JP2002075318A - 二次電池 - Google Patents
二次電池Info
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- JP2002075318A JP2002075318A JP2000260403A JP2000260403A JP2002075318A JP 2002075318 A JP2002075318 A JP 2002075318A JP 2000260403 A JP2000260403 A JP 2000260403A JP 2000260403 A JP2000260403 A JP 2000260403A JP 2002075318 A JP2002075318 A JP 2002075318A
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- porosity
- battery
- secondary battery
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 極板とセパレータとが群構成された状態での
セパレータの状態を解明することにより高出力の二次電
池を提供することを課題とする。 【解決手段】 正極板と負極板間の距離〔ｃｍ〕をＬと
し、セパレータの目付重量〔ｇ／ｍ2〕をｕとし、セパ
レータの真密度〔ｇ／ｃｍ3〕をｄとして二次電池内に
おけるセパレータの空孔率百分率Ｐ＝（Ｌ−ｕ／ｄ）／
Ｌ×１００を計算し、空孔率が１５％乃至４５％の範囲
を二次電池を高出力にする最適値とした。
セパレータの状態を解明することにより高出力の二次電
池を提供することを課題とする。 【解決手段】 正極板と負極板間の距離〔ｃｍ〕をＬと
し、セパレータの目付重量〔ｇ／ｍ2〕をｕとし、セパ
レータの真密度〔ｇ／ｃｍ3〕をｄとして二次電池内に
おけるセパレータの空孔率百分率Ｐ＝（Ｌ−ｕ／ｄ）／
Ｌ×１００を計算し、空孔率が１５％乃至４５％の範囲
を二次電池を高出力にする最適値とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極板を巻回した極
板群を用いた高出力型の二次電池、特にそのセパレータ
に関するものである。
板群を用いた高出力型の二次電池、特にそのセパレータ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電動工具や電気自動車用電池とし
て高出力型電池の需要が高まっている。高出力型電池と
は、電池の作動電圧が高く、電池の内部抵抗が小さいこ
とを意味する。内部抵抗を低くする手段のひとつにセパ
レータの目付重量を下げるという手段があるが、これに
より正極と負極が接触する内部短絡の危険を伴う。これ
を解決する手段として、例えば特開平１１−１６２４４
０号公報には、セパレータの薄型化および低目付化を行
ってもショート発生率が低く、電解液保液性とガス透過
性に優れたセパレータを作製する手段としてセパレータ
の見かけ密度を０．４０ｇ／ｃｍ3以上にすることが提
案されている。
て高出力型電池の需要が高まっている。高出力型電池と
は、電池の作動電圧が高く、電池の内部抵抗が小さいこ
とを意味する。内部抵抗を低くする手段のひとつにセパ
レータの目付重量を下げるという手段があるが、これに
より正極と負極が接触する内部短絡の危険を伴う。これ
を解決する手段として、例えば特開平１１−１６２４４
０号公報には、セパレータの薄型化および低目付化を行
ってもショート発生率が低く、電解液保液性とガス透過
性に優れたセパレータを作製する手段としてセパレータ
の見かけ密度を０．４０ｇ／ｃｍ3以上にすることが提
案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した手段はセパレ
ータの作製時を規定するものであり、実際に電池として
極板とセパレータが群構成された状態でのセパレータの
状態としてどのようなものが望ましいかについては明ら
かでない。本発明は、従来明らかにされていなかったセ
パレータの空孔率と電池内部抵抗の関係を明らかにし、
最も適当な空孔率をもつセパレータを備えた二次電池を
提供することで電池内部抵抗を低減し、電池の高出力化
を図ることを目的とする。
ータの作製時を規定するものであり、実際に電池として
極板とセパレータが群構成された状態でのセパレータの
状態としてどのようなものが望ましいかについては明ら
かでない。本発明は、従来明らかにされていなかったセ
パレータの空孔率と電池内部抵抗の関係を明らかにし、
最も適当な空孔率をもつセパレータを備えた二次電池を
提供することで電池内部抵抗を低減し、電池の高出力化
を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、正極板と負極板間にあるセパレータの空孔
率を百分率でＰとした時に、その空孔率は次の数式１，
数式２の条件を満たすこととした。
するために、正極板と負極板間にあるセパレータの空孔
率を百分率でＰとした時に、その空孔率は次の数式１，
数式２の条件を満たすこととした。
【０００５】
【数３】
【０００６】
【数４】
【０００７】但し、Ｌは正極板と負極板間の距離〔ｃ
ｍ〕を、ｕはセパレータの目付重量〔ｇ／ｍ2〕を、ｄ
はセパレータを構成する物質の真密度〔ｇ／ｃｍ3〕を
示す。
ｍ〕を、ｕはセパレータの目付重量〔ｇ／ｍ2〕を、ｄ
はセパレータを構成する物質の真密度〔ｇ／ｃｍ3〕を
示す。
【０００８】
【発明の実施の形態】ある目付重量を有するセパレータ
に対して、その空孔率を変化させた電池を作製し、その
内部抵抗を調べた結果、空孔率が１５〜４５％の間にあ
る時、電池の内部抵抗が最も低くなった。セパレータの
目付重量は、高い信頼性で電池の微少短絡を防ぐのに必
要な量として決定される。本発明で問題となるのはセパ
