JP4703154B2 - アルカリ蓄電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、正極と負極がセパレーターを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群とアルカリ電解液とを外装缶内に備えたアルカリ蓄電池およびその製造方法に関する。
近年、二次電池（蓄電池）の用途が拡大して、携帯電話、ノートパソコン、電動工具、電動自転車、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）など広範囲にわたって用いられるようになった。このうち、特に、電動工具、電動自転車、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などの高出力が求められる用途においては、ニッケル−水素蓄電池やニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池が用いられるようになった。この種の高出力の用途に用いられるアルカリ蓄電池においては、高容量化を目的として各部品の体積が削減されるようになった。例えば、セパレータにおいては薄型化を行うことによってセパレータの体積を低減することが特許文献１にて提案されるようになった。
この特許文献１にて提案されたセパレータにおいては、分割繊維と融着繊維との混合繊維を抄紙してシート状とし、親水化処理した後、所定の見かけ密度になるように厚み加工を行うことにより作製されるものである。これにより、薄型化が可能で、親水性に優れたセパレータが得られるようになり、ガス透過率が優れて、ショート発生率が低いアルカリ蓄電池が得られるようになる。
特開平１１−１６２４４０号公報
ところで、この種のアルカリ蓄電池においては、セパレータを介して正極と負極を渦巻状に巻回することが行われるが、体積を低減させるためには、巻回時の巻き取り圧力を大きくする必要がある。ところが、巻回時に巻き取り圧力を大きくすると、セパレータは押し潰されることとなる。ここで、セパレータが押し潰されると、電解液の保液性が低下するとともに、電解液の移動も妨げられることとなる。この場合、電解液の移動が妨げられることは、充放電時の抵抗因子となって内部抵抗が上昇することとなる。この結果、特に、大電流による充放電時に抵抗電圧降下が生じて、高率充放電特性が低下するという問題が生じた。
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、セパレータの保液性が向上しかつ電解液の移動が容易になるように巻回圧力を調整して、巻回時のセパレータの潰れを抑制し、高率での充放電特性が向上したアルカリ蓄電池が提供できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のアルカリ蓄電池においては、セパレータは横断面形状が円形状の繊維と、円形状の繊維が縦方向に分割された分割繊維との混合物からなり、渦巻状電極群に配置されて正極および負極のどちらとも接触しない部位のセパレータの厚みをＴ１（ｍ）とし、正極および負極に接触する部位のセパレータの厚みはＴ２（ｍ）で目付をＤとした場合に、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有するとともに、Ｄ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を有することを特徴とする。
このように、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を有すると、正、負極間に存在するセパレータの潰れが抑制された状態の渦巻状電極群となることが明らかになった。これにより、セパレータ中に電解液を保持するのに十分な空隙が確保できるようになり、電解液の移動が妨げられることがなくなって、高い放電電圧が維持されるようになる。一方、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００、およびＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の両方の関係を満たさない場合は、高率放電時に高い放電電圧が維持されなく、急激に放電性が低下することが分かった。
また、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００を満たしていても、Ｄ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）を満たさない場合は、高率放電時に放電性が大きく低下することが分かった。以上のことから、電池作製時のセパレータの潰れを抑制して高い放電性を得るためには、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を満たすことが必要であることが分かった。
この場合、上述のような関係を有するセパレータを備えたアルカリ蓄電池とするには、横断面形状が円形状の繊維と、円形状の繊維が縦方向に分割された分割繊維との混合物からなるセパレーターを熱処理して所定の厚みになるように調厚する熱処理工程と、この熱処理により所定の厚みに調厚されたセパレーターを介して正極と負極を渦巻状に巻回するとともに、巻回後の渦巻状電極群に配置されて正極および負極のどちらとも接触しない部位のセパレータの厚みをＴ１（ｍ）とし、正極および負極に接触する部位のセパレータの厚みはＴ２（ｍ）で目付をＤとした場合に、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を有するように巻き取り圧力を調整しながら渦巻状に巻回する巻回工程とを備えるようにすればよい。
