JP3332147B2 - アルカリ電池用セパレータ - Google Patents
アルカリ電池用セパレータInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ二次電池用
セパレータに関するものである。
セパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、アルカリ電池の正極と負極の
短絡を防止すると共に、電解液を保持して、充放電反応
を円滑に進めるためにセパレータが使用されてきたが、
近年、電池のさらなる高容量化を目指してセパレータの
薄型化が図られている。
短絡を防止すると共に、電解液を保持して、充放電反応
を円滑に進めるためにセパレータが使用されてきたが、
近年、電池のさらなる高容量化を目指してセパレータの
薄型化が図られている。
【０００３】しかしながら、上記への対応のため単純に
繊維間空隙率を上げた不織布を用いると、電池組み立て
の際に加えられる圧力で繊維間空隙が消失してしまう問
題が生じていた。また、初期状態で空隙量が確保できて
も、圧縮されやすい組織体では長期間にわたる充放電サ
イクルにおいて、安定して電解液を保つことは困難とな
り、結果として電池の寿命が短くなるという問題が生じ
ていた。
繊維間空隙率を上げた不織布を用いると、電池組み立て
の際に加えられる圧力で繊維間空隙が消失してしまう問
題が生じていた。また、初期状態で空隙量が確保できて
も、圧縮されやすい組織体では長期間にわたる充放電サ
イクルにおいて、安定して電解液を保つことは困難とな
り、結果として電池の寿命が短くなるという問題が生じ
ていた。
【０００４】かかる問題点に対しては、下記の２つの解
決策が考えられる。１．セパレータの繊維組織構造の保
液性を向上させる。２．セパレータの繊維表面に親水性
の高い官能基を高密度で付与する。
決策が考えられる。１．セパレータの繊維組織構造の保
液性を向上させる。２．セパレータの繊維表面に親水性
の高い官能基を高密度で付与する。
【０００５】しかし、上記１に関しては、従来、実際に
電池等に組み込んだ実電池の状態において最適化されて
なく、また長期間にわたる充放電サイクルでの安定な保
液性についての考慮も十分になされていなかった。
電池等に組み込んだ実電池の状態において最適化されて
なく、また長期間にわたる充放電サイクルでの安定な保
液性についての考慮も十分になされていなかった。
【０００６】また、上記２に関しては、親水性の高いス
ルホン酸基を、ポリオレフィン系の組織体に付与する方
法が特開昭５８−１７５２５６等に記載されているが、
濃硫酸で１００〜１２０℃という高温での処理が必要で
あり、組織体の強度が極度に低下する問題を生じてい
た。
ルホン酸基を、ポリオレフィン系の組織体に付与する方
法が特開昭５８−１７５２５６等に記載されているが、
濃硫酸で１００〜１２０℃という高温での処理が必要で
あり、組織体の強度が極度に低下する問題を生じてい
た。
【０００７】さらに、別の解決手段として、特開平４−
１７４９６４にはポリオレフィン樹脂とポリスチレン樹
脂を樹脂レベルで混合した後に繊維にし、低温で濃硫酸
によりスルホン化する方法が示されているが、この方法
では繊維が混合樹脂からなり、ポリオレフィン単一成分
ではないため、組織体の強度が不十分となり、また、ス
ルホン化の効率が低くなる傾向にあった。
１７４９６４にはポリオレフィン樹脂とポリスチレン樹
脂を樹脂レベルで混合した後に繊維にし、低温で濃硫酸
によりスルホン化する方法が示されているが、この方法
では繊維が混合樹脂からなり、ポリオレフィン単一成分
ではないため、組織体の強度が不十分となり、また、ス
ルホン化の効率が低くなる傾向にあった。
【０００８】上記で説明した通り、組織体の強度が十分
で、且つ、高い電解液保持率を有するセパレータ厚みの
薄いアルカリ水溶液電池用セパレータは存在しないのが
現状である。
で、且つ、高い電解液保持率を有するセパレータ厚みの
薄いアルカリ水溶液電池用セパレータは存在しないのが
現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかような現状
に鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、ポリオレフィン基体の強度を生かせつつ、大量の親
水性基が付与された薄型のアルカリ電池用セパレータを
提供する点にある。
に鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、ポリオレフィン基体の強度を生かせつつ、大量の親
水性基が付与された薄型のアルカリ電池用セパレータを
提供する点にある。
【００１０】即ち、本発明者らは、実際に使用中の高荷
重下での実電池におけるセパレータの電解液保液量及び
セパレータの厚みに着目し、種々検討した結果、セパレ
ータの電解液密度及び厚みを下記式で示されるＨ［ｇ／
ｍ2 ］及びＰ［％］で表すことにより、使用中の実電池
の特性に極めて近い評価を行うことが可能であることを
見出し、さらにＨ値の範囲を特定することにより高い電
解液特性を付与し、Ｐ値の範囲を特定することによりセ
パレータの強度を十分とすることが可能となることを見
出した。
重下での実電池におけるセパレータの電解液保液量及び
セパレータの厚みに着目し、種々検討した結果、セパレ
ータの電解液密度及び厚みを下記式で示されるＨ［ｇ／
ｍ2 ］及びＰ［％］で表すことにより、使用中の実電池
の特性に極めて近い評価を行うことが可能であることを
見出し、さらにＨ値の範囲を特定することにより高い電
解液特性を付与し、Ｐ値の範囲を特定することによりセ
パレータの強度を十分とすることが可能となることを見
出した。
【００１１】 Ｈ＝（ρＬ／ρＦ）×（（ρＦ×Ｔｈ）−Ｗ） Ｐ＝（（Ｔｌ−Ｔｈ）／Ｔｌ）×１００ 但し、Ｔｈ：約３２００ｋＰａの荷重下での不織布の厚
み［μｍ］ Ｔｌ：約３２０ｋＰａの荷重下での不織布の厚み［μ
