JPH09147823A - アルカリ電池用セパレーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】合成繊維と熱融着性繊維を用いたアルカリ電池
用セパレーターにおいて、その耐熱性を向上することを
課題とする。 【解決手段】合成繊維と熱融着性繊維とを繊維間接着さ
せた不織布に耐熱性接着剤を含有せしめたことを特徴と
するアルカリ電池用セパレーター。耐熱性接着剤がその
構成成分の元素として窒素を含まないことが好ましく、
合成繊維はポリプロピレン繊維、熱融着性繊維がポリエ
チレンとポリプロピレンの芯鞘型複合繊維及び／叉はポ
リエチレン合成パルプであることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充放電を繰り返し
て使用するいわゆる２次電池であるニッケル−水素蓄電
池等のアルカリ蓄電池、もしくは１次電池のアルカリ電
池に用いるセパレーターの耐熱性の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用オーディオ、携帯用ビデ
オ、携帯電話等のポータブル機器の需要の伸びが著し
く、また、ポータブル機器の小型化が進んでいる。アル
カリ電池は高信頼性が期待でき、小型軽量化が可能なの
で、各種ポータブル用機器等に広く使われるようになっ
ている。ポータブル機器を小型化するには、機器を形成
する各素子を高密度に実装する必要があり、そのため、
各素子の熱を放熱しきれず、機器内部が高温となり、電
池の使用環境も高温になりやすい状況となる。

【０００３】又、機器は今後更に多機能化されることが
予想され、それに伴い機器の消費電力の増大も予想され
る。そうするとニッケル−水素電池やニッケル−カドミ
ウム電池のようなアルカリ電池は、理論電圧が低いので
単一のセルでは電圧が不足し、直列に複数のセルを組み
合わせて使用することが多い。その場合、電池をまとめ
て一つのケースに納める事が多く、放熱が非常にしにく
い構造となり、電池の環境温度が高くなることに拍車を
かける。

【０００４】このような高温環境下でニッケル−水素電
池が用いられた場合、電池の自己放電速度が大きくなっ
て、充電してもすぐに容量が低下し、たびたび充電を行
う必要が生じる。特にニッケル−水素電池の自己放電
は、ニッケル−カドミウム電池に比しても本質的に大き
いという欠点を有するため、自己放電を少なくする事は
ニッケル−水素電池の最重要課題である。

【０００５】アルカリ電池のセパレーターは耐アルカリ
性を必要とするが、特にニッケル−水素電池では使用時
に発生するガスを透過させる必要があるので、湿式もし
くは乾式の不織布が適している。又、電池の容量を確保
するには電解液の保持性にすぐれている必要があり、従
来は親水性のポリアミド繊維の不織布を用いるのが通例
であった。

