JP2000268800A - アルカリ二次電池 - Google Patents
アルカリ二次電池Info
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 充放電サイクルの進行に伴う内圧上昇が抑制
され、充放電サイクル寿命が向上されたアルカリ二次電
池を提供する。 【解決手段】 正極2と負極4の間にセパレータ3が介
在された構造の電極群5を具備し、前記セパレータ3
は、30体積%以上のシンジオタクチックポリプロピレ
ン繊維を含むと共に、JIS P−8117−1980
に規定されるガーレー法で測定した通気度が0.5se
c/100cc〜10sec/100ccであることを
特徴とする。
され、充放電サイクル寿命が向上されたアルカリ二次電
池を提供する。 【解決手段】 正極2と負極4の間にセパレータ3が介
在された構造の電極群5を具備し、前記セパレータ3
は、30体積%以上のシンジオタクチックポリプロピレ
ン繊維を含むと共に、JIS P−8117−1980
に規定されるガーレー法で測定した通気度が0.5se
c/100cc〜10sec/100ccであることを
特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セパレータを改良
したアルカリ二次電池に関する。
したアルカリ二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】アルカリ二次電池としては、ニッケルカ
ドミウム二次電池や、ニッケル水素二次電池が知られて
いる。近年のPC(パーソナルコンピュータ)や携帯電
話の普及により高容量電池の要求が高まっていること
と、環境問題から、アルカリ二次電池としてはニッケル
水素二次電池が主流になってきている。
ドミウム二次電池や、ニッケル水素二次電池が知られて
いる。近年のPC(パーソナルコンピュータ)や携帯電
話の普及により高容量電池の要求が高まっていること
と、環境問題から、アルカリ二次電池としてはニッケル
水素二次電池が主流になってきている。
【0003】ニッケル水素二次電池は、水酸化ニッケル
を含む正極と水素吸蔵合金を含む負極との間にセパレー
タが介在された構造の電極群及びアルカリ電解液が容器
内に収納された構造を有する。前記セパレータとして
は、ポリアミドやポリオレフィン等の合成繊維からなる
不織布が用いられている。
を含む正極と水素吸蔵合金を含む負極との間にセパレー
タが介在された構造の電極群及びアルカリ電解液が容器
内に収納された構造を有する。前記セパレータとして
は、ポリアミドやポリオレフィン等の合成繊維からなる
不織布が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このニ
ッケル水素二次電池において高容量化のために前記電極
群の容積を大きくすると、前記電極群の緊縛度が高くな
るため、前記セパレータが圧縮されて空隙率が減少す
る。その結果、過充電時に正極から発生した酸素ガスが
セパレータをほとんど透過できなくなるため、酸素ガス
を負極において完全に消費することができず、充放電サ
イクルの進行に伴って内圧が上昇するという問題点を生
じる。また、圧縮により空隙率が減少したセパレータ
は、アルカリ電解液の保持量が少なくなるため、充放電
サイクルの進行に伴ってセパレータ中の電解液が正負極
に移動すると電解液が枯渇し、充放電サイクル寿命の低
下を招く。
ッケル水素二次電池において高容量化のために前記電極
群の容積を大きくすると、前記電極群の緊縛度が高くな
るため、前記セパレータが圧縮されて空隙率が減少す
る。その結果、過充電時に正極から発生した酸素ガスが
セパレータをほとんど透過できなくなるため、酸素ガス
を負極において完全に消費することができず、充放電サ
イクルの進行に伴って内圧が上昇するという問題点を生
じる。また、圧縮により空隙率が減少したセパレータ
は、アルカリ電解液の保持量が少なくなるため、充放電
サイクルの進行に伴ってセパレータ中の電解液が正負極
に移動すると電解液が枯渇し、充放電サイクル寿命の低
下を招く。
【0005】本発明は、充放電サイクルの進行に伴う内
圧上昇が抑制され、充放電サイクル寿命が向上されたア
ルカリ二次電池を提供しようとするものである。
圧上昇が抑制され、充放電サイクル寿命が向上されたア
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、正極と負極の間にセパレータが介在された
構造の電極群を具備し、前記セパレータは、30体積%
以上のシンジオタクチックポリプロピレン繊維を含むと
共に、JIS P−8117−1980に規定されるガ
ーレー法で測定した通気度が0.5sec/100cc
〜10sec/100ccであることを特徴とするもの
である。
二次電池は、正極と負極の間にセパレータが介在された
構造の電極群を具備し、前記セパレータは、30体積%
以上のシンジオタクチックポリプロピレン繊維を含むと
共に、JIS P−8117−1980に規定されるガ
ーレー法で測定した通気度が0.5sec/100cc
〜10sec/100ccであることを特徴とするもの
である。
【0007】
【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、円筒形アルカリ二次電池)を図1を参
