JPH08250377A

JPH08250377A - コンデンサ用セパレータ

Info

Publication number: JPH08250377A
Application number: JP5016395A
Authority: JP
Inventors: Takuji Hiketsu; 卓司桶結; Tomoyuki Murakami; 知之村上
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた耐熱性はもちろん、充分な親電解液性を
有し、しかもコンデンサ製造工程の作業性に優れたコン
デンサ用セパレータを提供する。【構成】下記の高分子膜（Ａ）に、多孔性高分子材料が
積層された積層体からなるコンデンサ用セパレータであ
る。（Ａ）フッ素系多孔質高分子膜に、この膜の多孔を利用
してフッ素系界面活性剤を含浸させた高分子膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンデンサ用として
好適なセパレータ、例えば、充分な親電解液性を有する
とともに、長期間安定した耐熱性を有し、コンデンサ製
造工程のセパレータ巻き込み作業性に優れた電解コンデ
ンサ用，電気二重層コンデンサ用セパレータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンデンサ用セパレータとして、
クラフト紙，マニラ紙等の紙製基材や、親水性モノマー
をグラフト重合する等の処理を行ったポリエチレン製ま
たはポリプロピレン製多孔質膜が用いられている。ま
た、フッ素樹脂をアルコール処理した多孔質膜（特開昭
６２−２６３６２４号公報）や、極性有機溶媒に親和性
のある物質を被覆してなるフッ素樹脂多孔質膜（特開平
２−２４１０１３号公報）等が提案されている。さら
に、フッ素樹脂多孔質膜にフッ素系界面活性剤を含浸
し、架橋固定させた親水化膜（特公平５−２１００９号
公報，特公平５−２１０１０号公報）等が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ク
ラフト紙やマニラ紙の場合、これらが電解液中で高温に
曝されることにより劣化し、硫酸等の酸性電解液には脆
化するため使用することができないという問題があっ
た。また、上記ポリエチレン製またはポリプロピレン製
多孔質膜の場合、耐熱性に劣るため、高温での長時間使
用時や、コンデンサ製造工程中の２００℃以上の短時間
での加熱時に溶融して空孔が閉塞されるという問題があ
った。さらに、上記フッ素樹脂をアルコール処理した多
孔質膜の場合、長時間使用の結果、膜が乾燥して吸収液
量が低下するという問題があった。また、上記極性有機
溶媒に親和性のある物質として特定のパーフルオロイオ
ン交換ポリマーを被覆してなるフッ素樹脂多孔質膜の場
合、このポリマーは疎水部である−ＣＦ₃末端が一個し
かなく、膜への親和力が弱いため、上記ポリマーの選択
によっては充分に親水化されず、得られるセパレータは
満足できるものではなかった。そして、上記フッ素樹脂
多孔質膜にフッ素系界面活性剤を含浸し、架橋固定させ
た親水化膜は、上記多孔質膜が軟質であるため、多孔質
膜にフッ素系界面活性剤を含浸し、架橋固定させても、
その膜は腰が弱く、コンデンサ製造工程中に、皺が形成
され易く極めて作業性の悪いものであった。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、優れた耐熱性はもちろん、充分な親電解液性
を有し、しかもコンデンサ製造工程の作業性に優れたコ
ンデンサ用セパレータの提供をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明のコンデンサ用セパレータは、下記の高分
子膜（Ａ）に、多孔性高分子材料が積層された積層体か
らなるという構成をとる。（Ａ）フッ素系多孔質高分子膜に、この膜の多孔を利用
してフッ素系界面活性剤を含浸させた高分子膜。

【０００６】

【作用】すなわち、本発明者らは、耐熱性はもちろん、
充分な親電解液性を有し、しかもコンデンサ製造工程中
に皺の発生等の問題が生じず作業性にも優れたセパレー
タを得るために一連の研究を重ねた。その結果、フッ素
系多孔質高分子膜に、その多孔を利用してフッ素系界面
活性剤を含浸させた高分子膜（Ａ）と、これに多孔性高
分子材料を積層した積層体を用いると、上記高分子膜
（Ａ）が耐熱性および親電解液性を備えており、しかも
上記多孔性高分子材料が補強作用を奏することから、こ
のセパレータを用いたコンデンサでは、所望のコンデン
サ特性が得られると同時にコンデンサの製造時に皺等が
形成されず作業性の向上が図れることを見出しこの発明
に到達した。

