JP2999290B2 - 焼結式セパレータの製造法 - Google Patents

焼結式セパレータの製造法

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JP2999290B2
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thermoplastic resin
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竜司 増田
学 中山
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Cell Separators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焼結式セパレータの製
造法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、蓄電池用焼結式セパレータは、ポ
リ塩化ビニル樹脂粉末をステンレス板上に適当な厚さに
展開し、これを焼結することにより製造している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の焼結式セパレー
タの製造法では、該樹脂粉末を均一な厚さに展開するこ
とが難しく、従って、焼結により得られる焼結セパレー
タは厚さが不均一となり勝ちであり、且つ孔径に大きい
バラツキを生じて機械的特性の劣化、活物質粒子の透過
などをもたらし、又、特に厚さ0.5mm以下の肉薄の
蓄電池用セパレータを製造する場合は、歪み、クラック
などを生じ、更に又、30μm以上の大きい孔径が散在
すると、蓄電池極板から遊離した微細な活物質粒子が透
過し易くなり、そのため、蓄電池寿命の短縮をもたらす
などの問題がある。そこで、本発明者は、かゝる従来の
不都合を解消し、該熱可塑性粉末に有機系分散媒を添加
混合したものを分散物として、孔径に大きいバラツキの
ない最密充填構造の焼結式セパレータの製造法を開発し
た。然し乍ら、この新しい製造法は、該熱可塑性樹脂粉
末の分散物を作るため、有機系溶媒を使用するので、該
有機溶剤の回収工程を要し、又、設備を防爆型とする必
要があり、製造コストの増大をもたらす。而も、得られ
た焼結式セパレータは、親和性に劣るので、その後、こ
れに、界面活性剤を含浸させる親水性処理工程を必要と
する不便がある。従って、上記の点に鑑み、有機溶媒を
使用せずに従来の焼結式セパレータに比し孔径のバラツ
キが殆どない均一な微孔性を有し且つ親水性の向上した
焼結式セハレータを安価に且つ容易に製造することがで
きれば望ましい。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の要望を
満足した焼結式セパレータの製造法に係り、その手段
は、熱可塑性樹脂粉末を、水及び分散剤と共に混合して
水性分散物を調製し、これを型に入れてシート状に成形
し、得られた湿潤成形シートを緩徐に加熱して水分を蒸
発させ、該成形シートを乾燥させた後、これを焼結処理
することを特徴とする。
【0005】
【作用】該熱可塑性樹脂粉末は、該水と分散剤とから成
る水性分散媒に混入しているため、良好な分散の状態が
得られる。従って、該分散物を型に流し込んだとき、均
一な厚さのシート状の成形体が得られる。このようにし
て得られた湿潤成形シートを緩徐に加熱して水分を静か
に蒸発させることにより、該樹脂粒子に揺動を起こさ
ず、所定の均一な厚さの成形シートを静置状態でその乾
燥を済ますことができると共に、水の蒸発に伴い、その
跡に空隙を生ずるが、その外周の該樹脂粒子は、その空
隙を充填し、最終的には最密又は擬最密充填構造の全体
に亘り孔径に大きいバラツキのない均一な孔径から成る
乾燥成形シートが得られる。この状態より焼結処理を行
うので、該樹脂粒子に付着している水分の消失と共に、
夫々の樹脂粒子は夫々の定位置で互いに焼結されるの
で、孔径に殆どバラツキのない焼結式セパレータシート
が製造される。又、同時に製造された焼結セパレータに
は、均一な前記の分散剤が散在しているので親和性が良
