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JP4800527B2 - Non-woven fabric, battery using the non-woven fabric, and capacitor using the non-woven fabric - Google Patents
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JP4800527B2 - Non-woven fabric, battery using the non-woven fabric, and capacitor using the non-woven fabric - Google Patents

Non-woven fabric, battery using the non-woven fabric, and capacitor using the non-woven fabric Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a nonwoven fabric suitable for a variety of uses, a battery using the nonwoven fabric and a capacitor using the nonwoven fabric. SOLUTION: This nonwoven fabric comprises extra fine fiber aggregates obtained by assembling extra fine fibers having <=5 &mu;m fiber diameter and/or pulpy materials. The total number of the extra fine fiber aggregates and/or the pulpy materials on one side (A) of the nonwoven fabric is different from that of the extra fine fiber aggregates and/or the pulpy materials on the other side (B) of the nonwoven fabric. This battery using the nonwoven fabric as a separator hardly raises an internal pressure. This capacitor using the nonwoven fabric as a separator has excellent ionic conductivity and yet excellent electrical insulating properties by the existence of one side having the total number of the extra fine fiber aggregates and/or the pulpy materials smaller than that of the other side.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は不織布、この不織布を用いた電池、及びこの不織布を用いたキャパシタに関する。
【0002】
【従来の技術】
不織布は繊維がランダムに配置していることができ、分離性能、液体保持性能、或いは絶縁性能などの各種特性に優れているため、各種用途に適用されている。
【0003】
この不織布の絶縁性能及び液体保持性能を利用した用途の1つとして、電池用のセパレータ用途がある。つまり、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うことができるように、正極と負極との間に不織布がセパレータとして配置されている。
【0004】
例えば、不織布をニッケル水素電池用のセパレータとして使用する場合、近年における電子機器の小型軽量化に伴って、ニッケル水素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、ニッケル水素電池には従来と同程度以上の性能が必要とされるため、ニッケル水素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(不織布)の占める体積が小さくならざるを得ない。
【0005】
このようにセパレータ(不織布)の体積が小さくなった場合であっても、絶縁性能及び電解液の保持性能に優れているように、セパレータ(不織布)を構成する繊維を細くして、繊維表面積を広くすることが考えられた。
【0006】
この繊維を細くする方法の1つとして、メルトブロー法により形成する方法がある。しかしながら、この方法により形成された不織布を密閉型ニッケル水素電池のセパレータとして使用した場合、正極から発生した酸素によって電池の内圧が上昇してしまい、液漏れを生じるなどの問題があった。
【0007】
また、メルトブロー法により形成された不織布は細い繊維から構成されており、分離性能に優れているため、濾過材用材料として好適に使用することができる。しかしながら、繊維が細く、緻密であるが故に圧力損失が高くなりやすいという問題があった。
【0008】
更に、メルトブロー法により形成された不織布をキャパシタ用のセパレータとして用いた場合も、液体保持性能及び絶縁性能に優れているものの、繊維が細く、緻密であるが故にイオン伝導性が低いという問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電池用のセパレータとして使用しても内圧が上昇しにくかったり、濾過材用材料として使用しても圧力損失が高くなりにくかったり、キャパシタ用のセパレータとして使用してもイオン伝導性に優れているなど、各種用途に適合できる不織布を提供すること、この不織布を用いた電池、及びこの不織布を用いたキャパシタを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、電池の内圧が上昇してしまう原因を追求したところ、正極から発生した酸素を負極において充分に消費することができないためであり、負極において充分に酸素を消費できないのは、メルトブロー法により形成された不織布の表面が緻密で、不織布表面全体わたって電解液を保持しており、酸素と負極との接触面積が狭いことによることを見い出した。
【0011】
また、濾過材用材料として使用した場合に、圧力損失が高くなりやすいのも、メルトブロー法により形成された不織布の表面が緻密であることに起因することを見い出した。同様に、キャパシタ用のセパレータとして使用した場合にイオンの伝導性が低いのは、メルトブロー法により形成された不織布の表面が緻密であることに起因することを見い出した。
【0012】
本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、本発明の不織布は、「海島型複合繊維の海成分を除去することにより形成した、繊維横断面形状が円形、かつ繊維径が5μm以下の極細繊維のみが集合した極細繊維集合体を含む、融着のみにより固定された不織布であり、前記不織布の一方の面(A)における前記極細繊維集合体の総個数と、前記不織布の他方の面(B)における前記極細繊維集合体の総個数とが異なり、前記不織布は個々の極細繊維と極細繊維集合体とが分散したスラリーを湿式法により形成した繊維ウエブに由来することを特徴とする不織布」である。
【0013】
このように、極細繊維集合体の総個数が異なる両面を有する不織布からなるため、電池用セパレータとして使用した場合には、極細繊維集合体の総個数の多い面においては、電解液が局在化しやすいため、この面を負極と当接するように配置すれば、酸素と負極との接触機会が増大して、酸素を充分に消費することができるため、電池の内圧の上昇を抑えることができ、濾過材として使用した場合には、極細繊維集合体の総個数の少ない面の存在により、圧力損失の増大を抑制でき、キャパシタ用のセパレータとして使用した場合には、極細繊維集合体の総個数の多い面の存在によって電解液が局在化しているもののリッチであるため、イオン伝導性を高めることができるなど、各種用途に適合することのできる不織布である。
【0014】
この不織布をセパレータとして用いた電池は内圧が上昇しにくいものである。
【0015】
この不織布をセパレータとして用いたキャパシタはイオン伝導性に優れ、しかも極細繊維集合体の総個数の少ない面の存在によって電気絶縁性にも優れている。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の不織布は厚さを薄くすることができ、しかも電池用セパレータとして使用した場合には内圧の上昇を抑えることができ、濾過材として使用した場合には圧力損失の増大を抑制でき、キャパシタ用のセパレータとして使用した場合にはイオン伝導性に優れるなど、各種特性に優れているように、繊維径が5μm以下の極細繊維が集合した極細繊維集合体、及び/又はパルプ状物を含んでいる。
【0017】
前者の「繊維径が5μm以下の極細繊維が集合した極細繊維集合体」は、複数本の極細繊維の繊維軸が実質的に同じ方向であるように集合した部分を有するものであり、別の見方をすれば、複数本の極細繊維が束状となっている部分を有するものである(図1参照)。
【0018】
このような極細繊維集合体は、例えば、(1)特定の溶媒に対する溶解性の異なる樹脂成分2種類以上からなる複合繊維(例えば、海島型複合繊維)の、少なくとも1つの樹脂成分(海成分)を除去することにより形成した極細繊維束を、全く又は十分に解さない方法により得ることができるし、(2)特定の溶媒に対して膨潤の程度の異なる樹脂成分2種類以上からなる複合繊維に対して、特定の溶媒と接触させることにより、各樹脂成分に分離させる方法により得ることもできるし、或いは(3)外力の衝撃によって分割可能な分割性繊維に対して、分割はするものの、分割した後に解されない程度の外力を作用させて、分割性繊維の分割のみをさせる方法により得ることができる。これらの中でも、(1)特定の溶媒に対する溶解性の異なる樹脂成分2種類以上からなる複合繊維(例えば、海島型複合繊維)の、少なくとも1つの樹脂成分(海成分)を除去することにより形成した極細繊維束を、全く又は十分に解さない方法により得る方法であると、極細繊維集合体やパルプ状物以外の繊維を含めた繊維の分散性の点で優れているため、好適である。特に、海島型複合繊維の海成分を除去することにより形成した極細繊維束を、全く又は十分に解さない方法であると、極細繊維間に空隙を形成でき、電解液を保持したり、分離性能に関与でき、しかも厚さの薄い不織布を形成しやすいため、好適である。
【0019】
この極細繊維集合体を構成する個々の極細繊維は細いことによって繊維表面積が広くなり、電池用又はキャパシタ用のセパレータとして使用した場合には電解液の保持性に優れ、濾過材として使用した場合には塵埃の捕集性に優れるなど、各種特性を付与することができる。具体的には、各極細繊維の繊維径は5μm以下であり、好ましくは4μm以下であり、より好ましくは3μm以下であり、更に好ましくは2μm以下である。各極細繊維の繊維径の下限は特に限定するものではないが、0.01μm程度が適当である。
【0020】
本発明における「繊維径」は、繊維の横断面形状が円形である場合には、その直径をいい、繊維の横断面形状が非円形である場合には、同じ断面積を有する円の直径を繊維径とみなす。
【0021】
この極細繊維は有機系成分及び/又は無機系成分から構成していることができるが、軽量化することのできる有機系成分から構成されているのが好ましい。より具体的には、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂など1種類以上の樹脂から構成されていることができる。特に、耐薬品性(電池用やキャパシタ用のセパレータとして使用する場合には、耐電解液性)に優れており、各種用途に適合することができる、ポリオレフィン系樹脂から構成されているのが好ましい。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)から構成されていることができ、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。
【0022】
他方、パルプ状物はフィブリル化した微細繊維を含むものであり、その構成成分は特に限定されるものではないが、極細繊維と同様の理由で、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂など1種類以上の樹脂から構成されているのが好ましく、ポリオレフィン系樹脂から構成されているのがより好ましい。このポリオレフィン系樹脂も前述の極細繊維と全く同様のものであることができ、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)から構成されていることができ、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。
【0023】
本発明の不織布は、このような極細繊維集合体及び/又はパルプ状物を含むものであるが、実質的にパルプ状物を含んでいないのが好ましい。つまり、極細繊維集合体と他の繊維(個々の極細繊維を含む)を含んでいるのが好ましい。これは、パルプ状物の微細繊維以外の部分が太く、表面積があまり広くならない結果として、極細繊維集合体と比較して、各種特性(例えば、電池用セパレータとして使用した場合の内圧上昇の抑制作用、濾過材として使用した場合の圧力損失上昇の抑制作用、キャパシタ用セパレータとして使用した場合のイオン伝導性の向上、など)の向上の程度が低いためである。
【0024】
本発明の不織布を構成する繊維は前述のような極細繊維集合体及び/又はパルプ状物以外に、極細繊維や繊維径が5μmを超える太繊維などを含んでいることができる。
【0025】
この極細繊維は集合して極細繊維集合体の状態にないものであり、つまり個々の極細繊維が分散した状態にある。このように分散した状態にあることによって、各種特性を付与することができる。例えば、電池用セパレータとして使用した場合には、電気絶縁性に優れ、しかも電解液の保持性に優れているため、スムーズに起電反応を生じさせることができる。また、濾過材として使用した場合には、濾過性能を向上させることができる。更に、キャパシタ用のセパレータとして使用した場合には、電気絶縁性に優れている。
【0026】
なお、分散した極細繊維(以下、「分散極細繊維」ということがある)は、極細繊維集合体を構成する極細繊維(以下、「集合体極細繊維」ということがある)と同じであっても、異なっていても良い。
【0027】
なお、分散極細繊維が均一に分散して、各種特性が向上するように、各分散極細繊維相互の繊維径がほぼ同じであるのが好ましい。つまり、分散極細繊維の繊維径分布の標準偏差値(σ)を、分散極細繊維の平均繊維径(d)で除した値(=σ/d)が0.2以下(好ましくは0.18以下)であるのが好ましい。なお、各分散極細繊維相互の繊維径が全く同じである場合には標準偏差値(σ)が0になるため、前記値(σ/d)の下限値は0である。
【0028】
この「分散極細繊維の平均繊維径(d)」は100本以上(n本)の分散極細繊維の繊維径を計測し、その計測した繊維径を平均した値をいう。また、分散極細繊維の「標準偏差値(σ)」は、計測した繊維径(χ)を用いて、次の式から算出した値をいう。
標準偏差={(nΣχ2−(Σχ)2)/n(n−1)}1/2
ここで、nは測定した分散極細繊維の本数を意味し、χはそれぞれの分散極細繊維の繊維径を意味する。
【0029】
なお、繊維径が5μm以下の分散極細繊維が、繊維径分布の観点で2種類以上の群からなる場合には、各々の分散極細繊維群について、上記関係が成立するのが好ましい。
【0030】
また、分散極細繊維が均一に分散して、各種特性が向上するように、各分散極細繊維は、その繊維軸方向において、直径が実質的に変化しない(すなわち、実質的に同じ直径を有している)のが好ましい。
【0031】
このような各分散極細繊維相互の繊維径がほぼ同じである分散極細繊維、又は繊維軸方向において、直径が実質的に変化しない分散極細繊維は、例えば、紡糸口金部で海成分中に口金規制して島成分を押し出して複合する複合紡糸法で得た海島型複合繊維の海成分を除去することにより得ることができる。
【0032】
なお、一般的に混合紡糸法といわれる、島成分を構成する樹脂と海成分を構成する樹脂とを混合した後に紡糸する方法によって得た海島型複合繊維の海成分を除去する方法によっては、各分散極細繊維相互の繊維径がほぼ同じである分散極細繊維、又は繊維軸方向において、直径が実質的に変化しない分散極細繊維を得ることは困難である。しかしながら、本発明において使用することができる。
【0033】
また、メルトブロー法によっても、各分散極細繊維相互の繊維径がほぼ同じである分散極細繊維、又は繊維軸方向において、直径が実質的に変化しない分散極細繊維を得ることは困難である。しかしながら、本発明において使用することができる。
【0034】
本発明の分散極細繊維は前述のような分散極細繊維を1種類以上、又は2種類以上含んでいれば良い。例えば、複合紡糸法により得られた海島型複合繊維から形成した分散極細繊維と、混合紡糸法により得られた海島型複合繊維から形成した分散極細繊維とを含んでいることができる。
【0035】
なお、分散極細繊維が融着に関与できる樹脂成分(以下、「融着成分」ということがある)を含んでいると、この融着成分により融着することができ、分散極細繊維が確実に固定されて、分散極細繊維が脱落したり、毛羽立つことがないため好適な実施態様である。
【0036】
この分散極細繊維が融着成分を含む場合、分散極細繊維は融着成分のみから構成することもできるし、融着成分とこの融着成分の融点よりも高い融点を有する成分(以下、「非融着成分」ということがある)の2種類以上の成分から構成することもできる。後者のように分散極細繊維が融着成分と非融着成分とを含む2種類以上の成分から構成されていると、融着成分により融着しても繊維形態を維持することができ、不織布の形態安定性に優れているため好適である。
【0037】
分散極細繊維が融着成分と非融着成分とから構成されている場合、融着できるように、融着成分は分散極細繊維表面の一部又は全部を占めているのが好ましい。より具体的には、分散極細繊維の横断面形状が、例えば、芯鞘型、偏芯型、海島型であるのが好ましい。なお、非融着成分は繊維形状を維持できるように、融着成分の融点よりも10℃以上高い融点を有するのが好ましく、20℃以上高い融点を有するのがより好ましい。
【0038】
この融着成分と非融着成分とを含む分散極細繊維は、例えば、常法の複合紡糸法により海島型複合繊維を紡糸する際に、島成分を押し出す口金として、前述のような横断面形状(例えば、芯鞘型、偏芯型、海島型)を形成できるものを使用して海島型複合繊維を紡糸し、海成分を除去するか、常法の複合紡糸法により海島型複合繊維を紡糸する際に、融着成分と非融着成分とを混合した樹脂を島成分を押し出す口金に供給して海島型複合繊維を紡糸し、海成分を除去することにより得ることができる。
【0039】
本発明における「融点」は示差走査熱量計を用い、昇温温度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。なお、極大値が2つ以上ある場合には、最も高温の極大値を融点とする。
【0040】
なお、分散極細繊維は均一に分散しやすいように、自由度の高い短繊維(繊維長が30mm以下)であるのが好ましいが、分散極細繊維や海島型複合繊維を裁断する際に、分散極細繊維同士又は島成分同士が圧着してしまうと、極細繊維集合体となりやすいため、裁断する際に分散極細繊維同士又は島成分同士が圧着しにくい分散極細繊維又は海島型複合繊維を使用するのが好ましい。
【0041】
このような圧着しにくい分散極細繊維や海島型複合繊維としては、例えば、分散極細繊維や海島型複合繊維がポリメチルペンテンを含んでいたり、融点が166℃以上(好ましくは168℃以上)のポリプロピレンを含む分散極細繊維や海島型複合繊維を挙げることができる。
【0042】
また、分散極細繊維が均一に分散しやすいように、分散極細繊維の横断面形状は円形であるのが好ましい。
【0043】
本発明の不織布は集合体極細繊維に加えて、繊維径が5μmを超える太繊維を含んでいると、機械的強度に優れる不織布とすることができる。例えば、電池用セパレータとして使用した場合、この太繊維によってセパレータ(不織布)の破断を防止することができ、しかもこの太繊維が圧力に対して抗することによって空隙を確保し、集合体極細繊維、好ましくは分散極細繊維の作用と相俟って、電解液の保持性に優れており、起電反応を円滑に生じさせることができる。また、濾過材として使用した場合、この太繊維によって適度な空隙を確保することができるため、圧力損失の上昇を抑えることができる。更に、キャパシタ用のセパレータとして使用した場合、適度な空隙が形成されるため、イオン伝導性を向上させることができる。
【0044】
この太繊維の繊維径は太い方が、前記効果に優れているため、繊維径が8μm以上であるのが好ましく、9μm以上であるのがより好ましく、10μm以上であるのが更に好ましい。なお、太繊維の繊維径があまりにも大きいと、不織布の厚さが厚くなり、各種特性(電池用セパレータやキャパシタ用セパレータとして使用した場合には電気絶縁性能、濾過材として使用した場合には濾過性能、など)が低下する傾向があるため、35μm以下であるのが好ましく、30μm以下であるのがより好ましい。
