JPH0588507B2 - - Google Patents
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- JPH0588507B2 JPH0588507B2 JP60257003A JP25700385A JPH0588507B2 JP H0588507 B2 JPH0588507 B2 JP H0588507B2 JP 60257003 A JP60257003 A JP 60257003A JP 25700385 A JP25700385 A JP 25700385A JP H0588507 B2 JPH0588507 B2 JP H0588507B2
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- JP
- Japan
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- zinc
- separator
- electrode
- electrolyte
- fibers
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
- H01M10/28—Construction or manufacture
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Description
(イ) 産業上の利用分野
本発明はニツケル−亜鉛蓄電池、銀−亜鉛蓄電
池などのように負極活物質として亜鉛を用いるア
ルカリ亜鉛蓄電池に関するものであり、特にその
セパレータの構成に関す。 (ロ) 従来の技術 近年、ポータブルの電子機器が著しく普及し、
その駆動電源としての二次電池の需要が急増して
いる。この駆動電源の二次電池はニツケル−カド
ミウム蓄電池が大半を占めているが、ニツケル−
カドミウム蓄電池より高性能化したものとして負
極活物質に亜鉛を用いたアルカリ亜鉛蓄電池が注
目されている。 アルカリ亜鉛蓄電池は単位重量あたりの高いエ
ネルギー密度及び高い作動電圧を有し、且つ経済
性や安全性に優れるなどの利点を有するものであ
るが、反面電池寿命が短いという欠点をも有して
いる。この欠点は放電時に負極活物質の亜鉛が電
解液中に亜鉛酸イオンとして溶解することが基本
的原因となつて引き起こされる。すなわち、放電
時に亜鉛酸イオンとなつて溶出した亜鉛が充電時
に亜鉛極表面に樹枝状に析出するため、充放電を
繰り返すと、この樹枝状亜鉛が生長して正極に達
して内部短絡を起こしたり、また、放電時に亜鉛
酸イオンとなつて溶出した亜鉛が多孔質電極であ
る亜鉛極表面に酸化亜鉛となつて緻密に生成して
亜鉛極表面の孔を塞ぎ、電解液の亜鉛極内部への
拡散が制限されて亜鉛極内部の反応性が低下する
ことによつてアルカリ亜鉛蓄電池の寿命が短くな
る。 上記亜鉛酸イオンの生成は電解液が過剰に存在
する程促進されるため、特公昭55−29548号公報
では電解液量を実質的に遊離のものを存在させな
い程度に制限することが提案され、これによつて
亜鉛酸イオンの電解液への逸散が抑えられてサイ
クル寿命が向上したが、まだ充分に満足したもの
とは言えなかつた。 (ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明はアルカリ亜鉛蓄電池に於ける亜鉛極表
面近傍の電解液量を効果的に規制することによ
り、亜鉛酸イオンの電解液への溶解を抑制し、亜
鉛極表面からの樹枝状亜鉛の生長及び亜鉛極表面
の高密度化を抑え、サイクル寿命を向上させよう
とするものである。 (ニ) 問題点を解決するための手段 本発明のアルカリ亜鉛蓄電池は、亜鉛極と、正
極と、これら両極間に配されたセパレータと、遊
離のものが存在しない程度に液量が制限された電
解液を備えるものであつて、前記セパレータを多
層構造とし且つ前記亜鉛極側に繊維が一方向に配
向したセパレータを位置させ、前記正極側に繊維
がランダムに配向したセパレータを位置させたも
のである。 (ホ) 作用 電解液保持性の優れた不織布あるいは抄紙法に
より作製したセパレータは、繊維の配向性によつ
て物性に著しい差異が生じる。すなわち一方向配
向セパレータは第１図に示すように繊維の方向が
