JPH0726457A - 電池セパレーター用湿式不織布及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短絡防止性能が良くかつ電解液の保持性能に
優れ、また二次電池に使用される際は、ガス通過性が良
好で、更に電池製造工程上充分な機械的強度を有する電
池セパレ−タ−に適した不織布の提供。 【構成】 １種以上の熱可塑性短繊維と熱融着繊維とが
相互に三次元に水流交絡されており、上記熱融着繊維の
一部又は全部が熱溶融されて繊維間が接着されているこ
とを特徴とする電池セパレ−タ−用湿式不織布、及び、
１種以上の熱可塑性短繊維と熱融着繊維とからなり，か
つ抄造法によって作成された混抄シ−トの製造方法にお
いて、上記混抄シ−トに水流を衝突させて三次元的に水
流交絡させた後、熱処理によって上記熱融着繊維の一部
又は全部を溶融することを特徴とする電池セパレ−タ−
用湿式不織布の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電池セパレ−タ−用湿式
不織布並びにその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電池セパレ−タ−の性能としては正極と
負極の分離、短絡防止、電解液の保持、又、二次電池に
おいては電極反応により生じるガスの通過などが挙げら
れる。このような電池セパレ−タ−用に用いられる不織
布は上記の性能を充分に兼ね備えていることが要求され
るほかに更に、電池製造工程において張力がかかるた
め、一定以上の引張強度及び電極挿入の際幅入れしない
等の性能も要求される。しかしながら従来のメルトブロ
−ン不織布、フラッシュ紡糸法不織布、スパンボンド不
織布、乾式不織布、湿式不織布等では上記要求性能が充
分に実現されていなかった。

【０００３】特開平１−１５７０５５号公報ではメルト
ブロ−ン不織布を特定の条件で加熱されたロ−ルに接触
させ短絡防止、保液性と機械強度の向上を図ろうとして
いるが、機械強度は充分でなく、またガス通気性の低下
が懸念される。又、特開平２−２５９１８９号公報では
熱融着繊維を融着させることで強度と保液率の両方を向
上させようとしているが、高強度を得るために熱処理温
度を高くすると繊維の相互接着により繊維表面積が減少
し、保液率の低下が免れない結果となっているのが現状
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な問題を解決しようとするものであり、短絡防止性能が
良くかつ電解液の保持性能に優れ、また二次電池に使用
される際は、ガス通過性が良好で、更に電池製造工程上
充分な機械的強度を有する電池セパレ−タ−に適した不
織布を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の手段に
よって達成することができる。すなわち、１種以上の熱
可塑性短繊維と熱融着繊維とが相互に三次元に水流交絡
されており、上記熱融着繊維の一部又は全部が熱溶融さ
れて繊維間が接着されていることを特徴とする電池セパ
レ−タ−用湿式不織布、である。

【０００６】本発明のもうひとつは、１種以上の熱可塑
性短繊維と熱融着繊維とからなり、かつ抄造法によって
作成される混抄シ−トの製造方法において、上記混抄シ
ートに水流を衝突させて三次元的に水流交絡させた後、
熱処理によって上記熱融着繊維の一部又は全部を溶融す
ることを特徴とする電池セパレ−タ−用湿式不織布の製
造方法、である。

【０００７】本発明に用いる熱可塑性短繊維、熱融着繊
維の素材としては、電解液などのアルカリ、酸の液体に
対し耐久性を有するものが好ましい。例えば耐アルカリ
性液体の場合にはポリエチレン、ポリプロピレンなどの
ポリオレフィン系、ＣＯＯＨ、ＳＯ₃ Ｈ、ＯＨ、ＣＯＯ
Ｍ、ＳＯ₃ Ｍ、ＯＭ（Ｍは軽、重金属）などの親水基を
持つポリオレフィン系、ナイロン６、ナイロン６６、ナ
イロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１０、ナイロ
ン１２などのポリアミド系等、ポリパラフェニレンテレ
フタルアミドなどのアラミド系等の単独または組合せた
ものが好ましい。

