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JP4065637B2 - Battery separator and method for producing the same - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電池の正極と負極とを分離して短絡を防止すると共に、電解液を保持して起電反応を円滑に行なわせるために、正極と負極との間にセパレータが使用されている。
近年、電子機器の小型軽量化に伴って、電池の占めるスペースも狭くなっているにもかかわらず、電池には従来と同等以上の性能が必要とされるため、電池の高容量化が要求されている。そのためには、電極の活物質量を増やす必要があるため、必然的に前記セパレータの占める体積が少なくならざるを得ない。また、電気抵抗を小さくするうえからも前記セパレータの占める体積が少なくならざるを得ない。
従来このようなセパレータとして不織布が使用されているが、前述のようにセパレータ(不織布)の厚さを薄くして、厚さが0.15mm以下というレベルに達すると、不織布を構成する繊維量が少なくなるために孔径が大きくなる傾向があり、しかもセパレータの占める体積を少なくするために大きい張力で極板群に巻回する必要があるため、破断したり、極板のバリが貫通してショートしやすくなる傾向があった。
また、例えば、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池などのような二次電池の場合、充放電を繰り返しているうちに金属結晶が形成され、この金属結晶がセパレータを貫通してショートするという場合もあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、極板群を形成する際や電池使用時に金属結晶によって、ショートしにくい電池用セパレータを提供すること、及びこの電池用セパレータの製造方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用セパレータ(以下、「セパレータ」という)は、不織布の厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層を有し、前記フィルム状の層の両面に、前記フィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を備えている不織布、不織布の厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層を片面に有し、前記フィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を他面に有する不織布の群から選ばれる不織布からなる。このようにフィルム状の層が全面的に存在しているため、このフィルム状の層によって極板のバリを受け止めることができ、また引張り強さに優れ巻回する際に破断しにくいものであるため、極板群形成時にショートしにくいものである。また、電池使用時においても、フィルム状の層によって金属結晶を受け止めることができるためショートしにくい電池とすることができる。更に、フィルム状の層によって適度な腰が付与されているため、電池製造時の取り扱い性にも優れている。また、本発明のセパレータは繊維層を備えているため、この繊維層によって電解液を保持して起電反応を円滑に行なわせることができるものである。
【0005】
本発明の電池用セパレータの製造方法は、熱可塑性繊維を含む繊維ウエブの全体に対して、加熱処理及び加圧処理を実施して圧着繊維ウエブを形成した後、前記圧着繊維ウエブの片面又は両面に対して流体流を作用させる、前述のようなセパレータの製造方法である。
このように、本発明の製造方法によれば、前述のようなセパレータを簡易に製造することができる。
また、微孔フィルムと繊維ウエブ又は不織布とを一体化した場合と異なり、適度な微孔(極板で発生した酸素等が通過できる程度)を有するセパレータを容易に製造できる方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明のセパレータは極板のバリや金属結晶を受け止めることができ、引張り強さに優れるように、厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層を有している。セパレータの厚さ方向に対して直角方向に、繊維の圧着によるフィルム状の領域を部分的に有する場合、前記のような効果が不十分である。
なお、「不織布(セパレータ)の厚さ方向」とは、1cm2あたり500g荷重した時の不織布(セパレータ)表面を構成する繊維と接触できる表裏の仮想平面に対して直角方向をいう。
【0007】
本発明のセパレータのフィルム状の層は繊維の圧着により形成された層である。この「圧着」とは個々の繊維が本来有する断面形状を留めないほどに変形し、密着して周囲の繊維と一体化している状態をいう。なお、圧着した繊維中に圧着していない樹脂が含まれていても良い。このようなフィルム状の層は、例えば不織布(セパレータ)の断面における電子顕微鏡写真から確認することができる。
【0008】
このように、本発明のフィルム状の層は繊維の圧着により形成されているため、本発明の不織布(セパレータ)はある程度の通気性を有するものである。しかしながら、本発明の不織布(セパレータ)の通気度が高いということは、それだけ繊維の圧着の程度が低いことを意味し、結果として極板のバリや金属結晶を受け止めることが困難であったり、引張り強さの低いものとなってしまうため、本発明の不織布(セパレータ)の通気度は15cm/s以下であるのが好ましく、10cm/s以下であるのがより好ましい。なお、本発明のセパレータを密閉型のニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池用に使用する場合には、過充電時に正極から発生する酸素を負極へ速やかに透過させ、電池内圧の上昇を抑えることができるように、2cm/s以上であるのが好ましい。
本発明における「通気度」は、JIS L 1096(6.27.1 A法(フラジール法))に規定されている方法により測定して得られる値をいう。
【0009】
同様に、極板のバリや金属結晶を受け止めることができ、また引張り強さに優れるように、本発明の不織布(セパレータ)の平均孔径は15μm以下であるのが好ましく、10μm以下であるのがより好ましい。なお、本発明のセパレータを密閉型のニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池用に使用する場合には、過充電時に正極から発生する酸素を負極へ速やかに透過させ、電池内圧の上昇を抑えることができるように、3μm以上であるのが好ましい。
本発明における「平均孔径」はポロメータ(コールター社製)を用いてバブルポイント法により測定される値をいう。
【0010】
本発明の不織布(セパレータ)は極板群を形成する際の張力によっても破断することがないように、少なくとも一方向における引張り強さが150N/50mm幅以上であるのが好ましく、170N/50mm幅以上であるのがより好ましく、190N/50mm幅以上であるのが更に好ましい。
従来からセパレータを構成する不織布として、繊維の均一分散性の点から湿式不織布が用いられているが、この湿式不織布に使用できる繊維の繊維長は最大25mm程度であり、また繊維同士の絡みも弱いこともあり、150N/50mm幅以上の引張り強さを有するものではない。
これに対して、本発明の不織布(セパレータ)は繊維の均一分散性に優れる繊維長25mm以下の繊維から構成されていても、150N/50mm幅以上の優れた引張り強さを有するものである。
この引張り強さは少なくとも一方向における値であるが、一般的に不織布を製造する際に、不織布の流れ方向に繊維が配向しやすいため、不織布の流れ方向(いわゆる、たて方向)における引張り強さが最も強い。
なお、「引張り強さ」は幅50mmの不織布を、引張り強さ試験機(オリエンテック製、テンシロンUTM−III−100)のチャック間(チャック間距離:10cm)に固定し、引張り速度300mm/minで引張った時の値をいう。
【0011】
このフィルム状の層の厚さは極板のバリや金属結晶を受け止めることができ、引張り強さに優れるように、また、電池の高容量化が可能であるように、10〜150μm程度であるのが好ましく、20〜100μm程度であるのがより好ましい。
【0012】
このフィルム状の層を構成するもととなった繊維としては、圧着しやすいように、熱可塑性繊維であるのが好ましい。この熱可塑性繊維として、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂など)、ポリ塩化ビニリデン系樹脂などの結晶性の熱可塑性樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリビニルアルコール系などの非晶性の熱可塑性樹脂などの樹脂1種類以上からなるものを使用できる。
これらの中でも、アルカリ電池用に使用する場合には、耐アルカリ性及び耐酸化性に優れているように、ポリオレフィン系樹脂から構成されているのが好ましい。
このポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂(例えば、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン共重合体など)、ポリプロピレン系樹脂(例えば、ポリプロピレン、プロピレン共重合体など)、ポリメチルペンテン系樹脂(例えば、ポリメチルペンテン、メチルペンテン共重合体など)などを挙げることができる。
【0013】
なお、圧着性の異なる2種類以上の熱可塑性樹脂からなる複合熱可塑性繊維は、少なくとも1種類の熱可塑性樹脂が圧着したとしても、少なくとも1種類の熱可塑性樹脂により繊維強度を維持でき、引張り強さのより優れる不織布(セパレータ)とすることができるため好適である。
この複合熱可塑性繊維の断面形状としては、例えば、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型であることができる。
本発明のセパレータをアルカリ電池用に使用する場合、この複合熱可塑性繊維も耐アルカリ性及び耐酸化性に優れているように、上述のようなポリオレフィン系樹脂のみから構成されているのが好ましい。
このようなポリオレフィン系樹脂のみからなる複合熱可塑性繊維としては、例えば、ポリエチレン系樹脂(例えば、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン共重合体など)とポリプロピレン系樹脂との組み合せ、高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンとの組み合せなどがある。
【0014】
また、フィルム状の層のもととなった繊維として、引張り強さが4.4cN/dtex以上の高強度繊維が含まれていると、極板のバリや金属結晶がセパレータを貫通しにくくなるため好適である。高強度繊維の引張り強さは6.2cN/dtex以上であるのが好ましく、7.9cN/dtex以上であるのがより好ましく、10.6cN/dtex以上であるのが更に好ましい。なお、高強度繊維の引張り強さの上限は特に限定するものではないが、50cN/dtex程度が適当である。
本発明における「引張り強さ」はJIS L 1015(化学繊維ステープル試験法)に規定されている方法によって測定した値をいう。
本発明のセパレータをアルカリ電池に使用する場合、高強度繊維を構成する樹脂は耐アルカリ性や耐酸化性に優れるように、ポリオレフィン系樹脂からなるのが好ましい。より具体的には、例えば、ポリエチレン系樹脂(例えば、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン共重合体など)、ポリプロピレン系樹脂(例えば、ポリプロピレン、プロピレン共重合体など)、ポリメチルペンテン系樹脂(例えば、ポリメチルペンテン、メチルペンテン共重合体など)から構成することができる。これらの中でも、ポリプロピレン系樹脂やポリエチレン系樹脂からなるのが好ましい。
この高強度繊維は1種類の樹脂成分から構成されていても、2種類以上の樹脂成分が混合又は複合されていても良い。この高強度繊維も2種類以上の樹脂成分が複合されていると、フィルム状の層の形成に貢献できるとともに極板のバリや金属結晶の貫通を抑えることができるため好適である。この複合された高強度繊維の繊維断面形状としては、例えば、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型であることができ、フィルム状の層の形成に貢献度の高い芯鞘型、偏芯型或いは海島型であるのが好ましく、特に芯鞘型であるのが好ましい。より具体的には、圧着性の点において差の大きい、ポリプロピレン系樹脂を芯成分としポリエチレン系樹脂を鞘成分とする高強度繊維が好ましい。
【0015】
本発明の不織布は前述のようなフィルム状の層の片面又は両面(好ましくは両面)に、前述のフィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を備えているため、この繊維層によって電解液を保持して、円滑な起電反応を保証することができる。
この繊維層を構成する繊維のフィルム状の層との接合状態としては、例えば、圧着、融着、フィルム状の層を構成する繊維の一部、などを挙げることができる。
この繊維層を構成する繊維はフィルム状の層のもととなった繊維と同じ樹脂から構成されていても良いし、異なる樹脂から構成されていても良いが、接合性の点から、フィルム状の層のもととなった繊維の樹脂を1種類以上含んでいるのが好ましい。
本発明のセパレータをアルカリ電池用に使用する場合、前述のようにフィルム状の層のもととなった繊維がポリオレフォン系樹脂から構成されているのが好ましいため、繊維層を構成する繊維もポリオレフィン系樹脂から構成されているのが好ましい。より具体的には、ポリエチレン系樹脂(例えば、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン共重合体など)、ポリプロピレン系樹脂(例えば、ポリプロピレン、プロピレン共重合体など)、ポリメチルペンテン系樹脂(例えば、ポリメチルペンテン、メチルペンテン共重合体など)から構成されているのが好ましい。これらの中でも、ポリプロピレン系樹脂やポリエチレン系樹脂から構成されているのがより好ましい。
【0016】
繊維層を構成する繊維の繊維径は特に限定するものではないが、繊維径が6μm以下の極細繊維を含んでいると、電解液の保持性に優れているため好適である。より好ましくは5μm以下である。下限は特に限定するものではないが、0.1μm程度が適当である。
このような極細繊維の存在比率が高ければ高いほど電解液の保持性に優れているため、各々の繊維層中10mass%以上含まれているのが好ましく、20mass%以上含まれているのがより好ましく、30mass%以上含まれているのが更に好ましい。
本発明における繊維径は繊維断面形状が円形である場合の繊維の直径をいい、繊維断面形状が非円形である場合には、繊維断面形状を円形に換算した際の繊維の直径をいう。
【0017】
繊維層を構成する繊維として、引張り強さが4.4cN/dtex以上(6.2cN/dtex以上であるのが好ましく、7.9cN/dtex以上であるのがより好ましく、10.6cN/dtex以上であるのが更に好ましい)の高強度繊維が含まれていると、更に極板のバリや金属結晶がセパレータを貫通しにくくなるため好適である。
この高強度繊維はフィルム状の層を構成する高強度繊維を構成するポリオレフィン系樹脂から構成されているのが好ましく、ポリプロピレン系樹脂やポリエチレン系樹脂から構成されているのがより好ましい。
このような高強度繊維は各々の繊維層中、5mass%以上含まれているのが好ましく、10mass%以上含まれているのがより好ましい。
【0018】
このような繊維層を構成する繊維(例えば、極細繊維や高強度繊維など)の繊維長は特に限定するものではないが、繊維の分散性に優れるように、25mm以下であるのが好ましく、20mm以下であるのがより好ましく、15mm以下であるのが更に好ましい。
【0019】
このように本発明の不織布(セパレータ)の繊維層はフィルム状の層と接合した繊維を含んでいるが、繊維層を構成する繊維がフィルム状の層と接合していると、繊維の脱落という問題が発生しにくいため、フィルム状の層と接合している繊維は多ければ多いほど好ましい。なお、繊維層を構成する繊維はフィルム状の層と接合していなくても、繊維層を構成するフィルム状の層と接合している別の繊維と接合していれば、脱落の問題は解決できる。
