JP2000228181A

JP2000228181A - アルカリ電池用セパレータ

Info

Publication number: JP2000228181A
Application number: JP11029804A
Authority: JP
Inventors: Masanao Tanaka; 政尚田中; Yoshihiko Kondo; 好彦今藤
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】電解液の保持性に優れ、高い張力を作用させ
ても破断することがなく、しかも短絡の発生しにくい電
池を製造できるアルカリ電池用セパレータを提供するこ
と。【解決手段】本発明のアルカリ電池用セパレータは、
繊維長が２５ｍｍ未満の短繊維と繊維長が２５ｍｍ以上
の長繊維とが絡合した混合層の合計厚さが、全体の厚さ
の３分の１以上であり、しかも前記短繊維及び／又は長
繊維として、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸誘導
体、不飽和カルボン酸無水物の中から選ばれる一種類以
上とエチレンとからなるエチレンコポリマーを、少なく
とも繊維表面に有するエチレン系繊維を含む不織布から
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ電池用セパ
レータに関する。

【0002】

【従来の技術】従来から、アルカリ電池の正極と負極と
を分離して短絡を防止すると共に、起電反応を円滑に行
うことができるように、これら電極間に電解液を保持で
きるセパレータが配置されている。

【0003】このセパレータは水酸化カリウムなどの電解液
によって侵されないことが必要であるため、耐アルカリ
性に優れるポリオレフィン系繊維からなるセパレータを
好適に使用できる。しかしながら、ポリオレフィン系繊
維は電解液との親和性が低いため、電解液の保持性が悪
いという欠点があった。

【0004】そのため、このような欠点を解決する手段の１
つとして、鞘成分がアクリル酸−エチレン系共重合体か
らなり、芯成分がポリアミド系重合体からなる芯鞘型複
合繊維を３０重量％以上含み、しかも前記芯鞘型複合繊
維にスルホン酸基が導入されたアルカリ電池用セパレー
タが提案されている（特開平５−１２１０６３号）。し
かしながら、前記芯鞘型複合繊維は繊維を製造する段階
で十分に延伸するのが困難で、強度のある繊維を得るこ
とができないため、前記セパレータは極板群形成時の張
力によって容易に破断してしまい、効率的に電池を製造
することが困難であった。特に、近年要望されている小
型で高容量の電池を製造する場合には、できるだけセパ
レータの占める体積が小さくなるように高い張力でセパ
レータを極板に巻回するが、前記のように容易に破断し
てしまい、前記の傾向が顕著であった。更に、前記セパ
レータは前記公報の実施例に記載されているように、繊
維長が３８ｍｍ以上の長繊維を使用しているため、繊維
の分散性が悪く、ムラが発生しやすいのに加えて、極板
に巻回する際の張力によってそのムラが助長されるた
め、短絡が発生しやすい、という問題があった。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決するためになされたものであり、電解液の保持性
に優れ、高い張力を作用させても破断することがなく、
しかも短絡の発生しにくい電池を製造できるアルカリ電
池用セパレータを提供することを目的とする。

【0006】

【課題を解決するための手段】本発明のアルカリ電池用
セパレータ（以下、単に「セパレータ」ということがあ
る）は、繊維長が２５ｍｍ未満の短繊維と繊維長が２５
ｍｍ以上の長繊維とが絡合した混合層の合計厚さが、全
体の厚さの３分の１以上であり、しかも前記短繊維及び
／又は長繊維として、不飽和カルボン酸、不飽和カルボ
ン酸誘導体、不飽和カルボン酸無水物の中から選ばれる
一種類以上とエチレンとからなるエチレンコポリマー
を、少なくとも繊維表面に有するエチレン系繊維を含む
不織布からなる。このように、本発明のセパレータは不
飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸誘導体、不飽和カル
ボン酸無水物の中から選ばれる一種類以上とエチレンと
からなるエチレンコポリマーを、少なくとも繊維表面に
有するエチレン系繊維を含んでいるため電解液の保持性
に優れている。また、長繊維を使用しており、しかも短
繊維と長繊維とが絡合しているため、高い張力を作用さ
せても破断することがない。更には、長繊維以外に短繊
維を含んでおり、均一性が高いため、短絡の生じにくい
電池を製造することができる。