【０００８】耐酸性液体の場合には、ポリエチレンテレ
フタレ−ト、ポリブチレンテレフタレート、などのポリ
エステル系、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリ
オレフィン系、ＣＯＯＨ、ＳＯ₃ Ｈ、ＯＨ、ＣＯＯＭ、
ＳＯ₃ Ｍ、ＯＭ（Ｍは軽、重金属）などの親水基を持つ
ポリオレフィン系、アクリル系、ポリパラフェニレンテ
レフタルアミドなどのアラミド系等の単独または組合せ
たものが好ましく用いられる。

【０００９】本発明の電池セパレ−タ−用湿式不織布を
構成する熱融着繊維は、熱融着温度が熱可塑性短繊維の
融点よりも１０℃以上低いものが好ましく、熱可塑性短
繊維が２種以上の場合は最も低い融点を持つ短繊維より
１０℃以上低いことが好ましい。１０℃未満であると熱
融着繊維が熱溶融の際短繊維の一部も溶融する惧れがあ
り、目的とする充分な不織布強度が得られず、又電解液
の保持率が低下するという問題がある。更に好ましくは
２０℃以上である。

【００１０】本発明における熱融着繊維は、従来の熱融
着乾式不織布や熱融着湿式不織布に使用されている鞘芯
型、サイドバイサイド型の複合繊維、あるいは単一成分
タイプなどが挙げられるが、高い引張強度を得るという
点から特に鞘芯型熱融着繊維であることが好ましい。サ
イドバイサイド型の熱融着は接着部が剥がれ易く、又単
一成分の熱融着繊維は熱溶融によって繊維形状が失われ
繊維交絡の数が減るために充分な引張強度が得られない
惧れがある。

【００１１】本発明における熱融着繊維の効果は、熱融
着繊維を使用しない場合の、低い引張強度、かつ伸び易
い、また電池製造工程での切断あるいは伸びによる幅入
れのため、極板の幅より小さくなり短絡が起きるなどの
問題を解決するためである。本発明の電池セパレ−タ−
用湿式不織布は、熱融着繊維の混合比率が好ましくは不
織布全体の５〜８０％、更に好ましくは１０〜７０％で
ある。混合比率が８０％を超えると繊維間の接着部の増
大で繊維表面積が減少し、液体の保持率の低下を引き起
こす。一方混合比率が５％未満であると引張強度が低く
なる。 本発明における熱可塑性短繊維、熱融着繊維の
単糸直径は、ガス通過性、短絡防止、液体保持の点から
見て好ましくは３〜２５μｍ、さらに好ましくは５〜２
０μｍであるが、電池セパレ−タ−としての性能が達成
されれば特に限定されるものではない。

【００１２】ここで言う単糸の断面は円形であっても非
円形の種々の断面であってもよい。単糸の断面が円形の
場合は直接的にその直径を測定した値でもって単糸の直
径とし、異形断面の場合は重量法によりその繊度（デニ
−ル）を測定し、このデニ−ルを単糸が円形と仮定した
場合の次式で得られる平均直径でもって表すこととす
る。 Ｒ＝√（４ｄ／（π×９×１０⁵ ×ρ））×１０⁴ （ここで、Ｒは単繊維直径（μｍ）、ρは単繊維を構成
する高分子重合体の密度（ｇ／ｃｍ³ ）、ｄは単繊維繊
度（デニール）、πは円周率である。）次に、本発明の
電池セパレ−タ−用不織布の製造方法について説明す
る。１種以上の熱可塑性短繊維と熱融着繊維とを準備し
て、これを０．１〜３％の濃度になるように水に分散さ
せスラリ−を調合する。

