JPH0436954A

JPH0436954A - 電池用セパレータ

Info

Publication number: JPH0436954A
Application number: JP2143191A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumoto; 功松本; Yasuko Ito; 康子伊藤; Koji Yuasa; 浩次湯浅
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-06
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JP2982218B2

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】産業上の利用分野本発明は、とくにＮｉ−Ｃｄ電池のように渦巻状の電極
構成を採用する電池のセパレータの改良に関するもので
ある。

従来の技術埃在、Ｎｉ−Ｃｄ電池で代表される小型の蓄電池は、普
及の著しいポータプルの家電用機器１通信機器、事務機
器などの電源用途をはじめ、広範囲の用途に多く使用さ
れ始めた。これにつれて、従来からの高エネルギー密度
化要望のほかＫ、新たな電池特性が強く要求されつつあ
る。−例を挙げると、高温で長期に亘る放置後にも正常
な充放電特性を示すことである。具体的には、０〜６０
°Ｃの温度範囲で数ケ月あるいは数年間の放置後にも。

初期と同様な電池特性を示すこと、つまり回復性が良い
ことである。このようＫ、エネルギー密度の向−」ユの
他に苛酷な保存にも耐えられる小型の蓄電池が、以前に
も捷して望まれてきた。一般に。

この電池は充放電特性に優れる渦巻状の電池構造を採用
しているか５この構成では長尺のセパレータ全使用する
ためエネルギー密度の点では不利になる。そこで、高エ
ネルギー密度の電極材料の探索（例えば水素吸蔵合金な
ど）と開時Ｋ、可能な限りセパレータを薄くする検問が
なされてきた。

−例を挙げれば、厚さ０．２０−０．２５　ｍｍの従来
のポリアミド系樹脂の不織布を０．１５１ｆｆ程度に薄
くして用いる試みである。ところが、単に加圧して薄く
するだけでは、セパレータに占める樹脂の７０１１％が
増加して電池の内部抵抗を高め、充放電特性の低下を来
たす。また、従来と同等のｖｏｌ　。

％を持つ工夫を凝らしても、セパレータの空間部に入り
こんだ電（ヴの活物質により、厚さが減った分だけ微小
短絡が起きやすくなる。そこで、不織布を構成する繊維
の径を細くし、繊維の数を増加させて微小短絡を防止す
る方法が考えられる。しかし、従来から一般に使用され
ているポリアミド系の不織布においては、高温、高濃度
のアルカリ水溶液に長期間曝されると、ポリアミドが一
部分解し溶出物が電池の緒特性を劣化させたり、細くし
た繊維径では繊維の一部が切れて微小短絡が生じる危険
性もあった。このため、アルカリ水溶液に安定なポリオ
レフィン系の樹脂、例えばポリプロピレン系の樹脂繊維
などを用いることが注目される。しかし、この樹脂は疎
水性材料であるためＫ、そのままでは反応に必要な電解
液を保持するセパレータ材料にはならない。この点を改
良するため、親水基２例えば、スルホン基（−ＳＯ３Ｈ
や３０３Ｍ、ここで１ＭはＫ、Ｎａなどの金属）を樹脂
と化学的に結合させた堅牢な材料をすでに提案してきた
。

発明が解決しようとする課題ところが、この方法では、無理に繊維と反応させるため
に不織布自身の強度を低下させることが６　へ、ある。とくＫ、繊維径を細くすれば機械的な強度の低下
傾向が著しい。このため、渦巻状に電極群を構成する際
に加えられる引張力でセパレータが切断されるという問
題があったっ具体的には、高エネルギー密度化と微小短絡防止に適し
た繊維径数μｍもしくばそれ以下の繊維で構成され、か
つ電極反応に適した目付重量７０ｇＩｎ？８度、厚さが
０．１６ｍｍのポリプロピレン糸上パレータをスルホン
化すると２通常よく使用される約４０ｍｍ幅の長尺状に
おいては、長さ方向の引張強度が２ｋｇから１ｋｇに低
下し、電極群の構成に必要な量小値１，６ｋｇを下回り
実使用に耐えられない。

本発明は、上記のような課題を解決し、高エネルギー密
度でかつ高温・長期の放置後の特性回復にも優れた電池
に適した、堅牢な士パレータを提供することを目的とす
る。

課題を解決するだめの手段この課題を解決するため本発明は、上記の細い繊維群と
繊維径の太いポリオレフィン系の繊維群とを混在一体化
するか、または線径の太いポリオレフィン系の網や格子
と一体化した構成と１〜だものである。

作用この構成によれば、親水基との反応で機械的強度が低下
した細いポリオレフィン系繊維が、同様な反応後にも中
心部までは侵されないことから極端な強度の低下を来た
さない、径の太いポリオレフィン系繊維や網または格子
と一体化されることにより補強される。このような構成
を用いれば。