【0020】
本発明のセパレータはフィルム状の層の片面又は両面に繊維層を備えた不織布からなり、好ましくは両面に繊維層を備えている。両面に繊維層を備えている場合、両面とも同じ繊維層から構成されている必要はなく、構成繊維の樹脂組成、繊度、繊維長、構成繊維の配合などの点で相違していても良い。
【0021】
本発明のセパレータをアルカリ電池用に使用する場合、本発明のセパレータのフィルム状の層のもととなった繊維及び繊維層を構成する繊維を構成する樹脂として、ポリオレフィン系樹脂が好適であるため、電解液の保持性が悪い傾向がある。そのため、電解液の保持性に優れるように、スルホン化処理、フッ素ガス処理、ビニルモノマーのグラフト重合処理、界面活性剤処理、放電処理、或は親水性樹脂付与処理の中から選ばれる親水化処理が不織布に施されているのが好ましい。これら親水化処理に関しては、後述の製造方法において説明する。
【0022】
次に、本発明のセパレータ(不織布)の製造方法について説明する。
本発明の上述のようなセパレータ(不織布)は、熱可塑性繊維を含む繊維ウエブの全体に対して、加熱処理及び加圧処理を実施して圧着繊維ウエブを形成した後、前記圧着繊維ウエブの片面又は両面に対して流体流を作用させて製造することができる。
本発明の製造方法によれば、最初に加熱処理及び加圧処理により、通気度が低く、平均孔径の小さいフィルム状の層のみからなる圧着繊維ウエブを形成し、その後の流体流の作用によりフィルム状の層を構成する繊維を解きほぐして繊維を露出させ、繊維層を形成しているため、前述のようなセパレータ、つまり極板のバリや金属結晶の貫通を抑えることができ、しかも引張り強さの優れるセパレータを容易に製造することができる。
なお、加熱処理、加圧処理、或いは流体流の条件を調節することにより、適宜通気度を調整することができるため、各種電池に対応させることができる。
また、加熱処理及び加圧処理によって厚さを薄くすることができるため、高容量化に対応したセパレータを容易に製造することができる。
更に、微孔フィルムと不織布又は繊維ウエブとを積層することなく製造できる方法であるため、セパレータを簡便に製造できる方法である。
【0023】
本発明のセパレータ(不織布)の製造方法においては、まず熱可塑性繊維を含む繊維ウエブを製造する。
この熱可塑性繊維としては、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂など)、ポリ塩化ビニリデン系樹脂などの結晶性の熱可塑性樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリビニルアルコール系などの非晶性の熱可塑性樹脂などの樹脂1種類以上からなる熱可塑性繊維を1種類以上使用することができる。
本発明のセパレータをアルカリ電池用に使用する場合には、耐アルカリ性及び耐酸化性に優れているように、ポリオレフィン系樹脂から構成されている繊維を使用するのが好ましい。
このポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂(例えば、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン共重合体など)、ポリプロピレン系樹脂(例えば、ポリプロピレン、プロピレン共重合体など)、ポリメチルペンテン系樹脂(例えば、ポリメチルペンテン、メチルペンテン共重合体など)などがある。
【0024】
この熱可塑性繊維として、圧着性の異なる2種類以上の熱可塑性樹脂からなる複合熱可塑性繊維を使用すると、少なくとも1種類の熱可塑性樹脂が圧着したとしても、少なくとも1種類の熱可塑性樹脂により繊維強度を維持できるため、より引張り強さの優れるセパレータ(不織布)とすることができ、また、後工程である流体流の作用により、圧着した少なくとも1種類の熱可塑性樹脂が破壊され、圧着されていない少なくとも1種類の熱可塑性樹脂からなる繊維(好適には繊維径6μm以下の極細繊維)を発生して繊維層を形成しやすいため好適である。
この複合熱可塑性繊維の断面形状としては、例えば、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型であることができる。これらの中でも、流体流の作用により圧着した少なくとも1種類の熱可塑性樹脂を破壊しやすい、サイドバイサイド型、オレンジ型、多重バイメタル型であるのが好ましく、極細繊維を発生しやすいオレンジ型、多重バイメタル型であるのがより好ましく、圧着する熱可塑性樹脂が繊維表面に均一に位置することのできるオレンジ型であるのが最も好ましい。
このような複合熱可塑性繊維の繊度は繊維径6μm以下の極細繊維を発生しやすいように、0.1〜7dtex(デシテックス)程度であるのが好ましい。
このような複合熱可塑性繊維は繊維ウエブ中、5mass%以上含まれているのが好ましい。
なお、「圧着性が異なる2種類以上の熱可塑性樹脂」とは、個々の熱可塑性樹脂からなる繊維から構成される繊維ウエブに対して、後述のような加熱処理及び加圧処理を実施した場合に、得られる引張り強さが1割以上異なる熱可塑性樹脂の組み合せをいう。この圧着性に影響を与える大きな要因として、熱可塑性樹脂の融点があり、熱可塑性樹脂の融点差が10℃以上(好ましくは20℃以上)あると、圧着性が異なる2種類以上の熱可塑性樹脂である場合が多い。
アルカリ電池用に使用する場合、この複合熱可塑性繊維も耐アルカリ性及び耐酸化性に優れているように、上述のようなポリオレフィン系樹脂のみから構成されているのが好ましい。
このようなポリオレフィン系樹脂のみからなる複合熱可塑性繊維としては、例えば、ポリエチレン系樹脂(例えば、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン共重合体など)とポリプロピレン系樹脂との組み合せ、高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンとの組み合せなどがある。
本発明における「融点」は示差熱量計を用い、昇温速度10℃/分で室温から昇温して得られる融解吸熱曲線の極大値を与える温度をいう。
【0025】
また、熱可塑性繊維として、引張り強さが4.4cN/dtex以上(6.2cN/dtex以上であるのが好ましく、7.9cN/dtex以上であるのがより好ましく、10.6cN/dtex以上であるのが更に好ましい)の高強度繊維を含んでいると、フィルム状の層及び/又は繊維層に高強度繊維が存在していることによって、極板のバリや金属結晶がセパレータを貫通しにくくなるため好適である。
本発明のセパレータをアルカリ電池用に使用する場合、高強度繊維を構成する樹脂はポリオレフィン系樹脂からなるのが好ましく、ポリプロピレン系樹脂やポリエチレン系樹脂からなるのがより好ましい。また、この高強度繊維は1種類の樹脂成分から構成されていても、2種類以上の樹脂成分が混合又は複合されていても良いが、2種類以上の樹脂成分が複合されていると、フィルム状の層の形成に貢献できるため好適である。この複合された高強度繊維の繊維断面形状としては、例えば、芯鞘型、偏芯型、サイドバイサイド型、海島型、オレンジ型、多重バイメタル型などを挙げることができ、フィルム状の層の形成に貢献できる芯鞘型、偏芯型或いは海島型であるのが好ましく、特に芯鞘型であるのが好ましい。より具体的には、圧着性の差の大きいポリプロピレン系樹脂を芯成分としポリエチレン系樹脂を鞘成分とする高強度繊維が好ましい。
なお、高強度繊維以外の熱可塑性繊維を含んでいる場合、この高強度繊維はセパレータの繊維層を構成するのが好ましいため、高強度繊維以外の熱可塑性繊維を圧着する際に高強度繊維も圧着されないように、高強度繊維を構成する樹脂として、熱可塑性繊維の圧着可能な樹脂よりも圧着されにくい樹脂を含んでいるのが好ましい。融点の点からいえば、熱可塑性繊維の圧着可能な樹脂の融点よりも10℃以上、好ましくは20℃以上高い融点を有する樹脂を含む高強度繊維を使用するのが好ましい。
例えば、熱可塑性繊維の圧着可能な樹脂がポリエチレン系樹脂からなる場合には、高強度繊維を構成する樹脂として、ポリプロピレン系樹脂を含んでいるのが好ましい。なお、熱可塑性繊維の圧着可能な樹脂が低密度ポリエチレン又はエチレン共重合体からなる場合には、高強度繊維を構成する樹脂として、超高分子量ポリエチレンを含んでいても良い。
このような高強度繊維は繊維ウエブ中、5mass%以上含まれているのが好ましく、10mass%以上含まれているのがより好ましい。
【0026】
本発明の繊維ウエブは前述のような熱可塑性繊維を含むものであるが、熱可塑性繊維の量が少ないと、後述の加熱処理及び加圧処理によって圧着が不十分となり、結果としてフィルム状の層の形成が困難になる傾向があるため、熱可塑性繊維は繊維ウエブ中、60mass%以上含まれているのが好ましく、80mass%以上含まれているのが好ましく、100mass%熱可塑性繊維であるのが最も好ましい。
なお、2種類以上の熱可塑性繊維を含んでいる場合、いずれの熱可塑性繊維も全部圧着してしまうと、流体流の作用によって繊維層を形成しにくい傾向があるため、少なくとも1種類の熱可塑性樹脂は他の熱可塑性樹脂よりも圧着性が低いのが好ましい。より好ましくは、少なくとも1種類の熱可塑性繊維は複合熱可塑性繊維であり、その複合熱可塑性繊維の少なくとも1種類の熱可塑性樹脂は、その複合熱可塑性繊維の他の熱可塑性樹脂よりも圧着性が低いのが好ましい。
最も大きな要因である融点の観点からいうと、少なくとも1種類の熱可塑性樹脂は他の熱可塑性樹脂よりも10℃以上(好ましくは20℃以上)、融点が高いのが好ましい。より好ましくは、少なくとも1種類の熱可塑性繊維は複合熱可塑性繊維であり、その複合熱可塑性繊維の少なくとも1種類の熱可塑性樹脂は、その複合熱可塑性繊維の他の熱可塑性樹脂よりも10℃以上(好ましくは20℃以上)、融点が高いのが好ましい。
熱可塑性繊維が2種類のポリオレフィン系繊維からなる場合、例えば、(1)ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂とからなるポリオレフィン系複合熱可塑性繊維とポリプロピレン系熱可塑性繊維との組み合せ、(2)ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂とからなるポリオレフィン系複合熱可塑性繊維とポリエチレン系熱可塑性繊維との組み合せ、(3)ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂とからなるポリオレフィン系複合熱可塑性繊維と、同じ又は異なるポリプロピレン系樹脂と同じ又は異なるポリエチレン系樹脂とからなるポリオレフィン系複合熱可塑性繊維との組み合せ、などの組み合せであるのが好ましい。
なお、熱可塑性繊維以外の繊維としては、例えば、レーヨン、ポリノジック、キュプラなどの再生繊維、アセテートなどの半合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維、綿、麻などの植物繊維、羊毛、絹などの動物繊維などを使用することができる。
また、これら繊維ウエブを構成するいずれの繊維の繊度も0.1〜7dtex程度であるのが好ましい。
【0027】
本発明の繊維ウエブは前述のような熱可塑性繊維を含むものであるが、繊維ウエブの形成方法としては、例えば、湿式法、カード法やエアレイ法などの乾式法、スパンボンド法やメルトブロー法などの直接法を採用することができる。これらの中でも、通気度が低くしかも平均孔径の小さいフィルム状の層を形成しやすい湿式法により形成するのが好ましい。
繊維ウエブを構成する繊維の繊維長は繊維ウエブの形成方法によって異なり、湿式法により形成する場合には1〜25mm程度であるのが好ましく、乾式法により形成する場合には、25〜160mm程度であるのが好ましい。
本発明の製造方法によれば、湿式法のように繊維長の短い熱可塑性繊維を使用した場合であっても、十分な引張り強さを有するセパレータ(不織布)を製造することができる。
この湿式法としては、従来公知の方法、例えば、水平長網方式、傾斜ワイヤー型短網方式、円網方式、又は長網・円網コンビネーション方式などがある。
なお、少なくとも一方向における引張り強さを大きくしやすいように、繊維を抄き上げるネットの移動速度とスラリー流量とを調節することにより、繊維の配向が一方向に近い状態となるようにするのが好ましい。
また、繊維ウエブは一層から構成されていても良いし、繊維ウエブの形成方法、繊維ウエブを構成する繊維の種類(特に熱可塑性繊維の種類)、繊維ウエブを構成する繊維の配合(特に熱可塑性繊維の配合)、繊維ウエブを構成する繊維の繊度(特に熱可塑性繊維の繊度)、繊維ウエブを構成する繊維の繊維長(特に熱可塑性繊維の繊維長)などの点で相違する繊維ウエブの二層以上から構成されていても良い。
例えば、オレンジ型断面を有するポリオレフィン系熱可塑性繊維の配合量の多い繊維ウエブの間に、芯鞘型断面を有するポリオレフィン系熱可塑性繊維の配合量の多い繊維ウエブを配置させると、後述の加熱処理及び加圧処理によって中央部近辺に通気度が低くしかも平均孔径の小さいフィルム状の層を形成しやすく、しかも流体流の作用によって繊維径が6μm以下の極細繊維を多く含む、電解液の保持性に優れる繊維層を有するセパレータを容易に製造できる。
また、繊維ウエブの面密度は、繊維ウエブ全体を圧着して繊維ウエブ全体をフィルム状とできるように、20〜100g/m2であるのが好ましく、40〜80g/m2であるのがより好ましい。
【0028】
次いで、このような繊維ウエブの全体に対して加熱処理及び加圧処理を実施して圧着繊維ウエブを形成する。このように、繊維ウエブに対して全体に加熱処理及び加圧処理を実施しているため、部分的に加熱処理及び加圧処理を実施した場合や、繊維ウエブに対して加熱処理のみを全体的に実施した場合には得られない、フィルム状の層を形成することができる。
【0029】
このような加熱処理及び加圧処理は同時に実施することもできるし、別々に実施することもできる。前者の加熱処理と加圧処理とを同時に実施できる装置としては、例えば、熱カレンダーなどがある。また、加熱処理のみを実施できる装置として、熱風貫通式熱処理器などがあり、加圧処理のみを実施できる装置として、カレンダーなどがある。
なお、繊維ウエブが複合熱可塑性繊維を含んでいる場合には、繊維の圧着によるフィルム状の層を形成しやすいように、全ての複合熱可塑性繊維の、複合熱可塑性繊維を構成する少なくとも1種類の熱可塑性樹脂が圧着する条件下で、加熱処理及び加圧処理を実施するのが好ましい。
最も大きな要因である融点の観点からいうと、全ての複合熱可塑性繊維の、複合熱可塑性繊維を構成する少なくとも1種類の熱可塑性樹脂を圧着させるために、各々の複合熱可塑性繊維を構成する最も融点の低い熱可塑性樹脂の中で、最も融点の高い熱可塑性樹脂の融点よりも10℃低い温度以上の高い温度で加熱処理を実施するのが好ましい。
例えば、最も融点の低い熱可塑性樹脂の融点が120℃である複合熱可塑性繊維と、最も融点の低い熱可塑性樹脂の融点が130℃である複合熱可塑性繊維とを含む繊維ウエブの場合には、温度120℃以上の温度で加熱処理を実施するのが好ましい。また、加圧処理は熱可塑性樹脂が十分に圧着するように、圧力0.05〜0.5MPa程度であるのが好ましい。
また、全ての熱可塑性繊維の全体が圧着するような条件下で加熱処理及び加圧処理すると、次の流体流の作用によって繊維層を形成するのが難しい傾向があるため、少なくとも1種類の熱可塑性繊維が複合熱可塑性繊維であり、その複合熱可塑性繊維の少なくとも1種類の熱可塑性樹脂が圧着しにくい条件下で、加熱処理及び加圧処理を実施するのが好ましい。
最も大きな要因である融点の観点からいうと、複合熱可塑性繊維の最も融点の高い熱可塑性樹脂が圧着しないように、その最も融点の高い熱可塑性樹脂の融点よりも5℃以上、好ましくは8℃以上低い温度で加熱処理を実施するのが好ましい。
例えば、最も融点の高い熱可塑性樹脂の融点が160℃である複合熱可塑性繊維を含む繊維ウエブの場合には、温度155℃以下の温度で、好ましくは温度152℃以下の温度で加熱処理を実施するのが好ましい。
例えば、芯鞘型複合熱可塑性繊維とオレンジ型複合熱可塑性繊維とを含む湿式繊維ウエブに対して加熱処理及び加圧処理を実施した場合、この加熱処理及び加圧処理によって、圧着繊維ウエブの少なくとも一方向における引張り強さが250N/50mm幅以上となる程度まで十分に圧着するのが好ましい。
【0030】
