JPH09274902A - アルカリ電池用セパレーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、セパレーターの孔径を微細化して水
銀不使用の電池に使用できるようにするに際して、耐ア
ルカリ性を更に向上し、同時に、孔径の寸法安定性およ
びシートの強度を向上することを目的とする。 【解決手段】セパレーターを構成する繊維が、セルロー
ス繊維および合成繊維からなり、かつ、合成繊維の全部
あるいは一部としてアラミド繊維を含有することを特徴
とするアルカリ電池用セパレーター。特に、繊維の全重
量に対してアラミド繊維が５〜６０重量％であり、セル
ロース繊維が２０〜６０重量％の範囲であることが好ま
しく、また、アラミド繊維のフリーネスが４００ｍｌ以
下の範囲であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリマンガン
電池、水銀電池、酸化銀電池などアルカリ電解液を用い
るアルカリ電池用に用いるセパレーターに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】各種アルカリ電池に使用されるセパレー
ターに要求される機能は、陽極活物質と陰極活物質を隔
離して接触による内部短絡を防止すること、水酸化カリ
ウム等のアルカリ電解液や二酸化マンガン等の酸化性を
持つ物質中に長期に接触しても変質せず、十分な耐久性
備えていること、起電力を瞬時に発生するために電解液
の吸液性に優れ保持できるとともに電池の内部容積が限
られることより上記機能を維持しつつもできるだけセパ
レーターの厚みを押さえて電池容量を増やせることであ
る。従来のセパレーターの構成材料としては、耐薬品性
を持ち、セパレーターの孔径を制御する機能を担う合成
繊維と電解液の吸液性、保液性に優れるセルロース繊維
の混抄したものが使用されるのが一般的である。合成繊
維としては、ビニロン繊維、オレフィン繊維が、セルロ
ース繊維としてはマーセル化パルプ、レーヨン繊維、コ
ットンリンター繊維が使用されポリビニルアルコール繊
維等のバインダーの使用によりシート化される。

【０００３】亜鉛を陰極活物質として使用するアルカリ
電池では、亜鉛表面を水銀でアマルガム化して放電を円
滑化する方法が最近まで採用されていたが、近年、環境
問題からアルカリ電池の水銀不使用化が一般的になって
きた。水銀不使用の電池では亜鉛の腐食による酸化亜鉛
の針状結晶が発生しやすく、この針状結晶がセパレータ
ーを通過して内部短絡を起こす。従来のセパレーターは
孔径が大きく、これらの針状結晶の対極への通過による
内部短絡を防止することは困難であり、孔径をより小さ
く制御する必要がある。

【０００４】孔径を小さくしたセパレーターとして特公
平５−７２０６３公報に見られるように合成繊維である
ビニロン繊維の繊維径を従来の１デニールより０．８デ
ニール以下とする特許が開示されている。また、特公平
７−４８３７５公報では耐アルカリ性セルロース繊維を
１０〜５０重量％とし、かつ叩解によりフリーネスの値
を５００ｍｌ以下の範囲に設定することにより電気抵抗
を上昇することなく、内部短絡を防止できることを記載
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐薬品
性に優れる合成繊維の繊維径の細いものを使用し内部短
絡を防止できる程度に孔径を小さく制御するには、合成
繊維として細デニール化可能なビニロン繊維に限定さ
れ、しかも０．３デニール程度の極細繊維を使用する必
要がある。この場合、酸化亜鉛の通過による内部短絡防
止には効果あるものの、ビニロン繊維単独では電解液中
での繊維間の膨潤を完全に押さえることは困難であり、
電解液中で孔径が徐々に広がる現象が見られる。また、
細デニール化により繊維交点が増加するため交点でのバ
インダー量の減少による強度低下がみられ、バインダー
を増量する必要がある。そして、バインダーを増量する
と耐薬品性が悪くなる。

【０００６】一方、セルロース繊維の叩解による細孔化
では、例えマーセル化パルプ等の耐アルカリ性のセルロ
ース繊維を使用したとしても、耐アルカリ性は決して十
分ではない。また、一般にセルロース繊維は繊維径が太
いため、フィブリル化による平均孔径は細デニールの合
成繊維を使用したものと同一であっても最大孔径は大き
くなる傾向となり、ここで内部短絡が生じる危険を伴
う。さらに、セルロース繊維は電解液の吸液体であるた
め、吸液による膨潤に伴い孔径の変化を生じやすく電解
液中での孔径安定性が劣り内部短絡が生じる危険があ
る。更に、電池の小型化が進み、セパレーターも薄くす
る必要があるが、薄くすると製造途中での破断の問題が
あり、シートの引っ張り強度等の強度も必要となって来
る。