く、電池内の電解液との濡れが極めて良く、電池性能を
高める。
【0006】この場合、予め水に分散媒と更には必要に
応じ増粘剤とを添加混合して水性分散媒としたものを、
該樹脂粉末に混合することにより、その分散物の調製作
業を容易にすることができる。
【0007】尚、該熱可塑性粉末として、重量平均分子
量1×10以上の超高分子であり、且つ平均孔径60
〜30μmであるポリオレフィン系樹脂粉末を使用する
ときは、耐酸化性で而も活物質の透過を阻止する約20
μm以下の平均孔径を有する焼結式セパレータが提供で
き、これを使用し、電池寿命などの向上した電池をもた
らす。
【0008】該分散剤は、該熱可塑性樹脂粉末100重
量部に対し0.2〜10重量部配合することが好まし
い。これにより親水性に優れた焼結式セパレータが確実
に得られる。
【0009】尚、必要に応じ添加された該増粘剤を、該
熱可塑性樹脂粉末100重量部に対し5重量部以下を配
合することにより適度の粘性でシート成形性の向上が得
られる。
【0010】該水に該分散剤と該増粘剤を夫々、該熱可
塑性樹脂粉末100重量部に対し0.2〜10重量部及
び0〜5重量部を添加混合して水性分散媒を調製し、該
熱可塑性樹脂粉末1に対し該水性分散媒1〜2の重量比
で混合するときは、水を加熱蒸発させて乾燥成形シート
とし、更に焼結する作業時間を比較的短時間で行うこと
ができる。
【0011】上記の本発明の製造法により得られた焼結
式セパレータは、最密充填又は擬最密充填構造の孔径に
大きいバラツキがなく、而も親水性の優れたものであ
り、これにより活物質通過阻止の向上並に電池寿命の延
長をもたらす。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例を詳述する。熱可塑性
樹脂粉末としては、従来公知の各種のものが使用できる
が、耐酸化性、耐熱性、耐電解液性などの優れた点から
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブデンなどの
ポリオレフィン系樹脂粉末が好ましいが、就中、重量平
均分子量1×10以上を有する超高分子量のポリオレ
フィン樹脂粉末が好ましい。又、平均粒径約60〜30
μm程度の該樹脂粉末を使用し、本法の製造法で製造す
れば、孔径に大きなバラツキのない活物質の透過を阻止
する平均粒径30μm以下の最密充填又は擬最密充填構
造の焼結式セパレーターが得られる。
【0013】本発明によれば、該熱可塑性樹脂粉末と分
散剤と水とを適当な配合割合で添加混合して水性分散物
を調製する。この場合、必要に応じ増粘剤を添加するこ
とが好ましい。これにより分散物の粘性が付与され、シ
ート成形性を向上するからである。
【0014】該分散剤の添加は、樹脂粉末粒子の水中分
酸性を向上することと、製造後の焼結セパレータの親水
性の向上のためであるが、その種類は、イオン系界面活
性剤、非イオン系界面活性剤、ポリオキシエチレンノニ
ルフェニルエーテルなどで、特にHLB 11以上が好
ましい。その添加量は、該熱可塑性樹脂粉末100重量
部に対し0.2部乃至10重量部の範囲が好ましい。
0.2重量部未満では、該熱可塑性樹脂粉末に対し分散
効果が充分発揮できず、10重量部を越える場合は、鉛
蓄電池の極板に悪影響を及ぼすので、10重量部にとゞ
めることが好ましい。
【0015】該増粘剤の添加は、上記したように、水性
分散物の粘度を上げることにより、シート成形性を向上
させることにあるが、その種類としては、ポリビニルア
ルコール、ポリエチレングリコール、ゼラチンなどがあ
げられるが、これに限定されるものではない。該増粘剤
の添加量は、該樹脂粉末100重量部に対し5重量部以
下が好ましい。5重量部を越えると、増粘剤は焼結処理
後も残存するため、増粘剤が電解液中に遊離して鉛蓄電
池の極板に悪影響を及ぼすので、5重量部以下にとどめ
る。
【0016】該分散物を調製するに当たり、該樹脂粉末
とは別に、予め、該水に該分散剤を添加し、更に好まし
くは、該増粘剤を添加して水性分散媒を調製し、次で該
分散媒と該樹脂粉末とを混合して該水性分散物を調製す
ることが作業上好ましい。この場合、該樹脂粉末と該水
性分散媒の配合比は、シート成形を連続的に行うことや
