JPH1167180A - 電池用セパレーター - Google Patents

電池用セパレーター

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JPH1167180A
JPH1167180A JP9218691A JP21869197A JPH1167180A JP H1167180 A JPH1167180 A JP H1167180A JP 9218691 A JP9218691 A JP 9218691A JP 21869197 A JP21869197 A JP 21869197A JP H1167180 A JPH1167180 A JP H1167180A
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JP
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fiber
ion
group
substituent group
separator
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JP9218691A
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Yasuo Kaminami
康夫 神波
Isao Konno
勲 今野
Hidehiko Obara
秀彦 小原
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性および電池特性に優れた電池用セパレ
ーターを提供する。 【解決手段】 イオン交換性置換基を有する繊維とイオ
ン交換性置換基を有さない繊維とを主成分とする不織布
あるいは織布からなり、イオン交換性置換基がスルホン
本基および/またはカルボキシル基であることを特徴と
する電池用セパレーター。

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
ーに関し、特に、アルカリ蓄電池用セパレーターに好適
に使用される材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電解液にアルカリ水溶液を用いるNi−
CdあるいはNi−MH電池においては、セパレーター
として、ポリアミドやポリオレフィン等の合成樹脂から
なる不織布が用いられている。これら合成樹脂からなる
不織布には適度の機械的強度、良好なガス透過性、電解
液保持能力および電解液耐久性が要求される。
【0003】従来より、不織布にプラズマ照射して含酸
素官能基を化学的に結合させる方法(特開平6ー509
208号公報)や親水性を有するアクリル酸などをグラ
フト重合させる方法(特開平7−220711号公報)
などにより、不織布にカルボキシル基を付与して、親水
性を向上させることが提案されているが、これらの方法
により得られたセパレーターでは、電池内での過酷な酸
化により、それぞれカルボン酸イオンおよびアクリル酸
イオンがアルカリ水溶液中に溶出してこれら溶出イオン
が自己放電を増加させたり、セパレーター上の親水性基
が徐々に減少することにより電池の内部抵抗の増加やラ
イフの低減といった問題がある。また、アルカリ中で
は、膜の膨潤が起こり、寸法安定性を低下させるという
問題もある。
【0004】一方、不織布を三酸化イオウ、発煙硫酸、
濃硫酸などと接触させて、スルホン基を導入するという
方法(例えば、特開昭56−3973号公報、特開昭5
7−191956号公報、特公平7−32008号公
報、特開昭62−115657号公報、特開平1−13
2042号公報、特開平1−132044号公報等参
照)も提案されているが、濃硫酸を用いた場合、不織布
全体を均一にスルホン化しようとすると、繊維の内部ま
でスルホン化または酸化される部分が発生し、場合によ
ってはこの部分で繊維が炭化され、その結果、セパレー
ターの機械的強度が低下するといった問題がある。ま
た、セパレーターの繊維表面は、製造工程中にスルホン
基が脱離したり酸化されてしまい、良好な電池特性を示
すことが難しい。この問題を解決するために、発煙硫酸
法においては、処理後、希薄な硫酸水溶液に徐々に浸漬
するマイルドな後処理を採る方法が行われているが、工
程が複雑で、必ずしも工業的に優れたものではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐久性およ
び電池特性に優れた電池用セパレーターを提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み鋭意検討した結果、特定の繊維からなる不織布ま
たは織布を用いることにより保液性の優れた電池用セパ
レーターが得られることを見出し本発明に到達した。す
なわち、本発明の要旨は、イオン交換性置換基を有する
繊維とイオン交換性置換基とを主成分とする不織布ある
いは織布からなり、イオン交換性置換基がスルホン基お
よび/またはカルボキシル基であることを特徴とする電
