JPS61281454A - 電池用セパレ−タ - Google Patents

電池用セパレ−タ

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JPS61281454A
JPS61281454A JP60121426A JP12142685A JPS61281454A JP S61281454 A JPS61281454 A JP S61281454A JP 60121426 A JP60121426 A JP 60121426A JP 12142685 A JP12142685 A JP 12142685A JP S61281454 A JPS61281454 A JP S61281454A
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JP
Japan
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fibers
nonwoven fabric
fabric
separator
web
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JP60121426A
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English (en)
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Kensuke Uchida
健輔 内田
Naoki Kataoka
直樹 片岡
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44Fibrous material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411Organic material
    • H01M50/414Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0002Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0005Acid electrolytes
    • 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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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉛蓄電池等に用いられる電池用セノずレータに
関する。
〔従来の技術〕
−aに電池のセパレータに要求される特性として、電解
液の保持能力にすぐれ、電極活物質の微粒子を保持し、
イオンや発生ガスの透過を妨げず電解液に対して化学的
に安定で、耐熱性にすぐれ、機械的強度が強いことなど
が要求される。このような要求を満たす電池用セパレー
タとして従来はフェノール樹°脂で処理された紙が広く
使われてきた。ところがこのセパレータはコストは安い
が化学的安定性に劣り、割れ易くもろい。また空孔が比
較的大きく、その均一性にも劣っている。化学的に安定
で中孔をより微細にしたセパレータとして微細なガラス
繊維からなるマットやポリオレフィン樹脂からなる微多
孔膜の使用が提案されている。しかし前者のガラス繊維
マットではガラス繊維自体が弾力性に乏しく、耐衝撃性
、強度にも劣るため電極活物質を保持する能力が充分で
はない。
後者の微多孔膜では表面が平坦であるため電解液を電極
間に保持することが難しく、耐熱性に劣りまた電極活物
質の微粒子により目づまりを引き起こし易く、電池とし
ての放電性能の低下につながるといった問題を有する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は前記の従来のセパレータの有する問題点を解消
し、化学的に安定で、強度、保液性及び耐熱性にすぐれ
た電池用セパレータを提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の目的は、単繊維直径が0.1〜2μmの極細合
成繊維からなるウェブの単独もしくは複数枚を積層して
なる不織布シートと、その片面もしくは両面に単繊維直
径5μm以上の繊維からなる布帛状物とを積層一体化し
てなる電池用セパレータによって達成される。前記不織
布シートを構成する前記ウェブが、メルトブロー法によ
り得られるポリエステル長繊維ウェブ丁あるとより好ま
しい。
電池に用いられるセパレータは、陽極と陰極との短絡を
防止し、電解液の保持体として機能するだけでなく、電
極活物質の脱落や電極破片の透過を防止して電解液中の
イオンのみを透過せしめるフィルターとしての機能と、
両電極の間に隙間を作り、電解液の拡散や対流を行なわ
しめ、また電極から発生するガスを逃がしてやるという
スペーサーとしての機能が要求される。
本発明のセパレータは上記二つの機能をそれぞれ異なる
構成部分に担当させていることを特徴とする。すなわち
本発明の構成部分である不織布シートと布帛状物のうち
前者の不織布シートが主にフィルターとしての機能を担