該分散媒の蒸発工程を考慮にいれると、重量比で1対1
〜2の割合で混合することが一般で好ましい。該分散媒
が少なすぎるとシート成形性が悪くなり、多すぎると蒸
発工程に時間がかゝりすぎ、作業能率を低下するからで
ある。
【0017】このようにして得られた水性分散物を所定
形状の浅い皿状のステンレス、ガラスなどの型に流し込
み、所定の均一な厚さのシート状成形シートが得られ
る。これを加熱乾燥器に入れ、水分を加熱蒸発させる
が、比較的低温で緩徐に行うことが必要で、例えば60
〜70℃程度の温度で緩やかに加熱し、水を蒸発させ
る。然るときは、その蒸発に伴い、その蒸発跡に生ずる
空隙には、その周囲の樹脂粒子がその自重で充填されて
最密充填構成又は擬最密充填構造の全体に均一な微孔性
をもつ乾燥成形シートが得られる。仮に、100℃又は
これに近い温度で加熱するときは、水の突沸などを起こ
して、所定の厚さで均一に分散配置していた無数の樹脂
粒子が揺動してその配列や厚さが崩れて焼結後の成形シ
ートは歪みやクラックをもつ不良品を生じ好ましくな
い。一方、温度が低すぎても蒸発に時間がかゝりすぎ、
作業性の面で不適となる。一般に60〜70℃程度が蒸
発乾燥工程を高能率に行うことができ好ましい。かくし
て、最密充填又はこれに近い構成をもつ樹脂粒子から成
る均一な厚さの乾燥成形シートを得た跡、該樹脂粉末の
焼結処理を行う。その温度は150〜180℃で30〜
20分でよく、かくして、最密充填又はこれに近い焼結
が得られ、孔径に大きなバラツキのない本発明の焼結式
セパレータが得られる。
【0018】尚、本発明の焼結式セパレータを連続的に
製造するには、例えば、ステンレス板などのベルトコン
ベヤ式の長尺シートの両側縁に沿い突枠壁をもつ横断面
コ字状の溝枠に形成された移動式型を一方へ移動させ乍
ら、これに該分散物を流し込み一定の厚さのシート状に
成形したものを、乾燥炉、焼結炉を順次通過させるよう
にして製造することができる。
【0019】次に、本発明の具体的な実施例を詳述す
る。実施例1乃至9 重量平均分子量2.3×10、平均粒径30μmのポ
リエチレン粉末と、分散媒として1,3−ジメチルブチ
ルスルホコハク酸ソーダと増粘剤としてポリビニルアル
コールとを、表1に実施例1乃至9として示すように配
合割合を変え、且つ該樹脂粉末と、水に該分散媒を添加
し、或いは更に該増粘剤を添加して成る分散媒との配合
割合を重量比で5g:10g、即ち1:2又は5g;5
g、即ち1:1の割合に変えて、夫々の容器に入れて撹
拌混合して夫々の水性分散物を調製し、これを所定のガ
ラス製の平皿状型内に流し込み、一定の厚さの肉薄の湿
潤成形シートを形成し、次でこれを恒温器内に入れ、6
0℃で30分加熱し蒸発乾燥処理を行った後、次でこれ
を恒温器内で150℃で30分加熱焼結処理した後取り
出し、脱型し、夫々の本発明の耐酸、耐高温酸化性、親
水性等に優れた焼結式セパレータを得た。 比較例1 表1に示す通り、上記の実施例6と同じ配合組成の分散
物を、型内に流し込み、同じ厚さの肉薄の泥状成形シー
トを形成し、次でこれを恒温器内に入れ、90℃で10
分加熱して急速に蒸発乾燥処理した後、次でこれを恒温
器内で150℃で30分加熱焼結処理した後取り出し、
脱型したが、クラックが発生して居り、焼結セパレータ
製品は得られなかった。
【0020】
【表1】
【0021】従来例 従来法に従い、塩化ビニル樹脂粉末を型板上に同じ厚さ
に展開したものを、恒温器内に入れ、200℃で5分間
加熱焼結処理した後取り出し、脱型し、焼結セパレータ
を得た。
【0022】上記の実施例6の焼結式セパレータ並に該
従来例の焼結式セパレータにつき、その物理的特性、親
水性試験、電池に組み込んでの電池の寿命試験を行つ
た。親水性試験は、比重1.30の硫酸水溶液に、下端
から10mm浸漬した状態で、一定の時間経過後の吸い
上げた硫酸水溶液の高さを測定した。寿命試験は、SA
E−J240の4分間放電により行った。その結果を表
2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】上記表2より明らかなように、本発明の製
造法によれば、平均孔径と最大孔径との差に大きな開き
