JP2004031277A - コーティングセパレータ、その製造方法およびそれを用いた電気電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】十分な電解液の保持性を有するセパレータを提供すること。
【解決手段】イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質がコーティングされていることを特徴とする電気電子部品用セパレータ。
【選択図】 なし
【解決手段】イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質がコーティングされていることを特徴とする電気電子部品用セパレータ。
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコーティングセパレータ、その製造方法およびそれを用いた電気電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯通信機器や高速情報処理機器等の最近の進歩に象徴されるように、エレクトロニクス機器の小型軽量化、高性能化には目覚しいものがある。これらを支える要素技術の一つに、電気・電子部品の高性能化が挙げられる。電池等も例外ではなく、高性能部品開発が急速に進展している。これに応えるため、部材、例えば隔壁材料としてのセパレータに関しても技術・品質開発の必要性が高まっている。
【０００３】
例えば、アルカリ電池の１つの態様として円筒型のものが知られており、この円筒型アルカリ電池は極板群にセパレータを巻回して製造されるが、電池容量を増やすため或いは電気抵抗を小さくするために、セパレータとして使用する不織布は電解液の保持性に優れている必要がある。そのため、セパレータはできるだけ繊維径の小さい繊維から構成されているのが好ましい。このような不織布を製造する方法として、例えば、ポリオレフィン系樹脂からなる水流により分割可能な分割性繊維を含む繊維ウェブに対して水流を噴出し、分割性繊維を分割することにより繊維径の小さい繊維を発生させる方法が知られているが、この方法には、分割性繊維を十分に分割することができなかったり、十分に分割するためには多大なエネルギーが必要である等の問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記の如き問題点を解決すること、すなわち、十分な電解液の保持性を有するセパレータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはかかる状況に鑑み、高度な電解液保持性を有するセパレータを開発すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【０００６】
かくして、本発明は、イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質がコーティングされていることを特徴とする電気電子部品用セパレータを提供するものである。
【０００７】
本発明はまた、イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質を予め水に溶解または分散させた後、その溶解または分散液に未コーティングセパレータを浸漬し、次いで乾燥して水分を蒸発させることを特徴とする上記の本発明のセパレータの製造方法を提供するものである。
【０００８】
本発明はさらに、上記の本発明のセパレータが使用されていることを特徴とする、電池、コンデンサなどの電気電子部品を提供するものである。
【０００９】
以下、本発明のコンデンサ、その製造方法及び用途についてさらに詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（セパレータ）
本発明において「セパレータ」は、電池、コンデンサなどの電気電子部品中で例えば電極などの導電部材間を隔離することにより回路が短絡することを防ぐための構造体と定義される。セパレータとしては、通常、紙、不織布、微多孔フィルムまたはこれらの複合体が使用されるが、これらに限定されるものではない。
【００１１】
また、セパレータを構成する素材としては、例えば、アラミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂、ポリビニルアルコール、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）、ポリイミド、ガラス、カーボン、アルミナ、天然繊維、天然パルプなどが、紙、不織布、微多孔フィルムなどに加工しやすいことから使用される場合が多いが、電気電子部品中の電極などと比較して抵抗値の高いものであれば、材質は特に制限されるものではない。
（コーティングセパレータ）
本発明において「コーティングセパレータ」とは、その表面にイオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質が付着したセパレータである。その付着量はセパレータの孔が実質的に塞がらない限り特に制限されるものではないが、一般には、未コーティングセパレータの重量に対して０．００４〜２０％の範囲内が好ましい。また、コーティングは均一であることが望ましいが、コーティング斑があってもセパレータとして機能する限り問題はない。
【００１２】
コーティング方法としては、例えば上記物質を水に溶解または分散させた後、その溶解液または分散液にセパレータを浸漬し、次いで乾燥により水分を蒸発させる方法、または浸漬する前に未コーティングセパレータを予め部品中に組み込み、その全体を溶解液または分散液に浸漬し、次いで乾燥して水分を蒸発させる方法などが好適なものとして挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記の乾燥の条件は特に制限されるものではないが、通常、５０℃以上で１分以上乾燥することが好ましい。
【００１３】
また、上記「部品」とは、電池、コンデンサ等の電気電子部品のことであり、上記溶解液が浸漬可能な空間が存在する限り、特に完成品、半完成品を問わない。
