JP3219800B2 - 電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

電池用セパレータの製造方法

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喜亮 長谷川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ニッケル‐カドミウム
電池、ニッケル‐亜鉛電池、ニッケル‐水素電池等のア
ルカリ蓄電池用のセパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、アルカリ蓄電池用のセパレー
タとしては、6−ナイロン、6,6−ナイロン等のポリアミ
ド繊維、あるいはポリプロピレン等のポリオレフィン繊
維からなる乾式法の不織布が汎用されてきた。この乾式
不織布からなるセパレータは機械的強度が高く加工性も
良好であるが、近年の電池の高容量化に伴う電極活物質
の増加、あるいはセパレータの薄化によって、脱落活物
質の移動、電解液の保持力不足といった問題が生じてい
る。
【0003】これらの問題を解決するものとして、メル
トブロー不織布からなるセパレータが提案されている。
メルトブロー不織布は極細繊維からなっているため、不
織布の最大孔径を小さくすること、そして高い空隙率を
得ることができるので、脱落活物質の移動、そして薄化
による電解液の保持力不足の問題は解消できる。しかし
ながら、機械的強度が低いため、電池組立て時の巻き加
工が困難であり、また使用時における電極クラックエッ
ジでの切断による穴あきといった問題点があった。
【0004】これに対して、特開昭49‐85527号公報に
はメルトブロー不織布の機械的強度を向上させる手段と
して、熱可塑性物の軟化点より2.8℃乃至11℃高く、融
点より2.8乃至19.4℃低い温度で、0.28乃至0.49Kg/cm2
の圧力で、スペーサやシムを用いてプレスする方法が記
載されている。この方法によれば、適当な空隙率と適当
な強度を兼ね備えたメルトブロー不織布が得られること
が記載されているが、スペーサやシムを使用しなければ
ならないため、生産性に劣るものであった。この方法で
はプレス温度が比較的高いため、スペーサやシムを使用
しないでプレスした場合には、不織布がプレスの金属板
表面に付着してしまい、その結果不織布の表面がフィル
ム化し、イオンの透過が阻害され電気抵抗が大きくなっ
てしまうものであった。
【0005】また、特開昭63‐108664号公報、特開昭63
‐310555号公報には、メルトブロー不織布を構成する合
成繊維材料のガラス転移点未満の温度でプレス加工を行
う方法と、メルトブロー不織布を、ガラス転移点以上で
かつ融点未満の温度で予め熱セットしたのち、熱セット
温度未満の温度でプレス加工を行う方法が記載されてい
る。この方法によれば、プレス加工時の繊維相互の融着
あるいは不織布の表層部の目詰りを起こさずに、適度な
強度が得られることが記載されているが、いずれの方法
によるものも、繊維同士は絡合しているだけで接着して
いないため、十分な強度は得られず、更に後者の方法で
は熱セットに長い時間を要するので極めて生産性に劣る
ものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の欠点を解消すべくなされたものであり、電極活物質の
移動を防止でき、適度な電解液の保持性を有し、かつ高
強度を有するセパレータを効率良く製造する方法を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、耐アルカリ性
合成樹脂からなる目付が40〜80g/m 2 メルトブ
ロー不織布を、該不織布を構成している繊維の結晶化温
度に加熱すると同時に、0.6〜5Kg/cmの線圧で
熱プレスすることを特徴とするアルカリ蓄電池用セパレ
ータの製造方法である。
【0008】
【作用】本発明者は、メルトブロー法による不織布の繊
維が未延伸状態の部分、すなわち非結晶部分を多く含ん
でいること、そして非結晶部分が比較的低温、低圧でも
接着効果があることに着目し、その非結晶部分のみを接
着剤として機能させることによって、不織布表面をフィ
ルム化させることなしに十分な強度を付与することがで
きることを見出し、本発明を完成した。つまり、本発明
においては、メルトブロー不織布を、その不織布を構成
している繊維の結晶化温度でプレスすることによって、
非結晶部分のみを軟化、接着せしめるが、結晶部分は影
響を受けず、元の状態を維持するため、不織布表面全体
がフィルム化するといった問題は生じないのである。し
かも、非結晶部分の繊維は接着すると同時に結晶化が進
むため、不織布を構成している繊維自体の強度も大きく
なるのである。
【0009】本発明においては、メルトブロー法によっ
て製造された不織布を使用することが必要である。メル
トブロー法とは、溶融紡糸しながら、その両サイドから
高速加熱気流を噴射して繊維を細化し、それをスクリー
ン上に捕集し不織布とするものである。メルトブロー不
