JPH10261394A - 電池用セパレーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低目付で薄くても、電解液の吸液性及び保液
性に優れた電池用セパレーターを提供する。 【解決手段】 ポリオレフィンからなるＡ成分と、親水
性ポリマー又はこれとポリオレフィンとの混合物からな
るＢ成分とで構成された分割型複合繊維を分割した繊維
であって、繊度が0.01〜１ｄ、長さが１〜50mmの極細短
繊維又はこれを主体とする繊維で構成されている電池用
セパレーター。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリオレフィン系
極細短繊維を用いたニッケル−水素２次電池用セパレー
ターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルカリを電解質とするニッケル
ー水素２次電池用のセパレーターとしては、電解液に濡
れ易くて、その保液量が大きく、しかも電解液を含んだ
状態での電気抵抗が小さいポリアミド系繊維からなるも
のが広く使用されている。しかし、ポリアミド系繊維を
セパレーター用素材として使用した場合、繰り返し使用
しているうちにポリアミド系繊維から窒素酸化物が溶出
し、電池の寿命を縮めるという欠点があった。また、ポ
リアミド系繊維に含まれている窒素のために、酸化され
たときに硝酸根を生じ、ニッケルー水素２次電池の自己
放電を増大するという問題もあった。

【０００３】このため、耐アルカリ性及び耐酸化性に優
れたポリオレフィン系繊維を使用したものが注目されて
いるが、ポリオレフィン系繊維は、親水性に乏しく、電
解液保持能力が劣るため、放電特性及び充放電サイクル
寿命特性が劣るという欠点があり、また、充電時に発生
するガスの透過性が悪く、密閉系電池では電池内圧が上
昇し、電池の寿命低下をもたらすという欠点もあった。

【０００４】一方、電池の容量を向上させるためには、
電極活物質の充填量を多くしなければならず、そのため
にセパレーターを薄くすることが求められている。薄く
するためには、セパレーターの構成繊維の繊度を小さく
して構成繊維間の空隙を小さく、かつ均一にすることが
必要である。しかし、ポリオレフィン系繊維の場合は、
構成繊維間の空隙が小さくなるとその親水性の乏しさの
ため、ガス透過性が著しく悪くなるという欠点があっ
た。

【０００５】ポリオレフィン系繊維の親水性を向上させ
る方法として、界面活性剤を繊維表面に付着させる方
法、コロナ放電処理する方法、プラズマ放電処理する方
法、アクリル酸等の親水基を有するモノマーをグラフト
する方法、濃硫酸でスルホン化する方法、フッ素ガスに
より繊維表面を親水化する方法等がある。しかし、界面
活性剤は、耐電解液性に問題があり、サイクル使用して
いると界面活性剤が遊離してくるという問題があり、コ
ロナ放電処理法やプラズマ放電処理法では、繊維表面状
態の安定性（親水性の維持）に問題があった。また、親
水基を有するモノマーをグラフトする方法、繊維をスル
ホン化する方法及びフッ素ガスで処理する方法では、工
程が複雑である上、十分な親水性が得られないという問
題があった。

【０００６】耐電気化学的酸化性と電解液との濡れ易さ
及びその保液性を共に向上させることを目的として、ポ
リオレフィンと親水性ポリマーとを複合した繊維を使用
したセパレーターが提案されている。例えば、親水性ポ
リマー（ノニオン型吸水性ポリマー）を鞘成分とし、ポ
リオレフィンを芯成分としたポリオレフィン系熱融着性
芯鞘型複合繊維（３ｄ) と基材繊維として親水性ポリマ
ーを混入したポリオレフィン系繊維（２ｄ）を使用した
アルカリ電池用セパレーターが提案されている（特開平
５−198295号公報）。また、ポリオレフィンと親水性ポ
リマーであるエチレン・ビニルアルコール共重合体とが
交互に隣接して配置された分割型複合繊維と繊度が２〜
８ｄのポリオレフィン等の短繊維からなる電池用セパレ
ーターが提案されている（特開平７−29561号公報）。
しかし、これらは繊度が大きいため、セパレーターを薄
くすることが困難であり、電極活物質の充填量を多くで
きないという欠点を有していた。

【０００７】また、繊度を小さくすることを目的とし
て、ポリオレフィンとエチレン・ビニルアルコール共重
合体を接合した分割型複合繊維とフィブリル化ポリオレ
フィンとからなる電池用セパレーター用不織布が提案さ
れている（特開平７−302583号公報）。しかし、この不
織布では、フィブリル化ポリオレフィンの繊度が非常に
小さいため、これがセパレーターの表面を覆ってしまう
ためか、表面にコロナ放電処理を施さないと親水性が発
揮されないという欠点を有していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポリオレフ
ィン系繊維からなり、低目付で薄くても、電解液の吸液
性、保液性に優れた電池用セパレーターを提供しようと
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するもので、その要旨は、ポリオレフィンからなる
Ａ成分と、親水性ポリマー又はこれとポリオレフィンと
の混合物からなるＢ成分とで構成された分割型複合繊維
を分割した繊維であって、繊度が0.01〜１ｄ、長さが１
〜50mmの極細短繊維又はこれを主体とする繊維で構成さ
れた電池用セパレーターにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。

【００１１】本発明におけるポリオレフィンとしては、
ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン・プロピレン
共重合体、エチレン・ブテン・ポリプロピレン３元共重
合体等を使用することができるが、特にポリプロピレン
及びポリエチレンが好ましく使用される。

【００１２】Ａ、Ｂ成分に使用されるポリオレフィン
は、互いに相溶性のないものが好ましい。例えば、Ａ成
分にポリエチレンを使用する場合は、Ｂ成分にはポリプ
ロピレンを使用することが好ましく、逆に、Ａ成分にポ
リプロピレンを使用する場合には、Ｂ成分にはポリエチ
レンを使用することが好ましい。Ａ、Ｂ成分に同種のポ
リオレフィンを使用すると分割することが困難になる。

【００１３】親水性ポリマーとしては、ポリエチレンオ
キサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリブチレンオ
キサイド等のポリアルキレンオキサイド単独あるいはこ
れらの共重合体や混合物を適当な架橋剤を使用して架橋
させ、水に不溶にしたものが好ましく用いられる。特
に、ポリオレフィンとの相溶性及び水に対する不溶性が
優れている点で、ポリエチレンオキサイドとポリプロピ
レンオキサイド又はエチレンオキサイド・プロピレンオ
キサイド共重合体との混合物を架橋させた熱可塑性ノニ
オン型吸水性ポリマーが好ましい。このような熱可塑性
ノニオン型吸水性ポリマーは、例えば、住友精化社から
「アクアコーク」の商品名で市販されている。

【００１４】Ｂ成分における親水性ポリマーとポリオレ
フィンとの割合は、重量比で 100／０〜10／90が好まし
く、90／10〜20／80がより好ましい。この範囲以外であ
ると親水性が十分でなくなる。

【００１５】図１は、分割型複合繊維の代表的な断面形
状を示す模式図である。分割後のＡ、Ｂ成分の繊度が0.
01〜１ｄ、好ましくは0.05〜0.8 ｄ、最適には0.07〜0.
5 ｄとなるように選定されている。分割後の繊維の繊度
が0.01ｄ未満になるようにするとセパレーターの耐久性
が急激に低下し、１ｄより大きくなるようにすると薄い
セパレーターを得ることが困難になりまた、保液性が低
下する。繊維の長さは、１〜50mm、好ましくは２〜40m
m、最適には３〜30mmとする。この長さが１mm未満であ
るとセパレーターの強度が不十分となり、一方、50mmを
超えると均一なセパレーターを得ることが困難になる。

【００１６】Ａ、Ｂ両成分の複合比は、要求される電池
セパレーターの耐久性と親水性及び紡糸性のバランスを
考慮して決定する必要があるが、重量比で10／90〜70／
30、好ましく20／80〜60／40とするのが適当である。

【００１７】本発明の電池セパレーターは、分割型複合
繊維を分割した極細短繊維又はこれを主体と繊維で構成
することにより、保液性、吸液性を向上させるものであ
り、この繊維を70重量％以上、好ましくは 100重量％使
用してセパレーターを構成することが望ましい。他の繊
維を併用する場合、併用する繊維としては、ポリエチレ
ン繊維、ポリプロピレ繊維及びこれらの複合繊維等のポ
リオレフィン系短繊維が好ましい。

【００１８】分割型複合繊維は、次のような方法で効率
よく製造することができる。すなわち、常法により、Ａ
成分とＢ成分とを図１の (1)〜(5) のような繊維断面を
形成する紡糸口金を使用して溶融紡出し、紡出糸条を冷
却した後、一旦巻き取った後、あるいは一旦巻き取るこ
となく連続して、冷延伸又は熱延伸を施し、所定繊維長
に切断することにより製造することができる。紡糸温度
は、使用するポリオレフィン及び親水性ポリマーの融点
や重合度により異なるが、通常、 160〜300 ℃とするの
が適当である。紡糸温度が 160℃未満であると溶融紡出
が困難となり、 300℃を超えると親水性ポリマーの熱分
解が激しくなり好ましくない。

【００１９】電池用セパレーターの製造に際しては、分
割型複合短繊維を離解機（パルパー）で処理して水中で
分割して抄造する湿式抄造法が好ましくは採用される。
この方法によれば、ムラがなく、均一で、厚みの薄い電
池用セパレーターを製造することが可能である。（湿式
抄造後、水流交絡処理を施してもよい。）なお、上記の
湿式抄造法の他、分割型複合短繊維を用いて、カード
法、クロスレイヤー法、ランダムウエバー法等の方法で
ウエブとし、ニードルパンチ、水流交絡処理等の方法で
分割する方法を採用することも可能である。

【００２０】得られたウエブを加熱処理して繊維間を接
合し、次いで、カレンダー処理を施して均一な厚みにす
ることにより電池用セパレーター用ウエブが得られる。
なお、ウエブの厚みが 100μm 以下となるようにするこ
とが望ましい。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。なお、吸液速度及び保液率は、次のようにして測定
した。 (a) 吸液速度 試料幅方向より15×180mm の試験片３枚を採取し、水分
平衡状態にする。次に試験片を20℃に保った比重1.30の
水酸化カリウム水溶液を入れた水槽上の一定の高さに支
えた水平棒にピンで止める。試験片の下端を一線に揃え
て水平棒を下ろし、試験片の下端が５mmだけ液中に漬か
るように垂直に立て、水酸化カリウム水溶液が上昇した
高さを１分後に測定する。 (b) 保液率 試料幅方向より、 100×100mm の試験片３枚を採取し、
水分平衡状態となったときの重量Ｗを測定し、次に、20
℃の比重1.30の水酸化カリウム水溶液中に試験片を広げ
て浸し、10分間吸収させた後、引き上げて10分後の試験
片の重量 (Ｗ₁)を測定し、次の式により保液率を算出す
る。 保液率（％）＝〔 (Ｗ₁−Ｗ) ／Ｗ〕×100

【００２２】実施例１〜４ Ａ成分としてポリエチレン(190℃におけるメルトフロー
レート20ｇ／10min)、Ｂ成分としてポリプロピレン(230
℃におけるメルトフローレート30ｇ／10min)とポリエチ
レンオキサイドとポリプロピレンオキサイドとの混合物
の架橋物（住友精化社製「アクアコーク」）からなる表
１に示した割合の混合物を使用し、Ａ、Ｂ成分を複合重
量比50／50で紡出温度 190℃で、図１(1) のような断面
の繊維を形成する紡糸口金を使用して溶融紡出し、延伸
した後、５mmの長さに切断し分割型複合短繊維を得た。
得られた分割型複合短繊維を離解機を使用して水中で分
割、均一混合した後、湿式抄造を行った。次いで、 120
℃で加熱処理することによりポリエチレン成分を溶融接
着させた後、熱カレンダー処理を行い、電池用セパレー
ター用ウエブを得た。得られたセパレーター用ウエブの
特性を評価した結果を表１に示す。

【００２３】実施例５ Ａ、Ｂ成分の複合重量比を60／40、Ｂ成分のポリプロピ
レンと「アクアコーク」との配合重量比を60／40にした
以外は、実施例１と同様に行い、電池用セパレーター用
ウエブをを得た。得られたセパレーター用ウエブの特性
を評価した結果を表１に示す。

【００２４】比較例１ Ａ成分にポリエチレン、Ｂ成分にポリプロピレンを使用
した以外は、実施例１と同様に行い、電池用セパレータ
ー用ウエブを得た。得られたセパレーター用ウエブの特
性を評価した結果を表１に示す。

【００２５】比較例２ 特開平７− 29561号公報の実施例１に基づいて比較例を
実施した。すなわち、芯成分がポリプロピレン、鞘成分
が高密度ポリエチレン（芯鞘容積比50／50）、繊度が
1.5ｄ、長さが10mmの芯鞘型複合繊維（Ｃ繊維）を45重
量％と、繊維断面においてポリプロピレンとエチレン・
ビニルアルコール共重合体が交互に隣接してなる容積比
が50／50、長さが５mmの分割型複合繊維（Ｄ繊維）45重
量％と繊度が２ｄ、長さが６mmのポリプロピレン繊維
（Ｅ繊維）を10重量％混合して湿式抄造を行い、次い
で、 130℃の熱風で処理してＣ繊維のポリエチレン成分
を溶融して繊維間接合を行った。さらに、高圧柱状水流
処理を施して分割型複合繊維を分割させ、次いで、熱カ
レンダー処理を施して電池用セパレーター用ウエブを得
た。得られたセパレーター用ウエブの特性を評価した結
果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明の電池用セパレーターは、ポリオ
レフィンと、親水性ポリマーとポリオレフィンとの混合
物からなる分割型複合短繊維を分割した極細短繊維又は
これを主体とする繊維で構成されているため、低目付で
厚みが薄いものでも、吸液性、保液性に優れたものであ
り、ニッケル−水素２次電池用セパレーターとして好適
なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】分割型複合繊維の具体例を示す断面模式図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリオレフィンからなるＡ成分と、親水
   性ポリマー又はこれとポリオレフィンとの混合物からな
   るＢ成分とで構成された分割型複合繊維を分割した繊維
   であって、繊度が0.01〜１ｄ、長さが１〜50mmの極細短
   繊維又はこれを主体とする繊維で構成されていることを
   特徴とするた電池用セパレーター。
2. 【請求項２】 親水性ポリマーが、ポリアルキレンオキ
   サイドの架橋物である請求項１記載の電池用セパレータ
   ー。