レータとして用いる材料の厚み方向の圧縮応力に対する
変位量や、極板とセパレータの群構成時の加圧力など、
正極板と負極板間の距離を変化させるような要因であ
る。この時、正極板と負極板間の距離を短くしてセパレ
ータの空孔率を小さくし過ぎると、正負極両極板間に存
在する電解液量が少なくなり、電池の内部抵抗が上昇す
る。また、逆に正極板と負極板間の距離を長くし過ぎる
と、正負極両極板間には充分な量の電解液が存在するも
ののイオン導電経路が長くなるため却って内部抵抗が上
昇し、あるいはケース内に挿入することができる活物質
量が減少し、電池の設計容量が低下する。以上の理由か
ら、セパレータの空孔率が１５〜４５％の間にあること
が最も望ましい。
に対して、その空孔率を変化させた電池を作製し、その
内部抵抗を調べた結果、空孔率が１５〜４５％の間にあ
る時、電池の内部抵抗が最も低くなった。セパレータの
目付重量は、高い信頼性で電池の微少短絡を防ぐのに必
要な量として決定される。本発明で問題となるのはセパ
レータとして用いる材料の厚み方向の圧縮応力に対する
変位量や、極板とセパレータの群構成時の加圧力など、
正極板と負極板間の距離を変化させるような要因であ
る。この時、正極板と負極板間の距離を短くしてセパレ
ータの空孔率を小さくし過ぎると、正負極両極板間に存
在する電解液量が少なくなり、電池の内部抵抗が上昇す
る。また、逆に正極板と負極板間の距離を長くし過ぎる
と、正負極両極板間には充分な量の電解液が存在するも
ののイオン導電経路が長くなるため却って内部抵抗が上
昇し、あるいはケース内に挿入することができる活物質
量が減少し、電池の設計容量が低下する。以上の理由か
ら、セパレータの空孔率が１５〜４５％の間にあること
が最も望ましい。
【０００９】また、このセパレータの多孔度と内部抵抗
の関係は、円筒型や角型などの電池形状に関係なく、ま
た、ナイロンやポリプロピレンなどの不織布がセパレー
タとして用いられるニッケル−カドミウム電池やニッケ
ル−金属水素化物電池をはじめとするアルカリ蓄電池、
ガラスウールなどがセパレータとして用いられる鉛蓄電
池、ポリプロピレンをはじめとする有機化合物の多孔質
フィルムがセパレータとして用いられるリチウムイオン
二次電池などに幅広く適用することができる。
の関係は、円筒型や角型などの電池形状に関係なく、ま
た、ナイロンやポリプロピレンなどの不織布がセパレー
タとして用いられるニッケル−カドミウム電池やニッケ
ル−金属水素化物電池をはじめとするアルカリ蓄電池、
ガラスウールなどがセパレータとして用いられる鉛蓄電
池、ポリプロピレンをはじめとする有機化合物の多孔質
フィルムがセパレータとして用いられるリチウムイオン
二次電池などに幅広く適用することができる。
【００１０】本発明による電池の作製方法は、正極板と
負極板が電解液を含んだセパレータを挟んで密着するよ
うに対向している二次電池において、前記数式２から計
算されるそのセパレータの空孔率Ｐが前記数式１を満足
するように構成されていることを特徴としている。ここ
で、数式２のＬは正極板と負極板との間隔〔ｃｍ〕、ｕ
はセパレータの目付重量〔ｇ／ｍ2〕、ｄはセパレータ
の構成物質の真密度〔ｇ／ｃｍ3〕を表している。
負極板が電解液を含んだセパレータを挟んで密着するよ
うに対向している二次電池において、前記数式２から計
算されるそのセパレータの空孔率Ｐが前記数式１を満足
するように構成されていることを特徴としている。ここ
で、数式２のＬは正極板と負極板との間隔〔ｃｍ〕、ｕ
はセパレータの目付重量〔ｇ／ｍ2〕、ｄはセパレータ
の構成物質の真密度〔ｇ／ｃｍ3〕を表している。
【００１１】（実施例１）本発明の具体例を円筒型ニッ
ケル水素蓄電池を例として説明する。作製した電池は直
径２２ｍｍ，高さ４２．５ｍｍである。用いたセパレー
タ１は、目付重量６２ｇ／ｍ2，見かけ厚み０．１８ｍ
ｍ，真密度０．９２ｇ／ｃｍ3のスルホン化処理された
ポリプロピレン不織布である。極板群２が金属ケース３
に収まり、その外径が最大値になるよう、厚さ０．４２
ｍｍ，長さ３７２ｍｍの焼結式ニッケルの正極板４と、
厚さ０．２２ｍｍ，長さ４２２ｍｍのペースト式水素吸
蔵合金の負極板５とを用い、それぞれの極板の長端部の
一方は１ｍｍの芯材の露出した部分６，７を設け、それ
ぞれの芯材部が反対向きになるように極板を配設し、さ
らに互いの極板の芯材部が対極板よりも２ｍｍ突出する
ようにして、セパレータ１を間に介在させ、極板群２を
５８．８Ｎの力で直径約５ｃｍのステンレス製円筒棒に
て加圧しながら、正極板４，負極板５およびセパレータ
１を渦巻状に巻回させ、外径約２２ｍｍ，高さ約３７ｍ
ｍの極板群２を構成した。
ケル水素蓄電池を例として説明する。作製した電池は直
径２２ｍｍ，高さ４２．５ｍｍである。用いたセパレー
タ１は、目付重量６２ｇ／ｍ2，見かけ厚み０．１８ｍ
ｍ，真密度０．９２ｇ／ｃｍ3のスルホン化処理された
ポリプロピレン不織布である。極板群２が金属ケース３
に収まり、その外径が最大値になるよう、厚さ０．４２
ｍｍ，長さ３７２ｍｍの焼結式ニッケルの正極板４と、
厚さ０．２２ｍｍ，長さ４２２ｍｍのペースト式水素吸
蔵合金の負極板５とを用い、それぞれの極板の長端部の
一方は１ｍｍの芯材の露出した部分６，７を設け、それ
ぞれの芯材部が反対向きになるように極板を配設し、さ
らに互いの極板の芯材部が対極板よりも２ｍｍ突出する
ようにして、セパレータ１を間に介在させ、極板群２を
５８．８Ｎの力で直径約５ｃｍのステンレス製円筒棒に
て加圧しながら、正極板４，負極板５およびセパレータ
１を渦巻状に巻回させ、外径約２２ｍｍ，高さ約３７ｍ
ｍの極板群２を構成した。
【００１２】この極板群２の正極側の芯材部端面に集電
体８を溶接し、負極側の芯材部端面には集電体９を溶接
した。この集電体８と封口板１０との電気的接合のため
のリードタブ１１の一端を集電体８に溶接して取り付け
た。
