JPH0756793B2 - 蓄電池用セパレ−タ - Google Patents

蓄電池用セパレ−タ

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JPH0756793B2
JPH0756793B2 JP61094083A JP9408386A JPH0756793B2 JP H0756793 B2 JPH0756793 B2 JP H0756793B2 JP 61094083 A JP61094083 A JP 61094083A JP 9408386 A JP9408386 A JP 9408386A JP H0756793 B2 JPH0756793 B2 JP H0756793B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は蓄電池用セパレータに係り、特にガラス繊維を
主体とする蓄電池用セパレータに関する。
[従来の技術] ガラス繊維を含んでなる蓄電池用セパレータとしては、
既に種々のタイプのものが提案され実用化されている
が、これを大別すると次の3種類となる。即ち、 ガラス短繊維を主体とするもの、 ガラス短繊維と合成繊維を混合、成形したもの、 ガラス短繊維に粉末を保持させたもの、である。
このうち、のガラス繊維と粉体との混抄物からなるも
のとしては、例えば特開昭58−206046号に記載されるも
のがあるが、このものは吸液性は良好であるものの、粉
体がセパレータから剥離、脱落し易く、また、引張強度
も小さいという問題がある。
一方、のガラス短繊維と合成繊維とを混抄したものと
しては、特開昭49−38126号、特開昭54−22531号、特開
昭56−99968号、特開昭53−136632号及び特公昭58−663
号に記載のものがあるが、これらは機械的強度(引張強
さ及び剛性等)が高いため、蓄電池組立作業を行ない易
いという長所を有するものの、吸液性、保液性に劣る、
系内に有機物が存在することから寿命が短い、という欠
点を有する。
一方、のガラス繊維を主体とするものとしては、液体
接着剤等のバインダを使用したものと、これらのバイン
ダを使用しないものとがある。
[発明が解決しようとする問題点] ガラス繊維を主体とするセパレータのうち、バインダを
使用しないものは、液の吸収による自由は体積膨張が可
能で、電解液の保液性、吸液性が最も良く、電池特性の
面で好適であるが、反面、この種のセパレータは単にガ
ラス繊維表面の水ガラス化と絡みの力のみで賦形されて
いるため、強度や硬度が低く、機械を使用した電池組立
作業には十分に耐えることができず、作業能率が悪いと
いう不都合がある。
これに対し、バインダを使用した場合には、その接着効
果により強度、硬度は向上されるが、液吸収による体積
膨張がバインダにより阻害され、セパレータの保液性や
吸液性が悪くなる。しかも液可溶性のバインダでは、電
解液中に溶け出し、電池性能低下の原因となるという問
題があり、その他耐酸化性の面からも好ましいものとは
いえない。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、強度、硬度
も良好であると共に、保液性、吸液性にも優れた蓄電池
用セパレータを提供するものであって、 実質的にガラス繊維のみから構成されるシート状の蓄電
池用セパレータであって、ガラス繊維同志が該シート全
面にわたって均一に熱融着されており、密度が0.16±0.
