JPH08227704A - 電池セパレータとこれを含む電池 - Google Patents

電池セパレータとこれを含む電池

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JPH08227704A
JPH08227704A JP7282135A JP28213595A JPH08227704A JP H08227704 A JPH08227704 A JP H08227704A JP 7282135 A JP7282135 A JP 7282135A JP 28213595 A JP28213595 A JP 28213595A JP H08227704 A JPH08227704 A JP H08227704A
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polyolefin
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JP7282135A
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Peter J Degen
ピーター・ジョン・ディーガン
Joseph Y Lee
ジョゼフ・ユエン・リー
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Pall Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解液の吸収性、湿潤後の寸法安定性、耐電
解液性を良好に保持したまま、電池セパレータの引張特
性と電解液中抵抗を改善する。 【解決手段】 (a) 平均直径約15μｍ以下の繊維からな
る不織布と、(b) この不織布にアルカリ性電解液による
自発的湿潤性を付与する、不織布の表面上のグラフト重
合モノマー、から構成される電池セパレータ。不織布
は、第１の融解温度を持つ第１のポリオレフィン (例、
ポリプロピレン) 約60重量％以上と、この第１の融解温
度より低い第２の融解温度を持つ第２のポリオレフィン
(例、ポリエチレン) 約40重量％以下、とを含み、かつ
第１の融解温度と第２の融解温度の間の温度で処理され
たものであって、その厚みが約50μｍ以上である。かか
る電池セパレータを含む電池と、かかる電池セパレータ
および電池の製造方法も提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池セパレータと
その製造方法、並びにこの電池セパレータを含む電解液
不足型電池 (乾電池) に関する。具体的には、本発明
は、電解液ですぐに濡れることができ、電解液で濡れて
も引張強度特性が高い、電池セパレータに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】電気化学的エネルギー源は、家庭用電子
・電気機器から電池を動力とする電気自動車に及ぶ多様
な製品に利用されている。同時に、これらの多様な用途
に向けて開発ないし提案された非常に多くの数の一次お
よび二次電池がある。例えば、電池用に次の電気化学系
が知られている： AgO／Zn、Ag2O／Zn、 HgO／Zn、 HgO
／Cd、Ni／Zn、Ni／Cd、Ni／MH、およびZn／空気。
【０００３】電池とは、電気化学エネルギーを直流電流
に変換することができる装置であり、一次電池と二次電
池に大別できる。一次電池と二次電池の相違点は、使用
する電気化学的活物質の種類にある。一次電池と燃料電
池は、化石燃料および電気化学的誘導体の酸化により電
流を作りだす電池系であると定義される[Kirk-OthmerEn
cyclopedia of Chemical Technology (1978) 3, 545頁
以下参照] 。これらの電池では、燃料または電気化学的
活物質が完全に消費されてしまうと、電池寿命は完全に
尽きてしまう。一方、二次電池は、可逆的化学反応によ
り電流を発生させるため、正常な電流の流れと逆方向に
電池に外部電流を流すことにより再充電することができ
る (同上 569頁) 。
【０００４】電池は１または２以上の電池セルから構成
される。その最も基本的な形態では、電池セルは一対の
極板、即ち、正極 (カソード) と負極 (アノード) 、電
池セパレータ、および電解液からなる。この電池に負荷
が加わると、負極での酸化により電子が発生する。こう
して発生した電子は、負荷 (外部回路) を通って電池セ
ルの正極に戻り、ここで正極を還元させる。
【０００５】かかる電池セルにおいて、電解液、即ち、
電解質を含有する溶液は、極板間の物質移動用の媒質で
ある。電池セパレータの主な機能は、極板間の物理的接
触を防ぎ、かつ電解液を保持することである。電解液不
足型(starved-electrolyte)電池セル（例、乾電池セ
ル）では、電池セパレータが極板間の空間を完全に塞い
でいて、電解液は電池セパレータの内部に完全に含浸さ
