JPS63224143A - 蓄電池用セパレ−タ - Google Patents

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］ 本発明は蓄電池用セパレータに係り、特に保液性、吸液
性が高く、しかも耐荷重性能にも優れ、横型密閉電池用
セパレータとして好適な蓄電池用セパレータに関する。

［従来の技術］ 蓄電池の陽極の形式としては、従来よりペースト式極板
とクラッド式極板とが知られている。近年、蓄電池につ
いてその密閉化が試みられつつあり、ペースト式密閉電
池は極板間に平均直径１μｍ以下の極細ガラス繊維を主
体とするセパレータを介在させ、このセパレータに電解
液を吸収させて構成されている。

このような蓄電池用に用いられるガラス繊維を含んでな
る蓄電池用セパレータとしては、既に種々のタイプのも
のが提案され実用化されているが、これを大別すると次
の３種類となる。即ち、■　ガラス短繊維を主体とする
もの、 ■　ガラス短繊維と合成繊維を混合、成形したもの、 ■　ガラス短繊維に粉体を保持させたもの、である。

このうち、■のガラス繊維を主体とするものとしては、
液体接着剤等のバインダを使用したものと、これらのバ
インダを使用しなりものとがある。後着のバインダを使
用しないものは、液の吸収による自由な体積膨張が可能
で、電解液の保液性、吸液性が最も良く、電池特性の面
で最も好適である。そのため、バインダを使用しない実
質的にガラス繊維１００％のセパレータが有望視されて
いる。

ところで、大型の密閉電池の場合、通常、セパレータは
極板間に立設して設けられている（縦型）が、この縦型
密閉電池では、電解液がセパレータ上部に少なく、下部
に多くなり、電池内が不均一となり、電池性能が低下す
るという問題がある。

このような問題の解決策として、電解液比重を高める方
法や、堰所な設けるなどの方法が提案されているが、十
分な効果は得られていない。

これに対し、セパレータを複数横方向に積層設置する（
横型）ことにより、上記の電解液偏在の問題を解決する
ことが検討されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 横型密閉電池では、電解液偏在の問題は解決されるもの
の、極板による荷重や積層荷重により、下方のセパレー
タはど大きな荷重がかかり、セパレータの厚さが小さく
なるという問題がある。このため、従来においては、高
性能の横型密閉電池が得られなかった。

特に、電池特性の点で優れた性能を発揮し得る、実質的
に１００％ガラス繊維からなるセパレータを用いた場合
においては、この厚さの減少は著しい、即ち、この種の
セパレータは単にガラス繊維表面の水ガラス化と絡みの
力のみで賦形されているため、強度や硬度が低く、荷重
に対する抵抗力が小さいために、厚さが減少してしまう
のである。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明は上記従来の問題点を解消し、強度、硬度が良好
で、荷重に対して優れた抵抗性を有し、しかも、保液性
、吸液性にも優れた蓄電池用セパレータを提供するもの
である０本発明は、ガラス繊維を主体とする蓄電池用セ
パレータであって、ガラス繊維密度の低い低密度部と、
ガラス繊維密度の高い高密度部とを有し、高密度部は低
密度部中にセパレータ厚み方向に上下貫通するように設
けられていることを特徴とするものである。

以下、本発明につき図面を参照して更に詳細に説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の蓄電池用セパレータを
示す図であって、第１図（ａ）は斜視図、第１図（ｂ）
は第１図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図示の如く、本発明の蓄電池用セパレータ１は、ガラス
繊維を主体とし、ガラス繊維密度の低い低密度部２とガ
ラス繊維密度の高い高密度部３とを有し、高密度部３が
低密度部２中に、セパレータ厚み方向に上下貫通するよ
うに設けられているものである。

