JP6290500B1 - 不織布及び電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の不織布は、例えば、最大孔径が50μm以下であり、かつ、平均孔径が5〜25μmである。
また、本発明の不織布は、CD方向及び/又はMD方向における単位目付あたりの引張強度を、0.6(N/15mm)/(g/m2)以上とすることができる。
この電池用セパレータは、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを、体積比で、エチレンカーボネート:メチルエチルカーボネート=3:7の割合で混合した溶媒に、LiPF6を1.1mol/Lとなるように溶解させて調整した電解液に浸漬した後、アルミニウム板で狭持して測定した膜抵抗値を0.002〜0.007Ω/μmとすることができる。
本発明の第1の実施形態に係る不織布は、ポリオレフィン系樹脂からなる芯鞘構造の複合繊維を、その鞘部同士を互いに融着させることにより一体化したものであり、目付が3g/m2以上、歪み量が50mm2以下である。
図1は本実施形態の不織布を構成する複合繊維の構造を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態の不織布の原料繊維である複合繊維1は、芯部2と、芯部2を覆う鞘部3とが一体で形成された所謂「芯鞘構造」の繊維である。なお、複合繊維1の芯鞘構造は、偏芯構造であってもよい。芯鞘構造の複合繊維は、鞘と芯の比率(断面積比)を調整することにより、繊維同士の融着面積や繊維径を変えることができるため、芯鞘構造の複合繊維を原料に用いることで、不織布の強度、孔径、厚さなどの特性を容易に変更することができる。
本実施形態の不織布は、目付(単位面積あたりの質量)が3g/m2以上である。目付が3g/m2未満の場合、十分な強度が得られず、取り扱い性が低下する。また、引張時の変形量も大きく、孔径も大きくなりすぎるため、電池用セパレータに用いた場合に、孔を通して電極同士が接触し、短絡などの発生リスクが高まる。一方、不織布の目付の上限は、特に限定されるものではないが、製造容易性の観点から、20g/m2以下とすることが好ましい。
本実施形態の不織布の厚さは、特に限定されるものではないが、製造容易性や電池用セパレータに適用した場合の電池特性の確保の観点から、60μm以下であることが好ましい。
本実施形態の不織布は、下記数式2により算出される歪み量Sが50mm2以下である。なお、下記数式2における「MD0」及び「CD0」は、それぞれ引張応力を付加する前の試料のMD方向及びCD方向の有効長さであり、MD方向及びCD方向ともに100mmである。また、「MD1」及び「CD1」は、それぞれ、室温25℃、湿度50%RHの環境下で、MD方向に20Nの引張応力を付与した状態で測定した試料のMD方向及びCD方向の有効長さ(mm)である。
本実施形態の不織布は、CD方向及びMD方向の少なくとも一方における単位目付あたりの引張強度が0.6(N/15mm)/(g/m2)以上であることが好ましい。これにより、厚さが60μm以下の薄物の不織布であっても、従来品と同等以上の引張強度を有し、従来よりも薄くかつ性能に優れた電池用セパレータを実現することができる。また、このように薄型で強度に優れた不織布は、電池用セパレータに限らず、水処理や空気処理用のフィルターやメンブレン用途、補強材用途、電磁波シールド用の基布などの様々な分野に利用することができる。
本実施形態の不織布は、特に電池用セパレータに用いる場合は、電池特性向上の観点から、最大孔径を50μm以下とし、平均孔径を5〜25μmとすることが好ましい。最大孔径が50μmを超えると、不織布の孔を通して電極の活物質同士が接触し、短絡リスクが増大することがある。
本発明の第2の実施形態に係る電池用セパレータは、前述した第1の実施形態の不織布を用いたものであり、例えば不織布を基材とし、その少なくとも一方の面に1種以上の無機粒子を含む絶縁層が設けられている。絶縁層は、不織布基材の表面上に無機粒子がバインダー樹脂などを介して積層された状態で形成されていてもよく、また、不織布基材の一部に無機粒子が入り込んだ状態で形成されていてもよい。なお、前述した絶縁層は、セパレータに必須の構成ではなく、絶縁層を設けずに、不織布のみでセパレータとして用いることもできる。
芯部がポリプロピレン樹脂(PP)、鞘部がポリエチレン樹脂(PE)で、長さ方向に垂直な断面におけるPPとPEの比率がそれぞれ50%:50%、繊維径が4.6μmである芯鞘構造の複合繊維を原料繊維に用いて、No.1の不織布を作製した。具体的には、先ず、各原料繊維を長さ3mmに切断して短繊維とし、それを、粘度調整剤を加えた水中に均一に分散させて、分散液を調製した。
原料繊維の繊維径を4.2μmとした以外は、前述した実施例1と同様の方法及び条件で、厚さが11μm、目付が3.3g/m2であるNo.2の不織布を作製した。
前述したNo.2と同様の方法及び条件で、厚さが55μm、目付が19.0g/m2であるNo.3の不織布を作製した。
原料繊維の繊維長を2mmとした以外は、前述したNo.2と同様の方法及び条件で、厚さが15μm、目付が7.3g/m2であるNo.4の不織布を作製した。
