JP2006310274A - Separator for liquid lead acid battery and liquid lead acid battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にガラスマットを併用した形で使用される合成パルプと無機粉体を主体とした液式鉛蓄電池用セパレータと該セパレータを使用した液式鉛蓄電池に関する。 The present invention relates to a separator for a liquid lead storage battery mainly composed of synthetic pulp and inorganic powder used mainly in combination with a glass mat, and a liquid lead storage battery using the separator.
従来、液式鉛蓄電池用セパレータとして、耐酸性の微孔性シートとガラスマットを組み合わせた式のセパレータが知られている。該微孔性シートは、一般的に、合成パルプ(一般的にはポリエチレン)と無機粉体を主体として湿式抄造された緻密な孔構造を有したシートであり、パルプセパレータと呼ばれている。該パルプセパレータは、耐酸化性が十分でないため、通常、ガラスマットと呼ばれる補助材を積層一体化等して組み合わせて使用される。 Conventionally, as a separator for a liquid type lead-acid battery, a separator of a type in which an acid-resistant microporous sheet and a glass mat are combined is known. The microporous sheet is generally a sheet having a fine pore structure that is wet-made mainly composed of synthetic pulp (generally polyethylene) and inorganic powder, and is called a pulp separator. Since the pulp separator does not have sufficient oxidation resistance, an auxiliary material called a glass mat is usually combined and used in combination.
前記パルプセパレータは、セパレータを電池に組み立てる際のスタッキングによる打ち出し時に破損しないこと、及び、電池使用時の振動による極板との摩擦に耐えることを目的として、引張強さ1.4MPa以上の機械的強度が要求される。従来のパルプセパレータでは、主に、次の2つの作用によってこの強度を確保している。
(1)合成パルプと無機粉体を主体とする材料を湿式抄造にてシート化し、約110℃の温度で乾燥後、約180℃の温度にて熱処理(約30秒間)することで、前記合成パルプを溶融させて前記合成パルプと他材料との接点を結着する。
(2)樹脂エマルジョンバインダー(一般的にはアクリル系のエマルジョン樹脂)を湿式抄造時に添加(混抄)したり、湿式抄造後の湿紙に対して添加(含浸)したりして製造することで、合成パルプと無機粉体を含む全材料間の接点を結着する。
The pulp separator is a mechanical member having a tensile strength of 1.4 MPa or more for the purpose of not damaging at the time of launching by stacking when assembling the separator into a battery and withstanding the friction with the electrode plate due to vibration during battery use. Strength is required. In the conventional pulp separator, this strength is ensured mainly by the following two actions.
(1) A synthetic pulp and a material mainly composed of inorganic powder are formed into a sheet by wet papermaking, dried at a temperature of about 110 ° C., and then heat treated at a temperature of about 180 ° C. (about 30 seconds). The pulp is melted to bind the contact points between the synthetic pulp and other materials.
(2) A resin emulsion binder (generally an acrylic emulsion resin) is added during wet papermaking (mixed paper) or added (impregnated) to wet paper after wet papermaking. Bonds contacts between all materials including synthetic pulp and inorganic powder.
しかし、前記(1)の作用に関しては、前記熱処理により溶融した合成パルプ(前記パルプセパレータにおける合成パルプの配合量は通常50質量%程度)は、他材料との接点部分に広がるだけに留まらず、無機粉体を始めとする親水性材料の表面を皮膜状に覆うようになるため、親水性材料の表面状態が親水性から疎水性へと変化し、セパレータの電気抵抗が著しく悪化(上昇)してしまう。 However, with regard to the action of (1), the synthetic pulp melted by the heat treatment (the synthetic pulp content in the pulp separator is usually about 50% by mass) is not limited to spread to the contact portion with other materials, Since the surface of hydrophilic materials such as inorganic powder is covered with a film, the surface state of the hydrophilic material changes from hydrophilic to hydrophobic, and the electrical resistance of the separator is significantly deteriorated (increased). End up.
また、前記(2)の作用に関しても、樹脂エマルジョンバインダーの樹脂粒子が無機粉体を始めとする親水性材料の表面に付着しその後の乾燥又は熱処理時の加熱により親水性材料の表面を皮膜状に覆うようになるため、親水性材料の表面状態が親水性から疎水性へと変化し、セパレータの電気抵抗が著しく悪化(上昇)してしまう。 As for the action of (2), the resin particles of the resin emulsion binder adhere to the surface of the hydrophilic material such as inorganic powder, and the surface of the hydrophilic material is made into a film by heating during subsequent drying or heat treatment. Therefore, the surface state of the hydrophilic material changes from hydrophilic to hydrophobic, and the electrical resistance of the separator is significantly deteriorated (increased).
このため、従来のパルプセパレータにおいては、界面活性剤を添加し、電気抵抗の悪化(上昇)を抑えるように設計されている。 For this reason, the conventional pulp separator is designed so as to suppress the deterioration (rise) of electrical resistance by adding a surfactant.
しかしながら、界面活性剤を添加して製造した従来のパルプセパレータでは、電気抵抗の悪化(上昇)は抑えられるが、次のような弊害を有していた。
つまり、界面活性剤を含んだパルプセパレータを使用した液式鉛蓄電池において初充電(化成)を行うと、電池内部が高温かつ酸化雰囲気に曝されていることから、セパレータから遊離・溶出した界面活性剤が還元性物質として作用して初充電時の正極及び負極の活性化(酸化−還元反応)を阻害するようになり、初充電後の規定の電池容量が得られにくくなるという問題があった。
However, the conventional pulp separator produced by adding a surfactant can suppress deterioration (increase) in electrical resistance, but has the following adverse effects.
In other words, when the initial charge (chemical conversion) is performed in a liquid lead-acid battery using a pulp separator containing a surfactant, the inside of the battery is exposed to a high temperature and oxidizing atmosphere. The agent acts as a reducing substance to inhibit activation (oxidation-reduction reaction) of the positive electrode and the negative electrode during the initial charge, and there is a problem that it becomes difficult to obtain a specified battery capacity after the initial charge. .