体８を溶接し、負極側の芯材部端面には集電体９を溶接
した。この集電体８と封口板１０との電気的接合のため
のリードタブ１１の一端を集電体８に溶接して取り付け
た。
【００１３】この集電体８，９を溶接した極板群２を金
属ケース３に挿入し、集電体８の中央部の穴に溶接電極
を挿入し、集電体９の中央部と金属ケース３の底部を溶
接した。比重１．３０の水酸化カリウム水溶液を４ミリ
リットル注液した後、封口板１０と金属ケース３をかし
めて二次電池Ａ１を２セル作製した。
属ケース３に挿入し、集電体８の中央部の穴に溶接電極
を挿入し、集電体９の中央部と金属ケース３の底部を溶
接した。比重１．３０の水酸化カリウム水溶液を４ミリ
リットル注液した後、封口板１０と金属ケース３をかし
めて二次電池Ａ１を２セル作製した。
【００１４】二次電池Ａ１を室温にて、０．５ＣｍＡの
電流で２．５時間充電し、０．５ＣｍＡの電流で二次電
池の端子電圧が１Ｖになるまで放電する、という方式で
１０回充放電を繰り返して二次電池を活性化させた。こ
の時、Ａ１のうちの１つの封口板をあけ、電解液を遠心
操作にて二次電池から除去し、その後、４５℃に加熱し
た真空乾燥機にて一昼夜真空乾燥させた。こうして作製
したＡ１の乾燥セルに対し、熱硬化性樹脂を流し込み、
８０℃にて充分樹脂を硬化させた後、ダイアモンドカッ
ターにて二次電池を横方向に輪切りに切断した。切断面
を研磨機にて研磨した後、研磨面を顕微鏡にて観察した
ところ、正極板と負極板間の距離は０．００８１ｃｍで
あり、前記数式２より、セパレータの空孔率Ｐは１５．
９％であった。
電流で２．５時間充電し、０．５ＣｍＡの電流で二次電
池の端子電圧が１Ｖになるまで放電する、という方式で
１０回充放電を繰り返して二次電池を活性化させた。こ
の時、Ａ１のうちの１つの封口板をあけ、電解液を遠心
操作にて二次電池から除去し、その後、４５℃に加熱し
た真空乾燥機にて一昼夜真空乾燥させた。こうして作製
したＡ１の乾燥セルに対し、熱硬化性樹脂を流し込み、
８０℃にて充分樹脂を硬化させた後、ダイアモンドカッ
ターにて二次電池を横方向に輪切りに切断した。切断面
を研磨機にて研磨した後、研磨面を顕微鏡にて観察した
ところ、正極板と負極板間の距離は０．００８１ｃｍで
あり、前記数式２より、セパレータの空孔率Ｐは１５．
９％であった。
【００１５】（実施例２）前記実施例１における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３６３ｍ
ｍ、負極板５の長さを４１３ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を４９．０Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て本発明の二次電池Ａ２を２セル作製した。前記実施例
１と同様に活性化充放電を行い、Ａ２のうちの１セルの
正極板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９
０ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは２４．３％であ
った。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３６３ｍ
ｍ、負極板５の長さを４１３ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を４９．０Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て本発明の二次電池Ａ２を２セル作製した。前記実施例
１と同様に活性化充放電を行い、Ａ２のうちの１セルの
正極板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９
０ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは２４．３％であ
った。
【００１６】（実施例３）前記実施例１における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３５３ｍ
ｍ、負極板５の長さを４０３ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を３９．２Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て本発明二次電池Ａ３を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ａ３のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１０１
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは３２．５％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３５３ｍ
ｍ、負極板５の長さを４０３ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を３９．２Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て本発明二次電池Ａ３を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ａ３のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１０１
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは３２．５％であっ
た。
【００１７】（実施例４）前記実施例１における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３３８ｍ
