JPH10106527A - アルカリ蓄電池 - Google Patents
アルカリ蓄電池Info
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- JPH10106527A JPH10106527A JP8253301A JP25330196A JPH10106527A JP H10106527 A JPH10106527 A JP H10106527A JP 8253301 A JP8253301 A JP 8253301A JP 25330196 A JP25330196 A JP 25330196A JP H10106527 A JPH10106527 A JP H10106527A
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- Japan
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- separator
- storage battery
- fibers
- olefin resin
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- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
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- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Separators (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温での寿命特性の優れたアルカリ蓄電池を
提供する。 【解決手段】 正極板および負極板をセパレータを挟ん
で交互に積層して構成される極板群と、極板群を内部に
収容する蓄電池電槽を具備し、セパレータが、オレフィ
ン樹脂繊維の不織布からなり、オレフィン樹脂繊維が、
線径３〜１０μｍの繊維を主体とし、かつ線径２０〜４
０μｍの繊維を１本／２００本〜１本／１０本の割合で
含む。
提供する。 【解決手段】 正極板および負極板をセパレータを挟ん
で交互に積層して構成される極板群と、極板群を内部に
収容する蓄電池電槽を具備し、セパレータが、オレフィ
ン樹脂繊維の不織布からなり、オレフィン樹脂繊維が、
線径３〜１０μｍの繊維を主体とし、かつ線径２０〜４
０μｍの繊維を１本／２００本〜１本／１０本の割合で
含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ蓄電池に
関するものであり、特にそれに用いられるセパレータの
改良に関するものである。
関するものであり、特にそれに用いられるセパレータの
改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気自動車の駆動用電源として、
ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池といっ
た高出力、高エネルギー密度が得られ、かつ長寿命であ
るアルカリ蓄電池が注目されてきており、これらアルカ
リ蓄電池の更なる性能の向上が望まれている。電池性能
の向上のための対策の一つとして、正極板と負極板の間
を隔てるセパレータの改良が行われている。アルカリ蓄
電池用セパレータには、ポリプロピレンなどのオレフィ
ン樹脂やアミド樹脂の繊維からなる不織布が用いられて
いる。アミド樹脂は、親水性が高いことからこれを用い
たセパレータは高い保液性を示すが、耐アルカリ性が低
く、また、電気自動車用途に用いた場合に想定される長
時間の高温環境下における安定性が乏しい。そのため、
主として機械的強度、耐アルカリ性および耐熱性に優れ
たオレフィン樹脂製セパレータの改良に注力されてい
る。オレフィン樹脂は親水性が低いため、セパレータの
電解液保液性は低い。そこで、親水性を向上させること
により、セパレータの保液率を高くして、電池の寿命特
性や電圧特性を改善する方法が提案されている。
ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池といっ
た高出力、高エネルギー密度が得られ、かつ長寿命であ
るアルカリ蓄電池が注目されてきており、これらアルカ
リ蓄電池の更なる性能の向上が望まれている。電池性能
の向上のための対策の一つとして、正極板と負極板の間
を隔てるセパレータの改良が行われている。アルカリ蓄
電池用セパレータには、ポリプロピレンなどのオレフィ
ン樹脂やアミド樹脂の繊維からなる不織布が用いられて
いる。アミド樹脂は、親水性が高いことからこれを用い
たセパレータは高い保液性を示すが、耐アルカリ性が低
く、また、電気自動車用途に用いた場合に想定される長
時間の高温環境下における安定性が乏しい。そのため、
主として機械的強度、耐アルカリ性および耐熱性に優れ
たオレフィン樹脂製セパレータの改良に注力されてい
