JP5860603B2

JP5860603B2 - セパレーター製造装置

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Publication number: JP5860603B2
Application number: JP2011061736A
Authority: JP
Inventors: 翼水金; ビョンソク金; 圭渡邊; 直貴木村; 圭梧金; 在煥李
Original assignee: Shinshu University NUC
Current assignee: Shinshu University NUC
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: KR20120109289A; JP2012199034A

Description

本発明は、セパレーター製造装置に関する。

従来、セルロース繊維を叩解した紙を用いたセパレーターが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載されたセパレーターは、セルロース繊維を叩解した紙を原料としているため、従来使用されているポリオレフィン系のセパレーターと比較して高い耐熱性を有するのに加えて高い機械的強度を有する。従って、特許文献１に記載されたセパレーターにおいては、セパレーターを薄くしてイオン伝導性を高くしたとしても、高い機械的強度を維持できると考えられる。

特開平１０−２２３１９６号公報

しかしながら、本発明の発明者らの研究によれば、特許文献１に記載されたセパレーターにおいては、セパレーターを薄くしてイオン伝導性を高くした場合には、高い機械的強度は維持できるものの絶縁性及びデンドライト耐性が低下するという問題があることが分かった。

そこで、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有するセパレーターを提供することを目的とする。また、そのようなセパレーターを製造可能なセパレーターの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

［１］本発明のセパレーターは、少なくとも１つのセルロース繊維層と、少なくとも１つのナノ繊維層とを備えることを特徴とする。

このため、本発明のセパレーターによれば、繊維が細く空隙が微細かつ均一であるという特徴を有するナノ繊維層を備えるため、高い絶縁性及び高いデンドライト耐性を有する。また、ナノ繊維層は空隙率が大きいという特徴も有するため、高い電解液保持特性を有し高いイオン伝導性を有する。

また、本発明のセパレーターによれば、セルロース繊維層を備えるため、高い機械的強度を有する。

その結果、本発明のセパレーターは、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有するセパレーターとなる。

［２］本発明のセパレーターにおいては、前記セルロース繊維層は、厚さが１μｍ〜４０μｍであり、かつ、平均繊維径０．１μｍ〜１０μｍのセルロース繊維からなることが好ましい。

本発明のセパレーターによれば、セルロース繊維層の厚さが４０μｍ以下であるため、薄いセパレーターを製造することが可能となり、電気容量が大きい二次電池やキャパシターを製造することが可能となる。また、セルロース繊維層の厚さが１μｍ以上であるため、機械的強度が低下することもない。

また、本発明のセパレーターによれば、セルロース繊維層が、平均繊維径０．１μｍ以上のセルロース繊維からなるため、セルロース繊維そのものの強度を保ちやすくなり、それほど厚くすることなく十分な機械的強度を有するセルロース繊維層を構成することができる。一方、セルロース繊維層が、平均繊維径１０μｍ以下のセルロース繊維からなるため、薄いセパレーターを製造することが可能となり、電気容量が大きい非水系電池を製造することが可能となる。

［３］本発明のセパレーターにおいては、前記セルロース繊維層は、平均繊維長２．０ｍｍ以上のセルロース繊維からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、セルロース繊維同士が絡まる箇所が多くなるため、それほど厚くすることなく十分な機械的強度を有するセパレーターを構成することが可能となる。

［４］本発明のセパレーターにおいては、前記ナノ繊維層は、空孔率が２０％〜８０％の範囲内にあり、かつ、平均空孔サイズが０．０２μｍ〜２μｍの範囲内にあることが好ましい。

このような構成とすることにより、ナノ繊維層の空孔率が２０％〜８０％の範囲内にあるため、高い電解液保持特性を有し、高いイオン伝導性を得ることが可能となる。また、平均空孔サイズが０．０２μｍ〜２μｍの範囲内にあり、デンドライトがセパレーターに侵入し難い空孔サイズであるため、高いデンドライト耐性を有する。

［５］本発明のセパレーターにおいては、前記セパレーターは、前記セルロース繊維層の両面に前記ナノ繊維層が配設された構造を有することが好ましい。

このような構成とすることにより、セルロース繊維層の両面でデンドライトの成長を阻止することが可能となり、より一層高いデンドライト耐性を有するセパレーターを構成することが可能となる。

［６］本発明のセパレーターにおいては、前記セパレーターは、前記ナノ繊維層の両面に前記セルロース繊維層が配設された構造を有することが好ましい。

このような構成とすることにより、より一層高い強い機械的強度を有するセパレーターを構成することが可能となる。

［７］本発明のセパレーターの製造方法は、本発明のセパレーターを製造するためのセパレーターの製造方法であって、前記セルロース繊維層からなる長尺シートを準備する工程と、搬送されていく前記長尺シートにおける一方の面に前記ナノ繊維層を形成する工程とを含むことを特徴とする。

このため、本発明のセパレーターの製造方法によれば、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、本発明のセパレーターの製造方法によれば、ナノ繊維層が形成されたセルロース繊維層をそのまま製品とすることができる。このため、長尺シートからセパレーターの製品を取り外す工程を省くことができ、より一層生産性を高くすることが可能となる。

［８］本発明のセパレーターの製造方法においては、搬送されていく前記長尺シートにおける他方の面に前記ナノ繊維層を形成する工程をさらに含むことが好ましい。

このような方法とすることにより、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーターを製造することが可能となる。

