JP3332139B2 - 密閉形アルカリ蓄電池 - Google Patents
密閉形アルカリ蓄電池Info
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- battery
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- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/44—Fibrous material
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
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- 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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Separators (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極板群を有する密
閉形アルカリ蓄電池に関するものであり、特にそのセパ
レータの改良に関するものである。
閉形アルカリ蓄電池に関するものであり、特にそのセパ
レータの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、密閉形のアルカリ蓄電池は、過充
電時に正極で発生する酸素ガスを負極に吸収させること
により、電池内圧の上昇を防ぐノイマン方式を採用して
いる。しかし、負極の酸素ガス吸収効率が低いと、電池
内圧は徐々に上昇する。電池内圧の上昇は、電池の破壊
や寿命低下を招くため、負極の酸素吸収効率を向上させ
るための種々の検討がなされている。例えば、特開平６
−２０６７３号公報には、セパレータの正極と対向する
側の表面に撥水性を付与する方法が提案されている。し
かし、この方法によると、セパレータに撥水処理を施す
工程が新たに加わることになり、工程は煩雑化し、さら
にはコストアップの要因にもなる。また、撥水処理を施
すことにより、電極表面の電解液量が少なくなるため、
電池の放電特性、特に高率放電特性の低下を招く。
電時に正極で発生する酸素ガスを負極に吸収させること
により、電池内圧の上昇を防ぐノイマン方式を採用して
いる。しかし、負極の酸素ガス吸収効率が低いと、電池
内圧は徐々に上昇する。電池内圧の上昇は、電池の破壊
や寿命低下を招くため、負極の酸素吸収効率を向上させ
るための種々の検討がなされている。例えば、特開平６
−２０６７３号公報には、セパレータの正極と対向する
側の表面に撥水性を付与する方法が提案されている。し
かし、この方法によると、セパレータに撥水処理を施す
工程が新たに加わることになり、工程は煩雑化し、さら
にはコストアップの要因にもなる。また、撥水処理を施
すことにより、電極表面の電解液量が少なくなるため、
電池の放電特性、特に高率放電特性の低下を招く。
【０００３】また、特開平８−１１１２３２号公報に
は、セパレータの内層の密度を低くする方法が提案され
ている。しかし、この方法によると、負極表面の保液量
が相対的に大きくなるため、酸素ガスとの接触面積が減
り、かえって酸素ガスの吸収能の低下を招く。
は、セパレータの内層の密度を低くする方法が提案され
ている。しかし、この方法によると、負極表面の保液量
が相対的に大きくなるため、酸素ガスとの接触面積が減
り、かえって酸素ガスの吸収能の低下を招く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決し、負極の酸素ガス吸収能を向上させ、電池内
圧の上昇を抑制することにより、寿命が長く、かつ放電
特性の優れた密閉形アルカリ蓄電池を提供することを目
的とする。
点を解決し、負極の酸素ガス吸収能を向上させ、電池内
圧の上昇を抑制することにより、寿命が長く、かつ放電
特性の優れた密閉形アルカリ蓄電池を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、正負極間に介
在させるセパレータの負極に対向する側の繊維密度を同
じく正極に対向する側の繊維密度よりも低くし、負極に
