蓄電デバイス用セパレータ
【課題】 本発明は、薄膜である上に、耐アルカリ性、機械的強度、寸法安定性を有する、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に用いられるセパレータを提供する。
【解決手段】 本発明は、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことによって、３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用される電解液中で劣化することなく、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に、非常に優れたセパレータを提供することができる。本発明においては、１５０℃以上の温度で熱処理を施されたポリフェニレンサルファイド繊維を使用することが好ましい。
【解決手段】 本発明は、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことによって、３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用される電解液中で劣化することなく、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に、非常に優れたセパレータを提供することができる。本発明においては、１５０℃以上の温度で熱処理を施されたポリフェニレンサルファイド繊維を使用することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に用いられるセパレータ（以下、「セパレータ」という。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セパレータに求められる機能は、正極と負極を分離して短絡を防止することと、電解液を保持して起電反応を円滑に行うことができるようにすることであるが、アルカリ電池においては、電解液として３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用されていることから、セパレータ材としては耐アルカリ性に優れた材質のものが求められる。また、近年、ニーズの増大とともに高容量化・長寿命化への要求がますます高まりつつあり、セパレータの改良が求められている。
【０００３】
セパレータとしては、一般にポリアミド系繊維からなる不織布やポリプロピレン系繊維からなる不織布が用いられている。しかしながら、ポリアミド系繊維からなる不織布は、充電時に正極から発生する酸素ガスにより酸化され、分解による生成物が電池の正負極間で酸化還元を繰り返し、電池の自己放電を増加させる。また、耐アルカリ性に優れたポリプロピレン系繊維からなる不織布にスルホン化処理を施し親水性を付与したセパレータは、濃硫酸にセパレータを浸漬した後、中和し、大量の水で水洗し乾燥を行っているために、処理が煩雑であり、時間がかかり、コストも高くなり、さらに、スルホン化処理により、ポリオレフィンの炭素−炭素結合が切れるため、セパレータの強度が低下する。
【０００４】
これらの問題を解決することを目的として、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４には、ポリフェニレンサルファイド繊維を使用したアルカリ電池用セパレータが提案されている。しかしながら、提案されているセパレータは、ポリフェニレンサルファイド繊維１００％からなるものであり、例えば、延伸ポリフェニレンサルファイド繊維を未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維の熱圧着により固定した不織布であるため、紙状で弾性が無く、電極と密着することができないため、円滑な起電反応を生じることが困難である。
【０００５】
また、特許文献５には、ポリフェニレンサルファイド繊維とフィブリル化したアラミド繊維を使用したアルカリ電池用セパレータが提案されている。アラミド繊維を含んでいるため、ポリフェニレンサルファイド繊維１００％からなるものよりも弾性があるので、電極と密着できるものである。しかしながら、アラミド繊維を使用しているため、充電時に正極から発生する酸素ガスにより酸化され、分解による生成物が電池の正負極間で酸化還元を繰り返し、電池の自己放電を増加させる。
【０００６】
また、特許文献６には、フィブリル化していないポリフェニレンサルファイド繊維とヤング率が６０００ｋｇ／ｍｍ２と融着繊維を使用した電池用セパレータが提案されている。ポリフェニレンサルファイド繊維と剛性のある高ヤング率繊維を組み合わせることにより、弾性のあるセパレータであることができ、電極と密着できるものである。しかしながら、フィブリル化していない繊維を使用しているため、孔径が大きくなりやすく、ピンホールのような貫通孔を生じさせ、電極間の内部短絡を生じさせる。
【０００７】
他方、特許文献７には、ポリオレフィン径繊維と芯鞘型複合繊維のカードウェブからなる水流交絡不織布を複数枚、熱圧着により積層一体化したアルカリ電池用セパレータが提案されている。しかしながら、芯鞘型複合繊維を主繊維とするため、突き刺し強度が弱いため、電極バリが貫通しやすく、内部短絡を起こしやすい。また、孔径も大きくなりやすく、ピンホールのような貫通孔を生じさせ、電極間の内部短絡を生じさせていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７―２６２９８０号公報
【特許文献２】特開平９−６７７８６号公報
【特許文献３】特開平１０−６４５０２号公報
【特許文献４】特開２００４−２８５５３６号公報
【特許文献５】特開２００１―４０５９７号公報
【特許文献６】特開２００２―２７９９５８号公報
【特許文献７】特開２００５−１１６５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、薄膜である上に、耐アルカリ性、機械的強度、寸法安定性を有する、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に用いられるセパレータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のセパレータは、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことを特徴とする。
また、前記ポリフェニレンサルファイド繊維が、１５０℃以上の温度で熱処理されていることが好ましい。
また、前記ポリフェニレンサルファイド繊維の繊維径が１０μｍ以下で、繊維長が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、前記芯鞘型複合繊維が、鞘成分がエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が高密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が低密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレンから選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【００１１】
