碱性电池用隔膜纸及碱性电池制造技术

本发明专利技术公开了一种厚度较薄、减少了对电池内部的正极活性物质的劣化、提高了气密度、且可有效防止内部短路的碱性电池用隔膜纸，以及使该隔膜纸介于正极活性物质和负极活性物质之间的碱性电池。该碱性电池用隔膜纸用于隔离碱性电池中的正极活性物质和负极活性物质，其以具有纤维素（１）和纤维素（２）共存状态的晶体结构，同时控制纤维素（２）相对于纤维素（１）的比率，并打浆至ＣＳＦ为５０ｍｌ～０ｍｌ的碱处理纸浆作为原料进行抄纸，从而获得厚度为１５μｍ～６０μｍ、气密度为１０分钟／１００ｍ～８００分钟／１００ｍｌ、面积收缩率小于等于２％的碱性电池用隔膜纸。

【技术实现步骤摘要】
碱性电池用隔膜纸及碱性电池
本专利技术涉及一种用于以碱性锰电池、镍锌电池、氧化银电池、空气锌电池等的锌作为负极活性物质的碱性电池的碱性电池用隔膜纸及使用该隔膜纸的碱性电池，特别是通过实现了可有效地防止内部短路的薄隔膜纸，可减少隔膜纸在碱性电池内部占用的容积。
技术介绍
作为现有的用于隔离碱性电池的正极活性物质和负极活性物质的隔膜纸所要求的特性，可以列举如下：防止由正极活性物质和负极活性物质之间的接触或负极的放电而生成的锌氧化物的针状晶体(树枝状晶体)所导致的内部短路，具有相对于氢氧化钾等的电解液或二氧化锰、烃基氢氧化镍、氧化银等正极活性物质不发生收缩及变质的耐久性，并且不妨碍离子导电。作为一直以来使用的碱性电池用隔膜纸是合成纤维和纤维素纤维的混抄纸，其以作为耐碱性合成纤维的维尼纶纤维为主体，并在其中添加耐碱性优良的纤维素纤维的粘胶人造丝纤维、棉短绒浆粕、丝光化纸浆、虎木棉纤维等，作为粘合剂添加有热水溶解性的聚乙烯醇纤维。当这些隔膜纸进行抄造时，对于棉短绒浆粕、丝光化纸浆、虎木棉纤维等可打浆处理的纤维素纤维，可以根据需要实施打浆处理，使其从纤维本体生成微细的原纤维，从而对隔膜纸赋予致密性。现有的混抄纤维素和合成纤维得到的隔膜纸相对于电解液及活性物质具有耐久性，但因为存在于隔膜纸中的孔的孔径较大，所以对于防止由两极活性物质接触所导致的内部短路、或由负极生成的锌氧化物的树枝状晶体所导致的内部短路不够充分。因此，为克服该限制，采用了以下方法：在碱性电池内部实际装入隔膜纸时，通过将厚度为100μm左右的隔膜纸层叠成3～4层的圆筒状(厚度为300μm～400μm)，将隔膜纸的孔部用其他的隔膜纸覆盖，由此基本上减小了孔径，或者在上述基础上将阻碍锌氧化物的树枝状晶体成长的药剂(抗氧化剂)添加到电解液中，或者与赛璐玢(玻璃纸)等具有离子穿透性的、隔离性(遮蔽性)优良的薄膜状的隔膜纸材料重叠使用等。-->另外，本案申请人已经提出了利用专利文献1、2来提高碱性电池用隔膜纸的短路防止效果的技术方案。专利文献1提供了一种碱性电池用隔膜纸，其是混抄丝光化纸浆和虎木棉纤维等可进行打浆的耐碱性纤维素纤维和合成纤维而形成的碱性电池用隔膜纸，其中，耐碱性纤维素纤维含有10重量％～50重量％范围，并使耐碱性纤维素纤维打浆至CSF值为500ml～0ml的范围。专利文献2提供了一种碱性电池用隔膜纸，其特征在于，使具有致密性的致密层和具有保液性的保液层层叠为一体，所述致密层为将可打浆的耐碱性纤维素纤维和合成纤维混抄，使该可打浆的耐碱性纤维素纤维含有20重量％～80重量％范围，并且该可打浆的耐碱性纤维素纤维的打浆程度为CSF值在500ml～0ml的范围，所述保液层为将耐碱性纤维素纤维和合成纤维混抄，使耐碱性纤维素纤维含量含有20重量％～80重量％范围，并且该耐碱性纤维素纤维的打浆程度为CSF值大于等于700ml。