い、後者の布帛状物が主にスペーサーとしての機能を担
っている。本発明のセパレータは布帛状物が少なくとも
不織布シートの陽極側に存在するような二層構成でも充
分に機能するが、必要に応じて布帛状物が不織布シート
の陰極側にも存在するような三層構成にしてもよい。
本発明による電池用セパレータの実施例の構成をモデル
的に第1図および第2図に示す。第1図および第2図は
本発明による電池用セパレータを極板と組合せて示す部
分断面図である。図において1は陽極板、2は布帛状物
、3は不織布シート、4は陰極板を示す。第1図には二
層構成の電池用セパレータが示され、第2図には三層構
成の電池用セパレータが示されている。
本発明におけるウェブとは、短繊維を抄造した不織布、
溶融紡糸した繊維を積層した長繊維不織布、カーディン
グ−ニードルパンチング等により形成されたウェブ等を
いうが、特にメルトブロー法による長繊維ウェブが好ま
しい。これは目付、厚み等が均一でかつピンホールの発
生しにくいウェブを得やすいためである。
かかろウェブを構成する繊維は、単繊維直径が0.1〜
2μmの範囲にある極細合成繊維が主体となっているこ
とが必要である。単繊維直径が0.1μm未満であると
繊維同志の密着が大きく、繊維積層物の、密度が大きく
なり過ぎるため目づまりを起こし易く、電解液の流通が
悪くなり放電性能が低下する。逆に単繊維直径が2μm
を超えると繊維積層物の密度が小さくなり過ぎ、微細な
活物質の脱落や電極破片の透過を防止することが困難と
なる。かかる単繊維直径が0.1〜2μmの極細合成繊
維からなるウェブを強度、加工性等の必要に応じて一枚
もしくは二枚以上が積層一体化されて不織布シートを形
成している。
前記極細合成繊維としてはポリエステル系繊維、ポリア
ミド系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリアクリル繊維
等の熱可塑性合成繊維が好ましく、その内でもポリエス
テル系繊維が強度、化学的安定性及び製造上の安定性の
面から最も好ましい。
本発明における布帛状物とは単繊維の直径が5μm以上
の繊維からなる編織物あるいはウェブ等の不織布をいう
。従って上記の不織布シートに比べて布帛状物の単繊維
間の空隙が大きくなっている。さらに布帛状物は不織布
シートに対する補強結果も有している。
布帛状物を構成する単繊維直径が5μm未満であると、
弾力性が失われて電極との密着が悪くなり、又鶏高性が
失われるため繊維間の空隙に電極から発生するガスがた
まり易く、イオンの移動を妨げ電気抵抗を増大せしめ電
池の放電性能を阻害する。
前記布帛状物を構成する繊維としてはポリエステル、ポ
リアミド、ポリオレフィン等の各種有機繊維、ガラス繊
維等の無機繊維を用いることができる。
編織物を用いる場合には、極力せ撚の糸を用いて且つ高
密度で形成する方がよい。ただし本発明において編織物
の組織について何等限定するものではない。
不織布シートと布帛状物とを積層一体化する方法として
は圧着、抄造、縫い合せ、接着剤による接着、高圧水の
噴射等の方法がある。接着剤による接着では、低融点樹
脂の不織布を各層の間にはさんで加熱圧着したり、接着
剤をドツト状に散布して接着する方法が弾力性や電解液
の流通性が失われず好ましい。
布帛状物としてウェブ等の不織布を用いた場合には、不
織布シートと積層一体化するために高圧水の噴射法を用
いることができる。すなわち布帛状物と不織布シートと
を重ね合わせて金網上にのせて連続移動させつつ、噴射
ゾーンで金網面に平行に円運動もしくは往復運動をして
いるノズル群から圧力2〜50kg/cm”の高圧水を
噴射処理する。この水圧は積層物の状態により適宜選定
する。この噴射処理は積層物の表、裏面よりそれぞれ一
回以上行なう。この方法は不織布シートと布帛状物とを
接着剤を用いずに、単に両者の境界面において繊維の絡
み合いのみによって接合されているため、不純物等が溶
出されることもなく好ましい方法である。
本発明のセパレータの構成のうち布帛状物は単繊維直径
が太く、繊維間の空隙は大きいが、不織布シートは逆に
単繊維直径が細く、繊維間の空隙は小さいものである。
従って両者の積層体である本発明のセパレータには繊維
間の空隙の大きさに厚み方向に勾配が生している。その
ため電極活物質や電極破片の微粒子のうち径の大きいも
のは布帛状物で捕捉され、より径の小さな微粒子は不織
布シートでほぼ完全に捕捉されることになる。このとき
繊維間の空隙は三次元的に複雑に入り組んで存在するた
め、微粒子によって目づまりする可能性は非常に少なく
、イオン等が透過する空間を常に保持することができる
本発明の電池用セパレータは合成繊維を主体として構成
されているため、親水化等の表面処理が容易である。布
帛状物の素材や組織を保液性のすぐれたものにし、かつ
親水化処理を施すこと等により電解液が実質的にセパレ
ータ中にのみ存在する密閉型蓄電池への応用も可能とな
る。
〔実施例〕
以下本発明による電池用セパレータの実施例の数例を示
し、合せて従来公知の電池用セパレータとの特性値の比
較をなす。
なお各特性値の測定は下記方法で行った。
■ 保液性 含水前の試料重量をW、とじ、試料を軟水
中に2時間浸漬後、遠心脱水(1500rpm。
1分)したあとの試料重量をW2としたとき、次式で示
される値を保液性の値とする。
