JP2000123817A - アルカリ二次電池 - Google Patents

アルカリ二次電池

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JP2000123817A
JP2000123817A JP10293584A JP29358498A JP2000123817A JP 2000123817 A JP2000123817 A JP 2000123817A JP 10293584 A JP10293584 A JP 10293584A JP 29358498 A JP29358498 A JP 29358498A JP 2000123817 A JP2000123817 A JP 2000123817A
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JP
Japan
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separator
secondary battery
alkaline secondary
electrode
positive electrode
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JP10293584A
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English (en)
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Masaki Asano
将紀 浅野
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FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極群内での短絡発生を抑制ないし防止した
高信頼性アルカリ二次電池を提供する。 【解決手段】 引き裂き強度が200gf[mN]以上
の合成樹脂製シートからなるセパレータを具備したこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ二次電池
関し、特にセパレータを改良したアルカリ二次電池に係
わる。
【0002】
【従来の技術】アルカリ二次電池は、一般に電池外装缶
(容器)内に正極と負極の間にセパレータを介在して渦
巻き状に捲回した電極群を収納し、密封した構造を有す
る。例えばアルカリ二次電池の一種であるニッケル水素
二次電池は、次のような方法により製造される。まず、
ニッケル繊維、発泡ニッケル等の三次元基板からなる集
電体に水酸化ニッケル粉末などの活物質を担持させた正
極と、ニッケル製ネット、パンチドメタル等の集電体に
水素吸蔵合金粉末を担持させた負極との間に親水化処理
を施したポリオレフィン繊維製不織布からなるセパレー
タを介在させながら渦巻き状に捲回することにより電極
群を作製する。つづいて、この電極群を容器内に収納
し、アルカリ電解液を前記容器内に注入し、さらに前記
電極群と外部端子との接続を行なった後、前記容器の開
口部を封口することによりニッケル水素二次電池を製造
する。
【0003】ところで、近年、アルカリ二次電池の高容
量化の要請から前記電極群を構成する正負極の捲回数を
増大させたり、正負極自体の厚さを増大させたりするこ
とが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たように高容量化を進めると前記電極群を前記容器内に
収納した際、前記電極群に加わる緊縛度が上昇する。そ
の結果、前記電極群は強い圧迫が加わり、捲回により生
じた正負極を構成する集電体のバリがそれら正負極間に
介在したセパレータを突き破ってない部短絡を生じる。
また、前記アルカリ二次電池を構成する電極群の多くは
充放電の繰り返しにともなって膨張・収縮を生じるた
め、前記内部短絡が助長される。
【0005】本発明は、電極群内での短絡発生を抑制な
いし防止した高信頼性アルカリ二次電池を提供しようと
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるアルカリ
二次電池は、引き裂き強度が200gf[mN]以上の
合成樹脂製シートからなるセパレータを具備したことを
特徴とするものである。
【0007】前記合成樹脂製シートは親水化処理を施し
たポリオレフィン繊維製不織布であることことが好まし
い。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるアルカリ二