よるスムーズかつ効率的な酸素ガス吸収を可能とするも
のである。具体的には、本発明は、正極板および負極板
をセパレータを挟んで交互に積層して構成される極板群
と、前記極板群を内部に収容する蓄電池電槽を具備し、
前記セパレータが、不織布からなり、前記正極板に対向
する側に配された高密度層と、前記負極板に対向する側
に配された前記高密度層よりも繊維密度の低い低密度層
の二重構造を有し、前記高密度層および低密度層が同一
の平均繊維径を有する繊維からなる密閉形アルカリ蓄電
池に関する。
在させるセパレータの負極に対向する側の繊維密度を同
じく正極に対向する側の繊維密度よりも低くし、負極に
よるスムーズかつ効率的な酸素ガス吸収を可能とするも
のである。具体的には、本発明は、正極板および負極板
をセパレータを挟んで交互に積層して構成される極板群
と、前記極板群を内部に収容する蓄電池電槽を具備し、
前記セパレータが、不織布からなり、前記正極板に対向
する側に配された高密度層と、前記負極板に対向する側
に配された前記高密度層よりも繊維密度の低い低密度層
の二重構造を有し、前記高密度層および低密度層が同一
の平均繊維径を有する繊維からなる密閉形アルカリ蓄電
池に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の密閉形アルカリ蓄電池
は、正極板および負極板をセパレータを挟んで交互に積
層して構成される極板群と、極板群を内部に収容する蓄
電池電槽を具備し、セパレータが、不織布からなり、正
極板に対向する側に配された高密度層と、負極板に対向
する側に配された高密度層よりも繊維密度の低い低密度
層の二層構造を有するものである。
は、正極板および負極板をセパレータを挟んで交互に積
層して構成される極板群と、極板群を内部に収容する蓄
電池電槽を具備し、セパレータが、不織布からなり、正
極板に対向する側に配された高密度層と、負極板に対向
する側に配された高密度層よりも繊維密度の低い低密度
層の二層構造を有するものである。
【０００７】本発明の他の密閉形アルカリ蓄電池は、正
極板および負極板を、不織布からなるセパレータを挟ん
で交互に積層して構成される極板群と、極板群を内部に
収容する蓄電池電槽を具備し、セパレータの繊維密度
を、正極板に対向する面から負極板に対向する面にかけ
て連続的に低くしたものである。
極板および負極板を、不織布からなるセパレータを挟ん
で交互に積層して構成される極板群と、極板群を内部に
収容する蓄電池電槽を具備し、セパレータの繊維密度
を、正極板に対向する面から負極板に対向する面にかけ
て連続的に低くしたものである。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【０００９】《実施例》平均線径２０〜４０μｍのポリ
プロピレン繊維からなり、目付量が３３ｇ／ｍ2で公称
厚さが０．１ｍｍの不織布と、同じポリプロピレン繊維
からなり、目付量が４５ｇ／ｍ2で公称厚さが０．１ｍ
ｍの不織布に、それぞれ濃硫酸中に浸漬するスルフォン
化を施した後、これらを一体化し、目付量が７８ｇ／ｍ
2で厚さが０．２ｍｍのセパレータを得た。
プロピレン繊維からなり、目付量が３３ｇ／ｍ2で公称
厚さが０．１ｍｍの不織布と、同じポリプロピレン繊維
からなり、目付量が４５ｇ／ｍ2で公称厚さが０．１ｍ
ｍの不織布に、それぞれ濃硫酸中に浸漬するスルフォン
化を施した後、これらを一体化し、目付量が７８ｇ／ｍ
2で厚さが０．２ｍｍのセパレータを得た。
【００１０】正極は、以下のようにして作製した。ま
ず、芯材としての発泡ニッケルに活物質としての水酸化
ニッケル粉末およびコバルト酸化物を主成分としたペー
ストを調製した。芯材に、このペーストを塗布、乾燥
し、さらにプレス処理した後、所定寸法に切断して、正
極を得た。負極は、以下のようにして作製した。まず、
組成がＭｍＮｉ3.7Ａｌ0.3Ｍｎ0. 4Ｃｏ0.6（Ｍｍ：ミッ
シュメタル）の酸素吸蔵合金粉末を、スチレンブタジエ
ンゴムおよびカルボキシメチルセルロースの水溶液とと
もに混練してペーストを調製した。次いで、パンチング
メタルにこのペーストを塗着、乾燥し、さらにプレス処
理した後、所定寸法に切断して、負極を得た。このよう
にして得られた正極と負極を、上記セパレータを挟んで
交互に積層し、公称電池容量１００Ａｈの密閉形ニッケ
ル・水素蓄電池を作製した。このとき、セパレータの目
付量が３３ｇ／ｍ2の不織布側の面、すなわち粗な面を
負極に対向させて配置した。
ず、芯材としての発泡ニッケルに活物質としての水酸化
ニッケル粉末およびコバルト酸化物を主成分としたペー
ストを調製した。芯材に、このペーストを塗布、乾燥
し、さらにプレス処理した後、所定寸法に切断して、正
極を得た。負極は、以下のようにして作製した。まず、
組成がＭｍＮｉ3.7Ａｌ0.3Ｍｎ0. 4Ｃｏ0.6（Ｍｍ：ミッ
シュメタル）の酸素吸蔵合金粉末を、スチレンブタジエ
ンゴムおよびカルボキシメチルセルロースの水溶液とと
もに混練してペーストを調製した。次いで、パンチング
メタルにこのペーストを塗着、乾燥し、さらにプレス処
理した後、所定寸法に切断して、負極を得た。このよう
にして得られた正極と負極を、上記セパレータを挟んで
交互に積層し、公称電池容量１００Ａｈの密閉形ニッケ
ル・水素蓄電池を作製した。このとき、セパレータの目
付量が３３ｇ／ｍ2の不織布側の面、すなわち粗な面を
負極に対向させて配置した。
【００１１】また、比較例として、以下のセパレータを
用いて実施例と同様のニッケル・水素蓄電池を作製し
た。 《比較例１》実施例と同じポリプロピレン繊維からな
り、目付量が７６ｇ／ｍ2で公称厚さが０．２ｍｍの不
織布に、フロン系溶剤にシリコンオイルを溶解させた溶
液中に浸漬し、撥水処理を施した。また、同様の不織布
にスルフォン化を施した。これら２枚の不織布を一体化
してセパレータに用いて、実施例と同様の密閉形ニッケ
ル・水素蓄電池を作製した。ただし、このとき、セパレ
ータの撥水処理を施した側の面を負極に対向させて配置
した。
用いて実施例と同様のニッケル・水素蓄電池を作製し
た。 《比較例１》実施例と同じポリプロピレン繊維からな
り、目付量が７６ｇ／ｍ2で公称厚さが０．２ｍｍの不
織布に、フロン系溶剤にシリコンオイルを溶解させた溶
液中に浸漬し、撥水処理を施した。また、同様の不織布
にスルフォン化を施した。これら２枚の不織布を一体化
してセパレータに用いて、実施例と同様の密閉形ニッケ
ル・水素蓄電池を作製した。ただし、このとき、セパレ
ータの撥水処理を施した側の面を負極に対向させて配置
した。
【００１２】《比較例２》また、実施例と同様のポリプ
ロピレン繊維からなり、目付量が７６ｇ／ｍ2で公称厚
さが０．２ｍｍの不織布に、高圧の水流を放射し、両表
面の繊維密度を高くし、さらにスルフォン化処理を施し
て得られたセパレータを用いて密閉形ニッケル・水素蓄
電池を作製した。
ロピレン繊維からなり、目付量が７６ｇ／ｍ2で公称厚
さが０．２ｍｍの不織布に、高圧の水流を放射し、両表
面の繊維密度を高くし、さらにスルフォン化処理を施し
て得られたセパレータを用いて密閉形ニッケル・水素蓄
電池を作製した。
【００１３】実施例および比較例の密閉形ニッケル・水
素蓄電池の充放電特性および電池内圧変化を以下のよう
にして調べた。
素蓄電池の充放電特性および電池内圧変化を以下のよう
にして調べた。
【００１４】〈放電容量〉標準容量は、充電深度１１０
％まで１ＣｍＡで充電を行い、０．２ＣｍＡで１Ｖまで
放電を行って求めたものである。また、同様の充電条件
で充電した後、１ＣＡで放電させ、放電容量を求めた。
その結果を表１に示す。
％まで１ＣｍＡで充電を行い、０．２ＣｍＡで１Ｖまで
放電を行って求めたものである。また、同様の充電条件
で充電した後、１ＣＡで放電させ、放電容量を求めた。
その結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１より、実施例の電池は、比較例１およ
び２の電池と比べて、標準容量は同等である。しかし、
１ＣＡでの高率放電特性は、セパレータの負極側の面に
撥水処理を施した比較例１の電池より優れ、また、セパ
レータ表面の繊維密度を高くした比較例２の電池とほぼ
同等の特性を示すことがわかる。
び２の電池と比べて、標準容量は同等である。しかし、
１ＣＡでの高率放電特性は、セパレータの負極側の面に
撥水処理を施した比較例１の電池より優れ、また、セパ
レータ表面の繊維密度を高くした比較例２の電池とほぼ
同等の特性を示すことがわかる。
【００１７】〈電池内圧〉電池内圧は、環境温度４５℃
で、電流０．３ＣｍＡで充電深度９０％まで充電する間
の電池内圧を測定した。この結果を図１に示す。図１よ
り、実施例の電池は、電池内圧の上昇を、比較例２の電
池よりも小さく、比較例１の電池と同等にまで抑制する
ことができる。
で、電流０．３ＣｍＡで充電深度９０％まで充電する間
の電池内圧を測定した。この結果を図１に示す。図１よ
り、実施例の電池は、電池内圧の上昇を、比較例２の電
池よりも小さく、比較例１の電池と同等にまで抑制する
ことができる。
【００１８】以上のように、実施例の電池は、電池内圧
の上昇を抑制することができるとともに、優れた高率放
電特性を示す。これは、負極表面のセパレータの繊維密
度が粗であることから、比較例２の電池と比べて、正極
で発生した酸素ガスが容易に移動し、負極に達しやすく
なったことによる。また、一方で、セパレータ表面は親
水性であるため、比較例１の電池のように、負極表面の
電解液の不足により高率放電特性を損なうことがない。
の上昇を抑制することができるとともに、優れた高率放
電特性を示す。これは、負極表面のセパレータの繊維密
度が粗であることから、比較例２の電池と比べて、正極
で発生した酸素ガスが容易に移動し、負極に達しやすく
なったことによる。また、一方で、セパレータ表面は親
水性であるため、比較例１の電池のように、負極表面の
電解液の不足により高率放電特性を損なうことがない。
【００１９】一般に、短絡防止および保液性の観点か
ら、セパレータは薄くなるにつれ、繊維密度を高くする
必要がある。また、厚くなると、電極間の抵抗の増大を
防ぐため、繊維密度を低くする必要がある。本発明のア
ルカリ電池に用いるセパレータの粗側、すなわち負極に
対向する側の層の目付量は、正極で発生する酸素ガスの
負極表面へのスムーズな移動と充分な保液性を考慮して
決定される。これらの要素は用いる繊維の濡れ性や線径
さらには層の厚さとも関連するため、一義的には定義す
ることはできないが、例えば上記実施例で用いた平均線
径２０〜４０μｍのポリプロピレン繊維を用いる場合に
は、目付量を下式（１）のｗ 1 ［ｇ／ｍ2］で表される範
囲内とすることが好ましい。ただし、式中、ｔは厚さ
[ｍｍ]であり、ｄは繊維の比重[ｇ／ｃｍ3]を示す。
ら、セパレータは薄くなるにつれ、繊維密度を高くする
必要がある。また、厚くなると、電極間の抵抗の増大を
防ぐため、繊維密度を低くする必要がある。本発明のア
ルカリ電池に用いるセパレータの粗側、すなわち負極に
対向する側の層の目付量は、正極で発生する酸素ガスの
負極表面へのスムーズな移動と充分な保液性を考慮して
決定される。これらの要素は用いる繊維の濡れ性や線径
さらには層の厚さとも関連するため、一義的には定義す
ることはできないが、例えば上記実施例で用いた平均線
径２０〜４０μｍのポリプロピレン繊維を用いる場合に
は、目付量を下式（１）のｗ 1 ［ｇ／ｍ2］で表される範
囲内とすることが好ましい。ただし、式中、ｔは厚さ
[ｍｍ]であり、ｄは繊維の比重[ｇ／ｃｍ3]を示す。
【００２０】
【数５】
【００２１】密側、すなわち正極に対向する側の層の目
付量もまた、粗側の層と同様に繊維の濡れ性や線径さら
には層の厚さの影響を考慮して決定する必要がある。密
側の層は、さらにセパレータとしての機械的強度も考慮
する必要がある。上記実施例で用いた平均線径２０〜４
０μｍのポリプロピレン繊維を用いる場合には、下式
（２）のｗ 2 ［ｇ／ｍ2］で表される範囲内とすることが
好ましい。ただし、式中、ｔは厚さ[ｍｍ]であり、ｄは
繊維の比重[ｇ／ｃｍ3]を示す。
付量もまた、粗側の層と同様に繊維の濡れ性や線径さら
には層の厚さの影響を考慮して決定する必要がある。密
側の層は、さらにセパレータとしての機械的強度も考慮
する必要がある。上記実施例で用いた平均線径２０〜４
０μｍのポリプロピレン繊維を用いる場合には、下式
（２）のｗ 2 ［ｇ／ｍ2］で表される範囲内とすることが
好ましい。ただし、式中、ｔは厚さ[ｍｍ]であり、ｄは
繊維の比重[ｇ／ｃｍ3]を示す。
【００２２】
【数６】
【００２３】これらを空孔率、すなわち空孔部分の体積
比で表すと、粗側および密側をそれぞれ図２の斜線部の
範囲内とすることが好ましい。上記実施例では、セパレ
ータを繊維密度が低い粗な層と繊維密度が高い密な層の