03g/cm3であることを特徴とする蓄電池用セパレータ、 を要旨とするものである。
以下本発明につき更に詳細に説明する。
本発明の蓄電池用セパレータを構成するガラス繊維は、
平均直径2μm以下の細径ガラス繊維を主体とし、平均
直径10〜30μmの太径のガラス繊維0〜35重量%及び平
均直径2μmを超え10μm未満の中細径のガラス繊維0
〜30重量%を含むものであることが好ましい。中細径、
太径のガラス繊維は細径のものに比べ安価であり、特に
太径のガラス繊維はこれを併用することによりセパレー
タの引張強さを向上させることができるという利点があ
る。
細径のガラス繊維の好ましい平均直径は0.5〜1.0μm、
より好ましくは0.6〜0.9μmである。直径が1.0μmを
超えるとセパレータの孔径が大きくなり、逆に0.5μm
よりも小さくなるとその製造コストが高価となる。
この細径のガラス繊維の好ましい含有量は、ガラス繊維
重量の60重量%以上であり、とりわけ65重量%以上が特
に好ましい。含有量が60重量%よりも少ないと吸液性、
保液性が不足し易くなるからである。
又、この細径のガラス繊維の平均長さは好ましくは7〜
50mm、より好ましくは10〜40mmである。平均長さが10mm
よりも短くなるとセパレータの強度が小さくなり、50mm
よりも長くなると抄造時に水中へ均一に分散するのが困
難になる。
このような細径のガラス繊維はFA法(火炎法)、遠心法
その他のガラス短繊維製造法によって製造できる。
なお本発明においてガラス繊維の平均直径は、試料の3
ヶ所について電子顕微鏡で写真撮影し、それぞれ20本の
繊維についてその直径を0.1μm単位で測定し、これら
の平均値をとることにより計算される。
中細径のガラス繊維を用いる場合、その好ましい平均直
径は2.0〜5.0μm、とりわけ3.0〜4.0μmである。ま
た、含有量はガラス繊維重量の5.0〜30.0重量%、とり
わけ10.0〜25.0重量%とするのが好ましい。中細径のガ
ラス繊維の配合により細径ガラス繊維量を減らすことが
でき、コスト的に有利となる。なお、この中細径のガラ
ス繊維の長さは7〜50mmとりわけ10〜40mmが好ましい。
太径のガラス繊維を用いる場合、その好ましい平均直径
は10〜20μm、とりわけ12〜19μmである。また、含有
量はガラス繊維重量の8〜35重量%、とりわけ10〜30重
量%とするのが好ましい。平均直径が10μmよりも小さ
いと、あるいは含有量が8重量%よりも少ないと、引張
強さ改善効果が小さくなり、平均直径が20μmを超える
と、あるいは含有量が35重量%を超えるとセパレータの
吸液性、保液性が小さくなる。この太径のガラス繊維の
長さは5〜80mmとりわけ6〜40mmが好ましい。
ガラス繊維の組成の好適な範囲について次に説明する。
本発明のセパレータを構成するガラス繊維組成として
は、特に制限はないが、好ましくは含アルカル珪酸塩ガ
ラス繊維を用いるのが望ましい。即ち、含アルカリ珪酸
塩ガラス繊維を用いると、製造工程の抄造工程でガラス
繊維の表面に水ガラス状物質が生成し、この水ガラス状
物質の粘着性によって繊維同志がより良好に接着され
る。本発明においては、含アルカリ珪酸塩ガラス繊維の
うちでも、蓄電池に使用されることから、耐酸性の良好
なものが好適に使用される。この耐酸性の程度は、平均
繊維径1mμ以下のガラス繊維の状態で、JISC−2202に従
って測定した場合の重量減が2%以下であるのが望まし
い。また、このようなガラス繊維の組成としては重量比
で60〜75%のSiO2及び8〜20%のR2O(Na2O、K2Oなどの
アルカリ金属酸化物)を主として含有し(ただしSiO2
R2Oは75〜90%)、その他に例えばCaO、MgO、B2O3、Al2
O3、ZnO、Fe2O3などの1種又は2種以上を含んだものが
挙げられる。尚好ましい含アルカリ珪酸塩ガラスの一例
を次の第1表に示す。
本発明の蓄電池用セパレータは、好適には、このような
組成の細径、中細、太径の含アルカリ珪酸塩ガラス繊維
が、湿式抄造により絡み合わされると共に、シート全面
にわたって均一に、特別な接着剤なしに相互に熱融着さ
れている、実質的にガラス繊維のみからなるシート状の
ものである。
このような本発明の蓄電池用セパレータを製造するに
は、まずガラス繊維の抄造体を製造する。この場合、予
め所定の長さに切断したガラス繊維を所望の割合に配合
