JP4377553B2 - Electric double layer capacitor separator - Google Patents
Electric double layer capacitor separator Download PDFInfo
- Publication number
- JP4377553B2 JP4377553B2 JP2001067563A JP2001067563A JP4377553B2 JP 4377553 B2 JP4377553 B2 JP 4377553B2 JP 2001067563 A JP2001067563 A JP 2001067563A JP 2001067563 A JP2001067563 A JP 2001067563A JP 4377553 B2 JP4377553 B2 JP 4377553B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- fiber
- double layer
- electric double
- fibers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気二重層キャパシタ用セパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタは比較的大きな容量をもち、しかも長寿命かつ急速充放電が可能であることから、電源の平滑化、ノイズ吸収などの従来の用途以外に、パーソナルコンピューターのメモリーバックアップ電源、二次電池の補助又は代替に用いられてきており、近年においては電気自動車用の二次電池としての用途が期待されている。
この電気二重層キャパシタはイオン性溶液中に1対の電極が浸漬された構造を有している。この電気二重層キャパシタに電圧を印加すると、電極と反対符号のイオンが電極の近傍に分布してイオンの層を形成する一方、電極の内部にはイオンと反対符号の電荷が蓄積される。次いで、電極間に負荷をつなぐと、電極内の電荷が放電されると同時に、電極近傍に分布していたイオンは電極近傍から離れて中和状態に戻る。
このような電気二重層キャパシタにおいて、1対の電極が接触してしまうと、電極近傍においてイオンの層を形成することが困難になるため、通常1対の電極間にセパレータが配置されている。このセパレータは前記のような電極間の電気絶縁性を有することに加えて、イオン透過性に優れている必要がある。前者の要件である電極間の電気絶縁性に優れているためには、セパレータは面密度が高くしかも厚さが厚いのが好ましい。しかしながら、このようにセパレータの面密度が高く厚いと、イオン透過性が妨げられて容量が低下する傾向があり、しかも一定体積中におけるセパレータの占める体積が大きくなり、一定体積中に存在させることのできる電極量が少なくなるため、一定体積中におけるエネルギー密度を高めることが困難になり、実際には使用することができないものであった。
逆に、イオン透過性を高くするために、面密度が低くしかも薄いセパレータを使用すると、電極間の電気絶縁性が低下して漏れ電流が発生するなど不安定になりやすいばかりでなく、セパレータの強度も低下してしまう傾向があるため取り扱いにくいものであった。そのため、強度を向上させるためにセパレータを構成する繊維として熱融着可能な繊維を含ませておき、この熱融着可能な繊維を熱融着させる方法も提案されているが、この方法により得られるセパレータは熱融着可能な繊維が熱融着していることによって皮膜が形成されているため、イオン透過性を向上させるために面密度及び厚さを薄くしているにもかかわらず、イオン透過性の悪いものであった。
【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、電極間の電気絶縁性、イオン透過性及び強度的に優れ、しかも一定体積中におけるエネルギー密度を高めることのできる電気二重層キャパシタ用セパレータ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】
本発明の電気二重層キャパシタ用セパレータ(以下、「セパレータ」という)は、パラ系全芳香族ポリアミドからなるフィブリルを有する繊維(以下、「フィブリル繊維」という)と、繊度が0.11dtex(デシテックス)の細ポリエステル繊維とを含む、面密度が20〜40g/m2で、厚さが30〜50μmで、見掛密度が0.56g/cm 3 〜0.8g/cm 3 の繊維シートからなる。本発明のセパレータは厚さが30μm以上とある程度の厚さがあり、しかもフィブリル繊維及び細ポリエステル繊維によって緻密な構造を採ることができるため、漏れ電流を生じることなく、電極間の電気絶縁性に優れている。なお、細ポリエステル繊維が存在していること、厚さが30〜50μmと薄いこと、及び見掛密度が0.8g/cm3以下と極端に緻密な構造を採っていないことによって、イオン透過性にも優れている。また、フィブリル繊維のフィブリルが絡み、面密度が20g/m2以上であり、しかも見掛密度が0.56g/cm 3 以上の緻密な構造であることによって、強度的にも優れている。更に、面密度が40g/m2以下で、しかも厚さが50μm以下であるため、一定体積中におけるエネルギー密度を高めることができる。前記フィブリルを有する繊維がパラ系全芳香族ポリアミドからなり、セパレータ全体が耐熱性に優れているため、電気二重層キャパシタを製造する際に、各材料から組み立てた後に高温で水分を除去することができるため、電気二重層キャパシタの製造上、好適である。また、パラ系全芳香族ポリアミドからなるフィブリル繊維は電解液との親和性にも優れ、イオン透過性に優れるという効果を奏する。電気二重層キャパシタ用セパレータを構成するいずれの成分も熱融着していないと、皮膜を形成していないためイオン透過性が更に優れている。前記繊維シートが湿式不織布からなると繊維の均一分散性に優れているため、電気絶縁性に関して信頼性のより高いものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
