JP2001520442A - ガラス繊維強化吸収セパレータ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、弁調整鉛蓄電池用吸収性セパレータに関し、これが第一のガラス繊維層と、第二のガラス繊維層と、これ等第一及び第二層間に挿入された合成樹脂ストリップとを備えるようにしたものである。
Description
【0001】
本発明は、弁で調節される鉛−酸型蓄電池を含む蓄電池用の繊維強化吸収セパ
レータに関する。
レータに関する。
【0002】
鉛−酸型蓄電池は、電気エネルギーを化学的形式で貯蔵するのに用いられる。
【0003】 この種の蓄電池は数度、充放電できるもので、ものによっては、放電中に供給
された電気エネルギー量が過度に低くなる前に、数百回、さらには数千回もの充
放電サイクルに耐えるものさえある。通常、この電気的性能(動程)の閾値は、
蓄電池の公称能力(容量)の80%である。
された電気エネルギー量が過度に低くなる前に、数百回、さらには数千回もの充
放電サイクルに耐えるものさえある。通常、この電気的性能(動程)の閾値は、
蓄電池の公称能力(容量)の80%である。
【0004】 従来の鉛−酸型蓄電池の保守には、特に再充電サイクル中に電気分解又は蒸発
により失われる水の交換が必要とされる。
により失われる水の交換が必要とされる。
【0005】 この保守を除くため、弁で調節される蓄電池、即ちガス再結合蓄電池としても
知られる蓄電池が開発されている。この種の蓄電池は、再充電サイクルの終わる
頃に生ずる酸素の再結合のため、水損失をかなりの程度まで低下するのに成功し
ている。
知られる蓄電池が開発されている。この種の蓄電池は、再充電サイクルの終わる
頃に生ずる酸素の再結合のため、水損失をかなりの程度まで低下するのに成功し
ている。
【0006】 再充電の終わる頃、電解液に含まれる水の電気分解により酸素が陽極板に形成
される。このガスは蓄電池に満ち、陰極板に向かって泳動する。酸素は両極板の
表面で還元され、一連の電気化学反応により電解液に取り入れられる。
される。このガスは蓄電池に満ち、陰極板に向かって泳動する。酸素は両極板の
表面で還元され、一連の電気化学反応により電解液に取り入れられる。
【0007】 このように酸素の還元が可能なのは、蓄電池に弁が設けられ、この弁が酸素蓄
電池からの水の逸脱を防ぐと共に、蓄電池内部の圧力を大気圧より僅かに高く維
持するからである。この蓄電池内部の過剰圧力は、大気ガスが蓄電池に入るのを
防止する。
電池からの水の逸脱を防ぐと共に、蓄電池内部の圧力を大気圧より僅かに高く維
持するからである。この蓄電池内部の過剰圧力は、大気ガスが蓄電池に入るのを
防止する。
【0008】 この酸素の内部再循環の確保は、電解液が不動化され、且つガスが通過循環で
きる空間がある場合のみ可能である。電解液を不動化するには、次の二つの方法
がある。 ○シリカで電解液をゲル化する ○電解液を保持する吸収性セパレータを用いる
きる空間がある場合のみ可能である。電解液を不動化するには、次の二つの方法
がある。 ○シリカで電解液をゲル化する ○電解液を保持する吸収性セパレータを用いる
【0009】 弁調整蓄電池は、可撓性の多孔質セパレータを両極板間に配置して組み込む。
このセパレータは酸電解液を吸収保持するので、電解液の実質全部がセパレータ
の気孔に吸収され、蓄電池の極板には極めて薄い電解液薄膜のみが存在する。セ
パレータは電解液を蓄電池の位置にかかわりなく、両極板の近傍に保持する。
このセパレータは酸電解液を吸収保持するので、電解液の実質全部がセパレータ
の気孔に吸収され、蓄電池の極板には極めて薄い電解液薄膜のみが存在する。セ
パレータは電解液を蓄電池の位置にかかわりなく、両極板の近傍に保持する。
【0010】 吸収性セパレータ内の電解質による気孔の飽和度は、酸素がセパレータを通り
、それが形成される陽極板から、それが還元される陰極板により消費され、一連
の電気化学反応により電解液に再度取り入れられるように自由空間が必要なこと
から、95%を越えるべきではない。
、それが形成される陽極板から、それが還元される陰極板により消費され、一連
の電気化学反応により電解液に再度取り入れられるように自由空間が必要なこと
から、95%を越えるべきではない。
【0011】 吸収性セパレータは、その気孔内に電解液を固定することにより、酸素を陰極
板表面に到達させ、そこでそれが電気化学反応により還元されるようにするもの