れている。従って、かかるセルでは、電池セパレータは
電解液の貯槽としても機能する。
【０００６】かかる電気化学系の電池セパレータは、多
様な特性を備えていることが望まれる。例えば、電池セ
パレータは、一般には水性の電解液を収容し、完全に保
持するため、自発的、均一、かつ永久に湿潤性であるの
がよい。電池セパレータの湿潤性が自発的であると、電
池製造中に電池セパレータが電解液を吸収した際に、電
解液が存在しないスポット (以下、無電解液スポットい
う、例えば、気泡やエアー・ポケット) 、または電池性
能に悪影響を及ぼす恐れのあるその他の高抵抗スポット
が電池セパレータ内部に生成することが確実に防止され
る。電池セパレータの湿潤性が均一であると、電池セパ
レータは一定した特性を確実に示すため、このセパレー
タを用いて製造された電池が予定の性能を一貫して発揮
するようになる。電池セパレータの湿潤性が永久的であ
ると、電池の使用寿命の最後まで、この電池セパレータ
が、無電解液スポット (例、気泡やエアー・ポケット)
、または電池性能を変質させたり、これに悪影響を及
ぼす恐れのある、電流分布が不均一なその他の高抵抗ス
ポットを、電池セパレータ内部で発生させることが確実
に防止される。
【０００７】電池セパレータはさらに、寸法安定性があ
り、好ましくは電解液の導入により著しく膨潤または収
縮しないことが求められる。もちろん、電池セパレータ
は電池セル内で普通に見られる過酷な電解液条件に対し
て化学的に不活性であって、しかも−40℃ないし＋70℃
の範囲に及ぶ温度で長ければ10年もの電池の使用中に有
用性を保持することが望ましい。さらに、電池セパレー
タは、特に電解液で濡れている時も高い機械的強度を有
しているべきである。それにより、電池セパレータを慣
用の製造工程を利用して電池内に組み込むことが可能と
なる。
【０００８】かかる電池セパレータの別の望ましい特徴
は、なるべく低い電解抵抗(electrolytic resistance)
、好ましくは30％ KOH中、1000 Hz 、23℃で測定して
約350mΩ-cm2以下、例えば、約 100〜350 mΩ-cm2、さ
らには60 mΩ-cm2以下という低さの抵抗、或いは所定の
電池セルの要件により決まる抵抗を示すことである。電
解抵抗が低いことは多くの理由から重要である。例え
ば、電解抵抗が高すぎると、電池の出力がそれに応じて
少なくなる。
【０００９】電池セパレータの電解抵抗は、電解質（又
は電解液）がセパレータを通過する能力 (通過し易さ)
に直接関係する。また、この抵抗はセパレータ内に含ま
れている電解質（液）の量にも依存する。そのため、電
池セパレータは好ましくは、電解液が電池セパレータに
迅速かつ完全に吸い込まれるように設計される。換言す
ると、電池セパレータには、毛管引力が高く、完全に濡
れることも求められる。その上、電池製造がが容易とな
るように、電池セパレータは電解液をセパレータに導入
した時に液をすばやく吸い上げて、それによりセパレー
タが電解液で完全かつ均質に濡れるようにセパレータか
ら空気を全部追い出すことができることが望ましい。さ
らに、電池セパレータは高く一定した吸収能を示す、即
ち、多量の電解液を吸収することができることも非常に
望ましい。好ましくは、電池セパレータは、自重の 100
〜500 ％の電解液を吸収することができるべきである。
【００１０】電池セパレータはまた、構造が均一である
ことが好ましい。それには、セパレータの絶対厚みとセ
パレータの密度の両方が均一である必要がある。電池セ
パレータ内の構造が均一でないと、例えば無電解液スポ
ット (例、気泡やエアー・ポケット) がセパレータ内に
生成することにより、電池の電解抵抗が不均一となるこ
とがある。その結果、電池セパレータ内の電流分布が不
均一となることがあり、さらには電池放電と機能低下を
生ずる電極間の内部短絡が起こることもある。また、電
池セパレータ内の電解液濃度の均一性が時間の経過とと
もに低くなるという現象が万一起こると、電池が作用し
なくなるレベルまで電解抵抗が上昇することもある。
【００１１】セパレータが均一であることの別の利点
は、同じ製造プロセスで製造された各セパレータの特性
が一定し、かつ予測可能であることである。製造プロセ
ス中に、１つの材料ロールを切断して多数の電池セパレ
ータが作製されることがある。この材料ロットの物性が
変動すると、この材料から作製されたセパレータが予測
できない特性を示すことがある。例えば、各セパレータ
が吸い込む電解液の量が変動し、最終的な電池の製造プ
ロセスが困難となることがある。その上、ある同じロッ
トの多数の電池セパレータが異なる電解抵抗を示すと、
これらのセパレータを用いて製造された電池の電圧およ
び出力にバラツキを生ずることがある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記の望ましい利点の
１または２以上を達成することを意図した各種の電池セ