また、前記芯鞘型複合繊維が、繊維径が２．５μｍ以下、繊維長が１５ｍｍ以下にフィブリル化されていることが好ましい。
また、前記芯鞘型複合繊維の鞘成分の融点が、８０〜１５０℃であることが好ましい。
また、前記ポリフェニレンサルファイド繊維が６５〜２０質量％、前記芯鞘型複合繊維が３５〜８０質量％の配合比率であることが好ましい。
また、前記セパレータが、芯鞘型複合繊維の熱融着または熱圧着により構成されていることが好ましい。
また、前記セパレータの膜厚が１００μｍ以下であることが好ましい。
また、前記セパレータの密度が０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
また、前記セパレータの透気度が１００秒／１００ｍｌ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセパレータは、薄膜である上に、耐アルカリ性、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に非常に優れており、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に好適に用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことによって、３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用される電解液中で劣化することなく、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に、非常に優れたセパレータを提供することができる。
【００１４】
本発明においては、１５０℃以上の温度で熱処理を施されたポリフェニレンサルファイド繊維を使用することが好ましい。１５０℃以上の温度で熱処理を施されたポリフェニレンサルファイド繊維は、１５０℃以上での寸法変化率が小さくなる為、８０〜１００℃の信頼性試験温度域で収縮によるシワや破損が発生しないため、寸法安定性に優れたセパレータとなる。また、芯鞘型複合繊維を熱接着する温度域で寸法変化率が小さいため、製造時にシワや破損が発生しにくくなる。
【００１５】
芯鞘型複合繊維は、断面が中心部の「芯」と外層部の「鞘」から成る繊維である。芯鞘型複合繊維が、鞘成分がエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が高密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が低密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がポリビニルアルコールで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がエチレンービニルアルコール共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がポリビニルアルコールで且つ芯成分がポリエチレン、鞘成分がエチレンービニルアルコール共重合体で且つ芯成分がポリエチレン、鞘成分がエチレン酢酸ビニル共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がエチレンアクリル酸メチル共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がエチレンアクリル酸共重合体で且つ芯成分がポリプロピレンから選ばれた少なくとも１種が好ましく使用される。これは、芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高いので、熱接着したとき、芯成分が繊維形状を維持することができるため、セパレータの引っ張り強度及び突き刺し強度を高く維持することができると共に、繊維間空隙を維持し安いため、孔径制御が容易になる。芯鞘型複合繊維の断面形状としては、例えば、円形状、異形状などのいずれであっても良い。融点の差が２０℃より小さくなると、熱接着時に芯成分も溶融し繊維形状を維持できなくなるため、セパレータの孔径を制御することができず、内部短絡を起こす結果となる。
【００１６】
本発明において、芯鞘型複合繊維の繊維径は２．５μｍ以下、繊維長は１５ｍｍ以下が好ましく、特に好ましくは繊維長が１０ｍｍ以下である。繊維径が２．５μｍ超、繊維長が１５ｍｍ超になると、繊維にヨレが発生し、地合ムラが発生しやすくなる。
【００１７】
本発明において、ポリフェニレンサルファイド繊維の繊維径は１０μｍ以下、繊維長は１０ｍｍ以下が好ましく、特に好ましくは繊維径が５μｍ以下、繊維長が７ｍｍ以下である。繊維径が１０μｍ超、繊維長が１０ｍｍ超になると、繊維にヨレが発生し、地合ムラが発生しやすくなる。
【００１８】
本発明において、ポリフェニレンサルファイド繊維は、セパレータを構成する全繊維の２０〜６５質量％の範囲で混合されていることが好ましい。２０質量％未満であると、セパレータの引っ張り強度及び突き刺し強度を高く維持することができなくなり、６５％超になると、セパレータの孔径を制御することができず、内部短絡を起こす結果となる。
【００１９】
本発明において、芯鞘型複合繊維は、セパレータを構成する全繊維の３５〜８０質量％の範囲で混合されていることが好ましい。３５質量％未満であると、繊維同士の絡み合いが弱くなり、機械的強度が弱くなる傾向にあり、８０質量％超になると、セパレータの引っ張り強度及び突き刺し強度を高く維持することができなくなる。
【００２０】
本発明のセパレータは、十分な引っ張り強度、突き刺し強度を得るために、鞘成分の融点が８０〜１３０℃の芯鞘型複合繊維を使用し、熱融着または熱圧着していることが好ましい。融点が８０℃より低いと信頼性試験温度域で芯鞘型複合繊維が溶解し信頼性の低下を招く。１３０℃を超えると融着させる温度が高くなるため、繊維が変形し、孔径を制御しにくくなる。
【００２１】
本発明のセパレータの厚さは、１００μｍ以下であることが好ましい。セパレータの厚さが１００μｍを超えると、蓄電デバイスの薄型化に不利になると同時に、一定のセル体積に入れられる電極材の量が少なくなり、容量が小さくなってしまうばかりでなく、抵抗が高くなり好ましくない。
【００２２】
また、本発明のセパレータの密度は、０．２０ｇ／ｃｍ３〜０．９０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。０．２５ｇ／ｃｍ３〜０．８５ｇ／ｃｍ３であることがさらに好ましく、０．３０ｇ／ｃｍ３〜０．８０ｇ／ｃｍ３であることが特に好ましい。０．２０ｇ／ｃｍ３未満であると、セパレータの空隙部分が過多となり、蓄電デバイス駆動用電解液の含浸量が多くなり、蓄電デバイスのコストアップに繋がる。一方、密度が０．９０ｇ／ｃｍ３より大きいと、セパレータを構成する材料の詰まり方が過多となるために、イオン移動が阻害され抵抗が高くなりやすい。
【００２３】
本発明のセパレータの透気度は、１００秒／１００ｍｌ以下であることが好ましい。イオン伝導性を好適に維持することができる。尚、本発明のセパレータにおける透気度は、ガーレ透気度測定器を用いて測定した値をいう。
【００２４】
本発明において、セパレータの孔径は、バブルポイント法による平均孔径が３μｍ〜４０μｍであることが好ましく、より好ましくは５μｍ〜３０μｍの範囲である。平均孔径が３μｍより小さいと、イオン伝導性が低下し、内部抵抗が高くなりやすく、また、ガス透過性が悪くなり耐久性が低くなる。４０μｍを超えると、薄膜化した場合に内部短絡を生じやすくなる。尚、バブルポイント法による孔径の測定は、西華産業社製のポロメーターを使用すればよい。