（イオン性物質）
本発明に用いられる「イオン性物質」とは、化合物を構成する化学結合にイオン結合を含むものであり、具体的には、例えば、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、無水塩化カルシウム、酸化カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、無水硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリム、硫酸銅、無水硫酸銅、硫酸アルミニウム、カルボキシメチルセルロースナトリウムなどがあげあれるが、これらに限定されるものではない。
（水酸基含有物質）
本発明に用いられる「水酸基含有物質」とは、化合物中に水酸基（−ＯＨ）を含むものであり、具体的には、アルコール類（例えば、エタノール、ブタノールなど）、グリコール類（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなど）、多糖類（例えば、セルロース、デンプンなど）などがあげあれるが、これらに限定されるものではない。
（シリコン化合物）
本発明に用いられる「シリコン化合物」とは、化合物中にケイ素を含むものであり、例えば、シリカゲル、シリカゾル、無水シリカ、ゼオライトなどがあげあれるが、これらに限定されるものではない。
（熱処理）
本発明では、場合により、コーテイング前および／または後にセパレータを熱処理し、電解液の保持性をさらに高めることができる。特に、コーティング後に熱処理を行うことにより、イオン性物質、水酸基含有物質、シリコン化合物等がセパレータに固定され、電解液保持性が向上する可能性がある。その際の熱処理温度は厳密に制限されるものではないが、一般には、セパレータ構成素材の融点以下であることが好ましい。
（電解液保持性）
本発明において「電解液保持性」とは、セパレータが一定時間に電解液などの液体を吸上げる度合であり、具体的には下記式（２）により算出される値として定義される。
【００１４】
ｈ２η／γｔ 式（２）
ここで、ｈはある液体をｔ秒間に吸上げる吸上げ高さ（ｍｍ）であり、ηは該液体の粘度（ｍＰａＳ）であり、γは該液体の表面張力（ｍＮ／ｍ）であり、ｔは吸上げ時間（秒）である。
【００１５】
本発明のコーティングされたセパレータは、上記式（２）で示される電解液保持性が一般に０．７より大きい。
【００１６】
以上の如くしてコーティングされた本発明のセパレータは、コーティングによる電解液保持性に優れており、電気電子部品の導電部材間の隔離板として極めて適している。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に説明する。
（測定方法）
（１）シートの坪量、厚みの測定
ＪＩＳ Ｃ２１１１に準じて実施した。
（２）吸上げ高さの測定
正ブタノールを３０秒間に吸上げる高さを測定した。
【００１８】
２０℃で正ブタノールの粘度は７（ｍＰａＳ）、表面張力は２４．６（ｍＮ／ｍ）であった。
実施例１
特公昭５２−１５１６２４号公報に記載の湿式沈殿機を用いてポリメタフェニレンイソフタルアミドのファイブリッドを製造した。これを叩解機で処理して濾水度（カナダ標準濾水度）を２０ｍｌに調節した。
【００１９】
また、帝人（株）製コーネックス（登録商標）を長さ５ｍｍに切断して抄紙原料（アラミドフロック）とした。このフロックの繊度は０．８デニールであった。
【００２０】
上記のように調製した紙料を水中にて混合し、タッピ式手抄き機（断面６２５ｃｍ２）でシートを作製した。
【００２１】
上記シートをカレンダー加工機にてロール温度３３０℃、ロール線圧１００ｋｇｆ／ｃｍ、速度２ｍ／分の条件でカレンダー加工した。
【００２２】
カレンダー加工後のシートを０．２５％硫酸ナトリウム水溶液に１分含浸後、熱風オーブンにて１５０℃×３０分乾燥した。
【００２３】
得られたシート材の主要特性及びブタノール吸上げ高さを測定した。結果を下記表１に示す。
比較例１
上記実施例１と同様にしてカレンダー加工まで行った後、純水に１分含浸後、熱風オーブンにて１５０℃×３０分乾燥した。
【００２４】
得られたシート材の主要特性及びブタノール吸上げ高さを測定した。結果を下記表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
上記表１から明らかなとおり、セパレータに本発明に従いコーティングを施すことにより液保持性が向上する。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に従いコーティングされたセパレータは電解液の保持性が向上する。また、本発明のコーティングセパレーダを電気電子部品に使用することにより、本来その部品が持つ電気特性が電解液の不十分な保持、漏れ等によるロスなく発揮させることができると期待される。
【発明の属する技術分野】
本発明はコーティングセパレータ、その製造方法およびそれを用いた電気電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯通信機器や高速情報処理機器等の最近の進歩に象徴されるように、エレクトロニクス機器の小型軽量化、高性能化には目覚しいものがある。これらを支える要素技術の一つに、電気・電子部品の高性能化が挙げられる。電池等も例外ではなく、高性能部品開発が急速に進展している。これに応えるため、部材、例えば隔壁材料としてのセパレータに関しても技術・品質開発の必要性が高まっている。
【０００３】
