JP3002830B2 - 電池用セパレータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電池の陰・陽極間に電解液を保持した状態
で介装される電池用セパレータ及びその製造方法に関す
る。詳細には電解液の保持量を一定に保つことができる
ようにした電池用セパレータ及びその製造方法に関す
る。

（従来技術） 従来、例えばニッケル・カドミウム電池、ニッケル・
亜鉛電池、ニッケル・水素電池等の密閉型のアルカリ蓄
電池、或は電極間に電解液を保持させる構造とした電池
に使用される電池用セパレータとしては、不織布を素材
としたものが汎用されている。この種の電池は、陰・陽
極間に電解液を保持した電池用セパレータを介装し、こ
れら陰・陽極及び電池用セパレータを所定数巻回するこ
とにより製造されている。従って、電池用セパレータに
は、電池製造時に加わる引張力や巻回圧に抗する強度が
必要となる。ところが、不織布製の電池用セパレータに
あっては、繊維自体の引張強度や反発弾性が乏しく、電
池製造時に引張力や巻回圧が負荷されると、きわめて変
形しやすく、一定の厚みを維持することはできなかっ
た。又、使用する繊維によっては、電解液に用いるアル
カリによる劣化や電気化学的酸化による劣化を受けて繊
維自体の反発弾性が低下することがあり、とくに蓄電池
では充放電に伴う電極の膨張収縮によりセパレータに圧
力が加わるため、セパレータにいわゆるへたりが生じ
て、電解液の保持量を一定に保つことができなくなり、
電池機能に障害が生じることがあった。

電池製造時に加わる引張力や巻回圧に対抗し得る耐圧
縮性を確保した電池用セパレータとしては、実開昭60−
192369号公報に記載されたものがある。

この電池用セパレータ（１）は、第６図に示すよう
に、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐熱、耐薬品性
を有する合成樹脂を、ネット状、多孔体、波板状に成型
して芯材（２）となし、この芯材（２）の表裏にガラス
繊維等の合成樹脂細繊維体（３）（不織布に相当）を設
けたものである。

そして、この実開昭60−192369号公報に記載の電池用
セパレータ（１）によれば、電池製造時に引張力や巻回
圧が加わったとしても、同電池用セパレータ（１）を構
成する芯材（２）が最低厚を確保することができる。
又、この電池用セパレータ（１）は、高い引張強度を有
する芯材（２）をその構成要素としていることから、製
造時の引張力に対抗し得る強度を有するといった一定の
効果を期待することができる。

しかしながら、実閲昭60−192369号公報に記載の電池
用セパレータ（１）において、芯材（２）は製造時の引
張力に対抗し得る強度を有しているものの、電解液を保
持すべき合成樹脂細繊維体（３）は、嵩高で引張性に乏
しいものである。このため、合成樹脂細繊維体（３）は
電池製造時に加わる巻回圧や引張力によって容易に押し
つぶされ、その電解液保持量も低下していた。そこで、
この合成樹脂細繊維体（３）に一定の電解液保持量を確
保させるためには、電池製造時に加わる巻回圧や引張力
を調整する、換言すると、一定の電解液保持量を確保で
きる程度に緩く巻回する必要があった。この結果、電池
用セパレータ（３）の初期の総厚みは大きくなり、該電
池は大型化していた。又、この電池用セパレータ（１）
において、芯材（２）と合成樹脂細繊維体（３）とは一
定の境界面を有していることから、層間剥離を生じ易い
という虞があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、このような事情に鑑みなされたものであ
り、その解決しようとする課題は、製造時に加わる引張
力、巻回圧及び使用時におきるへたり等に起因する厚み
の変化、該電池の大型化、及び層間剥離の防止である。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、本発明を完成するに至ったものであり、製造時に
加わる引張力、巻回圧等によっても一定の厚みを確保す
ることができ、該電池のコンパクト化、及び層間剥離の
防止を計ることができる電池用セパレータ及びその製造
方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段及び作用） 上記目的を達成するため、請求項１記載の発明にあっ
ては、陰・陽極問に電解液を保持した状態で介装される
電池用セパレータであって、織物等よりなる基布と、水
流により前記基布の繊維格子間に三次元的に絡合されて
いて、前記基布の構成繊維と絡合している絡合短繊維と
からなることを特徴とする電池用セパレータとした。

