KR19980081040A - 알칼리 전지용 격리판 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (1) 폴리올레핀계 극세섬유를 발생할 수 있는 분할성 복합섬유, (2) 단섬유 강도가 5g/d 이상인 고강도 섬유 및 (3) 분할성 복합섬유의 구성 수지성분 및 고강도 섬유의 구성 수지성분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 수지성분을 적어도 섬유 표면에 갖는 융착섬유를 포함하고, 습식법에 의해 형성한 섬유 웹으로부터 분할성 복합섬유의 분할처리, 섬유의 연결처리 및 상기 융착섬유의 융착처리에 의해 형성한 부직포를 친수화처리한 친수화 부직포로 이루어지고, 이 친수화 부직포의 구성 섬유의 평균 섬유길이가 10mm 이상인 알칼리 전지용 격리판(separator)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 알칼리 전지용 격리판은 전해액의 보유성이 우수하고, 또한 인장강도, 인열강도 및 강연도 또한 우수하고, 안정하게 제조할 수 있으며, 게다가 극판의 돌출부분(barr)이 격리판을 뚫고 나가 극판 사이에서 단락하는 일도 없다.

Description

알칼리 전지용 격리판 및 그의 제조방법
본 발명은 알칼리 전지용 격리판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
알칼리 전지에 있어서 종래부터 양극과 음극을 분리하여 단락을 방지하는 동시에 전해액을 보유하여 기전반응을 원활하게 수행시키기 위해 양극과 음극 사이에 격리판을 사용하여 왔다.
최근, 전자기기의 소형 경량화에 따라 전지가 차지하는 공간도 작게 되고 있음에도 불구하고, 전지에는 종래와 같은 정도 이상의 성능이 요구되기 때문에, 전지의 고용량화가 필요하게 되었다. 따라서, 전극의 활성물질 양을 증가할 필요가 있으므로, 필연적으로 상기 격리판이 차지하는 체적이 적게 되지 않을 수 없다. 즉, 격리판의 두께를 얇게 할 필요가 있다. 그러나, 종래의 격리판을 단순히 얇게 하는 것만으로는 전해액의 보유성이 악화하거나, 섬유의 분산이 발생하기 쉽다. 그래서, 예를 들면 일본 특허 공개공보 95-29561 호 및 일본 특허 공개공보 96-138645 호에는, 분할하여 선밀도 60㎍/m 이하 정도의 극세섬유를 발생할 수 있는 분할성 복합섬유를 사용하여, 습식법에 의해 섬유 웹을 형성함으로써, 전해액의 보유성 및 섬유의 분산성을 향상시키는 것이 기재되어 있다. 이와 같은 격리판은 전해액의 보유성 및 섬유의 분산성의 점에 있어서는 효과가 있기는 했지만, 전지 제조에서의 극판군(極板群) 조립공정에 있어서 장력에 의해 파단하고, 또한 극판의 돌출부분(barr) 및 활성물질이 격리판을 뚫고 나가 극판 사이에서 단락하는 경우가 있기 때문에, 수율이 불량한 것이었다. 또한, 인열강도 및 강연도(剛軟度)가 낮아지는 등의 문제도 있어, 이러한 점들 때문에도 수율이 악화되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 결점을 해소하고, 전해액의 보유성이 우수하며, 게다가 인장강도, 인열강도 및 강연도도 우수하고, 전지를 안정하게 제조할 수 있고, 더구나 극판의 돌출부분이 격리판을 뚫고 나가 극판 사이에서 단락하는 일도 없는 알칼리 전지용 격리판을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 알칼리 전지용 격리판(separator)에 사용할 수 있는 분할성 복합섬유의 단면을 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 사용할 수 있는 분할성 복합섬유의 단면을 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 사용할 수 있는 추가의 다른 분할성 복합섬유의 단면을 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 사용할 수 있는 추가의 다른 분할성 복합섬유의 단면을 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 사용할 수 있는 추가의 다른 분할성 복합섬유의 단면을 도식적으로 나타내는 단면도이다.
그밖의 목적 및 효과는 이하의 기재내용으로부터 분명해질 것이다.
본 발명은, (1) 폴리올레핀계 극세섬유를 발생할 수 있는 분할성 복합섬유(이하, 간단히 분할성 복합섬유라고 칭한다), (2) 단섬유 강도가 5g/d 이상인 고강도 섬유 및 (3) 분할성 복합섬유의 구성 수지성분 및 고강도 섬유의 구성 수지성분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 수지성분을 적어도 섬유 표면에 갖는 융착섬유를 포함하고, 습식법에 의해 형성한 섬유 웹으로부터 분할성 복합섬유의 분할처리, 섬유의 연결처리 및 융착섬유의 융착처리에 의해 형성한 부직포를 친수화 처리한 친수화 부직포로 이루어지고, 이 친수화 부직포의 구성 섬유의 평균 섬유길이가 10mm 이상임을 특징으로 하는, 알칼리 전지용 격리판을 제공한다.
또한, 본 발명은 (1) 폴리올레핀계 극세섬유를 발생할 수 있는 분할성 복합섬유, (2) 단섬유 강도가 5g/d 이상의 고강도 섬유 및 (3) 상기 분할성 복합섬유의 구성 수지성분 및 상기 고강도 섬유의 구성 수지성분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 수지성분을 적어도 섬유 표면에 갖는 융착섬유를, 실질적으로 균일하게 혼합한 섬유 웹(단, 상기 섬유 웹의 구성 섬유의 평균 섬유길이는 10mm 이상인 것으로 한다)을 습식법에 의해 형성하고, 얻어진 섬유 웹에 분할성 복합섬유의 분할처리, 섬유의 연결처리 및 융착섬유의 융착처리를 임의의 순서로 실시함으로써 열융착화 연결 부직포를 생성하고, 이렇게 하여 얻어진 열융착화 연결 부직포를 추가로 친수화 처리함을 포함하는, 알칼리 전지용 격리판의 제조방법도 제공한다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판을 구성하는 부직포에는 폴리올레핀계 극세섬유가 포함되어 있으므로, 전해액의 보유성이 우수하다. 이 폴리올레핀계 극세섬유는 폴리올레핀계 극세섬유를 발생할 수 있는 분할성 복합섬유, 즉 분할성 복합섬유로부터 물리적 작용(예를 들면, 수류(水流)작용) 및/또는 화학적 작용(예를 들면, 용매에 의한 제거)에 의해 형성된다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 사용할 수 있는 분할성 복합섬유로는, 2종류 이상의 수지성분(그중 1종류 이상의 수지성분이 폴리올레핀계 수지성분이다)으로 이루어지고, 각 수지성분이 복합섬유의 길이 방향과 대략 평행하게 배치되어 있는 동시에, 상이한 종류의 수지성분이 상호 접촉하도록 배치되어 있는 복합섬유이어서, 이 복합섬유를 수류 등으로 처리함으로써, 개개의 수지성분으로 이루어지는 극세섬유에까지 분할할 수 있는 복합섬유이다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 사용할 수 있는 분할성 복합섬유에 있어서 수지성분의 배치상태는, 특히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 2종류의 수지성분으로 이루어지는 경우에는 도 1 또는 도 2에 나타낸 바와 같이, 임의의 수지성분(11) 및 그와는 상이한 수지성분(12)으로 이루어지고, 횡단면의 중심부로부터 방사상으로 퍼지는 직선(도 1) 또는 곡선(도 2)으로 분할되어 있는 횡단면을 갖는 분할성 복합섬유(1); 도 3 또는 도 4에 나타낸 바와 같이, 임의의 수지성분(11) 및 그와는 상이한 수지성분(12)으로 이루어지고, 횡단면의 중심부로부터 방사상으로 퍼지는 직선(도 3) 또는 곡선(도 4)으로 분할되는 횡단면에 있고, 또한 횡단면의 중심부 부근에 수지성분(11) 또는 수지성분(12) 중 하나의 수지성분을 갖는 횡단면을 갖는 분할성 복합섬유(1); 또는 도 5에 나타낸 바와 같이, 임의의 수지성분(11) 및 그와는 상이한 수지성분(12)이 층상으로 적층되어 있는 횡단면을 갖는 분할성 복합섬유(1) 등을 사용할 수 있다. 분할하여 발생하는 극세섬유의 직경의 균일성이 우수하다는 점에서, 도 1 내지 도 4에 나타낸 횡단면을 갖는 분할성 복합섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분할성 복합섬유는 2종류 이상의 폴리올레핀계 수지성분만으로 이루어지는 것이 바람직하다. 2종류 이상의 폴리올레핀계 수지성분만으로 이루어지는 폴리올레핀계 분할성 복합섬유를 사용하면, 격리판의 내알칼리성이 향상된다.
