DE69836112T2

DE69836112T2 - Alkalische Batterieseparator und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69836112T2
Application number: DE69836112T
Authority: DE
Inventors: Masanao c/o Japan Vilene Co. Ltd. Tanaka; c/o Japan Vilene Co. Ltd. Nobutoshi Tokutake
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2018-04-04
Also published as: KR100456709B1; TW364223B; US6030727A; EP0878854A3; DE69836112D1; EP0878854A2; KR19980081040A; EP0878854B1

Description

STAND DER TECHNIK FÜR DIE ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Alkalibatterieseparator, das heißt einen Separator für eine Alkalibatterie, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einer Alkalibatterie wird ein Separator zwischen der positiven und der negativen Elektrode verwendet, um sie voneinander zu trennen, einen Kurzschluss zwischen ihnen zu verhindern und weiterhin, um einen Elektrolyten aufzunehmen und eine reibungslose elektromotorische Reaktion zu ermöglichen.
In jüngster Zeit ist der Platz, der für eine Batterie in elektronischen Ausrüstungen zur Verfügung steht, aufgrund der Erfordernisse von Miniaturisierung und Gewichtseinsparung kleiner geworden. Dennoch sind die Anforderungen an die Leistung einer solchen kleineren Batterie dieselben oder höher als an eine herkömmliche Batterie, weshalb es erforderlich ist, die Kapazität der Batterie und die Anteile an aktiven Materialien an den Elektroden zu erhöhen. Somit müssen das in der Batterie für den Separator zur Verfügung stehende Volumen und die Dicke des Separators verkleinert werden. Jedoch werden, wenn ein herkömmlicher Separator einfach dünner gemacht wird, dessen Vermögen für die Aufnahme eines Elektrolyten (das heißt das Elektrolytaufnahmevermögen) und die Dispergierbarkeit der Fasern verschlechtert. Deshalb ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 7-29561 und der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 8-138645 offenbart, dass das Elektrolytaufnahmevermögen und die Dispergierbarkeit der Fasern verbessert werden können, indem ein Faservlies durch ein nasses Ablegeverfahren unter Verwendung zerteilbarer Verbundfasern, die in der Lage sind, feine Fasern mit einer längenbezogenen Masse von 60 μg/m oder weniger zu erzeugen, gebildet wird. Die in diesen japanischen Patentveröffentlichungen offenbarten Separatoren haben ein vorteilhaftes Elektrolytaufnahmevermögen und eine vorteilhafte Dispergierbarkeit der Fasern, können aber von der mechanischen Spannung zerrissen werden, die in der Stufe des Zusammenbaus der Elektroden bei der Batterieproduktion auftritt. Weiterhin können ein Elektrodenblitz und ein aktives Material den Separator zerreißen und in ihn eindringen, wodurch ein Kurzschluss zwischen den Elektroden verursacht wird, weshalb die Produktivität niedrig ist. Außerdem haben die Separatoren eine geringe Reißfestigkeit und Biegefestigkeit, wodurch die Produktivität ebenfalls verringert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, diese Nachteile des Standes der Technik zu beheben und einen Alkalibatterieseparator mit ausgezeichnetem Elektrolytaufnahmevermögen und ausgezeichneter Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Biegefestigkeit bereitzustellen, der für die stabile Herstellung einer Batterie verwendet werden kann und in welchem die Separatoren selten von einem Elektrodenblitz, durch welchen ein Kurzschluss zwischen den Elektroden verursacht wird, zerrissen werden.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung näher erläutert.
Erfindungsgemäß wird ein Separator für Alkalibatterien bereitgestellt, der einen hydrophilen Vliesstoff umfasst, der aus einem Faservlies, das durch ein nasses Ablegeverfahren aus

(1) zerteilbaren Verbundfasern, die feine Polyolefinfasern bilden können (anschließend auch als "zerteilbare Verbundfasern" bezeichnet),
(2) hochfesten Fasern mit einer Einzelfaserfestigkeit von 5 g/Denier oder höher und
(3) schmelzbaren Fasern, die wenigstens auf der Oberfläche eine Kunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als ein Schmelzpunkt der zerteilbaren Verbundfasern und niedriger als der Schmelzpunkt der hochfesten Fasern ist, enthalten,

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Separators für Alkalibatterien bereitgestellt, das die Stufen:
im Wesentlichen gleichmäßiges Vermischen von

(1) zerteilbaren Verbundfasern, die feine Polyolefinfasern bilden können,
(2) hochfesten Fasern mit einer Einzelfaserfestigkeit von 5 g/Denier oder höher und
(3) schmelzbaren Fasern, die wenigstens auf der Oberfläche eine Kunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als ein Schmelzpunkt der zerteilbaren Verbundfasern und niedriger als der Schmelzpunkt der hochfesten Fasern ist, enthalten,