专利文献1：日本特开平2-119049号公报专利文献2：日本特开平10-92411号公报如上所述，现有的隔膜纸在实际装入碱性电池内部时，为防止短路，需要层叠3～4层，并且基本上将使用时的隔膜纸的厚度增厚到300μm左右。一般情况下当碱性电池内的隔膜纸的叠层张数增加时，隔膜纸在电池内部占用的容积就会增加，因此正极活性物质和负极活性物质量必然会减少，电池的电容量也容易减少。另外，随着隔膜纸叠层张数的增加，正极和负极的间隔也会变长，由于极间距离变大，导致电池的内部电阻增大，又因为该内部电阻导致的电压下降，电池的电容量将进一步减少。并且如果内部电阻变大，电流值大的高效放电性就会恶化。因此，目前为了进一步提高活性物质的增量、提高高效放电性能、增加电容量、减少内部电阻等改进电气特性，期望开发出可以减少使用时隔膜纸在碱性电池内部占用的容积的较薄的、且对于防止内部短路具有优良隔离性的高气密度的隔膜纸。如果能较薄地形成隔膜纸，就可使电池的内部电阻减少，并且可以增加活性物质量，同时增加电池电容量。但是，隔膜纸如果变薄，电池内部短路的危险性也会增大。特别是由锌氧化物的树枝状晶体导致的内部短路，生成的树枝-->状晶体从负极向正极成长，到达正极后就会发生短路，因此，对于厚度变薄、隔离性下降的隔膜纸，在短时间内会引起短路。所述专利文献1主要着眼于防止随着负极的低水银化而发生的锌氧化物的树枝状晶体导致的内部短路。但是，专利文献1存在的问题是：可进行打浆的耐碱性纤维素纤维的配合量少于等于50重量％，气密度也低，如果用于电池内部时的干燥状态下的厚度比现有的300μm薄，隔膜纸就无法得到足够的短路防止效果。所述专利文献2的目的在于防止碱性电池的树枝状晶体等导致的内部短路和提高重放电(即高效放电)特性，所得到的隔膜纸的保液层在电解液中显著膨胀，保持大量的电解液，从而可以提高电池的高效放电特性。但是，当隔膜纸膨胀时，隔膜纸在电池内部的占有面积必然会变大，因此需要减少活性物质量，此时虽然提高了高效放电特性，但是低负荷放电的电池容量反倒减少了。在这些现有技术的隔膜纸中，构成丝光化纸浆原料的天然纤维素纸浆全都具有纤维素1的晶体结构。另一方面，使耐碱性提高的丝光化纸浆(将针叶树、阔叶树等木材或棉短绒浆粕、马尼拉麻纸浆等非木材进行蒸解处理后得到的天然纤维素纸浆，在浓度为18重量％～25重量％左右的NaOH水溶液中浸渍处理后，进行水洗，除去碱性液体的纸浆)具有纤维素2的晶体结构。即，具有纤维素1的晶体结构的天然纤维素纸浆，通过丝光化处理溶解除去纸浆中的半纤维素等的低分子量成分。在精制纤维素的同时，先从天然纤维素纸浆的纤维素1的晶体结构变为碱性纤维素，接着利用水洗除去碱性液体，由此从碱性纤维素不可逆地变成纤维素2的晶体结构。该纤维素2是耐碱性优良的纤维素晶体结构，因为纸浆纤维在碱性电解液中的收缩率减少，所以，如果碱性电池用隔膜纸使用丝光化纸浆，就可以使隔膜纸在电解液中的溶解和尺寸收缩率减少。