상기 분할성 복합섬유를 구성할 수 있는 폴리올레핀계 수지성분으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-프로필렌 공중합체 또는 에틸렌-비닐알콜 공중합체 등을 들 수 있고, 2종류 이상의 폴리올레핀계 수지성분, 특히는 2종류 이상의 폴리올레핀계 수지성분만을 적절히 조합하여, 폴리올레핀계 분할성 복합섬유를 구성할 수 있다. 이들 중에서도 내알칼리성 및 내산화성이 우수한 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 폴리올레핀계 수지성분의 조합은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 내알칼리성 및 내산화성이 우수하다는 점에서, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 조합이 바람직하고, 고밀도 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 조합이 더 바람직하다.
또한, 폴리올레핀계 수지성분으로서 에틸렌-비닐알콜 공중합체를 함유하고 있는 분할성 복합섬유를 사용하면, 에틸렌-비닐알콜 공중합체 자신이 전해액의 고 보유성을 가지므로, 얻어지는 격리판 내부에서의 전해액의 보유성이 향상하고, 과충전시에서의 산소 흡수성이 향상하기 때문에 내압 특성을 개선시킬 수 있다. 내압 특성이 우수한 에틸렌-비닐알콜 공중합체는 내알칼리성이 우수한 폴리올레핀과 조합시키는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는, 분할성 복합섬유로서 (1) 에틸렌-비닐알콜 공중합체 극세섬유와 그밖의 1종 또는 그 이상의 폴리올레핀 극세섬유를 발생할 수 있는 제 1 분할성 복합섬유(즉, 제 1 폴리올레핀계 분할성 복합섬유) 및 (2) 1종 또는 그 이상의 폴리올레핀 극세섬유(단, 에틸렌-비닐알콜 공중합체 극세섬유를 제외한다)만을 발생할 수 있는 제 2 분할성 복합섬유(즉, 제 2 폴리올레핀계 분할성 복합섬유)의 조합을 사용함으로써, 내알칼리성 및 전해액의 보유성을 더 향상시킬 수 있다.
상기 분할성 복합섬유에 있어서, 폴리올레핀계 수지성분 이외의 수지성분으로서는, 예를 들면 폴리아미드계 수지성분(예를 들면, 나일론 6, 나일론 66 또는 나일론 12 등) 또는 폴리산화비닐 수지성분을 사용할 수 있다.
극세섬유의 선밀도가 낮을수록, 전해액의 보유성이 우수하고, 게다가 덴드라이트(dendrite) 방지성이 우수하기 때문에, 극세섬유의 선밀도는 45㎍/m 이하인 것이 바람직하고, 한편 임의의 정도의 강도를 가지도록 1㎍/m 이상인 것이 바람직하다. 더 바람직한 선밀도는 2.5㎍/m 내지 35㎍/m이다.
상기와 같은 극세섬유는 상기 분할성 복합섬유를 물리적 작용 및/또는 화학적 작용에 의해 분할함으로써 발생시킬 수 있다. 이 물리적 작용으로서는, 예를 들면 수류 등의 유체류, 니들펀칭(needle punching), 칼렌더 처리(calendering) 또는 플랫 프레스 처리(flat pressing) 등이 있다. 이들 중에서도, 유체류는 후술하는 분할성 복합섬유의 분할처리와 연결처리를 동시에 행할 수 있으므로, 적합한 물리적 작용이다. 또한, 상기 화학적 작용으로서는, 예를 들면 용매에 의한 수지성분의 제거 또는 용매에 의한 수지성분의 팽창 등이 있다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 있어서는, 부직포 구성 섬유 전체의 평균 섬유길이를 10mm 이상으로 함으로써, 후술하는 분할성 복합섬유의 분할처리를 효율적으로 행하는 동시에, 연결처리에 의한 연결 정도를 높히는 것이 가능하게 되었다. 분할성 복합섬유의 평균 섬유길이(분할 전)가 5mm 이상이면, 부직포 구성 섬유 전체의 평균 섬유 길이를 10mm 이상으로 하는 것도 가능하다. 그러나, 분할성 복합섬유로부터 발생하는 극세섬유를 고도로 연결시키기 위해서는, 분할성 복합섬유의 평균 섬유길이는 10mm 이상인 것이 바람직하고, 12mm 이상인 것이 더 바람직하고, 14mm 이상인 것이 가장 바람직하다. 습식법에 의해 균일한 섬유 웹을 형성할 수 있도록, 평균 섬유 길이가 25mm 이하인 것이 바람직하고, 20mm 이하인 것이 더 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 각종 섬유(예를 들면, 분할성 복합섬유)의 평균 섬유길이란 섬유 웹 또는 격리판(부직포)으로부터 무작위로 선택한 100개 섬유(예를 들면, 분할성 복합섬유)의 섬유길이의 평균치를 의미한다. 분할성 복합섬유의 섬유길이는 분할 전후에 변화하지 않는다(따라서, 평균 섬유길이도 분할 전후에 변화하지 않는다). 또한, 분할성 복합섬유의 선밀도는 전술한 바와 같은 선밀도를 갖는 극세섬유를 발생할 수 있는 것이면, 특히 한정되지 않는다.
본 발명의 알칼리 격리판에 있어서 분할성 복합섬유의 함유율은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 분할성 복합섬유, 융착섬유 및 고강도 섬유의 합계 질량에 대하여, 바람직하게는 35 내지 50질량%, 더 바람직하게는 35 내지 45질량%의 분할성 복합섬유를 사용할 수 있다. 35질량% 미만이면, 가압하에서의 전해액의 보유성이 불충분하게 되는 일이 있고, 50질량%를 초과하면 다른 섬유의 비율이 낮아져, 인장강도가 낮게 되거나, 절단강도가 낮게 되는 일이 있기 때문이다. 분할성 복합섬유로서, 에틸렌-비닐알콜 공중합체 극세섬유와 그밖의 1종류 또는 그 이상의 폴리올레핀 극세섬유를 발생할 수 있는 제 1 폴리올레핀계 분할성 복합섬유 및 1종류 또는 그 이상의 폴리올레핀 극세섬유(단, 에틸렌-비닐 공중합체 극세섬유를 제외한다)만을 발생할 수 있는 제 2 폴리올레핀계 분할성 복합섬유를 사용하는 경우에는, 분할성 복합섬유, 융착섬유 및 고강도 섬유의 합계 질량에 대하여 제 1 폴리올레핀계 분할성 복합섬유를 5 내지 40질량%(더 바람직하게는 5 내지 35질량%, 가장 바람직하게는 10 내지 30질량%)의 양으로, 그리고 제 2 의 폴리올레핀계 분할성 복합섬유를 10 내지 45질량%(더 바람직하게는 10 내지 40질량%, 가장 바람직하게는 15 내지 35질량%)의 양으로 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판을 구성하는 부직포에는, 단섬유 강도(인장강도)가 5g/d 이상인 고강도 섬유가 포함되어 있으므로, 본 발명의 격리판을 사용하여 전지를 제조할 때에, 극판의 돌출부분이 격리판을 뚫고 나가 극판 사이에서 단락하는 것을 방지할 수 있다. 단섬유 강도가 5g/d 미만인 섬유에서는, 충분한 단락 방지 효과를 기대할 수 없다. 고강도 섬유로서는, 바람직하게는 7g/d 이상, 더 바람직하게는 9g/d 이상의 고강도 섬유를 사용한다. 이 단섬유 강도는 일본공업규격(JIS) L 1015(화학섬유 스테이플 시험법)에 의해 측정한 값을 말한다.
