JP2008235047A - Battery separator and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 電解液の吸液性を高め、電解液を長時間保持して、負極におけるデンドライトの成長を抑制することで内部短絡を防止し、且つセパレータ自身の電気抵抗も低く、さらには電解液吸液後の厚さを抑制し、正極合剤および負極合剤の容量を増やすことを可能とし、さらに低コストでかつ様々な繊維を用いて製造可能なアルカリ電池用セパレータを提供する。
【解決手段】 繊維直径が10〜1000nmである耐アルカリ性ポリマーよりなるナノファイバーと、耐アルカリ性ポリマーで構成された乾式不織布とが積層一体化されているアルカリ電池用セパレータ。
【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an internal short circuit by increasing the liquid absorption of the electrolytic solution, holding the electrolytic solution for a long time, and suppressing the growth of dendrite in the negative electrode, and the electric resistance of the separator itself is low. Provided is a separator for an alkaline battery that can suppress the thickness after liquid absorption, increase the capacity of a positive electrode mixture and a negative electrode mixture, and can be manufactured using various fibers at low cost.
A separator for an alkaline battery in which nanofibers made of an alkali-resistant polymer having a fiber diameter of 10 to 1000 nm and a dry nonwoven fabric made of an alkali-resistant polymer are laminated and integrated.
[Selection figure] None
Description
本発明は、アルカリマンガン電池、水銀電池、酸化銀電池、空気亜鉛電池等のアルカリ一次電池に好適な電池用セパレータ、及び該電池用セパレータを具備してなるアルカリ一次電池に関するものであり、さらに詳細には耐アルカリ性繊維を含む乾式不織布に、特定のナノレベルの超極細繊維を積層させたアルカリ一次電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a battery separator suitable for an alkaline primary battery such as an alkaline manganese battery, a mercury battery, a silver oxide battery, and an air zinc battery, and an alkaline primary battery comprising the battery separator. Relates to a separator for an alkaline primary battery, in which a specific nano-level ultrafine fiber is laminated on a dry nonwoven fabric containing alkali-resistant fibers.
一般にアルカリ一次電池には、正極活物質と負極活物質を隔離するためセパレータが用いられている。このセパレータには、
(1)正極活物質と負極活物質の内部短絡を防止すること、
(2)十分な起電反応を生じさせるために高い電解液吸液性を有し、イオン伝導性が良好で電気抵抗が低いこと、
(3)電池内部に組み込まれた際の占有率が小さく、正極活物質・負極活物質等の量を増やせる(電池使用可能時間を長くできる)こと、
などの様々な性能が要求される。
上記の性能を達成すべく、耐薬品性、親水性、機械的性能等に優れるポリビニルアルコール系繊維を用い、さらに電解液吸液性等を高めるためにセルロース系繊維等を併用した電池用セパレータが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、特許文献1の電池用セパレータを用いた場合、電解液中での水素の発生を抑えるために、負極を構成する亜鉛に添加されているアルミニウムの作用によって針状の酸化亜鉛が析出する、いわゆるデンドライトに起因した短絡が生じ、電圧の異常低下を引き起こし、結果として電池寿命が短くなるという問題がある。
In general, a separator is used in an alkaline primary battery to separate a positive electrode active material and a negative electrode active material. This separator includes
(1) preventing an internal short circuit between the positive electrode active material and the negative electrode active material;
(2) having a high electrolyte solution absorbency in order to cause a sufficient electromotive reaction, having good ionic conductivity and low electrical resistance,
(3) The occupancy when incorporated inside the battery is small, and the amount of positive electrode active material / negative electrode active material can be increased (the battery usable time can be extended),
Various performances are required.
In order to achieve the above performance, there is a battery separator that uses polyvinyl alcohol fibers that are excellent in chemical resistance, hydrophilicity, mechanical performance, etc., and further uses cellulosic fibers etc. in order to enhance electrolyte solution absorbability, etc. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1). However, when the battery separator of Patent Document 1 is used, in order to suppress the generation of hydrogen in the electrolyte, acicular zinc oxide is precipitated by the action of aluminum added to the zinc constituting the negative electrode. There is a problem that a short circuit due to so-called dendrite occurs, causing an abnormal drop in voltage, resulting in a short battery life.
また正極活物質と負極活物質との内部短絡を防止するために、耐アルカリ性繊維として、ポリビニルアルコール系繊維とセルロース系繊維を叩解し、繊維密度の高い緻密層と密度の低い保液層(粗層)を組み合せた二層構造の電池用セパレータが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、特許文献2の電池用セパレータでは、良好な吸液性能と内部短絡防止機能を両立させるのは難しく、デンドライトによる短絡を防止するために緻密層の比率を多くすると吸液量が少なくなり、液切れによる内部短絡が生じて電池寿命が短くなるという問題がある。
In order to prevent an internal short circuit between the positive electrode active material and the negative electrode active material, polyvinyl alcohol fibers and cellulose fibers are beaten as alkali-resistant fibers, and a dense layer having a high fiber density and a liquid retaining layer having a low density (coarse) A battery separator having a two-layer structure combining layers) has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
However, in the battery separator of Patent Document 2, it is difficult to achieve both good liquid absorption performance and internal short circuit prevention function, and if the ratio of the dense layer is increased to prevent short circuit due to dendrite, the liquid absorption amount decreases. There is a problem that an internal short circuit occurs due to running out of liquid and the battery life is shortened.
一方、内部短絡を防止するために耐アルカリ性繊維とセルロース繊維を併用した紙または不織布と、セロファンフィルムを併用したものが採用されている。しかし、該セパレータは吸液性能に劣り、吸液量を確保するには紙基材を多くする必要がある。そのため、電池内部でのセパレータの占有率が増え、正極・負極活物質の量が制限され、さらにセロファンフィルムを使用すること、及び紙基材を多くしたことによって極間距離が長くなり、内部抵抗の上昇を招き、結果的に大容量の放電性能が得られなくなるという問題があった。 On the other hand, in order to prevent an internal short circuit, the paper or nonwoven fabric which used together the alkali-resistant fiber and the cellulose fiber, and the cellophane film were used together. However, the separator is inferior in liquid absorption performance, and it is necessary to increase the paper base material in order to secure the liquid absorption amount. Therefore, the occupancy ratio of the separator inside the battery is increased, the amount of the positive electrode / negative electrode active material is limited, and the distance between the electrodes is increased due to the use of cellophane film and the increase in the paper base material. As a result, there is a problem that large capacity discharge performance cannot be obtained.
また、耐アルカリ性繊維を用いた紙基材に吸液性能を向上させるために、架橋型高吸水高分子を0.5〜10.0g/m2含浸・塗布した電池用セパレータが提案されている(例えば、特許文献3〜5参照。)。しかしながら特許文献3〜5のセパレータもデンドライトの成長を抑制できないため、デンドライトによる短絡を高度に防止することは難しく、内部短絡を生じてしまう問題がある。 Further, in order to improve the liquid absorption performance of a paper base material using an alkali-resistant fiber, a battery separator impregnated with 0.5 to 10.0 g / m 2 of a cross-linked highly water-absorbing polymer has been proposed. (For example, refer to Patent Documents 3 to 5.) However, since the separators of Patent Documents 3 to 5 cannot suppress dendrite growth, it is difficult to highly prevent a short circuit due to dendrite, which causes an internal short circuit.
また、ナノレベルの繊維を用いた電池用セパレータも提案されている(例えば、特許文献6〜7参照。)。しかし、特許文献6、7のようにナノレベルの繊維によりデンドライトに起因した内部短絡防止には効果を発揮するものの、繊維の微細な毛管現象による電解液の保持にのみ依存し繊維自体が液を保持しておらず、また積層させる基材についても電解液の保持に特化したものではない。そのため放電末期になると液枯れが発生しやすく、結果的に使用期間が短くなるという問題があった。 Battery separators using nano-level fibers have also been proposed (see, for example, Patent Documents 6 to 7). However, although the nano-level fibers as shown in Patent Documents 6 and 7 are effective in preventing internal short circuit caused by dendrites, the fibers themselves depend only on the retention of the electrolyte solution due to the fine capillary phenomenon of the fibers. Also, the substrate to be laminated is not specialized for holding the electrolytic solution. For this reason, there is a problem in that liquid drainage easily occurs at the end of discharge, resulting in a shortened use period.
従来の電池用セパレータの多くは湿式不織布であるが、該不織布はその製法上多量の水を使用し、そのため高コストになるばかりか、資源である水の大量消費自体が環境上問題であった。
また、湿式不織布を製造する場合、構成される繊維の水中での分散性が重要であり、繊維自身の繊度、アスペクト比、水への濡れ性、耐水性等、湿式不織布化工程を通過しうるものしか不織布化できないという欠点があった。また、湿式不織布は緻密であることから空隙が少なく、そのためセパレータ全体としてのアルカリ電解液の吸液量(以下、トータル吸液量と称す)が少ないことから、負極利用率の小さな高負荷連続放電での反応性が乏しく、ハイパワーな電池性能を要求される分野においては高性能が期待できないという問題があった。
一方、乾式不織布は水を使用しないため低コストで資源の無駄なく分散性等の繊維への制約条件がなくセパレータ用シートが製造可能で、かつ湿式不織布に比べ構造がバルキーでトータル吸液量も多く確保できるが、繊維間空隙に存在する電解液は構造的に保持されていることから容易に液枯れしやすく、使用時間が短くなるという問題があった。また電池セパレータとして適用するには構造自体の斑が大きく、最大の目的のセパレート性能において、満足できるレベルが得られなかった。
Many of the conventional battery separators are wet nonwoven fabrics. However, the nonwoven fabrics use a large amount of water due to the manufacturing method thereof, so that the cost is high, and the large consumption of water as a resource itself is an environmental problem. .
