JP5594844B2

JP5594844B2 - 電気化学素子用セパレーター

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Publication number: JP5594844B2
Application number: JP2011082634A
Authority: JP
Inventors: 宏明渡邉; 建二兵頭
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2031-04-04
Also published as: JP2012221566A

Description

本発明は、電気化学素子用セパレーターに関するものである。

各種電池や電気二重層キャパシターなどの電気化学素子に用いられるセパレーターとして、セルロース繊維のみからなるセパレーターが使用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。これらのセパレーターでは、叩解度をコントロールしたセルロース繊維を用いているが、同一の叩解度であっても叩解されたセルロース繊維の繊維物性が異なってくるため、耐熱性や電解液保持性及び電解液が付着した際の強度の全て満足するものではなかった。

特開平８−３０６３５２号公報特開平９−４５５８６号公報特開２０００−３８３４号公報

本発明の課題は、耐熱性と電解液保持性及び電解液が付着した際の強度に優れた電気化学素子用セパレーターを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、
（１）セルロース繊維のみを含有した多孔質シートからなるセパレーターにおいて、該多孔質シートが、ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度０．１％にした以外はＪＩＳＰ８１２１に準拠して測定した変法濾水度が０〜２５０ｍＬであり、かつ長さ加重平均繊維長が０．２０〜２．００ｍｍである溶剤紡糸セルロース繊維を含有し、該溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、０．０〜１．００ｍｍの間に最大頻度ピークを有し、１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合が１０％以上であることを特徴とする電気化学素子用セパレーター、
（２）溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の傾きが−３．０以上−０．５以下である上記（１）記載の電気化学素子用セパレーター、
を見出した。

本発明の電気化学素子用セパレーター（１）は、セルロース繊維のみを含有した多孔質シートからなり、ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度０．１％にした以外はＪＩＳＰ８１２１に準拠して測定した変法濾水度が０〜２５０ｍＬであり、かつ長さ加重平均繊維長が０．２０〜２．００ｍｍである溶剤紡糸セルロース繊維を含有し、該溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、０．０〜１．００ｍｍの間に最大頻度ピークを有し、１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合が１０％以上であることによって、セルロース繊維が絡み合い、耐熱性及び電解液保持性を向上することができる。

溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の傾きが−３．０以上−０．５以下である電気化学素子用セパレーター（２）は、電解液が付着した際の強度がより優れている。

溶剤紡糸セルロース繊維［１］の繊維長分布ヒストグラムである。溶剤紡糸セルロース繊維［２］の繊維長分布ヒストグラムである。溶剤紡糸セルロース繊維［１］及び［２］の繊維長分布ヒストグラムにおいて、１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合のグラフと近似直線を示した図である。

以下、本発明の電気化学素子用セパレーターについて詳説する。本発明における電気化学素子とは、一次電池、二次電池、電解コンデンサー、電気二重層キャパシター（電気二重層コンデンサーともいう）などを指す。これらの電気化学素子に用いられる電解液は水溶液系、有機電解液系の何れでも良い。

本発明の電気化学素子用セパレーターはセルロース繊維のみを原料とする。素材としてセルロース繊維は、２３０℃までの耐熱性を有していることから、セルロース繊維のみで構成することにより、耐熱性の点で優れたセパレーターを作製することが可能となる。

本発明では、変法濾水度０〜２５０ｍＬの溶剤紡糸セルロース繊維を含有する。溶剤紡糸セルロース繊維の変法濾水度は、０〜２００ｍＬであることがより好ましく、０〜１６０ｍＬであることがさらに好ましい。変法濾水度が２５０ｍＬより多いと、セパレーターの緻密性が不十分になり、電解液保液性が低下することがある。

本発明における溶剤紡糸セルロース繊維とは、従来のビスコースレーヨンや銅アンモニアレーヨンのように、セルロースを一旦セルロース誘導体に化学的に変換させたのち再度セルロースに戻す、いわゆる再生セルロース繊維と異なり、セルロースを化学的に変化させることなく、アミンオキサイドに溶解させた紡糸原液を水中に乾湿式紡糸してセルロースを析出させた繊維を指す。溶剤紡糸セルロース繊維は、天然セルロース繊維やバクテリアセルロース繊維、レーヨン繊維に比べ、繊維長軸方向に分子が高度に配列しているため、湿潤状態で摩擦等の機械的な力が加えられると、微細化しやすく、細くて長い微細繊維が生成する。この微細繊維間に電解液を強固に保持するため、天然セルロース繊維、バクテリアセルロース繊維、レーヨン繊維の微細化物に比べ、微細化された溶剤紡糸セルロース繊維は、電解液保液性に優れる。