【0007】

【発明の実施の形態】本発明のセパレータは、繊維長が
２５ｍｍ未満の短繊維と繊維長が２５ｍｍ以上の長繊維
とが絡合した混合層の合計厚さが、全体の厚さの３分の
１以上の不織布からなる。この混合層は、短繊維のみか
らなる層や長繊維のみからなる層と比較して電解液の分
布が均一で、電池内部抵抗が低く、放電特性や高容量性
に優れた電池を形成できるため、全体に占める混合層の
割合が高い程好ましく、混合層の厚さが全体の厚さの３
分の２以上を占めるのが好ましく、セパレータ全体が混
合層からなるのが最も好ましい。なお、混合層は１つで
ある必要はなく、２つ以上存在していても良い。後者の
ように、２つ以上存在している場合には、その合計の厚
さが全体の厚さの３分の１以上であれば良い。なお、セ
パレータ中に含まれる混合層以外の層（例えば、短繊維
のみからなる層、長繊維のみからなる層など）の有無、
混合層と混合層以外の層の配置状態などは特に限定され
るものではない。

【0008】本明細書において、「混合層」とは、繊維長が
２５ｍｍ未満の短繊維と繊維長が２５ｍｍ以上の長繊維
とが絡合していると共に混在している層を意味する。こ
のような混合層は短繊維からなる繊維ウエブと長繊維か
らなる繊維ウエブとを積層した後、少なくとも１回の絡
合処理を実施することによって形成することができる。
なお、短繊維のみからなる層、長繊維のみからなる層、
或いは混合層は、例えば、セパレータの断面を顕微鏡に
よって観察することによって明確に区別することができ
る。また、本発明における「厚さ」は無荷重の状態での
厚さをいう。

【0009】本発明においては、繊維の分散性に優れるよう
に、繊維長が２５ｍｍ未満の短繊維を使用している。繊
維長が２５ｍｍ以上であると、繊維ウエブ自体を形成す
るのが困難になったり、繊維の分散性が悪くなる傾向が
あるためで、好ましい繊維長は５〜２０ｍｍであり、よ
り好ましい繊維長は１０〜２０ｍｍである。

【0010】本発明においては、前述のような短繊維以外
に、セパレータの引張強度、引き裂き強度、剛軟度を向
上させるために、繊維長２５ｍｍ以上の長繊維を含んで
いる。繊維長が２５ｍｍよりも短いと、引張強度、引き
裂き強度及び剛軟度が十分に向上しなかったり、十分に
絡合しない場合があるためで、好ましい繊維長は２５〜
１１０ｍｍであり、より好ましい繊維長は２５〜６０ｍ
ｍである。

【0011】なお、本発明において「繊維長」はＪＩＳＬ
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う。

【0012】本発明においては、この短繊維及び／又は長繊
維として、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸誘導
体、不飽和カルボン酸無水物の中から選ばれる一種類以
上とエチレンとからなるエチレンコポリマーを、少なく
とも繊維表面に有するエチレン系繊維を含む不織布から
なる。このエチレン系繊維はカルボキシル基を有するた
め、電解液との親和性に優れるばかりでなく、耐アルカ
リ性、耐酸化性、及び融着性に優れるという効果を奏す
る。なお、以下、単に「繊維」と表現する時には、短繊
維と長繊維の両方を含むものとする。

【0013】このエチレンとの共重合成分としては、例え
ば、アクリル酸やメタクリル酸などの不飽和カルボン
酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エステル、アクリル
酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸
２−ヒドロキシエチルなどのアクリル酸エステル、メタ
クリル酸メチル、メタクリル酸エステル、メタクリル酸
ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシルなどのメタク
リル酸エステル、或いは無水マレイン酸、無水イタコン
酸などの不飽和カルボン酸無水物などを使用できる。こ
れらの中でもアクリル酸やメタクリル酸が好適であり、
メタクリル酸が特に好適である。

【0014】本発明のエチレン系繊維を構成するエチレンコ
ポリマーは、上記のような共重合成分を一種類以上含ん
でいるが、本発明のエチレンコポリマーはエチレンと上
記共重合成分とが交互に入ったものであっても、ランダ
ムに入ったものであっても、ブロックに入ったものであ
っても、或いはそれらの混合物であっても良い。なお、
上記のような共重合成分の含有量は、親水性が高く、放
電特性が良好で電池内圧が低くなるように、５ｍａｓｓ
％以上であるのが好ましく、より好ましくは５〜３０ｍ
ａｓｓ％であり、更に好ましくは１０〜２０ｍａｓｓ％
である。そのため、メタクリル酸の含有量が５ｍａｓｓ
％以上であるのが好ましく、５〜３０ｍａｓｓ％である
のがより好ましく、１０〜２０ｍａｓｓ％であるのが更
に好ましい。