【0045】
なお、分散極細繊維も含む場合、太繊維の平均繊維径が分散極細繊維の平均繊維径の5倍以上であると、太繊維によって空隙を確保し、この空隙に分散極細繊維が存在しやすくなる。つまり、太繊維からなる骨格間に分散極細繊維が存在しているような状態となり、圧力が加わったとしても、破断しにくく、空隙を確保できるため好適である。より好ましくは、太繊維の平均繊維径が分散極細繊維の平均繊維径の5.5倍以上である。
【0046】
なお、太繊維の平均繊維径は分散極細繊維の平均繊維径と同様にして得られる値である。つまり、100本以上(n本)の太繊維の繊維径を計測し、その計測した繊維径を平均した値をいう。
【0047】
このような太繊維として、ヤング率が50cn/dtex以上の高弾性太繊維を含んでいるのが好ましい。このようなヤング率を有する高弾性太繊維を含んでいることによって、張力によって破断しにくく、しかも圧力に対して抗し、空隙を確保しやすくなるためである。なお、ヤング率が高ければ高い程、このような効果に優れているため、65cn/dtex以上であるのが好ましく、80cn/dtex以上であるのがより好ましい。
【0048】
この「ヤング率」はJIS L 1015:1999、8.11項に規定されている方法により測定した初期引張抵抗度から算出した見掛ヤング率の値をいう。なお、初期引張抵抗度は定速緊張形試験機によって測定した値をいう。
【0049】
この高弾性太繊維の繊維径は5μmを超える繊維径である限り特に限定されるものではないが、破断しにくく、しかも空隙を確保できるように、7μm以上であるのが好ましく、8μm以上であるのがより好ましく、10μm以上であるのが更に好ましい。他方、高弾性太繊維の繊維径が大きすぎると、不織布の厚さが厚くなり、各種特性(電池用セパレータやキャパシタ用セパレータとして使用した場合には電気絶縁性能、濾過材として使用した場合には濾過性能、など)が低下する傾向があるため、35μm以下であるのが好ましい。高弾性太繊維のより好ましい繊維径は13〜30μmであり、更に好ましい繊維径は13〜25μmである。
【0050】
なお、分散極細繊維を含んでいる場合、この高弾性太繊維は空隙を確保する性能に優れているように、高弾性太繊維の平均繊維径が分散極細繊維の平均繊維径の6倍以上であるのが好ましく、6.5倍以上であるのがより好ましい。
【0051】
また、分散極細繊維を含んでいる場合、高弾性太繊維の平均繊維長が分散極細繊維の平均繊維長の2.5倍以上であるのが好ましい。このような関係を満たすことによって、高弾性太繊維からなる骨格間に分散極細繊維が存在している状態となりやすい。より好ましくは、高弾性太繊維の平均繊維長が分散極細繊維の平均繊維長の3倍以上であり、更に好ましくは4倍以上であり、最も好ましくは5倍以上である。
【0052】
なお、本発明における「繊維長」は、JIS L 1015(化学繊維ステープル試験法)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い、「平均繊維長」は無作為に選んだ100本の繊維の繊維長の平均値をいう。
【0053】
この高弾性太繊維は有機系成分及び/又は無機系成分から構成していることができるが、軽量化することのできる有機系成分から構成されているのが好ましい。より具体的には、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂など1種類以上の樹脂成分から構成されていることができる。特に、耐薬品性(電池用セパレータの場合には、耐電解液性)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。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、超高分子量ポリエチレンやポリプロピレンからなるのが好ましい。
【0054】
なお、本発明の高弾性太繊維は前記のような樹脂成分単独から構成されていても良いし、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。2種類以上の樹脂成分からなる高弾性太繊維の横断面形状としては、例えば、芯鞘型、偏芯型、海島型であることができる。このように2種類以上の樹脂成分から構成されていると、繊維表面を構成する樹脂成分によって融着することができる。
【0055】
また、分散極細繊維を含んでいる場合、高弾性太繊維の繊維径が10μm以上である場合には、高弾性太繊維の質量比率が分散極細繊維の質量比率の1〜4倍であるのが好ましい。このような質量比率であると、高弾性太繊維からなる骨格間に分散極細繊維が存在した状態となりやすいためである。
【0056】
更に、太繊維として融着太繊維を含んでおり、この融着太繊維が融着しているのが好ましい。このような融着太繊維を含んでいることによって、更に機械的強度を向上させることができるため好適である。
【0057】
この融着太繊維の融着成分は融着太繊維以外の構成材(例えば、極細繊維集合体、パルプ状物、分散極細繊維、高弾性太繊維など)に悪影響を及ぼさない融点を有するのが好ましい。例えば、融着太繊維以外の繊維として、ポリプロピレン系樹脂単独からなる極細繊維集合体、ポリプロピレン系樹脂単独からなる分散極細繊維、及びポリプロピレン系樹脂単独からなる高弾性太繊維とを含んでいる場合には、融着太繊維の融着成分として、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)、或いはプロピレン共重合体(例えば、エチレン−ブテン−プロピレン共重合体、エチレン−ブタジエン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体など)を含んでいるのが好ましく、融着太繊維以外の繊維として、ポリプロピレン系樹脂単独からなる極細繊維集合体、ポリプロピレン系樹脂単独からなる分散極細繊維、及び超高分子量ポリエチレン単独からなる高弾性繊維とを含んでいる場合には、融着太繊維の融着成分として、ポリエチレン(例えば、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など)又はエチレン共重合体を含んでいるのが好ましい。
【0058】
この融着太繊維は融着成分のみから構成されていても良いし、融着成分に加えて融着成分よりも融点の高い非融着成分を含んでいても良い。後者のように融着成分と非融着成分とから構成されていると、不織布の機械的強度をより向上させることができる。この場合の融着太繊維の横断面形状としては、例えば、芯鞘型、偏芯型、海島型であることができる。また、非融着成分は融着成分の融点よりも10℃以上高い樹脂からなるのが好ましく、20℃以上高い樹脂からなるのがより好ましい。
【0059】
本発明の不織布は上述のような極細繊維集合体及び/又はパルプ状物と、その他の材料(例えば、分散極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維など)を含んでいることができるが、(1)極細繊維集合体と分散極細繊維、(2)極細繊維集合体と高弾性太繊維、(3)極細繊維集合体と融着太繊維、(4)極細繊維集合体、分散極細繊維、及び高弾性太繊維、(5)極細繊維集合体、分散極細繊維、及び融着太繊維、(6)極細繊維集合体、融着太繊維、及び高弾性太繊維、(7)極細繊維集合体、分散極細繊維、高弾性太繊維、及び融着太繊維、の組み合わせからなるのが好ましい。
【0060】
本発明の不織布構成材(例えば、極細繊維集合体、分散極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維など)は、前述のように、有機系成分及び/又は無機系成分から構成していることができるが、不織布を軽量化することができるように、いずれの構成材も有機系成分から構成されているのが好ましい。より具体的には、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂など1種類以上から構成されていることができる。特に、耐薬品性に優れているように、いずれの構成材も実質的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「実質的にポリオレフィン系樹脂から構成されている」とは、構成材が薬品によって大きく影響を受ける部分は表面であるため、表面が実質的にポリオレフィン系樹脂から構成されていることをいう。例えば、ポリアミド樹脂とポリオレフィン系樹脂とからなり、ポリオレフィン系樹脂のみが繊維の表面(繊維両端部を除く)を占めている繊維は、実質的にポリオレフィン系繊維である。
【0061】
本発明の不織布の構成材(例えば、極細繊維集合体、パルプ状物、分散極細繊維、太繊維など)の表面を構成する樹脂がいずれも同系統の樹脂からなると、構成材同士の融着力が強く、機械的強度に優れているため好適である。特に、表面がいずれもポリプロピレン系樹脂からなると耐熱性に優れている。また、不織布の構成材(例えば、極細繊維集合体、パルプ状物、分散極細繊維、太繊維など)の融着成分がいずれも同系統の樹脂からなる場合も、構成材同士の融着力が強く、機械的強度に優れているため好適である。特に、構成材の融着成分がいずれもポリエチレン系樹脂からなるのが好ましい。
【0062】
本発明の不織布を構成する繊維(例えば、分散極細繊維、集合体極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維など)は未延伸状態にあることもできるが、機械的強度に優れているように、延伸状態にあるのが好ましい。
【0063】
また、本発明の不織布を構成する繊維(例えば、分散極細繊維、集合体極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維など)の繊維長は、特に限定されるものではないが、繊維長は0.5〜30mmであるのが好ましい。より好ましくは1〜20mmに切断された繊維である。
【0064】
本発明の不織布は上述のような極細繊維集合体及び/又はパルプ状物を含むものであるが、不織布の一方の面(A)における極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数と、前記不織布の他方の面(B)における極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数とが異なっているため、各種特性を付与することができ、各種用途に適合できるものである。例えば、密閉型電池のセパレータとして使用した場合には、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面においては、電解液が局在化しやすいため、この面を負極と当接するように配置すれば、酸素と負極との接触機会が増大して、酸素を充分に消費することができるため、電池の内圧の上昇を抑えることができる。また、濾過材として使用した場合には、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面の存在により、圧力損失の増大を抑制することができる。更に、キャパシタ用のセパレータとして使用した場合には、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面の存在によって電解液が局在化しているもののリッチであるため、イオン伝導性を高めることができる。
【0065】
この極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の差の程度は、使用用途、目的性能などによって適宜変化するため、特に限定するものではないが、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の存在は別の見方をすれば、不織布の地合いを悪くすることになるため、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面において、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物が実質的に存在していないのが好ましい。つまり、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面においては、分散極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維の中から選ばれる少なくとも1種類の繊維から構成されているのが好ましい。なお、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面において、外力の衝撃によって分割可能な分割性繊維(未分割)を含んでいる場合もある。
【0066】
この不織布の片面において、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物が実質的に存在しておらず、構成材(特に繊維)が均一に分散していることを示す指標として、「地合指数」を挙げることができる。この地合指数の値が0.15以下であると、構成材が均一に分散している。より好ましい地合指数は0.10以下である。
【0067】
この「地合指数」は特開2001−50902号に記載されている方法により得られる値をいう。つまり、次のようにして得られる値をいう。
(1)光源から被測定物(不織布)に対して光を照射し、照射された光のうち、被測定物の所定領域において反射された反射光を受光素子によって受光して、輝度情報を取得する。
(2)被測定物の所定領域を画像サイズ3mm角、6mm角、12mm角、24mm角に等分割して、4つの分割パターンを取得する。
(3)得られた各分割パターン毎に等分割された各区画の輝度値を、輝度情報に基づいて算出する。
(4)各区画の輝度値に基づいて、各分割パターン毎の輝度平均(X)を算出する。
(5)各分割パターン毎の標準偏差(σ)を求める。
(6)各分割パターン毎の変動係数(CV)を次の式により算出する。
変動係数(CV)=(σ/X)×100
ここで、σは各分割パターン毎の標準偏差を示し、Xは各分割パターン毎の輝度平均を示す。
(7)各画像サイズの対数をX座標、当該画像サイズに対応する変動係数をY座標とした結果得られる座標群を、最小二乗法により一次直線に回帰させ、その傾きを算出し、この傾きの絶対値を地合指数とする。
【0068】
また、不織布の片面において、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物が実質的に存在しておらず、構成材(特に繊維)が均一に分散していることを示す指標として、「最大孔径」を挙げることができる。この最大孔径が40μm以下であると、構成材が均一に分散している。この最大孔径が小さい程、構成材の分散性が均一であることを意味するため、35μm以下であるのがより好ましく、30μm以下であるのが更に好ましい。この「最大孔径」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。
【0069】
更に、不織布の片面において、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物が実質的に存在しておらず、構成材(特に繊維)が均一に分散していることを示す指標として、「(最大孔径/平均流量孔径)比」を挙げることができる。この(最大孔径/平均流量孔径)比(=最大孔径/平均流量孔径)が2以下、(より好ましくは1.9以下)であると、構成材が均一に分布している。なお、理想的には最大孔径と平均流量孔径が同じ、つまり、(最大孔径/平均流量孔径)比が1である。この「平均流量孔径」は、ASTM−F316に規定されている方法により得られる値をいい、例えば、ポロメータ(Polometer、コールター(Coulter)社製)を用いてミーンフローポイント法により測定される値をいう。
【0070】
本発明における「不織布の面」とは、不織布表面が平滑であるとした場合に形成される直方体の、最も面積の広い対向する一対の面のいずれか一方に相当する不織布表面を、倍率50倍で電子顕微鏡写真を撮り、その電子顕微鏡写真によって認識できる領域をいう。なお、「極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数」とは、前記電子顕微鏡写真によって確認することのできる極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の個数をいう。また、「不織布の両面における極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数が異なるかどうか」は、前記電子顕微鏡写真の2mm×2mmの範囲内における個数を、不織布の各面の20箇所について数え、その平均値をもとに判断する。
【0071】
本発明の不織布は実質的に構成材(特に繊維)の融着のみによって固定されているのが好ましい。このように構成材の融着のみによって固定されていることによって、地合いが優れており、各種特性に優れているため好適である。例えば、融着以外に絡合していることによって構成材が固定されていると、構成材を絡合させるための作用(例えば、水流などの流体流など)によって、構成材の分散が乱されて、各種性能(電池用セパレータやキャパシタ用セパレータとして使用した場合の電気絶縁性能、濾過材として使用した場合の濾過性能)が低下する場合があるが、融着のみによって固定されていれば、構成材の分散が乱れないため、各種特性に優れている。
【0072】
なお、不織布を製造する段階で繊維が絡むことがある。例えば、カード機により繊維ウエブを形成したり、湿式法により繊維ウエブを形成した場合でも、繊維ウエブはある程度その形態を保つことができる。このことは、多かれ少なかれ繊維同士が絡合した状態にあることを示している。しかしながら、この程度の絡合は、前述の流体流絡合のように、構成材の分散を乱す絡合ではないため、本明細書においては、実質的に絡合していないものとみなす。このように、「実質的に構成材の融着のみ」とは、繊維ウエブを形成した後における構成材同士の固定が融着のみによってなされている状態をいう。この状態は別の見方をすれば、不織布の構成材(例えば、極細繊維集合体、パルプ状物、分散極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維など)が、実質的に二次元的に配置した状態にある。
【0073】
本発明の不織布は、前述のような極細繊維集合体及び/又はパルプ状物が面によって総個数が異なるように偏在しているが、その他の構成材(分散極細繊維、太繊維など)は偏在していても良いし、均一に分散していても良い。例えば、電池用セパレータやキャパシタ用セパレータとして使用する場合、その他の構成材が均一に分散していることによって電解液を不織布全体に均一に保持することができるため、内部抵抗の低い電池やキャパシタを製造することができ、濾過材として使用する場合、その他の構成材が均一に分散していることによって濾過性能に優れている。
【0074】
本発明の不織布の厚さは特に限定するものではないが、不織布の厚さが薄ければ薄い程、各種用途に適用した場合、小型化することができるため、100μm以下であるのが好ましい。例えば、電池用セパレータとして使用した場合、従来と同じ長さだけ使用すれば電池を小型化することができ、同量だけ使用すれば電池を高容量化することができる。他方、不織布の厚さが薄すぎると、不織布の機械的強度が低くなるため、10μm以上であるのが好ましく、20μm以上であるのがより好ましく、30μm以上であるのが更に好ましく、40μm以上であるのが最も好ましい。
【0075】
この「厚さ」は、JIS B 7502:1994に規定されている外側マイクロメーター(0〜25mm)を用いて、JIS C 2111 5.1(1)の測定法により測定した、無作為に選んだ10点の平均値をいう。
【0076】
本発明の不織布は目付あたりにおける総表面積が20m以上であるのが好ましい。特に、厚さが100μm以下である場合には、薄いにもかかわらず、総表面積が広いということは、それだけ各種機能に関与できることを意味している。例えば、電池用セパレータ又はキャパシタ用セパレータとして使用した場合、電解液の保持性に関与することができるとともに、電気絶縁性にも優れている。また、濾過材として使用した場合には、捕集に関与することができる。
【0077】
このように、総表面積が広ければ広いほど、前記効果に優れているため、目付あたりにおける総表面積は22m以上であるのが好ましく、25m以上であるのがより好ましい。
【0078】
ここで「目付」とは、JIS P 8124(紙及び板紙−坪量測定法)に規定されている方法に基づいて得られる坪量を意味し、「目付あたりにおける総表面積」とは、BET法により得られる表面積を目付あたりに換算した値をいう。例えば、目付がX(g/m)で、BET法により得られる表面積がY(m/g)である場合、XY(m)が目付あたりにおける総表面積になる。
【0079】
本発明の不織布の目付は特に限定されるものではないが、10〜300g/m程度が適当である。前述のように、厚さが100μm以下である場合には、この厚さとすることができ、しかも機械的強度に優れているように、5〜75g/m2であるのが好ましく、10〜50g/m2であるのがより好ましい。
【0080】
本発明の不織布は少なくとも一方向における引張り強さが20N/5cm幅以上であるのが好ましい。この程度の引張り強さがあれば、各種用途に適用することができる。より好ましい引張り強さは30N/5cm幅以上であり、40N/5cm幅以上であるのが更に好ましい。なお、不織布に対しては、主として長手方向に張力が作用するため、前記引張り強さは不織布の長手方向に関してであるのが好ましい。