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図１〜図５に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものでなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。なお、図１はセパレータを介して正極板と負極板を積層した状態を模式的に示す斜視図である。図２はセパレータを介して正極板と負極板を渦巻状に巻回する状態を模式的に示す平面図である。図３はニッケル−水素蓄電池の縦断面を模式的に示す断面図である。図４は正極および負極に接触する部位のセパレータの厚み（Ｔ２）に対する該部の目付（Ｄ）との比率（Ｄ／Ｔ２）と、１５０Ａで１０秒間放電した後の電池電圧との関係を示す図である。図５は渦巻状電極群に配置されて正極および負極のどちらとも接触しない部位のセパレータの厚み（Ｔ１）に対する正極および負極に接触する部位のセパレータの厚み（Ｔ２）の比率（Ｔ２／Ｔ１）と、１５０Ａで１０秒間放電した後の電池電圧との関係を示す図である。
１．ニッケル正極
多孔性ニッケル焼結基板を硝酸ニッケルと硝酸コバルトと硝酸亜鉛の混合水溶液（含浸液）に浸漬して、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内に硝酸ニッケル、硝酸コバルトおよび硝酸亜鉛を保持させた。この後、この多孔性ニッケル焼結基板を２５質量％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中に浸漬して、硝酸ニッケル、硝酸コバルトおよび硝酸亜鉛をそれぞれ水酸化ニッケル、水酸化コバルトおよび水酸化亜鉛に転換させた。
多孔性ニッケル焼結基板を硝酸ニッケルと硝酸コバルトと硝酸亜鉛の混合水溶液（含浸液）に浸漬して、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内に硝酸ニッケル、硝酸コバルトおよび硝酸亜鉛を保持させた。この後、この多孔性ニッケル焼結基板を２５質量％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中に浸漬して、硝酸ニッケル、硝酸コバルトおよび硝酸亜鉛をそれぞれ水酸化ニッケル、水酸化コバルトおよび水酸化亜鉛に転換させた。
ついで、充分に水洗してアルカリ溶液を除去した後、乾燥を行って、多孔性ニッケル焼結基板の細孔内に水酸化ニッケルを主成分とする活物質を充填した。このような活物質充填操作を所定回数（例えば６回）繰り返して、多孔性焼結基板の細孔内に水酸化ニッケルを主体とする活物質の充填密度が２．５ｇ／ｃｍ3になるように充填した。この後、室温で乾燥させた後、所定の寸法に切断してニッケル正極板１１を作製した。
２．水素吸蔵合金負極
一方、ミッシュメタル（Ｍｍ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびマンガン（Ｍｎ）を混合した後、この混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉で誘導加熱して合金溶湯とした。この合金溶湯を公知の方法で鋳型に流し込み、冷却して、組成式がＭｍＮｉaＣｏbＡｌcＭｎd（但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは比率を表す数値）で表される水素吸蔵合金のインゴットを作製した。
一方、ミッシュメタル（Ｍｍ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびマンガン（Ｍｎ）を混合した後、この混合物をアルゴンガス雰囲気の高周波誘導炉で誘導加熱して合金溶湯とした。この合金溶湯を公知の方法で鋳型に流し込み、冷却して、組成式がＭｍＮｉaＣｏbＡｌcＭｎd（但し、ａ，ｂ，ｃ，ｄは比率を表す数値）で表される水素吸蔵合金のインゴットを作製した。
この水素吸蔵合金インゴットを機械的粉砕法により、所定の平均粒子径（例えば、６０μｍ）になるまで粉砕して、水素吸蔵合金粉末とした。ついで、得られた水素吸蔵合金粉末１００質量部に対して、結着剤としてポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）と、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）を混合して水素吸蔵合金ペーストを作製した。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芯体の両面に塗布し、室温で乾燥させた後、所定の厚みに圧延し、所定の寸法に切断して水素吸蔵合金負極板１２を作製した。
３．セパレータ
ポリプロピレンとポリエチレンの２種類の高分子樹脂を放射状に配列してなる繊維径が１５μｍで横断面形状が円形状の複合分割繊維５０質量部と、中心部をポリプロピレンとしてその表面にポリエチレンを配列してなる芯鞘構造を持つ繊維径が１５μｍで横断面形状が円形状の融着繊維２０質量部と、繊維径が約１０μｍのポリプロピレン繊維３０質量部とを混合する。この後、乾式あるいは湿式で目付が７０ｇ／ｍ2となるように抄紙して複合基布とする。これに高圧水流を噴射して繊維を交絡させると同時に、複合分割繊維を分割する。
ポリプロピレンとポリエチレンの２種類の高分子樹脂を放射状に配列してなる繊維径が１５μｍで横断面形状が円形状の複合分割繊維５０質量部と、中心部をポリプロピレンとしてその表面にポリエチレンを配列してなる芯鞘構造を持つ繊維径が１５μｍで横断面形状が円形状の融着繊維２０質量部と、繊維径が約１０μｍのポリプロピレン繊維３０質量部とを混合する。この後、乾式あるいは湿式で目付が７０ｇ／ｍ2となるように抄紙して複合基布とする。これに高圧水流を噴射して繊維を交絡させると同時に、複合分割繊維を分割する。
この後、加熱して低融点高分子樹脂であるポリエチレンを溶融させて繊維の交点を熱溶着させて厚みが調整された不織布とした。その後、スルフォン化処理により親水性を付与させたものを、カレンダー処理を施してセパレータ１３（ａ，ｘ）を作製した。この場合、厚み（元厚）が０．２００ｍｍとなるように調整して作製したセパレータ１３をセパレータａとし、厚み（元厚）が０．１６０ｍｍとなるように調整して作製したセパレータ１３をセパレータｘとした。
