JP4261821B2

JP4261821B2 - 密閉型鉛蓄電池用セパレータ

Info

Publication number: JP4261821B2
Application number: JP2002133339A
Authority: JP
Inventors: 真琴清水; 敬明松波; 秀夫遠藤
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-03-31
Filing date: 2002-03-31
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2022-03-31
Also published as: JP2003297329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型鉛蓄電池用セパレータの改良に関するもので、詳しくは、ガラス繊維と無機粉体を主体とし、これに有機繊維を使用することでセパレータの圧縮破断強度を向上させた密閉型鉛蓄電池用セパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、隔離板としての機能と電解液を保持する機能の両方が要求されるため、耐酸性、耐酸化性に優れた材料で構成され、かつ、電解液を保持する空隙率が大きいことが重視される。このため、平均繊維経０．６〜２μｍ程度の極細ガラス繊維を主体として構成された比較的厚いセパレータを用いることが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記密閉型鉛蓄電池の正極板は充放電を繰り返すことで膨張する。この正極板の膨張により正極板格子の底部がセパレータの折り曲げ部を圧迫するという現象が起こる。この場合、前記従来の極細ガラス繊維を主体としたセパレータでは正極板格子の圧迫に耐えきれず切断され、短絡が発生する。これではセパレータ本来の隔離板としての機能が損なわれてしまうという問題があった。
そこで本発明は、密閉型鉛蓄電池に使用されるセパレータであって電池寿命を向上するために圧迫による切断に強いセパレータを提供することを目的とする。また、熱硫酸中でも劣化しにくいモノフィラメント状合成繊維を使用することで温度が上昇状態の実電池内部においても圧縮破断強度が低下することを防ぎ、さらには、極板をセパレータで包装する密閉型鉛蓄電池用に使用可能とするため袋加工が可能なセパレータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、前記目的を達成すべく、請求項１に記載のとおり、有機繊維、ガラス繊維及び無機粉体を主構成とする密閉型鉛蓄電池用セパレータであって、前記有機繊維としてのモノフィラメント状合成繊維が１５〜３０質量％、前記有機繊維としてのＣ．Ｓ．Ｆ（カナディアン濾水度）が２００〜４００ｍｌのパルプ状有機繊維が１５〜２５質量％、前記有機繊維としての熱融着性の芯鞘型有機繊維が２〜１０質量％、比表面積が５０〜５００ｍ ^２／ｇで二次粒子径が５〜１２μｍの前記無機粉体が１０〜３５質量％、残部が前記ガラス繊維であり、前記セパレータの圧縮破断強度が８０Ｎ以上、かつ、引張強さが５Ｎ／１０ｍｍ ^２以上であることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、有機繊維、ガラス繊維及び無機粉体を主構成とし、セパレータの圧縮破断強度が８０Ｎ以上、かつ引張強さが５Ｎ／１０ｍｍ^２以上であることが条件である。セパレータの圧縮破断強度を８０Ｎ以上とすることにより、充放電時における正極板の膨張に起因するセパレータ折り曲げ部の切断を発生しにくくして、短絡を防止できるものである。