JP6690199B2 - 電池素子用セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は電池素子用セパレータの製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、不織布からなるセパレータの基布からの剥離が容易であり、セパレータからの繊維の脱落、及び製造時、搬送時等におけるセパレータの表面の毛羽立ちが抑制され、更にはより微細な繊維屑からなる粉塵の発生も抑えられる電池素子用セパレータの製造方法に関する。
近年、将来のエネルギー及び環境問題に対処するため、ハイブリッドカーが実用化され、また、各種の電子機器の小型化、コードレス化に伴って、それらの駆動用電源として用いられる電池の高容量化、軽量化等に対する要求も高まっている。このような状況下、特に二次電池、例えば、リチウムイオン二次電池等が注目されている。このリチウムイオン二次電池は、通常、リチウムイオンのドープと脱ドープとがなされる正極及び負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、リチウム塩を非プロトン性有機溶媒に溶解させてなり、セパレータに含浸されている非水系電解液と、を備える。
更に、セパレータとしては、エレクトロスピニング法により形成された不織布からなるセパレータが用いられることも多い。例えば、ポリアミド、ポリイミド等の融点１８０℃以上の耐熱性樹脂及び／又は融点がなく、加熱により焦げてしまう樹脂と、ポリビニリデンフルオライド、ポリアクリロニトリル等の電解液で膨潤が起こる樹脂とを有機溶媒に溶解させ、エレクトロスピニング法により、３次元のネットワーク構造に融着して積層された多孔性ウェブからなるセパレータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、湿紙状態での引張強度が大きく、駆動用電解液を含浸した状態で電極と捲回若しくは積層することができる蓄電デバイス用セパレータが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この蓄電デバイス用セパレータでは、抄紙後の乾燥状態のセパレータに熱硬化性樹脂を含浸塗布後、熱硬化性樹脂を熱処理により半硬化状態乃至硬化状態にさせることにより繊維間の結合が強化されるため、湿紙の引張強度が向上すると説明されている。
特許文献１に記載されている３次元のネットワーク構造に融着して積層された多孔性ウェブからなるセパレータでは、融点１８０℃以上の耐熱性樹脂及び／又は融点がなく、加熱により焦げてしまう樹脂と、電解液で膨潤が起こる樹脂とを有機溶媒に溶解させ、エレクトロスピニング法によりセパレータが製造されている。そして、温度が上昇しても溶融により崩壊することがなく、電極との接着力及び電解液保持能力が増大すると説明されている。しかし、特許文献１に記載されたセパレータでは、セパレータからの繊維の脱落、セパレータの毛羽立ち等については全く着眼されていない。
更に、特許文献２に記載されている蓄電デバイス用セパレータでは、繊維間に含浸された熱硬化性樹脂が半硬化乃至硬化されることで、湿紙の引張強度は向上するかもしれない。しかし、繊維間に熱硬化性樹脂が含浸され、充填された形態であるため、駆動用電解液を含浸させるための空孔が減少してしまうことが懸念される。
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、不織布からなるセパレータの基布からの剥離が容易であり、セパレータからの繊維の脱落、及び製造時、搬送時等におけるセパレータの表面の毛羽立ちが抑制され、更にはより微細な繊維屑からなる粉塵の発生も抑えられる電池素子用セパレータの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は以下のとおりである。
１．連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、光照射をし、前記光硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
２．連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、加熱し、前記熱可塑性樹脂からなる繊維に絡み合っている前記熱硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記熱可塑性樹脂からなる繊維を結着させて前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
３．前記基布を無端ベルトとして回転させ、前記繊維を硬化させた後、前記基布から前記セパレータを剥離させる前記１．又は２．に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
４．連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを剥離させ、それぞれ捲回物とする前記１．又は２．に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