４．渦巻状電極群
（１）実施例１
ついで、上述のようにして作製したニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用意した。この後、これらを図２に示すように、ニッケル正極板１１とセパレータ１３（ａ）および水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）が巻芯２０を間にして互いに相対向するように配置する。ついで、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．３０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３（ａ）を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例１の渦巻状電極群１０ａとした。
（１）実施例１
ついで、上述のようにして作製したニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用意した。この後、これらを図２に示すように、ニッケル正極板１１とセパレータ１３（ａ）および水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）が巻芯２０を間にして互いに相対向するように配置する。ついで、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．３０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３（ａ）を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例１の渦巻状電極群１０ａとした。
この場合、この渦巻状電極群１０ａを用いて、後述するようニッケル−水素蓄電池を作製した後、所定のサイクルの充放電を行った。ついで、この充放電後のニッケル−水素蓄電池から渦巻状電極群１０ａを取り出してこれを解体し、セパレータ１３の極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚み（Ｔ１）と、極板対向部１３ｂの厚み（Ｔ２）と、極板対向部１３ｂの目付（Ｄ）を測定した。その結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９２ｍｍ（Ｔ１＝０．１９２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１５１ｍｍ（Ｔ２＝０．１５１ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．２ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．２ｇ／ｍ2）であった。
（２）実施例２
上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．３５ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例２の渦巻状電極群１０ｂとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｂを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９１ｍｍ（Ｔ１＝０．１９１ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１４２ｍｍ（Ｔ２＝０．１４２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．１ｇ／ｍ2）であった。
上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．３５ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例２の渦巻状電極群１０ｂとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｂを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９１ｍｍ（Ｔ１＝０．１９１ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１４２ｍｍ（Ｔ２＝０．１４２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．１ｇ／ｍ2）であった。
（３）実施例３
また、上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．４０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例３の渦巻状電極群１０ｃとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｃを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９２ｍｍ（Ｔ１＝０．１９２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１２７ｍｍ（Ｔ２＝０．１２７ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．１ｇ／ｍ2）であった。
また、上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．４０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例３の渦巻状電極群１０ｃとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｃを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９２ｍｍ（Ｔ１＝０．１９２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１２７ｍｍ（Ｔ２＝０．１２７ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．１ｇ／ｍ2）であった。