【００１３】このスラリ−を長網式或は傾斜型長網式，
丸網式の抄造機で抄造する。次いで、得られた混抄シ−
トを円柱柱状の水流にて交絡させる。水圧は、用いる原
糸の種類及び混抄シ−トの目付量により異なるが、繊維
間の充分な交絡を得るためには３〜１００ｋｇ／ｃｍ²
が好ましく、さらに好ましくは３〜５０ｋｇ／ｃｍ² の
範囲で衝突させる。同一繊維の場合低目付ほど水圧は低
く、高目付になるほど高水圧に設定すればよい。又、同
一目付の場合、ヤング率の高い原糸の時には高水圧で処
理すると本発明の目的とする高強度が得られる。水流を
噴射するノズルの径は０．０１〜１ｍｍが好ましい。水
流の軌跡形状は混抄シ−トの進行方向に対し並行な直線
状であってもよいし、ノズルを取り付けたヘッダ−の回
転運動やシ−トの進行方向に直角に往復する振動運動に
よって得られる曲線形状であってもよい。

【００１４】回転運動により得られる幾重にも重なった
円形状の水流軌跡の交絡は、ノズル１錘あたりのシ−ト
に対する水流の噴射面積が大きくなり効率的であると同
時に、商品価値を低下させる水流軌跡の斑が見えにくく
なる。混抄シ−トに対する水流処理の方法は表裏交互に
水流を噴射する方法でもよいし、片面だけを処理する方
法でもよい。

【００１５】又、処理回数も目的に応じて最適条件を選
択すれば良い。これら混抄シ−トの水流処理の水圧条件
は目的とする充分な繊維交絡を得、且つ均一性を得るよ
うな条件下で選択させるが、例えば１０〜１００ｇ／ｍ
² の比較的小さい目付の混抄シ−トの場合は３〜４０ｋ
ｇ／ｃｍ² の水圧で片面或は両面処理するのが好まし
い。

【００１６】この交絡処理によって混抄シ−トの構成繊
維は水流によって移動し相互に絡み合って強固な結合を
得るに至る。すなわち構成短繊維、熱融着繊維は相互に
三次元立体交絡しており、このようにして得られる交絡
結合はきわめて強固である。不織布製造工程において、
水流交絡が無い製造工程では、基布を乾燥機に導布する
場合、混抄シート中の熱可塑性短繊維と熱融着繊維とが
三次元的に絡み合っていないことから、混抄シートはほ
とんど引張強度を持っていない。強度発現のためには、
一度熱融着繊維を溶融させ繊維相互間を仮接着せねばな
らず、その後でないと乾燥機に導布することが出来な
い。直接混抄シートをそのまま乾燥させる面接触型の乾
燥機などにより乾燥させることが考えられるが、混抄シ
ートの表面だけしか熱が伝わらないため強度が充分発現
できなかったり、表面の熱融着繊維によるフィルム化に
より通気度の低下を招いたりするため余り実用的でな
く、また低温高圧力で混抄シートを圧着すれば厚みが薄
くなり、通気度、液体の保持の低下を招くこととなる。
一方では、熱可塑性繊維と熱融着繊維との交絡点の数が
減少するために、上記に記載した熱融着繊維の効果が発
現しにくいと解釈される。この様な工程上の問題を解決
するために水流交絡工程が必要不可欠となってくる。

【００１７】次いで得られた交絡シ−トを、熱処理する
ことによって熱融着繊維の一部または全部を溶融せしめ
る。熱処理条件はガスの通過性や電解液の保持率を損な
わないようにするため、非接触式の熱風乾燥機を用いて
５秒〜１０分の短時間処理することが好ましい。熱処理
温度は熱融着繊維の融点以上、短繊維の融点以下の温度
に設定する。

【００１８】この様にして得られた電池セパレ−タ−用
湿式不織布は、厚みの調整がいる場合はカレンダー乾燥
機やエンボス機等で圧着処理してもよい。しかしこの場
合ガス通過性と電解液の保持率を極度に低下させないよ
うな条件を選択しなけらばならない。又、電解液との初
期親和性を高めるために親水処理を施すことも好まし
い。親水化処理は一般に用いられている界面活性剤を付
着させる方法をとる。