パレータが長年にわたって提案されてきた。しかし、多
くの場合、そのような電池セパレータの構成は、多くの
望ましい特徴を犠牲にしてきた。例えば、電池セパレー
タの表面を自発的に湿潤性にすることを狙って、多くの
電池セパレータが電解液で浸出されうる材料を用いて形
成されている。これらの材料は界面活性化合物または他
の湿潤剤を含有しうる。かかる化合物が電池セパレータ
から浸出されると、セパレータの構造および電解液によ
る自発的湿潤性は劣化する。その上、浸出された材料が
電解液を汚染し、電解液および／または電極と反応し
て、これを劣化させ、それにより出力が低下することが
ある。これらの現象はいずれも電池の有効寿命を短くす
る。
【００１３】また、多くの電池セパレータは金属不純物
を含有しており、この不純物も電解液中に浸出されて、
同様の悪影響を生ずることがある。さらに、電池セパレ
ータを自発的湿潤性にする方法によっては、電池セパレ
ータの引張特性に悪影響を与え、これを電池の製造に利
用することが困難となることもある。
【００１４】従来技術ではうまく対処することができな
かった問題として、セパレータ内の乾燥スポットの問題
がある。電池セパレータが不均一であると、電解液が電
池セパレータのセグメントを通って流れるようになるこ
とがあり、それにより乾燥スポットが生成する。このよ
うな乾燥スポットは、電解液の移動に利用可能な有効面
積を低減させるので、電池セパレータの電解抵抗が大き
くなる。不均一さはまた、一定した特性を有する電池を
製造しようとする場合に数多くの製造上の問題を引き起
こすことがある。同様に、電池セパレータの引張特性が
不足して、電池製造中に必要な機械的な取扱いに耐える
ことができないと、電池製造上の困難が増すことがあ
る。
【００１５】よって、本発明の目的は、妥協を少なくし
ながら電池セパレータに求められる特性を達成すること
である。即ち、本発明は、電解液と容易に適合性があ
り、例えば高い毛管引力、湿潤後の寸法安定性、高い吸
収能、および浸出その他の化学的侵食に対する良好な耐
性を備える一方で、良好な引張特性と低い電解質（液）
通過抵抗を有する電池セパレータの製造を目的とする。
完成した電池、ならびに電池セパレータと電池の製造方
法もまた本発明の範囲内である。本発明の上記およびそ
の他の利点および効果は、以下の本発明の説明から明ら
かとなろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明により、(a) 平均
直径が約15μｍ以下の繊維からなる不織布(nonwovenwe
b)、および(b) この不織布にアルカリ性電解液による自
発的湿潤性を付与する、不織布の表面上のグラフト重合
されたモノマー、から構成される電池セパレータが提供
される。この不織布は、第１の融解温度を持つ第１のポ
リオレフィン約60重量％以上と、この第１の融解温度よ
り低い第２の融解温度を持つ第２のポリオレフィン約40
重量％以下、とを含み、かつ第１の融解温度と第２の融
解温度の間の温度で処理されたものであって、その厚み
が約50μｍ以上である。本発明はまた、かかる電池セパ
レータを含む電池と、かかる電池セパレータおよび電池
の製造方法をも提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の電池セパレータは、(a)
平均直径が約15μｍ以下の繊維からなる不織布、および
(b) この不織布にアルカリ性電解液による自発的湿潤性
を付与する、不織布の表面上のグラフト重合されたモノ
マー、から構成される電池セパレータである。この不織
布は、第１の融解温度を持つ第１のポリオレフィン約60
重量％以上と、この第１の融解温度より低い第２の融解
温度を持つ第２のポリオレフィン約40重量％以下とを含
む。この不織布はまた、上記第１の融解温度と第２の融
解温度の間の温度で処理されたものであって、厚みは約
50μｍ以上である。
【００１８】この不織布は、第１の融解温度を持つ第１
のポリオレフィン約60重量％以上と、この第１の融解温
度より低い第２の融解温度を持つ第２のポリオレフィン
約40重量％以下とから構成されるが、好ましくは第１の
ポリオレフィン約70重量％以上、より好ましくは約80重
量％以上 (例、約80〜90重量％) と、第２のポリオレフ
ィン約30重量％以下、より好ましくは約20重量％以下
(例、約10〜20重量％）とから構成される。繊維は、第
１のポリオレフィンからなるコアと、このコアを少なく
とも部分的に包囲する第２のポリオレフィンからなる表
面被覆とから構成されるものが好ましい。より好ましく
は、繊維は、第１のポリオレフィンからなるコアと、第
２のポリオレフィンからなるシース （鞘状被覆、即
ち、第２のポリオレフィンは第１のポリオレフィンのコ
アの表面を完全に覆う連続被覆を形成している) とから
なる。
【００１９】不織布は任意の適当なポリオレフィンから
製造することができる。好適なポリオレフィンとして