池用セパレーターに存する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明で用いるイオン交換性置換
基を有する繊維は、イオン交換性置換基を有していれば
よく、イオン交換性置換基としては、スルホン基、カル
ボキシル基などが挙げられ、好ましくは、カルボキシル
基、あるいは、スルホン基およびカルボキシル基が用い
られる。イオン交換性置換基を有する繊維は、スルホン
基、カルボキシル基の他に、水酸基を含んでいてもよ
い。
【0008】イオン交換性置換基の含有量は、通常0.05
meq/g 以上である。イオン交換性置換基がスルホン基お
よびカルボキシル基である場合は、好ましくは、カルボ
キシル基が0.70meq/g 以上、スルホン基とカルボキシル
基との合計が0.71meq/g 以上である。また、イオン交換
性置換基がカルボキシル基だけである場合は、好ましく
は0.5meq/g以上である。イオン交換性置換基がこれらよ
り少なすぎると、セパレーターが十分な保液性を示さな
くなる。
【0009】イオン交換性置換基を有する繊維の基材と
しては、ポリスチレン、ポリビニルアルコールなどが用
いられる。イオン交換性置換基を有する繊維の繊維径
は、通常1〜100μm、好ましくは5〜50μmのも
のが用いられる。また、繊維長は、通常0.01mm以上、好
ましくは1〜50mmのものが用いられる。本発明でもち
いるイオン交換性置換基を有さない繊維としては、ポリ
プロピレン、ポリエチレン、これらの共重合体エチレン
−ビニルアルコール共重合体、エチレン−酢酸ビニル共
重合体等の単一成分からなる繊維や、ポリエチレン、ポ
リエチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリエチレン
−酢酸ビニル共重合体等よりなる複合繊維、分割繊維、
鞘芯構造を有する繊維や、これらの繊維の混合物などが
あげられる。
【0010】イオン交換性置換基を有さない繊維の繊度
は、通常0. 2〜6デニール、好ましくは、0. 5〜4
デニールのものが用いられる。繊度が0. 2デニールよ
りも少ないと繊維の分散性が悪く、6デニールよりも大
きいと繊維間に大きなポアが生じて、不織布をバッテリ
ーセパレーターとして電極間に挟んだ時短絡を生ずる危
険性がある。繊維長は、通常0.5〜50mmのものが用
いられる。
【0011】本発明の電池用セパレーターは、イオン交
換性置換基を有する繊維とイオン交換性置換基を有さな
い繊維とを不織布または織布してなるものである。好ま
しくは不織布である。繊維を不織布、織布にするには、
公知の方法が用いられる。不織布の場合は、例えば、繊
維を水中に均一に懸濁し、これを金網等ですくいシート
状にする湿式製造法や、繊維を空気中に飛散させた後、
金網に集めてカード状にするエアーレイド法や、紡糸機
から直接ウェブを形成するスパンボンド法やメルトブロ
ー法などがあげられる。また、不織布、織布を製造する
際には、繊維の分散性を改良するために界面活性剤や、
繊維のからみを向上させるためのポリビニルアルコール
等の添加剤を用いてもよい。不織布は単層であっても、
イオン交換性置換基を有する繊維と有さない繊維との配
合比の異なる2種以上の織布、不織布を積層したもので
もよい。
【0012】電池用セパレーターの厚みは、通常50〜
300μm、好ましくは、100〜300μm、より好
ましくは100〜200μmである。300μmよりも
厚くなるとバッテリーの高容量化の点で問題がある。ま
た、50μmよりも薄くなると通気度や強度の低下が起
こる。通気度は、フラジール法により測定した場合に、
通常5〜150cm3/cm3/sec、好ましくは、10〜15
0cm3/cm3/sec 、より好ましくは、30〜100cm3/cm
3/sec である。通気度が5cm3/cm3/sec 未満ではイオン
伝導度が低下し、150cm3/cm3/sec を越える場合に
は、短絡が発生しやすい。
【0013】引っ張り破断強度は、通常3〜20kgf/cm
2 、好ましくは4〜20kgf/cm2 である。引っ張り破断
強度が3kgf/cm2 未満では電池組立時に破断する恐れが
ある。不織布の目付は上記の物性のバランスから30〜
100g/m2が好ましい。本発明の電池用セパレーター
は、既知のフッ素ガス処理、界面活性剤処理などの表面
処理を行ってもよい。フッ素と酸素を含む混合ガス、フ
ッ素、酸素および二酸化硫黄を含む混合ガスによる処理
を行うと初期吸液速度が向上するので好ましい。混合ガ
スは、フッ素、酸素、二酸化硫黄の他に窒素、ヘリウム
等の不活性ガスを含有していてもよい。混合ガス中のフ
ッ素の濃度は特に限定されないが、通常0. 01〜80
容量%、好ましくは、0. 1〜50容量%の範囲が用い
られる。フッ素が0. 01容量%より少ないと、改質さ
れる不織布表面に効率よくポリマーラジカルを形成させ
ることが難しく、酸素存在下でフッ素が80容量%より
も多いと、フッ素化の反応が支配的となり目的としてい
る親水性が得られない。また、酸素の濃度は、通常0.
