JPH0374046A - 密閉型アルカリ蓄電池 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、ニッケルーカドミウム蓄電池、ニッケルー亜
鉛蓄電池などの密閉型アルカリ蓄電池に係るものであり
、特にそのセパレータに関するものである。

（口〉　従来の技術 近年のエレクトロニクスの発達に伴ない、ニッケルーカ
ドミウム電池やニッケルー亜鉛電池に代表されるアルカ
リ蓄電池が各種の電子機器用電源として使用されている
が、これらのアルカリ蓄電池は、サイクル寿命低下の一
因として、活物質であるカドミウムや亜鉛のデンドライ
ト発生による内部短絡が挙げられ、これを抑制すること
が、課題の一つとなっている。

例えばニッケルーカドミウム電池において、特にペース
ト式カドミウム極を用いた場合には、焼結式カドミウム
極の様な活物質保持体、いわゆるニッケル焼結体がなく
結着剤で、活物質であるカドミウムを保持しているため
、このカドミウムが電解液中を広域に亘って拡散し易く
、デンドライトシタートを発生し、電池寿命に至る確率
が高い。

また、電池の用途、特にコンピュータ等のバックアップ
用電源として用いられる場合には、放電をほとんど伴な
わない充電、休止のサイクルが繰り返し行なわれるので
、この様な条件下では、デンドライト発生が更に誘発さ
れる為、デンドライトショートに基づき電池寿命が短か
くなる。そこで、セパレータに注目して、その改良が進
められており、例えば特開昭６１−１３５５８号公報で
は、ウェブマットを３層以上積層し、内側層の一部分を
加熱によってフィルム化したＷＩ威のセパレータが提案
されている。この方法では、デンドライト発生を抑制す
る効果は認められるが、セパレータの一部をフィルム化
しているので、通気度が低下する。その結果、電池の酸
素ガス吸収性能が極端に低下するといった問題がある。

また、特開昭６３−８１７６３号公報では、保液性に優
れ、軽くて薄く、機械的強度大なるナイロンセパレータ
を得る為に、繊維をランダム配列させたウェブマット層
と平行配列させたウェブマット層を加熱融着させること
が開示されているが、デンドライト発生を抑制する効果
は十分なものではなかった。

更に、特開昭５７−９６４５９号公報では、ポリプロピ
レン繊維を用いたセパレータの保液性を向上させる目的
で、繊維をランダム配列させたウェブマット層と平行配
列させたウェブマット層を２層もしくは３層積層してセ
パレータをＩＩＩ威し、渦巻状に巻回する時に平行配列
させたウェブマット層をランダム配列させたウェブマッ
ト層の外側に配置させることが提案されている。このよ
うにすることで、保液性を向上する効果は幾分みられる
ものの、デンドライトショートを抑制する効果はやはり
満足できるものではない。そこで通常のセパレータの約
１への厚みのセパレータを正負極間に２枚介して使用す
ると、渦巻電極体構成時の巻取工程が煩雑になったり、
巻きズレによる不良が発生するといった問題がある。

（ハ〉　発明が解決しようとする課題 本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
セパレータを改良することにより、活物質のデンドライ
トを抑制し、サイクル特性に優れた密閉型アルカリ蓄電
池を提供しようとするものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、正極、負極、前記正、負極間に介挿されるセ
パレータ及びアルカリ電解液とを電槽内に収納した密閉
型アルカリ蓄電池であって、前記セパレータが、繊維を
ランダム配列させたｊＩｌのウェブマット層と、繊維を
平行配列させた第２のウェブマ゛ット層を、交互にそれ
ぞれ２層以上積層し、加熱融着したものであることを特
徴とする。

ここで前記セパレータのＩＩＩのウェブマット層を、前
記負極と対向するようにＩＩＩ處するのが、特に好まし
い。

（ホ）作用 前述の如く、バックアップ用電源に用いられる電池のセ
パレータは、通常用いられるセパレータの半分の厚みを
有するものを正負極間に２枚介押して使用されている。

本発明者は、種々検討した結果、次の事を知得した。即
ち、ｍ１Ｍをランダム配列させたウェブマット層のみか
らなるセパレータを正負極間に１枚介して＊＊された電
池と、上記セパレータの厚みを半分にしたセパレータを
正負極間に２枚介して構成された電池とでは、デンドラ
イトショートに起因する電池の短寿命化にはそれほど大
きな差はない。そして、セパレータの溝底として、繊維
をランダム配列させたウェブマット層と、繊維をほぼ一
定方向に平行配列させたウェブマット層を積層した構成
のセパレータを正負極間に２枚介することによって、デ
ンドライトショートに対する明確な効果が得られること
を見出した。しかし、この方法ではセパレータを２枚使
用しているので、渦巻電極体構成時の巻取工程が煩雑に
なる上、セパレータの巻きズレが発生し易い等の問題が
生じる。そこで、正負極間にセパレータを２枚介さずと
も１枚で同等の効果が得られる様なセパレータを検討し
た結果、繊維配列の異なるウェブマットを積層した構成
のセパレータを、正ｉ極間に２枚介することによって得
られるデンドライトショートの抑制効果は、セパレータ
の厚み方向に対して、繊維配列の変化が繰り返されるこ
とによりもたらされるものであることを知得した。繊維
をランダム配列させたウェブマット層と平行配列させた
ウェブマット層の積層数を、種々変えて同等の厚みとな
る様にセパレータを作製し、デンドライトショートの発
生を抑制する効果を調査した。その結果、積層数の増加
に伴ない、デンドライトショートに対する効果が増大す
ることが判明した。これはセパレータの厚み方向に対し
て、４ＡｌｉＭ配列の変化が出来るだ数多く繰り返され
るほど、その効果が大きくなると考えられることに起因
する。