［９］本発明のセパレーターの製造方法は、本発明のセパレーターを製造するためのセパレーターの製造方法であって、搬送されていく長尺シートにおける一方の面に、前記ナノ繊維層と、前記セルロース繊維層を順次形成することによりセパレーターを製造することが好ましい。

このため、本発明のセパレーターの製造方法によっても、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、ナノ繊維層及びセルロース繊維層を形成する順序を適宜調整することにより、セルロース繊維層の一方の面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター及びナノ繊維層の両面にセルロース繊維層が配設された構造のセパレーターのいずれのセパレーターも製造することが可能となる。

［１０］本発明のセパレーター製造装置は、本発明のセパレーターを製造するためのセパレーター製造装置であって、前記セルロース繊維層からなる長尺シートを搬送する搬送装置と、前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートにナノ繊維層を形成する電界紡糸装置とを備えることを特徴とする。

このため、本発明のセパレーター製造装置によれば、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、本発明のセパレーター製造装置によれば、ナノ繊維層が形成されたセルロース繊維層をそのまま製品とすることができる。このため、長尺シートからセパレーターの製品を取り外す工程を省くことができ、より一層生産性を高くすることが可能となる。

［１１］本発明のセパレーター製造装置は、本発明のセパレーターを製造するためのセパレーター製造装置であって、長尺シートを搬送する搬送装置と、前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートにナノ繊維層を形成する電界紡糸装置と、前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートにセルロース繊維層を形成するセルロース繊維層製造装置とを備えることを特徴とする。

このため、本発明のセパレーター製造装置によっても、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、電界紡糸装置及びセルロース繊維層製造装置を配置する順序を適宜調整することにより、セルロース繊維層の一方の面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター及びナノ繊維層の両面にセルロース繊維層が配設された構造のセパレーターのいずれのセパレーターも製造することが可能となる。

［１２］本発明のセパレーター製造装置においては、前記セルロース繊維層製造装置は、メルトブロー紡糸装置であることが好ましい。

このような構成とすることにより、セルロース繊維層の厚さ、セルロース繊維の繊維長、セルロース繊維層の空孔率や空孔サイズを調整することが可能となり、所望の特性を有するセルロース繊維層を形成することが可能となる。平均繊維径の比較的大きなセルロース繊維からなるセルロース繊維層を形成する場合に適している。

［１３］本発明のセパレーター製造装置においては、前記セルロース繊維層製造装置は、電界紡糸装置であることが好ましい。

このような構成とすることによっても、セルロース繊維層の厚さ、セルロース繊維の繊維長、セルロース繊維層の空孔率や空孔サイズを調整することが可能となり、所望の特性を有するセルロース繊維層を形成することが可能となる。平均繊維径の比較的小さなセルロース繊維からなるセルロース繊維層を形成する場合に適している。

実施形態１に係るセパレーター１００の断面図である。実施形態１に係るセパレーター製造装置１の断面図である。実施形態１に係るセパレーターの製造方法によりセパレーター１００が製造されていく様子を示す図である。実施形態２に係るセパレーター製造装置２の断面図である。実施形態３に係るセパレーター１０２の断面図である。実施形態３に係るセパレーター製造装置３の断面図である。実施形態３に係るセパレーターの製造方法によりセパレーター１０２が製造されていく様子を示す図である。実施形態４に係るセパレーター製造装置４の断面図である。実施形態５に係るセパレーター製造装置５の断面図である。

以下、本発明のセパレーター、セパレーター製造装置及びセパレーター製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
１．実施形態１に係るセパレーターの構成
まず、実施形態１に係るセパレーター１００の構成を説明する。
図１は、実施形態１に係るセパレーター１００の断面図である。

実施形態１に係るセパレーター１００は、図１に示すように、１つのセルロース繊維層１１０と、２つのナノ繊維層１２０，１３０とを備え、セルロース繊維層１１０の両面にナノ繊維層１２０，１３０が配設された構造を有する。

セルロース繊維層１１０は、厚さが１μｍ〜４０μｍであり、かつ、平均繊維径０．１μｍ〜１０μｍのセルロース繊維からなる。

ナノ繊維層１２０，１３０は、空孔率が２０％〜８０％の範囲内にあり、かつ、平均空孔サイズが０．０２μｍ〜２μｍの範囲内にある。

セパレーター１００は、後述する実施形態１に係るセパレーター製造装置１を用いて、実施形態１に係るセパレーターの製造方法により得られたものである。

２．実施形態１に係るセパレーター製造装置１の構成
図２は、実施形態に係るセパレーター製造装置１の断面図である。なお、図２においては、ポリマー溶液供給部の図示を省略している。これは、後述する以下の図についても同様である。図３は、実施形態１に係るセパレーターの製造方法によりセパレーター１００が製造されていく様子を示す図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は各工程図である。

実施形態１に係るセパレーター製造装置１は、図２に示すように、長尺のセルロース繊維層１１０からなる長尺シートを搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により搬送されていくセルロース繊維層１１０の一方の面にナノ繊維層１２０（図３（ｂ）参照。）を形成する電界紡糸装置２０ａと、他方の面にナノ繊維層１３０（図３（ｃ）参照。）を形成する電界紡糸装置２０ｂとを備える。電界紡糸装置２０ａ及び電界紡糸装置２０ｂはともに、上向き式のノズルを有する上向き式電界紡糸装置である。