次電池(例えば円筒形ニッケル水素二次電池)を図1を
参照して説明する。
【0009】有底円筒状の容器1内には、正極2とセパ
レータ3と負極4とを積層してスパイラル状に捲回する
ことにより作製された電極群5が収納されている。前記
負極4は、前記電極群5の最外周に配置されて前記容器
1と電気的に接触している。アルカリ電解液は、前記容
器1内に収容されている。中央に孔6を有する封口板7
は、前記容器1の上部開口部に配置されている。リング
状の絶縁性ガスケット8は、前記封口板7の周縁と前記
容器1の上部開口部内面の間に配置され、前記上部開口
部を内側に縮径するカシメ加工により前記容器1に前記
封口板7を前記ガスケット8を介して気密に固定してい
る。正極リード9は、一端が前記正極2に接続、他端が
前記封口板7の下面に接続されている。帽子形状をなす
正極端子10は、前記封口板7上に前記孔6を覆うよう
に取り付けられている。ゴム製の安全弁11は、前記封
口板7と前記正極端子10で囲まれた空間内に前記孔6
を塞ぐように配置されている。中央に穴を有する絶縁材
料からなる円形の押え板12は、前記正極端子10上に
前記正極端子10の突起部がその押え板12の前記穴か
ら突出されるように配置されている。外装チューブ13
は、前記押え板12の周縁、前記容器1の側面及び前記
容器1の底部周縁を被覆している。
【0010】次に、前記正極2、負極4、セパレータ3
および電解液について説明する。
【0011】1)正極2 この正極2は、例えば活物質である水酸化ニッケル粉末
と、導電材料と、高分子結着剤とを水と共に混練してペ
ーストを調製し、このペーストを集電体に塗布または充
填し、乾燥した後、成形することにより作製される。
【0012】前記水酸化ニッケル粒子は、水酸化ニッケ
ル単体でも、CoやZn等の異種元素を共沈したもので
もよい。
【0013】前記導電材料としては、例えばコバルト酸
化物、コバルト水酸化物等を挙げることができる。
【0014】前記高分子結着剤としては、例えばカルボ
キシメチルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリ
ル酸ナトリウム、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げ
ることができる。
【0015】前記集電体としては、例えばニッケル、ス
テンレスまたはニッケルメッキが施された金属から形成
された網状等の導電性二次元基板、またはスポンジ状、
繊維状、もしくはフェルト状の金属多孔体等の導電性三
次元基板を挙げることができる。
【0016】2)負極4 この負極4は、例えば水素吸蔵合金粉末に導電材を添加
し、高分子結着剤および水と共に混練してペーストを調
製し、このペーストを集電体に充填し、乾燥した後、成
形することにより製造される。
【0017】前記水素吸蔵合金としては、格別制限され
るものではなく、電解液中で電気化学的に発生させた水
素を吸蔵でき、かつ放電時にその吸蔵水素を容易に放出
できるものであればよい。この水素吸蔵合金としては、
例えばLaNi5 、MmNi5 (Mm;ミッシュメタ
ル)、LmNi5 (Lm;ランタン富化したミッシュメ
タル)、またはこれらのNiの一部をAl、Mn、C
o、Ti、Cu、Zn、Zr、Cr、Bのような元素で
置換した多元素系のもの、もしくはTiNi系、TiF
e系のものを挙げることができる。中でも、一般式Lm
Nix Mny z (ただし、AはAl,Coから選ばれ
る少なくとも一種の金属、原子比x,y,zはその合計
値が4.8≦x+y+z≦5.4を示す)で表されるも
のを用いることが好ましい。
【0018】前記高分子結着剤としては、前記正極2で
用いたものと同様なものを挙げることができる。
【0019】前記導電材としては、例えばカーボンブラ
ック等を用いることができる。
【0020】前記集電体としては、パンチドメタル、エ
キスパンデッドメタル、穿孔剛板、ニッケルネットなど
の導電性二次元基板や、フェルト状金属多孔体や、スポ
ンジ状金属基板などの導電性三次元基板を挙げることが
できる。
【0021】3)セパレータ3 このセパレータ3は、引き裂き強度が200gf[m
N]以上の合成樹脂製シートからなる。ここで、引き裂
き強度はJIS P 8116に準じて測定される。
【0022】前記セパレータ3は、十分な親水性と通気
性を持つ絶縁体であれば、特にその材料に制限されない
が、ニッケル水素二次電池の諸特性を向上させる観点か
ら、ポリオレフィン繊維からなるシート状物から形成さ
れることが好ましい。
