JP2982218B2 - 電池用セパレータ - Google Patents
電池用セパレータInfo
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- JP2982218B2 JP2982218B2 JP2143191A JP14319190A JP2982218B2 JP 2982218 B2 JP2982218 B2 JP 2982218B2 JP 2143191 A JP2143191 A JP 2143191A JP 14319190 A JP14319190 A JP 14319190A JP 2982218 B2 JP2982218 B2 JP 2982218B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- separator
- fiber
- battery
- fibers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- 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
Landscapes
- Cell Separators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、とくにNi−Cd電池のように渦巻状の電極構
成を採用する電池のセパレータの改良に関するものであ
る。
成を採用する電池のセパレータの改良に関するものであ
る。
従来の技術 現在、Ni−Cd電池で代表される小型の蓄電池は、普及
の著しいポータブルの家電用機器，通信機器，事務機器
などの電源用途をはじめ、広範囲の用途に多く使用され
始めた。これにつれて、従来からの高エネルギー密度化
要望のほかに、新たな電池特性が強く要求されつつあ
る。一例を挙げると、高温で長期に亘る放置後にも正常
な充放電特性を示すことである。具体的には、０〜60℃
の温度範囲で数ケ月あるいは数年間の放置後にも、初期
と同様な電池特性を示すこと、つまり回復性が良いこと
である。このように、エネルギー密度の向上の他に苛酷
な保存にも耐えられる小型の蓄電池が、以前にもまして
望まれてきた。一般に、この電池は充放電特性に優れる
渦巻状の電池構造を採用しているが、この構成では長尺
のセパレータを使用するためエネルギー密度の点では不
利になる。そこで、高エネルギー密度の電極材料の探索
（例えば水素吸蔵合金など）と同時に、可能な限りセパ
レータを薄くする検討がなされてきた。一例を挙げれ
ば、厚さ0.20〜0.25mmの従来のポリアミド系樹脂の不織
布を0.15mm程度に薄くして用いる試みである。ところ
が、単に加圧して薄くするだけでは、セパレータに占め
る樹脂のvol.％が増加して電池の内部抵抗を高め、充放
電特性の低下を来たす。また、従来と同等のvol.％を持
つ工夫を凝らしても、セラエータの空間部に入りこんだ
電極の活物質により、厚さが減った分だけ微小短絡が起
きやすくなる。そこで、不織布を構成する繊維の径を細
くし、繊維の数を増加させて微小短絡を防止する方法が
考えられる。しかし、従来から一般に使用されているポ
リアミド系の不織布においては、高温，高濃度のアルカ
リ水溶液に長期間曝されると、ポリアミドが一部分解し
溶出物が電池の諸特性を劣化させたり、細くした繊維径
では繊維の一部が切れて微小短絡が生じる危険性もあっ
た。このため、アルカリ水溶液に安定なポリオレフィン
系の樹脂、例えばポリプロピレン系の樹脂繊維などを用
いることが注目される。しかし、この樹脂は疎水性材料
であるために、そのままでは反応に必要な電解液を保持
するセパレータ材料にはならない。この点を改良するた
め、親水基、例えば、スルホン基（−SO3Hや−SO3M,こ
こで、ＭはK,Naなどの金属）を樹脂と化学的に結合させ
た堅牢な材料をすでに提案してきた。
の著しいポータブルの家電用機器，通信機器，事務機器
などの電源用途をはじめ、広範囲の用途に多く使用され
始めた。これにつれて、従来からの高エネルギー密度化
要望のほかに、新たな電池特性が強く要求されつつあ
る。一例を挙げると、高温で長期に亘る放置後にも正常
な充放電特性を示すことである。具体的には、０〜60℃
の温度範囲で数ケ月あるいは数年間の放置後にも、初期
と同様な電池特性を示すこと、つまり回復性が良いこと
である。このように、エネルギー密度の向上の他に苛酷
な保存にも耐えられる小型の蓄電池が、以前にもまして
望まれてきた。一般に、この電池は充放電特性に優れる
渦巻状の電池構造を採用しているが、この構成では長尺
のセパレータを使用するためエネルギー密度の点では不
利になる。そこで、高エネルギー密度の電極材料の探索
（例えば水素吸蔵合金など）と同時に、可能な限りセパ
レータを薄くする検討がなされてきた。一例を挙げれ
ば、厚さ0.20〜0.25mmの従来のポリアミド系樹脂の不織