次いで、前述のようにして製造した圧着繊維ウエブの片面又は両面に対して流体流を作用させて、本発明のセパレータ(不織布)を製造することができる。この圧着繊維ウエブに対して流体流を作用させることにより、流体流を作用させた面に繊維層を形成することができるため、片面に対して流体流を作用させれば片面に繊維層を有しかつ他面にフィルム状の層を有するセパレータ(不織布)を製造することができ、両面に対して流体流を作用させれば両面に繊維層を有しかつ中央部近辺にフィルム状の層を有するセパレータ(不織布)を製造することができる。一般的に両電極の周囲に電解液が存在しているのが好ましいため、フィルム状の層の両面に繊維層を有するのが好ましい。
このように繊維層を形成できるのは、流体流によって圧着した繊維を圧着状態から解除したり、流体流によって圧着した熱可塑性樹脂を破壊して取り除いて、圧着していない熱可塑性樹脂からなる繊維を表面に露出させることによると考えられる。
このような観点からすると、圧着繊維ウエブを構成する熱可塑性繊維はいずれも複合熱可塑性繊維であり、全ての複合熱可塑性繊維の少なくとも1種類の熱可塑性樹脂が圧着していないのが好ましい。このような状態であることによって、繊維径6μm以下の極細繊維を発生しやすくもなる。
例えば、圧着繊維ウエブを構成する繊維が2種類のポリオレフィン系複合熱可塑性繊維からなる場合、ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂とからなるポリオレフィン系複合熱可塑性繊維と、同じ又は異なるポリプロピレン系樹脂と同じ又は異なるポリエチレン系樹脂とからなるポリオレフィン系複合熱可塑性繊維の組み合せからなるのが好ましい。
なお、圧着繊維ウエブの両面に対して流体流を作用させる場合、その作用条件は同じであっても異なっていても良い。流体流の作用の程度を調節することにより、繊維層の状態を変化させることができ、結果として、電極周辺の電解液量を調節することができる。
【0031】
この流体流としては、取り扱いやすい水であるのが好ましい。
より具体的には、例えば、直径0.05〜0.3mm、ピッチ0.2〜3mmで一列又は二列以上にノズルを配置したノズルプレートから流体流を圧着繊維ウエブに対して噴出すれば良い。このような流体流は1回以上噴出すれば良い。なお、前述のように流体流によって圧着した繊維を圧着状態から解除したり、圧着した熱可塑性樹脂を破壊して取り除いていると考えられるため、比較的高い圧力の流体流を作用させるのが好ましく、より具体的には5MPa以上、好ましくは8MPa以上の流体流を噴出するのが好ましい。
なお、流体流を作用させる際に、圧着繊維ウエブを支持する支持材はネットなどの開口を有するものであっても良いし、開口を有しないものであっても良い。後者のように開口を有しないものであると、流体流が作用しても圧着繊維ウエブに開口が形成されにくく、通気度が低く、平均孔径が小さく、しかもショートしにくいセパレータを製造できるため好適な支持材である。なお、開口を有しない、つまり無孔質である部分は支持材全体である必要はなく、少なくとも流体流の作用部に相当する箇所が無孔質であれば十分である。この無孔質支持材の形状としては、例えば、ロール状、平板状などであることができる。
また、このように無孔質である支持材を使用した場合、開口部を有する支持材のように、流体流を排出できるところが少ないため、圧着繊維ウエブ上に流体が滞留して、流体流の作用を減じる傾向がある。そのため、圧着繊維ウエブ上に流体が滞留しないように、流体流の反射流を吸引除去できる手段(例えば、サクション装置)を圧着繊維ウエブ近傍(例えば、上方)に設置するのが好ましい。
【0032】
前述のような流体流の作用により、フィルム状の層の片面又は両面に繊維層を有するセパレータを製造することができる。なお、更に引張り強さや剛性を必要とする場合には、繊維層を構成する繊維同士を融着させても良い。なお、この繊維層は電解液を保持できる必要があるため、繊維層を構成する繊維を融着させる場合には圧力は加えないのが好ましい。
【0033】
以上のようにして、本発明のセパレータ(不織布)、つまり、不織布の厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層を有し、前記フィルム状の層の片面又は両面に、前記フィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を備えているセパレータ(不織布)を製造することができる。
なお、繊維層を構成する繊維として、繊維径6μm以下の極細繊維を含むセパレータ(不織布)は、例えば、圧着繊維ウエブを構成する熱可塑性繊維として、繊維径が6μm以下の繊維を使用したり、圧着繊維ウエブを形成する際の加熱処理及び加圧処理によっては圧着しない、直径6μm以下の熱可塑性樹脂を含む複合熱可塑性繊維を使用することによって製造することができる。
また、繊維層を構成する繊維の繊維長が25mm以下であるセパレータ(不織布)は、例えば、繊維長が25mm以下の繊維から繊維ウエブ(例えば、湿式繊維ウエブ)を使用することによって製造することができる。
繊維層を構成する繊維として引張り強さが4.4cN/dtex以上の高強度繊維を含んでいるセパレータ(不織布)は、例えば、繊維ウエブを構成する繊維として、引張り強さが4.4cN/dtex以上の高強度繊維を含ませることによって製造することができる。
更に、通気度が15cm/s以下であったり、平均孔径が15μm以下であったり、少なくとも一方向における引張り強さが150N/50mm幅以上である不織布は、例えば、熱可塑性繊維量を多くすること、熱可塑性繊維として複合熱可塑性繊維量を多くすること、緻密な繊維ウエブを形成すること(例えば、湿式法により形成)、加熱処理及び加圧処理により繊維ウエブを十分に圧着すること、無孔質支持材を使用するなどフィルム状の層を損傷しないようにすること、などの条件を満たすことにより製造することができる。
【0034】
本発明のセパレータは上述のような不織布からなるが、耐アルカリ性や耐酸化性に優れるように、熱可塑性繊維としてポリオレフィン系繊維を使用するのが好ましいため、電解液の保持性が悪い傾向がある。そのため、更に、スルホン化処理、フッ素ガス処理、ビニルモノマーのグラフト重合処理、界面活性剤処理、放電処理、或は親水性樹脂付与処理の中から選ばれる親水化処理を実施するのが好ましい。
以下、不織布に対して親水化処理を実施する態様について説明するが、不織布を構成する繊維に対して親水化処理を実施した後に、不織布を製造する場合にも全く同様に親水化処理を実施すれば良い。
【0035】
スルホン化処理としては、特に限定するものではないが、例えば、発煙硫酸、硫酸、クロロ硫酸又は塩化スルフリルからなる溶液中に、前述のような不織布を浸漬したり、三酸化硫黄ガスを不織布と接触させたり、一酸化硫黄ガスや二酸化硫黄ガスの存在下に不織布を配置した状態で放電を作用させて、スルホン酸基を導入する方法がある。
【0036】
フッ素ガス処理についても、特に限定するものではないが、例えば、不活性ガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガスなど)で希釈したフッ素ガスと、酸素ガス、二酸化炭素ガス、及び二酸化硫黄ガスなどの中から選んだ少なくとも1種類のガスとの混合ガスに、不織布をさらすことにより不織布の繊維表面を親水化することができる。なお、不織布に二酸化硫黄ガスをあらかじめ付着させた後に、フッ素ガスを接触させると、より効率的に恒久的な親水性を付与することができる。
【0037】
ビニルモノマーのグラフト重合としては、ビニルモノマーとして、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ビニルピリジン、ビニルピロリドン或いはスチレンを使用することができる。なお、スチレンをグラフト重合した場合には、電解液との親和性を付与するために、スルホン化するのが好ましい。これらの中でもアクリル酸は電解液との親和性に優れているため好適に使用できる。
これらビニルモノマーの重合方法としては、例えば、ビニルモノマーと重合開始剤を含む溶液中に不織布を浸漬して加熱する方法、不織布にビニルモノマーを塗布した後に放射線を照射する方法、不織布に放射線を照射した後にビニルモノマーと接触させる方法、増感剤を含むビニルモノマー溶液を不織布に含浸した後に紫外線を照射する方法などがある。なお、ビニルモノマー溶液と不織布とを接触させる前に、紫外線照射、コロナ放電、プラズマ放電などにより、不織布表面を改質処理すると、ビニルモノマー溶液との親和性が高いため、効率的にグラフト重合できる。
【0038】
界面活性剤処理としては、例えば、アニオン系界面活性剤(例えば、高級脂肪酸のアルカリ金属塩、アルキルスルホン酸塩、もしくはスルホコハク酸エステル塩など)、又はノニオン系界面活性剤(例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、もしくはポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルなど)の溶液中に不織布を浸漬したり、この溶液を不織布に塗布又は散布して付着させることができる。
【0039】
放電処理としては、例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、グロー放電処理、沿面放電処理又は電子線処理などがある。これら放電処理の中でも、空気中の大気圧下で、それぞれが誘電体を担持する一対の電極間に、これら両方の誘電体と接触するように不織布を配置し、これら両電極間に交流電圧を印加し、不織布内部空隙で放電を発生させる方法であると、不織布の外側だけではなく、不織布の内部を構成する繊維表面も処理することができる。したがって、セパレータの内部における電解液の保持性に優れている。
【0040】
親水性樹脂付与処理としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、架橋可能なポリビニルアルコール、又はポリアクリル酸などの親水性樹脂を付着させることができる。これらの親水性樹脂は適当な溶媒に溶解又は分散させた後、この溶媒中に不織布を浸漬したり、この溶媒を不織布に塗布又は散布し、乾燥して付着させることができる。なお、親水性樹脂の付着量は、通気性を損なわないように、セパレータ全体の0.3〜1mass%であるのが好ましい。
この架橋可能なポリビニルアルコールとしては、例えば、水酸基の一部を感光性基で置換したポリビニルアルコールがあり、より具体的には、感光性基としてスチリルピリジニウム系のもの、スチリルキノリニウム系のもの、スチリルベンゾチアゾリウム系のもので置換したポリビニルアルコールがある。この架橋可能なポリビニルアルコールも他の親水性樹脂と同様にして不織布に付着させた後、光照射によって架橋させることができる。このような水酸基の一部を感光性基で置換したポリビニルアルコールは耐アルカリ性に優れ、しかもイオンとキレートを形成できる水酸基を多く含んでおり、放電時及び/又は充電時に、極板上に樹枝状の金属が析出する前のイオンとキレートを形成し、電極間の短絡を生じにくいので好適に使用できる。
【0041】
本発明のセパレータの面密度は20〜100g/m2であるのが好ましく、より好ましくは40〜80g/m2である。面密度が20g/m2未満であると、引張り強さが不足する場合があり、100g/m2を越えると、厚さが厚くなり過ぎる傾向があるためである。また、セパレータの厚さは0.02〜0.21mmであるのが好ましい。
【0042】
本発明のセパレータはフィルム状の層によって極板のバリを受け止めることができ、引張り強さに優れ、巻回するなどの際に破断しにくいものであるため、ショートしにくいものである。また、電池使用時においても、フィルム状の層によって金属結晶を受け止めることができるため、ショートしにくいものである。更に、フィルム状の層によって適度な腰があるため、電池製造時の取り扱い性にも優れるものである。
そのため、例えば、アルカリマンガン電池、水銀電池、酸化銀電池、空気電池などの一次電池、ニッケル−カドミウム電池、銀−亜鉛電池、銀−カドミウム電池、ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池などの二次電池のセパレータとして好適に使用できるものである。
【0043】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、各種物性は次のようにして測定した値である。
「引張り強さ」は幅50mmの試験片を引張り強さ試験機(オリエンテック製、テンシロンUTM−III−100)のチャック間(チャック間距離:10cm)に固定し、引張り速度300mm/minで引張った時の値である。
「通気度」はJIS L 1096(6.27.1 A法(フラジール法))に規定される方法により測定した値である。
「平均孔径」はポロメーター(コールター社製)を用いてバブルポイント法により測定した値である。
【0044】
【実施例】
(実施例1)
芯成分がポリプロピレン(融点:160℃、断面円形)からなり、鞘成分が低密度ポリエチレン(融点:110℃)からなる、繊度2.2dtex、繊維長10mmの芯鞘型複合熱可塑性繊維20mass%と、引張り強さが10.6cN/dtex、繊度1.33dtex、繊維長10mmの高強度ポリプロピレン熱可塑性繊維(融点:166℃、断面円形)20mass%と、図1に示すような、ポリプロピレン成分(図中記号12、略三角形状で繊度0.133dtex(直径:4.3μm)のポリプロピレン極細繊維(融点:160℃)を8本と、略円形状で繊度0.089dtex(直径:3.5μm)のポリプロピレン極細繊維(融点:160℃)を1本発生可能)と、高密度ポリエチレン成分(図中記号11、略三角形状で繊度0.133dtex(直径:4.2μm)の高密度ポリエチレン極細繊維(融点:130℃)を8本発生可能)とからなる、繊度2.2dtex、繊維長5mmのオレンジ型複合熱可塑性繊維60mass%とを混合分散させたスラリーを、傾斜ワイヤー型短網方式により抄造して繊維ウエブ(面密度70g/m2)を形成し、乾燥した。なお、この湿式繊維ウエブは長さ方向に繊維が配向したものであった。
次いで、この湿式繊維ウエブをリライアントプレス機(アサヒ繊維機械工業、JR−1000LTS−E)により、湿式繊維ウエブ全体に対して、温度140℃での加熱処理及び圧力0.2MPaでの加圧処理を実施して、芯鞘型複合熱可塑性繊維の鞘成分(低密度ポリエチレン成分)及びオレンジ型複合熱可塑性繊維の高密度ポリエチレン成分を圧着して、圧着繊維ウエブを形成した。この圧着繊維ウエブのたて方向における引張り強さは272N/50mm幅であった。
次いで、この圧着繊維ウエブを無孔ロールからなる支持材上で、ノズル径0.13mm、ピッチ0.6mmで一列に配列したノズルプレートから圧力15MPaの水流を両面交互に2回づつ作用させた後に乾燥して不織布を製造した。なお、水流の反射流を吸引除去できるように、サクション装置を圧着繊維ウエブの上方に設置し、水流の反射流を吸引除去した。
この不織布の断面における電子顕微鏡写真(図2参照)から、厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層(厚さ:約45μm)を有し、このフィルム状の層の両面にフィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を備えたものであった。この繊維層を構成する繊維はいずれの繊維層も、繊維径12μmのポリプロピレン繊維(繊維長:10mm以下、繊維層中約7mass%を占める)、繊維径4.3μmのポリプロピレン極細繊維(繊維長:5mm以下、繊維層中約42mass%を占める)、繊維径4.2μmの高密度ポリエチレン極細繊維(繊維長:5mm以下、繊維層中約24mass%を占める)、及び繊維径13.7μmのポリプロピレン高強度繊維(引張り強さ:10.6cN/dtex、繊維長:10mm以下、繊維層中約27mass%を占める)から構成されていた。
次いで、この不織布を温度60℃の発煙硫酸溶液(15%SO3溶液)中に2分間浸漬して、スルホン化処理を実施した。次いで、このスルホン化処理した不織布を十分に水洗し、乾燥した後、カレンダー処理を実施して、本発明のセパレータ(面密度:66g/m2、厚さ:0.15mm)を製造した。このセパレータのたて方向における引張り強さは162N/50mm幅であった。また、セパレータの通気度は5.2cm/sで、平均孔径は8.3μmであった。
【0045】
(比較例1)