【0015】本発明のエチレン系繊維は上述のようなエチレ
ンコポリマーが少なくとも繊維表面に存在しているた
め、電解液との親和性、耐酸化性、耐アルカリ性、及び
融着性に優れている。なお、エチレンコポリマーは前記
のような作用を最大限に発揮できるように、エチレン系
繊維表面の５０％以上を占めているのが好ましく、７０
％以上を占めているのがより好ましく、１００％占めて
いるのが最も好ましい。

【0016】本発明のエチレン系繊維はエチレンコポリマー
のみから構成されていても良いが、エチレンコポリマー
以外のポリマーを含んでいても良い。このエチレンコポ
リマー以外のポリマーとしては、例えば、ポリエチレン
（例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、
高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンな
ど）、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、エチレン
−プロピレンコポリマー、エチレン−ブテン−プロピレ
ンコポリマー、ポリアミド（例えば、６ナイロン、６６
ナイロンなど）、ポリエステル（例えば、ポリエチレン
テレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど）を
１種類以上使用できる。これらの中でもポリアミドはエ
チレンコポリマーよりも融点が高く、エチレンコポリマ
ーを融着させてもエチレン系繊維の繊維形態を維持で
き、しかもポリアミドは親水性に優れており、エチレン
系繊維全体が親水性に優れているため、高率放電性を必
要とする用途（例えば、電動工具用電池のセパレータな
ど）に本発明のセパレータを使用する場合に好適であ
る。

【0017】なお、上述のようなエチレンコポリマー以外の
ポリマーはどのように存在していても良い。例えば、エ
チレン系繊維の断面において、芯鞘状（偏芯の場合も含
む）の芯成分として、貼り合わせ状の一方の成分とし
て、海島状の島成分として、多重バイメタル状の一成分
として、或いはオレンジ状の一成分として存在している
ことができる。なお、エチレンコポリマー以外のポリマ
ーとしてポリアミドを含んでいる場合、ポリアミドは耐
アルカリ性及び耐酸化性がやや劣るため、エチレン系繊
維表面に露出していない、芯鞘状の芯成分として又は海
島状の島成分として存在しているのが好ましい。

【0018】なお、エチレン系繊維の繊度は特に限定される
ものではないが、電解液の保持性に優れるように、１０
デニール以下であるのが好ましく、５デニール以下であ
るのがより好ましい。なお、０．５デニール以上である
のが好ましい。

【0019】このようなエチレン系繊維は常法の複合紡糸装
置を利用して紡糸し、延伸し、必要であれば巻縮を付与
して、製造することができる。

【0020】本発明のセパレータは上述のエチレン系繊維を
短繊維及び／又は長繊維として含む不織布からなる。こ
のエチレン系繊維を構成するエチレンコポリマーは比較
的融点が低いため、このエチレンコポリマーを融着させ
ることにより、セパレータの引張り強さや剛性を高める
ことができ、効率的に極板群を形成することができる。
このようにエチレン系繊維を融着繊維として使用して、
セパレータの引張り強さや剛性を高める場合、エチレン
系繊維が長繊維であるか短繊維であるかを問わず、エチ
レン系繊維が不織布中、３０ｍａｓｓ％以上含まれてい
るのが好ましく、７０ｍａｓｓ％以上含まれているのが
より好ましい。

【0021】本発明のセパレータは短繊維及び／又は長繊維
として、上述のようなエチレン系繊維を含むものである
が、エチレン系繊維以外の繊維を含んでいることができ
る。例えば、極細繊維を発生可能な分割繊維や引張り強
さが５ｇ／ｄ以上の高強度繊維などを含んでいるのが好
ましい。

【0022】この分割繊維は分割して極細繊維を発生可能で
あるため、電解液の保持性をより向上させることができ
たり、デンドライトを防止することができる。この分割
繊維から発生する極細繊維の繊度は上記効果が生じるよ
うに、０．６デニール以下であるのが好ましく、ある程
度の強度を有するように、０．００１デニール以上であ
るのが好ましく、０．０１〜０．４デニールであるのが
より好ましい。なお、分割繊維の繊度は上記繊度の極細
繊維を発生できるものであれば良く、特に限定されるも
のではない。

【0023】この分割繊維は水流などの流体流、ニードル、
カレンダーなどの物理的作用により分割可能であるのが
好ましい。これらの中でも流体流で分割可能であると、
極細繊維が絡合して緻密な構造のセパレータを製造しや
すく、短絡が生じにくいため好適である。

【0024】この分割繊維としては、２種類以上の樹脂成分
からなり、例えば図１〜図４に示すような、繊維断面が
オレンジ型の分割繊維、図５に示すような、繊維断面が
多重バイメタル型の分割繊維を使用できる。これらの中
でも、どの方向から物理的作用を施しても分割しやす
い、繊維断面がオレンジ型の分割繊維を好適に使用でき
る。

