JPH04286863A - アルカリ蓄電池用セパレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はニッケルカドミウム蓄電
池、ニッケル水素蓄電池などのアルカリ蓄電池に用いる
親水性で多孔質構造のセパレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の電源に用いられる蓄電池として、
鉛蓄電池とアルカリ蓄電池がある。このうちアルカリ蓄
電池は高信頼性が期待でき、小形軽量化も可能であるな
どの理由で、小型のアルカリ電池は各種ポ−タブル機器
用に、大型は産業用として広く使われてきた。

【０００３】従来、アルカリ蓄電池の負極の活物質とし
ては一般にカドミウムや亜鉛、鉄、水素などが用いられ
ている。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が用いら
れている。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
。焼結式の他に高容量の発泡式、さらにフェルト式など
が実用化されている。

【０００４】このようなアルカリ蓄電池のセパレ−タと
しては、おもにポリアミド繊維の織布や不織布、さらに
これらとセロファンやポリビニルアルコ−ルフィルムな
どとの併用が採用されてきた。最近、とくに耐アルカリ
性や耐酸化性の点でポリオレフィン製の織布や不織布が
一部用いられてきた。なお密閉形アルカリ蓄電池では発
生するガスの透過が必要なので、フィルム状セパレ−タ
は好ましくなく、電解液の含浸性が優れている不織布が
一般的に用いられている。

【０００５】

【発明が解決しょうとする課題】このような従来のセパ
レ−タでは、電気抵抗が低く、耐アルカリ性や耐酸化性
に優れ、さらに電解液の含浸性がよいなどが要望され、
さらに密閉形アルカリ蓄電池ではガスの透過性が必要と
なる。

【０００６】そこで、これらの条件を満たす素材として
ポリアミド繊維の織布や不織布、さらにこれらとセロフ
ァンやポリビニルアルコ−ルフィルムなどとの併用が採
用されてきた。しかし、この構成では耐アルカリ性や耐
酸化性に問題があるところからポリオレフィン製の織布
や不織布が一部用いられてきた。しかし、ポリオレフィ
ン製の織布や不織布は電解液の含浸性が不十分であり、
これを発煙硫酸や濃硫酸で処理することで親電解液性を
向上させる構成が提案された。

【０００７】ところが親電解液性を向上させるために、
ポリオレフィンを発煙硫酸や濃硫酸で過度な処理を行な
うとポリオレフィン製の織布や不織布でも変質し、強度
が低下するという問題がでてきた。

【０００８】また、これらの問題とは別に、高電流密度
での充放電や電池の大形化への要望が強くなり、電池作
動時の温度上昇にともなうセパレータの耐熱性が問題に
なっている。特に、急速な充電を行うときには電池内の
温度上昇が大きく、従来のポリアミドやポリオレフィン
系の材料だけでは耐熱性不足し、電池の充放電特性や寿
命に影響がでてきた。

【０００９】本発明はこのような課題を解決するもので
、アルカリ電池用セパレータの耐アルカリ性、耐酸化性
、耐熱性などを改良して、アルカリ電池の諸特性の向上
し、電池の長寿命化を図ることを目的とするものである
。

【００１０】

【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、アルカリ蓄電池用セパレータとして、多孔質
構造を有する親水性を付与したポリテトラフロロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂素材を使用するもので
ある。

【００１１】また、この親水性を付与したポリテトラフ
ロロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂素材とポリ
アミドまたはポリプロピレンなどのオレフィン系の材料
と混合した多孔性を有するセパレータを用いるものであ
る。

【００１２】さらに多孔質構造を有する親水性を付与し
たフッ素樹脂素材のシートとポリアミドの不織布または
ポリプロピレンなどのオレフィン系の不織布とを積層化
したセパレータを用いるものである。

