JPS6112342B2 - - Google Patents

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JPS6112342B2
JPS6112342B2 JP55174013A JP17401380A JPS6112342B2 JP S6112342 B2 JPS6112342 B2 JP S6112342B2 JP 55174013 A JP55174013 A JP 55174013A JP 17401380 A JP17401380 A JP 17401380A JP S6112342 B2 JPS6112342 B2 JP S6112342B2
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JP
Japan
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nonwoven fabric
fiber
separator
polypropylene
fibers
Prior art date
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Application number
JP55174013A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5796459A (en
Inventor
Seiichi Okamoto
Sadakichi Yamamoto
Junji Kuraki
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP55174013A priority Critical patent/JPS5796459A/ja
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Publication of JPS6112342B2 publication Critical patent/JPS6112342B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/494Tensile strength
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、密閉型アルカリ蓄電池に係り、とく
にそのセパレータの改良に関するものである。 一般に、アルカリ蓄電池用セパレータは、アル
カリ電解液中にあつて、正,負極間に介在され、
両者の接触を防止すると共に、電解液を十分に保
持し、起電反応を円滑に進行させるものでなけれ
ばならない。このため、アルカリ蓄電池用セパレ
ータとしては、耐アルカリ性に富み、電解液保持
能力が大きく、外部衝撃に充分耐えうることが要
求される。とくに密閉型アルカリ蓄電池において
は急速充電性能を確保するためにも、電解液量は
最低必要限に設定されるため、少量の電解液量に
より、充分なイオン伝導性が得られるセパレータ
が必要である。 従来、この種のセパレータとしては、ナイロン
の多孔度、孔容積を大幅に向上させる。界面活
性剤を添加して親水性を向上させる。ナイロン
繊維との混紡、混抄状態としてそれぞれの長所の
みを生かす。等の工夫が行われている。 しかし、の不織布の孔容積を向上させる方法
は不織布の厚みが一定であれば、繊維密度を減少
させるため繊維表面の電解液との接触面積が低下
するため含有される電解液量は見掛上増加する
が、その保持力が小さいため、充放電条件によつ
ては電解液の偏在を生ずると共に、内部シヨート
発生の確率も大となる。 したがつてこの種のセパレータを使用するため
には、ナイロン不織布を用いる場合よりも、電解
液量を少なく規制することが必要であり、必然的
に内部インピーダンスは大となり、寿命性能も劣
化する。の界面活性剤の添加は、初期段階での
新水性、吸液性を向上させるだけであり、本来の
欠点は全く解消できない。のナイロン繊維との
混紡、混抄は長所よりもむしろ両者の欠点が顕在
化する。すなわち、保液性、あるいはポリプロピ
レン繊維を主体とした不織布状のものが一般に用
いられてきた。 (1) このうちナイロン繊維製不織布セパレータは
この種の密閉型アルカリ蓄電池、たとえば、
Ni―Cd蓄電池において最も一般的に用いられ