一方向に整つた配列をしており、密度が高く、体
積空間が小さいため、保液能力の低いセパレータ
である。一方ランダム配向セパレータは第２図に
示すように繊維の方向が三次元方向に配向してお
り、密度が低く、体積空間が大きいため、保液能
力の高いセパレータである。 したがつて、亜鉛極と正極との間に介在させる
セパレータとして、亜鉛極側に繊維が一方向に配
向したセパレータが位置し、正極側に繊維がラン
ダムに配向したセパレータが位置する多層構造の
セパレータを用いると、多層セパレータ内で正極
から亜鉛極に向つて電解液の保液量が減少すると
いう保液量の勾配をつくり出すことができ、亜鉛
極表面の電解液量を制限することができる。 また、繊維が一方向に配向したセパレータは、
従来から用いられている繊維がランダムに配向し
たセパレータに比べて単位体積あたりの保液量が
小さいため、すなわち単位体積あたりに電解液が
占める割合が小さいため、繊維がランダムに配向
したセパレータを用いた場合より亜鉛極表面に供
給する電解液量が減少して亜鉛極表面の電解液量
をより効果的に制限することができると共に、ラ
ンダムに配向したセパレータに比べて保液量が少
ないことからガス透過性が良好であるため、酸素
ガスが亜鉛極に到達し易く、亜鉛極の酸素ガス吸
収能力を向上することができる。 (ヘ) 実施例 酸化亜鉛45部、金属亜鉛45部に添加剤としての
酸化水銀５部を加えて充分に混合した後、ポリテ
トラフルオロエチレンデイスパージヨン５部を加
え、水で希釈して混練しペースト状とし、次いで
圧延ローラで圧延して所定の厚みのカレンダーシ
ートを作製し、このカレンダーシートを集電体の
両側に貼り合わせ圧着ローラで圧着して亜鉛極を
得る。 この亜鉛極と焼結式ニツケル極とを組み合わせ
第３図示す構成の単二サイズのニツケル−亜鉛蓄
電池を作製した。第３図中１は亜鉛極、２はニツ
ケル極であつて、これら亜鉛極１及びニツケル極
２の間に多層セパレータ３を介して渦巻状に巻回
することによつて電極体が構成されている。また
電解液（KOH）は亜鉛極１、ニツケル極２及び
多層セパレータ３に吸収保持されているため、遊
離の電解液は実質的に存在しない状態となつてい
る。尚、４は負極端子兼用電池缶、５はガス抜き
機構を具備した正極端子兼用封口体、６は絶縁パ
ツキングである。 上記構成のニツケル−亜鉛蓄電池を、亜鉛極と
ニツケル極との間に介挿する多層セパレータのみ
種々変化させて作製した。多層セパレータは第１
表のセパレータを組み合わせたものであり、第２
表では第１表で示したセパレータの番号を用いて
その構成を示している。尚、第１表で示す保液量
とはセパレータの単位体積あたりの30％KOHの
保液量である。
池などのように負極活物質として亜鉛を用いるア
ルカリ亜鉛蓄電池に関するものであり、特にその
セパレータの構成に関す。 (ロ) 従来の技術 近年、ポータブルの電子機器が著しく普及し、
その駆動電源としての二次電池の需要が急増して
いる。この駆動電源の二次電池はニツケル−カド
ミウム蓄電池が大半を占めているが、ニツケル−
カドミウム蓄電池より高性能化したものとして負
極活物質に亜鉛を用いたアルカリ亜鉛蓄電池が注
目されている。 アルカリ亜鉛蓄電池は単位重量あたりの高いエ
ネルギー密度及び高い作動電圧を有し、且つ経済
性や安全性に優れるなどの利点を有するものであ
るが、反面電池寿命が短いという欠点をも有して
いる。この欠点は放電時に負極活物質の亜鉛が電
解液中に亜鉛酸イオンとして溶解することが基本
的原因となつて引き起こされる。すなわち、放電
時に亜鉛酸イオンとなつて溶出した亜鉛が充電時
に亜鉛極表面に樹枝状に析出するため、充放電を
繰り返すと、この樹枝状亜鉛が生長して正極に達
して内部短絡を起こしたり、また、放電時に亜鉛
酸イオンとなつて溶出した亜鉛が多孔質電極であ
る亜鉛極表面に酸化亜鉛となつて緻密に生成して
亜鉛極表面の孔を塞ぎ、電解液の亜鉛極内部への
拡散が制限されて亜鉛極内部の反応性が低下する
ことによつてアルカリ亜鉛蓄電池の寿命が短くな
る。 上記亜鉛酸イオンの生成は電解液が過剰に存在
する程促進されるため、特公昭55−29548号公報
では電解液量を実質的に遊離のものを存在させな
い程度に制限することが提案され、これによつて