原料繊維の繊維径を3.7μmとした以外は、前述したNo.4と同様の方法及び条件で、厚さが16μm、目付が6.9g/m2であるNo.5の不織布を作製した。
前述したNo.5と同様の方法及び条件で、厚さが11μm、目付が5.0g/m2であるNo.6の不織布を作製した。
前述したNo.5と同様の方法及び条件で、厚さが25μm、目付が11.0g/m2であるNo.7の不織布を作製した。
原料繊維の繊維長を1mmとした以外は、前述したNo.5と同様の方法及び条件で、厚さが16μm、目付が6.7g/m2であるNo.8の不織布を作製した。
原料繊維の繊維径を5.3μmとした以外は、前述したNo.1と同様の方法及び条件で、厚さが16.6μm、目付が5.0g/m2であるNo.9の不織布を作製した。
不織布の目付を2.9g/m2とした以外は、前述したNo.1と同様の方法及び条件で、厚さが9μmであるNo.10の不織布を作製した。
前述した方法で作製した実施例、比較例及び参考例の各不織布の評価は、以下に示す方法で行った。
マイクロメータ(株式会社ミツトヨ製 クーラントプルーフマイクロメータMDC−25MJ)を用いて各不織布の任意の3点の厚さを測定し、その平均値を算出した。
JIS P8124に規定されている方法で、各不織布の目付を5点で測定し、その平均値を算出した。
JIS P8124に規定されている方法で測定した目付を、それぞれの厚さで除した値を各不織布の密度とした。
平均孔径及び最大孔径は、孔径分布測定器(カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同会社製、Porometer 3G zh)を用いて測定した。
CD方向及びMD方向の歪み量は、実施例及び比較例の各不織布から、MD方向の長さが120mm、CD方向の長さが100mmの評価用サンプルを切り出し、テンシロン試験機を用いて測定した。具体的には、チャック間距離を100mm、引張速度を5mm/分として、サンプルのMD方向に引張応力を印加し、引張応力が20Nに到達した後、およそ5秒の間にMD方向及びCD方向の寸法を測定した。
CD方向及びMD方向の引張強度は、テンシロン試験機を用いて測定した。具体的には、先ず、実施例及び比較例の各不織布から、MD方向測定用としてMD方向の長さが70mmで、CD方向の長さが15mmの評価用サンプルを、CD方向測定用としてCD方向の長さが70mmで、MD方向の長さが15mmの評価用サンプルを、それぞれ切り出した。次に、評価用サンプルの長手方向の上下端部をチャックに装着し、チャック間距離が30mm、引張速度が5mm/分の条件で、CD方向及びMD方向それぞれについて破断強度を測定した。
膜抵抗は、以下の方法で測定した。先ず、第1電極として、厚さ40μmのアルミニウムシートを、50mm×45mmの大きさに切り出し、その短辺の端から15mmの領域を、アルミニウム製の電極タブを接続するのりしろとした。このアルミニウムシートののりしろ部の端に、短辺部に対して垂直に幅5mm、長さ60mm、厚さ100μmのアルミニウム製の電極タブを超音波溶接した後、溶接部を含むのりしろ部全体を15mm幅のポリイミドテープで覆って絶縁処理した。
2 芯
3 鞘
Claims (6)
- 芯部と前記芯部を覆う鞘部とからなる芯鞘構造の複合繊維を、その鞘部同士を互いに融着させることにより一体化して形成された厚さが60μm以下の不織布であって、
前記複合繊維は、繊維径が3.4〜4.5μmであり、芯部が第1ポリオレフィン系樹脂で形成され、鞘部が前記第1ポリオレフィン系樹脂よりも低融点の第2ポリオレフィン系樹脂で形成されており、
目付が3〜20g/m 2 であり、
MD方向の有効長さ(MD0)が100mm、CD方向の有効長さ(CD0)が100mmの試料に対して、室温25℃、湿度50%RHの環境下で、MD方向に20Nの引張応力を付与したときのMD方向の長さをMD1(mm)、CD方向の長さをCD1(mm)としたとき、下記数式(I)により算出される歪み量Sが50mm2以下である不織布。
- 前記複合繊維は、
前記第1ポリオレフィン系樹脂がポリプロピレン樹脂であり、
前記第2ポリオレフィン系樹脂がポリエチレン樹脂であり、
強度が4cN/dTex以上である
請求項1に記載の不織布。 - 最大孔径が50μm以下であり、かつ、平均孔径が5〜25μmである請求項1又は2に記載の不織布。
- CD方向及びMD方向における単位目付あたりの引張強度が0.6(N/15mm)/(g/m2)以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載の不織布
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の不織布を用いた電池用セパレータ。
- エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを、体積比で、エチレンカーボネート:メチルエチルカーボネート=3:7の割合で混合した溶媒に、LiPF6を1.1mol/Lとなるように溶解させて調整した電解液に浸漬した後、アルミニウム板で狭持して測定した膜抵抗値が0.002〜0.007Ω/μmである請求項5に記載の電池用セパレータ。
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