【００２５】
以上説明したように、本発明のセパレータは、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上芯鞘型複合繊維を含むことによって、３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用される電解液中で劣化することなく、薄膜である上に、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に、非常に優れており、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に好適に用いられる。なお、本発明のセパレータを用いて蓄電デバイスを作製する場合、正極、負極、電解液など蓄電デバイスを構成する材料は、従来周知のものなら如何なるものでも使用することができる。
【００２６】
次に、本発明のセパレータの製造方法について説明するが、これのみに限定されるものではなく、他の方法でも本発明のセパレータを製造することは可能である。
【００２７】
先ず、繊維径１０μｍ以下、繊維長１０ｍｍ以下に裁断されたポリフェニレンサリファイド繊維と、繊維径２．５μｍ以下、繊維長１５ｍｍ以下に裁断された芯鞘型複合繊維を水に分散する。水に投入する順序は決まっていない。本発明に用いる繊維は、離解工程では均一に分散しにくいため、パルパーやアジテータのような分散装置や、超音波分散装置を用いることによって、良好な分散が可能である。また、この分散工程で使用する水は、イオン性不純物をできるだけ少なくするために、イオン交換水あるいは純水を用いた方が好ましい。
【００２８】
上記で得られた繊維の分散体を、長網式、短網式、円網式、傾斜式などの湿式抄紙機を適用し、抄造する。連続したワイヤーメッシュ状の脱水パートで脱水する。湿式抄紙機の中で、２つのヘッドを有する傾斜ワイヤー抄紙機を用いると、２層以上の繊維層を重ね抄き合わせする場合、繊維層間の境界もできにくく、また、ピンホールのない均一なセパレータが得られる。重ね抄き合わせした後、多筒式やヤンキー式ドライヤー等の乾燥パートを通すことによって乾燥及び芯鞘型複合繊維を融着させて、セパレータを製作する。
【００２９】
このように製造したセパレータの電解液保持性が不足する場合には、電解液保持性を向上させるために、親水化処理を実施することが好ましい。
【００３０】
この親水化処理としては、例えば、スルホン化処理、フッ素ガス処理、グラフト処理、界面活性剤処理、放電処理、親水性樹脂付着処理などの、少なくとも１つの親水化処理を実施して、繊維表面に、酸素及び／又は硫黄含有官能基（例えば、スルホン酸基、スルホン酸塩基、スルホフルオライド基、カルボキシル基、カルボニル基など）を導入したり、親水性モノマーをグラフト重合したり、界面活性剤を付着させたり、或いは親水性樹脂を付着させるのが好ましい。このような親水化処理は繊維の段階で行っても良いが、セパレータ抄造後に親水化処理した方が作業性により優れている。以下、セパレータ抄造後に親水化処理する方法について説明するが、それ以外の場合も全く同様にして実施することができる。
【００３１】
スルホン化処理としては、例えば、発煙硫酸、硫酸、クロロ硫酸又は塩化スルフリルなどからなる溶液中に、前述のようなセパレータを浸漬してスルホン酸基を導入する方法、三酸化硫黄ガスに前述のようなセパレータを接触させてスルホン酸基を導入する方法、或いは一酸化硫黄ガスや二酸化硫黄ガスなどの存在下で放電を作用させてスルホン酸基を導入する方法等がある。
【００３２】
フッ素ガス処理としては、例えば、不活性ガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガスなど）で希釈したフッ素ガスと、酸素ガス、二酸化炭素ガス及び二酸化硫黄ガスなどの中から選ばれる少なくとも１種類のガスとの混合ガスに、不織布をさらすことにより、不織布を親水化することができる。
【００３３】
ビニルモノマーのグラフト重合処理としては、例えば、ビニルモノマーと重合開始剤を含む溶液中にセパレータを浸漬して加熱する方法、セパレータにビニルモノマーを塗布した後に放射線を照射する方法、セパレータに放射線を照射した後にビニルモノマーと接触させる方法、増感剤を含むビニルモノマー溶液をセパレータに塗布した後に紫外線を照射する方法、などがある。このビニルモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ビニルピリジン、ビニルピロリドン或いはスチレンを使用することができる。なお、スチレンをグラフト重合した場合には、電解液との親和性に優れるように、スルホン化することが好ましい。なお、ビニルモノマー溶液とセパレータとを接触させる前に、紫外線照射、コロナ放電、プラズマ放電などにより、セパレータを改質すると、ビニルモノマー溶液との親和性が高くなるため、効率的にグラフト重合できる。
【００３４】
界面活性剤処理としては、例えば、アニオン系界面活性剤（例えば、高級脂肪酸のアルカリ金属塩、アルキルスルホン酸塩、もしくはスルホコハク酸エステル塩など）、又はノニオン系界面活性剤（例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、もしくはポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルなど）の溶液中にセパレータを浸漬したり、この溶液をセパレータに塗布又は散布して付着させることができる。
【００３５】
放電処理としては、例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、グロー放電処理又は電子線処理などがある。なお、空気中の大気圧下で、それぞれが誘電体を担持する一対の電極間に、これら両方の誘電体と接触するようにセパレータを配置し、これら両電極間に交流電圧を印加して、セパレータの内部空隙で放電を発生させる方法であると、セパレータの内部における繊維表面の親水化を実施することができるため、内圧特性に優れるセパレータを製造することができる。
【００３６】
親水性樹脂付与処理としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、架橋可能なポリビニルアルコール又はポリアクリル酸などの親水性樹脂を付着させることができる。これらの親水性樹脂は適当な溶媒に溶解又は分散させた後、この溶媒中にセパレータを浸漬したり、この溶媒をセパレータに塗布又は散布し、乾燥して付着させることができる。
【００３７】
この架橋可能なポリビニルアルコールとしては、例えば、水酸基の一部を感光性基で置換したポリビニルアルコールがあり、より具体的には、感光性基としてスチリルピリジニウム系のもの、スチリルキノリニウム系のもの、スチリルベンゾチアゾリウム系のもので水酸基の一部を置換したポリビニルアルコールがある。この架橋可能なポリビニルアルコールも他の親水性樹脂と同様にしてセパレータに付着させた後、光照射することによって架橋させることができる。このような水酸基の一部を感光性基で置換したポリビニルアルコールは耐アルカリ性に優れ、しかもイオンとキレートを形成できる水酸基を多く含んでおり、放電時及び／又は充電時に、極板上に樹枝状の金属が析出する前のイオンとキレートを形成し、電極間の短絡を防止できるため好適に使用できる。