亜鉛酸イオンの電解液への逸散が抑えられてサイ
クル寿命が向上したが、まだ充分に満足したもの
とは言えなかつた。 (ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明はアルカリ亜鉛蓄電池に於ける亜鉛極表
面近傍の電解液量を効果的に規制することによ
り、亜鉛酸イオンの電解液への溶解を抑制し、亜
鉛極表面からの樹枝状亜鉛の生長及び亜鉛極表面
の高密度化を抑え、サイクル寿命を向上させよう
とするものである。 (ニ) 問題点を解決するための手段 本発明のアルカリ亜鉛蓄電池は、亜鉛極と、正
極と、これら両極間に配されたセパレータと、遊
離のものが存在しない程度に液量が制限された電
解液を備えるものであつて、前記セパレータを多
層構造とし且つ前記亜鉛極側に繊維が一方向に配
向したセパレータを位置させ、前記正極側に繊維
がランダムに配向したセパレータを位置させたも
のである。 (ホ) 作用 電解液保持性の優れた不織布あるいは抄紙法に
より作製したセパレータは、繊維の配向性によつ
て物性に著しい差異が生じる。すなわち一方向配
向セパレータは第１図に示すように繊維の方向が
一方向に整つた配列をしており、密度が高く、体
積空間が小さいため、保液能力の低いセパレータ
である。一方ランダム配向セパレータは第２図に
示すように繊維の方向が三次元方向に配向してお
り、密度が低く、体積空間が大きいため、保液能
力の高いセパレータである。 したがつて、亜鉛極と正極との間に介在させる
セパレータとして、亜鉛極側に繊維が一方向に配
向したセパレータが位置し、正極側に繊維がラン
ダムに配向したセパレータが位置する多層構造の
セパレータを用いると、多層セパレータ内で正極
から亜鉛極に向つて電解液の保液量が減少すると
いう保液量の勾配をつくり出すことができ、亜鉛
極表面の電解液量を制限することができる。 また、繊維が一方向に配向したセパレータは、
従来から用いられている繊維がランダムに配向し
たセパレータに比べて単位体積あたりの保液量が
小さいため、すなわち単位体積あたりに電解液が
占める割合が小さいため、繊維がランダムに配向
したセパレータを用いた場合より亜鉛極表面に供
給する電解液量が減少して亜鉛極表面の電解液量
をより効果的に制限することができると共に、ラ
ンダムに配向したセパレータに比べて保液量が少
ないことからガス透過性が良好であるため、酸素
ガスが亜鉛極に到達し易く、亜鉛極の酸素ガス吸
収能力を向上することができる。 (ヘ) 実施例 酸化亜鉛45部、金属亜鉛45部に添加剤としての
酸化水銀５部を加えて充分に混合した後、ポリテ
トラフルオロエチレンデイスパージヨン５部を加
え、水で希釈して混練しペースト状とし、次いで
圧延ローラで圧延して所定の厚みのカレンダーシ
ートを作製し、このカレンダーシートを集電体の
両側に貼り合わせ圧着ローラで圧着して亜鉛極を
得る。 この亜鉛極と焼結式ニツケル極とを組み合わせ
第３図示す構成の単二サイズのニツケル−亜鉛蓄
電池を作製した。第３図中１は亜鉛極、２はニツ
ケル極であつて、これら亜鉛極１及びニツケル極
２の間に多層セパレータ３を介して渦巻状に巻回
することによつて電極体が構成されている。また
電解液（KOH）は亜鉛極１、ニツケル極２及び
多層セパレータ３に吸収保持されているため、遊
離の電解液は実質的に存在しない状態となつてい
る。尚、４は負極端子兼用電池缶、５はガス抜き
機構を具備した正極端子兼用封口体、６は絶縁パ
ツキングである。 上記構成のニツケル−亜鉛蓄電池を、亜鉛極と
ニツケル極との間に介挿する多層セパレータのみ
種々変化させて作製した。多層セパレータは第１
表のセパレータを組み合わせたものであり、第２
表では第１表で示したセパレータの番号を用いて
その構成を示している。尚、第１表で示す保液量
とはセパレータの単位体積あたりの30％KOHの
保液量である。
【表】
【表】
【表】
こうして作製した電池を夫々360mAで５時間
充電し、360mAで電池電圧が1.0Vに達するまで
放電する条件で充放電を行ない、放電容量が初期
容量の50％となつたときをサイクル寿命とし、こ
のサイクル寿命を第２表に同時に示す。 第２表に示すように本発明の多層セパレータを
用いた電池は比較電池と比べてサイクル特性が優