であるから、酸素を循環させるのに極めて重要な役割を果たす。
板表面に到達させ、そこでそれが電気化学反応により還元されるようにするもの
であるから、酸素を循環させるのに極めて重要な役割を果たす。
【0012】 吸収性セパレータの構成は通常、耐酸化性の高いガラス微細繊維を基にする。
このガラス微細繊維は蓄電池が充填されるとき電解液(硫酸)で急速、且つ完全
に含浸される。
このガラス微細繊維は蓄電池が充填されるとき電解液(硫酸)で急速、且つ完全
に含浸される。
【0013】 種々の繊維混合物が、例えば粗いガラス繊維と細かいガラス繊維の混合物が有
機繊維と共に又はそれなしに、これまで用いられてきた。これ等の繊維は、充分
な量の電解液を保持するように設定された割合で用いられる。例えば、米国特許
第4465748号には、径が1ミクロン未満のガラス繊維を5〜35重量%含
み、残部を径の大きい繊維としたガラス繊維セパレータが記載されている。
機繊維と共に又はそれなしに、これまで用いられてきた。これ等の繊維は、充分
な量の電解液を保持するように設定された割合で用いられる。例えば、米国特許
第4465748号には、径が1ミクロン未満のガラス繊維を5〜35重量%含
み、残部を径の大きい繊維としたガラス繊維セパレータが記載されている。
【0014】 ガラス微細繊維で構成する吸収性繊維セパレータの物理的及び機械的特性は、
細かい微細繊維の含有率に大幅に、またこれ等の繊維を付着する方法に依存する
。
細かい微細繊維の含有率に大幅に、またこれ等の繊維を付着する方法に依存する
。
【0015】 この種のセパレータにおける望ましい特性の一つは、溶着できることと、極板
を包むポケットを形成し得ることである。セパレータの溶着は、合成繊維をガラ
ス微細繊維と混合したものを用いて可能である。一般に、このような繊維を5〜
40%で用いると、これ等の合成繊維は溶融し、セパレータを互いに結合できる
ようになる。二つのセパレータを相互に結合する他の技術には、これ等を圧縮し
、それ等が互いに結合されるまで圧縮を続けるものがある。これ等のセパレータ
は、加熱により溶融され得る合成繊維、又は圧縮中に変形を生じ得る合成繊維を
5〜40%で含むものである。 この技術は仏国特許FR2677672を通して知られる。
を包むポケットを形成し得ることである。セパレータの溶着は、合成繊維をガラ
ス微細繊維と混合したものを用いて可能である。一般に、このような繊維を5〜
40%で用いると、これ等の合成繊維は溶融し、セパレータを互いに結合できる
ようになる。二つのセパレータを相互に結合する他の技術には、これ等を圧縮し
、それ等が互いに結合されるまで圧縮を続けるものがある。これ等のセパレータ
は、加熱により溶融され得る合成繊維、又は圧縮中に変形を生じ得る合成繊維を
5〜40%で含むものである。 この技術は仏国特許FR2677672を通して知られる。
【0016】
本発明の目的は、機械的特性が従来のものより良好な蓄電池用ガラス微細繊維
セパレータを提案することにある。
セパレータを提案することにある。
【0017】
この目的のため、本発明は弁調節鉛−酸型蓄電池用吸収性セパレータであって
、それが第一層と、第二層と、該第一及び第二層間に挿入される合成樹脂のバン
ドを備えて成ることを特徴とするセパレータを提案する。
、それが第一層と、第二層と、該第一及び第二層間に挿入される合成樹脂のバン
ドを備えて成ることを特徴とするセパレータを提案する。
【0018】 第一層の面全体又は一部を覆う合成樹脂バンドを設けたことにより、セパレー
タの安定性は増大される。かかる吸収性セパレータの引張強度は、同一繊維組成
の従来の単層ガラス繊維セパレータのものより大きい。引張強度がかなり増大さ
れることが実測されている。同一微細繊維組成に対して行った測定の示すところ
では、引張強度は3倍に、0.5kN/mから1.5kN/mまで改良され得る
。更に、合成樹脂のバンドでは、かかるバンドを含まない同様のセパレータの伸
びが1%であるのと比較して、4%の伸びが得られる。従って、比較的脆い材料
から製造されたセパレータを、蓄電池の電極を包む自動マシンにおけるように引
張強度を或程度要する用途に用いることが可能となる。
タの安定性は増大される。かかる吸収性セパレータの引張強度は、同一繊維組成
の従来の単層ガラス繊維セパレータのものより大きい。引張強度がかなり増大さ
れることが実測されている。同一微細繊維組成に対して行った測定の示すところ
では、引張強度は3倍に、0.5kN/mから1.5kN/mまで改良され得る