る。オレフィン樹脂は親水性が低いため、セパレータの
電解液保液性は低い。そこで、親水性を向上させること
により、セパレータの保液率を高くして、電池の寿命特
性や電圧特性を改善する方法が提案されている。
【０００３】例えば、特開昭６２−１１５６５７号公報
や特開昭６４−５７５６８号公報には、親水性に乏しい
オレフィン樹脂製のセパレータにスルフォン化処理を施
すことにより、親水性を向上させる方法が提案されてい
る。この方法は、具体的には、セパレータを濃硫酸中に
浸漬して処理するものであるが、この処理によると樹脂
中の炭素間の結合が切れるため、セパレータの機械的強
度が低下するといった問題がある。また、特開平７−１
３０３９２号公報には、セパレータにスルフォン基を含
む界面活性剤を塗布することにより、セパレータの親水
性を向上させる方法が提案されている。しかし、このよ
うな電池は、常温下では良好な特性を示すものの、長時
間の高温環境下では、界面活性剤がセパレータ表面から
徐々に剥離するため、満足できる寿命特性を得ることが
できない。
や特開昭６４−５７５６８号公報には、親水性に乏しい
オレフィン樹脂製のセパレータにスルフォン化処理を施
すことにより、親水性を向上させる方法が提案されてい
る。この方法は、具体的には、セパレータを濃硫酸中に
浸漬して処理するものであるが、この処理によると樹脂
中の炭素間の結合が切れるため、セパレータの機械的強
度が低下するといった問題がある。また、特開平７−１
３０３９２号公報には、セパレータにスルフォン基を含
む界面活性剤を塗布することにより、セパレータの親水
性を向上させる方法が提案されている。しかし、このよ
うな電池は、常温下では良好な特性を示すものの、長時
間の高温環境下では、界面活性剤がセパレータ表面から
徐々に剥離するため、満足できる寿命特性を得ることが
できない。
【０００４】一方、セパレータを薄くして、正負極間の
電気的、物理的抵抗を低減させるとともに、電池内で電
気化学反応に寄与する極板が占める割合を大きくするこ
とにより、放電特性を向上させる手段も検討されてい
る。しかし、単純に繊維の目付本数を少なくしてセパレ
ータを薄くした場合、電解液の保液性が低下し、かえっ
て電池容量は低下する。さらに、機械的強度が低下する
ため、電池組立時に破損しやすくなり、また、組立後に
電極間の短絡が生じやすくなる。一方、繊維の目付本数
を従来と同等にし、線径を小さくした場合には、電解液
の保液性および耐ショート性を維持しつつ、厚さを薄く
することができるが、同様に機械的強度が低くなり、セ
パレータが破損する危険性がある。
電気的、物理的抵抗を低減させるとともに、電池内で電
気化学反応に寄与する極板が占める割合を大きくするこ
とにより、放電特性を向上させる手段も検討されてい
る。しかし、単純に繊維の目付本数を少なくしてセパレ
ータを薄くした場合、電解液の保液性が低下し、かえっ
て電池容量は低下する。さらに、機械的強度が低下する
ため、電池組立時に破損しやすくなり、また、組立後に
電極間の短絡が生じやすくなる。一方、繊維の目付本数
を従来と同等にし、線径を小さくした場合には、電解液
の保液性および耐ショート性を維持しつつ、厚さを薄く
することができるが、同様に機械的強度が低くなり、セ
パレータが破損する危険性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するものであり、組立時や使用時に破損を引き
起こさない程度の充分な機械的強度を有し、かつ４０℃
以上の高温環境下でも優れた保液性を安定して発揮する
セパレータを用いることにより、信頼性や高温での電池
特性の優れたアルカリ蓄電池を提供することを目的とす
る。
点を解決するものであり、組立時や使用時に破損を引き
起こさない程度の充分な機械的強度を有し、かつ４０℃
以上の高温環境下でも優れた保液性を安定して発揮する
セパレータを用いることにより、信頼性や高温での電池
特性の優れたアルカリ蓄電池を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のアルカリ蓄電池
は、線径３〜１０μｍのオレフィン樹脂繊維を主体と
し、さらに線径２０〜４０μｍのオレフィン樹脂繊維を
１本／２００本〜１本／１０本の割合で含む不織布を用
いるものである。
は、線径３〜１０μｍのオレフィン樹脂繊維を主体と
し、さらに線径２０〜４０μｍのオレフィン樹脂繊維を
１本／２００本〜１本／１０本の割合で含む不織布を用
いるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のアルカリ蓄電池は、正極
板および負極板をセパレータを挟んで交互に積層して構
成される極板群と、極板群を内部に収容する蓄電池電槽
を具備し、セパレータが、線径３〜１０μｍのオレフィ
ン樹脂繊維を主体とし、かつ線径２０〜４０μｍのオレ
フィン樹脂繊維を１本／２００本〜１本／１０本の割合
で含む不織布からなるものである。また、セパレータが
表面に導入されたスルフォン基を有することが好まし