【0081】
この「引張り強さ」は、ある方向と直交する方向に長さ5cmで、ある方向に長さ20cmに裁断した長方形状の不織布を、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で不織布を引張り、不織布を破断するために要する力をいう。
【0082】
本発明の不織布は各種用途に適合するように、各種処理が施されていても良い。例えば、不織布を電池用セパレータやキャパシタ用セパレータとして使用する場合、前述のように耐電解液性に優れ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が、ポリオレフィン系樹脂は電解液の保持性が乏しいため、親水性付与処理が施されているのが好ましい。また、不織布を濾過材として使用する場合、捕集性能を向上させるために、エレクトレット化処理が施されているのが好ましい。
【0083】
本発明の不織布は前述のように、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数が両面において異なることによって、各種性能を有するものであるため、各種用途に適用できるものである。例えば、電池用のセパレータとして、特に、不織布の極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面が負極と当接するようにして用いれば、内圧が上昇しにくい電池を製造することができ、キャパシタ用のセパレータとして用いれば、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面の存在によってイオン伝導性を高めることができ、しかも極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面の存在によって電気絶縁性に優れており、濾過材として使用すれば、圧力損失の上昇を抑えることができる。これら用途以外に、例えば、清掃布、医療用覆布、透湿防水布、芯地、衣料用表地、合成皮革用基布、人工皮革用基布など、各種用途に適用することができる。
【0084】
なお、本発明の不織布を電池用セパレータとして、又はキャパシタ用セパレータとして使用する場合には、不織布の空隙率は電解液の保持性やイオン透過性に優れているように、45〜70%であるのが好ましく、50〜65%であるのがより好ましい。
【0085】
この「空隙率(P)」は次の式により得られる値をいう。
空隙率(P)={1−W/(T×d)}×100
ここで、Wは目付(g/m)を意味し、Tは不織布の厚さ(μm)を意味し、dは不織布構成材の密度(g/cm)を意味する。なお、不織布構成材が2種類以上の樹脂からなる場合には、不織布構成材の密度は各樹脂の質量平均をいう。例えば、密度dの樹脂Aがa(mass%)と、密度dの樹脂Bがb(mass%)から構成されている場合、構成材の密度は次の式により得られる値をいう。
d=d×a/100+d×b/100
【0086】
また、本発明の不織布を電池用セパレータ又はキャパシタ用セパレータとして使用する場合、ニードル式耐貫通力が500gf以上であるのが好ましい。つまり、いずれの場合も電極を構成する活物質がセパレータを突き抜けて短絡しないようにするためである。より好ましいニードル式耐貫通力は600gf以上であり、更に好ましいニードル式耐貫通力は700gf以上である。
【0087】
このニードル式耐貫通力は次のようにして得られる値をいう。
円筒状貫通孔(内径:11mm)を有する支持台の円筒状貫通孔を覆うように不織布を1枚載置し、更に不織布上に、円筒状貫通孔(内径:11mm)を有する固定材を、固定材の中心が前記支持台の円筒状貫通孔の中心と一致するように載置して、不織布を固定する。次いで、この不織布に対して、ハンディー圧縮試験機(カトーテック製、KES−G5)に取り付けられたニードル(先端部における曲率半径:0.5mm、直径:1mm、治具からの突出長さ:2cm)を、0.01cm/sの速度で垂直に突き刺し、ニードルが突き抜けるのに要する力を測定し、この力をニードル式耐貫通力とする。
【0088】
本発明の不織布を電池用セパレータ又はキャパシタ用セパレータとして使用する場合、単位目付あたりのニードル式耐貫通力が14gf以上であるのが好ましく、15gf以上であるのがより好ましく、16gf以上であるのが更に好ましく、18gf以上であるのが最も好ましい。この値が高ければ高い程、活物質がセパレータを突き抜けにくいためである。
【0089】
なお、「平均ニードル式耐貫通力」は、前記ニードル式耐貫通力の測定を不織布の30箇所について行って得た値を平均した値を意味する。また、「単位目付あたりの平均ニードル式耐貫通力」は、前記平均ニードル式耐貫通力を目付(g/m)で除した値を意味する。
【0090】
本発明の不織布を電池用セパレータ又はキャパシタ用セパレータとして使用する場合、不織布構成材の表面には、電解液との親和性が付与又は向上するように、酸素及び/又は硫黄含有官能基(例えば、スルホン酸基、スルホン酸塩基、スルホフルオライド基、カルボキシル基、カルボニル基など)が導入されていたり、親水性モノマーがグラフト重合されていたり、界面活性剤が付与されていたり、或いは親水性樹脂が付与されているのが好ましい。
【0091】
本発明の不織布は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物を用意する。好ましくは、前述のような高弾性太繊維や融着太繊維を用意する。なお、分散極細繊維を使用する場合、極細繊維集合体を離解機などにより解すことによって得ることができる。また、極細繊維集合体は、外力の衝撃によって分割可能な分割性繊維に対して分割のみを生じさせる外力を作用させることによっても得ることができるため、極細繊維集合体に替えて又は加えて、外力の衝撃によって分割可能な分割性繊維を用意しても良い。
【0092】
次いで、用意した極細繊維集合体及び/又はパルプ状物、好ましくは分散極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維などを用いて繊維ウエブを形成するが、この繊維ウエブを形成する際に、極細繊維の集合度合いの異なる極細繊維集合体や、フィブリル化の程度の異なるパルプ状物を使用する。このように集合度合いの異なる極細繊維集合体やフィブリル化の程度の異なるパルプ状物を使用することによって、その分散挙動に差が生じるため、一方の面(A)と他方の面(B)における、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の異なる繊維ウエブを形成することができる。例えば、湿式法により繊維ウエブを形成する場合、集合度合いの高い極細繊維集合体と集積度合いの低い極細繊維集合体(極端には個々の極細繊維)とでは、スラリー中における分散位置が異なり、つまり、集合度合いの高い極細繊維集合体はスラリーの内部に分散しやすく、集合度合いの低い極細繊維集合体はスラリー表面に分散しやすいため、このようなスラリーから繊維を抄造網により抄き上げると、抄造網側に集合度合いの高い極細繊維集合体が多く存在し、抄造網側とは反対側に集合度合いの低い極細繊維集合体が多く存在することになる。
【0093】
なお、繊維ウエブを形成する方法は湿式法に限定されず、乾式法により形成する場合にも、集合度合いやフィブリル化の程度の違いによって分散挙動に差が生じるため、同様の繊維ウエブを形成することができる。しかしながら、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物以外の繊維が均一に分散できるように、湿式法により形成するのが好ましい。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により形成することができる。
【0094】
次いで、この繊維ウエブ構成材を固定して、不織布を得ることができる。この固定を、繊維ウエブ構成材(例えば、分散極細繊維、高弾性太繊維、融着太繊維など)の融着成分の融着により実施すると、繊維ウエブ構成材の分散が乱れず、地合いが優れる不織布を形成できるため好適である。
【0095】
この融着成分による融着は、無圧下で行なっても良いし、加圧下で行なっても良いし、或は無圧下で融着成分を溶融させた後に加圧(直ちに加圧するのが好ましい)しても良い。なお、加熱温度は、いずれの場合も、融着成分の軟化温度から融点よりも30℃高い温度までの範囲内で行なうのが好ましく、加圧する場合の圧力は、少なくとも一方向(好ましくは長手方向)における引張り強さが20N/5cm幅となるように、適宜調節するのが好ましい。この「軟化温度」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開始点を与える温度をいう。
【0096】
なお、繊維ウエブ中に外力の衝撃によって分割可能な分割性繊維を含んでいる場合には、水流などの流体流を作用させることにより、分割性繊維の分割を行い、極細繊維集合体を発生させても良い。
【0097】
また、不織布の厚さが必要以上に厚い場合には、一対のロール間を通過させるなどして、厚さを調節するのが好ましい。
【0098】
本発明の目付あたりにおける総表面積が20m以上である不織布は、構成材の配合を考慮することにより製造することができる。つまり、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物や、分散極細繊維の配合量を多くすることによって、製造することができる。
【0099】
本発明の不織布の片面において、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物が実質的に存在しておらず、構成材が均一に分散していることを示す指標である、地合指数が0.15以下の不織布、最大孔径が40μm以下である不織布、或いは(最大孔径/平均流量孔径)比が2以下である不織布は、分散極細繊維量を多くしたり、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物以外の構成材としていずれもフィブリル化していない繊維を使用したり、繊維長が1〜20mm程度の短い繊維を使用したり、湿式法により繊維ウエブを形成したり、融着のみによって繊維を固定(絡合処理を施さない)するなど、これらを併用することによって製造することができる。
【0100】
本発明の少なくとも一方向(好ましくは長手方向)における引張り強さが20N/5cm幅以上である不織布は、繊維を抄き上げる抄造網の移動速度とスラリー流量とを調節して繊維の配向が一方向に近い状態としたり、融着の程度を高くしたり、繊維長を長くするなど、これらを併用することによって製造することができる。
【0101】
電池用セパレータ又はキャパシタ用セパレータとして好適である、空隙率が45〜70%である不織布は、分散極細繊維量を少なくしたり、使用する繊維量を少なくしたり、融着する際の圧力を調整するなど、これらを併用することによって製造することができる。
【0102】
電池用セパレータ又はキャパシタ用セパレータとして好適である、ニードル式耐貫通力が500gf以上の不織布や、単位目付あたりのニードル式耐貫通力が14gf以上の不織布は、ヤング率の大きい高弾性太繊維を使用したり、高弾性太繊維量を多くしたり、高弾性太繊維を均一に分散させたり、融着太繊維によって強固に融着したり、融着太繊維を溶融させた後直ちに加圧して融着するなどの諸条件を調節することによって製造することができる。
【0103】
本発明の不織布は耐薬品性に優れるように、実質的に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ため、電池用セパレータやキャパシタ用セパレータとして使用する場合、電解液の保持性を向上させるために、親水化処理を実施するのが好ましい。この親水化処理としては、例えば、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などがある。
【0104】
なお、これらの親水化処理は繊維に対して実施した後に不織布を形成しても良いし、不織布を形成した後に親水化処理を実施しても良いが、不織布を形成した後に親水化処理を実施する方が、製造上好適である。以下、不織布を形成した後に親水化処理する方法について説明するが、繊維に対して親水化処理を実施する場合も全く同様にして実施することができる。
【0105】
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、三酸化イオウ、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てスルホン酸基を導入する方法や、一酸化硫黄ガス、二酸化硫黄ガス或いは三酸化硫黄ガスなどの存在下で放電を作用させて不織布にスルホン酸基を導入する方法等がある。
【0106】
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構成材の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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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、不織布全体の0.3〜5mass%であるのが好ましい。
【0112】
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。
【0113】
本発明の電池は前述のような不織布をセパレータとして使用したものであるため、内圧の上昇しにくいものである。特に、不織布の極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面が負極と当接するように配置されていると、電解液が局在化して酸素と負極との接触機会が増大して、酸素を充分に消費することができるため、電池の内圧の上昇を抑えることができる。
【0114】
本発明の電池は前述のような不織布をセパレータとして使用していること以外は従来と全く同様であることができる。例えば、円筒型ニッケル−水素電池は、ニッケル正極板と水素吸蔵合金負極板とを、前述のような不織布(セパレータ)を介して渦巻き状に巻回した極板群を、金属のケースに挿入した構造を有する。前記ニッケル正極板としては、例えば、スポンジ状ニッケル多孔体に水酸化ニッケル固溶体粉末からなる活物質を充填したものを使用することができ、水素吸蔵合金負極板としては、例えば、ニッケルメッキ穿孔鋼板、発泡ニッケル、或いはニッケルネットに、AB系(希土類系)合金、AB/AB系(Ti/Zr系)合金、或いはAB(Laves相)系合金を充填したものを使用することができる。なお、電解液として、例えば、水酸化カリウム/水酸化リチウムの二成分系のもの、或いは水酸化カリウム/水酸化ナトリウム/水酸化リチウムの三成分系のものを使用することができる。また、前記ケースは安全弁を備えた封口板により、絶縁ガスケットを介して封口されている。更に、正極集電体や絶縁板を備えており、必要であれば負極集電体を備えている。
【0115】
なお、本発明の電池は円筒形である必要はなく、角型、ボタン型などであっても良い。角型の場合には、正極板と負極板との間に不織布(セパレータ)が配置された積層構造を有する。また、ニッケル水素電池に限定されず、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−亜鉛電池などの二次電池であることができる。
【0116】
本発明のキャパシタは前述のような不織布をセパレータとして使用したものであるため、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面の存在によってイオン伝導性を高めることができ、しかも極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面の存在によって電気絶縁性に優れている。
【0117】
本発明のキャパシタは前述のような不織布をセパレータとして使用していること以外は従来と全く同様であることができる。例えば、シート状の集電極(例えば、アルミニウム薄板)、電極(例えば、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電極)、不織布(セパレータ)、電極、及び集電極をこの順に積み重ねた最上層及び/又は最下層に絶縁シートを重ねてから、この電極群を捲回加工することにより、本発明のキャパシタを構成することができる。
【0118】
なお、本発明のキャパシタは電解液が硫酸水溶液からなる水溶液系キャパシタと、プロピレンカーボネートやγ−ブチロラクトンなどの有機溶媒と4級アンモニウム塩などの電解質からなる非水溶液系キャパシタの、いずれに対しても使用することができる。
【0119】
以下に、本発明のセパレータの実施例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0120】
【実施例】
(実施例1)
海島型複合繊維として、ポリ−L−乳酸(以下、「PLLA」と表記する)からなる海成分中に、ポリプロピレンからなる島成分が25個存在する、複合紡糸法により得た繊維(繊度:1.65dtex、切断繊維長:2mm、融点:172℃)を用意した。
【0121】
次いで、この海島型複合繊維を、温度80℃、10mass%水酸化ナトリウム水溶液からなる浴中に30分間浸漬し、海島型複合繊維の海成分であるPLLAを抽出除去して、ポリプロピレン極細繊維集合体(ポリプロピレン極細繊維の繊維径:2μm)を得た。
【0122】
次いで、このポリプロピレン極細繊維集合体の半分を、濃度が0.5%となるように水媒体に供給した後、離解機により10分間解して、個々のポリプロピレン分散極細繊維に充分に解された第1スラリーを用意した。このポリプロピレン分散極細繊維は次のような物性を有するものであった。
繊維径:2μm、平均繊維径:2μm、ρ/d:0.083、融点:172℃、切断繊維長:2mm、平均繊維長:2mm、密度:0.91g/cm、フィブリル化していない、延伸されている、繊維軸方向において直径が実質的に変化していない、繊維横断面形状:円形
【0123】
次いで、前記ポリプロピレン極細繊維集合体のもう半分を、濃度が0.5%となるように水媒体に供給した後、離解機により3分間解して、個々のポリプロピレン分散極細繊維と完全に解されていないポリプロピレン極細繊維集合体とが混在している第2スラリーを用意した。
【0124】
また、融着太繊維として、芯成分(非融着成分)がポリプロピレン(融点:168℃、密度:0.91g/cm)からなり、鞘成分(融着成分)が高密度ポリエチレン(融点:135℃、密度:0.96g/cm)からなる芯鞘型複合太繊維(繊度:0.8dtex、繊維径:10.5μm、平均繊維径:10.5μm、切断繊維長:5mm、芯成分と鞘成分との質量比率は1:1、フィブリル化していない、延伸されている)を用意した。
【0125】
更に、高弾性太繊維として、高結晶性ポリプロピレンからなる太繊維(ヤング率:90cN/dtex、繊度:1.3dtex、繊維径:13.5μm、平均繊維径:13.5μm、切断繊維長:10mm、平均繊維長:10mm、密度:0.91g/cm、フィブリル化していない、延伸されている)を用意した。
【0126】
次いで、第1スラリー中のポリプロピレン分散極細繊維が10mass%と、第2スラリー中のポリプロピレン分散極細繊維と完全に解されていないポリプロピレン極細繊維集合体が10mass%と、芯鞘型複合太繊維50mass%と、ポリプロピレン高弾性太繊維30mass%の配合比率となるように混合し、分散させた第3スラリーから、湿式法(水平長網方式)により、繊維ウエブを形成した。
【0127】
次いで、この繊維ウエブを温度135℃に設定された熱風循環式ドライヤー中に3分間放置して、繊維ウエブの乾燥、及び前記芯鞘型複合太繊維の鞘成分(高密度ポリエチレン)による熱融着により繊維同士を固定した後、カレンダー処理を実施して厚さを調整し、融着不織布(目付:40g/m2、厚さ:100μm、(太繊維の平均繊維径)/(分散極細繊維の平均繊維径)=5.5、目付あたりにおける総表面積:29.7m)を形成した。
【0128】
この融着不織布の両面における電子顕微鏡写真(倍率:50倍)を撮影したところ、一方の面(図1参照)においては、ポリプロピレン極細繊維集合体が存在していたものの、他方の面(図2参照)においては、ポリプロピレン極細繊維集合体が実質的に存在しておらず、ポリプロピレン分散極細繊維、芯鞘型複合太繊維、及びポリプロピレン高弾性太繊維が均一に分散した状態にあった。
【0129】
次いで、この融着不織布を、フッ素ガス3vol%、酸素ガス5vol%、ニ酸化硫黄ガス5vol%、及び窒素ガス87vol%からなる混合ガスと、120秒間接触させることにより、繊維表面にスルホン酸基、カルボニル基、カルボキシル基、及び水酸基を導入して、セパレータ用の融着不織布(以下、セパレータという)を製造した。
【0130】
(比較例1)
ポリプロピレンからなるメルトブロー不織布(平均繊維径:5μm、未延伸、繊維軸方向において直径が実質的に変化している、繊維横断面形状:円形、目付:40g/m、厚さ:100μm、目付あたりにおける総表面積:35.2m)を用意した。
【0131】
このメルトブロー不織布の両面における電子顕微鏡写真を撮影したところ、いずれの面においてもポリプロピレン極細繊維集合体が存在しておらず、均一に分散した状態にあった。