【０００７】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００８】この発明のコンデンサ用セパレータは、多
孔性高分子材料と、上記特殊な高分子膜（Ａ）とを用い
て得られる積層体からなる。

【０００９】上記多孔性高分子材料を形成するものとし
ては、特に限定するものではなく、電解液に対して未反
応であり、適度な剛性を有するものが好ましい。例え
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリ
エーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテル
エーテルケトン、ナイロン、ポリスチレン、ポリウレタ
ン等があげられる。さらに、これら樹脂の混合物、およ
び共重合体でもよい。

【００１０】そして、その多孔性形状についても、特に
限定するものではないが、電解液中のイオンが、自由に
行き来可能な形状であればよい。例えば、上記材料から
なる不織布、織布、ネット（網目状シート）、多孔質膜
等があげられる。さらに、これら形状のものを単層とし
て用いる以外に、２層以上積層した積層体を用いてもよ
い。また、上記多孔性高分子材料として、孔径０．０１
μｍ〜２０ｍｍの範囲のものが好ましく、特に好ましく
は孔径０．１μｍ〜５ｍｍである。

【００１１】上記特殊な高分子膜（Ａ）は、フッ素系多
孔質高分子膜に、この膜の多孔を利用してフッ素系界面
活性剤を含浸させた高分子膜（Ａ）である。

【００１２】上記フッ素系多孔質高分子膜としては、ポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重
合体（ＰＦＡ），テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体（ＦＥＰ），エチレン−テトラ
フルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリクロロト
リフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等からなる疎水性の
多孔質膜等があげられる。特に、耐薬品性，耐熱性等の
観点から上記ＰＴＦＥが好ましい。また、これら膜の孔
径としては、０．０１〜２０μｍが好ましく、特に０．
０５〜５μｍの孔径を有する膜が好適に用いられる。

【００１３】上記フッ素系多孔質高分子膜の多孔を利用
して、これに含浸させるフッ素系界面活性剤としては、
下記に示す（ａ）アニオン性，（ｂ）カチオン性，
（ｃ）ノニオン性のフッ素系界面活性剤があげられる。
これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。な
かでも、コンデンサ用セパレータとして用いられること
から、金属を含有しないフッ素系界面活性剤を用いるこ
とが好ましい。

【００１４】（ａ）アニオン性フッ素系界面活性剤パーフルオロアルキルカルボン酸塩，パーフルオロアル
キルスルホン酸塩，パーフルオロアルキルリン酸塩等が
あげられる。そして、上記塩形成のための陽性成分とし
ては、Ｎａ⁺，Ｋ⁺，Ｌｉ⁺，ＮＨ₄ ⁺があげられ、パ
ーフルオロアルキル基の炭素数は４〜２０が好ましい。

【００１５】（ｂ）カチオン性フッ素系界面活性剤パーフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩等のパ
ーフルオロアルキル第四級アンモニウム塩があげられ
る。そして、上記塩形成のための陰性成分としては、Ｃ
ｌ^-，ＮＯ₃ ^-があげられ、パーフルオロアルキル基の
炭素数は４〜２０が好ましい。

【００１６】（ｃ）ノニオン性フッ素系界面活性剤下記の一般式およびで表されるパーフルオロアルキ
ルエチレンオキサイド付加物，パーフルオロアルキルア
ミンオキサイド付加物等があげられる。上記パーフルオ
ロアルキルアミンオキサイド付加物のパーフルオロアル
キル基の炭素数は４〜２０が好ましい。