そこで、本発明は、前記従来の問題点に鑑み、主にガラスマットを併用した形で使用される合成パルプと無機粉体を主体とした液式鉛蓄電池用セパレータにおいて、規定の機械的強度及び電気抵抗特性を確保しつつ、界面活性剤の含有量を実質的にゼロとして鉛蓄電池内で発生する還元性物質量を低減するようにした液式鉛蓄電池用セパレータと該セパレータを使用した液式鉛蓄電池を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a liquid lead-acid battery separator mainly composed of synthetic pulp and inorganic powder mainly used in combination with a glass mat. Liquid lead-acid battery separator that reduces the amount of reducing substances generated in the lead-acid battery by ensuring that the surfactant content is substantially zero while ensuring electrical resistance characteristics, and a liquid type using the separator It aims at providing lead acid battery.
本発明の液式鉛蓄電池用セパレータは、前記目的を達成するべく、請求項1に記載の通り、合成パルプ13〜23質量%と、平均繊維径3μm以下のガラス繊維10〜30質量%と、無機粉体40〜60質量%と、天然パルプ0〜5質量%と、芯鞘型合成繊維10〜25質量%とを含み樹脂エマルジョンバインダーを実質的に含まない材料(ただし、全材料中、前記合成パルプ及び前記芯鞘型合成繊維を始めとするバインダー機能を有する有機材料(前記天然パルプは含まれない)の合計量が25〜47質量%で、前記ガラス繊維及び前記無機粉体を始めとする耐酸化性を有する無機材料の合計量が53〜75質量%)からなり、前記芯鞘型合成繊維の低融点成分の熱溶融により結着され、界面活性剤の含有量が実質的にゼロで、密度が0.26g/cm3以上の湿式抄造シートであることを特徴とする。
また、請求項2記載の液式鉛蓄電池用セパレータは、請求項1記載の液式鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記湿式抄造シート、正極板、負極板及び希硫酸とからなる電解セルを用いて、直流電流1.2A、約25℃で24時間電解した後に遊離・溶出する還元性物質量が0.5ml/100cm2以下(前記湿式抄造シート100cm21枚当たりのN/100過マンガン酸カリウム溶液消費量の換算値)であることを特徴とする。
また、請求項3記載の液式鉛蓄電池用セパレータは、請求項1または2記載の液式鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記合成パルプと、前記芯鞘型合成繊維の鞘成分とは、互いに同種の材質からなることを特徴とする。
また、請求項4記載の液式鉛蓄電池用セパレータは、請求項3記載の液式鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記材質がポリエチレンであることを特徴とする。
また、請求項5記載の液式鉛蓄電池用セパレータは、請求項1乃至4の何れかに記載の液式鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記ガラス繊維の平均繊維径が1.5μm以下であることを特徴とする。
また、請求項6記載の液式鉛蓄電池用セパレータは、請求項1乃至5の何れかに記載の液式鉛蓄電池用セパレータに、液式鉛蓄電池用ガラスマットを積層一体化してなることを特徴とする。
また、本発明の液式鉛蓄電池は、前記目的を達成するべく、請求項7に記載の通り、請求項1乃至6の何れかに記載の液式鉛蓄電池用セパレータを使用したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the separator for a liquid lead-acid battery according to the present invention, as described in
Moreover, the separator for liquid lead-acid batteries according to
Moreover, the separator for liquid lead-acid batteries according to
A separator for a liquid lead storage battery according to
Moreover, the separator for liquid lead acid batteries of
A separator for a liquid lead storage battery according to
Moreover, in order to achieve the said objective, the liquid lead acid battery of this invention used the separator for liquid lead acid batteries in any one of
尚、本発明者等は、前記請求項1の発明を導き出すに当たって、従来のパルプセパレータにおいて、機械的強度を得るための前記合成パルプの熱溶融による結着作用の弊害として発生していた合成パルプが皮膜状に親水性材料の表面を覆う現象(皮膜化現象)の発生メカニズムに着目し、鋭意検討を行った結果、前記皮膜化現象の発生は、合成パルプの配合量と関係があり、合成パルプの配合量を23質量%以下に抑えれば、前記皮膜化現象を極力発生させないようにできることを知見した。
Incidentally, in deriving the invention of
本発明によれば、主にガラスマットを併用した形で使用される合成パルプと無機粉体を主体とした液式鉛蓄電池用セパレータにおいて、合成パルプ13〜23質量%と、平均繊維径3μm以下のガラス繊維10〜30質量%と、無機粉体40〜60質量%と、天然パルプ0〜5質量%と、芯鞘型合成繊維10〜25質量%とを含み樹脂エマルジョンバインダーを実質的に含まない材料(ただし、全材料中、前記合成パルプ及び前記芯鞘型合成繊維を始めとするバインダー機能を有する有機材料(前記天然パルプは含まれない)の合計量が25〜47質量%で、前記ガラス繊維及び前記無機粉体を始めとする耐酸化性を有する無機材料の合計量が53〜75質量%)からなり、前記芯鞘型合成繊維の低融点成分の熱溶融により結着される、界面活性剤の含有量が実質的にゼロで、密度が0.26g/cm3以上の湿式抄造シートにて構成するようにしたので、規定の機械的強度及び電気抵抗特性を確保しつつ、界面活性剤の含有量を実質的にゼロとして鉛蓄電池内で発生する還元性物質量を低減し得る液式鉛蓄電池用セパレータとすることができ、該セパレータを使用した液式鉛蓄電池においては前記還元性物質量に起因する電池性能(特に初充電後の電池容量)の劣化を抑えることができる。
According to the present invention, in a liquid lead-acid battery separator mainly composed of synthetic pulp and inorganic powder mainly used in a form combined with a glass mat, the synthetic pulp is 13 to 23% by mass and the average fiber diameter is 3 μm or less.