【0025】この分割繊維を構成する樹脂成分としては、例
えば、ポリアミド系樹脂（例えば、ナイロン６、ナイロ
ン６６、ナイロン１２、ナイロン６とナイロン１２との
共重合体などのナイロン共重合体など）、エチレン系樹
脂（例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレ
ン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、
エチレンとビニルアルコールとの共重合体など）、プロ
ピレン系樹脂（例えば、ポリプロピレン、プロピレンと
他の１種類以上のビニル化合物との共重合体など）、ブ
テン系樹脂（例えば、ポリブテン、ブテンと他の１種類
以上のビニル化合物との共重合体など）、メチルペンテ
ン系樹脂（ポリメチルペンテン、メチルペンテンと他の
１種類以上のビニル化合物との共重合体など）などがあ
り、分割繊維はこれらの樹脂２種類以上からなることが
できる。これらの中でも、ポリエチレンとポリプロピレ
ン（特に、高密度ポリエチレンとポリプロピレン）とを
組み合わせた分割繊維が好ましい。

【0026】このような分割繊維から発生した極細繊維は電
解液の保持性に優れるように、セパレータを構成する不
織布中、５ｍａｓｓ％以上含まれているのが好ましく、
エチレン系繊維など他の繊維との兼ね合いから、７０ｍ
ａｓｓ％以下であるのが好ましく、より好ましくは５０
ｍａｓｓ％以下であり、更に好ましくは３０ｍａｓｓ％
以下である。なお、この分割繊維から発生した極細繊維
は短繊維であっても長繊維であっても良いが、絡合強さ
のより優れる長繊維であるのがより好ましい。

【0027】本発明のセパレータの不織布を構成する別の繊
維として、引張り強さが５ｇ／ｄ以上の高強度繊維を含
んでいるのが好ましい。このような高強度繊維を含んで
いることによって、極板群を形成する際に、極板のバリ
がセパレータを突き抜けて極板同士が短絡することを確
実に防止できる。より好ましくは引張り強さが７ｇ／ｄ
以上の高強度繊維を含み、更に好ましくは引張り強さが
９ｇ／ｄ以上の高強度繊維を含んでいる。なお、引張り
強さの上限は特に限定するものではないが、５０ｇ／ｄ
程度が適当である。また、この引張り強さはＪＩＳＬ
１０１５（化学繊維ステープル試験法）によって測定
した値をいう。

【0028】この高強度繊維は分割繊維と同様の樹脂成分１
種類以上から構成することができるが、耐アルカリ性に
優れるようにポリオレフィン系の樹脂成分（特にポリプ
ロピレンや平均分子量が１００万〜５００万の超高分子
量ポリエチレン）を、少なくとも繊維表面に含んでいる
のが好ましい。この高強度繊維の繊度は短絡防止性に優
れるように、また、電解液の保持性を低下させないよう
に、０．５〜５デニールであるのが好ましい。

【0029】このような高強度繊維は短絡防止性に優れるよ
うに、セパレータを構成する不織布中、５ｍａｓｓ％以
上含まれているのが好ましい。エチレン系繊維など他の
繊維との兼ね合いから、７０ｍａｓｓ％以下であるのが
好ましく、４０ｍａｓｓ％以下であるのがより好まし
く、３０ｍａｓｓ％以下であるのが更に好ましい。

【0030】本発明のセパレータを構成する不織布は、上述
のようなエチレン系繊維、極細繊維及び高強度繊維を含
んでいるのが好ましいが、これら繊維以外にも、（１）
エチレン系繊維のエチレンコポリマーと同程度、又はよ
り低い融点を有する樹脂を少なくとも繊維表面に有する
融着繊維、（２）未分割の分割繊維、（３）引張り強さ
が５ｇ／ｄ以下の繊維などを含んでいることもできる。
なお、これらいずれの繊維も耐アルカリ性に優れるよう
に、少なくとも繊維表面はポリオレフィン系樹脂からな
るのが好ましい。

【0031】本発明のセパレータは上述のような繊維から製
造された不織布からなるが、不織布構成繊維の平均繊維
径が６〜１５μｍであるのが好ましい。平均繊維径が６
μｍ未満となると、極板で発生したガスの透過性が悪
く、密閉型の電池（特に、高効率放電を要求される電動
工具などのアルカリ電池）に使用するのが困難になる傾
向があり、平均繊維径が１５μｍを越えると、電解液の
保持性が低下したり、短絡が生じ易くなる傾向があるた
めで、より好ましい平均繊維径は７〜１２μｍである。
この平均繊維径とは、セパレータから無作為に選んだ繊
維１００本の繊維径の平均値をいい、繊維断面形状が非
円形である場合には、円形断面に換算した際の直径をそ
の繊維の繊維径とみなす。