In addition, when producing a wet nonwoven fabric, the dispersibility of the constituted fibers in water is important, and the fiber itself can pass through a wet nonwoven fabric forming step such as fineness, aspect ratio, wettability to water, water resistance, etc. There was a drawback that only non-woven fabrics could be made. In addition, wet nonwoven fabrics are dense and have few voids, so the amount of alkaline electrolyte absorbed by the separator as a whole (hereinafter referred to as total liquid absorption) is small, so high-load continuous discharge with a low negative electrode utilization rate. There is a problem that high performance cannot be expected in a field that requires high power battery performance.
On the other hand, dry nonwoven fabrics do not use water, can be manufactured at low cost, without waste of resources and without restrictions on fibers such as dispersibility, and can produce separator sheets, and are bulky and have a total liquid absorption compared to wet nonwoven fabrics. Although many can be secured, there is a problem in that the electrolyte present in the interfiber gap is structurally retained, so that the electrolyte is easily drained and the use time is shortened. In addition, the structure itself has a large unevenness to be applied as a battery separator, and a satisfactory level cannot be obtained in the maximum desired separation performance.
本発明の目的は、上記したような問題点を鑑み、電解液の吸液性を高め、電解液を長時間保持して、負極におけるデンドライトの成長を抑制することで内部短絡を防止し、且つセパレータ自身の電気抵抗も低く、さらには電解液吸液後の厚さを抑制し、正極合剤および負極合剤の容量を増やすことを可能とし、さらに低コストでかつ様々な繊維を用いて製造可能なアルカリ電池用セパレータを提供することである。 In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to increase the liquid absorbency of the electrolytic solution, hold the electrolytic solution for a long time, prevent dendrite growth in the negative electrode, thereby preventing an internal short circuit, and The separator itself has a low electrical resistance, further suppresses the thickness after absorbing the electrolyte, and can increase the capacity of the positive electrode mixture and negative electrode mixture, and is manufactured at a lower cost and using various fibers. It is to provide a possible alkaline battery separator.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、耐アルカリ性繊維を用いた乾式不織布に耐アルカリ性ポリマーをナノレベルまで細くした繊維状物を積層させることにより、不織布の細孔を詰めるとともに高吸液性能を長時間保持することが可能である電池用セパレータが得られることを見出した。さらに基材としても耐アルカリ性があり、吸液性が高い繊維で構成することにより、より放電末期の電池性能低下を抑制できることを見出した。そして低コストでかつ様々な繊維を用いた電池用セパレータの製造が可能となった。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have laminated a fibrous material obtained by thinning an alkali-resistant polymer to a nano level on a dry nonwoven fabric using an alkali-resistant fiber. It was found that a battery separator capable of maintaining a high liquid absorption performance for a long time can be obtained. Furthermore, it has been found that the deterioration of battery performance at the end of discharge can be further suppressed by constituting the substrate with fibers having alkali resistance and high liquid absorption. And it became possible to manufacture battery separators using various fibers at low cost.
すなわち本発明は、繊維直径が10〜1000nmである耐アルカリ性ポリマーよりなるナノファイバーと、耐アルカリ性ポリマーで構成された乾式不織布とが積層一体化されており、かつ積層一体化されたシートの35%KOH水溶液含浸時のトータル吸液量が5.0〜12.0g/gであるアルカリ電池用セパレータであり、ナノファイバーが好ましくはビニルアルコール系ポリマー、セルロース系ポリマー、あるいは架橋型高吸水性高分子のいずれかからなる上記のアルカリ電池用セパレータである。 That is, in the present invention, a nanofiber made of an alkali-resistant polymer having a fiber diameter of 10 to 1000 nm and a dry nonwoven fabric made of an alkali-resistant polymer are laminated and integrated, and 35% of the laminated and integrated sheet. A separator for an alkaline battery having a total liquid absorption amount of 5.0 to 12.0 g / g when impregnated with an aqueous KOH solution. Nanofibers are preferably vinyl alcohol polymers, cellulose polymers, or cross-linked superabsorbent polymers. It is said alkaline battery separator which consists of either of these.
そして本発明は、乾式不織布を構成する耐アルカリ性ポリマーの一部がビニルアルコール系ポリマー、セルロース系ポリマー、架橋型高吸水高分子のいずれかである上記のアルカリ電池用セパレータである。 The present invention is the above alkaline battery separator in which a part of the alkali-resistant polymer constituting the dry nonwoven fabric is any one of a vinyl alcohol polymer, a cellulose polymer, and a crosslinked superabsorbent polymer.
さらに本発明は、積層一体化されたシートの通気度が0.1〜10.0cc/cm2/secで、かつ35%KOH水溶液含浸時の繊維分吸液量が1.0〜3.0g/gであり、さらには積層一体化されたナノファイバーの坪量が0.1〜10.0g/m2である上記のアルカリ電池用セパレータである。 Further, according to the present invention, the laminated sheet has an air permeability of 0.1 to 10.0 cc / cm 2 / sec, and a fiber absorption amount when impregnated with 35% KOH aqueous solution is 1.0 to 3.0 g. / B, and further the above-mentioned separator for an alkaline battery in which the basis weight of the laminated and integrated nanofiber is 0.1 to 10.0 g / m 2 .
また本発明は、(A)ポリマーを溶解させることのできる溶媒にポリマーを溶解させた溶解液を調製する工程、(B)前記溶解液を用いて静電紡糸法によりナノファイバーを基材布帛に積層乃至は複合する工程、を備えていることを特徴とする上記のアルカリ電池用セパレータであり、該アルカリ電池用セパレータを使用した電池である。 The present invention also includes (A) a step of preparing a solution in which a polymer is dissolved in a solvent capable of dissolving the polymer, and (B) nanofibers on a base fabric by an electrostatic spinning method using the solution. The alkaline battery separator is characterized by comprising a stacking process or a composite process, and the battery uses the alkaline battery separator.
本発明によれば、電解液の吸液性を高め、電解液を長時間保持し、正極合剤による酸化劣化を受け難く、さらにデンドライトの成長を抑制することで内部短絡を防止し、セパレータ自身の電気抵抗も低く、電解液吸液後の厚さを抑制することで電池内の正・負極合剤の容量も増やすことを可能とした電池用セパレータを低コストでかつ様々な繊維を用いて製造することが可能である。 According to the present invention, the electrolyte absorbability is increased, the electrolyte is retained for a long time, is not easily subject to oxidative degradation due to the positive electrode mixture, and further, the internal short circuit is prevented by suppressing the growth of dendrite, and the separator itself Battery separators that can increase the capacity of the positive and negative electrode mixture in the battery by suppressing the thickness after absorbing the electrolyte solution at low cost and using various fibers It is possible to manufacture.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の電池用セパレータにおいて後述する乾式不織布に積層させる繊維は、内部短絡防止のためには、きめ細かい空隙を有することが重要である。この空隙を実現するための繊維径としては、直径が10〜1000nmのナノファイバーであることが必要であり、好ましくは30〜800nm、さらに好ましくは100〜500nmのナノファイバーである。直径が1000nmより大きな繊維では、繊維間の空隙も大きくなり、内部短絡防止の効果が著しく低下してしまう。繊維径が小さいほど空隙が小さくなるのでより好ましいが、10nm以下であると空隙が小さすぎて内部抵抗が上昇し、逆に電池性能を低下させてしまう。
なお、本発明における繊維径とは、5000倍で撮影した繊維集合体の電子顕微鏡写真から得られる繊維の横断面における直径を意味し、無作為に50本抽出してその繊維径を定規で計測した数値により算出した平均値である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the battery separator of the present invention, it is important that the fibers laminated on the dry nonwoven fabric described later have fine voids in order to prevent internal short circuits. The fiber diameter for realizing this void needs to be a nanofiber having a diameter of 10 to 1000 nm, preferably 30 to 800 nm, and more preferably 100 to 500 nm. In the case of fibers having a diameter larger than 1000 nm, the gaps between the fibers are also increased, and the effect of preventing internal short circuit is significantly reduced. The smaller the fiber diameter, the smaller the void, which is more preferable. However, when the diameter is 10 nm or less, the void is too small and the internal resistance increases, and conversely the battery performance decreases.
In addition, the fiber diameter in this invention means the diameter in the cross section of the fiber obtained from the electron micrograph of the fiber aggregate image | photographed by 5000 times, Randomly extract 50 and measure the fiber diameter with a ruler. It is the average value calculated by the numerical value.
本発明において、積層されるナノファイバーは耐アルカリ性ポリマーにより構成されていることが必要である。本発明で用いられる耐アルカリ性ポリマーは、溶融または揮発性の溶媒に溶解可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えばポリビニルアルコール系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニル−アクリレート共重合体、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリアリレート、ポリエチレンサルファイド、ナイロン12、ナイロン4,6などのナイロン系、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、コラーゲン等を挙げることができ、これらを単独もしくは2種類以上の混合物で用いることができる。さらに前記ポリマーに有機もしくは無機粉体を1種類以上混合して用いることも可能である。 In the present invention, the laminated nanofibers must be composed of an alkali-resistant polymer. The alkali-resistant polymer used in the present invention is not particularly limited as long as it can be dissolved in a molten or volatile solvent. For example, polyvinyl alcohol-based polymer, cellulose-based polymer, polyvinylidene fluoride, and polyvinylidene fluoride. -Hexafluoropropylene copolymer, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl chloride-acrylate copolymer, polyimide, polyethylene, polypropylene, polyethyleneimide, polybenzimidazole, polyarylate, polyethylene sulfide, nylon 12, nylon 4 , 6 and the like, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl acetate, collagen, etc., and these may be used alone or as a mixture of two or more. It can be used. Furthermore, it is also possible to use a mixture of one or more organic or inorganic powders in the polymer.