い。さらに、オレフィン樹脂がポリプロピレンであるこ
とが好ましい。
板および負極板をセパレータを挟んで交互に積層して構
成される極板群と、極板群を内部に収容する蓄電池電槽
を具備し、セパレータが、線径３〜１０μｍのオレフィ
ン樹脂繊維を主体とし、かつ線径２０〜４０μｍのオレ
フィン樹脂繊維を１本／２００本〜１本／１０本の割合
で含む不織布からなるものである。また、セパレータが
表面に導入されたスルフォン基を有することが好まし
い。さらに、オレフィン樹脂がポリプロピレンであるこ
とが好ましい。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。オ
レフィン樹脂の一例としてポリプロピレンを用いた。ポ
リプロピレン繊維からなる線径３〜１０μｍの細繊維と
同じくポリプロピレン繊維からなる線径２０〜４０μｍ
の太繊維が各種の割合で混合された不織布からなる厚さ
が約２１０μｍで、目付量が７０〜８０ｇ／ｍ2のセパ
レータを作製した。ここで用いた細繊維は、太繊維を径
の小さい複数の細繊維に分割したものである。これらの
セパレータの諸特性を調べた。その結果を表１に示す。
レフィン樹脂の一例としてポリプロピレンを用いた。ポ
リプロピレン繊維からなる線径３〜１０μｍの細繊維と
同じくポリプロピレン繊維からなる線径２０〜４０μｍ
の太繊維が各種の割合で混合された不織布からなる厚さ
が約２１０μｍで、目付量が７０〜８０ｇ／ｍ2のセパ
レータを作製した。ここで用いた細繊維は、太繊維を径
の小さい複数の細繊維に分割したものである。これらの
セパレータの諸特性を調べた。その結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】表１に示すように、細繊維のみで作製した
セパレータは、高い保液率を示す。これは、比表面積が
大きいためセパレータ上の広い面積で電解液と接触する
ことができること、また、繊維間の間隙が小さいことに
よるものである。しかし、細繊維のみからなるセパレー
タは、太繊維のみからなるセパレータと比べて強度は約
１／５と低い。したがって、電池に組み立てる際、ある
いは電池として使用中に破損する危険性が高い。一方、
太繊維のみからなるセパレータは、比表面積が小さく、
また、繊維間の間隙が大きいため、保液率が小さい。
セパレータは、高い保液率を示す。これは、比表面積が
大きいためセパレータ上の広い面積で電解液と接触する
ことができること、また、繊維間の間隙が小さいことに
よるものである。しかし、細繊維のみからなるセパレー
タは、太繊維のみからなるセパレータと比べて強度は約
１／５と低い。したがって、電池に組み立てる際、ある
いは電池として使用中に破損する危険性が高い。一方、
太繊維のみからなるセパレータは、比表面積が小さく、
また、繊維間の間隙が大きいため、保液率が小さい。
【００１１】これに対して、太繊維を２００本に１本の
割合で含むセパレータは、細繊維のみからなるセパレー
タと比べて、保液率をほぼ同等に維持しながら、引張強
度を大きくすることができる。この強度の向上により、
特に製造工程における破損の発生率は大きく低減され
る。また、太繊維を１０本に１本の割合で含むセパレー
タは、太繊維のみからなるセパレータと比べて、強度を
ほぼ同等に維持しながら、保液率を向上させることがで
きる。したがって、線径３〜１０μｍのオレフィン樹脂
繊維を主体とし、これに同じくオレフィン樹脂からな
り、線径が２０〜４０μｍの太繊維を１本／２００本〜
１本／１０本の割合で含ませることにより、充分な機械
的強度および高温下での高い保液性を備えたアルカリ蓄
電池用セパレータを得ることができる。
割合で含むセパレータは、細繊維のみからなるセパレー
タと比べて、保液率をほぼ同等に維持しながら、引張強
度を大きくすることができる。この強度の向上により、
特に製造工程における破損の発生率は大きく低減され
る。また、太繊維を１０本に１本の割合で含むセパレー
タは、太繊維のみからなるセパレータと比べて、強度を
ほぼ同等に維持しながら、保液率を向上させることがで
きる。したがって、線径３〜１０μｍのオレフィン樹脂
繊維を主体とし、これに同じくオレフィン樹脂からな
り、線径が２０〜４０μｍの太繊維を１本／２００本〜
１本／１０本の割合で含ませることにより、充分な機械
的強度および高温下での高い保液性を備えたアルカリ蓄
電池用セパレータを得ることができる。
【００１２】太繊維を１００本に１０本の割合で含む不
織布を、濃硫酸中に浸漬し、中和後水洗するスルフォン
化処理を施して得られたセパレータを用いて、以下のよ
うにしてニッケル・水素蓄電池を作製した。正極は、以
下のようにして作製した。まず、芯材としての発泡ニッ
ケルに活物質としての水酸化ニッケル粉末とコバルト酸
化物を主成分としたペーストを調製した。芯材に、この
ペーストを塗布、乾燥し、さらにプレス処理した後、所
定寸法に切断して、正極を得た。負極は、以下のように
して作製した。まず、組成がＭｍＮｉ3.7Ａｌ0.3Ｍｎ0.