【0023】前記ポリオレフィン繊維としては、ポリオ
レフィン単一繊維、ポリオレフィン繊維からなる芯材表
面に前記ポリオレフィン繊維とは異なるポリオレフィン
繊維が被覆された芯鞘構造の複合繊維、互いに異なるポ
リオレフィン繊維同士が円形に接合された分割構造の複
合繊維等を挙げることができる。前記ポリオレフィンと
しては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどを挙
げることができる。
【0024】前記ポリオレフィン繊維を含むシート状物
としては、例えば前述したポリオレフィン系合成樹脂繊
維からなる不織布、同繊維からなる織布もしくはこれら
不織布および織布で複合化された複合シートを挙げるこ
とができる。前記不織布は、例えば乾式法、湿式法、ス
パンボンド法、メルトブロー法等によって作製される。
前記ポリオレフィン繊維の平均繊維径は、機械的強度、
正極と負極の間のショート防止の観点から1〜20μm
にすることが好ましい。
【0025】前記セパレータ3には、親水性を発現する
ために前記ポリオレフィン繊維の表面に親水基を持つ共
重合体、例えばエチルビニルアルコール共重合体などで
被覆した構造のものや前記シート状物に親水基を持つビ
ニルモノマーをグラフト共重合したものが好ましい。こ
こで、親水基を持つビニルモノマーとしては、例えばア
クリル酸、メタクリル酸、前記アクリル酸や前記メタク
リル酸のエステル類、ビニルピリジン、スチレンスルホ
ン酸、スチレンなどの直接に酸または塩基と反応して塩
を生成する官能基を有するもの、もしくはグラフト共重
合させた後に加水分解して塩を生成し得る官能基を有す
るもの等を挙げることができる。前記ビニルモノマーの
中でアクリル酸が好適である。
【0026】4)アルカリ電解液 このアルカリ電解液としては、例えば水酸化ナトリウム
(NaOH)と水酸化リチウム(LiOH)の混合液、
水酸化カリウム(KOH)とLiOHの混合液、KOH
とLiOHとNaOHの混合液等を用いることができ
る。特に、KOH水溶液にNaOH水溶液やLiOH水
溶液を混合した電解液が好ましい。
【0027】以上説明した本発明に係るアルカリ二次電
池は、引き裂き強度が200gf[mN]以上の合成樹
脂製シートからなるセパレータを備えることによって、
正負極間にこのセパレータが介在されて捲回する際、前
記正極および負極の少なくとも一方にバリが生じても、
前記セパレータを突き破って短絡するのを抑制ないし防
止することができる。
【0028】また、充放電の繰り返しにともなう電極群
の膨張・収縮に起因する内部短絡を前記所定の引き裂き
強度を有するセパレータにより抑制ないし防止すること
ができる。
【0029】したがって、本発明によれば高信頼性のア
ルカリ二次電池を提供できる。特に、活物質の充填率を
向上できるものの、捲回時にバリが発生しやすい導電性
三次元基板を備えるアルカリ二次電池において、前記所
定の引き裂き強度を有するセパレータの使用は有効であ
る。
【0030】また、前記合成樹脂製シートとして親水化
処理を施したポリオレフィン繊維製不織布を用いること
によって、セパレータでの電解液の保持性を高めること
ができるため、充放電サイクル寿命の長いアルカリ二次
電池を得ることが可能になる。
【0031】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を前述した図
1を参照して詳細に説明する。
【0032】(実施例1〜3,比較例1,2) <正極の作製>水酸化ニッケル粒子90重量部および一
酸化コバルト粉末10重量部からなる混合粉体に、カル
ボキシメチルセルロース0.3重量部、ポリアクリル酸
ナトリウム0.175重量部、ポリテトラフルオロエチ
レンのディスパージョン0.2重量部添加し、これらに
純水を45重量部添加して混練することによりペースト
を調製した。つづいて、このペーストをニッケル繊維基
板内に充填した後、乾燥し、所定の厚さにローラプレス
することによりペースト式正極を作製した。
【0033】<ペースト式負極の作製>LmNi4.0
0.4 Mn0.3 Al0.3 (ただし、Lmはランタン富化
したミッシュメタル)の組成からなる水素吸蔵合金粉末
100重量部に対してポリアクリル酸ナトリウム0.5
重量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)0.1
25重量部、ポリテトラフルオロエチレン1.0重量部
およびカーボン粉末1.0重量部を水50重量部と共に
混合することによって、ペーストを調製した。このペー