実施例1と同様にして製造した面密度70g/m2の湿式繊維ウエブ全体に対して、温度135℃に設定されたオーブンにより熱処理(無圧下)を実施して、芯鞘型複合熱可塑性繊維の鞘成分(低密度ポリエチレン)及びオレンジ型複合熱可塑性繊維の高密度ポリエチレン成分を融着して、融着繊維ウエブを形成した。この融着繊維ウエブのたて方向における引張り強さは130N/50mm幅であった。
次いで、実施例1と全く同様に水流を作用させて面密度70g/m2の不織布を製造した。この不織布の断面における電子顕微鏡写真(図3参照)から、厚さ方向に対して直角方向に、繊維の圧着によるフィルム状の層は全く存在しないものであることがわかった。
次いで、実施例1と同様にスルホン化処理、水洗、乾燥及びカレンダー処理を実施して、セパレータ(面密度:72g/m2、厚さ:0.15mm)を製造した。このセパレータのたて方向における引張り強さは133N/50mm幅であった。また、セパレータの通気度は18cm/sで、平均孔径は15.5μmであった。
【0046】
(電池製造時の不良率)
電池の集電体として、水酸化ニッケルを発泡ニッケル支持体に充填した正極(33mm幅、182mm長)と、ペースト式水素吸蔵合金負極(メッシュメタル系合金MmNi5型、33mm幅、247mm長)とを用意した。
次いで、33mm幅、410mm長に裁断した実施例1及び比較例1のセパレータをそれぞれ正極と負極との間に挟み、渦巻き状に巻回して、SC型対応の電極群を作成した。この時に、極板のバリによってショートしてしまい、電池を製造することができなかった割合を電池製造時の不良率とした。この結果は表1に示す通りであった。
【0047】
(容量維持率の測定)
電池の集電体として、水酸化ニッケルを発泡ニッケル支持体に充填した正極(33mm幅、182mm長)と、ペースト式水素吸蔵合金負極(メッシュメタル系合金MmNi5型、33mm幅、247mm長)とを用意した。
次いで、35mm幅、410mm長に裁断した各々のセパレータを、それぞれ正極と負極との間に挟み込み、渦巻き状に巻回して、SC型対応の電極群を作成した。次いで、この電極群を外装缶に収納した後、電解液として5N−水酸化カリウム及び1N−水酸化リチウムを外装缶に注液し、封缶して円筒型ニッケル−水素電池を作成した。
次いで、それぞれの円筒型ニッケル−水素電池を、充電率0.1Cで容量に対して150%充電した後、放電率0.1Cで放電し、終止電圧が1.0Vでの初期容量(A)を測定した。次いで、充電率0.1Cで容量に対して150%充電した後、温度65℃の恒温室内に5日間放置した。その後、再度、放電率0.1Cで放電し、終止電圧が1.0Vでの容量(B)を測定した。これらの結果から、次式により初期容量維持率(Ci、%)を算出した。この結果も表1に示す通りであった。
Ci=(B/A)×100
ここでCiは初期容量維持率、Aは初期容量、Bは放置後の容量をそれぞれ意味する。
これに続いて、前記と同様の充放電、つまり充電率0.1Cで容量に対して150%充電した後、終止電圧が1.0Vで放電率0.1Cで放電することを1サイクルとする充放電を200サイクル実施した後に、充電率0.1Cで容量に対して150%充電した後、温度65℃の恒温室内に5日間放置した。その後、再度、放電率0.1Cで放電し、終止電圧が1.0Vでの容量(C)を測定した。これらの結果から、次式により200サイクル後の容量維持率(C200、%)を算出した。この結果も表1に示す通りであった。
200=(C/A)×100
ここでC200は200サイクル後の容量維持率、Aは初期容量、Cは200サイクル後の容量をそれぞれ意味する。
更に、前記と同様の充放電、つまり充電率0.1Cで容量に対して150%充電した後、終止電圧が1.0Vで放電率0.1Cで放電することを1サイクルとする充放電を500サイクル実施した後に、充電率0.1Cで容量に対して150%充電した後、温度65℃の恒温室内に5日間放置した。その後、再度、放電率0.1Cで放電し、終止電圧が1.0Vでの容量(D)を測定した。これらの結果から、次式により500サイクル後の容量維持率(C500、%)を算出した。この結果も表1に示す通りであった。
500=(D/A)×100
ここでC500は500サイクル後の容量維持率、Aは初期容量、Dは500サイクル後の容量をそれぞれ意味する。
【0048】
【表1】

Figure 0004065637
この表1から明らかなように、本発明のセパレータは安定して電池を製造できるものであった。また、電池を繰り返し使用しても容量が低下しにくいものであった。
【0049】
【発明の効果】
本発明の電池用セパレータは、フィルム状の層によって極板のバリを受け止めることができ、また引張り強さに優れ、巻回するなどの際に破断しにくいものであるため、ショートしにくいものである。また、電池使用時においても、フィルム状の層によって金属結晶を受け止めることができるため、ショートしにくいものである。更に、フィルム状の層によって適度な腰があるため、電池製造時の取り扱い性にも優れるものである。
また、本発明のセパレータは繊維層を備えているため、この繊維層によって電解液を保持して、電池の起電反応を円滑に行なわせることができるものである。
【0050】
本発明の電池用セパレータの製造方法は、前記セパレータを簡易に製造することができる。
また、微孔フィルムと繊維ウエブ又は不織布とを一体化した場合と異なり、適度な微孔(極板で発生した酸素等が通過できる程度)を有するセパレータを容易に製造できる方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 オレンジ型複合熱可塑性繊維の模式的断面図
【図2】 実施例1のセパレータの断面の電子顕微鏡写真
【図3】 比較例1のセパレータの断面の電子顕微鏡写真
【符号の説明】
1 オレンジ型複合熱可塑性繊維
11 高密度ポリエチレン成分
12 ポリプロピレン成分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery separator and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a separator is used between the positive electrode and the negative electrode in order to separate the positive electrode and the negative electrode of the battery to prevent a short circuit and to keep the electrolyte solution and to smoothly perform an electromotive reaction.
In recent years, with the reduction in size and weight of electronic devices, the space occupied by batteries has become narrower. ing. For that purpose, since the amount of the active material of the electrode needs to be increased, the volume occupied by the separator is inevitably reduced. In addition, the volume occupied by the separator is inevitably reduced from the viewpoint of reducing the electrical resistance.
Conventionally, a nonwoven fabric is used as such a separator, but when the thickness of the separator (nonwoven fabric) is reduced as described above and the thickness reaches a level of 0.15 mm or less, the amount of fibers constituting the nonwoven fabric is reduced. The hole diameter tends to increase due to the decrease, and it is necessary to wind around the electrode plate group with a large tension to reduce the volume occupied by the separator. There was a tendency to become easy.
Also, for example, in the case of a secondary battery such as a nickel-hydrogen battery or a nickel-cadmium battery, a metal crystal is formed while charging and discharging are repeated, and the metal crystal penetrates the separator and shorts. There was also.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a battery separator that is not easily short-circuited by a metal crystal when forming an electrode plate group or when a battery is used. An object is to provide a manufacturing method.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The battery separator of the present invention (hereinafter referred to as “separator”) has a film-like layer formed by pressure bonding of fibers on the entire surface in a direction perpendicular to the thickness direction of the nonwoven fabric. Both sides A non-woven fabric provided with a fiber layer containing fibers bonded to the film-like layer From the group of non-woven fabrics having a film-like layer formed by pressure-bonding fibers on one side and a fiber layer containing fibers joined to the film-like layer on the other side, in the direction perpendicular to the thickness direction of the non-woven fabric. Selected non-woven fabric Consists of. Since the film-like layer is present over the entire surface, the film-like layer can catch the burr of the electrode plate, and has excellent tensile strength and is difficult to break when wound. Therefore, it is difficult to short-circuit when forming the electrode plate group. In addition, even when the battery is used, the metal crystal can be received by the film-like layer, so that the battery can be prevented from being short-circuited. Furthermore, since an appropriate waist is imparted by the film-like layer, it is excellent in handleability during battery production. Moreover, since the separator of this invention is equipped with the fiber layer, it can hold | maintain electrolyte solution by this fiber layer and can perform an electromotive reaction smoothly.
[0005]
In the method for producing a battery separator of the present invention, after a heat treatment and a pressure treatment are performed on the entire fiber web containing thermoplastic fibers to form a pressure-bonded fiber web, one or both sides of the pressure-bonded fiber web are formed. This is a method for manufacturing a separator as described above, in which a fluid flow is applied to the substrate.
Thus, according to the manufacturing method of the present invention, the separator as described above can be easily manufactured.
Further, unlike the case where the microporous film and the fiber web or the nonwoven fabric are integrated, it is a method by which a separator having appropriate micropores (a degree that allows oxygen generated in the electrode plate to pass through) can be easily manufactured.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The separator of the present invention can receive the burrs and metal crystals of the electrode plate, and has a film-like layer formed by pressure bonding of the fibers on the entire surface in the direction perpendicular to the thickness direction so as to be excellent in tensile strength. . In the case where a film-like region obtained by pressure bonding of fibers is partially provided in a direction perpendicular to the thickness direction of the separator, the above-described effect is insufficient.