ｍ、負極板５の長さを３８８ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を２９．４Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て本発明二次電池Ａ４を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ａ４のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１１８
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは４２．３％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３３８ｍ
ｍ、負極板５の長さを３８８ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を２９．４Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て本発明二次電池Ａ４を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ａ４のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１１８
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは４２．３％であっ
た。
【００１８】（比較例１）前記実施例１における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３１２ｍ
ｍ、負極板５の長さを３６２ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を１９．６Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て比較例二次電池Ａ５を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ａ５のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１５０
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは５４．６％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３１２ｍ
ｍ、負極板５の長さを３６２ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を１９．６Ｎに変更した以外は前記実施例１と同様にし
て比較例二次電池Ａ５を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ａ５のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１５０
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは５４．６％であっ
た。
【００１９】（実施例５）前記実施例１における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３６１ｍ
ｍ、負極板５の長さを４１１ｍｍ、セパレータ１に目付
重量７２ｇ／ｍ2，見かけ厚み０．２０ｍｍ，真密度
０．９２ｇ／ｃｍ3のスルホン化処理されたポリプロピ
レン不織布２ｂを用いた以外は前記実施例１と同様にし
て本発明二次電池Ｂ１を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化放電を行い、Ｂ１のうちの１セルの正極
板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９４ｃ
ｍであり、セパレータの空孔率Ｐは１５．８％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３６１ｍ
ｍ、負極板５の長さを４１１ｍｍ、セパレータ１に目付
重量７２ｇ／ｍ2，見かけ厚み０．２０ｍｍ，真密度
０．９２ｇ／ｃｍ3のスルホン化処理されたポリプロピ
レン不織布２ｂを用いた以外は前記実施例１と同様にし
て本発明二次電池Ｂ１を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化放電を行い、Ｂ１のうちの１セルの正極
板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９４ｃ
ｍであり、セパレータの空孔率Ｐは１５．８％であっ
た。
【００２０】（実施例６）前記実施例５における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３５２ｍ
ｍ、負極板５の長さを４０２ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を４９．０Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て本発明二次電池Ｂ２を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ２のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１０２
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは２２．４％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３５２ｍ
