JP4524526B2

JP4524526B2 - 機能膜

Info

Publication number: JP4524526B2
Application number: JP2000389920A
Authority: JP
Inventors: 賢一安喰; 耕一大野; 実彦林; 耕一横瀬
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002190431A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能膜に係り、特に、電池、燃料電池、コンデンサーまたは電気二重層等における電気素子用封口板等に用いられるのに適した機能膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池、例えばＬｉ電池型の二次電池の封口板に用いられる機能膜には、電池の充放電の過程で電池内部に発生するＨ_２ガス、ＣＯ_２ガス等を電池外部へ放出するとともに、電池内部の電解液はこれを電池外部へ漏らさないという機能が要求される。
【０００３】
この点、この種の機能膜として従来用いられているＰＴＦＥ膜には、急激な圧力変化に対応する十分な強度が得られないために破損が発生し、また、経時変化による膜の変形（延性）により薄肉（強度低下）となり、かつ空隙が大きくなることによって、液体も透過させてしまい、致命的欠点となったり、効率低下や寿命低下の問題を生じている。
【０００４】
尚、膜単体の強度を向上させるにはその肉厚を増大させれば良いが、実際には肉厚の大きさに制約があり、また肉厚を増大させると気体が透過する時間が長くなることから、有効な解決策とはなり得ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、機能膜の強度および寿命を増大させることが可能であり、しかも気体透過および液体不透過の作用に関してその品質を向上させることが可能な機能膜を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による機能膜は、金属製繊維を焼結および圧縮して連続多孔質膜を形成し、これに撥水性材料をコーティングしたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２による機能膜は、金属製繊維にメッキを施したものを焼結および圧縮して連続多孔質膜を形成し、これに撥水性材料をコーティングしたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の請求項３による機能膜は、金属製繊維を焼結および圧縮して連続多孔質膜を形成し、これにメッキを施し、さらに撥水性材料をコーティングしたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項４による機能膜は、金属製繊維を焼結および圧縮して形成された連続多孔質膜であって、前記金属製繊維の表面に撥水性材料がコーティングされていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項５による機能膜は、金属製繊維を焼結および圧縮して形成された連続多孔質膜であって、前記金属製繊維の表面にメッキが施され、かつ撥水性材料がコーティングされていることを特徴とするものである。
【００１１】
更にまた、本発明の請求項６による機能膜は、上記した請求項１ないし５の何れかに記載した機能膜において、金属製繊維の圧縮率、撥水性材料のコーティング量またはメッキ材のメッキ厚みを加減することにより、連続多孔質膜の多孔度を調整可能であることを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成を備えた本発明の各請求項による機能膜においては、その材質が従来のように樹脂製のＰＴＦＥ膜ではなく、金属製繊維を焼結および圧縮して形成された連続多孔質膜とされているために、この金属製繊維を基材とする連続多孔質膜の材質的な特性によって機能膜の強度および寿命を増大させることが可能となる。また、撥水性材料をコーティングすることにより気体透過および液体不透過性を確保することが可能となり、必要に応じてメッキを施すことによりコーティング材料の付着性を良好なものとすることが可能となる。