W。
■ 通気性 J I S L1096 (フラジール型
試験機)による。
■ 捕集効率 J I S 28901 (試験用ダス
l−B法)による。
■ 破裂強さ J I S L1096 (ミューシン
形法)による。
■ 電気抵抗 J I S C2313による。
メルトブロー法により製造した単繊維直径が1.0μm
(約0.Oldに相当)を主体とするポリエステル繊維
ウェブ(目付30 g/m” )を用いて以下′の構成
の布帛状物との積層体を作成して実施例1,2および3
とした。
実車炎上 ポリエステル平織物(経糸、緯糸とも150
d/48f、単繊維径20μm(約4dに相当))、経
糸と緯糸の密度の和(250本/インチ)の片面にポリ
エステル系低融点接着剤をドツト状(経方向45ポイン
ト、緯方向45ポイント/インチ、付着量8〜10 g
/m” )に付着せしめ、上記ポリエステル繊維ウェブ
1枚と加熱圧着した。
X  ナイロン−6トリコツト編物(糸使い70d/2
4f、単繊維径1B、cam、度目28ゲージ)の片面
に実施例1と同様に低融点接着剤を付着せしめ、前記ポ
リエステル繊維ウェブ2枚と加熱圧着した。
m  ポリプロピレン繊維からなるウェブ(繊維径15
μm、繊維長50mm、目付30g/m2)の片面に上
記ポリエステル繊維ウェブ3枚を積層する。これを1m
/minの速度で移動している50メツシユの金網上に
のせて移動させつつ、噴射ゾーンでその上方40mmの
位置にあるノズル群からゲージ圧10kg/cm”の高
圧水を噴射処理した。ノズル群はノズル直径が0.15
mmのノズルをヨコ方向に5mm、タテ方向に2mm間
隔で千鳥状に6列配列し、直径8mmで250回/分の
円運動をしている。積層物への高圧水の噴射処理は、表
裏交互に計5回行なった。次いで100℃で乾燥した。
又下記条件で従来公知の構成の比較例1.2および3を
用意した。
ル較斑土 リンターパルプを抄紙したのち、フェノール
樹脂を30−1%含浸させ、200 ’Cで樹脂を硬化
させて厚さ1.0mm0祇セパレータを得た。
止較糎童 繊維径1μm、繊維長10〜30mmのガラ
ス繊維を抄造して、厚さ1.5mmのマット状ガラス繊
維不織布を得た。
比較例ユ 粘度平均分子i1200,000のポリエチ
レン30vo1%、微粉シリカ20vo1%、ナフテン
系プロセスオイル5Qvo1%を均一に混合したのち、
押出機によってシート状に溶融押出成形し、そのシート
をヘキサンに浸漬してプロセスオイルを抽出して厚さ0
.3mmの微多孔膜を作成した。
得られた実施例1. 2. 3および比較例1.2゜3
の特性値の比較結果を第1表に示す。
以下余白 第1表に示すように、実施例1,2および3はいずれも
比較例に比べて保液性、破裂強さにすぐれている。通気
性、電気抵抗は比較例と同等の性能を有している。平均
粒径0.3μmのステアリン酸エアゾルの捕集効率は、
実施例1.2および3がいずれもすぐれた値を与えてい
る。また比較例1と3の祇セパレータ及び微多孔膜はス
テアリン酸エアゾルの流通に伴ない目づまりが生じ圧力
損失が経時的に急上昇するのに対して実施例1.2およ
び3は圧力損失が大きく変化することはながった。
従来の祇セパレータに代えて実施例1,2および3の試
料を組み込んだ鉛蓄電池を試作したところ、いずれも良
好な放電特性を示した。
〔発明の効果〕
本発明の電池用セパレータは不織布シートが布帛状物に
より補強された構造をもつため、耐衝撃性、強度及び弾
力性にすぐれている。また布帛状物、不織布シートの素
材や組織、密度等を変化させることにより、厚み、保液
性、化学的安定性、耐熱性等を調整、改良することがで
き、種々のタイプの電池に適用することが可能である。
さらに、合成繊維を主体とした薄型の積層構成体である
ため、加工性、取り扱い性に富み、折れ曲げ、熱融着等
によりエンベロープ状やチューブ状への成形が容易であ
る。そのため電池のコンパクト化をはかる上で非常に有
効である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明による電池用セパレータを
極板と組合せて示す部分断面図であり、第1図は2層構
成の電池用セパレータ、第2図は3層構成の電池用セパ
レータである。 ■・・・陽極板、     2・・・布帛状物、3・・
・不織布シート、   4・・・陰極板。 第1回   第2回

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、単繊維直径が0.1〜2μmの極細合成繊維からな
    るウェブの単独もしくは複数枚を積層してなる不織布シ
    ートと、その片面もしくは両面に単繊維直径5μm以上
    の繊維からなる布帛状物とを積層一体化してなる電池用
    セパレータ。 2、前記不織布シートを構成し且つ単繊維直径が0.1
    〜2μmの極細合成繊維からなるウェブが、メルトブロ
    ー法により得られるポリエステル長繊維ウェブである特
    許請求の範囲第1項に記載の電池用セパレータ。
JP60121426A 1985-06-06 1985-06-06 電池用セパレ−タ Pending JPS61281454A (ja)

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