고강도 섬유로서는, 단섬유 강도가 5g/d 이상인 섬유이면 특히 한정되지 않고, 널리 쓰이는 합성섬유, 예를 들면 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 폴리아미드 등을 사용할 수 있고, 상기의 폴리올레핀계 극세섬유와 동일한 모양의 폴리올레핀계 수지성분(특히 폴리프로필렌)을 적어도 섬유 표면에 포함하고 있는 합성섬유가 바람직하다. 장기적인 내알칼리성 및 내산화성의 점에서, 섬유 표면을 구성하는 수지로서 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다.
이 고강도 섬유의 선밀도는 전해액의 보유성을 저하시키지 않도록 선밀도 40 내지 650㎍/m인 것이 바람직하다.
이 고강도 섬유는 평균 섬유길이가 5mm 이상이면, 부직포 구성 섬유 전체의 평균 섬유길이를 10mm 이상으로 하는 것이 가능하다. 그러나, 고강도 섬유 자체를 고도로 연결시키기 위해서는, 고강도 섬유의 평균 섬유길이는 10mm 이상인 것이 바람직하다. 습식법에 의해 균일한 섬유 웹을 형성할 수 있도록, 평균 섬유길이가 25mm 이하인 것이 바람직하고, 20mm 이하인 것이 더 바람직하다.
고강도 섬유로서, 특히 25g/데니어 이상(더 바람직하게는 30g/데니어 이상)의 단섬유 강도를 갖는 고강력 폴리에틸렌 섬유를 사용하면, 탄성도 우수하고, 전지를 제조할 때의 장력에 의해 파단하거나, 극판의 돌출부분이 격리판을 뚫고 나가 극판 사이에서 단락하거나, 또는 극판 등의 가장자리에 의해 격리판이 인열하기 어렵게 되므로 적합하다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 있어서 고강도 섬유의 함유율은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 분할성 복합섬유, 융착섬유 및 고강도 섬유의 합계 질량에 대하여 바람직하게는 30 내지 45질량%, 더 바람직하게는 30 내지 40질량%, 가장 바람직하게는 35 내지 40질량%의 고강도 섬유를 사용할 수 있다. 본 발명의 알칼리 전지용 격리판의 전지 특성(예를 들면, 수명 또는 내압 등)은 분할성 복합섬유의 분할에 의해 얻어지는 극세섬유의 연결상태 및 융착섬유의 융착상태에 의해 주로 좌우되므로, 고강도 섬유의 양이 45질량%를 초과하면, 충분한 전지 특성을 얻을 수 없다. 또한, 고강도 섬유의 양이 30질량% 미만이면, 충분한 단락 방지 효과를 얻을 수 없다.
고강도 섬유로서, 25g/데니어 이상(더 바람직하게는 30g/데니어 이상)의 섬유 강도를 갖는 상기 고강력 폴리에틸렌 섬유를 사용하는 경우에는, 분할성 복합섬유, 융착섬유 및 고강도 섬유의 합계 질량에 대하여, 상기 고강력 폴리에틸렌 섬유를 바람직하게는 1 내지 45질량%, 더 바람직하게는 5 내지 40질량%의 양으로 포함할 수 있다. 고강력 폴리에틸렌 섬유의 양이 30질량%에 달하지 않는 경우에는, 다른 고강도 섬유를 추가하여 고강도 섬유의 합계 함유율이 30 내지 45질량%로 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판을 구성하는 부직포에는 융착섬유가 포함되어 있으므로, 격리판의 인장강도 및 강연도가 향상된다. 이 융착섬유로서는, 분할성 복합섬유로부터 발생하는 극세섬유에 의해 보액성 및 고강도 섬유의 강도를 저하시키지 않도록 분할성 복합섬유 구성 수지성분 및 고강도 섬유 구성 수지성분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 수지성분(이하, 저융점 성분이라고 한다)을 적어도 섬유 표면에 갖는 융착섬유를 사용한다. 융착섬유를 구성하는 저융점 성분의 융점은 분할성 복합섬유 구성 수지성분의 융점 및 고강도 섬유 구성 수지성분의 융점중 어느 하나보다 바람직하게는 10℃ 이상, 적합하게는 15℃ 이상 낮다.
이 융착섬유도 내알칼리성이 우수하도록, 상기의 폴리올레핀계 극세섬유와 동일한 모양의 수지성분(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌-프로필렌 공중합체 또는 에틸렌-부텐-프로필렌 공중합체) 1종류 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 분할성 복합섬유로서, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 포함하는 분할성 복합섬유를 사용하는 경우, 이 분할성 복합섬유를 구성하는 폴리에틸렌으로서 고밀도 폴리에틸렌을 사용하고, 융착섬유의 저융점 성분으로서 저밀도 폴리에틸렌을 사용하는 것이 바람직하다. 융착섬유는 단일 성분으로 이루어지는 것도, 2종류 이상의 수지성분으로 이루어지는 것도 가능하지만, 후자 쪽이 격리판의 인장강도를 더 향상시키기 위해 적합하게 사용될 수 있다. 상기 융착섬유로서는, 예를 들면 폴리올레핀계 융착성분만으로 이루어지는 전체용융형 섬유 또는 2종류 이상의 수지성분을 포함하고, 폴리올레핀계 융착성분을 섬유 표면에 포함하는 일부용융형 섬유를 들 수 있다. 단일성분으로 이루어지는 전체용융형 섬유로서는, 예를 들면 폴리에틸렌 섬유 또는 폴리프로필렌 섬유 등을 들 수 있다. 상기 2종류 이상의 수지성분으로 이루어지는 일부용융형 섬유로서는, 예를 들면 심초(동심)형 복합섬유, 병렬형 복합섬유, 해도(海島)형 복합섬유, 오렌지형 복합섬유, 다중바이메탈(bimetal)형 복합섬유 또는 편심형 복합섬유 등을 들 수 있다.