【００１７】

【化１】

【００１８】

【化２】

【００１９】上記フッ素系多孔質高分子膜の多孔である
微細孔にフッ素系界面活性剤を含浸させる方法として
は、特に限定するものではないが、例えば、上記フッ素
系界面活性剤を有機溶媒で０．２〜１０重量％（以下
「％」と略す）、好ましくは１〜５％に希釈した後、フ
ッ素系多孔質高分子膜を上記フッ素系界面活性剤溶液に
浸漬するか、またはその溶液を塗布して、膜を乾燥させ
る等の方法があげられる。上記希釈に用いられる有機溶
媒としては、特に限定するものではないが、例えば、ア
セトン，エタノール，イソプロピルアルコール等が好適
に用いられる。

【００２０】上記方法により、少なくともフッ素系多孔
質高分子膜の微細孔表面に上記フッ素系界面活性剤から
なる被覆層が形成され、親電解液化された多孔質膜が容
易に得られる。ここで、上記微細孔表面とは、多孔を構
成する繊維表面という意味であって、上記被覆層は少な
くともこの微細孔表面、すなわち、高分子膜の厚み方向
の内部に形成されていればよく、さらに上記多孔質高分
子膜表面に被覆層が形成されていてもよい。

【００２１】上記フッ素系界面活性剤の含浸により形成
される被覆層の形成の度合いは、フッ素系界面活性剤の
濃度と浸漬時間や塗布量により適宜に制御することがで
きるが、この発明のセパレータの構成要素として用いる
には、被覆前後の重量比が、被覆層形成後／被覆層形成
前＝１．０４０／１〜１．０７０／１の範囲となるよう
設定することが好ましく、特に好ましくは１．０４５／
１〜１．０６０／１である。すなわち、被覆層形成後の
重量が被覆前を基準として、１．０４０未満では、満足
できる親電解液性が得られ難く、逆に１．０７０を超え
ると、被覆層形成後にこの被覆層が脱落する量が多くな
り、コンデンサ特性（損失角の正接、インピーダンス）
を低下させる傾向がみられるからである。

【００２２】この発明のコンデンサ用セパレータの製造
方法は特に限定するものではないが、例えばつぎのよう
にして製造することができる。すなわち、まず、前記方
法によりフッ素系多孔質高分子膜の微細孔表面に上記フ
ッ素系界面活性剤からなる被覆層が形成された高分子膜
（Ａ）を作製する。ついで、前記多孔性高分子材料を上
記高分子膜（Ａ）と融着させる、もしくは、前記多孔性
高分子材料表面に接着剤層を形成し、この接着剤層面に
上記高分子膜（Ａ）を積層・接着して一体化することに
より製造することができる。

【００２３】上記接着剤層形成材料としては、例えばイ
オン導電性接着剤があげられ、これを塗工することによ
り接着剤層が形成される。このように、上記接着剤は、
コンデンサ製造工程において高分子膜（Ａ）と多孔性高
分子材料を一体化させるために用いられる。そして、上
記イオン導電性接着剤の特性として、例えば、この発明
のコンデンサ用セパレータを用いてのコンデンサ製造工
程における電極箔とセパレータの巻き込みが完了した時
点で、電解液注液後に電解液に溶解して接着機能が消失
してもよい。さらに、上記イオン導電性接着剤に要求さ
れる特性としては、このようにイオン導電性を有するこ
とがあげられ、具体的には、ポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＡ），澱粉，カルボキシメチルセルロース（ＣＭ
Ｃ），ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ），ポリビニル
ピロリドン（ＰＮＶＰ），ポリアクリル酸（ＰＡＡ）等
があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて
用いられる。

【００２４】上記のようにして製造されるコンデンサ用
セパレータは、高分子膜（Ａ）と多孔性高分子材料を用
いた多層構造からなる積層体である。このように、この
発明において、セパレータは２層構造に限定するもので
はなく、上記高分子膜（Ａ）および多孔性高分子材料を
各々複数用いて、３層以上の多層構造に形成してもよ
い。この際、積層順序は特に限定するものではない。例
えば、セパレータの腰をより一層強くするために、多孔
性高分子材料を複数用いた積層体等があげられる。

【００２５】また、積層体の形成において、高分子膜
（Ａ）と多孔性高分子材料との積層に限るものではな
く、マニラ紙等の紙製基材を、また、メルトブローによ
り直接高分子膜（Ａ）上に不織布状の補強材を形成し上
記高分子膜（Ａ）と多孔性高分子材料との積層体と同様
の効果を得ることができるようにすることができる。

