JP2808819B2

JP2808819B2 - 蓄電池用セパレータ

Info

Publication number: JP2808819B2
Application number: JP2110931A
Authority: JP
Inventors: 純資武藤; 宏紀北脇; 昌司杉山; 勝美北川
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd; Yuasa Corp
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd; Yuasa Corp
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH0410352A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は蓄電池用セパレータに係り、特に自動車等に
用いられる鉛蓄電池用セパレータとして好適な、低電気
抵抗で耐熱性に優れ、活物質の保持力が大きくしかも低
コストで製造可能な蓄電池用セパレータに関する。

［従来の技術］自動車用鉛蓄電池に要求される基本特性としては下記
の〜があり、近年これらの特性に対する要求は一層
厳しいものとなってきている。

電気抵抗が可能な限り低い。このことは蓄電池の薄
型化に必要不可欠な条件である。

充分な剛性を有し、電池の生産性に優れる。

電解液中で炭化及び酸化を受けにくく、長期間にわ
たってその特性が安定している。

全面に微孔を有し、孔が迷路状に形成され鉛浸透シ
ョートを起こしにくく、かつ薄い。

材料が安価で大量に安定して入手できる。

電池に有害な物質を溶出させない。

初期の鉛蓄電池には木製のセパレータが用いられてい
たが、電解液が希硫酸であることから早期にセパレータ
の炭化を引き起していた。木製セパレータに次いでは、
微孔ゴムセパレータ、及びパルプを原料としたセパレー
タが多く用いられ、これらのセパレータは30年以上も前
から使われていた。微孔ゴムタイプは電池内での耐酸化
性に最も優れていた。パルプセパレータは耐酸化性は微
孔ゴムタイプ程ではなく、物理的強度の点でもやや不充
分であったが、コストが安いので基板を若干厚くするこ
とでセパレータの耐久力を持たせる様にして用いられて
きた。更にこれらにガラスマットを張り付けたタイプの
セパレータがあり、電池の寿命耐久力の向上に貢献して
きた。

近年、蓄電池分野においては、セパレータの薄型化が
検討されている。薄型セパレータには次の〜のよう
な特徴が挙げられる。

電気抵抗が低いので高性能な電池を設計できる。

比較的入手が容易ローコストの材料を用いて作られ
ている。

材料としては、化学繊維と無機粉体を用い抄紙式に
て0.25mm程度の薄板状に仕上げられる。又は高分子化合
物の溶液を化学繊維の薄板に塗布した後溶剤を揮発させ
微孔を形成したり、高分子化合物と添加剤の混合物をシ
ート状にした後添加剤を抽出して微孔を形成させてい
る。

最近では米国において開発されたガラスセパレータの
如く、最高のコールドクランキング電流を引き出すこと
ができるセパレータの出現に依り、国内でも超低抵抗の
セパレータが開発され現在一部の自動車用鉛蓄電池に用
いられている。

ところで、蓄電池用セパレータのうち、特に自動車用
蓄電池用セパレータには薄くて、耐酸性、耐酸化性、ス
タッキング性（剛性）に優れること以外に、電気抵抗がより低いこと。

耐熱性に優れること。

活物質の保持力に優れること。

安価に提供されること。

が要求される。

ここでの電気抵抗の低いセパレータは、低温高率放
電性能が更に優れた電池の要求によるものであり、の
耐熱性は、エンジンルームの狭小化に伴い電池が高温下
で使用されることが多くなったこと、は自動車走行中
の振動による活物質の脱落防止をより効果的に行なう機
能を備えかつ安価なことなどに対する要求である。

従来、自動車用蓄電池用セパレータとしてはＩポリエチレン繊維や無機粉末、バインダーからなる
抄造シートに乾式製法のガラスマットを帯状２列に接着
剤を塗布して貼合わせた抄造式セパレータ。

