JP2002298817A - アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維径が細くても繊維強度が強い極細繊維を
含有させて、強度が強く、かつ電解液の保持能力が高い
セパレータを得て、高率放電特性に優れ、かつサイクル
寿命の長いアルカリ蓄電池を提供する。 【解決手段】 本発明の正極と負極の間に介在するポリ
オレフィン系樹脂繊維からなるセパレータは、平均繊維
径が０．５〜２．０μｍで繊維強度が０．０２Ｎ／ｄ
（デニール）以上である極細繊維をセパレータの質量に
対して１０質量％以上含有している。繊維強度が０．０
２Ｎ／ｄ（デニール）以上である極細繊維を１０質量％
以上含有させると、平均繊維径が０．５〜２．０μｍの
繊維を用いてもセパレータの強度が向上するとともに、
セパレータの緻密性も向上するため、電極のクラックや
バリや活物質の欠けや破損に起因する破片や粉末がセパ
レータを貫通することが抑制でき、内部短絡の発生を未
然に防止することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル−水素蓄
電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電
池およびその製造方法に係り、特に、正極と負極との間
に介在させるセパレータを改良したアルカリ蓄電池およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ニッケル−水素蓄電池、ニッケ
ル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池は、正極と
負極の間にセパレータを介在させ、これらを渦巻状に巻
回して電極群を形成し、この電極群の上下端に集電体を
接続して電極体を形成する。この電極体を円筒状の金属
製電池缶に収納し、正極用集電体より延出する集電リー
ド板を封口体下面に溶接し、電解液を注入した後、電池
缶の開口部に絶縁ガスケットを介在させて封口体を装着
することにより密閉して構成されている。

【０００３】このようなアルカリ蓄電池に用いられるセ
パレータにおいては、耐酸化性に優れ、かつ電解液中の
強アルカリに対する耐性に優れるとともに、充分な量の
電解液を保持でき、アルカリ電解液を保持した状態で充
分なガス透過性を有することが要望されている。このよ
うなセパレータに用いられる材質としては、従来におい
ては、ポリアミド繊維が主流であったが、耐アルカリ性
や耐酸化性の点で問題があったため、近年においては、
ポリオレフィン樹脂繊維が使用されるようになった。

【０００４】近年、この種のアルカリ蓄電池のさらなる
高容量化を目指してセパレータの薄型化が要求されてき
た。薄型セパレータにおいては、電解液の保持性をより
強めることや、ピンホールの発生を避けるための目付む
らが少ない不織布が求められており、これに加えて、従
来品に劣らない強度と高いガス透過性が必要とされてい
る。ところで、セパレータに含まれる繊維の表面積を大
きくすると、電解液の保持性が向上し、放電性およびサ
イクル寿命の向上が期待されるため、なるべく細い繊維
径の繊維を配合することが望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、セパレータに
繊維径が小さい繊維を配合する手段としては、例えば、
繊維断面において、放射状に伸びた樹脂により他の種類
の樹脂を分割した分割繊維を用いることが知られている
が、この分割繊維を用いた場合、分割後の繊維径は３μ
ｍ〜６μｍ程度で太いため、充分な電池性能が得られな
かった。また、分割繊維の分割方法としては、この分割
繊維を用いて不織布とした後、高圧水流により分割を行
うことが知られているが、この高圧水流を用いる方法に
あっては、水圧が強すぎるとセパレータに貫通孔を生じ
るなどの問題があった。

【０００６】また、溶融した樹脂材料を小径なノズルか
ら吐出させた後、急冷するメルトブロー法により紡糸し
て、繊維径が１μｍ程度の樹脂繊維を作製し、この樹脂
繊維を紡出して不織布とすることも知られている。しか
しながら、メルトブロー法においては、繊維径および繊
維長が共にランダムであるため、得られた不織布の均質
性がかなり低く、また、紡糸時に延伸処理を行えないた
め、得られた繊維の結晶性および分子配向性が低くて繊
維強度が小さいという問題があった。

【０００７】ところで、セパレータの強度が弱いと、正
極と負極の間にセパレータを介在させて渦巻状に巻回し
た際に、電極のクラックやバリや活物質の欠けや破損に
起因する破片や粉末がセパレータを貫通して生じる内部
短絡の発生率が増加し、極端な場合には、このような巻
回時にセパレータに付与される引張力によりセパレータ
が破断するという問題を生じた。このため、メルトブロ
ー法により作製されたセパレータの強度は弱くて、電池
製造時に必要となる強度を得ることができなかった。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点を解消するた
めになされたものであって、繊維径が細くても繊維強度
が強い極細繊維を含有させて、強度が強く、かつ電解液
の保持能力が高いセパレータを得て、高率放電特性に優
れ、かつサイクル寿命の長いアルカリ蓄電池を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するため、本発明は、正極と負極とこれら
の正極と負極との間にポリオレフィン系樹脂繊維からな
るセパレータを介在させたアルカリ蓄電池であって、ポ
リオレフィン系樹脂繊維からなるセパレータは平均繊維
径が０．５〜２．０μｍで繊維強度が０．０２Ｎ／ｄ
（デニール）以上である極細繊維をセパレータの質量に
対して１０質量％以上含有することを特徴とする。