（４）実施例４
また、上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．２５ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例４の渦巻状電極群１０ｄとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｄを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９２ｍｍ（Ｔ１＝０．１９２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１５９ｍｍ（Ｔ２＝０．１５９ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．２ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．２ｇ／ｍ2）であった。
また、上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．２５ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを実施例４の渦巻状電極群１０ｄとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｄを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９２ｍｍ（Ｔ１＝０．１９２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１５９ｍｍ（Ｔ２＝０．１５９ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．２ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．２ｇ／ｍ2）であった。
（５）比較例１
また、上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．５０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを比較例１の渦巻状電極群１０ｘとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｘを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９１ｍｍ（Ｔ１＝０．１９１ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１１８ｍｍ（Ｔ２＝０．１１８ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．２ｇ／ｍ2）であった。
また、上述した実施例１と同様に、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ａ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．５０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを比較例１の渦巻状電極群１０ｘとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｘを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１９１ｍｍ（Ｔ１＝０．１９１ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１１８ｍｍ（Ｔ２＝０．１１８ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．２ｇ／ｍ2）であった。
（６）比較例２
さらに、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ｘ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．３０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを比較例２の渦巻状電極群１０ｙとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｙを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１５３ｍｍ（Ｔ１＝０．１５３ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１１８ｍｍ（Ｔ２＝０．１１８ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．２ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．２ｇ／ｍ2）であった。