이 융착섬유의 평균 섬유길이가 5mm 이상이면, 부직포 구성 섬유 전체의 평균 섬유길이를 10mm 이상으로 하는 것도 가능하지만, 융착섬유 자체도 더 고도로 연결되어 융착될 수 있도록 융착섬유의 평균 섬유길이는 10mm 이상인 것이 바람직하다. 습식법에 의해 균일한 섬유 웹을 형성할 수 있도록, 평균 섬유길이가 25mm 이하인 것이 바람직하고, 20mm 이하인 것이 더 바람직하다. 이 융착섬유의 선밀도는 전해액의 보유성을 저하시키지 않도록 100㎍/m 내지 450㎍/m인 것이 바람직하다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 있어서는, 융착섬유의 함유율은 특히 한정되는 것은 아니지만, 분할성 복합섬유, 융착섬유 및 고강도 섬유의 합계 질량에 대하여 바람직하게는 20 내지 35질량%, 더 바람직하게는 20 내지 30질량%의 고강도 섬유를 사용할 수 있다. 20질량% 미만이면, 인장 강도 및 강연도가 저하하는 일이 있고, 35질량%를 초과하면, 다른 섬유의 비율이 낮아져, 가압하에서의 전해액의 보유성이 저하하거나, 절단강도가 저하할 수 있다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판에 있어서 분할성 복합섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유 각각의 함유율은, 특히 한정되는 것은 아니자만, 분할성 복합섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유의 합계 질량에 대하여, 분할성 복합섬유 35 내지 50질량%, 고강도 섬유 30 내지 45질량% 및 융착섬유 20 내지 35질량%의 비율로 사용하는 것이 바람직하고, 분할성 복합섬유 35 내지 45질량%, 고강도 섬유 30 내지 40질량% 및 융착섬유 20 내지 30질량%의 비율로 사용하는 것이 더 바람직하고, 분할성 복합섬유 35 내지 45질량%, 고강도 섬유 35 내지 40질량% 및 융착섬유 20 내지 30질량%의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 격리판은 상기 폴리올레핀계 극세섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유를 포함하고, 경우에 따라 미분할된 분할성 복합섬유를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라 이들 섬유에 추가하여, 상기 섬유 이외의 제 4 섬유를 포함하고 있을 수 있다. 이 제 4 섬유도 내알칼리성이 우수하도록 극세섬유를 구성하는 수지성분과 동일한 모양의 폴리올레핀계 수지성분을 하나 이상 포함하는 섬유인 것이 바람직하다. 이 제 4 섬유도 연결성이 우수하도록, 또한 습식법에 따라 균일한 섬유 웹을 형성할 수 있도록, 평균 섬유길이는 10mm 내지 25mm인 것이 바람직하고, 15mm 내지 20mm인 것이 더 바람직하다. 또한, 제 4 섬유의 배합량은 분할성 복합섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유의 배합비율과의 관계로부터 15질량% 이하인 것이 바람직하고, 10질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판은, 예를 들면 이하의 방법에 의해 얻을 수 있는 친수화 부직포로 이루어진다. 즉, 상기 분할성 복합섬유, 상기 고강도 섬유와 상기 융착섬유를 실질적으로 균일하게 혼합한 섬유 웹을 습식법에 의해 형성한 후, 분할성 복합섬유의 분할처리, 섬유의 연결처리 및 융착섬유의 융착처리를 임의의 순서로 실시함으로써 열융착화 연결 부직포를 얻을 수 있다. 얻어진 열융착화 연결 부직포를 추가로 친수화처리함으로써, 상기 친수화 부직포를 얻을 수 있고, 이 친수화 부직포를 격리판으로서 사용할 수 있다.
섬유 웹을 형성하는 습식법으로서는, 종래 공지의 방법, 예를 들면 수평 장강(長綱) 방식, 경사 와이어(wire)형 장강 방식, 원강(圓綱) 방식 또는 장강·원강 조합 방식 등을 사용할 수 있다. 습식법에 의해, 상기 각 구성 섬유가 실질적으로 균일하게 혼합되어 있는 섬유 웹을 형성할 수 있다.
이어서, 얻어진 섬유 웹에 대하여 분할성 복합섬유의 분할처리, 섬유의 연결처리 및 융착섬유의 융착처리를 실시함으로써 열융착화 연결 부직포를 형성한다. 이 분할처리, 연결처리 및 융착처리는 임의 순서로 행할 수 있고, 또한 처리회수도 제한되지 않는다. 예를 들면, 최초에 분할처리, 이어서 연결처리, 그리고 융착처리의 순으로 행할 수 있거나, 또는 최초에 융착처리, 이어서 분할처리, 그리고 연결처리의 순으로 행할 수 있거나, 또는 최초에 융착처리, 이어서 분할처리, 그리고 연결처리를 행하고나서, 추가로 융착처리의 순으로 실시할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 비교적 섬유 길이가 짧은 섬유로 이루어지는 섬유 웹을 습식법에 의해 형성하여 사용하기 때문에, 상기 섬유 웹에 있어서 개개의 섬유의 자유도가 높고, 분할처리 및 연결처리에 의해 분할성 복합섬유의 분할 및 섬유의 연결이 일어나기 어려운 경향이 있다. 따라서, 최초에 융착처리를 행함으로써 섬유의 자유도를 낮추고, 그 후에 분할처리 및 연결처리를 행하는 것이 바람직하다. 분할처리와 연결처리를 따로따로 행할 수도 있지만, 후술하는 유체류에 의해 처리하는 경우와 같이, 분할처리와 연결처리를 동시에 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 적용할 수 있는 분할처리로서는, 예를 들면 수류 등의 유체류 처리, 니들펀칭 처리, 칼렌더 처리 또는 플랫 프레스 처리 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 유체류에 의한 분할처리는 분할성 복합섬유의 분할처리와 섬유의 연결처리를 동시에 행할 수 있기 때문에 적합하다.
본 발명에 적용할 수 있는 연결처리로서는, 예를 들면 니들펀칭 또는 유체류, 특히 수류에 의한 처리가 있다. 이 유체류에 의한 연결처리는 섬유 웹 전체를 균일하게 연결할 수 있기 때문에 적합하다.
상기 유체류(특히, 수류) 연결처리의 조건은, 특히 한정되는 것은 아니며, 통상 사용되고 있는 조건에서 실시할 수 있다. 예를 들면, 노즐 직경이 0.05 내지 0.3mm이고, 피치(pitch)가 0.2 내지 3mm인, 1열 또는 2열 이상으로 배열된 노즐판을 사용하고, 압력 1 내지 29MPa의 유체류(특히, 수류)로 처리할 수 있다. 또한, 유체류(특히, 수류) 연결처리는 1회일 필요는 없고, 필요하다면 2회 이상 실시할 수 있다. 또한 유체류(특히, 수류) 처리면은 섬유 웹의 한쪽 면만일 필요는 없고, 양면을 처리할 수 있다. 또한, 유체류(특히, 수류) 연결처리를 실시할 때에, 섬유 웹을 두는 지지체, 예를 들면 네트(net) 또는 다공판 등이 큰 구멍을 갖고 있으면, 얻어지는 연결 부직포도 큰 구멍을 갖는 부직포가 되고, 알칼리 전지용 격리판으로서 사용한 경우에 단락이 일어나기 쉽게 되므로, 예를 들면 촘촘한(예를 들면, 50메쉬 이상) 평직 네트 또는 구멍 사이의 거리가 0.4mm 이하인 다공판 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 융착처리는 융착섬유를 구성하는 저융점 성분의 융점보다 높고, 게다가 분할성 복합섬유의 각 구성 수지성분 및 고강도 섬유의 융점보다 낮은 온도에서, 상기 섬유 웹 또는 부직포를 열처리함으로써 실시할 수 있다. 융착처리는 1회일 필요는 없고, 필요에 따라 2회 이상 실시할 수도 있다. 2회 이상 실시하는 경우에는, 각각의 처리를 같은 조건에서 실시할 수도 있고, 일부 또는 방법상 상이한 조건에서 실시할 수도 있다. 복수회 실시하는 경우에는, 최초의 처리공정 또는 최초의 처리공정을 비롯한 최후의 처리공정을 제외하고 2공정 또는 그 이상의 처리공정이 각각 반융착처리가 된다. 고강도 섬유로서 상기 고강력 폴리에틸렌 섬유를 포함하고 있는 경우에는, 고강력 폴리에틸렌의 강도를 저하시키지 않도록 고강력 폴리에틸렌의 경화 온도(예를 들면, 125℃) 이하의 온도에서 융착처리를 실시하는 것이 바람직하다.
융착처리 및 유체류 연결처리를 실시하는 순서는, 특히 한정되지 않으며, 한 처리를 실시한 후에 다른 처리를 실시하거나, 또는 한 처리를 실시한 후에 다른 처리를 실시하고, 다시 최초에 실시한 처리를 동일한 조건 또는 일부 약간은 방법상 상이한 조건에서 실시함으로써, 열융착화 연결 부직포를 얻을 수 있다. 예를 들면, 반융착처리를 실시하고, 이어서 유체류 연결처리를 실시하고, 다시 융착처리를 실시할 수 있다.