【００１０】このように、繊維強度が０．０２Ｎ／ｄ
（デニール）以上である極細繊維をセパレータ中に１０
質量％以上含有させると、平均繊維径が０．５〜２．０
μｍの繊維を用いてもセパレータの強度が向上するとと
もに、セパレータの緻密性も向上するため、電極のクラ
ックやバリや活物質の欠けや破損に起因する破片や粉末
がセパレータを貫通することが抑制でき、内部短絡の発
生を未然に防止することが可能となる。

【００１１】また、繊維強度が０．０２Ｎ／ｄ（デニー
ル）以上である極細繊維を含有することで、セパレータ
の引張強度が向上するので、巻回工程などの製造過程で
の工程品質を確保することが可能となる。また、平均繊
維径が０．５〜２．０μｍの繊維を含有しているので、
繊維表面積が増加して電解液の保持性が増大するため、
内部抵抗が低減して高率放電時においても作動電圧が向
上する。また、内部抵抗が低減するため、電池内圧上昇
が抑制できるようになって、サイクル寿命も向上する。

【００１２】この場合、極細繊維よりも融点が低い融着
繊維をセパレータの質量に対して２０質量％以上含有す
るとともに、融着繊維により極細繊維を融着している
と、セパレータの緻密性がさらに向上して、均質なセパ
レータとなるため、内部短絡の発生率をさらに減少させ
ることが可能となる。なお、融着繊維の融点は極細繊維
の融点よりも１０℃以上低いものを用いるのが望まし
い。また、極細繊維および融着繊維の繊維長が長くなる
と、均質なセパレータが得られ難いため、極細繊維およ
び融着繊維の繊維長は１５ｍｍ以下にするのが望まし
い。さらに、セパレータに親水性を付与すると、さらに
電解液の保持性が増大するとともに内部抵抗もさらに低
減するため、高率放電時での作動電圧はさらに向上す
る。

【００１３】そして、平均繊維径が０．５〜２．０μｍ
で繊維強度が０．０２Ｎ／ｄ（デニール）以上である極
細繊維をセパレータの質量に対して１０質量％以上と、
極細繊維よりも融点が低い融着繊維をセパレータの質量
に対して２０質量％以上とを配合して湿式抄紙にて基布
を抄造する抄造工程と、得られた基布を融着繊維の融点
よりも高くかつ極細繊維の融点よりも低い温度の熱を付
加して融着繊維により極細繊維を融着する融着工程と、
融着繊維により極細繊維が融着された基布を親水化処理
する親水化処理工程とを備えるようにすると、平均繊維
径が０．５〜２．０μｍで繊維強度が０．０２Ｎ／ｄ
（デニール）以上である極細繊維を１０質量％以上含有
するセパレータを容易に得ることができる。

【００１４】この場合、親水化処理は基布をフッ素を含
有する反応ガスに接触させて極細繊維および融着繊維の
表面をフッ素化したり、あるいは基布を硫酸根を有する
酸に浸漬して極細繊維および融着繊維をスルホン化した
りすればよい。そして、フッ素化する場合は、フッ素を
主反応ガスとし、副反応ガスとして酸素あるいは亜硫酸
ガスを用いるようにし、さらに、これらの混合ガスが不
活性ガスで希釈されているのが望ましい。また、スルホ
ン化する場合は、硫酸根を有する酸は発煙硫酸あるいは
濃硫酸であることが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をニッケル−水素
蓄電池に適用した場合の実施の形態を説明する。なお、
図１は海島型繊維を模式的に示す断面図であり、図２は
芯鞘型繊維を模式的に示す断面図であり、図３は分割繊
維を模式的に示す断面図である。

【００１６】１．セパレータの作製 （１）セパレータａ まず、図１に示すように、海成分１１がポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）で、島成分１２がポリプロピレ
ン（ＰＰ）からなる海島型繊維１０を用意する。また、
図２に示すように、鞘成分２１がポリエチレン（ＰＥ：
融点は１３８℃）で芯成分２２がポリプロピレン（Ｐ
Ｐ：融点は１６０℃）からなり、繊維長が５ｍｍで平均
繊維径が１５μｍの芯鞘型融着繊維２０を用意する。な
お、平均繊維径はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などで所
定本数の各繊維を観察して求めた値である。