ていた。その長所としては、ナイロン繊維その
ものの親水性により充分な保液性を有すると共
に電解液含有状態でのガス透過性に優れている
ことがあげられる。しかし、一方では高温にお
ける耐アルカリ性に問題があり、電池寿命劣化
の主因となる欠点を有していた。 (2) 上記のようなナイロン不織布の欠点をカバー
するために、ナイロンよりもより化学的安定性
を広い温度範囲で有するポリプロピレン繊維を
主体とした不織布が一部実用化されつつある。
ポリプロピレン繊維をセパレータ構成材料とす
るとき、ポリプロピレン繊維自体が化学的に安
定であるため、親水性、保液性がナイロンと比
較して大幅に劣化する。 この点をカバーするために、不織布状態で
親水性はポリプロピレン繊維だけの場合に比較
して若干向上するが、化学的安定性はむしろ、
ナイロン繊維に支配され、ポリプロピレンの長
所が全く生かされない。 本発明は、上記のようなポリプロピレン不織布
セパレータの従来の欠点を改良して、長期にわた
り特に高温において安定な寿命性能を得るもので
ある。 すなわち、ポリプロピレン繊維を用いた不織布
において、ナイロン繊維不織布と同等の保液性を
有すると共に、長期にわたり電池寿命性能を確保
したものである。 具体的には、繊維径と保液能力、吸液速度との
関係から、用いるポリプロピレン繊維の最適繊維
径を設定すると共に、繊維密度を特に減少させる
必要のない構造、すなわち従来の繊維が不規則に
並んだ不織布構造に加えて繊維がほぼ一定方向に
配列された第2の不織布層を付加して一体化した
多層構造としたものである。 以下、実施例に基づき本発明を説明する。 繊維径が1.0〜1.5デニール、繊維長さが5〜10
mmのポリプロピレン繊維Aを用い、50g/m2の繊
維密度で厚み0.20mmの第1図に示す不規則な不織
布1とし、ついで上記Aと同一繊維径で繊維長さ
が20〜30mmのポリプロピレン繊維Bを繊維がほぼ
一定方向に配列され、20g/m2の繊維密度をもつ
不識布1′を、前記不織布1の片面にその長さ方
向と繊維Bの配列方向とが平行となるように連続
的に射出圧着して0.22mmの第2図に示す多層セパ
レータ2とする。 このセパレータ2の保液性を測定した結果、次
表に示すように、従来のナイロン不織布と全く同
様であつた。
【表】 なお、前表において、ナイロン繊維不織布は、
繊維径2〜3デニール、繊維長さ5〜10mmのもの
であり、ポリプロピレン繊維との間に比重差があ
るため、同一多孔度に設定するために繊維密度を
大としている。 また従来のポリプロピレン繊維不織布は、繊維
径2〜3デニール、繊維長さ5〜10mmのもので、
ナイロン不織布と同一の厚み、多孔度にしたもの
である。 この表より明らかなように本発明品は、ナイロ
ン繊維不織布と同水準の保液性を有するものであ
り、従来のポリプロピレン不織布に比較すると極
めて優れたものである。 本発明品のセパレータとして良好な保液性の理
由は次のように考えられる。 すなわち、この種の不織布セパレータの保液性
は繊維間の電気毛細管作用に支配され、具体的に
は、繊維の太さと、繊維密度により決定される。 そこで、繊維密度、多孔度を一定として繊維径
をかえた場合、第3図に示すように、1.5〜2.0デ
ニールの間に大きな変曲点が存在することを実験
的に確認した。 一方、引張り強度に関しては第4図に示す如く
繊維径を細くすると引張強度が低下し、1.0〜1.5
デニールの繊維径では実線1の如く実用上問題と
なる。 Ni―Cd蓄電池においてはセパレータを正,負
極間に介在させて渦巻状に巻回するため、セパレ
ータの強度としては極板群巻回方向での強度が必
要である。そこで、第3図に示す保液性を繊維し
つつ、繊維径2〜3デニール相当の引張強度を確
保するために、前記不織布に、極板群の巻回方向
と平方(セパレータとしては帯状の長手方向)に
配列されたポリプロピレンの長繊維を圧着してや
ると、第4図の破線2で示すように、一方向の強
度が向上する。この時の保液性は第3図の保液率
を維持している。 このように繊維密度は増加させても、ほぼ一定
方向に配列された長繊維からなり、しかも低繊維
密度の不織布を併用すれば、保液能力は低下しな
いことが確認された。繊維密度と保液性との関係
は第5図に示すようにAのポリプロピレン繊維不
織布の場合、50g/m2を変曲点として変化する。
この繊維密度50g/m2のポリプロピレン繊維Aよ