また、本発明のアルカリ電池用セパレータは35%KOH水溶液含浸時のトータル吸液量が5.0〜12.0g/gであることが必要である。乾式不織布は湿式不織布に比べて構造がバルキーで繊維間空隙が大きいことから多くの電解液を保液でき、負極利用率の小さな高負荷連続放電での反応性が良好となることから、ハイパワーな電池性能が要求される分野においては高性能が期待できるが、このような特性を得るためにはトータル吸液量が5.0〜12.0g/gである必要があり、好ましくは7.0〜11.0g/gである。トータル吸液量が5.0g/g未満であると、高負荷連続放電での反応性が低くなるばかりか、液枯れによる電池寿命の低下を起こしやすい。一方、トータル吸液量が12.0g/gよりも大きいと吸液後の厚みが厚くなり、極材の量が制限されてしまうため、結果として電池性能を低下させてしまう。 Further, the separator for an alkaline battery of the present invention needs to have a total liquid absorption of 5.0 to 12.0 g / g when impregnated with 35% KOH aqueous solution. Compared to wet nonwoven fabrics, dry nonwoven fabrics have a bulky structure and large inter-fiber voids, so that a large amount of electrolyte can be retained, and the reactivity during high-load continuous discharge with a low negative electrode utilization rate is good, resulting in high power. However, in order to obtain such characteristics, the total liquid absorption needs to be 5.0 to 12.0 g / g, preferably 7. 0 to 11.0 g / g. When the total liquid absorption is less than 5.0 g / g, not only the reactivity at high-load continuous discharge is lowered, but also the battery life is liable to decrease due to liquid drainage. On the other hand, if the total liquid absorption amount is larger than 12.0 g / g, the thickness after liquid absorption is increased and the amount of the electrode material is limited, resulting in a decrease in battery performance.
本発明において、ナノファイバーを構成するポリマーはポリビニルアルコール(以下、PVAと称す)系ポリマーであることが好ましい。PVAは耐アルカリ性が良好で、かつ親水性であることからアルカリ電解液との馴染みもよく好適である。PVA系ポリマーは特に限定されないが、実用的な機械的性能の点からは粘度平均重合度1000以上、特に1500以上とするのが好ましく、紡糸性、コストの点からは5000以下とするのが好ましい。また同理由からケン化度50モル%以上であるのが好ましく、65モル%以上であるのがより好ましく、80モル%以上とするのがさらに好ましい。
PVAには他のモノマーが共重合されていてもよく、共重合成分としてはカルボン酸含有ポリマーが吸液性向上に効果があり、たとえばアクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸、フマル酸あるいはこれら不飽和二塩基酸の無水物(例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸など)が挙げられる。またエチレン、酢酸ビニル、ビニルアミン、アクリルアミド、ピバリン酸ビニル、スルホン酸含有ビニル化合物なども使用できる。実用的な機械的性能の点からはビニルアルコールユニットが全構成ユニットの70モル%以上含有するポリマーであることが好ましい。
In the present invention, the polymer constituting the nanofiber is preferably a polyvinyl alcohol (hereinafter referred to as PVA) polymer. PVA has good alkali resistance and is hydrophilic, and is therefore well-suited with an alkaline electrolyte and is suitable. The PVA polymer is not particularly limited, but the viscosity average degree of polymerization is preferably 1000 or more, particularly 1500 or more from the viewpoint of practical mechanical performance, and is preferably 5000 or less from the viewpoint of spinnability and cost. . For the same reason, the saponification degree is preferably 50 mol% or more, more preferably 65 mol% or more, and further preferably 80 mol% or more.
Other monomers may be copolymerized in PVA, and a carboxylic acid-containing polymer is effective as a copolymerization component to improve liquid absorption, such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, crotonic acid. , Fumaric acid or anhydrides of these unsaturated dibasic acids (for example, maleic anhydride, itaconic anhydride, etc.). Also usable are ethylene, vinyl acetate, vinylamine, acrylamide, vinyl pivalate, sulfonic acid-containing vinyl compounds, and the like. From the viewpoint of practical mechanical performance, it is preferable that the vinyl alcohol unit is a polymer containing 70 mol% or more of all the constituent units.
またナノファイバーを構成するポリマーはセルロース系ポリマーであってもよい。セルロースは親水性であることからアルカリ電解液との馴染みもよく、さらにはアルカリ電解液により膨潤することから多くの電解液を保液できるので好適である。セルロース系ポリマーからナノファイバーを得る方法としては、セルロースをN−メチルモルホリン−N−オキシド等の溶媒に溶解してナノファイバーを得る方法や、セルロース誘導体を有機溶剤に溶解してセルロース誘導体ナノファイバーを得る方法、またそれを加水分解することでナノファイバーを得る方法など、いずれの方法でも好適に得ることができる。
本発明において使用するセルロースの重合度は特に限定されないが、100〜2000であることが好ましく、より好ましくは200〜1500、さらに好ましくは300〜1200である。重合度が100未満であると得られるナノファイバー自身の強度が非常に弱い場合がある。また重合度が2000を越えると溶媒への溶解性が不十分となり、紡糸性が不良となる場合がある。なお、本発明でいうセルロースの重合度はJIS P8101−1994に準拠して王研式粘度計を用いて測定される平均重合度である。
The polymer constituting the nanofiber may be a cellulosic polymer. Cellulose is suitable because it is hydrophilic and is well-familiar with the alkaline electrolyte, and further swells with the alkaline electrolyte, so that many electrolytes can be retained. As a method for obtaining nanofibers from a cellulose-based polymer, a method for obtaining nanofibers by dissolving cellulose in a solvent such as N-methylmorpholine-N-oxide, or a cellulose derivative nanofiber by dissolving a cellulose derivative in an organic solvent. Any method such as a method for obtaining a nanofiber by hydrolyzing it can be suitably obtained.
Although the polymerization degree of the cellulose used in this invention is not specifically limited, It is preferable that it is 100-2000, More preferably, it is 200-1500, More preferably, it is 300-1200. When the degree of polymerization is less than 100, the strength of the obtained nanofiber itself may be very weak. On the other hand, when the degree of polymerization exceeds 2000, the solubility in a solvent becomes insufficient, and the spinnability may be poor. In addition, the polymerization degree of the cellulose as used in the field of this invention is an average polymerization degree measured using a Oken type viscometer based on JISP8101-1994.
また、セルロース誘導体としては、セルロースエステルやセルロースエーテルが挙げられる。具体的にはセルロースジアセテートやセルローストリアセテートなどの酢酸セルロース、硝酸セルロース、メチルセルロース、あるいはエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、水不溶性の低置換度のカルボキシメチルセルロース、澱粉等が挙げられる。
このうちセルロースエステルは、アルカリ電解液中でケン化され、電解液中に遊離酸が生じて不純物となるため、電池に組み込むまでにアルカリケン化を施し、セルロースとすればよい。
これらセルロース誘導体の重合度、置換度は特に制限されない。
Examples of the cellulose derivative include cellulose ester and cellulose ether. Specific examples include cellulose acetate such as cellulose diacetate and cellulose triacetate, cellulose nitrate, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, water-insoluble low-substituted carboxymethyl cellulose, starch, and the like.
Among these, the cellulose ester is saponified in an alkaline electrolyte, and free acid is generated in the electrolyte to be an impurity. Therefore, the cellulose ester may be subjected to alkali saponification before being incorporated into a battery to be cellulose.
The polymerization degree and substitution degree of these cellulose derivatives are not particularly limited.
さらにナノファイバーを構成するポリマーは前記したPVA系ポリマー、セルロース系ポリマーの他に架橋型高吸水高分子であってもよい。
該高分子は親水性であることからアルカリ電解液との馴染みもよく、さらにはアルカリ電解液により膨潤することから多くの電解液を保液できるので好適である。
本発明において用いられる架橋型高吸水高分子は分子内または分子末端にカルボキシル基を有するものであり、且つ架橋型の高分子であって、耐アルカリ性に優れるものであればよい。カルボキシル基を有する架橋型高吸水高分子としては、例えばPVA、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸塩、ポリクロトン酸、ポリクロトン酸塩、無水マレイン酸共重合体(イソブチル−無水マレイン酸共重合体、メチルビニルエーテルと無水マレイン酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリアクリル−無水マレイン酸共重合体)等を架橋剤で架橋したものが好適に使用できる。これら架橋型高吸水高分子の分子量は、特に制限するものではないが、平均分子量としては1,000〜1,000,000の範囲のものが好ましく使用され、紡糸性の点から5,000〜800,000のものがより好ましく使用される。
また架橋剤としては、グリセロールポリグリシジルエーテルに代表される水溶性エポキシ樹脂やポリエチレンイミン等が挙げられる。これら架橋剤を上記のカルボキシル基を有する架橋型高吸水高分子に添加して、加熱等により、該架橋型高吸水高分子を架橋させることができる。
Further, the polymer constituting the nanofiber may be a crosslinked superabsorbent polymer in addition to the PVA polymer and the cellulose polymer described above.
Since the polymer is hydrophilic, it can be used well with an alkaline electrolyte, and further, since it swells with an alkaline electrolyte, it can hold a large amount of electrolyte, which is preferable.
The cross-linked superabsorbent polymer used in the present invention is not particularly limited as long as it has a carboxyl group in the molecule or at the molecular end, is a cross-linked polymer and has excellent alkali resistance. Examples of the crosslinked superabsorbent polymer having a carboxyl group include PVA, carboxymethylcellulose, polyacrylic acid, polyacrylate, polymethacrylic acid, polymethacrylate, polycrotonic acid, polycrotonate, and maleic anhydride copolymer. (Isobutyl-maleic anhydride copolymer, methyl vinyl ether and maleic anhydride copolymer, styrene-maleic anhydride copolymer, polyacryl-maleic anhydride copolymer) and the like are preferably crosslinked with a crosslinking agent. Can be used. The molecular weight of these cross-linked superabsorbent polymers is not particularly limited, but the average molecular weight is preferably in the range of 1,000 to 1,000,000. From the viewpoint of spinnability, 5,000 to 800,000 is more preferably used.