搬送装置１０は、電界紡糸装置２０ａから電界紡糸装置２０ｂへ向けて基材層となるセルロース繊維層１１０を搬送するように構成されている。搬送装置１０は、電界紡糸装置２０ａがナノ繊維層１２０を形成するとき（後述する図３（ｂ）参照。）にはセルロース繊維層１１０を第１の方向（図２におけるＡ１の方向）に搬送し、電界紡糸装置２０ａの高さ位置から電界紡糸装置２０ｂの高さ位置までセルロース繊維層１１０を第１の方向と略垂直な第２の方向（Ａ２の方向）に搬送し、電界紡糸装置２０ｂがナノ繊維層１３０を形成するとき（後述する図３（ｃ）参照。）にはセルロース繊維層１１０を第１の方向と反対となる第３の方向（Ａ３の方向）に搬送する。

搬送装置１０は、セルロース繊維層１１０を繰り出す繰り出しローラー１１と、セルロース繊維層１１０を巻き取る巻き取りローラー１２と、セルロース繊維層１１０の張りを調整するテンションローラー１３，１８と、セルロース繊維層１１０を搬送する複数の駆動ローラー１４と、電界紡糸装置２０ａからのセルロース繊維層１１０の搬送方向を上方に向ける第１反転ローラー１６ａと、第１反転ローラー１６ａからのセルロース繊維層１１０の搬送方向を電界紡糸装置２０ｂの方に向ける第２反転ローラー１６ｂとを備える。

このうち、繰り出しローラー１１、巻き取りローラー１２、テンションローラー１３，１８及び複数の駆動ローラー１４は、セルロース繊維層１１０を搬送する搬送機構（符号を図示せず。）を構成する。複数の駆動ローラー１４は、セルロース繊維層１１０を搬送する駆動装置である。

第１反転ローラー１６ａ及び第２反転ローラー１６ｂは、セルロース繊維層１１０が搬送されていく途中でセルロース繊維層１１０の一方面の向きと他方面の向きとが反対になるようにセルロース繊維層１１０を反転させるセルロース繊維層反転機構１５を構成する。セルロース繊維層反転機構１５は、電界紡糸装置２０ｂの高さ位置に合わせて、電界紡糸装置２０ａからのセルロース繊維層１１０を反転させる。

電界紡糸装置２０ａ,２０ｂは、筐体２１に絶縁部材２５を介して取り付けられ、セルロース繊維１１０における他方の面側に位置するコレクター２４と、セルロース繊維層１１０における一方の面側におけるコレクター２４に対向する位置に位置し、図示しないポリマー溶液供給部から供給されるポリマー溶液をセルロース繊維層１１０に向けて吐出する複数のノズル２３を有するノズルユニット２２と、コレクター２４とノズルユニット２２との間に高電圧（例えば１０ｋＶ〜８０ｋＶ）を印加する電源装置２９と、セルロース繊維層１１０が搬送されるのを補助する補助ベルト装置２６とを備える。

電界紡糸装置２０ａ,２０ｂにおけるノズルユニット２２は、複数のノズルとして、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズル２３を有する。そして、電界紡糸装置２０ａは、複数の上向きノズル２３の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するように構成されている。
複数の上向きノズル２３は、例えば、１．５ｃｍ〜６．０ｃｍのピッチで配列されている。複数の上向きノズル２３の数は、例えば、３６個（縦横同数に配列した場合、６個×６個）〜２１９０４個（縦横同数に配列した場合、１４８個×１４８個）である。
また、本発明のセパレーター製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルユニットを用いることができるが、ノズルユニット２２は、例えば、上面から見たときに一辺が０．５ｍ〜３ｍの長方形（正方形を含む）に見える大きさ及び形状を有する。

コレクター２４は、導電性を有する筐体２１に絶縁部材を介して取り付けられている。電源装置２９の正極は、コレクター２４に接続され、電源装置２９の負極は、筐体２１及びノズルユニット２２に接続されている。

補助ベルト装置２６は、セルロース繊維層１１０の搬送速度に同期して回転する補助ベルト２７と、補助ベルト２７の回転を助ける５つの補助ベルト用ローラー２８とを有する。５つの補助ベルト用ローラー２８のうち１つ又は２つ以上の補助ベルト用ローラーが駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター２４とセルロース繊維層１１０との間に補助ベルト２７が配設されているため、セルロース繊維層１１０は、正の高電圧が印加されているコレクター２４に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。

３．実施形態１に係るセパレーターの製造方法
以下、上記のように構成された実施形態１に係るセパレーター製造装置１を用いてセパレーター１００を製造する方法（実施形態１に係るセパレーターの製造方法）について説明する。

（ａ）紡糸準備
２台の電界紡糸装置２０ａ，２０ｂのそれぞれにおいてポリマー溶液を準備し、当該ポリマー溶液をノズルユニット２２へ供給する。また、長尺のセルロース繊維層１１０（図３（ａ）参照。）を搬送装置１０にセットし、その後、セルロース繊維層１１０を繰り出しローラー１１から巻き取りローラー１２に向けて所定の搬送速度で搬送する。

（ｂ）電界紡糸（１）
次に、電界紡糸装置２０ａにより、搬送されていくセルロース繊維層１１０の一方の面にナノ繊維層１２０を形成する（図３（ｂ）参照。）。

（ｃ）長尺シート反転
次に、長尺シート反転機構１５（反転ローラー１６ａ，１６ｂ）により、セルロース繊維層１１０の一方の面が下側になるようにセルロース繊維層１１０の一方面の向きと他方の面の向きとを反転させる。