“Thickness direction of nonwoven fabric (separator)” is 1 cm. 2 The direction perpendicular to the front and back virtual planes that can come into contact with the fibers constituting the surface of the nonwoven fabric (separator) when 500 g is loaded.
[0007]
The film-like layer of the separator of the present invention is a layer formed by pressure bonding of fibers. This “crimping” refers to a state in which individual fibers are deformed so as not to retain the cross-sectional shape inherent to each fiber, and are in close contact and integrated with surrounding fibers. In addition, the resin which has not been crimped | bonded in the crimped fiber may be contained. Such a film-like layer can be confirmed from, for example, an electron micrograph in a cross section of a nonwoven fabric (separator).
[0008]
Thus, since the film-like layer of the present invention is formed by pressure bonding of fibers, the nonwoven fabric (separator) of the present invention has a certain degree of air permeability. However, the high air permeability of the nonwoven fabric (separator) of the present invention means that the degree of pressure bonding of the fibers is low, and as a result, it is difficult to catch the burrs and metal crystals of the electrode plate, Since the strength becomes low, the air permeability of the nonwoven fabric (separator) of the present invention is preferably 15 cm / s or less, more preferably 10 cm / s or less. When the separator of the present invention is used for a sealed nickel-hydrogen battery or nickel-cadmium battery, oxygen generated from the positive electrode is quickly permeated to the negative electrode during overcharge to suppress an increase in battery internal pressure. It is preferable that it is 2 cm / s or more.
The “air permeability” in the present invention refers to a value obtained by measurement according to the method defined in JIS L 1096 (6.27.1 A method (Fragile method)).
[0009]
Similarly, the average pore diameter of the nonwoven fabric (separator) of the present invention is preferably 15 μm or less so that it can catch burrs and metal crystals of the electrode plate and is excellent in tensile strength, and is preferably 10 μm or less. More preferred. When the separator of the present invention is used for a sealed nickel-hydrogen battery or nickel-cadmium battery, oxygen generated from the positive electrode is quickly permeated to the negative electrode during overcharge to suppress an increase in battery internal pressure. It is preferable that the thickness is 3 μm or more.
The “average pore diameter” in the present invention refers to a value measured by a bubble point method using a porometer (manufactured by Coulter).
[0010]
The nonwoven fabric (separator) of the present invention preferably has a tensile strength in at least one direction of 150 N / 50 mm width or more, so that it does not break due to tension when forming the electrode plate group, and 170 N / 50 mm width. More preferably, it is more preferably 190 N / 50 mm width or more.
Conventionally, wet nonwoven fabrics have been used as nonwoven fabrics constituting separators from the viewpoint of uniform dispersibility of fibers, but the fiber length of fibers that can be used in this wet nonwoven fabric is about 25 mm at the maximum, and the entanglement between fibers is also weak. In some cases, it does not have a tensile strength of 150 N / 50 mm width or more.
On the other hand, the nonwoven fabric (separator) of the present invention has excellent tensile strength of 150 N / 50 mm width or more even if it is composed of fibers having a fiber length of 25 mm or less, which is excellent in uniform dispersibility of fibers.
This tensile strength is a value in at least one direction. Generally, when manufacturing a nonwoven fabric, fibers tend to be oriented in the flow direction of the nonwoven fabric, so the tensile strength in the flow direction of the nonwoven fabric (so-called vertical direction). Is the strongest.
"Tensile strength" is a non-woven fabric having a width of 50 mm fixed between chucks (distance between chucks: 10 cm) of a tensile strength tester (Orientec, Tensilon UTM-III-100), and a tensile speed of 300 mm / min. This is the value when pulled with.
[0011]
The thickness of the film-like layer is about 10 to 150 μm so that it can catch burrs and metal crystals of the electrode plate, and is excellent in tensile strength and can be increased in battery capacity. Is preferable, and it is more preferable that it is about 20-100 micrometers.
[0012]
The fiber that constitutes the film-like layer is preferably a thermoplastic fiber so that it can be easily pressure-bonded. Examples of the thermoplastic fiber include polyester resins, polyamide resins, polyolefin resins (eg, polyethylene resins, polypropylene resins, etc.), crystalline thermoplastic resins such as polyvinylidene chloride resins, and polyvinyl chloride resins. Resins, polystyrene-based resins, polyacrylonitrile-based resins, polyvinyl alcohol-based amorphous thermoplastic resins, and the like can be used.
Among these, when used for an alkaline battery, it is preferably composed of a polyolefin resin so as to be excellent in alkali resistance and oxidation resistance.
Examples of the polyolefin resin include polyethylene resins (for example, ultrahigh molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer, etc.), polypropylene resins ( For example, polypropylene, a propylene copolymer, etc.), polymethylpentene resin (for example, polymethylpentene, methylpentene copolymer, etc.) etc. can be mentioned.
[0013]
It should be noted that the composite thermoplastic fiber composed of two or more types of thermoplastic resins having different pressure bonding properties can maintain fiber strength with at least one type of thermoplastic resin even when at least one type of thermoplastic resin is pressure bonded, and has a high tensile strength. Since it can be set as the more excellent nonwoven fabric (separator), it is suitable.
The cross-sectional shape of the composite thermoplastic fiber can be, for example, a core-sheath type, an eccentric type, a side-by-side type, a sea-island type, an orange type, or a multiple bimetal type.
When the separator of the present invention is used for an alkaline battery, it is preferable that the composite thermoplastic fiber is composed only of the polyolefin resin as described above so that the composite thermoplastic fiber is also excellent in alkali resistance and oxidation resistance.
Examples of the composite thermoplastic fiber composed only of such a polyolefin resin include polyethylene resins (for example, ultrahigh molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer). Polymer) and a polypropylene resin, and a combination of high-density polyethylene and low-density polyethylene.
[0014]
Moreover, if the high-strength fiber having a tensile strength of 4.4 cN / dtex or more is included as the fiber that is the basis of the film-like layer, the burrs and metal crystals of the electrode plate are difficult to penetrate the separator. Therefore, it is preferable. The tensile strength of the high strength fiber is preferably 6.2 cN / dtex or more, more preferably 7.9 cN / dtex or more, and still more preferably 10.6 cN / dtex or more. In addition, although the upper limit of the tensile strength of a high strength fiber is not specifically limited, about 50 cN / dtex is suitable.
“Tensile strength” in the present invention refers to a value measured by a method defined in JIS L 1015 (chemical fiber staple test method).
When using the separator of this invention for an alkaline battery, it is preferable that resin which comprises a high strength fiber consists of polyolefin resin so that it may be excellent in alkali resistance and oxidation resistance. More specifically, for example, polyethylene resins (for example, ultrahigh molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer, etc.), polypropylene resins (for example, , Polypropylene, propylene copolymer, etc.) and polymethylpentene resin (for example, polymethylpentene, methylpentene copolymer, etc.). Among these, it is preferable to consist of a polypropylene resin or a polyethylene resin.
The high-strength fiber may be composed of one type of resin component, or two or more types of resin components may be mixed or combined. This high-strength fiber is also preferably combined with two or more kinds of resin components because it can contribute to the formation of a film-like layer and can suppress burr in the electrode plate and penetration of metal crystals. The fiber cross-sectional shape of the composite high-strength fiber can be, for example, a core-sheath type, an eccentric type, a side-by-side type, a sea-island type, an orange type, or a multiple bimetal type, contributing to the formation of a film-like layer The core-sheath type, the eccentric type or the sea-island type is preferable, and the core-sheath type is particularly preferable. More specifically, a high-strength fiber having a polypropylene resin as a core component and a polyethylene resin as a sheath component, which has a large difference in terms of pressure-bonding properties, is preferable.
[0015]
Since the nonwoven fabric of the present invention includes a fiber layer containing fibers bonded to the above-mentioned film-like layer on one side or both sides (preferably both sides) of the above-described film-like layer, an electrolyte solution is formed by this fiber layer. Can be maintained to ensure a smooth electromotive reaction.
Examples of the bonding state of the fiber constituting the fiber layer with the film-like layer include pressure bonding, fusion, part of the fiber constituting the film-like layer, and the like.
The fibers constituting the fiber layer may be composed of the same resin as the fiber that is the basis of the film-like layer, or may be composed of a different resin. It is preferable that at least one kind of fiber resin which is the basis of the layer is included.
When the separator of the present invention is used for an alkaline battery, it is preferable that the fiber that is the basis of the film-like layer is composed of a polyolefin resin as described above. Is also preferably made of a polyolefin resin. More specifically, polyethylene resins (for example, ultra-high molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer, etc.), polypropylene resins (for example, polypropylene) , Propylene copolymer, etc.) and polymethylpentene resin (eg, polymethylpentene, methylpentene copolymer, etc.). Among these, it is more preferable that the resin is composed of a polypropylene resin or a polyethylene resin.
[0016]
Although the fiber diameter of the fiber which comprises a fiber layer is not specifically limited, Since it is excellent in the retainability of electrolyte solution, it is suitable if the fiber diameter contains 6 micrometers or less. More preferably, it is 5 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but about 0.1 μm is appropriate.
Since the higher the abundance ratio of such ultrafine fibers, the better the retention of the electrolyte solution, it is preferable that each fiber layer contains 10 mass% or more, and more preferably contains 20 mass% or more. Preferably, 30 mass% or more is contained.
The fiber diameter in the present invention refers to the fiber diameter when the fiber cross-sectional shape is circular, and when the fiber cross-sectional shape is non-circular, it refers to the fiber diameter when the fiber cross-sectional shape is converted to a circle.
[0017]
The fiber constituting the fiber layer has a tensile strength of 4.4 cN / dtex or more (preferably 6.2 cN / dtex or more, more preferably 7.9 cN / dtex or more, 10.6 cN / dtex or more. It is more preferable that the high-strength fibers are more preferable because the burrs and metal crystals of the electrode plate are less likely to penetrate the separator.
This high-strength fiber is preferably composed of a polyolefin resin constituting the high-strength fiber constituting the film-like layer, and more preferably composed of a polypropylene resin or a polyethylene resin.
Such high-strength fibers are preferably contained in an amount of 5 mass% or more in each fiber layer, and more preferably 10 mass% or more.
[0018]
The fiber length of the fibers constituting such a fiber layer (for example, ultrafine fibers, high strength fibers, etc.) is not particularly limited, but is preferably 25 mm or less, and 20 mm so that the dispersibility of the fibers is excellent. More preferably, it is more preferably 15 mm or less.
[0019]
Thus, although the fiber layer of the nonwoven fabric (separator) of this invention contains the fiber joined with the film-like layer, when the fiber which comprises a fiber layer is joined with the film-like layer, it will be called dropping of a fiber. Since problems are less likely to occur, the more fibers that are bonded to the film-like layer, the better. In addition, even if the fibers constituting the fiber layer are not bonded to the film-like layer, the drop-off problem is solved if the fibers are bonded to another fiber bonded to the film-like layer constituting the fiber layer. it can.
[0020]
The separator of the present invention comprises a nonwoven fabric provided with a fiber layer on one or both sides of a film-like layer, and preferably has a fiber layer on both sides. When the fiber layers are provided on both surfaces, both surfaces do not need to be composed of the same fiber layer, and may be different in terms of the resin composition of the constituent fibers, the fineness, the fiber length, the composition of the constituent fibers, and the like.
[0021]
When the separator of the present invention is used for an alkaline battery, a polyolefin resin is suitable as the resin that constitutes the fiber that forms the fiber layer and the fiber that is the basis of the film-like layer of the separator of the present invention. , Electrolyte retention tends to be poor. Therefore, hydrophilization treatment selected from sulfonation treatment, fluorine gas treatment, vinyl monomer graft polymerization treatment, surfactant treatment, discharge treatment, or hydrophilic resin application treatment so as to have excellent electrolyte retention. Is preferably applied to the nonwoven fabric. These hydrophilic treatments will be described in the manufacturing method described later.
[0022]
Next, the manufacturing method of the separator (nonwoven fabric) of the present invention will be described.
The separator (nonwoven fabric) as described above of the present invention is subjected to heat treatment and pressure treatment on the entire fiber web containing thermoplastic fibers to form a crimped fiber web, and then one side of the crimped fiber web. Or it can manufacture by making a fluid flow act on both surfaces.
According to the manufacturing method of the present invention, first, a pressure-bonded fiber web consisting only of a film-like layer having a low air permeability and a small average pore diameter is formed by heat treatment and pressure treatment, and then the film is formed by the action of a fluid flow. Since the fibers constituting the layer are unraveled to expose the fibers and form a fiber layer, the separator as described above, that is, the burrs of the electrode plates and the penetration of metal crystals can be suppressed, and the tensile strength Can be easily manufactured.
Note that the air permeability can be adjusted as appropriate by adjusting the conditions of the heat treatment, the pressure treatment, or the fluid flow, and thus can correspond to various batteries.
In addition, since the thickness can be reduced by heat treatment and pressure treatment, a separator corresponding to an increase in capacity can be easily manufactured.
Furthermore, since it is a method which can be manufactured without laminating a microporous film and a nonwoven fabric or fiber web, it is a method which can manufacture a separator simply.
[0023]
In the method for producing a separator (nonwoven fabric) of the present invention, a fiber web containing thermoplastic fibers is first produced.
Examples of this thermoplastic fiber include polyester resins, polyamide resins, polyolefin resins (eg, polyethylene resins, polypropylene resins, etc.), crystalline thermoplastic resins such as polyvinylidene chloride resins, and polyvinyl chloride. One or more types of thermoplastic fibers composed of one or more types of resins such as amorphous thermoplastic resins such as a series resin, a polystyrene type resin, a polyacrylonitrile type resin, and a polyvinyl alcohol type can be used.
When the separator of the present invention is used for an alkaline battery, it is preferable to use a fiber composed of a polyolefin-based resin so as to be excellent in alkali resistance and oxidation resistance.