ストをパンチドメタルに塗布、乾燥した後、加圧成型す
ることによってペースト式負極を作製した。
【0034】<セパレータの作製>目付け量が48g/
2 、厚さ0.16mmのポリプロピレン製不織布にア
クリル酸モノマーをグラフト共重合させて親水化処理
し、引き裂き強度が100gf[mN],150gf
[mN],200gf[mN],500gf[mN]お
よび1000gf[mN]の5種のセパレータを作製し
た。なお、セパレータの引き裂き強度はJIS P 8
116(紙および板紙の引き裂き強さ試験方法)に従
い、エルメンドルフ引き裂き試験機(熊谷理機工業社
製)を用いて測定した。
【0035】次いで、前記各セパレータを前記負極と前
記正極との間に介装し、渦巻状に捲回して5種の電極群
をそれぞれ100個作製した。
【0036】得られた各電極群を内径16.1mmの有
底円筒状金属製容器内にそれぞれ収納した後、絶縁抵抗
計を用いて正極および負極のバリに起因する短絡数を測
定した。その結果を下記表1に示す。
【0037】
【表1】
【0038】前記表1から明らかなように引き裂き強度
が200gf[mN]以上のセパレータを正負極間に介
在して渦巻き状の捲回した実施例1〜3の電極群は、有
底円筒状金属製容器内に収納した試験において正極また
は負極のバリに起因する短絡発生数が極めて低く、高い
信頼性を有することがわかる。これにに対し、引き裂き
強度が200gf[mN]未満のセパレータを正負極間
に介在して渦巻き状の捲回した比較例1,2の電極群
は、有底円筒状金属製容器内に収納した試験において正
極または負極のバリに起因して短絡発生数20〜30%
と高くなることがわかる。
【0039】次に、前記試験で正常な電極群が収納され
た有底円筒状金属製容器内に7NのKOHおよび1Nの
NaOHからなる電解液を収容、蓋体等を取り付けて前
述した図1に示す構造を有する容量4000mAh、4
/3Aサイズの円筒形ニッケル水素二次電池を組み立て
た。
【0040】得られた実施例1〜3および比較例1,2
の二次電池にいて、初期活性を行なった後、1CmAで
150%充電した後、1CmAで電池電圧1.0Vに達
するまで放電する充放電を50回繰り返した。充放電サ
イクル試験中に、前記電極群中の正極または負極に生じ
たバリに起因する短絡数を測定した。その結果を下記表
2に示す。
【0041】
【表2】
【0042】前記表2から明らかなように引き裂き強度
が200gf[mN]以上のセパレータを正負極間に介
在して渦巻き状の捲回した電極群を備えた実施例1〜3
の二次電池は充放電時の正極または負極の膨張・収縮と
バリに起因する短絡発生数が極めて低く、高い信頼性を
有することがわかる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
極群を作製するために正負極間にセパレータを介在して
捲回した際、正極または負極のバリに起因するの電極群
内での短絡発生を抑制ないし防止できる高信頼性アルカ
リ二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるアルカリ二次電池の一例である
円筒状ニッケル水素二次電池を示す斜視図。
【符号の説明】
1…容器、 2…正極、 3…セパレータ、 4…負極、 7…封口板、 8…絶縁ガスケット。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 引き裂き強度が200gf[mN]以上
    の合成樹脂製シートからなるセパレータを具備したこと
    を特徴とするアルカリ二次電池。
  2. 【請求項2】 前記合成樹脂製シートは親水化処理を施
    したポリオレフィン繊維製不織布であることを特徴とす
    る請求項1記載のアルカリ二次電池。
JP10293584A 1998-10-15 1998-10-15 アルカリ二次電池 Pending JP2000123817A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018078710A1 (ja) * 2016-10-24 2018-05-03 住友化学株式会社 セパレータ、およびセパレータを含む二次電池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018078710A1 (ja) * 2016-10-24 2018-05-03 住友化学株式会社 セパレータ、およびセパレータを含む二次電池

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