りなる不織布に、ポリプロピレン繊維Bによる不
織布を繊維密度25g/m2〜5g/m2の割合で圧着
し、総繊維密度75g/m2の不織布とする。 第6図から明らかなようにポリプロピレン繊維
Aのみで繊維密度75g/m2とした第1の不織布に
比べて第2の不織布の保液率は平坦性を帯びて高
く、5〜25g/m2の繊維密度において約100%の
保液率が向上し、1.0〜1.5デニールの最適繊維径
による保液性は第1の不織布の場合は50g/m2
繊維密度でえられるが、第1、第2の不織布を一
体化した場合75g/m2の繊維密度においてもそれ
が繊維されている。 この理由は明確ではないが、縦横の繊維の相互
作用が第2の不織布表面層には存在しないため、
一方向に配列された繊維間の毛管作用がきわめて
大であると考えられる。 この本発明のセパレータを水酸化第1ニツケル
Ni(OH)2を主体とした正極板と酸化カドミウム
を主体とした負極板との間に介在させて渦巻状に
巻回して、容量1.8Ahの密閉型Ni―Cd蓄電池とし
た。この電池をナイロン不織布セパレータを用い
た電池ロ及びポリプロピレン不織布セパレータを
用いた電池ハとともに周囲温度70℃において充電
は0.1Cで16時間、放電は1Cの電流としてサイク
ル寿命試験を実施した結果、第7図の如く良好な
結果が得られた。 なお、本発明におけるセパレータでは第2のポ
リプロピレン繊維不織布は第1のポリプロピレン
繊維不織布と圧着により一体化する場合、巻回時
に外側に位置するよう配置するのが好ましく、内
外両面に一体化させれば表裏の区別を要しなく、
保液性を向上させることができる。また第1の不
織布のポリプロピレン繊維長に対し第2の不織布
のそれは2〜6倍としたが、本発明者の検討によ
れば1〜10倍が好適であつた。 さらに第1、第2の両不織布の圧着一体化の際
の重量比率は2:1〜10:1がよく、セパレータ
としての引張強度を向上させる第2の不織布の重
量は少ない方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例で用いたセパレータの
第1のポリプロピレン繊維不織布の略図、第2図
は第1の不織布の片面に第2の不織布を圧着した
略図、第3図はポリプロピレン繊維径と保液率と
の関係を示す図、第4図は同繊維径と引張強度と
の関係を示す図、第5図は第1のポリプロピレン
繊維不織布の繊維密度と保液率との関係を示す
図、第6図は第2のポリプロピレン繊維不織布と
保液率との関係を示す図、第7図は本発明の実施
例における密閉型Ni―Cd蓄電池のサイクル寿命
を示す図である。 A,B……ポリプロピレン繊維、1……第1の
不織布、1′……第2の不織布、2……多層セパ
レータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 正,負極間に帯状のセパレータを介在して渦
    巻状に巻回した極板群を有する密閉型アルカリ蓄
    電池において、前記セパレータは1.0〜1.5デニー
    ル程度の繊維径を有したポリプロピレン繊維が不
    規則に並んだ第1の不織布と、前記第1の不織布
    と同じ繊維径を有し、かつ繊維長を1〜10倍とし
    たポリプロピレン繊維をほぼ一定方向に配列させ
    た第2の不織布とからなり、この第2の不織布を
    前記極板群の巻回方向と繊維の配列方向とが平行
    となるように第1の不織布の少なくとも片面に圧
    着したことを特徴とする密閉型アルカリ蓄電池。 2 前記セパレータはその第1の不織布と第2の
    不織布の重量比率を2:1〜10:1としたもので
    ある特許請求の範囲第1項に記載の密閉型アルカ
    リ蓄電池。 3 前記セパレータは第2の不織布が渦巻状巻回
    時に第1の不織布の外側に位置するように第1の
    不織布に圧着されている特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項に記載の密閉型アルカリ蓄電池。
JP55174013A 1980-12-09 1980-12-09 Enclosed alkaline storage battery Granted JPS5796459A (en)

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