機法)にて測定(単位はsec/100cc)
(5)平均孔径
JIS K−3832(バブルポイント法)における平均孔径を測定(単位はμm)。
(6)引張強力
サンプルの巾を15mmとして、JIS−L1096における引張強力を測定(単位はN/15mm)
(7)インピーダンス
エチレングリコール90部、安息香酸アンモニウム10部にて作成した電解液に、直径40mmにサンプリングした不織布を浸漬させた後、減圧下で1時間脱気を行う。脱気後のサンプルを白金電極(白金黒付けした直径20mmの円板形状のもの)の間に挿入し、12cNの荷重を電極間にかけ電極及びセパレーターを固定した。次にこの挿入に伴う増加した電極間の電気抵抗をセパレーターの電気抵抗とし、20℃、100kHzの周波数でLCRメータを用いて測定した(単位はΩ)。
平均繊維径5μm、平均目付15.0g/m2の再生セルロース連続長繊維不織布(キュプラ不織布)を作成した。作成した不織布を上部,下部いずれのロールもステンレス(SUS329)製のカレンダー加工機にて、ロール圧1000kN、加工速度10m/min.20℃にてカレンダー処理を行い、セパレーターを作成した。上記セパレーターの評価結果を表1に示したが、厚みは16μmと極めて薄いが、透気度は大きく、引張強力も高く、実用強度を有し、インピーダンスの極めて低いセパレーターを得た。
実施例1において、平均目付10.0g/m2の再生セルロース系連続長繊維不織布を2枚作成し、作成した不織布を2枚積層させ、カレンダー処理を行ったこと以外は実施例1と同様に処理を行った。評価結果を表1に示したが、厚みは20μmと極めて薄いが、透気度が高く、引張強力の極めて高いインピーダンスの低いセパレーターを得た。
実施例1において、平均目付20.0g/m2の不織布を用いロール圧を150kNにしたこと以外は実施例1と同様に処理を行った。評価結果を表1に示したが、厚みは薄いが、透気度が高く、引張強力の高いインピーダンスの低いセパレーターを得た。
溶剤紡糸セルロース繊維(レンチング社製:リヨセル)を叩解の程度をJIS P8121に規定するCSF(カナダ標準形口水度、Canadian Standard Freeness)の値で70ccまで叩解した叩解原料100重量%を、ポリオキシエチレンアルキルエーテル1%溶液含中に入れ、十分均一に繊維を分散させスラリーを作成した。その後抄紙機で抄紙して、平均繊維径1μm、平均目付25.0g/m2、厚さ120μmの不織布を作成した。次に作成した不織布を上部,下部いずれのロールもステンレス(SUS329)製のカレンダー加工機にて、ロール圧300kN、加工速度10m/min.20℃にてカレンダー処理を行いセパレーターを作成した。評価結果を表1に示したが、薄く、平均孔径の小さな、インピーダンスの低いセパレーターが得られた。
実施例3において、カレンダー加工を行わないことを除いては、実施例3と同様に処理を行い、厚さ40μmのセパレーターを作成した。評価結果を表1に示したが、平均孔径の小さな、セパレーターが得られたが、引張強力はコンデンサーの製造時の張力に耐えがたい低さであり、また膜厚が40μmあるために、インピーダンスは高いものになった。
酢酸菌を標準的な条件であるHestrin−Schramm培地(HS培地)(「セルロースのこと典」セルロース学会編集,朝倉書店,2000年発行,p44)を用いて、果糖を炭素源とし、PH6、温度28℃で10日間、内径10cmのシャーレ内での静置培養を行った。得られた厚みが約1.8mmの半透明ゲル状物をオートクレーブ装置を用い、2重量%の水酸化ナトリウム水溶液に浸液させた状態で120℃で1時間の溶菌処理を行った。さらに得られたウェット状のゲルを水洗した後、再度、先と同じ条件でオートクレーブによる溶菌処理を行い、ウェット状のゲル状シートを得た。このゲルを4℃の冷水中に浸液させ2時間静置し、ゲルを濾紙に挟んで圧搾した。冷水への浸液および圧搾の工程を同じ条件でさらに5度繰り返し、圧搾したゲル状の静置培養膜を得た。得られたゲル状膜を金属製バットにウェットの状態で貼り付け、70℃の熱風乾燥機で3時間乾燥させて膜厚が24μmで空孔率が72.2%の半透明白色のシート状成形体であるセルロースセパレーターを得た。評価結果を表1に示したが、極めて薄く、平均孔径の極めて小さなセパレーターを得たが、引張強力はコンデンサーの製造時の張力に耐えられないほど低いものとなった。また透気度も悪いためにインピーダンスは高いものになった。
実施例1において、平均目付10.0g/m2の再生セルロース系連続長繊維不織布を3枚作成し、作成した不織布を3枚積層させ、カレンダー処理を行ったこと以外は実施例1と同様に処理を行った。評価結果を表1に示したが、厚みは30μmと薄いが、透気度が低く、引張強力は高いがインピーダンスの高いものになった。
Claims (5)
- セルロース系繊維織布又は不織布から構成されたコンデンサー用セパレーターにおいて、該織布又は不織布の厚みが5〜35μm、空孔率が30〜60%、透気度が10sec/100cc以下であることを特徴とするコンデンサー用セパレーター。
- 前記織布又は不織布の平均孔径が1.0〜10μmであることを特徴とする請求項1記載のコンデンサー用セパレーター。
- 前記織布又は不織布の引張強力が7.5〜40N/15mmであることを特徴とする請求項1又は2記載のコンデンサー用セパレーター。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のセパレーターを用いたコンデンサー。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のセパレーターを用いた電池。
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