4Ｃｏ0.6（Ｍｍ：ミッシュメタル）の水素吸蔵合金粉末
をスチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセル
ロースの水溶液とともに混練してペーストを作製した。
次いで、パンチングメタルにこのペーストを塗着、乾燥
し、さらにプレス処理した後、所定寸法に切断して、負
極を得た。上記のようにして得られた正極および負極
を、セパレータを挟んで交互に積層し、公称電池容量１
００Ａｈの密閉形ニッケル・水素蓄電池を得た。
織布を、濃硫酸中に浸漬し、中和後水洗するスルフォン
化処理を施して得られたセパレータを用いて、以下のよ
うにしてニッケル・水素蓄電池を作製した。正極は、以
下のようにして作製した。まず、芯材としての発泡ニッ
ケルに活物質としての水酸化ニッケル粉末とコバルト酸
化物を主成分としたペーストを調製した。芯材に、この
ペーストを塗布、乾燥し、さらにプレス処理した後、所
定寸法に切断して、正極を得た。負極は、以下のように
して作製した。まず、組成がＭｍＮｉ3.7Ａｌ0.3Ｍｎ0.
4Ｃｏ0.6（Ｍｍ：ミッシュメタル）の水素吸蔵合金粉末
をスチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセル
ロースの水溶液とともに混練してペーストを作製した。
次いで、パンチングメタルにこのペーストを塗着、乾燥
し、さらにプレス処理した後、所定寸法に切断して、負
極を得た。上記のようにして得られた正極および負極
を、セパレータを挟んで交互に積層し、公称電池容量１
００Ａｈの密閉形ニッケル・水素蓄電池を得た。
【００１３】また、比較例として、上記の太繊維のみか
らなる不織布に同様のスルフォン化処理を施したセパレ
ータを用いて、実施例と同様の密閉形ニッケル・水素蓄
電池を作製した（比較例１）。さらに、同じ不織布に、
スルフォン化に代えて、スルホネート系界面活性剤およ
びノニオン系界面活性剤を塗布したセパレータを用い
て、実施例と同様の密閉形ニッケル・水素蓄電池を作製
した（比較例２）。
らなる不織布に同様のスルフォン化処理を施したセパレ
ータを用いて、実施例と同様の密閉形ニッケル・水素蓄
電池を作製した（比較例１）。さらに、同じ不織布に、
スルフォン化に代えて、スルホネート系界面活性剤およ
びノニオン系界面活性剤を塗布したセパレータを用い
て、実施例と同様の密閉形ニッケル・水素蓄電池を作製
した（比較例２）。
【００１４】以上のようにして得られた実施例および比
較例の密閉形ニッケル・水素蓄電池の充放電特性を調べ
た。測定は、環境温度４５℃で、電流０．３ＣｍＡで充
電深度９０％まで充電し、電流０．３ＣｍＡで電圧が１
Ｖに低下するまで放電するサイクルを繰り返して行っ
た。
較例の密閉形ニッケル・水素蓄電池の充放電特性を調べ
た。測定は、環境温度４５℃で、電流０．３ＣｍＡで充
電深度９０％まで充電し、電流０．３ＣｍＡで電圧が１
Ｖに低下するまで放電するサイクルを繰り返して行っ
た。
【００１５】図１に示すように、実施例の電池は、太繊
維のみからなる不織布にスルフォン化処理を施して得ら
れたセパレータを用いた比較例１の電池と比較すると、
セパレータの比表面積が大きく、したがって保液量を大
きくすることができるため、優れたサイクル特性を示
す。また、太繊維のみからなる不織布に界面活性剤処理
を施して得られたセパレータを用いた比較例２の電池と
比べると、サイクル特性は飛躍的に向上する。これは、
比較例２の電池では、セパレータ表面に塗布された界面
活性剤が高温下でセパレータ表面から剥離し、セパレー
タの親水性が低下するのに対して、実施例の電池では、
セパレータは、比表面積が大きいことから高温下でも安
定した親水性を示し、保液性が維持されることによる。
維のみからなる不織布にスルフォン化処理を施して得ら
れたセパレータを用いた比較例１の電池と比較すると、
セパレータの比表面積が大きく、したがって保液量を大
きくすることができるため、優れたサイクル特性を示
す。また、太繊維のみからなる不織布に界面活性剤処理
を施して得られたセパレータを用いた比較例２の電池と
比べると、サイクル特性は飛躍的に向上する。これは、
比較例２の電池では、セパレータ表面に塗布された界面
活性剤が高温下でセパレータ表面から剥離し、セパレー
タの親水性が低下するのに対して、実施例の電池では、