布を0.15mm程度に薄くして用いる試みである。ところ
が、単に加圧して薄くするだけでは、セパレータに占め
る樹脂のvol.％が増加して電池の内部抵抗を高め、充放
電特性の低下を来たす。また、従来と同等のvol.％を持
つ工夫を凝らしても、セラエータの空間部に入りこんだ
電極の活物質により、厚さが減った分だけ微小短絡が起
きやすくなる。そこで、不織布を構成する繊維の径を細
くし、繊維の数を増加させて微小短絡を防止する方法が
考えられる。しかし、従来から一般に使用されているポ
リアミド系の不織布においては、高温，高濃度のアルカ
リ水溶液に長期間曝されると、ポリアミドが一部分解し
溶出物が電池の諸特性を劣化させたり、細くした繊維径
では繊維の一部が切れて微小短絡が生じる危険性もあっ
た。このため、アルカリ水溶液に安定なポリオレフィン
系の樹脂、例えばポリプロピレン系の樹脂繊維などを用
いることが注目される。しかし、この樹脂は疎水性材料
であるために、そのままでは反応に必要な電解液を保持
するセパレータ材料にはならない。この点を改良するた
め、親水基、例えば、スルホン基（−SO3Hや−SO3M,こ
こで、ＭはK,Naなどの金属）を樹脂と化学的に結合させ
た堅牢な材料をすでに提案してきた。
発明が解決しようとする課題 ところが、この方法では、無理に繊維と反応させるた
めに不織布自身の強度を低下させることがある。とくに
繊維径を細くすれば機械的な強度の低下傾向が著しい。
このため、渦巻状に電極群を構成する際に加えられる引
張力でセパレータが切断されるという問題があった。
めに不織布自身の強度を低下させることがある。とくに
繊維径を細くすれば機械的な強度の低下傾向が著しい。
このため、渦巻状に電極群を構成する際に加えられる引
張力でセパレータが切断されるという問題があった。
具体的には、高エネルギー密度化と微小短絡防止に適
した繊維径数μｍもしくはそれ以下の繊維で構成され、
かつ電極反応に適した目付重量70g/m2程度，厚さが0.15
mmのポリプロピレン系セパレータをスルホン化すると、
通常よく使用される約40mm幅の長尺状においては、長さ
方向の引張強度が2kgから1kgに低下し、電極群の構成に
必要な最小値1.5kgを下回り実使用に耐えられない。
した繊維径数μｍもしくはそれ以下の繊維で構成され、
かつ電極反応に適した目付重量70g/m2程度，厚さが0.15
mmのポリプロピレン系セパレータをスルホン化すると、
通常よく使用される約40mm幅の長尺状においては、長さ
方向の引張強度が2kgから1kgに低下し、電極群の構成に
必要な最小値1.5kgを下回り実使用に耐えられない。
本発明は、上記のような課題を解決し、高エネルギー
密度でかつ高温・長期の放置後の特性回復にも優れた電
池に適した、堅牢なセパレータを提供することを目的と
する。
密度でかつ高温・長期の放置後の特性回復にも優れた電
池に適した、堅牢なセパレータを提供することを目的と
する。
課題を解決するための手段 この課題を解決するため本発明は、上記の細い繊維群
と繊維径の太いポリオレフィン系の繊維群とを混在一体
化するか、または線径の太いポリオレフィン系の網や格
子と一体化した構成としたものである。
と繊維径の太いポリオレフィン系の繊維群とを混在一体
化するか、または線径の太いポリオレフィン系の網や格
子と一体化した構成としたものである。
作 用 この構成によれば、親水基との反応で機械的強度が低
下した細いポリオレフィン系繊維が、同様な反応後にも
中心部までは侵されないことから極端な強度の低下を来
たさない、径の太いポリオレフィン系繊維や網または格
子と一体化されることにより補強される。このような構
成を用いれば、セパレータの機械的強度、とくに引張強
度が向上し、渦巻状の電極群を構成する際の引張力に耐
えられることとなる。また、溶融して一体化すれば強度
の向上とともに、その操作中に所望の薄さにまで加圧す
ることも容易で、厚みの薄いセパレータの作製が容易と
なる。
下した細いポリオレフィン系繊維が、同様な反応後にも
中心部までは侵されないことから極端な強度の低下を来
たさない、径の太いポリオレフィン系繊維や網または格
子と一体化されることにより補強される。このような構
成を用いれば、セパレータの機械的強度、とくに引張強
度が向上し、渦巻状の電極群を構成する際の引張力に耐
えられることとなる。また、溶融して一体化すれば強度
の向上とともに、その操作中に所望の薄さにまで加圧す
ることも容易で、厚みの薄いセパレータの作製が容易と
なる。
実施例 以下、本発明の実施例を第１図から第５図を参照して
説明する。
説明する。
第１図は、本発明のセパレータの概略図である。第１
図は、厚さ0.15mm,平均目付重量65g/m2の不織布で、平
均繊維径が約１μm,平均長が約20mmのポリプロピレン製
の繊維群１と平均繊維径が約10μm,平均長が約30mmの繊
維群２とが接触部３で溶着されている。４は空間部を示
す。各々の繊維は、それを構成するポリプロピレンの炭