以下、本発明のセパレータおよびその製造方法を実施例によって説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
繊維径９．５μｍ、繊維長６ｍｍのポリフェニレンサルファイド繊維と、繊維径１．７μｍ、繊維長１０ｍｍの鞘成分が融点１１０℃の低密度ポリエチレンで且つ芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレンからなる芯鞘型複合繊維を、各々５０：５０の質量比率でイオン交換水に０．０５質量％の濃度でパルパー内に投入し３０分間分散し、繊維の分散体からなる抄紙材料を作製した。
上記抄紙材料を、ＪＩＳ Ｐ８２２２に規定する標準型手抄き装置を用いて湿体シートを抄造した。その後、得られた湿体シートを手抄き装置から取り出した後に、ヤンキードライヤーにて１２０℃で乾燥して本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは１０１μｍ、密度は０．５２ｇ／ｃｍ３、透気度は１２秒／１００ｍｌであった。
【実施例２】
【００３９】
芯鞘型複合繊維を鞘成分が融点１３５℃の高密度ポリエチレンで且つ芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレンからなる芯鞘型複合繊維に代えた以外は、実施例１と同様にして、本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは９９μｍ、密度は０．４５ｇ／ｃｍ３、透気度は９秒／１００ｍｌであった。
【実施例３】
【００４０】
芯鞘型複合繊維を鞘成分が融点１４５℃のエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレンからなる芯鞘型複合繊維に代えた以外は、実施例１と同様にして、本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは９８μｍ、密度は０．４６ｇ／ｃｍ３、透気度は１０秒／１００ｍｌであった。
【実施例４】
【００４１】
実施例１と同様にして、厚さ５０μの本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、密度は０．５２ｇ／ｃｍ３、透気度は６秒／１００ｍｌであった。
【実施例５】
【００４２】
実施例１と同様にして、密度０．７０ｇ／ｃｍ３の本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは１００μｍ、透気度は１９秒／１００ｍｌであった。
【実施例６】
【００４３】
ポリフェニレンサルファイド繊維と芯鞘型複合繊維の質量比率を各々６５：３５とした以外は、実施例１と同様にして、本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは１００μｍ、密度は０．４１ｇ／ｃｍ３、透気度は７秒／１００ｍｌであった。
【００４４】
［比較例１］
ニッケル水素電池用として市販されている厚さが１００μｍのポリプロピレン製不織布をセパレータとして用いた。
【００４５】
［比較例２］
ニッケル水素電池用として市販されている厚さが１００μｍの延伸ポリフェニレンサルファイド繊維と未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維からなる不織布をセパレータとして用いた。
上記実施例１〜６および比較例１〜２で得られたセパレータについて下記の特性を評価した。
【００４６】
＜高温長期試験＞
電極の集電体として、発泡ニッケル基材を用いたペースト式ニッケル正極（３３ｍｍ幅、１８２ｍｍ長）と、ペースト式水素蔵合金負極（メッシュメタル系合金、３３ｍｍ幅、２４７ｍｍ長）とを作成した。
次いで、各セパレータを３３ｍｍ幅、４１０ｍｍ長に裁断した後、それぞれを正極と負極との間に挟み込み、渦巻き状に巻回して、ＳＣ（ｓｕｂ−Ｃ）型対応の電極群を作成した。この電極群を外装缶に収納し、電解液として５Ｎ水酸化カリウム及び１Ｎ水酸化リチウムを外装缶に注液、封止して、容量が２０００ｍＡｈの円筒型ニッケル−水素電池を作成した。
作成された円筒型ニッケル水素電池について、０．３３Ｃでの充電と、１０Ｃで終止電圧１Ｖまで放電することからなる充放電サイクルを、温度８０℃で繰り返し、容量が初期容量の５０％に達するまでのサイクル数を寿命とした。
得られた結果を表１に示す。表１において、◎は５００サイクルを超えたものを示し、×は５００サイクル以下のものを示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１の結果から明らかなように、本発明のセパレータを用いたニッケル水素電池は、８０℃での高温長期試験でも十分な放電容量を維持しており、電池寿命が長いことが確認できた。これに対して、比較例１及び２のセパレータを用いたニッケル水素電池は、放電容量の低下が非常に大きく、又、初期から内部短絡を起こす物もあり、特性が著しく劣るものであった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に用いられるセパレータ（以下、「セパレータ」という。）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セパレータに求められる機能は、正極と負極を分離して短絡を防止することと、電解液を保持して起電反応を円滑に行うことができるようにすることであるが、アルカリ電池においては、電解液として３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用されていることから、セパレータ材としては耐アルカリ性に優れた材質のものが求められる。また、近年、ニーズの増大とともに高容量化・長寿命化への要求がますます高まりつつあり、セパレータの改良が求められている。
【０００３】
セパレータとしては、一般にポリアミド系繊維からなる不織布やポリプロピレン系繊維からなる不織布が用いられている。しかしながら、ポリアミド系繊維からなる不織布は、充電時に正極から発生する酸素ガスにより酸化され、分解による生成物が電池の正負極間で酸化還元を繰り返し、電池の自己放電を増加させる。また、耐アルカリ性に優れたポリプロピレン系繊維からなる不織布にスルホン化処理を施し親水性を付与したセパレータは、濃硫酸にセパレータを浸漬した後、中和し、大量の水で水洗し乾燥を行っているために、処理が煩雑であり、時間がかかり、コストも高くなり、さらに、スルホン化処理により、ポリオレフィンの炭素−炭素結合が切れるため、セパレータの強度が低下する。
【０００４】
これらの問題を解決することを目的として、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４には、ポリフェニレンサルファイド繊維を使用したアルカリ電池用セパレータが提案されている。しかしながら、提案されているセパレータは、ポリフェニレンサルファイド繊維１００％からなるものであり、例えば、延伸ポリフェニレンサルファイド繊維を未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維の熱圧着により固定した不織布であるため、紙状で弾性が無く、電極と密着することができないため、円滑な起電反応を生じることが困難である。