照して説明する。
次電池(例えば、円筒形アルカリ二次電池)を図1を参
照して説明する。
【0008】図1に示すように、有底円筒状の容器1内
には、正極2と負極4をその間にセパレータ3を介在し
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を有する円形の第1の封口板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。
には、正極2と負極4をその間にセパレータ3を介在し
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を有する円形の第1の封口板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。
【0009】次に、前記正極2、負極4、セパレータ3
およびアルカリ電解液について説明する。
およびアルカリ電解液について説明する。
【0010】1)正極2 この正極2は、活物質である水酸化ニッケル粒子、導電
材料および結着剤を含む正極材料が導電性基板に担持さ
れた構造を有する。
材料および結着剤を含む正極材料が導電性基板に担持さ
れた構造を有する。
【0011】前記水酸化ニッケル粒子としては、例えば
単一の水酸化ニッケル粒子、または亜鉛、コバルト、ビ
スマス、銅のような金属を金属ニッケルと共に共沈され
た水酸化ニッケル粒子を用いることができる。特に、後
者の水酸化ニッケル粒子を含む正極は、高温状態におけ
る充電効率をより一層向上することが可能になる。
単一の水酸化ニッケル粒子、または亜鉛、コバルト、ビ
スマス、銅のような金属を金属ニッケルと共に共沈され
た水酸化ニッケル粒子を用いることができる。特に、後
者の水酸化ニッケル粒子を含む正極は、高温状態におけ
る充電効率をより一層向上することが可能になる。
【0012】前記導電材料としては、例えば金属コバル
ト、三酸化コバルト(Co2 O3 )や、一酸化コバルト
(CoO)などのコバルト酸化物、水酸化コバルト(C
o(OH)2 )のようなコバルト水酸化物等を挙げるこ
とができる。
ト、三酸化コバルト(Co2 O3 )や、一酸化コバルト
(CoO)などのコバルト酸化物、水酸化コバルト(C
o(OH)2 )のようなコバルト水酸化物等を挙げるこ
とができる。
【0013】前記結着剤としては、例えば、ポリテトラ
フルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、スチレ
ンブタジエンゴム(SBR)等の疎水性ポリマー、カル
ボキシルメチルセルロース(CMC)、メチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルシメチルセルロース(HPM
C)、ポリアクリル酸ナトリウム(SPA)、ポリビニ
ルアルコール(PVA)等の親水性ポリマー:等を挙げ
ることができる。前記結着剤としては、前述したポリマ
ーから選ばれる2種又は、3種以上を用いることができ
る。なお、前記ポリテトラフルオロエチレンはディスパ
ージョンの形態で用いることができる。
フルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、スチレ
ンブタジエンゴム(SBR)等の疎水性ポリマー、カル
ボキシルメチルセルロース(CMC)、メチルセルロー
ス、ヒドロキシプロピルシメチルセルロース(HPM
C)、ポリアクリル酸ナトリウム(SPA)、ポリビニ
ルアルコール(PVA)等の親水性ポリマー:等を挙げ
ることができる。前記結着剤としては、前述したポリマ
ーから選ばれる2種又は、3種以上を用いることができ
る。なお、前記ポリテトラフルオロエチレンはディスパ
ージョンの形態で用いることができる。
【0014】前記導電性基板としては、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樹脂な
どから形成された網状、スポンジ状、繊維状、もしくは
フェルト状の多孔質構造を有するもの等を挙げることが
できる。
ル、ステンレスまたはニッケルメッキが施された樹脂な
どから形成された網状、スポンジ状、繊維状、もしくは
フェルト状の多孔質構造を有するもの等を挙げることが
できる。
【0015】この正極2は、例えば活物質である水酸化
ニッケル粒子に導電材料を添加し、結着剤および水と共
に混練してペーストを調製し、このペーストを導電性基
板に充填し、乾燥した後、加圧成形することにより作製
される。
ニッケル粒子に導電材料を添加し、結着剤および水と共
に混練してペーストを調製し、このペーストを導電性基
板に充填し、乾燥した後、加圧成形することにより作製
される。
【0016】2)負極4 前記負極4は、水素吸蔵合金、導電材及び結着剤を含む
負極材料が導電性基板に充填された構造を有する。
負極材料が導電性基板に充填された構造を有する。
【0017】前記水素吸蔵合金としては、例えば、La
Ni5 、MmNi5 (Mmはミッシュメタル)、LmN
i5 (LmはLa富化したミッシュメタル)、これら合
金のNiの一部を少なくともAl及びMnで置換した多
元素系のものを挙げることができる。前述した多元素系
の水素吸蔵合金は、Niの置換元素としてAl及びMn