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリメチル
ペンテンが挙げられる。第１のポリオレフィンは好まし
くはポリプロピレンで、第２のポリオレフィンは好まし
くはポリエチレンである。不織布の繊維は任意の適当な
手段で製造することができ、これから慣用のフォードリ
ニアー(Fourdrinier) 製紙法といった任意の適合な手段
で不織布を製造することができる。
【００２０】不織布は、それぞれ第１および第２のポリ
オレフィンの融解温度である第１および第２の融解温度
の間の温度で熱処理をする。かかるヒートセット (熱固
定処理) 中またはその後に、不織布をカレンダ加工する
ことができる。カレンダ加工はヒートセット処理中に、
例えば、不織布を加熱されたカレンダ・ロール間に通す
ことにより実施することが好ましい。カレンダ加工は不
織布の厚みを小さくし、その厚み均一性を向上させるの
にも有効である。しかし、カレンダ加工は不織布の強度
特性に悪影響を及ぼすことがあるので、不織布をカレン
ダ加工する際には、不織布の強度がが電池セパレータの
用途に対して不十分となるほどその強度に悪影響を生じ
ないように注意する必要がある。また、不織布のカレン
ダ加工は、不織布を非多孔性にしたり、不織布の吸収性
や厚み方向の流体流れ特性に著しい悪影響を及ぼすほど
行うべきではない。
【００２１】不織布の形成に用いる繊維は、平均直径が
約15μｍ以下のものである。好ましくは、不織布を構成
する実質的に全部の繊維が、直径約15μｍ以下のもので
ある。不織布を構成する繊維の直径は、代表的には約８
〜12μｍであろう。
【００２２】不織布の基本重量 (坪量またはシート重
量) は任意の適当な値でよい。不織布の基本重量は、好
ましくは約10 g/m2 以上、より好ましくは約20 g/m2 以
上である。不織布の典型的なシート重量は、約10〜120
g/m2の範囲であろう。
【００２３】本発明の電池セパレータは、任意の適当な
引張特性を示す。好ましくは、本発明の電池セパレータ
は、縦方向 (マシン方向) の乾燥引張強度および湿潤
（水）引張強度が少なくとも約10 lb/直線in (約175 kg
/m) であり、横方向 (クロス方向) の乾燥引張強度およ
び湿潤（水）引張強度が少なくとも約 8 lb/直線in (約
140 kg/m) であろう。より好ましくは、本発明の電池セ
パレータは、縦方向の湿潤（水）引張強度が少なくとも
約15 lb/直線in (約265 kg/m) であり、横方向の湿潤
（水）引張強度が少なくとも約10 lb/直線in (約175 kg
/m) であろう。本発明の電池セパレータは、縦横両方向
に乾燥伸びが少なくとも約20％、湿潤 (水)伸びが少な
くとも約40％であろう。
【００２４】本明細書に記載の引張特性はいずれも、イ
ンストロンTMテーブル型試験機を使用し、ASTM D-1117
と類似の下記方法により測定したものである。試験片の
寸法は幅１in×長さ３in (幅2.54cm×長さ7.62cm) であ
る。グリップ (掴み) 間隔は１in (2.54cm）、歪速度は
１in/min (2.54 cm/min)、試験温度は23℃である。引張
強度は、TS＝Ｆ／Ｗなる式から算出する。ここで、TSは
引張強度、Ｆは破断時の荷重、Ｗは試験片の幅である。
伸び率は、％Ｅ＝[(Ｌ−Ｌ0)／Ｌ0]×100 なる式から算
出する。この式において、％Ｅは伸び率、ＬおよびＬ0
はそれぞれ破断時の伸びおよび最初のグリップ間の距離
である。各方向 (即ち、縦方向および横方向) の測定に
10個づつの試験片を使用し、報告した結果はこれら10個
の試験片の平均値である。
【００２５】不織布の厚さも特に限定されず、任意の適
当な厚さでよいが、一般には少なくとも約50μｍであろ
う。不織布の厚みは、例えば、電池セパレータに所望の
強度および均一性を付与するのに十分であれば、可及的
に薄い方が好ましい。さらに、セパレータの厚みは、電
池の電極間に必要な物理的および電気的な隔離と所望の
電解液容量とを与えるのに十分なものとすべきである。
セパレータの厚みは、好ましくは約500 μｍ以下、より
好ましくは約250 μｍ以下、特に好ましくは約50〜200
μｍである。
【００２６】本明細書に記載した厚みの測定値は全て、
Federal MaxumTR厚み計(0.0001 in＝2.54μｍ) を用い
て、接触点面積0.0276 in2 (0.178 cm2)および接触点の
合計死荷重0.25 lb (0.11 kg)[これは、9.06 psi (62.5
kPa) のメディア圧力(mediapressure)を生ずる] の条
件下で測定したものである。厚みの測定には、長さ10ft
×幅 9.5〜10.5 in(長さ305 cm×幅24〜27 cm)の試験
片を使用する。厚み計の基準線を各試験片の測定の前に
０点に調整する。厚み計のハンドルを押し下げ、重りを
上げてから、試験片を厚み計に挟むが、その際に試験片
を測定中ずっとできるだけ平らに保持するようにする。
