JP5975815B2 - 電気化学素子用セパレータの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
そして、この問題は、例えば粒子などの固形成分を塗工成分として分散させてなる塗工液を用いた時に、生じ易い傾向があった。
この原因として、前記多孔シートにおける塗工液の存在していない部分あるいは存在量が少ない部分には、塗工成分が存在していないあるいは少量しか存在しておらず、前記部分でピンホールや破断が生じ易いため、内部短絡の発生原因になっていると考えられた。
[1]「表面に炭素系皮膜層を備える塗工ロールを用いて、搬送されている多孔シートの主面に塗工成分と溶媒を含有する塗工液を塗工する工程を備える、電気化学素子用セパレータの製造方法であり、前記塗工ロール表面は、下記に規定する水滴接触角が70°以上、140°以下であることを特徴とする、電気化学素子用セパレータの製造方法。
記
1.塗工ロールの表面を構成する素材を用いてなる平板を用意する。
2.前記平板を水滴接触角計に供することで、純水40μLの液滴を前記平板上に滴下した際の、純水が成す水滴接触角を測定する。」
[2]「1.多孔シートの搬送手段、
2.表面に炭素系皮膜層を備える塗工ロール、
3.前記塗工ロールの表面に、塗工成分と溶媒を含有する塗工液を供給できる、塗工液槽、
を備える、電気化学素子用セパレータの製造装置であって、
前記塗工ロール表面は、下記に規定する水滴接触角が70°以上、140°以下であり、
前記塗工ロールの表面が前記搬送されている多孔シートの主面に接触できることを特徴とする、電気化学素子用セパレータの製造装置。
記
1.塗工ロールの表面を構成する素材を用いてなる平板を用意する。
2.前記平板を水滴接触角計に供することで、純水40μLの液滴を前記平板上に滴下した際の、純水が成す水滴接触角を測定する。」
に関する。
この理由として、塗工ロール表面に離液性に優れる性質を有する炭素系皮膜層が存在していることによって、塗工ロール表面(炭素系皮膜層の表面)から多孔シート主面に向かい塗工液が移動し易いためだと考えられる。
そして、このようにして調製した主面に塗工液が均一に塗工された多孔シートから、溶媒を除去することで、主面に塗工成分が均一に存在する電気化学素子用セパレータを製造することができる。
そのため、本発明の電気化学素子用セパレータの製造方法によって、内部短絡の発生を防ぐことのできる電気化学素子を調製可能な、電気化学素子用セパレータを製造できる。
2.表面に炭素系皮膜層を備える塗工ロール、
3.前記塗工ロールの表面に、塗工成分と溶媒を含有する塗工液を供給できる、塗工液槽」を備えており、「塗工ロールの表面が前記搬送されている多孔シートの主面に接触できる」ことを特徴とする電気化学素子用セパレータの製造装置によって、多孔シートの主面に塗工液を均一に塗工できる結果、主面に塗工成分が均一に存在する電気化学素子用セパレータを製造できることを見出した。
そのため、本発明の電気化学素子用セパレータの製造装置によって、内部短絡の発生を防ぐことのできる電気化学素子を調製可能な、電気化学素子用セパレータを製造できる。
電気化学素子用セパレータの製造装置(10)は、主として、多孔シートの搬送手段(6、以降、搬送手段と称する)、表面に炭素系皮膜層を備える塗工ロール(4、以降、塗工ロールと称する)、塗工ロール(4)の表面に塗工成分と溶媒を含有する塗工液(2、以降、塗工液と称する)を供給できる塗工液槽(3)を備えている。そして、図1に図示されている電気化学素子用セパレータの製造装置(10)は、主面に塗工液(2)が塗工された多孔シート(1)から溶媒を除去できる、加熱装置(8)を備えている。
次いで、このようにして調製した主面に塗工液(2)が均一に塗工された多孔シート(1)から、溶媒を除去することで、主面に塗工成分が均一に存在する電気化学素子用セパレータを製造することができる。
なお、これらの有機ポリマーは、直鎖状ポリマーまたは分岐状ポリマーのいずれからなるものでも構わず、また有機ポリマーがブロック共重合体やランダム共重合体でも構わず、また有機ポリマーの立体構造や結晶性の有無がいかなるものでも、特に限定されるものではない。
更には、有機ポリマーを混ぜ合わせたものでも良く、特に限定されるものではない。
また、このようにして調製された不織布における繊維の絡合の程度を調整するため、不織布をニードルパンチ装置や水流絡合装置に供することができる。
なお、本発明では、目付とは面積1m2あたりの質量をいい、厚さとは厚さ測定器(デジマチック標準外側マイクロメータ(MCC−MJ/PJ)1/1000mm(株)ミツトヨ)により計測した、500g荷重時測定値の5点の厚さの算術平均値をいう。