01〜99. 9容量%、好ましくは、30〜99容量%
の範囲から選ばれる。特に、酸素の濃度はフッ素の濃度
よりも高いことが望ましい。酸素濃度がフッ素よりも小
さい場合にはフッ素化反応がより優先され酸素原子の導
入が困難になる。
【0014】混合ガスと不織布との接触温度は、フッ素
化反応が優先的に進行しない条件が選ばれるが、その範
囲は、通常、−70〜140℃、好ましくは、0〜90
℃、特に好ましくは0〜50℃の範囲である。−70℃
より低いとフッ素の反応性が極端に減少し、140℃よ
り高いと不織布のポリエチレン成分が融けてしまう。ま
た、0℃より低いとフッ素の反応性が低下するため有効
な処理が行われにくく、90℃より高いとフッ素化反応
が酸素化に比べて極端に優先され、親水性が発現しにく
くなる。混合ガスと不織布との接触時間は、広い範囲か
ら適宜選ばれ、通常1秒〜10日、好ましくは、1秒〜
30分である。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、あらかじめイオン交換
性置換基が付与されている繊維を用いるので、セパレー
ター全体の置換基の量の制御を容易に行えるので、製品
間のばらつきを少なくすることができる。また、セパレ
ーター全体を硫酸などの強酸にさらすこともないので、
強度の低下を免れることができる。
【0016】
【実施例】次に、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に
限定されるものではない。なお、以下の諸例において、
各測定は次の方法によって行った。 (1)電解液保液力測定 6NのKOHおよび1NのLiOHの混合溶液にサンプ
ル(5×5cm角)を浸漬した後、真空下(−650〜
−700mmHg)3分脱泡し大気圧に戻すという作業
を3回行って、サンプルに十分電解液をしみこませた
後、サンプルを取り出し、5kgの荷重を乗せ、10分
間保持し、出てきた電解液を濾紙で拭き取る。浸漬前の
サンプル重量をWとし、浸漬後荷重をかけた後のサンプ
ルの重量をW1とすると、保液力は以下の式で表され
る。
【0017】(2)イオン交換容量測定 スルホン基については、サンプルを1NのHCl水溶液
に一定時間含浸し、SO3 H基として水洗乾燥後、1N
のNaCl水溶液に浸漬して、SO3 Na基とする。こ
の時に生成するHClをメチルレッドとメチレンブルー
の混合液を指示薬として1/50NのNaOH水溶液
(力価a)で滴定した滴定量(X)をSO 3 H状態での
サンプルの乾燥重量(W)で割り、ナトリウムイオンの
イオン交換量を次式より求めた。
【0018】 カルボン酸基については、サンプルを2NのHCl水溶
液に一定時間含浸し、COOH基として水洗乾燥後、所
定量の1/5NのNaOH水溶液に浸漬して、COONa
基とする。COOH基と反応せずに残存しているNaO
H量をメチルレッドとメチレンブルーの混合液を指示薬
として1/50NのHCl水溶液で滴定し、COOH基
の反応量をCOOH状態でのサンプルの乾燥重量で割
り、ナトリウムイオンのイオン交換量を同様にして求め
た。
【0019】<参考例1>イオン交換繊維として、6.
9meq/g のイオン交換性の水酸基を有するVinilo
n繊維(繊維径:7. 5μm、繊維長:2mm)を用い
(8g/m2 )、これと、スルホン基およびカルボキシル
基を有さない繊維として芯成分がポリプロピレンで鞘成
分がポリエチレンであり、芯鞘の断面比率が1:1. 2
5である1. 5デニールの繊維70%と、融点が132
℃である綿状のポリエチレン繊維30%からなる繊維
(48g/m2)とを混合・抄紙して、厚み135μmの不
織布(1.0meq/g- OH含有)を作製した。この不織布の
電解液保液力を測定したところ、8. 1%であった。
【0020】<実施例1>イオン交換性置換基を有する
繊維として、4meq/g のイオン交換性のカルボキシル基
を有するニチビ製IEF WC繊維(繊維径:平均20
μm、繊維長:3mm)13. 8g/m2 と、イオン交換
性置換基を有さない繊維として、スルホン基およびカル
ボキシル基を有さない芯成分がポリプロピレンで鞘成分
がポリエチレンであり、芯鞘の断面比率が1:1. 25
である1. 5デニールの繊維70%と、融点が132℃
である綿状のポリエチレン繊維30%からなる繊維(4
2.2g/m2)とを混合・抄紙して、厚み135μmの不
織布(1.0meq/g- COOH含有)を作製した。この不織
布の電解液保液力を測定したところ、22. 9%であっ
た。
【0021】<実施例2>イオン交換繊維として、実施
例1と同様のイオン交換性[COOH]基を有するニチ
ビ製IEF WC繊維を用い(1. 4g/m2 )、これ
と、実施例1と同一のスルホン基およびカルボキシル基
を有さない繊維(54. 6g/m2)とを混合・抄紙して、
厚み135μmの不織布(0.1meq/g- COOH含有)を
作製した。この不織布の電解液保液力を測定したとこ
ろ、20. 8%であった。
【0022】<実施例3>イオン交換繊維として、2me
q/g のイオン交換性[SO3 H]基を有するニチビ製
IEF SCー3500繊維(繊維径:30μm、繊維
長:500μm)を用い(2. 8g/m2 )、これと、実