II ガラス繊維、ポリエステル繊維、無機粉末を主成分
として抄造し片面にアーモリブを設けてなるセパレー
タ。

などがあった。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、自動車用蓄電池用セパレータに対する
要求特性の高度化に伴い、上記I,IIのセパレータでは要
求特性を十分に満足することができなくなってきてい
る。即ち、Ｉのセパレータは、抄造後、コストの高い乾
式展綿法により得られたガラスマットと貼合わせている
ためセパレータとしての総コストが割高となっていた。
また、ポリエチレン繊維を使用しているため希硫酸電解
液との濡れ性が悪く、ガス抜け性に劣るという欠点もあ
った。一方、IIのセパレータは電極に当接する面がリブ
であり、活物質の脱落防止機能に欠け耐酸性が劣るとい
う欠点があった。

［課題を解決するための手段］本発明の蓄電池用セパレータは、ガラス繊維をガラス
転位点30〜80℃のアクリル樹脂で接着してなるガラス繊
維層よりなるセパレータ本体を有し、該セパレータ本体
は平均繊維径17〜21μｍのガラス繊維を主体とする第１
層部と、平均繊維径11〜16μｍのガラス繊維を主体とす
る第２層部とを有し、前記第１層部に、比表面積10m²/g
以上のシリカ粉末70〜90重量部及びガラス転位点10〜30
℃のアクリル樹脂30〜10重量部を配合してなるウェブ層
形成材を含浸させてウェブ層を形成したことを特徴とす
る。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明の蓄電池用セパレータの第１層部を構成するガ
ラス繊維は平均繊維径17〜21μｍのガラス繊維を主体と
するものである。第１層部の平均繊維径が17μｍよりも
小さいと、ウェブ層形成材が均一な含浸深さになりにく
い。第１層部の平均繊維径が21μｍを超えるとウェブ層
形成材が下層に抜けてしまい、表面部にウェブ層を形成
することができない。

第２層部においては、、蓄電池用セパレータの滑り性
の面から、構成ガラス繊維は平均繊維径13〜15μｍのガ
ラス繊維を主体とすることが必要とされる。

なお、第１層部の平均繊維径を17〜21μｍとすること
によりセパレータの電気抵抗の低下を図ることもでき
る。

本発明において、セパレータ本体を構成するガラス繊
維の平均長さは６〜30mm程度とするのが好ましい。

かかるセパレータ本体を製造するには第１層部と第２
層部とを同時に抄造したり、一方の層部の上に他方の層
部を抄造すれば良い。また、別々につくられた第１層部
と第２層部とをロール等により重ね合せても良い。

本発明においては、ガラス繊維を、ガラス転位点（T
g）が30〜80℃のアクリル樹脂で接着してセパレータ本
体とする。接着に用いるアクリル樹脂のTgが30℃よりも
低いものであると、得られるセパレータ本体が軟らかく
なり過ぎ、逆にTgが80℃を超えると得られるセパレータ
本体が硬く脆いものとなる。そして、セパレータ本体は
軟らかくてもまた硬くても滑りの悪いものとなるため好
ましくない。また、セパレータとガラスマットとを合体
して小股切断した後、スタッカーにかける際には、セパ
レータにある程度の剛性が必要とされるが、セパレータ
が軟らか過ぎるとこの剛性が十分に得られず好ましくな
い。本発明においては、Tgが30〜80℃のアクリル樹脂を
用いることにより滑りが良く、スタッカー性の良好なセ
パレータを得ることが可能とされる。

なお、セパレータ本体のガラス繊維の接着に好適なア
クリル樹脂としては、メチルメタアクリレート及びアク
リル酸を主成分とするアクリル酸エステル共重合体が望
ましい。

このようなガラス繊維の接着に用いるアクリル樹脂の
量は、セパレータ本体の構成ガラス繊維とアクリル樹脂
の合計重量に対して15〜25重量％であることが好まし
い。アクリル樹脂が15重量％未満であると接着が不十分
となり、また25重量％を超えると電気抵抗が高くなり、
いずれの場合も好ましくない。しかして、ガラス繊維を
アクリル樹脂で接着して得られるセパレータ本体の密度
は0.13〜0.25g/cm³であることが好ましい。セパレータ
本体の密度が0.13g/cm³未満であると寿命が短くなり、
0.25g/cm³を超えると電気抵抗が高くなりいずれの場合
も好ましくない。