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Querschnitt, der eine zerteilbare Verbundfaser schematisch darstellt, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden kann.
2 zeigt einen Querschnitt, der eine weitere zerteilbare Verbundfaser schematisch darstellt, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden kann.
3 zeigt einen Querschnitt, der eine andere zerteilbare Verbundfaser schematisch darstellt, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden kann.
4 zeigt einen Querschnitt, der eine wieder andere zerteilbare Verbundfaser schematisch darstellt, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden kann.
5 zeigt einen Querschnitt, der eine noch andere zerteilbare Verbundfaser schematisch darstellt, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden kann.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Vliesstoff, der ein Bestandteil des erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparators ist, enthält feine Polyolefinfasern und hat ein ausgezeichnetes Elektrolytaufnahmevermögen. Die feinen Polyolefinfasern können aus zerteilbaren Verbundfasern, die in der Lage sind, feine Polyolefinfasern zu erzeugen, das heißt zerteilbaren Verbundfasern, durch physikalische Einwirkung wie die Einwirkung eines Wasserstrahls und/oder durch chemische Einwirkung wie Entfernung mit einem Lösungsmittel gebildet werden.
Die zerteilbare Verbundfaser, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden kann, setzt sich zusammen aus zwei oder mehr Kunststoffkomponenten (wobei mindestens eine Kunststoffkomponente eine Polyolefinkomponente ist), die fast parallel zur Längsrichtung der zerteilbaren Verbundfaser derart ausgerichtet sind, dass die verschiedenen Kunststoffkomponenten miteinander in Berührung gebracht werden. Die zerteilbare Verbundfaser lässt sich in feine Fasern aus den verschiedenen Kunststoffkomponenten durch Behandlung mit einem Wasserstrahl oder dergleichen zerteilen.
Die Anordnung der Kunststoffkomponenten in der zerteilbaren Verbundfaser, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden kann, ist nicht beschränkt. Beispiele für die Anordnung der Kunststoffkomponenten, wenn die zerteilbare Verbundfaser sich aus zwei Kunststoffkomponenten zusammensetzt, werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 1 und 2 zeigen eine zerteilbare Verbundfaser 1, die sich aus einer Kunststoffkomponente 11 und einer anderen Kunststoffkomponente 12 zusammensetzt und einen Querschnitt besitzt, in welchem die Komponenten durch gerade Linien (1) oder gekrümmte Linien (2), die vom mittigen Bereich ausgehen, voneinander getrennt sind; die 3 und 4 zeigen eine zerteilbare Verbundfaser 1, die sich aus einer Kunststoffkomponente 11 und einer anderen Kunststoffkomponente 12 zusammensetzt und einen Querschnitt besitzt, in welchem die Komponenten durch gerade Linien (3) oder gekrümmte Linien (4), die vom mittigen Bereich ausgehen, voneinander getrennt sind, wobei sich eine der Kunststoffkomponenten 11 und 12 in dem mittigen Bereich befindet; und 5 zeigt eine zerteilbare Verbundfaser 1 mit einem Querschnitt, in welchem die Kunststoffkomponenten 11 und 12 übereinander geschichtet sind. Die zerteilbaren Verbundfasern mit den in den 1 bis 4 gezeigten Querschnitten sind aufgrund der Einheitlichkeit des Durchmessers der von ihnen abgeleiteten feinen Fasern bevorzugt.
Die zerteilbare Verbundfaser besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus zwei oder mehr Polyolefinkomponenten. Wenn eine zerteilbare Polyolefinverbundfaser, die im Wesentlichen aus zwei oder mehr Polyolefinkomponenten besteht, verwendet wird, kann die Alkalibeständigkeit des resultierenden Separators verbessert werden.
Die Polyolefinkomponenten der zerteilbaren Verbundfaser können beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polymethylpenten, Ethylen-Propylen-Copolymer, Ethylen-Buten-Propylen-Copolymer oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer sein. Die zerteilbare Polyolefinverbundfaser kann eine oder mehrere Polyolefinkomponenten zusammen mit einer oder mehreren anderen Kunststoffkomponenten, insbesondere ausschließlich zwei oder mehr Polyolefinkomponenten, enthalten. Von diesen Kunststoffkomponenten ist Polypropylen oder Polyethylen, die eine ausgezeichnete Alkalibeständigkeit aufweisen, bevorzugt. Die Kombination aus den Polyolefinkomponenten ist nicht beschränkt, wobei aber die Kombination aus Polyethylen und Polypropylen bevorzugt und die Kombination aus Polyethylen mit hoher Dichte und Polypropylen aufgrund ihrer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Alkalien und Säuren besonders bevorzugt ist.
Ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer hat ein ausgezeichnetes Elektrolytaufnahmevermögen. Wenn eine zerteilbare Verbundfaser, die ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer als eine der Polyolefinkomponenten enthält, verwendet wird, wird das Elektrolytaufnahmevermögen des resultierenden Separators verbessert. Somit können das Absorptionsvermögen für Sauerstoff im überlasteten Zustand und die Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Innendrucks der Batterie erhöht werden. Es ist bevorzugt, das Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, durch welches die Innendruckeigenschaften verbessert werden, mit einem Polypropylen mit ausgezeichneter Alkalibeständigkeit zu kombinieren.
Wenn eine Kombination aus (1) einer ersten zerteilbaren Verbundfaser, die in der Lage ist, feine Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Fasern und eine oder mehrere andere feine Polyolefinfasern zu erzeugen, das heißt einer ersten zerteilbaren Polyolefinverbundfaser, und (2) einer zweiten zerteilbaren Verbundfaser, die in der Lage ist, ausschließlich eine oder mehrere feine Polyolefinfasern, außer feinen Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Fasern, zu erzeugen, das heißt einer zweiten zerteilbaren Polyolefinverbundfaser, als zerteilbare Verbundfaser in dem Separator verwendet wird, können dessen Alkalibeständigkeit und Elektrolytaufnahmevermögen weiter verbessert werden.
Die Kunststoffkomponente, die in der zerteilbaren Verbundfaser keine Polyolefinkomponente ist, ist beispielsweise eine Polyamidkomponente wie Nylon 6, Nylon 66 bzw. Nylon 12 oder eine Polyvinylacetatkomponente.
Wenn die längenbezogene Masse der feinen Fasern kleiner wird, kann das Elektrolytaufnahmevermögen des Separators weiter erhöht und eine nadelförmige Abscheidung effizienter verhindert werden. In dieser Hinsicht beträgt die längenbezogene Masse der feinen Faser vorzugsweise 45 μg/m oder weniger. Andererseits beträgt, um eine gewisse Faserfestigkeit sicherzustellen, die längenbezogene Masse der feinen Faser vorzugsweise 1 μg/m oder mehr. Deshalb beträgt die längenbezogene Masse der feinen Faser besonders bevorzugt 2,5 bis 35 μg/m.
Die feinen Fasern können hergestellt werden, indem die zerteilbaren Verbundfasern durch eine physikalische und/oder chemische Einwirkung zerteilt werden. Die physikalische Einwirkung umfasst beispielsweise einen Fluidstrahl wie einen Wasserstrahl, Nadeln, Kalandrieren oder Flachpressen. von diesen Behandlungen ist der Fluidstrahl eine bevorzugte physikalische Einwirkung, da das Zerteilen der zerteilbaren Verbundfasern und das Verschlingen der Fasern, wie weiter unten erläutert wird, gleichzeitig ausgeführt werden kann. Die chemische Einwirkung ist beispielsweise ein Entfernen oder Quellen von einer oder mehreren Kunststoffkomponenten mit einem Lösungsmittel oder dergleichen.
Erfindungsgemäß beträgt die mittlere Faserlänge aller den hydrophilen Vliesstoff bildenden Fasern 10 mm oder mehr. Somit kann das Zerteilen der zerteilbaren Verbundfasern effizient durchgeführt und der Grad ihres Verschlingens erhöht werden. Wenn die mittlere Faserlänge der zerteilbaren Verbundfaser (vor dem Zerteilen) 5 mm oder mehr beträgt, kann die mittlere Faserlänge aller den hydrophilen Vliesstoff bildenden Fasern 10 mm oder mehr erreichen. Jedoch beträgt die mittlere Faserlänge der zerteilbaren Verbundfaser vorzugsweise 10 mm oder mehr, besonders bevorzugt 12 mm oder mehr, und am meisten bevorzugt 14 mm oder mehr, um die feinen Fasern, die aus den zerteilbaren Verbundfasern erzeugt worden sind, dicht zu verschlingen. Weiterhin beträgt die mittlere Faserlänge der zerteilbaren Verbundfaser vorzugsweise 25 mm oder weniger und besonders bevorzugt 20 mm oder weniger, um ein einheitli ches Faservlies durch ein nasses Ablegeverfahren zu bilden.
Dabei bedeutet die hier in Bezug auf die Fasern wie die zerteilbare Verbundfaser benutzte Bezeichnung "mittlere Faserlänge" den Mittelwert der Faserlängen von 100 Fasern wie 100 zerteilbaren Verbundfasern, die zufällig aus einem Faservlies oder einem Separator (hydrophiler Vliesstoff) ausgewählt worden sind. Die Faserlänge der zerteilbaren Verbundfaser verändert sich nach dem Zerteilen nicht, weshalb sich auch ihre mittlere Faserlänge nach dem Zerteilen nicht verändert. Die längenbezogene Masse der zerteilbaren Verbundfaser ist nicht beschränkt, solange diese die feinen Fasern mit der weiter oben genannten längenbezogenen Masse erzeugen kann.
Der Gehalt an den zerteilbaren Verbundfasern, die für den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator verwendet werden können, ist nicht beschränkt. Die zerteilbaren Verbundfasern können vorzugsweise 35 bis 50 Gew.-% und besonders bevorzugt 35 bis 45 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der schmelzbaren Fasern und hochfesten Fasern, ausmachen. Wenn der Gehalt weniger als 35 Gew.-% beträgt, kann ein ausreichendes Elektrolytaufnahmevermögen nicht immer erhalten werden. Wenn der Gehalt mehr als 50 Gew.-% beträgt, sinkt der Anteil der anderen Fasern, weshalb Zugfestigkeit und Reißfestigkeit verringert werden können. Wenn eine Kombination aus (1) der ersten zerteilbaren Polyolefinverbundfaser, die in der Lage ist, feine Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Fasern und eine oder mehrere andere feine Polyolefinfasern zu erzeugen, und (2) der zweiten zerteilbaren Polyolefinverbundfaser, die in der Lage ist, ausschließlich eine oder mehrere feine Polyolefinfasern, au ßer feinen Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Fasern, zu erzeugen, als zerteilbare Verbundfaser verwendet wird, kann die erste zerteilbare Polyolefinverbundfaser vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 35 Gew.-%, und am meisten bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, und die zweite zerteilbare Polyolefinverbundfaser vorzugsweise 10 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, und am meisten bevorzugt 15 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, schmelzbaren Fasern und hochfesten Fasern, ausmachen.
Der Vliesstoff, der den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator bildet, enthält hochfeste Fasern mit einer Einzelfaserfestigkeit (Zugfestigkeit) von 5 g/Denier oder mehr. Deshalb können das Eindringen eines Elektrodenblitzes in den Separator und ein Kurzschluss zwischen den Elektroden verhindert werden, wenn die Batterie unter Verwendung des Separators zusammengebaut wird. Beträgt die Einzelfaserfestigkeit weniger als 5 g/Denier, kann ein Kurzschluss nicht ausreichend verhindert werden. Deshalb ist es bevorzugt, eine hochfeste Faser mit einer Einzelfaserfestigkeit von 7 g/Denier oder mehr und besonders bevorzugt von 9 g/Denier zu verwenden. Die Einzelfaserfestigkeit wird gemäß JIS (Japanischer Industriestandard) L1015, einem Prüfverfahren für chemische Stapelfasern, gemessen.
Die hochfeste Faser ist nicht beschränkt, solange ihre Einzelfaserfestigkeit 5 g/Denier oder mehr beträgt. Als hochfeste Faser können Synthesefasern für allgemeine Zwecke wie aus Polypropylen, Polyethylen oder Polyamid verwendet werden. Dabei ist es bevorzugt, als hochfeste Faser eine Synthesefaser zu verwenden, die wenigstens auf der Oberfläche eine oder mehrere Polyolefinkomponenten umfasst, welche dieselben wie diejenigen sind, welche die feinen Polyolefinfasern bilden. Dabei kann Polypropylen oder Polyethylen aufgrund seiner Langzeitbeständigkeit gegenüber Alkalien und Säuren vorzugsweise als die Kunststoffkomponente, die auf der Oberfläche vorhanden ist, verwendet werden.
Die längenbezogene Masse der hochfesten Faser beträgt vorzugsweise 40 bis 650 μg/m, um sicherzustellen, dass das Elektrolytaufnahmevermögen nicht verringert wird.
Wen die mittlere Länge der hochfesten Faser 5 mm oder mehr beträgt, kann die mittlere Länge aller den hydrophilen Vliesstoff bildenden Fasern 10 mm oder mehr erreichen. Jedoch beträgt die mittlere Länge der hochfesten Faser vorzugsweise 10 mm oder mehr, um die hochfesten Fasern dicht zu verschlingen. Weiterhin beträgt die mittlere Länge der hochfesten Faser vorzugsweise 25 mm oder weniger und besonders bevorzugt 20 mm oder weniger, um die Bildung eines einheitlichen Faservlieses durch ein Nassablegeverfahren sicherzustellen.
Es ist bevorzugt, eine ultrahochfeste Polyethylenfaser mit einer Einzelfaserfestigkeit von 25 g/Denier oder mehr und besonders bevorzugt von 30 g/Denier oder mehr als hochfeste Faser zu verwenden, da eine solche ultrahochfeste Polyethylenfaser auch eine ausgezeichnete Elastizität besitzt, weshalb ein Zerreißen des Separators, das von der mechanischen Spannung verursacht wird, die beim Zusammenbau der Batterie ausgeübt wird, ein Kurzschluss zwischen den Elektroden über einen Elektrodenblitz, der von einer Elektrode zu der anderen Elektrode den Separator durchdringt, oder ein Zerreißen durch eine Elektrodenkante vermieden werden.
Der Gehalt an der hochfesten Faser in dem erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator ist nicht beschränkt, wobei aber die hochfeste Faser mit einem Anteil von vorzugsweise 30 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 40 Gew.-%, und am meisten bevorzugt 35 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern, verwendet wird. Die Batterieeigenschaften (wie Lebensdauer und Innendruck) des erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparators variieren hauptsächlich entsprechend dem Verschlingungszustand der feinen Fasern, die sich von den zerteilbaren Verbundfasern ableiten, und dem Schmelzzustand der schmelzbaren Fasern. Wenn der Anteil der hochfesten Fasern mehr als 45 Gew.-% beträgt, kann die erforderliche Batterieleistung nicht immer erhalten werden. Wenn der Anteil der hochfesten Fasern weniger als 30 Gew.-% beträgt, können Kurzschlüsse nicht ausreichend verhindert werden.
Der Anteil der ultrahochfesten Polyethylenfaser mit einer Einzelfaserfestigkeit von 25 g/Denier oder mehr und besonders bevorzugt 30 g/Denier oder mehr, die als hochfeste Faser verwendet wird, beträgt vorzugsweise 1 bis 45 Gew.-% und besonders bevorzugt 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern. Wenn der Anteil der ultrahochfesten Polyethylenfaser weniger als 30 Gew.-% beträgt, können die anderen hochfesten Fasern vorzugsweise so zugegeben werden, dass der Gesamtanteil der hochfesten Fasern auf 30 bis 45 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern, eingestellt wird.
Der Vliesstoff, der den erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator bildet, enthält schmelzbare Fasern, weshalb Zugfestigkeit und Biegefestigkeit des Separators erhöht werden. Als schmelzbare Fasern werden solche verwendet, die wenigstens auf der Oberfläche eine Kunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt enthalten, der niedriger als die Schmelzpunkte der zerteilbaren Verbundfasern und der hochfesten Faser ist, um eine Verringerung des Elektrolytaufnahmevermögens auf Grund der feinen Fasern, die aus den zerteilbaren Verbundfasern erzeugt werden, und der Festigkeit aufgrund der hochfesten Fasern zu vermeiden. Diese Komponente wird mitunter anschließend als niedrig schmelzende Komponente bezeichnet. Der Schmelzpunkt der niedrig schmelzenden Komponente, die die schmelzbare Faser bildet, ist um vorzugsweise 10 °C oder mehr und besonders bevorzugt 15 °C oder mehr niedriger als der Schmelzpunkt der zerteilbaren Verbundfaser und der Schmelzpunkt der hochfesten Faser.
Es ist bevorzugt, schmelzbare Fasern, die eine oder mehrere Kunststoffkomponenten enthalten, welche dieselben wie diejenigen der feinen Polyolefinfasern sind, aufgrund ihrer ausgezeichneten Alkalibeständigkeit, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polymethylpenten, Ethylen-Propylen-Copolymer oder Ethylen-Buten-Propylen-Copolymer, zu verwenden. Wenn eine zerteilbare Verbundfaser, die Polyethylen und Polypropylen enthält, verwendet wird, ist das Polyethylen in der zerteilbaren Verbundfaser vorzugsweise Polyethylen mit hoher Dichte und ist die niedrig schmelzende Komponente der schmelzbaren Faser vorzugsweise Polyethylen mit niedriger Dichte. Die schmelzbare Faser kann sich aus einer einzigen Komponente oder aus zwei oder mehr Komponenten zusammensetzen. Jedoch ist eine schmelzbare Faser, die sich aus zwei oder mehr Komponen ten zusammensetzt, bevorzugt, da so die Zugfestigkeit des Separators erhöht werden kann. Die schmelzbare Faser kann eine vollständig schmelzbare Faser sein, die im Wesentlichen aus einer schmelzbaren Polyolefinkomponente besteht, oder eine teilweise schmelzbare Faser sein, die zwei oder mehr Kunststoffkomponenten enthält und auf der Faseroberfläche eine schmelzbare Polyolefinkomponente trägt. Eine vollständig schmelzbare Faser, die im Wesentlichen aus einer einzigen Komponente besteht, ist beispielsweise eine Polyethylen- oder Polypropylenfaser. Als teilweise schmelzbare Faser, die sich aus zwei oder mehr Kunststoffkomponenten zusammensetzt, ist beispielsweise eine Verbundfaser vom Hülle-Kern-Typ, nebeneinander liegenden Typ, islands-in-sea-Typ, Typ mit orangeartigem Querschnitt, mehrfachen Bimetalltyp oder exzentrischen Typ zu nennen.
Wenn die mittlere Länge der schmelzbaren Faser 5 mm oder mehr beträgt, kann die mittlere Faserlänge aller den hydrophilen Vliesstoff bildenden Fasern 10 mm oder mehr erreichen. Jedoch beträgt die mittleren Länge der schmelzbaren Fasern vorzugsweise 10 mm oder mehr, um das Schmelzen der schmelzbaren Fasern in einem dicht verschlungenen Zustand sicherzustellen. Weiterhin beträgt die mittlere Länge der schmelzbaren Faser vorzugsweise 25 mm oder weniger und besonders bevorzugt 20 mm oder weniger, um die Bildung eines einheitlichen Faservlieses durch ein Nassablegeverfahren zu ermöglichen. Die längenbezogene Masse der schmelzbaren Faser beträgt vorzugsweise 100 bis 450 μg/m, um eine Verringerung des Elektrolytaufnahmevermögens zu verhindern.
Der Gehalt an den schmelzbaren Fasern in dem erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator ist nicht beschränkt. So können die schmelzbaren Fasern vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-% und besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten und der schmelzbaren Fasern, ausmachen. Beträgt der Gehalt weniger als 20 Gew.-%, kann die Zugfestigkeit oder Biegefestigkeit verschlechtert werden. Beträgt der Gehalt mehr als 35 Gew.-%, sinkt der Anteil der anderen Fasern, weshalb das Elektrolytaufnahmevermögen unter Druck oder die Reißfestigkeit verschlechtert werden kann.
In dem erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator ist der Gehalt an den zerteilbaren Verbundfasern, den schmelzbaren Fasern und den hochfesten Fasern in ihrer Kombination nicht beschränkt. Jedoch ist, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der schmelzbaren Fasern und der hochfesten Fasern, eine Kombination aus 35 bis 50 Gew.-% zerteilbaren Verbundfasern, 30 bis 45 Gew.-% hochfesten Fasern und 20 bis 35 Gew.-% schmelzbaren Fasern bevorzugt, eine Kombination aus 35 bis 45 Gew.-% zerteilbaren Verbundfasern, 30 bis 40 Gew.-% hochfesten Fasern und 20 bis 30 Gew.-% schmelzbaren Fasern besonders bevorzugt, und eine Kombination aus 35 bis 45 Gew.-% zerteilbaren Verbundfasern, 35 bis 40 Gew.-% hochfesten Fasern und 20 bis 30 Gew.-% schmelzbaren Fasern am meisten bevorzugt.