【0132】
次いで、このメルトブロー不織布を実施例1と同様にして、繊維表面にスルホン酸基、カルボニル基、カルボキシル基、及び水酸基を導入して、セパレータ用のメルトブロー不織布(以下、セパレータという)を製造した。
【0133】
(地合指数の測定)
実施例1のセパレータのポリプロピレン極細繊維集合体が実質的に存在していない面における地合指数、及び比較例1のセパレータの地合指数を次のようにして測定した。
(1)光源から被測定物(セパレータ)に対して光を照射し、照射された光のうち、被測定物の所定領域において反射された反射光を受光素子によって受光して輝度情報を取得した。
(2)被測定物の所定領域を画像サイズ3mm角、6mm角、12mm角、24mm角に等分割して、4つの分割パターンを取得した。
(3)得られた各分割パターン毎に等分割された各区画の輝度値を輝度情報に基づいて算出した。
(4)各区画の輝度値に基づいて、各分割パターン毎の輝度平均(X)を算出した。
(5)各分割パターン毎の標準偏差(σ)を求めた。
(6)各分割パターン毎の変動係数(CV)を次の式により算出した。
変動係数(CV)=(σ/X)×100
ここで、σは各分割パターン毎の標準偏差を示し、Xは各分割パターン毎の輝度平均を示す。
(7)各画像サイズの対数をX座標、当該画像サイズに対応する変動係数をY座標とした結果得られる座標群を、最小二乗法により一次直線に回帰させ、その傾きを算出し、この傾きの絶対値を地合指数とした。なお、地合指数は数字が小さいほど、繊維が均一に分散していることを意味する。
この結果は表1に示す通りであった。
【0134】
【表1】

Figure 0004800527
【0135】
(最大孔径の測定)
実施例1のセパレータのポリプロピレン極細繊維集合体が実質的に存在していない面における最大孔径、及び比較例1のセパレータの最大孔径を、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した。この値は表1に示す通りであった。
【0136】
((最大孔径/平均流量孔径)比の測定)
実施例1のセパレータのポリプロピレン極細繊維集合体が実質的に存在していない面における平均流量孔径、及び比較例1のセパレータの平均流量孔径を、ポロメータ(Polometer、コールター(Coulter)社製)を用いてミーンフローポイント法により測定した。
【0137】
次いで、前述のようにして得られた最大孔径値をもとに、(最大孔径/平均流量孔径)比を算出した。この結果は表1に示す通りであった。
【0138】
(空隙率の測定)
まず、各セパレータの目付(W)及び厚さ(T)を測定した。
【0139】
次いで、セパレータ構成材の樹脂の密度(d)を、各構成材の密度及び質量比率から算出した。
【0140】
次いで、次の式から「空隙率(P)」を算出した。
空隙率(P)={1−W/(T×d)}×100
この結果は表1に示す通りであった。
【0141】
(長手方向における引張り強さの測定)
長手方向と直交する方向(幅方向)に長さ5cmで、長手方向に長さ20cmに裁断した長方形状の各セパレータを、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で各セパレータを長手方向に引張り、各セパレータを破断するために要する力を測定し、この力を長手方向における引張り強さとした。この結果は表1に示す通りであった。
【0142】
(ニードル式耐貫通力)
円筒状貫通孔(内径:11mm)を有する支持台の円筒状貫通孔を覆うように各セパレータを1枚載置し、更に各セパレータ上に、円筒状貫通孔(内径:11mm)を有する固定材を、固定材の中心が前記支持台の円筒状貫通孔の中心と一致するように載置して各セパレータを固定した後、このセパレータに対して、ハンディー圧縮試験機(カトーテック製、KES−G5)に取り付けられたニードル(先端部における曲率半径:0.5mm、直径:1mm、治具からの突出長さ:2cm)を、0.01cm/sの速度で垂直に突き刺し、ニードルが突き抜けるのに要する力を測定し、この力をニードル式耐貫通力とした。この結果は表1に示す通りであった。
【0143】
(単位目付あたりのニードル式耐貫通力)
前記(ニードル式耐貫通力)と目付から、単位目付あたりのニードル式耐貫通力を算出した。この結果は表1に示す通りであった。
【0144】
(加圧保液率の測定)
直径30mmに裁断した各セパレータをそれぞれ、温度20℃、相対湿度65%の状態下で、水分平衡に至らせた後、質量(M)を測定した。
【0145】
次に、セパレータ中の空気を水酸化カリウム水溶液で置換するように、比重1.3(20℃)の水酸化カリウム水溶液中に1時間浸漬し、水酸化カリウム水溶液を保持させた。
【0146】
次に、このセパレータを上下3枚づつのろ紙(直径:30mm)で挟み、加圧ポンプにより、5.7MPaの圧力を30秒間作用させた後、セパレータの質量(M)を測定した。
【0147】
次いで、次の式により加圧保液率を求めた。なお、この測定は1つのセパレータに対して4回行ない、その平均を加圧保液率とした。この結果は表1に示す通りであった。
加圧保液率(%)={(M−M)/M}×100
【0148】
(電池内圧試験)
電極の集電体として、発泡ニッケル基材を用いたペースト式ニッケル正極(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、33mm幅、247mm長)とを作成した。
【0149】
次いで、各セパレータを33mm幅、410mm長に裁断した後、それぞれを正極と負極との間に挟み込み、渦巻き状に巻回して、SC(sub−C)型対応の電極群を作成した。この電極群を外装缶に収納し、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、封緘して、容量が2000mAhの円筒型ニッケル−水素電池を作成した。なお、実施例1のセパレータを使用した場合には、ポリプロピレン極細繊維集合体が存在する面が負極と当接するように配置した。
【0150】
次いで、この円筒型ニッケル−水素電池を、温度20℃で、0.5Cにて充電を行い、容量の150%充電時における電池内圧を測定した。実施例1のセパレータを使用した電池の内圧を基準(100)とした時の比率を、表1に示す。
【0151】
表1の結果から明らかなように、本発明のセパレータは薄く、機械的強度に優れ、内圧の低い電池を製造できるものであった。
【0152】
【発明の効果】
本発明の不織布は、繊維径が5μm以下の極細繊維が集合した極細繊維集合体、及び/又はパルプ状物を含む不織布であり、前記不織布の一方の面(A)における前記極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数と、前記不織布の他方の面(B)における前記極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数とが異なるため、各種性能を有するものである。例えば、電池用セパレータとして使用した場合には、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面において電解液が局在化しやすいため、この面を負極と当接するように配置すれば、酸素と負極との接触機会が増大して、酸素を充分に消費することができるため、内圧が上昇しにくい電池を製造することができる。また、濾過材として使用した場合には、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面の存在により、圧力損失の増大を抑制できる。更に、キャパシタ用のセパレータとして使用した場合、極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の多い面の存在によってイオン伝導性を高めることができ、しかも極細繊維集合体及び/又はパルプ状物の総個数の少ない面の存在によって電気絶縁性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の不織布の極細繊維集合体の多い面の電子顕微鏡写真
【図2】 実施例1の不織布の極細繊維集合体の少ない面の電子顕微鏡写真[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonwoven fabric, a battery using the nonwoven fabric, and a capacitor using the nonwoven fabric.
[0002]
[Prior art]
Nonwoven fabrics can be randomly arranged, and are excellent in various properties such as separation performance, liquid retention performance, or insulation performance, and thus are applied to various applications.
[0003]
One of the applications utilizing the insulation performance and liquid retention performance of the nonwoven fabric is a battery separator application. In other words, a non-woven fabric is arranged as a separator between the positive electrode and the negative electrode so that the positive electrode and the negative electrode of the battery are separated to prevent a short circuit and the electrolysis reaction can be performed smoothly while holding the electrolytic solution. ing.
[0004]
For example, when a nonwoven fabric is used as a separator for a nickel metal hydride battery, the space occupied by the nickel metal hydride battery has become narrower as electronic devices have become smaller and lighter in recent years. Since the same or higher performance is required, it is required to increase the capacity of the nickel metal hydride battery. For that purpose, since it is necessary to increase the amount of the active material of the electrode, the volume occupied by the separator (nonwoven fabric) is inevitably reduced.
[0005]
Thus, even when the volume of the separator (nonwoven fabric) is reduced, the fibers constituting the separator (nonwoven fabric) are made thin so that the surface area of the fiber is reduced so that the insulating performance and the electrolyte holding performance are excellent. I thought it would be wide.
[0006]
One method of thinning the fibers is a method of forming by a melt blow method. However, when the nonwoven fabric formed by this method is used as a separator for a sealed nickel-metal hydride battery, there is a problem that the internal pressure of the battery rises due to oxygen generated from the positive electrode, causing liquid leakage.
[0007]
Moreover, since the nonwoven fabric formed by the melt blow method is comprised from the thin fiber and is excellent in the separation performance, it can be used conveniently as a filter material. However, there is a problem that the pressure loss tends to increase because the fibers are thin and dense.
[0008]
Furthermore, even when a nonwoven fabric formed by the melt blow method is used as a separator for a capacitor, although it has excellent liquid holding performance and insulation performance, there is a problem that the ion conductivity is low because the fibers are thin and dense. It was.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is difficult to increase the internal pressure even when used as a battery separator, and the pressure loss increases even when used as a filter material. To provide a non-woven fabric that is suitable for various uses, such as being difficult or having excellent ion conductivity even when used as a capacitor separator, and to provide a battery using this non-woven fabric and a capacitor using this non-woven fabric. With the goal.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have pursued the cause of the increase in the internal pressure of the battery, because the oxygen generated from the positive electrode cannot be consumed sufficiently in the negative electrode, and the oxygen cannot be consumed sufficiently in the negative electrode. It has been found that the surface of the nonwoven fabric formed by the melt-blowing method is dense, holds the electrolyte over the entire surface of the nonwoven fabric, and has a narrow contact area between oxygen and the negative electrode.
[0011]
It was also found that the pressure loss tends to be high when used as a filter material, because the surface of the nonwoven fabric formed by the melt blow method is dense. Similarly, it has been found that the low conductivity of ions when used as a capacitor separator is due to the dense surface of the nonwoven fabric formed by the melt-blowing method.
[0012]
  The present invention has been made on the basis of such findings, and the nonwoven fabric of the present invention is “a fiber cross-sectional shape formed by removing sea components of a sea-island type composite fiber, and a fiber diameter of 5 μm or less. A non-woven fabric that is fixed only by fusing, and includes the total number of the ultra-fine fiber assemblies on one surface (A) of the non-woven fabric, and the other of the non-woven fabrics. The total number of the ultrafine fiber aggregates on the surface (B) is differentThe non-woven fabric is derived from a fiber web formed by a wet method using a slurry in which individual ultrafine fibers and an aggregate of ultrafine fibers are dispersed.It is a nonwoven fabric characterized by this.
[0013]
  In this way, ultrafine fiber assemblythe body'sBecause it consists of non-woven fabrics with different total numbers on both sides, when used as a battery separator, an ultrafine fiber assemblythe body'sSince the electrolyte solution is likely to be localized on the surface with a large total number, if this surface is arranged so as to contact the negative electrode, the contact opportunity between oxygen and the negative electrode increases, and oxygen can be consumed sufficiently. Therefore, the increase in the internal pressure of the battery can be suppressed.the body'sIncreased pressure loss can be suppressed due to the presence of a small number of surfaces. When used as a separator for capacitors, an assembly of ultrafine fibersthe body'sAlthough the electrolyte solution is localized due to the presence of a large number of surfaces, it is rich, so that it is a non-woven fabric that can be adapted to various uses, such as being able to enhance ionic conductivity.