【０００７】以上をまとめると、ビニロン繊維は耐アル
カリ性が完全ではなく、また、繊維を細くすると強度が
低下する。セルロース繊維は耐アルカリ性が劣り、孔径
の均一性が悪く、また、アルカリによる孔径の変化が大
きい。本発明は、セパレーターの孔径を微細化して水銀
不使用の電池に使用できるようにするに際して、上記欠
点を解消すること、即ち、耐アルカリ性を更に向上し、
同時に、孔径の寸法安定性およびシートの強度を向上す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、以下の構成を採用する。即ち、本発明の
第１の発明は、「セパレーターを構成する繊維が、セル
ロース繊維および合成繊維からなり、かつ、合成繊維の
全部あるいは一部としてアラミド繊維を含有することを
特徴とするアルカリ電池用セパレーター」である。本発
明の第２の発明は、「第１の発明において、繊維の全重
量に対してアラミド繊維が５〜６０重量％であり、セル
ロース繊維が２０〜６０重量％の範囲であることを特徴
とするアルカリ電池用セパレーター」である。本発明の
第３の発明は、「第１または第２の発明においてアラミ
ド繊維のフリーネスが４００ｍｌ以下の範囲であるアル
カリ電池用セパレーター」である。

【０００９】本発明者らは、上記課題を解決するため、
鋭意検討した結果、アラミド繊維を使用することにより
上記課題が解決できることを見いだした。アラミド繊維
は耐アルカリ性があり、木材パルプと同様に叩解により
微細繊維となるのでシートの孔径を小さくすることが可
能で、しかも、叩解されパルプ状になったアラミド繊維
は結合力が強いのでシートの引っ張り強度が強くなる。
従って、パルプ状アラミド繊維を一定量以上配合すれ
ば、上記した欠点がすべて解決できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のアルカリ電池用
セパレーターの詳細な説明を行う。本発明に使用するア
ラミド繊維は、ポリパラフェニレンテレフタラミド繊維
に代表される所謂パラ系のアラミド繊維が好ましい。本
発明では、特にアラミド繊維としてパルプ状アラミド繊
維を用いることが好ましい。パルプ状アラミド繊維と
は、フィラメント糸から得られる高度にフィブリル化さ
れたアラミドの短繊維である。パルプ状アラミド繊維
は、代表的には製紙用リファイナーやビーター等を用い
て叩解して製造することができる。叩解されたアラミド
繊維は、繊維径約１０μの骨格部とフィブリル化され枝
分かれした５μ〜０．１μの繊維から構成され、この微
細な繊維が細径繊維としての役割を担う。

【００１１】本発明ではアラミド繊維をセパレーターの
構成材料であるセルロース繊維、合成繊維の中で合成繊
維の全部あるいは一部として使用する。アラミド繊維含
有による細径効果を発現するためには、アラミド繊維を
全繊維中の５〜６０重量％、好ましくは、５〜４０重量
％含有することが望ましい。また、細径効果をより効率
的に再現するためにアラミド繊維のフリーネスを４００
ｍｌ以下に設定することが好ましい。本発明で言うフリ
ーネスとは、ＪＩＳ Ｐ８１２１に規定されるカナダ標
準型濾水度である。

【００１２】本発明で使用されるセルロース繊維として
は、耐薬品性に優れるものが良好であり、マーセル化パ
ルプ、レーヨン繊維、コットンリンター等が挙げられ
る。セルロース繊維はセパレーターの保液性を保つため
に必要であり、全繊維に対して２０重量％以上であるこ
とが好ましく、６０重量％を越えると耐アルカリ性が悪
くなる。

【００１３】アラミド繊維以外の合成繊維としては、ビ
ニロン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオ
レフィン繊維などが使用でき、ポリオレフィン繊維とし
てはポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維が代表的で
ある。

【００１４】本発明のセパレーターは原料繊維の水性ス
ラリーから湿式抄紙法で製造されるが、シートの強度を
保つためバインダーが必要である。バインダーとしては
エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリビニルアルコ
ール樹脂などの各種合成樹脂が使用でき、バインダーの
形態としては繊維状、粉末状、液状のいずれでも良い。
一例を挙げれば、繊維状あるいは粉末ポリビニルアルコ
ール等のバインダーを原料スラリーに混合して抄紙する
方法が挙げられる。また、シート形成後に含浸したりス
プレーしたりしても良い。

【００１５】

【発明の効果】本発明により、水銀不使用の電池に使用
できるような微細な孔径のセパレーターが得られ、しか
も、耐アルカリ性が強く、同時に、孔径の寸法安定性お
よびシートの強度が向上する。

【００１６】

【実施例】以下に本発明のアルカリ電池用セパレーター
の実施例を説明する。なお、本実施例で「部」は「重量
部」を意味する。 ＜実施例１＞マーセル化した針葉樹パルプ２５部をパル
パーで離解した後（フリーネス７００ｍｌ）、０.７デ
ニールレーヨン繊維１０部、１デニールビニロン繊維４
０部、フリーネスを５０ｍｌに叩解したアラミド繊維１
０部と混合し、バインダーとして１デニールの繊維状ポ
リビニルアルコール１５部を使用し原料とした。この原
料を丸網抄紙機で抄紙して、米坪３５ｇ／ｍ² 、厚さ１
２５μのセパレーターを得た。

【００１７】＜実施例２＞実施例１でアラミド繊維のフ
リーネスが４００ｍｌのものを使用した以外は、実施例
１と同様の方法で抄紙して、米坪３５ｇ／ｍ² 、厚さ１
３０μのセパレーターを得た。

【００１８】＜実施例３＞マーセル化した針葉樹パルプ
２５部をパルパーで離解し、ダブルデイスクリファイナ
ーで弱叩解した後（フリーネス５５０ｍｌ）、０.７デ
ニールのポリエチレン／ポリプロピレン芯鞘繊維３５
部、０.５デニールのポリノジックレーヨン繊維１５
部、フリーネスを５０ｍｌに叩解したアラミド繊維１０
部と混合し、バインダーとして１デニールの繊維状ポリ
ビニルアルコール１５部を使用し原料とした。この原料
を丸網抄紙機で抄紙して、米坪３５ｇ／ｍ² 、厚さ１３
０μのセパレーターを得た。

【００１９】＜実施例４＞マーセル化した針葉樹パルプ
２５部をパルパーで離解した後（フリーネス７００ｍ
ｌ）、０.７デニールレーヨン繊維１０部、０.５デニー
ルビニロン繊維４５部、フリーネスを５０ｍｌに叩解し
たアラミド繊維５部と混合し、バインダーとして１デニ
ールの繊維状ポリビニルアルコール１５部を使用し原料
とした。この原料を丸網抄紙機で抄紙して、米坪３５ｇ
／ｍ² 、厚さ１２５μのセパレーターを得た。

【００２０】＜比較例１＞実施例１で１デニールビニロ
ン繊維、アラミド繊維の代わりに０.３デニールのビニ
ロン繊維を５０部使用した以外は、実施例１と同様の方
法で抄紙して、米坪３５ｇ／ｍ² 、厚さ１２５μのセパ
レーターを得た。

【００２１】＜比較例２＞マーセル化した針葉樹パルプ
２５部をダブルデイスクリファイナーでフリーネス２０
０ｍｌまで叩解した後、０.５デニールポリノジックレ
ーヨン繊維１０部、０.５デニールビニロン繊維 ５０
部と混合し、バインダーとして１デニールの繊維状ポリ
ビニルアルコール１５部を使用し原料とした。この原料
を丸網抄紙機で抄紙して、米坪３５ｇ／ｍ² 、厚さ１２
５μのセパレーターを得た。

【００２２】＜比較例３＞実施例１でアラミド繊維を使
用せず、１デニールのビニロン繊維を５０部使用した以
外は実施例１と同様の方法で抄紙して、米坪３５ｇ／ｍ
² 、厚さ１３５μのセパレーターを得た。

【００２３】前記実施例、比較例について以下の試験を
行ない、その結果を表１に示す。 （１）引っ張り強さ ＪＩＳ Ｐ８１１３に規定された方法で幅１５ｍｍでの
強度を測定した。 （２）ＫＯＨ収縮率 各セパレーターを１０ｃｍ角にカットし、４０％ＫＯＨ
液に３日間浸漬した後に取り出し、厚さ方向の膨潤によ
る収縮率を測定した。 （３）孔径安定性 ４０％ＫＯＨ液への３日間浸漬前後での平均孔径、最大
孔径の変化をコールターポアメーター（コールター社）
で測定した。 （４）ＫＯＨ残存率 各セパレーターを４０％ＫＯＨ液に３日間浸漬した後の
重量残存率を測定した。

【００２４】

【表１】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セパレーターを構成する繊維が、セルロー
   ス繊維および合成繊維からなり、かつ、合成繊維の全部
   あるいは一部としてアラミド繊維を含有することを特徴
   とするアルカリ電池用セパレーター。
2. 【請求項２】繊維の全重量に対してアラミド繊維が５〜
   ６０重量％であり、セルロース繊維が２０〜６０重量％
   の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のアルカ
   リ電池用セパレーター。
3. 【請求項３】アラミド繊維のフリーネスが４００ｍｌ以
   下の範囲である請求項１または請求項２に記載のアルカ
   リ電池用セパレーター。