本発明のセパレータはフィブリル繊維のフィブリルが絡んで緻密な構造を採ることができるため、強度的に優れ、しかも電気絶縁性にも優れている。
このフィブリル繊維とは、1本の繊維から無数の微細繊維が発生した繊維であり、微細繊維のみから構成されていても良いし、微細繊維に加えて微細繊維が束状になっている部分を含むものであっても良いが、後者のように微細繊維に加えて微細繊維が束状になっている部分を含むフィブリル繊維を含んでいると、強度的に優れ、しかも後述の細ポリエステル繊維との相乗効果により優れたイオン透過性を示すため好適に使用できる。
このフィブリル繊維はどのような樹脂から構成されていても良いが、融解温度又は炭化温度が300℃以上の樹脂から構成されていると、電気二重層キャパシタを製造するうえで好適である。
例えば、有機電解液を使用する電気二重層キャパシタは個々の材料(例えば、集電極、電極、セパレータなど)が水分を含んでいると、耐電圧の高い電気二重層キャパシタやエネルギー密度の高い電気二重層キャパシタを製造することが困難であるため、個々の材料を十分に乾燥しておく必要がある。従来から使用されているようなポリプロピレン繊維からなるセパレータやセルロースパルプからなるセパレータは、他の材料(例えば、集電極、電極など)と比較して耐熱温度が低いため、集電極、電極及びセパレータを組み立てた後に150℃以上の温度で乾燥すると、セパレータが溶融したり炭化するなど劣化が著しいため、これら材料を組み立てた後、同時に乾燥することは困難であった。そのため、個々の材料を十分に乾燥した後に組み立てれば良いが、個々の材料を十分に乾燥した後に組み立てるのでは手間がかかりすぎるという問題があった。
そこで、セパレータを構成するフィブリル繊維として、前記のような融解温度又は炭化温度を有する樹脂からなるものを使用すると、集電極、電極及びセパレータを組み立てた後、150℃以上の温度で同時に乾燥することができるため、耐電圧の高い電気二重層キャパシタやエネルギー密度の高い電気二重層キャパシタを容易に製造することができる。
なお、「融解温度」とは、JIS K 7121に規定されている示差熱分析により得られる示差熱分析曲線(DTA曲線)から得られる温度をいう。また、「炭化温度」とは、JIS K 7120に規定されている熱重量測定により得られる温度をいう。
この「融解温度が300℃以上の樹脂」としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイドなどを挙げることができる。また、「炭化温度が300℃以上の樹脂」としては、メタ系全芳香族ポリアミド、パラ系全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、芳香族ポリエーテルアミド、ポリベンゾイミダゾール、全芳香族ポリエステルなどを挙げることができる。これらの中でも、メタ系全芳香族ポリアミド又はパラ系全芳香族ポリアミドは電解液との親和性にも優れているため好適に使用でき、より炭化温度の高いパラ系全芳香族ポリアミドがより好適である。
このようなフィブリル繊維は強度的に優れ、しかも電気絶縁性に優れているように、繊維シート中、20mass%以上含まれているのが好ましく、50mass%以上含まれているのがより好ましい。他方、後述の細ポリエステル繊維との関係から、95mass%以下であるのが好ましく、90mass%以下であるのがより好ましい。
なお、フィブリル繊維は1種類である必要はなく、2種類以上含んでいても良い。このように2種類以上のフィブリル繊維を含んでいる場合には、その合計質量が前記範囲内にあるのが好ましい。
【0006】
本発明のセパレータは前述のようなフィブリル繊維に加えて、繊度が0.45dtex以下の細ポリエステル繊維を含んでいることによって、イオン透過性に優れる微細孔を形成することができる。
細ポリエステル繊維の繊度が0.45dtexを越えると、形成される孔径が大きなものとなり、電気絶縁性が著しく悪くなる傾向がある。より好ましい繊度は0.35dtex以下であり、更に好ましい繊度は0.25dtex以下であり、最も好ましい繊度は0.15dtex以下である。下限は特に限定するものではないが、0.01dtex程度であるのが好ましい。なお、この「繊度」はJIS L 1015に規定されているA法により得られる値をいう。
この細ポリエステル繊維の軟化温度は240℃程度であるため、前述のフィブリル繊維が融解温度又は炭化温度が300℃以上の樹脂から構成されていれば、個々の材料(例えば、集電極、電極、セパレータなど)を組み立てた後、同時に乾燥することができ、電気二重層キャパシタを製造するうえで好適である。
この「軟化温度」とは、JIS K 7121に規定されている熱流束示差走差熱量測定(DSC、昇温温度10℃/分)により得られるDSC曲線における融解吸熱曲線の開始点を与える温度をいう。
本発明の細ポリエステル繊維の繊維長は特に限定されるものではなく、繊維シートの態様によって変化する。本発明の繊維シートが好適である湿式不織布からなる場合には、繊維長1〜25mm程度であるのが好ましく、3〜20mm程度であるのがより好ましい。
この繊維長はJIS L 1015のB法(補正ステープルダイヤグラム法)により得られる長さをいう。
細ポリエステル繊維の断面形状は円形である必要はなく、非円形(例えば、長円、楕円、星型、YやXなどのアルファベット型、プラス型など)であっても良い。
このような細ポリエステル繊維はイオン透過性に優れるように、繊維シート中、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。他方、前述のフィブリル繊維との関係から、80mass%以下であるのが好ましく、50mass%以下であるのがより好ましい。
なお、細ポリエステル繊維は1種類である必要はなく、繊維径及び/又は樹脂組成の点で相違する細ポリエステル繊維を2種類以上含んでいても良い。このように2種類以上の細ポリエステル繊維を含んでいる場合には、その合計質量が前記範囲内にあるのが好ましい。
【0007】