因此，对于提高碱性电池用隔膜纸的隔离性，众所周知，如果将配合的丝光化纸浆进行打浆处理使其纤丝化，就可以提高作为隔膜纸的隔离性，因此，本案申请人提供了一种隔膜纸，如专利文献1所示，为了提高气密度，将可进行打浆的耐碱性纤维素纤维丝光化后的纸浆高度打浆后作为原料使用。但是，目前，丝光化后完全变为纤维素2结构的纸浆通过打浆处理进行纤丝化一般是很难的。对于由没有丝光化的纤维素1构成的纸浆，打浆至CSF-->值为0ml比较容易，与此相反，对于完全变为纤维素2结构的纸浆，因为纸浆纤维中的原纤维组织牢固地结合，所以即使进行打浆处理也很难产生原纤维，并且产生的原纤维也容易断开，因此打浆处理很费时间。对于丝光化后变成纤维素2的结构的纸浆，打浆至CSF值为100ml比较费时间，但打浆处理是可以进行的。但是，如果继续进行打浆，所产生的原纤维和纸浆纤维本身将开始明显地发生断裂，特别是在CSF值小于等于50ml的范围内，即使进行打浆处理，CSF值也很难再降低。在这种状态下，很难利用打浆处理使纸浆纤维变成新的原纤维，纸浆纤维和原纤维断开后也仅仅是纤维长度缩短。这种状态的打浆纸浆即使表示打浆程度的CSF值数值很小，但以此作为原料也不能制造出高气密度的隔膜纸。这是因为：打浆产生的原纤维由于继续打浆而断开，原纤维形成微细的纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱性电池用隔膜纸，用于隔离碱性电池中的正极活性物质和负极活性物质，其特征在于：该隔膜纸以具有纤维素（１）和纤维素（２）共存状态的晶体结构、同时控制纤维素（２）相对于纤维素（１）的比率、并打浆至ＣＳＦ为５０ｍｌ～０ｍｌ的碱处理纸浆作为原料进行抄纸。

【技术特征摘要】
JP 2004-6-18 2004-1819091. 一种碱性电池用隔膜纸，用于隔离碱性电池中的正极活性物质和负极活性物质，其特征在于：该隔膜纸以具有纤维素(1)和纤维素(2)共存状态的晶体结构、同时控制纤维素(2)相对于纤维素(1)的比率、并打浆至CSF为50ml～0ml的碱处理纸浆作为原料进行抄纸。2.一种碱性电池用隔膜纸，用于隔离碱性电池中的正极活性物质和负极活性物质，其特征在于：该隔膜纸以具有纤维素(1)和纤维素(2)共存状态的晶体结构、同时控制纤维素(2)相对于纤维素(1)的比率在40％～90％的范围、并打浆至CSF为50ml～0ml的碱处理纸浆作为原料进行抄纸。3. 根据权利要求2所述的碱性电池用隔膜纸，其中：纤维素(2)的比率控制在50％～85％的范围。4.根据权利要求1、2或3所述的碱性电池用隔膜纸，其中：所得到的隔膜纸的厚度为15μm～60μm，气密度为10分钟/100ml～800分钟/100ml。5.根据权利要求1、2或3所述的碱性电池用隔膜纸，其中：所得到的隔膜纸的厚度为15μm～60μm，气密度为10分钟/100ml～800分钟/100ml，面积收缩率小于等于2％。6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的碱性电池用隔膜纸，其中：碱处理纸浆的含量为8...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保好世，林由忠，上田昌彦，
申请(专利权)人：日本高度纸工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]