【００１３】

【作用】セパレータとして、多孔質構造を有し、親水性
を付与したフッ素樹脂素材を使用することにより、電池
特性の向上や電池の長寿命化を図ることができる。通常
、フッ素樹脂は疎水性であるが、親水性を付与すること
により、本来の特徴である耐薬品性や耐熱性は多少低下
するものの、依然として他のポリアミドまたはポリプロ
ピレンなどのオレフィン系の材料に比べれば優れた耐薬
品性や耐熱性を保持しており、このことがアルカリ蓄電
池用セパレータとして電池特性の向上や電池の長寿命化
と関係しているものと思われる。

【００１４】また、この親水性を付与したフッ素樹脂素
材とポリアミドまたはポリプロピレンなどのオレフィン
系の材料と混合した多孔性を有するセパレータとするこ
とや、さらに多孔質構造を有する親水性を付与したフッ
素樹脂素材のシートとポリアミドの不織布またはポリプ
ロピレンなどのオレフィン系の不織布と積層化してセパ
レータとすることにより、同様に電池特性の向上や電池
の長寿命化を実現することができる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例として、アルカリ蓄電池の
一種である水素吸蔵合金を負極に用いた密閉形ニッケル
水素蓄電池のセパレータについて説明する。

【００１６】まずセパレータとして厚さがほぼ０．１ｍ
ｍの親水性を付与し多孔質構造を有するポリテトラフロ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）のシートを使用した。このよう
な多孔質構造を有するフッ素樹脂のシートはよく知られ
ているものであるが、親水性を付与するためにプラズマ
表面処理を施したものである。

【００１７】そして、負極の水素吸蔵合金としてＬａＮ
ｉ５系合金の一つであるＭｍＮｉ３．７Ｍｎ０．４Ａｌ
０．３Ｃｏ０．６選んだ（Ｍｍはミッシュメタル）。こ
の合金を粉砕して４００メッシュを通過させた後、この
合金粉末を２％のポリビニルアルコール水溶液と混合し
てペースト状にし、電極支持体である平均ポアサイズ０
．１５ｍｍ、多孔度９５％、厚さ０．８ｍｍの発泡ニッ
ケル多孔体に充填した。これを乾燥し、ローラープレス
で加圧し、０．５ｍｍの厚さに調整し水素吸蔵合金負極
とした。また正極は、水酸化ニッケル粉末、コバルト粉
末それにニッケル粉末を充填した公知の発泡式ニッケル
極を選んだ。

【００１８】これらの正極と負極をセパレータを介して
３層を渦巻状に巻いてＳＣサイズの電槽に収納した。正
極、負極はそれぞれリード板により電糟の端子板と接続
している。このような状態で比重１．２０の水酸化カリ
ウム水溶液に水酸化リチウムを３０ｇ／ｌ溶解して調製
した電解液を注入し、その後封口して密閉形電池とした
。この電池は、正極容量規制で公称容量は２．６Ａｈで
ある。このようにセパレータとして親水性を付与した多
孔質構造を有するポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ
）のシートを使用して構成した密閉形電池を電池Ａとす
る。

【００１９】つぎに比較例として上記と同様の正極、負
極を用いて構成し、セパレータのみを従来からよく使用
されている厚さ０．１５ｍｍのポリアミドの不織布に変
えて構成した密閉形電池をＢとする。この電池Ｂも正極
容量規制で公称容量は２．６Ａｈである。

