JPS62154559A - アルカリ乾電池用セパレ−タ−紙 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルカリマンガン乾電池の正極と負極との間に
介在させるセパレーターの改良に係り、乾電池の放電寿
命の向上、内部短絡事故の防止等の電池性能の向上を計
ることが目的である。

アルカリマンガン乾電池のＩＥ喰活物質と箕極活物管を
隔離するセパレーターには次のような性能が要求される
。

（１）　　正極、負極の活吻ａの粒子が相互に対極に４
妨しないこと、すなわち電池の内部電格を生じないこと ＋２）ＫＯＨなどの社解′顧を光分量吸畝できること８
）旧形性、機Ａ的強伸１史などの’１１０工適１生を有
すること ＋４１　　活物質、東１１４４實に侵されない・）け薬
品性を有すること これらの性質を同時に満足する性質を付与するものとし
て種々改良の提案がなされている。１９１ｊえば特公昭
５３−１１０５９号公榛に′ケ、室間り、　５デ二−ル
のレーヨン繊維と繊度１．０デニールの合成繊記必安特
性を満足させることができると記載されている。この例
に見られるように、現行のセパレーターを４成する繊維
素材はその繊度が比較的大ｐ＜、１．ｏデニール自主１
．５デニール以上の繊維が用いられている。これら比軸
的繊度の大きい繊維で構成されたセパレーターも、現在
迄は、＠薬品性や′４解液吸収特性などに於て改良品と
しての効果を充分発揮して米たものであるが、最近では
弱電気器具製品の小型化が急速に進んでおり、上述の如
き比較的太いＰＩＩ＆維から成るシート状物では対応し
得ない状況に至りつつある。即ち、現在便用されている
セパレーターは、太さの大きい繊維を使用しているため
にセパレーター紙白には数μｍ以上の気孔が存在してお
り、正極の二酸化マンガン、黒鉛などの粒子、負極の徂
鉛粒子が該気孔から相互に対極へ移動して、電池内部で
短絡する事故がある。通常これを防ぐために、２枚〜５
枚重ね合せてセパレーターとして使用している。しかし
ながら、このように重ね合せると、内部短絡事故は一応
防止出来るが、セパレーター全体の厚さが大きくなり、
缶内でセパレーターの占める領域が増加し、相対的に活
物質の充填容噴が小さくならざるを併ず、その姑果放電
寿酷が短くなる欠点を有している。また単画型以下のも
のやボタン型のような軽薄短小な電池では、容積上重ね
合せるこ七が許されないものがあり、太い繊維から成る
シート状物はセパレーターの材料としての適唱性に欠け
るようになって来ている。

本発明は叙上の問題を解決し、将来益々小型化してゆく
乾′ば池に適応し得るセパレーターを提供するものであ
り、具体的には従来の太いデニールの繊維に代えて、繊
度の細い０．８デニール以下、好ましくは、０．５デニ
ール以下の繊維を使用するものであり、本発明により乾
電池の性能を大巾に改良することができる。

本発明者らの実験によれば、細デニール繊維の配合割合
が増すに従って、シート表面の陥没孔径が極めて小さく
なり、且つその数も減少する。即ち顕微鏡観察によって
、従来品と本発明品の表面の凹凸状纏を比較すると、前
者の最大陥没孔径は４０〜６０μ程駁であるに対し、後
者のそれは２０〜３０μ程度で、表面荒さははソ半減し
ていることが判った。これは、実施例が示すように３０
２／　ｍ”のシートの見掛は密度が前者で０．２９６　
？　／ｃｒｙ？、後者で０．４５０９　／ｃｒｒＩ″″
Ｃあることから、後者の方が空隙率が小さく、かつシー
ト内の気孔が少ないことが理解でき、このことは顕イ、
攻紳観祭結果とよく一致する事央である。すなわち繊度
の細い合成繊維の量が増すにつれて、ノート層内の気孔
が小さくなり、機械的、化学的物性は上昇することとな
る。

しかしながら繊度の細い繊維は一般に電解液の吸収機能
の点で劣る。

一方、セルロース系繊維は、それが天然！＆維であって
も人造ｍ維であっても、電解液の吸収機能の点で優れて
おり、したがってセルロース系繊維の割合が増すに従っ
て液体の吸収槍が増大し、好ましいこととなるが、その
反面、セルロース系繊維は太さが比べ的大す＜、シたが
ってその割合が増すに従ってシート内部の気孔は大きく
なり、正極、負極の活物質粒子が対極へ移動する危険が
増大し、機誠的、化学的物性も低下することとなる。

本発明者等は、シート層内の気孔を最小限に留め、且つ
電解液の吸収敏機械的、化学的４匁性も共に満足させる
為には、細デニール合成繊維とセルロース系繊維を併用
し、その重眩比を１５：８５〜８５：１５、好ましくは
、４０：６０〜６０：４０とすることにより１成される
シート−＄、９２！Ｉをセパレーターとして用いればよ
いことを見出した。