【００１３】
また、請求項６に記載したように、金属製繊維の圧縮率、撥水性材料のコーティング量またはメッキ材のメッキ厚みを加減することにより連続多孔質膜の多孔度を調整可能であることから、気体透過および液体不透過に関する作用を機能膜の用途や使用条件等に応じて適切に設定することが可能となる。
【００１４】
また、本件提案には、以下の技術的事項が含まれる。
【００１５】
▲１▼ すなわち、本件出願が提案する一の機能膜は、ガス発生のある密封形電池に使用され、電解液の漏れを防止しかつ、発生する気体を透過させる機能を有することを特徴とする機能膜であり、また、極細の金属製繊維を焼結して、平板状に形成された連続多孔質膜であって、必要に応じてメッキを施し、テフロンコーティングを施し、撥水機能を有することを特徴とする機能膜である。また、その製法としては、圧縮後でのコーティングまたは金属繊維状態でのコーティングを施す製法等とするが、圧縮率、コーティング量またはメッキ厚み等によって空隙の大きさをコントロールすることができることを特徴とする機能膜である。
【００１６】
▲２▼ 機能膜の構造を、ステンレス（ＳＵＳ）材の連続多孔質＋撥水機能を有する構造とすることによって、機能膜の強度および寿命を向上させることが可能である。但し、材質がＳＵＳ材以外の場合には、金属繊維の段階または圧縮後の段階でメッキ処理を施してからテフロンコーティングを施すことにしても良い。
【００１７】
▲３▼ 上記のような金属性機能膜を用いることによって、経時変化による変形がなく、よって空隙の変化がないために、耐久面においても初期と同等な安定したガス透過量を維持することが可能となる。
【００１８】
▲４▼ また、当該機能膜は、圧縮率、コーティング量またはメッキ厚みによって空隙の大きさをコントロールすることが可能なため、機能膜の厚みをアップしても空隙をコントロール（液体を透過させない大きさの範囲内）することにより、透過量の調整が可能である。
【００１９】
▲５▼ また、繊維にＰＴＦＥ等の軟質材をコーティングすることによって、繊維径よりも小さな空隙を成立させることが可能（０．５μｍ以下）であるため、気体を選択して透過させる機能を付加することが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施例に係る機能膜を備えた封口板の平面を示しており、そのＡ−Ａ線断面図が図２に示されるとともに、Ｂ−Ｂ線拡大半裁断面が図３に示されている。
【００２２】
当該封口板１は、アルミ電解コンデンサーまたは電気二重層コンデンサー等の圧力容器（図示せず）の開口部を閉塞するものであって、以下のように構成されている。
【００２３】
すなわち先ず、上記圧力容器の開口部を閉塞する蓋状ないし平板状を呈する樹脂材製の封口板本体２が設けられており、この封口板本体２が、フェノール樹脂またはＰＰＳ等の所定の高分子材料よりなる樹脂材料によって円板状の成形品として成形されている。
【００２４】
この封口板本体２の平面を時計の文字盤に見立てた場合、その三時位置および九時位置に一対の金属端子３，３が設けられており、十二時位置に当該機能膜５を備えたブリーザー部４が設けられている。
【００２５】
図３の断面図に拡大して示すように、ブリーザー部４は、以下のように構成されている。
【００２６】
すなわち先ず、封口板本体２の所定箇所（上記十二時位置）に、その厚さ方向に貫通する孔状の通気流路６が設けられており、この通気流路６の内側に機能膜取付空間７が設けられており、この取付空間７に平板状の機能膜５が環状のシール部材８とともに挿入されて環状の保持部材９によって保持されている。
【００２７】
機能膜５は、ステンレス製の金属繊維を焼結および圧縮して形成された連続多孔質膜であって、図４（Ａ）に示すように、ステンレス製の金属繊維１０の表面に撥水性材料１１としてテフロンコーティングを施したものであり、または同図（Ｂ）に示すように、ステンレス製の金属繊維１０の表面にメッキ１２を施すとともに撥水性材料１１としてテフロンコーティングを施したものであり、何れにしても、その特性として気体透過性および液体不透過性を有している。また、この機能膜５は、圧力容器の内圧が大気圧よりも高くなったときにこの圧力を外部開放するとともに、圧力容器の内圧が大気圧よりも低くなったときに大気を吸入して圧力容器内を大気圧に保持するように多孔質体によって膜状ないし平面状に成形されている。
