JP2001155708A - ニッケル−水素電池用セパレーターと電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自己放電特性を向上させ、サイクル特性に優れ
た、ニッケル−水素電池を提供することを目的とする。 【解決手段】セパレーターがポリオレフィン系樹脂繊維
からなる織布あるいは不織布に活性炭の粉あるいは粒お
よび繊維の少なくとも１種を交絡させたことを特徴とす
るニッケルー水素電池とすることにより上記目的を達成
できる。

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特
にニッケル−水素電池のセパレーターに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロンクスや通信の分野におい
て、半導体の急速な進歩と共に小型軽量化が図られて来
たが、その進歩に伴って駆動源である電池の高性能化が
求められている。これらの用途で現在実用化されている
電池として、ニッケルーカドミウム電池やニッケル−水
素電池などのアルカリ電池がある。アルカリ電池は負極
と正極との間にセパレーターを介在させ、電解液として
アルカリ水溶液を用いて構成されるが、電池のさらなる
高性能化を目指して、構成材料の技術開発が行われてい
る。中でも、セパレーター技術の重要性が増している。

【０００３】近年電気自動車（ハイブリッドカー）の開
発やポータブル機器の小型化が進み、これに伴う消費電
力の増大、発熱素子の高密度実装などにより、電池の使
用環境である機器内部は高温になることが多い。また、
この用途では高温環境下で使用あるいは放置されること
が多く、機器内部はさらに高温となることが考えられ
る。

【０００４】このような高温環境下でニッケル−水素電
池が用いられた場合、電池の自己放電速度が大きくな
り、電池を構成する両極の容量バランスが崩れたり、頻
繁に充電を行う必要が生じる。また、組電池の場合はセ
ル管の容量バラツキが大きくなり、容量の減少したセル
は組電池放電時に過放電される問題が生じていた。特
に、ニッケルー水素電池の自己放電はニッケルーカドミ
ウム電池に比べて大きいという欠点を有するため、高温
での組電池の使用はニッケル−水素電池の最も重要な問
題の１つである。

【０００５】これを解決する為、セパレーターの改良が
図られて来た。これまでは、ニッケルー水素電池の自己
放電を促進する因子としてセパレーターの分解生成物が
あげられて、この観点から改良が図られて来た。例え
ば、セパレーターにポリアミド不織布が用いられた場
合、その分解生成物として、亜硝酸イオンや硝酸イオン
によりニッケル−水素電池の自己放電が促進することが
知られている。耐酸化性のあるポリオレフィン不織布を
用いた場合は、親水化のため、種々の方法で親水化が提
案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ポリアミド不織布のセ
パレーターの代わりとして、ポリオレフィン系布織布は
親水化する必要がある。例えば、親水化のため界面活性
剤を坦持させた場合、長期間のサイクルや高温ではこの
界面活性剤が拡散、あるいは分解してしまい、セパレー
ターの親水性を長期間保つことが出来ない。他の方法と
して、アクリル酸等の親水性モノマーをグラフト重合さ
せて、ポリオレフィン系不織布を親水化する方法も提案
されている。しかしながら、グラフト重合された親水性
モノマーは電解液中で水分子をとりこみ繊維が膨潤す
る。この挙動のため、セパレーターの多孔性が低下し
て、ガス透過性が悪くなる。そのため、電解液の制限さ
れた密閉型電池において、ガス透過性が悪いと電池の内
部圧が上がるため、急速充電性や過充電特性が低下する
問題点があった。

【０００７】電解液中の水により、繊維が膨潤しない処
理法として、濃硫酸や発煙硫酸又は、無水硫酸によるス
ルホン化が提案されて、改良検討がされているが、目的
とする迄、自己放電の改良がなされていないのが現状で
ある。というのは、自己放電の明確な理論立てが出来て
いないためであった。

【０００８】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り、ガスの透過性も阻害せず、セパレーターに求められ
る、高温特性や自己放電特性を向上させ、急速充電特
性、過充電特性、サイクル特性などに優れ、生産性や信
頼性も高めたニッケルー水素電池を提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はニッケル電極を
正極とし、水素吸蔵合金を用いた水素極を負極とし、ポ
リオレフィン系樹脂からなる織布、あるいは不織布に活
性炭の粉や粒または繊維を交絡したものをセパレーター
とし、制限された量のアルカル水溶液を電解液とした密
閉構造をとるニッケル−水素電池において、該セパレー
ターがポリオレフィン系樹脂繊維からなる織布あるいは
不織布に活性炭の粉、粒あるいは繊維を交絡させ、熱融
着により活性炭を固定化したセパレーターを有すること
を特徴とするニッケル−水素電池である。