例えば、アルカリ電池の１つの態様として円筒型のものが知られており、この円筒型アルカリ電池は極板群にセパレータを巻回して製造されるが、電池容量を増やすため或いは電気抵抗を小さくするために、セパレータとして使用する不織布は電解液の保持性に優れている必要がある。そのため、セパレータはできるだけ繊維径の小さい繊維から構成されているのが好ましい。このような不織布を製造する方法として、例えば、ポリオレフィン系樹脂からなる水流により分割可能な分割性繊維を含む繊維ウェブに対して水流を噴出し、分割性繊維を分割することにより繊維径の小さい繊維を発生させる方法が知られているが、この方法には、分割性繊維を十分に分割することができなかったり、十分に分割するためには多大なエネルギーが必要である等の問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記の如き問題点を解決すること、すなわち、十分な電解液の保持性を有するセパレータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはかかる状況に鑑み、高度な電解液保持性を有するセパレータを開発すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【０００６】
かくして、本発明は、イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質がコーティングされていることを特徴とする電気電子部品用セパレータを提供するものである。
【０００７】
本発明はまた、イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質を予め水に溶解または分散させた後、その溶解または分散液に未コーティングセパレータを浸漬し、次いで乾燥して水分を蒸発させることを特徴とする上記の本発明のセパレータの製造方法を提供するものである。
【０００８】
本発明はさらに、上記の本発明のセパレータが使用されていることを特徴とする、電池、コンデンサなどの電気電子部品を提供するものである。
【０００９】
以下、本発明のコンデンサ、その製造方法及び用途についてさらに詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（セパレータ）
本発明において「セパレータ」は、電池、コンデンサなどの電気電子部品中で例えば電極などの導電部材間を隔離することにより回路が短絡することを防ぐための構造体と定義される。セパレータとしては、通常、紙、不織布、微多孔フィルムまたはこれらの複合体が使用されるが、これらに限定されるものではない。
【００１１】
また、セパレータを構成する素材としては、例えば、アラミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂、ポリビニルアルコール、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）、ポリイミド、ガラス、カーボン、アルミナ、天然繊維、天然パルプなどが、紙、不織布、微多孔フィルムなどに加工しやすいことから使用される場合が多いが、電気電子部品中の電極などと比較して抵抗値の高いものであれば、材質は特に制限されるものではない。
（コーティングセパレータ）
本発明において「コーティングセパレータ」とは、その表面にイオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質が付着したセパレータである。その付着量はセパレータの孔が実質的に塞がらない限り特に制限されるものではないが、一般には、未コーティングセパレータの重量に対して０．００４〜２０％の範囲内が好ましい。また、コーティングは均一であることが望ましいが、コーティング斑があってもセパレータとして機能する限り問題はない。
【００１２】
コーティング方法としては、例えば上記物質を水に溶解または分散させた後、その溶解液または分散液にセパレータを浸漬し、次いで乾燥により水分を蒸発させる方法、または浸漬する前に未コーティングセパレータを予め部品中に組み込み、その全体を溶解液または分散液に浸漬し、次いで乾燥して水分を蒸発させる方法などが好適なものとして挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記の乾燥の条件は特に制限されるものではないが、通常、５０℃以上で１分以上乾燥することが好ましい。
【００１３】
また、上記「部品」とは、電池、コンデンサ等の電気電子部品のことであり、上記溶解液が浸漬可能な空間が存在する限り、特に完成品、半完成品を問わない。
（イオン性物質）
本発明に用いられる「イオン性物質」とは、化合物を構成する化学結合にイオン結合を含むものであり、具体的には、例えば、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、無水塩化カルシウム、酸化カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、無水硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリム、硫酸銅、無水硫酸銅、硫酸アルミニウム、カルボキシメチルセルロースナトリウムなどがあげあれるが、これらに限定されるものではない。
（水酸基含有物質）
本発明に用いられる「水酸基含有物質」とは、化合物中に水酸基（−ＯＨ）を含むものであり、具体的には、アルコール類（例えば、エタノール、ブタノールなど）、グリコール類（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコールなど）、多糖類（例えば、セルロース、デンプンなど）などがあげあれるが、これらに限定されるものではない。
（シリコン化合物）
本発明に用いられる「シリコン化合物」とは、化合物中にケイ素を含むものであり、例えば、シリカゲル、シリカゾル、無水シリカ、ゼオライトなどがあげあれるが、これらに限定されるものではない。
（熱処理）
本発明では、場合により、コーテイング前および／または後にセパレータを熱処理し、電解液の保持性をさらに高めることができる。特に、コーティング後に熱処理を行うことにより、イオン性物質、水酸基含有物質、シリコン化合物等がセパレータに固定され、電解液保持性が向上する可能性がある。その際の熱処理温度は厳密に制限されるものではないが、一般には、セパレータ構成素材の融点以下であることが好ましい。
（電解液保持性）
本発明において「電解液保持性」とは、セパレータが一定時間に電解液などの液体を吸上げる度合であり、具体的には下記式（２）により算出される値として定義される。
【００１４】
ｈ２η／γｔ 式（２）
