JP2013030364A - セパレーター、セパレーター製造装置及びセパレーター製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレーターの通液性が低下するのを抑制することが可能であり、従来のセパレーターよりも、一層高い電解液吸収性や一層低いイオン抵抗を実現することが可能なセパレーターを提供する。また、上記のようなセパレーターを製造することが可能なセパレーター製造装置を提供する。さらにまた、上記のようなセパレーターを製造することが可能なセパレーター製造方法を提供する。
【解決手段】基材層１０と、第１ナノ繊維２２を含む第１ナノ繊維層２０と、第２ナノ繊維３２を含む第２ナノ繊維層３０とを有し、基材層１０、第１ナノ繊維層２０、第２ナノ繊維層３０の順番で積層され、基材層１０と第２ナノ繊維層３０とは、第１ナノ繊維２２により接合されているセパレーター１。
【選択図】図１

Description

本発明は、セパレーター、セパレーター製造装置及びセパレーター製造方法に関する。

従来、基材層と、ナノ繊維を含むナノ繊維層とを有するセパレーターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

従来のセパレーターによれば、それぞれ異なる性質を有する基材層とナノ繊維層とを用いることにより、多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。
また、従来のセパレーターによれば、基材層が有する性質にナノ繊維層が有する性質（広い表面積や微細な空隙等）を付加することにより、一層多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。
また、従来のセパレーターによれば、一般的な繊維層を有するセパレーターと比較して繊維の平均径や空隙が微細なナノ繊維層を備えるため、高い電解液吸収性、低いイオン抵抗性及び高いデンドライト耐性を備え、さらに、総厚の薄いセパレーターとすることが可能となる。

なお、「基材層」とは、ナノ繊維層を形成するための基材となる層のことをいう。
また、「ナノ繊維」とは、ポリマー材料からなり、平均径が数ｎｍ〜数千ｎｍの繊維のことをいう。さらに、「セパレーター」とは、電池（一次電池及び二次電池を含む。）やコンデンサー（キャパシターともいう。）等に用いるセパレーター（仕切り）のことをいう。

特開２０１０−１０３０５０号公報

ところで、セパレーターの技術分野においては、基材層とナノ繊維層との間の結合強度が小さい（つまり、剥離しやすい）場合があるということが知られている。このため、種々の接合材料を用いて基材層とナノ繊維層とを接合することが行われている（例えば、特許文献１の［００４０］段落参照。）。しかしながら、本発明の発明者らの研究により、上記のような場合には、セパレーターの通液性が低下し、その結果、一層高い電解液吸収性や一層低いイオン抵抗を実現することが困難であるという問題が判明した。

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、セパレーターの通液性が低下するのを抑制することが可能であり、従来のセパレーターよりも、一層高い電解液吸収性や一層低いイオン抵抗を実現することが可能なセパレーターを提供することを目的とする。また、上記のようなセパレーターを製造することが可能なセパレーター製造装置を提供することを目的とする。さらにまた、上記のようなセパレーターを製造することが可能なセパレーター製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、基材層とナノ繊維層とを接合することによりセパレーターの通液性が低下してしまうことについて鋭意研究を重ねた結果、接合材料によりナノ繊維同士の間隙が埋まることが原因であることを見出した。これを踏まえて、本発明の発明者らは更なる研究を重ね、接合材料としてナノ繊維を用いることにより上記問題を解決することが可能であること（後述する実施形態参照。）に想到し、本発明を完成させるに至った。本発明は、以下の要素により構成される。

［１］本発明のセパレーターは、基材層と、第１ナノ繊維を含む第１ナノ繊維層と、第２ナノ繊維を含む第２ナノ繊維層とを有し、前記基材層、前記第１ナノ繊維層、前記第２ナノ繊維層の順番で積層され、前記基材層と前記第２ナノ繊維層とは、前記第１ナノ繊維により接合されていることを特徴とする。

このため、本発明のセパレーターによれば、接合材料としての第１ナノ繊維を含む第１ナノ繊維層を有するため、接合材料としての第１ナノ繊維がごく微細であることから、接合後にナノ繊維同士の間隙が埋まってしまうのを抑制することが可能となり、その結果、セパレーターの通液性が低下するのを抑制することが可能であり、従来のセパレーターよりも、一層高い電解液吸収性や一層低いイオン抵抗を実現することが可能となる。

また、本発明のセパレーターによれば、それぞれ異なる性質を有する基材層と第２ナノ繊維層（従来のナノ繊維層に相当）とを用いることにより、従来のセパレーターと同様に、多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、本発明のセパレーターによれば、基材層が有する性質に第２ナノ繊維層が有する性質（広い表面積や微細な空隙等）を付加することにより、従来のセパレーターと同様に、一層多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、本発明のセパレーターによれば、第１ナノ繊維層をさらに有するため、第１ナノ繊維層が有する性質をさらに付加し、より一層多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、本発明のセパレーターによれば、一般的な繊維層を有するセパレーターと比較して繊維の平均径や空隙が微細な第２ナノ繊維層を備えるため、従来のセパレーターと同様に、高い電解液吸収性、低いイオン抵抗性及び高いデンドライト耐性を備え、さらに、総厚の薄いセパレーターとすることが可能となる。