ｄ）電界紡糸（２）
次に、電界紡糸装置２０ｂにより、搬送されていくセルロース繊維層１１０の他方の面にナノ繊維層１３０を形成する（図３（ｃ）参照。）。これにより、セルロース繊維層１１０の両面にナノ繊維層１２０，１３０が配設された構造のセパレーター１００が完成する。

以下に、実施形態１に係るセパレーターの製造方法における紡糸条件を例示的に示す。

ナノ繊維の原料となるポリマーとしては、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）、シルク、セルロース、キトサンなどを用いることができる。

ポリマー溶液に用いる溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、クロロホルム、アセトン、水、蟻酸、酢酸、シクロヘキサン、ＴＨＦなどを用いることができる。複数種類の溶媒を混合して用いてもよい。ポリマー溶液には、導電性向上剤などの添加剤を含有させてもよい。

セルロース繊維の原料となる植物繊維としては、例えば、針葉樹、マニラ麻、ミツマタ、コウゾなどを用いることができる。複数種類の繊維を混合して用いてもよい。

搬送速度は、例えば０．２ｍ／分〜１００ｍ／分に設定することができる。コレクター２４とノズルユニット２２との間に印加する電圧は、１０ｋＶ〜８０ｋＶに設定することができ、５０ｋＶ付近に設定することが好ましい。

紡糸区域の温度は、例えば１０℃〜４０℃に設定することができる。紡糸区域の湿度は、例えば２０％〜６０％に設定することができる。

４．実施形態１に係るセパレーター１００の効果
実施形態１に係るセパレーター１００によれば、繊維が細く空隙が微細かつ均一であるという特徴を有するナノ繊維層１２０，１３０を備えるため、高い絶縁性及び高いデンドライト耐性を有する。また、ナノ繊維層は空隙率が大きいという特徴も有するため、高い電解液保持特性を有し高いイオン伝導性を有する。

また、実施形態１に係るセパレーター１００によれば、セルロース繊維層１１０を備えるため、高い機械的強度を有する。

その結果、実施形態１に係るセパレーター１００は、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有するセパレーターとなる。

また、実施形態１に係るセパレーター１００によれば、セルロース繊維層１１０の厚さが４０μｍ以下であるため、薄いセパレーターを製造することが可能となり、電気容量が大きい非水系電池を製造することが可能となる。また、セルロース繊維層１１０の厚さが１μｍ以上であるため、機械的強度が低下することもない。

また、実施形態１に係るセパレーター１００によれば、セルロース繊維層１１０が、平均繊維径０．１μｍ以上のセルロース繊維からなるため、セルロース繊維そのものの強度を保ちやすくなり、それほど厚くすることなく十分な機械的強度を有するセルロース繊維層を構成することができる。一方、セルロース繊維層１１０が、平均繊維径１０μｍ以下のセルロース繊維からなるため、薄いセパレーターを製造することが可能となり、電気容量が大きい非水系電池を製造することが可能となる。

また、実施形態１に係るセパレーター１００によれば、セルロース繊維同士が絡まる箇所が多くなるため、それほど厚くすることなく十分な機械的強度を有するセパレーターを構成することが可能となる。

また、実施形態１に係るセパレーター１００によれば、ナノ繊維層１２０，１３０の空孔率が２０％〜８０％の範囲内にあるため、高い電解液保持特性を有し、高いイオン伝導性を得ることが可能となる。また、平均空孔サイズが０．０２μｍ〜２μｍの範囲内にあり、デンドライトがセパレーターに侵入し難い空孔サイズであるため、高いデンドライト耐性を有する。

また、実施形態１に係るセパレーター１００によれば、セルロース繊維層１１０の両面でデンドライトの成長を阻止することが可能となり、より一層高いデンドライト耐性を有するセパレーターを構成することが可能となる。

５．実施形態１に係るセパレーターの製造方法の効果
実施形態１に係るセパレーターの製造方法によれば、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、実施形態１に係るセパレーターの製造方法によれば、ナノ繊維層１２０，１３０が形成されたセルロース繊維層１１０をそのまま製品とすることができる。このため、長尺シートからセパレーターの製品を取り外す工程を省くことができ、より一層生産性を高くすることが可能となる。

６．実施形態１に係るセパレーター製造装置１の効果
実施形態１に係るセパレーター製造装置１によれば、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、実施形態１に係るセパレーター製造装置１によれば、ナノ繊維層１２０，１３０が形成されたセルロース繊維層１１０をそのまま製品とすることができる。このため、長尺シートからセパレーターの製品を取り外す工程を省くことができ、より一層生産性を高くすることが可能となる。

［実施形態２］
図４は、実施形態２に係るセパレーター製造装置２の断面図である。

実施形態２に係るセパレーター製造装置２は、図４に示すように、基本的には実施形態１に係るセパレーター製造装置１と同様の構成を有するが、電界紡糸装置の構成が実施形態１に係るセパレーター製造装置１の場合と異なる。すなわち、実施形態２に係るセパレーター製造装置２においては、図４に示すように、搬送されていくセルロース繊維層１１０の一方の面にナノ繊維層１２０を形成する電界紡糸装置２０ａと、他方の面にナノ繊維層１３０を形成する電界紡糸装置２０ｃとを備える。電界紡糸装置２０ｃは、下向き式のノズルを有する下向き式電界紡糸装置である。