【０００６】しかしポリアミドは高温になるとアルカリ
で酸化され、分解生成物としてアンモニアや硝酸イオン
を生じて、電池の自己放電を促進する。そこで最近では
窒素分を有せず、高温環境でも分解しないポリオレフィ
ン系の不織布を、親水性を付与するために硫酸処理した
り、界面活性剤処理をしたものが用いられるようになっ
てきた。ポリオレフィン系不織布では、ポリオレフィン
繊維（主体繊維）が接着性に乏しく、繊維間の接着のた
めには、主体繊維より融点の低い接着性繊維を使用する
事が多い。その場合、電池が高温環境に置かれると、セ
パレーターの繊維部分より先に、接着部分から軟化する
可能性が大きい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】セパレーターの耐熱性
を向上する方法の提案として、例えば特開平５−３３５
００５にはアラミド繊維の使用が、特開平５−６２６６
２にはポリイミドの使用が例示されているが、いずれも
リチウムイオン電池対象で、且つ、窒素を有しており、
好ましくない。又、アルカリ電池用としては特開平４−
２８６８６３にはフッ素樹脂の使用が開示されている
が、親水化処理としてプラズマ処理を行っており、材質
としても高価であった。本発明の目的は、上記欠点を解
決した、耐熱性に優れたアルカリ電池用のセパレーター
を安価に供給することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は熱融着性繊
維をバインダーとして使用した合成繊維の不織布に、耐
熱性接着剤を併用する事によって耐熱性を向上し得るこ
とを見いだして本発明に到達した。すなわち、本発明は
以下の５つの発明からなる。 １：合成繊維と熱融着性繊維とを繊維間接着させた不織
布に耐熱性接着剤を含有せしめたことを特徴とするアル
カリ電池用セパレーター。 ２：耐熱性接着剤がその構成成分の元素として窒素を含
まないことを特徴とする上記１に記載の電池用セパレー
ター。 ３：合成繊維がポリプロピレン繊維であり熱融着性繊維
がポリエチレンとポリプロピレンの芯鞘型複合繊維及び
／叉はポリエチレン合成パルプであることを特徴とする
上記１または２に記載の電池用セパレーター。 ４：耐熱性接着剤がアクリル樹脂、エポキシ樹脂、アク
リル化エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂から
成る群より選ばれた一種以上の樹脂であることを特徴と
する上記１〜３のいずれかに記載の電池用セパレータ
ー。 ５：耐熱性接着剤の含有量が１重量％〜１０重量％であ
る上記１〜４のいずれかに記載の電池用セパレーター。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の合成繊維とは、線状ある
いは分岐状の高分子化合物からなる合成繊維であり、そ
の成分としては例えば、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリ−４−メチルペンテン、ポリスチレン、ポリ塩
化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルアルコ
ール、エチレンビニルアルコール共重合体等が挙げられ
る。また、合成繊維としては、上記のような単独成分の
繊維ばかりでなく、繊維の断面構造として、内側と外側
に異なる成分の樹脂を配した芯鞘型繊維、或いは、片側
に１成分、もう片側に別の成分の樹脂を配したサイドバ
イサイド型繊維なども使用可能であり、また、特開平５
−３３２１８のような分割繊維も使用可能である。繊維
サイズは長さ２ｍｍ〜２０ｍｍ，繊維径は３デニール以
下が好ましい。長さがこれより短いとシートの強度が低
下し、これより長いと不織布を製造するとき繊維同士が
結束をつくるなどして均一性が低下する。繊維径は補液
量等の点から細いほど好ましい。

【００１１】本発明の熱融着性繊維とは熱可塑性樹脂か
らなる繊維であり、本発明の上記合成繊維（以下説明の
都合上、主体繊維と称することもある）より融点の低い
樹脂を構成成分として有する繊維である。そして、熱融
着性繊維は、主体繊維の流動開始温度より低い温度で溶
融され、主体繊維のバインダーとしての作用をするもの
である。例えば、主体繊維がポリプロピレンの場合、こ
の繊維は融点が、１６０℃前後であるため、融点が１２
５℃前後のポリエチレン等を構成成分として持つ繊維が
熱融着性繊維となり得る。

【００１２】本発明の熱融着性繊維としては、米国特許
第３７４３２７２号、第３８９１４９９号等に記載され
たような合成パルプのように低融点成分からのみ構成さ
れる繊維も使用できるし、また、内側に高融点成分、外
側に低融点成分を配した芯鞘型バインダー繊維、及び片
側に高融点成分、もう片側に低融点成分を配したサイド
バイサイド型繊維、特開平５−３３２１８のような分割
繊維も使用できる。即ち主体繊維の流動開始温度より低
い温度で溶融する低融点成分を構成成分として少なくと
も一つ有し、その低融点成分が繊維表面に露出している
繊維を熱融着性繊維という。接着力や構造的強度の点か
ら、低融点成分のみで構成される熱可塑性樹脂の繊維ま
たは合成パルプ、若しくは、芯鞘型の構造を持つ熱可塑
性樹脂複合繊維が好ましい。本発明の熱融着性繊維は長
さ２０ｍｍ以下、繊維径は３デニール以下が好ましい。