素の一部が−SO3Hや−SO3Mと化学結合している。ここで
のＭは、Na,K,Mg,Ca,Alなどのイオン化しやすい金属で
ある。第３図に繊維群１を構成するポピプロピルン繊維
の長さ方向の断面図を示す。SO3Hなどが表面から侵入し
炭素と結合したスルホン化部分６が親水性を付与する役
目を果たしている。また、ｂ部は反対側から形成された
スルホン化部分と繋がった部分である。この部分は、と
くに機械的強度が弱いところである。このｂ部で示した
現象は、繊維群２のように太い径のものでは起こらな
い。この理由で、繊維群２のほうは著しい強度の低下が
ない。
図は、厚さ0.15mm,平均目付重量65g/m2の不織布で、平
均繊維径が約１μm,平均長が約20mmのポリプロピレン製
の繊維群１と平均繊維径が約10μm,平均長が約30mmの繊
維群２とが接触部３で溶着されている。４は空間部を示
す。各々の繊維は、それを構成するポリプロピレンの炭
素の一部が−SO3Hや−SO3Mと化学結合している。ここで
のＭは、Na,K,Mg,Ca,Alなどのイオン化しやすい金属で
ある。第３図に繊維群１を構成するポピプロピルン繊維
の長さ方向の断面図を示す。SO3Hなどが表面から侵入し
炭素と結合したスルホン化部分６が親水性を付与する役
目を果たしている。また、ｂ部は反対側から形成された
スルホン化部分と繋がった部分である。この部分は、と
くに機械的強度が弱いところである。このｂ部で示した
現象は、繊維群２のように太い径のものでは起こらな
い。この理由で、繊維群２のほうは著しい強度の低下が
ない。
したがって、繊維群１は繊維群２との混在、およびそ
れら相互の接触部の溶着により不織布としての機械的強
度が大きく改善される。
れら相互の接触部の溶着により不織布としての機械的強
度が大きく改善される。
第４図には、厚さ0.15mm,目付重量65g/m2の不織布を
幅40mm,長さ100mmに切断し、その長さ方向に荷重を掛け
た時の平均繊維径の耐荷重（耐引張強度）との関係を示
す。スルホン化処理前と処理後の強度変化は、平均繊維
径５μｍ以下では大きくなり、それ未満では実用上必要
な強度1.5kgを下回ることが判る。
幅40mm,長さ100mmに切断し、その長さ方向に荷重を掛け
た時の平均繊維径の耐荷重（耐引張強度）との関係を示
す。スルホン化処理前と処理後の強度変化は、平均繊維
径５μｍ以下では大きくなり、それ未満では実用上必要
な強度1.5kgを下回ることが判る。
第２図には、第１図に示した繊維群１とポリプロピレ
ン製の網５とが溶着一体化したセパレータの概略図を示
す。繊維群１同志、および繊維群１と網は３の接触部で
溶着している。繊維群１は網と１′で示す部分で絡みあ
っている。この網の役割は、第１図における繊維群２と
同じである。
ン製の網５とが溶着一体化したセパレータの概略図を示
す。繊維群１同志、および繊維群１と網は３の接触部で
溶着している。繊維群１は網と１′で示す部分で絡みあ
っている。この網の役割は、第１図における繊維群２と
同じである。
ここでは網だけの例を図示したが、網のかわりに格子
であっても効果は同様である。
であっても効果は同様である。
なお、ポリオレフィン系樹脂の繊維の例としてポリプ
ロピレンだけを述べたが、ポリエチレンとの混在物やポ
リエチレンだけでも効果は同様である。
ロピレンだけを述べたが、ポリエチレンとの混在物やポ
リエチレンだけでも効果は同様である。
以下、本発明のセパレータの作製と電池における効果
を具体的に説明する。
を具体的に説明する。
平均繊維径１μm,平均繊維長20μｍの繊維群60wt％部
および平均繊維径10lm,平均繊維長30μｍの繊維群40wt
％部を、結着材を溶かした溶液中に分散させ、梳き集め
て取り出し約80℃で乾燥させる。ついで、130℃のロー
ラー間を通して溶着させながら厚さ0.15mmに成型し、目
付重量65g/m2の不織布を得る。これを、120℃,98wt％の
濃硫酸溶液に15分間浸せきし、スルホン化を施す。
および平均繊維径10lm,平均繊維長30μｍの繊維群40wt
％部を、結着材を溶かした溶液中に分散させ、梳き集め
て取り出し約80℃で乾燥させる。ついで、130℃のロー
ラー間を通して溶着させながら厚さ0.15mmに成型し、目
付重量65g/m2の不織布を得る。これを、120℃,98wt％の
濃硫酸溶液に15分間浸せきし、スルホン化を施す。
次に、これを取り出して水洗と乾燥を施し、目的とす
るセパレータを得る。
るセパレータを得る。
また、この操作で、前記結着材のほとんどは除去され
る。
る。
なお、水洗と乾燥中または後に、アルカリ溶液に浸せ
きすると浸水性はさらに向上する。
きすると浸水性はさらに向上する。
このような操作で得られたセパレータと汎用のニッケ
ル正極およびカドミウム負極とを組み合わせて、容量80
0mAhの円筒密閉形ニッケル・カドミウム蓄電池（AAサイ
ズ）10個を構成した。繊維径の細い繊維だけを用いた場