さらに、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ｘ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．３０ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを比較例２の渦巻状電極群１０ｙとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｙを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１５３ｍｍ（Ｔ１＝０．１５３ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１１８ｍｍ（Ｔ２＝０．１１８ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．２ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．２ｇ／ｍ2）であった。
（６）比較例３
また、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ｘ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．２５ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを比較例３の渦巻状電極群１０ｚとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｚを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１５２ｍｍ（Ｔ１＝０．１５２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１２２ｍｍ（Ｔ２＝０．１２２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．１ｇ／ｍ2）であった。
また、ニッケル正極板１１と、水素吸蔵合金負極板１２とセパレータ１３（ｘ）とを用い、上述と同様に、一対の加圧ローラ２１，２２を巻芯２０に０．２５ＭＰａの加圧力を付与しながら押し当てて巻芯２０を回転させ、セパレータ１３を介してニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２が相対向するように渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製し、これを比較例３の渦巻状電極群１０ｚとした。この場合、上述した実施例１と同様に渦巻状電極群１０ｚを解体して、各部を測定した結果、極板非対向部（巻芯部）１３ａの厚みは０．１５２ｍｍ（Ｔ１＝０．１５２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの厚みは０．１２２ｍｍ（Ｔ２＝０．１２２ｍｍ）で、極板対向部１３ｂの目付は６７．１ｇ／ｍ2（Ｄ＝６７．１ｇ／ｍ2）であった。
５．ニッケル−水素蓄電池
ついで、これらの渦巻状電極群１０ａ〜１０ｄおよび渦巻状電極群１０ｘ〜１０ｚを用いて、これらの渦巻状電極群１０ａ〜１０ｄおよび渦巻状電極群１０ｘ〜１０ｚの上端部のニッケル正極板１１の極板芯体であるパンチングメタルの端部に正極集電体１４を溶接するとともに、下端部の水素吸蔵合金負極板１２の極板芯体であるパンチングメタルの端部に負極集電体１５を溶接して、渦巻状電極体をそれぞれ作製した。ついで、得られた各渦巻状電極体を外装缶１６内に挿入した後、負極集電体１５を介して外装缶１６の缶底に溶接するとともに、正極集電体１４から延出する正極リード（図示せず）を正極蓋１７の底部に溶接した。
ついで、これらの渦巻状電極群１０ａ〜１０ｄおよび渦巻状電極群１０ｘ〜１０ｚを用いて、これらの渦巻状電極群１０ａ〜１０ｄおよび渦巻状電極群１０ｘ〜１０ｚの上端部のニッケル正極板１１の極板芯体であるパンチングメタルの端部に正極集電体１４を溶接するとともに、下端部の水素吸蔵合金負極板１２の極板芯体であるパンチングメタルの端部に負極集電体１５を溶接して、渦巻状電極体をそれぞれ作製した。ついで、得られた各渦巻状電極体を外装缶１６内に挿入した後、負極集電体１５を介して外装缶１６の缶底に溶接するとともに、正極集電体１４から延出する正極リード（図示せず）を正極蓋１７の底部に溶接した。
この後、外装缶１６内に電解液（例えば、ＫＯＨ，ＬｉＯＨ，ＮａＯＨからなり７ｍｏｌ／ｌとなるアルカリ水溶液）を注入し、更に外装缶１６の開口部を正極蓋１７と正極キャップ１８よりなる封口体により封止して、公称容量が６０００ｍＡｈのニッケル−水素蓄電池１０（Ａ〜ＤおよびＸ〜Ｚ）をそれぞれ作製した。ここで、電極群１０ａを用いたものを蓄電池Ａとし、電極群１０ｂを用いたものを蓄電池Ｂとし、電極群１０ｃを用いたものを蓄電池Ｃとし、電極群１０ｄを用いたものを蓄電池Ｄとした。また、電極群１０ｘを用いたものを蓄電池Ｘとし、電極群１０ｙを用いたものを蓄電池Ｙとし、電極群１０ｚを用いたものを蓄電池Ｚとした。
６．試験
ついで、上述のように作製したニッケル−水素蓄電池Ａ〜Ｄおよびニッケル−水素蓄電池Ｘ〜Ｚを用いて、室温（２５℃）の温度環境で、これらの各蓄電池Ａ〜Ｄおよび蓄電池Ｘ〜Ｚを１Ｉｔ（６０００ｍＡ）の充電電流で０．５時間充電（５０％充電）した後、開路状態で１時間放置した。ついで、１５０Ａの放電電流で１０秒間放電を行って、１０秒放電後の電池電圧（Ｖ）を求めると下記の表１に示すような結果が得られた。
ついで、上述のように作製したニッケル−水素蓄電池Ａ〜Ｄおよびニッケル−水素蓄電池Ｘ〜Ｚを用いて、室温（２５℃）の温度環境で、これらの各蓄電池Ａ〜Ｄおよび蓄電池Ｘ〜Ｚを１Ｉｔ（６０００ｍＡ）の充電電流で０．５時間充電（５０％充電）した後、開路状態で１時間放置した。ついで、１５０Ａの放電電流で１０秒間放電を行って、１０秒放電後の電池電圧（Ｖ）を求めると下記の表１に示すような結果が得られた。
また、下記の表１の結果から、ニッケル正極板１１および水素吸蔵合金負極板１２に接触する部位（極板対向部）１３ｂのセパレータの厚み（Ｔ２）に対する該部の目付（Ｄ）との比率（Ｄ／Ｔ２）と、１５０Ａで１０秒間放電した後の電池電圧（Ｖ）との関係をグラフに表すと図４に示すような結果となった。また、渦巻状電極群に配置されてニッケル正極板１１および水素吸蔵合金負極板１２に接触しない部位（極板非対向部）１３ａのセパレータの厚み（Ｔ１）に対するニッケル正極板１１および水素吸蔵合金負極板１２に接触する部位（極板対向部）１３ｂのセパレータの厚み（Ｔ２）の比率（Ｔ２／Ｔ１）と、１５０Ａで１０秒間放電した後の電池電圧（Ｖ）との関係をグラフに表すと図５に示すような結果となった。
