JPH11224661A - 電池用セパレータとその製造方法 - Google Patents

電池用セパレータとその製造方法

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JPH11224661A
JPH11224661A JP10023128A JP2312898A JPH11224661A JP H11224661 A JPH11224661 A JP H11224661A JP 10023128 A JP10023128 A JP 10023128A JP 2312898 A JP2312898 A JP 2312898A JP H11224661 A JPH11224661 A JP H11224661A
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JP
Japan
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nonwoven fabric
battery separator
battery
fibers
separator
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Application number
JP10023128A
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English (en)
Inventor
Jun Sakamoto
純 坂本
Kenji Tsunashima
研二 綱島
Masaaki Takeda
正明 武田
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄膜化と高強度化および高い保液性が実現され
た電池用セパレータとその製造方法を提供すること。 【解決手段】繊維径を0.5〜20μmとした長手方向
の引張強度が60〜300N/5cmかつ厚みが0.2
ミリ以下の電池用セパレータであり、また、合成繊維か
らなる不織布を製布した後、少なくとも1軸方向に延伸
し、該合成繊維不織布の構成繊維間において該合成繊維
が薄膜状に引伸ばされた水掻き状の構造を形成せしめる
ことを特徴とする電池用セパレータの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池用セパレータ
およびその製造方法に関し、特にニッケル水素2次電池
に好適な引張強度、保液性、電極隔離の信頼性にすぐれ
た電池用セパレータおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電池用セパレータには電池の正極、負極
の隔離、伝導性イオンの移動、電解液の保持等の役割が
あり、従来から不織布、微多孔フィルムが使用されてき
た。
【0003】近年の小型電子機器、電気自動車において
は2次電池の高容量化がますます求められてきており、
電池用セパレータにおいては薄膜化が求められてきてい
る。しかしながら、電池用セパレータの厚みだけを薄く
した場合、電解液の保液性低下、引張強度の低下を招
く。
【0004】不織布からなる電池用セパレータの場合、
保液性を維持しつつ薄膜化するには不織布の繊維径を細
くすることが有効な方法であり、このような不織布とし
て、例えば複数成分からなる単繊維をウォータージェッ
トで分割して細繊度化せしめる、いわゆる剥離分割型複
合繊維による不織布等がある。
【0005】かかる剥離分割型複合繊維によって繊維径
が細い不織布を得ることができるが、繊維の剥離分割を
別途行う必要があり、コスト的には有利とは言えない方
法である。
【0006】一方、メルトブロー不織布は、極細繊維が
得られるためにフィルター用不織布として用いられる
が、繊維自体の配向が不十分なために機械的強度が不足
している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を解消し、低コストでありながら保液
性、機械的強度を維持した薄膜化電池用セパレータを提
供し、高容量化された電池を提供することのできる電池
用セパレーターを提供せんとすることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上述した問
題に鑑み、鋭意検討した結果、延伸処理を施した不織布
とその製造方法によって前記問題が解決されることを見
出し本発明に至った。
【0009】すなわち、本発明の電池用セパレータは、
平均繊維径が0.5〜20μmである不織布からなり、