以下、請求項１記載の電池用セパレータを図面に従っ
て詳細に説明する。

請求項１記載の電池用セパレータ（11）は、第１図及
び第２図に示すように、基布（12）と基布（12）の繊維
格子間に絡合されている絡合短繊維（14）とからなる。

基布（12）としては、織物や編物或はネット等の繊維
製品であって、電池の製造時に加わる引張力や巻回圧に
対抗し得る強度を備えたものが用いられている。この基
布（12）を構成する素材には、電解液による劣化を受け
にくい耐薬品性を備えたものであれば使用できるが、と
くにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの
合成樹脂からなる繊維を用いたものが適している。又、
基布（12）は、セパレータが押圧によりつぶれたり電池
の使用によりへたったりするのを防ぐ働きをするので、
その厚みがセパレータの厚みの変化に大きく影響する。
このため、セパレータの厚みと基布との厚みとはできる
だけ近いことが望ましく、セパレータの厚みに占める基
布の厚みの割合は、60〜100％、望ましくは70％〜100％
である必要がある。

基布の厚みは0.10〜0.25mmの範囲にあることが望まし
い。又、絡合短繊維（14）としては、電解液を容易に保
持し得る保水性と、電気化学的酸化によって反発弾性が
低下することが無い電気化学的安定性とを備える繊維で
あって、基布（12）の繊維格子間に入り込むことができ
るように、0.01〜3dの繊度と、１〜10mmの繊維長とを有
するものが好適である。そして、この絡合短繊維（14）
が前記基布（12）の表面及び基布（12）内部の繊維格子
間に入り込み、前記基布（12）を構成する繊維に絡み合
い、或は基布（12）の繊維格子間に於て、絡合短繊維
（14）相互が絡み合うことにより、基布（12）を構成す
る繊維と絡合短繊維（14）とからなる緻密な構造となっ
ている。従って、請求項１記載の電池用セパレータ（1
1）においては、基布（12）の繊維格子間に絡合短繊維
（14）が三次元的に絡み合い、一体化された緻密な構造
となり、該電池用セパレータ（11）に占める基布（12）
の厚さの割合はきわめて大きくなっている。このため、
該電池用セパレータ（11）の製造時に引張力及び巻回圧
が加わっても、基布（12）の厚さが電池用セパレータ
（11）の最終厚として確保されることになる。この結
果、電池用セパレータ（11）の厚さの変化率も小さく抑
えることができるようになっている。又、この電池用セ
パレータ（11）にあっては、電解液が、基布（12）を構
成する繊維及び基布（12）の繊維格子間に含まれ保持さ
れると共に、基布（12）の繊維格子間に入り込んだ絡合
短繊維（14）間及び絡合短繊維（14）にも含まれ保持さ
れる構造となっているが、このセパレータは電池製造時
の引張力や巻回圧が加わっても均一な厚みを維持できる
ので、常に一定量の電解液をセパレータ内に均一に保持
することができるようになっている。

次に、請求項３記載の電池用セパレータの製造方法に
ついて説明する。

請求項３記載の発明は、以下のａ）ｂ）の工程を備え
たことを特徴とするものである。

ａ）：織物等よりなる基布（12）の少なくとも片面
に、短繊維（14）よりなる湿式繊維ウェブ（13）を積層
すること、ｂ）：水流により基布（12）の繊維格子間に
湿式繊維ウェブ（13）を構成する短繊維を三次元的に絡
合させるとともに、前記基布（12）の構成繊維と前記湿
式繊維ウェブ（13）を構成する繊維とを絡合させて、前
記基布（12）と前記湿式繊維ウェブ（13）とを絡合一体
化すること。