ｍ］ ρＦ：不織布を構成する繊維の密度［ｇ／ｃｃ］ ρＬ：セパレータに用いる電解液の密度［ｇ／ｃｃ］ Ｗ ：不織布の目付［ｇ／ｍ2 ］
み［μｍ］ Ｔｌ：約３２０ｋＰａの荷重下での不織布の厚み［μ
ｍ］ ρＦ：不織布を構成する繊維の密度［ｇ／ｃｃ］ ρＬ：セパレータに用いる電解液の密度［ｇ／ｃｃ］ Ｗ ：不織布の目付［ｇ／ｍ2 ］
【００１２】また、スルホン酸基量を規定することによ
り、セパレータ特性をさらに向上させることが可能であ
ることを見出した。
り、セパレータ特性をさらに向上させることが可能であ
ることを見出した。
【００１３】本発明者らは、かかる知見に基づいて、さ
らに重ねて検討した結果、本発明を完成するに至ったも
のである。
らに重ねて検討した結果、本発明を完成するに至ったも
のである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は以下に記
載するアルカリ電池用セパレータを提供するものであ
る。下記のＩ、II、III を同時に満たす不織布からなる
ことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。 Ｉ：スルホン酸基量を、水酸化カリウムにより中和され
るイオン交換量Ｉで示すとき、Ｉが０．０３〜０．５
［ｍｅｑ／ｇ］である。 II：下記式で表される不織布の電解液保持量Ｈが、４０
〜１５０［ｇ／ｍ2 ］である。 Ｈ＝（ρＬ／ρ
Ｆ） ×（（ρＦ×Ｔｈ）−Ｗ） III ：下記式で表される不織布の圧縮率Ｐが、１〜５０
［％］である。 Ｐ＝（（Ｔｌ−Ｔｈ）／Ｔｌ）×１００ 但し、Ｔｈ：３０００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み
［μｍ］ Ｔｌ：３００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み［μｍ］ ρＦ：不織布を構成する繊維の密度［ｇ／ｃｃ］ ρＬ：セパレータに用いる電解液の密度［ｇ／ｃｃ］ Ｗ ：不織布の目付［ｇ／ｍ2 ］
載するアルカリ電池用セパレータを提供するものであ
る。下記のＩ、II、III を同時に満たす不織布からなる
ことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。 Ｉ：スルホン酸基量を、水酸化カリウムにより中和され
るイオン交換量Ｉで示すとき、Ｉが０．０３〜０．５
［ｍｅｑ／ｇ］である。 II：下記式で表される不織布の電解液保持量Ｈが、４０
〜１５０［ｇ／ｍ2 ］である。 Ｈ＝（ρＬ／ρ
Ｆ） ×（（ρＦ×Ｔｈ）−Ｗ） III ：下記式で表される不織布の圧縮率Ｐが、１〜５０
［％］である。 Ｐ＝（（Ｔｌ−Ｔｈ）／Ｔｌ）×１００ 但し、Ｔｈ：３０００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み
［μｍ］ Ｔｌ：３００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み［μｍ］ ρＦ：不織布を構成する繊維の密度［ｇ／ｃｃ］ ρＬ：セパレータに用いる電解液の密度［ｇ／ｃｃ］ Ｗ ：不織布の目付［ｇ／ｍ2 ］
【００１５】本発明の好ましい実施態様は、前記Ｔｈ
（３０００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み）が５０〜
１５０［μｍ］である。
（３０００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み）が５０〜
１５０［μｍ］である。
【００１６】本発明の好ましい実施態様は、前記不織布
がポリオレフィン系繊維とポリスチレン系繊維の混繊に
より得られた不織布をスルホン化した不織布である。
がポリオレフィン系繊維とポリスチレン系繊維の混繊に
より得られた不織布をスルホン化した不織布である。
【００１７】本発明の好ましい実施態様は、前記ポリオ
レフィン系繊維が低融点成分と高融点成分からなる。
レフィン系繊維が低融点成分と高融点成分からなる。
【００１８】本発明の好ましい実施態様は、前記低融点
成分がポリエチレンであり、前記高融点成分がポリプロ
ピレンである。
成分がポリエチレンであり、前記高融点成分がポリプロ
ピレンである。
【００１９】本発明の好ましい実施態様は、前記不織布
が、３次元的に架橋されている。
が、３次元的に架橋されている。
【００２０】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布の下記式１で表される電解液保持量(Ｈ)
は、４０〜１５０［ｇ／ｍ2 ］の範囲を満たすことが必
要であり、好ましくは６０〜１３０［ｇ／ｍ2 ］の範囲
である。Ｈが４０［ｇ／ｍ2 ］以下の場合は、電解液が
充填可能な空隙が不足し、十分な電解液が保持できず、
逆にＨが１５０［ｇ／ｍ2 ］以上の場合はセパレータの
空隙量が上がり過ぎ、セパレータの強度が不足し、短絡
による充放電サイクル寿命の低下や、さらには電池組み
立て時に切断が多発する等の問題が生じる。
られる不織布の下記式１で表される電解液保持量(Ｈ)
は、４０〜１５０［ｇ／ｍ2 ］の範囲を満たすことが必
要であり、好ましくは６０〜１３０［ｇ／ｍ2 ］の範囲
である。Ｈが４０［ｇ／ｍ2 ］以下の場合は、電解液が
充填可能な空隙が不足し、十分な電解液が保持できず、
逆にＨが１５０［ｇ／ｍ2 ］以上の場合はセパレータの
空隙量が上がり過ぎ、セパレータの強度が不足し、短絡
による充放電サイクル寿命の低下や、さらには電池組み
立て時に切断が多発する等の問題が生じる。
【００２１】 Ｈ＝（ρＬ／ρＦ）×（（ρＦ×Ｔｈ）−Ｗ） （式１） 但し、Ｔｈ：３０００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み
［μｍ］ ρＦ：不織布を構成する繊維の密度［ｇ／ｃｃ］ ρＬ：セパレータに用いる電解液の密度［ｇ／ｃｃ］ Ｗ ：不織布の目付［ｇ／ｍ2 ］