５．連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを積層されたまま捲回物とする前記１．又は２．に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
１．連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、光照射をし、前記光硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
２．連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、加熱し、前記熱可塑性樹脂からなる繊維に絡み合っている前記熱硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記熱可塑性樹脂からなる繊維を結着させて前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
３．前記基布を無端ベルトとして回転させ、前記繊維を硬化させた後、前記基布から前記セパレータを剥離させる前記１．又は２．に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
４．連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを剥離させ、それぞれ捲回物とする前記１．又は２．に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
５．連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを積層されたまま捲回物とする前記１．又は２．に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
熱可塑性樹脂と光硬化性樹脂とを併用する本発明の電池素子用セパレータの製造方法、及び熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを併用する他の本発明の電池素子用セパレータの製造方法によれば、また、製造時、搬送時等におけるセパレータの表面の毛羽立ちが抑制される。また、セパレータから脱落した繊維の基布への付着が抑えられるため、基布を廃棄することなく再利用することができる。更に、より微細な繊維屑からなる粉塵の発生も抑えられるため、周辺機器の、例えば、ベアリング等への粉塵の付着などによる機器の不具合、及びセンサの誤作動なども防止される。
また、基布を無端ベルトとして回転させ、繊維を硬化させた後、基布からセパレータを剥離させる場合は、基布から剥離されたセパレータのみを捲回すればよく、回転する基布は所定期間そのまま用いることができる。
更に、連続して供給される基布の一面に、セパレータを形成して積層させ、その後、基布とセパレータとを剥離させ、それぞれ捲回物とする場合は、電池製造時に捲回されたセパレータをそのまま用いることができ、捲回された基布は再利用することができる。
また、連続して供給される基布の前記一面に、セパレータを形成して積層させ、その後、基布とセパレータとを積層されたまま捲回物とする場合は、搬送時及び保管時に基布によってセパレータが保護され、電池製造時には剥離し、セパレータは電池製造に使用し、基布は再び捲回物として保管しておき再利用することができる。
また、基布を無端ベルトとして回転させ、繊維を硬化させた後、基布からセパレータを剥離させる場合は、基布から剥離されたセパレータのみを捲回すればよく、回転する基布は所定期間そのまま用いることができる。
更に、連続して供給される基布の一面に、セパレータを形成して積層させ、その後、基布とセパレータとを剥離させ、それぞれ捲回物とする場合は、電池製造時に捲回されたセパレータをそのまま用いることができ、捲回された基布は再利用することができる。
また、連続して供給される基布の前記一面に、セパレータを形成して積層させ、その後、基布とセパレータとを積層されたまま捲回物とする場合は、搬送時及び保管時に基布によってセパレータが保護され、電池製造時には剥離し、セパレータは電池製造に使用し、基布は再び捲回物として保管しておき再利用することができる。
以下、本発明を図１〜３も参照しながら詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
本発明の電池素子用セパレータの製造方法は、連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、基布の一面に積層させるセパレータ積層工程を備え、エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、光照射をし、光硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、セパレータを形成することを特徴とする（図１、２参照）。