【0032】本発明のセパレータを構成する不織布におけ
る、短繊維と長繊維との比率としては、短繊維による繊
維の分散性、及び長繊維による引張強度、引き裂き強度
或は剛軟度などに優れているように、２０：８０〜８
０：２０であるのが好ましく、３０：７０〜７０：３０
であるのがより好ましい。

【0033】本発明のセパレータの面密度は３０〜１００ｇ
／ｍ²であるのが好ましく、４０〜８０ｇ／ｍ²であるの
がより好ましい。面密度が３０ｇ／ｍ²未満であると、
引張強さが不足する場合があり、１００ｇ／ｍ²を越え
ると、厚くなり過ぎて電池の高容量化が困難になるため
である。また、厚さは０．１〜０．３ｍｍであるのが好
ましい。

【0034】本発明のセパレータのたて方向（長さ方向）に
おける引張強さは、電池を製造する段階の張力によって
破断しないように、１００Ｎ／５０ｍｍ以上であるのが
好ましく、１４０Ｎ／５０ｍｍ以上であるのがより好ま
しい。この引張強さは、幅５０ｍｍのセパレータを引張
強さ試験機（オリエンテック製、テンシロンＵＴＭ−II
I−１００）に固定し（チャック間の距離１００ｍ
ｍ）、引張速度３００ｍｍ／ｍｉｎで測定した値をい
う。

【0035】このような短繊維と長繊維とが絡合した混合層
を有する本発明のセパレータは、例えば、次のようにし
て製造できる。

【0036】まず、短繊維を主体とする繊維ウエブ（以下、
「短繊維ウエブ」という）を、例えば、湿式法により１
枚以上形成する。他方、長繊維を主体とする繊維ウエブ
（以下、「長繊維ウエブ」という）を、例えば、カード
法、エアレイ法、スパンボンド法などの乾式法により１
枚以上形成する。なお、短繊維ウエブ又は長繊維ウエブ
の少なくとも一方、好ましくは両方の繊維ウエブにエチ
レン系繊維を混合する。より好ましくは、短繊維ウエブ
及び／又は長繊維ウエブに分割繊維及び／又は高強度繊
維も混合する。

【0037】次いで、短繊維ウエブ１枚以上と長繊維ウエブ
１枚以上とを積層して、積層繊維ウエブを形成する。な
お、短繊維ウエブ又は長繊維ウエブの少なくとも一方を
２枚以上積層する場合には、短繊維と長繊維とが絡合し
た混合層を形成しやすいように、短繊維ウエブと長繊維
ウエブとを交互に積層するのが好ましい。

【0038】次いで、この積層繊維ウエブに対して水流など
の流体流を噴出して、絡合処理を実施する。この絡合処
理は、既にある程度絡んでいる長繊維が配置を変えて短
繊維と絡合できるように、従来よりも高いエネルギーの
流体流を作用させる必要がある。なお、短繊維及び／又
は長繊維として、分割繊維を含んでいる場合には、この
流体流の作用により絡合と同時に分割することもでき
る。また、分割繊維を含んでいる場合、絡合処理とは別
にカレンダー処理やニードルパンチ処理などの分割処理
を実施することもできる。

【0039】この従来よりも高いエネルギーの流体流を作用
させるとは、より具体的には、ノズル径をＲ（単位；ｍ
ｍ）、ノズルの内圧をＰ（単位；ＭＰａ）とした時に、
（式）Ｅ＝Ｒ×Ｐ²から導き出されるＥ値が１０以上、
好ましくは１５以上、より好ましくは１８以上、最も好
ましくは２０以上の流体流を少なくとも１度は作用させ
ることをいう。この（式）は、運動エネルギーは質量と
速度の二乗に比例するため、ノズル径が大きければ大き
いほど噴出されて作用する流体の質量が大きくなるこ
と、及びノズルの内圧が高ければ高いほど噴出される流
体の速度が速いことから、流体流の運動エネルギーを疑
似的に表現したものである。