以下、便宜上、パルプセパレータという語句と、液式鉛蓄電池用セパレータという語句を併用するが、両方とも実質的には同じセパレータを示す語句である。
本発明のパルプセパレータは、合成パルプ13〜23質量%と、平均繊維径3μm以下のガラス繊維10〜30質量%と、無機粉体40〜60質量%と、天然パルプ0〜5質量%と、芯鞘型合成繊維10〜25質量%とを含み樹脂エマルジョンバインダーを実質的に含まない材料(ただし、全材料中、前記合成パルプ及び前記芯鞘型合成繊維を始めとするバインダー機能を有する有機材料(前記天然パルプは含まれない)の合計量が25〜47質量%で、前記ガラス繊維及び前記無機粉体を始めとする耐酸化性を有する無機材料の合計量が53〜75質量%)からなり、前記芯鞘型合成繊維の低融点成分(鞘成分)の熱溶融により結着される、界面活性剤の含有量が実質的にゼロで、密度が0.26g/cm3以上の湿式抄造シートであることを条件とする。
Hereinafter, for the sake of convenience, the phrase “pulp separator” and the phrase “liquid-type lead-acid battery separator” will be used in combination, but both are substantially the same separator.
The pulp separator of the present invention comprises 13 to 23% by mass of synthetic pulp, 10 to 30% by mass of glass fibers having an average fiber diameter of 3 μm or less, 40 to 60% by mass of inorganic powder, 0 to 5% by mass of natural pulp, A material containing 10 to 25% by mass of a core-sheath type synthetic fiber and substantially free of a resin emulsion binder (however, in all materials, an organic material having a binder function including the synthetic pulp and the core-sheath type synthetic fiber) The total amount (not including the natural pulp) is 25 to 47% by mass, and the total amount of the inorganic material having oxidation resistance including the glass fiber and the inorganic powder is 53 to 75% by mass). The wet papermaking with a surfactant content of substantially zero and a density of 0.26 g / cm 3 or more, which is bound by heat melting of the low melting point component (sheath component) of the core-sheath type synthetic fiber. Be a sheet As a condition.
尚、本発明のパルプセパレータは、従来のパルプセパレータにおいて機械的強度を得るための前記合成パルプ及び樹脂エマルジョンバインダーによる結着作用の弊害として発生していた親水性の低下に伴う電気抵抗の悪化(上昇)を抑える目的で使用していた界面活性剤を使用しないことが基本的な設計コンセプトとしてあるため、如何にして、電気抵抗を悪化(上昇)させないで機械的強度を得るようにするかがポイントとなる。 In addition, the pulp separator of the present invention has a deterioration in electrical resistance due to a decrease in hydrophilicity that has occurred as an adverse effect of the binding action of the synthetic pulp and resin emulsion binder to obtain mechanical strength in the conventional pulp separator ( The basic design concept is not to use a surfactant that was used to suppress the rise), so how to obtain mechanical strength without deteriorating (raising) electrical resistance It becomes a point.
従来のパルプセパレータでは、前記した規定の機械的強度(引張強さ1.4MPa以上)を得るために、合成パルプの熱溶融による結着作用と、樹脂エマルジョンバインダーによる結着作用を利用していたが、本発明のパルプセパレータでは、前記合成パルプの熱溶融による結着作用と、前記芯鞘型合成繊維の低融点成分(鞘成分)の熱溶融による結着作用と、前記微細径のガラス繊維による絡み合いの作用を利用している。 In the conventional pulp separator, in order to obtain the specified mechanical strength (tensile strength of 1.4 MPa or more), the binding action by heat melting of the synthetic pulp and the binding action by the resin emulsion binder were used. However, in the pulp separator of the present invention, the binding action by the thermal melting of the synthetic pulp, the binding action by the thermal melting of the low melting point component (sheath component) of the core-sheath type synthetic fiber, and the glass fiber having the fine diameter Utilizes the entanglement effect of.
尚、前記合成パルプの熱溶融による結着作用に関しては、前述した通り、従来のパルプセパレータにおいて溶融した合成パルプが親水性材料の表面を皮膜状に覆う現象(皮膜化現象)により親水性材料の表面状態を疎水化し電気抵抗を悪化(上昇)させる弊害があったが、前述した新たな知見に基づき、本発明のパルプセパレータでは、合成パルプの配合量を23質量%以下に抑えることで、前記合成パルプの熱溶融による結着作用に伴う前記皮膜化現象の発生、つまり、前記合成パルプの熱溶融による結着作用に伴う電気抵抗の悪化(上昇)が極力低く抑えられている。 Regarding the binding action of the synthetic pulp due to heat melting, as described above, the synthetic pulp melted in the conventional pulp separator is coated with the hydrophilic material surface in the form of a film (film formation phenomenon). Although there was an adverse effect of making the surface state hydrophobic and deteriorating (increasing) the electrical resistance, based on the new knowledge described above, in the pulp separator of the present invention, by suppressing the blending amount of synthetic pulp to 23% by mass or less, Generation | occurrence | production of the said filming phenomenon accompanying the binding effect by the thermal melting of a synthetic pulp, ie, the deterioration (rise) of the electrical resistance accompanying the binding effect by the thermal melting of the said synthetic pulp, is suppressed as much as possible.
また、前記芯鞘型合成繊維による結着作用に関しては、前述の通り、前記芯鞘型合成繊維の低融点成分(鞘成分)の熱溶融により結着されるものであり、前記芯鞘型合成繊維による結着作用に伴う親水性材料の表面を皮膜状に覆う現象の発生はなく、前記芯鞘型合成繊維による結着作用に伴う電気抵抗の悪化(上昇)はない。 As for the binding action of the core-sheath type synthetic fiber, as described above, the core-sheath type synthetic fiber is bonded by thermal melting of the low melting point component (sheath component). There is no occurrence of a phenomenon of covering the surface of the hydrophilic material with a binding action by the fiber in the form of a film, and there is no deterioration (increase) in electrical resistance due to the binding action by the core-sheath type synthetic fiber.