【００２８】
シール部材８は、シリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴムなどの飽和型のゴム状弾性材をもって環状に成形されており、機能膜５の外周を伝って液体が漏洩するのを防止するために設けられている。
【００２９】
また、保持部材９は、ＰＰＳ、ＰＰＯなどの所定の高分子材料よりなる樹脂材料またはゴム材料もしくは金属材料等をもって環状に成形されており、取付空間７にその内側から所定の圧入しろをもって圧入固定されている。その機能は、上記したようにシール部材８および機能膜５を取付空間７内に保持するとともに、シール部材８を適度に圧縮して所定のシール面圧を発生させることにある。この保持部材９の封口板本体２に対する固定方法は、上記した圧入の他に、溶着また接着等であっても良い。
【００３０】
以上の構成を備えたブリーザー部４は、その構成部品である機能膜５が気体透過性および液体不透過性を有し、更にフィルター機能を有しているために、圧力容器内に発生する電解液の反応ガス、特にＨ_２ガスやＣＯ_２ガス等がこの機能膜５を透過することが可能とされている。したがって、圧力容器の内圧がこの反応ガスの発生によって上昇するのを防止するとともに内部液体の漏洩を防止し、外部液体の浸入を防止し、更に外部塵埃類等の異物の侵入を防止することができるものである。
【００３１】
機能膜については、更に以下の説明を加えることが可能である。
【００３２】
（１）製法
この機能膜は、例えば以下のようにして製作されるものである。
【００３３】
すなわち先ず、極細のステンレス繊維を焼結して形成された空隙率の大きいフィルターの繊維表面に、必要に応じて透過性を調整するためにメッキを施す。更にテフロンのように撥水性があって軟質の材料を薄くコーティングを行なう。細孔径を調節するために、必要に応じて上記テフロンコーティングされたフィルターを加圧圧縮することにより極めて小さい細孔（０．５μｍ以下）を有する撥水性のフィルターを製作する。ここでいうフィルターは、すなわち上記機能膜である。
【００３４】
（２）特徴
このようにして製作されたフィルターは、従来技術によって製作されたフィルターにはない、以下のような優れた特徴を有するものである。
【００３５】
▲１▼ ステンレス繊維の素材そのものによって製作されるフィルターよりも、より細孔の小さいフィルターを実現することができる。図５は、ステンレス繊維フィルターを最大限圧縮して細孔を形成したときのフィルターの一部を図にしたものである。モデルを簡単にするために繊維１３に大きな曲がりが無いとすると、この図５より、繊維１３の線径がａのとき、繊維１３同士が接触する近傍の空隙の大きさＬはａ以下にはならないことが解る。これに対して、図６に示すように、繊維１３の表面にテフロン等の軟質材料１４がコーティングされている場合には繊維１３の径は（ａ＋２△ａ）になるが、これを最大限に圧縮すると、繊維１３の接触部分では繊維１３同士が接触するまで近付き、軟質材料１４は排除されるような状態となる。このため、コーティングされたフィルターの空隙の大きさＬは繊維１３だけの場合のaに対して、Ｌ＝ａ−２△ａと小さくなる。
【００３６】
▲２▼ 撥水性の最も高い材料はテフロンであるが、テフロン材料によって細孔の小さいフィルターを製作しようとすると、フィルターの繊維径またはそれに相当する材料の径が小さくなるために、フィルター強度が小さくなる。これに対して、繊維のコアに相当する部分がステンレスで、細孔を形成する部分がテフロンからなるフィルターは機械的強度の強い精密フィルターを実現することができる。
【００３７】
（３）用途
このようなフィルターは、上記したように二次電池等における脱泡膜としての用途に適している。例えば、ＥＶ、ＨＥＶに使用されているＬｉ電池型の二次電池は電池の充放電の過程でＨ_２ガス、ＣＯ_２ガスが発生する。そして、これらのガスが電池内部に溜まると、内部圧の上昇により電池自体の破損が起こるのと、ガスの発生により電池の効率が低下するという問題が生じる。上記２つの問題点は、電池に脱泡膜を取り付けることにより解決される。ここで使用される脱泡膜の条件としては、電池内部で発生したガスを透過するが、内部の電解液は漏れないという条件であるが、本発明の機能膜は十分にこの条件を満たすものである。