厚み計のハンドルをゆるめ、重りが試験片に当たるよう
にする。厚み計の読みが安定したら、その値を厚みの値
として読み取る。試験片の幅を横断するようにこの読み
取りを５回行い、このような５回の読み取りを試験片の
長さに沿って約0.5 ft (15 cm)の間隔で計20回繰り返
す。得られた100 回の読みの平均値を求め、その試験片
の厚みとする。
【００２７】不織布は厚みに関して可及的に均一である
のがよい。好ましくは、不織布の厚みの変動幅は約±10
％以下であり、より好ましくは約±９％以下である。こ
れは不織布の平均厚みからの標準偏差が約３であること
を意味する。特に好ましくは、不織布の厚みの変動幅は
約±５％以下である。
【００２８】不織布の表面は、モノマーをグラフト重合
させることにより変性されている。このグラフト重合
は、不織布にアルカリ性電解液 (例、20〜40％ KOH溶
液) による自発的湿潤性を付与する任意の適当なモノマ
ーを用いて、任意の適当な方法により実施することがで
きる。好ましくは、不織布は、臨界湿潤表面張力 (CWS
T,critical wetting surface tension) が、米国特許第
4,880,548 号に開示されたCWST試験により測定して少な
くとも約70ダイン／cm (約70 mN/m)となるように変性さ
れる。より好ましくは、不織布の臨界湿潤表面張力は少
なくとも約79ダイン／cm (約79 mN/m)であり、特に好ま
しくは、この不織布の表面に接触している臨界湿潤表面
張力約83ダイン／cm (約83 mN/m)の液体１滴が約10秒以
内にこの不織布中に吸収されることを特徴とする。
【００２９】このモノマーは好ましくは、ビニルスルホ
ン酸、ビニルホスホン酸、ならびにアクリル酸およびメ
タクリル酸モノマーおよびそのヒドロキシル官能性誘導
体よりなる群から選ばれる。より好ましくは、モノマー
はアクリル酸、メタクリル酸、ヒドロキシエチルアクリ
レート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシ
プロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレ
ート、およびこれらの混合物よりなる群から選ばれ、特
にメタクリル酸およびヒドロキシエチルメタクリレート
よりなる群から選ばれる。
【００３０】本発明で用いる疎水性繊維にモノマーをグ
ラフト重合させる際には任意の適当な手段を利用できる
が、放射線グラフト重合が望ましい結果を得るのに好ま
しい方法である。放射線源はコバルト60、ストロンチウ
ム90、またはセシウム137 などの放射性同位体から得る
ことができる。或いは、Ｘ線装置、電子線加速器、紫外
線発生装置などの線源から発生した放射線を利用しても
よい。電子線 (Ｅビーム) は、均一にグラフト重合した
生成物を生ずる点で好ましい放射線源である。
【００３１】グラフト重合は普通には、不織布を照射
し、次いでこれを適当なモノマー溶液に曝すか、或いは
不織布をモノマー溶液と接触させながら照射するかによ
り行われよう。グラフト重合を前者の方法で行う場合に
は、放射線により発生した活性サイトを減少させる副反
応が最小限となるように、照射した不織布をできるだけ
すばやくモノマー溶液と接触させるのがよい。いずれの
場合も、放射線の照射は、この方法の有効性を低減させ
る酸素の不存在下で行うのがよい。好ましくは、放射線
照射を窒素または他の希ガスによる不活性雰囲気下で行
う。
【００３２】グラフト重合の完了後、電池セパレータは
容易かつ均一な湿潤性を一定して示すようになるのがよ
い。これで、電池の製造時に電解液の効率的かつ完全な
導入が見込めるようになる。電池セパレータの湿潤性の
実用的な尺度は、電池セパレータの吸い上げ速度、例え
ば、電池セパレータが電解液を一定距離だけ垂直に吸い
上げるのに要する相対時間である。本発明の電池セパレ
ータは、好ましくは約300 秒以内、より好ましくは約20
0 秒以内、特に好ましくは約150 秒以内に、30％ KOHを
垂直方向に１インチ(2.54 cm) の距離だけ吸い上げるこ
とができる。別の試験法は、一定の時間 (例、30秒また
は１分間) 中に吸い上げられた垂直距離を測定する方法
である。
【００３３】本発明はまた、上記電池セパレータの製造
方法も包含する。この方法は、(a)第１の融解温度を持
つ第１のポリオレフィン約60重量％以上と、この第１の
融解温度より低い第２の融解温度を持つ第２のポリオレ
フィン約40重量％以下とからなる、平均直径約15μｍ以
下の繊維から構成された、厚みが約50μｍ以上の不織布
を作製し、(b) この不織布を第１の融解温度と第２の融
解温度との間の温度で熱処理し、そして(c) この不織布
をアルカリ性電解液 (例、20〜40％ KOH) により自発的
に湿潤性にするモノマーを不織布の表面にグラフト重合
させることからなる。
【００３４】本発明の方法の各種の態様、例えば、不織