以上のように、本発明のパルプセパレータにおいては、規定の機械的強度を得るために、前記合成パルプの熱溶融による結着作用と、前記芯鞘型合成繊維の低融点成分の熱溶融による結着作用と、前記微細径のガラス繊維による絡み合いの作用を利用しているが、何れの作用に関しても、結果的にセパレータの電気抵抗を高める弊害を伴うものではなく、本発明のパルプセパレータは、電気抵抗を悪化(上昇)させることなく、規定の機械的強度を確保できている。つまり、本発明のパルプセパレータは、界面活性剤を何ら使用することなく、電気抵抗の悪化(上昇)を抑え、しかも、規定の機械的強度を確保できている。 As described above, in the pulp separator of the present invention, in order to obtain a prescribed mechanical strength, the binding action of the synthetic pulp by thermal melting and the binding of the low melting point component of the core-sheath type synthetic fiber by thermal melting. Adhesion action and the action of entanglement by the glass fiber of the fine diameter is utilized, but with respect to any action, as a result, there is no adverse effect of increasing the electrical resistance of the separator, the pulp separator of the present invention is The specified mechanical strength can be secured without deteriorating (increasing) the electrical resistance. That is, the pulp separator of the present invention can suppress the deterioration (rise) of electrical resistance without using any surfactant, and can secure a specified mechanical strength.
また、前述の通り、本発明のパルプセパレータに規定の機械的強度を与えるため、全材料中、前記合成パルプ及び前記芯鞘型合成繊維を始めとするバインダー機能を有する有機材料の合計量が25〜47質量%であり、一方、本発明のパルプセパレータの良好な親水性(電解液親和性)と耐酸化性を確保するため、全材料中、前記ガラス繊維及び前記無機粉体を始めとする耐酸化性を有する無機材料の合計量は53〜75質量%であることが必要である。尚、前記バインダー機能を有する有機材料には前記天然パルプは含まれないものとする。
尚、全材料中、バインダー機能を有する有機材料の合計量が25〜47質量%であることが条件とされているが、一方、耐酸化性を有する無機材料の合計量が53〜75質量%であることも条件とされていることから、バインダー機能を有するか有しないかに関わらず有機材料の合計量は最大47質量%であることが条件となる。よって、全材料中、最大47質量%が上限値とされているバインダー機能を有する有機材料の合計量については、全材料中に、バインダー機能を有しない有機材料(例えば前記天然パルプ)が含まれる場合は、その含有量を差し引いた量が実際の上限値となる。
Further, as described above, in order to provide the mechanical strength to the pulp separator of the present invention, the total amount of organic materials having a binder function including the synthetic pulp and the core-sheath type synthetic fiber is 25 in all materials. On the other hand, in order to ensure good hydrophilicity (electrolyte affinity) and oxidation resistance of the pulp separator of the present invention, the glass fiber and the inorganic powder are included in all materials. The total amount of the inorganic material having oxidation resistance needs to be 53 to 75% by mass. The organic material having the binder function does not include the natural pulp.
The total amount of organic materials having a binder function is 25 to 47% by mass in all materials, while the total amount of inorganic materials having oxidation resistance is 53 to 75% by mass. Therefore, the total amount of the organic material is 47 mass% at the maximum regardless of whether or not it has a binder function. Therefore, regarding the total amount of the organic material having a binder function in which the maximum value is 47% by mass in all materials, the organic material having no binder function (for example, the natural pulp) is included in all the materials. In this case, the amount obtained by subtracting the content is the actual upper limit value.
前記合成パルプとしては、パルプ状ポリオレフィン系繊維、パルプ状アクリル繊維等が使用できるが、耐酸性及びバインダー性に優れる点で、パルプ状ポリオレフィン系繊維が好ましく、中でも低融点で接着性に優れるパルプ状ポリエチレン繊維が好ましい。前記合成パルプは、パルプセパレータに耐酸性を付与するためと、他材料を結着するバインダーとして必要である。前記パルプセパレータを形成する全材料中、前記合成パルプの配合量は13〜23質量%である。なぜならば、13質量%未満であると、セパレータの機械的強度の低下、スタッキング性のための表面平滑性及び耐摩耗性(表面硬さ)の低下、耐酸性の低下を招くため好ましくなく、23質量%を超えると、前述したように皮膜化現象を生じ易くなりセパレータの電気抵抗が高くなるため好ましくないからである。 As the synthetic pulp, pulp-like polyolefin fibers, pulp-like acrylic fibers, etc. can be used, but in terms of excellent acid resistance and binder properties, pulp-like polyolefin fibers are preferred, and in particular, pulp-like fibers having a low melting point and excellent adhesion. Polyethylene fibers are preferred. The synthetic pulp is necessary for imparting acid resistance to the pulp separator and as a binder for binding other materials. The compounding quantity of the said synthetic pulp is 13-23 mass% in all the materials which form the said pulp separator. This is because if it is less than 13% by mass, the mechanical strength of the separator is lowered, the surface smoothness and stacking property for stacking and the wear resistance (surface hardness) are lowered, and the acid resistance is lowered. This is because if it exceeds mass%, a film-forming phenomenon tends to occur as described above, and the electrical resistance of the separator increases, which is not preferable.
前記ガラス繊維は、前記湿式抄造シートの骨格をなし、また細孔を決定する網目構造をなすため、平均繊維径が3.0μm以下のものを使用する。微細な網目構造を形成するためと、シートの機械的強度を高めるためには、前記ガラス繊維は、平均繊維径が1.5μm以下のものを使用することが好ましい。前記パルプセパレータを形成する全材料中、前記ガラス繊維の配合量は10〜30質量%である。なぜならば、10質量%未満であると、セパレータの機械的強度が低下するため好ましくなく、30質量%を超えると、無機粉体の配合量が少なくなり耐短絡性(耐デンドライトショート性)が低下するとともに、特に1.5μm以下のガラス繊維を用いる場合に製品単価が高くなるため好ましくないからである。 Since the glass fiber forms a skeleton of the wet papermaking sheet and forms a network structure that determines pores, those having an average fiber diameter of 3.0 μm or less are used. In order to form a fine network structure and to increase the mechanical strength of the sheet, it is preferable to use glass fibers having an average fiber diameter of 1.5 μm or less. The compounding quantity of the said glass fiber is 10-30 mass% in all the materials which form the said pulp separator. This is because if the amount is less than 10% by mass, the mechanical strength of the separator is lowered, which is not preferable. If the amount exceeds 30% by mass, the blending amount of the inorganic powder is reduced and short circuit resistance (dendrite short resistance) is deteriorated. In addition, it is not preferable because the unit price of the product is increased particularly when a glass fiber of 1.5 μm or less is used.