長手方向の引張強度が60〜300N/5cmの範囲で
あり、かつ厚みが0.2ミリ以下であることを特徴とす
る電池用セパレータである。
【0010】また、本発明の電池用セパレータの製造方
法は、合成繊維からなる不織布を製布した後、少なくと
も1軸方向に延伸し、該合成繊維不織布の構成繊維間に
おいて該合成繊維が薄膜状に引伸ばされた水掻き状の構
造を形成せしめることを特徴とする電池用セパレータの
製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。
【0012】本発明の電池用セパレータは不織布からな
るものであり、その平均繊維径は0.5〜20μmであ
り、不織布長手方向の引張強度は60〜300N/5c
mの範囲であり、かつ厚みが0.2ミリ以下のものであ
る。
【0013】不織布の平均繊維径が0.5μm未満であ
る場合には機械的強度が低下し、20μm以上では薄膜
化と保液性を両立させることが困難になる。より好まし
い繊維径は0.5〜10μmである。
【0014】電池は、電極とセパレータを共巻きして製
造するため、電池用セパレータには巻取りの途中で切断
しない強度が必要である。不織布の長手方向の引張強度
が60N/5cm未満である場合には、電池製造工程で
切断する可能性があり好ましくない。一方、300N/
5cmを越える不織布では空隙率が低下し、保液性が不
足したり、イオン通過性が低下するので好ましくない。
イオン通過性は通気度の高いセパレータほど良好であ
り、JIS−L−1096におけるフラジール法通気度
として30cc/(cm2・秒)以上であることが好ま
しい。このような点から、好ましい引張強度の範囲は8
0〜200N/5cmである。
【0015】電池の高容量化に対応するためには電池用
セパレータの薄膜化が必要であり、本発明において、電
池用セパレータの厚みは0.2ミリ以下とすることが必
要である。0.2ミリを越える場合には電池の高容量化
が困難である。その中でも電池用セパレータの好ましい
厚みは0.15ミリ以下である。
【0016】本発明の電池用セパレータは不織布を延伸
処理することによって製造されるが、セパレータにはこ
の製造方法に起因する後述の「水掻き状構造」が存在す
ることが好ましい。
【0017】ここで、「水掻き状構造」とは不織布を構
成している繊維が、繊維軸方向と平行でない方向に引伸
ばし作用を受けたことにより、隣接した繊維間にまたが
って、該繊維を構成する樹脂が薄膜状に広がって存在す
る構造のことを言い、このような構造によって不織布繊
維と電解液との接触面積が増し、保液性の向上につなが
る。
【0018】本発明の電池用セパレータは電解液を保持
することから耐薬品性が求められ、例えば、不織布を構
成する繊維素材としては、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリメチルペンテン、エチレン−ビニルアルコール
共重合体、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リエチレンテレフタレート等の素材を用いることができ
る。これらの中でも特にポリプロピレン、ナイロンが好
ましい。
【0019】以上に述べた本発明の電池用セパレータは
各種電池に使用でき、特にニッケル水素2次電池に好ま
しく使用できる。
【0020】次に、本発明の電池用セパレータの製造方
法について説明する。
【0021】本発明の電池用セパレータは、合成繊維か
らなる不織布を少なくとも1軸方向に延伸することで製
造することができ、該延伸により、該合成繊維不織布の
構成繊維間において該合成繊維が薄膜状に引伸ばされた
水掻き状の構造を形成せしめるものである。また、延伸
することによって不織布の構成繊維の繊維径が小径化
し、かつ該繊維の配向が進んで強度が向上する。
【0022】延伸処理は1軸方向について1.5〜10
倍の範囲で行うことが好ましく、延伸装置はロール間の
周速差を利用したロール型延伸機であってもテンター型
延伸機であってもよい。延伸時には不織布を繊維のガラ
ス転移点温度以上に加熱するが、不織布は断熱性が良好
なことから、加熱方法としては熱風の吹き付けやラジエ
ーションヒーターなどによる輻射加熱が好ましい。
【0023】本発明の電池用セパレータの製造方法では
延伸処理を少なくとも1軸方向に行うが、セパレータの
縦横方向の機械特性をバランスさせるために2軸延伸を
行ってもよい。この場合、縦横の延伸を別々に行う逐次
2軸延伸法であってもかまわないし、縦横の延伸を同時
に行う同時2軸延伸法であってもかまわない。また延伸