Zusätzlich zu den zuvor genannten feinen Polyolefinfasern, hochfesten Fasern und schmelzbaren Fasern kann der erfindungsgemäße Separator weiterhin zerteilbare Verbundfasern enthalten, die nicht zerteilt sein können. Erforderlichenfalls kann der erfindungsgemäße Separator außerdem eine vierte Faser zusätzlich zu den zuvor genannten Fasern enthalten. Die vierte Faser enthält vorzugsweise eine oder mehrere Polyolefinkomponenten, die aufgrund ihrer ausgezeichneten Alkalibeständigkeit dieselben wie diejenigen der feinen Fasern sind. Die mittlere Länge der vierten Faser beträgt vorzugsweise 10 bis 25 mm und besonders bevorzugt 15 bis 20 mm, um eine dichte Verschlingung zu erreichen und ein einheitliches Faservlies durch das Nassablegeverfahren zu bilden. Die vierte Faser kann vorzugsweise 15 Gew.-% oder weniger und besonders bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger unter Berücksichtigung des Anteils der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern ausmachen.
Die erfindungsgemäße Alkalibatterie enthält einen hydrophilen Vliesstoff, der beispielsweise durch folgendes Verfahren hergestellt werden kann.
Die zerteilbaren Verbundfasern, die hochfesten Fasern und die schmelzbaren Fasern werden im Wesentlichen gleichmäßig miteinander vermischt, um durch das Nassablegeverfahren ein Faservlies zu bilden, das einer Zerteilungsbehandlung der zerteilbaren Verbundfasern, einer Verschlingungsbehandlung der Fasern und einer Schmelzbehandlung der schmelzbaren Fasern in einer beliebigen Reihenfolge unterworfen wird, um einen wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff zu erhalten, dem Hydrophilie verliehen wird, um den hydrophilen Vliesstoff zu erhalten, der als Separator verwendet werden kann.
Das Nassablegeverfahren, das angewendet werden kann, ist ein herkömmliches Verfahren wie eines vom horizontalen Drahttyp, geneigten Drahttyp, Zylindertyp oder Draht-Zylinder-Kombinationstyp. Ein Faservlies, worin alle es bildenden Fasern im Wesentlichen einheitlich vermischt sind, kann durch das Nassablegeverfahren hergestellt werden.
Danach wird das erhaltene Faservlies einer Zerteilungsbehandlung der zerteilbaren Verbundfasern, einer Verschlingungsbehandlung der Fasern und einer Schmelzbehandlung der schmelzbaren Fasern unterworfen, um einen wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff zu bilden. Zerteilungs-, Verschlingungs- und Schmelzbehandlung können in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei jede Behandlung einmal oder mehrere Male durchgeführt werden kann. So kann beispielsweise das Faservlies zunächst der Zerteilungsbehandlung, dann der Verschlingungsbehandlung und schließlich der Schmelzbehandlung unterworfen werden. Alternativ kann die Schmelzbehandlung zunächst, danach die Zerteilungsbehandlung und anschließend die Verschlingungsbehandlung durchgeführt werden. Außerdem ist es möglich, zunächst die Schmelzbehandlung, danach die Zerteilungsbehandlung und anschließend die Verschlingungsbehandlung und weiter die Schmelzbehandlung durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird das Faservlies aus relativ kurzen Fasern durch das Nassablegeverfahren hergestellt, wobei einzelne Fasern des Faservlieses einen hohen Freiheitsgrad haben. Somit lassen sich im Faservlies die zerteilbaren Verbundfasern relativ schwierig zerteilen oder die Fasern relativ schwierig verschlingen. Deshalb wird die Schmelzbehandlung vorzugsweise als erste durchgeführt, um den Freiheitsgrad der Fasern zu verringern, und werden anschließend die Zerteilungs- und die Verschlingungsbehandlung durchgeführt. Die Zerteilungs- und die Verschlingungsbehandlung können separat durchgeführt werden, werden aber vorzugsweise gleichzeitig wie in der weiter unten beschriebenen Behandlung mit einem Fluidstrahl durchgeführt.
Als Zerteilungsbehandlung, die erfindungsgemäß angewendet werden kann, ist beispielsweise eine Behandlung mit einem Fluidstrahl wie einem Wasserstrahl, ein Zernadeln, Kalandrieren oder Flachpressen zu nennen. Von diesen Behandlungen ist die Behandlung mit einem Fluidstrahl bevorzugt, da das Zerteilen der zerteilbaren Verbundfasern und das Verschlingen der Fasern gleichzeitig durchgeführt werden kann.
Als Verschlingungsbehandlung, die erfindungsgemäß angewendet werden kann, ist beispielsweise ein Nadeln oder eine Behandlung mit einem Fluidstrahl wie einem Wasserstrahl zu nennen. Dabei ist die Verschlingungsbehandlung mit einem Fluidstrahl bevorzugt, da das gesamte Faservlies einheitlich verschlungen werden kann.
Die Bedingungen des Fluid-Verschlingens (insbesondere Hydro-Verschlingens) sind nicht besonders beschränkt, sondern es kann unter herkömmlichen Bedingungen durchgeführt werden. So kann beispielsweise eine Düsenplatte, die eine oder mehrere Reihen von Düsen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,3 mm und einem Abstand von 0,2 bis 3 mm enthält, mit einem Fluidstrahl (insbesondere Wasserstrahl) unter einem Druck von 1 bis 29 MPa verwendet werden. Die Fluid-Verschlingungs- (insbesondere Hydro-Verschlingungs-) Behandlung kann einmal, erforderlichenfalls zwei oder mehr Male auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Faservlieses durchgeführt werden. Wird das Faservlies auf einem Träger wie einem Netz oder einer perforierten Platte, die große Poren enthält, Fluidverschlungen (insbesondere Hydro-verschlungen), hat der resultierende verschlungene Vliesstoff ebenfalls große Poren. In einer Alkalibatterie, die mit einem solchen verschlungenen Vliesstoff hergestellt worden ist, kann ein Kurzschluss auftreten. Deshalb ist es bevorzugt, ein quadratisch gewebtes oder Volltuchnetz mit feinen Poren (beispielsweise 50 mesh oder mehr) oder eine perforierte Platte mit einem Porenabstand von 0,4 mm oder weniger zu verwenden.
Die Schmelzbehandlung kann durch Erwärmen des Faservlieses oder des verschlungenen Vliesstoffs auf eine Temperatur, die höher als der Erweichungspunkt der niedrig schmelzenden Komponente der schmelzbaren Fasern ist, aber niedriger als der Schmelzpunkt jeder Kunststoffkomponente der zerteilbaren Verbundfaser und niedriger als der Schmelzpunkt der hochfesten Faser ist, durchgeführt werden. Die Schmelzbehandlung kann einmal oder erforderlichenfalls mehrere Male durchgeführt werden. Wird die Schmelzbehandlung zwei oder mehr Male durchgeführt, kann jede Behandlung unter denselben Bedingungen oder unter teilweise oder vollständig anderen Bedingungen durchgeführt werden. Wird die Schmelzbehandlung zwei oder mehr Male durchgeführt, entspricht die erste Schmelzstufe oder entsprechen zwei oder mehr Stufen (einschließlich der ersten Schmelzstufe, aber ausschließlich der letzten Schmelzstufe) der Vorschmelzbehandlung. Wenn die verwendete hochfeste Faser eine ultrahochfeste Polyethylenfaser enthält, wird der Schmelzvorgang vorzugsweise bei einer Temperatur von unterhalb des Erweichungspunktes der ultrahochfesten Polyethylenfaser, beispielsweise unterhalb von 125 °C, durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Festigkeit der ultrahochfesten Polyethylenfaser nicht geschwächt wird.
Die Reihenfolge von Wärmeschmelzbehandlung und Fluid-Verschlingungsbehandlung ist nicht festgelegt. Der wärmeverschmolzene, verschlungene Vliesstoff kann erhalten werden, indem eine Behandlung und anschließend die andere Behandlung oder eine Behandlung und danach die andere Behandlung und danach die erste Behandlung unter denselben Bedingungen oder unter teilweise oder vollständig anderen Bedingungen durchgeführt wird. So ist es beispielsweise möglich, zunächst die Vorschmelzbehandlung, anschließend die Fluid-Verschlingungsbehandlung und danach die Wärmeschmelzbehandlung durchzuführen.
Erfindungsgemäß kann die Schmelzbehandlung gegebenenfalls unter Druck oder zunächst drucklos, um die niedrig schmelzende Komponente der schmelzbaren Fasern zu schmelzen, und anschließend unter Druck durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, die niedrig schmelzende Komponente der schmelzbaren Fasern unter Druck oder zunächst drucklos zu schmelzen, um die niedrig schmelzende Komponente der schmelzbaren Fasern zu schmelzen, und anschließend unter Druck zu schmelzen, da dadurch die Dicke kontrolliert werden kann. Eine Schmelzvorrichtung, die verwendet werden kann, ist beispielsweise ein beheizter Kalander, ein Heißluft durchblasender Erhitzer oder ein Walzen-Kontakt-Erhitzer. Wenn die Wärme unter Druck angewendet wird, reicht die Erwärmungstemperatur vorzugsweise von der Erweichungstemperatur bis zu dem Schmelzpunkt der niedrig schmelzenden Komponente der schmelzbaren Fasern. Wenn Wärme und anschließend Druck angewendet wird, reicht die Erwärmungstemperatur vorzugsweise von der Erweichungstemperatur der niedrig schmelzenden Komponente der schmelzbaren Fasern bis zu einer Temperatur, die um 20 °C höher als der Schmelzpunkt der niedrig schmelzenden Komponente der schmelzbaren Fasern ist. In jedem Fall ist der ausge übte Druck vorzugsweise ein linearer Druck von 5 bis 30 N/cm.
Der resultierende wärmeverschmolzene, verschlungene Vliesstoff hat eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Biegefestigkeit und kann einen Kurzschluss wirksam verhindern.
Erfindungsgemäß ist der wärmeverschmolzene, verschlungene Vliesstoff hauptsächlich aus Polyolefinfasern zusammengesetzt, um die Alkalibeständigkeit zu erhöhen, weshalb das Elektrolytaufnahmevermögen verbessert werden kann, indem dem wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff Hydrophilie verliehen wird. Die Behandlung, die angewendet wird, um Hydrophilie zu verleihen, kann beispielsweise eine Sulfonierung, eine Behandlung mit gasförmigem Fluor, eine Pfropfpolymerisation mit Vinylmonomeren, eine Behandlung mit einem Tensid, eine Behandlung, um hydrophile Kunststoffe anhaften zu lassen, eine Entladungsbehandlung oder dergleichen sein.
Die Sulfonierung umfasst beispielsweise, ist aber nicht darauf beschränkt, eine Behandlung mit rauchender Schwefelsäure, Schwefelsäure, Schwefeltrioxid, Chlorschwefelsäure, Sulfurylchlorid oder dergleichen. Von diesen Behandlungen ist die Sulfonierung mit rauchender Schwefelsäure aufgrund der hohen Reaktivität und der leichteren Sulfonierung bevorzugt. Der sulfonierte Separator hat den Vorteil, dass eine Selbstentladung gehemmt werden kann.
Die Behandlung mit gasförmigem Fluor enthält beispielsweise, ist aber nicht darauf beschränkt, eine Behandlung mit einem Gasgemisch aus Fluor, das mit einem inaktiven Gas (wie Stickstoff oder Argon) und mindestens einem Gas, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoff, Kohlendioxid und Schwefeldioxid besteht, verdünnt ist. Die Hydrophilie kann wirksam und dauerhaft durch das Absorbieren von Schwefeldioxid an den wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff und anschließendes In-Berührung-Bringen des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs mit gasförmigem Fluor verliehen werden.
Beispiele für das Vinylmonomer, das zur Pfropfpolymerisation verwendet werden kann, sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylat, Methacrylat, Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon, Styrol oder dergleichen. Wird Styrol aufgepfropft, ist es bevorzugt, weiterhin die Sulfonierung durchzuführen, um dadurch Affinität gegenüber dem Elektrolyten zu verleihen. Die Acrylsäure hat eine gute Affinität zum Elektrolyten und kann vorzugsweise verwendet werden.
Die Vinylmonomeren können polymerisiert werden, beispielsweise durch Tauchen des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs in eine Lösung, welche die Vinylmonomeren und einen Initiator enthält, und Erwärmen, durch Aufbringen von Vinylmonomeren auf den wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff und Bestrahlung, Bestrahlung des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs und dessen In-Berührung-Bringen mit Vinylmonomeren und Imprägnieren des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs mit einer Vinylmonomere und ein Sensibilisierungsmittel enthaltenden Lösung und Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlung. Die Pfropfpolymerisation kann wirksam durchgeführt werden, indem die Oberfläche des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs mit einer ultravioletten Strahlung, einer Koronaentlandung oder Plasmaentladung behandelt wird, bevor der wärmeverschmolzene, verschlungene Vliesstoff mit der Vinylmono merlösung in Berührung gebracht wird, um seine Affinität gegenüber der Vinylmonomerlösung zu verbessern und durch in der Vorbehandlung erzeugte polare hydrophile Gruppen leicht Radikale zu bilden.
Die Behandlung mit einem Tensid kann durchgeführt werden, indem beispielsweise eine Lösung eines anionischen Tensids (wie eines Alkalimetallsalzes einer höheren Fettsäure, eines Alkylsulfonats oder eines Sulfosuccinatsalzes) oder eines nichtionischen Tensids (wie Polyoxyethylenalkylether bzw. Polyoxyethylenalkylphenolether) auf den wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff gesprüht bzw. beschichtet oder dieser in die Lösung getaucht wird.
Die Behandlung, um hydrophile Kunststoffe anhaften zu lassen, kann durchgeführt werden, indem hydrophile Kunststoffe wie Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsäure auf dem wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff anhaften gelassen werden. Die hydrophilen Kunststoffe können an dem wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff anhaften gelassen werden, indem eine Lösung oder Dispersion der hydrophilen Kunststoffe in einem geeigneten Lösungsmittel oder Dispersionsmittel aufgesprüht bzw. beschichtet oder der wärmeverschmolzene, verschlungene Vliesstoff in die Lösung oder Dispersion getaucht und anschließend getrocknet wird.
Weiterhin kann die Behandlung zum Anhaftenlassen hydrophiler Kunststoffe durchgeführt werden, indem vernetzte Polyvinylalkohole an dem wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff anhaften gelassen werden. Der vernetzte Polyvinylalkohol kann beispielsweise durch Vernetzen eines lichtempfindlichen Polyvinylalkohols, der mit einer lichtempfindlichen Gruppe in einem Teil der Hydro xygruppen substituiert ist, oder eines acylierten Derivats davon, das durch Acylieren eines Teils der Hydroxygruppen des lichtempfindlichen Polyvinylalkohols gebildet worden ist, hergestellt werden.
Die vernetzten Polyvinylalkohole können an dem wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff, beispielsweise durch Lösen oder Dispergieren der vernetzten lichtempfindlichen Polyvinylalkohole oder der vernetzten lichtempfindlichen acylierten Polyvinylalkohole, Tauchen des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs in die erhaltene Lösung bzw. Dispersion oder Aufsprühen bzw. Beschichten der erhaltenen Lösung oder Dispersion auf den wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff, Trocknen der Lösung bzw. Dispersion auf dem wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff und Bestrahlung mit Licht, um eine Vernetzungsreaktion auszulösen, anhaften gelassen werden.
Von den bekannten hydrophilen Kunststoffen können vernetzte Polyvinylalkohole, die durch Vernetzen der lichtempfindlichen Polyvinylalkohole oder lichtempfindlichen acylierten Polyvinylalkohole mit einer lichtempfindlichen Gruppe wie der Styrylpyridinium-, Styrylchinolinium- oder Styrylbenzthiazoliniumgruppe gebildet werden, vorzugsweise verwendet werden. Das nicht nur deshalb, weil sie ausgezeichnete Alkalibeständigkeit haben, sondern auch viele funktionelle Gruppen, das heißt Hydroxylgruppen, enthalten, die ein Chelat mit einem Ion bilden können, weshalb die funktionellen Gruppen Chelate mit Ionen bilden können, bevor diese sich auf den Elektroden in Form von Verzweigungen während des Ladens und/oder Entladens abscheiden, wodurch ein Kurzschluss zwischen den Elektroden wirkungsvoll verhindert wird. Der Anteil der anhaftenden hydrophilen Harze beträgt vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Separators, um sicherzustellen, dass die Luftdurchlässigkeit nicht beeinträchtigt wird.
Als Entladungsbehandlung sind beispielsweise Behandlungen mit einer Koronaentladung, Plasma, Glimmentladung, Oberflächenentladung oder Elektronenstrahlen zu nennen. Von den Entladungsbehandlungen kann die Plasmabehandlung, welche die Stufen Anordnen des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs zwischen einem Paar von Elektroden, die auf der der anderen Elektrode zugewandten Fläche eine dielektrische Schicht tragen, unter atmosphärischen Bedingungen, das heißt an Luft unter Atmosphärendruck, sodass die Außenflächen des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs mit beiden dielektrischen Schichten in Berührung gebracht werden, ohne mit den Elektroden in Berührung zu kommen, und anschließendes Anlegen einer Wechselspannung zwischen den Elektroden, wodurch eine elektrische Entladung in den Zwischenräumen ausgelöst wird, die in dem wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff enthalten sind, der zwischen den Elektroden sandwichartig angeordnet ist, umfasst, vorzugsweise durchgeführt werden. Dies deshalb, da nicht nur die Außenflächen, sondern auch die Innenseiten des wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoffs wirkungsvoll behandelt werden können, wobei der zu behandelnde wärmeverschmolzene, verschlungene Vliesstoff kaum von einer Funkenentladung oder dergleichen beschädigt wird und beliebige Gase zur Behandlung der Oberflächen verwendet werden können.
Das Flächengewicht des erhaltenen erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparators beträgt vorzugsweise 30 bis 100 g/m² und besonders bevorzugt 40 bis 80 g/m². Beträgt das Flächengewicht weniger als 30 g/m², kann keine ausreichende Zugfestigkeit erhalten werden. Beträgt das Flächengewicht mehr als 100 g/m², wird der Separator zu dick und somit der Anteil des Separators an der Batterie zu hoch, um eine Batterie mit hoher Kapazität erhalten zu können.
Die (longitudinale) Zugfestigkeit des erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparators in Längsrichtung beträgt vorzugsweise 80 N/50 mm oder mehr und besonders bevorzugt 100 N/50 mm oder mehr, um ein Zerreißen des Separators durch die Spannung, die in der Stufe des Zusammenbaus der Elektroden bei der Batterieherstellung erzeugt wird, zu vermeiden. Die Zugfestigkeit wird gemessen, indem eine Probe (Breite = 50 mm) in eine Zugprüfmaschine (TENSILON UTM-III-100, hergestellt von ORIENTEC, Co.) mit einer Entfernung zwischen den Klemmbacken von 100 mm und einer Ziehgeschwindigkeit von 300 mm/min eingespannt wird.
Die Reißfestigkeit des erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparators in Längsrichtung beträgt vorzugsweise 10 N/50 mm oder mehr, besonders bevorzugt 20 N/50 mm oder mehr, und am meisten bevorzugt 25 N/50 mm oder mehr, um ein Einreißen des Separators durch die Kante einer Elektrode in der Stufe des Zusammenbaus der Elektroden bei der Batterieherstellung zu vermeiden. Die Reißfestigkeit wird gemäß JIS L 1096^–1990 (ein Verfahren zum Prüfen allgemeiner Textilien, trapezoide Reißfestigkeitsprüfung) gemessen.
Die Biegefestigkeit des erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparators in Längsrichtung beträgt vorzugsweise 10 mg oder mehr und besonders bevorzugt 15 mg oder mehr, um die Gestalt des Separators aufrechtzuerhalten und ein Verwinden in der Stufe des Zusammenbaus der Elektroden bei der Batterieherstellung zu vermeiden. Die Biegefestigkeit wird gemäß JIS L 1096 [Biegefestigkeit, A-Verfahren] gemessen.
Der erfindungsgemäße Alkalibatterieseparator hat ein ausgezeichnetes Elektrolytaufnahmevermögen, eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Biegefestigkeit und kann einen Kurzschluss wirksam verhindern. Deshalb kann eine Batterie unter Verwendung dieses Separators stabil zusammengebaut werden. Der erfindungsgemäße Alkalibatterieseparators kann in einer alkalischen Primärbatterie wie einer Alkali-Mangan-Batterie, Quecksilberbatterie, Silberoxidbatterie, Luftbatterie oder dergleichen oder einer alkalischen Sekundärbatterie wie einem Nickel-Cadmium-Akkumulator, Silber-Zink-Akkumulator, Silber-Cadmium-Akkumulator, Nickel-Zink-Akkumulator, Nickel-Wasserstoff-Akkumulator oder dergleichen verwendet werden.
Beispiele
Die Erfindung wird anschließend anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, ist aber in keiner Weise darauf beschränkt.
Beispiel 1
Ein Faservlies wurde durch ein herkömmliches Nassablegeverfahren aus einer Suspension gebildet, die hergestellt worden war durch Mischen und Dispergieren von