【００１０】

【作用】本発明は前記活性炭をポリオレフィン系不織布
に予め交絡させたものを、熱融着にて固定化したもの
を、セパレーターとして使用することで、電池内で起こ
る電解液の濃度変化を防止し、不織布繊維のアルカリ電
解液による膨潤を抑制し、ガス透過性を妨げないように
することができる。

【００１１】本発明によれば、電池内部でのガス透過性
が低下せず、ガス吸収が効率良く行われ、急速充電特
性、過充電特性に優れた密閉型ニッケルー水素電池とす
ることができる。また、電解液の濃度変化による充電効
率の低下が起こらないため、高温でも電池内圧が異常に
上昇する事なく、電解液濃度低下に伴う種々の特性劣化
が防止出来る。

【００１２】ここで、前記活性炭を交絡させたポリオレ
フィン系不織布は、活性炭の粉や粒を使用して、作成す
る際は、微粒状のこれら活性炭をポリオレフィン系の繊
維とともに湿式あるいは乾式でシート状に成型後、熱融
着して作成することが出来る。ここで使われる活性炭は
細孔容積が０．２５〜０．９ｃｃ／ｇのもので、比表面
積が１〜１４００ｍ²/ｇの範囲のものから任意に選ぶこ
とが出来る。

【００１３】ここで使用される活性炭はヤシガラ、パー
ム核、鋸屑、石炭や素灰を炭化、賦活化工程を経て製造
され、市販されている商標白鷺（武田薬品工業）、クラ
レコール（クラレコール）、太閤（二村化学工業）等の
ものを代表例に挙げることができるがこれらに限定され
るものでない。

【００１４】繊維状活性炭は、天然、合成繊維または加
工繊維を出発原料として炭化、賦活化工程を経て常法に
よって製造されるものであれば良い。このような繊維状
活性炭は比表面積として１０００〜１６００ｍ²/ｇの性
状ものから選択することが出来る。

【００１５】繊維状活性炭として具体的に示せば、セル
ローズを出発原料としたＫフィルター（東洋紡績）ＰＡ
Ｎを出発原料としたファインガード（東邦レーヨン）、
フェノール樹脂（カイノール繊維）を出原料としたクラ
クテイブ（クラレケミカル）、石炭系ピッチを出発原料
としたアドール（大阪ガス）を代表例として示すことが
できる。

【００１６】本発明のセパレータは活性炭の混合比率と
して好ましくは５〜５０％の範囲で更に好ましくは、１
０〜３０％である。混合比率が５％以下になると、電解
液の保液性の低下を引き起こし好ましくない。一方混合
比率が５０％を越えると引っ張り強度が低くまた、短絡
防止性能が低下し好ましくない。

【００１７】ポリオレフィン系の繊維に使用される樹脂
としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレ
ンープロピレン共重合物、ポリエチレンポリビニルアル
コール共重合物、ポリエチレンポリアクリル酸共重合
物、ポリエチレンポリスチレンンブロック共重合物やこ
れらの三元共重合物を上げることが出来る。特に上記の
ものに限定されるものでなく、繊維としての強度や熱融
着性や耐アルカリ性や耐酸化性に優れたもので、生産性
に優れたものより選択すれば良く２種類以上のこれらポ
リオレフィン系の繊維を使用することも出来る。

【００１８】次に本発明の活性炭繊維を使用した場合の
製造法の例を説明する。繊維直径が３〜２０μｍで、繊
維長 が１０〜８０ｍｍの１種以上の熱融着可能なポリ
オレフィン系繊維と活性炭繊維の直径が１０〜２０μｍ
で繊維長が１０〜５０μｍを準備しビーターなどで解離
しこれを０．１〜３％の濃度になるように水に分散させ
スラリーを調合する。

【００１９】このスラリーを長網式或は丸網式の抄造機
で抄造する。次いで得られた混抄シートを円柱状の加熱
したロールに導き交絡シートを熱処理により熱融着して
活性炭繊維と固着させる。この熱処理は電解液の液体保
持率やガス通過性を損なわないようにするため、短時間
処理が好ましい。

【００２０】セパレーターの構造において活性炭を多く
含む不織布において、短絡防止性能が低下しないよう
に、上記活性炭を含む不織布の両側にポリオレフィンの
不織布を設置するサンドイッチ構造にしたセパレーター
も好ましい。この際のポリオレフィン不織布は短絡防止
のためだけに、作用すれば良いので、メッシュのような
粗い目付の不織布で十分効果を発揮する事が出来る。ま
た、このような構造にすることで、機械的強度も付与す
ることが出来好ましい。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基ずき説明する。