処理後にはセパレータの形態安定性を向上させるために
熱処理を行うことが好ましい。
【0024】本発明の電池用セパレータの製造方法にお
いて、不織布の各繊維を確実に延伸するためには、延伸
前に不織布を加熱状態でカレンダー処理することが好ま
しく、このような処理によって不織布の繊維同士が融着
して固定される。不織布の構成繊維が融点の異なる2種
類の組成からなる芯鞘構造であれば、繊維同士の固定が
より効果的になる。この場合には、低融点成分を鞘、高
融点成分を芯とするのがよい。延伸処理前の繊維同士の
熱接着が強固になり、かつ多くなるほど延伸後に水掻き
構造が発現しやすい。
【0025】本発明の電池用セパレータの製造方法では
不織布の種類は特に限定されない。ただし、延伸処理を
不織布の製造工程にインラインで組み込むことがコスト
的に有利であること、またメルトブロー不織布は元々繊
維径が細いことなどから、不織布としてスパンボンド不
織布あるいはメルトブロー不織布を延伸用不織布として
用いることが好ましい。これらの不織布では、不織布の
製造から延伸処理までインラインで行うことができ、低
コストでありながら高性能な電池用セパレータを製造す
ることができる。
【0026】不織布を製造するに際して、メルトブロー
法では、溶融したポリマーを口金から吐出するに際して
口金周辺部から熱風を吹き付け、該熱風によって吐出し
たポリマーを細繊度化せしめ、次いで、しかるべき位置
に配置したネットコンベア上に吹き付けて捕集し、不織
布が製造される。メルトブロー紡糸された繊維は、熱風
圧力で細繊度化されるが、延伸はされず、いわゆる無配
向に近い状態で固化される。またスパンボンド法では、
口金から吐出したポリマーをエアエジェクターによって
牽引し、得られたフィラメントを衝突板に衝突させて繊
維を開繊し、コンベア上に捕集して不織布を製造するこ
とができる。
【0027】いずれの不織布の製造方法においても、紡
糸と同時に不織布が製布できるのである。すなわち、本
発明の電池用セパレータの製造方法の好ましい実施方法
として、繊維の紡糸から不織布の製造、続いて不織布の
延伸処理をインラインで施す方法をあげることができ
る。このような製造方法を採ることによって低コストで
ありながら高性能な本発明の電池用セパレータが得られ
るのである。
【0028】
【特性の測定法】後述する実施例、比較例中の各特性
は、次の方法によって測定した。
【0029】(1)繊維径の測定および繊維形態観察 サンプルの小片を白金・パラジウムで蒸着した後走査型
電子顕微鏡によって観察し写真撮影を行う。写真中の繊
維径を計測し、繊維100本の平均値を繊維径とした。
【0030】(2)引張強度の測定 JIS−L−1096に則り、サンプル幅5cmあたり
の引張強度を測定した。
【0031】(3)保液性の測定 サンプルを25℃の純水に浸した後超音波をかけながら
脱気して純水を含浸させた。含浸処理後サンプルを純水
から引き上げ、その重量を測定した。保液性は保液率と
して以下の式によって計算した。なお、保液率が200
%以下である場合を不合格とした。
【0032】保液率(%)=(含浸した純水の質量)/
(含浸前のサンプル重量) (4)目付量の測定 サンプルを一辺10cmの正方形に切り出し、重量を測
定した。目付量は1m四方での重量に換算した。
【0033】
【実施例及び比較例】本発明を実施例及び比較例によっ
てさらに具体的に説明する。
【0034】実施例1 230℃におけるメルトフローレートが60であるポリ
プロピレンを原料とし、押出機によって290℃で溶融
させながら孔径0.25ミリ、孔数1000個の口金か
ら繊維状に吐出した。さらに口金周辺から290℃の熱
風を吹き付けながら紡糸し、ネットコンベア上で捕集し
て目付量が120g/m2 であるメルトブロー不織布を
得た。引き続いて、不織布を100℃に加熱したロール
によってカレンダー処理を施し、さらに予熱ロールおよ
び赤外線ヒーターによって不織布を150℃に加熱した
後、周速の異なるロールによって不織布長手方向に4倍
延伸した。延伸が終了した不織布は放射線処理後にアク
リル酸に浸すことでアクリル酸のグラフト重合を行い、
親水化処理を行った。このようにして得た不織布の結果
を表1に示すが、厚みが薄いにも関わらず引張強度、保
液性の点からも電池用セパレータとして満足できる特性
であった。
【0035】実施例2 実施例1と同じ原料を使用し、紡糸条件として押し出し
温度、熱風温度を310℃とし、熱風流量を増しながら
ポリマー吐出量を減らすことで紡糸し、目付量が40g
/m2 である不織布を得た。この後不織布を2枚重ねる