セパレータの面積に占める低密度部２及び高密度部３の
面積割合は、各々の密度及びセパレータに要求される特
性等に応じて適宜決定される。即ち、低密度部２の占め
る面積割合が大きい程良好な吸液性、保液性が得られる
が、荷重に対する抵抗力は低下する。逆に高密度部３の
占める面積割合が大きい程、荷重に対する抵抗力は向上
する反面、吸液性、保液性が低下する。一般には、セパ
レータ面積に占める低密度の面積割合は６０〜９５％、
高密度部の面積割合は５〜４０％とするのが好適である
。

ところで、セパレータの密度と、電池性能に多大な影響
を与える保液性及び吸液性との関係については次のよう
なことが言える。即ち、セパレータの密度は小さい方が
空間率が大きくなり吸液率は向上するが、あまりに小さ
過ぎると液保持力が低下し、保液性が悪化する。また、
逆に、密度が大き過ぎると空間率が下り、液の入るスペ
ースが小さくなって吸液率が低下する。セパレータの密
度と保持液量との間には、通常の場合第５図の如き関係
が存在し、保持できる液量が多く、しかも保持力が大き
いセパレータの密度範囲は０．１５±０．０５ｇ／ａｎ
？である。従って、本発明において、セパレータに吸液
性、保液性を付与する低密度部の密度は０．１５±０．
０５ｇ／ｃｍ’であることが好ましい。

また、セパレータに強度、硬度を付与し、荷重に対する
抵抗性を与える高密度部の密度は、低密度部の保液性、
吸液性を損なうことなく、また低密度部とのなじみの良
さをも考慮した場合、０．２５±０．０５ｇ／ａｍ”で
あることが好ましい。

本発明のセパレータにおいては、特に密度０．１５±０
．０５ｇ／ａｎ？の低密度部がセパレータ面積の６０〜
９５％、密度０．２５±０．０５ｇ／（ｆｒ？の高密度
がセパレータ面積の４０〜５％であることが好ましい。

本発明のセパレータにおいて、低密度部と高密度部との
配置形態は、高密度部による補強効果及び低密度部によ
る保液、吸液効果が十分に発揮されるように、低密度部
中に、高密度部が均等に散在しているようなものであれ
ば良く、第１図（ａ）、（ｂ）に示すように帯状に高密
度部を設けるものに何ら限定されない０例えば、第２図
（ａ）に示す如く、短い帯状の高密度部３が低密度部２
中に規則的に配置されているもの、第２図（ｂ）に示す
如く、略円盤形の高密度部３が低密度部２中に規則的に
配置されているものなども有効である。

なお、低密度部２は高密度部３よりも空間率が大きく、
それ故に高密度部３よりも該低密度部２の方が蓄電池液
が流れ易い、そのため、第１図に示した本発明のセパレ
ータを蓄電池に組み込んで液を充填するに際しては、充
填される液の方向が高密度部３の長手方向となるように
するのが好適である。

このような本発明の蓄電池用セパレータを構成するガラ
ス繊維は、平均直径２μｍ以下、特に平均直径１μｍ以
下の細径ガラス繊維を主体とするものであることが好ま
しい。とりわけ、本発明の蓄電池用セパレータを構成す
るガラス繊維は、平均直径２μｍ以下、特に１μｍ以下
の細径ガラス繊維を主体とし、平均直径１０〜３０μｍ
の大径のガラス繊維０〜３５重量％及び平均直径２μｍ
を超え１０μｍ未満の中細径のガラス繊維０〜３０重量
％を含むものであることが望ましい、中細径、大径のガ
ラス繊維は細径のものに比べ安価であり、特に大径のガ
ラス繊維はこれを併用することによりセパレータの引張
強さを向上させることができるという利点がある。

細径のガラス繊維の好ましい平均直径は０．５〜１．０
μｍ１より好ましくは０．６〜０．９μｍである。平均
直径が１．０μｍを超えるとセパレータの孔径が大きく
なり、逆に０．５μｍよりも小さくなるとその製造コス
トが高価となる。