がない全体として略均一な微孔径の最密充填又は擬最密
充填構造の焼結式セパレータが得られ、而も親水性に優
れ、且つ、従来の焼結式セパレータに比し電池寿命の向
上をもたらすことが認められる。
【0025】
【発明の効果】このように本発明によるときは、熱可塑
性樹脂粉末を水と分散剤と共に或いは更に増粘剤と共に
混合して水性分散物を調製し、これをシート成形用型に
入れ、シート状に成形した後、緩徐に加熱して水を蒸発
させることにより、該樹脂粒子の最密充填構造又は擬最
密充填構造の乾燥成形シートを得ることができる。次で
かゝる構造の成形シートを焼結処理するときは、孔径に
大きなバラツキのない而も同時に親水性の付与された焼
結式セパレータを得ることができ、又その製造に有機溶
剤を全く使用しないので、その回収工程を要せず、容易
に且つ低コストで製造できる効果をもたらす。
【0026】尚、該水性分散物に、増粘剤を添加すると
きは、粘性を向上し、シート成形性を向上する効果をも
たらす。
【0027】又、該分散剤の添加量を、該樹脂粉末10
0重量部に対し0.2〜10重量部の範囲とするとき
は、分散効果を確保し、良好な分散物をもたらし、而も
製造された焼結式セパレータを組み込んだ電池に悪影響
を与えず、電池特性の向上をもたらす。
【0028】更に、該増粘剤を添加する場合は、該樹脂
粉末100重量部に対し5重量部以下にとゞめるとき
は、電池に対する悪影響を与えることなく、該分散物の
シート成形性の向上に役立つ効果を有する。
【0029】かくして、上記の本発明の製造法により得
られる焼結式セパレータは、従来の焼結式セパレータに
比し、孔径のバラツキを減少せしめ、活物質の透過性を
阻止すると共に親水性が優れているため、電池寿命の増
大をもたらす。

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱可塑性樹脂粉末を、水及び分散剤と共
    に混合して水性分散物を調製し、これをシート状に成形
    し、得られた湿潤成形シートを緩徐に加熱して水分を蒸
    発させ、該成形シートを乾燥させた後、これを焼結処理
    することを特徴とする焼結式セパレータの製造法。
  2. 【請求項2】 該樹脂粉末と、水に分散剤と或いは更に
    増粘剤とを混入した水性分散媒とを混合して分散物を調
    製することを特徴とする焼結式セパレータの製造法。
  3. 【請求項3】 熱可塑性樹脂粉末を、予め水に分散剤或
    いは更に増粘剤を添加混合して成る水性分散媒と混合し
    て水性分散物を調製し、これをシート状に成形したこと
    を特徴とする請求項1又は2の焼結式セパレータの製造
    法。
  4. 【請求項4】 該熱可塑性樹脂粉末は、重量平均分子量
    1×10以上で、平均粒径が約60〜30μmである
    ポリオレフィン系樹脂粉末である請求項1,2又は3の
    焼結式セパレータの製造法。
  5. 【請求項5】 該分散剤は、該熱可塑性樹脂粉末100
    重量部に対し0.2〜10重量部配合することを特徴と
    する請求項1乃至4のいずれか1つの焼結式セパレータ
    の製造法。
  6. 【請求項6】 該増粘剤は、該熱可塑性樹脂粉末100
    重量部に対し0〜5重量部配合することを特徴とする請
    求項1乃至5のいずれか1つの焼結式セパレータの製造
    法。
  7. 【請求項7】 該水に該分散剤と該増粘剤を該熱可塑性
    樹脂粉末100重量部に対し夫々0.2〜10重量部及
    び0〜5重量部を添加混合して水性分散媒を調製し、該
    熱可塑性樹脂粉末1に対し該水性分散媒1〜2の重量比
    で混合することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか
    1つの焼結式セパレータの製造法。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至7の製造法により製造され
    た焼結式セパレータ。
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