織布を構成している繊維は、高速加熱気流を噴射する際
に多少延伸されるが、その延伸度は低く、例えば6−ナ
イロンからなるメルトブロー不織布の場合、その構成繊
維の複屈折率は0.0025〜0.01程度であり、通常の延伸ス
テープル繊維の複屈折率0.053〜0.073と比べて小さいた
め、非結晶部分のみを接着剤として機能させることがで
きるのである。十分な接着効果を得るためには、複屈折
率が0.002〜0.04であることが好ましい。
【0010】一般的に、電池用セパレータにおいて電極
活物質の移動を完全に防止するためには、最大孔径は45
μm以下であること、そして電解液を十分に保持するた
めには、空隙率が55%以上であることが必要とされてい
る。更に、電池組立て時の巻き加工性を向上させ、使用
時における電極クラックエッジでの切断による穴あきを
防止するために、目付当りの10%モジュラスが80g/5cm
巾以上を満足する電池用セパレータを得ることを目的と
する。
【0011】メルトブロー法によれば、平均繊維直径が
0.5〜十数μmの極細繊維が得られるが、本発明において
上述のような物性を得るためには、平均繊維直径が1.5
〜8μmのメルトブロー不織布を使用することが必要であ
る。平均繊維直径は加熱気流の速度によって容易に設定
できる。平均繊維直径が1.5μm未満であると繊維単体の
強度が不十分であり、しかも最大孔径が小さくなりすぎ
て極板で発生するガスの透過性が不良になる。また、平
均繊維直径が8μmを超えると最大孔径が大きくなりすぎ
て電極活物質の移動を防止できない。メルトブロー不織
布の目付は40〜100g/m2、厚さが360〜900μm、空隙率が
90%程度のものが好適に使用される。
【0012】耐アルカリ性合成樹脂としては、6−ナイ
ロン、6,6−ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、また
はポリフェニレンサルファイド樹脂等を用いることがで
きる。
【0013】本発明において結晶化温度とは、メルトブ
ロー不織布を加熱した場合に、該不織布を構成している
繊維の非結晶部分の結晶化が進む温度領域をいい、示差
走査熱量測定法等によって得られる該不織布の示差熱曲
線において、ガラス転移温度より高く融点より低い温度
範囲で、かつ示差熱曲線の変曲点であって最低の温度以
上、極大値であって最高の温度以下の温度範囲をいう。
【0014】例えば、図1のような示差熱曲線の場合の
結晶化温度は、変曲点Aから極大値Bまでであり、図2
のような示差熱曲線の場合は、変曲点Cから極大値Dま
でである。ここで、Tgはガラス転移温度であり、Tm
は融点である。
【0015】例えば、メルトブロー不織布を構成してい
る繊維が6−ナイロンの場合、その結晶化温度は、77〜1
87℃であり、6,6−ナイロンの場合は100〜238℃、ポリ
プロピレンの場合は55〜140℃、ポリフェニレンサルフ
ァイドの場合は106〜243℃である。特に、結晶化が急速
に進む温度領域、すなわちガラス転移温度より高く融点
より低い温度であって、示差熱曲線の最大値をとる温
度、例えば、6−ナイロンの場合であれば187℃、6,6−
ナイロンの場合が238℃、ポリフェニレンサルファイド
の場合が121℃、で処理した場合には、極めて低圧であ
っても高い強度のものが得られるので、強度が高く、し
かも、空隙率が高いものが得られるので好ましい。
【0016】熱プレスには、加熱ゾーンを有するカレン
ダーロールが好適に用いられる。プレスは線圧0.6〜5Kg
/cmで行うことが必要であり、線圧が0.6Kg/cm未満の場
合には十分な強度が得られず、5Kg/cmを超える場合には
空隙率が低くなる。該カレンダーロールに滞留する時間
は5〜10秒間程度で十分である。また、ドライヤー等に
よって、メルトブロー不織布を予め結晶化温度に加熱し
た直後に、ロール表面を結晶化温度に加熱したカレンダ
ーロールで該不織布をプレスする場合も、本発明に含ま
れる。この場合には、該不織布が結晶化温度に到達した
直後にプレスしないと、非結晶部分の結晶化が進んでし
まい接着剤としての効果が得られない。カレンダーロー
ルの表面材質はゴム‐ゴムの組合せが最も好ましいが、
スチール‐スチール、スチール‐ゴム、コットン‐スチ
ール、コットン‐コットンの組合せも可能である。
【0017】また、本発明で使用される合成樹脂、特に
ポリオレフィン系樹脂は、疎水性の大きいものであり、
繊維自体の保水性が小さいため、親水処理剤によって表
面処理を行うことによって、保水性を高め電解液の含有
量を増加させることができる。親水処理剤としては、ア
ニオン系、カチオン系、ノニオン系界面活性剤を使用す
ることができるが、特に耐アルカリ性の良好なノニオン
系界面活性剤が好適に用いられる。
【0018】以下、本発明を実施例によって更に説明す
る。尚、本明細書中に示されている物性値の測定法また
は定義は下記の通りである。
【0019】(最大孔径)バブルポイント法に基づくも
のであり、実際の測定はコールター エレクトロニクス
社(Coulter ElectronicsLimited)製の孔径分布測定
