(57)【要約】【課題】不織布シートの気孔率を確保しながらも、不織布シートの強度を高めることができる。【解決手段】セパレータ１２は、メルトブロー法によって紡糸された平均繊維径が１μｍであるポリプロピレンの繊維を集積することによって形成された不織布シートＳからなる。不織布シートＳには繊維同士の交点が熱融着された融着部１３が同不織布シートＳの平面に沿って予め定められた間隔ｄ１毎に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メルトブロー法によって紡糸された熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布シートであって、
不織布シートには繊維同士が熱融着された融着部が同不織布シートの平面に沿って予め定められた間隔毎に形成されている、
不織布シート。
【請求項２】
前記融着部は繊維同士の交点が熱融着されている、
請求項１に記載の不織布シート。
【請求項３】
前記融着部はフィルム状とされている、
請求項１に記載の不織布シート。
【請求項４】
不織布シートは電気化学デバイスに設けられるセパレータであり、
繊維径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲内である、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の不織布シート。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の不織布シートを製造する方法において、
加熱流体を噴射することにより前記融着部を形成する、
不織布シートの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の不織布シートの製造方法において、
不織布シートを圧延する周壁に噴射孔が形成されたローラと、ローラの内側から前記噴射孔を介して不織布シートに水蒸気を供給する水蒸気供給装置とを用い、ローラにより不織布シートを圧延するとともに、圧延中の不織布シートに前記噴射孔を通じて水蒸気を噴射する、
不織布シートの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の不織布シートを製造する方法、請求項５、又は請求項６に記載の不織布シートの製造方法において、
溶融樹脂をノズルから吐出し、吐出された繊維状の溶融樹脂の周囲から、その吐出方向に対して斜めに熱風を吹き付けることによって溶融樹脂を引き延ばし、この引き延ばされた樹脂の繊維を集積することによって不織布シートを製造し、
熱風の外周に更に熱風を吹き出すことによって外気を遮蔽するエアカーテンを形成する、
不織布シートの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の不織布シートを製造する方法、請求項５、又は請求項６に記載の不織布シートの製造方法において、
溶融樹脂をノズルから吐出し、吐出された繊維状の溶融樹脂の周囲から熱風を吹き付けることによって溶融樹脂を引き延ばし、この引き延ばされた樹脂の繊維を集積することによって不織布シートを製造し、
ノズルの周囲に形成され、溶融樹脂の吐出方向前方に向けてノズルに近接するように傾斜する傾斜通路と、この傾斜通路の先端からノズルの外周面と平行に延びる平行通路とを通じて熱風を吹き出し、
傾斜通路を通じて吹き出される熱風の流線の延長線が交わる交点よりも溶融樹脂の吐出方向前方にノズルの先端を設定する、
不織布シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不織布シート及び不織布シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
メルトブロー法によって紡糸された熱可塑性樹脂の繊維からなる不織布シートが周知である（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載の不織布シートは、紡糸された樹脂繊維を集積してシート状にした後に、例えば熱ロールによって熱延伸することによって形成されている。このように熱延伸することにより、繊維同士が熱融着されて不織布シートの強度が高められる。
【０００３】
また、例えば電池やキャパシタといった電気化学デバイスにおいては、正極シートと負極シートとの間にシート状のセパレータが介設されている。こうしたセパレータとして不織布シートが用いられているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０―１６８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば電気化学デバイスのセパレータとして不織布シートを用いる場合には、不織布シートの目付量を変えることなく、繊維径を例えば１μｍ以下まで細くして該繊維の間の隙間を小さくする必要がある。しかしながら、このように細い繊維径の不織布シートに対して、強度を高めるべく上記特許文献１に記載されるように熱ロールによって熱延伸を行なうと、繊維同士を熱融着させるに止まらず、繊維の略全体が溶融してフィルム状になることがある。そのため、セパレータに要求される気孔率を確保することができない。