第１図、第２図、第３図及び第４図に従って、工程ａ
について説明する。

まず、短繊維（14）よりなる湿式繊維ウェブ（13）を
形成する。湿式繊維ウェブ（13）の構成繊維としては、
電解液を容易に含有し得る保水性と、電気化学的酸化に
よって反発弾性が低下することが無い電気化学的安定性
とを備え、基布（12）の織維格子間に入り込むことがで
きるように、0.01〜3dの繊度と、１〜10mmの繊維長とを
有する短繊維（14）を使用する。例えば、短繊維（14）
として、電気化学的に安定なポリエチレン、ポリプロピ
レン等の織維を用いることにより、電気化学的酸化によ
って繊維自体の反発弾性が低下することが無くなる。反
面これらの繊維は保水性が小さいため、表面改質により
繊維表面に凹凸を形成したり、親水処理剤によって表面
処理を行うことにより、保水性を高め電解液の含有量を
増加せしめることができる。この短繊維（14）よりなる
湿式繊維ウェブ（13）は、従来より知られる湿式法によ
ってウェブ形成が行われる。例えば、前記短繊維（14）
を抄紙機（図示しない）の抄紙槽（図示しない）内に投
入し、繊維を水中に均一分散せしめた後に抄き上げ、抄
き上げだ繊維層を乾燥することにより作製される。な
お、この後の基布（12）と湿式繊維ウェブ（13）とを積
層する際に、取り扱い強度が要求される場合には、熱融
着性樹脂からなる粉末か繊維を繊維ウェブに混入し、仮
接着しておくことが望ましい。とくに、粉末または繊維
が水溶性のものであれば、後の水流による絡合処理にお
いてセパレータから除去されるので好ましい。

このようにして形成された湿式繊維ウェブ（13）を基
布（12）の少なくとも片面に積層するのである。

基布（12）は、織物や編物或はメッシュ等の繊維製品
であって、電池の製造時に加わる引張力や巻回圧に対抗
し得る強度を備えたものであるならば何でもよい。又、
この基布（12）を織成或は編成するにあたっては、基布
（12）を構成する繊維の格子が大きなものであればある
程、短繊維（14）も多く入り込むことになり、電解液の
含有量も多くなる。反面該基布（12）の強度は低下する
ことになる。このため、基布（12）を織成或は編成する
にあたっては、該電池の種類、大きさあるいは容量等を
考慮して基布（12）を構成する繊維の格子の大きさを適
宜決定する必要がある。又、基布（12）を構成する繊維
の繊度も特に限定されるものではないが、基布の厚みに
応じた太さが要求されるので、該電池の種類、大きさあ
るいは容量等を考慮して適宜決定する必要がある。更
に、基布（12）の厚さは、該電池用セパレータ（11）の
種類、大きさあるいは容量等にもよるが、0.10〜0.25mm
が好ましい。というのは、基布（12）の厚さが0.10mm以
下の場合、基布（12）自体の強度が劣り、電池の製造時
に加わる引張力や巻回圧に対抗できなくなる。一方、0.
25mm以上の場合、該電池用セパレータ（11）の厚さも大
きくなり、陰・陽極間に介装した状態で所定回数だけ巻
回できなかったり、あるいは電池が大型化してしまうか
らである。

次ぎに、工程ｂについて説明する。

こうして、基布（12）の片面或は両面に湿式繊維ウェ
ブ（13）を積層した後、基布（12）の繊維格子間に湿式
繊維ウェブ（13）の構成繊維を三次元的に絡合一体化さ
せるのである。繊維の絡合は水流絡合により行う。とい
うのは、水流絡合以外の絡合方法としては、例えばニー
ドルパンチ法があるが、この方法は湿式繊維ウェブのよ
うな目付の小さなウェブに適用することや、繊度の小さ
な繊維や繊維長の短い繊維に適用することが困難で、絡
合状態が粗くなったり、あるいは基布が破壊されたりす
るといった不具合を生じるからである。