【実施例１】ポリエチレン／ポリプロピレンの複合繊維
（繊維径１６μｍ，長さ５０ｍｍ）９０部と繊維状活性
炭（アドール）１０部を水に分散し１％濃度のスラリー
液に調整した。このスラリー液から傾斜型長網抄紙機に
より目付８０ｇ／ｍ2の混抄シートを得た。得られた交
絡シートを１２０℃に加熱したロールに導き、線圧１０
ｋｇ／ｃｍでカレンダー加工を施し目付７０ｇ／ｍ²、
厚さ１８０μｍのセパレーターを得た。

【００２２】実施例２〜３は実施例１と同じ抄造法で、
活性炭繊維の代わりに、実施例２では活性炭白鷺Ｃ（武
田薬品工業）を実施例３では粒状白鷺ＷＨ2Xを使用して
それぞれ目付、厚さが同じのセパレーターを得た。

【００２３】（実施例４）実施例１と同じ抄造法で活性
炭繊維の割合を３０部としポリオレフィンの複合繊維を
７０部とした目付６８ｇ／ｍ²厚さ１９０μｍのセパレ
ーターを得た。さらにこのセパーレーターの両側にポリ
エチレンからなるネットを熱融着により貼り合わせた。

【００２４】比較例１では実施例１のポリエチレン／ポ
リプロピレンの複合繊維のみから同様にして、目付７０
ｇ／ｍ²、厚さ１８０μｍの不織布をあらかじめ作成
し、ＳＯ3ガスにより室温(25℃）で、６０秒処理するこ
とで、スルホン化されたセパレーターを得た。

【００２５】これら実施例１〜４と比較例１さらに６−
６ナイロンとの不織布をセパレーターとし、Ｍｍで示さ
れる水素吸蔵合金粉末を用いて作製した水素極を負極と
し、電解液として比重１．２８の水酸化カリウム水溶液
を用い、それぞれ公称容量１１００ｍＡＨのＡＡサイズ
密閉形ニッケルー水素電池を構成した。これらの電池を
ん５℃で１ＣｍＡの充電を行ったときの電池内圧を表１
で示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、ナイロンの不織
布を除いて電池内圧は低い値を示した。これはナイロン
不織布が電池内で繊維が膨潤したことにより、ガス透過
性を低下したしたことによるものと推定される。

【００２８】次に、これらのセパレーターを用いて構成
した電池を４５℃で１ＣｍＡの充電を行ったときの充電
効率を測定した。その結果を図１に示した。これから、
本発明の電池は充電効率の高いことがわかる。

【００２９】更に、図２では４５℃での自己放電特性を
示した。本発明で得られたものは、比較例１や６−６ナ
イロンの不織布より構成された電池より明らかに優れて
いた。

【００３０】図３ではそれぞれの不織布を使いサイクル
テストを行った結果を表している。 従来のナイロン不
織布やスルホン化したポリオレフィン不織布をセパレー
タとしたものよりサイクル寿命が向上していることがわ
かる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の活性炭をセパレー
ターに用いたニッケル−水素電池は優れた自己放電特性
を維持しながら、さらに過充電特性、充電効率、サイク
ル特性を向上させることができる。信頼性を上げ省エネ
ルギーにも貢献できその工業的価値は甚大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】電池の充電効率を示す図である。

【図２】電池の自己放電特性を示した図である。

【図３】電池のサイクル寿命を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｄ２１Ｈ 13/36 Ｄ２１Ｈ 13/36 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性炭の粒状あるいは及び粉状もしくは繊
   維状とポリオレフィン系の繊維が三次元的に交絡された
   不織布をしてニッケルー水素電池のセパレーターとする
   ことを特徴とするニッケルー水素電池。
2. 【請求項２】粒状及び粉状もしくは繊維状の活性炭と熱
   融着性を有するポリオレフィン系繊維を混漉シートした
   後熱処理によって、活性炭の１部を熱融着することを特
   徴とする不織布をニッケルー水素電池のセパレーターと
   するニッケルー水素電池。
3. 【請求項３】前記活性炭とポリオレフィン系の繊維が三
   次元的に交絡した不織布をポリオレフィン系不織布でサ
   ンドイッチ構造を有することを特徴とするニッケル−水
   素電池のセパレーターとするニッケルー水素電池。