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技術 密閉形鉛蓄電池用セパレータ

出願人 日本板硝子株式会社
発明者 遠藤秀夫松波敬明杉野豊
出願日 1999年12月22日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 1999-364870
公開日 2001年7月6日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2001-185114
状態 特許登録済
技術分野 電池のセパレータ
主要キーワード ポリオレフィン系合成パルプ Cガラス イオン性高分子凝集剤 抄紙シート 抄紙スラリー 材料相 ポリエチレン合成パルプ 基本繊維
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この項目の情報は公開日時点(2001年7月6日)のものです。
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課題

電解液保持性極板との密着性に優れ、しかも平均孔径が小さく耐短絡性にも優れた密閉形鉛蓄電池セパレータを提供する。

解決手段

BET法に基づく平均直径が0.5μm〜1μmの範囲の微細ガラス繊維無機質粉体を含有した無機材料主体として湿式混抄される密閉形鉛蓄電池用セパレータにおいて、分子100万以上のイオン性高分子凝集剤を用いて、前記無機材料間を結合するとともに、前記結合により形成される繊維構造の平均孔径を5μm以下としたことを特徴とする。

概要

背景

従来、耐短絡性に優れた密閉形鉛蓄電池セパレータとして、ガラス繊維無機粉体で構成したものや、ガラス繊維、合成繊維及び無機粉体で構成したものが知られている。例えば、特開昭58−206046号公報には、SiO2粒子を保持したガラス繊維もしくは合成繊維からなるセパレータが開示されている。また、特開昭61−269852号公報には、平均直径1.0〜5.0μmの含アルカリ珪酸塩ガラス主体とする繊維と、比表面積が100m2/g以上のシリカ粉末を主体とする粉末を、このシリカ粉末量がセパレータ重量の40wt%になるように湿式混抄し、ガラス繊維の間隙粉末粒子を介在させて孔径微細化するとともに、繊維同士又は繊維と粉末粒子とを、主として抄造の際に生じる水ガラス状物質によって相互に結合するようにした密閉形蓄電池用セパレータが開示されている。さらに、特開平6−176749号公報には、ポリオレフィン系合成パルプ、ガラス繊維、合成繊維及び無機粉体を配合し、混合抄造した鉛電池用セパレータが開示されている。

概要

電解液保持性極板との密着性に優れ、しかも平均孔径が小さく耐短絡性にも優れた密閉形鉛蓄電池用セパレータを提供する。

BET法に基づく平均直径が0.5μm〜1μmの範囲の微細ガラス繊維無機質粉体を含有した無機材料を主体として湿式混抄される密閉形鉛蓄電池用セパレータにおいて、分子100万以上のイオン性高分子凝集剤を用いて、前記無機材料間を結合するとともに、前記結合により形成される繊維構造の平均孔径を5μm以下としたことを特徴とする。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

BET法に基づく平均直径が0.5μm〜1μmの範囲の微細ガラス繊維無機質粉体を含有した無機材料主体として湿式混抄される密閉形鉛蓄電池セパレータにおいて、分子100万以上のイオン性高分子凝集剤を用いて、前記無機材料間を結合するとともに、前記結合により形成される繊維構造平均孔径を5μm以下としたことを特徴とする密閉形鉛蓄電池用セパレータ。

請求項2

前記無機質粉体は、比表面積が150m2/g〜300m2/gの二酸化珪素であり、該無機質粉体を15〜40wt%含有させることで、BET法に基づく比表面積を20m2/g〜130m2/g未満としたことを特徴とする請求項1記載の密閉形鉛蓄電池用セパレータ。

請求項3

前記イオン性高分子凝集剤を抄紙スラリーの全固体重量を基準として0.05wt%〜0.5wt%含有させることを特徴とする請求項1または2記載の密閉形鉛蓄電池用セパレータ。