先ず、第１図、第２図、第３図及び第４図に示すよう
に、基布（11）の片面或は両面に湿式繊維ウェブ（13）
を積層したものをネット状の湿式繊維ウェブ支持体（2
0）上へ導入し、ノズルオリフィス（21）より高圧の水
流を湿式繊維ウェブ（20）上に噴射させるのである。湿
式繊維ウェブ支持体（20）としては、有孔のスクリーン
であって、湿式繊維ウェブ（13）及び基布（12）を透過
した水流が、支持体（20）に形成された孔を突き抜ける
ようにしたもの、第４図に示すように・無孔の平盤状で
あって、湿式繊維ウェブ（13）及び基布（12）を透過し
た水流が、支持体（20）に衝突した後、跳ね返って再び
湿式繊維ウェブ（13）及び基布（12）を透過するように
したもの等どの様な方式のものであっても良い。又、基
布（12）の両面に湿式繊維ウェブ（13）を積層したもの
については、基布（12）の両側から行うことにより、よ
り高度な繊維の絡合を実現せしめることができる。水流
絡合の条件としては、ノズルオリフィス径が0.0076〜0.
076mm、オリフィス間隔が0.025〜0.25cm、水圧が７〜35
2kg/cm²、オリフィスから繊維ウェブまでの距離が０〜1
5.2cm、通す回数が１〜100回が適当と考えられるが、生
産速度、ウェブ重量、繊維の種類等により適当な条件を
選択する必要がある。又、絡合の際に使用する噴射流体
は循環式で繰り返し使用されるようになっている。

上記の如き、水流絡合を積層物に施すことにより、積
層物である基布（12）及び湿式繊維ウェブ（13）は、第
１図に示すように、湿式繊維ウェブ（13）を構成する短
繊維（14）が基布（12）の表面及び基布（12）内部の繊
維格子間に入り込み、前記基布（12）を構成する繊維に
絡み合い、或は基布（12）の繊維格子間に於て、短繊維
（14）相互が絡み合うことにより、両者が渾然一体とな
って基布（12）を構成する繊維と短繊維（14）とからな
る緻密な構造となる。なお、とくにセパレータに強度が
要求される場合には、湿式繊維ウェブまたは基布を構成
する繊維に熱融着性繊維を含ませておき、水流絡合によ
り湿式繊維ウェブと基布とを交絡一体化した後に、加熱
処理もしくは加熱加圧処理を施すことにより熱接着する
方法をとればよい。このようにして電池用セパレータ
（11）を得ることができる。得られる電池用セパレータ
（11）の初期厚としては、0.10〜0.25mmが好ましい。

（発明の効果） 上記構成を備えたことにより、請求項１記載の発明の
電池用セパレータにあっては、以下に示す効果を奏す
る。

１） この電池用セパレータにあっては、水流により基
布の繊維格子間において三次元的に絡合されており、同
基布の構成繊維に絡合短繊維が三次元的な絡合によって
絡み合い、一体化された緻密な構造となっており、該電
池用セパレータに占める基布の厚さの割合は極めて大き
くなっている。このため、該電池用セパレータの製造時
に引張力及び巻回圧が加わったり、セパレータの使用時
に繊維層がへたったりしても、基布の厚さが電池用セパ
レータの最終厚として確保されることになる。又、電池
用セパレータの厚さの変化率も小さく抑えることができ
る。

２） この電池用セパレータにあっては、電解液が、基
布を構成する繊維及び基布の繊維格子間に含まれ保持さ
れると共に、基布の繊維格子間に入り込んだ絡合短繊維
間及び絡合短繊維にも含まれ保持される構造となってお
り、このセパレータは電池製造時の引張力や巻回力が加
わっても均一な厚みを維持できることから、常に一定量
の電解液をセパレータ内に均一に保持することができ
る。