【0040】流体流噴出の条件としては、例えば、ノズル径
が０．０５〜０．３ｍｍで、ピッチが０．２〜３ｍｍで
１列以上に配列したノズルプレートを使用して、内圧１
０ＭＰａ〜３０ＭＰａ程度の流体を噴出して絡合するこ
とができる。また、流体流の噴出は繊維ウエブの片面又
は両面に対して噴出することができる。なお、流体流は
２回以上噴出して、上述のＥ値の合計が３０以上となる
ように噴出するのが好ましく、４０以上となるように噴
出するのがより好ましく、６０以上となるように噴出す
るのが更に好ましく、８０以上となるように噴出するの
が最も好ましい。更に、流体流を噴出する際の積層繊維
ウエブを支持する支持体として、目の粗いものを使用す
ると、開孔を有する不織布となり、短絡する可能性が高
くなるため、目の開きが０．２９５ｍｍよりも目の細か
い支持体を使用するのが好ましい。

【0041】このようにして長繊維ウエブと短繊維ウエブと
を絡合して一体化した不織布は高張力でも破断しないも
のであるが、エチレン系繊維のエチレンコポリマーを融
着させることによって、剛性や引張強度などを更に向上
させることができる。

【0042】この融着は無圧下で行なっても良いが、厚さを
調整するために、加圧も行なうのが好ましい。この加圧
は加熱とを同時に行っても、加熱した後に加圧しても良
い。なお、融着処理における加熱温度は、加熱と加圧と
を同時に行う場合には、エチレンコポリマー成分の軟化
点から融点までの範囲内であるのが好ましく、加熱後に
加圧を行う場合には、エチレンコポリマー成分の軟化点
から融点よりも２０℃程度高い温度までの範囲内である
のが好ましい。また、加圧条件は、いずれの場合も、線
圧力５〜３０Ｎ／ｃｍであるのが好ましい。なお、エチ
レン系繊維以外の融着繊維を含んでいる場合には、その
融着繊維に対して上記と同様の関係が成立するのが好ま
しい。また、本発明における「融点」は示差走査熱量計
を用い、昇温速度１０℃／分で室温から昇温して得られ
る融解吸熱曲線の極大値を与える温度をいい、「軟化
点」は示差走査熱量計を用い、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。

【0043】本発明のセパレータはエチレン系繊維を含んで
いるため、電解液の保持性に優れるものであるが、エチ
レン系繊維以外の繊維として耐アルカリ性に優れるポリ
オレフィン系の繊維を混合するのが好ましいため、より
電解液の保持性に優れるように、例えば、スルホン化処
理、フッ素ガス処理、グラフト処理、界面活性剤処理、
放電処理、親水性樹脂付着処理などの、少なくとも１つ
の親水化処理を実施するのが好ましい。この親水化処理
は繊維の段階（つまり、不織布形成前の段階）で行って
も良いが、不織布形成後に親水化処理した方が作業性に
より優れている。

【0044】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などによる処理がある。
これらの中でも、発煙硫酸によるスルホン化処理は、反
応性が高く、比較的容易にスルホン化できるため好適で
ある。

【0045】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種類のガスとを混合したガスにより
処理することができる。なお、不織布に二酸化硫黄ガス
を予め付着させた後にフッ素ガスを接触させる方法は、
より効率的で恒久的な親水化処理方法である。

【0046】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もたせるために、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。

【0047】これらビニルモノマーの重合方法としては、例
えば、（１）ビニルモノマーと重合開始剤を含む溶液中
に不織布を浸漬し加熱する方法、（２）不織布にビニル
モノマーを塗布した後、放射線を照射する方法、（３）
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、（４）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、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。

【0048】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、この溶液を塗布又は散布して付着させ
ることができる。

【0049】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、不織布の内部の繊維表面も処理することができ
る。したがって、セパレータ内部における電解液の保持
性に優れるため、過充電時における酸素吸収性に優れ、
内圧特性に優れる電池を製造できる。

【0050】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、この溶媒を塗布又は散布し、乾
燥して付着させることができる。なお、親水性樹脂の付
着量は、通気性を損なわないように、セパレータ全体の
０．３〜１ｍａｓｓ％であるのが好ましい。

【0051】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、スチリルキノリニウム系、
スチリルベンゾチアゾリウム系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
成できる水酸基が多く存在しており、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て、電極間の短絡を生じにくいので
好適である。

【0052】このように、本発明のセパレータは電解液の保
持性、引張強さ及び短絡防止性に優れているため、安定
して電池を製造できるものである。そのため、本発明の
セパレータは、例えば、アルカリマンガン電池、水銀電
池、酸化銀電池、空気電池などの一次電池、ニッケル−
カドミウム電池、銀−亜鉛電池、銀−カドミウム電池、
ニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池などの二次電
池用に好適に使用できる。