本発明においてこのようなセパレータ本体の第１層部
に含浸させるウェブ層形成材は、比表面積10m²/g以上の
シリカ粉末70〜90重量部及びガラス転位点10〜30℃のア
クリル樹脂30〜10重量部を配合してなるものである。即
ち、このウェブ層形成材にガラス繊維や合成繊維が配合
されている場合には、セパレータ本体への含浸が行ない
難いため、シリカ粉末及びアクリル樹脂よりなるものを
用いる。

用いるシリカ粉末の比表面積が10m²/g未満では目が大
きくなりショートをおこしやすい。従って、シリカ粉末
の比表面積は10m²/g以上、好ましくは100m²/g以上とす
る。

また、アクリル樹脂のTgが30℃を超えるものであると
ウェブ層形成材の液の延びが悪く、気泡ができて得られ
るセパレータの耐酸化性が低下する。アクリル樹脂のTg
が10℃未満であるとウェブ層形成材の液が軟かくなりす
ぎてセパレータ本体の下層にまで流下してしまい、表層
部のみに含浸させることができない。従って、アクリル
樹脂としてはTgが10〜30℃のものを用いる。このような
アクリル樹脂としては、メチルメタアクリレート及びア
クリル酸を主成分としたアクリル酸エステル共重合体が
望ましい。

ウェブ層形成材は、シリカ粉末の割合が70重量部未満
でアクリル樹脂の割合が30重量部を超えると目ずまりす
るようになり、またシリカ粉末の割合が90重量部を超
え、アクリル樹脂の割合が10重量部未満であるとシリカ
粉末の接着が不足となる。従って、ウェブ層形成材は、
シリカ粉末70〜90重量部及びアクリル樹脂30〜10重量部
とする。

本発明においては、前記セパレータ本体の全厚さの25
〜40％の範囲の表層部を第１層部として、ここに上記ウ
ェブ層形成材を含浸させてウェブ層を形成するのが好適
である。ウェブ層形成材の含浸厚さ、即ちウェブ層の形
成厚さがセパレータ本体全厚さの25％未満であるとウェ
ブ層による十分なショート防止効果が得られず、40％を
超えるとセパレータとしての電気抵抗が大きくなりすぎ
る。

本発明においてはこのようにして第１層部に形成され
るウェブ層の密度は0.2〜0.4g/cm³であることが好まし
い。ウェブ層の密度が0.2g/cm³未満であると耐酸化性が
低下し、0.4g/cm³を超えると電気抵抗が上昇するため、
いずれも場合も好ましくない。

このような本発明の蓄電池用セパレータは、その全厚
さには特に制限はないが、0.8〜0.7mm程度の薄型のもの
に適している。

［作用］本発明の蓄電池用セパレータは、ウェブ層があり、こ
のウェブ層の厚さは全厚さの例えば25〜40％と比較的薄
いもので十分であるため電気抵抗が小さい。また、シリ
カ粉末、ガラス繊維及びアクリル樹脂のみで構成される
ため、耐熱性に優れる。

そして、ウェブ層はガラス繊維層にウェブ層形成材を
ぬり込むことにより形成するため製造が容易で生産効率
が高く、コストの低廉化が図れる。その上、ウェブ層は
ガラス繊維層と一体となっているため、蓄電池に使用し
た際の電解液に対する濡れ性、ガス抜け性が良く、ま
た、ガラス繊維の剥離脱落防止も図れる。

しかして、ウェブ層は、ウェブ層形成材を含浸率の異
なる２層構造のガラス繊維層のうちの第１層部に含浸さ
せて形成するため、容易に均等厚さに形成することがで
き、高特性のセパレータを得ることができる。