して混抄して製造しても良いが、例えば次のような方法
によるのが有利である。
即ち、FA法(火炎法)、遠心法その他のガラス短繊維製
造法により製造された、比較的長さの長い細径、中細及
び所定長さに切断した太径のガラス繊維を用意し、これ
ら各径の繊維を適当な割合で配合し、これをパルパーで
離解分散させる。
あるいは、これを抄紙機ネットに供給する途中におい
て、適宜の切断手段により、ガラス繊維をより短く切断
しても良い。
なお、ガラス繊維はネット上に抄紙されるのであるが、
その際、離解機内のpH及び/又は抄造タンク内のpHを約
3未満例えば2.5程度とするのが好ましい。このような
酸性域で離解及び/又は湿式抄造することにより、ガラ
ス繊維の表面に水ガラスの接着層を形成せしめ、ついで
これを所定温度例えば80〜160℃に加熱することによ
り、ガラス繊維をその表面の水ガラスによって相互に接
着することが可能となる。
即ち、セパレータを構成するガラス繊維が含アルカリ珪
酸塩ガラス組成を有するものであれば、ガラス繊維中の
アルカリ成分及びシリカ成分が、pH2.5程度の酸性域で
分散のための水と反応し水ガラス層がガラス繊維表面に
形成され、この水ガラス層が接着剤として作用しガラス
繊維が相互に強固に接着される。
通常、このようにして湿式抄造されたガラス繊維抄造体
は、ドラムドライヤに沿わせて乾燥され製品とされる
が、本発明のセパレータの製造においては、得られた抄
造体を乾燥後、高温加熱することにより、得られた抄造
シートの全面にわたって均一に、ガラス繊維を部分的に
溶融させて、ガラス繊維同志を熱融着する。
この加熱処理はガラス繊維組成によっても異なるが、高
すぎるとセパレータの吸液性が低下する原因となり、逆
に低すぎると熱融着が不十分となる。通常は650±50℃
で1〜5分間程度、好ましくは約650℃で2分間程度が
適当である。加熱は、ガラス繊維同志は熱融着されて強
固に接着し、セパレータの硬度及び強度は大幅に向上さ
れるが、吸液性が悪くならない程度とする。
なお、本発明のセパレータの製造にあたっては、前述の
乾燥のための加熱をこの熱融着のための高温加熱で兼ね
て行ない乾燥処理を省略しても良く、また予め乾燥処理
した後熱融着処理しても良い。
また、抄造にあたり、繊維を水中に分散させるに際し分
散剤を使用しても良い。
本発明のセパレータ自体の厚さは、使用される蓄電池に
よって異なるが、一般には、0.3〜3mmであることが好ま
しい。
このようにして得られる本発明の蓄電池用セパレータ
は、その密度がシート全体にわたって均一に0.16±0.03
g/cm3であり、また、好ましくは引張強さが400g/15mm幅
×1mm厚以上、座屈強度が30g/10mm幅×1mm厚以上である
ことが好ましい。
[作用] 本発明の蓄電池用セパレータは、実質的にガラス繊維の
みからなり、有機繊維やバインダを用いないため極めて
吸液性、保液性に優れたものとなる。
また、セパレータの強度向上のために通常使用される有
機繊維やその他の接着剤は、セパレータの耐酸性を弱め
ることがあるのに対し、本発明の如く、ガラス繊維より
なるセパレータは、極めて優れた耐酸性を有するものと
なる。
しかして、本発明においては、セパレータを構成するガ
ラス繊維は熱融着により互いに接着されているため、そ
の強度、硬度は著しく向上される。
[実施例] 以下実施例及び比較例について説明する。
実施例1〜3 第2表に示す配合の構成繊維を水中に投入して水流型分
散機により攪拌して分散させ、更に硫酸を加えて水のpH
を2.7とし約10分間保持した。次いで抄造を行ない150℃
に加熱して乾燥した後、第2表に示す条件で高温加熱す
ることによりガラス繊維を熱融着させて、マット状の蓄
電池用セパレータを製造した。
このセパレータの灼熱減量、吸液速度、引張強さ、座屈
強度、加圧下の保液性について測定した結果を第2表に
示す。
比較例1〜3 高温加熱処理を行なわなかったこと以外は、各々、実施
例1〜3と同様にしてセパレータを製造し、その諸特性
を測定した。
結果を第2表に示す。
第2表より、下記のことが明らかである。
即ち、本発明のガラス繊維より構成され繊維同志が熱融
着されたセパレータは、従来のガラス繊維から構成され
るセパレータと同等に優れた吸液性、保液性を有し、そ
の他の特性についても同様に高特性を維持するものであ
る上に、その引張強さや座屈強度は、大幅に改善されて