(1) 40 Gew.-% zerteilbaren Verbundfasern (längenbezogene Masse = 144 μg/m, Faserlänge = 15 mm) mit einem wie in 3 gezeigten Querschnitt, worin Polypropylenkomponenten (Komponenten 12 in 3), die in der Lage waren, feine Fasern zu erzeugen (längenbezogene Masse = 8,9 μg/m, Schmelzpunkt = 160 °C), und Komponenten aus Polyethylen mit hoher Dichte (Komponenten 11 in 3), die in der Lage waren, feine Fasern (längenbezogene Masse = 8,9 μg/m, Schmelzpunkt = 130 °C) zu erzeugen, von dem mittigen Bereich ausgingen und jeweils in 8 Bereiche unterteilt waren, und eine kreisförmige Polypropylenkomponente, die in der Lage war, feine Fasern zu erzeugen (längenbezogene Masse = 2,2 μg/m, Schmelzpunkt = 160 °C), im mittigen Bereich angeordnet war,
(2) 35 Gew.-% hochfesten Polypropylenfasern (längenbezogene Masse = 222 μg/m, Faserlänge = 10 mm, Schmelzpunkt = 160 °C) mit einer Einzelfaserfestigkeit von 9 g/Denier und
(3) 25 Gew.-% schmelzbaren (konzentrischen) Hülle-Kern-Fasern (längenbezogene Masse = 222 μg/m, Faserlänge = 10 mm), die sich aus einer Kernkomponente aus Polypropylen und einer Hüllkomponente aus Polyethylen mit niedriger Dichte (Schmelzpunkt = 110 °C) zusammensetzten.