の他に、Co、Ti、Cu、Zn、Zr、Cr及びBか
ら選ばれる少なくとも1種の元素を含んでいても良い。
中でも、一般式LnNiw Cox Aly Mnz(ただ
し、Lnは希土類元素、原子比w、x,y,zはそれぞ
れ3.30≦w≦4.50、0.50≦x≦1.10、
0.20≦y≦0.50、0.05≦z≦0.20で、
かつその合計値が4.90≦w+x+y+z≦5.50
を示す)で表されるものを用いることが好ましい。
Ni5 、MmNi5 (Mmはミッシュメタル)、LmN
i5 (LmはLa富化したミッシュメタル)、これら合
金のNiの一部を少なくともAl及びMnで置換した多
元素系のものを挙げることができる。前述した多元素系
の水素吸蔵合金は、Niの置換元素としてAl及びMn
の他に、Co、Ti、Cu、Zn、Zr、Cr及びBか
ら選ばれる少なくとも1種の元素を含んでいても良い。
中でも、一般式LnNiw Cox Aly Mnz(ただ
し、Lnは希土類元素、原子比w、x,y,zはそれぞ
れ3.30≦w≦4.50、0.50≦x≦1.10、
0.20≦y≦0.50、0.05≦z≦0.20で、
かつその合計値が4.90≦w+x+y+z≦5.50
を示す)で表されるものを用いることが好ましい。
【0018】前記導電材としては、例えばカーボンブラ
ック、黒鉛等を用いることができる。
ック、黒鉛等を用いることができる。
【0019】前記結着剤としては、前述した正極で説明
したのと同様な種類のものの中から選ばれる1種以上を
用いることができる。
したのと同様な種類のものの中から選ばれる1種以上を
用いることができる。
【0020】前記導電性基板としては、パンチドメタ
ル、エキスパンデッドメタル、金網などの二次元基板
や、フェルト状金属多孔体や、スポンジ状金属多孔体な
どの三次元基板を挙げることができる。
ル、エキスパンデッドメタル、金網などの二次元基板
や、フェルト状金属多孔体や、スポンジ状金属多孔体な
どの三次元基板を挙げることができる。
【0021】前記負極4は、例えば、以下の(1)、
(2)に説明する方法により作製することができる。
(2)に説明する方法により作製することができる。
【0022】(1)前記水素吸蔵合金の粉末に導電材を
添加し、結着剤および水と共に混練してペーストを調製
し、このペーストを導電性基板に充填し、乾燥した後、
加圧成形することにより製造される。
添加し、結着剤および水と共に混練してペーストを調製
し、このペーストを導電性基板に充填し、乾燥した後、
加圧成形することにより製造される。
【0023】(2)前記水素吸蔵合金の粉末に導電材及
び結着剤を添加し、混練してシート化し、得られたシー
トを導電性基板に積層することにより製造される。
び結着剤を添加し、混練してシート化し、得られたシー
トを導電性基板に積層することにより製造される。
【0024】前記負極4としては、前述したペースト式
水素吸蔵合金負極や、ドライ式水素吸蔵合金負極の代わ
りに焼結式水素吸蔵合金負極を用いることができる。
水素吸蔵合金負極や、ドライ式水素吸蔵合金負極の代わ
りに焼結式水素吸蔵合金負極を用いることができる。
【0025】3)セパレータ3 このセパレータ3は、JIS P−8117−1980
に規定されるガーレー法で測定した通気度が0.5se
c/100cc〜10sec/100ccで、かつ30
体積%以上のシンジオタクチックポリプロピレン繊維を
含むシートである。
に規定されるガーレー法で測定した通気度が0.5se
c/100cc〜10sec/100ccで、かつ30
体積%以上のシンジオタクチックポリプロピレン繊維を
含むシートである。
【0026】ここで、シンジオタクチックポリプロピレ
ン繊維とは、立体異性体であるシンジオタクチック成分
の含有率が90%以上のポリプロピレン繊維を意味す
る。
ン繊維とは、立体異性体であるシンジオタクチック成分
の含有率が90%以上のポリプロピレン繊維を意味す
る。
【0027】前記シンジオタクチックポリプロピレン繊
維は、アタクチックポリプロピレン繊維やアイソタクチ
ックポリプロピレン繊維のような他の立体配列を有する
ポリプロピレン繊維に比べて弾力性及び圧縮強度に優れ
る。前記シンジオタクチックポリプロピレン繊維の含有
量を30体積%未満にすると、セパレータの圧縮強度及
び弾性力を高めることが困難になるため、優れた内圧特
性及びサイクル特性が得られなくなる。前記シンジオタ
クチックポリプロピレン繊維の含有量は、95体積%以
上にすることがより好ましい。
維は、アタクチックポリプロピレン繊維やアイソタクチ
ックポリプロピレン繊維のような他の立体配列を有する
ポリプロピレン繊維に比べて弾力性及び圧縮強度に優れ
る。前記シンジオタクチックポリプロピレン繊維の含有
量を30体積%未満にすると、セパレータの圧縮強度及
び弾性力を高めることが困難になるため、優れた内圧特
性及びサイクル特性が得られなくなる。前記シンジオタ
クチックポリプロピレン繊維の含有量は、95体積%以
上にすることがより好ましい。
【0028】前記シンジオタクチックポリプロピレン繊
維の平均繊維径は、0.5〜20μmの範囲にすること
が好ましい。これは次のような理由によるものである。
平均繊維径を0.5μm未満にすると、セパレータの通
気度が前述した範囲から外れる恐れがある。また、この
