JP4584702B2 - 不織布及び不織布の製造方法、並びに不織布を用いた電気二重層キャパシタ用セパレータ、リチウムイオン二次電池用セパレータ、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
D=W/T
記
(単位目付あたりの引裂き強さ)
1.不織布から長方形の試験片(幅:50mm、長さ:100mm)を5枚採取する。
2.JIS L−1096 8.15.4(C法)に準じ、引張速度200mm/分で引裂く時の最大荷重を測定する。
3.5枚の試験片の最大荷重を算術平均して、引裂き強さを算出する。
4.引裂き強さを不織布の目付で除して、単位目付あたりの引裂き強さを算出する。
1.試験片(不織布)の形状、大きさ及び質量;試験片として、直径6.4mmの円形の不織布を使用する。試験片の質量は電子天秤で5mgを目安として、小数点第2位まで計量する。
2.窒素ガスの流入速度;50ml/min.
3.加熱速度;10.0deg/min.
4.測定開始温度;室温(25℃)
パラ系全芳香族ポリアミドからなるフィブリルを有する耐熱性繊維(登録商標:トワロン1094、帝人製、炭化温度:500℃以上、濾水度(CSF):150ml)、及びポリエチレンテレフタレートからなる、繊度0.11dtex、繊維長3mmのポリエステル繊維(登録商標:テピルス、帝人製、融点:260℃、軟化温度:253℃、ガラス転移温度:90℃)を用意した。
実施例1と同様にして製造した緻密化繊維ウエブを速度30m/min.で搬送しながら、炭酸ガスレーザー(波長:10.6μm、出力:2W)を光ファイバーで分岐し、緻密化繊維ウエブに対して、2mm間隔で照射するとともに、その両面から温度150℃の熱風を吹き付け、熱風を前記緻密化繊維ウエブを透過させることにより、実質的に無圧下でレーザー照射部におけるポリエステル繊維全体を溶融させるとともに凝集させ、凝集繊維ウエブを形成した(以上、一部凝集工程)。
実施例1と同じフィブリル化を促進させた耐熱性繊維、実施例1と同じポリエステル繊維、及び芯鞘型複合ポリエステル繊維(登録商標:メルティ、ユニチカ製、芯部の融点:255℃、鞘部の融点:110℃、繊度1.1dtex、繊維長:3mm)を用意した。
実施例1と同じ耐熱性繊維及びポリエステル繊維を用意した。次いで、リファイナーによりフィブリル化を促進させた耐熱性繊維(濾水度(CSF):90ml)とポリエステル繊維とを70:30の質量比率で分散させたスラリーを形成した。その後、順流円網、傾斜ワイヤー型短網、順流円網、及びヤンキードライヤーを備えた抄紙機に、前記スラリーを各網へ供給し、それぞれ湿潤繊維ウエブを形成し、それぞれの湿潤繊維ウエブを積層した積層湿潤繊維ウエブを形成し、続いて、この積層湿潤繊維ウエブを温度120℃に設定したヤンキードライヤーにより乾燥して、繊維配向が一方向、ランダム、一方向の三層湿式繊維ウエブを形成した。
温度490℃に設定した遠赤外線セラミックヒータ(Ryoka製)を、上下にそれぞれ12基づつ備えた遠赤外線照射装置の遠赤外線セラミックヒータ間を、速度8m/min.で、実施例1と同様にして形成した三層湿式繊維ウエブを通過させることにより、繊維ウエブ全体に存在するポリエステル繊維を完全に溶融させるとともに凝集させて、凝集繊維ウエブを形成した。なお、いずれの遠赤外線セラミックヒーターとも50mm離間させて通過させた。また、移動する三層湿式繊維ウエブに対して、温度220℃の熱風を吹き付けた(以上、凝集工程)。
電極として、粒状活性炭、カーボンブラック、及びポリテトラフルオロエチレンを混ぜて練り上げたもの、集電極としてアルミ箔、セパレータとして各実施例及び各比較例の湿式不織布、及び電解液としてテトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボーレイトをプロピレンカーボネートに溶解させたものを用意した。
上記(内部抵抗の測定)で用いたコインセル型のキャパシタをそれぞれ100個づつ作製した時に、短絡してしまい、不良品となったキャパシタの百分率(不良率)を算出した。この結果は表1に示す通りであった。本発明の湿式不織布からなるセパレータを用いた場合、不良品のキャパシタを生じず、短絡防止性に優れるものであった。これは湿式不織布構成繊維が均一に分散しているとともに、融着領域と熱可塑性樹脂繊維存在領域とを備え、これらの領域が湿式不織布の長手方向に伸びていることによって、引張強さ、引裂き強さ等の機械的強度に優れているためであると予測された。
各実施例及び各比較例の湿式不織布から長方形の試料(幅:15mm、長さ(長手方向):200mm)を採取した後に、JIS P−8113に準じ、引張り試験機((株)オリエンテック社製、UCT−500)を使用して、つかみ間隔100mmで引張り強さを測定した。次いで、前記引張り強さを目付で除して、単位目付あたりの引張強さを算出した。この結果は表1に示す通りであった。この引張強さは0.45N/g以上あれば、コイン型およびラウンド型のいずれのキャパシタにおいても支障なく使用することができる。表1から明らかなように本発明の湿式不織布は0.81N/g以上の優れた引張強さを有する、取り扱い性の優れるものであった。