Danach wurde das erhaltene Faservlies auf 125 °C erwärmt, um ausschließlich die Komponente aus Polyethylen mit niedriger Dichte der schmelzbaren Fasern vorzuschmelzen. Der vorverschmolzene Vliesstoff wurde auf einem Netz (linearer Durchmesser = 0,15 mm) befestigt, und anschließend wurden die zerteilbaren Fasern zerteilt und die Fa sern durch einen Wasserstrahl mit einem hydraulischen Druck von 12,7 MPa unter Verwendung einer Düsenplatte mit einem Düsendurchmesser von 0,13 mm und einem Düsenabstand von 0,6 mm verschlungen, wobei jede Seite des vorverschmolzenen Vliesstoffs abwechselnd zweimal behandelt wurde. Danach wurde der verschlungene Vliesstoff bei 125 °C erhitzt, um ausschließlich die Komponente aus Polyethylen mit niedriger Dichte der schmelzbaren Fasern zu schmelzen und dadurch einen verschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff zu erhalten. Der resultierende verschmolzene, verschlungene Vliesstoff wurde unter einem linearen Druck von 9,8 N/cm kalandriert und anschließend mit gasförmigen Fluor unter Verwendung eines Gasgemischs aus Fluor, Sauerstoff und Schwefeldioxid behandelt, um einen erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator (Flächengewicht = 55 g/m², Dicke = 0,15 mm) zu erhalten.
Beispiel 2
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt unter Verwendung von 40 Gew.-% zerteilbaren Verbundfasern mit derselben Struktur wie derjenigen der in Beispiel 1 verwendeten zerteilbaren Verbundfasern, außer dass die Faserlänge 10 mm betrug, um einen erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator (Flächengewicht = 55 g/m², Dicke = 0,15 mm) zu erhalten.
Beispiel 3
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt, außer dass das Massenverhältnis von zerteilbaren Verbundfasern, hochfesten Fasern und schmelzbaren Fasern 50 : 30 20 betrug, um einen erfindungsgemäßen Alkalibatteriese parator (Flächengewicht = 55 g/m², Dicke = 0,15 mm) zu erhalten.
Beispiel 4
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt, außer dass eine Kombination aus