【００１３】合成繊維（主体繊維）と熱接着性繊維の使
用比率は繊維分の合計重量に対して熱融着性繊維が５〜
７０重量％が好ましい。５重量％より少ないと、合成繊
維の結着が不十分で、シートの強度が弱くなり、７０重
量％を越えると耐熱性が低下する。より好ましくは２０
〜５０重量％である。

【００１４】本発明の耐熱性接着剤とは、本発明の熱融
着性繊維が溶融する温度において流動や分解が起こらな
い接着剤である。具体的には、熱硬化性樹脂接着剤や、
比較的融点の高い熱可塑性樹脂接着剤などが使用でき
る。例えば、熱硬化性樹脂としては、アクリル樹脂、エ
ポキシ樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、メラミン樹脂、
フェノール樹脂、アルキッド樹脂などが、熱可塑性樹脂
としてはポリメタクリル酸エステル系樹脂、ポリビニル
アルコール系樹脂等が挙げられる。中でも、構成成分と
して窒素を含まない耐熱性接着剤であるアクリル樹脂、
エポキシ樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ポリビニルア
ルコール系樹脂等が好ましい。上記のものも含めて、本
発明の耐熱性接着剤として使用する樹脂を構成するモノ
マー成分としては、スチレン、メタクリル酸、酢酸ビニ
ル、アクリル酸等、窒素の含有量の少ないものが好まし
く、アクリルニトリルのように窒素を含むものは好まし
くない。

【００１５】熱硬化性アクリル樹脂としては、エマルジ
ョン型、水溶液型、溶剤系の液状のもの、液状無溶媒型
のいずれでも使用できる。

【００１６】エポキシ樹脂は水系エマルジョン型が取り
扱いの点で好ましい。また、アクリル化エポキシ樹脂と
しては例えば特開昭６３−１１２７７２に示されるエポ
キシ樹脂骨格にカルボキシル基含有アクリル化合物をグ
ラフトして得られる樹脂を、塩基性化合物で中和して自
己乳化性を付与した水分散性のエポキシ樹脂が好まし
い。カルボキシル基を含有するアクリル化エポキシ樹脂
は、メラミン−フォルムアルデヒド樹脂、フェノール−
フォルムアルデヒド樹脂等の架橋剤を添加すれば更に耐
熱性を向上することができる。従って必要に応じ、架橋
剤を添加しても良いが窒素分を少なくするためにはフェ
ノール−フォルムアルデヒド樹脂の如き無窒素の架橋剤
が好ましい。

【００１７】ポリビニルアルコール系樹脂は溶液型、も
しくは熱水可溶型の粒状又は繊維状ポリビニルアルコー
ルをいうが、各種の変性ポリビニルアルコールでも良
い。

【００１８】いずれの樹脂も不織布に対し所定の配合量
となるよう内添、もしくは抄紙時にスプレーで添加する
ことも抄紙後に含浸加工で添加することもできる。耐熱
性接着剤の含有量は不織布に対し１〜１０重量％が好ま
しい。１重量％より少量では耐熱性の効果が少なくな
り、１０重量％を越えると多孔性を阻害して保液量、通
気性の低下をもたらす傾向があるため好ましくない。特
に好ましくは２〜８重量％である。

【００１９】

【実施例】本発明の効果を実施例により詳しく説明す
る。

【００２０】＜実施例１＞ 工程１：繊維径１デニール、繊維長５ｍｍのポリプロピ
レン繊維及び、繊維径１デニール、繊維長５ｍｍのポリ
プロピレン/ポリエチレン芯鞘型熱融着性繊維をスラリ
ー濃度０.０２％となるように水に分散させた。ポリプ
ロピレン繊維とポリプロピレン/ポリエチレン芯鞘型熱
融着性繊維の配合比率は70重量％対30重量％とした。こ
のとき、よれ防止のためアクリルアマイド系の高分子系
粘剤を対繊維1％使用した。このスラリーを短網抄紙機
でシート化した。乾燥温度は１４５℃とした。 工程２：工程１のシートにアクリル化エポキシ樹脂５％
を含浸した。乾燥温度は１５０℃とした。アクリル化エ
ポキシ樹脂としては、大日本インキ化学工業社製のディ
ックファイン００２Ｌを使用した。（以下実施例２〜４
までも同様）