。更に、合成樹脂のバンドでは、かかるバンドを含まない同様のセパレータの伸
びが1%であるのと比較して、4%の伸びが得られる。従って、比較的脆い材料
から製造されたセパレータを、蓄電池の電極を包む自動マシンにおけるように引
張強度を或程度要する用途に用いることが可能となる。
【0019】 合成繊維が熱硬化性樹脂であれば有利である。約100℃の温度でセパレータ
を乾燥した後、この樹脂は水分を失い、セパレータの層を互いに溶着できる極め
て強度の高いプラスチック薄膜を形成する。更に、この樹脂は電極挿入ポケット
を形成するようにされた二つの別個のセパレータの相互溶着を可能にする。溶着
は、例えば機械的手段、又は加熱等により行うことができる。
を乾燥した後、この樹脂は水分を失い、セパレータの層を互いに溶着できる極め
て強度の高いプラスチック薄膜を形成する。更に、この樹脂は電極挿入ポケット
を形成するようにされた二つの別個のセパレータの相互溶着を可能にする。溶着
は、例えば機械的手段、又は加熱等により行うことができる。
【0020】 一つの有利な実施態様によれば、樹脂バンドはアクリル樹脂、好ましくはブチ
ルアクリレートを含んで成る。
ルアクリレートを含んで成る。
【0021】 合成樹脂バンドは好ましくは、樹脂含浸ガラス微細繊維から成る繊維を含んで
成る。
成る。
【0022】 この樹脂バンドの厚みは、0.01mm〜1mmの範囲で変更できる。好まし
い範囲は、0.05〜0.15mmである。
い範囲は、0.05〜0.15mmである。
【0023】 合成樹脂バンドの幅は、セパレータの幅の関数として、即ちこれに依存して選
ばれる。一般に、バンド幅は、セパレータの全幅と比較してかなり小さい。通常
、1〜20mm、好ましくは3〜10mmの範囲にある。
ばれる。一般に、バンド幅は、セパレータの全幅と比較してかなり小さい。通常
、1〜20mm、好ましくは3〜10mmの範囲にある。
【0024】 バンドは単一片であっても、幅方向に分割した二つ以上のバンドでも良い。一
般に、樹脂バンドの幅は1〜20mm、好ましくは3〜10mmの範囲にある。
般に、樹脂バンドの幅は1〜20mm、好ましくは3〜10mmの範囲にある。
【0025】 ガラス微細繊維層は同一のものでも、異なるものでも良い。セパレータの層は
、平均径が0.2μm〜13μmのガラス繊維を含んで成る。各層の典型的組成
は次の通りである。即ち、平均径が1μm未満(0.2μm〜0.8μm)のガ
ラス繊維を0%〜60%、平均径が1μm〜10μm(2μm〜4μm)のガラ
ス繊維を0%〜70%、及び平均径が10μm〜13μmのガラス繊維を5%〜
10%である。
、平均径が0.2μm〜13μmのガラス繊維を含んで成る。各層の典型的組成
は次の通りである。即ち、平均径が1μm未満(0.2μm〜0.8μm)のガ
ラス繊維を0%〜60%、平均径が1μm〜10μm(2μm〜4μm)のガラ
ス繊維を0%〜70%、及び平均径が10μm〜13μmのガラス繊維を5%〜
10%である。
【0026】 各層の組成は、セパレータの所望特性により変わっても良い。二層は同一のも
のでも、異なるものでも良い。
のでも、異なるものでも良い。
【0027】 他の好ましい実施態様によれば、セパレータの第一層は平均径が1ミクロン未
満のガラス繊維を50%より多く含んで成る。
満のガラス繊維を50%より多く含んで成る。
【0028】 第一層の繊維は好ましくは、平均径を0.4ミクロンより大きくする。
【0029】 第一層の厚みをセパレータの全幅の20〜50%とすると有利である。細繊維
と粗繊維の重量の比は、セパレータの全重量の20〜50%の範囲で変えて良い
。
と粗繊維の重量の比は、セパレータの全重量の20〜50%の範囲で変えて良い
。
【0030】 第二層は好ましくは、平均径が1ミクロンより大きいガラス繊維を50%より
多く含んで成る。好ましくは、セパレータの第二層は、平均径が1ミクロンより
大きいガラス繊維を90%より多く含んで成る。
多く含んで成る。好ましくは、セパレータの第二層は、平均径が1ミクロンより
大きいガラス繊維を90%より多く含んで成る。
【0031】 本発明の好ましい実施態様においては、上記の第二層は平均径>5ミクロンの
ガラス繊維をも含んで成る。
ガラス繊維をも含んで成る。
【0032】 本発明の他の特徴によれば、弁調整鉛−酸型蓄電池を含む蓄電池用の吸収性セ
パレータを製造するのに、下層を支持材(体)に付着し、この層の上に合成樹脂
のバンドを分散させ、次いで上層を上記樹脂バンドに付着し、両層を圧縮して互