(1) 20 Gew.-% ersten zerteilbaren Verbundfasern (längenbezogene Masse = 333 μg/m, Faserlänge = 6 mm) mit einem, wie in 1 gezeigt, orangeartigen Querschnitt und bestehend aus Polypropylenkomponenten (Komponenten 12 in 1), die in der Lage waren, acht propellerförmige feine Polypropylenfasern (längenbezogene Masse = 20,8 μg/m, Schmelzpunkt = 160 °C) zu erzeugen, und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Komponenten (Komponenten 11 in 1), die in der Lage waren, acht propellerförmige feine Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Fasern (längenbezogene Masse = 20,8 μg/m) zu erzeugen, und
(2) 20 Gew.-% zweiten zerteilbaren Verbundfasern, welche dieselben wie die in Beispiel 1 verwendeten waren,

²

Beispiel 5
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt, außer dass

(A) eine Kombination aus (1) 5 Gew.-% ultrahochfesten Polyethylenfasern mit einer Einzelfaserfestigkeit von 33 g/d, einer längenbezogenen Masse von 111 μg/m und einer Länge von 10 mm und (2) 30 Gew.-% hochfesten Fasern, welche dieselben wie die in Beispiel 1 verwendet waren,

(A) die Wärmebehandlung vor der Hydro-Verschlingung bei 115 °C durchgeführt wurde und
(B) die Wärmebehandlung nach der Hydro-Verschlingung bei 115 °C durchgeführt wurde,