【００１７】ついで、海島型繊維１０を延伸し、５ｍｍ
の長さに切断した後、海成分１１をアルカリ溶液で溶脱
することで、平均繊維径が１．０μｍ、繊維長が５ｍ
ｍ、繊維強度が０．０５Ｎ／ｄ（デニール）のポリプロ
ピレン極細繊維（融点は１６０℃）を作製した。なお、
海成分１１をアルカリ溶液で溶脱する場合、所定の繊維
長に切断した後であっても、あるいは切断前であっても
どちらでもよい。この後、上述のように作製したポリプ
ロピレン極細繊維を４０質量％と、芯鞘型融着繊維を３
０質量％と、繊維長が５ｍｍで平均繊維径が１０μｍの
ポリプロピレン繊維を３０質量％とを水中に均一に分散
させた。

【００１８】ついで、この分散液を用いて湿式法により
抄紙を行った後、得られた抄紙を１４０℃の熱風乾燥機
に通してポリエチレン成分を融着させた。この後、荷重
を掛けることにより厚み加工を施して、厚みが０．１０
ｍｍとなるように調整し、目付が４０ｇ／ｍ²の湿式基
布を作製した。この湿式基布を、主反応ガスとしてのフ
ッ素ガス（Ｆ₂）が４．５容積％で、副反応ガスとして
の亜硫酸ガス（ＳＯ₂）が１０容積％で、不活性ガスと
しての窒素ガス（Ｎ₂）が８５．５容積％となるように
混合された混合ガス中に５分間存在させることによりフ
ッ素ガス処理（親水化処理）を施した。このようにし
て、湿式基布にフッ素ガス処理を施したものをセパレー
タａとした。

【００１９】（２）セパレータｂ 海成分１１がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
で、島成分１２がポリプロピレン（ＰＰ）からなる海島
型繊維１０を延伸し、５ｍｍの長さに切断した後、海成
分１１をアルカリ溶液で溶脱することで、平均繊維径が
２．０μｍ、繊維長が５ｍｍ、繊維強度が０．０５Ｎ／
ｄのポリプロピレン極細繊維（融点は１６０℃）を作製
した。ついで、セパレータａと同様の芯鞘型融着繊維２
０およびポリプロピレン繊維を用いて湿式基布を作製
し、１４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を
融着させた後、フッ素ガス処理（親水化処理）を施し
て、セパレータｂを作製した。

【００２０】（３）セパレータｃ 海成分１１がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
で、島成分１２がポリプロピレン（ＰＰ）からなる海島
型繊維１０を延伸し、５ｍｍの長さに切断した後、海成
分１１をアルカリ溶液で溶脱することで、平均繊維径が
０．５μｍ、繊維長が５ｍｍ、繊維強度が０．０５Ｎ／
ｄのポリプロピレン極細繊維（融点は１６０℃）を作製
した。ついで、セパレータａと同様の芯鞘型融着繊維２
０およびポリプロピレン繊維を用いて湿式基布を作製
し、１４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を
融着させた後、フッ素ガス処理（親水化処理）を施し
て、セパレータｃを作製した。

【００２１】（４）セパレータｄ 海成分１１がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
で、島成分１２がポリプロピレン（ＰＰ）からなる海島
型繊維１０を延伸し、５ｍｍの長さに切断した後、海成
分をアルカリ溶液で溶脱することで、平均繊維径が１．
０μｍ、繊維長が５ｍｍ、繊維強度が０．０２Ｎ／ｄの
ポリプロピレン極細繊維（融点は１６０℃）を作製し
た。ついで、セパレータａと同様の芯鞘型融着繊維２０
およびポリプロピレン繊維を用いて湿式基布を作製し、
１４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を融着
させた後、フッ素ガス処理（親水化処理）を施して、セ
パレータｄを作製した。

【００２２】（５）セパレータｅ 海成分１１がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
で、島成分１２がポリプロピレン（ＰＰ）からなる海島
型繊維１０を延伸し、５ｍｍの長さに切断した後、海成
分をアルカリ溶液で溶脱することで、平均繊維径が１．
０μｍ、繊維長が１５ｍｍ、繊維強度が０．０５Ｎ／ｄ
のポリプロピレン極細繊維（融点は１６０℃）を作製し
た。ついで、セパレータａと同様の芯鞘型融着繊維２０
およびポリプロピレン繊維を用いて湿式基布を作製し、
１４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を融着
させた後、フッ素ガス処理（親水化処理）を施して、セ
パレータｅを作製した。