【００２０】これらの電池Ａ，Ｂの急速充電特性と寿命
特性について比較した。電池はそれぞれ５セルづつ用い
５時間率で容量の１３０％定電流充電−０．５Ａで０．
９Ｖまでの定電流放電を数サイクル行い、いずれも所定
の公称容量を満足することを確認した。その後これらの
電池について、充電を２．６Ａで１．５時間、放電を２
．６Ａで０．９Ｖまで行なう急速充放電サイクル試験に
供した。この試験においては、充電末期にかなり電池の
温度が上昇することが電池の表面温度から観測された。 その結果、電池Ａでは５００サイクル経過後でも電池性
能は非常に安定しており初期の性能を維持していた。一
方、電池Ｂでは２００サイクル前後から徐々に放電容量
の低下や充放電電位の低下が認められ、３００サイクル
までの評価試験に耐え得る電池はなかった。この電池Ａ
，Ｂの性能や寿命の差異を明らかにするために、別の試
験として充放電における電池内圧を測定した。充電を２
．６Ａで１．５時間、放電を２．６Ａで０．９Ｖまで行
なう急速充放電サイクルにおいて、電池Ａでは充電時の
最高内圧は平均３．２ｋｇ／ｃｍ２（１００サイクル時
）〜３．４ｋｇ／ｃｍ２（２００サイクル時）であった
が、電池Ｂではこの値が５．８ｋｇ／ｃｍ２（１００サ
イクル時）〜１２．０ｋｇ／ｃｍ２（２００サイクル時
）と電池Ａと比較して高く、さらに充放電サイクルの進
行とともに上昇することが認められた。このような内圧
上昇が放電容量の低下や充放電電位の低下に影響してい
るものと思われる。

【００２１】つぎに別の実施例として、セパレータを親
水性を付与し多孔質構造を有するポリテトラフロロエチ
レン（ＰＴＦＥ）のシートとポリプロピレンの不織布と
積層化たものを使用した結果について説明する。

【００２２】厚さがほぼ０．０２ｍｍの親水性を付与し
多孔質構造を有するポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）のシートと厚さが０．１５ｍｍの通常アルカリ蓄電
池に使用されるポリプロピレンの不織布を加熱下で加圧
ロ−ラーにより一体化するように積層してセパレータと
した。この電池を電池Ｃとする。

【００２３】この電池Ｃの急速充電特性と寿命特性につ
いて評価した。先と同様の充電を２．６Ａで１．５時間
、放電を２．６Ａで０．９Ｖまで行なう急速充放電サイ
クル試験を行った結果、電池Ｃは５００サイクル経過後
でも電池性能は安定しており初期の性能を維持すること
を確認した。同様に測定した充放電時における電池内圧
の測定結果は、充電を２．６Ａで１．５時間、放電を２
．６Ａで０．９Ｖまで行なう急速充放電サイクルにおい
て、充電時の最高内圧は平均４．１ｋｇ／ｃｍ２（１０
０サイクル時）、４．４ｋｇ／ｃｍ２（２００サイクル
時），４．６ｋｇ／ｃｍ２（５００サイクル時）と非常
に安定していることを確認した。

【００２４】このようにセパレータとして良好な性能を
維持するためには、親水性を付与したフッ素樹脂素材と
ポリアミドまたはポリプロピレンなどのオレフィン系の
材料とを混合した多孔性を有するセパレータとすること
が重要であった。

【００２５】なお、親水性を付与したフッ素樹脂素材と
他の材料との混成方法としては、本実施例で述べた積層
化の他にも混紡などの形態がある。

【００２６】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に本発明は、アルカリ蓄電池用セパレータとして、多孔
質構造を有する親水性を付与したポリテトラフロロエチ
レン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂素材を使用、または
フッ素樹脂素材とポリアミドまたはポリプロピレンなど
のオレフィン系の材料と混合した多孔性を有するセパレ
ータとするものである。

【００２７】このようにセパレータを構成することによ
り、従来の材料での問題点である耐アルカリ性や耐酸化
性、耐熱性などが改善でき、電池特性の向上や電池の長
寿命化を図ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　多孔質構造を有する親水性を付与した
   フッ素樹脂素材を使用したアルカリ蓄電池用セパレータ
   。
2. 【請求項２】　　親水性を付与したフッ素樹脂素材とポ
   リアミドまたはポリオレフィンとを混合した多孔性を有
   するアルカリ蓄電池用セパレータ。
3. 【請求項３】　　多孔質構造を有する親水性を付与した
   フッ素樹脂素材のシートとポリアミドの不織布またはポ
   リオレフィンの不織布とを積層化したアルカリ蓄電池用
   セパレータ。