[0014]
A battery using this nonwoven fabric as a separator is difficult to increase the internal pressure.
[0015]
  Capacitors using this non-woven fabric as a separator have excellent ion conductivity and an ultra-fine fiber assemblythe body'sExcellent electrical insulation due to the presence of a small number of surfaces.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The nonwoven fabric of the present invention can be reduced in thickness, and when used as a battery separator, it can suppress an increase in internal pressure, and when used as a filter material, it can suppress an increase in pressure loss. When it is used as a separator for use, it includes an ultrafine fiber assembly in which ultrafine fibers having a fiber diameter of 5 μm or less are aggregated and / or a pulp-like material so as to be excellent in various properties such as excellent ion conductivity. Yes.
[0017]
The former “ultrafine fiber aggregate in which ultrafine fibers having a fiber diameter of 5 μm or less are aggregated” has a portion in which the fiber axes of a plurality of ultrafine fibers are substantially in the same direction. From a viewpoint, it has a portion in which a plurality of ultrafine fibers are bundled (see FIG. 1).
[0018]
Such an ultrafine fiber assembly is, for example, (1) at least one resin component (sea component) of a composite fiber (for example, sea-island type composite fiber) composed of two or more types of resin components having different solubility in a specific solvent. Can be obtained by a method that does not fully or completely solve the ultrafine fiber bundle formed by removing (2) a composite fiber composed of two or more types of resin components having different degrees of swelling with respect to a specific solvent. On the other hand, it can be obtained by a method of separating each resin component by contacting with a specific solvent, or (3) Although the splitting fiber can be split by the impact of external force, the splitting is performed. After that, it can be obtained by a method in which an external force that is not understood is applied and only the splittable fibers are split. Among these, (1) formed by removing at least one resin component (sea component) from a composite fiber (for example, sea-island type composite fiber) composed of two or more types of resin components having different solubility in a specific solvent. It is preferable that the ultrafine fiber bundle is obtained by a method that does not fully or sufficiently solve the fiber bundle because it is excellent in the dispersibility of fibers including fibers other than the ultrafine fiber aggregate and pulp-like material. In particular, if the ultrafine fiber bundle formed by removing the sea component of the sea-island type composite fiber is a method that does not fully or fully understand, it is possible to form voids between the ultrafine fibers, hold the electrolyte, In addition, it is preferable because a thin nonwoven fabric can be easily formed.
[0019]
The individual ultrafine fibers that make up this ultrafine fiber assembly have a finer fiber surface area due to their thinness, and when used as separators for batteries or capacitors, they have excellent electrolyte retention and when used as filter media. Can impart various characteristics such as excellent dust collection. Specifically, the fiber diameter of each ultrafine fiber is 5 μm or less, preferably 4 μm or less, more preferably 3 μm or less, and even more preferably 2 μm or less. The lower limit of the fiber diameter of each ultrafine fiber is not particularly limited, but about 0.01 μm is appropriate.
[0020]
The “fiber diameter” in the present invention refers to the diameter when the cross-sectional shape of the fiber is circular, and the diameter of a circle having the same cross-sectional area when the cross-sectional shape of the fiber is non-circular. Considered as fiber diameter.
[0021]
The ultrafine fiber can be composed of an organic component and / or an inorganic component, but is preferably composed of an organic component that can be reduced in weight. More specifically, it can be comprised from 1 or more types of resin, such as a polyamide-type resin, polyolefin-type resin, and polyester-type resin. In particular, it is preferably composed of a polyolefin-based resin that is excellent in chemical resistance (electrolytic solution resistance when used as a battery or capacitor separator) and can be adapted to various applications. . For example, polyethylene resin (for example, ultra high molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer, etc.), polypropylene resin (for example, polypropylene, propylene copolymer) For example, polymethylpentene, methylpentene copolymer, etc., and is preferably made of polypropylene resin or polyethylene resin.
[0022]
On the other hand, the pulp-like material contains fibrillated fine fibers, and its constituent components are not particularly limited, but for the same reason as ultrafine fibers, polyamide resins, polyolefin resins, polyester resins, etc. It is preferably composed of one or more kinds of resins, and more preferably composed of polyolefin resins. This polyolefin resin can also be exactly the same as the above-mentioned ultrafine fiber, for example, a polyethylene resin (for example, ultrahigh molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density) Polyethylene, ethylene copolymer, etc.), polypropylene resin (eg, polypropylene, propylene copolymer, etc.), and polymethylpentene resin (eg, polymethylpentene, methylpentene copolymer, etc.) It can be made of a polypropylene resin or a polyethylene resin.
[0023]
The nonwoven fabric of the present invention contains such an ultrafine fiber aggregate and / or pulp-like material, but preferably does not substantially contain a pulp-like material. That is, it is preferable to include an ultrafine fiber aggregate and other fibers (including individual ultrafine fibers). This is because the parts other than the fine fibers of the pulp-like material are thicker and the surface area is not so wide, as a result of various characteristics (for example, suppressing the increase in internal pressure when used as a battery separator). This is because the degree of improvement in the effect of suppressing the increase in pressure loss when used as a filter medium, the improvement in ion conductivity when used as a separator for capacitors, and the like is low.
[0024]
The fibers constituting the nonwoven fabric of the present invention can contain, in addition to the above-described ultrafine fiber aggregate and / or pulp-like material, ultrafine fibers, thick fibers having a fiber diameter exceeding 5 μm, and the like.
[0025]
These ultrafine fibers are aggregated and are not in the state of an ultrafine fiber aggregate, that is, the individual ultrafine fibers are in a dispersed state. Various characteristics can be imparted by being in such a dispersed state. For example, when it is used as a battery separator, it is excellent in electrical insulation, and also has excellent electrolyte retention, so that an electromotive reaction can be caused smoothly. Moreover, when used as a filter medium, the filtration performance can be improved. Furthermore, when used as a separator for capacitors, it has excellent electrical insulation.
[0026]
The dispersed ultrafine fibers (hereinafter sometimes referred to as “dispersed ultrafine fibers”) may be the same as the ultrafine fibers constituting the ultrafine fiber aggregate (hereinafter also referred to as “aggregate ultrafine fibers”). May be different.
[0027]
In addition, it is preferable that the fiber diameter of each dispersion | distribution ultrafine fiber is substantially the same so that a dispersion | distribution ultrafine fiber may disperse | distribute uniformly and various characteristics may improve. That is, the value (= σ / d) obtained by dividing the standard deviation value (σ) of the fiber diameter distribution of the dispersed ultrafine fiber by the average fiber diameter (d) of the dispersed ultrafine fiber is 0.2 or less (preferably 0.18 or less). ) Is preferred. When the fiber diameters of the dispersed ultrafine fibers are exactly the same, the standard deviation value (σ) is 0, so the lower limit of the value (σ / d) is 0.
[0028]
The “average fiber diameter (d) of the dispersed ultrafine fibers” refers to a value obtained by measuring the fiber diameters of 100 or more (n) dispersed ultrafine fibers and averaging the measured fiber diameters. The “standard deviation value (σ)” of the dispersed ultrafine fiber is a value calculated from the following equation using the measured fiber diameter (χ).
Standard deviation = {(nΣχ2-(Σχ)2) / N (n-1)}1/2
Here, n means the number of measured dispersed ultrafine fibers, and χ means the fiber diameter of each dispersed ultrafine fiber.
[0029]
In addition, when the dispersion | distribution ultrafine fiber whose fiber diameter is 5 micrometers or less consists of a 2 or more types group from a viewpoint of fiber diameter distribution, it is preferable that the said relationship is materialized about each dispersion | distribution ultrafine fiber group.
[0030]
Also, each dispersed ultrafine fiber has substantially no change in diameter in the fiber axis direction (that is, has substantially the same diameter) so that the dispersed ultrafine fiber is uniformly dispersed and various properties are improved. Are preferred).
[0031]
Such a dispersed ultrafine fiber in which the fiber diameters of the respective dispersed ultrafine fibers are substantially the same, or a dispersed ultrafine fiber whose diameter does not substantially change in the fiber axis direction, is, for example, regulated in the sea component in the spinneret portion. Then, it can be obtained by removing the sea component of the sea-island type composite fiber obtained by the composite spinning method in which the island component is extruded and combined.
[0032]
In addition, depending on the method of removing the sea component of the sea-island type composite fiber obtained by the method of spinning after mixing the resin constituting the island component and the resin constituting the sea component, which is generally referred to as a mixed spinning method, It is difficult to obtain dispersed ultrafine fibers in which the fiber diameters of the dispersed ultrafine fibers are substantially the same, or dispersed ultrafine fibers whose diameter does not substantially change in the fiber axis direction. However, it can be used in the present invention.
[0033]
In addition, it is difficult to obtain a dispersed ultrafine fiber in which the fiber diameters of the dispersed ultrafine fibers are substantially the same, or a dispersed ultrafine fiber whose diameter does not substantially change in the fiber axis direction even by the melt blow method. However, it can be used in the present invention.
[0034]
The dispersed ultrafine fiber of the present invention may contain one or more kinds of dispersed ultrafine fibers as described above, or two or more kinds. For example, the dispersion ultrafine fiber formed from the sea-island composite fiber obtained by the composite spinning method and the dispersed ultrafine fiber formed from the sea-island composite fiber obtained by the mixed spinning method can be included.
[0035]
If the dispersed ultrafine fiber contains a resin component that can be involved in fusion (hereinafter sometimes referred to as “fused component”), the fused ultrafine fiber can be fused by the fused component, and the dispersed ultrafine fiber is reliably This is a preferred embodiment because it is fixed and the dispersed ultrafine fibers do not fall off or fluff.
[0036]
When the dispersed ultrafine fiber includes a fusion component, the dispersed ultrafine fiber can be composed of only the fusion component, or a component having a melting point higher than that of the fusion component and the fusion component (hereinafter referred to as “non- It may also be composed of two or more types of components (sometimes referred to as “fused components”). When the dispersed ultrafine fiber is composed of two or more kinds of components including a fusion component and a non-fusion component as in the latter case, the fiber form can be maintained even when fused by the fusion component. This is preferable because of its excellent shape stability.
[0037]
When the dispersed ultrafine fiber is composed of a fusion component and a non-fusion component, the fusion component preferably occupies a part or all of the surface of the dispersion ultrafine fiber so that fusion can be performed. More specifically, the cross-sectional shape of the dispersed ultrafine fiber is preferably, for example, a core-sheath type, an eccentric type, or a sea-island type. The non-fusion component preferably has a melting point that is 10 ° C. or more higher than the melting point of the fusion component so that the fiber shape can be maintained, and more preferably has a melting point that is 20 ° C. or more.
[0038]
The dispersed ultrafine fiber containing the fusion component and the non-fusion component is, for example, a cross-sectional shape as described above as a die for extruding the island component when spinning a sea-island type composite fiber by a conventional composite spinning method. (For example, a core-sheath type, an eccentric type, and a sea-island type) can be used to spin a sea-island type composite fiber to remove sea components, or spin a sea-island type composite fiber by a conventional composite spinning method. In this case, it can be obtained by supplying a resin in which a fusion component and a non-fusion component are mixed to a die for extruding the island component, spinning the sea-island type composite fiber, and removing the sea component.
[0039]
The “melting point” in the present invention refers to a temperature that gives a maximum value of a melting endothermic curve obtained by using a differential scanning calorimeter at a temperature rising temperature of 10 ° C./min and raising the temperature from room temperature. When there are two or more maximum values, the highest temperature maximum value is taken as the melting point.
[0040]
The dispersed ultrafine fibers are preferably short fibers having a high degree of freedom (fiber length of 30 mm or less) so that the dispersed ultrafine fibers can be uniformly dispersed. However, when the dispersed ultrafine fibers and sea-island type composite fibers are cut, If fibers or island components are crimped together, it is easy to form an ultrafine fiber assembly, so it is necessary to use dispersed ultrafine fibers or sea-island type composite fibers that are difficult to crimp between dispersed ultrafine fibers or island components when cutting. preferable.
[0041]
Examples of such dispersed ultrafine fibers and sea-island type composite fibers that are difficult to be crimped include, for example, dispersed ultrafine fibers and sea-island type composite fibers containing polymethylpentene, or a melting point of 166 ° C. or higher (preferably 168 ° C. or higher) And dispersed ultrafine fibers and sea-island type composite fibers.
[0042]
Moreover, it is preferable that the cross-sectional shape of the dispersed ultrafine fiber is circular so that the dispersed ultrafine fiber can be easily dispersed uniformly.
[0043]
If the nonwoven fabric of the present invention contains thick fibers having a fiber diameter exceeding 5 μm in addition to the aggregate ultrafine fibers, the nonwoven fabric can be made excellent in mechanical strength. For example, when used as a battery separator, this thick fiber can prevent the separator (nonwoven fabric) from breaking, and the thick fiber resists pressure to ensure a void, Preferably, combined with the action of the dispersed ultrafine fibers, the electrolyte retainability is excellent, and an electromotive reaction can be caused smoothly. In addition, when used as a filter medium, an appropriate gap can be secured by this thick fiber, so that an increase in pressure loss can be suppressed. Furthermore, when used as a separator for a capacitor, an appropriate gap is formed, so that ion conductivity can be improved.
[0044]
A thicker fiber diameter of the thick fiber is superior in the above-described effect, and therefore, the fiber diameter is preferably 8 μm or more, more preferably 9 μm or more, and even more preferably 10 μm or more. If the fiber diameter of the thick fiber is too large, the thickness of the nonwoven fabric increases, and various characteristics (electrical insulation performance when used as a battery separator or capacitor separator, and filtration when used as a filter material) Performance, etc.) tends to decrease, and is preferably 35 μm or less, more preferably 30 μm or less.
[0045]
When the dispersed ultrafine fibers are also included, if the average fiber diameter of the thick fibers is 5 times or more than the average fiber diameter of the dispersed ultrafine fibers, voids are secured by the thick fibers, and the dispersed ultrafine fibers are likely to exist in the voids. . That is, it is preferable because dispersed ultrafine fibers exist between the skeletons made of thick fibers, and even when pressure is applied, it is difficult to break and a void can be secured. More preferably, the average fiber diameter of the thick fibers is at least 5.5 times the average fiber diameter of the dispersed ultrafine fibers.
[0046]
The average fiber diameter of the thick fibers is a value obtained in the same manner as the average fiber diameter of the dispersed ultrafine fibers. That is, it is a value obtained by measuring the fiber diameters of 100 or more (n) thick fibers and averaging the measured fiber diameters.
[0047]
As such a thick fiber, it is preferable to include a highly elastic thick fiber having a Young's modulus of 50 cn / dtex or more. This is because the inclusion of such highly elastic thick fibers having Young's modulus makes it difficult to break due to tension, and resists pressure and facilitates securing voids. In addition, since it is excellent in such an effect, so that Young's modulus is high, it is preferable that it is 65 cn / dtex or more, and it is more preferable that it is 80 cn / dtex or more.
[0048]
This “Young's modulus” refers to the value of the apparent Young's modulus calculated from the initial tensile resistance measured by the method specified in JIS L 1015: 1999, paragraph 8.11. The initial tensile resistance is a value measured by a constant speed tension type testing machine.
[0049]
The fiber diameter of the highly elastic thick fiber is not particularly limited as long as it is a fiber diameter exceeding 5 μm, but it is preferably 7 μm or more and is preferably 8 μm or more so that it is difficult to break and a void can be secured. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 10 micrometers or more. On the other hand, if the fiber diameter of the highly elastic thick fiber is too large, the thickness of the nonwoven fabric increases, and various properties (electrical insulation performance when used as a battery separator or capacitor separator, when used as a filter material) It is preferable that the thickness is 35 μm or less because the filtration performance tends to be reduced. A more preferable fiber diameter of the highly elastic thick fiber is 13 to 30 μm, and a more preferable fiber diameter is 13 to 25 μm.