各実施例及び各比較例の湿式不織布の通気度を、JIS P8117に規定するガーレー試験機(B型)に、直径5mmのアダプターをガスケットの先に装着した状態で測定した。この結果は表1に示す通りであった。
各実施例及び各比較例の湿式不織布の平均流量孔径を、ポロメータ(Polometer、コールター(Coulter)社製)を用いて、バブルポイント法により測定した。この結果は表1に示す通りであった。
各実施例及び各比較例の湿式不織布から長方形の試験片(幅:50mm、長さ:100mm、試験片の長手方向と不織布の長手方向とが一致)を5枚づつ採取した。次いで、JIS L−1096 8.15.4(C法)に準じ、引張速度200mm/分で引裂く時の最大荷重を測定した。その後、5枚の試験片の最大荷重を算術平均して、引裂き強さを算出した。そして、引裂き強さを不織布の目付で除して、単位目付あたりの引裂き強さを算出した。この結果は表1から明らかなように、本発明の湿式不織布は0.024N/g以上の優れた引裂強さを有するものであった。
◎:内部抵抗が低く、引張強さ、引裂強さ等の機械的強度に優れ、不良品を発生させない、特に良好な湿式不織布
×1:内部抵抗が高く、また引裂き強さが弱く、不良率が比較的高いため使用できない
×2:内部抵抗が高く、しかも引張強さや引裂き強さ等の機械的強度に劣り、不良率が非常に高いため使用できない
△:内部抵抗がやや高く、引裂き強さがやや弱く、不良品を発生させるため使用しずらい
実施例1と全く同様にして、目付20g/m2、厚さ33μm、見掛密度0.6g/cm3の湿式不織布を製造した。この湿式不織布は長手方向に直線状に伸び、耐熱性繊維及びポリエステル繊維が皮膜を形成していない状態のポリエステル樹脂により融着固定された状態の融着領域(幅:2mm)と、長手方向に直線状に伸び、耐熱性繊維とポリエステル繊維とからなる熱可塑性樹脂繊維存在領域(幅:2mm)とを交互に有するものであった。また、無作為に選んだ5点における、厚さ方向断面の電子顕微鏡写真(2000倍)をそれぞれ撮影し、観察したところ、融着領域におけるポリエステル樹脂は湿式不織布の厚さ方向において偏在しておらず均一に分布しており、また、融着領域においてはポリエステル樹脂繊維同士が融着した融着断面が観察された。更に、この湿式不織布の示差走査熱量測定し、DSC曲線を描いたところ、結晶化ピークが描かれなかった。
市販されているポリエチレン製微孔膜(セルガード社製、目付:15g/m2、厚さ:25μm、見掛密度:0.6g/cm3)を用意した。
まず、メソフェーズ小球体を黒鉛化したものと、Pvdf−NMP(ポリフッ化ビニリデン−N−メチルピロリドン:13重量%)溶液を、固形分の質量比90:10で混合したペーストを、銅箔上に塗布・乾燥し、加圧成型した後に加熱処理した負極を4枚調製した。
作製したリチウムイオン電池を、定電流−定電圧(0.5C、3時間)で4.2Vまで充電し、放電終止電圧3.0Vで定電流放電を行った。0.2C電流値での放電容量を100%とした時の、各放電レート特性を算出した。この結果は表2に示す通りであった。表2から明らかなように、本発明の湿式不織布からなるセパレータを使用した電池は放電特性の優れるものであった。これは湿式不織布は融着領域においても皮膜が形成されておらず、空隙の多い構造であることによって、イオン透過性に優れていることに起因すると予測された。
作製した各リチウムイオン電池を満充電まで充電した後、ラミネートパックに釘を刺し、電池表面最高温度の測定と状態を観察した。この結果は表2に示す通りであった。表2から明らかなように、本発明の湿式不織布からなるセパレータを使用した電池は、セパレータ(湿式不織布)に孔が開いて短絡しても、収縮せず、電極同士の接触による短絡を防止できる、安全性の高いものであった。
実施例3及び比較例4の湿式不織布又は微孔膜から長方形の試験片(幅:50mm、長さ:100mm、試験片の長手方向と湿式不織布又は微孔膜の長手方向とが一致)を5枚づつ採取した。次いで、JIS L−1096 8.15.4(C法)に準じ、引張速度200mm/分で引裂く時の最大荷重を測定した。その後、5枚の試験片の最大荷重を算術平均して、引裂き強さを算出した。そして、引裂き強さを目付で除して、単位目付あたりの引裂き強さを算出した。この結果は表2から明らかなように、本発明の湿式不織布は0.025N/gで優れた引裂強さを有するものであった。
実施例3及び比較例4の湿式不織布又は微孔膜の単位目付あたりの引張り強さ、通気度、及び平均流量孔径を、実施例1〜2及び比較例1〜3の湿式不織布と同様にして測定した。これらの結果は表2に示す通りであった。