Moreover, as a crosslinking agent, the water-soluble epoxy resin represented by glycerol polyglycidyl ether, polyethyleneimine, etc. are mentioned. These crosslinking agents can be added to the above-mentioned crosslinked superabsorbent polymer having a carboxyl group, and the crosslinked superabsorbent polymer can be crosslinked by heating or the like.
次に本発明でナノファイバーと積層させる乾式不織布においても耐アルカリ性ポリマーで構成される必要がある。
乾式不織布を構成する耐アルカリ性に優れるポリマーとしては、ナノファイバーと同様のポリマーが好適に用いられる。
耐アルカリ性に優れるポリマーで構成される繊維としては、PVA系繊維、セルロース系繊維、フッ素系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド系繊維、ポリベンズイミダゾール系繊維、ポリアリレート系繊維、ポリエチレンサルファイド系繊維等が挙げられ、これらから選択された1種又は複数のものを使用することができる。
Next, also in the dry nonwoven fabric laminated | stacked with a nanofiber by this invention, it needs to be comprised with an alkali-resistant polymer.
As the polymer excellent in alkali resistance constituting the dry nonwoven fabric, a polymer similar to the nanofiber is preferably used.
Fibers composed of polymers with excellent alkali resistance include PVA fibers, cellulose fibers, fluorine fibers, polyvinyl chloride fibers, polyamide fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, polyimide fibers, polybenzimidazole fibers. , Polyarylate fibers, polyethylene sulfide fibers and the like, and one or more selected from these can be used.
本発明において、乾式不織布を構成するポリマーがPVAであることが好ましい。PVAは耐アルカリ性が良好で、かつ親水性であることからアルカリ電解液との馴染みもよいので好適である。乾式不織布を構成するPVA系繊維としては、PVAのみから構成されている必要はなく、他のポリマーを含んでいても構わないし、他のポリマーとの複合紡糸繊維、混合紡糸繊維(海島繊維)であっても構わない。電解液吸液性等の点からはPVAを30質量%以上、特に50質量%以上、さらには80質量%以上含むPVA系繊維を用いることが好ましい。該繊維の繊度は、セパレート性、薄型化の点から3.3dtex以下、特に2.2dtex以下であるのが好ましい。繊維長は単繊維繊度、不織布化製法に応じて適宜設定すればよい。 In the present invention, the polymer constituting the dry nonwoven fabric is preferably PVA. PVA is suitable because it has good alkali resistance and is hydrophilic, so that it can be used with an alkaline electrolyte. The PVA fiber constituting the dry nonwoven fabric does not need to be composed only of PVA, and may contain other polymers, and may be a composite spun fiber or a mixed spun fiber (sea island fiber) with another polymer. It does not matter. From the standpoint of electrolyte absorption, it is preferable to use a PVA fiber containing PVA in an amount of 30% by mass or more, particularly 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more. The fineness of the fiber is preferably 3.3 dtex or less, particularly 2.2 dtex or less, from the viewpoint of separation properties and thinning. The fiber length may be appropriately set according to the single fiber fineness and the non-woven fabric production method.
また本発明においては、乾式不織布を構成するポリマーがセルロース系ポリマーであってもよい。セルロースは、親水性であることからアルカリ電解液との馴染みもよく、更にはアルカリ電解液により膨潤することから、多くの電解液を保液できるので好適である。乾式不織布を構成する耐アルカリ性セルロース繊維としては、レーヨン繊維(ポリノジックレーヨン繊維、有機溶剤系セルロース繊維を含む)、アセテート系繊維、マーセル化天然パルプ(木材パルプ、コットンリンターパルプ、麻パルプ等)が挙げられる。しかし、不織布中の耐アルカリ性セルロース繊維の含有量が90質量%を越えると、セパレータのコシ強力が弱くなり、電池の搬送や携帯時に振動・落下による衝撃によってセパレータ自体が座屈し、内部短絡を生じる恐れがあるので、不織布中の耐アルカリ性セルロース繊維の含有量は90質量%未満であることが好ましい。 In the present invention, the polymer constituting the dry nonwoven fabric may be a cellulosic polymer. Cellulose is suitable because it is hydrophilic and is well-familiar with the alkaline electrolyte, and further swells with the alkaline electrolyte, so that many electrolytes can be retained. Examples of the alkali-resistant cellulose fibers constituting the dry nonwoven fabric include rayon fibers (including polynosic rayon fibers and organic solvent-based cellulose fibers), acetate fibers, and mercerized natural pulp (wood pulp, cotton linter pulp, hemp pulp, etc.) It is done. However, if the content of the alkali-resistant cellulose fiber in the nonwoven fabric exceeds 90% by mass, the stiffness of the separator is weakened, and the separator itself buckles due to vibration / dropping impact during battery transportation and carrying, causing an internal short circuit. Since there exists a possibility, it is preferable that content of the alkali-resistant cellulose fiber in a nonwoven fabric is less than 90 mass%.
また本発明においては、乾式不織布を構成するポリマーが、架橋型高吸水高分子であってもよい。該高分子は、親水性であることからアルカリ電解液との馴染みもよく、更にはアルカリ電解液により膨潤することから、多くの電解液を保液できるので好適である。乾式不織布を構成する耐アルカリ性架橋型高吸水繊維としては、PVA系架橋型高吸水繊維、アクリル系架橋型高吸水繊維、ポリエチレングリコール系架橋型高吸水繊維等が挙げられ、どれも好適に使用可能である。
しかし、不織布中の耐アルカリ性架橋型高吸水繊維の含有量が70質量%を越えると、セパレータのコシ強力が弱くなり、電池の搬送や携帯時に振動・落下による衝撃によってセパレータ自体が座屈し、内部短絡を生じる恐れがあるので、不織布中の耐アルカリ性架橋型高吸水繊維の含有量は70質量%未満であることが好ましい。
In the present invention, the polymer constituting the dry nonwoven fabric may be a crosslinked superabsorbent polymer. Since the polymer is hydrophilic, it is well-familiar with the alkaline electrolyte, and further swells with the alkaline electrolyte, so that a large amount of the electrolyte can be retained, which is preferable. Examples of the alkali-resistant crosslinked superabsorbent fibers constituting the dry nonwoven fabric include PVA crosslinked superabsorbent fibers, acrylic crosslinked superabsorbent fibers, polyethylene glycol crosslinked superabsorbent fibers, and any of these can be suitably used. It is.
However, if the content of the alkali-resistant crosslinked superabsorbent fiber in the nonwoven fabric exceeds 70% by mass, the stiffness of the separator becomes weak, and the separator itself buckles due to the impact of vibration / dropping when the battery is transported or carried. Since there is a possibility of causing a short circuit, the content of the alkali-resistant crosslinked superabsorbent fiber in the nonwoven fabric is preferably less than 70% by mass.
次に本発明のナノファイバーの製造について説明する。まず、耐アルカリ性ポリマーを溶解させることのできる溶媒に溶解させた溶解液を調整する。溶媒としては、水、有機溶剤等、問題なく使用可能である。この溶媒に耐アルカリ性ポリマーを溶解し、均一に粒状ゲル物を無くして溶解したものを紡糸原液とする。
次に、上記紡糸原液を用いて、静電紡糸法により耐アルカリ性ポリマーを基材シートに積層乃至は複合する。静電紡糸の方法としては特に制限はなく、紡糸原液を供給できる導電性部材に高電圧を印加することで、接地した対極側にナノファイバーを堆積させる方法をとる。これにより、原液供給部から吐出された紡糸原液が帯電分裂され、ついで電場により液滴の一点からファイバーが連続的に引き出され、分割された繊維が多数拡散する。ポリマーの濃度が10%以下であっても、溶媒は繊維形成と細化の段階で乾燥しやすく、原液供給部より数cm〜数十cm離れた設置された捕集ベルトあるいはシートに堆積する。堆積と共に半乾燥繊維は微膠着し、繊維間の移動を防止し、新たな微細繊維が逐次堆積し、緻密なシートが得られる。
Next, production of the nanofiber of the present invention will be described. First, a solution dissolved in a solvent capable of dissolving the alkali resistant polymer is prepared. As a solvent, water, an organic solvent, etc. can be used without problems. A solution obtained by dissolving an alkali-resistant polymer in this solvent and uniformly removing the granular gel is used as a spinning dope.
Next, an alkali-resistant polymer is laminated or combined on the base sheet by the electrospinning method using the above spinning solution. There is no particular limitation on the method of electrostatic spinning, and a method of depositing nanofibers on the grounded counter electrode side by applying a high voltage to a conductive member capable of supplying a spinning solution is used. As a result, the spinning stock solution discharged from the stock solution supply section is charged and split, and then the fiber is continuously drawn from one point of the droplet by the electric field, and a large number of the divided fibers are diffused. Even when the concentration of the polymer is 10% or less, the solvent is easily dried at the stage of fiber formation and thinning, and is deposited on a collecting belt or sheet installed several cm to several tens cm away from the stock solution supply unit. The semi-dried fibers are finely agglomerated with the deposition to prevent the movement between the fibers, and the new fine fibers are sequentially deposited to obtain a dense sheet.