ような細い平均繊維径を持つ繊維を現在の技術で作製す
るのはやや困難である。一方、平均繊維径が20μmを
越えると、二次電池の自己放電特性及びサイクル特性が
低下する恐れがある。平均繊維径のより好ましい範囲
は、3〜15μmである。
維の平均繊維径は、0.5〜20μmの範囲にすること
が好ましい。これは次のような理由によるものである。
平均繊維径を0.5μm未満にすると、セパレータの通
気度が前述した範囲から外れる恐れがある。また、この
ような細い平均繊維径を持つ繊維を現在の技術で作製す
るのはやや困難である。一方、平均繊維径が20μmを
越えると、二次電池の自己放電特性及びサイクル特性が
低下する恐れがある。平均繊維径のより好ましい範囲
は、3〜15μmである。
【0029】前記セパレータは、シンジオタクチックポ
リプロピレン繊維のみから構成されていても良いが、他
の繊維を含んでいても良い。他の繊維としては、シンジ
オタクチックポリプロピレン以外のポリオレフィン繊
維、レーヨン繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコ
ール繊維、パルプ、フィブリル等を挙げることができ
る。中でも、前記ポリオレフィン繊維が好ましい。
リプロピレン繊維のみから構成されていても良いが、他
の繊維を含んでいても良い。他の繊維としては、シンジ
オタクチックポリプロピレン以外のポリオレフィン繊
維、レーヨン繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコ
ール繊維、パルプ、フィブリル等を挙げることができ
る。中でも、前記ポリオレフィン繊維が好ましい。
【0030】シンジオタクチックポリプロピレン以外の
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、アタ
クチックポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピ
レン等を挙げることができる。かかるポリオレフィンか
らなる繊維としては、単繊維、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を円形に接合した分割
構造の複合繊維などを挙げることができる。
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、アタ
クチックポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピ
レン等を挙げることができる。かかるポリオレフィンか
らなる繊維としては、単繊維、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を円形に接合した分割
構造の複合繊維などを挙げることができる。
【0031】前記セパレータをシンジオタクチックポリ
プロピレン繊維のみからか、あるいはシンジオタクチッ
クポリプロピレン繊維と他のポリオレフィン繊維とから
構成する場合、これら繊維に親水基を導入することが好
ましい。前記親水基としては、−COOX(但し、Xは
Na,K,Li及びHから選ばれる少なくとも1種類の
元素である)、−SO3X(但し、XはNa,K,Li
及びHから選ばれる少なくとも1種類の元素である)が
好ましい。親水基の導入方法としては、親水基を有する
ビニルモノマーをグラフト共重合させる方法を採用する
ことができる。
プロピレン繊維のみからか、あるいはシンジオタクチッ
クポリプロピレン繊維と他のポリオレフィン繊維とから
構成する場合、これら繊維に親水基を導入することが好
ましい。前記親水基としては、−COOX(但し、Xは
Na,K,Li及びHから選ばれる少なくとも1種類の
元素である)、−SO3X(但し、XはNa,K,Li
及びHから選ばれる少なくとも1種類の元素である)が
好ましい。親水基の導入方法としては、親水基を有する
ビニルモノマーをグラフト共重合させる方法を採用する
ことができる。
【0032】前記セパレータは、不織布、織布、もしく
は不織布及び織布からなる複合シートの形態をとること
ができる。不織布は、例えば、乾式法、湿式法、スパン
ボンド法、メルトブロー法などにより作製される。
は不織布及び織布からなる複合シートの形態をとること
ができる。不織布は、例えば、乾式法、湿式法、スパン
ボンド法、メルトブロー法などにより作製される。
【0033】前記セパレータのJIS P−8117−
1980に規定されるガーレー法(セパレータを配置す
る筒状治具の内径を6mmφとする)で測定した通気度
を前記範囲に規定するのは次のような理由によるもので
ある。通気度が10sec/100ccより大きいと、
セパレータの酸素ガス透過速度を速くすることが困難に
なるため、内圧特性及びサイクル特性を改善することが
できなくなる。通気度が10sec/100ccより小
さくなるほど酸素ガスの透過速度が速くなるものの、通
気度を0.5sec/100ccより小さくすると、正
極と負極とが接触する、つまり内部短絡の発生率が高く
なる恐れがある。通気度のより好ましい範囲は、1se
c/100cc〜6sec/100ccである。
1980に規定されるガーレー法(セパレータを配置す
る筒状治具の内径を6mmφとする)で測定した通気度