セパレータは、比表面積が大きいことから高温下でも安
定した親水性を示し、保液性が維持されることによる。
【００１６】以上のように、線径の小さい繊維を主体と
し、これに線径の大きい繊維を混合することにより、充
分な機械的強度を有し、かつ比表面積が大きな不織布が
得られる。この不織布にスルフォン化処理を施すことに
より、保液性の高いセパレータが得られる。また、従来
のセパレータと比べてスルフォン化処理の程度を軽くし
ても充分な保液性が得られるため、スルフォン化処理に
よる強度低下を抑制することができる。
し、これに線径の大きい繊維を混合することにより、充
分な機械的強度を有し、かつ比表面積が大きな不織布が
得られる。この不織布にスルフォン化処理を施すことに
より、保液性の高いセパレータが得られる。また、従来
のセパレータと比べてスルフォン化処理の程度を軽くし
ても充分な保液性が得られるため、スルフォン化処理に
よる強度低下を抑制することができる。
【００１７】太繊維と細繊維を混合したセパレータは、
あらかじめ用意された太繊維と細繊維を混合して作製す
るほか、太繊維のみで作製された不織布を公知の方法、
例えば、高圧水流を噴射させて、太繊維を複数の細繊維
に分割する方法によっても得ることができる。
あらかじめ用意された太繊維と細繊維を混合して作製す
るほか、太繊維のみで作製された不織布を公知の方法、
例えば、高圧水流を噴射させて、太繊維を複数の細繊維
に分割する方法によっても得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によると、高温で安定して高い保
液性を示し、さらに機械的強度の優れたセパレータを提
供することができる。このセパレータを用いることによ
り、高温での寿命特性の優れたアルカリ蓄電池を提供す
ることができる。
液性を示し、さらに機械的強度の優れたセパレータを提
供することができる。このセパレータを用いることによ
り、高温での寿命特性の優れたアルカリ蓄電池を提供す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例のアルカリ蓄電池および比較
例のアルカリ蓄電池の充放電サイクルに伴う容量の変化
を示す特性図である。
例のアルカリ蓄電池の充放電サイクルに伴う容量の変化
を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生駒 宗久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 正極板および負極板をセパレータを挟ん
で交互に積層して構成される極板群と、前記極板群を内
部に収容する蓄電池電槽を具備し、前記セパレータが、
線径３〜１０μｍのオレフィン樹脂繊維を主体とし、か
つ線径２０〜４０μｍのオレフィン樹脂繊維を１本／２
００本〜１本／１０本の割合で含む不織布からなるアル
カリ蓄電池。 - 【請求項２】 前記セパレータが表面に導入されたスル
フォン基を有する請求項１記載のアルカリ蓄電池。 - 【請求項３】 前記オレフィン樹脂がポリプロピレンで
ある請求項１記載のアルカリ蓄電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8253301A JPH10106527A (ja) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | アルカリ蓄電池 |
| US08/936,055 US6235430B1 (en) | 1996-09-25 | 1997-09-23 | Alkaline storage battery |
| EP97307478A EP0834939B1 (en) | 1996-09-25 | 1997-09-24 | Alkaline storage battery and separator therefor |
| DE69734754T DE69734754T2 (de) | 1996-09-25 | 1997-09-24 | Alkalische Akkumulator und Separator dafür |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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