れている。 これは本発明電池では亜鉛極側に繊維が一方向
に配向したセパレータが位置し、正極側に繊維が
ランダムに配向したセパレータが位置しているの
で、主として電解液が正極側のセパレータに吸
収、保持され、亜鉛極に接するセパレータの電解
液量が少なくなり、これによつて亜鉛の電解液へ
の溶解が抑制されて樹枝状亜鉛の生長が防止でき
サイクル寿命が向上しているものと考えられる。 これに対して比較電池Ｇ乃至Ｎは亜鉛極側のセ
パレータの電解溶量が正極と同等あるいはそれ以
上となつているため樹枝状亜鉛の生長を抑制する
ことができずサイクル寿命が短くなつている。ま
た、比較電池Ｏは亜鉛極側のセパレータの電解液
量が正極側より小さくなつているものの、亜鉛極
側に配したセパレータは繊維がランダム配向した
ものであるためセパレータの単位体積あたりの保
液量が大きく、繊維が一方向に配向したセパレー
タを用いた場合に比べて亜鉛極に供給する電解液
量が多くなり、本発明電池よりサイクル寿命が短
くなつたものと考えられる。 更に本発明電池のうちでも亜鉛極側にナイロン
不織布を用いた場合方がポリプロピレン不織布を
用いた場合よりサイクル寿命が長くなつている
が、これはナイロン不織布は親水性であり不織布
中に電解液を保持し易いのに比べ、ポリプロピレ
ン不織布は発水性であるため電解液の保持力が低
く、特にこの繊維が一方向に配向したポリプロピ
レン不織布と、亜鉛極に接するフイルムとの間に
電解液が膜状に介在して亜鉛極への電解液供給量
が増すためと考えられる。尚、発水性の不織布を
用いる場合は親水性処理を施すと、親水性の不織
布を用いたときと同等の効果を得ることができ
る。 上述したように本発明電池の多層セパレータ
は、電解液の保持性の極めて低い微孔性薄膜と、
電解液の保持性の優れた不織布あるいは湿式での
抄紙法で得たセパレータとを使用するが、微孔性
薄膜としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リテトラフルオロエチレンのマイクロポーラスフ
イルム、またはこれらフイルムの表面に界面活性
剤処理を施したり、アクリル酸などをグラフト重
合させたものを使用でき、保液用セパレータとし
てはポリアミド、ポリエステル、ポリオレフイ
ン、ビニロン、レーヨンなどを単独または数種類
組み合わせて使用することができる。 (ト) 発明の効果 本発明のアルカリ亜鉛蓄電池は、セパレータと
して亜鉛極側に繊維が一方向に配向したセパレー
タが位置し、正極側に繊維がランダムに配向した
セパレータが位置する多層セパレータを用いたも
のであり、亜鉛極表面の電解液量を制限すること
ができるので、亜鉛極からの樹枝状亜鉛の生長を
防止できサイクル寿命が向上する。
充電し、360mAで電池電圧が1.0Vに達するまで
放電する条件で充放電を行ない、放電容量が初期
容量の50％となつたときをサイクル寿命とし、こ
のサイクル寿命を第２表に同時に示す。 第２表に示すように本発明の多層セパレータを
用いた電池は比較電池と比べてサイクル特性が優
れている。 これは本発明電池では亜鉛極側に繊維が一方向
に配向したセパレータが位置し、正極側に繊維が
ランダムに配向したセパレータが位置しているの
で、主として電解液が正極側のセパレータに吸
収、保持され、亜鉛極に接するセパレータの電解
液量が少なくなり、これによつて亜鉛の電解液へ
の溶解が抑制されて樹枝状亜鉛の生長が防止でき
サイクル寿命が向上しているものと考えられる。 これに対して比較電池Ｇ乃至Ｎは亜鉛極側のセ
パレータの電解溶量が正極と同等あるいはそれ以
上となつているため樹枝状亜鉛の生長を抑制する
ことができずサイクル寿命が短くなつている。ま
た、比較電池Ｏは亜鉛極側のセパレータの電解液
量が正極側より小さくなつているものの、亜鉛極
側に配したセパレータは繊維がランダム配向した
ものであるためセパレータの単位体積あたりの保
液量が大きく、繊維が一方向に配向したセパレー
タを用いた場合に比べて亜鉛極に供給する電解液
量が多くなり、本発明電池よりサイクル寿命が短
くなつたものと考えられる。 更に本発明電池のうちでも亜鉛極側にナイロン
不織布を用いた場合方がポリプロピレン不織布を
用いた場合よりサイクル寿命が長くなつている
が、これはナイロン不織布は親水性であり不織布