ｍ、負極板５の長さを４０２ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を４９．０Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て本発明二次電池Ｂ２を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ２のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１０２
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは２２．４％であっ
た。
【００２１】（実施例７）前記実施例５における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３４２ｍ
ｍ、負極板５の長さを３９２ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を３９．２Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て本発明二次電池Ｂ３を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ３のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１１３
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは３０．０％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３４２ｍ
ｍ、負極板５の長さを３９２ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を３９．２Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て本発明二次電池Ｂ３を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ３のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１１３
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは３０．０％であっ
た。
【００２２】（実施例８）前記実施例５における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３２５ｍ
ｍ、負極板５の長さを３７５ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を２９．４Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て本発明二次電池Ｂ４を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ４のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１３３
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは４０．５％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを３２５ｍ
ｍ、負極板５の長さを３７５ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を２９．４Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て本発明二次電池Ｂ４を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ４のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１３３
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは４０．５％であっ
た。
【００２３】（比較例２）前記実施例５における電池作
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを２９８ｍ
ｍ、負極板５の長さを３４８ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を１９．６Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て比較例二次電池Ｂ５を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ５のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１７０
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは５３．５％であっ
た。
製方法において、極板群２が金属ケース３に収まり、そ
の外径が最大値になるよう、正極板４の長さを２９８ｍ
ｍ、負極板５の長さを３４８ｍｍ、およびセパレータ１
を渦巻状に巻回する時のステンレス製円筒棒での加圧力
を１９．６Ｎに変更した以外は前記実施例５と同様にし
て比較例二次電池Ｂ５を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｂ５のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１７０
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは５３．５％であっ
た。
【００２４】（実施例９）前記実施例１における電池作
製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化カ
リウム水溶液を用いた以外は前記実施例１と同様にして