この配合比率は、乾電池の痙・墳及び、生産設肩、生産
速度等の事情により、気孔を小さくすることに屯点を置
く場合は細デニール合成繊維の配合比率を大きくシ、電
解液の吸収保液に屯点を弯く場合はセルローズ系繊維比
率を上記配合比の範囲内で任意に遮ぶことによって夫々
の目的を達することが出来る。細デニール合成繊維の配
合比が１５チ以下では、改良効果が認められない。８５
％以上では、電解液の吸収址が少ない。

本発明の好ましいす１として、比較四唯度の太きいセル
ロース系繊維と繊度の細い合成繊維を上記の範囲内で混
合してセパレーター紙とする方法が挙げられる。セルロ
ース系繊維の叩解度を高めてセルロース系繊維を極細化
し、得られる細繊維を、本発明で用いる細い合成繊維に
置き換えて用いることも考えら扛るが、セルロース系ｍ
ｍはアルカリの作用を受けて膨潤や劣化等を生じるため
、製阜 造轟初は十分に／８物質を隔・できても、時間の経過と
共に隔離能力を失うこととなる。特に細いセルロース系
繊維はアルカリの作用を受けやすぐ。

短時間で劣化することとなる。不発明では、活物質の隔
離をアルカリの作用を殆んど受けない、ポリビニルアル
コール系やポリプロピレン等からなる細い合成繊維で行
なっており、したがって活物質の隔離能が時間の経過と
共に劣るという問題を生じない。

また本発明のセパレーター紙は、上述したようにセルロ
ース系繊維と細デニール合成繊維を混合してシート化す
ることによって得ることができるが、その他の例として
、抄き網を二情以上有する製紙機械を用い、一槽の抄き
網により構成された紙匹と、他の−１の抄き網により形
成された紙匹を同一般１７；Ｉ７のクーチロールで押圧
して一体化する製造法が挙げられる。この場合、−四の
抄き網には、−デニール倉成埴維を流して高奮度・微小
気孔の紙！・々を形成し、池の一層の抄き、４１にはセ
ルロース糸愼維′！ｒ：流して咀な液体高吸収鳴全形成
し、これら二層金一体化すれば一枚の７−トに表嘱夫々
異なる待１生を付与することかでさる。この場合セルロ
ーズ系繊維の密度コントロールに若干のバインダーを／
ＪＯｒｉ添加することにより、厚さ、紙力、毛羽立ちの
問題は容易に解決出来る。、また、この場合の祷デニー
ル合成繊維層、セルロース層を構成する各々の繊維皺比
率は、重量比で上述した範囲と同一であることが好まし
い。

本発明に用いる合成線維は、オレフィン系繊維、ポリア
ミド系！＆維、ポリアクリロニトリル系＃Ｒ碓、ポリエ
ステル系ｍｓ、ポリビニールアルコール系繊維、及びこ
れらの共有合変性繊維等が挙げられ１これらは、二種以
上の異質なポリマーを複合化した横維であってもよい。

すなわち最終繊維形態に於て繊度が０．８デニール以下
のものであればよい。

これらの繊維は、たとえば細デニール用に設計された紡
糸口金から吐出させた夫々の溶融ポリマーを、太さ、強
伸、度などの物性が予め設計した通り得られる条件で砥
伸、加熱処理することによりイｎられるが、−製紙原料
としての適性を付与するために、ポリマーの屯合度、結
晶化度、分子の配向度を変化させたり、一部低温溶融ボ
リマー金井存複合化させて、シート成形性、礒維接肴性
を向上させる加工を加えた線維であってもよい。

セルローズ系繊維とは、レーヨン繊維、アセテート繊維
及びコツトンリンターバルブ、木材パルプ、麻パルプ繊
維等であり、好ましくはこれらをマーセル化した繊維状
物である。繊維形態は太さも含めて通常布中に於て容易
に人手出来る汎用品でよく、物性も時に限定されない。

細デニール合成繊維、及びレーヨン、アセテート棟維は
必要に応じて繊維表面に親水基をもつ９勿′ぼを付着さ
せ抄紙性を向上させるなどの配ｌ・〆をしたのち、３ｆ
ｆｚ〜３０ｍ５に切断する。最もシート成形性がよい範
囲は３ｕ〜１０ｍである。

これら切Ｍ後の短Ｎ１．維及びパルプ、麻などをシート
化するには、抄紙機械を用いる。本発明を実施するＫは
、姓き＠を二槽有するヤンキ一式抄紙機を使用して、現
在化合繊紙を抄紙している通常の方法によってｖｆｆｉ
する。

本発明者等の実験によれば、本発明を実施するに当って
は、！ｉｌデニール合成繊維としてポリビニールアルコ
ール基線ｍを用い、こレトレーヨン繊維を組合せたもの
が最も抄紙が容易でイｉ＋らね、たセパレーターの性り
一も蛾も曖秀なものが１拝られることか＋ｊつだ。これ
は、肉繊維が倒れも親水性で、水中での分散が均一であ
る為に得られたシートの気孔分布も従って均一になるた
めと推定される。

その他ポリビニールアルコール繊維がアルカリに強い偽
抗力を有する故に苛性カリ吸収後、電池内でのは連形、
曹の変化が小さく、放電持続時間が他の繊維よりも長い
精米になったものと推定される。

以下実施例によって説明する。

実施例１ 第１表に記載のクロ＜、各神繊維の太さ１デニール以上
のグループを対照として太さ０．８デニール以下のグル
ープを本発明品として、標４ＴＡＰＰＩ抄紙機で目標坪
＠３０１７ぜで抄紙した。なおバインダー樹脂を紙層に
対して１０改槍％使用した。

この轍をｆｉ重２３０　？／ｃｒＡの厚さ測定器で測っ
た値と密ｌずを、また常温で３０チＫＯＨに３０分間浸
漬後のＫ　ＯＨＩｙｊ、収破をＫＯＨ（り）／繊維とし
て、それぞれ第１衣に示した。さらに紙の引張り側力、
そしてこの紙を３０％ＫＯＨに浸漬３０℃×２４ｈｒ放
置後の紙料の重址減少率もそれぞれ第１表に示した。な
お、紙料の重量減少ぶは以下の式で示されるものである
、 但し、Ａ：浸漬前の重量 Ｂ：浸ｉｌ　２　Ｊ　ｈｒ　後ｏ重＊ 夫々の試料を単ｌ型乾電池のサイズに合わせて、コツプ
形セパレーターを作製し、鉄にニッケルメッキした陽極
缶に二酸化マンガン、黒鉛の混＃！砺を陽極合剤とし、
３０％ＫＯＨを吸収したセパレーターを介在させたのち
亜鉛粉末とアルカリ１ｊＬ解液の混合体を陰極剤として
、光填起電力１．５ｖのアルカリ乾′屯池を作製、４Ω
の抵抗回路でｔ江圧が１、ＯＶ迄低下する時間を比較し
た成績を第１衣に示す。１３ｈｒ以上のものを（６）、
　　１０〜１３ｈｒノものを○、ＩＱｈｒ未膚のものを
×で示した。

第１衣Ｔ−Ａｌ〜ｌ；ｊ、合成繊維の繊度が太いグルー
プでありＴ−４８〜１５はこれに対応する同一組成の合
成繊維の繊度が細い、本発明のグループである。

合成繊維の［ＪＪｊか細いグループの放電寿命が、練度
の太いグループより約３０％長い結果が得られたが、こ
れは以下の理由によるものと考えられる０ ｔｌ）　　合繊のＮｆｄ　ｆニールグループのセパレー
ターは、紙のＬヴさが薄いため電池缶内に占める容積が
小さいので、相対的に活物′攻合剤を多数に光塙するこ
とが出来た。

Ｃ２）合ｔａ、細デニールグループのセパレーターは、
繊維密度が大きく、紙層中の気孔が小さいため、セルロ
ーズ成分の多少の寸法変化があっても気孔が頁遡孔に筐
で成長しないため、活物實の対極への移動が無く内部短
絡を起すものが無かったＯ 以上の１１）、（２）の相乗作用により、放心時間が向
上したものと考えられる。

セパレーターの紙噛内の気孔を小さくすれば、内部短絡
事故は減少するので、本発明のセパレーター紙を使用す
れば生産中の内部短絡による不艮実ＪＪ４　ｌｙリ　２ 第２衣の妬く、各４ｍ繊維を組付せて、短網、円網、コ
ンビ不−ンヨン抄紙試駅磯で合成繊維の高密度ノーとセ
ルロース繊維の低密度／Ｉｆｔを抄合せ一体化した紙を
実施１５１ＩＪｌと同様の操作により乾電池に組み、同
一方法で各櫨性餌を試験したその結果を／′ ／″ ／″ 比軟し１」 実施例１の方法において、構成繊組としてレーヨン（１
，５ｄｒｘ３．ｖｎ）　１００％からなる航（坪電３０
．７ｙ／ｍ＋２、厚さく＋、　１３６　ｑｘ、Ｗｌｉ　
Ｏ，２２６？／ｃｒＡ）を製造した。この紙の３０係Ｋ
　ＯＨ吸収１にば８．９？／ｆであシ、引張９傭度は２
．３　ｈ、ｐ　／　１５　Ｆ１％　アルカリ散散は２６
．７悌であり、放′成性能も極めて毎く、×の評価であ
った。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セパレーター紙を構成する繊維の一部または全部が
   繊度０．８デニール以下の合成繊維であることを特徴と
   するアルカリ乾電池用セパレーター紙。 ２、繊度０．８デニール以下の合成繊維とセルローズ繊
   維を含み、その重量比が１５：８５〜８５：１５である
   特許請求の範囲第１項記載のセパレーター紙。 ３、二層抄き合せのセパレーター紙であって、かつその
   一層が繊度０．８デニール以下の合成繊維によって形成
   されており、他の層が繊度１．０デニール以上のセルロ
   ーズ系繊維によって形成されている特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載のセパレーター紙。 ４、合成繊維がポリビニルアルコール系繊維である特許
   請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載のセパレーター
   紙。