特に、この圧縮破断強度が１００Ｎ以上であればセパレータの切断を防止する効果が高く好ましい。この圧縮破断強度が８０Ｎ未満ではセパレータ折り曲げ部の切断が発生しやすく短絡の原因となる。また、セパレータの引張強さを５Ｎ／１０ｍｍ^２以上とすることにより、電池組立時におけるセパレータの引張りによる破れを防止することができ、電池組立工程における不良発生率を低減することができる。特に、この引張強さが１０Ｎ／１０ｍｍ^２以上であれば引張りによる破れを防止する効果が高く好ましい。この引張強さが５Ｎ／１０ｍｍ^２未満ではセパレータの破れが発生しやすく電池組立工程における不良発生の原因となる。
本発明の請求項２記載の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、有機繊維、ガラス繊維及び無機粉体を主構成とし、前記有機繊維としてのモノフィラメント状合成繊維が１５〜３０質量％とパルプ状有機繊維が１５〜２５質量％と熱融着性の芯鞘型有機繊維が２〜１０質量％、前記無機粉体が１０〜３５質量％、残部がガラス繊維であることが条件である。尚、有機繊維として３種類の材料を別々に用いるようにしているのは、次のような理由による。圧縮破断強度向上のためには、モノフィラメント状合成繊維を多く配合することが必要であり、また、引張強さ向上のためには、逆に、モノフィラメント状合成繊維よりも、パルプ状有機繊維や熱融着性の芯鞘型有機繊維を多く配合することが必要となる。尚、ここで、引張強さを向上させる効果としてはパルプ状有機繊維よりも熱融着性の芯鞘型有機繊維の方が大きいことから、引張強さ向上のためには熱融着性の芯鞘型有機繊維のみを配合すればよいのであるが、熱融着性の芯鞘型有機繊維は繊維径が太い繊維であるので熱融着性の芯鞘型有機繊維を多く配合し過ぎると、セパレータの孔径が大きくなり過ぎ鉛粉浸透等による短絡が発生し易くなるといった問題がある。しかし、パルプ状有機繊維のような微細繊維を併用すれば、セパレータの孔構造を複雑化できるので鉛粉浸透等による短絡の発生を抑えることができるようになる。このように、有機繊維として、モノフィラメント状合成繊維、パルプ状有機繊維及び熱融着性の芯鞘型有機繊維の３種の材料を複合して用い、それぞれ上記したような特定の比率でセパレータに含有させるようにすることで、濡れ性の劣る有機繊維の構成比率をあまり高めることなく、セパレータの圧縮破断強度を８０Ｎ以上、かつ引張強さを５Ｎ／１０ｍｍ^２以上とすることが可能となる。尚、さらにセパレータに袋加工性（融着性）を持たせたい場合には、熱融着性の有機繊維を多く配合することが必要であり、この意味からは、モノフィラメント状合成繊維よりも、パルプ状有機繊維や熱融着性の芯鞘型有機繊維を多く配合することが必要となる。
尚、本発明において密閉型鉛蓄電池と称するものには、遊離電解液をほとんど持たない一般的な密閉型鉛蓄電池のほかに、遊離電解液を一部有する密閉型鉛蓄電池も含まれるものとする。
【０００６】
また、セパレータに配合する有機繊維の量を多くしていくと、保液性能や吸液性能（吸液量、吸液速度）が低下し、これに伴い電池容量の低下が問題となるが、無機粉体を１０〜３５質量％配合することにより、この保液性能や吸液性能の低下を補うことができる。尚、無機粉体の配合量を３５質量％超過にするとセパレータの平均孔径が小さくなりすぎ充放電に伴う電解液の移動を妨げる恐れがある。
【０００７】
前記ガラス繊維としては、耐酸性に優れたＣガラス組成で平均繊維径約０．５〜１０μｍのものが使用できる。
【０００８】