【００２６】この発明のコンデンサ用セパレータを用い
てのコンデンサとしては、セパレータに電解液を含浸さ
せて、これを一対の電極間に配置した電解コンデンサや
電気二重層コンデンサがあげられる。上記電解コンデン
サにおける電解液としては、例えば、アジピン酸塩，フ
タル酸塩等の電解質を、エチレングリコール，γ−ブチ
ロラクトン，ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の溶媒
中に含有するもの等があげられる。そして、上記電極
に、陽極箔と陰極箔を用いる。上記陽極箔としては、ア
ルミニウム，タンタルのような被膜形成能を有する金属
箔表面に、陽極酸化等により誘電体被膜を形成させたも
の等があげられる。また、上記陰極箔としては、上記陽
極箔と同様の金属箔が用いられる。これら金属箔として
は、体積当たりの表面積拡大のため、エッチング処理さ
れているものが好適に用いられる。

【００２７】また、上記電気二重層コンデンサにおける
電解液としては、硫酸水溶液，水酸化カリウム水溶液等
を用いる水溶液系や、アルキルアンモニウムの過塩素酸
塩等の電解質を、γ−ブチロラクトン，ジメチルホルム
アミド，ジメチルスルホキシド，プロピレンカーボネー
ト等の有機溶媒に溶解した非水溶液系があげられる。さ
らに、電極としては、特に限定するものではないが、活
性炭繊維布、あるいはその片面に導電性層が形成された
活性炭繊維布等があげられる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明のコンデンサ用
セパレータは、前記特殊な高分子膜（Ａ）に、多孔性高
分子材料が積層された積層体からなるものである。この
ため、上記高分子膜（Ａ）に起因する優れた耐熱性およ
び充分な親電解液性を備え、しかも、上記多孔性高分子
材料を積層することにより腰の弱さが改善され、コンデ
ンサ製造工程での皺の形成等が生じず製造作業性が向上
する。したがって、この発明のセパレータを用いること
により、コンデンサの品質および生産効率の向上が実現
する。

【００２９】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３０】まず、実施例に先立って、下記の表１に示
す３種類のフッ素系界面活性剤を準備した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【実施例１】厚み１５μｍのＰＴＦＥ製多孔質膜（孔径
３μｍ、日東電工社製、ＮＴＦ−１０３３）を、アニオ
ン性フッ素系界面活性剤ａ（上記表１中に記載）を溶解
した重量濃度３％のイソプロピルアルコール溶液に１０
分間浸漬し、引き上げて４０℃で３０分間乾燥を行うこ
とにより、微細孔に上記フッ素系界面活性剤が含浸され
た高分子膜（含浸前後の重量比が、含浸後／含浸前＝
１．０５０／１）を得た。一方、多孔性高分子材料とし
てポリプロピレン製ネット（コンウェッド社製、ＸＮ３
３０１、繊維径７０μｍ、秤量５ｇ／ｍ²、目開き３．
５ｍｍ）を準備し、これを上記高分子膜表面に、１８０
℃にて融着させ目的とするコンデンサ用セパレータを得
た。

【００３３】

【実施例２】厚み１５μｍのＰＴＦＥ製多孔質膜（孔径
３μｍ、日東電工社製、ＮＴＦ−１０３３）を、アニオ
ン性フッ素系界面活性剤ａ（上記表１中に記載）を溶解
した重量濃度３％のイソプロピルアルコール溶液に１０
分間浸漬し、引き上げて４０℃で３０分間乾燥を行うこ
とにより、微細孔に上記フッ素系界面活性剤が含浸され
た高分子膜（含浸前後の重量比が、含浸後／含浸前＝
１．０５０／１）を得た。一方、多孔性高分子材料とし
てアラミド不織布（日本フェライト工業社製、ＭＸＸ
₂₀₀、厚み４２μｍ、目付け量２０ｇ／ｍ²、繊維径２
０μｍ）を準備し、これを上記高分子膜表面に、ポリビ
ニルアルコール（接着剤）層を介して接着し目的とする
コンデンサ用セパレータを得た。