技術分野

0001

本発明は、電解液保持性極板との密着性に優れ、しかも平均孔径が小さく耐短絡性にも優れた密閉形鉛蓄電池セパレータに関する。

背景技術

0002

従来、耐短絡性に優れた密閉形鉛蓄電池用セパレータとして、ガラス繊維無機粉体で構成したものや、ガラス繊維、合成繊維及び無機粉体で構成したものが知られている。例えば、特開昭58−206046号公報には、SiO2粒子を保持したガラス繊維もしくは合成繊維からなるセパレータが開示されている。また、特開昭61−269852号公報には、平均直径1.0〜5.0μmの含アルカリ珪酸塩ガラス主体とする繊維と、比表面積が100m2/g以上のシリカ粉末を主体とする粉末を、このシリカ粉末量がセパレータ重量の40wt%になるように湿式混抄し、ガラス繊維の間隙粉末粒子を介在させて孔径微細化するとともに、繊維同士又は繊維と粉末粒子とを、主として抄造の際に生じる水ガラス状物質によって相互に結合するようにした密閉形蓄電池用セパレータが開示されている。さらに、特開平6−176749号公報には、ポリオレフィン系合成パルプ、ガラス繊維、合成繊維及び無機粉体を配合し、混合抄造した鉛電池用セパレータが開示されている。

発明が解決しようとする課題

0003

上記のセパレータにおいて、結合剤を使用しないものは、電池組立時に無機粉体が脱落することにより、組立作業に支障を来すことがある。また、水ガラス状物質によって繊維同士又は繊維と無機粉末とを結合するようにしたセパレータでは、pHを2.5〜3.5に保った水の中で一定時間分散させる必要があり、しかも、無機質からなる水ガラス状物質を結合剤としていることからセパレータが硬くなるため、電池組立作業に支障を来すことがある。また、合成パルプ及び合成繊維からなる合成樹脂バインダーとしたセパレータでは、材料相互間を強く結合するため、前記のセパレータと同様にセパレータが硬くなり、電池組立作業に支障を来すことがある。

課題を解決するための手段

0004

本発明の密閉形鉛電池用セパレータは、上記の問題点を解決するために、請求項1記載の通り、BET法に基づく平均直径が0.5μm〜1μmの範囲の微細ガラス繊維無機質粉体を含有した無機材料を主体として湿式混抄される密閉形鉛蓄電池用セパレータにおいて、分子100万以上のイオン性高分子凝集剤を用いて、前記無機材料間を結合するとともに、前記結合により形成される繊維構造の平均孔径を5μm以下としたことを特徴とする。また、請求項2記載の密閉形鉛蓄電池用セパレータは、請求項1記載の密閉形鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記無機質粉体は、比表面積が150m2/g〜300m2/gの二酸化珪素であり、該無機質粉体を15〜40wt%含有させることで、BET法に基づく比表面積を20m2/g〜130m2/g未満としたことを特徴とする。また、請求項3記載の密閉形鉛蓄電池用セパレータは、請求項1または2記載密閉形鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記イオン性高分子凝集剤を抄紙スラリーの全固体重量を基準として0.05wt%〜0.5wt%含有させることを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0005

本発明は、前記のように平均直径が0.5μm〜1μmの範囲の微細ガラス繊維と無機質粉体を含有した無機材料を主体として湿式混抄される密閉形鉛蓄電池用セパレータにおいて、分子量100万以上のイオン性高分子凝集剤を用いて無機材料間を結合するようにしたことにより、材料相互間を適度な結合力で結合でき、柔軟な抄紙シートとすることができる。

0006

また、紙層構造を決定する微細ガラス繊維の平均直径を前記のように0.5μm〜1μmの範囲としたことで、基本繊維構造自体細孔径分布が小さくなり、しかも、繊維同士が構成する細孔に無機粉体が充満するため、前記繊維構造の細孔径分布はさらに小さくなり、結果的に平均孔径が5μm以下の耐短絡性の優れた柔軟な密閉形鉛電池用セパレータを得ることができる。

0007

さらに、微細ガラス繊維の平均直径を0.5μm〜1μmの範囲としたことにより、ガラス繊維重量当たり繊維本数を多くすることができ、BET法に基づくセパレータの比表面積にして130m2/gまでの多量の無機質粉体を湿式混抄した密閉形鉛電池用セパレータとすることができる。