セパレータの機械的強度、とぐに引張強度が向上し、渦
巻状の電極群を構成する際の引張力に耐えられることと
なる。また、溶融して一体化すれば強度の向上とともＫ
、その操作中に所望の薄さにまで加圧することも容易で
、厚みの薄いセパレータの作製が容易となる。

実施例以下１本発明の実施例を第１図から第５図を参照して説
明する。

第１図は、本発明のセパレータの概略図である。

第１図は、厚さ０．１６　ｗｒｒ　、平均目付重量６５
ｇΔ７ｔの不織布で、平均繊維径が約１ｐ　ｍ　、　ｖ
均長が約２（）ｍｍのポリプロピレン製の繊維群１と平
均繊維径が約１０μｍ、平均長が約３Ｑｍｍの繊維群２
とが接触部３で溶着されている。４は空間部を示す。

各々の繊維は、それを構成するポリプロピレンの炭素の
一部が一８ｏ、Ｈや一ＳＯ３Ｍと化学結合している。こ
こでのＭは　Ｎａ、Ｋ　１Ｍｇ、Ｃａ、Ａｅなどのイオ
ン化しやすい金属である。第３図に繊維群１を構成する
ポリプロピレン繊維の長さ方向の断面図を示す。５０５
Ｈなとが表面から侵入し炭素と結合したヌルホン化部分
６が親水性を付与する役目を果たしている。また、ｂ部
は反対側から形成されたヌルホン化部分と繋がった部分
である。

この部分は、とくに機械的強度が弱いところである。こ
のｂ部で示した現象は、繊維群２のように太い径のもの
では起こらない。この理由で、繊維群２のほうは著しい
強度の低下がない。

したがって、繊維群１は繊維群２との混在、およびそれ
ら相互の接触部の溶着により不織布とし９　・＼　− ての機械的強度が大きく改善される。

第４図には、厚さ０．１５　ｍ７ＪＩ　、目付重量６ｅ
ｓ　ｇ／ｌＷ’の不織布を幅４０Ｍ、長さ１００ｍｍに
切断し、その長さ方向に荷重を掛けた時の平均繊維径と
４荷重（耐引張強度）との関係を示す。スルホン化処理
前と処理後の強度変化は、平均繊維径６μｍ以下では大
きくなり、それ未満では実用」−必要な強度１．６ｋｇ
を下回ることが判る。

第２図には、第１図に示した繊維群１とポリプロピレン
製の網６とが溶着一体化したセパレータの概略図を示す
。繊維群１同志、および繊維群１と網は３の接触部で溶
着している。繊維群１は網ど１°で示す部分で絡みあっ
ている。この網の役割は、第１図における繊維群２と同
じである。

ここでは網だけの例を図示したが、網のかわりに格子で
あっても効果は同様である。

なお、ポリオレフィン系樹脂の繊維の例としてポリプロ
ピレンだけを述べたが、ポリエチレンとの混在物やポリ
エチレンだけでも効果は同様である。

１０　＼　。

以下１本発明のセパレータの作製と電池における効果を
具体的に説明する。

平均繊維径１μ口、平均繊維長２０μｍの繊維群６０ｗ
ｔ％部および平均繊維径１０ｃｍ、平均繊維長３０ｐＴ
Ｈの繊維群４０ｗｔ％部を、結着材ヲ溶かした溶液中に
分散させ、梳き集めて取り出し約８０″Ｃで乾燥させる
。ついで、１３０’Ｃのローラー間を通して溶着させな
がら厚さ０．１５ＦＩＩｆｆに成型し、月例重量ｓｅｓ
ｇ／ｎｆの不織布を得る。これを、１２０°Ｃ１９８ｗ
ｔ％の濃硫酸溶液に１５分間浸せきし、スルホン化を施
す。

次Ｋ、これを取り出して水洗と乾燥を施し、目的とする
セパレータを得る。

捷だ、この操作で、前記結着材のほとんどは除去される
。

なお、水洗と乾燥中捷たけ後Ｋ、アルカリ溶液に浸せき
すると浸水性はさらに向上する。

このような操作で得られたセパレータと汎用のニッケル
正極およびカドミウム負極とを組み合わせて、容量８０
０ｍＡｈの円筒密閉形ニッケル・カドミウム蓄電池（Ａ
Ａザサイ）１０個を構成した。繊維径の細い繊維だけを
用いた場合と異なり。

本発明のセパレータを使用した場合は１０個ともセパレ
ータの切断による微小短絡が認められなかった。この１
０個の電池を、０．１　（ｉｍＡで１５０％の充電と０
．２（、ｍＡで０，６Ｖまでの放電を繰り返し、３ザイ
クル目を標準容量とした。第５図の１（破線）にこのと
きの平均値となる放電曲線を示す。