いに結合保持されるようにする方法が提案される。
パレータを製造するのに、下層を支持材(体)に付着し、この層の上に合成樹脂
のバンドを分散させ、次いで上層を上記樹脂バンドに付着し、両層を圧縮して互
いに結合保持されるようにする方法が提案される。
【0033】 一つの有利な実施態様によれば、上記下層は平均径が1ミクロンより大きい繊
維を含み、上記上層は平均径が1ミクロンより小さい繊維を含んで成る。
維を含み、上記上層は平均径が1ミクロンより小さい繊維を含んで成る。
【0034】 平均径が1ミクロンより大きい繊維を含んで層の多孔度が大きくなるので、樹
脂バンドの結合力が大きくなる。
脂バンドの結合力が大きくなる。
【0035】 好ましくは、水と混合した繊維を水浸透性マットに次々と付着する。第二の繊
維層が付着したら、セパレータを圧縮して重畳層を結合し、次いでセパレータを
乾燥する。
維層が付着したら、セパレータを圧縮して重畳層を結合し、次いでセパレータを
乾燥する。
【0036】 本発明の他の特徴は、以下の実施例において、非限定的に記述される。
【0037】
図1に、平均径が1ミクロンより小さい繊維を基本的に含む第一層と、平均径
が1ミクロンより大きい繊維を基本的に含む第二層と、これ等第一及び第二層間
に挿入された、合成樹脂から成る二つのバンド12とを備えて成る多層セパレー
タ10が示されている。図1に表示のものでは、バンド12はセパレータ10の
両側部に位置付けられて、このセパレータの両側縁部を強化する。バンド12は
何れも、厚みが約0.1mmで、幅が3〜10mmである。これ等のバンドはア
クリル樹脂から成り、セパレータ10を補強する。
が1ミクロンより大きい繊維を基本的に含む第二層と、これ等第一及び第二層間
に挿入された、合成樹脂から成る二つのバンド12とを備えて成る多層セパレー
タ10が示されている。図1に表示のものでは、バンド12はセパレータ10の
両側部に位置付けられて、このセパレータの両側縁部を強化する。バンド12は
何れも、厚みが約0.1mmで、幅が3〜10mmである。これ等のバンドはア
クリル樹脂から成り、セパレータ10を補強する。
【0038】 図2は、多層セパレータの製造を概略的に表示するものである。
【0039】 平均径が0.2μm〜13μmの範囲にある繊維を基本的に含んで成る下層1
4が、支持材(図示せず)に付着される。次いで、粘性液体の形式の合成樹脂の
バンド12が少なくとも一つが分散(分布)器16により上記第一層14に付着
され、次いで平均径が0.2μm〜13μmの範囲にある繊維を基本的に含んで
成る第二の層18が下層14上および樹脂バンド12上に付着される。
4が、支持材(図示せず)に付着される。次いで、粘性液体の形式の合成樹脂の
バンド12が少なくとも一つが分散(分布)器16により上記第一層14に付着
され、次いで平均径が0.2μm〜13μmの範囲にある繊維を基本的に含んで
成る第二の層18が下層14上および樹脂バンド12上に付着される。
【0040】 これ等の繊維は多少の水と混合され、水浸透性マットに付着される。これ等二
層とバンドの付着後、セパレータをローラー(図示せず)で圧縮し、余分な水を
排出し、層間および層とバンドを相互結合する。樹脂バンドによりセパレータは
強化され、引張強度が更に増大される。約0.5kN/mから1.5kN/mに
改変される。
層とバンドの付着後、セパレータをローラー(図示せず)で圧縮し、余分な水を
排出し、層間および層とバンドを相互結合する。樹脂バンドによりセパレータは
強化され、引張強度が更に増大される。約0.5kN/mから1.5kN/mに
改変される。
【0041】 伸びも、1%から約4%と大きく増大する。
【0042】 引張強度の値は、セパレータ製造業界、及び製紙業界で良く知られた方法によ
り測定された。本測定はBCI(国際蓄電池審議会)、レファレンスTappi
−T498の制定する試験を用いて為された。簡単に云うと、この試験は、寸法
25mmx150mmのバンドを102mm(4インチ)離間する二つの顎部の
間に置くものである。試験中、バンドは25±5mm/minの速度で延伸され
る。破断強さはニュートンで測られ、破断点も破断点における伸びと共に測定さ
れた。
り測定された。本測定はBCI(国際蓄電池審議会)、レファレンスTappi
−T498の制定する試験を用いて為された。簡単に云うと、この試験は、寸法
25mmx150mmのバンドを102mm(4インチ)離間する二つの顎部の