なお、本発明の「第２ナノ繊維層」は、上述したように、従来のセパレーターにおける「ナノ繊維層」に相当するものである。

［２］本発明のセパレーターにおいては、前記第１ナノ繊維は、熱接合性を有する樹脂からなり、前記基材層と前記第２ナノ繊維層とは、少なくとも一部が熱で溶融した第１ナノ繊維により接合されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、基材層と第２ナノ繊維層とを加熱することにより容易に接合することが可能となる。

なお、熱接合性を有する樹脂とは、いわゆる熱可塑性樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）に加え、ポリウレタンのように熱による接合性を有する樹脂も広く含めたもののことをいう。

［３］本発明のセパレーターにおいては、前記第１ナノ繊維を構成する前記熱接合性を有する樹脂の融点は、前記基材層を構成する材料の融点及び前記第２ナノ繊維層を構成する材料の融点のいずれよりも低いことが好ましい。

このような構成とすることにより、基材層を構成する材料の融点及び第２ナノ繊維層を構成する材料の融点と熱接合性を有する樹脂の融点との間の温度で加熱することにより第１ナノ繊維を選択的に溶融することが可能となる。

［４］本発明のセパレーターにおいては、前記第１ナノ繊維を構成する前記熱接合性を有する樹脂の融点は、前記基材層を構成する材料の融点及び前記第２ナノ繊維層を構成する材料の融点のいずれよりも１０℃以上低いことが好ましい。

このような構成とすることにより、基材層を構成する材料の融点及び第２ナノ繊維層を構成する材料の融点と、熱接合性を有する樹脂の融点とが十分に離れているため、加熱することにより第１ナノ繊維を選択的に溶融することが容易に可能となる。

［５］本発明のセパレーターにおいては、前記第１ナノ繊維の平均径は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。

このような構成とすることにより、基材層と第２ナノ繊維層とを十分な強度で接合し、かつ、セパレーターの通液性が低下するのを抑制することが可能となる。

なお、本発明において、第１ナノ繊維の平均径を５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にしたのは、当該平均径が５０ｎｍより小さい場合には十分な強度で接合することができない場合があるためであり、当該平均径が１０００ｎｍより大きい場合にはセパレーターの通液性が低下してしまう場合があるためである。

［６］本発明のセパレーターにおいては、前記第１ナノ繊維は、所定の溶媒に対して溶解性を有する樹脂からなり、前記基材層と前記第２ナノ繊維層とは、少なくとも一部が前記所定の溶媒で溶解した第１ナノ繊維により接合されていることも好ましい。

このような構成とすることにより、基材層と第２ナノ繊維層とを所定の溶媒を用いて容易に接合することが可能となる。

［７］本発明のセパレーターにおいては、前記第２ナノ繊維の平均径は、前記第１ナノ繊維の平均径よりも大きく、かつ、８０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。

このような構成とすることにより、第２ナノ繊維における加熱等の影響を抑制し、かつ、ナノ繊維としての性質（広い表面積や微細な空隙等）を損なわないようにすることが可能となる。

なお、本発明において、第２ナノ繊維の平均径を第１ナノ繊維の平均径よりも大きく、かつ、８０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内にしたのは、当該平均径が第１ナノ繊維の平均径よりも小さい場合や８０ｎｍより小さい場合には第２ナノ繊維における加熱等の影響を大きく受けてしまう場合があるためであり、当該平均径が３０００ｎｍより大きい場合には第２ナノ繊維としての性質が損なわれる場合があるためである。

［８］本発明のセパレーターにおいては、前記第１ナノ繊維層は、前記第２ナノ繊維層よりも薄いことが好ましい。

このような構成とすることにより、ナノ繊維層が有する性質（広い表面積や微細な空隙等）を付加するのが主に第２ナノ繊維層となり、安定した性能を有するセパレーターとすることが可能となる。

［９］本発明のセパレーターにおいては、前記セパレーターの厚さは、１μｍ〜１００μｍの範囲内にあることが好ましい。

このような構成とすることにより、十分な機械的強度を有し、かつ、十分に低いイオン抵抗性を有するセパレーターとすることが可能となる。
なお、本発明において、セパレーターの厚さを１μｍ〜１００μｍの範囲内にしたのは、当該厚さが１μｍより薄い場合にはセパレーターの機械的強度を十分に高くすることができない場合があるためであり、当該厚さが１００μｍより厚い場合にはイオン抵抗性を十分に低くすることができない場合があるためである。
上記の観点からは、セパレーターの厚さが１０μｍ〜４０μｍの範囲内にあることが一層好ましい。

［１０］本発明のセパレーターにおいては、前記第１ナノ繊維及び前記第２ナノ繊維は、電界紡糸法により得られたものであることが好ましい。

このような構成とすることにより、所望の性質（組成、厚さ、目付、各ナノ繊維の平均径、溶融温度、溶媒に対する溶解性等）を有する第１ナノ繊維層及び第２ナノ繊維層を形成することが可能となる。