【００２１】＜実施例２＞ 工程１：繊維径１デニール、繊維長５ｍｍのポリプロピ
レン繊維及び、繊維径１デニール、繊維長５ｍｍのポリ
プロピレン/ポリエチレン芯鞘型熱融着性繊維、そして
分散濃度１重量％としてパルパーで分散させたパルプ状
ポリエチレン繊維をスラリー濃度０.０２％となるよう
に水に分散させた。ポリプロピレン繊維とポリプロピレ
ン／ポリエチレン芯鞘型熱融着性繊維／ポリエチレン合
成パルプの配合比率は70重量％対25重量％対5重量％と
した。このスラリーを短網抄紙機でシート化した。 工程２：工程１のシート（乾燥前）にアクリル化エポキ
シ樹脂５％をスプレーし、１５０℃で乾燥した。

【００２２】＜実施例３＞実施例１の工程１と同様にシ
ートを作成し、これにアクリル化エポキシ樹脂２％を実
施例１と同様に含浸した。 ＜実施例４＞実施例１の工程１と同様にシートを作成
し、これにアクリル化エポキシ樹脂８％を実施例１と同
様に含浸した。

【００２３】＜実施例５＞ 工程１：実施例１の工程１と同様にシートを作成した。 工程２：上記シートにアクリル樹脂５％を実施例１と同
様に含浸した。アクリル樹脂としては大日本インキ化学
工業社製ボンコートＡＮ−１８０Ｈを使用した。

【００２４】＜比較例１＞実施例１の工程１と同様にシ
ートを作成した。但し、耐熱性接着剤を含浸する工程２
を行わず、耐熱性接着剤を含有しないシートを作成し
た。

【００２５】＜比較例２＞実施例２の工程１と同様にシ
ートを作成した。但し、耐熱性接着剤をスプレーする工
程２を行わず、耐熱性接着剤を含有しないシートを作成
した。

【００２６】＜評価方法＞上記の各実施例・比較例で作
成したシートの耐熱性を下記の方法で測定し、表１に結
果をまとめて、記載した。幅１０ｍｍ，長さ３ｍｍにセ
パレーター材を切り、島津製作所製熱機械測定器（ＴＭ
Ａ）を用いて０.５ｇの荷重をかけつつ昇温速度５℃/se
cで加熱したとき、サンプルが切断もしくは著しく収縮
し始めたときの温度を測定し、これを耐熱温度とした。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１において、各繊維の配合料は重量％、
また、耐熱性接着剤の添加量は繊維合計重量に対する重
量％で示した。

【００２９】

【発明の効果】本発明によりニッケル−水素電池等のア
ルカリ電池に用いられる高耐熱性のセパレーターを安価
に提供することが可能となった。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成繊維と熱融着性繊維とを繊維間接着
   させた不織布に耐熱性接着剤を含有せしめたことを特徴
   とするアルカリ電池用セパレーター。
2. 【請求項２】 耐熱性接着剤がその構成成分の元素とし
   て窒素を含まないことを特徴とする請求項１に記載の電
   池用セパレーター。
3. 【請求項３】 合成繊維がポリプロピレン繊維であり熱
   融着性繊維がポリエチレンとポリプロピレンの芯鞘型複
   合繊維及び／叉はポリエチレン合成パルプであることを
   特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池用セパ
   レーター。
4. 【請求項４】 耐熱性接着剤がアクリル樹脂、エポキシ
   樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール
   系樹脂から成る群より選ばれた一種以上の樹脂であるこ
   とを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
   電池用セパレーター。
5. 【請求項５】 耐熱性接着剤の含有量が１重量％〜１０
   重量％である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電
   池用セパレーター。