を前記範囲に規定するのは次のような理由によるもので
ある。通気度が10sec/100ccより大きいと、
セパレータの酸素ガス透過速度を速くすることが困難に
なるため、内圧特性及びサイクル特性を改善することが
できなくなる。通気度が10sec/100ccより小
さくなるほど酸素ガスの透過速度が速くなるものの、通
気度を0.5sec/100ccより小さくすると、正
極と負極とが接触する、つまり内部短絡の発生率が高く
なる恐れがある。通気度のより好ましい範囲は、1se
c/100cc〜6sec/100ccである。
【0034】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。
(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。
【0035】前記電極群は、緊縛度を95〜107%の
範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によ
るものである。緊縛度を95%未満にすると、高容量な
二次電池を得ることが困難になる恐れがある。一方、緊
縛度が107%を越えると、セパレータに加わる圧縮力
が高くなるため、前述した特定のセパレータを用いても
内圧特性及びサイクル特性を改善することが困難になる
恐れがある。緊縛度のより好ましい範囲は、97〜10
3%である。
範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によ
るものである。緊縛度を95%未満にすると、高容量な
二次電池を得ることが困難になる恐れがある。一方、緊
縛度が107%を越えると、セパレータに加わる圧縮力
が高くなるため、前述した特定のセパレータを用いても
内圧特性及びサイクル特性を改善することが困難になる
恐れがある。緊縛度のより好ましい範囲は、97〜10
3%である。
【0036】前記緊縛度は、以下の(a)または(b)
に説明する方法で算出される。
に説明する方法で算出される。
【0037】(a)円筒形アルカリ二次電池の場合、緊
縛度は下記数1に示される式により算出される。
縛度は下記数1に示される式により算出される。
【0038】
【数1】
【0039】但し、数1において、tp は電極群を構成
する前の正極の厚さ(mm)、tnは電極群を構成する
前の負極の厚さ(mm)、ts は電極群を構成する前の
セパレータの厚さ(mm)、Np は正極の捲回数、Nn
は負極の捲回数、Ns はセパレータの捲回数、rは電極
群を作製する際に使用する巻芯の直径(mm)、rcは
容器の内径(mm)を示す。
する前の正極の厚さ(mm)、tnは電極群を構成する
前の負極の厚さ(mm)、ts は電極群を構成する前の
セパレータの厚さ(mm)、Np は正極の捲回数、Nn
は負極の捲回数、Ns はセパレータの捲回数、rは電極
群を作製する際に使用する巻芯の直径(mm)、rcは
容器の内径(mm)を示す。
【0040】なお、正極、負極及びセパレータの捲回数
は、電極群の最大直径を構成している正極の枚数を正極
の捲回数とし、負極の枚数を負極の捲回数とし、セパレ
ータの枚数をセパレータの捲回数とすることにより求め
られる。
は、電極群の最大直径を構成している正極の枚数を正極
の捲回数とし、負極の枚数を負極の捲回数とし、セパレ
ータの枚数をセパレータの捲回数とすることにより求め
られる。
【0041】(b)角形アルカリ二次電池は、正極と負
極がセパレータを介して交互に積層された電極群及びア
ルカリ電解液が有底矩形筒状容器内に収納された構造を
有する。この角形アルカリ二次電池の場合、緊縛度は下
記数2に示される式により算出される。
極がセパレータを介して交互に積層された電極群及びア
ルカリ電解液が有底矩形筒状容器内に収納された構造を
有する。この角形アルカリ二次電池の場合、緊縛度は下
記数2に示される式により算出される。
【0042】
【数2】
【0043】但し、数2において、tp は電極群を構成
する前の正極の厚さ(mm)、tnは電極群を構成する
前の負極の厚さ(mm)、ts は電極群を構成する前の
セパレータの厚さ(mm)、Mp は電極群における正極
の積層数、Mn は電極群における負極の積層数、Ms は
電極群におけるセパレータの積層数、hcは容器の内寸
法のうち電極群の積層方向に沿う内寸法を示す。
する前の正極の厚さ(mm)、tnは電極群を構成する
前の負極の厚さ(mm)、ts は電極群を構成する前の
セパレータの厚さ(mm)、Mp は電極群における正極
の積層数、Mn は電極群における負極の積層数、Ms は
電極群におけるセパレータの積層数、hcは容器の内寸
法のうち電極群の積層方向に沿う内寸法を示す。
【0044】以上説明した本発明に係るアルカリ二次電
池によれば、電極群に含まれるセパレータが30体積%
以上のシンジオタクチックポリプロピレン繊維を含むと
共に、JIS P−8117−1980に規定されるガ
ーレー法で測定した通気度が0.5sec/100cc
〜10sec/100ccであることによって、電極群
の緊縛度が高い際にもセパレータが圧縮されるのを抑制
することができ、電極群の緊縛度に拘わらずセパレータ
の空隙率を適度な値にすることができる。従って、前記
セパレータは、過充電時に正極から必然的に発生する酸