【００２３】（６）セパレータｆ セパレータａと同様のポリプロピレン極細繊維、芯鞘型
融着繊維およびポリプロピレン繊維を用いて、これらの
配合比率（質量比率）が４０：２０：４０となるように
配合した後、セパレータａと同様に湿式基布を作製し、
１４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を融着
させた。この後、フッ素ガス処理（親水化処理）を施し
て、セパレータｆを作製した。

【００２４】（７）セパレータｇ セパレータａと同様のポリプロピレン極細繊維、芯鞘型
融着繊維およびポリプロピレン繊維を用いて、これらの
配合比率（質量比率）が１０：３０：６０となるように
配合した後、セパレータａと同様に湿式基布を作製し、
１４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を融着
させた。この後、フッ素ガス処理（親水化処理）を施し
て、セパレータｇを作製した。

【００２５】（８）セパレータｈ セパレータａと同様のポリプロピレン極細繊維、芯鞘型
融着繊維およびポリプロピレン繊維を用いて、これらの
配合比率（質量比率）が４０：１０：５０となるように
配合した後、セパレータａと同様に湿式基布を作製し、
１４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を融着
させた。この後、フッ素ガス処理（親水化処理）を施し
て、セパレータｈを作製した。

【００２６】（９）セパレータｉ 繊維長が２５ｍｍであること以外はセパレータａと同様
にポリプロピレン極細繊維を作製した後、このポリプロ
ピレン極細繊維と、セパレータａと同様の芯鞘型融着繊
維およびポリプロピレン繊維を用いて、これらの配合比
率（質量比率）が４０：３０：３０となるように配合し
た後、これらの繊維を空気中に飛散させて金網で捕集し
て抄紙し、乾式基布を作製し、１４０℃の熱風乾燥機に
通してポリエチレン成分を融着させた。この後、フッ素
ガス処理（親水化処理）を施して、セパレータｉを作製
した。

【００２７】（１０）セパレータｘ ポリプロピレンからなる溶融ポリマーを口金から繊維状
に吐出させ、口金の周囲に熱風を吹き付けながら紡糸
し、これをネットコンベア上で捕集して目付が４０ｇ／
ｍ²のメルトブロー基布を作製した。このメルトブロー
基布を、主反応ガスとしてのフッ素ガス（Ｆ₂）が４．
５容積％で、副反応ガスとしての亜硫酸ガス（ＳＯ₂）
が１０容積％で、不活性ガスとしての窒素ガス（Ｎ₂）
が８５．５容積％となるように混合された混合ガス中に
５分間存在させることによりフッ素ガス処理を施した。
このようにして、メルトブロー基布にフッ素ガス処理
（親水化処理）を施したものをセパレータｘとした。

【００２８】（１１）セパレータｙ 図３に示すように、ポリプロピレン（ＰＰ：融点は１６
０℃）成分３１とポリエチレン（ＰＥ：融点は１３８
℃）成分３２とからなり、繊維長が５ｍｍで分割後の平
均繊維径が３μｍとなる１７分割可能な分割繊維３０を
用意した後、この分割繊維３０を４０質量％と、繊維長
が５ｍｍで繊維径が１５μｍの上述と同様な芯鞘型融着
繊維２０を３０質量％と、繊維長が５ｍｍで繊維径が１
０μｍのポリプロピレン繊維を３０質量％とを水中に均
一に分散させて、湿式法により抄紙を行った。

【００２９】この後、得られた抄紙に高圧の水流を吐瀉
する水流交絡処理を施して、分割繊維を分割した後、１
４０℃の熱風乾燥機に通してポリエチレン成分を融着さ
せた。これに荷重を掛けることにより厚み加工を施し、
厚みが０．１０ｍｍとなるように調整して目付が４０ｇ
／ｍ²の湿式基布を作製した。この湿式基布を、主反応
ガスとしてのフッ素ガス（Ｆ₂）が４．５容積％で、副
反応ガスとしての亜硫酸ガス（ＳＯ₂）が１０容積％
で、不活性ガスとしての窒素ガス（Ｎ₂）が８５．５容
積％となるように混合された混合ガス中に５分間存在さ
せることによりフッ素ガス処理（親水化処理）を施し
た。このようにして、湿式基布にフッ素ガス処理を施し
たものをセパレータｙとした。

【００３０】２．セパレータの評価試験 （１）引張強度の測定 上述のようにして作製した各セパレータａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｘ，ｙを用いて、これらのセ
パレータ所定寸法（幅が５ｃｍ）に切断して試験片ａ，
ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｘ，ｙを採取し、こ
れらの各試験片をＪＩＳＬ１０９６（一般織物試験方
法）に基づいて、引張試験を行い、各試験片ａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｘ，ｙが切断したときの
引張強度を測定すると、下記の表１に示すような結果と
なった。なお、表１の引張強度は、各試験片の幅が５ｃ
ｍのときの強度（Ｎ／５ｃｍ幅）を測定した結果を示し
ている。