また、他の本発明の電池素子用セパレータの製造方法は、連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、基布の一面に積層させるセパレータ積層工程を備え、エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、加熱し、熱硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、セパレータを形成することを特徴とする（図１、２参照）。
［１］セパレータの製造
基布２としては不織布が用いられる。不織布は特に限定されず、各種の原料を用いて各種の方法により製造された不織布を用いることができる。原料としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の合成樹脂、及びガラス繊維などが挙げられ、ポリオレフィン樹脂、特にポリプロピレンが好ましい。更に、不織布の製造方法としては、スパンボンド法、サーマルポンド法、ニッドルパンチ法等が挙げられる。また、基布２として用いられる不織布の目付は特に限定されず、目付は２０〜４０ｇ／ｍ２とすることができる。更に、基布２として用いられる不織布の厚さも特に限定されず、厚さは０．１０〜０．３０ｍｍ、特に０．１５〜０．２５ｍｍとすることができる。
基布２としては不織布が用いられる。不織布は特に限定されず、各種の原料を用いて各種の方法により製造された不織布を用いることができる。原料としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の合成樹脂、及びガラス繊維などが挙げられ、ポリオレフィン樹脂、特にポリプロピレンが好ましい。更に、不織布の製造方法としては、スパンボンド法、サーマルポンド法、ニッドルパンチ法等が挙げられる。また、基布２として用いられる不織布の目付は特に限定されず、目付は２０〜４０ｇ／ｍ２とすることができる。更に、基布２として用いられる不織布の厚さも特に限定されず、厚さは０．１０〜０．３０ｍｍ、特に０．１５〜０．２５ｍｍとすることができる。
本発明及び他の本発明の電池素子用セパレータの製造方法では、基布２は、無端ベルトとして駆動ローラ６１、６２により回転させ、その外面（一面）にエレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータ１を連続して形成し、積層させることができる（図１参照）。また、基布２は、搬送ローラ等により連続して供給し、移動させることができる。そして、基布２の一面にエレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータ１を連続して形成し、積層させることができる（図２参照）。
本発明及び他の本発明の電池素子用セパレータの製造方法では、セパレータ積層工程において、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂からなり、熱可塑性樹脂からなる繊維に絡み合っている繊維が、光照射又は加熱により硬化し、熱可塑性樹脂繊維を結着させる。従って、熱可塑性樹脂繊維が不織布、即ち、セパレータ１から脱落することが抑制され、強度も高まり、品質が向上する。また、脱落した熱可塑性樹脂繊維の基布２への付着等も抑えられ、基布２を再利用することができる。
更に、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂からなり、硬化した繊維が、基布２の表面近傍に散在しているため、基布２と不織布、即ち、セパレータ１との剥離が容易である。そのため、図１のように、基布２が無端ベルトとされ、駆動ローラ６１、６２により回転駆動されている場合、光照射又は加熱の後、直ちにセパレータ１と基布２とを剥離させ、セパレータ１の捲回物１ａとして保管しておくことができる。
また、基布２が搬送ローラ等により連続して供給され、移動する場合、図２のように、光照射又は加熱の後、直ちにセパレータ１と基布２とを剥離させ、セパレータ１の捲回物１ａ及び基布２の捲回物２ａとして保管しておくことができる。一方、セパレータ１と基布２とは、積層されたまま捲芯に捲回して保管しておき、電池製造時に剥離させてもよい。いずれにしても、折損し、脱落した熱可塑性樹脂繊維の基布２の一面への付着等が抑えられているため、基布２は再利用することができる。
エレクトロスピニング法では、紡糸可能な樹脂を溶媒に溶解させた樹脂溶液を、ノズル３１と、基布２のノズル３１とは反対側の面（基布の他面）に配設された接地電極４との間に形成された静電場に吐出させて紡糸する（図１、２の吐出された樹脂溶液１Ａ参照）。これにより、基布２の一面に樹脂繊維が直接堆積され、不織布が形成される。溶媒の多くは、樹脂溶液が基布２の一面に到達するまでに気化し、蒸散するが、必要であれば、加熱下、及び／又は減圧下に溶媒を除去する雰囲気下に紡糸することもできる。
樹脂溶液を静電場に吐出させる方法としては、例えば、樹脂溶液を、容器から静電場に開口するノズル３１に供給し、吐出させる方法が挙げられる。このように、樹脂溶液を静電場の所定位置に開口させたノズル３１から吐出させ、電界によって曳糸させることにより樹脂を繊維化させ、紡糸することができる。また、この樹脂溶液の吐出、紡糸時の溶液温度は、室温（２０〜３０℃）から溶媒の沸点までとすることができ、室温でも容易に吐出、紡糸が可能である。一方、相対湿度は特に限定されないが、１０〜７０％であればよく、２０〜６０％であることが好ましい。更に、樹脂溶液の吐出量、基布２の移送速度等によりセパレータ１となる不織布の厚さ等を容易に調整することができる。