素ガスの透過速度を高めることができると共に、アルカ
リ電解液の保持量を増加させることができるため、内圧
特性及び充放電サイクル寿命の双方が改善されたアルカ
リ二次電池を実現することができる。
池によれば、電極群に含まれるセパレータが30体積%
以上のシンジオタクチックポリプロピレン繊維を含むと
共に、JIS P−8117−1980に規定されるガ
ーレー法で測定した通気度が0.5sec/100cc
〜10sec/100ccであることによって、電極群
の緊縛度が高い際にもセパレータが圧縮されるのを抑制
することができ、電極群の緊縛度に拘わらずセパレータ
の空隙率を適度な値にすることができる。従って、前記
セパレータは、過充電時に正極から必然的に発生する酸
素ガスの透過速度を高めることができると共に、アルカ
リ電解液の保持量を増加させることができるため、内圧
特性及び充放電サイクル寿命の双方が改善されたアルカ
リ二次電池を実現することができる。
【0045】また、前記電極群の緊縛度を95〜107
%にすることによって、前記セパレータは前述した範囲
内の緊縛度においても優れた酸素ガス透過速度及び高い
電解液保持量を維持することができるため、内圧特性及
びサイクル特性に優れ、かつ容量が向上されたアルカリ
二次電池を提供することができる。
%にすることによって、前記セパレータは前述した範囲
内の緊縛度においても優れた酸素ガス透過速度及び高い
電解液保持量を維持することができるため、内圧特性及
びサイクル特性に優れ、かつ容量が向上されたアルカリ
二次電池を提供することができる。
【0046】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【0047】(実施例1) <ペースト式正極の作製>水酸化ニッケル粉末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、カルボキシルメチルセルロース0.25重量部、
ポリアクリル酸ナトリウム0.25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(比重1.5、固
形分60重量%)を固形分換算で3.0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
のペーストを導電性基板としてのニッケルメッキ繊維基
板内に充填し、乾燥し、ローラプレスを行って圧延し、
裁断することによりペースト式正極を作製した。
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、カルボキシルメチルセルロース0.25重量部、
ポリアクリル酸ナトリウム0.25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(比重1.5、固
形分60重量%)を固形分換算で3.0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
のペーストを導電性基板としてのニッケルメッキ繊維基
板内に充填し、乾燥し、ローラプレスを行って圧延し、
裁断することによりペースト式正極を作製した。
【0048】<ペースト式負極の作製>市販のランタン
富化したミッシュメタルLmおよびNi、Co、Mn、
Al、を用いて高周波炉によって、LmNi4.0 Co
0.4 Mn0.3 Al0.3 の組成からなる水素吸蔵合金を作
製した。前記水素吸蔵合金を機械粉砕し、これを200
メッシュの篩を通過させた。得られた水素吸蔵合金10
0重量部に対してポリアクリル酸ナトリウム0.5重量
部、カルボキシルメチルセルロース0.125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(比重
1.5、固形分0.6重量%)2.5重量部および導電
材としてカーボン粉末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。得られ
たペーストをパンチドメタルに塗布、乾燥した後、圧延
成形し、裁断することによってペースト式負極を作製し
た。
富化したミッシュメタルLmおよびNi、Co、Mn、
Al、を用いて高周波炉によって、LmNi4.0 Co
0.4 Mn0.3 Al0.3 の組成からなる水素吸蔵合金を作
製した。前記水素吸蔵合金を機械粉砕し、これを200
メッシュの篩を通過させた。得られた水素吸蔵合金10
0重量部に対してポリアクリル酸ナトリウム0.5重量
部、カルボキシルメチルセルロース0.125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(比重
1.5、固形分0.6重量%)2.5重量部および導電
材としてカーボン粉末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。得られ
たペーストをパンチドメタルに塗布、乾燥した後、圧延
成形し、裁断することによってペースト式負極を作製し
た。
【0049】<セパレータの作製>ポリプロピレン樹脂
からスパンボンド法によって平均繊維径が9μmのシン
ジオタクチックポリプロピレン長繊維50体積%及び平
均繊維径が9μmのアタクチックポリプロピレン長繊維
50体積%からなり、目付け量が50.0g/m2で、