【００３１】（２）保液率の測定 上述のようにして作製した各セパレータａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｘ，ｙを用いて、これらのセ
パレータ所定寸法に切断して試験片ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｘ，ｙを採取し、これらの各試験
片を水分平衡状態とした後、各試験片の質量を測定し
た。ついで、比重が１．３０（２０℃）の常温の苛性カ
リ（ＫＯＨ）溶液中に各試験片を広げて浸漬して、溶液
を充分に吸収させた後、これらの各試験片を溶液中から
引き上げて１０分後の各試験片の質量を測定した。この
後、下記の（１）式に基づいて、各試験片の保液率を算
出すると、下記の表１に示すような結果となった。 保液率（％）＝［（浸漬後の質量−浸漬前の質量）／（浸漬前の質量）］ ×１００・・・（１）

【００３２】

【表１】

【００３３】上記表１の結果から明らかなように、メル
トブロー基布を用いたセパレータｘの引張強度は極めて
低いことが分かる。また、極細繊維を芯鞘型繊維の芯部
分（融着繊維）で融着したセパレータであっても、融着
繊維の配合量が１０質量％のセパレータｈの引張強度
は、分割繊維を用いたセパレータｙと同等で、融着繊維
の配合量を２０質量％あるいは３０質量％に増加させて
極細繊維を融着繊維で融着したセパレータａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｉよりも引張強度が低下していること
が分かる。

【００３４】さらに、極細繊維を融着繊維で融着したセ
パレータであっても、繊維長が２５ｍｍの極細繊維を用
いたセパレータｉは、繊維長が５ｍｍの極細繊維を用い
たセパレータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇ，ｈおよび繊維長
が１５ｍｍの極細繊維を用いたセパレータｅよりも保液
率（保液性）が低下していることが分かる。これは、湿
式抄紙では繊維長が比較的長いと、繊維の分散性が低下
するために得られたセパレータの均質性が低下するため
である。

【００３５】これらのことを考慮すると、繊維強度が
０．０２Ｎ／ｄ（デニール）以上で、平均繊維径が０．
５〜２．０μｍで、繊維長が２５ｍｍ未満、好ましくは
１５ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下の極細繊維
と、融着繊維の配合量が１０質量％より多く、好ましく
は２０質量％以上となるように配合し、極細繊維を融着
繊維で融着したセパレータを用いると、引張強度および
保液性に優れたセパレータが得られることが分かる。ま
た、極細繊維の配合量が５０質量％を超えると、得られ
たセパレータの張りがなくなり、取り扱いが容易でなく
なるなどの電池製造上の不具合が発生するため、極細繊
維の配合量は５０質量％以下にするのが望ましい。

【００３６】３．ニッケル正極の作製 水酸化ニッケルを主成分とする正極活物質粉末１００質
量部と、０．２質量％のヒドロキシプロピルセルロース
を溶解させた水溶液５０質量部とを混合して正極活物質
スラリーを調製した。この正極活物質スラリーを多孔度
９５％の発泡ニッケルに充填し、乾燥させた後、これを
圧延してニッケル正極を作製した。なお、電池の公称容
量が１２００ｍＡｈになるように正極活物質スラリーを
発泡ニッケルに充填した。

【００３７】４．水素吸蔵合金負極の作製 高周波溶解炉を用いて作製した水素吸蔵合金粉末にポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの結着剤と、
適量の水とを加えて混合し、水素吸蔵合金ペーストを調
製した。ついで、この水素吸蔵合金ペーストをパンチン
グメタルからなる負極基板の両面に塗布し、乾燥した
後、所定の厚みとなるようにプレスして水素吸蔵合金負
極を作製した。なお、電池の公称容量が２０００ｍＡｈ
になるように水素吸蔵合金ペーストをパンチングメタル
に充填した。

【００３８】５．ニッケル−水素蓄電池の作製 ついで、上述のように作製した各セパレータａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｘ，ｙを用いて、これら
の各セパレータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，
ｘ，ｙを間にして、両側に上述のようにして作製したニ
ッケル正極と水素吸蔵合金負極とを積層した後、これを
渦巻状に巻回して渦巻状電極群をそれぞれ作製した。つ
いで、これらの渦巻状電極群を鉄にニッケルメッキを施
した有底筒状の電池缶内にそれぞれ挿入した。なお、セ
パレータｘを用いたものにおいては、強度が非常に弱く
て巻回時に破断が発生したため、渦巻状電極群を作製す
るが不能であった。