0008

前記ガラス繊維としては、例えば、耐酸性Cガラスを、溶融紡糸して得られるBET法に基づく平均繊維直径が0.5〜1μmの範囲から選択した微細なガラス繊維を使用する。

0009

また、無機質粉体としては、耐酸性を有するタルク珪藻土、二酸化珪素等が使用可能であるが、無機質粉体の混抄による微孔の縮小効果が大きく、純度の高い材料が得られる点から、比表面積が150m2/g〜300m2/gの二酸化珪素の使用が好ましい。

0010

前記二酸化珪素粉体添加量は、15〜40wt%が好ましい。これは、15wt%未満では、微孔の縮小効果が小さいため、耐短絡性の優れたセパレータを得ることができず、また、40wt%を超えるとセパレータが硬くなり電池組立作業に支障を来すだけでなく、セパレータから無機質粉体が脱落するからである。

0011

また、イオン性高分子凝集剤としては、分子量100万以上のアクリルアミドを含有する水溶性カチオン性共重合体エチレンイミン等のカチオン性高分子凝集剤を使用できるが、アニオン性、あるいはノニオン性高分子凝集剤との併用も可能である。このようなイオン性高分子凝集剤は、微細ガラス繊維と無機質粉体を含有した無機材料を主体とする抄紙全材料に対してフロック形成を促し、そのフロック形成により無機質粉体の繊維材料への定着効率を著しく高めるとともに、無機材料を主体とした材料を相互に緩く結合するため、軟らかい密閉形鉛電池セパレータが得られる。

0012

なお、前記のイオン性高分子凝集剤の分子量は、100万以上が必要であり、100万未満では、無機質粉体の繊維材料への定着効率が低下し、多量の無機質粉体を混抄することが困難となるため好ましくない。また、イオン性高分子凝集剤の添加量は、抄紙スラリーの全固体重量を基準として0.05wt%〜0.5wt%の範囲が好ましい。これは、0.05wt%未満では、無機質粉体の繊維材料への定着効率が著しく低下するとともに、材料間の結合効果が期待できず、また、0.5wt%を超えると強いフロックを形成し、シート均質度の低下、即ち、地合の低下をもたらすからである。

0013

次に、本発明の具体的な実施例を比較例及び従来例とともに説明する。
〔実施例1〕平均繊維径0.7μm、比表面積2.3m2/gの耐酸性ガラス繊維75部と比表面積230m2/gの二酸化珪素25部を水流分散機を用いて混合分散させた後、分子量150万のカチオン性アクリルアミド0.2部を含む水溶液を添加し、10分間混合して抄紙用スラリーを得た。次いで、該スラリーを用いて抄造・乾燥を行い、厚さ1.0mmの密閉形鉛電池用セパレータを得た。なお、本実施例以下、その配合量を表す部は、重量部を示すものとする。

0014

〔実施例2〕平均繊維径1.0μm、比表面積1.5m2/gの耐酸性ガラス繊維75部と比表面積230m2/gの二酸化珪素25部を水流型分散機を用いて混合分散させた後、分子量150万のカチオン性アクリルアミド0.2部を含む水溶液を添加し、10分間混合して抄紙用スラリーを得た。次いで、該スラリーを用いて抄造・乾燥を行い、厚さ1.0mmの密閉形鉛電池用セパレータを得た。

0015

〔比較例1〕平均繊維径1.5μm、比表面積1.0m2/gの耐酸性ガラス繊維75部と比表面積230m2/gの二酸化珪素25部を水流型分散機を用いて混合分散させた後、分子量150万のカチオン性アクリルアミド0.2部を含む水溶液を添加し、10分間混合して抄紙用スラリーを得た。次いで、該スラリーを用いて抄造・乾燥を行い、厚さ1.0mmの密閉形鉛電池用セパレータを得た。

