JP2817350B2

JP2817350B2 - 蓄電池用セパレータ

Info

Publication number: JP2817350B2
Application number: JP2110930A
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
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH0410351A

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。

電界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
いた。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。

比較的入手が容易な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少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。

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。

このような問題点を解決するものとして、本出願人は「イ）23〜43重量％の平均直径0.8〜3.5μのガラス繊維
を主体とする繊維と、57〜77重量％の比表面積100m²/g
以上のシリカ粉末、更に前記繊維及びシリカ粉末の合計
を100として、これに対し０〜15重量％のポリエステル
繊維などの合成繊維を加えたものを湿式抄造し、密度0.
2〜0.4g/cm³としたウェブ層及びロ）平均直径10〜20μのガラス繊維とガラス繊維の10〜
20重量％のアクリル系バインダーで接着するか又はしな
いで湿式抄造され、平均密度0.17〜0.25g/cm³としたガ
ラス繊維層の２層をアクリル系バインダーで２層のシートの全面を
接着し一体化したことを特徴とする蓄電池用セパレー
タ。」を提供した（特開昭63−284755号）。

［発明が解決しようとする課題］特開昭63−284755号記載の蓄電池用セパレータによれ
ば、薄くて耐酸、耐酸化性に優れ、電気抵抗が極めて低
く、耐熱性に優れ、かつ連続生産性に優れたガラスマッ
ト付の安価な鉛蓄電池用セパレータが提供されるが、な
お解決すべき次のような欠点がある。

即ち、ウェブ層とガラス繊維層とを全面接着する方法
として、次のＡ〜Ｃがあるが、 A.3工程方式ウェブ層を製造し、別途ガラス繊維層を製造し、両層
を全面接着する。

B.2工程方式ウェブ層を製造し、このウェブ層上へガラス繊維層を
抄造する。

C.2工程方式ガラス繊維層を製造し、このガラス繊維層上にウェブ
層を抄造する。

これらのうち、Ａの３工程方式では加工コストが高く
つく。また、B,Cの２工程方式のうち、Ｂの方法では、
濾水性の低いウェブ層の上にガラス繊維層を抄造するた
め、この抄造時の脱水性が悪く、加工コストが高くつ
く。更に、Ｃの方法ではウェブ層の抄造時にガラス繊維
層の側面より空気が流入し、やはり抄造時の脱水性が悪
いため、加工コストが高くつく。

本発明は上記従来の問題点を解決し、電気抵抗が低
く、耐熱性が良好で、活物質保持力に優れた蓄電池用セ
パレータであって、低コストで製造可能な蓄電池用セパ
レータを提供することを目的とする。

［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、平均繊維径13〜15μ
ｍのガラス繊維を主体とする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の全厚さの25〜40％の範囲の表層
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セパレータ本体を構成
するガラス繊維は平均繊維径13〜15μｍのガラス繊維を
主体とするものである。セパレータ本体を構成するガラ
ス繊維の平均繊維径が大きく、例えば17〜20μｍである
と、後述の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。また、蓄電池
用セパレータの滑り性の面からも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。このようにウェブ層形成材の保持及び滑り性
の面からは、本発明に係るセパレータ本体は13〜15μｍ
のガラス繊維100％で構成されることが好ましいが、必
要に応じて平均繊維径17〜20μｍのガラス繊維を０〜50
重量％の範囲で混合使用しても良い。平均繊維径17〜20
μｍのガラス繊維を混合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ができる。

なお、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６〜40mm程度とするのが好まし
い。

本発明においては、このような平均繊維径の構成ガラ
ス繊維を、ガラス転位点（Tg）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。

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未満であると目が荒すぎて、陽
極活物質の保護効果が小さくなり、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表層部に
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未満では耐酸化
性が悪くなる。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。

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重量部を超えると電気抵抗が
高くなり、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強度が不足す
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。ウェブ層形成材の含浸厚さが
セパレータ本体全厚さの25％未満であるとウェブ層によ
る十分な陽極活物質保持効果が得られず、40％を超える
とセパレータとしての弾力性が低下する。従って、ウェ
ブ層形成材の含浸厚さはセパレータ本体全厚さの25〜40
％とする。

本発明においてはこのようにして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、いずれの場
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。

本発明の蓄電池用セパレータを製造するには、例えば
次のような方法によるのが有利である。

即ち、溶融ルツボの下部に設けたノズルから連続的に
紡糸した硝子繊維を切断した、比較的長さの短いガラス
繊維を用意し、これをパルパーで離解、切断、分散させ
る。あるいは、これを抄紙機ネットに供給する途中にお
いて、適宜の切断手段により、ガラス繊維を短く切断し
ても良い。このガラス繊維は平均６〜40mmの長さである
ことが好ましい。

なお、切断された所定の繊維直径構成のガラス繊維は
ネット上に抄紙されるのであるが、その際、粘材を使用
して水の粘度を10〜30cpsとして分散させ、その後、ネ
ット上に抄紙する。

その後、ガラス繊維抄紙シートに所定量のアクリル樹
脂を散布或いは浸漬することにより付着させ、120〜180
℃に加熱してセパレータ本体とする。

そして、抄造により得られたセパレータ本体に前述の
ウェブ層形成材をぬり込んで含浸させる。

［作用］本発明の蓄電池用セパレータは、ガラスマット層があ
るため、活物質の保持力が大きいものであり、又ウェブ
層の厚さは全厚さの25〜40％と比較的薄いため電気抵抗
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製産効率
が高く、コストの低廉化が図れる。

［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表に示すガラス繊維構成にて、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、密度0.14g/cm³のセパレータ本体を抄造
した後、その全厚さの35％の表層部に第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。

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。

なお、用いたアクリル樹脂はいずれも東亜合成製のア
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.1,5〜7,11,12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.2,3,4,8〜10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) 特開平３−40365（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】平均繊維径13〜15μｍのガラス繊維を主体
とする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
の全厚さの25〜40％の範囲の表層部に、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。