【００１９】

【実施例】以下実施例で本発明をさらに詳しく説明す
る。実施例中、測定値は以下の方法によって測定したも
のであり、％はすべて重量％である。 １）引張強度 ＪＩＳ Ｌ１０９６ ストリップ法に準じ、不織布の進
行方向／幅方向について測定する。 ２）ガス通気性 ＪＩＳ Ｌ１０９６ フラジ−ル法に準じ測定する。 ３）液体の保持 １０ｃｍ×１０ｃｍの正方形にカットした試験片を３枚
採取し水分平衡に至らせた状態の重量（Ｗ₁ ）を１ｍｇ
まで測定する。次に３１％濃度の水酸化カリウム水溶液
中に１時間以上広げて浸した後、液中から引き上げて正
方形の１角を上にして１０分間吊した後の試験片重量
（Ｗ₂ ）を測定し、保液率（％）の（Ｗ₂−Ｗ₁ ）／Ｗ
₁ ×１００を算出し保液性を評価する。 ４）液体吸液速度 ２０ｃｍ×２．５ｃｍの試験片の端５ｍｍを３１％水酸
化カリウム水溶液に垂直に浸漬し、毛細管現象による水
酸化カリウム水溶液の３０分後の上昇高さ（ｍｍ）を測
定し、液体吸液速度を評価する。

【００２０】

【実施例１】繊維長Ｌが７．５ｍｍである０．５デニー
ル（単糸直径Ｄが７．８μｍ）のナイロン６６短繊維を
８０％、Ｌが１５ｍｍである２デニール（単糸直径Ｄが
１４．１ｍｍ）の熱融着繊維（ユニチカ（株）製、商品
名 ユニメルトＵＬ−６１、芯部：ナイロン６、鞘部：
共重合ナイロン）２０％を水に分散し１％濃度のスラリ
ー液に調整した。このスラリー液から傾斜型長網抄紙機
により８５ｇ／ｍ² の混抄シートを得た。

【００２１】得られた混抄シ−トを８０メッシュの金網
に乗せ、ノズル径０．１５ｍｍのノズルを装着したノズ
ルヘッダーを２８５ｒｐｍで円運動させ、圧力１５ｋｇ
／ｃｍ² の水を噴射させて混抄シートに衝突させること
により短繊維、熱融着繊維を交絡させた。更に同じ処理
を６回行った後、シートの表裏を逆転させて同じ処理を
７回施した。続いてノズルヘッダーを４２０ｒｐｍで回
転させ、水圧１０ｋｇ／ｃｍ² で表裏各２回ずつ処理し
て交絡シートが完成した。

【００２２】得られた交絡シートを温度を１６０℃に設
定したピンテンター乾燥機で乾燥すると同時に交絡シー
ト間のユニメルトＵＬ−６１の鞘部（融点１４０℃）を
溶融せしめた。次いで該交絡シートを１００℃に加熱し
た一対のロールに導き、線圧４５ｋｇ／ｃｍでカレンダ
ー加工を施して目付６５ｇ／ｍ² 、厚さ０．１５ｍｍの
不織布を得た。このものはそのままでも電池セパレ−タ
−として有用であるが、電解液との初期親和性を向上す
る目的でノニオン系界面活性剤（高松油脂（株）製 商
品名 シントールＫＰ）１％を含有する水溶液に浸漬し
た後、付着率が不織布の２００％になるように絞り、温
度を１３０℃に設定したピンテンター乾燥機で乾燥して
電池セパレ−タ−を得た。

【００２３】

【実施例２】繊維長Ｌが１２．５ｍｍである１．５デニ
ール（単糸直径Ｄが１３μｍ）のナイロン６短繊維を７
５％、熱融着繊維（ユニメルトＵＬ−６１）２５％から
なる混抄シートを実施例１と同じ方法で得た。更に実施
例１と同じ方法で交絡処理、カレンダー加工、界面活性
剤付与を行い電池セパレ−タ−を得た。