［μｍ］ ρＦ：不織布を構成する繊維の密度［ｇ／ｃｃ］ ρＬ：セパレータに用いる電解液の密度［ｇ／ｃｃ］ Ｗ ：不織布の目付［ｇ／ｍ2 ］
【００２２】なお、上記のＨは、円筒巻き上げ型の実電
池におけるセパレータの繊維間の空隙量に電解液密度を
掛け合わせた値であり、電解液を最密充填した時の不織
布の単位面積あたりの電解液保持量に相当する値であ
る。
池におけるセパレータの繊維間の空隙量に電解液密度を
掛け合わせた値であり、電解液を最密充填した時の不織
布の単位面積あたりの電解液保持量に相当する値であ
る。
【００２３】ここで重要なことは、不織布の厚みは、実
電池に相当する高荷重の圧力下において、高い厚みを保
つことが、保液率の向上に対する重要な条件となること
である。このように、不織布の厚みは、ＪＩＳ−Ｃ２３
１３−１９９５にあるような、低荷重（１９．６ｋＰ
ａ）での測定値で規定しても、実際に使用中の実電池の
保液性に関しては何等意味を有するものではない。
電池に相当する高荷重の圧力下において、高い厚みを保
つことが、保液率の向上に対する重要な条件となること
である。このように、不織布の厚みは、ＪＩＳ−Ｃ２３
１３−１９９５にあるような、低荷重（１９．６ｋＰ
ａ）での測定値で規定しても、実際に使用中の実電池の
保液性に関しては何等意味を有するものではない。
【００２４】従って、本発明者らは、本発明を完成する
にあたり、不織布にプレス機で圧力をかけ保液量を測定
し、実電池での値と比較検討した。その結果、実電池に
おいて電解液を保持した状態で不織布にかかる圧力は、
千ｋＰａ〜数千ｋＰａの範囲にあることが判明した。
にあたり、不織布にプレス機で圧力をかけ保液量を測定
し、実電池での値と比較検討した。その結果、実電池に
おいて電解液を保持した状態で不織布にかかる圧力は、
千ｋＰａ〜数千ｋＰａの範囲にあることが判明した。
【００２５】本発明は、上記の考察及びかかる検討結果
に基づいてなされたもので、本発明においては、不織布
の厚みを３０００ｋＰａの高荷重下で測定することとし
て規定した。本発明者らは具体的には、測定力約１０
Ｎ，測定面が２ｍｍΦのマイクロメーター（Ｍｉｔｕｔ
ｏｙｏＳＰＭ２−２５型）を用いて測定した。
に基づいてなされたもので、本発明においては、不織布
の厚みを３０００ｋＰａの高荷重下で測定することとし
て規定した。本発明者らは具体的には、測定力約１０
Ｎ，測定面が２ｍｍΦのマイクロメーター（Ｍｉｔｕｔ
ｏｙｏＳＰＭ２−２５型）を用いて測定した。
【００２６】なお、上記の繊維密度（ρＦ［ｇ／ｃ
ｃ］）は、後述のスルホン化処理実施後の繊維に関し
て、メタノール溶剤を用いた比重瓶により測定した。
ｃ］）は、後述のスルホン化処理実施後の繊維に関し
て、メタノール溶剤を用いた比重瓶により測定した。
【００２７】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布の３０００ｋＰａの荷重下での厚み（Ｔ
ｈ）は、５０〜１５０μｍが好ましい。セパレータ厚み
が５０μｍより小さい場合には、引っ張り強度を保つ事
が困難であり、短絡が生じやすくなり、また電池組み立
て時にセパレータの切断が多発し、１５０μｍより高い
場合は、セパレータの薄型化という当初の目的を達成し
得ない。
られる不織布の３０００ｋＰａの荷重下での厚み（Ｔ
ｈ）は、５０〜１５０μｍが好ましい。セパレータ厚み
が５０μｍより小さい場合には、引っ張り強度を保つ事
が困難であり、短絡が生じやすくなり、また電池組み立
て時にセパレータの切断が多発し、１５０μｍより高い
場合は、セパレータの薄型化という当初の目的を達成し
得ない。
【００２８】一般的に、上記Ｈ値が最適値である組織体
を用いた場合にも、圧縮されやすい組織体を用いた場合
には、長期間にわたる充放電サイクルにおいて経時的に
安定して電解液を保持することは困難となる。
を用いた場合にも、圧縮されやすい組織体を用いた場合
には、長期間にわたる充放電サイクルにおいて経時的に
安定して電解液を保持することは困難となる。
【００２９】本発明者らは、かかる点に関して、圧縮性
の指標として、圧縮率，圧縮弾性率等について種々検討
した。その結果、圧縮率を規定することにより電解液の
保液性の安定化が可能となることを見出し、本発明にお
いて規定することとした。
の指標として、圧縮率，圧縮弾性率等について種々検討
した。その結果、圧縮率を規定することにより電解液の
保液性の安定化が可能となることを見出し、本発明にお
いて規定することとした。
【００３０】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布の下記式２で示される圧縮率Ｐは、１〜５
０％であることが必要であり、好ましくは５〜２５％で
ある。Ｐが５０％より大きい場合には、電解液を十分に
保持することができず。逆にＰが１％より小さい場合に
は、先に示したＨ値を満たす空隙量を保持することが困
難となる。
られる不織布の下記式２で示される圧縮率Ｐは、１〜５
０％であることが必要であり、好ましくは５〜２５％で
ある。Ｐが５０％より大きい場合には、電解液を十分に
保持することができず。逆にＰが１％より小さい場合に
は、先に示したＨ値を満たす空隙量を保持することが困
難となる。
【００３１】 Ｐ＝（（Ｔｌ−Ｔｈ）／Ｔｌ）×１００ （式２） 但し、Ｔｈ：３０００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み
［μｍ］ Ｔｌ：３００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み［μｍ］
［μｍ］ Ｔｌ：３００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み［μｍ］
【００３２】ここで、Ｔｌ［μｍ］は、上記の通り、３
００ｋＰａの荷重で測定することとして規定し、具体的
には、測定力約１０Ｎ，測定面が６ｍｍΦである、マイ