中に電解液を保持し易いのに比べ、ポリプロピレ
ン不織布は発水性であるため電解液の保持力が低
く、特にこの繊維が一方向に配向したポリプロピ
レン不織布と、亜鉛極に接するフイルムとの間に
電解液が膜状に介在して亜鉛極への電解液供給量
が増すためと考えられる。尚、発水性の不織布を
用いる場合は親水性処理を施すと、親水性の不織
布を用いたときと同等の効果を得ることができ
る。 上述したように本発明電池の多層セパレータ
は、電解液の保持性の極めて低い微孔性薄膜と、
電解液の保持性の優れた不織布あるいは湿式での
抄紙法で得たセパレータとを使用するが、微孔性
薄膜としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リテトラフルオロエチレンのマイクロポーラスフ
イルム、またはこれらフイルムの表面に界面活性
剤処理を施したり、アクリル酸などをグラフト重
合させたものを使用でき、保液用セパレータとし
てはポリアミド、ポリエステル、ポリオレフイ
ン、ビニロン、レーヨンなどを単独または数種類
組み合わせて使用することができる。 (ト) 発明の効果 本発明のアルカリ亜鉛蓄電池は、セパレータと
して亜鉛極側に繊維が一方向に配向したセパレー
タが位置し、正極側に繊維がランダムに配向した
セパレータが位置する多層セパレータを用いたも
のであり、亜鉛極表面の電解液量を制限すること
ができるので、亜鉛極からの樹枝状亜鉛の生長を
防止できサイクル寿命が向上する。
第１図は一方向配向セパレータの繊維の形態を
示す写真、第２図はランダム配向セパレータの繊
維の形態を示す写真、第３図は本発明の一実施例
のアルカリ亜鉛蓄電池の断面図である。 １……亜鉛極、２……ニツケル極、３……多層
セパレータ。
示す写真、第２図はランダム配向セパレータの繊
維の形態を示す写真、第３図は本発明の一実施例
のアルカリ亜鉛蓄電池の断面図である。 １……亜鉛極、２……ニツケル極、３……多層
セパレータ。
Claims (1)
- １ 亜鉛極と、正極と、これら両極間に配された
セパレータと、遊離のものが存在しない程度に液
量が制限された電解液を備えるものであつて、前
記セパレータは多層構造であり、且つ前記亜鉛極
側に繊維が一方向に配向したセパレータが位置
し、前記正極側に繊維がランダムに配向したセパ
レータが位置したことを特徴とするアルカリ亜鉛
蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60257003A JPS62117259A (ja) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60257003A JPS62117259A (ja) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62117259A JPS62117259A (ja) | 1987-05-28 |
| JPH0588507B2 true JPH0588507B2 (ja) | 1993-12-22 |
Family
ID=17300371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60257003A Granted JPS62117259A (ja) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | アルカリ亜鉛蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62117259A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7630915B2 (ja) * | 2020-04-21 | 2025-02-18 | エナジーウィズ株式会社 | 亜鉛電池 |
-
1985
- 1985-11-15 JP JP60257003A patent/JPS62117259A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62117259A (ja) | 1987-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |