Polycarbonate/Polypropylene複合メルトブロー
不織布セパレータの電池性能と熱安定性(信州⼤学繊維学部・先進繊維⼯学科)

Introduction

Method

⾻格材成分とバルク材成分の２成分を持つメルトブロー(MB)不織布を開発し、新しい特性付与を⽬指す⇒今回は電池⽤セパレータに向けた
PPMB不織布への極太PC繊維の導⼊〇冨澤錬、牧村章弘、⾦慶孝、⼤越豊◆Originality
⾻格材成分のみを太いノズルから吐出できる6/1mixノズル
を⽤い、⾻格材成分とバルク材成分を同時に複合MBする

Conditions
MB conditions
Sample*Results & Discussions
Structure◆SEM◆Porosity

conveyor
speed(C.S.)(m/min)StructureThroughput rate Thickness(cm3/min)(mm)

Basisweight(g/m2)

Porometer
Diameter(µm)

Thermal stability
ThermalShrinkage(%)

Pore size(µm)

Battery test
Discharge Capacity(mAh/g)PC0MaxMinMean

C.V.

140oC・20min

6.0

PP
37.5

Max Min Mean

PC0-6.0

0.20

13.1

5.1

0.5

1.8

12.9

2.4

7.2

0.5

73

135 135 135 132

PC58-6.0

6.0

37.5 52.5

0.76

40.4

16.0 0.4

2.4

38.0

3.5

8.9

1.1

33

135 134 134 126

PC58-2020.0

37.5 52.5

0.28

13.0

32.7 0.4

2.5

58.5

9.0

22.5

0.8

43

36

1323

0.43

PC88-6.0

6.0

7.5

0.56

32.6

29.8 0.3

2.3

162.5

6.7

17.3

2.056

165

110.0452.5

0.2C 0.3C 5.0C 10C*Sample name : PC contents-conveyor speed

Property◆Thermal stability

PC0-6.0
Distribution(%)

4030
20100223456 7 8 9 10 11 1212
Pore Diameter(µm)

PC58-6.0
Distribution(%)

4030
20100

33 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 3737
Pore Diameter(µm)◆PC繊維の導⼊によって、・130oC以下での収縮量が顕著に低下する
・⾃由端熱処理での収縮量も低下する傾向にある

PC58-20
Distribution(%)

40◆Battery performance30
20
1003.5

3.53.33.3

PC0-6.0

9 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
956

PC58-6.0

Pore Diameter(µm)

PC58-20

Distribution(%)

403020

Voltage(V)Voltage(V)PC88-6.0

PC88-6.0

3.1
PC0-6.0
PC58-6.0

2.9

PC58-20103.1

2.9

PC88-6.0

Pore Diameter(µm)

155152535455565758595105
115
125135145
155

7702.72.70.3C 容量検査

2.5

◆ SEM像より、極太PC繊維導⼊複合MB不織布の作製に成功した◆PC分率が増えるほど、・直径10µmを超える繊維の割合が増える、PP繊維が屈曲・クリンプするように⾒える・空孔径の分布が広がり、サイズが⼤きい⽅へシフトする◆またPC分率が増えてもPP繊維の直径分布には⼤きく影響しなかった

0204060

801001205C レート試験

2.51400Capacity(mAh)

20406080100120

140

Discharge Capacity(mAh)◆PC繊維を導⼊しても、低レートでは問題なく電池⽤セパレータとして作⽤した◆⼀⽅で、⾼レートになるとPC導⼊によって電流密度の分布が不均⼀になり、セパレータの抵抗が増加し、容量が低下した⇒電流密度の不均⼀化はSEMおよびPorosityの変動係数の増加に基づく考察である

