JP7250801B2 - 制御された細孔径を有するアルカリ電池セパレーター - Google Patents
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Description
繊維組成に加えて、セパレーターは様々なレベルの坪量で設計されている。太番手のPVAならびにレーヨン繊維が利用可能であることにより、より多量の活物質を可能にして放電性能を高めるためのセル内の空間の節約を目標として、材料軽量化の流れが可能なった。しかしながら、技術的および経済的関心事を考慮すると、低レベルの坪量はもはや究極の目標とは考えられない。技術的な懸案には、不十分な落下耐性に結びつくバッテリーの、剛性ならびに機械的特性を引き起こす加工性が含まれる。太番手繊維の包含は、コストに著しく寄与する。より高い性能を有する新しい型の負極が開発されている。しかしながら、これらの負極はまた、短絡の原因となるデンドライトを生成する、より強い傾向があり、そのために電池メーカーは障壁特性の強化を探し求めている。
制御され、前もって決定された細孔径を有する、すなわち、平均径、最大径および体積をあらかじめ選択することができるセパレーターが必要とされている。
一実施形態において、セパレーターは、約30%~約60%のPVAおよび約40%~約60%のテンセルなどのリヨセル繊維を含む。別の実施形態において、セパレーターは、少なくとも55%のPVAおよび少なくとも45%のテンセルを含む。
一実施形態において、アルカリ電池はZn/MnO2電池である。
別の態様において、本開示は、制御された細孔径を有するアルカリ電池セパレーターを製造する方法であって、セルロース誘導体および任意にセルロースを高度にフィブリル化するステップ、ならびにPVAと組み合わせるステップを含む、方法に関する。
本開示の様々な実施形態によって満たされる望ましい物の本明細書における記載は、本開示の最も一般的な実施形態、またはそのより限定された実施形態のいずれかにおいて、これらの物のいずれかまたはすべてが、個々にまたは総体として、必須の特色として存在することを暗示または示唆することを意味するものではない。
本明細書において、ポリビニルアルコールおよびセルロース誘導体のブレンドを含むアルカリ電池セパレーターが開示される。セパレーターは制御された細孔径を有する、すなわち、細孔径は予め決定または選択することができる。一部の実施形態において、アルカリ電池セパレーターは、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体およびセルロースのブレンドを含む。セパレーターは、Zn/MnO2電池などの様々なアルカリ電池において使用することができる。
セルロースおよびセルロース誘導体は、天然セルロース(木質繊維およびパルプ、綿、麻など)、および再生セルロース(例えば、レーヨンおよびテンセル)を含むことができるがこれらに限定されない。
一般に、セパレーターを製造する方法は、PVAと組み合わせる前に、セルロース誘導体例えば、テンセルなどのリヨセル繊維、および任意にセルロースを高度にフィブリル化するステップを含む。セルロースのフィブリル化は、個々の繊維およびより小さなフィブリル単位を作製するために、セルロースまたはセルロース誘導体を機械的に粉砕または加工するために使用されるシングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、コニカルリファイナー、回転シリンダリファイナーまたは他の型のリファイナーなどの機械的リファイナーを使用して達成することができる。この工程のための供給材料は、パルプに形成された、前もって処理されたセルロース系材料(例えば木材チップ、1年生植物など)であってもよい。供給材料として使用されるパルプを作製するセルロース系材料の前処理は、クラフト蒸解、亜硫酸塩蒸解、ソーダ蒸解などの化学的消化、機械的リファイニング、および化学的消化とリファイニングの組み合わせ、または他の公知の工程などの結果であってもよい。
フィブリル化工程が実施され制御されたら、セルロースおよび/またはセルロース誘導体は、パルパー中での水溶性PVA繊維と主体PVA繊維の両方の添加を見越して、40℃未満の温度に冷却するために冷水で希釈される。一般に両方の種類のPVA繊維は、2~4mmの切断長さを有する。より細い繊維(例えば、低デニール(d)またはdTex)が使用される場合、予期しない繊維のからみ合いを回避するために、より短い長さの繊維が必要である。繊維ブレンドは、抄紙機箱へ移送される前にパルパー中で完全に混合される。