以下、図1に示す装置により、本発明のナノファイバー複合方法を簡単に説明する。図1において、耐アルカリ性ポリマーを溶解した紡糸原液は、定量ポンプ1より計量送液され、分配整流ブロック2により均一な圧力と液量となるように分配され口金部3に送られる。口金部では中空針状の1ホール毎に突出させた口金4が取付けられ、電気絶縁部5によって電気が口金部3全体に洩れるのを防止している。導電材料で作られた突出した口金4は無端コンベアからなる形成シート引取り装置7の進行方向に直角方向に多数並列に垂直下向きに取付けられ、直流高電圧発生電源の一方の出力端子を該突出した口金4に取付け、各突出口金4は導線により印加を可能にしている。形成シート引取り装置の無端コンベアにはアースをとった導電性部材8が取付けられ、印加された電位が中和できるようになっている。口金部3より突出口金4に圧送された紡糸原液は帯電分裂され、次いで電場により液滴の1点からファイバーが連続的に引き出され分割された繊維が多数拡散し、半乾燥の状態で形成シート引取り装置7に取付けられた導電性部材上に堆積し、該膠着が進行し、シートと引取り装置により移動され、その移動と共に次の突出口金の微細繊維の堆積を受け、次々と堆積を繰り返しながら緻密かつ均一なシート状物が形成される。
なお、このとき製造されるナノファイバーの繊維径は耐アルカリ性ポリマーの原液濃度、口金4と形成シート引取り装置7との間の距離(極間距離)、口金4に印加される電圧等の条件により所定の繊維径に制御することができる。
Hereinafter, the nanofiber composite method of the present invention will be briefly described with reference to the apparatus shown in FIG. In FIG. 1, a spinning stock solution in which an alkali-resistant polymer is dissolved is metered by a metering pump 1, distributed by a distribution rectifying block 2 so as to have a uniform pressure and amount, and sent to a base unit 3. In the base part, a base 4 that is protruded for each hole in the shape of a hollow needle is attached, and electricity is prevented from leaking to the whole base part 3 by an electrical insulating part 5. A plurality of protruding caps 4 made of a conductive material are mounted vertically downward in parallel with a direction perpendicular to the traveling direction of the forming sheet take-up device 7 formed of an endless conveyor, and one output terminal of a DC high voltage generating power source is connected to the protruding base 4. The protruding caps 4 are attached to the caps 4 and can be applied by conducting wires. The endless conveyor of the forming sheet take-up device is provided with a grounded conductive member 8 so that the applied potential can be neutralized. The spinning dope fed from the base part 3 to the projecting base 4 is charged and split, and then the fiber is continuously drawn from one point of the droplet by the electric field, and a large number of the split fibers are diffused and formed into a semi-dry state. It accumulates on the conductive member attached to the take-up device 7, the sticking progresses, is moved by the sheet and the take-up device, and along with the movement, the fine fibers of the next projecting cap are deposited, A dense and uniform sheet-like material is formed while repeating.
The fiber diameter of the nanofiber produced at this time is the conditions such as the concentration of the alkali-resistant polymer stock solution, the distance between the base 4 and the formed sheet take-up device 7 (distance between the electrodes), the voltage applied to the base 4, etc. Can be controlled to a predetermined fiber diameter.
次に本発明の電池用セパレータにおいて、ナノファイバーと積層させる基材に使用する乾式不織布の製造方法について説明する。乾式不織布の製造方法は特に限定されず、スパンボンド法、メルトブローン法、スパンレース法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、エアレイド法、ニードルパンチ法等、いずれも好適に適応できる。また、該不織布に耐アルカリ性ポリマーの融液乃至は溶液を塗工することも可能である。フィルムでは本発明の好適条件の一つである通気度を満足することができないが、該塗工法においても同様で、積層体としての通気度が満足されるものであれば塗工目付は限定されない。 Next, the manufacturing method of the dry nonwoven fabric used for the base material laminated | stacked with a nanofiber in the battery separator of this invention is demonstrated. The production method of the dry nonwoven fabric is not particularly limited, and any of a spunbond method, a melt blown method, a spunlace method, a thermal bond method, a chemical bond method, an airlaid method, a needle punch method, and the like can be suitably applied. It is also possible to apply a melt or solution of an alkali-resistant polymer to the nonwoven fabric. Although the film cannot satisfy the air permeability which is one of the preferred conditions of the present invention, the coating weight is not limited as long as the air permeability as a laminate is satisfied in the coating method. .
次いで得られた不織布に、前記の通りナノファイバーを積層する。積層させる量(坪量)は0.1〜10.0g/m2、好ましくは0.2〜5.0g/m2の範囲で積層するようにする。該ナノファイバーの坪量が0.1g/m2未満であると、針状のデンドライトによる内部短絡の防止が不十分となる。逆にナノファイバーの坪量が10.0g/m2を越えると、セパレータ自体のインピーダンス(抵抗値)が高くなり、電池性能が劣る。また電池性能電解液吸液後のセパレータが厚くなり、電池内部でのセパレータの占有率が多くなるため、正・負極剤の容量が制限されることで、重放電の放電性能が得られなくなる。
また上記セパレータは、必要に応じて熱プレスまたは冷間プレスによって目的とする厚さに調整することも可能である。
Next, nanofibers are laminated on the obtained nonwoven fabric as described above. The amount to be laminated (basis weight) is 0.1 to 10.0 g / m 2 , preferably 0.2 to 5.0 g / m 2 . When the basis weight of the nanofiber is less than 0.1 g / m 2 , prevention of an internal short circuit by the needle-like dendrite becomes insufficient. On the other hand, when the basis weight of the nanofiber exceeds 10.0 g / m 2 , the impedance (resistance value) of the separator itself becomes high and the battery performance is inferior. Moreover, since the separator after battery performance electrolyte absorption becomes thick and the occupancy rate of the separator inside a battery increases, the capacity | capacitance of a positive / negative electrode agent is restrict | limited, and the discharge performance of heavy discharge cannot be obtained.
Moreover, the said separator can also be adjusted to the target thickness by a hot press or a cold press as needed.
本発明のアルカリ電池用セパレータにおいて、デンドライトによる内部短絡がより高度に防止できる空隙範囲の指標としてとして、通気度が0.1〜10.0cc/cm2/secであることが好ましく、より好ましくは、1.0〜5.0cc/cm2/secである。通気度が10.0cc/cm2/sec以上であると、空隙が大きくなりすぎ、酸化亜鉛の針状のデンドライトによる内部短絡を防ぐことができなく、電池性能及び電池寿命の低下を防止することができない。通気度が0.1cc/cm2/sec未満の場合は、イオンの通過性が悪く内部抵抗が向上してしまい、電池性能を満足させることができない。 In the separator for an alkaline battery of the present invention, the air permeability is preferably 0.1 to 10.0 cc / cm 2 / sec, more preferably as an index of the void range in which internal short circuit due to dendrites can be more highly prevented. 1.0 to 5.0 cc / cm 2 / sec. When the air permeability is 10.0 cc / cm 2 / sec or more, the air gap becomes too large to prevent an internal short circuit due to the zinc oxide needle-like dendrite, and to prevent a decrease in battery performance and battery life. I can't. When the air permeability is less than 0.1 cc / cm 2 / sec, the ion permeability is poor and the internal resistance is improved, so that the battery performance cannot be satisfied.
また、本発明のアルカリ電池用セパレータは、繊維自体が高吸液である点も大きな特徴である。電池寿命の向上はシートを構成している繊維自体の吸液性能に左右される。仮にシート自体の保液量が高くても、繊維自体が保持していない場合は、部分的な液枯れが発生しやすく、その部分が内部短絡原因となる。この指標としては繊維分吸液量で判断でき、この数値が1.0〜3.0g/gとなる範囲が好ましく、より好ましくは1.2〜2.0g/gである。1.0g/g以下であると、シートを構成している繊維の吸液量が不足し、液枯れによる電池寿命の低下を起こし易い。一方、3.0g/g以上であると、吸液後の厚みが厚くなり、局材の量が制限されてしまうため、結果として電池性能を低下させてしまう。 In addition, the alkaline battery separator of the present invention is also characterized in that the fibers themselves are highly absorbent. The improvement in battery life depends on the liquid absorption performance of the fibers themselves constituting the sheet. Even if the liquid retention amount of the sheet itself is high, if the fiber itself is not retained, partial liquid erosion is likely to occur, and this portion causes an internal short circuit. This index can be determined by the fiber absorption, and a range in which this value is 1.0 to 3.0 g / g is preferable, and 1.2 to 2.0 g / g is more preferable. When the amount is 1.0 g / g or less, the liquid absorption amount of the fibers constituting the sheet is insufficient, and the battery life is likely to be shortened due to liquid drainage. On the other hand, if it is 3.0 g / g or more, the thickness after liquid absorption is increased and the amount of local material is limited, resulting in a decrease in battery performance.
本発明のアルカリ電池用セパレータにおいて、積層シート全体での繊維分吸液量も影響が大きいが、ナノファイバー層自体の繊維分吸液量も電池性能に大きく影響する。繊維分吸液量としては2.0〜20.0g/gが良好であり、より好ましくは4.0〜15.0g/gである。2.0g/g未満であるとナノファイバー層自体が保持している電解液の液枯れが発生し、内部抵抗向上の原因となってしまう。20.0g/g以上であると、繊維の膨潤が大きすぎ、結果としてシートの空隙を塞いでしまい、内部抵抗が向上し、十分な電池性能が得られなくなってしまう。 In the alkaline battery separator of the present invention, the fiber absorption amount of the entire laminated sheet is greatly affected, but the fiber absorption amount of the nanofiber layer itself also greatly affects the battery performance. The fiber absorption amount is preferably 2.0 to 20.0 g / g, more preferably 4.0 to 15.0 g / g. If it is less than 2.0 g / g, the electrolyte solution held by the nanofiber layer itself is drained, resulting in an increase in internal resistance. When it is 20.0 g / g or more, the swelling of the fibers is too large, and as a result, the voids of the sheet are blocked, the internal resistance is improved, and sufficient battery performance cannot be obtained.
上記したように、電池を高性能化および長寿命化するためには、正・負極剤の容量を増やし、セパレータの占有率を少なくすることが必要である。かかる観点からセパレータの電解液吸液後の厚さは、0.08〜0.300mmが好ましく、さらには0.08〜0.250mmが好ましい。 As described above, in order to improve the performance and extend the life of the battery, it is necessary to increase the capacity of the positive / negative electrode agent and reduce the occupancy rate of the separator. From this point of view, the thickness of the separator after absorbing the electrolyte is preferably 0.08 to 0.300 mm, more preferably 0.08 to 0.250 mm.