次に、極板群構成時のセパレータの配置について検討し
た。例えば４層積層したセパレータでは、一方の面を正
極と対向させるか、負極と対向させるかで、デンドライ
ト抑制に対し顕著な差異があり、繊維をランダム配列さ
せた第１のウェブマット層を負極と対向させる方が、そ
の逆にした場合より、効果が大きい。この理由について
は明確でないが、次の様に推察される。即ち、第１図に
示す如く、第１のウェブマット層４と負極２と対向させ
た場合と、第２図に示す如くその逆にした場合とでは、
Ｉ／ｌＡｌ５配列が変化する面の数は両方とも３回づつ
で同じである。しかし、一般に繊維をランダム配列させ
たウェブマット（第１のウェブマット層ンと平行配列さ
せたウェブマット（第２のウェブマット層）とでは、後
者のウェブマットの方が繊維の密度が高くなり空間が少
なくなる。この際、目の粗い第１のウェブマット層から
、目の密な第２のウェブマット層にデンドライトが成長
していくのに対する抵抗の大きさと、その逆の方向ヘデ
ンドライトが成長じていくのに対する抵抗の大きさとは
、差があり、当然口の粗いところから目の密な方へ成長
する方が、抵抗はより大きいと考えられる。よって、第
１のウェブマット層４を負極２と対向させた場合（Ｉｆ
Ｅ１図）はＩＩＡ維配列配列化する面（イ）、（ロ）、
（ハ）の内、抵抗がより大きいと考えられる面が（イ）
と（ハ）の２回存在するのに対し、第２のウェブマット
層５を負極２と対向させた場合（第２図参照）は、繊維
配列が変化する面（ニ）、（ホ）、（へ）の内、抵抗が
より大きいと考えられる面は、（ホ）の１回だけであっ
、このことがデンドライトショート発生の抑制効果に差
を生ずる原因と考えられる。

尚、ウェブ積層数が５以上の奇数の場合には、第１のウ
ェブマット、第２のウェブマーｙ　）のどちらを最外面
に配置してセパレータをｉｔしてもよく、この場合はセ
パレータの表裏を区別する必要がない。

（へ）実施例 以下に、本発明の実施例と比較例との対比に言及し、詳
述する。

［実施例１］ １．０〜１．５デニ一ル程度の繊維径を有するポリプロ
ピレン４１１維と、接着性ａ！維として約１．０デニー
ルのポリエチレン−ポリプロピレン複合繊維であるＥＳ
繊維（チッソ（株）製）を、１：１の重量比率にて均一
混合した後、これをランダム配列させた第１のウェブマ
ット層と、平行配列させた第２のウェブマット層を用い
、これらを交互に計４層積層して加熱融着した。このセ
パレータの目付は８０ｇ／′Ｊ、厚みは０．２Ｍであり
、第１のウェブマット層と第２のウェブマット層との重
量比率は７：３であった。このようにして得たセパレー
タ３を用い、公知の焼結式ニッケル正極板ｌと焼結式カ
ドミウム負極板２とを組み合わせて捲回した。この渦巻
電極体を電池缶（電槽）に挿入°し、アルカリ電解液を
注液後、密閉して公称容量６゜ＯｍＡＨを有するＡＡサ
イズの円筒形ニッケルーカドミウム蓄電池を作製し、本
発明電池Ａとした。

〔実施例２］ 第２のウェブマット層が最外面に配置する様に、第１の
ウェブマット層と第２のウェブマット層を交互に計５層
積層して加熱融着した以外は、全て前記実施例１と同様
にしてセパレータを得、本発明電池Ｂを作製した。