厚さが150μmの不織布を作製した。次いで、前記不
織布をアクリル酸水溶液に浸漬にした後、紫外線を照射
してアクリル酸モノマーをグラフト共重合させた。次い
で、前記不織布を洗浄して未反応のアクリル酸を除去し
た後、乾燥させることによりセパレータを作製した。
からスパンボンド法によって平均繊維径が9μmのシン
ジオタクチックポリプロピレン長繊維50体積%及び平
均繊維径が9μmのアタクチックポリプロピレン長繊維
50体積%からなり、目付け量が50.0g/m2で、
厚さが150μmの不織布を作製した。次いで、前記不
織布をアクリル酸水溶液に浸漬にした後、紫外線を照射
してアクリル酸モノマーをグラフト共重合させた。次い
で、前記不織布を洗浄して未反応のアクリル酸を除去し
た後、乾燥させることによりセパレータを作製した。
【0050】前記セパレータのJIS P−8117−
1980に規定されるガーレー法(セパレータを配置す
る筒状治具の内径を6mmφとする)で通気度を測定
し、その結果を下記表1に示す。
1980に規定されるガーレー法(セパレータを配置す
る筒状治具の内径を6mmφとする)で通気度を測定
し、その結果を下記表1に示す。
【0051】次いで、前記負極と前記正極との間に前述
したセパレータを介装し、渦巻状に捲回することにより
前述した数1に示される緊縛度が101%の電極群を作
製した。
したセパレータを介装し、渦巻状に捲回することにより
前述した数1に示される緊縛度が101%の電極群を作
製した。
【0052】このような電極群を有底円筒状容器に収納
した後、7Nの水酸化カリウムおよび1Nの水酸化リチ
ウムからなるアルカリ電解液を収容し、封口等を行うこ
とにより理論容量が4000mAhで、4/3Aサイズ
の円筒型ニッケル水素二次電池を組み立てた。
した後、7Nの水酸化カリウムおよび1Nの水酸化リチ
ウムからなるアルカリ電解液を収容し、封口等を行うこ
とにより理論容量が4000mAhで、4/3Aサイズ
の円筒型ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0053】(実施例2)セパレータ中のシンジオタク
チックポリプロピレン長繊維の割合を30体積%に変更
すること以外は、前述した実施例1と同様にして円筒形
ニッケル水素二次電池を組み立てた。
チックポリプロピレン長繊維の割合を30体積%に変更
すること以外は、前述した実施例1と同様にして円筒形
ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0054】(実施例3)セパレータである不織布にポ
リアクリル酸をグラフト共重合させること以外は、前述
した実施例1と同様にして円筒形ニッケル水素二次電池
を組み立てた。
リアクリル酸をグラフト共重合させること以外は、前述
した実施例1と同様にして円筒形ニッケル水素二次電池
を組み立てた。
【0055】(実施例4)セパレータである不織布にグ
ラフト共重合させるモノマーをスチレンスルホン酸に変
更すること以外は、前述した実施例1と同様にして円筒
形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
ラフト共重合させるモノマーをスチレンスルホン酸に変
更すること以外は、前述した実施例1と同様にして円筒
形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0056】(比較例1)セパレータ中のシンジオタク
チックポリプロピレン長繊維の割合を10体積%に変更
すること以外は、前述した実施例1と同様にして円筒形
ニッケル水素二次電池を組み立てた。
チックポリプロピレン長繊維の割合を10体積%に変更
すること以外は、前述した実施例1と同様にして円筒形
ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0057】(比較例2)セパレータ中のシンジオタク
チックポリプロピレン長繊維の割合を0体積%(アタク
チックポリプロピレン長繊維の割合を100体積%)に
変更すること以外は、前述した実施例1と同様にして円
筒形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
チックポリプロピレン長繊維の割合を0体積%(アタク
チックポリプロピレン長繊維の割合を100体積%)に
変更すること以外は、前述した実施例1と同様にして円
筒形ニッケル水素二次電池を組み立てた。
【0058】得られた実施例1〜4および比較例1〜2
の二次電池について、25℃において、2Aで−dV充
電した後、2Aで終止電圧が1.0Vになるまで放電す
る充放電サイクルを施し、電池容量が初期容量の80%
に低下するのに要したサイクル数を測定し、その結果を
下記表1に示す。
の二次電池について、25℃において、2Aで−dV充
電した後、2Aで終止電圧が1.0Vになるまで放電す
る充放電サイクルを施し、電池容量が初期容量の80%
に低下するのに要したサイクル数を測定し、その結果を
下記表1に示す。
【0059】また、得られた実施例1〜4及び比較例1
〜2の二次電池について、20℃において0.5CmA
で150%まで充電した際の電池内圧を測定し、その結
果を下記表1に併記する。
〜2の二次電池について、20℃において0.5CmA