また、十分な起電反応を生じさせるために、イオン伝導性が良好でセパレータ自身のインピーダンス(抵抗値)が小さいものが良い。特に、電池寿命の延命化のためには、電池反応末期において電解液が少なくなった状態でもセパレータ自身が電解液を保液し、インピーダンスの小さいものが良い。電池寿命の基準として、電気抵抗値(特に、液切れ状態時)が3.5Ω以下とすることが好ましく、0.5〜3.0Ωがより好ましい。 Further, in order to cause a sufficient electromotive reaction, it is preferable that the ion conductivity is good and the separator itself has a small impedance (resistance value). In particular, in order to prolong the battery life, it is preferable that the separator itself retains the electrolytic solution even when the electrolytic solution is low at the end of the battery reaction and has a low impedance. As a standard for battery life, it is preferable that the electric resistance value (particularly in the state of running out of liquid) be 3.5Ω or less, and more preferably 0.5 to 3.0Ω.
本発明のアルカリ電池用セパレータを用いることで、強負荷放電性能にも耐え得る高性能且つ、長寿命であるアルカリ電池を得ることができる。アルカリ電池内のセパレータ形状としては、特に制限されず、クロストリップ(十字構造有底円筒状セパレータ)、ラウンドストリップ(筒捲円筒状セパレータ)、スパイラル(螺旋捲き構造セパレータ)等が挙げられる。 By using the separator for alkaline batteries of the present invention, a high-performance and long-life alkaline battery that can withstand heavy load discharge performance can be obtained. The shape of the separator in the alkaline battery is not particularly limited, and examples thereof include a cross trip (cylindrical bottomed cylindrical separator), a round strip (cylindrical cylindrical separator), and a spiral (spiral separator).
該アルカリ電池を構成する極剤は、負極活物質として酸化亜鉛、電解液として40質量%の水酸化カリウム水溶液、ゲル化剤、亜鉛粉末から構成されるゲル状物を用いることができる。亜鉛粉末は、水銀、カドミウム、鉛が添加されていないものを使用するのが望ましい。特に該亜鉛粉末中にビスマス、インジウム、カルシウムおよびアルミニウムから選ばれた少なくとも一種を含有した亜鉛合金粉末が好適に使用される。一方、正極には二酸化マンガンと黒鉛を主構成材料とした正極合剤を用いることができる。また、強負荷放電性能に優れるアルカリ電池に使用されているオキシ水酸化ニッケルを含有させた正極合剤を使用することが好ましい。なお、強負荷放電特性とその保存性能の優位性を確保する観点から、二酸化マンガンとオキシ水酸化ニッケルのより好ましい含有比率は、二酸化マンガン:オキシ水酸化ニッケル=80:20〜40:60(質量部)である。 As the electrode material constituting the alkaline battery, zinc oxide can be used as the negative electrode active material, and a gel-like material composed of 40% by mass potassium hydroxide aqueous solution, gelling agent, and zinc powder can be used as the electrolyte. It is desirable to use zinc powder to which mercury, cadmium and lead are not added. In particular, a zinc alloy powder containing at least one selected from bismuth, indium, calcium and aluminum is preferably used in the zinc powder. On the other hand, a positive electrode mixture mainly composed of manganese dioxide and graphite can be used for the positive electrode. Moreover, it is preferable to use the positive electrode mixture containing the nickel oxyhydroxide used for the alkaline battery excellent in a heavy load discharge performance. In addition, from the viewpoint of securing the strong load discharge characteristics and the superiority of the storage performance, a more preferable content ratio of manganese dioxide and nickel oxyhydroxide is manganese dioxide: nickel oxyhydroxide = 80: 20 to 40:60 (mass Part).
本発明のアルカリ電池用セパレータは、円筒型電池の底紙としても用いることができる。電解液を吸液・膨潤させ、不織布の細孔を詰めることで遮蔽性を確保し、高吸液性能を長時間保持することが可能となり、現在使用されている底紙(紙/セロハン/紙)と同等の性能を発揮することができ、本発明のアルカリ電池用セパレータを底紙として問題なく使用することができる。 The separator for alkaline batteries of the present invention can also be used as a bottom paper for cylindrical batteries. By absorbing and swelling the electrolyte and filling the pores of the non-woven fabric, it is possible to ensure shielding and to maintain high liquid absorption performance for a long time, and currently used bottom paper (paper / cellophane / paper) ) And the alkaline battery separator of the present invention can be used as a base paper without any problem.
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何等限定されるものではない。なお以下の実施例において、各物性値は以下の方法により測定したものである。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited at all by these Examples. In the following examples, each physical property value is measured by the following method.
[坪量 g/m2]
JIS P8124「紙のメートル坪量測定方法」に準じて測定した。
[厚さ mm]
得られたセパレータの5ヶ所を標準環境下(20℃×65%RH)に4時間以上放置した後、PEACOCK Dial−Thickness Gauge H Type(φ10mm×180g/cm2)にて測定した。
[Basis weight g / m 2 ]
Measured according to JIS P8124 “Measuring basis weight of paper”.
[Thickness mm]
After 5 places of the obtained separator were allowed to stand in a standard environment (20 ° C. × 65% RH) for 4 hours or longer, measurement was performed with PEACOCK Dial-Thickness Gauge H Type (φ10 mm × 180 g / cm 2 ).
[通気度 cc/cm2/sec]
フラジール通気度試験機(東洋精機製作所製)にて測定した。
[繊維分吸液量、トータル吸液量 g/g]
50mm×50mmの試料を35%KOH水溶液(20℃)に浴比1:100の条件で30分浸漬し、30秒間自然液切りした後、遠心脱水(3,000rpm×10分)後の質量を測定して、下記の式により算出した。
トータル吸液量(g/g)=(W2−W1)/W1
繊維分吸液量(g/g)=(W3−W1)/W1
W1=試料の質量 W2=液切り後の質量 W3=遠心脱水後の質量
※ナノファイバー層の繊維分吸液量については、基材の繊維分吸液量を求め、積層シートの繊維分吸液量から減じることにより算出した。
[Air permeability cc / cm 2 / sec]
It was measured with a Fragil air permeability tester (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho).
[Fiber absorption, total absorption g / g]
A 50 mm × 50 mm sample was immersed in a 35% KOH aqueous solution (20 ° C.) for 30 minutes under a bath ratio of 1: 100, drained for 30 seconds, and then subjected to centrifugal dehydration (3,000 rpm × 10 minutes). Measured and calculated by the following formula.
Total liquid absorption (g / g) = (W2-W1) / W1
Absorbed amount of fiber (g / g) = (W3-W1) / W1
W1 = mass of sample W2 = mass after draining W3 = mass after centrifugal dehydration * For the fiber absorption of the nanofiber layer, the fiber absorption of the base material is obtained and the fiber absorption of the laminated sheet is obtained. Calculated by subtracting from the amount.
[インピーダンス(抵抗値)]
試料を上記トータル吸液量、及び繊維分吸液量測定時と同じ方法で、35%KOH水溶液(20℃)に30分浸漬し、保液十分な状態(30秒液切りした状態)と、同一試料を遠心脱水(3,000rpm×10分)後の液切れ状態とし、20℃×65%RHの測定雰囲気下にてインピーダンス測定器(国洋電気工業社製「KC−547 LCR METER」)で厚さを一定(0.100mm)にして測定した。
[Impedance (resistance value)]
The sample was immersed in a 35% KOH aqueous solution (20 ° C.) for 30 minutes in the same manner as the measurement of the total liquid absorption and fiber absorption, and the liquid was sufficiently retained (30 seconds after draining). The same sample was made into a liquid-run state after centrifugal dehydration (3,000 rpm × 10 minutes), and an impedance measuring instrument (“KC-547 LCR METER” manufactured by Kuniyo Denki Kogyo Co., Ltd.) in a measurement atmosphere of 20 ° C. × 65% RH. The thickness was measured to be constant (0.100 mm).
[電池性能評価]
電池性能評価方法として、単三サイズのアルカリ乾電池を作製し、その組立直後、および高温保存(80℃で3日間保存)後における放電性能を比較した。放電性能は、環境温度20℃において、3.9Ω負荷で1日5分間ずつの間欠放電したときに終止電圧0.9Vに至るまでの放電時間で評価した。セパレータを組込み、正極剤に二酸化マンガンと黒鉛混合物を使用したアルカリ電池について性能を評価したものは、比較例7で得られた電池における組立直後および高温保存後での放電時間をそれぞれ100としたときの相対値で示した。組立直後および高温保存後での放電時間の相対値が100以上であれば長寿命かつ内部短絡せず、耐酸化劣化していないと判断し、100以上105未満であれば○、105以上であれば◎、また100未満では×と判断した。
なお、電池作製法は実施例1にて詳細に記述する。
[Battery performance evaluation]
As a battery performance evaluation method, AA-size alkaline batteries were prepared, and the discharge performance was compared immediately after assembly and after high-temperature storage (storage at 80 ° C. for 3 days). The discharge performance was evaluated based on the discharge time required to reach a final voltage of 0.9 V when intermittent discharge was performed for 5 minutes each day at a load of 3.9Ω at an environmental temperature of 20 ° C. What evaluated the performance about the alkaline battery which incorporated the separator and used the manganese dioxide and graphite mixture for the positive electrode agent, when the discharge time immediately after the assembly and after high temperature storage in the battery obtained in Comparative Example 7 was 100 It was expressed as a relative value. If the relative value of the discharge time immediately after assembly and after storage at high temperature is 100 or more, it is judged that the product has a long life, does not short-circuit internally, and is not oxidized and deteriorated. If it was less than 100, it was judged as x.
The battery manufacturing method will be described in detail in Example 1.