間に置くものである。試験中、バンドは25±5mm/minの速度で延伸され
る。破断強さはニュートンで測られ、破断点も破断点における伸びと共に測定さ
れた。
【0043】 樹脂を含まないセパレータ試験サンプルが5Nの破断強度を示したの対し、本
発明による樹脂バンドを備えたセパレータ試験サンプルは37.5Nの破断強度
を示した。当該のサンプルの幅は25mmであり、これは1.5kN/mの引張
強度に相当する。
発明による樹脂バンドを備えたセパレータ試験サンプルは37.5Nの破断強度
を示した。当該のサンプルの幅は25mmであり、これは1.5kN/mの引張
強度に相当する。
【図1】合成樹脂の二つのバンドを備えるセパレータを示す。
【図2】アクリル樹脂ドレッシングの付着により強化される多層セパレータ
の製造を示す。
の製造を示す。
10…セパレータ、12…バンド、14…下層(第一層)、16…分布器、1
8…第二層。
8…第二層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 4F100 AG00A AG00B AK01C AK25C BA03 BA06 BA10A BA10B BA13 DG00A DG00B DH02C EC012 EJ172 GB41 JA20C JD14 YY00C 5H021 CC01 CC04 EE06 EE28 HH01 HH03 5H028 AA05 BB03 BB04 BB06 EE04 EE06 HH01 HH05
Claims (13)
- 【請求項1】 弁により調節される鉛−酸型蓄電池用吸収性セパレータであ
って、それが第一のガラス繊維層と、第二のガラス繊維層と、該第一及び第二層
間に挿入された合成樹脂のバンドとを備えて成ることを特徴とするセパレータ。 - 【請求項2】 前記樹脂バンドがブチルアクリレートを含んで成ることを特
徴とする請求項1に記載のセパレータ。 - 【請求項3】 前記バンドが樹脂含浸ガラス繊維を含んで成ることを特徴と
する請求項1又は2に記載のセパレータ。 - 【請求項4】 前記樹脂バンドの厚みが0.01〜1mm、好ましくは0.
05〜0.15mmの範囲にあることを特徴とする前記請求項1−3の何れか一
つに記載のセパレータ。 - 【請求項5】 前記樹脂バンドの幅が1〜20mm、好ましくは3〜10m
mの範囲にあることを特徴とする前記請求項1−4の何れか一つに記載のセパレ
ータ。 - 【請求項6】 前記第一層が、平均径が1ミクロンを下回るガラス繊維を5
0%より多く含んで成ることを特徴とする前記請求項1−5の何れか一つに記載
のセパレータ。 - 【請求項7】 前記第一層のガラス繊維の平均径が0.4ミクロンより大き
いことを特徴とする前記請求項1−6の何れか一つに記載のセパレータ。 - 【請求項8】 前記第一層の厚みがセパレータの全厚みの20〜50%であ
ることを特徴とする前記請求項1−7の何れか一つに記載のセパレータ。 - 【請求項9】 前記第二層が、平均径が1ミクロンより大きいガラス繊維を
50%より多く含んで成ることを特徴とする前記請求項1−8の何れか一つに記
載のセパレータ。 - 【請求項10】 前記第二層が、平均径>5ミクロンのガラス繊維を含んで
成ることを特徴とする前記請求項1−9の何れか一つに記載のセパレータ。 - 【請求項11】 前記請求項1−10の何れか一つに記載のセパレータを製
造する方法であって、基本的に繊維で構成される下層を支持体に付着し、合成樹
脂バンドを少なくとも一つ上記第一層に付着し、次いで基本的に繊維で構成され
る上層を上記樹脂バンドに付着し、上記両層を圧縮して、これ等が結合状態に保
持されるようにして成る方法。 - 【請求項12】 合成樹脂の粘性液体を前記第一層に散布して付着すること
を特徴とする請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】 前記繊維を水と混合して、水浸透性マットに付着して成る
請求項11又は12に記載の方法。
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PCT/EP1998/006500 WO1999019922A1 (fr) | 1997-10-15 | 1998-10-14 | Separateur absorbant renforce en fibres de verre |
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