【００３９】この後、渦巻状電極群の負極から延出する
負極集タブを電池缶の内底面に溶接するとともに、正極
から延出する正極集電タブを封口体の底面に溶接し、電
池缶内に所定量の電解液（水酸化カリウム（ＫＯＨ）と
水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と水酸化リチウムの３成
分からなる水溶液）を注入した。この後、封口体を電池
缶の開口部に絶縁ガスケットを介して載置して密閉し、
公称容量が１２００ｍＡｈのニッケル−水素蓄電池Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｙをそれぞれ作製し
た。

【００４０】ここで、セパレータａを用いたものを電池
Ａとし、セパレータｂを用いたものを電池Ｂとし、セパ
レータｃを用いたものを電池Ｃとし、セパレータｄを用
いたものを電池Ｄとし、セパレータｅを用いたものを電
池Ｅとし、セパレータｆを用いたものを電池Ｆとし、セ
パレータｇを用いたものを電池Ｇとし、セパレータｈを
用いたものを電池Ｈとし、セパレータｉを用いたものを
電池Ｉとし、セパレータｙを用いたものを電池Ｙとし
た。

【００４１】６．電池の評価 （１）短絡発生率の測定 ついで、上述のようにして作製した各ニッケル−水素蓄
電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｙを用い
て、これらの各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，
Ｉ，Ｙの電池電圧を測定し、その電池電圧が５０ｍＶ以
下のものを短絡と判定する短絡試験を行うと、下記の表
２に示すような結果となった。

【００４２】

【表２】

【００４３】上記表２の結果から明らかなように、セパ
レータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇを用いた電池Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの短絡発生率は０．１％，０．
２％，０．１％，０．２％，０．４％，０．３％，０．
６％で短絡発生率が低いのに対して、セパレータｈ，
ｉ，ｙを用いた電池Ｈ，Ｉ，Ｙの短絡発生率は１．５
％，２．０％，１．２％で短絡発生率が高いことが分か
る。ここで、短絡と判定された電池を解体して短絡の原
因を調査したところ、ニッケル正極から突出したバリが
セパレータの比較的目付の小さい部分を貫通して水素吸
蔵合金負極と接触していることが明らかになった。

【００４４】これは、分割繊維を用いたセパレータｙ
や、融着繊維の配合量が１０質量％で極細繊維を融着繊
維で融着したセパレータｈは、引張強度が低いとともに
目付も不均一でバラツキが大きいため、目付の小さい部
分をニッケル正極から突出したバリが貫通して水素吸蔵
合金負極と接触したためである。また、繊維長が２５ｍ
ｍの極細繊維を用いて極細繊維を融着繊維で融着したセ
パレータｉは、極細繊維の繊維長が長すぎて目付が不均
一でバラツキが大きいためである。一方、セパレータ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇにあっては、繊維強度が
０．０２Ｎ／ｄ（デニール）以上で、平均繊維径が０．
５〜２．０μｍの極細繊維を含有することで、セパレー
タの目付のバラツキが抑制されるとともに引張強度が向
上して、短絡発生率が減少したと考えられる。

【００４５】（２）高率放電特性の測定 上述のように作製した各ニッケル−水素蓄電池Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｙを用いて、これらの各
電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｙを、周囲
温度が室温（約２０℃）の温度雰囲気で、１２０ｍＡ
（０．１Ｉｔ）の充電電流で１６時間充電した後、１時
間休止し、２４０ｍＡ（０．２Ｉｔ）の放電電流で放電
終止電圧が１．０Ｖになるまで放電した後、１時間休止
する。このような充放電を３回繰り返して各電池Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｙを活性化した。

【００４６】ついで、上述のようにして活性化した各電
池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｙをそれぞれ
用い、これらの各電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，
Ｈ，Ｉ，Ｙを室温（約２０℃）で、それぞれ１２００ｍ
Ａ（１Ｉｔ）の充電電流で充電し、満充電に達した後、
電池電圧が１０ｍＶ低下（−ΔＶ＝１０ｍＶ）した時点
で充電を１時間休止させる。ついで、４８００ｍＡ（４
Ｉｔ）の放電電流で終止電圧が０．８Ｖになるまで放電
させて、放電時間から放電容量を求め、電池Ａの放電容
量を１００として、これとの比率を電池容量比として求
めると、下記の表３に示すような結果となった。また、
このときの中間作動電圧（終止電圧が０．８Ｖになるま
で放電させたときの放電持続時間の半分経過時の電圧）
も求めると下記の表３に示すような結果となった。