Examples of the polyolefin resin include polyethylene resins (for example, ultrahigh molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer, etc.), polypropylene resins ( Examples thereof include polypropylene and propylene copolymers) and polymethylpentene resins (for example, polymethylpentene and methylpentene copolymers).
[0024]
When a composite thermoplastic fiber composed of two or more types of thermoplastic resins having different pressure bonding properties is used as this thermoplastic fiber, even if at least one type of thermoplastic resin is pressure bonded, the fiber strength is increased by at least one type of thermoplastic resin. Therefore, a separator (nonwoven fabric) with more excellent tensile strength can be obtained, and at least one thermoplastic resin that has been pressure-bonded is destroyed and not pressure-bonded by the action of a fluid flow that is a subsequent process. It is preferable because fibers (preferably ultrafine fibers having a fiber diameter of 6 μm or less) made of at least one thermoplastic resin are generated to easily form a fiber layer.
The cross-sectional shape of the composite thermoplastic fiber can be, for example, a core-sheath type, an eccentric type, a side-by-side type, a sea-island type, an orange type, or a multiple bimetal type. Among these, the side-by-side type, the orange type, and the multi-bimetal type, which are easy to break down at least one thermoplastic resin that is pressure-bonded by the action of the fluid flow, are preferable, and the orange type and the multi-bimetal type that easily generate ultrafine fibers. It is more preferable that the thermoplastic resin to be pressure-bonded is an orange type that can be uniformly positioned on the fiber surface.
The fineness of such a composite thermoplastic fiber is preferably about 0.1 to 7 dtex (decitex) so as to easily generate ultrafine fibers having a fiber diameter of 6 μm or less.
Such composite thermoplastic fibers are preferably contained in the fiber web in an amount of 5 mass% or more.
“Two or more types of thermoplastic resins having different crimping properties” means a case where a heat treatment and a pressure treatment as described below are performed on a fiber web composed of fibers made of individual thermoplastic resins. And a combination of thermoplastic resins having different tensile strengths by 10% or more. A major factor affecting the crimpability is the melting point of the thermoplastic resin. If the difference in melting point of the thermoplastic resin is 10 ° C. or more (preferably 20 ° C. or more), two or more types of thermoplastic resins having different crimp properties are used. In many cases.
When used for an alkaline battery, the composite thermoplastic fiber is preferably composed only of the polyolefin resin as described above so that the composite thermoplastic fiber is also excellent in alkali resistance and oxidation resistance.
Examples of the composite thermoplastic fiber composed only of such a polyolefin resin include polyethylene resins (for example, ultrahigh molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer). Polymer) and a polypropylene resin, and a combination of high-density polyethylene and low-density polyethylene.
The “melting point” in the present invention refers to a temperature giving a maximum value of a melting endothermic curve obtained by heating from room temperature at a heating rate of 10 ° C./min using a differential calorimeter.
[0025]
The thermoplastic fiber has a tensile strength of 4.4 cN / dtex or more (preferably 6.2 cN / dtex or more, more preferably 7.9 cN / dtex or more, and 10.6 cN / dtex or more. (It is even more preferable) that high-strength fibers are present in the film-like layer and / or fiber layer, so that burrs and metal crystals on the electrode plate are difficult to penetrate the separator. Therefore, it is preferable.
When the separator of the present invention is used for an alkaline battery, the resin constituting the high-strength fiber is preferably made of a polyolefin resin, more preferably a polypropylene resin or a polyethylene resin. In addition, the high-strength fiber may be composed of one type of resin component, or two or more types of resin components may be mixed or combined, but if two or more types of resin components are combined, a film This is suitable because it can contribute to the formation of a layer. Examples of the fiber cross-sectional shape of the composite high-strength fiber include a core-sheath type, an eccentric type, a side-by-side type, a sea-island type, an orange type, and a multiple bimetal type. A core-sheath type, an eccentric type, or a sea-island type that can contribute is preferable, and a core-sheath type is particularly preferable. More specifically, a high-strength fiber having a polypropylene resin having a large difference in pressure-bonding properties as a core component and a polyethylene resin as a sheath component is preferable.
When thermoplastic fibers other than high-strength fibers are included, the high-strength fibers preferably constitute the fiber layer of the separator. Therefore, when the thermoplastic fibers other than high-strength fibers are pressure bonded, It is preferable that the resin constituting the high-strength fiber includes a resin that is harder to be crimped than a resin that can be crimped with a thermoplastic fiber so as not to be crimped. From the viewpoint of the melting point, it is preferable to use a high-strength fiber containing a resin having a melting point that is 10 ° C. or more, preferably 20 ° C. or more higher than the melting point of the thermoplastic fiber-bondable resin.
For example, when the resin that can be crimped to the thermoplastic fiber is made of a polyethylene resin, it is preferable that a polypropylene resin is included as the resin constituting the high-strength fiber. In addition, when the resin which can crimp a thermoplastic fiber consists of low density polyethylene or an ethylene copolymer, ultra high molecular weight polyethylene may be included as resin which comprises a high strength fiber.
Such high-strength fibers are preferably contained in the fiber web in an amount of at least 5 mass%, more preferably at least 10 mass%.
[0026]
The fiber web of the present invention contains the thermoplastic fibers as described above. However, if the amount of the thermoplastic fibers is small, the pressure-bonding becomes insufficient by the heat treatment and pressure treatment described later, resulting in the formation of a film-like layer. The thermoplastic fiber is preferably contained in the fiber web in an amount of 60 mass% or more, more preferably 80 mass% or more, and most preferably 100 mass% thermoplastic fiber. .
In addition, when two or more types of thermoplastic fibers are included, if all of the thermoplastic fibers are pressure-bonded, there is a tendency that the fiber layer is not easily formed by the action of the fluid flow. Therefore, at least one type of thermoplastic fiber is used. The resin preferably has a lower pressure-bonding property than other thermoplastic resins. More preferably, the at least one thermoplastic fiber is a composite thermoplastic fiber, and the at least one thermoplastic resin of the composite thermoplastic fiber is more compressible than the other thermoplastic resins of the composite thermoplastic fiber. Low is preferred.
From the viewpoint of the melting point which is the largest factor, it is preferable that at least one thermoplastic resin has a melting point of 10 ° C. or higher (preferably 20 ° C. or higher) and higher melting point than other thermoplastic resins. More preferably, the at least one thermoplastic fiber is a composite thermoplastic fiber, and the at least one thermoplastic resin of the composite thermoplastic fiber is 10 ° C. or higher than other thermoplastic resins of the composite thermoplastic fiber. (Preferably 20 ° C. or higher) It is preferable that the melting point is high.
When the thermoplastic fiber is composed of two types of polyolefin fibers, for example, (1) a combination of a polyolefin-based composite thermoplastic fiber composed of a polypropylene-based resin and a polyethylene-based resin and a polypropylene-based thermoplastic fiber, (2) a polypropylene-based fiber A combination of a polyolefin-based composite thermoplastic fiber composed of a resin and a polyethylene-based resin and a polyethylene-based thermoplastic fiber; (3) a polypropylene-based composite fiber composed of a polypropylene-based resin and a polyethylene-based resin; A combination such as a combination with a polyolefin-based composite thermoplastic fiber composed of the same or different polyethylene resin as the resin is preferable.
Examples of fibers other than thermoplastic fibers include, for example, regenerated fibers such as rayon, polynosic and cupra, semi-synthetic fibers such as acetate, inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, plant fibers such as cotton and hemp, wool, Animal fibers such as silk can be used.
Moreover, it is preferable that the fineness of any fiber constituting these fiber webs is about 0.1 to 7 dtex.
[0027]
The fiber web of the present invention contains the thermoplastic fiber as described above. Examples of the method for forming the fiber web include a wet method, a dry method such as a card method and an air lay method, a direct method such as a spun bond method and a melt blow method. The law can be adopted. Among these, it is preferable to form by a wet method that easily forms a film-like layer having a low air permeability and a small average pore diameter.
The fiber length of the fibers constituting the fiber web varies depending on the method of forming the fiber web, and is preferably about 1 to 25 mm when formed by a wet method, and about 25 to 160 mm when formed by a dry method. Preferably there is.
According to the production method of the present invention, a separator (nonwoven fabric) having sufficient tensile strength can be produced even when thermoplastic fibers having a short fiber length are used as in the wet method.
As this wet method, there are conventionally known methods such as a horizontal long net method, an inclined wire type short net method, a circular net method, or a long net / circular net combination method.
Note that the fiber orientation is close to one direction by adjusting the net moving speed and the slurry flow rate so that the tensile strength in at least one direction can be easily increased. Is preferred.
The fiber web may be composed of a single layer, the method of forming the fiber web, the type of fiber constituting the fiber web (especially the type of thermoplastic fiber), and the blend of fibers constituting the fiber web (particularly thermoplastic). Fiber webs that differ in terms of fiber blending), fineness of fibers constituting the fiber web (especially the fineness of thermoplastic fibers), fiber length of the fibers constituting the fiber web (particularly the fiber length of thermoplastic fibers), etc. You may be comprised from the layer or more.
For example, if a fiber web with a large amount of polyolefin-based thermoplastic fiber having a core-sheath cross section is placed between fiber webs with a large amount of polyolefin-based thermoplastic fiber having an orange-shaped cross section, the heat treatment described below is performed. In addition, it is easy to form a film-like layer having a low air permeability and a small average pore diameter in the vicinity of the center portion by pressurizing treatment, and contains a lot of ultrafine fibers having a fiber diameter of 6 μm or less by the action of fluid flow. A separator having an excellent fiber layer can be easily produced.
Further, the surface density of the fiber web is 20 to 100 g / m so that the entire fiber web can be pressure-bonded to form a film. 2 Is preferably 40 to 80 g / m. 2 It is more preferable that
[0028]
Subsequently, the whole fiber web is subjected to heat treatment and pressure treatment to form a pressure-bonded fiber web. As described above, since the heat treatment and the pressure treatment are performed on the entire fiber web, when the heat treatment and the pressure treatment are partially performed, or only the heat treatment is performed on the fiber web as a whole. A film-like layer, which cannot be obtained when carried out in the above, can be formed.
[0029]
Such heat treatment and pressure treatment can be performed simultaneously or separately. As an apparatus that can simultaneously perform the former heat treatment and pressure treatment, for example, there is a thermal calendar. An apparatus that can perform only the heat treatment includes a hot-air through heat treatment device, and a device that can perform only the pressure treatment includes a calendar.
In the case where the fiber web contains composite thermoplastic fibers, at least one kind of all composite thermoplastic fibers constituting the composite thermoplastic fibers so that a film-like layer can be easily formed by pressure bonding of the fibers. It is preferable to carry out the heat treatment and the pressure treatment under the condition in which the thermoplastic resin is pressure bonded.
From the viewpoint of the melting point which is the largest factor, in order to press-bond at least one kind of thermoplastic resin constituting the composite thermoplastic fiber of all the composite thermoplastic fibers, Of the thermoplastic resins having a low melting point, it is preferable to carry out the heat treatment at a temperature that is at least 10 ° C. lower than the melting point of the thermoplastic resin having the highest melting point.
For example, in the case of a fiber web containing a composite thermoplastic fiber having a melting point of 120 ° C. of the thermoplastic resin having the lowest melting point and a composite thermoplastic fiber having a melting point of 130 ° C. of the thermoplastic resin having the lowest melting point, The heat treatment is preferably performed at a temperature of 120 ° C. or higher. Further, the pressure treatment is preferably performed at a pressure of about 0.05 to 0.5 MPa so that the thermoplastic resin is sufficiently pressure-bonded.
In addition, if heat treatment and pressure treatment are performed under the condition that the entire thermoplastic fiber is pressure-bonded, it tends to be difficult to form a fiber layer due to the action of the next fluid flow. It is preferable that the heat treatment and the pressure treatment be performed under the condition that the plastic fiber is a composite thermoplastic fiber and at least one kind of the thermoplastic resin of the composite thermoplastic fiber is difficult to press.
From the viewpoint of the melting point which is the largest factor, 5 ° C. or more, preferably 8 ° C. higher than the melting point of the thermoplastic resin having the highest melting point so that the thermoplastic resin having the highest melting point of the composite thermoplastic fiber does not press. It is preferable to carry out the heat treatment at a lower temperature.
For example, in the case of a fiber web containing a composite thermoplastic fiber having a melting point of 160 ° C. of the thermoplastic resin having the highest melting point, the heat treatment is performed at a temperature of 155 ° C. or less, preferably at a temperature of 152 ° C. or less. It is preferable to do this.
For example, when a heat treatment and a pressure treatment are performed on a wet fiber web including a core-sheath type composite thermoplastic fiber and an orange type composite thermoplastic fiber, the heat treatment and the pressure treatment may cause at least the pressure-bonded fiber web. It is preferable that the pressure is sufficiently bonded to such an extent that the tensile strength in one direction is 250 N / 50 mm width or more.
[0030]
Next, the separator (nonwoven fabric) of the present invention can be produced by applying a fluid flow to one or both sides of the pressure-bonded fiber web produced as described above. By applying a fluid flow to the crimped fiber web, a fiber layer can be formed on the surface on which the fluid flow is applied. Therefore, if a fluid flow is applied to one side, the fiber layer is provided on one side. In addition, a separator (nonwoven fabric) having a film-like layer on the other side can be produced. If a fluid flow is applied to both sides, a fiber layer is provided on both sides and a film-like layer is provided near the center. It is possible to manufacture a separator (nonwoven fabric). In general, since it is preferable that an electrolyte exists around both electrodes, it is preferable to have a fiber layer on both sides of the film-like layer.