[実施例1]
(1)PVA系繊維(株式会社クラレ製「WN7」;1.7dtex×3mm)70質量%とPVA系高吸水繊維(株式会社クラレ製「QV4L」;2.2dtex×51mm)30質量%を混綿、ウェブとした後、エンボス不織布を作製し、170℃でカレンダー処理を行い、目付29.4g/m2、35%KOH水溶液の繊維分吸液量が1.1g/gである乾式不織布基材を得た。
(2)次にナノファイバー層を形成する。まずPVAポリマー(株式会社クラレ製「KM−118」;重合度1780、ケン化度98モル%、マレイン酸2モル%変性)を10質量%となるように水に投入後、90℃で攪拌溶解し、完全溶解したものを常温まで冷却して紡糸原液を得た。得られた紡糸原液を用い、図1の紡糸装置にて静電紡糸を行った。口金4として内径が0.9mmのニードルを使用した。また、口金4と形成シート引取り装置7との間の距離(極間距離)は8cmとした。さらに、形成シート引取り装置7に前記(1)で得られた湿式不織布基材を巻き付けた。次いでコンベア速度0.1m/分、原液を所定の供給量で口金から押し出し、口金に20kV印加電圧を与えてシリンダー上の不織布上に繊維径が250nmのナノファイバーを坪量で1.0g/m2になるよう積層させた。得られた積層シートの性能を表1に示す。
[Example 1]
(1) 70% by mass of PVA fiber (Kuraray “WN7”; 1.7 dtex × 3 mm) and 30% by mass of PVA superabsorbent fiber (Kuraray “QV4L”; 2.2 dtex × 51 mm) After forming into a web, an embossed nonwoven fabric is prepared, calendered at 170 ° C., and a dry nonwoven fabric base material having a basis weight of 29.4 g / m 2 and a 35% KOH aqueous solution fiber absorption of 1.1 g / g. Got.
(2) Next, a nanofiber layer is formed. First, a PVA polymer (“KM-118” manufactured by Kuraray Co., Ltd .; polymerization degree 1780, saponification degree 98 mol%, maleic acid 2 mol% modified) was added to water so as to be 10% by mass, and stirred and dissolved at 90 ° C. Then, the completely dissolved solution was cooled to room temperature to obtain a spinning dope. Using the obtained spinning dope, electrostatic spinning was performed with the spinning device of FIG. A needle having an inner diameter of 0.9 mm was used as the base 4. Moreover, the distance (distance between poles) between the die 4 and the formed sheet take-up device 7 was 8 cm. Furthermore, the wet nonwoven fabric base material obtained in the above (1) was wound around the forming sheet take-up device 7. Next, the conveyor speed is 0.1 m / min, the stock solution is extruded from the die at a predetermined supply amount, a 20 kV applied voltage is applied to the die, and a nanofiber having a fiber diameter of 250 nm is applied to the nonwoven fabric on the cylinder at a basis weight of 1.0 g / m. Two layers were laminated. Table 1 shows the performance of the obtained laminated sheet.
(3)さらに電池評価のために、二酸化マンガン94.3質量%、黒鉛粉末4.8質量%、および電解液である40質量%のKOH水溶液0.93質量%からなる正極剤をミキサーで均一に混合した。なお、二酸化マンガンは粒径20〜50μm、黒鉛粉末は粒径10〜25μmの範囲のものを分級した。
次いで、上記方法で調製した正極剤を短筒状のペレットに圧縮成型した。
(4)一方、負極合剤としては、ゲル化剤であるポリアクリル酸ナトリウム1質量%、40質量%のKOH水溶液33質量%、亜鉛合金粉末66質量%、さらにケイ素元素濃度が亜鉛粉末に対して50ppmになるようにケイ酸カリウムを添加したゲル状の負極剤を用いた。なお、亜鉛合金粉末として、亜鉛粉末に対しビスマスを200質量%、インジウムを500質量%、およびアルミニウムを30質量%添加したものを用いた。
(5)得られた正極合剤ペレット、ゲル状負極合剤、および得られたセパレータと底紙(株式会社クラレ製「CSBI」)を用いて、セパレータがラウンドストリップ(筒捲円筒状セパレータ)型構造となるように電池を組み立て、放電テストを実施した。結果を表1に示す。
(3) Further, for the battery evaluation, a positive electrode agent composed of 94.3% by mass of manganese dioxide, 4.8% by mass of graphite powder, and 0.93% by mass of 40% by mass of KOH aqueous solution as an electrolyte was uniformly mixed with a mixer. Mixed. Manganese dioxide was classified in a particle size range of 20 to 50 μm, and graphite powder was classified in a range of particle size in the range of 10 to 25 μm.
Next, the positive electrode agent prepared by the above method was compression molded into short cylindrical pellets.
(4) On the other hand, as the negative electrode mixture, 1% by mass of sodium polyacrylate as a gelling agent, 33% by mass of 40% by mass of KOH aqueous solution, 66% by mass of zinc alloy powder, and the silicon element concentration with respect to the zinc powder Thus, a gelled negative electrode agent to which potassium silicate was added so as to be 50 ppm was used. As the zinc alloy powder, a zinc powder having 200% by mass of bismuth, 500% by mass of indium, and 30% by mass of aluminum was used.
(5) Using the obtained positive electrode mixture pellet, gelled negative electrode mixture, and the obtained separator and bottom paper (“CSBI” manufactured by Kuraray Co., Ltd.), the separator is a round strip (cylindrical cylindrical separator) type. The battery was assembled to have a structure and a discharge test was conducted. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
ナノファイバー積層量(坪量)を0.4g/m2に変更すること以外は実施例1と同様の条件によりシートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。
[Example 2]
A sheet was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the nanofiber lamination amount (basis weight) was changed to 0.4 g / m 2 . The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
[実施例3]
ナノファイバー層の形成として、酢酸セルロース(和光純薬製、セルロースジアセテート)を10質量%となるようにジメチルホルムアミド(DMF)中に投入し溶解すること以外は実施例1と同様の条件により静電紡糸を行い、更に1規定NaOHメタノール溶液中で50℃下30分浸漬することで、酢酸セルロースをアルカリ鹸化してセルロースナノファイバーとした。なお、基材は実施例1と同じ乾式不織布を用いた。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。
[Example 3]
The nanofiber layer was formed under the same conditions as in Example 1 except that cellulose acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, cellulose diacetate) was charged into dimethylformamide (DMF) so as to be 10% by mass and dissolved. Electrospinning was carried out, and further, cellulose acetate was saponified by alkali saponification of cellulose acetate by dipping in 1N NaOH methanol solution at 50 ° C. for 30 minutes. In addition, the same dry type nonwoven fabric as Example 1 was used for the base material. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
[実施例4]
ナノファイバー層の形成として、ポリアクリル酸(日本純薬株式会社製「ジュリマーAC−10LHP」;平均分子量250,000)を10質量%となるように水中に投入・溶解し、これに架橋剤としてポリエチレンイミン(株式会社日本触媒製「エポミンSP−200」;分子量10,000)をポリアクリル酸に対して1質量%添加し溶解したものを紡糸原液とすること、また、ナノファイバーを積層後、架橋目的で200℃×1分キュアリングを施すこと以外は実施例1と同様の乾式不織布基材を用いて積層シートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。
[Example 4]
As the formation of the nanofiber layer, polyacrylic acid (“Julimer AC-10LHP” manufactured by Nippon Pure Chemical Co., Ltd .; average molecular weight 250,000) is charged and dissolved in water so as to be 10% by mass, and this is used as a crosslinking agent. Polyethyleneimine (“Epomin SP-200” manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd .; molecular weight 10,000) added to 1% by mass of polyacrylic acid and dissolved is used as a spinning dope, and after laminating nanofibers, A laminated sheet was obtained using the same dry nonwoven fabric substrate as in Example 1 except that curing was performed at 200 ° C. for 1 minute for the purpose of crosslinking. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
[実施例5]
乾式不織布基材として、イソブチルーマレイン酸共重合体(株式会社クラレ製「イソバン−10」;平均分子量160,000)を用い、これに架橋剤としてポリエチレンイミン(株式会社日本触媒製「エポミンSP−200」;分子量10,000)をポリアクリル酸に対して1質量%添加し、さらにケイ酸カリウムがシート単位面積当り5.0×10−3mg/cm2含まれるようにケイ酸カリウム水溶液(東京応化工業株式会社製「オーカシール」)を加えたものを、ポリプロピレン製スパンボンド不織布(出光ユニテック株式会社製「ストラテックPP」)の片面にナイフコータにて塗布し、9.9g/m2の耐アルカリ性アルカリ高吸液ポリマーを付着させた。その後、熱風スルー乾燥機にて乾燥した後、熱風スルー乾燥機にてキュアリングを200℃×1分にて実施した。次にカレンダーにて厚さ調整を行い、坪量が40.4g/m2、35%KOH水溶液の繊維分吸液量が1.4g/gである乾式不織布基材を得た。このようにして得られた乾式不織布基材へのナノファイバーの積層は実施例1と同様の条件にて行い、積層シートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。
[Example 5]
As a dry nonwoven fabric substrate, an isobutyl-maleic acid copolymer (“Isoban-10” manufactured by Kuraray Co., Ltd .; average molecular weight 160,000) was used, and polyethyleneimine (“Epomin SP-” manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) was used as a crosslinking agent. 200 ”; molecular weight 10,000) with respect to polyacrylic acid, and an aqueous potassium silicate solution (so that potassium silicate is contained at 5.0 × 10 −3 mg / cm 2 per sheet unit area). What was added with “Oka Seal” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to one side of a polypropylene spunbonded nonwoven fabric (“Stratec PP” manufactured by Idemitsu Unitech Co., Ltd.) with a knife coater, and the resistance was 9.9 g / m 2 . Alkali alkaline super absorbent polymer was deposited. Then, after drying with a hot air through dryer, curing was performed with a hot air through dryer at 200 ° C. for 1 minute. Next, the thickness was adjusted with a calender to obtain a dry nonwoven fabric substrate with a basis weight of 40.4 g / m 2 and a 35% KOH aqueous solution fiber absorption of 1.4 g / g. Thus, lamination | stacking of the nanofiber on the dry type nonwoven fabric base material obtained was performed on the conditions similar to Example 1, and the lamination sheet was obtained. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
[実施例6]
ポリプロピレン製スパンボンド不織布の代わりにポリプロピレンメッシュ(スイスSEFAR社製「PROPYLTEX PP100−149」)を用いること以外は実施例5と同様の条件により積層シートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。
[Example 6]
A laminated sheet was obtained under the same conditions as in Example 5 except that a polypropylene mesh ("PROPYLEX PP100-149" manufactured by Swiss SEFAR) was used instead of the polypropylene spunbonded nonwoven fabric. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
[実施例7]
乾式不織布基材として、レーヨン繊維〔大和紡績(株)製「コロナ」;1.7dtex×40mm〕80質量%、およびPVA繊維〔(株)クラレ製「WN7」;1.7dtex×38mm〕20質量%をウェブとし、スパンレース不織布を作製し、170℃でカレンダー処理を行い、目付30.4g/m2、35%KOH水溶液の繊維分吸液量1.8g/gである乾式不織布を得た。
上記以外は実施例1と同様条件で積層シートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。
[Example 7]
As a dry nonwoven fabric substrate, rayon fiber [Daiwabo Co., Ltd. “Corona”; 1.7 dtex × 40 mm] 80 mass% and PVA fiber [Kuraray Co., Ltd. “WN7”; 1.7 dtex × 38 mm] 20 mass % Was used as a web, and a spunlace nonwoven fabric was prepared and calendered at 170 ° C. to obtain a dry nonwoven fabric having a basis weight of 30.4 g / m 2 and a 35% KOH aqueous fiber absorption of 1.8 g / g. .