本発明における変法濾水度とは、ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度０．１％にした以外はＪＩＳＰ８１２１に準拠して測定した値のことである。

溶剤紡糸セルロース繊維の場合、微細化が進むに従って、繊維長が短くなっていき、特に試料濃度が薄いと、繊維同士の絡みが少なくなり、繊維ネットワークが形成されにくくなるため、溶剤紡糸セルロース繊維自体がふるい板の穴をすり抜けてしまう。つまり、微細化した溶剤紡糸セルロースの場合は、ＪＩＳＰ８１２１の測定方法では正確な濾水度が計測できない。より詳細に説明すると、溶剤紡糸セルロース繊維は微細化処理によって繊維の長軸に平行に細かく分割されやすく、分割後の繊維１本１本における繊維径の均一性が高いため、平均繊維長が短くなるほど、繊維同士が絡みにくくなり、繊維ネットワークを形成しにくいと考えられる。そこで、本発明では、溶剤紡糸セルロース繊維の正確な濾水度を測定するために、ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度０．１％にした以外はＪＩＳＰ８１２１に準拠して測定する変法濾水度を用いた。

さらに、本発明では、図１及び図２のように、溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、０．００〜１．００ｍｍの間に最大頻度ピークを有し、１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合が１０％以上である。フィラー粒子や樹脂等の表面塗工等により複合化する際における表面の平滑性という点で、好ましくは、繊維長分布ヒストグラムにおいて、０．３０〜０．７０ｍｍの間に最大頻度ピークを有し、１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合が１２％以上である。なお、１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合は複合化する際における基材の破損防止という点において、より高い方が好ましいが、５０％程度あれば十分である。

本発明の溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長及び繊維長分布ヒストグラムは、ＪＡＰＡＮＴＡＰＰＩ紙パルプ試験方法Ｎｏ．５２「紙及びパルプの繊維長試験方法（光学的自動計測法）」に準じて、ＫａｊａａｎｉＦｉｂｅｒＬａｂＶ３．５（ＭｅｔｓｏＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ社製）を使用して測定した。

また、本発明における「繊維長」及び「繊維長分布」とは、上記方法に従って、測定及び算出される「長さ加重繊維長」及び「長さ加重繊維長分布」を意味する。

溶剤紡糸セルロース繊維は、ビーター、ＰＦＩミル、シングルディスクリファイナー（ＳＤＲ）、ダブルディスクリファイナー（ＤＤＲ）、また、顔料等の分散や粉砕に使用するボールミル、ダイノミル、摩砕装置、高速の回転刃により剪断力を与える回転刃式ホモジナイザー、高速で回転する円筒形の内刃と固定された外刃との間で剪断力を生じる二重円筒式の高速ホモジナイザー、超音波による衝撃で微細化する超音波破砕器、繊維懸濁液に少なくとも２０ＭＰａの圧力差を与えて小径のオリフィスを通過させて高速度とし、これを衝突させて急減速することにより繊維に剪断力、切断力を加える高圧ホモジナイザー等が挙げられる。この中でも特にリファイナーが好ましい。これら叩解・分散設備の種類、処理条件（繊維濃度、温度、圧力、回転数、リファイナーの刃の形状、リファイナーのプレート間のギャップ、処理回数）の調整により、目的の溶剤紡糸セルロース繊維の変法濾水度、繊維長及び繊維長分布を達成することが可能となる。

溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の傾きが−３．０以上−０．５以下であることが好ましく、−２．５以上−０．８以下がより好ましく、−２．０以上−１．０以下がさらに好ましい。この範囲の傾きを有する溶剤紡糸セルロース繊維を用いることにより、電解液が付着した際の強度が向上するため好ましい。傾きが−３．０より小さい場合、電解液が付着した際の強度が低下する場合がある。また傾きが−０．５を超えると緻密性や電解液保持性が向上しない場合がある。図１及び図２に示すように、傾きが大きいとは溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布が広いことをいい、傾きが小さいとは溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布が狭く、より繊維長が揃っている状態である。なお、図１の溶剤紡糸セルロース繊維［１］の傾きは、−２．９であり、図２の溶剤紡糸セルロース繊維［２］の傾きは、−０．６である。