施例1と同一のスルホン基およびカルボキシル基を有さ
ない繊維(53. 2g/m2)とを混合・抄紙して、厚み1
35μmの不織布(0.1meq/g- SO3 H含有)を作製し
た。この不織布の電解液保液力を測定したところ、1
5. 4%であった。
【0023】<実施例4>イオン交換繊維として、2me
q/g のイオン交換性[SO3 H]基を有するニチビ製
IEF SCー3500繊維(1. 4g/m2 )と、4me
q/g のイオン交換性[COOH]基を有するニチビ製I
EF WC繊維を用い(0. 7g/m2 )、これと、実施
例1と同一のスルホン基およびカルボキシル基を有さな
い繊維(53. 9g/m2)とを混合・抄紙して、厚み13
5μmの不織布(0.05meq/g-SO3H+0.05meq/g- CO
OH含有)を作製した。この不織布の電解液保液力を測
定したところ、15. 5%であった。
【0024】<実施例5>イオン交換繊維として、2me
q/g のイオン交換性[SO3 H]基を有するニチビ製
IEF SCー3500繊維(0. 8g/m2 )と、4me
q/g のイオン交換性[CO2 H]基を有するニチビ製I
EF WC繊維(0. 4g/m2 )および6. 9meq/g の
イオン交換性水酸基を有するVinilon繊維(0.
2g/cm2 )を用い、これと、実施例1と同一のスルホン
基およびカルボキシル基を有さない繊維(54. 6g/
m2)とを混合・抄紙して、厚み135μmの不織布(0.
03meq/g-SO3 H+0.03meq/g- COOH+0.03meq/g- O
H含有)を作製した。この不織布の電解液保液力を測定
したところ、14. 9%であった。
【0025】<実施例6>イオン交換繊維として、2me
q/g のイオン交換性[SO3 H]基を有するニチビ製
IEF SCー3500繊維(1. 4g/m2 )と、4me
q/g のイオン交換性[COOH]基を有するニチビ製I
EF WC繊維(0. 4g/m2 )および6. 9meq/g の
イオン交換性水酸基を有するVinilon繊維(0.
2g/cm2 )を用い、これと、実施例1と同一のスルホン
基およびカルボキシル基を有さない繊維(54. 0g/
m2)とを混合・抄紙して、厚み135μmの不織布(0.
05meq/g-SO3 H+0.03meq/g- COOH+0.03meq/g- O
H含有)を作製した。この不織布の電解液保液力を測定
したところ、13. 8%であった。
【0026】<実施例7>イオン交換繊維として、2me
q/g のイオン交換性スルホン基を有するニチビ製IEF
SCー3500繊維(0. 6g/m2 )と、4meq/g の
イオン交換性カルボキシル基を有するニチビ製IEF
WC繊維(0. 7g/m2 )および6. 9meq/g のイオン
交換性水酸基を有するVinilon繊維(0. 2g/cm
2 )を用い、これと、実施例1と同一のスルホン基およ
びカルボキシル基を有さない繊維(54. 5g/m2)とを
混合・抄紙して、厚み135μmの不織布(0.02meq/g-
SO3 H+0.05meq/g- COOH+0.03meq/g- OH含有)
を作製した。この不織布の電解液保液力を測定したとこ
ろ、21. 9%であった。実施例1〜7の結果をまとめ
て表−1に示す。
【0027】
【表1】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン交換性置換基を有する繊維とイオ
    ン交換性置換基を有さない繊維とを主成分とする不織布
    あるいは織布からなり、イオン交換性置換基がスルホン
    基および/またはカルボキシル基であることを特徴とす
    る電池用セパレーター。
  2. 【請求項2】 イオン交換性置換基を有する繊維が、該
    置換基を0.05meq/g以上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ー。
  3. 【請求項3】 イオン交換性置換基がカルボキシル基で
    あることを特徴とする請求項1に記載の電池用セパレー
    ター。
  4. 【請求項4】 イオン交換性置換基がスルホン基および
    カルボキシル基からな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ー。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか一項に記載
    の電池用セパレーターを、フッ素および酸素、もしくは
    フッ素、酸素および二酸化イオウを含有するガスと接触
    させることを特徴とする電池用セパレーター。
JP9218691A 1997-08-13 1997-08-13 電池用セパレーター Pending JPH1167180A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004047914A (ja) * 2001-07-25 2004-02-12 Mitsubishi Paper Mills Ltd キャパシタ用セパレーター
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