上記表１および図４、図５の結果から明らかなように、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を満たす実施例１〜４の電極群を用いた蓄電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいては、Ｔ２／Ｔ１やＤ／Ｔ２が低下するに伴い、１５０Ａ放電時の１０秒後の電圧（Ｖ）がやや低下していることが分かる。一方、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係、Ｄ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係の両方の関係を満たさない比較例１の電極群を用いた蓄電池Ｘにおいては、１５０Ａ放電時の１０秒後の電圧（Ｖ）が急激に低下していることが分かる。また、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を満たしていても、Ｄ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を満たさない比較例２および比較例３の電極群を用いた蓄電池Ｙ、Ｚでは、蓄電池Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに比べて１５０Ａ放電時の１０秒後の電圧（Ｖ）が大きく低下していることが分かる。
これは、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を満たすことで、ニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２との間に存在する部位（極板対向部）１３ｂのセパレータの潰れが抑制された状態となり、セパレータ１３ｂ中に電解液を保持するのに十分な空隙が確保できたためと考えられる。このようにセパレータ１３ｂ中に十分な電解液が保持されることで、電解液の移動が妨げられることがなくなって、高い放電電圧が維持されたと考えられる。以上のことから、電池作製時のセパレータの潰れを抑え、正，負極間のセパレータ体積密度を低減し、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を満たすことで高い放電性が得られることが分かった。
以上に述べたように、本発明においては、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を満たすように、電池作製時にニッケル正極板１１と水素吸蔵合金負極板１２との間に存在する部位（極板対向部）１３ｂのセパレータ潰れを抑制することで、放電性に有利なアルカリ蓄電池を提供することが可能となる。
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…渦巻状電極群、１１…ニッケル正極板、１２…水素吸蔵合金負極板、１３…セパレータ、１３ａ…極板非対向部（巻芯部）、１３ｂ…極板対向部、１４…正極集電体、１５…負極集電体、１６…外装缶、１７…正極蓋、１８…正極キャップ、２０…巻芯、２１，２２…加圧ローラ
Claims (4)
- 正極と負極がセパレーターを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極群とアルカリ電解液とを外装缶内に備えたアルカリ蓄電池であって、
前記セパレータは横断面形状が円形状の繊維と、円形状の繊維が縦方向に分割された分割繊維との混合物からなり、
前記渦巻状電極群に配置されて正極および負極のどちらとも接触しない部位のセパレータの厚みをＴ１（ｍ）とし、正極および負極に接触する部位のセパレータの厚みはＴ２（ｍ）で目付をＤ（ｇ／ｍ2）とした場合に、
０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有するとともに、Ｄ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を有することを特徴とするアルカリ蓄電池。 - 前記セパレータは、スルフォン化処理、グラフト処理、フッ素ガス処理、放電処理から選択される少なくとも１つの親水化処理が施されたポリオレフィンを含む基材を備え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。
- 前記横断面形状が円形状の繊維は鞘成分がポリエチレンで芯成分がポリプロピレンからなる芯鞘型融着繊維であって、該芯鞘型融着繊維によって前記分割繊維が結合されてい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。
- 正極と負極をセパレーターを介して渦巻状に巻回した渦巻状電極群が収容された外装缶内にアルカリ電解液を注液して製造するアルカリ蓄電池の製造方法であって、
横断面形状が円形状の繊維と、円形状の繊維が縦方向に分割された分割繊維との混合物からなるセパレーターを熱処理して所定の厚みになるように調厚する熱処理工程と、
前記熱処理により所定の厚みに調厚されたセパレーターを介して正極と負極を渦巻状に巻回するとともに、巻回後の前記セパレータの前記渦巻状電極群に配置されて正極および負極のどちらとも接触しない部位の厚みをＴ１（ｍ）とし、正極および負極に接触する部位のセパレータの厚みはＴ２（ｍ）で目付をＤとした場合に、０．６５＜Ｔ２／Ｔ１≦１．００の関係を有し、かつＤ／Ｔ２＜５．３×１０5（ｇ／ｍ3）の関係を有するように巻き取り圧力を調整しながら渦巻状に巻回する巻回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。
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