0016

〔比較例2〕平均繊維径1.0μm、比表面積1.5m2/gの耐酸性ガラス繊維90部と比表面積230m2/gの二酸化珪素10部を水流型分散機を用いて混合分散させた後、分子量150万のカチオン性アクリルアミド0.2部を含む水溶液を添加し、10分間混合して抄紙用スラリーを得た。次いで、該スラリーを用いて抄造・乾燥を行い、厚さ1.0mmの密閉形鉛電池用セパレータを得た。

0017

〔比較例3〕平均繊維径0.7μm、比表面積2.3m2/gの耐酸性ガラス繊維75部と比表面積230m2/gの二酸化珪素25部を水流型分散機を用いて混合分散させた後、分子量50万のカチオン性アクリルアミド0.2部を含む水溶液を添加し、10分間混合して抄紙用スラリーを得た。次いで、該スラリーを用いて抄造を行ったが、二酸化珪素のガラス繊維に対する定着効率が悪いため、所望のセパレータを得ることができなかった。

0018

〔従来例1〕平均繊維径0.7μm、比表面積2.3m2/gの耐酸性ガラス繊維50部と比表面積230m2/gの二酸化珪素25部及びポリエチレン合成パルプ25部を水流型分散機を用いて混合分散させた後、分子量50万のカチオン性アクリルアミド0.2部を含む水溶液を添加し、10分間混合して抄紙用スラリーを得た。次いで、該スラリーを用いて抄造・乾燥を行い、厚さ1.0mmの密閉形鉛電池用セパレータを得た。

0019

〔従来例2〕平均繊維径1.0μm、比表面積1.5m2/gの耐酸性ガラス繊維75部と比表面積230m2/gの二酸化珪素25部を水流型分散機を用いて混合分散させた後、硫酸を添加して水のpHを3とし、10分間混合して抄紙用スラリーを得た。次いで、該スラリーを用いて抄造・乾燥を行い、厚さ1.0mmの密閉形鉛電池用セパレータを得た。

0020

実施例1、2と比較例1〜3及び従来例1、2によって得た密閉形鉛電池用セパレータの特性測定を行い、その結果を表1に示した。

0021

0022

上記表1から明らかなように、本実施例の密閉形鉛電池用セパレータのみが、比表面積が大きく、平均孔径が小さく、しかも圧縮時相対厚さが小さいものとなり、その結果、電解液の保持性と極板との密着性に優れ、しかも平均孔径が小さく耐短絡性にも優れた密閉形鉛蓄電池用セパレータが得られることが確認できた。また、従来例1のセパレータでは、ポリエチレン合成パルプと分子量50万のカチオン性アクリルアミドを併用したことにより、二酸化珪素の繊維材料に対する定着効率は良好であったが、圧縮時の相対厚さが厚く、従ってセパレータの風合いが硬くなったことから、電池組立作業性が低下する結果であった。また、従来例2のセパレータは、分子量100万以上のカチオン性アクリルアミドを使用していないことから、実施例のセパレータに対してガラス繊維の定着率が悪いことが予想されたが、酸性処理の効果により使用水がやや白濁する程度で、ほぼ所望のセパレータを得ることができた。しかし、このセパレータは、従来例1と同様に圧縮時の相対厚さが厚く、従ってセパレータの風合いが硬くなったことから、電池組立作業性が低下する結果であった。

発明の効果

0023

以上説明したように、本発明は、微細ガラス繊維と無機質粉体を含有した無機材料を主体として湿式混抄される密閉形鉛電池用セパレータにおいて、分子量100万以上のイオン性高分子凝集剤を用いて無機材料間を結合したことにより、材料相互間を適度な結合力で結合できるため、柔軟な抄紙シートとすることができる。また、紙層構造を決定する微細ガラス繊維の平均直径を0.5μm〜1μmの範囲としたことで、基本繊維構造自体の細孔径分布が小さくなり、しかも繊維同士が構成する細孔に無機質粉末が充満するため、細孔の径分布はさらに小さくなり、結果的に平均孔径が5μm以下の耐短絡性の優れた柔軟な密閉形鉛電池用セパレータを得ることができる。さらに、本発明の密閉形鉛電池用セパレータを使用すれば、電池組立てが容易となり、また、電池使用時において短絡を生じにくいことから電池寿命延長効果を有する。

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