実施形態２に係るセパレーター製造装置２においては、図４に示すように、電界紡糸装置２０ａと、電界紡糸装置２０ｃとがこの順序でセルロース繊維層１１０の搬送方向に沿って同一直線上になるよう配置されている。

電界紡糸装置２０ｃは、支持台３５に絶縁部材を介して取り付けられ、セルロース繊維１１０における一方の面側に位置するコレクター３４と、セルロース繊維層１１０における他方の面側におけるコレクター３４に対向する位置に位置する複数の下向きノズル３３を有するノズルユニット３２と、電源装置２９と、セルロース繊維層１１０が搬送されるのを補助する補助ベルト装置３６とを備える。

ノズルユニット３２は、筐体３１に取り付けられ、複数のノズルとして、ポリマー溶液を吐出口から下向きに吐出する複数の下向きノズル３３を有する。

コレクター３４は、導電性を有する支持台３５に絶縁部材を介して取り付けられている。電源装置２９の正極は、コレクター３４に接続され、電源装置２９の負極は、筐体３５及びノズルユニット３２に接続されている。

補助ベルト装置３６は、セルロース繊維層１１０の搬送速度に同期して回転する補助ベルト３７と、補助ベルト３７の回転を助ける５つの補助ベルト用ローラー３８とを有する。

このように、実施形態２に係るセパレーター製造装置２は、電界紡糸装置の構成が実施形態１に係るセパレーター製造装置１の場合と異なるが、実施形態１に係るセパレーター製造装置１と同様に、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、実施形態２に係るセパレーター製造装置２によれば、ナノ繊維層１２０，１３０が形成されたセルロース繊維層１１０をそのまま製品とすることができる。このため、長尺シートからセパレーターの製品を取り外す工程を省くことができ、より一層生産性を高くすることが可能となる。

また、実施形態２に係るセパレーター製造装置２によれば、セパレーター製造装置の設置高さをそれほど高くすることなく、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。

なお、実施形態２に係るセパレーター製造装置２は、電界紡糸装置の構成以外は実施形態１に係るセパレーター製造装置１の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るセパレーター製造装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。

［実施形態３］
１．実施形態３に係るセパレーター１０２の構成
実施形態３に係るセパレーター１０２の構成を説明する。
図５は、実施形態３に係るセパレーター１０２の断面図である。

実施形態３に係るセパレーター１０２は、図５に示すように、基本的には実施形態１に係るセパレーター１００と同様の構成を有するが、セルロース繊維層の構成が実施形態１に係るセパレーター１００の場合と異なる。すなわち、実施形態３に係るセパレーター１０２においては、図５に示すように、後述するセルロース繊維層製造装置４０によって製造されたセルロース繊維層１１２を備える。

セパレーター１０２は、後述する実施形態３に係るセパレーター製造装置３を用いて、実施形態３に係るセパレーター方法により得られたものである。

２．実施形態３に係るセパレーター製造装置３の構成
図６は、実施形態３に係るセパレーター製造装置３の断面図である。図７は、実施形態３に係るセパレーターの製造方法によりセパレーター１０２が製造されていく様子を示す図である。

実施形態３に係るセパレーター製造装置３は、基本的には実施形態１に係るセパレーター製造装置１と同様の構成を有するが、搬送装置の構成及びセルロース繊維層製造装置をさらに備える点で実施形態１に係るセパレーター製造装置１の場合と異なる。すなわち、実施形態３に係るセパレーター製造装置３は、図６に示すように、長尺シートＷを搬送する搬送装置６０と、電界紡糸装置２０ａ，２０ｂと、セルロース繊維層１１２を形成するセルロース繊維層製造装置４０とを備える。

実施形態３に係るセパレーター製造装置３においては、図６に示すように、電界紡糸装置２０ａと、後述する長尺シート反転機構６５ａと、セルロース繊維層製造装置４０と、後述する長尺シート反転機構６５ｂと、電界紡糸装置２０ｂとがこの順序で長尺シートＷの搬送方向に沿って配置されている。

搬送装置として、長尺シート搬送装置６０を備える。
長尺シート搬送装置６０は、長尺シートＷを繰り出す繰り出しローラー６１と、長尺シートＷを巻き取る巻き取りローラー６２と、長尺シートＷの張りを調整するテンションローラー６３，６８と、長尺シートＷを搬送する複数の駆動ローラー６４と、第１反転ローラー６６ａ，６６ｃと、第２反転ローラー６６ｂ，６６ｄとを備える。

このうち、繰り出しローラー６１、巻き取りローラー６２、テンションローラー６３，６８及び複数の駆動ローラー６４は、長尺シートＷを搬送する搬送機構６０を構成する。複数の駆動ローラー６４は、長尺シートＷを搬送する駆動装置である。

第１反転ローラー６６ａ及び第２反転ローラー６６ｂは、長尺シートＷが搬送されていく途中で長尺シートＷの一方面の向きと他方面の向きとが反対になるように長尺シートＷを反転させる長尺シート反転機構６５ａを構成する。また、第１反転ローラー６６ｃ及び第２反転ローラー６６ｄは、長尺シートＷが搬送されていく途中で長尺シートＷの一方面の向きと他方面の向きとが反対になるように長尺シートＷを反転させる長尺シート反転機構６５ｂを構成する。