本発明の「１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の傾き」とは、図３に示したように１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の値に対し、最小二乗法により近似直線を算出し、得られた近似直線の傾きを意味する。

溶剤紡糸再生セルロース繊維以外の他のセルロース繊維には特に限定はなく、針葉樹木材パルプ、広葉樹木材パルプ、エスパルトパルプ、マニラ麻パルプ、サイザル麻パルプ、コットンパルプ等の天然セルロース繊維、或はこれら天然セルロース繊維を冷アルカリ処理して得たマーセル化パルプ、さらには、普通レーヨン繊維、ポリノジックレーヨン繊維等の再生セルロース繊維等が挙げられるが、特にリファイナー、ビーター、ミル、摩砕装置、高速の回転刃により剪断力を与える回転刃式ホモジナイザー、高速で回転する円筒形の内刃と固定された外刃との間で剪断力を生じる二重円筒式の高速ホモジナイザー、超音波による衝撃で微細化する超音波破砕器、繊維懸濁液に少なくとも２０ＭＰａの圧力差を与えて小径のオリフィスを通過させて高速度とし、これを衝突させて急減速することにより繊維に剪断力、切断力を加える高圧ホモジナイザー等で変法濾水度０〜１０００ｍＬにフィブリル化した天然セルロース繊維を添加することが好ましい。また、フィブリル化した天然セルロースの含有量は２０質量％以下が好ましく、より好ましくは１５質量％以下である。フィブリル化した天然セルロースを上記含有量添加することで、電解液保持性と電解液が付着した際の強度が両立でき好ましい。

本発明において、溶剤紡糸セルロース繊維の含有量は、８０質量％以上が好ましく、より好ましくは９０質量％以上である。この含有量にすることにより、電解液保液性に優れるため、好ましい。

本発明における電気化学素子用セパレーターの坪量は、特に制限はないが、５〜１００ｇ／ｍ^２が好ましく、１０〜５０ｇ／ｍ^２がさらに好ましく用いられる。なお、坪量は、ＪＩＳＰ８１２４（紙及び板紙−坪量測定法）に規定された方法に基づく坪量を意味する。

本発明における電気化学素子用セパレーターの厚みは、特に制限はないが、電気化学素子が小型化できること、収容できる電極面積を大きくでき容量を稼げる点から薄い方が好ましい。具体的には電池組立時に破断しない程度の強度を持ち、ピンホールがなく、高い均一性を備える厚みとして１０〜２００μｍが好ましく用いられ、２０〜１００μｍがより好ましく用いられる。１０μｍ未満では、電気化学素子の製造時の短絡不良率が増加するため好ましくない。一方、２００μｍより厚くなると、電気化学素子に収納できる電極面積が減少するため電気化学素子の容量が低いものになる。なお、厚みは、ＪＩＳＢ７５０２に規定された方法により測定した値、つまり、５Ｎ荷重時の外側マイクロメーターにより測定された値を意味する。

本発明の電気化学素子用セパレーターにおいて、セルロース繊維のみからなる原料を使用して、長網抄紙機や円網抄紙機、長網円網コンビネーションマシン、円網円網コンビネーションマシン等の抄紙機によりセパレーターを抄造する。また、長網抄紙機で抄紙したセパレーター紙を２枚以上オンマシンもしくはオフマシンで積層して抄造することもできる。

湿式抄紙法は、通常、繊維を固形分濃度が０．１〜５質量％程度になるように分散助剤、増粘剤などを用いて水中に均一に分散してスラリーとし、さらにスラリー中に水を追加し、固形分濃度を０．１〜０．００１質量％に希釈して希薄水性スラリーとし、これを抄紙機を用いてシート化するものである。

本発明の電気化学素子用セパレーターの厚みが所望の厚みよりも厚い場合には二次加工処理により厚みを薄くする必要がある。この二次加工処理としては、スーパーカレンダー、マシンカレンダー、熱カレンダー、ソフトカレンダー、熱ソフトカレンダーなどのカレンダーを用いてカレンダー処理を施して厚み調整が行われる。なるべく電解液保持性を損なわないようにするため、加熱しないでカレンダー処理を行うことがより好ましい。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。なお、実施例中における部や百分率は断りのない限り、全て質量によるものである。