ここでは、電池容量としてはＬＯＶ−ｉでの放電量を用
いることにする。次Ｋ、放電状態の電池を６５°Ｃの雰
囲気に２ケ月間放置した後、上記と同様な条件で充放電
を行ったときの１０個の平均値となる放電曲線をｍで示
す。ｍの容量は、１の約９３％を示した。また、続けて
充放電をくり返すと１０個共その容量は１００％近くま
で回復しｌこ。比較として、汎用のポリアミド系の同タ
イプのセパレータを用いた１０個のＡＡサイズの電池を
試作し、上記と同条件で試験した結果ｆ：ｎで示した。

この場合は、容量が６２％（５００ｍＡｈ弱）に低下し
た。

なお、ポリプロピレン製樹脂の親水処理としてここでは
ヌルホン化処理の例だけを示したが、空欠中や水蒸気中
でプラズマ処理することによゆ。

ＣＨＯ、−ＯＯＯＨ、−ＣＯＯＭなどをポリプロピレン
の炭素に結合させても安定な親水１生のセパレータが得
られ、Ｉ−、記の実施例と同様な効果が得られたつ発明の効果以−トの説明から明らかなようＫ、細い繊維径の繊維群
と５μｍ以Ｊ二の太い平均繊維径の繊維群との混合物も
しくは０１１者と網や格子との一体化物を成すポリオＩ
／フィン系樹脂のセパレータは、高エネルギー密度の電
極群構成に適し、スルホン化処理などの化学的な親水処
理によっても機械的強度の低下が小さい。寸だ、耐薬品
性、耐熱性に優れる材料であることから、高温下で長時
間放置した電池の特性を劣化させることが少ないという
効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における不織布のセパ１３　＼繊維の断面図、第４図は不織布の平均繊維径と弓張強度
の関係、第５図は放置後の放電特性の比較を示す。１．１゛・・・・・・細い繊維、２・・・・・・太い繊
維、３・・・・・・溶着部、４・・・・・・空間部、５
・・・・・・網または格子、６゜ｂ−・・・・ヌルホン
化処理部、ａ・・・・・・交差した繊維の溶着部。代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名４−
細＼４に錬春９開忰図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主としてポリオレフィン系樹脂の繊維群より成る
不織布のセパレータであって、該不織布は、少なくとも
平均繊維径６μｍ以上の繊維群と平均繊維径５μｍ未満
の繊維群の混合物とで構成され、かつ、該繊維群の混合
物には、親液性を有する基が化学的に結合されているこ
とを特徴とする電池用セパレータ。
（２）ポリオレフィン系樹脂は、ポリプロピレン、ポリ
エチレン、またはこれらの混在物のいずれかである特許
請求の範囲第１項記載の電池用セパレータ。
（３）次の化学式−ＳＯ＿３Ｈ、−ＳＯ＿３Ｍ、−ＣＨ
Ｏ、−ＯＯＯＨ、−ＣＯＯＭ（ここで、ＭはＫ、Ｎａ、
Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌの１種または２種以上）で表わされる
基の１種または２種以上が、前記繊維群の混在物に化学
的に結合されている特許請求の範囲第１項記載の電池用
セパレータ。
（４）ポリオレフィン系樹脂の繊維同志の接触部は溶着
されている特許請求の範囲第１項記載の電池用セパレー
タ。
（５）主にポリオレフィン系樹脂の繊維群から成る不織
布と、ポリオレフィン系樹脂製の網または格子とが一体
化されたセパレータであって、該セパレータには親液性
を有する基が化学的に結合されていることを特徴とする
電池用セパレータ。
（６）ポリオレフィン系樹脂の繊維群は、主に平均繊維
径５μｍ未満の繊維群から成る特許請求の範囲第５項記
載の電池用セパレータ。
（７）前記網または格子は、平均径５μｍ以上の単繊維
または編組繊維で構成されている特許請求の範囲第５項
記載の電池用セパレータ。
（８）次の化学式−ＳＯ＿３Ｈ、−ＳＯ＿３Ｍ、−ＣＨ
Ｏ、−ＣＯＯＨ、−ＣＯＯＭ（ここで、ＭはＫ、Ｎａ、
Ｍｇ、Ｃａ、Ａｅの１種または２種以上）で表わされる
基の１種または２種以上が、前記繊維群、または繊維群
と網または格子との一体化物に化学的に結合されている
特許請求の範囲第５項記載の電池用セパレータ。
（９）不織布を構成する繊維同志、および不織布と網ま
たは格子とはその接触部が溶着されている特許請求の範
囲第５項記載の電池用セパレータ。