３） この電池用セパレータにあっては、水流により基
布の繊維格子間において三次元的に絡合されており、同
基布の構成繊維に絡合短繊維が三次元的な絡合によって
絡み合い、一体化された緻密な構造となっており、高い
引張力を備えている。このため、製造時に於て固巻きす
ることができ、電池のコンパクト化を図ることができ
る。又、この電池用セパレータによれば、高い引張力を
備えていることから、電池生産の高速化を実現すること
ができる。

４） 請求項１記載の電池用セパレータにおいては、水
流により基布の繊維格子間において三次元的に絡合され
ており、同基布の構成繊維に絡合短繊維が三次元的な絡
合によって絡み合い、一体化された緻密な構造となって
おり、基布と絡合短繊維との区別が無く渾然一体となっ
た構造となっている。このため、湿式繊維ウェブと基布
との間に層間剥離を生じることが無い。

又、この電池用セパレータの製造方法にあっては、以
下に示す効果を奏する。

１）この電池用セパレータの製造方法にあっては、水流
により基布の繊維格子間に湿式繊維ウェブを構成する繊
維を三次元的に絡合させるとともに、基布の構成繊維に
湿式繊維ウェブを構成する繊維を絡合させ、基布と湿式
繊維ウェブとを絡合一体化するようにしたため、厚さを
薄く、緻密な構造とすることができる。

２） この電池用セパレータの製造方法にあっては、水
流により基布の繊維格子間に湿式繊維ウェブを構成する
繊維を三次元的に絡合させるとともに、基布の構成繊維
に湿式繊維ウェブを構成する繊維を絡合させ、基布と湿
式繊維ウェブとを絡合一体化するようにしたため、基布
と湿式繊維ウェブとの間に層間割雛を生じることが無
い。又、一体化のために接着剤を使用しないため、接看
成分がイオン化して電解液機能を阻害するといった弊害
を生じる虞が無い。又、ニードルパンチ法による場合の
ように、貫通孔ができたり、繊維が切断されたりするこ
とがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電池用セパレータを使用して電池を製
造する過程を示す斜視図、第２図は本発明の電池用セパ
レータを模式的に示した拡大断面図、第３図及び第４図
は本発明の電池用セパレータの製造工程を示し、第３図
は基布上に湿式繊維ウェブを積層した状態を模式的に示
した拡大断面図、第４図は基布と湿式繊維ウェブとを水
流絡合によって一体化している状態を模式的に示した拡
大断面図、第５図は基布の両面に湿式繊維ウェブを積層
した状態を模式的に示した拡大断面図、第６図は従来の
電池用セパレータを示した拡大斜視図である。 符号の説明 12……基布、13……繊維ウェブ、14……絡合短繊維。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陰・陽極間に電解液を保持した状態で介装
   される電池用セパレータであって、織物等よりなる基布
   と、水流により前記基布の繊維格子間に三次元的に絡合
   されていて、前記基布の構成繊維と絡合している絡合短
   繊維とからなることを特徴とする電池用セパレータ。
2. 【請求項２】基布の厚みがセパレータの厚みに占める割
   合の60％以上であることを特徴とする請求項１に記載の
   電池用セパレータ。
3. 【請求項３】織物等よりなる基布の少なくとも片面に、
   短繊維よりなる湿式繊維ウェブを積層し、水流により前
   記基布の繊維格子間に前記湿式繊維ウェブを構成する繊
   維を三次元的に絡合させるとともに、前記基布の構成繊
   維と前記湿式繊維ウェブを構成する繊維とを絡合させ
   て、前記基布と前記湿式繊維ウェブとを絡合一体化する
   ようにしたことを特徴とする電池用セパレータの製造方
   法。