【0053】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。

【0054】

【実施例】（実施例）図３に示すような、ポリプロピレ
ン成分（図中記号１２、円形状で繊度０．０２デニール
のポリプロピレン極細長繊維（融点：１６０℃）を１本
と、花弁状で繊度０．０８デニールのポリプロピレン極
細長繊維（融点：１６０℃）とを８本発生可能）と、高
密度ポリエチレン成分（図中記号１１、花弁状で繊度
０．０８デニールの高密度ポリエチレン極細長繊維（融
点：１３２℃）を８本発生可能）とからなる、オレンジ
型断面を有する、繊度１．３デニール、繊維長２５ｍｍ
の分割長繊維を用意した。

【0055】また、エチレン−メタクリル酸コポリマー（メ
タクリル酸を１５ｍａｓｓ％含有、融点：９５℃）を鞘
成分とし、６ナイロンを芯成分とする、繊度３デニー
ル、繊維長３８ｍｍの芯鞘型エチレン系長繊維（エチレ
ン−メタクリル酸コポリマーが１００％繊維表面を占め
る）を用意した。更に、引張り強さ９ｇ／ｄ、繊度２デ
ニール、繊維長４５ｍｍのポリプロピレン高強度長繊維
（融点：１６０℃）とを用意した。

【0056】次いで、上述の分割長繊維、芯鞘型エチレン系
長繊維及びポリプロピレン高強度長繊維を、４０：３
０：３０の質量比で混綿した後、カード機により開繊し
て、一方向性長繊維ウエブ（面密度２０ｇ／ｍ²）を形
成した。

【0057】他方、繊維長が１０ｍｍであること以外は芯鞘
型エチレン系長繊維と全く同じ芯鞘型エチレン系短繊維
９０ｍａｓｓ％と、繊維長が１０ｍｍであること以外は
ポリプロピレン高強度長繊維と全く同じポリプロピレン
高強度短繊維１０ｍａｓｓ％とを混合分散させたスラリ
ーから、湿式抄造法により短繊維ウエブ（面密度４０ｇ
／ｍ²）を形成した。

【0058】次いで、上記一方向性長繊維ウエブと短繊維ウ
エブとを積層した後、この積層繊維ウエブを目の開きが
０．１７５ｍｍの平織ネットに載置し、ノズル径０．１
５ｍｍ、ピッチ０．８ｍｍで一列に配列した、内圧１２
ＭＰａのノズルプレートから、一方向性長繊維ウエブに
対して水流を噴出（Ｅ値：２１．６）して、一方向性長
繊維ウエブ側２回、短繊維ウエブ側２回の合計４回水流
を噴出（Ｅ値合計：８６．４）して絡合すると同時に分
割繊維を分割して絡合不織布を形成した。

【0059】次いで、この絡合不織布を１１５℃で１０秒間
加熱した後、線圧力９．８Ｎ／ｃｍのカレンダーロール
によって加圧し、芯鞘型エチレン系長繊維及び芯鞘型エ
チレン系短繊維のエチレンコポリマー成分のみを融着し
て、融着絡合不織布を形成した。

【0060】その後、この融着絡合不織布を窒素ガスで希釈
したフッ素ガス、酸素ガス、及び二酸化硫黄ガスの混合
ガスによりフッ素ガス処理を行い、面密度６０ｇ／
ｍ²、厚さ０．１５ｍｍのセパレータ（平均繊維径：
７．３μｍ）を形成した。なお、このセパレータの断面
における電子顕微鏡写真を撮影して絡合状態を観察した
ところ、短繊維と長繊維とが絡合した混合層がセパレー
タの厚さ全体にわたって存在していた。

【0061】（比較例１）実施例と同じ分割長繊維１３ｍａ
ｓｓ％、実施例と同じ芯鞘型エチレン系長繊維７０ｍａ
ｓｓ％、及び実施例と同じポリプロピレン高強度長繊維
１７ｍａｓｓ％を混綿した後、カード機により開繊し
て、一方向性長繊維ウエブ（面密度６０ｇ／ｍ²）を形
成した。

【0062】次いで、この一方向性長繊維ウエブの表裏面
を、実施例と全く同じ条件で絡合及び分割長繊維の分割
を実施して絡合不織布を形成した後、実施例と全く同じ
条件で芯鞘型エチレン系長繊維のエチレンコポリマー成
分のみを融着して、融着絡合不織布を形成し、更に、実
施例と全く同じ条件でフッ素ガス処理を行い、面密度６
０ｇ／ｍ²、厚さ０．１５ｍｍのセパレータ（平均繊維
径：５．１μｍ）を形成した。