［実施例３］ 第１のウェブマット層が最外面に配置する様にした以外
は、−全て前記実施例２゛と同様にしてセパレータを得
、本発明電池Ｃを作製した。

［実施例４］ 前記実施例１で使用したセパレータを用い、負極と対向
するウェブマット層を第１のウェブマット層として前記
実施例１に準じ電池を作製した。

そしてこの電池を本発明電池りとした。

［比較例１］ １．０〜１．５デニ一ル程度の繊維径を有するポリプロ
ピレン繊維と、接着性ＩＩＡ誰として約１．０デニール
のポリエチレンーポリブロビレン複含繊維であるＥＳ繊
維（チッソ（株）製）を、１：１の重量比率にて均一混
合した後、これをランダム配列させた第１のウェブマッ
ト層と平行配列させた第２のウェブマット層を各１層ず
つ用い、これらを加熱融着して、目付８０ｇ／ＱＦ　、
厚み０．２０ｆｆｌｌｌのセパレータを得た。これは、
特開昭６３−８１７６３号公報に示された技術思想に近
いものである。尚、ここでは第１のウェブマット層と第
２のウェブマツ・ト層との重量比率を７＝３としている
。このセパレータを用い、前記実施例１と同様にして電
池を組み立て、比較電池Ｘを得た。

［比較例２］ 第１のウェブマットの両面に１２のウェブマットを積層
する形で、計３層を積層して、加熱融着した以外は、全
て前記比較例１と同様にしてセパレータを得、前記実施
例１と同様にして電池を組み立て比較電池Ｙを作製した
。ここで用いたセパレータは特開昭５７−９６４５９号
公報に示された技術思想に近いものである。

ここにおいて、本発明は電池Ａ、Ｂ及び比較電池Ｘ、Ｙ
の負極は、ＩＩＡ維を平行配列させた第２のウェブマッ
ト層と対向しており、一方、本発明電池Ｃ，Ｄの負極は
、繊維をランダム配列させた第１のウェブマット層と対
向するように、それぞれＩＩＩ戊されている。

（実　験） 上記本発明電池Ａ−Ｄ及び比較型・池Ｘ、Ｙを用い、電
池のサイクル寿命を比較した。この時のサイクル寿命の
測定条件は、６０℃にて６０ｍＡ（電池容量に対しＯ，
ｔＣに相当）の電流で８時間充電した後、１６時間休止
するサイクルを繰り返すというものであり、デンドライ
トショートが発生して電池電圧がＯｖになる迄のサイク
ル数を測定し、これをサイクル寿命とした。このサイク
ル寿命は、各電池１０個の平均値である。

この結果を、第１１表に示す。

第１表 この結果より、ウェブマット積層数が４層以上になる（
本発明電池Ａ−Ｄ）と、サイクル寿命が飛躍的に向上し
ており、デンドライトショートに起因する内部短絡が抑
制されることがわかる。

ここで積層数に注目すると、これが偶数の場合は、極板
群構成時のセパレータの配置は第１のウェブマット層を
負極板と対向させた方が、その逆にした場合より好まし
く、サイクル寿命向上の効果が増大している（本発明電
池Ａ、　　Ｂ）。この理由は、前述の如く、目の粗い第
１のウェブマット層から目の密な第２のウェブマット層
にデンドライトが成長していく方が、その逆の方向へ成
長するより困難な為であり、第１のウェブマット層を負
極板と対向させた方が、デンドライト成長が困難となる
界面が多く存在することに基づく。

従って積層数が奇数の場合は、第１のウェブマット層、
第２のウェブマット層の内、どちらを最外面に配置して
も効果は同程度となる。また、本発明のセパレータはＰ
Ｐ繊維に限らず、ナイロン等の耐アルカリ性を有する樹
脂繊犀であればいかなるものでも使用しうる。

以上、本発明の実施例では焼結式のカドミウム負極を用
いたが、デンドライトショートが発生しやすいペースト
式のカドミウム極を用いた場合には、その効果が顕著に
得られる。

また、本実施例ではニッケルーカドミウム電池を例示し
たが、負極にデンドライト発生がし易い亜鉛極を用いた
場合であっても、本発明の効果が十分に発揮でき、サイ
クル寿命の向上した電池が提供できる。

（ト）発明の効果 本発明によれば、デンドライトシ３−トに起因せる内部
短絡を抑制し、サイクル特性に優れた密閉型アルカリ蓄
電池が提供でき、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はいずれも本発明電池の発電素体の模
式的説明図であり、第１図は第１のウェブマット層を負
極と対向させた時の図、第２図は第２のウェブマット層
を負極と対向させた時の図である。 １・・・正極板、２・・・負極板、３・・・セパレータ
、４・・・第１のウェブマット層、５・・・第２のウェ
ブマット層。 手続補正書（方式） 補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（１８Ｂ）三洋電機株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）正極、負極、前記正、負極間に介挿されるセパレ
   ータ及びアルカリ電解液とを電槽内に収納した電池であ
   って、 前記セパレータが、繊維をランダム配列させた第１のウ
   ェブマット層と、繊維を平行配列させた第２のウェブマ
   ット層を、交互にそれぞれ２層以上積層し、加熱融着し
   たものであることを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池。
2. （２）前記セパレータの第１のウェブマット層が前記負
   極と対向することを特徴とする請求項（１）記載の密閉
   型アルカリ蓄電池。