JP3006371B2 - 電 池 - Google Patents
電 池Info
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- JP3006371B2 JP3006371B2 JP5282404A JP28240493A JP3006371B2 JP 3006371 B2 JP3006371 B2 JP 3006371B2 JP 5282404 A JP5282404 A JP 5282404A JP 28240493 A JP28240493 A JP 28240493A JP 3006371 B2 JP3006371 B2 JP 3006371B2
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- electrolyte
- sulfuric acid
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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
Landscapes
- Cell Separators (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は特に親水性を向上したセ
パレータを利用した電池に関する。
パレータを利用した電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種の電源として広く使われているアル
カリ蓄電池は高信頼性が期待でき、小形軽量化も可能な
どの理由で、小形電池は各種ポータブル機器用に、大形
電池は産業用として使われてきた。
カリ蓄電池は高信頼性が期待でき、小形軽量化も可能な
どの理由で、小形電池は各種ポータブル機器用に、大形
電池は産業用として使われてきた。
【０００３】このアルカリ蓄電池において、正極として
は一部空気極や酸化銀極なども取り上げられているが、
ほとんどの場合ニッケル極である。ポケット式から焼結
式に代わって特性が向上し、さらに密閉化が可能になる
とともに用途も広がった。
は一部空気極や酸化銀極なども取り上げられているが、
ほとんどの場合ニッケル極である。ポケット式から焼結
式に代わって特性が向上し、さらに密閉化が可能になる
とともに用途も広がった。
【０００４】一方負極としてはカドミウムの他に亜鉛、
鉄、水素などが対象となっている。現在のところカドミ
ウム極が主体であるが、一層の高エネルギー密度を達成
するために金属水素化物、つまり水素吸蔵合金極を使っ
たニッケル−水素蓄電池が注目され製法などに多くの提
案がなされている。
鉄、水素などが対象となっている。現在のところカドミ
ウム極が主体であるが、一層の高エネルギー密度を達成
するために金属水素化物、つまり水素吸蔵合金極を使っ
たニッケル−水素蓄電池が注目され製法などに多くの提
案がなされている。
【０００５】一般に密閉形アルカリ蓄電池においては、
高容量、急速充電、長寿命などが要望され、電極の活物
質充填性、利用率、負極でのガス吸収特性などの向上が
図られている。
高容量、急速充電、長寿命などが要望され、電極の活物
質充填性、利用率、負極でのガス吸収特性などの向上が
図られている。
【０００６】他の電池系同様、正極にニッケル極と負極
にカドミウム極や水素吸蔵合金極を用いた密閉形アルカ
リ蓄電池においても高エネルギー密度、長寿命、急速充
電などが要望されている。
にカドミウム極や水素吸蔵合金極を用いた密閉形アルカ
リ蓄電池においても高エネルギー密度、長寿命、急速充
電などが要望されている。
【０００７】高エネルギー密度、長寿命、急速充電につ
いて、電解液量は重要であり、容量、寿命の点では電解
液は多い方がよい。しかし充電時における負極でのガス
吸収の観点からセパレータはガスを通すことが必要であ
り、電解液はセパレータに含浸して用いられているので
その液量には限度がある。密閉形において寿命を支配す
る一要因として、セパレータにおける電解液不足があ
る。つまり充放電サイクルの初期は問題がないが、充放
電の繰り返しにより電極が膨張したり、あるいは膨張と
収縮を繰り返すことにより電極中へ電解液が吸収されて
セパレータ中の電解液量が不足し、内部抵抗が増して放
電時の電圧低下をもたらす。この場合、セパレータでの
電解液の枯渇化はニッケル極に負うところが大きく、ニ
ッケル極の容量も減少する。したがって電解液量を増せ
ばよいのであるが、密閉形では過充電領域で正極から発
生する酸素を負極で水にもどすためにはガス状態で負極
面に到達する必要があるので負極面を電解液が覆ってし
まうことは密閉化を不可能にすることを意味する。
いて、電解液量は重要であり、容量、寿命の点では電解
液は多い方がよい。しかし充電時における負極でのガス
吸収の観点からセパレータはガスを通すことが必要であ
り、電解液はセパレータに含浸して用いられているので
その液量には限度がある。密閉形において寿命を支配す
る一要因として、セパレータにおける電解液不足があ
る。つまり充放電サイクルの初期は問題がないが、充放
電の繰り返しにより電極が膨張したり、あるいは膨張と
収縮を繰り返すことにより電極中へ電解液が吸収されて
セパレータ中の電解液量が不足し、内部抵抗が増して放
電時の電圧低下をもたらす。この場合、セパレータでの
電解液の枯渇化はニッケル極に負うところが大きく、ニ
ッケル極の容量も減少する。したがって電解液量を増せ
ばよいのであるが、密閉形では過充電領域で正極から発
生する酸素を負極で水にもどすためにはガス状態で負極
面に到達する必要があるので負極面を電解液が覆ってし
まうことは密閉化を不可能にすることを意味する。
【０００８】いずれにせよ、これらの特性にセパレータ
が重要な役目を果たしている。電気抵抗が低く、耐アル
カリ性や耐酸化性に優れていることは勿論であるが、さ
らに長期にわたって電解液の保液性がよいことが要望さ
れ、さらに密閉形ではガスの透過が必要である。以前は
ポリアミドの繊維布や不織布が主に採用されてきたが、
耐アルカリ性や耐酸化性の点で問題があるところからポ
リオレフィン製の繊維布や不織布が一部用いられてい
る。ところがポリオレフィン製の繊維布や不織布は電解
液の保液性の点でポリアミド製に劣り、その製法上含ま
れている界面活性剤は耐電解液性や耐酸化性に劣るため
に、長期にわたって保液性を維持できない。そこで、ポ
リオレフィン多孔体を特開平１−１３２０４４号公報に
記載のように、発煙硫酸や硫酸で処理するいわゆるスル
ホン化処理や、また特開昭５４−１３５３２３号公報に
記載のようにコロナ放電加工により、親水性の向上が図
られている。
が重要な役目を果たしている。電気抵抗が低く、耐アル
カリ性や耐酸化性に優れていることは勿論であるが、さ
らに長期にわたって電解液の保液性がよいことが要望さ
れ、さらに密閉形ではガスの透過が必要である。以前は
ポリアミドの繊維布や不織布が主に採用されてきたが、
耐アルカリ性や耐酸化性の点で問題があるところからポ
リオレフィン製の繊維布や不織布が一部用いられてい
る。ところがポリオレフィン製の繊維布や不織布は電解
液の保液性の点でポリアミド製に劣り、その製法上含ま
れている界面活性剤は耐電解液性や耐酸化性に劣るため
に、長期にわたって保液性を維持できない。そこで、ポ
リオレフィン多孔体を特開平１−１３２０４４号公報に
記載のように、発煙硫酸や硫酸で処理するいわゆるスル
ホン化処理や、また特開昭５４−１３５３２３号公報に
記載のようにコロナ放電加工により、親水性の向上が図
られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年密
閉形アルカリ蓄電池の高容量化への要望に答えるため、
セパレータはより薄いものを使用せざるを得ず、親水性
をさらに向上させなければならないが、上記のいずれの
方法によっても達成することは出来なかった。すなわ
ち、スルホン化処理を強化すると、セパレータの強度が
低下し、電池組立工程においてセパレータに掛かる引張
に耐えられなくなる。また、コロナ放電加工による親水
化処理の効果はもともとわずかであった。本発明は、こ
のような課題を解決し、親水性の高いポリオレフィン製
多孔体からなるセパレータを用いることにより、高エネ
ルギー密度、長寿命で急速充電可能な密閉形アルカリ蓄
電池を提供することを目的とする。
閉形アルカリ蓄電池の高容量化への要望に答えるため、
セパレータはより薄いものを使用せざるを得ず、親水性
をさらに向上させなければならないが、上記のいずれの
方法によっても達成することは出来なかった。すなわ
ち、スルホン化処理を強化すると、セパレータの強度が
低下し、電池組立工程においてセパレータに掛かる引張
に耐えられなくなる。また、コロナ放電加工による親水
化処理の効果はもともとわずかであった。本発明は、こ
のような課題を解決し、親水性の高いポリオレフィン製
多孔体からなるセパレータを用いることにより、高エネ
ルギー密度、長寿命で急速充電可能な密閉形アルカリ蓄
電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するべく、硫酸根を持つ酸で処理したポリオレフィン製
多孔体にコロナ放電加工を施して得たセパレータを用い
て密閉形アルカリ蓄電池を作製するようにした。この場
合、硫酸根を持つ酸としては、発煙硫酸、濃硫酸、無水
硫酸のいずれかがよい。またポリオレフィン製多孔体と
してはポリプロピレン製不織布が最適である。
するべく、硫酸根を持つ酸で処理したポリオレフィン製
多孔体にコロナ放電加工を施して得たセパレータを用い
て密閉形アルカリ蓄電池を作製するようにした。この場
合、硫酸根を持つ酸としては、発煙硫酸、濃硫酸、無水
硫酸のいずれかがよい。またポリオレフィン製多孔体と
してはポリプロピレン製不織布が最適である。
【００１１】
【作用】上記で述べたように、優れた特性を有する密閉
形アルカリ蓄電池を得るためには、親水性の高いポリオ
レフィン製多孔体からなる薄型セパレータの使用が不可
欠である。
形アルカリ蓄電池を得るためには、親水性の高いポリオ
レフィン製多孔体からなる薄型セパレータの使用が不可
欠である。
【００１２】硫酸根を持つ酸での処理した後コロナ放電
加工を施したセパレータは、ポリオレフィン樹脂の水素
基やメチル基をそれぞれ、親水性のスルホン基、カルボ
ニル基などに置換するので、界面活性剤とは違って恒久
的な親水性を確保できる。また空気中でおこなわれるコ
ロナ放電加工は、置換反応がセパレータの表層部に集中
し、強度低下が少ない。硫酸根を持つ酸で処理した後、
コロナ放電加工を行うことにより上記置換反応が促進さ
れ、強度をそこなう事なく相乗的な親水性の向上作用が
得られる。
加工を施したセパレータは、ポリオレフィン樹脂の水素
基やメチル基をそれぞれ、親水性のスルホン基、カルボ
ニル基などに置換するので、界面活性剤とは違って恒久
的な親水性を確保できる。また空気中でおこなわれるコ
ロナ放電加工は、置換反応がセパレータの表層部に集中
し、強度低下が少ない。硫酸根を持つ酸で処理した後、
コロナ放電加工を行うことにより上記置換反応が促進さ
れ、強度をそこなう事なく相乗的な親水性の向上作用が
得られる。
【００１３】
【実施例】（実施例１） 市販の厚さ０．１５ｍｍ、多孔度約６０％のポリプロピ
レン不織布を５％発煙硫酸を含む濃硫酸に室温で７分間
浸漬する。次にアルカリ液に浸漬し、水洗して硫酸を除
去した後乾燥する。この処理で不織布は白色から薄い褐
色に変わる。これに市販のコロナ放電装置の放電用電極
により不織布全面に放電処理を施す。
レン不織布を５％発煙硫酸を含む濃硫酸に室温で７分間
浸漬する。次にアルカリ液に浸漬し、水洗して硫酸を除
去した後乾燥する。この処理で不織布は白色から薄い褐
色に変わる。これに市販のコロナ放電装置の放電用電極
により不織布全面に放電処理を施す。
【００１４】次にこのセパレータを用いて密閉形ニッケ
ル−水素電池を構成する。まず負極の水素吸蔵合金極と
してＬａＮｉ５ 系合金の一つであるＭｍＮｉ３．７
Ｍｎ０．４ Ａｌ０．３ Ｃｏ０．６ を粉砕して３０
０メッシュ通過させた後、５重量％のフッ素樹脂ディス
パージョン溶液をこの樹脂が水素吸蔵合金粉末に対して
１．５重量％になるように加えてペーストをつくる。つ
いでこのペーストを厚さ０．１７ｍｍ、孔径１．８ｍ
ｍ、開口度５３％の鉄製でニッケルメッキを施したパン
チングメタル板に塗着し、０．６ｍｍのスリットを通し
て平滑化した。この電極を幅３３ｍｍ、長さ２１０ｍｍ
に裁断し、リード板をスポット溶接により取り付けた。
電極はまず１００ｔの加圧機で加圧した後、さらにロー
ラプレス機を通して厚さ０．５２ｍｍに調整した。その
後電極面に市販の４フッ化エチレン−６フッ化プロピレ
ン共重合体粉末を０．５〜０．６ｍｇ／ｃｍ２塗着し
た。
ル−水素電池を構成する。まず負極の水素吸蔵合金極と
してＬａＮｉ５ 系合金の一つであるＭｍＮｉ３．７
Ｍｎ０．４ Ａｌ０．３ Ｃｏ０．６ を粉砕して３０
０メッシュ通過させた後、５重量％のフッ素樹脂ディス
パージョン溶液をこの樹脂が水素吸蔵合金粉末に対して
１．５重量％になるように加えてペーストをつくる。つ
いでこのペーストを厚さ０．１７ｍｍ、孔径１．８ｍ
ｍ、開口度５３％の鉄製でニッケルメッキを施したパン
チングメタル板に塗着し、０．６ｍｍのスリットを通し
て平滑化した。この電極を幅３３ｍｍ、長さ２１０ｍｍ
に裁断し、リード板をスポット溶接により取り付けた。
電極はまず１００ｔの加圧機で加圧した後、さらにロー
ラプレス機を通して厚さ０．５２ｍｍに調整した。その
後電極面に市販の４フッ化エチレン−６フッ化プロピレ
ン共重合体粉末を０．５〜０．６ｍｇ／ｃｍ２塗着し
た。
【００１５】またニッケル極としては公知の発泡式ニッ
ケル極を用い、電解液として比重１．３０の苛性カリ水
溶液を用いて公称容量２５００ｍＡｈのＳｕｂＣ型密閉
形ニッケル−水素蓄電池を構成した。この電池をＡとす
る。
ケル極を用い、電解液として比重１．３０の苛性カリ水
溶液を用いて公称容量２５００ｍＡｈのＳｕｂＣ型密閉
形ニッケル−水素蓄電池を構成した。この電池をＡとす
る。
【００１６】（比較例１） 次に、比較のために発煙硫酸処理のみのセパレータを用
いた電池Ｂと、コロナ放電処理のみのセパレータを用い
た電池Ｃを、セパレータ以外は前記実施例１と同様にし
て構成した。
いた電池Ｂと、コロナ放電処理のみのセパレータを用い
た電池Ｃを、セパレータ以外は前記実施例１と同様にし
て構成した。
【００１７】次に、電池Ａ、Ｂ、Ｃにつき、その特性を
試験した。まず初期の放電電圧と容量を比較した。電池
は１０セルずつ用い１Ｃで容量の１２０％定電流充電し
た後１Ｃで０．９Ｖまでの定電流放電を行ったところ、
平均電圧は電池Ａは１．１８Ｖ、電池Ｂは１．１７Ｖ、
電池Ｃはやや劣って１．１４Ｖ、放電容量は電池Ａが２
２８０〜２３００ｍＡｈ、電池Ｂが２２７０〜２２８０
ｍＡｈ、電池Ｃは２２２０〜２２４０ｍＡｈであった。
試験した。まず初期の放電電圧と容量を比較した。電池
は１０セルずつ用い１Ｃで容量の１２０％定電流充電し
た後１Ｃで０．９Ｖまでの定電流放電を行ったところ、
平均電圧は電池Ａは１．１８Ｖ、電池Ｂは１．１７Ｖ、
電池Ｃはやや劣って１．１４Ｖ、放電容量は電池Ａが２
２８０〜２３００ｍＡｈ、電池Ｂが２２７０〜２２８０
ｍＡｈ、電池Ｃは２２２０〜２２４０ｍＡｈであった。
【００１８】次に各電池をそれぞれ１０セルずつ用い、
寿命特性を比較した。結果を図１に示す。２０℃で１Ｃ
で容量の１１０％定電流充電した後１Ｃで０．９Ｖまで
放電する条件で充放電を繰り返した。１０サイクル時の
容量をそれぞれ１００とした場合、２００サイクルで電
池Ａは平均９８％であったのに対して電池Ｂは平均９５
％、電池Ｃは８８％であった。さらに５００サイクルで
電池Ａが９２％であったのに対して電池Ｂでは８６％、
電池Ｃでは６８％であった。このように電池Ａは寿命の
点で優れていた。
寿命特性を比較した。結果を図１に示す。２０℃で１Ｃ
で容量の１１０％定電流充電した後１Ｃで０．９Ｖまで
放電する条件で充放電を繰り返した。１０サイクル時の
容量をそれぞれ１００とした場合、２００サイクルで電
池Ａは平均９８％であったのに対して電池Ｂは平均９５
％、電池Ｃは８８％であった。さらに５００サイクルで
電池Ａが９２％であったのに対して電池Ｂでは８６％、
電池Ｃでは６８％であった。このように電池Ａは寿命の
点で優れていた。
【００１９】最後に急速充電性能を調べた。結果を図２
（ａ）、（ｂ）に示す。周囲温度２０℃にて、０．７Ｃ
充電を行ったところ容量の１５０％充電時での電池内圧
力が電池Ａは１．３ｋｇ／ｃｍ２、電池Ｂは２．０ｋｇ
／ｃｍ２ 、電池Ｃは３．７ｋｇ／ｃｍ２ であった。
また、１．０Ｃ充電では電池Ａは３．１ｋｇ／ｃｍ２、
電池Ｂは５．０ｋｇ／ｃｍ２ 、電池Ｃは７．５ｋｇ／
ｃｍ２ であった。このように電池Ａはガス吸収の点で
も優れていた。
（ａ）、（ｂ）に示す。周囲温度２０℃にて、０．７Ｃ
充電を行ったところ容量の１５０％充電時での電池内圧
力が電池Ａは１．３ｋｇ／ｃｍ２、電池Ｂは２．０ｋｇ
／ｃｍ２ 、電池Ｃは３．７ｋｇ／ｃｍ２ であった。
また、１．０Ｃ充電では電池Ａは３．１ｋｇ／ｃｍ２、
電池Ｂは５．０ｋｇ／ｃｍ２ 、電池Ｃは７．５ｋｇ／
ｃｍ２ であった。このように電池Ａはガス吸収の点で
も優れていた。
【００２０】なお上記のセパレータは、密閉形ニッケル
−カドミウム電池に対しても同様に有効であった。また
アルカリマンガン電池、酸化銀電池、空気電池の高容量
化や放電電圧の向上にも有効であった。
−カドミウム電池に対しても同様に有効であった。また
アルカリマンガン電池、酸化銀電池、空気電池の高容量
化や放電電圧の向上にも有効であった。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明によればポリオレ
フィン製多孔体に発煙硫酸あるいは濃硫酸など硫酸基を
持つ酸で処理した後、コロナ放電処理をして得られたセ
パレータを用いることにより、高容量で優れたガス吸収
特性を有する長寿命の電池が得られる。
フィン製多孔体に発煙硫酸あるいは濃硫酸など硫酸基を
持つ酸で処理した後、コロナ放電処理をして得られたセ
パレータを用いることにより、高容量で優れたガス吸収
特性を有する長寿命の電池が得られる。
【図１】本発明の実施例及び従来例の密閉形ニッケル−
水素蓄電池のサイクル寿命特性を比較した図
水素蓄電池のサイクル寿命特性を比較した図
【図２】本発明の実施例及び従来例の密閉形ニッケル−
水素蓄電池の急速充電時の電池内圧特性を比較した図 （ａ）は０．７Ｃ充電時の電池内圧特性を示した図 （ｂ）は１．０Ｃ充電時の電池内圧特性を示した図
水素蓄電池の急速充電時の電池内圧特性を比較した図 （ａ）は０．７Ｃ充電時の電池内圧特性を示した図 （ｂ）は１．０Ｃ充電時の電池内圧特性を示した図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海谷 英男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−6760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−62138（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−29562（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/16
Claims (2)
- 【請求項１】 ポリオレフィン製多孔体に硫酸根を持つ
酸で処理した後コロナ放電加工を施したセパレータを用
いることを特徴とする電池。 - 【請求項２】 硫酸根を持つ酸が発煙硫酸、濃硫酸、無
水硫酸のいずれかであることを特徴とする請求項１記載
の電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5282404A JP3006371B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 電 池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5282404A JP3006371B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 電 池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07134979A JPH07134979A (ja) | 1995-05-23 |
| JP3006371B2 true JP3006371B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=17651972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5282404A Expired - Lifetime JP3006371B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 電 池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3006371B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5792517A (en) * | 1996-04-25 | 1998-08-11 | Japan Vilene Company | Process for treating the outer-inner surfaces of a porous non-conductor |
| WO1998052240A1 (en) * | 1997-05-12 | 1998-11-19 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Separator for lead-acid storage battery |
| JP4639620B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2011-02-23 | トヨタ自動車株式会社 | アルカリ蓄電池 |
| JP6082616B2 (ja) * | 2013-02-14 | 2017-02-15 | 湘南Ｃｏｒｕｎ Ｅｎｅｒｇｙ株式会社 | アルカリ蓄電池 |
-
1993
- 1993-11-11 JP JP5282404A patent/JP3006371B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07134979A (ja) | 1995-05-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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