【０００５】
また、特許文献５には、ポリフェニレンサルファイド繊維とフィブリル化したアラミド繊維を使用したアルカリ電池用セパレータが提案されている。アラミド繊維を含んでいるため、ポリフェニレンサルファイド繊維１００％からなるものよりも弾性があるので、電極と密着できるものである。しかしながら、アラミド繊維を使用しているため、充電時に正極から発生する酸素ガスにより酸化され、分解による生成物が電池の正負極間で酸化還元を繰り返し、電池の自己放電を増加させる。
【０００６】
また、特許文献６には、フィブリル化していないポリフェニレンサルファイド繊維とヤング率が６０００ｋｇ／ｍｍ２と融着繊維を使用した電池用セパレータが提案されている。ポリフェニレンサルファイド繊維と剛性のある高ヤング率繊維を組み合わせることにより、弾性のあるセパレータであることができ、電極と密着できるものである。しかしながら、フィブリル化していない繊維を使用しているため、孔径が大きくなりやすく、ピンホールのような貫通孔を生じさせ、電極間の内部短絡を生じさせる。
【０００７】
他方、特許文献７には、ポリオレフィン径繊維と芯鞘型複合繊維のカードウェブからなる水流交絡不織布を複数枚、熱圧着により積層一体化したアルカリ電池用セパレータが提案されている。しかしながら、芯鞘型複合繊維を主繊維とするため、突き刺し強度が弱いため、電極バリが貫通しやすく、内部短絡を起こしやすい。また、孔径も大きくなりやすく、ピンホールのような貫通孔を生じさせ、電極間の内部短絡を生じさせていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７―２６２９８０号公報
【特許文献２】特開平９−６７７８６号公報
【特許文献３】特開平１０−６４５０２号公報
【特許文献４】特開２００４−２８５５３６号公報
【特許文献５】特開２００１―４０５９７号公報
【特許文献６】特開２００２―２７９９５８号公報
【特許文献７】特開２００５−１１６５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、薄膜である上に、耐アルカリ性、機械的強度、寸法安定性を有する、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に用いられるセパレータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のセパレータは、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことを特徴とする。
また、前記ポリフェニレンサルファイド繊維が、１５０℃以上の温度で熱処理されていることが好ましい。
また、前記ポリフェニレンサルファイド繊維の繊維径が１０μｍ以下で、繊維長が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、前記芯鞘型複合繊維が、鞘成分がエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が高密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が低密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレンから選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【００１１】
また、前記芯鞘型複合繊維が、繊維径が２．５μｍ以下、繊維長が１５ｍｍ以下にフィブリル化されていることが好ましい。
また、前記芯鞘型複合繊維の鞘成分の融点が、８０〜１５０℃であることが好ましい。
また、前記ポリフェニレンサルファイド繊維が６５〜２０質量％、前記芯鞘型複合繊維が３５〜８０質量％の配合比率であることが好ましい。
また、前記セパレータが、芯鞘型複合繊維の熱融着または熱圧着により構成されていることが好ましい。
また、前記セパレータの膜厚が１００μｍ以下であることが好ましい。
また、前記セパレータの密度が０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
また、前記セパレータの透気度が１００秒／１００ｍｌ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセパレータは、薄膜である上に、耐アルカリ性、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に非常に優れており、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に好適に用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことによって、３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用される電解液中で劣化することなく、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に、非常に優れたセパレータを提供することができる。
【００１４】
本発明においては、１５０℃以上の温度で熱処理を施されたポリフェニレンサルファイド繊維を使用することが好ましい。１５０℃以上の温度で熱処理を施されたポリフェニレンサルファイド繊維は、１５０℃以上での寸法変化率が小さくなる為、８０〜１００℃の信頼性試験温度域で収縮によるシワや破損が発生しないため、寸法安定性に優れたセパレータとなる。また、芯鞘型複合繊維を熱接着する温度域で寸法変化率が小さいため、製造時にシワや破損が発生しにくくなる。
【００１５】
芯鞘型複合繊維は、断面が中心部の「芯」と外層部の「鞘」から成る繊維である。芯鞘型複合繊維が、鞘成分がエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が高密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が低密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がポリビニルアルコールで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がエチレンービニルアルコール共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がポリビニルアルコールで且つ芯成分がポリエチレン、鞘成分がエチレンービニルアルコール共重合体で且つ芯成分がポリエチレン、鞘成分がエチレン酢酸ビニル共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がエチレンアクリル酸メチル共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分がエチレンアクリル酸共重合体で且つ芯成分がポリプロピレンから選ばれた少なくとも１種が好ましく使用される。これは、芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高いので、熱接着したとき、芯成分が繊維形状を維持することができるため、セパレータの引っ張り強度及び突き刺し強度を高く維持することができると共に、繊維間空隙を維持し安いため、孔径制御が容易になる。芯鞘型複合繊維の断面形状としては、例えば、円形状、異形状などのいずれであっても良い。融点の差が２０℃より小さくなると、熱接着時に芯成分も溶融し繊維形状を維持できなくなるため、セパレータの孔径を制御することができず、内部短絡を起こす結果となる。