【００２４】

【比較例１】実施例１と同様にナイロン６６が７５％、
熱融着繊維ユニメルトＵＬ−６１が２５％からなる混抄
シートに実施例１に記載の流体流処理を全く施さず、温
度１６０℃、圧力７０ｇ／ｃｍ² の条件で熱プレスし、
続いて温度を１６０℃に設定したピンテンター乾燥機で
シート内のユニメルトＵＬ−６１を溶解せしめた。更に
実施例１と同様に同じカレンダー加工、界面活性剤付与
を行い電池セパレ−タ−を得た。

【００２５】

【比較例２】実施例２と同様にナイロン６が７５％、熱
融着繊維ユニメルトＵＬ−６１が２５％からなる混抄シ
ートに実施例１に記載の流体流処理を全く施さず、温度
１６０℃、圧力７０ｇ／ｃｍ² の条件で熱プレスし、続
いて温度を１６０℃に設定したピンテンター乾燥機でシ
ート内のユニメルトＵＬ−６１を溶解せしめた。更に実
施例１と同様に同じカレンダー加工、界面活性剤付与を
行い電池セパレ−タ−を得た。

【００２６】上記の実施例１、実施例２及び比較例１、
比較例２で得られた電池セパレ−タ−の性能試験結果を
表１に示す。比較例１，２の場合は、まず製造工程にお
いて、基布を乾燥機に導布する際、混抄シート中の熱可
塑性短繊維と熱融着繊維が三次元的に絡み合っていな
い、つまり混抄シートはほとんど引張強度を持っていな
い。強度発現のためには、一度熱融着繊維を溶融させ繊
維相互間を仮接着せねばならず，その後でないとピンテ
ンター乾燥機に導布することが出来ない。直接混抄シー
トをそのまま乾燥させるドラム型乾燥機などにより乾燥
させることが考えられるが、面接触の乾燥機であり、混
抄シートの表面だけしか熱が伝わらないため強度が充分
発現できなかったり、表面の熱融着繊維によるフィルム
化により通気度の低下を招いたりするため実用的でな
く、又、ドラムの材質によっては、高温のドラムに混抄
シートが直接的にふれるため、溶融状態の熱融着繊維が
ドラムの接触面に付着し、混抄シートや乾燥機を汚して
しまい好ましくない。これを避けるために低温高圧力で
混抄シートを圧着すれば厚みが薄くなり、通気度、液体
の保持の低下を招くこととなる。

【００２７】しかし、本発明による電池セパレ−タ−用
湿式不織布では高圧の水流処理により熱可塑性短繊維と
熱融着繊維が三次元的に絡み合っていることから、未乾
燥状態でも高い引張強度を持っており、そのまま乾燥機
に導布出来るのである。次に、表１で明らかな様に、本
発明における電池セパレ−タ−用湿式不織布はは引張強
度、ガス通過性、液体の保持率が高く、液体吸液速度性
能が良好である。しかし比較例１、比較例２では引張強
度を高くするために高いプレス圧を必要とし、そのため
に液体の保持性能や液体吸液速度性能が劣る結果となっ
た。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】本発明の電池セパレ−タ−用湿式不織布
は、従来のものに比べて、液体の保持性能、液体吸液速
度性能が優れており、しかも引張強度、ガス通気性が優
れているので、電池セパレ−タ−の用途に採用しうるも
のである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １種以上の熱可塑性短繊維と熱融着繊維
   とが相互に三次元に水流交絡されており、上記熱融着繊
   維の一部又は全部が熱溶融されて繊維間が接着されてい
   ることを特徴とする電池セパレ−タ−用湿式不織布。
2. 【請求項２】 １種以上の熱可塑性短繊維と熱融着繊維
   とからなり，かつ抄造法によって作成される混抄シ−ト
   の製造方法において、上記混抄シートに水流を衝突させ
   て三次元的に水流交絡させた後、熱処理によって上記熱
   融着繊維の一部又は全部を溶融することを特徴とする電
   池セパレ−タ−用湿式不織布の製造方法。