この細径のガラス繊維の好ましい含有量は、ガラス繊維
重量の６０重量％以上であり、６５重量％以上が特に好
ましい、含有量が６０重量％よりも少ないと吸液性、保
液性が不足し易くなるからである。

この細径のガラス繊維の平均長さは好ましくは１〜５０
ｍｍ、より好ましくは７〜４０ｍｍである。平均長さが
ｉｎｍよりも短くなるとセパレータの強度が小さくなり
、５０ｍｍよりも長くなると抄造時に水中へ均一に分散
するのが困難になる。

このような細径のガラス繊維はＦＡ法（火炎法）、遠心
法その他のガラス短繊維製造法によって製造できる。な
お本発明においてガラス繊維の平均直径は、試料の３ケ
所について電子顕微鏡で写真撮影し、それぞれ２０本の
繊維についてその直径を０．１μｍ単位で測定し、これ
らの平均値をとることにより計算される。

中細径のガラス繊維を用いる場合、その好ましい平均直
径は２．０〜５．０μｍ、とりわけ３．０〜４．０μｍ
である。また、含有量はガラス繊維重量の５．０〜３０
．０重量％、とりわけ１０．０〜２５．０重量％とする
のが好ましい。

中細径のガラス繊維の配合により細径ガラス繊維量を減
らすことがで幹、コスト的に有利となる。

なお、この中細径のガラス繊維の長さは１〜５０ｍｍと
りわけ７〜４０ｍｍが好ましい。

大径のガラス繊維を用いる場合、その好ましい平均直径
は１０ｚ２０μｍ、とりわけ１２〜１９μｍである。ま
た、含有量はガラス繊維重量の８〜３５重量％、とりわ
け１０〜３０重量％とするのが好ましい、平均直径が１
０μｍよりも小さいと、あるいは含有量が８重量％より
も少ないと、引張強さ改善効果が小さくなり、平均直径
が２０μｍを超えると、あるいは含有量が３５重量％を
超えるとセパレータの吸液性、保液性が小さくなる。こ
の大径のガラス繊維の長さは５〜８０ｍｍとりわけ６〜
４０ｍｍが好ましい。

ガラス繊維の組成の好適な範囲について次に説明する。

本発明のセパレータを構成するガラス繊維組成としては
、特に制限はないが、好ましくは含アルカリ珪酸塩ガラ
ス繊維を用いるのが望ましい。即ち、含アルカリ珪酸塩
ガラス繊維を用いると、製造工程の抄造工程でガラス繊
維の表面に水ガラス状物質が生成し、この水ガラス状物
質の粘着性によって繊維同志がより良好に接着される。

本発明においては、含アルカリ珪酸塩ガラス繊維のうち
でも、蓄電池に使用されることから、耐酸性の良好なも
のが好適に使用される。この耐酸性の程度は、平均繊維
径１ｍμ以下のガラス繊維の状態で、ＪＩＳＣ−２２０
２に従って測定した場合の重量減が２％以下であるのが
望ましい。

また、このようなガラス繊維の組成としては重量比で６
０〜７５％の５ｉＯａ及び８〜２０％のＲ２０（Ｎａ２
０、Ｋ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物）を主として含有
しくただし５ｉＯｓｔ＋　Ｒ２０は７５〜９０％）、そ
の他に例えばＣａＯｌＭｇＯ％　Ｂ２０ｎ　、ＡｌＬａ
　Ｏｓ、ＺｎＯ１Ｆｅａｒｓなどの１種又は２種以上を
含んだものが挙げられる。尚好ましい含アルカリ珪酸塩
ガラスの一例を次の第１表に示す。

第　　１　　表 本発明の蓄電池用セパレータは、このような組成の細径
、中細、大径の含アルカリ珪酸塩ガラス繊維が、湿式抄
造により絡み合わされると共に、特別な接着剤なしに相
互に接着されている、実質的にガラス繊維のみからなる
ものであることが望ましいが、必要に応じて有機繊維や
粉体を混合しても良く、またバインダを配合使用しても
良い。