In this way, the fiber layer can be formed by releasing a fiber pressed by a fluid flow from a pressure-bonded state, or destroying and removing a thermoplastic resin pressed by a fluid flow, and a fiber made of a non-pressed thermoplastic resin. This is thought to be due to exposing the surface to the surface.
From such a viewpoint, it is preferable that all the thermoplastic fibers constituting the pressure-bonded fiber web are composite thermoplastic fibers, and at least one thermoplastic resin of all the composite thermoplastic fibers is not pressure-bonded. By being in such a state, it becomes easy to generate ultrafine fibers having a fiber diameter of 6 μm or less.
For example, when the fibers constituting the pressure-bonding fiber web are composed of two types of polyolefin-based composite thermoplastic fibers, the polyolefin-based composite thermoplastic fibers composed of a polypropylene-based resin and a polyethylene-based resin are the same as or different from the same or different polypropylene-based resins. It is preferably composed of a combination of polyolefin-based composite thermoplastic fibers composed of different polyethylene-based resins.
In addition, when making a fluid flow act on both surfaces of a crimping | compression-bonding fiber web, the action conditions may be the same or different. By adjusting the degree of action of the fluid flow, the state of the fiber layer can be changed, and as a result, the amount of electrolyte around the electrode can be adjusted.
[0031]
The fluid flow is preferably water that is easy to handle.
More specifically, for example, a fluid flow may be ejected from a nozzle plate in which nozzles are arranged in a row or in two or more rows with a diameter of 0.05 to 0.3 mm and a pitch of 0.2 to 3 mm onto a crimped fiber web. . Such a fluid flow may be ejected one or more times. As described above, it is considered that the fiber that has been crimped by the fluid flow is released from the crimped state, or the crimped thermoplastic resin is destroyed and removed. More specifically, it is preferable to eject a fluid flow of 5 MPa or more, preferably 8 MPa or more.
When the fluid flow is applied, the support material that supports the pressure-bonded fiber web may have an opening such as a net or may not have an opening. The latter, which has no opening, is preferable because it is difficult to form an opening in the pressure-bonded fiber web even when a fluid flow acts, and a separator having low air permeability, a small average pore diameter, and short-circuit can be manufactured. Support material. It should be noted that the portion that does not have an opening, that is, is nonporous, does not have to be the entire support material, and at least the portion corresponding to the fluid flow operating portion is sufficient. Examples of the shape of the nonporous support material include a roll shape and a flat plate shape.
In addition, when a non-porous support material is used in this way, there are few places where the fluid flow can be discharged like a support material having an opening, so that the fluid stays on the crimped fiber web and the fluid flow There is a tendency to reduce the effect. Therefore, it is preferable that a means (for example, a suction device) capable of sucking and removing the reflected flow of the fluid flow is installed in the vicinity (for example, the upper side) of the pressure-bonded fiber web so that the fluid does not stay on the pressure-bonded fiber web.
[0032]
A separator having a fiber layer on one side or both sides of a film-like layer can be produced by the action of the fluid flow as described above. If further tensile strength or rigidity is required, the fibers constituting the fiber layer may be fused together. In addition, since this fiber layer needs to hold | maintain electrolyte solution, when fusing the fiber which comprises a fiber layer, it is preferable not to apply a pressure.
[0033]
As described above, the separator (nonwoven fabric) of the present invention, that is, the film-like layer formed by pressure bonding of the fibers is provided on the entire surface in the direction perpendicular to the thickness direction of the nonwoven fabric, and one side or both sides of the film-like layer. Moreover, the separator (nonwoven fabric) provided with the fiber layer containing the fiber joined to the said film-like layer can be manufactured.
In addition, as a fiber constituting the fiber layer, a separator (nonwoven fabric) including an ultrafine fiber having a fiber diameter of 6 μm or less uses, for example, a fiber having a fiber diameter of 6 μm or less as a thermoplastic fiber constituting the crimped fiber web, It can be manufactured by using a composite thermoplastic fiber containing a thermoplastic resin having a diameter of 6 μm or less, which is not subjected to pressure bonding by heat treatment and pressure treatment at the time of forming a pressure-bonded fiber web.
Moreover, the separator (nonwoven fabric) in which the fiber length of the fibers constituting the fiber layer is 25 mm or less can be produced by using a fiber web (for example, wet fiber web) from fibers having a fiber length of 25 mm or less. it can.
A separator (nonwoven fabric) containing high strength fibers having a tensile strength of 4.4 cN / dtex or more as fibers constituting the fiber layer, for example, has a tensile strength of 4.4 cN / dtex as fibers constituting the fiber web. It can manufacture by including the above high strength fiber.
Furthermore, a nonwoven fabric having an air permeability of 15 cm / s or less, an average pore diameter of 15 μm or less, or a tensile strength in at least one direction of 150 N / 50 mm width or more, for example, increases the amount of thermoplastic fibers. Increasing the amount of composite thermoplastic fibers as thermoplastic fibers, forming dense fiber webs (e.g., forming by a wet method), sufficiently pressing the fiber web by heat treatment and pressure treatment, non-porous It can be manufactured by satisfying the conditions such as not to damage the film-like layer such as using a quality support material.
[0034]
Although the separator of the present invention is composed of the above-described nonwoven fabric, since it is preferable to use polyolefin fibers as thermoplastic fibers so as to be excellent in alkali resistance and oxidation resistance, the electrolytic solution retention tends to be poor. . Therefore, it is preferable to further perform a hydrophilization treatment selected from sulfonation treatment, fluorine gas treatment, vinyl monomer graft polymerization treatment, surfactant treatment, discharge treatment, or hydrophilic resin application treatment.
Hereinafter, although the aspect which implements a hydrophilic treatment with respect to a nonwoven fabric is demonstrated, after performing a hydrophilic treatment with respect to the fiber which comprises a nonwoven fabric, even when manufacturing a nonwoven fabric, a hydrophilic treatment is implemented similarly. It ’s fine.
[0035]
The sulfonation treatment is not particularly limited. For example, the nonwoven fabric as described above is immersed in a solution composed of fuming sulfuric acid, sulfuric acid, chlorosulfuric acid or sulfuryl chloride, or sulfur trioxide gas is brought into contact with the nonwoven fabric. There is a method of introducing a sulfonic acid group by applying a discharge in a state where a nonwoven fabric is arranged in the presence of sulfur monoxide gas or sulfur dioxide gas.
[0036]
The fluorine gas treatment is not particularly limited. For example, fluorine gas diluted with an inert gas (for example, nitrogen gas, argon gas, etc.), oxygen gas, carbon dioxide gas, and sulfur dioxide gas. The fiber surface of the nonwoven fabric can be hydrophilized by exposing the nonwoven fabric to a mixed gas with at least one gas selected from the above. In addition, after making sulfur dioxide gas adhere to a nonwoven fabric beforehand and making fluorine gas contact, permanent hydrophilicity can be provided more efficiently.
[0037]
In the graft polymerization of the vinyl monomer, for example, acrylic acid, methacrylic acid, acrylic ester, methacrylic ester, vinyl pyridine, vinyl pyrrolidone or styrene can be used as the vinyl monomer. When styrene is graft-polymerized, it is preferably sulfonated in order to impart affinity with the electrolytic solution. Among these, acrylic acid can be suitably used because of its excellent affinity with the electrolytic solution.
As a method for polymerizing these vinyl monomers, for example, a method in which a nonwoven fabric is dipped in a solution containing a vinyl monomer and a polymerization initiator and heated, a method in which a vinyl monomer is applied to the nonwoven fabric and radiation is applied, and a radiation is irradiated in the nonwoven fabric Then, there are a method of contacting with a vinyl monomer, a method of impregnating a nonwoven fabric with a vinyl monomer solution containing a sensitizer, and then irradiating with ultraviolet rays. If the surface of the nonwoven fabric is modified by ultraviolet irradiation, corona discharge, plasma discharge, etc. before contacting the vinyl monomer solution and the nonwoven fabric, the graft monomer can be efficiently graft-polymerized because of its high affinity with the vinyl monomer solution. .
[0038]
Examples of the surfactant treatment include an anionic surfactant (for example, an alkali metal salt of a higher fatty acid, an alkyl sulfonate, or a sulfosuccinate ester salt), or a nonionic surfactant (for example, a polyoxyethylene alkyl). The nonwoven fabric can be immersed in a solution of ether or polyoxyethylene alkylphenol ether), or this solution can be applied to or dispersed on the nonwoven fabric.
[0039]
Examples of the discharge treatment include corona discharge treatment, plasma treatment, glow discharge treatment, creeping discharge treatment, and electron beam treatment. Among these discharge treatments, under atmospheric pressure in air, a non-woven fabric is placed between a pair of electrodes each carrying a dielectric so as to be in contact with both of these dielectrics, and an AC voltage is applied between these two electrodes. When the method is applied and discharge is generated in the voids inside the nonwoven fabric, not only the outside of the nonwoven fabric but also the surface of the fibers constituting the inside of the nonwoven fabric can be treated. Therefore, it is excellent in the holding | maintenance of the electrolyte solution in the inside of a separator.
[0040]
As hydrophilic resin provision processing, hydrophilic resins, such as carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol, crosslinkable polyvinyl alcohol, or polyacrylic acid, can be made to adhere, for example. These hydrophilic resins can be dissolved or dispersed in a suitable solvent, and then the nonwoven fabric can be immersed in the solvent, or this solvent can be applied or dispersed on the nonwoven fabric and dried to be adhered. In addition, it is preferable that the adhesion amount of hydrophilic resin is 0.3-1 mass% of the whole separator so that air permeability may not be impaired.
Examples of the crosslinkable polyvinyl alcohol include polyvinyl alcohol in which a part of the hydroxyl group is substituted with a photosensitive group. More specifically, the photosensitive group is a styrylpyridinium type or styrylquinolinium type. And polyvinyl alcohol substituted with a styrylbenzothiazolium-based one. This crosslinkable polyvinyl alcohol can also be cross-linked by light irradiation after being attached to the nonwoven fabric in the same manner as other hydrophilic resins. Polyvinyl alcohol in which a part of such hydroxyl groups is substituted with a photosensitive group is excellent in alkali resistance and contains many hydroxyl groups that can form chelates with ions, and is dendritic on the electrode plate during discharge and / or charge. This forms a chelate with the ions before the metal is deposited, and it is difficult to cause a short circuit between the electrodes.
[0041]
The surface density of the separator of the present invention is 20 to 100 g / m. 2 Is preferable, and more preferably 40 to 80 g / m. 2 It is. Areal density is 20 g / m 2 If it is less than 100 g / m, the tensile strength may be insufficient. 2 This is because the thickness tends to be too large. Moreover, it is preferable that the thickness of a separator is 0.02-0.21 mm.
[0042]
The separator of the present invention can catch the burrs of the electrode plate with a film-like layer, has excellent tensile strength, and is difficult to break when being wound, and therefore is not easily short-circuited. Further, even when the battery is used, the metal crystal can be received by the film-like layer, so that it is difficult to cause a short circuit. Furthermore, since the film-like layer has an appropriate waist, it is excellent in handleability during battery production.
Therefore, for example, primary batteries such as alkaline manganese batteries, mercury batteries, silver oxide batteries, air batteries, secondary batteries such as nickel-cadmium batteries, silver-zinc batteries, silver-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, nickel-hydrogen batteries, etc. It can be suitably used as a battery separator.
[0043]
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples. Various physical properties are values measured as follows.
"Tensile strength" is a test piece with a width of 50 mm fixed between the chucks of a tensile strength tester (Orientec, Tensilon UTM-III-100) (distance between chucks: 10 cm) and pulled at a pulling speed of 300 mm / min. It is the value when.
“Air permeability” is a value measured by a method defined in JIS L 1096 (6.27.1 A method (Fragile method)).
“Average pore diameter” is a value measured by a bubble point method using a porometer (manufactured by Coulter).
[0044]
【Example】
Example 1
The core component is made of polypropylene (melting point: 160 ° C., circular in cross section), the sheath component is made of low density polyethylene (melting point: 110 ° C.), the core-sheath type composite thermoplastic fiber having a fineness of 2.2 dtex and a fiber length of 10 mm is 20 mass%. A high strength polypropylene thermoplastic fiber having a tensile strength of 10.6 cN / dtex, a fineness of 1.33 dtex, and a fiber length of 10 mm (melting point: 166 ° C., circular in cross section) 20 mass%, and a polypropylene component (see FIG. 1). Medium symbol 12, approximately triangular, 8 polypropylene ultrafine fibers (melting point: 160 ° C.) with a fineness of 0.133 dtex (diameter: 4.3 μm), and substantially circular with a fineness of 0.089 dtex (diameter: 3.5 μm) Polypropylene ultrafine fiber (melting point: 160 ° C) can be generated) and high-density polyethylene component (symbol 11 in the figure, approximately triangular shape and fineness) 0.133 dtex (diameter: 4.2 μm) high-density polyethylene ultrafine fibers (melting point: 130 ° C., 8 can be generated), orange-type composite thermoplastic fiber 60 mass% with a fineness of 2.2 dtex and a fiber length of 5 mm; The slurry obtained by mixing and dispersing is made into a fiber web (surface density: 70 g / m) by using an inclined wire type short net system. 2 ) And dried. The wet fiber web had fibers oriented in the length direction.
Next, the wet fiber web is subjected to a heat treatment at a temperature of 140 ° C. and a pressure treatment at a pressure of 0.2 MPa on the whole wet fiber web by a compliant press machine (Asahi Textile Machine Industry, JR-1000LTS-E). In practice, the sheath component (low density polyethylene component) of the core-sheath type composite thermoplastic fiber and the high density polyethylene component of the orange type composite thermoplastic fiber were pressure-bonded to form a pressure-bonded fiber web. The tensile strength in the warp direction of this press-bonded fiber web was 272 N / 50 mm width.