²

Beispiel 6
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt, außer dass 10 Gew.-% der in Beispiel 5 verwendeten ultrahochfesten Polyethylenfasern, 40 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten zerteilbaren Verbundfasern, 25 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten Polypropylenfasern (Einzelfaserfestigkeit = 9 g/d) und 25 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten schmelzbaren Fasern verwendet wurden, um ein Faservlies zu erhalten. Das resultierende Faservlies wurde wie in Beispiel 5 behandelt, das heißt erwärmt, zerteilt und durch einen Wasser strahl verschlungen, erwärmt, kalandriert und mit gasförmigem Fluor behandelt, um einen erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator (Flächengewicht = 50 g/m², Dicke = 0,12 mm) zu erhalten.
Beispiel 7
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt, außer dass 35 Gew.-% der in Beispiel 5 verwendeten ultrahochfesten Polyethylenfasern, 40 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten zerteilbaren Verbundfasern und 25 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten schmelzbaren Fasern verwendet wurden, um ein Faservlies zu erhalten. Das resultierende Faservlies wurde wie in Beispiel 5 behandelt, das heißt erwärmt, zerteilt und durch einen Wasserstrahl verschlungen, erwärmt, kalandriert und mit gasförmigem Fluor behandelt, um einen erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator (Flächengewicht = 50 g/m², Dicke = 0,12 mm) zu erhalten.
Beispiel 8
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt, außer dass 10 Gew.-% der in Beispiel 5 verwendeten ultrahochfesten Polyethylenfasern, 20 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten zerteilbaren Verbundfasern, 25 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten Polypropylenfasern (Einzelfaserfestigkeit = 9 g/d), 25 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten schmelzbaren Fasern und 20 Gew.-% der in Beispiel 4 verwendeten ersten zerteilbaren Verbundfasern verwendet wurden, um ein Faservlies zu erhalten. Das resultierende Faservlies wurde wie in Beispiel 5 behandelt, das heißt erwärmt, zerteilt und durch einen Wasserstrahl verschlungen, erwärmt, ka landriert und mit gasförmigem Fluor behandelt, um einen erfindungsgemäßen Alkalibatterieseparator (Flächengewicht = 50 g/m², Dicke = 0,12 mm) zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde unter Verwendung von 40 Gew.-% zerteilbaren Verbundfasern mit der Struktur wie derjenigen der in Beispiel 1 verwendeten zerteilbaren Verbundfasern wiederholt, außer dass die Faserlänge 5 mm betrug, um einen Separator (Flächengewicht = 55 g/m², Dicke = 0,15 mm) zu Vergleichszwecken zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Das in Beispiel 1 offenbarte Verfahren wurde wiederholt, außer dass 35 Gew.-% Polypropylenfasern (Einzelfaserfestigkeit = 4 g/Denier, längenbezogene Masse = 222 μg/m, Faserlänge = 10 mm, Schmelzpunkt = 160 °C) anstelle der hochfesten Fasern verwendet wurden, um einen Separator (Flächengewicht = 55 g/m², Dicke = 0,15 mm) zu Vergleichszwecken zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Faservlies wurde durch ein herkömmliches Nassablegeverfahren aus einer Suspension gebildet, die durch Mischen und Dispergieren von 40 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten zerteilbaren Verbundfasern, 25 Gew.-% der in Beispiel 1 verwendeten schmelzbaren Fasern und 35 Gew.-% Polypropylenfasern (Einzelfaserfestigkeit = 4 g/Denier, längenbezogene Masse = 222 μg/m, Faserlänge = 10 mm, Schmelzpunkt = 160 °C) hergestellt worden war. Das resultierende Faservlies wurde wie in Beispiel 1 behandelt, das heißt erwärmt, zerteilt und durch einen Wasserstrahl verschlungen, erwärmt, kalandriert und mit gasförmigem Fluor behandelt, um einen Separator (Flächengewicht = 50 g/m², Dicke = 0,12 mm) zu Vergleichszwecken zu erhalten.
Bewertung der Eigenschaften
(1) Zugfestigkeit in Längsrichtung
Die in den Beispielen 1 bis 8 und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten Separatoren wurden jeweils in eine Zugfestigkeitsprüfmaschine (TENSILON UCT-500, hergestellt von ORIENTEC, Co.) eingespannt, und die Zugfestigkeit in Längsrichtung bei einer Spannbackenentfernung von 100 mm und einer Ziehgeschwindigkeit von 300 mm/min (Breite eines jeden Separators = 50 mm) wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(2) Penetrationswiderstandsindex
Der Penetrationswiderstandsindex wurde mit einem Hand-Druckprüfgerät (KES-G5, hergestellt von KATO TECH Co., Ltd.) gemessen. Es wurde ein Schichtstoff mit einer Dicke von etwa 2 mm aus jedem der Alkalibatterieseparatoren gebildet, die in den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellt worden waren. Ein Messer aus rostfreiem Stahl (Dicke = 0,5 mm, Schneidenwinkel = 60°), das mit einem Hand-Druckprüfer verbunden war, wurde senkrecht in den Schichtstoff von der Oberseite mit einer Geschwindigkeit von 0,01 cm/s gestoßen und die Kraft gemessen, die erforderlich war, um die Oberschicht zu zerschneiden. Für die in den Beispielen 1 bis 3 und dem Ver gleichsbeispiel 1 hergestellten Separatoren wurde das Verhältnis der Kraft, die erforderlich war, um die Oberschicht eines jeden Separators zu zerschneiden, zu der Standardkraft (100), die erforderlich war, um die Oberschicht des in Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Separators zu zerschneiden, als Prozentzahl (%) des Penetrationswiderstands aufgezeichnet. Für die in den Beispielen 4 bis 8 hergestellten Separatoren wurde das Verhältnis der Kraft, die erforderlich war, um die Oberschicht eines jeden Separators zu zerschneiden, zu der Standardkraft (100), die erforderlich war, um die Oberschicht des im Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Separators zu zerschneiden, als Prozentzahl (%) des Penetrationswiderstands aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 mitgeteilt.
(3) Reißfestigkeit in Längsrichtung
Die Reißfestigkeit in Längsrichtung jedes der in den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten Separatoren wurde gemäß JIS L 1096^–1990 (Verfahren zum Prüfen allgemeiner Textilien, trapezoide Reißfestigkeitsprüfung) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 mitgeteilt.
(4) Biegefestigkeit in Längsrichtung
Die Biegefestigkeit in Längsrichtung der in den Beispielen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten Separatoren wurde gemäß JIS L 1096 [Biegefestigkeit, A-Verfahren] gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 mitgeteilt.
(5) Elektrolytaufnahmevermögen unter Druck
Jeder der in den Beispielen 1 bis 8 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten Alkalibatterieseparatoren wurde zur Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 30 mm zugeschnitten. Die Scheibe wurde bei 20 °C und einer relativen Luftfeuchte von 65 % derart gelagert, dass sich das Feuchtigkeitsgleichgewicht einstellte. Das Gewicht (M₀) wurde gewogen. Danach wurde die jeweilige Scheibe in eine wässrige Kaliumhydroxidlösung mit dem spezifischen Gewicht von 1,3 (bei 20 °C) 1 Stunde lang getaucht, um die Luft in der Scheibe durch die Kaliumhydroxidlösung zu ersetzen. Die die Kaliumhydroxidlösung enthaltende Scheibe wurde zwischen sechs Filterpapieren mit einem Durchmesser von 30 mm (drei Papiere auf jeder Seite) sandwichartig aufgenommen und ein Druck von 5,7 MPa 30 Sekunden lang durch eine Druckpumpe ausgeübt. Danach wurde das Gewicht (M₁) der hergestellten Scheibe gewogen. Das Vermögen (X, %) zur Elektrolytaufnahme unter Druck wurde berechnet aus der Gleichung: X = [(M1 – M0)/M0]·100.
Die aus vier Messungen für jeden Alkalibatterieseparator erhaltenen Mittelwerte sind in Tabelle 1 mitgeteilt.
(6) Messung des Lebensdauerzyklus
Der Lebensdauerzyklus wurde nur für die in Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Alkalibatterieseparatoren bestimmt.
Als Stromabnehmer für die Elektroden wurde eine positive Elektrode aus Nickelpaste (Breite = 33 mm, Länge = 182 mm), hergestellt aus einem Nickelschaum, und eine ne gative Elektrode aus einer Legierungspaste mit Wasserstoffeinschluss (Mischmetalllegierung, Breite = 33 mm, Länge = 247 mm) gebildet. Jeder der in Beispiel 5 und Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Alkalibatterieseparatoren wurde zu einer Separatorprobe (Breite = 33 mm, Länge = 410 mm) zugeschnitten. Die Separatorprobe wurde sandwichartig zwischen der positiven und der negativen Elektrode aufgenommen und zu einer Spirale aufgewickelt, um SC-(sub-C-)Elektroden zu erhalten. Die Elektroden wurden in einen Behälter gesteckt, es wurde 5 N Kaliumhydroxid und 1 N Lithiumhydroxid als Elektrolyt hineingefüllt und der Behälter versiegelt, um eine zylindrische Nickel-Wasserstoff-Batterie zu erhalten.
Für jede der zylindrischen Nickel-Wasserstoff-Batterien wurde ein Ladungs-Entladungs-Zyklus, der aus einem Ladungsvorgang mit 0,2 C (Coulomb) auf 150 % und einem Entladungsvorgang mit 1 C (Coulomb) auf eine Endspannung von 1,0 V bestand, wiederholt. Die Ladungs-Entladungs-Lebensdauer wurde gemessen, indem angenommen wurde, dass die Ladungs-Entladungs-Lebensdauer beendet war, wenn die Entladungskapazität auf 50 % der Anfangskapazität gesunken war. Wenn die Zykluszahl des Separators von Beispiel 4 als Standard (100) angesehen wurde, betrug die Zykluszahl für den Separator des Vergleichsbeispiels 3 100.
(7) Prüfung des Innendrucks
Der Innendruck wurde ebenfalls nur für die in Beispiel 4 und Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Alkalibatterieseparatoren bestimmt. Wie in der "Prüfung der Zykluslebensdauer" wurden zylindrische Nickel-Wasserstoff-Batterien hergestellt, die bei 0,5 C (Coulomb) und 20 °C entladen wurden, wobei der Innendruck der Batterie bei einer Kapazität von 150 % gemessen wurde. Im Vergleich mit dem Innendruck (100) der mit dem Separator von Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Batterie betrug der Innendruck der mit dem Separator von Beispiel 4 hergestellten Batterie 70. Tabelle 1

