JPH04167355A

JPH04167355A - セパレーターシート

Info

Publication number: JPH04167355A
Application number: JP2292537A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Takanabe; 久文高鍋; Takao Akagi; 赤木　孝夫
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-06-15
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JP2882675B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）不発明は、電池セパレーター、電解コンデンサー、電気
二重層コンデンサー等のセパレーターに関するものであ
る。

（従来の技術）セパレーターの役目は、電池内部で正負両極のショート
を防ぎ、イオンの透過を行なうことである。セパレータ
ーとして必要な性能に、親水性および耐薬品性、さらに
機械強度が高いこと等である０従来、電解コンデンサー、電気二重層コンデンサー、電
池セパレーター用の素材とじ又は電解紙（クラフト紙等
）が用いられているが、これらは強度が低いという欠点
がある〇また天然ｓｎ、レーヨン、ナイロン等の親水性が高い素
材を不織布とし、セパレーターとして用いることも知ら
れているが、これらは耐薬品性（アルカリ又はａ）に乏
しいという欠点がある。

ｔｅショート発生率が低く耐薬品性に優れたセパレータ
ーとし１．ポリオレフィン系（例えばポリプロピレン〕
のフィルムを延伸にて微細孔を形成したものがあるが、
このものは取扱い性が悪く高価な上に親水性が不足して
いるという問題点がある。

ポリプロピレンに親水性の添加剤を混合することで親水
化するという方法も検討されているが。

この方法はポリプロピレンから添２７Ｉ］剤が溶出し、
ポリプロピレンに付与した親水性か短時間に消失し１疎
水性に戻９、電解液の保持ができなくなって、イオンの
移動ができず電池の寿命が短かくなるという欠点を有し
ているＣ（発明が解決しようとする課題）不発明は、親水性および耐薬品性に優れ、さらに機械的
性能に優れたセパレーターシートを提供することにある
。

（ａ題を解決するための手段）すなわち本発明は、繊度０．００１〜０６３デニールの
ポリプロピレン系繊維からなシ、厚さが５０〜１３０μ
ｍで目付が３０〜７０９／ｄのシートでろって、シート
の中間層の平均空隙率、シート表面と該表面から１０μ
ｍの深さ位置との間の部分の平均空隙率およびシート全
体の平均空隙率がそれぞれ４５〜７５％、１〜２０％お
よび４０〜７０％であり。

かつ該シート表面に存在するポリプロピレン系繊維の表
面がＥＳＣＡにより測定した（、ｌ／Ｃ比が０．１〜０
．４を満足しているセパレーター’１−ＩＴｌる。

本発明に用いられるポリプロピレンは無機物等を含んで
もよく、メルトブローン等によす得うれる繊維から不織
布が有効であるＣシートを形成す△ る繊維の平均繊度ＦｉＯ，００１〜Ｑ、３ｄｒの範囲内
でおる。０．００１ｄｒ以下ではイオンの通過性が悪く
なり、放電性が不良になることがわり、０．３　ｄｒ以
上になるとシートにしたとき網目構造が粗になる之め、
ショートし易くなる。網目構造を密にするためにシート
の厚さを厚くするとコンパクトなコンデンサーの内部に
組み込むことが困難になる。

０．００１〜Ｑ、３ｄｒの繊維の製法については、抽出
法、直紡、メルトブローン等が挙げられる。

セパレーターに用いるシートは断面方向に曲がりくねっ
た通路をもった微多孔性の網目構造を持ったものがよい
。これは両極間でのイオン通過ができ、ショートを防げ
るからである。シートの構造は織物、？Ｉ４物、不織布
等を問わず上記のことを満足するものでめ九ば良い０シ
ートの厚さは５０〜１３０μｍの範囲内で、５０μｍ以
下であるとセパレーター作製時の工程通過性が悪く、加
工中にシートの破断、穴あき等が発生することがある。

逆に１３０μｍ以上になるとコンパクトなコンデンサー
に使いすらくなるという問題がある。

空げき率については電解液保持という点からシートの断
面方向に勾配を持っている必要がめるにの理由はシート
の中間層の空げき率が大きく。

表面に近い層の空げき率が小さい方か電解液が電極に吸
着されにくい〃為らである。

シートの中間層の平均空げき率は４５〜７５％が必要で
、４５％以下になると電解液の保持性が悪くなりドライ
アップし易い。また７５チ以上になるとショートの原因
になり易く、強度が低くなり、セパレーターを作るとき
の工程性も悪くなる等の問題がある。な２シートの中間
層とは厚さ方向のセンターから上５μｍ、下５．ｃ＋ｍ
の層を言う。