【０００６】
本発明の目的は、不織布シートの気孔率を確保しながらも、不織布シートの強度を高めることができる不織布シート及び不織布シートの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための不織布シートは、メルトブロー法によって紡糸された熱可塑性樹脂の繊維からなる。不織布シートには繊維同士が熱融着された融着部が同不織布シートの平面に沿って予め定められた間隔毎に形成されている。
【０００８】
同構成によれば、不織布シートには繊維同士が熱融着された融着部が形成されているため、例えばニードルパンチされた不織布シートのように繊維同士が絡まされているものに比べて、不織布シートの強度が高められる。また、融着部は不織布シートの平面に沿った予め定められた間隔毎に形成されており、不織布シートにおける融着部以外の部位は繊維同士が熱融着されていない。このため、上記部位によって不織布シートの気孔率が確保される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、不織布シートの気孔率を確保しながらも、不織布シートの強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態における電池の分解斜視図。
【図２】同実施形態の不織布シートの平面図。
【図３】同実施形態の不織布シートの繊維の拡大図。
【図４】同実施形態の不織布を製造する製造装置の概略図。
【図５】同実施形態の製造装置における口金の断面図。
【図６】同実施形態の圧延装置の概略図。
【図７】同実施形態の圧延装置におけるローラの断面図。
【図８】第２実施形態の不織布を製造する製造装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
以下、図１〜図７を参照して、不織布シート及び不織布シートの製造方法をリチウムイオン二次電池に設けられるセパレータ及びその製造方法として具体化した第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１に示すように、リチウムイオン二次電池（以下、単に電池１０と称する。）は、正極シート１４と負極シート１６との間にセパレータ１２を介在させるとともに、セパレータ１２、正極シート１４、及び負極シート１６を交互に積層することによって形成されている。なお、これらセパレータ１２、正極シート１４、及び負極シート１６の積層体は金属製の外装部材１８によって覆われており、セパレータ１２には液状の電解質が含浸されている。
【００１３】
正極シート１４及び負極シート１６はそれぞれリチウム金属酸化物及び炭素系材料によって形成されている。セパレータ１２は不織布によって形成されている。これら正極シート１４、負極シート１６、及びセパレータ１２はいずれも矩形状をなしている。また、セパレータ１２の厚さは例えば数十μｍとされている。
【００１４】
図２に示すように、セパレータ１２は、メルトブロー法によって紡糸されたポリプロピレンの繊維を集積することによって形成された不織布シートＳからなる。不織布シートＳの繊維径は０．１μｍ以上２μｍ以下の範囲内が好ましく、平均繊維径は１μｍ程度とされている。図２及び図３に示すように、不織布シートＳには繊維Ｆ同士の交点Ｘが熱融着された複数の融着部１３が形成されている。融着部１３は不織布シートＳの平面に沿って予め定められた間隔ｄ１毎に形成されている。ここで予め定められた間隔ｄ１は例えば約１ｍｍとされており、融着部１３の幅ｄ２は約１００μｍ（０．１ｍｍ）とされている。
【００１５】
次に、図４〜図７を参照して、不織布を製造する製造装置２０について説明する。
図４及び図５に示すように、製造装置２０は、メルトブロー法により不織布シートＳを製造するものであり、図示しない押出機から押し出された溶融樹脂を吐出する口金２２を備えている。口金２２の内部には、溶融樹脂を吐出するためのノズル２４ａが設けられた樹脂通路２４が形成されている。ノズル２４ａは鉛直方向に沿って下方に延びており、下方に向かうほど先細状に形成されている。
【００１６】
また、ノズル２４ａの周囲には、熱風Ａ１を吹き出すための環状の吹出口２６ａを有する第１通路２６が形成されている。また、この吹出口２６ａの外周には、熱風Ａ２を吹き出すための環状の吹出口２８ａを有する第２通路２８が形成されている。第１通路２６及び第２通路２８の吹出口２６ａ、２８ａは共に下方に向かうほどノズル２４ａに近接するように傾斜している。そして、第１通路２６の吹出口２６ａから吹き出された熱風Ａ１がノズル２４ａから吐出された繊維状の溶融樹脂に吹き付けられるようになっている。この熱風Ａ１の流速は溶融樹脂の流速よりも速く設定される。このことにより、溶融樹脂に対して熱風Ａ１が吹き付けられることによって溶融樹脂が引き延ばされる。
【００１７】
鉛直方向に対する第２通路２８の吹出口２８ａの傾斜角度αと第１通路２６の吹出口２６ａの傾斜角度βとは同一とされており、これら吹出口２８ａ、２６ａは互いに平行とされている。従って、第２通路２８の吹出口２８ａから吹き出された熱風Ａ２は熱風Ａ１の吹き出し方向と平行に吹き出される。このため、熱風Ａ２によって熱風Ａ１は外気の影響を受けにくくなり、熱風Ａ１の温度低下が抑制され、ひいては溶融樹脂の温度低下が抑制される。従って、溶融樹脂は高温のままの状態で熱風Ａ１によって繊維径が１μｍ程度となるまで細く引き延ばされて樹脂繊維が形成される。
【００１８】
口金２２の下方にはベルトコンベア３０が設けられており、微細化された樹脂繊維がこのベルト３２にてシート状に集積させれることで不織布シートＳが形成される。
また、図６に示すように、ベルトコンベア３０の下流側には一対のローラ４０ａ、４０ｂを備えた圧延装置４０が設けられている。
【００１９】
図７に示すように、一方のローラ４０ａの周壁には同ローラ４０ａの周方向及び軸線方向に沿って予め定められた間隔ｄ１毎に噴射孔４２が形成されている。また、ローラ４０ａの内部には、噴射孔４２に対して水蒸気を供給する水蒸気供給装置４４の供給管４６が設けられている。この供給管４６の周壁の下部には噴射孔４２に対応して供給孔４８が形成されている。また、供給管４６の外周面は図示しない断熱材によって被覆されている。
【００２０】
図６及び図７に示すように、不織布シートＳが一対のローラ４０ａ、４０ｂの間を通過する際に、一対のローラ４０ａ，４０ｂによって不織布シートＳが圧延される。ここで、不織布シートＳの繊維Ｆ同士が押し付けられ、圧延される際に、供給管４６の供給孔４８からローラ４０ａの噴射孔４２を通じて繊維Ｆの水蒸気が噴射される。このことにより、水蒸気の熱によって繊維Ｆ同士が融着される。
【００２１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
不織布シートＳには繊維Ｆ同士の交点Ｘが熱融着された融着部１３が形成されているため、例えばニードルパンチされた不織布シートのように繊維同士が絡まされているものに比べて、不織布シートＳ、すなわちセパレータ１２の強度が高められる。また、融着部１３は不織布シートＳの平面に沿った予め定められた間隔ｄ１毎に形成されており、不織布シートＳにおける融着部１３以外の部位は繊維Ｆ同士が熱融着されていない。このため、上記部位によって不織布シートＳの気孔率が確保される。
【００２２】
こうした構成によれば、不織布シートＳの平均繊維径が１μｍ程度とされているため、繊維Ｆの間の隙間が２μｍの平均繊維径のものに比べて小さくなる。このため、負極シート１６に析出した結晶が上記隙間を通り抜けて成長することが抑制され、上記結晶が正極シート１４に接することが抑制される。
【００２３】
以上説明した本実施形態に係る不織布シート及び不織布シートの製造方法によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）セパレータ１２は、メルトブロー法によって紡糸された平均繊維径が１μｍ程度であるポリプロピレンの繊維を集積することによって形成された不織布シートＳからなる。不織布シートＳには繊維Ｆ同士の交点Ｘが熱融着された融着部１３が同不織布シートＳの平面に沿って予め定められた間隔ｄ１毎に形成されている。こうした構成によれば、上述した作用により、不織布シートＳの気孔率を確保しながらも、不織布シートＳの強度を高めることができる。また、不織布シートＳを薄くすることができ、ひいては電池１０のエネルギ密度を高めることができる。
【００２４】
（２）不織布シートＳを製造するに際して、熱風Ａ１の外周に更に熱風Ａ２を吹き出すことによって外気を遮蔽するエアカーテンが形成される。こうした方法によれば、不織布シートＳの繊維径を好適に細くすることができる。
【００２５】
（３）水蒸気を噴射することにより融着部１３を形成するため、比熱が空気よりも高い水蒸気によって不織布シートの繊維を短時間で溶融させることができ、繊維同士を早期に熱融着させることができる。また、不織布シートＳに与えられる熱量の調整を水蒸気の温度調整を通じて容易に行なうことができる。また、不織布シートＳに化学的な悪影響を及ぼすおそれがない。
【００２６】
（４）不織布シートＳを圧延する周壁に噴射孔４２が形成されたローラ４０ａと、ローラ４０ａの内側から噴射孔４２を介して不織布シートＳに水蒸気を供給する水蒸気供給装置４４とを用い、ローラ４０ａにより不織布シートＳを圧延するとともに、圧延中の不織布シートＳに噴射孔４２を通じて水蒸気を噴射する。こうした方法によれば、不織布シートＳを圧延すると同時に融着部１３を形成することが容易にできる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
次に、図８を参照して、第２実施形態について説明する。
なお、本実施形態では、不織布シートＳを製造する製造装置２２０の構成が先の第１実施形態と相違している。以下、相違点を中心に説明する。
【００２８】
図８に示すように、製造装置２２０の口金２２２は、鉛直方向に沿って延びる樹脂通路２２４が形成されたノズル本体２２３と、このノズル本体２２３の外周を取り囲む筒体２２５とを備えている。
【００２９】
ノズル本体２２３の外周面は下方に向けて先細形状とされており、その下面における樹脂通路２２４の先端には溶融樹脂を吐出する円筒状のノズルパイプ２２４ａが挿入されている。
【００３０】
筒体２２５の内周面におけるノズル本体２２３の外周面に対向する部位は下方に向けて先細形状とされており、これら外周面と内周面とによって傾斜通路２２７が形成されている。また、筒体２２５の内周面におけるノズルパイプ２２４ａの外周面に対向する部位は同ノズルパイプ２２４ａの外周面と平行な断面円形状とされており、これら外周面と内周面とによって平行通路２２８が形成されている。傾斜通路２２７及び平行通路２２８はノズルパイプ２２４ａと同心円状に形成されている。
【００３１】
これら傾斜通路２２７と平行通路２２８とによって、ノズルパイプ２２４ａから吐出された溶融樹脂に熱風Ａ３を吹き付けるための通路２２６が構成されている。
ノズルパイプ２２４ａの先端２２４ｂは、傾斜通路２２７を通じて吹き出される熱風Ａ３の流線の延長線が交わる交点Ｐよりも溶融樹脂の吐出方向前方、すなわち鉛直方向下方に設定されている。
【００３２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
ノズルパイプ２２４ａの先端位置が上記のように設定されているため、ノズルパイプ２２４ａから吐出される溶融樹脂に熱風Ａ３が触れるまでの間に、平行通路２２８において熱風Ａ３の流れが溶融樹脂の吐出方向に対して平行に整流される。このため、吐出された溶融樹脂が熱風Ａ３によって振動することが抑制され、吐出方向に沿って溶融樹脂が細く引き伸ばされて樹脂繊維が形成される。
【００３３】
以上説明した本実施形態に係るセパレータによれば、先の第１実施形態の効果（１）、（３）、（４）に加え、新たに以下の効果が得られるようになる。
（５）ノズルパイプ２２４ａの周囲に形成され、溶融樹脂の吐出方向前方に向けてノズルパイプ２２４ａに近接するように傾斜する傾斜通路２２７と、この傾斜通路２２７の先端からノズルパイプ２２４ａの外周面と平行に延びる平行通路２２８とを通じて熱風Ａ３を吹き出す。また、傾斜通路２２７を通じて吹き出される熱風Ａ３の流線の延長線が交わる交点Ｐよりも溶融樹脂の吐出方向前方にノズルパイプ２２４ａの先端を設定する。こうした方法によれば、不織布シートＳの繊維径を好適に細くすることができる。
【００３４】
＜変形例＞
なお、本発明に係る不織布シート及び不織布シートの製造方法は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００３５】
・ローラによって圧延された後の不織布シートに対して水蒸気を噴射することにより融着部を形成することもできる。
・加熱流体は水蒸気に限られるものではなく、熱風を吹き付けることによって不織布シートに融着部を形成することもできる。この場合、ヒータによって生成された熱風を送風装置によって送り、不織布シートに対して吹き付けるようにすればよい。こうした方法によれば、融着部を形成するための装置を簡素なものとすることができる。また、不織布シートに対して熱風を供給する配管の詰まりが生じにくい。従って、装置の整備性を高めることができる。
【００３６】
・レーザ加熱によって融着部を形成するようにしてもよい。
・キャパシタ等、リチウムイオン二次電池のセパレータ以外の電気化学デバイスのセパレータとして不織布シートを利用することができる。また、不織布シートは電気化学デバイスのセパレータに限られるものではなく、フィルタエレメント等に用いることもできる。この場合、２μｍよりも太い繊維や、０．１μｍよりも細い繊維であってもよい。
【００３７】
・上記各実施形態では、繊維Ｆ同士の交点Ｘが熱融着された融着部１３について例示したが、これに代えて、融着部を繊維形状を有しないフィルム状のものとすることもできる。この場合、不織布シートの強度を一層高めることができる。なお、この場合、融着部における気孔率は低下するが、不織布シートにおける融着部の面積の割合を小さく設定すれば、不織布シート全体としての気孔率が問題となることを回避することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…電池、１２…セパレータ、１３…融着部、１４…正極シート、１６…負極シート、１８…外装部材、２０…製造装置、２２…口金、２４…樹脂通路、２４ａ…ノズル、２６…第１通路、２６ａ…吹出口、２８…第２通路、２８ａ…吹出口、３０…ベルトコンベア、３２…ベルト、４０…圧延装置、４０ａ，４０ｂ…ローラ、４２…噴射孔、４４…水蒸気供給装置、４６…供給管、４８…供給孔、２２０…製造装置、２２２…口金、２２３…ノズル本体、２２４…樹脂通路、２２４ａ…ノズルパイプ、２２４ｂ…先端、２２５…筒体、２２６…通路、２２７…傾斜通路、２２８…平行通路、Ａ１、Ａ２、Ａ３…熱風、Ｐ…交点、Ｓ…不織布シート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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