(A): Zugfestigkeit
(B): Penetrationswiderstandsindex
(C): Reißfestigkeit
(D): Biegefestigkeit
(E): Elektrolytaufnahmevermögen unter Druck

INDUSTRIELLE VERWENDBARKEIT
Der erfindungsgemäße Alkalibatterieseparator enthält konstituierende Fasern mit einer mittleren Länge von 10 mm oder mehr, die länger als diejenige der Fasern ist, die in einem herkömmlichen Separator enthalten sind, der durch ein Nassablegeverfahren hergestellt worden ist. Deshalb lassen sich die zerteilbaren Verbundfasern wirksam zerteilen und hat der Separator ein ausgezeichnetes Elektrolytaufnahmevermögen. Da die mittlere Faserlänge groß ist, können die Fasern dicht verschlungen werden. Weiterhin werden die dicht verschlungenen schmelzbaren Fasern geschmolzen, weshalb der Separator eine ausgezeichnete Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Biegefestigkeit hat und somit zur stabilen Herstellung einer Batterie verwendet werden kann. Die hochfesten Fasern sind auch dicht verschlungen, weshalb es für einen Elektrodenblitz schwierig ist, den Separator zu durchdringen und einen Kurzschluss zu verursachen.

Claims

Separator für Alkalibatterien, der einen hydrophilen Vliesstoff umfasst, der aus einem Faservlies, das durch ein nasses Ablegeverfahren aus (1) zerteilbaren Verbundfasern, die feine Polyolefinfasern bilden können, (2) hochfesten Fasern mit einer Einzelfaserfestigkeit von 5 g/Denier oder höher und (3) schmelzbaren Fasern, die wenigstens auf der Oberfläche eine Kunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als ein Schmelzpunkt der zerteilbaren Verbundfasern und niedriger als der Schmelzpunkt der hochfesten Fasern ist, enthalten, hergestellt worden ist, durch Zerteilen der zerteilbaren Verbundfasern, Verschlingen der Fasern, Schmelzen der schmelzbaren Fasern, um einen wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff zu erhalten, und dem erhaltenen wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff Hydrophilie Verleihen erhältlich ist, wobei die mittlere Faserlänge der den hydrophilen Vliesstoff bildenden Fasern 10 mm oder mehr beträgt.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die mittlere Faserlänge der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern 10 mm oder mehr beträgt.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die mittlere Faserlänge der den hydrophilen Vliesstoff bildenden Fasern 10 bis 25 mm beträgt.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die feine Polyolefinfaser eine Polyethylen-, Polypropylen-, Polymethylpenten-, Ethylen-Propylen-Copolymer-, Ethylen-Buten-Propylen-Copolymer- oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Faser ist.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die zerteilbare Verbundfaser eine zerteilbare Polyolefinverbundfaser ist, die in der Lage ist, ausschließlich eine oder mehrere feine Polyolefinfasern zu bilden.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 5, worin die die zerteilbare Polyolefinverbundfaser bildenden Kunststoffkomponenten eine Kombination aus Polypropylen und Polyethylen mit hoher Dichte sind.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 5, worin die die zerteilbare Polyolefinverbundfaser bildenden Kunststoffkomponenten eine Kombination aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und Polypropylen sind.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die zerteilbare Verbundfaser eine Kombination aus einer ersten zerteilbaren Polyolefinverbundfaser, die feine Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Fasern und eine oder mehrere andere feine Polyolefinfasern bilden kann, und einer zweiten zerteilbaren Polyolefinverbundfaser, die ausschließlich eine oder mehrere feine Polyolefinfasern, außer feinen Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Fasern, bilden kann, ist.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die zerteilbaren Verbundfasern 35 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern, ausmachen.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die hochfeste Faser eine Polypropylen- oder Polyethylenfaser ist.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die hochfeste Faser eine Polyethylenfaser mit einer Einzelfaserfestigkeit von 25 g/Denier oder höher ist.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die hochfesten Fasern 30 bis 45 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern, ausmachen.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die schmelzbare Faser Polyethylen, Polypropylen, Polymethylpenten, Ethylen-Propylen-Copolymer oder Ethylen-Buten-Propylen-Copolymer als Kunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als ein Schmelzpunkt der zerteilbaren Verbundfaser und niedriger als der Schmelzpunkt der hochfesten Faser ist, enthält.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 13, worin die schmelzbare Faser eine vollständig schmelzbare Faser, die im Wesentlichen aus einer schmelzbaren Polyolefinkomponente besteht, oder eine teilweise schmelzbare Faser, die zwei oder mehrere Kunststoffkomponenten enthält und auf der Faseroberfläche eine schmelzbare Polyolefinkomponente trägt, ist.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die schmelzbaren Fasern 20 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zerteilbaren Verbundfasern, der hochfesten Fasern und der schmelzbaren Fasern, ausmachen.
Separator für Alkalibatterien nach Anspruch 1, worin die Behandlung, die durchgeführt wird, um Hydrophilie zu verleihen, eine Sulfonierung, eine Behandlung mit gasförmigem Fluor, eine Pfropfpolymerisation mit Vinylmonomeren, eine Behandlung mit einem Tensid, eine Behandlung, durch welche hydrophile Kunststoffe anhaften gelassen werden, oder eine Entladungsbehandlung ist.
Verfahren zur Herstellung eines Separators für Alkalibatterien, das die Stufen: im Wesentlichen gleichmäßiges Vermischen von (1) zerteilbaren Verbundfasern, die feine Polyolefinfasern bilden können, (2) hochfesten Fasern mit einer Einzelfaserfestigkeit von 5 g/Denier oder höher und (3) schmelzbaren Fasern, die wenigstens auf der Oberfläche eine Kunststoffkomponente mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als ein Schmelzpunkt der zerteilbaren Verbundfasern und niedriger als der Schmelzpunkt der hochfesten Fasern ist, enthalten, durch ein nasses Ablegeverfahren, um ein Faservlies zu bilden, wobei die mittlere Faserlänge der das Faservlies bildenden Fasern 10 mm oder mehr beträgt, Zerteilen der zerteilbaren Verbundfasern, Verschlingen der Fasern, Schmelzen der schmelzbaren Fasern in einer beliebigen Reihenfolge, um einen wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff zu erhalten, und anschließend dem erhaltenen wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff Hydrophilie Verleihen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, worin das Faservlies erwärmt wird, um einen vorverschmolzenen Vliesstoff zu erhalten, der resultierende vorverschmolzene Vliesstoff durch ein Fluid verschlungen und anschließend der resultierende durch ein Fluid verschlungene Vliesstoff verschmolzen wird, um einen wärmeverschmolzenen, verschlungenen Vliesstoff zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 17, worin die Behandlung, die durchgeführt wird, um Hydrophilie zu verleihen, eine Sulfonierung, eine Behandlung mit gasförmigem Fluor, eine Pfropfpolymerisation mit Vinylmonomeren, eine Behandlung mit einem Tensid, eine Behandlung, durch welche hydrophile Kunststoffe anhaften gelassen werden, oder eine Entladungsbehandlung ist.