ことで目付量を80g/m2 とし、実施例1と同様の方
法でカレンダー処理した後、熱風オーブンによって不織
布を150℃に加熱し、周速の異なるロールによって不
織布長手方向に4倍延伸した。延伸後に実施例1と同様
の親水化処理を施してサンプルを得た。結果を表1に示
す。
【0036】実施例3 実施例1と同じ原料を使用し、紡糸条件もネットコンベ
ア速度を落とす以外は実施例1と同様の条件・方法によ
って目付量が270g/m2 である不織布を得た。引き
続いて不織布を100℃に加熱したロールによってカレ
ンダー処理を施し、さらに予熱ロールおよび赤外線ヒー
タによって150℃に加熱した後、周速の異なるロール
によって不織布長手方向に3倍延伸した。この後テンタ
ー式延伸機を用い、熱風によって不織布を155℃に加
熱した後不織布を幅方向に3倍延伸した。延伸後、実施
例1と同様の親水化処理を行った。結果を表1に示す。
【0037】実施例4 230℃におけるメルトフローレートが60であるポリ
プロピレンを原料とし、290℃で溶融した後押し出し
孔径0.25ミリの口金から吐出し紡糸した。紡糸され
た繊維はエアエジェクターによって牽引し、コンベア上
に捕集して目付量120g/m2 であるスパンボンド不
織布を得た。引き続いて不織布を100℃に加熱したロ
ールによってカレンダー処理を施し、さらに予熱ロール
によって150℃に加熱したのち周速の異なるロールに
よって不織布長手方向に2倍延伸した。延伸後、実施例
1と同様の親水化処理を行った。結果を表1に示す。
【0038】
【表1】 表1から明らかなように、本発明の電池用セパレータお
よびその製造方法によって薄膜化と高強度化および高い
保液性が確保される。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、薄膜化と高強度化およ
び高い保液性が実現された電池用セパレータとその製造
方法が提供される。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均繊維径が0.5〜20μmである不織
    布からなり、長手方向の引張強度が60〜300N/5
    cmの範囲であり、かつ厚みが0.2ミリ以下であるこ
    とを特徴とする電池用セパレータ。
  2. 【請求項2】不織布の構成繊維間において、該繊維が薄
    膜状に引伸ばされた水掻き状の構造を有することを特徴
    とする請求項1に記載の電池用セパレータ。
  3. 【請求項3】不織布を製布した後、少なくとも1軸方向
    に延伸し、該不織布の構成繊維間において該繊維が薄膜
    状に引伸ばされた水掻き状の構造を形成せしめたことを
    特徴とする請求項1または2に記載の電池用セパレー
    タ。
  4. 【請求項4】ニッケル水素2次電池に用いられることを
    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。
  5. 【請求項5】合成繊維からなる不織布を製布した後、少
    なくとも1軸方向に延伸し、該合成繊維不織布の構成繊
    維間において該合成繊維が薄膜状に引伸ばされた水掻き
    状の構造を形成せしめることを特徴とする電池用セパレ
    ータの製造方法。
  6. 【請求項6】不織布が、メルトブロー不織布であること
    を特徴とする請求項5に記載の電池用セパレータの製造
    方法。
  7. 【請求項7】不織布が、スパンボンド不織布であること
    を特徴とする請求項5に記載の電池用セパレータの製造
    方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002105834A (ja) * 2000-10-04 2002-04-10 Toray Ind Inc ポリフェニレンスルフィド不織布およびその製造方法
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JP2013014103A (ja) * 2011-07-06 2013-01-24 Toray Ind Inc 多孔性フィルムおよびその製造方法
JP2014067667A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Mitsubishi Paper Mills Ltd リチウムイオン二次電池セパレータ用不織布基材

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