静電場は、図１、２のように、樹脂溶液吐出装置３が備えるノズル３１及び樹脂溶液容器３２の側を電圧印加側とし、この電圧印加側と接地電極４との間に形成することができる。また、印加される静電気電圧は特に限定されず、１０〜１００ｋＶとすることができる。電圧印加側の電極としては、ノズル３１及び樹脂溶液容器３２そのものを用いることもでき、ノズル３１等に付設された電極を使用することもできる。付設される電極は、導電性を有する無機物、有機物により形成することができ、特に金属が用いられることが多い。また、絶縁性の材質からなる成形体の表面に、導電性物質がコーティングされてなる電極であってもよい。
更に、ノズル３１の本数は特に限定されず、図１、２のように、１本でもよく、複数本でもよい。ノズル３１の内径も特に限定されず、所望の繊維径等にもよるが、５〜５００μｍとすることができ、５〜２００μｍ、特に５〜１００μｍであることが好ましい。ノズル３１の内径が５〜５００μｍであれば、樹脂溶液を十分な速度でノズル３１に供給することができ、所定径の樹脂繊維からなる不織布を効率よく形成することができる。ノズル３１の材質も特に限定されず、金属でも非金属でもよいが、金属製であれば、前述のように、そのまま電圧印加側の電極として用いることができるため好ましい。一方、ノズル３１が非金属製である場合は、内部に金属等の導電材を配設し、電極として用いることができる。
また、樹脂溶液容器３２内の樹脂溶液は、溶液供給装置、例えば、定流量ポンプ等により、樹脂溶液容器３２からノズル３１へと移送され、供給される。そして、樹脂溶液は、ノズル３１の開口部から吐出されて、紡糸された樹脂繊維が基布２の一面に直接堆積されて不織布が形成され、この不織布がセパレータ１となる。
ノズル３１の開口部と基布２の一面との距離は、帯電量、ノズル３１の内径、樹脂溶液の濃度、樹脂溶液の吐出量等に基づいて設定することが好ましい。例えば、印加電圧が１０ｋＶ程度のときは、５０〜２００ｍｍの距離とすることができる。また、印加される静電気電圧は、前述のように、１０〜１００ｋＶとすることができる。この静電気電圧は公知の技術に基づいて設定することができる。
更に、樹脂溶液に用いた溶媒は、樹脂溶液が基布２に向けて吐出され、紡糸される間に、条件に応じて気化し、蒸散して、樹脂繊維が紡糸され、不織布が形成される。この工程で、雰囲気温度が、例えば、室温（２０〜３０℃）であるときは、通常、樹脂溶液が基布２の一面に到達するまでの間に溶媒は略全量が蒸散する。しかし、溶媒の蒸散が不十分であるときは、不織布を加熱下、及び／又は減圧下に形成することもできる。尚、雰囲気温度は、樹脂溶液の粘度、溶媒の種類等にもよるが、室温（２０〜３０℃）でもよく、加温するときでも５０℃程度に昇温させれば十分である。
基布２の、ノズル３１から樹脂溶液が吐出される側とは反対側の面には、基布２より幅広の接地電極４が配設され、接地電極４は、その両側部が基布２からはみ出すように配置される。このように、接地電極４の両側部が基布２からはみ出して露出するように配置されることで、紡糸時、樹脂溶液が基布２の幅方向により均等に吐出される。これにより、基布２の幅方向に、より均質であり、且つ厚さのばらつきの少ない不織布を積層させることができる。接地電極４の形態は特に限定されないが、基布２と同様に、帯状のシート又は箔等であることが好ましい。また、接地電極４の材質も十分な導電性を有する限り、特に限定されないが、金属であることが好ましく、接地電極４としては、金属シート、金属箔等を使用することができ、例えば、アルミニウム箔等を用いることができる。
樹脂溶液に含有される紡糸可能な熱可塑性樹脂は特に限定されない。この樹脂としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキシド、ポリビニリデンクロライド、セルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。この樹脂としては、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等が好ましい。更に、これらの樹脂は、１種のみ用いてもよく、共通の良溶媒があれば、２種以上を併用することもできる。
また、樹脂溶液には、上述の各種の熱可塑性樹脂の他、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が含有される。光硬化性樹脂は、紫外線又は可視光を照射して硬化させることができる樹脂であればよく、特に限定されない。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。更に、熱硬化性樹脂も特に限定されず、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂は、各々、１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、硬化するときの熱により樹脂の劣化及び結晶化等を生じることがあるため、熱硬化の際の温度は１５０℃以下、特に１００℃以下であることが好ましい。