Conclusions

PC分率と電⼒の関係性
120
Power / mWh/g

PC繊維の分率が増えると、・平均繊維径が増加、空孔径および空孔径ばらつきが増加
・熱収縮率が低下、特に140℃以下での収縮がほとんど⾒られなくなる
・0.1 - 0.3 Cでは問題なく充放電可能だったが、5, 10 Cになると放電容量が低下する
・極太PC繊維が不織布内で連続繊維として⾻格材(Matrix)のように作⽤することで、熱収縮率を低下させる⼀⽅で、繊維直径の均⼀性が低下し、空孔径分布が広がりやすい。これにより、Liイオンのパスが不均⼀になりやすく、⾼レートでの放電容量が低下した。したがって、⾼レートでの放電特性を担保しつつ、低熱収縮性を発現させるためにはPC分率の最適化が必要である。

5C-Discharge
10C-Discharge

100806040200020406080
PC contents / %100バインダー向け⾼分⼦を鞘に持つPoly(ethylene
terephthalate)/Poly(vinyl butyral)芯鞘複合繊維の開発(信州⼤学繊維学部・先進繊維・感性⼯学科)

Introduction〇冨澤錬、⼩林平蔵、⾦慶孝、⼤越豊

MethodPoly(vinyl butyral)◆複合溶融紡⽷・繊維表⾯に新しい機能を持たせる⇒接着性PVB(接着材成分)通常接着剤に⽤いられるPVBを鞘に持つ芯鞘繊維を開発し、接着剤としての⽤途拡⼤と芯鞘複合紡⽷繊維の構造と物性を調査する◆複合メルトブローン
・繊維同⼠の接着性を上げて不織布の強度を向上

PET︖(のみならず)(材料成分)

今回はメルトブローの前段階として芯鞘複合溶融紡⽷に挑戦したConditions

また表⾯にバインダーを持つ繊維の将来的な⽤途展開についても検討した

芯鞘
体積比1:1・従来⽤途合わせガラス⽤中間膜、プリント基板接着剤、各種バインダー

5:3

新たなるプロセスへの適合可能性を広げたい

280

2000.6

Property◆Micro Scope◆Tensile Property

芯鞘比 5：3

・ゴム性のPVBを均⼀に鞘成分として紡⽷できた

PVB単成分

◆今後の検討項⽬
・PVBコートによる延伸性の向上の検証⇒表⾯のキズ等による繊維の破断が起きにくくなり延伸性が向上するのではないか︖

PVBにより交点の接着性が上がれば不織布の強度が増すのでは︖

︖

C.V.
/%

12.7

129.7

3.4

13.1

128.3

2.6

芯鞘比 5：3

芯鞘比 1：1

・PETの分率が増えるほど、⾃然延伸領域、伸度が増加する

Future development

・メルトブロー不織布の⼒学特性向上の検証⇒繊維同⼠の交絡点でPVBが接着剤として作⽤し不織布の⼒学特性を向上するのではないか︖

直径/ μm

紡糸温度 巻取速度 ノズル径 総吐出量/℃/ m/min /mm×4H / g/min

ResultsStructure
芯鞘比 1：1

PVBにより交点の接着性が上がれば不織布の強度が増すのでは︖◆複合紡⽷技術を応⽤して将来的に実現したい技術
・有機ラジカル繊維電池の開発

次世代⼆次電池である有機ラジカル電池(ORB)を繊維形状に加⼯する⇒クリーンエネルギー、SDGsへの貢献
従来型リチウムイオン電池(LiB)

新規有機ラジカルポリマー電池(ORB)

環境負荷× フレキシビリティ× 容量◎

環境負荷低減〇正極：
⾦属酸化物(Ni,Co,Mn)

負極：⿊鉛シリコン

正極：
活性ポリマー(PTMA等)

Conclusions

容量×︖

負極：
CNT
活性ポリマー

これらのような活性ポリマーを扱える⽅を探しています︕
・PTMA
・PTVE
・PVAQ
・etc...

バインダーとして⽤いられやすいPVBを鞘に持った
PET/PVB芯鞘複合繊維を作製できた鞘⽐率を35%程度まで減少させても紡⽷可能だった
鞘成分の効果について今後検討を進める予定である

フレキシビリティ〇

S. Schubert. Et. Al. Adv. Mater. 2020, 32, 2000587