［１１］本発明のセパレーター製造装置は、電界紡糸法により、基材層における一方の面に、第１ナノ繊維を含む第１ナノ繊維層を形成して第１積層体とする第１電界紡糸装置と、電界紡糸法により、前記第１積層体における前記第１ナノ繊維層の表面に、第２ナノ繊維を含む第２ナノ繊維層を形成して第２積層体とする第２電界紡糸装置と、前記第２積層体における前記第１ナノ繊維を用いて前記基材層と前記第２ナノ繊維層とを接合する接合装置とを備えることを特徴とする。

本発明のセパレーター製造装置によれば、上記したような本発明のセパレーターを製造することが可能となる。

［１２］本発明のセパレーターにおいては、前記接合装置は、前記基材層と、前記第１ナノ繊維層と、前記第２ナノ繊維層とを積層した状態で熱圧着する熱接合装置からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、第１ナノ繊維として熱接合性を有する樹脂からなる第１ナノ繊維を用いた場合において、基材層と第２ナノ繊維層とを加熱により接合することが可能となる。

［１３］本発明のセパレーター製造方法は、基材層を準備する基材層準備工程と、電界紡糸法により、前記基材層における一方の面に、第１ナノ繊維を含む第１ナノ繊維層を形成して第１積層体とする第１電界紡糸工程と、電界紡糸法により、前記第１積層体における前記第１ナノ繊維層の表面に、第２ナノ繊維を含む第２ナノ繊維層を形成して第２積層体とする第２電界紡糸工程と、前記第２積層体における前記第１ナノ繊維を用いて前記基材層と前記第２ナノ繊維層とを接合する接合工程とをこの順番で含むことを特徴とする。

本発明のセパレーター製造方法によれば、上記したような本発明のセパレーターを製造することが可能となる。

［１４］本発明のセパレーター製造方法においては、前記接合工程は、前記基材層と、前記第１ナノ繊維層と、前記第２ナノ繊維層とを積層した状態で熱圧着する熱接合工程であって、当該熱接合工程により前記第１ナノ繊維の少なくとも一部を熱で溶融させて前記基材層と前記第２ナノ繊維層とを前記第１ナノ繊維で接合することが好ましい。

このような方法とすることにより、第１ナノ繊維として熱接合性を有する樹脂からなる第１ナノ繊維を用いた場合において、基材層とナノ繊維層とを加熱により接合することが可能となる。

実施形態に係るセパレーター１を説明するための図である。 実施形態に係るセパレーター製造装置１００の正面図である。 実施形態に係るセパレーター製造方法のフローチャートである。 実施形態に係るセパレーター製造方法を説明するための図である。 実施形態における接合工程Ｓ４を説明するために示す図である。 変形例におけるセパレーター製造方法のフローチャートである。

以下、本発明のセパレーター、セパレーター製造装置及びセパレーター製造方法について図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態］
１．実施形態に係るセパレーター１の構成
まず、実施形態に係るセパレーター１の構成を説明する。
図１は、実施形態に係るセパレーター１を説明するための図である。図１（ａ）は芯材（符号を図示せず。）に巻いた状態のセパレーター１の斜視図であり、図１（ｂ）はセパレーター１の拡大断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡで示す範囲をさらに拡大して示す模式図（以下、拡大模式図という。）である。

実施形態に係るセパレーター１は、図１に示すように、基材層１０と、第１ナノ繊維層２０と、第２ナノ繊維層３０とを有し、基材層１０、第１ナノ繊維層２０、第２ナノ繊維層３０の順番で積層されている。セパレーター１においては、図１（ｃ）に示すように、基材層１０と第２ナノ繊維層３０とは、第１ナノ繊維２２により接合されている。具体的には、基材層１０と第２ナノ繊維層３０とは、少なくとも一部が熱で溶融した第１ナノ繊維２４により接合されている。
セパレーター１の厚さは、１μｍ〜１００μｍの範囲内にあり、例えば、２０μｍである。

実施形態に係るセパレーター１は、後述するように、実施形態に係るセパレーター製造装置１００を用いて、実施形態に係るセパレーター製造方法により得ることができる。

基材層１０は長尺シートの形態を取っており、基材層１０としては、各種材料からなる不織布、織物、編物、紙等、通気性のあるものを用いることができる。実施形態においては基材層１０として繊維質の基材層を用いており、図１（ｃ）中、符号１２で示すのは基材層１０中の基材繊維である。なお、基材層１０としては、繊維質以外のもの（例えば、多孔性のフィルム）も用いることができる。
基材層１０の厚さは、例えば１μｍ〜９０μｍのものを用いることができる。基材層１０の長さは、例えば１０ｍ〜１０ｋｍのものを用いることができる。

第１ナノ繊維層２０は、第１ナノ繊維２２からなる。なお、第１ナノ繊維層は第１ナノ繊維を含んでいればよく、その上であれば第１ナノ繊維以外の物質を含んでもよい。第１ナノ繊維２２は熱接合性を有する樹脂からなる。第１ナノ繊維２２の平均径は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあり、例えば、１００ｎｍである。第１ナノ繊維２０は、後述するように電界紡糸法により得ることができる。