更に、樹脂を溶解させるための溶媒も特に限定されないが、樹脂を十分に溶解させることができ、且つ樹脂溶液が吐出され基布２の一面に到達する間に容易に気化し、蒸散して、可能な限り樹脂繊維に残留しない溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、アセトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ピリジン、アセトニトリル、Ｎ‐メチルピロリドン等が挙げられる。溶媒としては、極性溶媒が好ましく、特にＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が好ましい。これらの溶媒は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用した混合溶媒として用いることもできる。
樹脂溶液における樹脂の含有量も特に限定されないが、樹脂溶液を１００質量％とした場合に、熱可塑性樹脂の含有量は２〜２０質量％とすることができ、４〜１５質量％、特に６〜１０質量％であることが好ましい。熱可塑性樹脂の含有量が２〜２０質量％であれば、所定径且つ所要量の樹脂繊維を容易に形成することができる。また、含有量が高過ぎることにより溶液粘度が上昇し、樹脂溶液が吐出し難く、紡糸が困難になることもない。
更に、光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂の含有量も特に限定されない。樹脂溶液を１００質量％とした場合に、光硬化性樹脂の含有量は５〜３０質量％とすることができ、特に５〜１０質量％であることが好ましい。また、熱硬化性樹脂の含有量は５〜３０質量％とすることができ、特に５〜１０質量％であることが好ましい。光硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂の各々の含有量が上述の範囲であれば、熱可塑性樹脂繊維を十分に結着させることができ、セパレータ１からの熱可塑性樹脂繊維の脱落を抑制することができる。
セパレータ１となる不織布の厚さは特に限定されず、１０〜５０μｍとすることができ、１０〜４０μｍ、特に１５〜３５μｍであることが好ましい。更に、不織布を構成する熱可塑性樹脂繊維、光硬化性樹脂繊維及び熱硬化性樹脂繊維の径も特に限定されず、各々、１００〜１０００ｎｍであればよく、１５０〜８００ｎｍ、特に２５０〜６００ｎｍであることが好ましい。また、不織布の目付も特に限定されず、１〜２０ｇ／ｍ２とすることができる。尚、繊維径は、不織布の複数箇所（例えば、１０箇所）を光学顕微鏡により観察し、各々の視野において複数本（例えば、１０本）の樹脂繊維の径を測定し、平均値を算出することにより求めることができる。
セパレータ１となる不織布の空孔率も特に限定されず、５０〜８５％とすることができ、５５〜８５％、特に６０〜８０％、更に６５〜８０％であることが好ましい。空孔率が５０〜８５％、特に６５〜８０％であれば、十分な強度及び高イオン伝導性等を有するセパレータ１とすることができる。
尚、空孔率は下記の式に基づいて算出することができる。
空孔率（％）＝１００−｛不織布の目付／（不織布の形成に用いた樹脂の平均密度×不織布の厚さ）｝×１００
（但し、不織布の目付の単位はｇ／ｍ２、樹脂の密度の単位はｇ／ｃｍ３、不織布の厚さの単位はμｍである）
尚、空孔率は下記の式に基づいて算出することができる。
空孔率（％）＝１００−｛不織布の目付／（不織布の形成に用いた樹脂の平均密度×不織布の厚さ）｝×１００
（但し、不織布の目付の単位はｇ／ｍ２、樹脂の密度の単位はｇ／ｃｍ３、不織布の厚さの単位はμｍである）
［２］本発明及び他の本発明の方法により製造されたセパレータを用いた電池
本発明及び他の本発明の方法により製造された電池素子用セパレータは二次電池、特にリチウムイオン二次電池の電池素子用として有用である。このリチウムイオン二次電池では、電極板は、通常、金属集電体と、活物質と、活物質を結着して集電体の表面に活物質層を形成するための結着用樹脂とを有する。
本発明及び他の本発明の方法により製造された電池素子用セパレータは二次電池、特にリチウムイオン二次電池の電池素子用として有用である。このリチウムイオン二次電池では、電極板は、通常、金属集電体と、活物質と、活物質を結着して集電体の表面に活物質層を形成するための結着用樹脂とを有する。
また、セパレータに含浸される電解質としては、各種のリチウム塩が用いられる。このリチウム塩としては、過塩素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ化砒酸リチウム、トリフロロスルホン酸リチウム、リチウムパーフロロメチルスルホニルイミド、リチウムパーフロロエチルスルホニルイミド等が挙げられる。これらのリチウム塩は１種のみ用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