クロメーター（ＭｉｔｕｔｏｙｏＭ１１０２−２５型）
を用いて測定した。
００ｋＰａの荷重で測定することとして規定し、具体的
には、測定力約１０Ｎ，測定面が６ｍｍΦである、マイ
クロメーター（ＭｉｔｕｔｏｙｏＭ１１０２−２５型）
を用いて測定した。
【００３３】上記に述べたＨ値及びＰ値を満足する不織
布においても、電解液との親和性が不十分な場合には、
十分な保液性能を発現することができない。従って、セ
パレータの電解液との親和性を高める必要があるが、こ
のためにはスルホン酸基を導入することが最も適当であ
る。
布においても、電解液との親和性が不十分な場合には、
十分な保液性能を発現することができない。従って、セ
パレータの電解液との親和性を高める必要があるが、こ
のためにはスルホン酸基を導入することが最も適当であ
る。
【００３４】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布は、ポリスチレン系繊維を含むことが好ま
しい。不織布にスルホン酸基を導入する方法としては、
不織布を構成する繊維として、ポリスチレン系繊維を用
い、このポリスチレン系繊維をスルホン化する方法が最
も有効であるためである。
られる不織布は、ポリスチレン系繊維を含むことが好ま
しい。不織布にスルホン酸基を導入する方法としては、
不織布を構成する繊維として、ポリスチレン系繊維を用
い、このポリスチレン系繊維をスルホン化する方法が最
も有効であるためである。
【００３５】不織布にスルホン酸基を導入する具体的な
方法としては、例えば、ポリスチレン繊維を単独で紡糸
した後に、強度を保持するためのポリオレフィン系繊維
を混繊し、不織布を得る。ここで、不織布に３次元架橋
処理を実施することが望ましい。次に、濃硫酸を用いて
スルホン化を実施する方法等が挙げられる。この方法の
場合、ポリスチレン系繊維が容易にスルホン化されるの
で、濃硫酸による処理温度を１００℃以下とすることが
可能であり、その結果、ポリオレフィン系等の補強繊維
の強度低下を押さえつつ、高いイオン交換量が得ること
が可能となる。
方法としては、例えば、ポリスチレン繊維を単独で紡糸
した後に、強度を保持するためのポリオレフィン系繊維
を混繊し、不織布を得る。ここで、不織布に３次元架橋
処理を実施することが望ましい。次に、濃硫酸を用いて
スルホン化を実施する方法等が挙げられる。この方法の
場合、ポリスチレン系繊維が容易にスルホン化されるの
で、濃硫酸による処理温度を１００℃以下とすることが
可能であり、その結果、ポリオレフィン系等の補強繊維
の強度低下を押さえつつ、高いイオン交換量が得ること
が可能となる。
【００３６】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布を構成するポリスチレン系繊維の原料ポリ
マーとしては、より強度の大きいシンジオタクティック
ポリスチレンを使用することが好ましい。また、シンジ
オタクティックポリスチレンの平均分子量としては５万
〜５０万が好ましく、ＪＩＳ−Ｋ７２１０に基づくメル
トインデックス（ＭＩ）としては１０〜２００の範囲に
あることが好ましい。分子量が５万より小さいか、もし
くはＭＩが２００より大きい場合には、紡糸や延伸行程
に支障が生じ、分子量が５０万より大きいか、もしくは
ＭＩは１０より小さい場合には、繊維強度の低下が著し
い。
られる不織布を構成するポリスチレン系繊維の原料ポリ
マーとしては、より強度の大きいシンジオタクティック
ポリスチレンを使用することが好ましい。また、シンジ
オタクティックポリスチレンの平均分子量としては５万
〜５０万が好ましく、ＪＩＳ−Ｋ７２１０に基づくメル
トインデックス（ＭＩ）としては１０〜２００の範囲に
あることが好ましい。分子量が５万より小さいか、もし
くはＭＩが２００より大きい場合には、紡糸や延伸行程
に支障が生じ、分子量が５０万より大きいか、もしくは
ＭＩは１０より小さい場合には、繊維強度の低下が著し
い。
【００３７】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布のスルホン酸基量は、水酸化カリウムによ
る中和によるイオン交換量（Ｉ）で示した場合、Ｉは、
０．０３〜０．５［ｍｅｑ／ｇ］の範囲にあることが必
要であり、０．０５〜０．３［ｍｅｑ／ｇ］の範囲にあ
ることが好ましい。Ｉが０．０３［ｍｅｑ／ｇ］以下で
ある場合は、保液量の減少を招き、Ｉが０．５［ｍｅｑ
／ｇ］より高い場合は、スルホン化処理によるポリスチ
レン繊維の強度低下の割合が高くなる。
られる不織布のスルホン酸基量は、水酸化カリウムによ
る中和によるイオン交換量（Ｉ）で示した場合、Ｉは、
０．０３〜０．５［ｍｅｑ／ｇ］の範囲にあることが必
要であり、０．０５〜０．３［ｍｅｑ／ｇ］の範囲にあ
ることが好ましい。Ｉが０．０３［ｍｅｑ／ｇ］以下で
ある場合は、保液量の減少を招き、Ｉが０．５［ｍｅｑ
／ｇ］より高い場合は、スルホン化処理によるポリスチ
レン繊維の強度低下の割合が高くなる。
【００３８】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布は、上記で説明した通り、ポリオレフィン
系繊維とポリスチレン系繊維の混繊により得られた不織
布をスルホン化した不織布であることが好ましい。な
お、不織布の作成方法は、公知の乾式法、湿式法のいづ
れの方法でもよく、特に限定されるものではない
られる不織布は、上記で説明した通り、ポリオレフィン
系繊維とポリスチレン系繊維の混繊により得られた不織
布をスルホン化した不織布であることが好ましい。な
お、不織布の作成方法は、公知の乾式法、湿式法のいづ
れの方法でもよく、特に限定されるものではない
【００３９】また、本発明のアルカリ電池用セパレータ
に用いられる不織布は、３次元的に架橋された構造を持
つ不織布であることが好ましい。適度な強度と間隙を有
することが可能であるからである。
に用いられる不織布は、３次元的に架橋された構造を持