本発明二次電池Ｃ１を２セル作製した。前記実施例１と
同様に活性化充放電を行い、Ｃ１のうちの１セルの正極
板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９４ｃ
ｍであり、セパレータの空孔率Ｐは１５．８％であっ
た。
製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化カ
リウム水溶液を用いた以外は前記実施例１と同様にして
本発明二次電池Ｃ１を２セル作製した。前記実施例１と
同様に活性化充放電を行い、Ｃ１のうちの１セルの正極
板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９４ｃ
ｍであり、セパレータの空孔率Ｐは１５．８％であっ
た。
【００２５】（実施例１０）前記実施例２における電池
作製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化
カリウム水溶液を用いた以外は前記実施例２と同様にし
て本発明二次電池Ｃ２を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｃ２のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９０
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは２４．３％であっ
た。
作製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化
カリウム水溶液を用いた以外は前記実施例２と同様にし
て本発明二次電池Ｃ２を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｃ２のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．００９０
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは２４．３％であっ
た。
【００２６】（実施例１１）前記実施例３における電池
作製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化
カリウム水溶液を用いた以外は前記実施例３と同様にし
て本発明二次電池Ｃ３を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｃ３のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１０１
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは３２．５％であっ
た。
作製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化
カリウム水溶液を用いた以外は前記実施例３と同様にし
て本発明二次電池Ｃ３を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｃ３のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１０１
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは３２．５％であっ
た。
【００２７】（実施例１２）前記実施例４における電池
作製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化
カリウム水溶液を用いた以外は前記実施例４と同様にし
て本発明二次電池Ｃ４を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｃ４のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１１８
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは４２．３％であっ
た。
作製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化
カリウム水溶液を用いた以外は前記実施例４と同様にし
て本発明二次電池Ｃ４を２セル作製した。前記実施例１
と同様に活性化充放電を行い、Ｃ４のうちの１セルの正
極板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１１８
ｃｍであり、セパレータの空孔率Ｐは４２．３％であっ
た。
【００２８】（比較例３）前記実施例１における電池作
製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化カ
リウム水溶液を用いた以外は前記比較例１と同様にして
比較例二次電池Ｃ５を２セル作製した。前記実施例１と
同様に活性化充放電を行い、Ｃ５のうちの１セルの正極
板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１５０ｃ
ｍであり、セパレータの空孔率Ｐは５４．６％であっ
た。
製方法において、電解液として比重１．４０の水酸化カ
リウム水溶液を用いた以外は前記比較例１と同様にして
比較例二次電池Ｃ５を２セル作製した。前記実施例１と
同様に活性化充放電を行い、Ｃ５のうちの１セルの正極
板と負極板間の距離を測定したところ、０．０１５０ｃ
ｍであり、セパレータの空孔率Ｐは５４．６％であっ
た。
【００２９】（評価）活性化充放電を終了した放電状態
のＡ１〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ５およびＣ１〜Ｃ５の各セルに
ついて、１．１Ａの電流で１時間充電した後、１時間放
置して、６０Ａの放電を１０秒間行った。この６０Ａ放