電解質である各種のリチウム塩は、通常、非水系溶媒に溶解させ、非水系電解液として用いられる。非水系溶媒としては、リチウムイオン二次電池に一般的に用いられる炭素数１０以下の極性有機溶媒を特に限定されることなく用いることができる、この極性有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、１，２-ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、スルフォラン、アセトニトリル等、及びこれらの溶媒が混合された混合溶媒が挙げられる。非水系電解液におけるリチウム塩の濃度は、０．２〜２モル濃度であることが好ましい。
リチウムイオン二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層されてなる電池素子を外装材内に収納し、非水系電解液を注入し、その後、開口部を封止することにより製造することができる。また、非水系電解液の注入方法は、真空注入法が好ましいが、特にこの方法に限定はされない。更に、外装材内に収納する前の電池素子に、非水系電解液を予め含浸させておいてもよく、非水系電解液を含浸させた電池素子を外装材内に収納した後、必要に応じて非水系電解液を注入してもよい。
また、外装材としてアルミラミネートフィルム等の柔軟な積層材を用いた、所謂、フィルム外装電池では、電極板とセパレータとは接着されて一体化されていることが好ましい。この場合、通常、電極板とセパレータとは、熱圧着法により融着される。この熱圧着により、電極板とセパレータとは強固に一体化される。
更に、外装材は特に限定されないが、アルミラミネートフィルム等の柔軟な積層材の他、スチール缶、アルミニウム缶等が挙げられる。また、リチウムイオン二次電池の外形も特に限定されず、外装材の種類により定まる面もあるが、円筒型、角形等の扁平型及びボタン型等であることが多い。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
実施例１
図１に模式的に図示された、基布２を無端ベルトとして回転させる装置を使用し、ノズル３１から樹脂溶液を吐出させ（１Ａ参照）、基布２の一面に樹脂繊維を堆積させた。その後、堆積された樹脂繊維に紫外線照射装置５により紫外線を照射し、不織布からなり、基布２に積層されたセパレータ１を製造した。次いで、セパレータ１を基布２から剥離させながら捲芯に巻き取り、セパレータ１の捲回物１ａとした。基布２としては、目付３０ｇ／ｍ２、厚さ０．２ｍｍのポリプロピレン製の不織布を使用し、０．０３０ｍ／分の速度で回転させた。
実施例１
図１に模式的に図示された、基布２を無端ベルトとして回転させる装置を使用し、ノズル３１から樹脂溶液を吐出させ（１Ａ参照）、基布２の一面に樹脂繊維を堆積させた。その後、堆積された樹脂繊維に紫外線照射装置５により紫外線を照射し、不織布からなり、基布２に積層されたセパレータ１を製造した。次いで、セパレータ１を基布２から剥離させながら捲芯に巻き取り、セパレータ１の捲回物１ａとした。基布２としては、目付３０ｇ／ｍ２、厚さ０．２ｍｍのポリプロピレン製の不織布を使用し、０．０３０ｍ／分の速度で回転させた。
また、図１の装置では、樹脂溶液容器３２とノズル３１とを正極として機能させ、基布２の他面のノズル３１と対向する位置に基布２より幅広の接地電極４を配設した。更に、樹脂溶液としては、ポリアクリロニトリル及びアクリル系光硬化性樹脂のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液（溶液を１００質量％とした場合に、ポリアクリロニトリルの含有量は８質量％、アクリル系光硬化性樹脂の含有量は８質量％）を用いた。また、電圧印加側であるノズル３１及び樹脂溶液容器３２と、接地電極４との間に６０ｋＶの電圧を印加し、静電場を形成した。
上述のようにして目付１０ｇ／ｍ２、厚さ３０μｍの不織布からなるセパレータ１を製造したところ、基布２に積層されたセパレータ１は、容易に基布２から剥離することができた。更に、セパレータ１を剥離した後の基布２の一面には、少なくとも目視では樹脂繊維の付着はみられず、毛羽立ちもなく、そのまま継続して使用することができた。これは、セパレータ１の基布２に積層されていた面におけるポリアクリロニトリル繊維の折損、脱落が抑制されているためであり、アクリル系光硬化性樹脂の併用による作用効果が裏付けられている。更に、捲回物１ａとして保管しておいたセパレータ１にも毛羽立ちはみられず、これもアクリル系光硬化性樹脂の併用による作用効果である。
尚、前述の記載は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施態様を挙げて説明したが、本発明の記述及び図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく、説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その態様において本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料及び実施態様を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、寧ろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。
また、参考として、本明細書には、下記〔１〕〜〔５〕の電池素子用セパレータの製造方法に関する説明が含まれる。