また、前記モノフィラメント状合成繊維としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等が挙げられるが、水中への分散性や濡れ性の点からポリエステルが好ましく、平均繊維径０．５〜２．５ｄｔｅｘ（デシテックス）、平均繊維長が３〜５ｍｍ程度のものが使用できる。
【０００９】
また、前記パルプ状有機繊維としては、叩解性アクリル繊維、天然繊維等が挙げられるが、耐酸性の点から叩解性アクリル繊維が好ましい。叩解性アクリル繊維の場合、Ｃ．Ｓ．Ｆ（カナディアン濾水度）が２００〜４００ｍｌ、平均繊維長が０．８〜３ｍｍのものの使用が好ましい。尚、Ｃ．Ｓ．Ｆ（カナディアン濾水度）とは、ＪＩＳＰ８１２１に規定のあるパルプの濾水度（カナダ標準形）測定法であり、叩解度の指標として用いた。
【００１０】
また、前記熱融着性の芯鞘型有機繊維としては、ポリプロピレン−ポリエチレン、ポリエステル−ポリエチレン、ポリエステル−変性ポリエステル等が挙げられるが、水中への分散性や濡れ性の点からポリエステル−変性ポリエステルを選択するのが好ましい。さらには工程での温度管理上、鞘部の融点を７０〜１８０℃とするものの使用が好ましい。
【００１１】
また、無機粉体としては、材質はシリカで比表面積５０〜５００ｍ^２／ｇ、二次粒子径５〜１２μｍ程度のものを使用することができる。
【００１２】
前記セパレータの製造については、上記の有機繊維、ガラス繊維及び無機粉体を主体として、その他に添加剤等を加えて混合・分散し、酸性もしくは中性条件で通常の抄紙法により混抄することで、厚さ０．５〜２ｍｍ、坪量７０〜４００ｇ／ｍ^２の密閉型鉛蓄電池用セパレータを得ることができる。
【００１３】
【実施例】
本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレータの実施例を比較例と共に説明する。
（実施例１）
平均繊維径０．８μｍのＣガラス組成の極細ガラス繊維４０質量％と、平均繊維径１．３ｄｔｅｘ、平均繊維長５ｍｍのモノフィラメント状ポリエステル合成繊維１５質量％と、Ｃ．Ｓ．Ｆが２８０ｍｌ、平均繊維長３ｍｍの叩解性アクリル繊維３０質量％と、平均繊維長５ｍｍ、芯成分がポリエステルで鞘成分が変性ポリエステルの芯鞘型有機繊維５質量％と、比表面積２００ｍ^２／ｇ、二次粒子径８μｍのシリカ粉体１５質量％とを混合・分散し中性抄造にて抄紙して、厚さ１．００ｍｍ、密度０．１９５ｇ／ｃｍ^３の密閉型鉛蓄電池用セパレータを得た。
【００１４】
（実施例２）
平均繊維径０．８μｍのＣガラス組成の極細ガラス繊維３５質量％と、平均繊維径１．３ｄｔｅｘ、平均繊維長５ｍｍのモノフィラメント状ポリエステル合成繊維２５質量％と、Ｃ．Ｓ．Ｆが２８０ｍｌ、平均繊維長３ｍｍの叩解性アクリル繊維２０質量％と、平均繊維長５ｍｍ、芯成分がポリエステルで鞘成分が変性ポリエステルの芯鞘型有機繊維５質量％と、比表面積２００ｍ^２／ｇ、二次粒子径８μｍのシリカ粉体１５質量％とを混合・分散し中性抄造にて抄紙して、厚さ１．０３ｍｍ、密度０．１９１ｇ／ｃｍ^３の密閉型鉛蓄電池用セパレータを得た。
【００１５】
（実施例３）
平均繊維径０．８μｍのＣガラス組成の極細ガラス繊維３５質量％と、平均繊維径１．３ｄｔｅｘ、平均繊維長５ｍｍのモノフィラメント状ポリエステル合成繊維３０質量％と、Ｃ．Ｓ．Ｆが２８０ｍｌ、平均繊維長３ｍｍの叩解性アクリル繊維１５質量％と、平均繊維長５ｍｍ、芯成分がポリエステルで鞘成分が変性ポリエステルの芯鞘型有機繊維５質量％と、比表面積２００ｍ^２／ｇ、二次粒子径８μｍのシリカ粉体１５質量％とを混合・分散し中性抄造にて抄紙して、厚さ１．０５ｍｍ、密度０．１９０ｇ／ｃｍ^３の密閉型鉛蓄電池用セパレータを得た。
【００１６】