電前後の電池電圧の差を電流値で除することにより、電
池の直流抵抗を求めた。それぞれの二次電池について、
セパレータの空孔率〔％〕と、活性化１０サイクル目の
電池容量と、直流抵抗の値を表１に示す。また、図２に
セパレータの空孔率と直流抵抗との関係、図３にセパレ
ータの空孔率と電池容量の関係を示す。
のＡ１〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ５およびＣ１〜Ｃ５の各セルに
ついて、１．１Ａの電流で１時間充電した後、１時間放
置して、６０Ａの放電を１０秒間行った。この６０Ａ放
電前後の電池電圧の差を電流値で除することにより、電
池の直流抵抗を求めた。それぞれの二次電池について、
セパレータの空孔率〔％〕と、活性化１０サイクル目の
電池容量と、直流抵抗の値を表１に示す。また、図２に
セパレータの空孔率と直流抵抗との関係、図３にセパレ
ータの空孔率と電池容量の関係を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】表１ならびに図３から、セパレータの空孔
率が増加すると電池容量が低下していくのが分かる。こ
れは、セパレータの見かけ占有体積が増加し、二次電池
内の活物質占有体積率が低下するためである。また、図
２より、セパレータの空孔率が１５％以下あるいは４５
％以上になると急激に直流抵抗が増加するのが分かる。
率が増加すると電池容量が低下していくのが分かる。こ
れは、セパレータの見かけ占有体積が増加し、二次電池
内の活物質占有体積率が低下するためである。また、図
２より、セパレータの空孔率が１５％以下あるいは４５
％以上になると急激に直流抵抗が増加するのが分かる。
【００３２】図２および図３の双方を勘案した結果、セ
パレータの空孔率としての最適値は１５％以上４５％以
下であると結論される。また、表１ならびに図３から、
目付重量が６２ｇ／ｍ2のセパレータを用いたＡ１〜Ａ
５のセルと、目付重量が７２ｇ／ｍ2のセパレータを用
いたＢ１〜Ｂ５のセルとでは、セパレータの空孔率の最
適値が同じ傾向であることから、前記数式１の関係はセ
パレータの目付重量に関係なく、幅広く適用されるもの
であると考えることができる。また、図２のＡ１〜Ａ５
とＣ１〜Ｃ５では、電解液に用いた水酸化カリウム水溶
液の濃度が異なり、直流抵抗の値が異なる。これは主と
して電解液の導電率の違いに起因するものであると考え
られる。従って、Ａ１〜Ａ５とＣ１〜Ｃ５では直流抵抗
の絶対値は異なるものの、セパレータの空孔率の最適値
が同じ傾向であることから、数式１の関係は電解液の導
電率に関係なく、幅広く適用されるものであると考える
ことができる。
パレータの空孔率としての最適値は１５％以上４５％以
下であると結論される。また、表１ならびに図３から、
目付重量が６２ｇ／ｍ2のセパレータを用いたＡ１〜Ａ
５のセルと、目付重量が７２ｇ／ｍ2のセパレータを用
いたＢ１〜Ｂ５のセルとでは、セパレータの空孔率の最
適値が同じ傾向であることから、前記数式１の関係はセ
パレータの目付重量に関係なく、幅広く適用されるもの
であると考えることができる。また、図２のＡ１〜Ａ５
とＣ１〜Ｃ５では、電解液に用いた水酸化カリウム水溶
液の濃度が異なり、直流抵抗の値が異なる。これは主と
して電解液の導電率の違いに起因するものであると考え
られる。従って、Ａ１〜Ａ５とＣ１〜Ｃ５では直流抵抗
の絶対値は異なるものの、セパレータの空孔率の最適値
が同じ傾向であることから、数式１の関係は電解液の導
電率に関係なく、幅広く適用されるものであると考える
ことができる。
【００３３】また、本実施例ではポリプロピレン不織布
を用いた円筒型ニッケル水素蓄電池を例にしてセパレー
タの空孔率の最適値について説明したが、正極板と負極
板が積層された角型電池においても数式１の関係は適用
可能である。また、先述したように、本発明は電解液の
導電率に依らず適用が可能であるため、アルカリ蓄電池
以外の電池系、例えば硫酸水溶液を用いる鉛酸蓄電池
や、有機電解液を用いるリチウムイオン二次電池などに
も適用される。また、多孔質フィルムセパレータが多く
用いられるリチウムイオン二次電池においては、巻回圧
力によりセパレータの厚み方向の変位が少なく、巻回時
でのセパレータの空孔率変化はないが、製造時に数式１
で規定されるセパレータの多孔度に合わせ込むことによ
り、高出力型リチウムイオン二次電池を作製することが
できる。
を用いた円筒型ニッケル水素蓄電池を例にしてセパレー
タの空孔率の最適値について説明したが、正極板と負極
板が積層された角型電池においても数式１の関係は適用
可能である。また、先述したように、本発明は電解液の
導電率に依らず適用が可能であるため、アルカリ蓄電池
以外の電池系、例えば硫酸水溶液を用いる鉛酸蓄電池
や、有機電解液を用いるリチウムイオン二次電池などに
も適用される。また、多孔質フィルムセパレータが多く
用いられるリチウムイオン二次電池においては、巻回圧
力によりセパレータの厚み方向の変位が少なく、巻回時
でのセパレータの空孔率変化はないが、製造時に数式１
で規定されるセパレータの多孔度に合わせ込むことによ
り、高出力型リチウムイオン二次電池を作製することが
できる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電解液
の種類やセパレータの形状に関係なく、内部抵抗の低い
高出力の二次電池を提供することができるものである。
の種類やセパレータの形状に関係なく、内部抵抗の低い
高出力の二次電池を提供することができるものである。
【図１】本発明ならびに比較例の二次電池の半截側断面
図
図
【図２】本発明によるセパレータの空孔率と電池の直流
抵抗との関係を示す図
抵抗との関係を示す図
【図３】本発明によるセパレータの空孔率と電池容量の
関係を示す図
関係を示す図