【００１６】
本発明において、芯鞘型複合繊維の繊維径は２．５μｍ以下、繊維長は１５ｍｍ以下が好ましく、特に好ましくは繊維長が１０ｍｍ以下である。繊維径が２．５μｍ超、繊維長が１５ｍｍ超になると、繊維にヨレが発生し、地合ムラが発生しやすくなる。
【００１７】
本発明において、ポリフェニレンサルファイド繊維の繊維径は１０μｍ以下、繊維長は１０ｍｍ以下が好ましく、特に好ましくは繊維径が５μｍ以下、繊維長が７ｍｍ以下である。繊維径が１０μｍ超、繊維長が１０ｍｍ超になると、繊維にヨレが発生し、地合ムラが発生しやすくなる。
【００１８】
本発明において、ポリフェニレンサルファイド繊維は、セパレータを構成する全繊維の２０〜６５質量％の範囲で混合されていることが好ましい。２０質量％未満であると、セパレータの引っ張り強度及び突き刺し強度を高く維持することができなくなり、６５％超になると、セパレータの孔径を制御することができず、内部短絡を起こす結果となる。
【００１９】
本発明において、芯鞘型複合繊維は、セパレータを構成する全繊維の３５〜８０質量％の範囲で混合されていることが好ましい。３５質量％未満であると、繊維同士の絡み合いが弱くなり、機械的強度が弱くなる傾向にあり、８０質量％超になると、セパレータの引っ張り強度及び突き刺し強度を高く維持することができなくなる。
【００２０】
本発明のセパレータは、十分な引っ張り強度、突き刺し強度を得るために、鞘成分の融点が８０〜１３０℃の芯鞘型複合繊維を使用し、熱融着または熱圧着していることが好ましい。融点が８０℃より低いと信頼性試験温度域で芯鞘型複合繊維が溶解し信頼性の低下を招く。１３０℃を超えると融着させる温度が高くなるため、繊維が変形し、孔径を制御しにくくなる。
【００２１】
本発明のセパレータの厚さは、１００μｍ以下であることが好ましい。セパレータの厚さが１００μｍを超えると、蓄電デバイスの薄型化に不利になると同時に、一定のセル体積に入れられる電極材の量が少なくなり、容量が小さくなってしまうばかりでなく、抵抗が高くなり好ましくない。
【００２２】
また、本発明のセパレータの密度は、０．２０ｇ／ｃｍ３〜０．９０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。０．２５ｇ／ｃｍ３〜０．８５ｇ／ｃｍ３であることがさらに好ましく、０．３０ｇ／ｃｍ３〜０．８０ｇ／ｃｍ３であることが特に好ましい。０．２０ｇ／ｃｍ３未満であると、セパレータの空隙部分が過多となり、蓄電デバイス駆動用電解液の含浸量が多くなり、蓄電デバイスのコストアップに繋がる。一方、密度が０．９０ｇ／ｃｍ３より大きいと、セパレータを構成する材料の詰まり方が過多となるために、イオン移動が阻害され抵抗が高くなりやすい。
【００２３】
本発明のセパレータの透気度は、１００秒／１００ｍｌ以下であることが好ましい。イオン伝導性を好適に維持することができる。尚、本発明のセパレータにおける透気度は、ガーレ透気度測定器を用いて測定した値をいう。
【００２４】
本発明において、セパレータの孔径は、バブルポイント法による平均孔径が３μｍ〜４０μｍであることが好ましく、より好ましくは５μｍ〜３０μｍの範囲である。平均孔径が３μｍより小さいと、イオン伝導性が低下し、内部抵抗が高くなりやすく、また、ガス透過性が悪くなり耐久性が低くなる。４０μｍを超えると、薄膜化した場合に内部短絡を生じやすくなる。尚、バブルポイント法による孔径の測定は、西華産業社製のポロメーターを使用すればよい。
【００２５】
以上説明したように、本発明のセパレータは、ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上芯鞘型複合繊維を含むことによって、３０質量％程度の濃厚なアルカリ水溶液が使用される電解液中で劣化することなく、薄膜である上に、機械的強度、寸法安定性およびイオン伝導性に、非常に優れており、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などのアルカリ電池に好適に用いられる。なお、本発明のセパレータを用いて蓄電デバイスを作製する場合、正極、負極、電解液など蓄電デバイスを構成する材料は、従来周知のものなら如何なるものでも使用することができる。
【００２６】
次に、本発明のセパレータの製造方法について説明するが、これのみに限定されるものではなく、他の方法でも本発明のセパレータを製造することは可能である。
【００２７】
先ず、繊維径１０μｍ以下、繊維長１０ｍｍ以下に裁断されたポリフェニレンサリファイド繊維と、繊維径２．５μｍ以下、繊維長１５ｍｍ以下に裁断された芯鞘型複合繊維を水に分散する。水に投入する順序は決まっていない。本発明に用いる繊維は、離解工程では均一に分散しにくいため、パルパーやアジテータのような分散装置や、超音波分散装置を用いることによって、良好な分散が可能である。また、この分散工程で使用する水は、イオン性不純物をできるだけ少なくするために、イオン交換水あるいは純水を用いた方が好ましい。
【００２８】
上記で得られた繊維の分散体を、長網式、短網式、円網式、傾斜式などの湿式抄紙機を適用し、抄造する。連続したワイヤーメッシュ状の脱水パートで脱水する。湿式抄紙機の中で、２つのヘッドを有する傾斜ワイヤー抄紙機を用いると、２層以上の繊維層を重ね抄き合わせする場合、繊維層間の境界もできにくく、また、ピンホールのない均一なセパレータが得られる。重ね抄き合わせした後、多筒式やヤンキー式ドライヤー等の乾燥パートを通すことによって乾燥及び芯鞘型複合繊維を融着させて、セパレータを製作する。
【００２９】
このように製造したセパレータの電解液保持性が不足する場合には、電解液保持性を向上させるために、親水化処理を実施することが好ましい。
【００３０】
この親水化処理としては、例えば、スルホン化処理、フッ素ガス処理、グラフト処理、界面活性剤処理、放電処理、親水性樹脂付着処理などの、少なくとも１つの親水化処理を実施して、繊維表面に、酸素及び／又は硫黄含有官能基（例えば、スルホン酸基、スルホン酸塩基、スルホフルオライド基、カルボキシル基、カルボニル基など）を導入したり、親水性モノマーをグラフト重合したり、界面活性剤を付着させたり、或いは親水性樹脂を付着させるのが好ましい。このような親水化処理は繊維の段階で行っても良いが、セパレータ抄造後に親水化処理した方が作業性により優れている。以下、セパレータ抄造後に親水化処理する方法について説明するが、それ以外の場合も全く同様にして実施することができる。
【００３１】
スルホン化処理としては、例えば、発煙硫酸、硫酸、クロロ硫酸又は塩化スルフリルなどからなる溶液中に、前述のようなセパレータを浸漬してスルホン酸基を導入する方法、三酸化硫黄ガスに前述のようなセパレータを接触させてスルホン酸基を導入する方法、或いは一酸化硫黄ガスや二酸化硫黄ガスなどの存在下で放電を作用させてスルホン酸基を導入する方法等がある。
【００３２】