본 발명의 융착처리는 무압하 또는 가압하에 행하든지 또는 무압하에서 용융시킨 후에 가압할 수 있다. 두께를 조정할 수 있으므로, 가압하에서 융착처리를 행하든지 또는 무압하에서 용융시킨 후에 가압하는 것이 바람직하다. 융착장치로서는, 예를 들면 열칼렌더, 열풍관통식 열처리기 또는 실린더 접촉형 열처리기 등을 사용할 수 있다. 가열과 가압을 동시에 행하는 경우의 가열 온도는 융착섬유의 저융점 성분의 연화온도 내지 융점의 범위내의 온도인 것이 바람직하고, 가열후에 가압을 행하는 경우의 가열 온도는 융착섬유의 저융점 성분의 연화 온도 내지 융점보다 20℃ 이상 높은 온도의 범위내인 것이 바람직하다. 또한, 가압조건은 어느 경우에서나 선압력 5 내지 30N/cm인 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어진 열융착화 연결 부직포는, 인장강도, 단락방지성, 인열강도 및 강연도의 점에서 우수하였다. 본 발명에 있어서는, 내알칼리성을 향상시키는 목적으로 폴리올레핀계 섬유를 주체로 하여 상기 열융착화 연결 부직포가 구성되어 있으므로, 상기 열융착화 연결 부직포에 대하여 친수화 처리를 실시함으로써, 전해액의 보유성을 향상시킬 수 있다. 상기 친수화처리로서는, 예를 들면 설폰화 처리, 불소 기체 처리, 비닐모노머의 그라프트 중합처리, 계면활성제 처리, 친수성 수지 부여 처리 또는 방전처리 등을 들 수 있다.
설폰화 처리로서는, 특히 한정하는 것은 아니며, 예를 들면 발연황산, 황산, 삼산화황, 클로로황산 또는 염화설프릴 등에 의한 처리를 들 수 있다. 이들 중에서도, 발연황산에 의한 설폰화 처리는 반응성이 높고, 비교적 용이하게 설폰화할 수 있기 때문에 적합하게 실시할 수 있다. 이와 같이 하여 설폰화 처리한 격리판은 자기방전 억제작용을 갖는 점에서 바람직하다.
불소 기체 처리에 대해서도, 특히 한정하는 것은 아니며, 예를 들면 불활성 기체(예를 들면, 질소 기체 또는 아르곤 기체 등)로 희석한 불소 기체와, 산소 기체, 이산화탄소 기체 및 이산화황 기체 등에서 선택된 1종 이상의 기체를 혼합한 기체 등에 의한 처리를 들 수 있다. 열융착화 연결 부직포에 이산화황 기체를 미리 부착시킨 후에 불소 기체를 접촉시키면 더 효율적으로 항구적인 친수화 처리를 실시할 수 있다.
비닐모노머의 그라프트 중합 처리에 있어서는 비닐모노머로서, 예를 들면 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴산 에스테르, 메타크릴산 에스테르, 비닐피리딘, 비닐피롤리돈 또는 스티렌 등을 사용할 수 있다. 스티렌을 그라프트 중합한 경우에는 전해액과의 친화성을 부여하기 위하여, 설폰화하는 것이 바람직하다. 이들 중에서도, 아크릴산은 전해액과의 친화성이 우수하기 때문에 적합하게 사용할 수 있다.
이들 비닐모노머 중합 방법으로서는, 예를 들면 비닐모노머와 중합 개시제를 포함하는 용액중에 열융착화 연결 부직포를 침지하고 가열하는 방법, 열융착화 연결 부직포에 비닐모노머를 도포한 후 방사선을 조사하는 방법, 열융착화 연결 부직포에 방사선을 조사한 후에 비닐모노머와 접촉시키는 방법, 증감제를 포함하는 비닐모노머 용액을 열융착화 연결 부직포에 함침한 후 자외선을 조사하는 방법 등이 있다. 비닐모노머 용액과 열융착화 연결 부직포를 접촉시키기 전에, 자외선 조사, 코로나 방전 또는 플라즈마 방전 등에 의해 열융착화 연결 부직포 표면을 처리하면, 비닐모노머 용액과의 친화성이 향상하고, 게다가 그 전처리에 의해 생성된 극성 친수성에 의해 라디칼의 생성이 용이해지기 때문에 효율적으로 그라프트 중합할 수 있다.
계면활성제 처리로서는, 예를 들면 음이온계 계면활성제(예를 들면, 고급 지방산의 알칼리 금속염, 알킬설폰산염 또는 설포코바크산 에스테르 염 등) 또는 비이온계 계면활성제(예를 들면, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 또는 폴리옥시에틸렌 알킬 페놀 에테르 등)의 용액중에 열융착화 연결 부직포를 침지하거나, 이 용액을 산포시키거나, 코팅하여 부착시키는 방법을 들 수 있다.
친수성 수지 부여 처리로서는 친수성 수지, 예를 들면 카복시메틸셀룰로즈, 폴리비닐알콜 또는 아크릴산 등을 부착시키는 방법을 들 수 있다. 이들 친수성 수지는 적당한 용매에 용해 또는 분사시킨 후, 이 용액 또는 분산액중에 열융착화 연결 부직포를 침지하거나 또는 이 용액 또는 분산액을 산포하거나, 코팅한 후 건조시켜 상기 부직포에 부착시킬 수 있다.
또한, 친수성 수지 부여 처리로서, 가교화 폴리비닐알콜을 부착시킬 수 있다. 가교화 폴리비닐알콜은, 예를 들면 수산기의 일부를 감광성 기로 치환한 감광성 폴리비닐알콜을 가교하거나, 또는 감광성 폴리비닐알콜의 수산기의 일부가 아실화되어 있는 아실화 감광성 폴리비닐알콜을 가교함으로써 형성할 수 있다.
가교화 폴리비닐알콜의 부착 수단으로서는, 예를 들면 가교하기 전의 감광성 폴리비닐알콜 또는 아실화 감광성 폴리비닐알콜을 적당한 용매에 용해 또는 분산시킨 후, 얻어진 용액 또는 분산액중에 열융착화 연결 부직포를 침지하거나, 이 용액 또는 분산액을 산포하거나, 코팅하고 건조한 후 광조사에 의해 가교함으로써, 상기 열융착화 연결 부직포에 부착시킬 수 있다.
종래 공지의 친수성 수지중에서도, 스티릴피리디늄계, 스티릴퀴놀리늄계 또는 스티릴벤조티아졸리움계의 감광성 기를 갖는 감광성 폴리비닐알콜 또는 아실화 감광성 폴리비닐알콜을 가교함으로써 형성한 가교화 폴리비닐알콜은 내알칼리성이 우수하고, 게다가 이온과 킬레이트를 형성할 수 있는 작용기, 즉 수산기를 많이 갖고 있고, 방전시 및/또는 충전시에 극판위에 가지모양으로 금속이 석출하기 전의 이온과 킬레이트를 형성하고, 전극 사이의 단락을 일으키기 어려우므로, 적절하게 사용할 수 있다. 이와 같은 친수성 수지의 부착량은 통기성을 해치지 않도록, 격리판 전체의 0.3 내지 3질량%인 것이 바람직하다.