【００３４】

【比較例１】厚み１５μｍのＰＴＦＥ製多孔質膜（孔径
３μｍ、日東電工社製、ＮＴＦ−１０３３）を、アニオ
ン性フッ素系界面活性剤ａ（上記表１中に記載）を溶解
した重量濃度２％のイソプロピルアルコール溶液に１０
分間浸漬し、引き上げて４０℃で３０分間乾燥を行うこ
とにより、微細孔に上記フッ素系界面活性剤が含浸され
た高分子膜（含浸前後の重量比が、含浸後／含浸前＝
１．０５０／１）を得た。

【００３５】

【実施例３】厚み１５μｍのＰＴＦＥ製多孔質膜（孔径
３μｍ、日東電工社製、ＮＴＦ−１０３３）を、カチオ
ン性フッ素系界面活性剤ｂ（上記表１中に記載）を溶解
した重量濃度３％のイソプロピルアルコール溶液に１０
分間浸漬し、引き上げて４０℃で３０分間乾燥を行うこ
とにより、微細孔に上記フッ素系界面活性剤が含浸され
た高分子膜（含浸前後の重量比が、含浸後／含浸前＝
１．０５０／１）を得た。一方、多孔性高分子材料とし
てポリプロピレン製ネット（コンウェッド社製、ＸＮ３
３０１、繊維径７０μｍ、秤量５ｇ／ｍ²、目開き３．
５ｍｍ）を準備し、これを上記高分子膜表面に、１８０
℃にて融着させ目的とするコンデンサ用セパレータを得
た。

【００３６】

【実施例４】厚み１５μｍのＰＴＦＥ製多孔質膜（孔径
３μｍ、日東電工社製、ＮＴＦ−１０３３）を、ノニオ
ン性フッ素系界面活性剤ｃ（上記表１中に記載）を溶解
した重量濃度３％のイソプロピルアルコール溶液に１０
分間浸漬し、引き上げて４０℃で３０分間乾燥を行うこ
とにより、微細孔に上記フッ素系界面活性剤が含浸され
た高分子膜（含浸前後の重量比が、含浸後／含浸前＝
１．０５０／１）を得た。一方、多孔性高分子材料とし
てポリプロピレン製ネット（コンウェッド社製、ＸＮ３
３０１、繊維径７０μｍ、秤量５ｇ／ｍ²、目開き３．
５ｍｍ）を準備し、これを上記高分子膜表面に、１８０
℃にて融着させ目的とするコンデンサ用セパレータを得
た。

【００３７】このようにして得られた実施例および比較
例のコンデンサ用セパレータを、陽極箔および陰極箔の
両電極箔間に挟持した。そして、図１に示すように、筒
状に巻き込み、陽極箔１および陰極箔２にそれぞれリー
ド線３を接続しコンデンサ素子４を作製した。図におい
て、７はセパレータである。ついで、図２に示すよう
に、アルミケース８内に上記コンデンサ素子４を装填し
て電解コンデンサを作製した。その結果、上記実施例１
〜４および比較例のセパレータを用いた電解コンデンサ
の作製工程において皺等が形成されたか否かを目視によ
り観察した。そして、１００個製造して皺が形成されな
かったものをカウントして下記の表２に示した。

【００３８】

【表２】

【００３９】上記表２の結果から、比較例品はその９割
に皺が形成されているのに対して、全ての実施例品は、
コンデンサ製作工程においてセパレータを組み込む際、
皺の発生が防止されており、コンデンサ製作時のセパレ
ータ巻き込み作業性に優れていることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】セパレータを挟持して作製したコンデンサ素子
を示す斜視図である。

【図２】上記コンデンサ素子を組み込んだ電解コンデン
サを示す断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の高分子膜（Ａ）に、多孔性高分子
材料が積層された積層体からなることを特徴とするコン
デンサ用セパレータ。（Ａ）フッ素系多孔質高分子膜に、この膜の多孔を利用
してフッ素系界面活性剤を含浸させた高分子膜。