【００３８】
また、本発明の機能膜は、水溶液のような液体から気泡を分離するような用途にも適している。例えば、図７に示すように、送液ポンプ２１と溶媒ボトル２２との間に当該機能膜５を有する脱泡器２３があると、ボトルライン２４から入って来た気泡は脱泡器２３の上部に溜まる。この状態で、当該機能膜５の外側をバキュームポンプ２５等によって減圧すると、気泡だけが当該機能膜５を通過して除去される。この結果、溶媒ボトル２２の方から気泡が侵入して来ても自動的に気泡が除去されるために、ポンプ２１は安定した送液を維持することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００４０】
すなわち、本発明の機能膜においては、その材質が従来のように樹脂製のＰＴＦＥ膜ではなく、金属製繊維を焼結および圧縮して形成された連続多孔質膜とされているために、この金属製繊維を基材とする連続多孔質膜の材質的な特性によって機能膜の強度および寿命を増大させることができる。また、撥水性材料をコーティングすることにより気体透過および液体不透過性を確保することができ、必要に応じてメッキを施すことによりコーティング材料の付着性を良好なものとすることができる。また、金属製繊維の圧縮率、撥水性材料のコーティング量またはメッキ材のメッキ厚みを加減することにより連続多孔質膜の多孔度を調整可能であるために、気体透過および液体不透過の作用を用途や使用条件等に応じて適切に設定することができる。したがって、これらのことから、機能膜の強度および寿命を増大させることができ、加えて気体透過および液体不透過の作用に関してその品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る機能膜を備えた封口板の平面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線拡大半裁断面図
【図４】（Ａ）は金属繊維の表面にコーティングを施した機能膜材料の説明図、（Ｂ）は金属繊維の表面にメッキを施すとともにコーティングを施した機能膜材料の説明図
【図５】（Ａ）および（Ｂ）とも、金属繊維（コーティング無し）の圧縮による空隙の大きさの変化を示す説明図
【図６】（Ａ）および（Ｂ）とも、金属繊維（コーティング有り）の圧縮による空隙の大きさの変化を示す説明図
【図７】脱泡装置の構成説明図
【符号の説明】
１封口板
２封口板本体
３金属端子
４ブリーザー部
５機能膜
６通気流路
７取付空間
８シール部材
９保持部材
１０金属繊維（金属製繊維）
１１撥水性材料
１２メッキ
１３繊維
１４軟質材料
２１送液ポンプ
２２溶媒ボトル
２３脱泡器
２４ボトルライン
２５バキュームポンプ

Claims

金属製繊維（１０）を焼結および圧縮して連続多孔質膜を形成し、これに撥水性材料（１１）をコーティングしたことを特徴とする機能膜。
金属製繊維（１０）にメッキ（１２）を施したものを焼結および圧縮して連続多孔質膜を形成し、これに撥水性材料（１１）をコーティングしたことを特徴とする機能膜。
金属製繊維（１０）を焼結および圧縮して連続多孔質膜を形成し、これにメッキ（１２）を施し、さらに撥水性材料（１１）をコーティングしたことを特徴とする機能膜。
金属製繊維（１０）を焼結および圧縮して形成された連続多孔質膜であって、前記金属製繊維（１０）の表面に撥水性材料（１１）がコーティングされていることを特徴とする機能膜。
金属製繊維（１０）を焼結および圧縮して形成された連続多孔質膜であって、前記金属製繊維（１０）の表面にメッキ（１２）が施され、かつ撥水性材料（１１）がコーティングされていることを特徴とする機能膜。
請求項１ないし５の何れかに記載した機能膜において、
金属製繊維（１０）の圧縮率、撥水性材料（１１）のコーティング量またはメッキ材のメッキ厚みを加減することにより、連続多孔質膜の多孔度を調整可能であることを特徴とする機能膜。