방전처리로서는, 예를 들면 코로나방전 처리, 플라즈마 처리, 글로 방전(glow discharge) 처리, 연면방전 처리 또는 전자선 처리 등이 있다. 이들의 방전 처리 중에서도, 공기중의 대기압하에서 각각 유전체층을 담지하는 한 쌍의 전극(각각의 대향 표면쪽에 유전체층이 배치된다)의 사이에, 유전체층의 각각과 바깥 표면이 직접 접촉하도록(단, 상기 한 쌍의 전극으로는 각각 직접 접촉하지 않는다) 부직포를 배치하고, 상기 양 전극 사이에 교류전압을 인가하여, 양 전극 사이에 있는 상기 부직포의 내부 공극에서 방전을 발생시키는 플라즈마 처리는 부직포의 바깥 표면 뿐 아니라 부직포 내부의 섬유 표면도 효율적으로 처리할 수 있고, 게다가 스파크 방전 등에 의한 부직포의 손상이 일어나기 어렵고, 임의의 종류의 표면처리용 기체를 이용할 수 있으므로 적합하게 실시할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 알칼리 전지용 격리판의 면밀도는 바람직하게는 30 내지 100g/m2, 더 바람직하게는 40 내지 80g/m2이다. 면밀도가 30g/m2미만이면, 인장강도가 충분하지 않고, 100g/m2를 초과하면 두께가 너무 두꺼워져 격리판이 차지하는 비율이 높게 되고, 고용량의 전지를 얻기가 곤란하게 된다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판의 종방향(장방향)에서의 인장강도는 전지 제조에서의 극판군 조립공정에서의 장력에 의해 파단하지 않도록, 80N/50mm 이상인 것이 바람직하고, 100N/50mm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 인장강도는 폭 50mm의 격리판을 인장강도 시험기(오리엔테크 제조; 텐실론 UTM-III-100)에 고정하고(척(chuck) 사이의 거리 100mm), 인장속도 300mm/분에서 측정한 값을 말한다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판의 종방향에서의 인열강도는, 전지 제조에서의 극판군 조립공정에 있어서 극판 등의 가장자리에 의해 격리판이 인열되는 것을 방지하기 위해, 10N/50mm 이상인 것이 바람직하고, 20N/50mm 이상인 것이 더 바람직하고, 25N/50mm 이상인 것이 가장 바람직하다. 이 인열강도는 JIS L 1096-1990(일반직물시험방법, 트라페조이드법(trapezoidal method)에 따라 얻어지는 값을 말한다.
본 발명의 알칼리 전지용 격리판의 종방향에서의 강연도는, 전지 제조에서의 극판군 조립공정에 있어서 격리판의 형상을 유지하고, 극판과 격리판이 어긋나지 않도록 10㎎ 이상인 것이 바람직하고, 15㎎ 이상인 것이 더 바람직하다. 이 강연도는 JIS L 1096[굴곡반발성; A법(걸리(Gurley)법)]에 따라 얻어지는 값을 말한다.
이와 같이, 본 발명의 알칼리 전지용 격리판은 전해액의 보유성이 우수할 뿐 아니라 인장강도, 단락 방지성, 인열강도 및 강연도의 면에서도 우수하기 때문에, 안정하게 전지를 제조할 수 있다. 본 발명의 알칼리 전지용 격리판은, 예를 들면 알칼리 망간 전지, 수은 전지, 산화은 전지, 공기 전지 등의 1차 전지, 니켈-카드뮴 전지, 은-아연 전지, 은-카드뮴 전지, 니켈-아연 전지, 니켈-수소 전지 등의 2차 전지에 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이들은 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 도 3에 나타낸 형의 단면 구조를 가지고, 극세섬유(선밀도=8.9㎍/m, 융점=160℃)를 발생할 수 있는 폴리프로필렌 성분(도 3의 성분(12)) 및 극세섬유(선밀도=8.9㎍/m, 융점=130℃)를 발생할 수 있는 고밀도 폴리에틸렌 성분(도 3의 성분(11))이, 횡단면의 중심부로부터 방사상으로 퍼져, 서로 8분되고, 게다가 극세섬유(선밀도=2.2㎍/m, 융점=160℃)를 발생할 수 있는 원형상의 폴리프로필렌 성분을 중심부에 갖는 횡단면을 갖는 분할성 복합섬유(선밀도=144㎍/m, 섬유길이=15mm) 40질량%;
(2) 단섬유 강도 9g/데니어의 폴리프로필렌 고강도 섬유(선밀도=222㎍/m, 섬유길이=10mm, 융점=160℃) 35질량%; 및
(3) 폴리프로필렌을 심 성분으로 하고, 저밀도 폴리에틸렌(융점=110℃)을 초 성분으로 하는 심초(동심)형 융착섬유(선밀도=222㎍/m, 섬유길이=10mm) 25질량%
를 혼합 분산시킨 슬러리로부터 통상의 습식초조법(濕式抄造法)에 의해 섬유 웹을 형성하였다.
이어서, 이 섬유 웹을 125℃에서 열처리함으로써, 융착섬유의 저밀도 폴리에틸렌 성분만을 융착하였다. 이어서, 반융착 부직포를, 선 직경 0.15mm의 네트상에 재치하고, 노즐판(노즐 직경=0.13mm; 피치=0.6mm)으로부터 압력 12.7MPa의 수류를 양면 교호적으로 2회 연속 분출시켜, 분할성 복합섬유를 분할하고, 동시에 섬유를 연결하였다. 그 후, 연결 부직포를 125℃에서 열처리하여, 융착섬유의 저밀도 폴리에틸렌 성분만을 재차 융착하고, 융착 연결 부직포를 형성하였다. 또한, 이 융착 연결 부직포를 압력 9.8N/cm에서 칼렌더 처리한 후, 불소 기체, 산소 기체 및 이산화황 기체의 혼합 기체에 의해 불소 처리를 행하고, 본 발명의 알칼리 전지용 격리판(면밀도=55g/m2; 두께=0.15mm)을 제조하였다.
실시예 2
분할성 복합섬유로서, 섬유길이가 10mm인 것 이외는 실시예 1과 동일한 분할성 복합섬유를 40질량%의 양으로 사용하는 것 이외는 실시예 1과 동일한 조작을 반복함으로써, 본 발명의 알칼리 전지용 격리판(면밀도=55g/m2; 두께=0.15mm)을 제조하였다.
실시예 3
분할성 복합섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유의 질량비를 50:30:20으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조작을 반복함으로써, 본 발명의 알칼리 전지용 격리판(면밀도=55g/m2; 두께=0.15mm)을 제조하였다.
실시예 4
제 1 분할성 복합섬유로서, 도 1에 나타낸 것과 같은 폴리프로필렌 성분(도 1의 성분(12); 부채 모양인, 선밀도 20.8㎍/m의 폴리프로필렌 극세섬유(융점: 160℃)를 8개 발생할 수 있다) 및 에틸렌-비닐알콜 공중합 성분(도 1의 성분(11); 부채 모양인, 선밀도 20.8㎍/m의 에틸렌-비닐알콜 공중합 극세섬유를 8개 발생할 수 있다)으로 이루어지고, 오렌지 모양의 단면을 가지고, 선밀도 333㎍/m 및 섬유길이 6mm의 섬유 20질량%와 제 2 분할성 복합섬유로서 실시예 1과 동일한 분할성 복합섬유 20질량%를 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조작을 반복함으로써, 본 발명의 알칼리 전지용 격리판(면밀도=50g/m2; 두께=0.12mm)을 제조하였다.
실시예 5
고강력 폴리에틸렌 섬유로서 단섬유 강도 33g/d, 선밀도 111㎍/m 및 섬유길이 10mm의 섬유 5질량% 및 실시예 1과 동일한 고강도 섬유 30질량%를 사용한 것, 수류 연결 전의 열처리를 115℃에서 실시한 것 및 수류 연결 후의 열처리를 115℃에서 실시한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조작을 반복함으로써, 본 발명의 알칼리 전지용 격리판(면밀도=50g/m2; 두께=0.12mm)을 제조하였다.