第２ナノ繊維層３０は、第２ナノ繊維３２からなる。なお、第２ナノ繊維層は第２ナノ繊維を含んでいればよく、その上であれば第２ナノ繊維以外の物質を含んでもよい。第２ナノ繊維３２の平均径は、第１ナノ繊維２２の平均径よりも大きく、かつ、８０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内にあり、例えば、１０００ｎｍである。第２ナノ繊維３２は、後述するように電界紡糸法により得ることができる。

セパレーター１においては、第１ナノ繊維２２を構成する熱接合性を有する樹脂の融点は、基材層１０を構成する材料（基材層繊維１２）の融点及び第２ナノ繊維層３０を構成する材料（第２ナノ繊維３２）の融点のいずれよりも低く、さらにいえば、１０℃以上低い。
セパレーター１においては、図１（ｂ）に示すように、第１ナノ繊維層２０は第２ナノ繊維層３０よりも薄い。

２．実施形態に係るセパレーター製造装置１００の構成
次に、実施形態に係るセパレーター製造装置１００の構成を説明する。
図２は、実施形態に係るセパレーター製造装置１００の正面図である。なお、図２においては、一部の部材（筐体２００や原料タンク２３２等）は断面図として示している。

セパレーター製造装置１００は、搬送装置１１０と、第１電界紡糸装置１２０Ａと、第２電界紡糸装置１２０Ｂと、接合装置１３０とを備える。セパレーター製造装置１００は、第１電界紡糸装置１２０Ａ及び第２電界紡糸装置１２０Ｂをそれぞれ１つずつ備える。

搬送装置１１０は、基材層１０を所定の搬送速度で搬送する。搬送装置１１０は、基材層１０を繰り出す繰り出しローラー１１１、基材層１０を巻き取る巻き取りローラー１１２、基材層１０の張りを調整するテンションローラー１１３，１１８及び繰り出しローラー１１１と巻き取りローラー１１２との間に位置する補助ローラー１１４を備える。繰り出しローラー１１１及び巻き取りローラー１１２は、図示しない駆動モーターにより回転駆動される構造となっている。

第１電界紡糸装置１２０Ａは、電界紡糸法により、基材層１０における一方の面（実施形態１においては下方の面）に、第１ナノ繊維２２を含む第１ナノ繊維層２０’を形成して第１積層体４０とする（後述する図４（ｂ）参照。）。
第１電界紡糸装置１２０Ａは、図２に示すように、筐体２００と、ノズルユニット２１０と、ポリマー溶液供給部２３０と、コレクター２５０と、電源装置２６０と、補助ベルト装置２７０とを備える。第１電界紡糸装置１２０Ａは、後述する複数の上向きノズル２２０の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら吐出して、第１ナノ繊維層２０’を形成する。

筐体２００は、導電体からなる。
ノズルユニット２１０は、複数の上向きノズル２２０を有する。
本発明のセパレーター製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルユニットを用いることができるが、ノズルユニット２１０は、上面から見たときに一辺が０．５ｍ〜３ｍの長方形（正方形を含む）に見える大きさで、ブロック状の形状を有する。

上向きノズル２２０は、ポリマー溶液供給部２３０から供給される「第１ナノ繊維２２の原料であるポリマー溶液（熱接合性を有する樹脂のポリマー溶液）」を吐出口から吐出するノズルである。上向きノズル２２０は、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する。上向きノズル２２０を構成する材料としては導電体を用いることができ、例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム等を用いることができる。

上向きノズル２２０は、例えば、１．５ｃｍ〜６．０ｃｍのピッチで配列されている。上向きノズル２２０の数は、例えば、３６個（縦横同数に配列した場合、６個×６個）〜２１９０４個（縦横同数に配列した場合、１４８個×１４８個）とすることができる。

なお、実施形態においては、ノズルとして上向きノズル２２０を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。ノズルとして横向きノズルを用いてもよいし、下向きノズルを用いてもよい。

ポリマー溶液供給部２３０は、ポリマー溶液をノズルユニット２１０に供給する。ポリマー溶液供給部２３０は、原料タンク２３２、撹拌装置２３３及び供給装置２３４を備える。第１電界紡糸装置１２０Ａの原料タンク２３２には、第１ナノ繊維２２の原料が入る。

コレクター２５０は、ノズルユニット２１０の上方に配置されている。コレクター２５０は導電体からなり、図２に示すように、絶縁部材２５２を介して筐体２００に取り付けられている。
電源装置２６０は、上向きノズル２２０と、コレクター２５０との間に高電圧を印加する。電源装置２６０の正極はコレクター２５０に接続され、電源装置２６０の負極は筐体２００を介してノズルユニット２１０に接続されている。