前記無機粉体としては、シリカ、珪藻土、タルク、マイカ、アルミナ等の耐酸性無機微粉体の中から選択できるが、不純物が少なく、耐酸性に優れている点で、シリカが好ましい。シリカの場合は、比表面積50〜500m2/g、二次粒子径5〜15μm程度のものを使用することが好ましい。前記無機粉体は、ガラス繊維や合成パルプや芯鞘型合成繊維からなる網目構造の間に保持され、セパレータの細孔径を小さくし鉛浸透短絡を防ぐ効果がある。前記パルプセパレータを形成する全材料中、前記無機粉体の配合量は40〜60質量%である。なぜならば、40質量%未満であると、鉛浸透短絡を防止する効果が低下し耐短絡性が低下するため好ましくなく、60質量%を超えると、湿式抄造時のろ水抵抗が高くなり生産性が低下するため好ましくないからである。 The inorganic powder can be selected from acid-resistant inorganic fine powders such as silica, diatomaceous earth, talc, mica, and alumina. Silica is preferred because it has few impurities and is excellent in acid resistance. In the case of silica, it is preferable to use a silica having a specific surface area of 50 to 500 m 2 / g and a secondary particle diameter of about 5 to 15 μm. The said inorganic powder is hold | maintained between the network structure which consists of glass fiber, a synthetic pulp, and a core-sheath type synthetic fiber, and there exists an effect which makes the pore diameter of a separator small and prevents a lead osmosis | permeation short circuit. In all the materials forming the pulp separator, the amount of the inorganic powder is 40 to 60% by mass. This is because if the amount is less than 40% by mass, the effect of preventing lead permeation short-circuiting is reduced and the short-circuit resistance is deteriorated, which is not preferable. If the amount exceeds 60% by mass, drainage resistance at the time of wet papermaking increases and the productivity increases. This is because it is not preferable.
天然パルプは、湿式抄造シートの製造時(特に湿紙乾燥時)における強度保持に有効な材料である。前記パルプセパレータを形成する全材料中、前記天然パルプの配合量は0〜5質量%である。前記パルプセパレータとなる湿式抄造シートを製造する抄紙機によっては、天然パルプを配合しなくても形成されたシートの強度が保持される場合があり、天然パルプの配合量は0質量%でもよい。一方、前記パルプセパレータを形成する全材料中、前記天然パルプの配合量が5質量%を超えると、パルプセパレータの耐酸性が悪化するため好ましくない。 Natural pulp is an effective material for maintaining strength during the production of wet papermaking sheets (especially when wet paper is dried). In all the materials forming the pulp separator, the blending amount of the natural pulp is 0 to 5% by mass. Depending on the paper machine which manufactures the wet papermaking sheet used as the pulp separator, the strength of the formed sheet may be maintained without blending natural pulp, and the blending amount of natural pulp may be 0% by mass. On the other hand, if the blending amount of the natural pulp exceeds 5% by mass in all the materials forming the pulp separator, the acid resistance of the pulp separator deteriorates, which is not preferable.
前記芯鞘型合成繊維としては、芯部がポリプロピレンで鞘部がポリエチレンからなるもの、芯部がポリエチレンテレフタレートで鞘部がポリエチレンからなるもの、芯部がポリエチレンテレフタレートで鞘部が共重合ポリエステルからなるもの等の中から選択できる。バインダー効果を考慮した場合、比重が水よりも大きく水中で分散させる際に水に浮きにくく分散性を良好にできる点で、ポリオレフィン系(ポリエチレン、ポリプロピレン,比重約0.9)よりは、ポリエステル系(比重約1.2)を選択する方が好ましい。しかし、耐酸性及び耐酸化性を考慮した場合、ポリエステル系よりはポリオレフィン系の方が好ましい。よって、芯鞘型合成繊維の鞘成分については、耐酸性及び耐酸化性を考慮し、ポリオレフィン系を選択し、特に中でも接着性を考慮し、低融点であるポリエチレンを選択するのが好ましい。一方、芯鞘型合成繊維の芯成分については、バインダー効果(分散性)を考慮し、ポリエステル系を選択するのが好ましい。つまり、前記芯鞘型合成繊維としては、耐酸性及び耐酸化性、バインダー効果(分散性)、接着性を考慮し、芯部がポリエチレンテレフタレートで鞘部がポリエチレンからなる芯鞘型合成繊維を用いるのが好ましい。前記芯鞘型合成繊維は、前記パルプセパレータの骨格をなす材料であるとともに、前記パルプセパレータに引張強さ、突刺強度(例えば極板表面の大きな凸部によってセパレータが損傷を受けて孔が開くことへの耐性の指標となるもの)等の機械的強度を向上させる効果を有するものである。前記パルプセパレータを形成する全材料中、前記芯鞘型合成繊維の配合量は、10〜25質量%である。なぜならば、10質量%未満であると、セパレータの機械的強度が低下するとともに、合成パルプの配合量が多くなり前述したような皮膜化現象を生じ易くなり電気抵抗が高くなるため好ましくなく、25質量%を超えると、合成パルプの配合量が少なくなりセパレータの機械的強度の低下や耐酸性の低下を招くため好ましくないからである。 As the core-sheath type synthetic fiber, the core is made of polypropylene and the sheath is made of polyethylene, the core is made of polyethylene terephthalate and the sheath is made of polyethylene, the core is made of polyethylene terephthalate and the sheath is made of copolymer polyester. You can choose from things. Considering the binder effect, the specific gravity is greater than water, and when dispersed in water, it is less likely to float in water, making it easier to disperse. Polyester (polyethylene, polypropylene, specific gravity about 0.9) is more polyester-based. It is preferable to select (specific gravity about 1.2). However, when considering acid resistance and oxidation resistance, a polyolefin type is preferable to a polyester type. Therefore, for the sheath component of the core-sheath type synthetic fiber, it is preferable to select a polyolefin type in consideration of acid resistance and oxidation resistance, and in particular, to select polyethylene having a low melting point in consideration of adhesiveness. On the other hand, regarding the core component of the core-sheath type synthetic fiber, it is preferable to select a polyester type in consideration of the binder effect (dispersibility). That is, as the core-sheath type synthetic fiber, a core-sheath type synthetic fiber having a core part made of polyethylene terephthalate and a sheath part made of polyethylene is used in consideration of acid resistance and oxidation resistance, a binder effect (dispersibility), and adhesiveness. Is preferred. The core-sheath type synthetic fiber is a material that forms the skeleton of the pulp separator, and the pulp separator has tensile strength and piercing strength (for example, the separator is damaged by a large convex portion on the surface of the electrode plate to open a hole. It has an effect of improving the mechanical strength such as an index of resistance to the like. The compounding quantity of the said core-sheath type synthetic fiber is 10-25 mass% in all the materials which form the said pulp separator. This is because if it is less than 10% by mass, the mechanical strength of the separator is lowered, the amount of synthetic pulp is increased, and the above-mentioned filming phenomenon is liable to occur and the electrical resistance is increased. This is because if it exceeds mass%, the blending amount of the synthetic pulp is decreased, and the mechanical strength and acid resistance of the separator are decreased, which is not preferable.