電界紡糸装置２０ａ，２０ｂは、実施形態１で用いた電界紡糸装置２０ａ，２０ｂと同様の構成を有する。

セルロース繊維層製造装置４０は、図６に示すように、長尺シート搬送装置６０により搬送されていく長尺シートＷにセルロース繊維層１１２を形成する。
セルロース繊維層製造装置４０は、図示しないセルロース溶液供給部から供給されるセルロース溶液を長尺シートＷに向けて吐出する複数の下向きノズル４３を有するノズルユニット４２と、セルロース溶液に向けて高温気流を噴射する高温気流供給部４４と、高温気流吸引装置４７とを備える。

ノズルユニット４２は、筐体２１に取り付けられ、複数のノズルとして、セルロース溶液を吐出口から下向きに吐出する複数の下向きノズル４３と、セルロース溶液吐出方向に沿った方向に向けて後述する高温気流供給部４４から供給された高温気流を流す高温気流経路（図示せず。）とを有する。複数の下向きノズル４３は例えば、１．５ｃｍ〜６．０ｃｍのピッチで配列されている。ノズルユニット４２は、様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルユニットを用いることができる。

高温気流供給部４４は、吸入ポンプ４５と、ヒーター４６とを有する。
高温気流供給部４４は、吸入ポンプ８４により外部から取り入れた空気をヒーター４６によって加熱することにより、高温気流を形成する。当該高温気流は、ノズルユニット４２における高温気流経路（図示せず。）に導かれる。ヒーター４６は、高温気流を１２０℃〜５００℃の範囲内にある所定の温度になるように出力を調節することができる。

高温気流吸引装置４７は、ノズルユニット４２から見て長尺シートＷの裏面側に配置され、網状部材４８と、高温気流吸引部５０と、排出ポンプ５１とを有する。
高温気流経路（図示せず。）から流された高温気流は、気流通過用の多数の孔が形成されている網状部材４４を通って高温気流吸引部５０により吸引され、排出ポンプ５１により外部に排出される。

３．実施形態３に係るセパレーターの製造方法
以下、上記のように構成された実施形態３に係るセパレーター製造装置３を用いてセパレーターを製造する方法（実施形態３に係るセパレーター製造方法）について説明する。

図７は、実施形態３に係るセパレーターの製造方法によりセパレーター１０２が製造されていく様子を示す図である。図７（ａ）〜図７（ｅ）は各工程図である。

（ａ）紡糸準備
１台のセルロース繊維層製造装置４０にセルロース溶液を準備し、当該セルロース溶液をノズルユニット４２へ供給する。また、２台の電界紡糸装置２０ａ，２０ｂのそれぞれにおいてポリマー溶液を準備し、当該ポリマー溶液をそれぞれのノズルユニット２２へ供給する。また、長尺シートＷを長尺シート搬送装置６０にセットし、その後、長尺シートＷを繰り出しローラー６１から巻き取りローラー６２に向けて所定の搬送速度で搬送する（図７（ａ）参照。）。セルロース溶液は、セルロース繊維層１１２の材料となるセルロースを溶融したもの、あるいは溶媒で溶解したものである。

（ｂ）電界紡糸（１）
次に、長尺シート１１０を搬送しながら、電界紡糸装置２０ａによって長尺シートＷの一方面にナノ繊維層１２０を形成する（図７（ｂ）参照。）。

（ｃ）長尺シート反転（１）
次に、長尺シート反転機構６５ａ（反転ローラー６６ａ，６６ｂ）により、一方面が上側になるように長尺シートＷの一方面の向きと他方面の向きとを反転させる。

（ｄ）セルロース繊維層製造
次に、ナノ繊維層１２０が形成された長尺シートＷを搬送しながら、セルロース繊維製造装置４０によって長尺シートＷの一方の面にセルロース繊維層１１２を形成する（図７（ｃ）参照。）。これにより、長尺シートＷの一方面にナノ繊維層１２０及びナノ繊維層１３０がこの順で積層される。

（ｃ）長尺シート反転（２）
次に、長尺シート反転機構６５ｂ（反転ローラー６６ｃ，６６ｄ）により、一方面が下側になるように長尺シートＷの一方面の向きと他方面の向きとを反転させる。

（ｅ）電界紡糸（２）
次に、ナノ繊維層１２０及びセルロース繊維層１１２が積層された長尺シートＷを搬送しながら、電界紡糸装置２０ｂによって長尺シートＷの一方面にナノ繊維層１３０を形成する（図７（ｄ）参照。）。これにより、長尺シートＷの一方面にナノ繊維層１２０，セルロース繊維層１１２及びナノ繊維層１３０がこの順で積層された積層シートが製造される。その後、巻き取りローラー１２より積層シートが巻き取られる。

（ｆ）セパレーターと長尺シートとの分離
その後、積層シートを繰り出しながらセパレーターと長尺シートとを分離してセパレーター１０２を製造する（図５（ｅ）参照。）。
以上の方法により、セパレーター１０２を製造することができる。

長尺シートとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物、フィルム、紙などを用いることができる。長尺シートの厚さは、例えば５μｍ〜５００μｍのものを用いることができる。長尺シートの長さは、例えば１０ｍ〜１０ｋｍのものを用いることができる。