실시예 6
실시예 5와 동일한 고강력 폴리에틸렌 섬유를 10질량%, 실시예 1과 동일한 분할섬유 40질량%, 실시예 1과 동일한 단섬유 강도 9g/d의 폴리프로필렌 섬유 25질량% 및 실시예 1과 동일한 융착섬유 25질량%를 사용한 것 이외는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여, 섬유 웹을 형성하였다. 이어서, 실시예 5와 완전히 동일하게 하여, 열처리, 수류에 의한 분할과 연결처리, 열처리, 칼렌더 처리 및 불소 기체 처리를 행하고, 면밀도 50g/m2및 두께 0.12mm의 본 발명의 격리판을 형성하였다.
실시예 7
실시예 5와 동일한 고강력 폴리에틸렌 섬유를 35질량%, 실시예 1과 동일한 분할섬유 40질량% 및 실시예 1과 동일한 융착섬유 25질량%를 사용한 것 이외는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여, 섬유 웹을 형성하였다. 이어서, 실시예 5와 완전히 동일하게 하여, 열처리, 수류에 의한 분할과 연결처리, 열처리, 칼렌더 처리 및 불소 기체 처리를 행하고, 면밀도 50g/m2및 두께 0.12mm의 본 발명의 격리판을 형성하였다.
실시예 8
실시예 5와 동일한 고강력 폴리에틸렌 섬유를 10질량%, 실시예 1과 동일한 분할섬유 20질량%, 실시예 1과 동일한 단섬유 강도 9g/d의 폴리프로필렌 섬유 25질량%, 실시예 1과 동일한 융착섬유 25질량% 및 실시예 4와 동일한 제 1 분할성 복합섬유 20질량%를 사용한 것 이외는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여, 섬유 웹을 형성하였다. 이어서, 실시예 5와 완전히 동일하게 하여, 열처리, 수류에 의한 분할과 연결처리, 열처리, 칼렌더 처리 및 불소 기체 처리를 행하고, 면밀도 50g/m2및 두께 0.12mm의 본 발명의 격리판을 형성하였다.
비교예 1
분할성 복합섬유로서, 섬유길이가 5mm인 것 이외는 실시예 1과 동일한 분할성 복합섬유를 40질량%의 양으로 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조작을 반복함으로써, 비교용 격리판(면밀도=55g/m2; 두께=0.15mm)을 제조하였다.
비교예 2
고강도 섬유로서, 단섬유 강도가 4g/d이고, 선밀도가 222㎍/m이고, 섬유길이가 10mm인 폴리프로필렌 섬유(융점=160℃)를 35질량%의 양으로 사용한 것 이외는 실시예 1과 동일한 조작을 반복함으로써, 비교용 격리판(면밀도=55g/m2; 두께=0.15mm)을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 분할성 복합섬유를 40질량%, 실시예 1과 동일한 융착섬유를 25질량% 및 단섬유 강도 4g/d, 선밀도 222㎍/m, 섬유길이 10mm의 폴리프로필렌 섬유(융점: 160℃) 35질량%를 혼합 분산시킨 슬러리로부터, 통상의 습식초조법에 따라 섬유 웹을 형성하였다. 이어서, 실시예 1과 완전히 동일하게, 열처리, 분할 및 연결처리, 열처리, 칼렌더 처리 및 불소 기체 처리를 행하고, 면밀도 50g/m2, 두께 0.12mm의 비교용 격리판을 형성하였다.
물성 평가
(1) 종방향에서의 인장강도
상기 실시예 1 내지 8 및 상기 비교예 1 내지 3에서 제조한 격리판을 인장강도 시험기(오리엔테크 제조; 텐실론 UCT-500)에 고정하고(척 사이의 거리 100mm), 인장속도 300mm/분에서 종방향에서의 인장강도를 측정하였다. 격리판의 폭을 50mm로 하여 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(2) 내관통 지수
내관통 지수는 핸디 압축시험기(카트테크 제조, KES-G5)를 사용하여 측정하였다. 상기 실시예 1 내지 8 및 상기 비교예 1 내지 3에서 제조한 각 알칼리 전지용 격리판을 포개어 합계 약 2mm의 두께로 하고, 그 첫번째 격리판에 대하여 핸디 압축시험기에 장치된 스테인레스제의 지그(jig)(두께=0.5mm, 선단의 인선(刃先)각도=60。)를 0.01cm/초의 속도로 수직으로 찌르고, 첫번째 격리판을 절단하는데 요구되는 힘을 측정하였다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 관하여는, 비교예 2의 격리판을 절단하는데 요구된 힘을 기준(100)으로 한 경우의, 각 격리판을 절단하는데 요구되는 힘의 비율을 그 격리판의 내관통 지수(단위=%)로 하였다. 또한, 실시예 4 내지 8에 관하여는, 비교예 3의 격리판을 절단하는데 요구된 힘을 기준(100)으로 한 경우의, 각 격리판을 절단하는데 요구되는 힘의 비율을 그 격리판의 내관통 지수(단위=%)로 하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(3) 종방향에서의 인열강도
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 3의 격리판의 종방향에서의 인열강도를 JIS L 1096-1990(일반직물시험방법, 트라페조이드법)에 따라 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(4) 종방향에서의 강연도
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 3의 격리판의 종방향에서의 강연도를 JIS L 1096[굴곡반발성; A법(갈리법)]에 따라 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
(5) 가압보액율
상기 실시예 1 내지 8 및 상기 비교예 1 내지 3에서 제조한 각 알칼리 전지용 격리판을 직경 30mm의 원판상으로 재단하고, 온도 20℃ 및 상대습도 65%의 조건하에서 수분 평형에 도달시킨 후 질량(M0)을 측정하였다. 이어서, 각 알칼리 전지용 격리판을 비중 1.3(20℃에 있어서)의 수산화칼륨 용액중에 1시간 침지함으로써, 알칼리 전지용 격리판중의 공기를 수산화칼륨 용액으로 치환하였다. 수산화칼륨 용액을 보유시킨 상태대로 각 알칼리 전지용 격리판을 상하 각 3개씩의 직경 30mm의 여과지에 끼우고, 가압 펌프에 의해 5.7MPa의 압력을 30초간 작용시킨 후, 각 알칼리 전지용 격리판의 질량(M1)을 측정하였다. 가압보액율(X)(%)은 하기 수학식 1에 의해 계산하였다:
측정은 1개의 알칼리 전지용 격리판에 대하여 4회씩 행하고, 그 평균치를 가압보액율로서 하기 표 1에 나타낸다.
(6) 싸이클 수명 시험
본 평가는, 상기 실시예 4 및 비교예 3에서 제조한 각 알칼리 전지용 격리판에 대하여만 실시하였다. 전극의 집권체로서 발포 니켈 기재를 사용한 페이스트(paste)식 니켈 양극[33mm(폭)×182mm(길이)]과 페이스트식 수소흡장 합금 음극[메쉬메탈계 합금; 33mm(폭)×247mm(길이)]을 작성하였다. 이어서, 실시예 5 및 비교예 3의 격리판으로부터 샘플[33mm(폭)×410mm(길이)]을 재단하고, 각각을 양극과 음극 사이에 끼우고, 소용돌이 형상으로 감아서 SC(sub-C)형 대응 전극군을 작성하였다. 이 전극군을 외장관에 수납하고, 전해액으로서 5N 수산화칼륨 및 1N 수산화리튬을 외장관에 주입하고 봉관하여, 원통형 니켈-수소 전지를 작성하였다.
이어서, 각각의 원통형 니켈-수소 전지에 대하여, (1) 0.2C로의 150% 충전 및 (2) 1C로 종지전압 1.0V까지 방전하는 것으로 이루어지는 충방전 싸이클을 반복하고, 방전 용량이 초기 용량의 50%로 된 시점에서, 충방전 싸이클 수명이 다했다고 판단하고, 충방전 싸이클 수명을 측정하였다. 실시예 4의 싸이클 수를 기준(100)으로 하면, 비교예 3의 격리판의 싸이클 수명은 100이었다.