布の好ましい特性、グラフト重合用の好ましいモノマー
等については、本発明の電池セパレータに関して既に説
明した通りである。
【００３５】本発明はさらに、新規な電池、ならびにこ
の電池の製造方法も提供する。具体的には、本発明は、
本発明の電池セパレータを組み込んだ点を改良点とする
電池、特に電解液不足型電池 (乾電池) を提供する。ま
た、本発明により、本発明の電池セパレータを電池内に
組み込む点を改良点とする電池、特に電解液不足型電池
の製造方法も提供される。
【００３６】本発明の電池セパレータは、任意の適当な
電池製造方法を用いて電池内に組み込むことができる。
例えば、 AgO／Zn、Ag2O／Zn、 HgO／Zn、 HgO／Cd、Ni
／Zn、Ni／Cd、Ni／MH、およびZn／空気等の電気化学系
を含む多様な一次および二次電池が本発明の範囲内に含
まれる。これらの電池は、例えば、少なくとも１つのセ
ルが本発明の電池セパレータを含んでいる多数の電池セ
ルを直列に配置することにより製作できる。
【００３７】以下の実施例は本発明をさらに例示するも
のであるが、もちろん本発明の範囲をいかなる点でも制
限するものではない。
【００３８】
【実施例】実施例１ 本実施例は、本発明にかかる電池セパレータを例示す
る。未処理の対照として、下記特性を有するヒロセTM H
OP50H 不織布のロールを入手した。この不織布は、ポリ
プロピレンのコアと、これを包囲するポリエチレンのシ
ースとからなる繊維であって、繊維のポリプロピレン含
有量は約80重量％、ポリエチレン含有量は約20重量％で
あった。入手した時点で、不織布は既にポリプロピレン
の融解温度とポリエチレンの融解温度の間の温度、即
ち、140 ℃で熱処理されていた。
【００３９】この不織布を４つの試料に分けた。２つの
試料は、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 6 vol
% 、メタクリル酸(MA) 10 vol%、ジエチレングリコール
ジメタクリレート(DEGDMA) 0.05 vol%、ｔ−ブチルアル
コール(TBA) 25 vol% 、および水58.95 vol%からなるモ
ノマー溶液を用いて電子線グラフト重合した。この２つ
の試料が受けた電子線の照射量は、一方は約1.5 Mrad、
他方は約２Mradであった。残りの２つの試料は、HEMA 4
vol% 、MA 12 vol%、DEGDMA 0.05 vol%、TBA25 vol%
、および水58.95 vol%からなるモノマー溶液を用いて
電子線グラフト重合した。この２つの試料が受けた電子
線の照射量も、一方は約1.5 Mrad、他方は約２Mradであ
った。これらの試料を次いで脱イオン水で洗浄し、空気
循環式オーブンで乾燥した。これらの試料の特性を次の
表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】表１に示した試験結果から明らかなよう
に、本発明の電池セパレータは良好な吸い上げ性、吸収
性、および抵抗特性を示す。さらに、このような望まし
い特性が、未処理の対照に比べて空気流通性や引張特性
への著しい悪影響を及ぼさずに達成されている。
【００４２】実施例２ 本実施例は本発明の電池セパレータの良好な湿潤性を例
示する。実施例１で作製した４種類のグラフト重合した
試料、ならびに未処理の対照のそれぞれを、湿潤性につ
いて評価した。具体的には、未処理の対照およびグラフ
ト重合した試料の各１ft×１ft (30cm×30cm) の面積の
上に、臨界湿潤表面張力(CWST) が既知の試験液体10滴
を一様な間隔で滴下した。その後、この未処理対照およ
びグラフト重合した試料によりこれらの液滴が吸収され
る時間を目視で測定した。この試験を、臨界湿潤表面張
力が異なる別の三つの液体について、未処理対照および
グラフト重合試料のそれぞれ新たな１ft×１ft (30cm×
30cm) の面積の上で繰り返した。この試験結果を次の表
２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】表２に示した試験結果は、本発明の電池セ
パレータの湿潤性が良好であることを実証している。本
発明の電池セパレータが臨界湿潤表面張力の高い液体を
容易に吸収できることはさらに、このセパレータが電池
製造における適合性に優れていることを示している。
【００４５】実施例３ 本実施例は、本発明の電池セパレータの引張特性が、未
処理の対照に比べて、特に濡れた状態で良好であること
を示す。実施例１で作製した４種類のグラフト重合試料
および未処理対照の引張特性を評価した。具体的には、
各試料および未処理の対照について、乾燥状態と水で飽
和した状態のそれぞれについて、縦方向 (MD) と横方向
(CD) の両方向の引張強度および伸びの値を測定した。
２回行ったこれらの試験結果を次の表３に示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】表３に示した引張特性の結果は、本発明の