４．実施形態３に係るセパレーター製造装置３の効果
実施形態３に係るセパレーター製造装置３は、搬送装置の構成及びセルロース繊維層製造装置を更に備える点が実施形態１に係るセパレーター製造装置１の場合と異なるが、実施形態１に係るセパレーター製造装置１と同様に、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、実施形態３に係るセパレーター製造装置３によれば、セルロース繊維層の厚さ、セルロース繊維の繊維長、セルロース繊維層の空孔率や空孔サイズを調整することが可能となり、所望の特性を有するセルロース繊維層を形成することが可能となる。平均繊維径の比較的大きなセルロース繊維からなるセルロース繊維層を形成する場合に適している。

なお、実施形態３に係るセパレーター製造装置３は、搬送装置の構成及びセルロース繊維層製造装置を更に備える点以外は実施形態１に係るセパレーター製造装置１の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るセパレーター製造装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。

本発明においては、電界紡糸装置及びセルロース繊維層製造装置を配置する順序を実施形態３に係るセパレーター製造装置３のものから適宜変更することにより、セルロース繊維層の一方の面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター及びナノ繊維層の両面にセルロース繊維層が配設された構造のセパレーターのいずれのセパレーターも製造することが可能となる。

［実施形態４］
図８は実施形態４に係るセパレーター製造装置４の断面図である。

実施形態４に係るセパレーター製造装置４は、基本的には実施形態３に係るセパレーター製造装置３と同様の構成を有するが、電界紡糸装置の構成が実施形態３に係るセパレーター製造装置３の場合と異なる。すなわち、実施形態４に係るセパレーター製造装置４においては、図８に示すように、搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維層１２０を形成する下向き式電界紡糸装置２０ｄと、搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維層１３０を形成する下向き式電界紡糸装置２０ｃとを備える。

実施形態４に係るセパレーター製造装置４においては、図８に示すように、電界紡糸装置２０ｄと、セルロース繊維層製造装置４０と、電界紡糸装置２０ｃとがこの順序で長尺シートＷの搬送方向に沿って同一直線上になるよう配置されている。

このように、実施形態４に係るセパレーター製造装置４は、電界紡糸装置の構成が実施形態３に係るセパレーター製造装置３の場合と異なるが、実施形態３に係るセパレーター製造装置３と同様に、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、実施形態４に係るセパレーター製造装置４によれば、電界紡糸装置及びセルロース繊維層製造装置を配置する順序を適宜調整することにより、セルロース繊維層の一方の面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター及びナノ繊維層の両面にセルロース繊維層が配設された構造のセパレーターのいずれのセパレーターも製造することが可能となる。

また、実施形態４に係るセパレーター製造装置４によれば、セパレーター製造装置の設置高さをそれほど高くすることなく、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。

なお、実施形態４に係るセパレーター製造装置４は、電界紡糸装置の構成以外は実施形態３に係るセパレーター製造装置３の場合と同様の構成を有するため、実施形態３に係るセパレーター製造装置３が有する効果のうち該当する効果を有する。

［実施形態５］
図９は実施形態５に係るセパレーター製造装置５の断面図である。

実施形態５に係るセパレーター製造装置５は、基本的には実施形態４に係るセパレーター製造装置４と同様の構成を有するが、セルロース繊維層製造装置の構成が実施形態４に係るセパレーター製造装置４の場合と異なる。すなわち、実施形態５に係るセパレーター製造装置５においては、図９に示すように、セルロース繊維層製造装置として、電界紡糸装置２０ｅを備える。電界紡糸装置２０ｅは上向き式のノズルを有する上向き式電界紡糸装置である。

このように、実施形態５に係るセパレーター製造装置５は、セルロース繊維製造装置の構成が実施形態４に係るセパレーター製造装置４の場合と異なるが、実施形態４に係るセパレーター製造装置４と同様に、高い機械的強度、高い絶縁性、高いデンドライト耐性及び高いイオン伝導性を有する本発明のセパレーターを連続して高い生産性で製造することが可能となる。

また、実施形態５に係るセパレーター製造装置５によれば、電界紡糸装置及びセルロース繊維層製造装置を配置する順序を適宜調整することにより、セルロース繊維層の一方の面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造のセパレーター及びナノ繊維層の両面にセルロース繊維層が配設された構造のセパレーターのいずれのセパレーターも製造することが可能となる。

また、実施形態５に係るセパレーター製造装置５によれば、セルロース繊維層の厚さ、セルロース繊維の繊維長、セルロース繊維層の空孔率や空孔サイズを調整することが可能となり、所望の特性を有するセルロース繊維層を形成することが可能となる。平均繊維径の比較的小さなセルロース繊維からなるセルロース繊維層を形成する場合に適している。

また、実施形態５に係るセパレーター製造装置５によれば、セパレーター製造装置の設置高さをそれほど高くすることなく、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層が配設された構造を有するセパレーターを製造することが可能となる。

なお、実施形態５に係るセパレーター製造装置５は、セルロース繊維層製造装置の構成以外は実施形態４に係るセパレーター製造装置４の場合と同様の構成を有するため、実施形態４に係るセパレーター製造装置４が有する効果のうち該当する効果を有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態においては、ナノ繊維層形成装置として２台の電界紡糸装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。ナノ繊維層形成装置として例えば１台又は３台以上の電界紡糸装置を用いてもよい。