[0050]
In addition, when the dispersed ultrafine fibers are included, the high elastic thick fibers are excellent in the performance of securing voids, so that the average fiber diameter of the highly elastic thick fibers is not less than 6 times the average fiber diameter of the dispersed ultrafine fibers. It is preferable that it is 6.5 times or more.
[0051]
Moreover, when the dispersion | distribution ultrafine fiber is included, it is preferable that the average fiber length of a highly elastic thick fiber is 2.5 times or more of the average fiber length of a dispersion | distribution ultrafine fiber. By satisfying such a relationship, it becomes easy for dispersed ultrafine fibers to be present between the skeletons made of highly elastic thick fibers. More preferably, the average fiber length of the highly elastic thick fibers is at least 3 times the average fiber length of the dispersed ultrafine fibers, more preferably at least 4 times, and most preferably at least 5 times.
[0052]
The “fiber length” in the present invention refers to the length obtained by JIS L 1015 (chemical fiber staple test method) B method (corrected staple diagram method), and “average fiber length” is 100 randomly selected. The average value of the fiber lengths of the fibers.
[0053]
Although this highly elastic thick fiber can be comprised from the organic type component and / or the inorganic type component, it is preferable that it is comprised from the organic type component which can be reduced in weight. More specifically, it can be comprised from 1 or more types of resin components, such as a polyamide-type resin, polyolefin-type resin, and polyester-type resin. In particular, it is preferably composed of a polyolefin-based resin so as to be excellent in chemical resistance (in the case of a battery separator, resistance to electrolytic solution). For example, polyethylene resin (for example, ultra high molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer, etc.), polypropylene resin (for example, polypropylene, propylene copolymer) And a polymethylpentene resin (for example, polymethylpentene, methylpentene copolymer, etc.). Of these, ultra high molecular weight polyethylene and polypropylene are preferred.
[0054]
In addition, the highly elastic thick fiber of this invention may be comprised from the above resin components independently, and 2 or more types of resin components may be mixed or composited. As a cross-sectional shape of the highly elastic thick fiber composed of two or more kinds of resin components, for example, a core-sheath type, an eccentric type, and a sea-island type can be used. Thus, when comprised from 2 or more types of resin components, it can fuse | fuse by the resin component which comprises the fiber surface.
[0055]
In addition, when the dispersed ultrafine fibers are included, when the fiber diameter of the highly elastic thick fibers is 10 μm or more, the mass ratio of the highly elastic thick fibers is 1 to 4 times the mass ratio of the dispersed ultrafine fibers. preferable. This is because such a mass ratio tends to result in a state in which dispersed ultrafine fibers are present between the skeletons made of highly elastic thick fibers.
[0056]
Further, it is preferable that a thick fused fiber is included as the thick fiber, and the fused thick fiber is fused. The inclusion of such fused thick fibers is preferable because the mechanical strength can be further improved.
[0057]
The fusion component of the fused thick fiber has a melting point that does not adversely affect the constituent materials other than the fused thick fiber (for example, ultrafine fiber aggregate, pulp-like material, dispersed ultrafine fiber, highly elastic thick fiber, etc.). preferable. For example, when fibers other than fusion thick fibers include an ultrafine fiber assembly made of polypropylene resin alone, a dispersed ultrafine fiber made of polypropylene resin alone, and a highly elastic thick fiber made of polypropylene resin alone Is a polyethylene-based resin (for example, ultrahigh molecular weight polyethylene, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ethylene copolymer, etc.) It is preferable to contain a propylene copolymer (for example, ethylene-butene-propylene copolymer, ethylene-butadiene-propylene copolymer, ethylene-propylene copolymer, etc.). Ultrafine fiber assembly made of polypropylene resin alone, polypropylene resin alone In the case of the dispersion ultrafine fiber and the high elastic fiber made of ultrahigh molecular weight polyethylene alone, polyethylene (for example, high density polyethylene, medium density polyethylene, low density) Polyethylene, linear low density polyethylene, etc.) or ethylene copolymers.
[0058]
This fusion-bonded fiber may be composed only of the fusion component, or may contain a non-fusion component having a melting point higher than that of the fusion component in addition to the fusion component. When it is composed of a fusion component and a non-fusion component as in the latter case, the mechanical strength of the nonwoven fabric can be further improved. The cross-sectional shape of the fused thick fiber in this case can be, for example, a core-sheath type, an eccentric type, or a sea-island type. The non-fusion component is preferably made of a resin that is higher by 10 ° C. than the melting point of the fusion component, and more preferably made of a resin that is higher by 20 ° C. or more.
[0059]
The nonwoven fabric of the present invention may contain the above-described ultrafine fiber aggregate and / or pulp and other materials (for example, dispersed ultrafine fibers, highly elastic thick fibers, fusion thick fibers, etc.). (1) extra fine fiber aggregate and dispersed extra fine fiber, (2) extra fine fiber aggregate and highly elastic thick fiber, (3) extra fine fiber aggregate and fusion thick fiber, (4) extra fine fiber aggregate, dispersed extra fine fiber And (5) ultrafine fiber aggregate, dispersed ultrafine fiber, and fused thick fiber, (6) ultrafine fiber aggregate, fused thick fiber, and highly elastic thick fiber, (7) ultrafine fiber aggregate It is preferable to consist of a combination of a body, a dispersed ultrafine fiber, a highly elastic thick fiber, and a fusion thick fiber.
[0060]
The non-woven fabric constituent material of the present invention (for example, ultrafine fiber aggregate, dispersed ultrafine fiber, highly elastic thick fiber, fusion thick fiber, etc.) is composed of an organic component and / or an inorganic component as described above. However, it is preferable that any constituent material is composed of an organic component so that the nonwoven fabric can be reduced in weight. More specifically, it can be composed of one or more types such as polyamide resin, polyolefin resin, and polyester resin. In particular, it is preferable that any constituent material is substantially composed of a polyolefin-based resin so as to be excellent in chemical resistance. The phrase “substantially composed of a polyolefin-based resin” means that the surface of the constituent material is substantially composed of a polyolefin-based resin because the portion of the constituent material that is greatly affected by the chemical is the surface. For example, a fiber composed of a polyamide resin and a polyolefin-based resin and in which only the polyolefin-based resin occupies the surface of the fiber (excluding both ends of the fiber) is substantially a polyolefin-based fiber.
[0061]
If the resin constituting the surface of the constituent material of the nonwoven fabric of the present invention (for example, an ultrafine fiber aggregate, pulp-like material, dispersed extrafine fiber, thick fiber, etc.) is made of the same type of resin, the fusion force between the constituent materials is increased. It is suitable because it is strong and excellent in mechanical strength. In particular, if the surface is made of polypropylene resin, the heat resistance is excellent. In addition, even when the fusing components of the constituent materials of the nonwoven fabric (for example, ultrafine fiber aggregates, pulp-like materials, dispersed extrafine fibers, thick fibers, etc.) are all made of the same type of resin, the fusing power between the constituent materials is strong. It is suitable because of its excellent mechanical strength. In particular, it is preferable that the fusion component of the constituent material is made of a polyethylene resin.
[0062]
The fibers constituting the nonwoven fabric of the present invention (for example, dispersed ultrafine fibers, aggregated ultrafine fibers, highly elastic thick fibers, fused thick fibers, etc.) can be in an unstretched state, but seem to have excellent mechanical strength. Further, it is preferably in the stretched state.
[0063]
Further, the fiber length of the fibers constituting the nonwoven fabric of the present invention (for example, dispersed ultrafine fibers, aggregated ultrafine fibers, highly elastic thick fibers, fusion thick fibers, etc.) is not particularly limited, but the fiber length is It is preferable that it is 0.5-30 mm. More preferably, it is a fiber cut to 1 to 20 mm.
[0064]
The nonwoven fabric of the present invention contains the above-described ultrafine fiber aggregate and / or pulp-like material, but the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like material on one surface (A) of the nonwoven fabric, and the nonwoven fabric Since the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials on the other surface (B) is different, various characteristics can be imparted and can be adapted to various applications. For example, when used as a separator for a sealed battery, the electrolyte solution is likely to be localized on the surface where the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials is large. If it arrange | positions, since the contact opportunity of oxygen and a negative electrode increases and oxygen can fully be consumed, the raise of the internal pressure of a battery can be suppressed. Further, when used as a filter medium, an increase in pressure loss can be suppressed due to the presence of a surface having a small total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials. Furthermore, when used as a separator for capacitors, the electrolyte solution is localized due to the presence of a surface having a large total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials, but is rich in ion conductivity. Can be increased.
[0065]
The degree of difference in the total number of the ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials is not particularly limited because it varies as appropriate depending on the intended use, target performance, etc., but the ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials are not particularly limited. In other words, since the presence of the non-woven fabric deteriorates the texture of the nonwoven fabric, the ultrafine fiber aggregate and / or the pulp-like material is not used in the aspect of a small total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials. It is preferably substantially absent. In other words, the surface with a small total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials is composed of at least one type of fiber selected from dispersed ultrafine fibers, highly elastic thick fibers, and fused thick fibers. Is preferred. In addition, in the surface where the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials is small, there may be included splittable fibers (undivided) that can be split by the impact of external force.
[0066]
On one side of this nonwoven fabric, there is substantially no ultrafine fiber aggregate and / or pulp-like material, and an index indicating that the constituent materials (particularly fibers) are uniformly dispersed is the “geometric index”. Can be mentioned. When the value of the formation index is 0.15 or less, the constituent materials are uniformly dispersed. A more preferable formation index is 0.10 or less.
[0067]
This “geometry index” refers to a value obtained by the method described in JP-A-2001-50902. That is, the value obtained as follows.
(1) Light is irradiated from the light source to the object to be measured (nonwoven fabric), and the reflected light reflected in a predetermined region of the object to be measured is received by the light receiving element, and the luminance information is acquired. To do.
(2) A predetermined region of the object to be measured is equally divided into an image size of 3 mm square, 6 mm square, 12 mm square, and 24 mm square to obtain four divided patterns.
(3) The luminance value of each section equally divided for each obtained division pattern is calculated based on the luminance information.
(4) Based on the luminance value of each section, the average luminance (X) for each division pattern is calculated.
(5) A standard deviation (σ) for each division pattern is obtained.
(6) The coefficient of variation (CV) for each division pattern is calculated by the following equation.
Coefficient of variation (CV) = (σ / X) × 100
Here, σ indicates a standard deviation for each divided pattern, and X indicates a luminance average for each divided pattern.
(7) A coordinate group obtained as a result of taking the logarithm of each image size as the X coordinate and the coefficient of variation corresponding to the image size as the Y coordinate is regressed to a linear line by the least square method, and the inclination is calculated. The absolute value of is the formation index.
[0068]
In addition, on one side of the nonwoven fabric, there is substantially no ultrafine fiber aggregate and / or pulp-like material, and an index indicating that the constituent materials (particularly fibers) are uniformly dispersed is “maximum pore diameter”. Can be mentioned. When the maximum pore diameter is 40 μm or less, the constituent materials are uniformly dispersed. It means that the smaller the maximum pore diameter is, the more uniform the dispersibility of the constituent material. Therefore, it is more preferably 35 μm or less, and further preferably 30 μm or less. The “maximum pore diameter” refers to a value measured by a bubble point method using a porometer (manufactured by Coulter).
[0069]
Furthermore, on one side of the nonwoven fabric, an ultrafine fiber aggregate and / or pulp-like material is substantially absent, and an index indicating that the constituent materials (particularly fibers) are uniformly dispersed is “(maximum pore diameter / Average flow pore size) ratio ”. When this (maximum pore diameter / average flow pore diameter) ratio (= maximum pore diameter / average flow pore diameter) is 2 or less (more preferably 1.9 or less), the constituent materials are uniformly distributed. Ideally, the maximum hole diameter and the average flow hole diameter are the same, that is, the (maximum hole diameter / average flow hole diameter) ratio is 1. This “average flow pore size” refers to a value obtained by the method prescribed in ASTM-F316. For example, a value measured by the mean flow point method using a porometer (Polometer, manufactured by Coulter) is used. Say.
[0070]
The “nonwoven fabric surface” in the present invention refers to a nonwoven fabric surface corresponding to one of a pair of opposing surfaces having the largest area of a rectangular parallelepiped formed when the nonwoven fabric surface is smooth, and the magnification is 50 times. An area that can be recognized by taking an electron micrograph. The “total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials” refers to the number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials that can be confirmed by the electron micrograph. In addition, “whether the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials on both surfaces of the nonwoven fabric is different” is the number in the range of 2 mm × 2 mm of the electron micrographs for 20 locations on each surface of the nonwoven fabric. Count and judge based on the average value.
[0071]
It is preferable that the nonwoven fabric of the present invention is substantially fixed only by fusion of constituent materials (particularly fibers). Thus, it is suitable because it is excellent in the texture and excellent in various characteristics by being fixed only by fusion of the constituent materials. For example, when the constituent material is fixed by entanglement other than fusion, dispersion of the constituent material is disturbed by an action (for example, fluid flow such as water flow) for entanglement of the constituent material. In addition, various performances (electrical insulation performance when used as a battery separator or capacitor separator, filtration performance when used as a filter material) may be reduced, but if fixed only by fusion, Since the dispersion of the material is not disturbed, it has excellent properties.
[0072]
In addition, a fiber may get entangled in the stage which manufactures a nonwoven fabric. For example, even when a fiber web is formed by a carding machine or a fiber web is formed by a wet method, the shape of the fiber web can be maintained to some extent. This indicates that the fibers are more or less intertwined. However, this degree of entanglement is not an entanglement that disturbs the dispersion of the constituent materials as in the fluid flow entanglement described above, and therefore, in the present specification, it is regarded as not substantially entangled. Thus, “substantially only fusion of the constituent materials” refers to a state in which the constituent materials are fixed only by fusion after the fiber web is formed. From another viewpoint, this state is that the non-woven fabric components (for example, ultrafine fiber aggregates, pulp-like materials, dispersed ultrafine fibers, highly elastic thick fibers, fused thick fibers, etc.) are substantially two-dimensionally. It is in the state of arrangement.
[0073]
The non-woven fabric of the present invention is unevenly distributed such that the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials as described above varies depending on the surface, but other constituent materials (dispersed ultrafine fibers, thick fibers, etc.) are unevenly distributed. Or may be uniformly dispersed. For example, when used as a battery separator or a capacitor separator, other constituent materials are uniformly dispersed, so that the electrolyte can be uniformly held throughout the nonwoven fabric. When it can be manufactured and used as a filter medium, it is excellent in filtration performance because other constituent materials are uniformly dispersed.
[0074]
The thickness of the nonwoven fabric of the present invention is not particularly limited. However, the thinner the nonwoven fabric is, the smaller the thickness of the nonwoven fabric can be reduced when it is applied to various applications. For example, when used as a battery separator, the battery can be reduced in size if used for the same length as in the prior art, and the capacity of the battery can be increased if used for the same amount. On the other hand, if the thickness of the nonwoven fabric is too thin, the mechanical strength of the nonwoven fabric is lowered, so that it is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, still more preferably 30 μm or more, and 40 μm or more. Most preferably.
[0075]
This “thickness” was selected at random using an outer micrometer (0 to 25 mm) specified in JIS B 7502: 1994, measured by the measurement method of JIS C 2111 5.1 (1). The average value of 10 points.
[0076]
The nonwoven fabric of the present invention has a total surface area of 20 m per unit weight.2The above is preferable. In particular, when the thickness is 100 μm or less, the fact that the total surface area is large although it is thin means that it can be involved in various functions. For example, when it is used as a battery separator or a capacitor separator, it can be involved in the retention of the electrolyte and is also excellent in electrical insulation. Moreover, when used as a filter medium, it can participate in collection.
[0077]
Thus, the larger the total surface area, the better the effect, so the total surface area per unit weight is 22 m.2Preferably it is 25m or more.2The above is more preferable.