合と異なり、本発明のセパレータを使用した場合は10個
ともセパレータの切断による微小短絡が認められなかっ
た。この10個の電池を、0.1CmAで150％の充電と0.2CmA
で0.5Vまでの放電を繰り返し、３サイクル目を標準容量
とした。第５図の１（破線）にこのときの平均値となる
放電曲線を示す。ここでは、電池容量としては1.0Vまで
の放電量を用いることにする。次に、放電状態の電池を
65℃の雰囲気に２ケ月間放置した後、上記と同様な条件
で充放電を行ったときの10個の平均値となる放電曲線を
ｍで示す。ｍの容量は、１の約93％を示した。また、続
けて充放電をくり返すと10個共その容量は100％近くま
で回復した。比較として、汎用のポリアミド系の同タイ
プのセパレータを用いた10個のAAサイズの電池を試作
し、上記と同条件で試験した結果をｎで示した。この場
合は、容量が62％（500mAh弱）に低下した。
ル正極およびカドミウム負極とを組み合わせて、容量80
0mAhの円筒密閉形ニッケル・カドミウム蓄電池（AAサイ
ズ）10個を構成した。繊維径の細い繊維だけを用いた場
合と異なり、本発明のセパレータを使用した場合は10個
ともセパレータの切断による微小短絡が認められなかっ
た。この10個の電池を、0.1CmAで150％の充電と0.2CmA
で0.5Vまでの放電を繰り返し、３サイクル目を標準容量
とした。第５図の１（破線）にこのときの平均値となる
放電曲線を示す。ここでは、電池容量としては1.0Vまで
の放電量を用いることにする。次に、放電状態の電池を
65℃の雰囲気に２ケ月間放置した後、上記と同様な条件
で充放電を行ったときの10個の平均値となる放電曲線を
ｍで示す。ｍの容量は、１の約93％を示した。また、続
けて充放電をくり返すと10個共その容量は100％近くま
で回復した。比較として、汎用のポリアミド系の同タイ
プのセパレータを用いた10個のAAサイズの電池を試作
し、上記と同条件で試験した結果をｎで示した。この場
合は、容量が62％（500mAh弱）に低下した。
なお、ポリプロピレン製樹脂の親水処理としてここで
はスルホン化処理の例だけを示したが、空気中や水蒸気
中でプラズマ処理することにより、−CHO,−COOH,−COO
Mなどをポリプロピレンの炭素に結合させても安定な親
水性のセパレータが得られ、上記の実施例と同様な効果
が得られた。
はスルホン化処理の例だけを示したが、空気中や水蒸気
中でプラズマ処理することにより、−CHO,−COOH,−COO
Mなどをポリプロピレンの炭素に結合させても安定な親
水性のセパレータが得られ、上記の実施例と同様な効果
が得られた。
発明の効果 以上の説明から明らかなように、細い繊維径の繊維群
と５μｍ以上の太い平均繊維径の繊維群との混合物もし
くは前者と網や格子との一体化物を成すポリオレフィン
系樹脂のセパレータは、高エネルギー密度の電極群構成
に適し、スルホン化処理などの化学的な親水処理によっ
ても機械的強度の低下が小さい。また、耐薬品性，耐熱
性に優れる材料であることから、高温下で長時間放置し
た電池の特性を劣化させることが少ないという効果も得
られる。
と５μｍ以上の太い平均繊維径の繊維群との混合物もし
くは前者と網や格子との一体化物を成すポリオレフィン
系樹脂のセパレータは、高エネルギー密度の電極群構成
に適し、スルホン化処理などの化学的な親水処理によっ
ても機械的強度の低下が小さい。また、耐薬品性，耐熱
性に優れる材料であることから、高温下で長時間放置し
た電池の特性を劣化させることが少ないという効果も得
られる。
第１図は本発明の実施例における不織布のセパレータを
示す図、第２図は本発明の不織布と網を一体化したセパ
レータを示す図、第３図はスルホン化した繊維の断面
図、第４図は不織布の平均繊維径と引張強度の関係、第
５図は放置後の放電特性の比較を示す。 1,1′……細い繊維、２……太い繊維、３……溶着部、
４……空間部、５……網または格子、6,b……スルホン
化処理部、ａ……交差した繊維の溶着部。
示す図、第２図は本発明の不織布と網を一体化したセパ
レータを示す図、第３図はスルホン化した繊維の断面
図、第４図は不織布の平均繊維径と引張強度の関係、第
５図は放置後の放電特性の比較を示す。 1,1′……細い繊維、２……太い繊維、３……溶着部、
４……空間部、５……網または格子、6,b……スルホン
化処理部、ａ……交差した繊維の溶着部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−170159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−72459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−9056（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−194254（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 2/16 - 2/18