(7) 전지내압 시험
본 평가 또한, 상기 실시예 4 및 상기 비교예 3에서 제조한 각 알칼리 전지용 격리판에 대해서만 실시하였다. 상기 사이클 수명 시험에 사용한 것과 유사하게 형성한 원통형 니켈-수소 전지를 0.5C로 20℃에서 방전을 행하고, 용량의 150%에서의 전지 내압을 측정하였다. 비교예 3의 격리판의 내압을 기준(100)으로 하면, 실시예 4의 격리판의 전지 내압은 70N/cm이었다.
인장강도(N/50mm) 내관통지수(%) 인열강도(N/50mm) 강연도(㎎) 가압보액율(%)
실시예 1 163 153 29.4 25.2 15.0
실시예 2 132 150 27.4 22.9 15.0
실시예 3 152 144 31.4 22.4 17.5
실시예 4 110 159 44 17.5 18
실시예 5 110 175 25 22.2 17
실시예 6 115 210 26 23.2 17
실시예 7 118 310 26 23.5 17
실시예 8 112 210 25 21.0 18
비교예 1 74 150 20.6 13.9 14.5
비교예 2 149 100 28.4 24.8 14.3
비교예 3 113 100 18 17.5 17
본 발명의 알칼리 전지용 격리판은 구성 섬유의 평균 섬유길이가 10mm 이상이고, 종래의 습식법에 의해 형성한 격리판보다 길고, 분할성 복합섬유의 분할처리를 효율적으로 행할 수 있으므로, 전해액의 보유성이 우수하다. 또한, 평균 섬유길이가 길기 때문에, 연결처리에 의해 고도로 연결할 수 있고, 게다가 고도로 연결된 상태로 융착섬유가 융착하고 있기 때문에, 인장강도, 인열강도 및 강연도가 우수하고, 안정하게 전지를 제조할 수 있다. 또한, 동시에 포함되어 있는 고강도 섬유도 고도로 연결되어 있으므로, 극판의 돌출부분이 격리판을 뚫고 나가 극판 사이에서 단락하는 일도 없다.
이상, 본 발명을 특정 태양에 따라 설명하였지만, 당업자에게 자명한 변형은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 의하면, 종래 기술의 결점을 해소하고, 전해액의 보유성이 우수하며, 게다가 인장강도, 인열강도 및 강연도도 우수하고, 전지를 안정하게 제조할 수 있고, 더구나 극판의 돌출부분이 격리판을 뚫고 나가 극판 사이에서 단락하는 일도 없는 알칼리 전지용 격리판을 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. (1) 폴리올레핀계 극세섬유를 발생할 수 있는 분할성 복합섬유, (2) 단섬유 강도가 5g/d 이상인 고강도 섬유 및 (3) 분할성 복합섬유의 구성 수지성분 및 고강도 섬유의 구성 수지성분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 수지성분을 적어도 섬유 표면에 갖는 융착섬유를 포함하고,
    습식법에 의해 형성한 섬유 웹으로부터 분할성 복합섬유의 분할처리, 섬유의 연결처리 및 융착섬유의 융착처리에 의해 형성한 부직포를 친수화처리한 친수화 부직포로 이루어지고, 이 친수화 부직포의 구성 섬유의 평균 섬유길이가 10mm 이상임을 특징으로 하는
    알칼리 전지용 격리판(separator).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 친수화 부직포를 구성하는 상기 분할성 복합섬유, 상기 고강도 섬유 및 상기 융착섬유의 평균 길이가 각각 10mm 이상인 알칼리 전지용 격리판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 친수화 부직포의 구성 섬유의 평균 섬유길이가 10mm 내지 25mm인 알칼리 전지용 격리판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 극세섬유가 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리메틸펜텐 섬유, 에틸렌-프로필렌 공중합체 섬유, 에틸렌-부텐-프로필렌 공중합체 섬유 또는 에틸렌-비닐알콜 공중합체 섬유인 알칼리 전지용 격리판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할성 복합섬유가 폴리올레핀계 극세섬유만을 발생하는 폴리올레핀계 분할성 복합섬유인 알칼리 전지용 격리판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 분할성 복합섬유의 구성 수지성분이 고밀도 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 조합인 알칼리 전지용 격리판.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 분할성 복합섬유의 구성 수지성분이 에틸렌-비닐알콜 공중합체와 폴리프로필렌의 조합인 알칼리 전지용 격리판.
  8. 제 1 항에 있어서,
    분할성 복합섬유가, 에틸렌-비닐알콜 공중합체 극세섬유 및 그 이외의 1종 또는 그 이상의 폴리올레핀 극세섬유를 발생할 수 있는 제 1 폴리올레핀계 분할성 복합섬유와, 1종 또는 그 이상의 폴리올레핀 극세섬유(단, 에틸렌-비닐알콜 공중합체 극세섬유를 제외한다)만을 발생할 수 있는 제 2 폴리올레핀계 분할성 복합섬유의 조합인 알칼리 전지용 격리판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    분할성 복합섬유의 함유율이, 분할성 복합섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유의 합계 질량에 대하여 35 내지 50질량%인 알칼리 전지용 격리판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고강도 섬유가 폴리프로필렌 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유인 알칼리 전지용 격리판.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고강도 섬유가 섬유 강도 25g/데니어 이상의 폴리에틸렌 섬유인 알칼리 전지용 격리판.
  12. 제 1 항에 있어서,
    고강도 섬유의 함유율이, 분할성 복합섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유의 합계 질량에 대하여 30 내지 45질량%인 알칼리 전지용 격리판.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 융착섬유가, 상기 분할성 복합섬유의 구성 수지성분 및 상기 고강도 섬유의 구성 수지성분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 수지성분으로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌-프로필렌 공중합체 또는 에틸렌-부텐-프로필렌 공중합체를 포함하는 알칼리 전지용 격리판.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 융착섬유가 폴리올레핀계 융착성분만으로 이루어진 전체용융형 섬유 또는 2종류 이상의 수지성분을 포함하는 폴리올레핀계 융착성분을 섬유 표면에 포함하는 일부 용융형 섬유인 알칼리 전지용 격리판.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 융착섬유의 함유율이, 분할성 복합섬유, 고강도 섬유 및 융착섬유의 합계 질량에 대하여 20 내지 35질량%인 알칼리 전지용 격리판.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 친수화 처리가 설폰화 처리, 불소 기체 처리, 비닐모노머의 그라프트 중합 처리, 계면활성제 처리, 친수성 수지 부여 처리 또는 방전 처리인 알칼리 전지용 격리판.
  17. (1) 폴리올레핀계 극세섬유를 발생할 수 있는 분할성 복합섬유, (2) 단섬유 강도가 5g/d 이상인 고강도 섬유 및 (3) 분할성 복합섬유의 구성 수지성분 및 고강도 섬유의 구성 수지성분의 융점보다 낮은 융점을 갖는 수지성분을 적어도 섬유 표면에 갖는 융착섬유를, 실질적으로 균일하게 혼합한 섬유 웹(단, 이 섬유 웹의 구성 섬유의 평균 섬유길이는 10mm 이상인 것으로 한다)을 습식법에 의해 형성하고, 얻어진 섬유 웹에 분할성 복합섬유의 분할처리, 섬유의 연결처리 및 융착섬유의 융착처리를 임의의 순서로 실시함으로써 열융착화 연결 부직포를 생성하고, 이렇게 얻어진 열융착화 연결 부직포를 추가로 친수화 처리함을 포함하는, 알칼리 전지용 격리판의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    얻어진 섬유 웹을 가열하여 반융착시키고 나서 유체류 연결처리를 실시하고, 추가로 융착처리를 실시하는, 알칼리 전지용 격리판의 제조방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 친수화 처리가 설폰화 처리, 불소 기체 처리, 비닐모노머의 그라프트 중합 처리, 계면활성제 처리, 친수성 수지 부여 처리 또는 방전 처리인, 알칼리 전지용 격리판의 제조방법.
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