有機繊維としてはポリオレフィン系、アクリル系等の熱
可塑性有機繊維、又は、アクリル繊維等の表面を高吸水
加工した吸水性合成繊維等が挙げられる。バインダとし
てはアクリル系液体バインダが好適である。その他、水
ガラス状接着剤を用いることもできる。これらの有機繊
維やバインダにより、得られるセパレータの強度及び硬
度を向上させることができる。

次に、本発明の蓄電池用セパレータを製造する方法につ
いて説明する。

本発明の蓄電池用セパレータを製造する方法としては特
に制限はないが、例えば第１図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うなセパレータであれば、第３図（ａ）、（ｂ）に示す
ような装置を用い、次のようにして製造するのが有利で
ある。

即ち、ガラス繊維又は必要に応じて有機繊維を配合した
ガラス繊維！０を抄紙タンク１１より抄造用ネット１２
上に供給して抄造する過程で、第３図（ａ）、（ｂ）の
ように、ガラス繊維帯状体のロール状巻回体１３から高
密度部形成用のガラス繊維の帯状体１５を幅方向に所定
間隔で並列供給して、押えロール１４にて抄紙マット１
６中に埋む。

このように帯状体１５を埋め込むと、第４図の如く、該
帯状体１５近傍のマット１６が圧縮されると共に、該帯
状体１５自体も圧縮され、これにより帯状体１５とその
近傍領域が高密度部となる。抄造後は、例えばドラムド
ライヤにて乾燥される。抄紙マット１６中に埋め込む帯
状体１５の幅や厚さ、本数、間隔等を適宜選定すること
により、所望の面積割合の高密度部を形成することがで
きる。

本発明のセパレータ自体の厚さは、使用される蓄電池に
よりて異なるが、一般には、０．３〜３ｍｍであること
が好ましい。

［作用］ 本発明の蓄電池用セパレータは、ガラス繊維を主体とす
るものであることから、極めて吸液性、保液性に優れた
ものとなる。

本発明のセパレータは、低密度部中に、高密度部が、セ
パレータ厚さ方向に上下貫通するように形成されており
、この高密度部の存在により優れた耐荷重性が得られ、
横型密閉電池に用いた場合にも荷重により押しつぶされ
ることなく、その厚さを略一定に維持することが可能で
ある。この高密度部と低密度部は共にガラス繊維からな
るものであるため、これらのなじみが極めて良好で、セ
パレータ特性が損なわれることはない。

因みに、荷重に対する厚さの減少を防止する方法として
は、セパレータ中にガラスヤーン、化繊ヤーン、クロス
その他ガラスピーズ等の耐圧力に強い材料を分散させる
方法が考えられるが、このような場合には、本体の細い
ガラス繊維の抄紙体と中に入れた材料とのなじみが悪く
、不均一となり易い、また、ガラス繊維以外の材質のも
のを用いれば、電池性能の低下につながる。

［実施例］ 以下、実施例及び比較例について説明する。

実施例１ 平均直径０．８μｍのガラス繊維を用い、第３図に示す
方法により第１図（ａ）、（ｂ）に示すような高密度部
及び低密度部を有する１００％ガラス繊維よりなるセパ
レータを製造した。４部の密度及び面積割合は下記の通
りである。

密度（ｇ／ｃｒｎ’）　　面積割合図 低密度部　　　　０．１５　　　　８５高密度部　　　
　０．２５　　　　１５このセパレータについて、厚さ
、吸液速度及びスペース間含水量（保持液量）を測定し
た結果を第２表に示す。

比較例１ 実施例１と同じガラス繊維を用い、通常の抄造法にて１
００％ガラス繊維よりなる０、１５ｇ／ｃｔｄの密度の
セパレータを製造した。このセパレータの厚さ、吸液速
度及びスペース間含水量を第２表に示す。