（２）実施形態３〜５においては、セルロース繊維層製造装置として１台のセルロース繊維層製造装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、２台以上のセルロース繊維層製造装置を用いてもよい。また、セルロース繊維層製造装置としてメルトブロー紡糸装置又は電界紡糸装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スパンボンド紡糸装置、ニードルパンチ紡糸装置その他の紡糸装置を用いてもよい

（３）上記各実施形態においては、セルロース繊維層の両面にナノ繊維層を配設した構造のセパレーターを製造したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、セルロース繊維層の片面にナノ繊維層を配設したセパレーターを製造してもよいし、ナノ繊維層の両面にセルロース繊維層を配設したセパレーターを製造してもよい。また、セルロース繊維層とナノ繊維層とがそれぞれ２層以上交互に積層された構造のセパレーターを製造してもよい。

（４）上記各実施形態においては、電源装置２９の正極がコレクター２４に接続され、電源装置２９の負極がノズルユニット２２に接続されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電源装置の正極がノズルに接続され、電源装置の負極がコレクターに接続されていてもよい。

１，２，３，４，５…セパレーター製造装置、１０…搬送装置、１１,６１…繰り出しローラー、１２,６２…巻き取りローラー、１３，１８，６３，６８…テンションローラー、１４,６４…駆動ローラー、１５…セルロース繊維層反転機構、１６ａ,６６ａ,６６ｃ…第１反転ローラー、１６ｂ,６６ｂ,６６ｄ…第２反転ローラー、２０ａ，２０ｂ，２０ｅ…（上向き式）電界紡糸装置、２０ｃ、２０ｄ…（下向き式）電界紡糸装置、２１，３１…筐体、２２，３２…ノズルユニット、２３，３３…ノズル、２４，３４…コレクター、２５…絶縁部材、２６,３６…補助ベルト装置、２７,３７…補助ベルト、２８,３８…補助ベルト用ローラー、２９…電源装置、３５…支持台、４０…セルロース繊維層製造装置、４１…筐体、４２…（セルロース繊維層製造装置の）ノズルユニット、４３…（セルロース繊維層製造装置の）ノズル、４４…高温気流供給部、４５…吸入ポンプ、４６…ヒーター、４７…高温気流吸引装置、４８…網状部材、５０…高温気流吸引部、５１…排出ポンプ、６０…長尺シート搬送装置、６５ａ,６５ｂ…長尺シート反転機構、１００，１０２…セパレーター、１１０,１１２…セルロース繊維層、１２０，１３０…ナノ繊維層、Ｗ…長尺シート

Claims

１つのセルロース繊維層と、
前記セルロース繊維層の両面に配設され、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）、シルク又はキトサンを原料とし、前記セルロース繊維層とは異なる２つのナノ繊維層とを備えるセパレーターを製造するためのセパレーター製造装置であって、
長尺シートを搬送する搬送装置と、
前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートに前記ナノ繊維層を形成する第１の電界紡糸装置と、
前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートに前記セルロース繊維層を形成するメルトブロー紡糸装置と、
前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートに前記ナノ繊維層を形成する第２の電界紡糸装置とを備え、
前記第１の電界紡糸装置と、前記メルトブロー紡糸装置と、前記第２の電界紡糸装置とが前記長尺シートの搬送方向に沿ってこの順序で配置されていることを特徴とするセパレーター製造装置。
請求項１に記載のセパレーター製造装置において、
前記第１の電界紡糸装置及び前記第２の電界紡糸装置はいずれも、
コレクターと、
前記コレクターに対向する位置に位置し、前記長尺シートに向けてポリマー溶液を吐出する複数の第１ノズルを有する第１ノズルユニットと、
前記コレクターと前記第１ノズルユニットとの間に１０ｋＶ〜８０ｋＶの電圧を印加する電源装置とを備え、前記第１ノズルユニットは、前記複数の第１ノズルとして、前記ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有する電界紡糸装置であり、
前記メルトブロー紡糸装置は、
セルロース溶液を前記長尺シートに向けて吐出する複数の第２ノズルを有する第２ノズルユニットと、
前記セルロース溶液に向けて１２０℃〜５００℃の範囲内にある所定の温度に調節された高温気流を噴射する高温気流供給部とを備え、前記第２ノズルユニットは、前記複数の第２ノズルとして、前記セルロース溶液を吐出口から下向きに吐出する複数の下向きノズルと、セルロース溶液吐出方向に沿った方向に向けて前記高温気流供給部から供給された高温気流を流す高温気流経路とを有するメルトブロー紡糸装置であり、
前記搬送装置は、前記第１の電界紡糸装置と前記メルトブロー紡糸装置との間、及び、前記メルトブロー紡糸装置と前記第２の電界紡糸装置との間に、前記長尺シートが搬送されていく途中で前記長尺シートの一方面の向きと他方面の向きとが反対になるように前記長尺シートを反転させる長尺シート反転機構を備えることを特徴とするセパレーター製造装置。
請求項１又は２に記載のセパレーター製造装置において、
前記第１の電界紡糸装置及び前記第２の電界紡糸装置はいずれも、
前記長尺シートの搬送速度に同期して回転する補助ベルト及び当該補助ベルトの回転を助ける補助ベルト用ローラーとを有する補助ベルト装置をさらに備えることを特徴とするセパレーター製造装置。
請求項１〜３のいずれかに記載のセパレーター製造装置において、
前記セルロース繊維層は、針葉樹、マニラ麻、ミツマタ又はコウゾを原料とするセルロース繊維層であることを特徴とするセパレーター製造装置。