【0063】（比較例２）実施例と同じ分割短繊維１３ｍａ
ｓｓ％、実施例と同じ芯鞘型エチレン系短繊維７０ｍａ
ｓｓ％、及び実施例と同じポリプロピレン高強度短繊維
１７ｍａｓｓ％からなるスラリーより湿式抄造法により
短繊維ウエブ（面密度６０ｇ／ｍ²）を形成した。

【0064】次いで、この短繊維ウエブの表裏面を、実施例
と全く同じ条件で絡合及び分割短繊維の分割を実施して
絡合不織布を形成した後、実施例と全く同じ条件で芯鞘
型エチレン系短繊維のエチレンコポリマー成分のみを融
着して、融着絡合不織布を形成し、更に、実施例と全く
同じ条件でフッ素ガス処理を行い、面密度６０ｇ／
ｍ²、厚さ０．１５ｍｍのセパレータ（平均繊維径：
６．０μｍ）を形成した。

【0065】（たて方向における引張り強さ）各々のセパレ
ータを、引張強さ試験機（オリエンテック製、テンシロ
ンＵＣＴ−５００）に固定し（チャック間距離１００ｍ
ｍ）、速度３００ｍｍ／分で引張り、たて方向における
引張り強さを測定した。なお、セパレータの幅は５０ｍ
ｍとした。この結果は表１に示す。

【0066】

【表1】

【0067】（加圧保液率）直径３０ｍｍに裁断した各々の
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（Ｍ₀）を測定
した。次に、セパレータ中の空気を水酸化カリウム溶液
で置換するように、比重１．３（２０℃）の水酸化カリ
ウム溶液中に１時間浸漬し、水酸化カリウム溶液を保持
させた。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、５．７Ｍ
Ｐａの圧力を３０秒間作用させた後、セパレータの質量
（Ｍ ₁）を測定した。そして、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
も表１に示す。加圧保液率（％）＝［（Ｍ₁−Ｍ₀）／Ｍ₀］×１００

【0068】（ショート率）各々のセパレータを使用して、
実際に電池を製造する際に、電極のバリによってショー
トしてしまい、電池を製造できなかった割合をショート
率とした。この結果も表１に示す。

【0069】表１から明らかなように、本発明のセパレータ
は電解液の保持性及び引張り強度の優れ、しかも短絡し
にくいものであることがわかった。

【0070】

【発明の効果】本発明のアルカリ電池用セパレータを構
成する不織布は不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸誘
導体、不飽和カルボン酸無水物の中から選ばれる一種類
以上とエチレンとからなるエチレンコポリマーを、少な
くとも繊維表面に有するエチレン系繊維を含んでいるた
め電解液の保持性に優れている。また、長繊維を使用し
ており、しかも短繊維と長繊維とが絡合しているため、
高い張力を作用させても破断することがない。更には、
長繊維以外に短繊維を含んでおり、均一性が高いため、
短絡の生じにくい電池を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明で使用できる分割繊維の模式的断面図

【図2】本発明で使用できる別の分割繊維の模式的断
面図

【図3】本発明で使用できる更に別の分割繊維の模式
的断面図

【図4】本発明で使用できる更に別の分割繊維の模式
的断面図

【図5】本発明で使用できる更に別の分割繊維の模式
的断面図

【符号の説明】

１分割繊維１１第１成分１２第２成分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F071 AA15 AA15X AA32 AA32X AA33 AA33X AA36 AA36X AA54 AA55 AA76 AF02 AF15 AF36 AH02 AH15 BA01 BB06 BC01 5H021 BB08 CC02 EE04 EE07 EE15 EE23 HH01 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】繊維長が２５ｍｍ未満の短繊維と繊維長
が２５ｍｍ以上の長繊維とが絡合した混合層の合計厚さ
が、全体の厚さの３分の１以上であり、しかも前記短繊
維及び／又は長繊維として、不飽和カルボン酸、不飽和
カルボン酸誘導体、不飽和カルボン酸無水物の中から選
ばれる一種類以上とエチレンとからなるエチレンコポリ
マーを、少なくとも繊維表面に有するエチレン系繊維を
含む不織布からなることを特徴とするアルカリ電池用セ
パレータ。
【請求項2】エチレンコポリマーがメタクリル酸−エ
チレンコポリマーからなることを特徴とする、請求項１
記載のアルカリ電池用セパレータ。
【請求項3】エチレン系繊維がポリアミドを含んでい
ることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のアル
カリ電池用セパレータ。
【請求項4】平均繊維径が６〜１５μｍであることを
特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のアルカリ
電池用セパレータ。