Claims (7)
- 【請求項１】主としてポリオレフィン系樹脂の繊維群よ
り成る不織布のセパレータであって、該不織布は、少な
くとも平均繊維径５μｍ以上の繊維群と平均繊維径５μ
ｍ未満の繊維群の混合物とで構成され、かつ、該繊維群
の混合物には、親液性を有する基が化学的に結合されて
いることを特徴とする電池用セパレータ。 - 【請求項２】ポリオレフィン系樹脂は、ポリプロピレ
ン，ポリエチレン、またはこれらの混在物のいずれかで
ある特許請求の範囲第１項記載の電池用セパレータ。 - 【請求項３】次の化学式−SO3H,−SO3M,−CHO,−COOH,
−COOM（ここで、ＭはK,Na,Mg,Ca,Alの１種または２種
以上）で表わされる基の１種または２種以上が、前記繊
維群の混在物に化学的に結合されている特許請求の範囲
第１項記載の電池用セパレータ。 - 【請求項４】ポリオレフィン系樹脂の繊維同志の接触部
は溶着されている特許請求の範囲第１項記載の電池用セ
パレータ。 - 【請求項５】主に平均繊維径５μｍ未満のポリオレフィ
ン系樹脂の繊維群から成る不織布と、平均繊維径５μｍ
以上のポリオレフィン系樹脂製の網または格子とが一体
化されたセパレータであって、該セパレータには親液性
を有する基が化学的に結合されていることを特徴とする
電池用セパレータ。 - 【請求項６】次の化学式−SO3H,−SO3M,−CHO,−COOH,
−COOM（ここで、ＭはK,Na,Mg,Ca,Alの１種または２種
以上）で表わされる基の１種または２種以上が、前記繊
維群、または繊維群と網または格子との一体化物に化学
的に結合されている特許請求の範囲第５項記載の電池用
セパレータ。 - 【請求項７】不織布を構成する繊維同志、および不織布
と網または格子とはその接触部が溶着されている特許請
求の範囲第５項記載の電池用セパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143191A JP2982218B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 電池用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143191A JP2982218B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 電池用セパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436954A JPH0436954A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2982218B2 true JP2982218B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=15332988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2143191A Expired - Lifetime JP2982218B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 電池用セパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2982218B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10106527A (ja) | 1996-09-25 | 1998-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アルカリ蓄電池 |
| JP3221337B2 (ja) * | 1996-12-13 | 2001-10-22 | 松下電器産業株式会社 | アルカリ蓄電池用セパレータ |
| JP3510156B2 (ja) * | 1999-06-25 | 2004-03-22 | 大和紡績株式会社 | 電池セパレータ並びに電池 |
| JP6152640B2 (ja) | 2012-12-18 | 2017-06-28 | 株式会社Ｇｓユアサ | 密閉型電池用ゴム製弁体、安全弁装置及びアルカリ蓄電池 |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP2143191A patent/JP2982218B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0436954A (ja) | 1992-02-06 |
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