ノートの表面と該表面から深さ１０μｍの深さ位置との
間の部分の平均空けき率は１〜２０％が必要で、１チ以
下になるとイオン通過性が悪いため電池の性能がない。

２θチ以上になると電解液が電極に吸着され易くなりコ
ンデンサーの寿命が短かぐなる。

空げき軍は厚さ方向に対照の関係にあるものが望ましい
が、非対照の場合は空げき率の小さい面をシート表面と
する。

゛　また、シート全体の平均空げ自車は４０〜７゜チが
必要で、４０’ｊｌ以下になると、電解液の保液性不良
のためドライアップし易＜、７０％以上になると強度不
足で工程通過性が悪いことやショートし易くなる欠点が
ある。

本発明において、シート表面と該表面から１０μｍの深
さ位置との間の部分の平均空げき率は以下の様にして測
定した。

（１）　　シートのマシンディレクションに直交する断
面の断面写真をＳＥＭを用いて１００００倍で撮影する
。

（２）　　シート表面から１０／Ｊの深さまでに１０μ
×１０μの正方形を選び、その部分の穴の総面積（Ｓり
と全体の面積（Ｓ＝１００μ２）をだす。

（ｓ＞　　Ｂｌ”７Ｂ”　Ｌ　り　シー　）　表面カラ
１０　ａｔ）Ｅ（Ｄ空げ１！率を算出する。

同様にして、シート中間層（厚さ方向のセンターから上
５μ、下５μの層）の平均窒げき率およびシート全体の
平均空隙′Ｓも算出する〇なお本発明において、シート
表面と核表面から１０μｍの深さ位置との間の部分（シ
ート表面層）とシート中間層以外の部分は、シート表面
層より高い平均空げき率を有して匹るのが好ましく、よ
り好普しくに、シート表面層からシート内部に至るに従
って空隙率が徐々に高くなっているようなシートでおる
。

シートハ、目付が３０〜７０り／♂であることが必要で
、３０り／ビ以下になると強度が不足してセパレーター
を作るときの工程通過性が悪く、７０ｆ／ｄ以上になる
と、電池やコンデンサーに組み込むとき、占有体積が大
きくなりすぎ好ましくない。

本発明では、シートの表面のポリプロピレン繊維の表面
のポリプロピレンを変性しＣ−Ｏ基やＯＨ基を持たせる
ことで親水性を向上させる。そのための具体的方法とし
１はコロナ放電処理、低温プラズマ処理等がめげら几る
が、特に効果があるのは低温プラズマ処理である。コロ
ナ放電処理は官能基の付与が少いうえ、親水性の経時変
化も大きい。

Ｃ＝０基、ｏｈ基尋の官能基が付与されたかどうかを仰
るにはＥＳＣＡを用いて表面分析を行うことでわかる。

ＥＳＣＡによるＯ／Ｃ（原子個数比）は０．１〜０．４
であることが必要で、０．１より少ない場合には、親水
性に乏しく、シートが電解液を保持しないため電池の寿
命が短くなる。また０、４以上になるとシートの劣化も
大きく１無停度が大きく低下し、セパレーターを作ると
き破れたり、切れたりするなど工程通過性が悪くなる。

官能基を有する面はシートの両面が好ましいが１片面で
もよい。片面の場合はシート表面の空げき率の少ない面
に付与されて匹ることが望ましい。

低温プラズマ処理は真空下にガスを導入したのち、一定
の真壁度のもとて電極間に高周波電源にて電圧をかけグ
ロー放電を発生させるものである。

シート表面にＣ＝０基、ＯＨ基を付与することを目的と
した場合、用いるガスは非重合性のガス（０２，ｋｉｚ
、　Ａｒ、　Ｈｅ、　Ｎ２等うが好’！！　シ＜　、　
コノ中Ｔも特にＭ素あるいは＃ｌ素を含むガスかより好
筐しい０処理真空度は処理時間、処理電圧等を考慮すると０．０
５〜１　’ｌ’ｏｒｒが好ましい。放電出力は０１〜５
Ｗ／−が好ましく、０．１Ｗ１０Ａ以下では目的を達す
るまでの時間が長くかかりすぎる。５　Ｎ７−以上にな
ると放電が不安定になシ均一な処理をすることがひず力
・シくなる。処理時間は５〜１２０秒が好ましく、５秒
以下では官能基付与の程度が小さく、また均一な付与も
できない。１２０秒をこえるとシート表面の劣化が起こ
シ好ましくない。高周波電源周波数は電極の幅方向の放
電均一性よりＩＫ）Ｌｚ〜１３．５６覇２が好ましい。