ここで、ｈはある液体をｔ秒間に吸上げる吸上げ高さ（ｍｍ）であり、ηは該液体の粘度（ｍＰａＳ）であり、γは該液体の表面張力（ｍＮ／ｍ）であり、ｔは吸上げ時間（秒）である。
【００１５】
本発明のコーティングされたセパレータは、上記式（２）で示される電解液保持性が一般に０．７より大きい。
【００１６】
以上の如くしてコーティングされた本発明のセパレータは、コーティングによる電解液保持性に優れており、電気電子部品の導電部材間の隔離板として極めて適している。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に説明する。
（測定方法）
（１）シートの坪量、厚みの測定
ＪＩＳ Ｃ２１１１に準じて実施した。
（２）吸上げ高さの測定
正ブタノールを３０秒間に吸上げる高さを測定した。
【００１８】
２０℃で正ブタノールの粘度は７（ｍＰａＳ）、表面張力は２４．６（ｍＮ／ｍ）であった。
実施例１
特公昭５２−１５１６２４号公報に記載の湿式沈殿機を用いてポリメタフェニレンイソフタルアミドのファイブリッドを製造した。これを叩解機で処理して濾水度（カナダ標準濾水度）を２０ｍｌに調節した。
【００１９】
また、帝人（株）製コーネックス（登録商標）を長さ５ｍｍに切断して抄紙原料（アラミドフロック）とした。このフロックの繊度は０．８デニールであった。
【００２０】
上記のように調製した紙料を水中にて混合し、タッピ式手抄き機（断面６２５ｃｍ２）でシートを作製した。
【００２１】
上記シートをカレンダー加工機にてロール温度３３０℃、ロール線圧１００ｋｇｆ／ｃｍ、速度２ｍ／分の条件でカレンダー加工した。
【００２２】
カレンダー加工後のシートを０．２５％硫酸ナトリウム水溶液に１分含浸後、熱風オーブンにて１５０℃×３０分乾燥した。
【００２３】
得られたシート材の主要特性及びブタノール吸上げ高さを測定した。結果を下記表１に示す。
比較例１
上記実施例１と同様にしてカレンダー加工まで行った後、純水に１分含浸後、熱風オーブンにて１５０℃×３０分乾燥した。
【００２４】
得られたシート材の主要特性及びブタノール吸上げ高さを測定した。結果を下記表１に示す。
【００２５】
【表１】
上記表１から明らかなとおり、セパレータに本発明に従いコーティングを施すことにより液保持性が向上する。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に従いコーティングされたセパレータは電解液の保持性が向上する。また、本発明のコーティングセパレーダを電気電子部品に使用することにより、本来その部品が持つ電気特性が電解液の不十分な保持、漏れ等によるロスなく発揮させることができると期待される。
Claims (11)
- イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質がコーティングされていることを特徴とする電気電子部品用セパレータ。
- 上記イオン性物質が炭酸カルシウム、塩化カルシウム、無水塩化カルシウム、酸化カルシウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、無水硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリム、硫酸銅、無水硫酸銅、硫酸アルミニウム及びカルボキシメチルセルロースナトリウムより選ばれることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
- 上記水酸基含有物質がアルコール類、グリコール類及び多糖類より選ばれることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
- 上記シリコン化合物がシリカゲル、シリカゾル、無水シリカ及びゼオライトより選ばれることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
- 上記セパレータが紙、不織布、微多孔フィルム及びそれらの複合体より選ばれることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
- 上記セパレータを構成する素材がアラミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂、ポリビニルアルコール、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）、ポリイミド、ガラス、カーボン、アルミナ、天然繊維及び天然パルプより選ばれることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
- 上記セパレータがコーティング前および／または後に熱処理されていることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
- 下記不等式（１）
０．７＜ｈ２η／γｔ 式（１）
ここで、ｈはある液体をｔ秒間に吸上げる吸上げ高さ（ｍｍ）であり、ηは該液体の粘度（ｍＰａＳ）であり、γは該液体の表面張力（ｍＮ／ｍ）であ り、ｔは吸上げ時間（秒）である。
で示される範囲内の吸上げ高さを有することを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。 - 上記イオン性物質、水酸基含有物質及びシリコン化合物より選ばれる少なくとも１種の物質を予め水に溶解または分散された後、その溶解液または分散液に未コーティングセパレータを浸漬し、次いで乾燥して水分を蒸発させることを特徴とする請求項１に記載のセパレータの製造方法。
- 未コーティングセパレータを溶解液に浸漬する前に未コーティングセパレータを予め部品中に組み込み、その全体を溶解液に浸漬し、次いで乾燥して水分を蒸発させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
- 請求項１に記載のセパレータが使用されていることを特徴とする電気電子部品。
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