【００４７】

【表３】

【００４８】上記表３の結果から明らかなように、セパ
レータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを用いた電池
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの容量比率は１００
％，９９％，１００％，１００％，１００％，９９％，
９６％，９５％で容量比率が高いのに対して、セパレー
タｉ，ｙを用いた電池Ｉ，Ｙの容量比率は８５％，９０
％で容量比率が低いことが分かる。また、セパレータ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを用いた電池Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの作動電圧は１．０５Ｖ，１．
０４Ｖ，１．０５Ｖ，１．０５Ｖ，１．０５Ｖ，１．０
４Ｖ０．０１Ｖ，１．００Ｖで作動電圧が高いのに対し
て、セパレータｉ，ｙを用いた電池Ｉ，Ｙの作動電圧は
０．９５Ｖ，０．９８Ｖで作動電圧が低いことが分か
る。

【００４９】これは、平均繊維径が３．０μｍの分割繊
維を用いたセパレータｙにおいては、比較的繊維径が太
いため、繊維表面積が増大することがなくて保液性が低
下したためと考えられる。また、繊維長が２５ｍｍの極
細繊維を用いて極細繊維を融着繊維で融着したセパレー
タｉにおいては、目付が不均一でバラツキが大きいた
め、放電反応が不均一となって容量比率および作動電圧
が低下したと考えられる。一方、セパレータａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈにあっては、平均繊維径が１．
０〜２．０μｍの極細繊維を含有することで、繊維表面
積が増大したことに起因して電解液の保持性が向上し、
内部抵抗が低減して容量比率および作動電圧が向上した
と考えられる。

【００５０】（３）サイクル寿命の測定 ついで、上述のようにして活性化した各電池Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｙを、周囲温度が２０℃
（室温）の雰囲気で、１２００ｍＡ（１Ｉｔ）の充電電
流で充電を行い、充電末期の電池電圧のピーク値から１
０ｍＶだけ電圧が低下した時点で充電を終了（−ΔＶ方
式）させ、１時間休止させる。その後、１２００ｍＡ
（１Ｉｔ）の放電電流で終止電圧が０．８Ｖになるまで
放電させ、１時間休止させるという充放電サイクルを繰
り返して充放電サイクル試験を行った。そして、このよ
うな充放電サイクル試験を行って、初期電池容量の６０
％の容量に達した時点のサイクル数をサイクル寿命とし
て判定すると、下記の表４に示すような結果となった。

【００５１】

【表４】

【００５２】上記表４の結果から明らかなように、セパ
レータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを用いた電池
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，ｈのサイクル寿命は８０
０，７５０，８２５，８００，８００，７５０，７０
０，６５０サイクルでサイクル寿命が大きいのに対し
て、セパレータｉ，ｙを用いた電池Ｉ，Ｙのサイクル寿
命は５５０，６００サイクルでサイクル寿命が低いこと
が分かる。

【００５３】これは、平均繊維径が３．０μｍの分割繊
維を用いたセパレータｙにおいては、比較的繊維径が太
いため、繊維表面積が増大することがなくてセパレータ
のガス透過性が低下したためと考えられる。また、繊維
長が２５ｍｍの極細繊維を用いて極細繊維を融着繊維で
融着したセパレータｉにおいては、目付が不均一でバラ
ツキが大きいため、ガスの透過性が不均一になってサイ
クル寿命が低下したと考えられる。一方、セパレータ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈにあっては、平均繊維
径が１．０〜２．０μｍの極細繊維を含有することで、
繊維表面積が増大したことに起因してセパレータのガス
透過性が向上し、電池内圧上昇が抑制されてサイクル寿
命が向上したと考えられる。

【００５４】上述したように、本発明のアルカリ蓄電池
においては、ポリオレフィン系樹脂繊維からなるセパレ
ータは平均繊維径が０．５〜２．０μｍで繊維強度が
０．０２Ｎ／ｄ（デニール）以上である極細繊維を１０
質量％以上含有しているので、平均繊維径が０．５〜
２．０μｍの繊維を用いてもセパレータの強度が向上す
るとともに、セパレータの緻密性も向上するため、電極
のクラックやバリや活物質の欠けや破損に起因する破片
や粉末がセパレータを貫通することが抑制でき、内部短
絡の発生を未然に防止することが可能となる。

【００５５】また、繊維強度が０．０２Ｎ／ｄ（デニー
ル）以上である極細繊維を含有することで、セパレータ
の引張強度が向上するので、巻回工程などの製造過程で
の工程品質を確保することが可能となる。また、平均繊
維径が０．５〜２．０μｍの繊維を含有しているので、
繊維表面積が増加して電解液の保持性が増大するため、
内部抵抗が低減して高率放電時においても作動電圧が向
上する。また、平均繊維径が０．５〜２．０μｍの繊維
を含有すると高多孔度となってガスの透過性が向上する
ため、電池内圧上昇が抑制できるようになって、サイク
ル寿命も向上する。