また、実施例１及び比較例１で製造したセパレータにつ
いて、厚み方向に荷重を加え、厚さを測定した。その結
果を第６図に示す。

第　　２　　表 ※１　厚さくｍｍ） 試料をその厚み方向に２０　ｋ　ｇ／ｄｎ−／の荷重で
押圧した状態で測定する。　　（ＪＩＳＣ−２２０２）
※２　吸液速度（ｍ　ｍ　／　５分） 試料を垂直にしてその下部を比重１．３の希硫酸液に浸
漬し、５分後に経時的に上昇する液位を測定することに
より求める。

※３　スペース間含水量（ｇ／ｃｃ） 一定間隔の１対のプレート間に各々のセパレータを挟み
、上方から一定量の電解液を入れ、下部より滴り落ちる
液量から、内部に保持された液量を求め、スペーサの単
位体積に対する保持液量を算出する。

第２表及び第６図より、本発明のセパレータは、低密度
部のみからなる１００％ガラス繊維のセパレータと同等
の優れた吸液性、保液性を有するものである上に、厚さ
は荷重の大小により殆ど変化しないことが明らかである
。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の蓄電池用セパレータは、ガ
ラス繊維を主体とし、低密度部中に高密度部がセパレー
タ厚さ方向に貫通す、るように設けられたものであって
、その低密度部による優れた液保持性能により、保液性
、吸液性が良好である。また、高密度部が荷重を受けと
めるため、荷重に対する抵抗力が強く、荷重による厚さ
の減少が極めて小さい。

従って、本発明によれば、１００％ガラス繊維のセパレ
ータとした場合においても、優れた強度を得ることがで
き、高性能のセパレータを提供することができる。

本発明のセパレータは、特に横型密閉電池用セパレータ
として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）、（ｂ）は本発明の一実施例に係る蓄電池
用セパレータを示す図であって、第１図（ａ）は斜視図
、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図
である。第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の他の
実施例に係るセパレータを示す斜視図である。第３図（
ａ）、（ｂ）は本発明のセパレータを製造するに好適な
装置の概略図であって、第３図（ａ）は側面図、第３図
（ｂ）は第３図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 第４図は第３図（ａ）、（ｂ）における抄造体の一部拡
大断面図である。第５図はセパレータの密度と保持液量
との関係を示すグラフ、第６図は実施例１及び比較例１
で得られた結果を示すグラフである。 １・・・蓄電池用セパレータ、 ２・・・低密度部、　　　　　３・・・高密度部。 代理人　　　弁理士　　　重　野　　剛Ｍ１図 （ａ） （ｂ） 第２図 第４図 第６図 一−−荷　重（ｋｇ／ｄｍ２）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス繊維を主体とする蓄電池用セパレータであ
   つて、ガラス繊維密度の低い低密度部と、ガラス繊維密
   度の高い高密度部とを有し、高密度部は低密度部中にセ
   パレータ厚み方向に貫通するように設けられていること
   を特徴とする蓄電池用セパレータ。
2. （２）低密度部の面積割合がセパレータ面積の６０〜９
   ５％で、高密度部の面積割合がセパレータ面積の４０〜
   ５％である特許請求の範囲第１項に記載の蓄電池用セパ
   レータ。
3. （３）低密度部の密度が０．１０〜０．２０ｇ／ｃｍ＾
   ２である特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の蓄電
   池用セパレータ。
4. （４）高密度部の密度が０．２０〜０．３０ｇ／ｃｍ＾
   ２である特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
   １項に記載の蓄電池用セパレータ。
5. （５）ガラス繊維は平均直径２μｍ以下のガラス繊維を
   主体とするものであって、ガラス繊維１００％からなる
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記
   載の蓄電池用セパレータ。
6. （６）高密度部は低密度部中に帯状に複数並列して設け
   られている特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
   か１項に記載の蓄電池用セパレータ。