二層構造としたが、正極側を密、負極側を粗とし、厚さ
方向に連続的に繊維密度を変化させてもよい。
比で表すと、粗側および密側をそれぞれ図２の斜線部の
範囲内とすることが好ましい。上記実施例では、セパレ
ータを繊維密度が低い粗な層と繊維密度が高い密な層の
二層構造としたが、正極側を密、負極側を粗とし、厚さ
方向に連続的に繊維密度を変化させてもよい。
【００２４】
【発明の効果】本発明によると、正極で発生した酸素ガ
スをスムーズに効率よく負極に吸収させることができる
ため、電池内圧の上昇を抑制することができ、寿命が長
く、かつ放電特性の優れた密閉形アルカリ蓄電池を提供
することができる。
スをスムーズに効率よく負極に吸収させることができる
ため、電池内圧の上昇を抑制することができ、寿命が長
く、かつ放電特性の優れた密閉形アルカリ蓄電池を提供
することができる。
【図１】本発明の一実施例と比較例のアルカリ蓄電池の
充電時の電池内圧の挙動を示す特性図である。
充電時の電池内圧の挙動を示す特性図である。
【図２】同アルカリ蓄電池のセパレータに用いる不織布
の好ましい目付量と空孔率の関係を示す特性図である。
の好ましい目付量と空孔率の関係を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生駒 宗久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 審査官 高木 正博 (56)参考文献 特開 平８−115739（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−53446（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/14 - 2/18 H01M 10/24 - 10/34
Claims (1)
- 【請求項１】 正極板および負極板をセパレータを挟ん
で交互に積層して構成される極板群と、前記極板群を内
部に収容する蓄電池電槽を具備し、前記セパレータが、
不織布からなり、前記正極板に対向する側に配された高
密度層と、前記負極板に対向する側に配された前記高密
度層よりも繊維密度の低い低密度層の二重構造を有し、
前記高密度層および低密度層が同一の平均繊維径を有す
る繊維からなる密閉形アルカリ蓄電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25462896A JP3332139B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 密閉形アルカリ蓄電池 |
| US08/935,725 US5955216A (en) | 1996-09-26 | 1997-09-23 | Sealed alkaline storage battery |
| DE69736312T DE69736312T2 (de) | 1996-09-26 | 1997-09-25 | Gasdicht verschlossene alkalische Sekundärbatterie |
| EP97307494A EP0834940B1 (en) | 1996-09-26 | 1997-09-25 | Sealed alkaline storage battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25462896A JP3332139B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 密閉形アルカリ蓄電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106525A JPH10106525A (ja) | 1998-04-24 |
| JP3332139B2 true JP3332139B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=17267670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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