Claims (23)
- 熱可塑性樹脂繊維と、前記熱可塑性樹脂繊維の融点よりも高い融点又は炭化温度を有する樹脂からなる耐熱性繊維とを含む不織布であり、前記不織布構成繊維が熱可塑性樹脂により皮膜を形成していない状態で融着固定されている融着領域と、前記熱可塑性樹脂繊維と耐熱性繊維を含む熱可塑性樹脂繊維存在領域とを備えていることを特徴とする不織布。
- 融着領域に熱可塑性樹脂繊維も存在していることを特徴とする、請求項1記載の不織布。
- 熱可塑性樹脂繊維存在領域にも皮膜を形成していない状態の熱可塑性樹脂が存在することを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の不織布。
- 熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂繊維と同じ組成からなることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の不織布。
- 融着領域が直線状に伸びていることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の不織布。
- 融着領域が点在していることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の不織布。
- 熱可塑性樹脂繊維が200℃以上、かつ耐熱性繊維の融点又は炭化温度よりも低い融点をもつ熱可塑性樹脂からなることを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれかに記載の不織布。
- 耐熱性繊維を構成する樹脂が、融点又は炭化温度が300℃以上の樹脂からなることを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれかに記載の不織布。
- 耐熱性繊維として、フィブリルを有する耐熱性繊維を含んでいることを特徴とする、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の不織布。
- 不織布を示差走査熱量測定して描いたDSC曲線に結晶化ピークが描かれないことを特徴とする、請求項1〜請求項9のいずれかに記載の不織布。
- 不織布の目付が5〜30g/m2、厚さが17〜55μm、かつ見掛密度が0.32〜0.6g/cm3であることを特徴とする、請求項1〜請求項10のいずれかに記載の不織布。
- 不織布の少なくとも一方向における、単位目付あたりの引裂き強さが0.02N/g以上であることを特徴とする、請求項11に記載の不織布。
- 不織布の少なくとも一方向における、単位目付あたりの引張り強さが0.45N/g以上であることを特徴とする、請求項11又は請求項12に記載の不織布。
- 請求項1〜請求項13のいずれかに記載の不織布からなる電気二重層キャパシタ用セパレータ。
- 請求項1〜請求項13のいずれかに記載の不織布からなるリチウムイオン二次電池用セパレータ。
- 請求項1〜請求項13のいずれかに記載の不織布をセパレータとして備えている電気二重層キャパシタ。
- 請求項1〜請求項13のいずれかに記載の不織布をセパレータとして備えているリチウムイオン二次電池。
- 熱可塑性樹脂繊維と、前記熱可塑性樹脂繊維の融点よりも高い融点又は炭化温度を有する樹脂からなる耐熱性繊維とを用いて繊維ウエブを形成する繊維ウエブ形成工程、
この繊維ウエブの一部の領域に対してのみ熱処理を実施し、前記熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部を溶融させ、溶融した熱可塑性樹脂を凝集させて、凝集繊維ウエブを形成する一部凝集工程、
前記凝集した熱可塑性樹脂を無圧下で凝固させ、皮膜を形成していない状態で融着固定して融着領域を形成する凝固工程、
を備えていることを特徴とする不織布の製造方法。 - 一部凝集工程における熱処理がレーザー照射であることを特徴とする、請求項18記載の不織布の製造方法。
- 一部凝集工程における熱処理が、遮蔽物を介在させた状態での赤外線照射であることを特徴とする、請求項18記載の不織布の製造方法。
- 繊維ウエブ形成工程の後に、繊維ウエブ全体に対して熱処理を実施し、熱可塑性樹脂繊維の一部のみを溶融させ、溶融した熱可塑性樹脂を凝集させる全体凝集工程を更に備えていることを特徴とする、請求項18〜請求項20のいずれかに記載の不織布の製造方法。
- 一部凝集工程の後に熱処理をして、熱可塑性樹脂を結晶化させる結晶化工程、を更に備えていることを特徴とする請求項18〜請求項21のいずれかに記載の不織布の製造方法。
- 熱可塑性樹脂繊維の繊度が0.45dtex以下であることを特徴とする、請求項18〜請求項22のいずれかに記載の不織布の製造方法。
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