【符号の説明】 １ セパレータ ２ 極板群 ３ 金属ケース ４ 正極板 ５ 負極板 ６，７ 芯材の露出した部分 ８，９ 集電体 １０ 封口板 １１ リードタブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲よし▼井 史彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H021 AA06 CC17 HH01 HH02 HH03 HH05 5H028 AA01 AA05 CC12 HH00 HH01 HH03 HH05
Claims (1)
- 【請求項１】 正極板と負極板とが多数の空孔を有する
多孔体のセパレータにて電気的に絶縁されている二次電
池であって、前記セパレータの空孔率を百分率でＰとし
た時に、その空孔率は次の数式１，数式２の条件を満た
すことを特徴とする二次電池。 【数１】 【数２】 上記数式１，数式２において、Ｌは正極板と負極板間の
距離〔ｃｍ〕を、ｕはセパレータの目付重量〔ｇ／
ｍ2〕を、ｄはセパレータを構成する物質の真密度〔ｇ
／ｃｍ3〕を示す。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260403A JP2002075318A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000260403A JP2002075318A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002075318A true JP2002075318A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18748418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000260403A Pending JP2002075318A (ja) | 2000-08-30 | 2000-08-30 | 二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002075318A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018123520A1 (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電装置 |
| CN109902372A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-06-18 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 一种基于有限元分析的电池卷芯模拟方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0325865A (ja) * | 1989-06-21 | 1991-02-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液２次電池 |
| JPH03184257A (ja) * | 1989-12-14 | 1991-08-12 | Japan Storage Battery Co Ltd | 電池 |
| JPH04212263A (ja) * | 1990-08-03 | 1992-08-03 | Sharp Corp | 電池の製造方法及び電池 |
| JPH0562706A (ja) * | 1991-09-02 | 1993-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 金属酸化物−水素蓄電池およびその製造方法 |
| JPH06310117A (ja) * | 1993-04-26 | 1994-11-04 | Nitto Denko Corp | アルカリ二次電池及びその製造方法 |
| JPH08339818A (ja) * | 1995-06-12 | 1996-12-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 非円形スパイラル電極体を内蔵する電池の製造方法 |
| JPH0982363A (ja) * | 1995-09-06 | 1997-03-28 | Canon Inc | リチウム二次電池 |
| JPH11224693A (ja) * | 1997-12-03 | 1999-08-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JP2000090964A (ja) * | 1998-09-14 | 2000-03-31 | Yuasa Corp | 密閉形鉛蓄電池 |
| JP2000268800A (ja) * | 1999-03-16 | 2000-09-29 | Toshiba Battery Co Ltd | アルカリ二次電池 |
-
2000
- 2000-08-30 JP JP2000260403A patent/JP2002075318A/ja active Pending
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| WO2018123520A1 (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電装置 |
| CN109902372A (zh) * | 2019-02-20 | 2019-06-18 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 一种基于有限元分析的电池卷芯模拟方法 |
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