つ不織布であることが好ましい。適度な強度と間隙を有
することが可能であるからである。
【００４０】不織布を架橋する方法は、特に限定される
ものではなく、例えば不織布を構成する繊維を溶融押し
出した後に固化前に繊維同士を融着させる方法（メルト
ブロー法，フラッシュ紡糸法）や、高融点成分と低融点
成分を持つ材料を混合しておき、固化後に低融点成分の
みを融解し点接着する方法などが挙げられるが、本発明
においては、接着部分のより少ない後者の方法が好まし
い。より大きな間隙を有するセパレータが得られるから
である。
ものではなく、例えば不織布を構成する繊維を溶融押し
出した後に固化前に繊維同士を融着させる方法（メルト
ブロー法，フラッシュ紡糸法）や、高融点成分と低融点
成分を持つ材料を混合しておき、固化後に低融点成分の
みを融解し点接着する方法などが挙げられるが、本発明
においては、接着部分のより少ない後者の方法が好まし
い。より大きな間隙を有するセパレータが得られるから
である。
【００４１】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる不織布を構成するポリオレフィン系繊維は、上記
の通り、高融点成分と低融点成分からなることが好まし
い。かかるポリオレフィン系繊維の形状は、何等限定さ
れるものではないが、例えばサイドバイサイドあるいは
芯鞘型の複合繊維等が挙げられる。
られる不織布を構成するポリオレフィン系繊維は、上記
の通り、高融点成分と低融点成分からなることが好まし
い。かかるポリオレフィン系繊維の形状は、何等限定さ
れるものではないが、例えばサイドバイサイドあるいは
芯鞘型の複合繊維等が挙げられる。
【００４２】また、上記の高融点成分と低融点成分のポ
リオレフィン素材としては、例えば耐アルカリ性の観点
からポリプロピレン／ポリエチレンの組み合わせが好ま
しい。
リオレフィン素材としては、例えば耐アルカリ性の観点
からポリプロピレン／ポリエチレンの組み合わせが好ま
しい。
【００４３】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる上記複合繊維の繊度としては、０．３デニール〜
３０デニールが好ましく、０．５デニール〜１０デニー
ルがより好ましい。繊度が０．３デニールより小さい場
合には、セパレータの強度低下や圧縮率の上昇を招き、
繊度が３０デニールより大きい場合には、セパレータの
厚み上昇を招く。
られる上記複合繊維の繊度としては、０．３デニール〜
３０デニールが好ましく、０．５デニール〜１０デニー
ルがより好ましい。繊度が０．３デニールより小さい場
合には、セパレータの強度低下や圧縮率の上昇を招き、
繊度が３０デニールより大きい場合には、セパレータの
厚み上昇を招く。
【００４４】本発明のアルカリ電池用セパレータに用い
られる上記複合繊維の高融点成分と低融点成分の重量比
は、９０：１０〜５０：５０が好ましい。低融点成分が
１０重量％より小さい場合には、３次元架橋性が低下
し、圧縮率の上昇や強度の低下を招き、低融点成分が５
０重量％より大きい場合には、強度の低下を招く。
られる上記複合繊維の高融点成分と低融点成分の重量比
は、９０：１０〜５０：５０が好ましい。低融点成分が
１０重量％より小さい場合には、３次元架橋性が低下
し、圧縮率の上昇や強度の低下を招き、低融点成分が５
０重量％より大きい場合には、強度の低下を招く。
【００４５】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、本発明は以下の説明に何等限定されるものではな
い。
るが、本発明は以下の説明に何等限定されるものではな
い。
【００４６】［実施例１］スチレンポリマーの単独紡糸
により、繊度１デニール，平均繊維長５ｍｍのポリスチ
レン繊維を得た。原料ポリマーは、シンジオタクティク
ポリスチレン、平均分子量２０万、ＭＩ＝１４の物を使
用した。（以下ポリスチレン繊維には、すべて本ポリマ
ーを使用した。）さらに、芯がＰＰ（ポリプロピレ
ン），鞘がＰＥ（ポリエチレン）である芯鞘型の複合繊
維（繊度０．９２デニール，ＰＰ：ＰＥ＝６０：４０，
繊維長５ｍｍ）を混合したものを湿式抄紙による手法で
不織布化した。前者のポリスチレン繊維と、後者のポリ
オレフィン繊維の割合は重量比で１：１の割合で混合し
た。不織布は、１３０℃−１分間処理し、ポリエチレン
成分のみを融解することで３次元的に固定化した。
により、繊度１デニール，平均繊維長５ｍｍのポリスチ
レン繊維を得た。原料ポリマーは、シンジオタクティク
ポリスチレン、平均分子量２０万、ＭＩ＝１４の物を使
用した。（以下ポリスチレン繊維には、すべて本ポリマ
ーを使用した。）さらに、芯がＰＰ（ポリプロピレ
ン），鞘がＰＥ（ポリエチレン）である芯鞘型の複合繊
維（繊度０．９２デニール，ＰＰ：ＰＥ＝６０：４０，
繊維長５ｍｍ）を混合したものを湿式抄紙による手法で
不織布化した。前者のポリスチレン繊維と、後者のポリ
オレフィン繊維の割合は重量比で１：１の割合で混合し
た。不織布は、１３０℃−１分間処理し、ポリエチレン
成分のみを融解することで３次元的に固定化した。
【００４７】ついで、この不織布を濃硫酸９８％にて、
７５℃でスルホン化処理を実施し、目付３７．３ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は０．１０ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータの
特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電解
液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
７５℃でスルホン化処理を実施し、目付３７．３ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は０．１０ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータの
特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電解
液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
【００４８】さらに、このセパレータを使用し、容量２
５００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池を作成し、０．２Ｃにて
充放電を繰り返し、放電容量維持率を測定し、良好な性
能を示した。放電容量は、水素吸蔵合金の活性化のため
の１〜２回の予備的充放電を終えた後の、初期サイクル
での放電容量を１００％とし、充放電サイクルを繰り返
した時の放電容量の維持率を測定した。結果、長期のサ
イクル数まで良好な放電容量を維持した。結果を図１に
示す。
５００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池を作成し、０．２Ｃにて
充放電を繰り返し、放電容量維持率を測定し、良好な性
能を示した。放電容量は、水素吸蔵合金の活性化のため
の１〜２回の予備的充放電を終えた後の、初期サイクル
での放電容量を１００％とし、充放電サイクルを繰り返
した時の放電容量の維持率を測定した。結果、長期のサ
イクル数まで良好な放電容量を維持した。結果を図１に
示す。
【００４９】［実施例２］スチレンポリマーの単独紡糸
により、繊度１デニール，平均繊維長６ｃｍのポリスチ
レン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥである芯
鞘型の複合繊維（繊度１．２デニール，ＰＰ：ＰＥ＝７
０：３０，繊維長４ｃｍ）を混合したものをカードを用
いた乾式法で不織布化した。前者のポリスチレン繊維
と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量比で１：１
の割合で混合した。
により、繊度１デニール，平均繊維長６ｃｍのポリスチ
レン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥである芯
鞘型の複合繊維（繊度１．２デニール，ＰＰ：ＰＥ＝７
０：３０，繊維長４ｃｍ）を混合したものをカードを用
いた乾式法で不織布化した。前者のポリスチレン繊維
と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量比で１：１
の割合で混合した。
【００５０】ついで、この不織布を濃硫酸９８％にて、
７０℃でスルホン化処理を実施し、目付４８．８ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．０５ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
７０℃でスルホン化処理を実施し、目付４８．８ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．０５ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
【００５１】さらに、このセパレータを使用し、実施例
１と同様の放電容量維持率を測定し、良好な性能を示し
た。結果を図１に示す。
１と同様の放電容量維持率を測定し、良好な性能を示し
た。結果を図１に示す。
【００５２】［実施例３］スチレンポリマーの単独紡糸
により、繊度０．７デニール，平均繊維長５ｍｍのポリ
スチレン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥであ
る芯鞘型の複合繊維（繊度０．９デニール，ＰＰ：ＰＥ
＝７０：３０，繊維長５ｍｍ）を混合したものを実施例
１と同様の方法で不織布化した。前者のポリスチレン繊
維と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量比で３：
２の割合で混合した。
により、繊度０．７デニール，平均繊維長５ｍｍのポリ
スチレン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥであ
る芯鞘型の複合繊維（繊度０．９デニール，ＰＰ：ＰＥ
＝７０：３０，繊維長５ｍｍ）を混合したものを実施例
１と同様の方法で不織布化した。前者のポリスチレン繊
維と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量比で３：
２の割合で混合した。
【００５３】ついで、この不織布を濃硫酸９８％にて、
８０℃でスルホン化処理を実施し、目付５９．９ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．２８ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
８０℃でスルホン化処理を実施し、目付５９．９ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．２８ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
【００５４】さらに、このセパレータを使用し、実施例
１と同様の放電容量維持率を測定し、良好な性能を示し
た。結果を図１に示す。
１と同様の放電容量維持率を測定し、良好な性能を示し
た。結果を図１に示す。
【００５５】［比較例１］スチレンポリマーの単独紡糸
により、繊度１デニール，平均繊維長５ｍｍのポリスチ
レン繊維を得た。さらに、ＰＰとＰＥがサイドバイサイ
ド型に配置された複合繊維（繊度０．２デニール，Ｐ
Ｐ：ＰＥ＝９０：１０，繊維長５ｍｍ）を混合したもの
を実施例１と同様の方法で不織布化した。前者のポリス
チレン繊維と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量