電極は内部、外部を問わないが処理効率という点からみ
て、内部電極の方が好まし匹。

セパレーター用繊維素材は、酸、フルカリ等によつ１酸
化１分解をしにくく機械特性、耐熱性のよいポリプロピ
レンが本発明で用いられるが、他のｌｌ＃Ｉを含んでい
てもよい。

このように親水化処理されたシートは、必要な形状に切
断・何形され、電池や電解コンデンサー、電気二重層コ
ンデンサー等のセパレーターとして用いられる。

以下実施例に従い本発明を説明する。

実施例および比較例ポリグロビレンポリマーをメルトプローンによって不織
化したのち、該不織布を１１０’Ｃでカレンダー加工し
てシート化し、該シートを１３．５６ＭＨｚの電源を配
した内部電極型、平行平板電極を有する低温ブラズｉ処
理槽にセットし、減圧にした。内圧が０．０　ｉ　Ｔｏ
ｒｒになったのち、０２ガスを３゜ＣＣ７分で導入し、
内圧を０．３　Ｔｏｒｒに保持した。つめで電極間にｌ
Ｗ／ＤＡの出力で３０秒間プラズマ処理を行なった。結
果＃１ｆｆｌに示すとおりであったＯ実施例１〜１０は繊度を０．００５〜０．２　ｄｒ、　
シート厚みを５２〜９０μ、シート目付を３５〜６５ｆ
／♂と替えてプラズマ処理を行なったものの結果である
が、表１に示すとおり、すべてのものが電池にしたとき
セパレーターとしての性能を満足するものであった。

比較例１〜２はｍｙがそれぞれ０．５　ｄｒ、　０．０
００８ｄｒの繊維を使ってシートにしたものの結果であ
るが、比較例１ではシートの網目が粗いｔめにショート
シた。比較例２でに電池としての性能がほとんど得られ
なかった。これはイオン通過性が悪いためと考えられる
。

比較例３〜４＃″ｉシートの厚みをそれぞれ１４０μｍ
、３０μｍと替えたものであるが、比較例３では、厚み
が導子ぎて電池内に組みこむ操作に手間どった。比較例
４では、セパレーターを作るときセパレーターが切れた
りしてロス率が非常に高かった。また、比較例３では空
げき率も大きくなり。

ショートするものが数多く発生した。比較例４では中間
の空けき率平均空げき率が少ないためセパレーターがド
ライアップし、電池の性能が不良であった。

比較例５および６はＯ／Ｃ比をそれぞれＯ，ＯＳ。

０．５と変えたものでるるが、比較例５ＦｉＯ／Ｃが少
ないため親水性不良のため電池の性能が不良であった。

また比較例６は０／Ｃ比が多いため親水レベルは良好で
あったが、セパレーター作製時の工程通過性が非常に悪
かった。

比較例７は空げき率が厚さ１同に一定の場合であるが電
解液が電極に吸着され、セパレーターとしての性能が不
良であった。また、空げき率が全体的に太きいためショ
ートも発生した。

なお実施例および比較例において、電池としての評価は
、それぞれのシートを単ＩＮ乾電池のサイズに合わせ１
コツプ形セパレーターを作製し。

鉄にニッケルメッキした陽極缶に、二酸化マンガン、黒
鉛の混練物を陽極合剤とし、３０％ＫＯ）ｉを吸収させ
たセパレーターを介在させたのち、亜鉛粉末とアルカリ
電解液の混合体を陰極剤として。

アルカリ乾電池を作製した時の結果である。

Claims

【特許請求の範囲】

　繊度０．００１〜０．３デニールのポリプロピレン系
繊維からなり、厚さが５０〜１３０μｍで目付が３０〜
７０ｇ／ｍ＾２のシートであって、シートの中間層の平
均空隙率、シート表面と該表面から１０μｍの深さ位置
との間の部分の平均空隙率およびシート全体の平均空隙
率がそれぞれ４５〜７５％、１〜２０％および４０〜７
０％であり、かつ該シート表面に存在するポリプロピレ
ン系繊維の表面がＥＳＣＡにより測定したＯ／Ｃ比が０
．１〜０．４を満足しているセパレーターシート。