Next, after this pressure-bonded fiber web was applied to a support plate made of a non-porous roll, a water flow having a pressure of 15 MPa from a nozzle plate arranged in a row with a nozzle diameter of 0.13 mm and a pitch of 0.6 mm was applied twice alternately on both sides. The nonwoven fabric was produced by drying. In addition, the suction apparatus was installed above the crimping | compression-bonding fiber web so that the reflected flow of a water flow could be suction-removed, and the reflected flow of the water flow was suction-removed.
From the electron micrograph (refer to FIG. 2) in the cross section of this nonwoven fabric, a film-like layer (thickness: about 45 μm) is formed on the entire surface in the direction perpendicular to the thickness direction, and this film-like layer The fiber layer containing the fiber joined to the film-like layer was provided on both sides. The fibers constituting this fiber layer are all polypropylene fibers having a fiber diameter of 12 μm (fiber length: 10 mm or less, occupying about 7 mass% in the fiber layer), and polypropylene microfibers having a fiber diameter of 4.3 μm (fiber length: 5 mm or less, occupying about 42 mass% in the fiber layer), high-density polyethylene ultrafine fiber having a fiber diameter of 4.2 μm (fiber length: 5 mm or less, occupying about 24 mass% in the fiber layer), and polypropylene having a fiber diameter of 13.7 μm It was composed of strength fibers (tensile strength: 10.6 cN / dtex, fiber length: 10 mm or less, occupying about 27 mass% in the fiber layer).
The nonwoven fabric was then treated with fuming sulfuric acid solution (15% SO Three The solution was immersed in the solution for 2 minutes to carry out the sulfonation treatment. Next, the sulfonated nonwoven fabric was sufficiently washed with water, dried, and then subjected to a calendar treatment, whereby the separator of the present invention (surface density: 66 g / m 2 , Thickness: 0.15 mm). The tensile strength in the vertical direction of this separator was 162 N / 50 mm width. The separator had an air permeability of 5.2 cm / s and an average pore diameter of 8.3 μm.
[0045]
(Comparative Example 1)
Area density of 70 g / m produced in the same manner as in Example 1. 2 The whole wet fiber web is heat-treated (under no pressure) in an oven set at a temperature of 135 ° C., and the sheath component (low density polyethylene) of the core-sheath composite thermoplastic fiber and orange composite thermoplastic fiber The high-density polyethylene component was fused to form a fused fiber web. The tensile strength in the warp direction of this fused fiber web was 130 N / 50 mm width.
Next, the surface density was 70 g / m by applying a water flow in the same manner as in Example 1. 2 A non-woven fabric was produced. From the electron micrograph (see FIG. 3) in the cross section of this nonwoven fabric, it was found that there was no film-like layer formed by pressure bonding of the fibers in the direction perpendicular to the thickness direction.
Subsequently, sulfonation treatment, washing with water, drying and calendar treatment were carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a separator (surface density: 72 g / m 2 , Thickness: 0.15 mm). The tensile strength in the vertical direction of this separator was 133 N / 50 mm width. The separator had an air permeability of 18 cm / s and an average pore diameter of 15.5 μm.
[0046]
(Defect rate during battery manufacturing)
As a battery current collector, a positive electrode (33 mm wide, 182 mm long) filled with nickel hydroxide in a nickel foam support, and a paste type hydrogen storage alloy negative electrode (mesh metal alloy MmNi) Five Mold, 33 mm width, 247 mm length).
Next, the separators of Example 1 and Comparative Example 1 cut to a width of 33 mm and a length of 410 mm were sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, respectively, and wound in a spiral shape to create an SC-type electrode group. At this time, the rate at which the battery could not be manufactured due to a short circuit due to burrs on the electrode plate was defined as the defective rate during battery manufacture. The results are shown in Table 1.
[0047]
(Measurement of capacity maintenance rate)
As a battery current collector, a positive electrode (33 mm wide, 182 mm long) filled with nickel hydroxide in a nickel foam support, and a paste type hydrogen storage alloy negative electrode (mesh metal alloy MmNi) Five Mold, 33 mm width, 247 mm length).
Next, each separator cut to a width of 35 mm and a length of 410 mm was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, respectively, and wound in a spiral shape to prepare an SC-type electrode group. Next, after this electrode group was housed in an outer can, 5N-potassium hydroxide and 1N-lithium hydroxide were poured into the outer can as electrolytes, and sealed to prepare a cylindrical nickel-hydrogen battery.
Next, each cylindrical nickel-hydrogen battery was charged at a charging rate of 0.1 C and 150% of the capacity, then discharged at a discharging rate of 0.1 C, and an initial capacity (A) at a final voltage of 1.0 V. Was measured. Next, after charging 150% of the capacity at a charging rate of 0.1 C, it was left in a thermostatic chamber at a temperature of 65 ° C. for 5 days. Thereafter, the battery was discharged again at a discharge rate of 0.1 C, and the capacity (B) at a final voltage of 1.0 V was measured. From these results, the initial capacity retention ratio (Ci,%) was calculated by the following equation. This result was also as shown in Table 1.
Ci = (B / A) × 100
Here, Ci means an initial capacity maintenance ratio, A means an initial capacity, and B means a capacity after being left.
Subsequently, the same charge / discharge as described above, that is, after charging 150% of the capacity at a charging rate of 0.1 C, discharging at a discharge voltage of 0.1 C with a final voltage of 1.0 V is defined as one cycle. After 200 cycles of charge / discharge, the battery was charged 150% of the capacity at a charging rate of 0.1 C, and then left in a thermostatic chamber at a temperature of 65 ° C. for 5 days. Thereafter, the battery was discharged again at a discharge rate of 0.1 C, and the capacity (C) at a final voltage of 1.0 V was measured. From these results, the capacity retention rate after 200 cycles (C 200 %) Was calculated. This result was also as shown in Table 1.
C 200 = (C / A) x 100
Where C 200 Is the capacity retention rate after 200 cycles, A is the initial capacity, and C is the capacity after 200 cycles.
Furthermore, the same charging / discharging as described above, that is, charging / discharging with one cycle of charging at a discharge rate of 0.1 C with a final voltage of 1.0 V after charging 150% of the capacity at a charge rate of 0.1 C. After 500 cycles, the battery was charged 150% of the capacity at a charging rate of 0.1 C, and then left in a thermostatic chamber at a temperature of 65 ° C. for 5 days. Thereafter, the battery was discharged again at a discharge rate of 0.1 C, and the capacity (D) at a final voltage of 1.0 V was measured. From these results, the capacity retention rate after 500 cycles (C 500 %) Was calculated. This result was also as shown in Table 1.
C 500 = (D / A) x 100
Where C 500 Denotes a capacity retention rate after 500 cycles, A denotes an initial capacity, and D denotes a capacity after 500 cycles.
[0048]
[Table 1]
Figure 0004065637
As apparent from Table 1, the separator of the present invention was able to produce a battery stably. Moreover, even if the battery was repeatedly used, the capacity was difficult to decrease.
[0049]
【The invention's effect】
The battery separator of the present invention can catch the burrs of the electrode plate with a film-like layer, is excellent in tensile strength, and is difficult to break when wound, so it is difficult to short-circuit. is there. Further, even when the battery is used, the metal crystal can be received by the film-like layer, so that it is difficult to cause a short circuit. Furthermore, since the film-like layer has an appropriate waist, it is excellent in handleability during battery production.
Moreover, since the separator of this invention is equipped with the fiber layer, electrolyte solution can be hold | maintained by this fiber layer, and the electromotive reaction of a battery can be performed smoothly.
[0050]
The battery separator manufacturing method of the present invention can easily manufacture the separator.
Further, unlike the case where the microporous film and the fiber web or the nonwoven fabric are integrated, it is a method by which a separator having appropriate micropores (a degree that allows oxygen generated in the electrode plate to pass through) can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an orange type composite thermoplastic fiber.
2 is an electron micrograph of a cross section of the separator of Example 1. FIG.
3 is an electron micrograph of a cross section of the separator of Comparative Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Orange type composite thermoplastic fiber
11 High-density polyethylene component
12 Polypropylene component

Claims (14)

不織布の厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層を有し、前記フィルム状の層の両面に、前記フィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を備えている不織布、不織布の厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層を片面に有し、前記フィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を他面に有する不織布の群から選ばれる不織布からなることを特徴とする電池用セパレータ。A film-like layer formed by pressure bonding of fibers is provided on the entire surface in a direction perpendicular to the thickness direction of the nonwoven fabric, and a fiber layer including fibers bonded to the film-like layer is provided on both surfaces of the film-like layer. A nonwoven fabric having a film layer formed by pressure bonding of fibers on one side and a fiber layer containing fibers bonded to the film-like layer on the other surface. A battery separator comprising a nonwoven fabric selected from the group . 繊維層を構成する繊維として、繊維径6μm以下の極細繊維を含んでいることを特徴とする、請求項1記載の電池用セパレータ。  2. The battery separator according to claim 1, wherein the fiber constituting the fiber layer includes an ultrafine fiber having a fiber diameter of 6 [mu] m or less. 繊維層を構成する繊維の繊維長が25mm以下であることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の電池用セパレータ。  The battery separator according to claim 1 or 2, wherein the fiber length of the fibers constituting the fiber layer is 25 mm or less. 繊維層を構成する繊維として、引張り強さが4.4cN/dtex以上の高強度繊維を含んでい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。  The battery separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the fiber constituting the fiber layer includes a high-strength fiber having a tensile strength of 4.4 cN / dtex or more. 通気度が15cm/s以下であることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電池用セパレータ。  The battery separator according to any one of claims 1 to 4, wherein the air permeability is 15 cm / s or less. 平均孔径が15μm以下であることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の電池用セパレータ。  The battery separator according to any one of claims 1 to 5, wherein an average pore diameter is 15 µm or less. 少なくとも一方向における引張り強さが150N/50mm幅以上であることを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれかに記載の電池用セパレータ。  7. The battery separator according to claim 1, wherein the tensile strength in at least one direction is 150 N / 50 mm width or more. スルホン化処理、フッ素ガス処理、ビニルモノマーのグラフト重合処理、界面活性剤処理、放電処理、或は親水性樹脂付与処理の中から選ばれる親水化処理が施された不織布からなることを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれかに記載の電池用セパレータ。  It consists of a nonwoven fabric subjected to a hydrophilization treatment selected from sulfonation treatment, fluorine gas treatment, vinyl monomer graft polymerization treatment, surfactant treatment, discharge treatment, or hydrophilic resin application treatment. The battery separator according to any one of claims 1 to 7. 熱可塑性繊維を含む繊維ウエブの全体に対して、加熱処理及び加圧処理を実施して圧着繊維ウエブを形成した後、前記圧着繊維ウエブの片面又は両面に対して流体流を作用させることを特徴とする、不織布の厚さ方向に対して直角方向全面に、繊維の圧着によるフィルム状の層を有し、前記フィルム状の層の片面又は両面に、前記フィルム状の層と接合した繊維を含む繊維層を備えている不織布からなる電池用セパレータの製造方法。  A heat treatment and a pressure treatment are performed on the entire fiber web containing thermoplastic fibers to form a pressure-bonded fiber web, and then a fluid flow is applied to one or both sides of the pressure-bonded fiber web. And including a fiber bonded to the film-like layer on one side or both sides of the film-like layer on a whole surface in a direction perpendicular to the thickness direction of the nonwoven fabric by a fiber pressure bonding. The manufacturing method of the battery separator which consists of a nonwoven fabric provided with the fiber layer. 熱可塑性繊維として、圧着性の異なる2種類以上の熱可塑性樹脂からなる複合熱可塑性繊維を含んでいることを特徴とする、請求項9に記載の電池用セパレータの製造方法。  The method for producing a battery separator according to claim 9, wherein the thermoplastic fiber includes composite thermoplastic fibers made of two or more types of thermoplastic resins having different crimping properties. 繊維ウエブが湿式法により製造された湿式繊維ウエブからなることを特徴とする、請求項9又は請求項10記載の電池用セパレータの製造方法。  The method for producing a battery separator according to claim 9 or 10, wherein the fiber web comprises a wet fiber web produced by a wet method. 全ての複合熱可塑性繊維の、複合熱可塑性繊維を構成する少なくとも1種類の熱可塑性樹脂が圧着する条件下で、加熱処理及び加圧処理を実施することを特徴とする、請求項10に記載の電池用セパレータの製造方法。  The heat treatment and the pressure treatment are performed under a condition in which at least one kind of thermoplastic resin constituting the composite thermoplastic fiber of all the composite thermoplastic fibers is pressure-bonded. Manufacturing method of battery separator. 流体流を作用させる際に、圧着繊維ウエブを支持する支持材として、少なくとも流体流の作用部に相当する箇所が無孔質である支持材を使用することを特徴とする、請求項9〜請求項12のいずれかに記載の電池用セパレータの製造方法。  The support material for supporting the pressure-bonding fiber web when the fluid flow is applied uses a support material having at least a portion corresponding to the fluid flow acting portion as non-porous material. Item 13. A method for producing a battery separator according to any one of Items 12 to 13. 不織布を形成した後、更にスルホン化処理、フッ素ガス処理、ビニルモノマーのグラフト重合処理、界面活性剤処理、放電処理、或は親水性樹脂付与処理の中から選ばれる親水化処理を実施することを特徴とする、請求項9〜請求項13のいずれかに記載の電池用セパレータの製造方法。  After the non-woven fabric is formed, a hydrophilization treatment selected from sulfonation treatment, fluorine gas treatment, vinyl monomer graft polymerization treatment, surfactant treatment, discharge treatment, or hydrophilic resin application treatment is carried out. The method for producing a battery separator according to any one of claims 9 to 13, wherein the battery separator is characterized in that
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