〔１〕連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、光照射をし、前記光硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
〔２〕連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、加熱し、前記熱硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
〔３〕前記基布を無端ベルトとして回転させ、前記繊維を硬化させた後、前記基布から前記セパレータを剥離させる〔１〕又は〔２〕に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
〔４〕連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを剥離させ、それぞれ捲回物とする〔１〕又は〔２〕に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
〔５〕連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを積層されたまま捲回物とする〔１〕又は〔２〕に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
また、参考として、本明細書には、下記〔１〕〜〔５〕の電池素子用セパレータの製造方法に関する説明が含まれる。
〔１〕連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、光照射をし、前記光硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
〔２〕連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、加熱し、前記熱硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。
〔３〕前記基布を無端ベルトとして回転させ、前記繊維を硬化させた後、前記基布から前記セパレータを剥離させる〔１〕又は〔２〕に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
〔４〕連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを剥離させ、それぞれ捲回物とする〔１〕又は〔２〕に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
〔５〕連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを積層されたまま捲回物とする〔１〕又は〔２〕に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
本発明は、電池、特にリチウムイオン二次電池等の二次電池の技術分野において利用することができる。
１；セパレータ、１ａ；セパレータの捲回物、１Ａ；吐出された樹脂溶液、２；基布、２ａ；基布の捲回物、３；樹脂溶液吐出装置、３１；ノズル、３２、樹脂溶液容器、４；接地電極、５；光照射（紫外線照射）又は加熱装置、６１、６２；駆動ローラ、７；基布とセパレータとの積層体の捲回物。
Claims (5)
- 連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、光照射をし、前記光硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。 - 連続して移動する基布の一面に、エレクトロスピニング法により不織布からなるセパレータを形成し、前記基布の前記一面に積層させるセパレータ積層工程を備える電池素子用セパレータの製造方法において、
前記エレクトロスピニング法に用いる樹脂溶液に、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を溶解させ、紡糸後、加熱し、前記熱可塑性樹脂からなる繊維に絡み合っている前記熱硬化性樹脂からなる繊維を硬化させ、前記熱可塑性樹脂からなる繊維を結着させて前記セパレータを形成することを特徴とする電池素子用セパレータの製造方法。 - 前記基布を無端ベルトとして回転させ、前記繊維を硬化させた後、前記基布から前記セパレータを剥離させる請求項１又は２に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
- 連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを剥離させ、それぞれ捲回物とする請求項１又は２に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
- 連続して供給される前記基布の前記一面に、前記セパレータを形成して積層させ、その後、前記基布と前記セパレータとを積層されたまま捲回物とする請求項１又は２に記載の電池素子用セパレータの製造方法。
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