本発明のセパレータは前述のようなフィブリル繊維及び細ポリエステル繊維を含む繊維シートからなるが、繊維シートの態様は、例えば、織物、編物、不織布或いはこれらの複合体であることができる。これらの中でも、厚さを薄くすることのできる不織布であるのが好ましく、繊維の均一分散性に優れ、電気絶縁性に優れ、信頼性の高い湿式不織布からなるのがより好ましい。
特に、緻密性、電気絶縁性、イオン透過性及び強度的に優れているように、セパレータは繊維配向が同じ、又は異なる繊維層を2層以上有するのが好ましい。更に電気絶縁性に優れているように、2層以上の繊維層からなり、隣接する繊維層の繊維配向が異なっているのがより好ましい。
【0008】
本発明のセパレータは基本的に、前述のようなフィブリル繊維と細ポリエステル繊維とからなるが、これら繊維の作用を損なわない範囲内で、これら繊維以外の繊維を含んでいることができる。
【0009】
本発明のセパレータを構成する成分(例えば、フィブリル繊維、細ポリエステル繊維など)はいずれも熱融着していないのが好ましい。このように熱融着していないことによって皮膜を形成していないため、イオンの透過性に優れている。
【0010】
本発明のセパレータは前述のような繊維からなり、面密度が20〜40g/m2で、厚さが30〜50μmで、見掛密度が0.5g/cm3を越え、0.8g/cm3以下である。
セパレータの面密度が20g/m2未満であると、強度的に弱い傾向があり、40g/m2を越えると、厚さが厚くなりやすく、エネルギー密度の点で不利であるばかりでなく、見掛密度が高くなり、イオン透過性が悪くなる傾向があるためで、より好ましい面密度は25〜35g/m2である。
セパレータの厚さが30μm未満であると、十分な電気絶縁性を発揮するのが困難となり、漏れ電流を生じるなど、不安定になる傾向があり、厚さが50μmを越えると、一定体積中におけるセパレータの占める体積が大きくなり、エネルギー密度を高められない傾向があるためで、より好ましい厚さは35〜45μmである。
セパレータの見掛密度が0.5g/cm3以下であると、強度的に劣る傾向があり、見掛密度が0.8g/cm3を越えると、緻密な構造となりすぎて、イオン透過性に劣る傾向があるためで、より好ましい見掛密度は0.6〜0.75g/cm3である。
本発明における「面密度」はJIS P 8124(紙及び板紙−坪量測定方法)に規定する方法に基いて得られる坪量をいい、「厚さ」はJIS B 7502に規定する方法による測定値、すなわち、5N荷重時の外側マイクロメーターによる測定値をいう。更に、「見掛密度(D)」は面密度(W、単位:g/cm3)を厚さ(T、単位:cm)で除した値、つまり、次の式から得られる値をいう。
D=W/T
【0011】
本発明のセパレータは常法により繊維シートを製造し、その繊維シートをセパレータとして使用することができる。
例えば、好適である湿式不織布は次のようにして製造することができる。
まず、少なくともフィブリル繊維と細ポリエステル繊維とを用意する。このフィブリル繊維及び細ポリエステル繊維はいずれも市販されているため、容易に入手することができる。
次いで、これらの繊維を使用して、常法の湿式法(例えば、水平長網方式、傾斜ワイヤー型短網方式、円網方式、順流円網・逆流円網コンビネーション方式、順流円網・円網フォーマーコンビネーション方式、逆流円網・円網フォーマーコンビネーション方式、短網・円網コンビネーション方式、又は長網・円網コンビネーション方式など)により、面密度が20〜40g/m2の湿式繊維ウエブを形成する。この湿式繊維ウエブを形成する際、繊維の均一な分散状態を維持するために増粘剤を加えたり、水と繊維との親和性を高めるために界面活性剤を加えたり、攪拌等によって生じる気泡を取り除くために消泡剤を加えても良い。
次いで、この湿式繊維ウエブを乾燥し、水分を除去して湿式不織布を得ることができる。なお、乾燥温度は湿式繊維ウエブを構成する繊維が融解しない温度で実施する。
次いで、このように製造した湿式不織布をカレンダーなどによって圧力を加え、厚さが30〜50μmかつ見掛密度が0.5g/cm3を越え、0.8g/cm3以下となるように調整する。このように圧力を加えることによって、厚さを薄くすることができ、フィブリル繊維のフィブリルを進行させてより緻密にしたり、フィブリル繊維のフィブリルを密着させることにより強度を向上させることができる。
なお、圧力を加える際には加熱しても良いし加熱しなくても良いが、加熱すると前記効果を発揮しやすい。但し、構成繊維が軟化する程度に加熱すると、皮膜が形成されてイオン透過性が悪くなるため、加熱する場合には構成繊維を構成する樹脂のうち、最も低い軟化温度を有する樹脂の軟化温度よりも低い温度で加熱するのが好ましく、軟化温度より10℃以上低い温度で加熱するのがより好ましく、軟化温度より20℃以上低い温度で加熱するのが更に好ましい。
【0012】
本発明の好適である繊維配向が同じ、又は異なる繊維層を2層以上有するセパレータは、例えば、湿式繊維ウエブを2つ以上積層することによって製造することができる。より具体的には、同種類の網によって抄造した湿式繊維ウエブを積層したり、異なる種類の網(例えば、短網と円網、長網と円網)によって抄造した湿式繊維ウエブを積層して製造することができる。これらの中でも、異なる種類の網によって抄造した湿式繊維ウエブを積層すると、繊維配向の異なる繊維層を2層以上有するセパレータを容易に製造できる。
なお、湿式繊維ウエブを乾燥した後に積層し、加熱加圧することによっても同様のセパレータを製造することができるが、湿潤状態の湿式繊維ウエブを積層した方が、同じ面密度、同じ厚さ、同じ繊維配向状態であれば、イオン透過性により優れるセパレータを製造することができる。
【0013】
本発明のセパレータは電気二重層キャパシタ用に使用できるものであり、1対の電極間に配置させて使用することができる。なお、セパレータを構成する繊維として、融解温度又は炭化温度が300℃以上の樹脂からなるフィブリル繊維を含んでいる場合には、各材料から組み立てた後に同時に全体を乾燥することのできる、電気二重層キャパシタの製造上、好適なものである。