本明細書において記述されるセパレーターの平均細孔径は、約5μm未満、約4μm未満、約3μm未満、約2.0μm未満であってもよい。最大細孔径は、約16μm未満、例えば、約4μm~約25μm、約5μm~約20μmおよび約9μm~約16μmであってもよい。一実施形態において、平均細孔径は約1.5μm~約3μmである。
PVA(0.5d)(VPB 0.53)および溶解可能なPVA(VPB 105-2)はKuraray Co.から購入した。3mm長さに切断した、テンセル(Lenzing Co.)を、24”のダブルディスクリファイナーを使用して0.65J/mのSELの下で115分間、フィブリル化にかけ、CSF117および最終繊維長1.1mmに到達した。フィブリル化工程を実施し制御したら、パルパー中での水溶性PVA繊維と主体PVA繊維の両方の添加に進む前に、冷水でフィブリル化したテンセル繊維を希釈して40℃未満の温度に冷却した。抄紙機箱へ移送する前に、繊維ブレンドをパルパー中で10分間完全に混合した。傾けたワイヤー抄紙機で90m/分の速度でスラリーを加工して表1に記述のパラメーターを有する多孔質シートを作製した。厚さ、ならびにMDおよびCD引張強さをそれぞれ、ISO 534およびISO 1924-2に従って測定した。100kPaおよび20kPaの圧力を加えることにより厚さを測定した。当業界の標準方法によって34%のKOH溶液からKOH吸収能力および速度を測定した。ASTM 316に従って平均および最大細孔径を測定した。
(実施例2)
主体PVA繊維を0.3d(VPB 033;Kurary Co.)で選択し、テンセルを0.69J/mのSELの下で155分間のフィブリル化後、120CSFにフィブリル化した以外は、実施例1について記述したように、実施例2を調製した。抄紙機で加工する前に、PVAおよびテンセルを55質量%:45質量%の比率で組み合わせた。
(実施例3)
実施例2について記述したように、0.3d PVA VPB 033を使用して実施例3を調製した。第1バッチの1.7dTexのテンセルを248CSFで0.52J/mのSELの下で20分間のリファイニングによってフィブリル化した。第2バッチのテンセルを37CSFの度合いでフィブリル化し、0.08J/mのSELの下で34時間のリファイニングによって調製した。次いで、55%PVA、第1バッチからのテンセル33%および第2バッチからのテンセル12%で構成される繊維ブレンドを抄紙機で加工した。
0.3d PVA VPB 033を使用して、実施例3について記述したように、実施例4を調製した(但し主体PVAと可溶性PVAの比率は表1に示した通りであった)。95CSFで1.4dTex テンセルのバッチを0.52J/mのSELの下で135分間のリファイニングによってフィブリル化した。抄紙機で30g/m2で加工する前に、40質量%:60質量%の比率でPVAおよびテンセルを組み合わせた。
(実施例5)
0.3d PVA VPB 033を使用して、実施例4について記述したように実施例5を調製した(但し主体PVAと可溶性PVAの比率は表1に示した通りであった)。1.4dTexのテンセルのバッチを0.52J/mのSELの下で135分間のリファイニングによって95CSFでフィブリル化した。抄紙機で20g/m2で加工する前に、PVAおよびテンセルを55質量%:45質量%の比率で組み合わせた。
Claims (8)
- 4.0μm未満の平均細孔径を有する、ポリビニルアルコールおよびセルロース誘導体のブレンドを含み、55質量%~60質量%のポリビニルアルコールを含む、アルカリ電池セパレーター。
- 前記平均細孔径が1.5μm~3μmである、請求項1に記載のアルカリ電池セパレーター。
- 少なくとも55質量%のポリビニルアルコールおよび少なくとも45質量%のセルロース誘導体を含む、請求項2に記載のアルカリ電池セパレーター。
- 16μm未満の最大細孔径を有する、請求項1に記載のアルカリ電池セパレーター。
- 請求項1に記載の電池セパレーターを含む電池。
- 請求項2に記載の電池セパレーターを含む電池。
- 請求項3に記載の電池セパレーターを含む電池。
- 請求項4に記載の電池セパレーターを含む電池。
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