また、前記合成パルプと、前記芯鞘型合成繊維の鞘成分とは、互いに同種の材質からなることが好ましい。前述の通り、前記合成パルプも前記芯鞘型合成繊維の鞘成分もそれ自身の熱溶融により湿式抄造シートにバインダー効果を与える役割を担っており、互いに同種の材質であると、溶融時の相溶効果によりバインダー効果が効率よく発揮され、合成パルプや芯鞘型合成繊維が少量の添加量でも高いバインダー効果が得られるようになり、セパレータに規定の機械的強度を与えつつ有機材料の添加量を最小限に抑え、親水性及び耐酸化性の良好な無機材料(ガラス繊維、無機粉体)の添加量を高めてセパレータの親水性及び耐酸化性を高めることができる。
特に、同種の材質とした場合の前記合成パルプと前記芯鞘型合成繊維の鞘成分の材質としては、上述の前記合成パルプ、前記芯鞘型合成繊維についての説明文中で推奨されるポリエチレンを選択するのが好ましい。
Moreover, it is preferable that the synthetic pulp and the sheath component of the core-sheath type synthetic fiber are made of the same material. As described above, both the synthetic pulp and the sheath component of the core-sheath type synthetic fiber have a role of giving a binder effect to the wet papermaking sheet by their own thermal melting. The binder effect is efficiently exhibited by the melting effect, and a high binder effect can be obtained even with a small addition amount of synthetic pulp and core-sheath type synthetic fiber, and the addition amount of organic material while giving the specified mechanical strength to the separator The amount of the inorganic material (glass fiber, inorganic powder) having good hydrophilicity and oxidation resistance can be increased to increase the hydrophilicity and oxidation resistance of the separator.
In particular, as the material of the sheath component of the synthetic pulp and the core-sheath type synthetic fiber when the same kind of material is used, the polyethylene recommended in the description of the synthetic pulp and the core-sheath type synthetic fiber is selected. It is preferable to do this.
本発明のパルプセパレータとなる湿式抄造シートは、その密度が0.26g/cm3以上である。前記シートの密度が0.26g/cm3未満の場合は、前記パルプセパレータの平均孔径が大きくなり、電池使用時においては、鉛浸透・デンドライトショートの危険性が大きくなり、セパレータ性能を低下させるため好ましくない。同様の理由により、前記密度は0.32g/cm3以上であれば更に好ましい。 The wet papermaking sheet used as the pulp separator of the present invention has a density of 0.26 g / cm 3 or more. When the density of the sheet is less than 0.26 g / cm 3, the average pore diameter of the pulp separator increases, and when using the battery, the risk of lead penetration and dendrite shorting increases, and the separator performance decreases. It is not preferable. For the same reason, the density is more preferably 0.32 g / cm 3 or more.
本発明のパルプセパレータを形成する材料中には、以上のような材料の他に、無機物バインダーとして、シリカゾルの様な親水性の金属酸化物ゾルを内添(混合,混抄)または、外添(含浸,コーティング)するようにしてもよい。このようにした場合は、得られたセパレータにおいて、有機繊維(合成パルプ、芯鞘型合成繊維など)の表面に無機物がコートされた状態となり、有機繊維の表面状態が疎水性から親水性に変化し、セパレータの電気抵抗を低下させることができる。また、電池使用時に、硫酸電解液によるセパレータの劣化を軽減し、電池内で分解しうる還元性有機物の量を低下させるという効果もある。 In the material forming the pulp separator of the present invention, in addition to the above materials, a hydrophilic metal oxide sol such as silica sol is added internally (mixed, mixed) or externally added (inorganic binder). Impregnation, coating). In this case, in the obtained separator, the surface of the organic fiber (synthetic pulp, core-sheath type synthetic fiber, etc.) is coated with an inorganic substance, and the surface state of the organic fiber changes from hydrophobic to hydrophilic. In addition, the electrical resistance of the separator can be reduced. In addition, when the battery is used, there is an effect that the deterioration of the separator due to the sulfuric acid electrolyte is reduced and the amount of reducing organic substances that can be decomposed in the battery is reduced.
次に、本発明の実施例について比較例と共に詳細に説明する。
(実施例1)
ポリエチレン製合成パルプ(三井化学社製SWP(登録商標))17質量%と、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点255℃)で鞘部がポリエチレン(融点135℃)からなる芯鞘型合成繊維(平均繊度1.2dtex、平均繊維長5mm)18質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維15質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体50質量%を用いて、これらを水中で分散・混合後、アクリルアミド系吸着剤を添加して前記シリカ微粉体を前記他の材料の表面に吸着・担持させた後、通常の抄紙機にてシート形成し、湿紙状態でプレスロールに通して厚さ調整を行った。前記シートを110℃で乾燥し、180℃で30秒間熱処理して、厚さ0.31mm、密度0.28g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
Example 1
A core-sheath type synthetic fiber (average fineness) comprising 17% by mass of polyethylene synthetic pulp (Mitsui Chemicals SWP (registered trademark)), a core part made of polyethylene terephthalate (melting point 255 ° C.) and a sheath part made of polyethylene (melting point 135 ° C.) 1.2 dtex,
(実施例2)
密度を向上させることを目的として、坪量を高くしてシートを形成したこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.30mm、密度0.39g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Example 2)
For the purpose of improving the density, for a liquid lead-acid battery having a thickness of 0.30 mm and a density of 0.39 g / cm 3 in the same manner as in Example 1 except that the sheet was formed with a higher basis weight. A separator was obtained.
(実施例3)
ポリエチレン製合成パルプ(三井化学社製SWP(登録商標))23質量%と、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点255℃)で鞘部がポリエチレン(融点135℃)からなる芯鞘型合成繊維(平均繊度1.2dtex、平均繊維長5mm)13質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維14質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体50質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.29mm、密度0.40g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Example 3)
Synthetic pulp made of polyethylene (SWP (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals), core-sheath type synthetic fiber (average fineness) consisting of polyethylene terephthalate (melting point 255 ° C) in the core and polyethylene (melting point 135 ° C) in the sheath Example 1 except that 13 mass% (1.2 dtex,
(実施例4)
ポリエチレン製合成パルプ(三井化学社製SWP(登録商標))17質量%と、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点255℃)で鞘部がポリエチレン(融点135℃)からなる芯鞘型合成繊維(平均繊度1.2dtex、平均繊維長5mm)13質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維20質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体50質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシートを形成し、このシートをシリカゾルに浸漬処理し、シリカゾル3外質量%を添加させた後、前記シートを110℃で乾燥し、180℃で30秒間熱処理して、厚さ0.29mm、密度0.35g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
Example 4
A core-sheath type synthetic fiber (average fineness) comprising 17% by mass of polyethylene synthetic pulp (Mitsui Chemicals SWP (registered trademark)), a core part made of polyethylene terephthalate (melting point 255 ° C.) and a sheath part made of polyethylene (melting point 135 ° C.) Example 1 except that 13 mass% (1.2 dtex,
(比較例1)
ポリエチレン製合成パルプ(三井化学社製SWP(登録商標))25質量%と、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点255℃)で鞘部がポリエチレン(融点135℃)からなる芯鞘型合成繊維(平均繊度1.2dtex、平均繊維長5mm)13質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維13質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体49質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.29mm、密度0.38g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Comparative Example 1)
Core-sheath type synthetic fiber (average fineness) consisting of 25% by mass of synthetic pulp made of polyethylene (SWP (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals), polyethylene terephthalate (melting point 255 ° C) in the core and polyethylene (melting point 135 ° C) in the sheath Example 1 except that 13 mass% of 1.2 dtex, average fiber length of 5 mm), 13 mass% of glass fibers having an average fiber diameter of 1 μm, and 49 mass% of silica fine powder having a specific surface area of 180 m 2 / g were used. Similarly, a separator for a liquid lead-acid battery having a thickness of 0.29 mm and a density of 0.38 g / cm 3 was obtained.
(比較例2)
ポリエチレン製合成パルプ(三井化学社製SWP(登録商標))30質量%と、芯部がポリエチレンテレフタレート(融点255℃)で鞘部がポリエチレン(融点135℃)からなる芯鞘型合成繊維(平均繊度1.2dtex、平均繊維長5mm)11質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維13質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体46質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.30mm、密度0.36g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Comparative Example 2)
Core-sheath type synthetic fiber (average fineness) consisting of 30% by mass of synthetic pulp made of polyethylene (SWP (registered trademark) made by Mitsui Chemicals), polyethylene terephthalate (melting point 255 ° C) in the core and polyethylene (melting point 135 ° C) in the sheath Example 1 except that 11 mass% (1.2 dtex,
(比較例3)
芯部がポリエチレンテレフタレート(融点255℃)で鞘部が共重合ポリエステル(融点110℃)からなる芯鞘型合成繊維(平均繊度1.7dtex、平均繊維長5mm)40質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維10質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体50質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.31mm、密度0.40g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Comparative Example 3)
A core-sheath type synthetic fiber (average fineness 1.7 dtex,
(比較例4)
芯部がポリエチレンテレフタレート(融点255℃)で鞘部が共重合ポリエステル(融点110℃)からなる芯鞘型合成繊維(平均繊度1.7dtex、平均繊維長5mm)50質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維15質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体35質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、厚さ0.29mm、密度0.23g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Comparative Example 4)
A core-sheath type synthetic fiber (average fineness 1.7 dtex,
(比較例5)
ポリエチレン製合成パルプ(三井化学社製SWP(登録商標))49質量%と、ポリエステル繊維15質量%と、平均繊維径1μmのガラス繊維7質量%と、比表面積180m2/gのシリカ微粉体29質量%を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシートを形成した。このシートにアクリル樹脂エマルジョン3外質量%と界面活性剤1外質量%を添加させるように、前記シートを両者の混合液中に浸漬処理した後、前記シートを110℃で乾燥し、180℃で30秒間熱処理して、厚さ0.28mm、密度0.43g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Comparative Example 5)
49% by mass of synthetic pulp made of polyethylene (SWP (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals), 15% by mass of polyester fiber, 7% by mass of glass fiber having an average fiber diameter of 1 μm, and
(比較例6)
実施例1と同様にしてシートを形成した。このシートにアクリル樹脂エマルジョン5外質量%と界面活性剤1外質量%を添加させるように、前記シートを両者の混合液中に浸漬処理した後、前記シートを100℃で乾燥し、150℃で熱処理して、厚さ0.30mm、密度0.33g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Comparative Example 6)
A sheet was formed in the same manner as in Example 1. The sheet was immersed in a mixed solution so that 5% by mass of
(比較例7)
実施例1と同様にしてシートを形成した。このシートにアクリル樹脂エマルジョン5外質量%を添加させるように、前記シートをアクリル樹脂エマルジョン中に浸漬処理した後、前記シートを100℃で乾燥し、150℃で熱処理して、厚さ0.30mm、密度0.36g/cm3の液式鉛蓄電池用セパレータを得た。
(Comparative Example 7)
A sheet was formed in the same manner as in Example 1. After the sheet was immersed in the acrylic resin emulsion so that 5% by mass of the
次に、このようにして得られた実施例1〜4及び比較例1〜7の各液式鉛蓄電池用セパレータについてセパレータ諸特性を測定した。その結果を図1に示す。 Next, separator characteristics were measured for each of the liquid lead-acid battery separators of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7 thus obtained. The result is shown in FIG.