【0014】
以下に、本発明の実施例を記載するが、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
(実施例1〜11、比較例1〜27)
パラ系全芳香族ポリアミドからなるフィブリル繊維(登録商標:ケブラー、デュポン製、炭化温度:500℃以上)と、ポリエチレンテレフタレートからなる、繊度0.11dtex、繊維長3mmの細ポリエステル繊維(融解温度:260℃、軟化温度:253℃、断面:円形)を用意した。
次いで、フィブリル繊維と細ポリエステル繊維とを1:1の質量比率で含むスラリーを形成した後、傾斜ワイヤー型短網方式により湿式繊維ウエブを形成した。
次いで、この湿式繊維ウエブを温度120℃に設定された熱風循環式乾燥機により乾燥した。
次いで、この乾燥した湿式繊維ウエブを温度220℃に設定された一対の熱カレンダーにより、各種圧力で押圧して、表1に示すような各種面密度、厚さ及び見掛密度の圧着湿式不織布、つまりセパレータを製造した。これらいずれのセパレータを構成するフィブリル繊維も、微細繊維が束状になっている部分を含んでいた。また、いずれのセパレータを構成する細ポリエステル繊維も、多少圧着されているものの、熱融着しておらず、皮膜は形成されていなかった。
【0015】
【表1】
【0016】
(内部抵抗の測定)
電極として、粒状活性炭、カーボンブラック及びポリテトラフルオロエチレンを混ぜて練り上げたもの、集電極としてアルミ箔、セパレータとして各実施例及び比較例のセパレータ、及び電解液としてテトラエチルアンモニウム・テトラフルオロボーレイトをプロピレンカーボネートに溶解させたものを用意した。
次いで、これら材料から各セパレータ毎にコインセル型の電気二重層キャパシタを作製した後、それらの内部抵抗を測定した。これらの結果は表1に示す通りであった。なお、内部抵抗が3.5Ω未満であれば、イオン透過性に優れていると判断した。
この表1から明らかなように、本発明のセパレータは抵抗値が3.2Ωよりも低い、イオン透過性の優れるものであった。
なお、比較例3のセパレータを使用したコインセル型の電気二重層キャパシタは、漏れ電流があり、不安定なものであった。
【0017】
(引張り強度の測定)
各実施例及び比較例のセパレータから試験片(幅:15mm、長さ:200mm)を採取した後、JIS P−8113に準じて引張り強度を測定した。この結果も表1に示す通りであった。なお、引張り強度は4N/15mm幅以上あれば、実際に使用することができる。
この表1から明らかなように、本発明のセパレータは引張り強度が9N/15mm幅以上の強度的にも優れるものであった。
【0018】
【発明の効果】
本発明のセパレータは漏れ電流を生じることなく電極間の電気絶縁性、イオン透過性、及び強度的に優れている。また、電気二重層キャパシタの一定体積中におけるエネルギー密度を高めることができる。
本発明のセパレータを構成するフィブリルを有する繊維が、融解温度又は炭化温度が300℃以上の樹脂から構成されていると、電気二重層キャパシタを製造する上で好適である。
本発明のセパレータを構成するいずれの成分も熱融着していないと、皮膜を形成していないためイオン透過性が更に優れている。
本発明のセパレータが湿式不織布からなると、繊維の均一分散性に優れているため、電気絶縁性に関して信頼性のより高いものである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a separator for an electric double layer capacitor.
[0002]
[Prior art]
Electric double layer capacitors have a relatively large capacity, and have a long service life and quick charge / discharge. Therefore, in addition to conventional applications such as power supply smoothing and noise absorption, personal computer memory backup power supplies and secondary power supplies In recent years, it has been used as a secondary battery for electric vehicles.
This electric double layer capacitor has a structure in which a pair of electrodes are immersed in an ionic solution. When a voltage is applied to the electric double layer capacitor, ions having the opposite sign to the electrode are distributed in the vicinity of the electrode to form an ion layer, while charges having the opposite sign to the ion are accumulated inside the electrode. Next, when a load is connected between the electrodes, the charges in the electrodes are discharged, and at the same time, ions distributed in the vicinity of the electrodes are separated from the vicinity of the electrodes and return to the neutralized state.
In such an electric double layer capacitor, if a pair of electrodes come into contact with each other, it becomes difficult to form an ion layer in the vicinity of the electrodes. Therefore, a separator is usually disposed between the pair of electrodes. This separator needs to be excellent in ion permeability in addition to having electrical insulation between the electrodes as described above. In order to excel in the electrical insulation between the electrodes, which is the former requirement, the separator preferably has a high surface density and a large thickness. However, when the surface density of the separator is high and thick in this way, the ion permeability is hindered and the capacity tends to decrease, and the volume occupied by the separator in a certain volume increases, and it can exist in the certain volume. Since the amount of electrodes that can be reduced, it becomes difficult to increase the energy density in a certain volume, and it has not been possible to use in practice.
Conversely, if a separator with a low surface density and a low thickness is used to increase ion permeability, the electrical insulation between the electrodes will be reduced, leading to instability such as leakage current. Since the strength also tends to decrease, it is difficult to handle. For this reason, a method has been proposed in which a fiber that can be heat-sealed is included as a fiber constituting the separator in order to improve strength, and this heat-fusible fiber is heat-sealed. The separator is made of heat-sealable fibers that are heat-sealed, so that the surface density and thickness are reduced in order to improve ion permeability. The permeability was poor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is an electric double layer capacitor that is excellent in electrical insulation, ion permeability and strength between electrodes, and can increase energy density in a constant volume. An object of the present invention is to provide a separator.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The separator for an electric double layer capacitor of the present invention (hereinafter referred to as “separator”) includes a fiber having a fibril made of para-type wholly aromatic polyamide (hereinafter referred to as “fibril fiber”) and a fineness of 0.11 dtex (decitex). fine and a polyester fiber, in areal density is 20 to 40 g / m 2, a thickness of 30 to 50 [mu] m, apparent density of fibers sheet of 0.56g / cm 3 ~0.8g / cm 3 . The separator of the present invention has a certain thickness of 30 μm or more, and since it can take a dense structure with fibril fibers and fine polyester fibers, it does not cause a leakage current, and can be electrically insulated between electrodes. Are better. It should be noted that, due to the presence of fine polyester fibers, the thickness is as thin as 30 to 50 μm, and the apparent density is 0.8 g / cm 3 or less and an extremely dense structure is not adopted, the ion permeability is reduced. Also excellent. In addition, since the fibrils of the fibril fibers are entangled, the surface density is 20 g / m 2 or more, and the apparent density is 0.56 g / cm 3 or more, the structure is excellent in strength. Furthermore, since the surface density is 40 g / m 2 or less and the thickness is 50 μm or less, the energy density in a constant volume can be increased. Since the fiber having the fibril is made of para-type wholly aromatic polyamide and the entire separator is excellent in heat resistance, when manufacturing an electric double layer capacitor, it is possible to remove moisture at a high temperature after assembling from each material. Therefore, it is suitable for manufacturing an electric double layer capacitor. Moreover, the fibril fiber which consists of para type | system | group fully aromatic polyamide is excellent also in affinity with electrolyte solution, and there exists an effect that it is excellent in ion permeability. If any of the components constituting the separator for an electric double layer capacitor is not heat-sealed, the film does not form and the ion permeability is further improved. When the fiber sheet is made of a wet nonwoven fabric, it is excellent in the uniform dispersibility of the fibers, and therefore has higher reliability in terms of electrical insulation.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Since the separator of the present invention can take a dense structure in which fibrils of fibril fibers are entangled, it is excellent in strength and also in electrical insulation.
This fibril fiber is a fiber in which an infinite number of fine fibers are generated from one fiber, and may be composed of only fine fibers, or a portion in which fine fibers are bundled in addition to fine fibers. It may be included, but if it contains fibril fibers including a portion in which fine fibers are bundled in addition to fine fibers as in the latter, it is excellent in strength, and the fine polyester fibers described later It can be suitably used because it exhibits excellent ion permeability due to its synergistic effect.
Although this fibril fiber may be comprised from what kind of resin, when it comprises from melting | fusing temperature or carbonization temperature 300 degreeC or more, it is suitable when manufacturing an electrical double layer capacitor.
For example, in an electric double layer capacitor using an organic electrolyte, if an individual material (for example, a collector electrode, an electrode, a separator, etc.) contains moisture, an electric double layer capacitor having a high withstand voltage or an electric double layer having a high energy density. Since it is difficult to manufacture a multilayer capacitor, each material needs to be sufficiently dried. Conventional separators made of polypropylene fibers and separators made of cellulose pulp have a lower heat-resistant temperature compared to other materials (eg, collectors, electrodes, etc.). If the separator is dried at a temperature of 150 ° C. or higher after assembling, the separator is significantly deteriorated such as melting or carbonizing. Therefore, it is difficult to simultaneously dry these materials after assembling. Therefore, it is sufficient to assemble the individual materials after sufficiently drying them, but there is a problem that it takes too much time to assemble the individual materials after they are sufficiently dried.
Therefore, when the fibril fiber constituting the separator is made of a resin having the melting temperature or the carbonization temperature as described above, after the collector electrode, the electrode and the separator are assembled, they are simultaneously dried at a temperature of 150 ° C. or more. Therefore, an electric double layer capacitor having a high withstand voltage and an electric double layer capacitor having a high energy density can be easily manufactured.
The “melting temperature” refers to a temperature obtained from a differential thermal analysis curve (DTA curve) obtained by differential thermal analysis defined in JIS K7121. The “carbonization temperature” refers to a temperature obtained by thermogravimetry as defined in JIS K 7120.
Examples of the “resin having a melting temperature of 300 ° C. or higher” include polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide, and the like. Examples of the “resin having a carbonization temperature of 300 ° C. or higher” include meta-type wholly aromatic polyamide, para-type wholly aromatic polyamide, polyamideimide, aromatic polyetheramide, polybenzimidazole, wholly aromatic polyester, and the like. Can do. Among these, meta-type wholly aromatic polyamide or para-type wholly aromatic polyamide is excellent in affinity with the electrolyte solution, and can be preferably used, and para-type wholly aromatic polyamide having a higher carbonization temperature is more preferable. is there.
Such fibril fibers are preferably contained in the fiber sheet in an amount of 20% by mass or more, more preferably 50% by mass or more so as to be excellent in strength and excellent in electrical insulation. On the other hand, it is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less from the relationship with the fine polyester fiber described later.
In addition, the fibril fiber does not need to be one type and may include two or more types. When two or more kinds of fibril fibers are thus included, the total mass is preferably within the above range.
[0006]
In addition to the fibril fibers as described above, the separator of the present invention includes fine polyester fibers having a fineness of 0.45 dtex or less, thereby forming fine pores with excellent ion permeability.
If the fine polyester fiber has a fineness of more than 0.45 dtex, the diameter of the formed pores becomes large, and the electrical insulation tends to be remarkably deteriorated. A more preferred fineness is 0.35 dtex or less, a further preferred fineness is 0.25 dtex or less, and a most preferred fineness is 0.15 dtex or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably about 0.01 dtex. The “fineness” refers to a value obtained by the method A defined in JIS L 1015.
Since the softening temperature of the fine polyester fiber is about 240 ° C., if the fibril fiber is composed of a resin having a melting temperature or a carbonization temperature of 300 ° C. or more, individual materials (for example, collecting electrodes, electrodes, separators) Etc.) can be dried at the same time, which is suitable for manufacturing an electric double layer capacitor.
The “softening temperature” is a temperature that gives a starting point of a melting endothermic curve in a DSC curve obtained by heat flux differential running calorimetry (DSC, heating temperature 10 ° C./min) specified in JIS K 7121. Say.
The fiber length of the fine polyester fiber of this invention is not specifically limited, It changes with the aspects of a fiber sheet. When the fiber sheet of the present invention is made of a suitable wet nonwoven fabric, the fiber length is preferably about 1 to 25 mm, more preferably about 3 to 20 mm.
This fiber length refers to the length obtained by the method B (corrected staple diagram method) of JIS L 1015.
The cross-sectional shape of the fine polyester fiber does not need to be circular, and may be non-circular (for example, an ellipse, an ellipse, a star, an alphabet such as Y or X, or a plus).
Such fine polyester fibers are preferably contained in an amount of 5 mass% or more, more preferably 10 mass% or more in the fiber sheet so that the ion permeability is excellent. On the other hand, from the relationship with the above-mentioned fibril fiber, it is preferably 80 mass% or less, and more preferably 50 mass% or less.
The fine polyester fiber does not need to be one type, and may contain two or more types of fine polyester fibers that differ in terms of fiber diameter and / or resin composition. When two or more kinds of fine polyester fibers are thus included, the total mass is preferably within the above range.
[0007]
The separator of the present invention is composed of a fiber sheet containing fibril fibers and fine polyester fibers as described above, and the embodiment of the fiber sheet can be, for example, a woven fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, or a composite thereof. Among these, it is preferable that it is a nonwoven fabric which can make thickness thin, and it is more preferable to consist of a wet nonwoven fabric excellent in the uniform dispersibility of a fiber, excellent in electrical insulation, and having high reliability.
In particular, the separator preferably has two or more fiber layers having the same fiber orientation or different fiber orientations so as to be excellent in denseness, electrical insulation, ion permeability and strength. Furthermore, it is more preferable that it is composed of two or more fiber layers and the fiber orientations of adjacent fiber layers are different so as to be excellent in electrical insulation.
[0008]
The separator of the present invention basically comprises fibril fibers and fine polyester fibers as described above, but may contain fibers other than these fibers as long as the function of these fibers is not impaired.
[0009]
It is preferable that none of the components (for example, fibril fibers, fine polyester fibers, etc.) constituting the separator of the present invention be heat-sealed. Since the film is not formed by not being thermally fused as described above, the ion permeability is excellent.
[0010]
The separator of the present invention is made of the fiber as described above, has a surface density of 20 to 40 g / m 2 , a thickness of 30 to 50 μm, an apparent density of more than 0.5 g / cm 3 , and 0.8 g / cm. 3 or less.
When the surface density of the separator is less than 20 g / m 2 , the strength tends to be weak, and when it exceeds 40 g / m 2 , the thickness tends to increase, which is not only disadvantageous in terms of energy density, but also has a disadvantage. This is because the coating density tends to be high and the ion permeability tends to be poor, so a more preferable surface density is 25 to 35 g / m 2 .