電池セパレータを製造するための不織布の電子線グラフ
ト重合に伴う乾燥引張強度の著しい低下が起こらないこ
とを示している。その上、本発明の電池セパレータの湿
潤引張強度特性は、同じ電池セパレータの乾燥引張強度
特性、ならびに前駆体である未処理 (グラフト重合して
いない) 不織布の乾燥および湿潤引張強度特性に比べ
て、少なくともほぼ同レベルであり、一般には向上して
いる。また、本発明の電池セパレータの湿潤伸び特性
は、未処理の不織布の乾燥および湿潤伸び特性とほぼ同
レベルである。
【００４８】本発明を以上に特に好適態様に関して説明
してきたが、当業者には明らかなように、この好適態様
の多くの変更が可能であり、本発明は以上に具体的に説
明した以外にも実施可能である。よって、本発明は、特
許請求の範囲で規定される本発明の範囲内に含まれるあ
らゆる変更例を包含するものである。
【００４９】なお、本発明の実施態様のいくつかを下記
に列挙する。 １.(a)平均直径が約15μｍ以下の繊維からなる不織布、
および(b) この不織布にアルカリ性電解液による自発的
湿潤性を付与する、不織布の表面上のグラフト重合され
たモノマー、から構成される電池セパレータであって、
前記不織布は、第１の融解温度を持つ第１のポリオレフ
ィン約60重量％以上と、この第１の融解温度より低い第
２の融解温度を持つ第２のポリオレフィン約40重量％以
下とを含み、かつ第１の融解温度と第２の融解温度の間
の温度で処理されたものであって、厚みが約50μｍ以上
であることを特徴とする、電池セパレータ。
【００５０】２. 不織布の臨界湿潤表面張力が少なくと
も約79 mN/m である前記電池セパレータ。 ３. 不織布が、この不織布の表面に接触している臨界湿
潤表面張力約83 mN/m の液体１滴が約10秒以内にこの不
織布中に吸収されることを特徴とする、前記電池セパレ
ータ。
【００５１】４. 不織布の厚みが約500 μｍ以下であ
る、前記電池セパレータ。 ５. 不織布の厚み変動率が約±10％以下である、前記電
池セパレータ。 ６. 不織布の基本重量が約10〜120 g/m2である、前記電
池セパレータ。 ７. モノマーが、ビニルスルホン酸、ビニルホスホン
酸、ならびにアクリル酸およびメタクリル酸モノマーお
よびそのヒドロキシル官能性誘導体よりなる群から選ば
れる、前記電池セパレータ。
【００５２】８. モノマーが、アクリル酸、メタクリル
酸、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチル
メタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒ
ドロキシプロピルメタクリレート、およびこれらの混合
物よりなる群から選ばれる、前記電池セパレータ。
【００５３】９. 縦方向の乾燥引張強度および水湿潤引
張強度が約175 kg/m以上である、前記電池セパレータ。 10. 縦方向の水湿潤引張強度が約265 kg/m以上である、
前記電池セパレータ。 11. 横方向の乾燥引張強度および水湿潤引張強度が約14
0 kg/m以上である、前記電池セパレータ。 12. 横方向の水湿潤引張強度が約175 kg/m以上である、
前記電池セパレータ。
【００５４】13. 不織布が前記第１のポリオレフィン約
80重量％以上と前記第２のポリオレフィン約20重量％以
下とからなる、前記電池セパレータ。 14. 繊維が第１のポリオレフィンのコアと、これを少な
くとも部分的に包囲する第２のポリオレフィンの表面被
覆とからなる、前記電池セパレータ。 15. 繊維が第１のポリオレフィンのコアと、第２のポリ
オレフィンのシースとからなる、前記電池セパレータ。
【００５５】16. 第１のポリオレフィンがポリプロピレ
ンで、第２のポリオレフィンがポリエチレンである、前
記電池セパレータ。 17. 前記各項に記載の電池セパレータを組み込んだこと
を特徴とする、改良された電解液不足型電池。
【００５６】18. (a) 第１の融解温度を持つ第１のポリ
オレフィン約60重量％以上と、この第１の融解温度より
低い第２の融解温度を持つ第２のポリオレフィン約40重
量％以下とからなる、平均直径約15μｍ以下の繊維から
構成された、厚みが約50μｍ以上の不織布を作製し、
(b) この不織布を前記第１の融解温度と第２の融解温度
との間の温度で熱処理し、そして(c) この不織布をアル
カリ性電解液により自発的に湿潤性にするモノマーを前
記不織布の表面にグラフト重合させる、ことからなる電
池セパレータの製造方法。
【００５７】19. 不織布の臨界湿潤表面張力が少なくと
も約79 mN/m である前記方法。 20. モノマーが、ビニルスルホン酸、ビニルホスホン
酸、ならびにアクリル酸およびメタクリル酸モノマーお
よびそのヒドロキシル官能性誘導体よりなる群から選ば
れる、前記方法。
【００５８】21. モノマーが、アクリル酸、メタクリル
酸、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチル
メタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒ
ドロキシプロピルメタクリレート、およびこれらの混合
物よりなる群から選ばれる、前記方法。
【００５９】22. 不織布が前記第１のポリオレフィン約
80重量％以上と前記第２のポリオレフィン約20重量％以
下とからなる、前記方法。 23. 繊維が第１のポリオレフィンのコアと、これを少な
くとも部分的に包囲する第２のポリオレフィンの表面被
覆とからなる、前記方法。 24. 繊維が第１のポリオレフィンのコアと、第２のポリ
オレフィンのシースとからなる、前記方法。
【００６０】25. 第１のポリオレフィンがポリプロピレ
ンで、第２のポリオレフィンがポリエチレンである、前
記方法。 26. 前記１〜16の各項に記載の電池セパレータを電解液
不足型電池の内部に組み込むことを特徴とする、改良さ
れた電解液不足型電池の製造方法。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (a) 平均直径が約15μｍ以下の繊維から
    なる不織布、および(b) この不織布にアルカリ性電解液
    による自発的湿潤性を付与する、不織布の表面上のグラ
    フト重合されたモノマー、から構成される電池セパレー
    タであって、前記不織布は、第１の融解温度を持つ第１
    のポリオレフィン約60重量％以上と、この第１の融解温
    度より低い第２の融解温度を持つ第２のポリオレフィン
    約40重量％以下とを含み、かつ第１の融解温度と第２の
    融解温度の間の温度で処理されたものであって、厚みが
    約50μｍ以上であることを特徴とする、電池セパレー
    タ。
  2. 【請求項２】 前記不織布の臨界湿潤表面張力が少なく
    とも約79 mN/m である、請求項１記載の電池セパレー
    タ。
  3. 【請求項３】 前記不織布の厚みが約500 μｍ以下、厚
    み変動率が約±10％以下である、請求項１または２記載
    の電池セパレータ。
  4. 【請求項４】 縦方向の乾燥引張強度および水湿潤引張
    強度が約175 kg/m以上であり、横方向の乾燥引張強度お
    よび水湿潤引張強度が約140 kg/m以上である、請求項１
    ないし３のいずれか１項に記載の電池セパレータ。
  5. 【請求項５】 前記不織布が前記第１のポリオレフィン
    約80重量％以上と前記第２のポリオレフィン約20重量％
    以下とからなる、請求項１ないし４のいずれか１項に記
    載の電池セパレータ。
  6. 【請求項６】 前記繊維がポリプロピレンのコアと、こ
    れを少なくとも部分的に包囲するポリエチレンの表面被
    覆とからなる、請求項１ないし５のいずれか１項に記載
    の電池セパレータ。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項に記載
    の電池セパレータを組み込んだことを特徴とする、改良
    された電解液不足型電池。
  8. 【請求項８】 (a) 第１の融解温度を持つ第１のポリオ
    レフィン約60重量％以上と、この第１の融解温度より低
    い第２の融解温度を持つ第２のポリオレフィン約40重量
    ％以下とからなる、平均直径約15μｍ以下の繊維から構
    成された、厚みが約50μｍ以上の不織布を作製し、(b)
    この不織布を前記第１の融解温度と第２の融解温度との
    間の温度で処理し、そして(c) この不織布をアルカリ性
    電解液により自発的に湿潤性にするモノマーを前記不織
    布の表面にグラフト重合させる、ことからなる電池セパ
    レータの製造方法。
  9. 【請求項９】 前記不織布の臨界湿潤表面張力が少なく
    とも約79 mN/m である、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記不織布が前記第１のポリオレフィ
    ン約80重量％以上と前記第２のポリオレフィン約20重量
    ％以下とからなる、請求項８または９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記繊維がポリプロピレンのコアと、
    これを少なくとも部分的に包囲するポリエチレンの表面
    被覆とからなる、請求項８ないし10のいずれか１項に記
    載の方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１ないし６のいずれか１項に記
    載の電池セパレータを電解液不足型電池の内部に組み込
    むことを特徴とする、改良された電解液不足型電池の製
    造方法。
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