フッ素ガス処理としては、例えば、不活性ガス（例えば、窒素ガス、アルゴンガスなど）で希釈したフッ素ガスと、酸素ガス、二酸化炭素ガス及び二酸化硫黄ガスなどの中から選ばれる少なくとも１種類のガスとの混合ガスに、不織布をさらすことにより、不織布を親水化することができる。
【００３３】
ビニルモノマーのグラフト重合処理としては、例えば、ビニルモノマーと重合開始剤を含む溶液中にセパレータを浸漬して加熱する方法、セパレータにビニルモノマーを塗布した後に放射線を照射する方法、セパレータに放射線を照射した後にビニルモノマーと接触させる方法、増感剤を含むビニルモノマー溶液をセパレータに塗布した後に紫外線を照射する方法、などがある。このビニルモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ビニルピリジン、ビニルピロリドン或いはスチレンを使用することができる。なお、スチレンをグラフト重合した場合には、電解液との親和性に優れるように、スルホン化することが好ましい。なお、ビニルモノマー溶液とセパレータとを接触させる前に、紫外線照射、コロナ放電、プラズマ放電などにより、セパレータを改質すると、ビニルモノマー溶液との親和性が高くなるため、効率的にグラフト重合できる。
【００３４】
界面活性剤処理としては、例えば、アニオン系界面活性剤（例えば、高級脂肪酸のアルカリ金属塩、アルキルスルホン酸塩、もしくはスルホコハク酸エステル塩など）、又はノニオン系界面活性剤（例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、もしくはポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルなど）の溶液中にセパレータを浸漬したり、この溶液をセパレータに塗布又は散布して付着させることができる。
【００３５】
放電処理としては、例えば、コロナ放電処理、プラズマ処理、グロー放電処理又は電子線処理などがある。なお、空気中の大気圧下で、それぞれが誘電体を担持する一対の電極間に、これら両方の誘電体と接触するようにセパレータを配置し、これら両電極間に交流電圧を印加して、セパレータの内部空隙で放電を発生させる方法であると、セパレータの内部における繊維表面の親水化を実施することができるため、内圧特性に優れるセパレータを製造することができる。
【００３６】
親水性樹脂付与処理としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、架橋可能なポリビニルアルコール又はポリアクリル酸などの親水性樹脂を付着させることができる。これらの親水性樹脂は適当な溶媒に溶解又は分散させた後、この溶媒中にセパレータを浸漬したり、この溶媒をセパレータに塗布又は散布し、乾燥して付着させることができる。
【００３７】
この架橋可能なポリビニルアルコールとしては、例えば、水酸基の一部を感光性基で置換したポリビニルアルコールがあり、より具体的には、感光性基としてスチリルピリジニウム系のもの、スチリルキノリニウム系のもの、スチリルベンゾチアゾリウム系のもので水酸基の一部を置換したポリビニルアルコールがある。この架橋可能なポリビニルアルコールも他の親水性樹脂と同様にしてセパレータに付着させた後、光照射することによって架橋させることができる。このような水酸基の一部を感光性基で置換したポリビニルアルコールは耐アルカリ性に優れ、しかもイオンとキレートを形成できる水酸基を多く含んでおり、放電時及び／又は充電時に、極板上に樹枝状の金属が析出する前のイオンとキレートを形成し、電極間の短絡を防止できるため好適に使用できる。
以下、本発明のセパレータおよびその製造方法を実施例によって説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
繊維径９．５μｍ、繊維長６ｍｍのポリフェニレンサルファイド繊維と、繊維径１．７μｍ、繊維長１０ｍｍの鞘成分が融点１１０℃の低密度ポリエチレンで且つ芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレンからなる芯鞘型複合繊維を、各々５０：５０の質量比率でイオン交換水に０．０５質量％の濃度でパルパー内に投入し３０分間分散し、繊維の分散体からなる抄紙材料を作製した。
上記抄紙材料を、ＪＩＳ Ｐ８２２２に規定する標準型手抄き装置を用いて湿体シートを抄造した。その後、得られた湿体シートを手抄き装置から取り出した後に、ヤンキードライヤーにて１２０℃で乾燥して本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは１０１μｍ、密度は０．５２ｇ／ｃｍ３、透気度は１２秒／１００ｍｌであった。
【実施例２】
【００３９】
芯鞘型複合繊維を鞘成分が融点１３５℃の高密度ポリエチレンで且つ芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレンからなる芯鞘型複合繊維に代えた以外は、実施例１と同様にして、本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは９９μｍ、密度は０．４５ｇ／ｃｍ３、透気度は９秒／１００ｍｌであった。
【実施例３】
【００４０】
芯鞘型複合繊維を鞘成分が融点１４５℃のエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレンからなる芯鞘型複合繊維に代えた以外は、実施例１と同様にして、本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは９８μｍ、密度は０．４６ｇ／ｃｍ３、透気度は１０秒／１００ｍｌであった。
【実施例４】
【００４１】
実施例１と同様にして、厚さ５０μの本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、密度は０．５２ｇ／ｃｍ３、透気度は６秒／１００ｍｌであった。
【実施例５】
【００４２】
実施例１と同様にして、密度０．７０ｇ／ｃｍ３の本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは１００μｍ、透気度は１９秒／１００ｍｌであった。
【実施例６】
【００４３】
ポリフェニレンサルファイド繊維と芯鞘型複合繊維の質量比率を各々６５：３５とした以外は、実施例１と同様にして、本発明のセパレータを得た。
得られたセパレータの物性は、セパレータの厚さは１００μｍ、密度は０．４１ｇ／ｃｍ３、透気度は７秒／１００ｍｌであった。
【００４４】
［比較例１］
ニッケル水素電池用として市販されている厚さが１００μｍのポリプロピレン製不織布をセパレータとして用いた。
【００４５】
［比較例２］
ニッケル水素電池用として市販されている厚さが１００μｍの延伸ポリフェニレンサルファイド繊維と未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維からなる不織布をセパレータとして用いた。
上記実施例１〜６および比較例１〜２で得られたセパレータについて下記の特性を評価した。
【００４６】
＜高温長期試験＞
電極の集電体として、発泡ニッケル基材を用いたペースト式ニッケル正極（３３ｍｍ幅、１８２ｍｍ長）と、ペースト式水素蔵合金負極（メッシュメタル系合金、３３ｍｍ幅、２４７ｍｍ長）とを作成した。