塗工液(2)を調製するために使用できる溶媒の種類は、適宜選択することができ限定されるものではないが、水、メタノールやエタノールなどのアルコール類、テトラヒドロフランやブチルセロソルブなどのエーテル系溶媒、ヘキサンなどの非極性溶媒などを、例示することができる。
真球状の無機粒子として、無機粒子を調製可能な原料の粉塵雲を、例えば空気、酸素、塩素、窒素などの反応ガス雰囲気下で爆燃させ、無機粒子を製造する方法(例えば、特開昭60−255602号公報に開示の方法など)により得られる無機粒子(以降、爆燃無機粒子と称する)を例示できる。
そのため、本発明の塗工成分の粒子径分布は(D50/2)以上(D50×2)以下の範囲内にあるのが好ましい。なお塗工成分の粒子径分布は前述した動的光散乱法で測定し、測定強度から得られた粒子径測定データから求める。
・せん断速度(1/s)=速度(m/s)×ギャップ(m)
・シアストレス(Pa)=F(N)/プレート面積(m2)
・粘度(Pas)=シアストレス(pa)/せん断速度(1/s)
搬送手段(6)の種類は限定されるものではなく、例えば、対をなすニップロールなどの回転体やベルトコンベアなどを用いることができる。また、塗工液(2)が塗工された多孔シート(1)又は調製された電気化学素子用セパレータの巻取装置(図1−図2では図示せず)を搬送手段(6)として用いることもできる。
また、搬送中の多孔シート(1)にシワやたるみが発生しないように、搬送手段(6)が多孔シート(1)へ作用させる張力は、適宜調整する。
この理由として、表面に離液性に優れる性質を有する炭素系皮膜層が存在していることによって、塗工ロール(4)の表面(炭素系皮膜層の表面)から多孔シート(1)の主面に向かい塗工液(2)が移動し易いためだと考えられる。
1.塗工ロール(4)の表面を構成する素材を用いてなる平板を用意する。
2.前記平板を水滴接触角計(協和界面科学株式会社製 型番:DM−S01)に供することで、純水40μLの液滴を前記平板上に滴下した際の、純水が成す水滴接触角を測定する。
3.測定された水滴接触角が70°以上の値を示す場合、前記塗工ロール(4)表面は離液性に優れる性質を備える素材の層を備えているとみなす。
また、窪みの形状として、例えば、丸形状や多角形状あるいは不定形状をなす窪みの形状を例示できる。なお、前記溝の配置は適宜調整できるものであり、平行配列した配置やランダム配置あるいは千鳥配置などであることができる。
また、塗工液(2)中に熱接着性を有する有機ポリマー粒子が分散している場合には、加熱装置(8)によって有機ポリマー粒子を溶融させて、多孔シート(1)を構成する繊維同士を一体化することができる。
あるいは、塗工液(2)中に有機ポリマーが溶解している場合には、加熱装置(8)によって塗工液(2)から溶媒を除去することで有機ポリマーを析出させて、多孔シート(1)を構成する繊維同士を一体化することができる。
なお、別の回転するロール(5’)の回転方向は、正方向あるいは逆方向のいずれかとなるように適宜調整することができるが、主面に塗工液(2)が均一に塗工された多孔シート(1)を製造できる傾向があることから、別の回転するロール(5’)は逆方向に回転(B)させるのが好ましい。
そして、回転するロール(5、5’)の表面形状は、塗工ロール(4)の表面と同様に平滑であっても、例えば、梨地状や溝あるいは窪みなど凹凸を備える態様であってもよい。回転するロール(5、5’)の表面に設けられる凹凸の形状や大きさは、主面に塗工成分が均一に担持された多孔シート(1)を製造できるように、適宜調整する。
1.多孔シートの調製方法
芯成分がポリプロピレン(融点:170℃)、鞘部がポリエチレン(融点:135℃)の芯鞘型複合繊維(繊度:0.8dtex、繊維長:10mm)70重量部と、ポリプロピレン極細繊維(融点:160℃、繊維径:2μm、繊維長:2mm)30重量部とを混合し、湿式抄造法により繊維ウェブを調製した。
その後、前記繊維ウェブを温度140℃の熱風で10秒間処理した後、80℃のロールカレンダーに供することで、不織布(孔の平均直径(D50):12μm、厚さ:25μm、目付:10g/m2)を調製した。
塗工成分としてシリカ粒子(アドマテックス株式会社製、SO−C1、平均粒子径(D50):250nm)98重量部と、バインダとしてスチレンブタジエンゴム水分散物(固形分濃度:40.7質量%、日本ゼオン(株)社製BM−400)2重量部を水に分散させて、固形分濃度が50重量部の塗工液(粘度:0.05Pas)を調製した。
対をなす回転するニップロールを不織布の搬送方向における上流側と下流側の各々に設けると共に、対をなす回転するニップロールを各々、ロール表面の移動速度が5m/minの速度となるように回転させた。
そして、上流側と下流側に設けた各々の、対をなす回転するニップロール間に上述のようにして調製した不織布を通布して、不織布を一方向へ5m/minの速度で搬送した。