[0078]
Here, “weight per unit area” means a basis weight obtained based on the method specified in JIS P 8124 (paper and paperboard—basis weight measurement method), and “total surface area per unit weight” means the BET method. The value obtained by converting the surface area obtained by the above per unit area. For example, the basis weight is X (g / m2), The surface area obtained by the BET method is Y (m2/ G), XY (m2) Is the total surface area per unit weight.
[0079]
The basis weight of the nonwoven fabric of the present invention is not particularly limited, but is 10 to 300 g / m.2The degree is appropriate. As described above, when the thickness is 100 μm or less, the thickness can be set to 5 to 75 g / m so that the mechanical strength is excellent.2It is preferably 10 to 50 g / m.2It is more preferable that
[0080]
The nonwoven fabric of the present invention preferably has a tensile strength in at least one direction of 20 N / 5 cm width or more. If it has this level of tensile strength, it can be applied to various applications. More preferable tensile strength is 30 N / 5 cm width or more, and further preferably 40 N / 5 cm width or more. In addition, since tension acts on the nonwoven fabric mainly in the longitudinal direction, the tensile strength is preferably in the longitudinal direction of the nonwoven fabric.
[0081]
This “tensile strength” is a tensile strength tester (Tensilon UTM-III-, manufactured by Orientec Co., Ltd.) manufactured by cutting a rectangular non-woven fabric that is 5 cm long in a direction perpendicular to a certain direction and 20 cm long in a certain direction. 100) between chucks (distance between chucks: 10 cm), the force required to pull the nonwoven fabric at a pulling speed of 300 mm / min and break the nonwoven fabric.
[0082]
The nonwoven fabric of the present invention may be subjected to various treatments so as to suit various applications. For example, when a nonwoven fabric is used as a battery separator or a capacitor separator, it is preferably composed of a polyolefin resin so that the electrolyte solution resistance is excellent as described above. Therefore, it is preferable that hydrophilicity imparting treatment is performed. Moreover, when using a nonwoven fabric as a filter material, in order to improve collection performance, it is preferable that the electretization process is performed.
[0083]
As described above, the nonwoven fabric of the present invention has various performances due to the difference in the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials on both sides, and therefore can be applied to various applications. For example, as a separator for a battery, in particular, if a non-woven fabric of ultrafine fibers and / or a surface with a large total number of pulp-like materials are in contact with the negative electrode, a battery in which the internal pressure is hardly increased can be manufactured. When used as a separator for a capacitor, ion conductivity can be increased by the presence of a surface having a large total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials, and the ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials can be increased. Due to the presence of the surface with a small total number, it is excellent in electrical insulation, and if used as a filter medium, an increase in pressure loss can be suppressed. In addition to these uses, for example, the present invention can be applied to various uses such as cleaning cloths, medical cover cloths, moisture-permeable waterproof cloths, interlinings, clothing surface materials, synthetic leather base fabrics, and artificial leather base fabrics.
[0084]
In addition, when using the nonwoven fabric of this invention as a battery separator or a capacitor separator, the porosity of the nonwoven fabric is 45 to 70% so that the electrolyte retainability and ion permeability are excellent. Is preferable, and it is more preferable that it is 50 to 65%.
[0085]
This “porosity (P)” is a value obtained by the following equation.
Porosity (P) = {1−W / (T × d)} × 100
Here, W is a basis weight (g / m2), T means the thickness of the nonwoven fabric (μm), and d means the density of the nonwoven fabric component (g / cm3). In addition, when a nonwoven fabric constituent material consists of 2 or more types of resin, the density of a nonwoven fabric constituent material says the mass average of each resin. For example, density d1Resin A is a (mass%) and density d2When the resin B is composed of b (mass%), the density of the constituent material is a value obtained by the following equation.
d = d1× a / 100 + d2× b / 100
[0086]
Moreover, when using the nonwoven fabric of this invention as a battery separator or a capacitor separator, it is preferable that needle type penetration resistance is 500 gf or more. That is, in any case, the active material constituting the electrode does not penetrate through the separator and short circuit. A more preferable needle type penetration resistance is 600 gf or more, and a more preferable needle type penetration resistance is 700 gf or more.
[0087]
This needle type penetration resistance means the value obtained as follows.
One non-woven fabric is placed so as to cover the cylindrical through-hole of the support base having a cylindrical through-hole (inner diameter: 11 mm), and a fixing material having a cylindrical through-hole (inner diameter: 11 mm) is further formed on the non-woven fabric. The nonwoven fabric is fixed by placing the fixing material so that the center of the fixing material coincides with the center of the cylindrical through hole of the support base. Next, a needle (curvature radius at the tip: 0.5 mm, diameter: 1 mm, protrusion length from the jig: 2 cm) attached to a handy compression tester (Kato Tech, KES-G5) is applied to this nonwoven fabric. ) Is vertically stabbed at a speed of 0.01 cm / s, the force required for the needle to penetrate is measured, and this force is defined as a needle-type penetration resistance.
[0088]
When the nonwoven fabric of the present invention is used as a battery separator or a capacitor separator, the needle penetration resistance per unit weight is preferably 14 gf or more, more preferably 15 gf or more, and more preferably 16 gf or more. More preferably, it is most preferably 18 gf or more. This is because the higher this value is, the more difficult it is for the active material to penetrate the separator.
[0089]
In addition, "average needle type penetration resistance" means the value which averaged the value obtained by measuring the said needle type penetration resistance about 30 places of a nonwoven fabric. The “average needle type penetration resistance per unit weight” is the average needle type penetration resistance per unit weight (g / m2) Means the value divided by.
[0090]
When the nonwoven fabric of the present invention is used as a battery separator or a capacitor separator, oxygen and / or sulfur-containing functional groups (for example, for example, so as to impart or improve the affinity for the electrolyte solution on the surface of the nonwoven fabric constituent material) A sulfonic acid group, a sulfonic acid group, a sulfofluoride group, a carboxyl group, a carbonyl group, etc.), a hydrophilic monomer is graft-polymerized, a surfactant is added, or a hydrophilic resin is used. It is preferable that it is provided.
[0091]
The nonwoven fabric of this invention can be manufactured as follows, for example.
First, an ultrafine fiber assembly and / or a pulp-like material is prepared. Preferably, a highly elastic thick fiber or a fused thick fiber as described above is prepared. In addition, when using a dispersion | distribution ultrafine fiber, it can obtain by unraveling an ultrafine fiber aggregate | assembly with a disaggregator etc. In addition, since the microfiber assembly can be obtained by applying an external force that causes only splitting on the splittable fiber that can be split by the impact of external force, instead of or in addition to the microfiber assembly, A splittable fiber that can be split by the impact of an external force may be prepared.
[0092]
Next, a fiber web is formed using the prepared ultrafine fiber aggregate and / or pulp-like material, preferably a dispersed ultrafine fiber, a highly elastic thick fiber, a fused thick fiber, etc., and when forming this fiber web, An ultrafine fiber aggregate with a different degree of ultrafine fiber aggregation or a pulp-like material with a different degree of fibrillation is used. Since the difference in dispersion behavior is caused by using an ultrafine fiber assembly having a different degree of aggregation or a pulp-like material having a different degree of fibrillation in this way, the surface (A) and the other surface (B) are different. Further, it is possible to form fiber webs having different total numbers of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials. For example, when a fiber web is formed by a wet method, the dispersion position in the slurry is different between an ultrafine fiber aggregate with a high degree of aggregation and an ultrafine fiber aggregate with a low degree of accumulation (extremely individual ultrafine fibers). The ultrafine fiber aggregate with a high degree of aggregation is easy to disperse inside the slurry, and the ultrafine fiber aggregate with a low degree of aggregation is easy to disperse on the surface of the slurry. There are many ultrafine fiber aggregates with a high degree of aggregation on the papermaking net side, and there are many ultrafine fiber aggregates with a low degree of aggregation on the side opposite to the papermaking net side.
[0093]
In addition, the method for forming the fiber web is not limited to the wet method. Even when the fiber web is formed by the dry method, the dispersion behavior varies depending on the degree of aggregation and the degree of fibrillation, so the same fiber web is formed. be able to. However, it is preferably formed by a wet method so that fibers other than the ultrafine fiber aggregate and / or pulp can be uniformly dispersed. As this wet method, it can be formed by a conventionally known method, for example, a horizontal long net method, an inclined wire type short net method, a circular net method, or a long net / circular net combination method.
[0094]
Next, the fiber web constituent material is fixed to obtain a nonwoven fabric. When this fixing is performed by fusing the fusion component of the fiber web constituent material (for example, dispersed ultrafine fiber, high elastic thick fiber, fusion thick fiber, etc.), the dispersion of the fiber web constituent material is not disturbed and the texture is excellent. This is preferable because a nonwoven fabric can be formed.
[0095]
The fusion with the fusion component may be performed under no pressure, may be performed under pressure, or is performed after the fusion component is melted under no pressure (preferably immediately pressurized). You may do it. In any case, the heating temperature is preferably within the range from the softening temperature of the fusion component to a temperature higher by 30 ° C. than the melting point. It is preferable that the tensile strength is adjusted as appropriate so that the tensile strength is 20 N / 5 cm. The “softening temperature” refers to a temperature that gives a starting point of a melting endothermic curve obtained by using a differential calorimeter and raising the temperature from room temperature at a rate of temperature increase of 10 ° C./min.
[0096]
If the fiber web contains splittable fibers that can be split by the impact of an external force, the splittable fibers are split by applying a fluid flow such as a water flow to generate an ultrafine fiber aggregate. May be.
[0097]
Moreover, when the thickness of the nonwoven fabric is thicker than necessary, it is preferable to adjust the thickness by passing between a pair of rolls.
[0098]
The total surface area per unit weight of the present invention is 20 m.2The nonwoven fabric as described above can be produced by considering the composition of the constituent materials. That is, it can manufacture by increasing the compounding quantity of a microfiber aggregate and / or a pulp-like thing, and a dispersion | distribution microfiber.
[0099]
On one side of the nonwoven fabric of the present invention, the ultrafine fiber aggregate and / or the pulp-like material is not substantially present, and the formation index is an index indicating that the constituent materials are uniformly dispersed. A nonwoven fabric of 15 or less, a nonwoven fabric having a maximum pore diameter of 40 μm or less, or a nonwoven fabric having a (maximum pore diameter / average flow pore diameter) ratio of 2 or less increases the amount of dispersed ultrafine fibers, or forms an ultrafine fiber aggregate and / or pulp. Use fibers that are not fibrillated as components other than materials, use short fibers with a fiber length of about 1 to 20 mm, form fiber webs by wet methods, and fix fibers only by fusing It can manufacture by using these together, such as (not performing an entanglement process).
[0100]
The nonwoven fabric having a tensile strength of at least 20 N / 5 cm width in at least one direction (preferably the longitudinal direction) of the present invention has a single fiber orientation by adjusting the moving speed of the papermaking net and the slurry flow rate. It can be produced by using these in combination, such as in a state close to the direction, increasing the degree of fusion, and increasing the fiber length.
[0101]
Nonwoven fabric with a porosity of 45 to 70%, suitable as a battery separator or capacitor separator, reduces the amount of dispersed fine fibers, reduces the amount of fibers used, and adjusts the pressure when fusing It can manufacture by using these together.
[0102]
Nonwoven fabric with needle penetration resistance of 500 gf or more and nonwoven fabric with needle penetration resistance per unit weight of 14 gf or more, which is suitable as a battery separator or capacitor separator, use high elastic thick fibers with a large Young's modulus , Increase the amount of high elastic thick fibers, disperse the high elastic thick fibers uniformly, fuse firmly with the fused thick fibers, or melt the fused thick fibers immediately after pressurization. It can be manufactured by adjusting various conditions such as wearing.
[0103]
Since the nonwoven fabric of the present invention is preferably substantially composed only of a polyolefin-based resin so as to be excellent in chemical resistance, when used as a battery separator or a capacitor separator, the retention of the electrolyte is improved. Therefore, it is preferable to perform a hydrophilic treatment. Examples of the hydrophilization treatment include sulfonation treatment, fluorine gas treatment, vinyl monomer graft polymerization treatment, surfactant treatment, discharge treatment, or hydrophilic resin application treatment.
[0104]
In addition, these hydrophilic treatments may be performed on the fibers to form a nonwoven fabric, or the nonwoven fabric may be formed and then the hydrophilic treatment may be performed. However, the hydrophilic treatment is performed after the nonwoven fabric is formed. It is preferable to manufacture. Hereinafter, although the method to hydrophilize after forming a nonwoven fabric is demonstrated, when carrying out a hydrophilization treatment with respect to a fiber, it can implement similarly.
[0105]
The sulfonation treatment is not particularly limited. For example, the sulfonic acid group is introduced by immersing the nonwoven fabric as described above in a solution composed of fuming sulfuric acid, sulfuric acid, sulfur trioxide, chlorosulfuric acid, or sulfuryl chloride. And a method of introducing a sulfonic acid group into a nonwoven fabric by applying an electric discharge in the presence of sulfur monoxide gas, sulfur dioxide gas, sulfur trioxide gas, or the like.
[0106]
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 surface of the nonwoven fabric constituent material 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.
[0107]
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.
[0108]
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 in the nonwoven fabric is irradiated. 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 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. .
[0109]
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.
[0110]
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 inside a separator.
[0111]
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 0.3-5 mass% of the whole nonwoven fabric so that air permeability may not be impaired.
[0112]
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.
[0113]
Since the battery of the present invention uses the nonwoven fabric as described above as a separator, the internal pressure is unlikely to increase. In particular, if the surface of the nonwoven fabric is arranged so that the total number of the ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials are in contact with the negative electrode, the electrolyte is localized and the chance of contact between oxygen and the negative electrode increases. Thus, since oxygen can be sufficiently consumed, an increase in the internal pressure of the battery can be suppressed.
[0114]
The battery of the present invention can be exactly the same as the conventional one except that the nonwoven fabric as described above is used as a separator. For example, in a cylindrical nickel-hydrogen battery, an electrode plate group in which a nickel positive electrode plate and a hydrogen storage alloy negative electrode plate are wound in a spiral shape through a nonwoven fabric (separator) as described above is inserted into a metal case. It has a structure. As the nickel positive electrode plate, for example, a sponge-like porous porous material filled with an active material made of nickel hydroxide solid solution powder can be used. As the hydrogen storage alloy negative electrode plate, for example, a nickel plated perforated steel plate, For foamed nickel or nickel net, AB5-Based (rare earth) alloy, AB / A2B-based (Ti / Zr-based) alloy or AB2Those filled with a (Laves phase) -based alloy can be used. As the electrolytic solution, for example, a potassium hydroxide / lithium hydroxide two-component system or a potassium hydroxide / sodium hydroxide / lithium hydroxide three-component system can be used. The case is sealed with an insulating gasket by a sealing plate provided with a safety valve. Furthermore, a positive electrode current collector and an insulating plate are provided, and if necessary, a negative electrode current collector is provided.
[0115]
Note that the battery of the present invention does not need to be cylindrical, and may be rectangular or button-shaped. In the case of a square type, it has a laminated structure in which a nonwoven fabric (separator) is disposed between a positive electrode plate and a negative electrode plate. Further, the present invention is not limited to nickel metal hydride batteries, but includes secondary batteries such as alkaline manganese batteries, mercury batteries, silver oxide batteries, and air batteries, nickel-cadmium batteries, silver-zinc batteries, silver-cadmium batteries, nickel-zinc batteries, and the like. Can be a secondary battery.
[0116]
Since the capacitor of the present invention uses a nonwoven fabric as described above as a separator, the ion conductivity can be increased by the presence of a surface having a large total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials. The electrical insulation is excellent due to the presence of a surface having a small total number of fiber aggregates and / or pulp-like materials.
[0117]
The capacitor of the present invention can be exactly the same as the conventional one except that the nonwoven fabric as described above is used as a separator. For example, a sheet-like collector electrode (for example, an aluminum thin plate), an electrode (for example, an electrode obtained by mixing and pulverizing granular activated carbon, carbon black, and polytetrafluoroethylene), a nonwoven fabric (separator), an electrode, and a collector electrode in this order The capacitor of the present invention can be configured by stacking the insulating sheet on the stacked uppermost layer and / or lowermost layer and then winding the electrode group.