When the thickness of the separator is less than 30 μm, it becomes difficult to exhibit sufficient electrical insulation, and there is a tendency to become unstable such as leakage current. When the thickness exceeds 50 μm, in a constant volume This is because the volume occupied by the separator tends to increase and the energy density tends not to be increased, so a more preferable thickness is 35 to 45 μm.
When the apparent density of the separator is 0.5 g / cm 3 or less, the strength tends to be inferior. When the apparent density exceeds 0.8 g / cm 3 , the structure becomes too dense and the ion permeability is reduced. Since it tends to be inferior, a more preferable apparent density is 0.6 to 0.75 g / cm 3 .
“Area density” in the present invention refers to the basis weight obtained based on the method specified in JIS P 8124 (paper and paperboard—basis weight measurement method), and “thickness” is a value measured by the method specified in JIS B 7502. That is, the value measured by the outer micrometer at the time of 5N load. Further, the “apparent density (D)” is a value obtained by dividing the surface density (W, unit: g / cm 3 ) by the thickness (T, unit: cm), that is, a value obtained from the following equation.
D = W / T
[0011]
The separator of this invention can manufacture a fiber sheet by a conventional method, and can use the fiber sheet as a separator.
For example, a suitable wet nonwoven fabric can be produced as follows.
First, at least fibril fibers and fine polyester fibers are prepared. Since these fibril fibers and fine polyester fibers are both commercially available, they can be easily obtained.
Then, using these fibers, a conventional wet method (for example, a horizontal long net method, an inclined wire type short net method, a circular net method, a forward flow net / reverse flow net combination method, a forward flow net / circular net) Wet fiber webs with a surface density of 20 to 40 g / m 2 by the former combination method, reverse flow net / circular net former combination method, short net / circular net combination method, or long net / circular net combination method). Form. When forming this wet fiber web, bubbles are generated by adding a thickener to maintain a uniform dispersion state of the fibers, adding a surfactant to increase the affinity between water and fibers, stirring, etc. An antifoaming agent may be added to remove the odor.
The wet fiber web can then be dried to remove the moisture and obtain a wet nonwoven fabric. The drying temperature is a temperature at which the fibers constituting the wet fiber web do not melt.
Next, pressure is applied to the wet nonwoven fabric produced in this way with a calender or the like so that the thickness is 30 to 50 μm and the apparent density is more than 0.5 g / cm 3 and 0.8 g / cm 3 or less. . By applying pressure in this manner, the thickness can be reduced, and the strength of the fibrils can be improved by advancing the fibrils of the fibril fibers to make them more dense or closely contacting the fibrils of the fibril fibers.
In addition, when applying a pressure, you may heat and it does not need to heat, but if it heats, it will be easy to exhibit the said effect. However, if heated to such an extent that the constituent fibers are softened, a film is formed and the ion permeability is deteriorated. Therefore, in the case of heating, among the resins constituting the constituent fibers, the softening temperature of the resin having the lowest softening temperature. It is preferable to heat at a lower temperature, more preferably at a temperature that is 10 ° C. or more lower than the softening temperature, and even more preferably at a temperature that is 20 ° C. lower than the softening temperature.
[0012]
A separator having two or more fiber layers having the same or different fiber orientation, which is suitable for the present invention, can be produced, for example, by laminating two or more wet fiber webs. More specifically, the wet fiber webs made by the same type of net are laminated, or the wet fiber webs made by different types of nets (for example, short net and circular net, long net and circular net) are laminated. Can be manufactured. Among these, when wet fiber webs made by different types of nets are laminated, a separator having two or more fiber layers having different fiber orientations can be easily produced.
The same separator can be produced by laminating the wet fiber web after drying and heating and pressurizing, but the same surface density, the same thickness, and the same are the same when the wet fiber web in the wet state is laminated. If it is a fiber orientation state, the separator which is excellent by ion permeability can be manufactured.
[0013]
The separator of the present invention can be used for an electric double layer capacitor, and can be used by being disposed between a pair of electrodes. In addition, when the fibril fiber which consists of resin whose melting temperature or carbonization temperature is 300 degreeC or more is included as a fiber which comprises a separator, the electric double layer which can dry the whole simultaneously after assembling from each material This is suitable for manufacturing a capacitor.
[0014]
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
【Example】
(Examples 1-11, Comparative Examples 1-27)
Fibril fiber (registered trademark: Kevlar, manufactured by DuPont, carbonization temperature: 500 ° C. or higher) made of para-type wholly aromatic polyamide, and fine polyester fiber (melting temperature: 260) made of polyethylene terephthalate and having a fineness of 0.11 dtex and a fiber length of 3 mm. C., softening temperature: 253.degree. C., cross section: circular).
Next, a slurry containing fibril fibers and fine polyester fibers at a mass ratio of 1: 1 was formed, and then a wet fiber web was formed by an inclined wire type short net system.
Next, this wet fiber web was dried by a hot air circulation drier set at a temperature of 120 ° C.
Subsequently, the dried wet fiber web is pressed with various pressures by a pair of thermal calenders set at a temperature of 220 ° C., and is pressed wet nonwoven fabric with various surface densities, thicknesses and apparent densities as shown in Table 1, That is, a separator was manufactured. The fibril fibers constituting any of these separators also included a portion in which fine fibers are bundled. Moreover, although the thin polyester fiber which comprises any separator was somewhat crimped | bonded, it was not heat-seal | fused and the membrane | film | coat was not formed.