比で１：１の割合で混合した。不織布は、１３０℃−１
分間処理し、ポリエチレン成分のみを融解することで３
次元的に固定化した。
により、繊度１デニール，平均繊維長５ｍｍのポリスチ
レン繊維を得た。さらに、ＰＰとＰＥがサイドバイサイ
ド型に配置された複合繊維（繊度０．２デニール，Ｐ
Ｐ：ＰＥ＝９０：１０，繊維長５ｍｍ）を混合したもの
を実施例１と同様の方法で不織布化した。前者のポリス
チレン繊維と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量
比で１：１の割合で混合した。不織布は、１３０℃−１
分間処理し、ポリエチレン成分のみを融解することで３
次元的に固定化した。
【００５６】ついで、この不織布を濃硫酸９８％にて、
８０℃でスルホン化処理を実施し、目付５０．９ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．２０ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
８０℃でスルホン化処理を実施し、目付５０．９ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．２０ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
【００５７】さらに、このセパレータを使用し、実施例
１と同様の放電容量維持率を測定したが、望ましい特性
は得られなかった。結果を図１に示す。
１と同様の放電容量維持率を測定したが、望ましい特性
は得られなかった。結果を図１に示す。
【００５８】［比較例２］スチレンポリマーの単独紡糸
により、繊度１．２デニール，平均繊維長５ｃｍのポリ
スチレン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥであ
る芯鞘型の複合繊維（繊度０．７デニール，ＰＰ：ＰＥ
＝２０：８０，繊維長５ｃｍ）を混合したものを乾式法
で不織布化した。前者のポリスチレン繊維と、後者のポ
リオレフィン繊維の割合は重量比で１：１の割合で混合
した。不織布は、１３０℃−１分間処理し、ポリエチレ
ン成分のみを融解することで３次元的に固定化した。
により、繊度１．２デニール，平均繊維長５ｃｍのポリ
スチレン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥであ
る芯鞘型の複合繊維（繊度０．７デニール，ＰＰ：ＰＥ
＝２０：８０，繊維長５ｃｍ）を混合したものを乾式法
で不織布化した。前者のポリスチレン繊維と、後者のポ
リオレフィン繊維の割合は重量比で１：１の割合で混合
した。不織布は、１３０℃−１分間処理し、ポリエチレ
ン成分のみを融解することで３次元的に固定化した。
【００５９】ついで、この不織布を濃硫酸９８％にて、
７０℃でスルホン化処理を実施し、目付２１．８ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．０３ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
７０℃でスルホン化処理を実施し、目付２１．８ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．０３ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
【００６０】さらに、このセパレータを使用し、実施例
１と同様の放電容量維持率を測定したが、望ましい特性
は得られなかった。結果を図１に示す。
１と同様の放電容量維持率を測定したが、望ましい特性
は得られなかった。結果を図１に示す。
【００６１】［比較例３］スチレンポリマーの単独紡糸
により、繊度０．７デニール，平均繊維長５ｍｍのポリ
スチレン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥであ
る芯鞘型の複合繊維（繊度２５デニール，ＰＰ：ＰＥ＝
９６：４，繊維長４ｍｍ）を混合したものを実施例１と
同様の方法で不織布化した。前者のポリスチレン繊維
と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量比で２：３
の割合で混合した。
により、繊度０．７デニール，平均繊維長５ｍｍのポリ
スチレン繊維を得た。さらに、芯がＰＰ，鞘がＰＥであ
る芯鞘型の複合繊維（繊度２５デニール，ＰＰ：ＰＥ＝
９６：４，繊維長４ｍｍ）を混合したものを実施例１と
同様の方法で不織布化した。前者のポリスチレン繊維
と、後者のポリオレフィン繊維の割合は重量比で２：３
の割合で混合した。
【００６２】ついで、この不織布を濃硫酸９８％にて、
７５℃でスルホン化処理を実施し、目付４０．３ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．１２ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
７５℃でスルホン化処理を実施し、目付４０．３ｇ／ｍ
2 のセパータを得た。水酸化カリウムによる、イオン交
換量の測定により、スルホン酸基によるイオン交換量Ｉ
は、０．１２ｍｅｑ／ｇとなった。得られたセパレータ
の特性を、表１に示す。電解液は、水酸化カリウム（電
解液密度ρＬ＝１．３ｇ／ｃｃ）を用いた。
【００６３】さらに、このセパレータを使用し、実施例
１と同様の電池を作成しようとしたが、強度不足のため
組み込むことができなかった。
１と同様の電池を作成しようとしたが、強度不足のため
組み込むことができなかった。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【発明の効果】以上のように本発明は、電池の高容量化
を目的としたセパレーターの厚み低減において、従来避
けがたかったサイクル寿命の低下を防止しする事が可能
となった。