[0118]
The capacitor according to the present invention is suitable for both an aqueous solution capacitor in which the electrolytic solution is an aqueous sulfuric acid solution and a non-aqueous solution capacitor in which an organic solvent such as propylene carbonate and γ-butyrolactone and an electrolyte such as a quaternary ammonium salt are used. Can be used.
[0119]
Although the Example of the separator of this invention is described below, this invention is not limited to these Examples.
[0120]
【Example】
(Example 1)
As a sea-island type composite fiber, a fiber obtained by a composite spinning method in which 25 island components made of polypropylene are present in a sea component made of poly-L-lactic acid (hereinafter referred to as “PLLA”) (fineness: 1 .65 dtex, cut fiber length: 2 mm, melting point: 172 ° C.).
[0121]
Next, this sea-island type composite fiber is immersed in a bath composed of a 10 mass% sodium hydroxide aqueous solution at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes to extract and remove PLLA, which is a sea component of the sea-island type composite fiber, to obtain a polypropylene microfiber assembly. (Fiber diameter of polypropylene extra fine fiber: 2 μm) was obtained.
[0122]
Next, half of this polypropylene ultrafine fiber assembly was supplied to an aqueous medium so that the concentration was 0.5%, and then it was melted by a disaggregator for 10 minutes to be sufficiently broken into individual polypropylene dispersed ultrafine fibers. A first slurry was prepared. This polypropylene-dispersed ultrafine fiber had the following physical properties.
Fiber diameter: 2 μm, average fiber diameter: 2 μm, ρ / d: 0.083, melting point: 172 ° C., cut fiber length: 2 mm, average fiber length: 2 mm, density: 0.91 g / cm3, Non-fibrillated, stretched, substantially unchanged in diameter in the fiber axis direction, fiber cross-sectional shape: circular
[0123]
Next, the other half of the polypropylene microfiber assembly is supplied to an aqueous medium so that the concentration is 0.5%, and then is thawed for 3 minutes by a disaggregator to completely dissolve each polypropylene-dispersed microfiber. A second slurry was prepared, in which unmixed polypropylene ultrafine fiber aggregates were mixed.
[0124]
In addition, as the fusion thick fiber, the core component (non-fusion component) is polypropylene (melting point: 168 ° C., density: 0.91 g / cm).3The sheath component (fusion component) is high density polyethylene (melting point: 135 ° C., density: 0.96 g / cm3Core-sheath type composite thick fiber (fineness: 0.8 dtex, fiber diameter: 10.5 μm, average fiber diameter: 10.5 μm, cut fiber length: 5 mm, mass ratio of core component to sheath component is 1: 1) , Not fibrillated, stretched).
[0125]
Further, as a highly elastic thick fiber, a thick fiber made of highly crystalline polypropylene (Young's modulus: 90 cN / dtex, fineness: 1.3 dtex, fiber diameter: 13.5 μm, average fiber diameter: 13.5 μm, cut fiber length: 10 mm) Average fiber length: 10 mm, density: 0.91 g / cm3, Not fibrillated, stretched).
[0126]
Next, 10 mass% of the polypropylene-dispersed ultrafine fiber in the first slurry, 10 mass% of the polypropylene ultrafine fiber aggregate that is not completely understood as the polypropylene-dispersed ultrafine fiber in the second slurry, and 50 mass% of the core-sheath type composite thick fiber Then, a fiber web was formed from the third slurry mixed and dispersed so as to have a blending ratio of 30 mass% of polypropylene high-elasticity thick fibers by a wet method (horizontal long net method).
[0127]
Next, the fiber web is left in a hot-air circulating dryer set at a temperature of 135 ° C. for 3 minutes to dry the fiber web and heat-seal the sheath component (high-density polyethylene) of the core-sheath type composite thick fiber. After fixing the fibers with each other, calender treatment is performed to adjust the thickness, and the fused nonwoven fabric (weight per unit: 40 g / m)2, Thickness: 100 μm, (average fiber diameter of thick fibers) / (average fiber diameter of dispersed ultrafine fibers) = 5.5, total surface area per basis weight: 29.7 m2) Was formed.
[0128]
Electron micrographs (magnification: 50 times) on both sides of this fused nonwoven fabric were photographed. On one side (see FIG. 1), a polypropylene ultrafine fiber aggregate was present, but the other side (FIG. 2). In the reference), the polypropylene ultrafine fiber aggregate was substantially absent, and the polypropylene dispersed ultrafine fiber, the core-sheath type composite thick fiber, and the polypropylene highly elastic thick fiber were in a uniformly dispersed state.
[0129]
Next, this fused nonwoven fabric is brought into contact with a mixed gas composed of 3 vol% of fluorine gas, 5 vol% of oxygen gas, 5 vol% of sulfur dioxide gas, and 87 vol% of nitrogen gas for 120 seconds, whereby sulfonic acid groups, A carbonyl group, a carboxyl group, and a hydroxyl group were introduced to produce a fused nonwoven fabric for a separator (hereinafter referred to as a separator).
[0130]
(Comparative Example 1)
Melt blown nonwoven fabric made of polypropylene (average fiber diameter: 5 μm, unstretched, the diameter is substantially changed in the fiber axis direction, fiber cross-sectional shape: circular, basis weight: 40 g / m2, Thickness: 100 μm, total surface area per unit area: 35.2 m2) Was prepared.
[0131]
When the electron micrographs on both sides of the melt blown nonwoven fabric were taken, no polypropylene microfiber aggregates existed on either side, and they were in a uniformly dispersed state.
[0132]
Next, in the same manner as in Example 1, this meltblown nonwoven fabric was introduced with a sulfonic acid group, a carbonyl group, a carboxyl group, and a hydroxyl group on the fiber surface to produce a meltblown nonwoven fabric for a separator (hereinafter referred to as a separator).
[0133]
(Measurement of formation index)
The formation index on the surface of the separator of Example 1 where the polypropylene microfiber aggregates were not substantially present and the formation index of the separator of Comparative Example 1 were measured as follows.
(1) Light is applied to the object to be measured (separator) from a light source, and luminance information is obtained by receiving reflected light reflected by a predetermined region of the object to be measured by a light receiving element. .
(2) A predetermined area of the object to be measured was equally divided into an image size of 3 mm square, 6 mm square, 12 mm square, and 24 mm square to obtain four divided patterns.
(3) The luminance value of each section equally divided for each obtained division pattern was calculated based on the luminance information.
(4) Based on the luminance value of each section, the luminance average (X) for each division pattern was calculated.
(5) The standard deviation (σ) for each divided pattern was obtained.
(6) The coefficient of variation (CV) for each divided pattern was calculated by the following equation.
Coefficient of variation (CV) = (σ / X) × 100
Here, σ indicates a standard deviation for each divided pattern, and X indicates a luminance average for each divided pattern.
(7) A coordinate group obtained as a result of taking the logarithm of each image size as the X coordinate and the coefficient of variation corresponding to the image size as the Y coordinate is regressed to a linear line by the least square method, and the inclination is calculated. The absolute value of was used as the formation index. In addition, a formation index means that the fiber is disperse | distributed uniformly, so that a number is small.
The results are shown in Table 1.
[0134]
[Table 1]
Figure 0004800527
[0135]
(Maximum pore size measurement)
The maximum pore diameter in the surface of the separator of Example 1 where the polypropylene ultrafine fiber aggregates were not substantially present and the maximum pore diameter of the separator of Comparative Example 1 were measured by a bubble point method using a porometer (manufactured by Coulter). . This value was as shown in Table 1.
[0136]
(Measurement of (maximum pore diameter / average flow pore diameter) ratio)
The average flow pore diameter on the surface of the separator of Example 1 where the polypropylene microfiber aggregates are not substantially present and the average flow pore diameter of the separator of Comparative Example 1 were measured using a porometer (Polometer, manufactured by Coulter). Measured by the mean flow point method.
[0137]
Next, a (maximum pore diameter / average flow pore diameter) ratio was calculated based on the maximum pore diameter value obtained as described above. The results are shown in Table 1.
[0138]
(Measurement of porosity)
First, the basis weight (W) and thickness (T) of each separator were measured.
[0139]
Next, the density (d) of the resin of the separator constituent material was calculated from the density and mass ratio of each constituent material.
[0140]
Next, “porosity (P)” was calculated from the following equation.
Porosity (P) = {1−W / (T × d)} × 100
The results are shown in Table 1.
[0141]
(Measurement of tensile strength in the longitudinal direction)
Each rectangular separator cut to a length of 5 cm in the direction orthogonal to the longitudinal direction (width direction) and to a length of 20 cm in the longitudinal direction is obtained from a tensile strength tester (Orientec, Tensilon UTM-III-100). Fixed between chucks (distance between chucks: 10 cm), each separator was pulled in the longitudinal direction at a pulling speed of 300 mm / min, and the force required to break each separator was measured. This force was defined as the tensile strength in the longitudinal direction. . The results are shown in Table 1.
[0142]
(Needle-type penetration resistance)
One separator is mounted so as to cover the cylindrical through hole of the support base having a cylindrical through hole (inner diameter: 11 mm), and a fixing material having a cylindrical through hole (inner diameter: 11 mm) on each separator. Are fixed so that the center of the fixing material coincides with the center of the cylindrical through hole of the support base, and each separator is fixed. Then, a handy compression tester (KES-TECH, KES-) is applied to the separator. G5) Needle (curvature radius at the tip: 0.5 mm, diameter: 1 mm, protruding length from jig: 2 cm) is pierced vertically at a speed of 0.01 cm / s, and the needle penetrates The force required for this was measured, and this force was defined as the needle-type penetration resistance. The results are shown in Table 1.
[0143]
(Needle penetration resistance per unit weight)
The needle type penetration resistance per unit basis weight was calculated from the above (needle type penetration resistance) and basis weight. The results are shown in Table 1.
[0144]
(Measurement of pressure retention rate)
Each separator cut to a diameter of 30 mm was brought to a water balance at a temperature of 20 ° C. and a relative humidity of 65%.0) Was measured.
[0145]
Next, the air in the separator was immersed in an aqueous potassium hydroxide solution having a specific gravity of 1.3 (20 ° C.) for 1 hour so that the aqueous potassium hydroxide solution was replaced, and the aqueous potassium hydroxide solution was retained.
[0146]
Next, the separator was sandwiched between three upper and lower filter papers (diameter: 30 mm), and a pressure of 5.7 MPa was applied for 30 seconds with a pressure pump, and then the mass of the separator (M1) Was measured.
[0147]
Subsequently, the pressurization liquid retention was calculated | required by the following formula. In addition, this measurement was performed 4 times with respect to one separator, and the average was made into the pressurization liquid retention. The results are shown in Table 1.
Pressure retention ratio (%) = {(M1-M0) / M0} × 100
[0148]
(Battery pressure test)
As the electrode current collector, a paste type nickel positive electrode (33 mm width, 182 mm length) using a foamed nickel base material and a paste type hydrogen storage alloy negative electrode (mesh metal alloy, 33 mm width, 247 mm length) were prepared.
[0149]
Next, each separator was cut into a width of 33 mm and a length of 410 mm, and then sandwiched between a positive electrode and a negative electrode and wound in a spiral shape to create an electrode group corresponding to SC (sub-C) type. This electrode group was housed in an outer can, and 5N potassium hydroxide and 1N lithium hydroxide as electrolytes were poured into the outer can and sealed to prepare a cylindrical nickel-hydrogen battery having a capacity of 2000 mAh. In addition, when the separator of Example 1 was used, it arrange | positioned so that the surface in which a polypropylene microfiber assembly exists may contact | abut with a negative electrode.
[0150]
Next, this cylindrical nickel-hydrogen battery was charged at a temperature of 20 ° C. at 0.5 C, and the battery internal pressure at the time of charging 150% of the capacity was measured. Table 1 shows the ratio when the internal pressure of the battery using the separator of Example 1 is defined as the reference (100).
[0151]
As is apparent from the results in Table 1, the separator of the present invention was thin, excellent in mechanical strength, and capable of producing a battery having a low internal pressure.
[0152]
【The invention's effect】
The non-woven fabric of the present invention is an ultra-fine fiber assembly in which ultra-fine fibers having a fiber diameter of 5 μm or less are aggregated and / or a non-woven fabric containing a pulp-like material, and the ultra-fine fiber assembly on one surface (A) of the non-woven fabric and Since the total number of pulp-like materials and the total number of the ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials on the other surface (B) of the nonwoven fabric are different, they have various performances. For example, when used as a battery separator, the electrolyte solution is likely to be localized on the surface where the total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials is large. Since the contact opportunity between oxygen and the negative electrode is increased and oxygen can be sufficiently consumed, a battery in which the internal pressure is hardly increased can be manufactured. Further, when used as a filter medium, an increase in pressure loss can be suppressed due to the presence of a surface with a small total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials. Further, when used as a separator for a capacitor, the ion conductivity can be increased by the presence of a surface having a large total number of ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials, and the ultrafine fiber aggregates and / or pulp-like materials can be enhanced. Due to the presence of a surface with a small total number, the electrical insulation is excellent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electron micrograph of a surface having a large number of ultrafine fiber aggregates of the nonwoven fabric of Example 1.
FIG. 2 is an electron micrograph of the surface of the nonwoven fabric of Example 1 with a small number of ultrafine fiber aggregates.

Claims (9)

海島型複合繊維の海成分を除去することにより形成した、繊維横断面形状が円形、かつ繊維径が5μm以下の極細繊維のみが集合した極細繊維集合体を含む、融着のみにより固定された不織布であり、前記不織布の一方の面(A)における前記極細繊維集合体の総個数と、前記不織布の他方の面(B)における前記極細繊維集合体の総個数とが異なり、前記不織布は個々の極細繊維と極細繊維集合体とが分散したスラリーを湿式法により形成した繊維ウエブに由来することを特徴とする不織布。Non-woven fabric fixed by fusion only, including an ultrafine fiber assembly formed by removing sea components of sea-island type composite fibers, and containing only ultrafine fibers having a circular fiber cross-sectional shape and a fiber diameter of 5 μm or less , and the the total number of the ultrafine fibrous aggregate in one face (a) of the nonwoven fabric, Ri said and are Do different total number of the ultrafine fibrous aggregate in the other surface of the nonwoven fabric (B), the nonwoven fabric is individually A non-woven fabric characterized by being derived from a fiber web formed by a wet method in which a slurry in which ultrafine fibers and ultrafine fiber aggregates are dispersed . 極細繊維集合体の総個数の少ない面において、極細繊維集合体が実質的に存在していないことを特徴とする、請求項1に記載の不織布。  The nonwoven fabric according to claim 1, wherein the ultrafine fiber aggregate is substantially absent on a surface having a small total number of ultrafine fiber aggregates. 厚さが100μm以下であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の不織布。The nonwoven fabric according to claim 1 or 2, wherein the nonwoven fabric has a thickness of 100 µm or less. 目付あたりにおける総表面積が20m以上であることを特徴とする、請求項1〜請求項のいずれかに記載の不織布。The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 3, wherein a total surface area per unit weight is 20 m 2 or more. 電池用のセパレータとして用いることを特徴とする、請求項1〜請求項のいずれかに記載の不織布。The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 4 , wherein the nonwoven fabric is used as a battery separator. キャパシタ用のセパレータとして用いることを特徴とする、請求項1〜請求項のいずれかに記載の不織布。The nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 4 , wherein the nonwoven fabric is used as a separator for a capacitor. 請求項1〜請求項のいずれかに記載の不織布をセパレータとして用いていることを特徴とする電池。A battery using the nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 4 as a separator. 不織布の極細繊維集合体の総個数の多い面が、負極と当接していることを特徴とする、請求項記載の電池。The battery according to claim 7 , wherein a surface having a large total number of the ultrafine fiber aggregates of the nonwoven fabric is in contact with the negative electrode. 請求項1〜請求項のいずれかに記載の不織布をセパレータとして用いていることを特徴とするキャパシタ。A non-woven fabric according to any one of claims 1 to 4 is used as a separator.
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