A laminated sheet was obtained under the same conditions as in Example 1 except for the above. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1.
[比較例1]
実施例1において、乾式不織布基材の構成をPVA繊維(株式会社クラレ製「WN7」)100質量%とする以外は実施例1と同様の条件により積層シートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。積層シートの繊維分吸液量が少ないため、電池は放電末期の状態であった。また液枯れ後の抵抗値でも高抵抗化が見られ、実際の電池評価でも電池寿命が短かった。
[Comparative Example 1]
In Example 1, a laminated sheet was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the dry nonwoven fabric base material was 100% by mass of PVA fiber (“WN7” manufactured by Kuraray Co., Ltd.). The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1. The battery was in an end-of-discharge state because the fiber absorption of the laminated sheet was small. In addition, the resistance value after draining was also increased, and the battery life was short in actual battery evaluation.
[比較例2]
実施例1において、ナノファイバーの紡糸原液濃度を14質量%とする以外は実施例1と同様の条件によりシートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。得られた積層シートは、繊維分の吸液量は満足するものの、繊維が太く、内部短絡防止の傾向の指標である、通気度も大きく、実際の電池性能評価でも良好な結果は得られなかった。
[Comparative Example 2]
In Example 1, a sheet was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the spinning concentration of nanofibers was 14% by mass. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1. Although the obtained laminated sheet satisfies the liquid absorption amount of the fiber, the fiber is thick, which is an index of the tendency to prevent internal short circuit, the air permeability is large, and good results are not obtained even in actual battery performance evaluation It was.
[比較例3]
実施例5において、乾式不織布基材をポリプロピレン製スパンボンド不織布のみとする以外は同様の条件により積層シートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。積層シートの繊維分吸液量が少ないため、電池は放電末期の状態であった。また液枯れ後の抵抗値でも高抵抗化が見られ、実際の電池評価でも電池寿命が短かった。
[Comparative Example 3]
In Example 5, a laminated sheet was obtained under the same conditions except that the dry nonwoven fabric base material was only a polypropylene spunbond nonwoven fabric. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1. The battery was in an end-of-discharge state because the fiber absorption of the laminated sheet was small. In addition, the resistance value after draining was also increased, and the battery life was short in actual battery evaluation.
[比較例4]
実施例1において、基材を乾式不織布の代わりにPVAフィルム(株式会社クラレ製「クラリアS」)を用いること以外は実施例1と同様の条件により積層シートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。積層シートの繊維分吸液量が少ないため、電池放電は末期の状態であった。また液枯れ後の抵抗値でも高抵抗化が見られた。
[Comparative Example 4]
In Example 1, a laminated sheet was obtained under the same conditions as in Example 1 except that a PVA film (“Kuraray S” manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was used instead of the dry nonwoven fabric. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1. Since the fiber absorption of the laminated sheet was small, the battery discharge was in the final state. High resistance was also observed in the resistance value after withering.
[比較例5]
実施例1において、ナノファイバーの紡糸原液として、ポリエステル樹脂(株式会社クラレ製「クラペットKS760K」)を10質量%となるようにHFIP中30℃で攪拌溶解し、完全溶解したものを常温まで冷却して紡糸原液を得る以外は実施例1と同様の条件によりシートを得た。得られた積層シートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。表1の結果では特に問題ないが、電池性能評価においては寿命の短いものであった。これはポリエステルナノファイバーがアルカリ電解液中で加水分解されたため、セパレータの空隙が大きくなり、酸化亜鉛の針状のデンドライトによる内部短絡を防ぐことができなくなったためと推定される。
[Comparative Example 5]
In Example 1, as a nanofiber spinning dope, polyester resin (“Kurapet KS760K” manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was stirred and dissolved in HFIP at 30 ° C. so as to be 10% by mass, and the completely dissolved solution was cooled to room temperature. Thus, a sheet was obtained under the same conditions as in Example 1 except that a spinning dope was obtained. The performance of the obtained laminated sheet and the results of battery performance evaluation are shown in Table 1. Although there was no problem in particular in the results of Table 1, in the battery performance evaluation, the life was short. This is presumably because the polyester nanofibers were hydrolyzed in the alkaline electrolyte, so that the gaps in the separator became large and internal short circuit due to zinc oxide needle-shaped dendrites could not be prevented.
[比較例6]
実施例1において、ナノファイバーをコーティングしない以外は実施例1と同様の条件によりシートを得た。得られたシートの性能及び電池性能評価結果を表1に示す。得られたシートは、繊維分の吸液量は満足するものの、内部短絡防止の傾向の指標である通気度が大きく、実際の電池性能評価でも良好な結果は得られなかった。
[Comparative Example 6]
In Example 1, a sheet was obtained under the same conditions as in Example 1 except that the nanofiber was not coated. Table 1 shows the performance of the obtained sheet and the results of battery performance evaluation. Although the obtained sheet satisfied the liquid absorption of the fiber, the air permeability, which is an index of the tendency to prevent internal short circuit, was large, and good results were not obtained even in actual battery performance evaluation.
[比較例7]
主体繊維としてPVA繊維(株式会社クラレ製「VPB103×3」;1.1dtex×3mm)35質量%、有機溶剤系レーヨン繊維 (レンチング社製「テンセル」;1.7dtex×2mmを高速離解機にてCSF=300mlにまで叩解したもの)50質量%、PVA系バインダー繊維(株式会社クラレ製「VPB105−1」;1.1dtex×3mm)15質量%とを混合し、これを短網―円網抄紙機にて2層抄き合せ抄紙を行い、ヤンキー型乾燥機にて乾燥し、坪量36.8g/m2、厚さ0.13mmの湿式不織布基材を得た。
この湿式不織布基材にナノファイバーを積層させず評価したところ、吸液量は確保できるものの内部短絡を防止させるほどの通気度にはならなかった。その性能及び電池性能評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 7]
PVA fiber (“VPB103 × 3” manufactured by Kuraray Co., Ltd .; 1.1 dtex × 3 mm) 35% by mass as the main fiber, organic solvent rayon fiber (“Tencel” manufactured by Lenzing Co., Ltd.); 1.7 dtex × 2 mm using a high-speed disintegrator 50% by mass of CSF = 300 ml) and 15% by mass of PVA-based binder fiber (“VPB105-1” manufactured by Kuraray Co., Ltd .; 1.1 dtex × 3 mm) are mixed, and this is a short net-circle net paper. Two-layer paper making was performed with a machine and dried with a Yankee type dryer to obtain a wet nonwoven fabric substrate having a basis weight of 36.8 g / m 2 and a thickness of 0.13 mm.
Evaluation was made without laminating nanofibers on this wet nonwoven fabric substrate, but the liquid absorption amount was secured, but the air permeability was not high enough to prevent internal short circuit. The performance and battery performance evaluation results are shown in Table 1.
本発明によれば、電解液の吸液性を高め、電解液を長時間保持し、正極合剤による酸化劣化を受け難く、さらにデンドライトの成長を抑制することで内部短絡を防止し、セパレータ自身の電気抵抗も低く、電解液吸液後の厚さを抑制することで電池内の正・負極合剤の容量も増やすことを可能とした電池用セパレータを得ることが可能である。 According to the present invention, the electrolyte absorbability is increased, the electrolyte is retained for a long time, is not easily subject to oxidative degradation due to the positive electrode mixture, and further, the internal short circuit is prevented by suppressing the growth of dendrite, and the separator itself Therefore, it is possible to obtain a battery separator that can increase the capacity of the positive and negative electrode mixture in the battery by suppressing the thickness after absorbing the electrolyte.
1 ギャーポンプ
2 分配整流ブロック
3 口金部
4 口金
5 電気絶縁部
6 直流高電圧発生電源
7 形成シート引取装置
8 導電性部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gear pump 2 Distribution rectification block 3 Base part 4 Base 5 Electrical insulation part 6 DC high voltage generation power supply 7 Form sheet take-up device 8 Conductive member
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