補助ベルト装置２７０は、長尺シートＷの搬送速度に同期して回転する補助ベルト２７２と、補助ベルト２７２の回転を助ける５つの補助ベルト用ローラー２７４とを有する。５つの補助ベルト用ローラー２７４のうち１つ又は２つ以上の補助ベルト用ローラーが駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター２５０と基材層１０との間に補助ベルト２７２が配設されているため、基材層１０は、正の高電圧が印加されているコレクター２５０に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。

第２電界紡糸装置１２０Ｂは、電界紡糸法により、第１積層体４０における第１ナノ繊維層２０’の表面に、第２ナノ繊維３２を含む第２ナノ繊維層３０を形成して第２積層体５０とする。
第２電界紡糸装置１２０Ｂは、機械的構成としては第１電界紡糸装置１２０Ａと同様の構成を有するため、説明を省略する。
第２電界紡糸装置１２０Ｂの原料タンク２３２には、第２ナノ繊維３２の原料が入る。

接合装置１３０は、第２積層体５０における第１ナノ繊維２２を用いて基材層１０と第２ナノ繊維層３０とを接合する装置である。接合装置１３０は、基材層１０と、第１ナノ繊維層２０と、第２ナノ繊維層３０とを積層した状態で熱圧着する熱接合装置からなる。接合装置１３０としては、図２に示すように、カレンダーロールを備えた熱接合装置を例示することができる。なお、加熱するための手段としては、例えば、カレンダーロール内にヒーター機能（図示せず。）を組み込んだものを用いることができるが、これ以外にも、たとえば、抵抗加熱器、赤外線加熱器、乾燥器、熱風発生器等を用いることも可能である。なお、図２においては、カレンダーロールは、上下１個ずつのローラーによって第２積層体５０を挟むような構成のものを例示したが、このような構成に限られるものではなく、上下２個ずつのローラーが存在するもの等種々の構成を有するカレンダーロールを使用することができる。

３．実施形態に係るセパレーター製造方法の説明
次に、実施形態に係るセパレーター製造方法を説明する。
図３は、実施形態に係るセパレーター製造方法のフローチャートである。
図４は、実施形態に係るセパレーター製造方法を説明するための図である。図４（ａ）は基材準備工程Ｓ１のときの基材１０の拡大断面図であり、図４（ｂ）は第１電界紡糸工程Ｓ２後の第１積層体４０の拡大断面図であり、図４（ｃ）は第２電界紡糸工程Ｓ３後の第２積層体の拡大断面図である。
図５は、実施形態における接合工程Ｓ４を説明するために示す図である。図５（ａ）は接合工程Ｓ４の前の拡大模式図であり、図５（ｂ）は接合工程Ｓ４の後の拡大模式図である。

実施形態に係るセパレーター製造方法は、図３に示すように、基材層準備工程Ｓ１と、第１電界紡糸工程Ｓ２と、第２電界紡糸工程Ｓ３と、接合工程Ｓ４とをこの順番で含む。実施形態に係るセパレーター製造方法は、実施形態に係るセパレーター製造装置１００を用いて行う。

１．基材層準備工程Ｓ１
基材準備工程Ｓ１は、図４（ａ）に示すように、基材層１０を準備する工程である。実施形態においては、基材層１０は長尺シートの形態を取っている。なお、本発明のセパレーター製造方法においては、長尺シート以外の形態を取る種々の形状の基材層を用いることができる。

２．第１電界紡糸工程Ｓ２
第１電界紡糸工程Ｓ２は、図４（ｂ）に示すように、電界紡糸法により、基材層１０における一方の面に、第１ナノ繊維２２を含む第１ナノ繊維層２０’を形成して第１積層体４０とする工程である。
具体的には、まず、第１ナノ繊維２２の原料であるポリマー溶液を、第１電界紡糸装置１２０Ａにおけるポリマー溶液供給部２３０を通じてノズルユニット２１０へ供給する。次に、長尺シートである基材層１０を搬送装置１１０にセットし、基材層１０を繰り出しローラー１１１から所定の搬送速度で搬送させながら、第１電界紡糸装置１２０Ａにおいて基材層１０に第１ナノ繊維層２０’を形成し、第１積層体４０とする。

３．第２電界紡糸工程Ｓ３
第２電界紡糸工程Ｓ３は、図４（ｃ）に示すように、電界紡糸法により、第１積層体４０における第１ナノ繊維層２０’の表面に、第２ナノ繊維３２を含む第２ナノ繊維層３０を形成して第２積層体５０とする工程である。
具体的には、まず、第２ナノ繊維３２の原料であるポリマー溶液を、第２電界紡糸装置１２０Ｂにおけるポリマー溶液供給部２３０を通じてノズルユニット２１０へ供給する。次に、巻き取りローラー１１２に向けて所定の搬送速度で搬送させながら、第２電界紡糸装置１２０Ｂにおいて第２ナノ繊維層２０’上に第２ナノ繊維層３０を形成し、第２積層体５０とする。