次いで、各セパレータを３３ｍｍ幅、４１０ｍｍ長に裁断した後、それぞれを正極と負極との間に挟み込み、渦巻き状に巻回して、ＳＣ（ｓｕｂ−Ｃ）型対応の電極群を作成した。この電極群を外装缶に収納し、電解液として５Ｎ水酸化カリウム及び１Ｎ水酸化リチウムを外装缶に注液、封止して、容量が２０００ｍＡｈの円筒型ニッケル−水素電池を作成した。
作成された円筒型ニッケル水素電池について、０．３３Ｃでの充電と、１０Ｃで終止電圧１Ｖまで放電することからなる充放電サイクルを、温度８０℃で繰り返し、容量が初期容量の５０％に達するまでのサイクル数を寿命とした。
得られた結果を表１に示す。表１において、◎は５００サイクルを超えたものを示し、×は５００サイクル以下のものを示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１の結果から明らかなように、本発明のセパレータを用いたニッケル水素電池は、８０℃での高温長期試験でも十分な放電容量を維持しており、電池寿命が長いことが確認できた。これに対して、比較例１及び２のセパレータを用いたニッケル水素電池は、放電容量の低下が非常に大きく、又、初期から内部短絡を起こす物もあり、特性が著しく劣るものであった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことを特徴とする蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項２】
前記ポリフェニレンサルファイド繊維が、１５０℃以上の温度で熱処理されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項３】
前記ポリフェニレンサルファイド繊維の繊維径が１０μｍ以下で、繊維長が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項４】
前記芯鞘型複合繊維が、鞘成分がエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が高密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が低密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレンから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項５】
前記芯鞘型複合繊維が、繊維径が２．５μｍ以下、繊維長が１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項６】
前記芯鞘型複合繊維の鞘成分の融点が、８０〜１５０℃であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項７】
前記ポリフェニレンサルファイド繊維が６５〜２０質量％、前記芯鞘型複合繊維が３５〜８０質量％の配合比率であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項８】
前記セパレータが、芯鞘型複合繊維の熱融着または熱圧着により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項９】
前記セパレータの膜厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項１０】
前記セパレータの密度が０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項１１】
前記セパレータの透気度が１００秒／１００ｍｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項１２】
前記蓄電デバイスが、ニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項１】
ポリフェニレンサルファイド繊維と芯成分の融点が鞘成分の融点より２０℃以上高い芯鞘型複合繊維を含むことを特徴とする蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項２】
前記ポリフェニレンサルファイド繊維が、１５０℃以上の温度で熱処理されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項３】
前記ポリフェニレンサルファイド繊維の繊維径が１０μｍ以下で、繊維長が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項４】
前記芯鞘型複合繊維が、鞘成分がエチレンープロピレン共重合体で且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が高密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレン、鞘成分が低密度ポリエチレンで且つ芯成分がポリプロピレンから選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項５】
前記芯鞘型複合繊維が、繊維径が２．５μｍ以下、繊維長が１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項６】
前記芯鞘型複合繊維の鞘成分の融点が、８０〜１５０℃であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項７】
前記ポリフェニレンサルファイド繊維が６５〜２０質量％、前記芯鞘型複合繊維が３５〜８０質量％の配合比率であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項８】
前記セパレータが、芯鞘型複合繊維の熱融着または熱圧着により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項９】
前記セパレータの膜厚が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項１０】
前記セパレータの密度が０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項１１】
前記セパレータの透気度が１００秒／１００ｍｌ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【請求項１２】
前記蓄電デバイスが、ニッケルカドミウム電池またはニッケル水素電池であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の蓄電デバイス用セパレータ。
【公開番号】特開２０１１−６０４２９（Ｐ２０１１−６０４２９Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０５２３８（Ｐ２００９−２０５２３８）
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００１５３５９１）株式会社巴川製紙所 (457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月４日（２００９．９．４）
【出願人】（０００１５３５９１）株式会社巴川製紙所 (457)
【Ｆターム（参考）】
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