機、ポロメーター(POROMETER)で測定した。
【0020】(空隙率) ここで、ρは不織布の目付と厚みから算出される見掛密
度、ρ0は不織布を構成している合成繊維の密度であ
る。
【0021】(10%モジュラス)伸度が10%に達した時
点での引張強度をいう。
【0022】実施例においては、目付当りの10%モジュ
ラス、すなわち10%モジュラスの値(g/5cm巾)を目付
の値(g/m2)で除した値で強度を評価した。尚、目付当
りの10%モジュラスの単位はg/5cm巾で示してある。
【0023】
【実施例】メルトブロー法によって、平均繊維直径が約
3μm、目付が40〜80g/m2、厚さが360〜720μmで、空隙
率が約90%となるように製造された6−ナイロンからな
る複屈折率0.007のメルトブロー不織布を原反とした。
その原反を、70cm幅、表面材質フッ素ゴムの、加熱ゾー
ンを有するカレンダーロールに10秒間滞留させ、種々の
温度と線圧で処理して得られたものを実施例1〜4、比
較例1〜6とし、各々の目付当りの10%モジュラス及び
空隙率を測定し、表1に示した。
【0024】
【表1】
【0025】また、上記と同じ原反を用いて、2分間、1
80℃で熱セットした後、上記と同じカレンダーロール
で、温度120℃、線圧20kg/cmで処理したものを比較例7
とし、目付当りの10%モジュラスをそれぞれの目付に対
して表したものを、実施例1〜4のそれと共に表2に示
す。
【0026】
【表2】
【0027】表1から明らかなように、目付当りの10%
モジュラスについて80g/5cm巾以上を得るためには、80
℃以上の温度で、0.6Kg/cm以上の線圧で処理することが
必要であることが分かる。
【0028】比較例1及び比較例2のものは、目付当り
の10%モジュラスが80g/5cm巾以上、空隙率が55%以上
を満たしているものの、比較例1のものは不織布の表面
がフィルム化しており、比較例2のものは、表面の毛羽
立ち、いわゆる面荒れを起こしていた。
【0029】比較例7のものは、熱セットを施してから
熱プレスをしたものであり、熱プレス時には既に結晶化
が進んでおり、非結晶部分が接着剤として作用していな
いため、実施例3あるいは実施例4よりも高い温度と線
圧で処理しているにもかかわらず、目付当りの10%モジ
ュラスは80g/5cm巾を満足していない。また、本発明に
よる実施例1〜4では、不織布の目付が異なっても、目
付当りの10%モジュラスは一定の値を示しているのに対
して、比較例7のものは、目付の増大に伴って、目付当
りの10%モジュラスが低下していることが分かる。これ
は、不織布の厚み方向の接着性の不均一性を示してい
る。すなわち、不織布の表裏に近い部分のみが接着して
おり、中間部は未接着状態であることを示している。
【0030】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、不織布を
構成している繊維全体を溶融させて接着させるのではな
く、結晶化温度で熱処理することによってメルトブロー
不織布の非結晶部分のみを軟化せしめると同時に、圧力
によって接着せしめているので、溶融による不織布表面
のフィルム化を生じることなく、高強度のアルカリ蓄
池用セパレータを得ることができる。厚み方向に対し
て均一な接着が得られる。接着と同時に構成繊維の結
晶化も促進されるので、寸法安定性に優れたアルカリ蓄
電池用セパレータが得られる。低圧で処理するため、
空隙率のコントロールが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における結晶化温度の範囲を示差熱曲線
を用いて示した説明図である。
【図2】本発明における結晶化温度の範囲を他の示差熱
曲線を用いて示した説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−85527(JP,A) 特開 平1−157055(JP,A) 特開 昭61−39362(JP,A) 特開 昭50−58537(JP,A) 特開 昭63−310555(JP,A) 特開 昭63−114055(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐アルカリ性合成樹脂からなる目付が4
    0〜80g/m 2 メルトブロー不織布を、該不織布を
    構成している繊維の結晶化温度に加熱すると同時に、
    0.6〜5Kg/cmの線圧で熱プレスすることを特徴
    とするアルカリ蓄電池用セパレータの製造方法。
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JP4728497B2 (ja) * 2001-03-30 2011-07-20 日本バイリーン株式会社 電池用セパレータ及び電池
JP4686105B2 (ja) * 2002-07-12 2011-05-18 タピルス株式会社 耐熱性セパレータ及びその製造方法

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