＜溶剤紡糸セルロース繊維の物性値＞
下記の例に用いた溶剤紡糸セルロース繊維について
（１）繊維長分布ヒストグラムにおける最大頻度ピークの繊維長：「最大頻度ピークの繊維長」
（２）１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合：「１．００ｍｍ以上の繊維割合」
（３）繊維長分布ヒストグラムにおいて、１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の傾き：「割合の傾き」
（４）長さ加重平均繊維長：「平均繊維長」
（５）ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度０．１％にした以外はＪＩＳＰ８１２１に準拠して測定した濾水度：「変法濾水度」
として、表１に示す。

＜フィブリル化天然セルロース繊維＞
リンターを高圧ホモジナイザーを用いて処理し、変法濾水度２７０ｍＬのフィブリル化天然セルロース繊維を作製した。

実施例１
溶剤紡糸セルロース繊維Ａ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．２ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．２ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例２
溶剤紡糸セルロース繊維Ｂ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例３
溶剤紡糸セルロース繊維Ｃ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１７．９ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１７．９ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例４
溶剤紡糸セルロース繊維Ｄ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．２ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．２ｇ／ｍ^２、厚さ３６μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例５
溶剤紡糸セルロース繊維Ｅ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．１ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．１ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例６
溶剤紡糸セルロース繊維Ｆ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１７．８ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１７．８ｇ／ｍ^２、厚さ３４μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例７
溶剤紡糸セルロース繊維Ｇ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例８
溶剤紡糸セルロース繊維Ｈ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例９
溶剤紡糸セルロース繊維Ｉ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例１０
溶剤紡糸セルロース繊維Ｊ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例１１
上記で作製したフィブリル化天然セルロース繊維１０部と溶剤紡糸セルロース繊維Ｃ９０部を一緒に混合し、パルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．１ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．１ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例１２
上記で作製したフィブリル化天然セルロース繊維２０部と溶剤紡糸セルロース繊維Ｃ８０部を一緒に混合し、パルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１７．８ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１７．８ｇ／ｍ^２、厚さ３４μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例１３
上記で作製したフィブリル化天然セルロース繊維２５部と溶剤紡糸セルロース繊維Ｃ７５部を一緒に混合し、パルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１７．９ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１７．９ｇ／ｍ^２、厚さ３４μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

実施例１４
変法濾水度８２０ｍＬまで高圧ホモジナイザーを用いて処理したフィブリル化マニラ麻繊維２５部と溶剤紡糸セルロース繊維Ｃ７５部を一緒に混合し、パルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．１ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．１ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

（比較例１）
溶剤紡糸セルロース繊維Ｋ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

（比較例２）
溶剤紡糸セルロース繊維Ｌ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

（比較例３）
溶剤紡糸セルロース繊維Ｍ１００部をパルパーの水中で離解させ、アジテーターによる撹拌のもと、均一な抄造用スラリー（１％濃度）を調製した。この抄造用スラリーを円網抄紙機による湿式法を用いて抄き上げ、１５０℃のシリンダードライヤーによって乾燥し、坪量１８．０ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。次に、スーパーカレンダー処理を行い、坪量１８．０ｇ／ｍ^２、厚さ３５μｍの電気化学素子用セパレーターとした。

＜評価＞
実施例及び比較例で得られた電気化学素子用セパレーターについて、下記の評価を行い、結果を表２に示した。

［熱収縮率］
実施例及び比較例のセパレーターを、１００ｍｍ幅、１５０ｍｍ長に切り揃えた。試験片をガラス板に載せ、長さ方向に直角な２辺をクリップで挟んで固定し、１８０℃に設定した恒温乾燥機の中に３時間静置した。幅方向の寸法を測定し、元の寸法に対する収縮による寸法変化の割合を求め、熱収縮率（％）とした。熱収縮率が１．０％未満であれば「◎」、１．０％以上２．０％未満であれば「○」、２．０％以上であれば「×」とした。

［電解液保液率］
１５ｃｍ×１０ｃｍの大きさに切り取ったセパレーター試料を２００℃で３時間乾燥処理した直後の重量（Ｗ_１）を計測し、次いでセパレーター試料を電解液溶媒に１分間浸漬した後、ピンセットで該試料を取り出し、つるした。電解液溶媒が垂れなくなったところで該試料の重量（Ｗ_２）を計測した。下記の（数式１）より、セパレーターの自重に対する電解液保液率（％）とした。電解液溶媒としては、プロピレンカーボネートを用いた。保液率が、２５０％以上であれば「◎」、２００％以上２５０％未満であれば「○」、２００％未満であれば「×」とした。