図1の結果より以下のことが分かった。
(1)本発明の実施例1〜4のセパレータは、電気抵抗が低くかつ引張強さが強く、また、界面活性剤を使用していないため還元性物質量が少なく、優れた特性を有する液式鉛蓄電池用セパレータであることが確認できた。
(2)比較例1〜2においては、前述したような皮膜化現象を引き起こす原因となる多量の合成パルプを使用したためセパレータの親水性が劣り、電気抵抗が悪くなった。
(3)比較例3〜4においては、前述したような皮膜化現象を引き起こす原因となる多量の合成パルプや樹脂エマルジョンバインダーを使用していないため、本発明の実施例1〜4の場合と同じく、浸透剤(界面活性剤)を使用することなく規定の電気抵抗特性を満足し、還元性物質量の目標を満足するセパレータが得られている。しかし、合成パルプを用いていないため、スタッキング性のための表面平滑性及び耐摩耗性(表面硬さ)が低下しておりスタッキング性が良好でない。また、無機粉体を担持させるのに有効な微細繊維材料であるガラス繊維や合成パルプの配合量が少ないのに対して、無機粉体の配合量が多いので、吸着剤(凝集剤)を添加していても、無機粉体を他のセパレータ構成材料に保持(担持)させることができにくく、つまり無機粉体の湿式抄造時の歩留まりが悪いため、無機粉体を多量に使用しなければならず、製造コストが高くなった。また、高価な材料である芯鞘型合成繊維を多量に使用しており、製品コストが高くなった。また、太繊維である芯鞘型合成繊維の配合量が非常に多く、微細繊維であるガラス繊維の配合量が少ない構成であるため、このような材料構成で得られるシートの骨格においては、微細な網目構造が形成されず、網目構造中に無機粉体が保持されにくいため、最大孔径と平均孔径が大きくなった。
(4)比較例5〜7のセパレータでは、前述したような皮膜化現象を引き起こす原因となる多量の合成パルプや樹脂エマルジョンバインダーを使用したためセパレータの親水性が劣り、比較例5〜6の場合では親水性向上のための界面活性剤を使用したため還元性物質量が多くなった。また、比較例7の場合では、界面活性剤を使用しなかったため電気抵抗が悪くなった。
(5)以上の結果から、本発明の実施例1〜4の液式鉛蓄電池用セパレータは、引張強さ1.4MPa以上の機械的強度を有し、電気抵抗が低く、電池内で活性化を阻害する等の悪影響を及ぼす還元性物質量を抑え、優れた特性を有するセパレータであることが確認できた。
The following was found from the results of FIG.
(1) The separators of Examples 1 to 4 of the present invention have a low electrical resistance and a high tensile strength, and since they do not use a surfactant, the amount of reducing substances is small and has excellent characteristics. It was confirmed that this was a separator for a lead-acid battery.
(2) In Comparative Examples 1 and 2, since a large amount of synthetic pulp causing the film-forming phenomenon as described above was used, the hydrophilicity of the separator was inferior and the electrical resistance was deteriorated.
(3) In Comparative Examples 3 to 4, since a large amount of synthetic pulp or resin emulsion binder that causes the filming phenomenon as described above is not used, the same as in Examples 1 to 4 of the present invention. Thus, a separator that satisfies the specified electrical resistance characteristics and satisfies the target of the amount of reducing substance without using a penetrant (surfactant) has been obtained. However, since synthetic pulp is not used, the surface smoothness and wear resistance (surface hardness) for stacking properties are lowered, and the stacking properties are not good. Addition of adsorbent (flocculating agent) because the amount of inorganic powder is large compared to the amount of glass fiber and synthetic pulp that are effective for supporting inorganic powder. However, it is difficult to hold (support) the inorganic powder on other separator constituent materials, that is, the yield during wet papermaking of the inorganic powder is poor, so a large amount of inorganic powder must be used. Therefore, the manufacturing cost has increased. In addition, a large amount of core-sheath type synthetic fiber, which is an expensive material, is used, resulting in an increase in product cost. In addition, since the amount of core-sheath type synthetic fiber, which is a thick fiber, is very large, and the amount of glass fiber, which is a fine fiber, is small, the sheet skeleton obtained with such a material structure has a fine structure. As a result, the maximum pore size and the average pore size were increased because a fine network structure was not formed and the inorganic powder was hardly retained in the network structure.
(4) In the separators of Comparative Examples 5 to 7, the hydrophilicity of the separator is inferior because a large amount of synthetic pulp or resin emulsion binder that causes the filming phenomenon as described above is used. Since a surfactant for improving hydrophilicity was used, the amount of reducing substance increased. Moreover, in the case of the comparative example 7, since surfactant was not used, electrical resistance worsened.
(5) From the above results, the separators for liquid lead-acid batteries of Examples 1 to 4 of the present invention have mechanical strength of tensile strength of 1.4 MPa or more, low electrical resistance, and are activated in the battery. It was confirmed that the separator has excellent characteristics by suppressing the amount of reducing substances that have an adverse effect such as inhibiting the above.
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