４．接合工程Ｓ４
接合工程Ｓ４は、図５に示すように、第２積層体５０における第１ナノ繊維２２を用いて基材層１０と第２ナノ繊維層３０とを接合する工程である。接合工程Ｓ４は、基材層１０と、第１ナノ繊維層２０と、第２ナノ繊維層３０とを積層した状態で熱圧着する熱接合工程であって、当該熱接合工程により第１ナノ繊維２２の少なくとも一部を熱で溶融させて基材層１０と第２ナノ繊維層３０とを第１ナノ繊維２２で接合する。当該工程はセパレーター製造装置１００の接合装置１３０により行われ、セパレーター１が製造される。製造されたセパレーター１は、巻き取りローラー１１２に巻き取られる。

以下に、実施形態における紡糸条件を例示的に示す。

第１ナノ繊維２２の材料としては、熱接合性を有する樹脂、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）等を用いることができる。第１ナノ繊維２２の材料としては、基材繊維１２の融点及び第２ナノ繊維３２の材料の融点のいずれよりも低い融点を有し、さらにいえば、１０℃以上低い融点を有するものを好適に用いることができる。

第２ナノ繊維３２の原料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）、シルク、セルロース、キトサン等を用いることができる。

各種ポリマー溶液を製造するための溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、クロロホルム、アセトン、水、蟻酸、酢酸、シクロヘキサン、ＴＨＦ等を用いることができる。また、溶媒として複数種類の溶媒を混合して用いてもよい。ポリマー溶液には、導電性向上剤等の添加剤を含有させてもよい。

搬送速度は、例えば０．２ｍ／分〜１００ｍ／分に設定することができる。上向きノズル２２０とコレクター２５０とノズルユニット２１０に印加する電圧は、１０ｋＶ〜８０ｋＶに設定することができ、５０ｋＶ付近に設定することが好ましい。

紡糸区域の温度は、例えば２５℃に設定することができる。紡糸区域の湿度は、例えば３０％に設定することができる。

以下、実施形態に係るセパレーター１、セパレーター製造装置１００及びセパレーター製造方法の効果を記載する。

実施形態に係るセパレーター１によれば、接合材料としての第１ナノ繊維２２を含む第１ナノ繊維層２０を有するため、接合材料としての第１ナノ繊維がごく微細であることから、接合後にナノ繊維同士の間隙が埋まってしまうのを抑制することが可能となり、その結果、セパレーターの通液性が低下するのを抑制することが可能であり、従来のセパレーターよりも、一層高い電解液吸収性や一層低いイオン抵抗を実現することが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、それぞれ異なる性質を有する基材層１０と第２ナノ繊維層３０とを用いることにより、従来のセパレーターと同様に、多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、基材層１０が有する性質に第２ナノ繊維層３０が有する性質（広い表面積や微細な空隙等）を付加することにより、従来のセパレーターと同様に、一層多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第１ナノ繊維層２０をさらに有するため、第１ナノ繊維層が有する性質をさらに付加し、より一層多様な性質を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、一般的な繊維層を有するセパレーターと比較して繊維の平均径や空隙が微細な第２ナノ繊維層３０を備えるため、従来のセパレーターと同様に、高い電解液吸収性、低いイオン抵抗性及び高いデンドライト耐性を備え、さらに、総厚の薄いセパレーターとすることが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第１ナノ繊維２２は熱接合性を有する樹脂からなり、基材層１０と第２ナノ繊維層３０とは、少なくとも一部が熱で溶融した第１ナノ繊維２４により接合されているため、基材層と第２ナノ繊維層とを加熱により容易に接合することが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第１ナノ繊維２２を構成する熱接合性を有する樹脂の融点は、基材層１０を構成する材料の融点及び第２ナノ繊維層３０を構成する材料の融点のいずれよりも低いため、加熱により第１ナノ繊維を選択的に溶融することが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第１ナノ繊維２２を構成する熱接合性を有する樹脂の融点は、基材層１０を構成する材料の融点及び第２ナノ繊維層３０を構成する材料の融点のいずれよりも１０℃以上低いため、加熱により第１ナノ繊維を選択的に溶融することが容易に可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第１ナノ繊維２２の平均径は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあるため、基材層と第２ナノ繊維層とを十分な強度で接合し、かつ、セパレーターの通液性が低下するのを抑制することが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第２ナノ繊維３２の平均径は、第１ナノ繊維２２の平均径よりも大きく、かつ、８０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内にあるため、第２ナノ繊維における加熱等の影響を抑制し、かつ、ナノ繊維としての性質（広い表面積や微細な空隙等）を損なわないようにすることが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第１ナノ繊維層２０は、第２ナノ繊維層３０よりも薄いため、ナノ繊維層が有する性質（広い表面積や微細な空隙等）を付加するのが主に第２ナノ繊維層となり、安定した性能を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、セパレーター１の厚さが１μｍ〜１００μｍの範囲内にあるため、十分な機械的強度を有し、かつ、十分に低いイオン抵抗性を有するセパレーターとすることが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター１によれば、第１ナノ繊維２２及び第２ナノ繊維３２は、電界紡糸法により得られたものであるため、所望の性質（組成、厚さ、目付、各ナノ繊維の平均径、溶融温度、溶媒に対する溶解性等）を有する第１ナノ繊維層及び第２ナノ繊維層を形成することが可能となる。