[0015]
[Table 1]
[0016]
(Measurement of internal resistance)
As an electrode, granular activated carbon, carbon black and polytetrafluoroethylene are mixed and kneaded, aluminum foil as a collecting electrode, separators of Examples and Comparative Examples as separators, and tetraethylammonium tetrafluoroborate as propylene carbonate as propylene carbonate What was dissolved in was prepared.
Next, after producing a coin cell type electric double layer capacitor for each separator from these materials, their internal resistance was measured. These results were as shown in Table 1. If the internal resistance was less than 3.5Ω, it was judged that the ion permeability was excellent.
As can be seen from Table 1, the separator of the present invention had excellent ion permeability with a resistance value lower than 3.2Ω.
In addition, the coin cell type electric double layer capacitor using the separator of Comparative Example 3 had a leakage current and was unstable.
[0017]
(Measurement of tensile strength)
After collecting a test piece (width: 15 mm, length: 200 mm) from the separator of each example and comparative example, the tensile strength was measured according to JIS P-8113. This result was also as shown in Table 1. In addition, if tensile strength is 4 N / 15mm width or more, it can actually be used.
As is apparent from Table 1, the separator of the present invention was excellent in tensile strength of 9 N / 15 mm width or more.
[0018]
【The invention's effect】
The separator of the present invention is excellent in electrical insulation between the electrodes, ion permeability, and strength without causing leakage current. In addition, the energy density in a constant volume of the electric double layer capacitor can be increased.
When the fiber having fibrils constituting the separator of the present invention is made of a resin having a melting temperature or a carbonization temperature of 300 ° C. or more, it is preferable for producing an electric double layer capacitor.
If any of the components constituting the separator of the present invention is not heat-sealed, a film is not formed, so that the ion permeability is further improved.
When the separator of the present invention is made of a wet nonwoven fabric, it is excellent in the uniform dispersibility of the fibers, and therefore has higher reliability in terms of electrical insulation.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001067563A JP4377553B2 (en) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | Electric double layer capacitor separator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001067563A JP4377553B2 (en) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | Electric double layer capacitor separator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002270471A JP2002270471A (en) | 2002-09-20 |
| JP4377553B2 true JP4377553B2 (en) | 2009-12-02 |
Family
ID=18925894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001067563A Expired - Fee Related JP4377553B2 (en) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | Electric double layer capacitor separator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4377553B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4577819B2 (en) * | 2003-07-02 | 2010-11-10 | 日本バイリーン株式会社 | Wet nonwoven fabric, method for producing wet nonwoven fabric, separator for electric double layer capacitor, separator for lithium ion secondary battery, electric double layer capacitor, lithium ion secondary battery |
| JP4739186B2 (en) * | 2004-03-12 | 2011-08-03 | 三菱製紙株式会社 | Heat resistant nonwoven fabric |
| JP4726794B2 (en) * | 2004-08-25 | 2011-07-20 | 三洋電機株式会社 | Solid electrolytic capacitor |
| CN101317240B (en) | 2005-11-28 | 2012-06-13 | 三菱制纸株式会社 | Separator for electric double layer capacitor |
-
2001
- 2001-03-09 JP JP2001067563A patent/JP4377553B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002270471A (en) | 2002-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6424517B1 (en) | Electric double layer capacitor | |
| CN102356441A (en) | Separator for electrical storage device and method for producing same | |
| JP3717782B2 (en) | Electric double layer capacitor separator | |
| JP4577819B2 (en) | Wet nonwoven fabric, method for producing wet nonwoven fabric, separator for electric double layer capacitor, separator for lithium ion secondary battery, electric double layer capacitor, lithium ion secondary battery | |
| KR20070072890A (en) | Separator for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor having same | |
| US6352565B2 (en) | Electric double layer capacitor | |
| CN112042006B (en) | Separator for electrochemical element | |
| JP3845536B2 (en) | Manufacturing method of electric double layer capacitor | |
| JP4377553B2 (en) | Electric double layer capacitor separator | |
| US6310763B1 (en) | Electric double layer capacitor | |
| JP2006019191A (en) | Lithium ion secondary battery separator and lithium ion secondary battery | |
| JP4425544B2 (en) | Battery current collector and battery using the same | |
| JP2002151040A (en) | Separator | |
| JP4584485B2 (en) | Electric double layer capacitor separator and electric double layer capacitor | |
| JP4726027B2 (en) | Electric double layer capacitor separator and electric double layer capacitor | |
| JP4585707B2 (en) | Electric double layer capacitor separator and electric double layer capacitor | |
| JP2011210680A (en) | Separator for battery | |
| JP2006089872A (en) | Nonwoven manufacturing method | |
| JP2010239061A (en) | Storage device separator | |
| JP4919585B2 (en) | Nonwoven fabric for separator, method for producing nonwoven fabric for separator, and separator for electric double layer capacitor comprising the same | |
| JP2003217976A (en) | Separator for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor | |
| JP2007013010A (en) | Electrode separator for capacitors and capacitors | |
| JP4490732B2 (en) | Electric double layer capacitor separator and electric double layer capacitor | |
| JP2003229328A (en) | Separator for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor | |
| JP4777169B2 (en) | Fiber sheet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060825 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090410 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090421 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090615 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090901 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090911 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4377553 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130918 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |