JPS5991662A - 電池用セパレ−タ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電解液保持力の大なる電池用セパレータに関し
、特にリチウム電池に好適に使用しうるセパレータに関
するものである。

リチウム電池は二酸化マンガン又はフ・ソ化炭素よりな
る陽極と金属リチウムよりなる陰極とよし構成されてい
る。そして陽極と陰極の間にはプロピレンカーボネート
、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタン等の有機電解
液を保持させたセパレータが挿入されている。リチウム
電池は使用に伴い、陰極から発生するリチウムイオンが
陽極へ移行する。そして陽極はリチウムイオンと反応し
次第に膨張する。このため七ノくレータは圧迫を受け、
保持されている電解液はセパレータ外へ放出されるとい
う現象が見られる。この現象は電池性能を低化させる原
因となる。

従来よりリチウム電池用として用いられているセパレー
タに、繊維径約１０μ以トのポリプロピレン繊維を緻密
に集積させたものがある。

このセパレータは微細な繊維間隙に電解液を保持してお
シ、非圧迫状態では良好な保持力を示す。しかし直径が
１０μ以ドのポリプロピレン繊維はリチウム電池の陽極
の膨張によって生じる圧迫に対抗するのに十分な剛軟度
を持っていない。そのため電解液の放出が生じ電池性能
の低化が見られた。

この欠点を回避するため直径１０μ以上のポリプロピレ
ン繊維を用いることが考えられる◎しかし直径の太いも
のを用いると可及的に繊維相互向で形成される間隙が大
きくなり短絡防止というセパレータ本来の役割を損うこ
とになる。

そこで本発明者等は種々検討した結果、直径の太い構成
部と直径の細い構成部を有する無端連続繊維は所定のＩ
４１軟度を有すること、及びこの繊維を集積した場合繊
維相互間で形成される間隙は小さく保ち得ること、を見
出し本発明に至った。　　　− すなわち本発明は、直径が２μ〜４μの構成部と直径が
ＩＯμ〜３０μの構成部を有している無端連続繊維が複
数本集積されてなる繊維集積体であって、該繊維集積体
の単位面積中の無端連続繊維の総構成部のうち直径２μ
〜４μの構成部が３０％〜５０％かつ直径１０μ〜３０
μの構成部が２０％〜４０％存在することを特徴とする
電池用セパレータ及びその製造方法に関する。

本発明に用いる無端連続繊維としては、ボリプロピレン
繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエステ
ル繊維等積々のものがある。

就中、耐酸化性に優れたポリプロピレン繊維やポリエチ
レン繊維がリチウム電池に用いるのに適している。

無端連続繊維は直径が２μ〜４μの構成部と直径が１０
μ〜３０μの構成部を有してｈる。

直径２μ〜４μの構成部は土に繊維集積体中に小さな間
隙を確保する作用をする。直径ｌＯμ〜３０μの構成部
は主に繊維の剛軟度を高める作用をする。また本発明に
おいては直径２μ〜４μの構成部と直径１０μ〜３０μ
の構成部とが連続して繋がっているため、これが切断さ
れている場合と比較して、直径２μ〜４μの構成部にお
いても急激に剛軟度が低トすることがない。それ故繊維
集積体全体としても良好な反発力を有し、極板に圧迫さ
れても、保持している電解液を外部に放出しにくい。

無端連続繊維は直径２μ未滴の構成部や直径４μを越え
１０μ未満の構成部、更には直径３０μを越える構成部
を有している。しかし本発明忙おいては、繊維集積体の
単位面積中の無端連続繊維の総構成部のうち直径２μ〜
４μの構成部が３０％〜５０％かつ直径１０μ〜３０μ
の構成部が２０％〜４０％存在することが必要である。

直径２μ〜４μの構成部が３０％未満になると繊維集積
体中に小さな間隙を形成し難くなり。

５０％を越えると相対的に直径１０μ〜３０μの構成部
が減少し繊維集積体の反発力が低トする。直径１０μ〜
３０μの構成部が２０％未満となると繊維集積体の反発
力が低トし、４０％を越えると相対的に直径２μ〜４μ
の構成部が減少し繊維集積体中に小さな間隙を形成し難
くなる。

ここで繊維集積体の単位面積とけ、無端連続繊維の構成
部が５０本以上観察しうる面積であればどのような大食
さてあっても差し支えない。

通常、繊維径が判別しうる程度の倍率で顕微鏡観察した
とき、その視野の面積と考えればよい。

またここで構成部の（％）は、単位面積中の総構成部の
本数に対する所定の直径の構成部の本数の割合を表わし
ている。

以上の如き構成を有する繊維集積体をリチウム電池用セ
パレータとして用いると、陽極が膨張してセパレータを
圧迫しても保持している電解液が外部に放出されにくく
、電池性能が低化することはない。またこの繊維集積体
は良好な電解液保持能力を有しており、リチウム電池以
外の電池用セパレータとしても好適に使用しうる。

次に本発明に係る電池用セパノー夕を製造する方法につ
いて説明する。仁の方法を実施するには、有利には第２
図（横断面図）に示す装置を用いることができる。

ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリエステル樹脂等の繊維形成性熱ｏＴ塑性合成樹
脂の溶融物がノズルオリフィス（３）に送入される。ノ
ズルオリフィス（３）内テの溶融物の見掛粘度は適宜決
定されるが１本発明においては３００ボイメ〜５００ポ
イメ程度が好ましい。３００ポイメ、７１１であるとノ
ズルオリフィスから溶融物が引き出される際、それが切
断され易すくなり連続繊維を得ることが難かしくなる。

また５００ボイズを越えると溶融物の引き出し量が低ド
し生産性の面で不利である。

ノズルオリフィス（３）内の溶融物はオリフィスの流出
口（６）に向かって流れ、流出口（６）を出るとその直
径と略々的等の直径を持つ繊維状物となるうまたこむで
本発明においては流出口（６）の直径は０．２　ｆｌ〜
０，４　ｍｌ程度がよい。このときノズルオリフィス（
３）の側面に位置するスロワ）　（５１ヨり流体が吹き
出て溶融物を下方へ引き出すことＫなる。スロット（５
）より出る流体は、溶融物が流出口（６）より出ると直
ちに作用するのではなく、流出口（６）より０．３ｍｇ
〜２．２Ｒ離れた所で作用を開始する。流出口（６）の
所で流体を作用させると。

溶融物が切断され易くなること、及びスロット（５）中
での整流状態が乱流状部に変化しないこと、のため本発
明においては採用できない。

本発明においては、繊維化された溶融物に乱流を作用さ
せることが一つの特徴となって込る。

乱流はスロット（５）から所定圧離隔たった所で自然的
に生じる。これはスロット（５）を出た高速の流体が膨
張するからである。繊維化された溶融物に整流を作用さ
せると均一な直径の繊維に細化されるが乱流を作用させ
ると不均一な直径の繊維に細化される。このため直径が
２μ〜４μの構成部と直径が１０μ〜３０μの構成部を
有している無端連続繊維を作ることがで睡る。

乱流の作用点はオリフィスの流出口（６）より０．３ｍ
〜２．２　ｆｆ離れた所である。０．３肩Ｍ未満である
と前記した如く直径の不均一な連続繊維が作れないし、
２．２８１１以上であると繊維状の溶融物が固化し繊維
の延伸、細化が困難となる。

溶融物の引き出し速度はノズルオリフィス内での見掛粘
度及び流体の吹き出し量によって異ズルオリフイス内で
の見掛粘度が３００ボイズ〜５００ボイズのときは、特
にこの程度の引き出し／オリフィス未婉とすると生産性
が低下する煩向維を細化する為に更に溶融粘度をトげる
必要がある。そうした場合溶融物が切断され易くなり樹
脂玉が生じる傾向が出る。

高速の乱流を形成させる流体には、溶融物に不活性な流
体を用いるのがよい。これには、例えばチッ素ガス、水
蒸気等を用いることができる。特に加熱された空気を用
いると好適である。

これは引き出された溶融物の劣化を防ぐことができるか
らである。高速の乱流は、特に加熱された空気を用いた
場合、溶融物１ｇに対し４０１〜１００２程度の量を作
用させるのがよい。

４０ｇ末鵬色々ると繊維状の溶融物が細化、延伸されに
くくなるし、１ｏｏｐを越えると繊維が切断され易くな
る。

第２図に示したノズルオリフィス（３）やスロット（５
）は紙面の表裏方向に直線状に並んで多数設けられてい
る。従ってノズルオリフィス（３）から引き出された各
連続繊維はＦ方に位置する捕集面（図示せず）に集積さ
れ、かつ隣りの複数のノズルオリフィスから引き出され
た各連続繊維と絡み合い、シート状の繊維集積体が形成
される。

シート状の繊維集積体は所望によシ加圧される。これは
繊維集積体を緻密化し、繊維相互間の間隙を小さくする
ために行なわれる。従って通常は常温による加圧で十分
である。

更に本発明の理解のため以ト実施例に基いて説明する。

実施例１ ポリプロピレン樹脂のペレットを加熱して得られる溶融
物を、第２図に示す如き装置のノズルオリフィス（３１
Ｋ流しこみ、溶融物の見掛粘度を４００〜４５０ポイズ
程度に維持した。そしてこの溶融物を直径０．３罪の流
出口（６）より引き出す。このとき流体室（４）より送
られる加熱空気によって溶融物は繊維状に細化される。

加熱空気が溶融物に作用するのは流出口（６）より０．
４７顛離れた点であった。また溶融物の引き出し速度溶
融物ＩＩに対し９０ｇとなるように設定した。

このような条件で、ＩＪｏ！間隔で直線状に並んだ流出
口（６）より各連続繊維が作られ、捕集スクリーン上に
集積させ、その後線圧５０にｐ／ｃｓｎで常温加圧し、
所定形状に裁断して′電池用セパレータを得た。

この電池用セパレータは重量４０　Ｆ／／ｄ　、　　厚
み０．１２ｊ１ｍｌであった。また単位面積中、直径２
μ〜４μの構成部が４５％±５％と直径１０μ〜３０μ
の構成部が２５％±５％存在した。

実施例２ 加熱空気が溶融物に作用する場所が、流出口（６）より
０．９１ｆｆ［れた点であるシ外は一実施例１と同様０
条件″′屯池ｔｅ−ｈｓｖ−ｐ、、ｆ−得７・尚・２″
作用点の変更は、流出口とスロットとの距離を斐えるこ
とにより行なった。

その結果得られた電池用セパレータは単位面積中に、直
径２μ〜４μの構成部が３５％±５％と直径１０μ〜３
０μの構成部が３５％±５％存在した。尚、電池用セパ
レータの重量、厚みは実施例１のものと同様である。　
　　　′実施例３ ノズルオリフィス（３）での溶融物の見掛粘度を３３０
−３８０ポイズに維持し、溶融物の引き出し物１．９’
に対し５０ＩＩとした。またコンベヤー速度は２．１７
倍速くした。これ以外の条件は実施例１の条件と同様と
した。

得られた電池用セパレータは、重量４　Ｏｆ／／ｄ　。

厚み０，１２ｊｆｆであり、単位面積中に、直径が２μ
〜４μの構成部が３５％±５％と直径が１０μ〜３０μ
の構成部が３５％±５％存在した。

以上の方法により得られた電池用セパレータの電解液保
持性を調べたところ表１のとおりであった。Ｃれにより
本発明品の優秀さが製団けられる。

表１ 従来品の組成、試験方法は以Ｆの通りである。

（１）　　従来品の組成 繊維径７μ〜１０μの無端連続繊維（ポリプロピレン成
分よりなる）が集積されてなり、重量４０１１／ｒｒ？
　、厚み０．１２ｍノ［他用セパレータ。

（２）　　試験方法 電解液、プロピレンカーボネイトを含浸させた各々の試
験片をガラス板上の濾紙の上に置き、更に試験片の上に
濾紙、２０ｐのアクＩＪル板の順に重ね、１分、３分、
５分後の電解液保持力を測定した。電解液保持力は以ト
の式で（％）で表わした。この数値が大きいほど電解液
の保持力が優れている。

町 Ｗｏ　　・・・最初の電解液含浸量 Ｗよ　・・・所定時間経過後の電解液保持量

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電池用セパレータを顕微鏡で観察
した場合の図、（１）は直径が１０μ〜３０μの構成部
、（２）は直径が２μ〜４μの構成部、第２図は本発明
に係る製造方法に用いるの忙好適な装置の横断面図であ
る。 ／＄？Ｆ許払沖自ベ ロ４Ｉくイ°ノ　−　ンキ筆イ乍才を 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）直径が２μ〜４μの構成部と直径が１０μ〜３０μ
   の構成部を有している無端連続繊維が複数本集積されて
   なる繊維集積体であって、該繊維集積体の単位面積中の
   無端連続繊維の総構成部のうち直径２μ〜４μの構成部
   が３０％〜５０％かつ直径１０μ〜３０μの構成部が２
   ０％〜４０％存在することを特徴とする電池用セパレー
   タ。 （２）　　無端連続繊維がポリプロピレン成分又ハポリ
   しチレン成分よりなる特ＩＶｆ請求の範囲第（１）項記
   載の電池用セパレータ。 （３）繊維形成性熱可塑性合成樹脂の溶融物を直線の列
   をなして配置されたノズルオリフィスから引き出しつつ
   、仁の列の両側面から該オリフィスの流出口より０．３
   １１１〜２．２ｍｇれた所で繊維化された溶融物に高速
   の乱流を作用させて、直径の不均一な無端連続繊維を形
   成させ、この繊維を無作為に集積させ−１次いで所望に
   より加圧することを特徴とする電池用セパレータの製造
   方法。 （４）繊維形成性熱可塑性樹脂としてポリプロピレン又
   はポリエチレンを用いる特許請求の範囲第（３）項記載
   の電池用セパレータの製造方法。 （５）　　ノズルオリフィス内での溶融物の見掛粘度が
   ３００ポイズ〜５００ボイズである特許請求の範囲第（
   ３１項記載の電池用セパレータの製造方法。 ス〜０　、３１１　／ａｍ／オリプイスである特許請求
   の範囲外ｉ− 第（３）項又は第（５）項記載の電池用セパレータの製
   造方法っ （７）高速の乱流として加熱きれた空気流を用いる特許
   請求の範囲第（３）項記載の電池用セパレータの製造方
   法。 （８）加熱された空気流の量が溶融物１ｙに対し４０ｇ
   〜’１００１１である特許請求の範囲第（７）項記載の
   電池用セパレータの製造方法。 （９）加圧が常温でなされる特許請求の範囲第（３）項
   記載の電池用セパソー夕の製造方法。