（数式１）
電解液保液率（％）＝（Ｗ_２−Ｗ_１）／Ｗ_１×１００

［強度］
実施例及び比較例のセパレーターを、５０ｍｍ幅の短冊状に切り揃えた。次いでセパレーター試料を電解液に１分間浸漬した後、ピンセットで該試料を取り出し、つるした。電解液が垂れなくなったところで試験片を卓上型材料試験機（商品名：ＳＴＡ−１１５０、（株）オリエンテック製）に据え付けた４０ｍｍφの固定枠に装着し、先端に丸み（曲率１．６）をつけた直径１．０ｍｍの金属針（（株）オリエンテック製）を試料面に対して直角に５０ｍｍ／分の一定速度で貫通するまで降ろした。この時の最大荷重（ｇ）を計測し、これを突刺強度とした。１試料について５ヶ所以上突刺強度を測定し、全測定値の中で最も小さい突刺強度について、２０ｇ以上であれば「◎」、１５ｇ以上２０ｇ未満であれば「○」、１０ｇ以上１５ｇ未満であれば「△」、１０ｇ未満であれば「×」で表した。

実施例で得られたセパレーターは、セルロース繊維のみを含有した多孔質シートからなり、ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度０．１％にした以外はＪＩＳＰ８１２１に準拠して測定した変法濾水度が０〜２５０ｍＬであり、かつ長さ加重平均繊維長が０．２０〜２．００ｍｍである溶剤紡糸セルロース繊維を含有し、該溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、０．０〜１．００ｍｍの間に最大頻度ピークを有し、１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合が１０％以上であるため、緻密な構造を有するため、耐熱性・電解液保持性に優れるという良好な結果が得られた。

実施例１、５、１０の比較から、溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の傾きが−３．０以上−０．５以下である場合、電解液保持性も高く、また、電解液が付着した場合の強度向上も見られた。傾きが−３．０より小さい実施例５では、電解液が付着した場合の強度が若干低下する傾向が見られた。また、傾きが−０．５より大きい実施例１０においても、電解液が付着した場合の強度が若干低下する傾向が見られた。

一方、比較例１で得られた電気化学素子用セパレーターでは、繊維長分布ヒストグラムにおける最大頻度ピークが０．００〜１．００ｍｍの間から外れているため、電解液保持性が実施例より悪化する結果となった。

また、比較例２で得られた電気化学素子用セパレーターでは、１．００ｍｍ以上の繊長を有する繊維の割合が１０％より少ないため、耐熱性、電解液が付着した場合の強度が実施例より悪化する結果となった。

さらに、比較例３で得られた電気化学素子用セパレーターは、変法濾水度が０〜２５０ｍＬの間から外れているため、電解液保持性が実施例より悪化する結果となった。

本発明の電気化学素子用セパレーターは、マンガン乾電池、アルカリマンガン電池、酸化銀電池、リチウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−亜鉛蓄電池、酸化銀−亜鉛蓄電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、各種のゲル電解質電池、亜鉛−空気蓄電池、鉄−空気蓄電池、アルミニウム−空気蓄電池、燃料電池、太陽電池、ナトリウム硫黄電池、ポリアセン電池、電解コンデンサー、電気二重層キャパシター、リチウムイオンキャパシターに好適に使用できる。

Claims

セルロース繊維のみを含有した多孔質シートからなるセパレーターにおいて、該多孔質シートが、ふるい板として線径０．１４ｍｍ、目開き０．１８ｍｍの８０メッシュ金網を用い、試料濃度０．１％にした以外はＪＩＳＰ８１２１に準拠して測定した変法濾水度が０〜２５０ｍＬであり、かつ長さ加重平均繊維長が０．２０〜２．００ｍｍである溶剤紡糸セルロース繊維を含有し、該溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、０．０〜１．００ｍｍの間に最大頻度ピークを有し、１．００ｍｍ以上の繊維長を有する繊維の割合が１０％以上であることを特徴とする電気化学素子用セパレーター。
溶剤紡糸セルロース繊維の繊維長分布ヒストグラムにおいて、１．００〜２．００ｍｍの間における０．０５ｍｍ毎の繊維長を有する繊維の割合の傾きが−３．０以上−０．５以下である請求項１記載の電気化学素子用セパレーター。