実施形態に係るセパレーター製造装置１００によれば、第１電界紡糸装置１２０Ａと、第２電界紡糸装置１２０Ｂと、第１ナノ繊維２２を用いて基材層１０と第２ナノ繊維層３０とを接合する接合装置１３０とを備えるため、上記したような実施形態に係るセパレーター１を製造することが可能となる。

また、実施形態に係るセパレーター製造装置１００によれば、接合装置１３０は、基材層１０と、第１ナノ繊維層２０と、第２ナノ繊維層３０とを積層した状態で熱圧着する熱接合装置からなるため、第１ナノ繊維として熱接合性を有する樹脂からなる第１ナノ繊維を用いた場合において、基材層と第２ナノ繊維層とを加熱により接合することが可能となる。

実施形態に係るセパレーター製造方法によれば、基材層準備工程Ｓ１と、第１電界紡糸工程Ｓ２と、第２電界紡糸工程Ｓ３と、第１ナノ繊維２２を用いて基材層１０と第２ナノ繊維層３０とを接合する接合工程Ｓ４とをこの順番で含むため、上記したような実施形態に係るセパレーター１を製造することが可能となる。

実施形態に係るセパレーター製造方法によれば、接合工程Ｓ４は、基材層１０と、第１ナノ繊維層２０と、第２ナノ繊維層３０とを積層した状態で熱圧着する熱接合工程であって、当該熱接合工程により第１ナノ繊維２２の少なくとも一部を熱で溶融させて基材層１０と第２ナノ繊維層３０とを第１ナノ繊維２２で接合するため、第１ナノ繊維として熱接合性を有する樹脂からなる第１ナノ繊維を用いた場合において、基材層とナノ繊維層とを加熱により接合することが可能となる。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記実施形態における各構成要素の数、位置関係、大きさは例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。

（２）上記実施形態においては、基材層１０、第１ナノ繊維層２０及び第２ナノ繊維層３０からなるセパレーターを例にとって本発明のセパレーターを説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基材層、第１ナノ繊維層及び第２ナノ繊維層以外の構成要素（補強部材等）をさらに備えるセパレーターとしてもよい。

（３）上記実施形態に係るセパレーター１は、実施形態に係るセパレーター製造装置１００を用いて製造するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のセパレーターは、第１電界紡糸装置、第２電界紡糸装置及び接合装置がそれぞれ別体となっているセパレーター製造装置を用いて製造してもよい。このように、本発明のセパレーターは、種々のセパレーター製造装置を用いて製造することができる。

（４）上記実施形態に係るセパレーター１は、実施形態に係るセパレーター製造方法により製造するものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のセパレーターは、第１電界紡糸工程と第２電界紡糸工程とを同時に行うセパレーター製造方法により製造してもよい。このように、本発明のセパレーターは、種々のセパレーター製造方法を用いて製造することができる。

（５）上記実施形態に係るセパレーター製造方法は、上記のセパレーター製造装置１００を用いて行うものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のセパレーター製造方法は、第１電界紡糸装置、第２電界紡糸装置及び接合装置がそれぞれ別体となっているセパレーター製造装置を用いて行ってもよい。このように、本発明のセパレーター製造方法は、種々のセパレーター製造装置を用いて行うことができる。

（６）上記実施形態においては、第１ナノ繊維２２の一部を溶融する接合装置１３０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１ナノ繊維の全部を溶融する接合装置を用いてもよい。

（７）上記実施形態においては、熱接合性を有する樹脂からなる第１ナノ繊維を用い、基材層１０と第２ナノ繊維層３０とは、少なくとも一部が熱で溶融した第１ナノ繊維２２により接合されているセパレーターを例にとって本発明を説明したが、本発明のセパレーターはこれに限定されるものではない。図６は、変形例におけるセパレーター製造方法のフローチャートである。例えば、所定の溶媒に対して溶解性を有する樹脂からなる第１ナノ繊維を用い、基材層と第２ナノ繊維層とは、少なくとも一部が所定の溶媒で溶解した第１ナノ繊維により接合されているセパレーターとしてもよい。このようなセパレーターは、例えば図６に示すように、第１ナノ繊維に対して適度な溶解性を有する溶媒に第２積層体を浸して、又は当該溶媒の蒸気に第２積層体を通して基材層と第２ナノ繊維層とを接合する接合工程（溶解接合工程）Ｓ４’を行うことで製造することができる。このような構成とすることにより、基材層と第２ナノ繊維層とを所定の溶媒を用いて容易に接合することが可能となる。

（８）上記実施形態においては、第１電界紡糸装置１２０Ａ及び第２電界紡糸装置１２０Ｂを１台ずつ備えるセパレーター製造装置１００を例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１電界紡糸装置及び第２電界紡糸装置を２台以上備えるセパレーター製造装置を本発明に適用することもできる。