おり、本発明のガラス繊維の熱融着により、著しく優れ
た効果が奏される。
なお、第2表中*1〜*3の繊維は次の通りである。
*1ガラス繊維A:組成=第1表のC 平均直径=0.8μm 平均長さ=10mm *2ガラス繊維B:組成=第1表のC 平均直径=4μm 平均長さ=15mm *3ガラス繊維C:組成=第1表のC 平均直径=19μm 平均長さ=25mm また、実施例及び比較例における各種特性値の測定法は
次の通りである。
厚さ(mm) 試料をその厚み方向に20kg/dm2の荷重で押圧した状態で
測定する。(JISC−2202) 目付(g/cm3) 試料重量を試料面積で除して得られる値である。
密度(g/cm3) 試料(重量W)10cm×10cmの面積(S)に20kgの荷重を
加えた時の試料の厚さをTとした時に、式:W/(S×
T)(g/cm3)で与えられる値で表わす。
灼熱減量(%) 試料を空気中で600℃に恒量となるまで加熱し、その減
量分を元の試料重量で除して求める。
吸液速度(mm/5分) 試料を垂直にしてその下部を比重1.3の希硫酸液に浸漬
し、5分後に経時的に上昇する液位を測定することによ
り求める。
引張強さ(g/15mm幅) 幅15mmの試料の両端を引張り、それが切断するときの外
力の値を求め、厚さで除して幅15mm、厚さ1mm当りの値
(g)で表示する。
座屈強度(g/10mm幅) 幅50mm、長さ100mmの試料を準備し、長さの上方50mm分
をホルダで挟み、下方50mmは突き出ているように保持
し、試料の下方先端を秤に接触させ、ホルダを静かに下
降させることにより試料を秤に押し付け、座屈したとき
の荷重(g)を求める。そして、幅10mm、厚さ1mm当り
の値に換算して表示する。
加圧下保液性(g/cc) 20kg/dm2加重での厚さが1mmで寸法が10cm×10cmの試料
に水を含ませ、厚さ方向に20kgの加重を加えた時の試料
中の含水量(g)を求め、これを試料の体積(cc)で除
した値で示す。
[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明の蓄電池用セパレータは、実
質的にガラス繊維のみから構成され、ガラス繊維同志が
シート全面にわたって均一に熱融着されてなる、密度0.
16±0.03g/cm3のものであって、 ガラス繊維のみよりなることから、吸液性、保液性
が良好で、特に加圧下における保液性に優れる。また、
耐酸化性にも優れる。
熱融着によりガラス繊維は安定に接着されているた
め、高い強度及び硬度を得ることができる。
等の優れた効果を有する。
従って、本発明のセパレータによれば、高性能の蓄電池
を優れた作業性のもとに製造することができ、その工業
的有用性は極めて高い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北脇 宏紀 大阪府大阪市東区道修町4丁目8番地 日 本板硝子株式会社内 (72)発明者 武藤 純資 三重県津市柳山津興357−5 (56)参考文献 実開 昭60−87164(JP,U)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】実質的にガラス繊維のみから構成されるシ
    ート状の蓄電池用セパレータであって、ガラス繊維同志
    が該シート全面にわたって均一に熱融着されており、密
    度が0.16±0.03g/cm3であることを特徴とする蓄電池用
    セパレータ。
  2. 【請求項2】平均直径2μm以下のガラス繊維を主体と
    し、平均直径10〜30μmのガラス繊維0〜35重量%及び
    平均直径2μmを超え10μm未満のガラス繊維0〜30重
    量%より構成される特許請求の範囲第1項に記載の蓄電
    池用セパレータ。
  3. 【請求項3】引張強さが400g/15mm幅×1mm厚以上である
    特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の蓄電池用セパ
    レータ。
  4. 【請求項4】座屈強度が30g/10mm幅×1mm厚以上である
    特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1項に記
    載の蓄電池用セパレータ。
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