で150%まで充電した際の電池内圧を測定し、その結
果を下記表1に併記する。
【0060】
【表1】
【0061】表1から明らかなように、シンジオタクチ
ックポリプロピレン繊維を30体積%以上含み、かつ通
気度が0.5sec/100cc〜10sec/100
ccであるセパレータを備えた実施例1〜4の二次電池
は、シンジオタクチックポリプロピレン繊維の含有量が
30体積%よりも少ないセパレータを備えた比較例1〜
2の二次電池に比べて過充電時の内圧が低く、かつサイ
クル寿命が長いことがわかる。
ックポリプロピレン繊維を30体積%以上含み、かつ通
気度が0.5sec/100cc〜10sec/100
ccであるセパレータを備えた実施例1〜4の二次電池
は、シンジオタクチックポリプロピレン繊維の含有量が
30体積%よりも少ないセパレータを備えた比較例1〜
2の二次電池に比べて過充電時の内圧が低く、かつサイ
クル寿命が長いことがわかる。
【0062】なお、前述した実施例では正極と負極の間
にセパレータを介在して渦巻状に捲回し、有底円筒状の
容器内に収納したが、本発明のアルカリ二次電池はこの
ような構造に限定されない。例えば、正極と負極との間
にセパレータを介在し、これを複数枚積層した積層物を
有底矩形筒状の容器内に収納して角形アルカリ二次電池
にも同様に適用できる。
にセパレータを介在して渦巻状に捲回し、有底円筒状の
容器内に収納したが、本発明のアルカリ二次電池はこの
ような構造に限定されない。例えば、正極と負極との間
にセパレータを介在し、これを複数枚積層した積層物を
有底矩形筒状の容器内に収納して角形アルカリ二次電池
にも同様に適用できる。
【0063】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、過
充電時の内圧上昇が抑制され、かつ充放電サイクル寿命
が向上されたアルカリ二次電池を提供することができ
る。
充電時の内圧上昇が抑制され、かつ充放電サイクル寿命
が向上されたアルカリ二次電池を提供することができ
る。
【図1】本発明に係わるアルカリ二次電池の一例を示す
部分切欠斜視図。
部分切欠斜視図。
1…容器 2…正極、 3…セパレータ、 4…負極、 5…電極群、 7…封口板、 8…絶縁ガスケット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H021 AA02 BB17 CC17 EE04 HH00 HH01 HH02 5H028 AA01 AA05 BB07 BB15 CC12 EE06 HH00 HH01
Claims (2)
- 【請求項1】 正極と負極の間にセパレータが介在され
た構造の電極群を具備し、前記セパレータは、30体積
%以上のシンジオタクチックポリプロピレン繊維を含む
と共に、JIS P−8117−1980に規定される
ガーレー法で測定した通気度が0.5sec/100c
c〜10sec/100ccであることを特徴とするア
ルカリ二次電池。 - 【請求項2】 前記電極群の緊縛度は、95〜107%
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11070120A JP2000268800A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | アルカリ二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11070120A JP2000268800A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | アルカリ二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000268800A true JP2000268800A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13422388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11070120A Pending JP2000268800A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | アルカリ二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000268800A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002075318A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 二次電池 |
-
1999
- 1999-03-16 JP JP11070120A patent/JP2000268800A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002075318A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 二次電池 |
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