１…セパレーター、１０…基材層、１２…基材繊維、２０…（接合工程後の）第１ナノ繊維層、２０’…（接合工程前の）第１ナノ繊維層、２２…第１ナノ繊維、２４…溶融した第１ナノ繊維、３０…第２ナノ繊維層、３２…第２ナノ繊維、４０…第１積層体、５０…第２積層体、１００…セパレーター製造装置、１１０…搬送装置、１１１…繰り出しローラー、１１２…巻き取りローラー、１１３，１１８…テンションローラー、１１４…補助ローラー、１２０Ａ…第１電界紡糸装置、１２０Ｂ…第２電界紡糸装置、１３０…接合装置、２００…筐体、２１０…ノズルユニット、２２０…上向きノズル、２５０…コレクター、２５２…絶縁体、２６０…電源装置、２７０…補助ベルト装置、２７２…補助ベルト、２７４…補助ベルト用ローラー

Claims (14)

1. 基材層と、
   第１ナノ繊維を含む第１ナノ繊維層と、
   第２ナノ繊維を含む第２ナノ繊維層とを有し、
   前記基材層、前記第１ナノ繊維層、前記第２ナノ繊維層の順番で積層され、
   前記基材層と前記第２ナノ繊維層とは、前記第１ナノ繊維により接合されていることを特徴とするセパレーター。
2. 請求項１に記載のセパレーターにおいて、
   前記第１ナノ繊維は、熱接合性を有する樹脂からなり、
   前記基材層と前記第２ナノ繊維層とは、少なくとも一部が熱で溶融した第１ナノ繊維により接合されていることを特徴とするセパレーター。
3. 請求項２に記載のセパレーターにおいて、
   前記第１ナノ繊維を構成する前記熱接合性を有する樹脂の融点は、前記基材層を構成する材料の融点及び前記第２ナノ繊維層を構成する材料の融点のいずれよりも低いことを特徴とするセパレーター。
4. 請求項３に記載のセパレーターにおいて、
   前記第１ナノ繊維を構成する前記熱接合性を有する樹脂の融点は、前記基材層を構成する材料の融点及び前記第２ナノ繊維層を構成する材料の融点のいずれよりも１０℃以上低いことを特徴とするセパレーター。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載のセパレーターにおいて、
   前記第１ナノ繊維の平均径は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内にあることを特徴とするセパレーター。
6. 請求項１に記載のセパレーターにおいて、
   前記第１ナノ繊維は、所定の溶媒に対して溶解性を有する樹脂からなり、
   前記基材層と前記第２ナノ繊維層とは、少なくとも一部が前記所定の溶媒で溶解した第１ナノ繊維により接合されていることを特徴とするセパレーター。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のセパレーターにおいて、
   前記第２ナノ繊維の平均径は、前記第１ナノ繊維の平均径よりも大きく、かつ、８０ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内にあることを特徴とするセパレーター。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のセパレーターにおいて、
   前記第１ナノ繊維層は、前記第２ナノ繊維層よりも薄いことを特徴とするセパレーター。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のセパレーターにおいて、
   前記セパレーターの厚さは、１μｍ〜１００μｍの範囲内にあることを特徴とするセパレーター。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のセパレーターにおいて、
    前記第１ナノ繊維及び前記第２ナノ繊維は、電界紡糸法により得られたものであることを特徴とするセパレーター。
11. 電界紡糸法により、基材層における一方の面に、第１ナノ繊維を含む第１ナノ繊維層を形成して第１積層体とする第１電界紡糸装置と、
    電界紡糸法により、前記第１積層体における前記第１ナノ繊維層の表面に、第２ナノ繊維を含む第２ナノ繊維層を形成して第２積層体とする第２電界紡糸装置と、
    前記第２積層体における前記第１ナノ繊維を用いて前記基材層と前記第２ナノ繊維層とを接合する接合装置とを備えることを特徴とするセパレーター製造装置。
12. 請求項１１に記載のセパレーター製造装置において、
    前記接合装置は、前記基材層と、前記第１ナノ繊維層と、前記第２ナノ繊維層とを積層した状態で熱圧着する熱接合装置からなることを特徴とするセパレーター製造装置。
13. 基材層を準備する基材層準備工程と、
    電界紡糸法により、前記基材層における一方の面に、第１ナノ繊維を含む第１ナノ繊維層を形成して第１積層体とする第１電界紡糸工程と、
    電界紡糸法により、前記第１積層体における前記第１ナノ繊維層の表面に、第２ナノ繊維を含む第２ナノ繊維層を形成して第２積層体とする第２電界紡糸工程と、
    前記第２積層体における前記第１ナノ繊維を用いて前記基材層と前記第２ナノ繊維層とを接合する接合工程とをこの順番で含むことを特徴とするセパレーター製造方法。
14. 請求項１３に記載のセパレーター製造方法において、
    前記接合工程は、前記基材層と、前記第１ナノ繊維層と、前記第２ナノ繊維層とを積層した状態で熱圧着する熱接合工程であって、当該熱接合工程により前記第１ナノ繊維の少なくとも一部を熱で溶融させて前記基材層と前記第２ナノ繊維層とを前記第１ナノ繊維で接合することを特徴とするセパレーター製造方法。

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