を目的としたセパレーターの厚み低減において、従来避
けがたかったサイクル寿命の低下を防止しする事が可能
となった。
【図１】 本発明の実施例と比較例の、充放電サイクル
数に対する、放電維持率の変化を示す図である。
数に対する、放電維持率の変化を示す図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−199159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−105962（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−174964（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−325932（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−57715（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/16 H01M 10/24
Claims (6)
- 【請求項１】 下記のＩ、II、III を同時に満たす不織
布からなることを特徴とするアルカリ電池用セパレー
タ。 Ｉ：スルホン酸基量を、水酸化カリウムにより中和され
るイオン交換量（Ｉ）で示すとき、Ｉが０．０３〜０．
５［ｍｅｑ／ｇ］である。 II：下記式で表される不織布の電解液保持量（Ｈ）が、
４０〜１５０［ｇ／ｍ2］である。 Ｈ＝（ρＬ／ρＦ）×（（ρＦ×Ｔｈ）−Ｗ） III ：下記式で表される不織布の圧縮率（Ｐ）が、１〜
５０［％］である。 Ｐ＝（（Ｔｌ−Ｔｈ）／Ｔｌ）×１００ 但し、Ｔｈ：３０００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み
［μｍ］ Ｔｌ：３００ｋＰａの荷重下での不織布の厚み［μｍ］ ρＦ：不織布を構成する繊維の密度［ｇ／ｃｃ］ ρＬ：セパレータに用いる電解液の密度［ｇ／ｃｃ］ Ｗ ：不織布の目付［ｇ／ｍ2 ］ - 【請求項２】 前記Ｔｈ（３０００ｋＰａの荷重下での
不織布の厚み）が、５０〜１５０［μｍ］であることを
特徴とする請求項１に記載のアルカリ電池用セパレー
タ。 - 【請求項３】 前記不織布が、ポリオレフィン系繊維と
ポリスチレン系繊維の混繊により得られた不織布をスル
ホン化した不織布であることを特徴とする請求項１又は
２に記載のアルカリ電池用セパレータ。 - 【請求項４】 前記ポリオレフィン系繊維が、低融点成
分と高融点成分からなることを特徴とする請求項３に記
載のアルカリ電池用セパレーター。 - 【請求項５】 前記低融点成分がポリエチレンであり、
且つ、前記高融点成分がポリプロピレンであることを特
徴とする請求項４に記載のアルカリ電池用セパレータ
ー。 - 【請求項６】 前記不織布が、３次元的に架橋されてい
ることを特徴とする請求項１乃至５に記載のアルカリ電
池用セパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24083797A JP3332147B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | アルカリ電池用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24083797A JP3332147B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | アルカリ電池用セパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1186826A JPH1186826A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3332147B2 true JP3332147B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=17065447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24083797A Ceased JP3332147B2 (ja) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | アルカリ電池用セパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3332147B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3504207B2 (ja) * | 2000-03-16 | 2004-03-08 | Ｆｄｋ株式会社 | アルカリ電池 |
| JP4740034B2 (ja) * | 2006-05-23 | 2011-08-03 | 株式会社巴川製紙所 | 電気化学素子用セパレータ |
| JP2008028095A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Tomoegawa Paper Co Ltd | 電気化学素子用セパレータおよびその製造方法 |
| JP4740062B2 (ja) * | 2006-08-03 | 2011-08-03 | 株式会社巴川製紙所 | 電気化学素子用セパレータおよびその製造装置と製造方法 |
-
1997
- 1997-09-05 JP JP24083797A patent/JP3332147B2/ja not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1186826A (ja) | 1999-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RVOP | Cancellation by post-grant opposition |