［実施例］以下に実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。

実施例１第１表に示す平均繊維径のガラス繊維を第１層部の材
料とし、また、第１表に示す平均繊維径のガラス繊維を
第２層部の材料とし、かつTg＝60℃のアクリル樹脂（付
着量はセパレータ本体全重量に対して20重量％）を用い
て、各々、第１表に示す層厚さとして密度0.14g/cm³の
セパレータ本体を抄造した後、その第１層部に第１表に
示す比表面積のシリカ粉末80重量部と第１表に示すTgの
アクリル樹脂20重量部とからなるウェブ層形成材をぬり
込んで密度0.34g/cm³の蓄電池用セパレータを製造し
た。なお、製造時のぬり込み状態は第１表に示す通りで
あった。

得られた蓄電池用セパレータについて、下記方法によ
り諸特性を調べ、結果を蓄電池用セパレータとしての良
否の判定結果と共に第１表に示した。

電気抵抗（Ω・dm²/枚） JIS Ｃ 2313に準じて測定した。

耐酸化性（hrs/枚） 7cm×7cmの試料を比重1.3の希硫酸中で＋、−の極板
中にセットし、5kgの荷重をかける。45℃で2.5Aの電流
を流し、４時間毎に端子電圧を測定し、電圧差が0.2V以
上降下又は2.6V以下になるまでの時間を測定する。

耐熱性 300℃のオーブン中に30分間入れ、前後の重量変化率
を求める。５％未満を良とする。

作業性（滑り性） 10cm×10cmの試料を２枚用意する。１枚を固定し残り
１枚にバネ秤りをセットする。固定した１枚の上に残り
の１枚を重ね、その上にプラスチック板及び200gの重り
をのせ、10cm/秒でバネ秤りをひっぱる。50g以下を良と
する。

ウェブ層厚さ均一性切断面を拡大写真にとり、下記Ｔ、t₀、t₁、t₂を測定
し、下記式によりαを求めた。

なお、用いたアクリル樹脂はいずれも東亜合成製アク
リル酸エステルポリマーであり、また、シリカ粉末は下
記の通りである。

シリカ粉末（比表面積＝20m²/g）「マイクロシリカ」（昭和化学工業（株））シリカ粉末（比表面積＝120m²/g）「ニップシール」（日本シリカ工業（株））第１表より、本発明の範囲外のNo.1〜５、７〜12のセ
パレータは、いずれかの特性が劣るのに対し、本発明の
実施例に係るNo.6のセパレータはすべての特性が良好で
あることが明らかである。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の蓄電池用セパレータによ
れば電気抵抗が小さい。

耐熱性、耐酸化性に優れる。

陽極活物質の保持力が大きい。

スタッキング滑り性に優れる。

薄型化が可能である。

電解液の濡れ性、ガス抜け性に優れる。

等の優れた特長を備え、かつ、容易かつ効率的に、低コ
ストに製造することができる高特性蓄電池用セパレータ
が提供される。本発明の蓄電池用セパレータによれば、
蓄電池の性能向上、低コスト化が現実される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山昌司大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号日本板硝子株式会社内 (72)発明者北川勝美大阪府高槻市城西町６番６号湯浅電池株式会社内 (56)参考文献特開昭62−133669（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−19772（ＪＰ，Ａ) 特公昭28−3767（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01M 2/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス繊維をガラス転位点30〜80℃のアク
リル樹脂で接着してなるガラス繊維層よりなるセパレー
タ本体を有し、該セパレータ本体は平均繊維径17〜21μ
ｍのガラス繊維を主体とする第１層部と、平均繊維径11
〜16μｍのガラス繊維を主体とする第２層部とを有し、
前記第１層部に、比表面積10m²/g以上のシリカ粉末70〜
90重量部及びガラス転位点10〜30℃のアクリル樹脂30〜
10重量部を配合してなるウェブ層形成材を含浸させてウ
ェブ層を形成したことを特徴とする蓄電池用セパレー
タ。