【００５６】なお、上述した実施形態においては、セパ
レータをフッ素化処理（親水化処理）するに際して、副
反応ガスとして亜硫酸ガスを用いる例について説明した
が、フッ素化処理するに際して、副反応ガスとして亜硫
酸ガスに代えて酸素を用いたり、あるいはこれらの混合
ガスを用いるようにしてもよい。また、セパレータを親
水化処理するに際して、フッ素化処理に代えてスルホン
化するようにしてもよい、この場合、スルホン化するに
際しては、発煙硫酸や濃硫酸を用いるようにすればよ
い。

【００５７】また、本発明をニッケル−水素蓄電池に適
用する例について説明したが、本発明はニッケル−水素
蓄電池に限らず、ニッケル−カドミウム蓄電池などの他
のアルカリ蓄電池に適用できることは明らかである。さ
らに、上述した実施形態においては、本発明を円筒型の
蓄電池に適用した例について説明したが、本発明はこれ
に限らず、角形等の各種の形状の蓄電池に本発明を適用
できることもいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 海島型繊維を模式的に示す断面図である。

【図２】 芯鞘型繊維を模式的に示す断面図である。

【図３】 分割繊維を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０…海島型繊維、１１…海成分、１２…島成分、２０
…芯鞘型繊維、２１…鞘成分、２２…芯成分、３０…分
割繊維、３１…ポリプロピレン成分、３２…ポリエチレ
ン成分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武江 正夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H021 AA06 BB08 BB09 BB11 CC02 EE04 EE34 HH01 HH03 HH06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極と負極とこれらの正極と負極との間
   にポリオレフィン系樹脂繊維からなるセパレータを介在
   させたアルカリ蓄電池であって、 前記ポリオレフィン系樹脂繊維からなるセパレータは平
   均繊維径が０．５〜２．０μｍで繊維強度が０．０２Ｎ
   ／ｄ（デニール）以上である極細繊維を前記セパレータ
   の質量に対して１０質量％以上含有することを特徴とす
   るアルカリ蓄電池。
2. 【請求項２】 前記セパレータは前記極細繊維よりも融
   点が低い融着繊維を前記セパレータの質量に対して２０
   質量％以上含有するとともに、該融着繊維により前記極
   細繊維を融着していることを特徴とする請求項１に記載
   のアルカリ蓄電池。
3. 【請求項３】 前記極細繊維および前記融着繊維の繊維
   長は１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載のアルカリ蓄電池。
4. 【請求項４】 前記セパレータは親水性が付与されてい
   ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに
   記載のアルカリ蓄電池。
5. 【請求項５】 正極と負極とこれらの正極と負極との間
   にポリオレフィン系樹脂繊維からなるセパレータを介在
   させて作製するアルカリ蓄電池の製造方法であって、 平均繊維径が０．５〜２．０μｍで繊維強度が０．０２
   Ｎ／ｄ（デニール）以上である極細繊維を前記セパレー
   タの質量に対して１０質量％以上と、前記極細繊維より
   も融点が低い融着繊維を前記セパレータの質量に対して
   ２０質量％以上とを配合して、湿式抄紙にて基布を抄造
   する抄造工程と、 前記基布を前記融着繊維の融点よりも高くかつ前記極細
   繊維の融点よりも低い温度の熱を付加して前記融着繊維
   により前記極細繊維を融着する融着工程と、 前記融着繊維により前記極細繊維が融着された基布を親
   水化処理する親水化処理工程とを備えたことを特徴とす
   るアルカリ蓄電池の製造方法。
6. 【請求項６】 前記親水化処理は前記基布をフッ素を含
   有する反応ガスに接触させて前記極細繊維および前記融
   着繊維の表面をフッ素化する処理であることを特徴とす
   る請求項５に記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
7. 【請求項７】 前記反応ガスはフッ素を主反応ガスと
   し、副反応ガスとして酸素もしくは亜硫酸ガスの少なく
   とも一方を含有することを特徴とする請求項６に記載の
   アルカリ蓄電池の製造方法。
8. 【請求項８】 前記反応ガスは前記主反応ガスと前記副
   反応ガスからなる混合ガスが不活性ガスで希釈されてい
   ることを特徴とする請求項７に記載のアルカリ蓄電池の
   製造方法。
9. 【請求項９】 前記親水化処理は前記基布を硫酸根を有
   する酸に浸漬して前記前記極細繊維および前記融着繊維
   をスルホン化する処理であることを特徴とする請求項５
   に記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記硫酸根を有する酸は発煙硫酸ある
    いは濃硫酸であることを特徴とする請求項９に記載のア
    ルカリ蓄電池の製造方法。