表面にダイアモンドライクカーボン層(水滴接触角:75°)を備えるグラビアロールを用意した。なお、グラビアロールはその回転軸方向の全体にわたり、不織布の搬送方向に対して斜線をなす溝を備えていた。
塗工液槽中に塗工液を貯え、前記グラビアロール表面が塗工液に浸るように調整すると共に前記、グラビアロールを逆方向に一定速度で回転させた。
次いで、搬送されてきた不織布のもう一方の主面(図2における紙面上の上側主面)に回転可能な押さえロール(図2の7に相当)を接触させて、搬送されてきた不織布の主面に前記グラビアロールが接触できるように調整することで、不織布の主面全体に塗工液を、乾燥後重量が17g/m2となるように塗工した。
主面全体に塗工液が塗工された不織布におけるもう一方の主面全体に、ロール表面の移動速度が4m/minの速度となるように調整した、逆方向に回転するロール(図2の5に相当)を接触させ、次いで不織布の主面全体に、ロール表面の移動速度が4m/minの速度となるように調整した、逆方向に回転する別の回転するロール(図2の5’に相当)を接触させた。
上述のようにして調製した、主面に塗工液が塗工された不織布を、遠赤外線ヒータを備えた乾燥機(図2の8に相当)に供することで、不織布に塗工された塗工液から溶媒を除去して、電気化学素子用セパレータ(厚さ:32μm、目付:27g/m2、幅方向の長さ:50cm)を製造した。
実施例1の(3.塗工液の塗工方法)において、実施例1のグラビアロールと同じ外形状の、表面にニッケルメッキ層(水滴接触角:60°)を備えるグラビアロールを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電気化学素子用セパレータ(厚さ:32μm、目付:27g/m2、幅方向の長さ:50cm)を製造した。
実施例1および比較例1で製造した電気化学素子用セパレータから、搬送方向の長さが10m、幅方向の長さが50cmの長方形の試験片を各々採取した。
そして、採取した試験片を以下に説明する(電気化学素子用セパレータ質量の測定方法)に供することで、実施例1および比較例1で製造した電気化学素子用セパレータに担持されているシリカ粒子およびスチレンブタジエンゴムの質量(塗工成分の質量)の、幅方向にわたる均一性を評価した。
実施例1および比較例1の試験片を各々、X線式厚さ計測器に供することで、試験片の幅方向における端部に接する搬送方向の長さが6mm、幅方向の長さが6mmの測定領域から目付を算出した。次いで、試験片の幅方向におけるもう一方の端部に到達するまで、1mmずつ測定領域を前記もう一方の端部方向に移動させながら、同様に目付を算出していった。
そのため、本発明の、電気化学素子用セパレータの製造方法および製造装置によって、主面に塗工成分が均一に存在する電気化学素子用セパレータを製造できることから、内部短絡の発生を防ぐことのできる電気化学素子を調製可能な、電気化学素子用セパレータを提供することができる。
2・・・塗工液
3・・・塗工液槽
4・・・塗工液を塗工する手段
5・・・多孔シートの搬送方向と逆方向に回転する、回転するロール
5’・・・別の回転するロール
6・・・多孔シートの搬送手段
7・・・押さえロール
8・・・溶媒を除去する手段
10・・・塗工成分が担持された多孔シートの製造装置
20・・・別の塗工成分が担持された多孔シートの製造装置
A・・・多孔シートの搬送方向
B・・・多孔シートの搬送方向と逆方向に回転する態様
C・・・多孔シートが搬送方向に移動するのを促し得るように回転する態様
Claims (2)
- 表面に炭素系皮膜層を備える塗工ロールを用いて、搬送されている多孔シートの主面に塗工成分と溶媒を含有する塗工液を塗工する工程を備える、電気化学素子用セパレータの製造方法であり、前記塗工ロール表面は、下記に規定する水滴接触角が70°以上、140°以下であることを特徴とする、電気化学素子用セパレータの製造方法。
記
1.塗工ロールの表面を構成する素材を用いてなる平板を用意する。
2.前記平板を水滴接触角計に供することで、純水40μLの液滴を前記平板上に滴下した際の、純水が成す水滴接触角を測定する。 - 1.多孔シートの搬送手段、
2.表面に炭素系皮膜層を備える塗工ロール、
3.前記塗工ロールの表面に、塗工成分と溶媒を含有する塗工液を供給できる、塗工液槽、
を備える、電気化学素子用セパレータの製造装置であって、
前記塗工ロール表面は、下記に規定する水滴接触角が70°以上、140°以下であり、
前記塗工ロールの表面が前記搬送されている多孔シートの主面に接触できることを特徴とする、電気化学素子用セパレータの製造装置。
記
1.塗工ロールの表面を構成する素材を用いてなる平板を用意する。
2.前記平板を水滴接触角計に供することで、純水40μLの液滴を前記平板上に滴下した際の、純水が成す水滴接触角を測定する。
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