（比較例１）
平均繊維径０．８μｍのＣガラス組成の極細ガラス繊維５０質量％と、平均繊維径１．３ｄｔｅｘ、平均繊維長５ｍｍのモノフィラメント状ポリエステル合成繊維１０質量％と、Ｃ．Ｓ．Ｆが２８０ｍｌ、平均繊維長３ｍｍの叩解性アクリル繊維２０質量％と、平均繊維長５ｍｍ、芯成分がポリエステルで鞘成分が変性ポリエステルの芯鞘型有機繊維５質量％と、比表面積２００ｍ^２／ｇ、二次粒子径８μｍのシリカ粉体１５質量％とを混合・分散し中性抄造にて抄紙して、厚さ１．０３ｍｍ、密度０．１９１ｇ／ｃｍ^３の密閉型鉛蓄電池用セパレータを得た。
【００１７】
（比較例２）
平均繊維径０．８μｍのＣガラス組成の極細ガラス繊維５５質量％と、平均繊維径１．３ｄｔｅｘ、平均繊維長５ｍｍのモノフィラメント状ポリエステル合成繊維２５質量％と、Ｃ．Ｓ．Ｆが２８０ｍｌ、平均繊維長３ｍｍの叩解性アクリル繊維５質量％と、比表面積２００ｍ^２／ｇ、二次粒子径８μｍのシリカ粉体１５質量％とを混合・分散し中性抄造にて抄紙して、厚さ１．０５ｍｍ、密度０．１８５ｇ／ｃｍ^３の密閉型鉛蓄電池用セパレータを得た。
【００１８】
次に、前記実施例１乃至３並びに比較例１及び２の各セパレータの特性試験を行い、その結果を表１に示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
前記表１の実施例１乃至３と比較例１の比較から明らかなように、モノフィラメント状合成繊維を１５〜３０質量％配合することで、有機繊維を多量に用いることなく、圧縮破断強度を８０Ｎ以上とすることができる。
また、実施例１乃至３と比較例２の比較から明らかなように、パルプ状有機繊維を１５〜２５質量％と芯鞘型有機繊維を２〜１０質量％配合することで、有機繊維を多量に用いることなく、引張強さを５Ｎ／１０ｍｍ^２以上とすることができる。また、熱融着性の有機繊維である、パルプ状有機繊維を１５〜２５質量％と芯鞘型有機繊維を２〜１０質量％配合することで、良好な袋加工性を持たせることができる。
【００２１】
尚、前記圧縮破破断強度については次のようにした。ステンレス板上に載せた試料（セパレータ）の上に、上方から、刃部を下向きにしてロードセルに固定したカッター刃（オルファ製型番ＬＢ−１０Ｋ、刃幅２０ｍｍ、刃厚さ０．５ｍｍ）を５ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させていき、カッター刃とステンレス板との接触抵抗が２００Ω以下となった時のロードセル荷重を測定し、圧縮破断強度とした。
また、引張強さについてはＳＢＡＳ０４０２に準じて測定を行った。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のセパレータは、圧縮破断強度が強く、かつ、引張強さに優れており、電池寿命を向上させることができ、また、熱融着性の有機繊維を多く含んでいるため袋加工が可能であり、極板をセパレータで包装する密閉型鉛蓄電池にも使用可能となる。

Claims

有機繊維、ガラス繊維及び無機粉体を主構成とする密閉型鉛蓄電池用セパレータであって、前記有機繊維としてのモノフィラメント状合成繊維が１５〜３０質量％、前記有機繊維としてのＣ．Ｓ．Ｆ（カナディアン濾水度）が２００〜４００ｍｌのパルプ状有機繊維が１５〜２５質量％、前記有機繊維としての熱融着性の芯鞘型有機繊維が２〜１０質量％、比表面積が５０〜５００ｍ ^２／ｇで二次粒子径が５〜１２μｍの前記無機粉体が１０〜３５質量％、残部が前記ガラス繊維であり、前記セパレータの圧縮破断強度が８０Ｎ以上、かつ、引張強さが５Ｎ／１０ｍｍ ^２以上であることを特徴とする密閉型鉛蓄電池用セパレータ。