JPH05205719A - アルカリ電池セパレータ用多孔膜 - Google Patents

アルカリ電池セパレータ用多孔膜

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JPH05205719A
JPH05205719A JP4009897A JP989792A JPH05205719A JP H05205719 A JPH05205719 A JP H05205719A JP 4009897 A JP4009897 A JP 4009897A JP 989792 A JP989792 A JP 989792A JP H05205719 A JPH05205719 A JP H05205719A
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alkaline battery
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Yoshifumi Nishimura
佳史 西村
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • HELECTRICITY
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    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
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    • H01M50/417Polyolefins
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 親水性の部分と疎水性の部分からなるアルカ
リ電池セパレータ用多孔膜。 【効果】 本発明の多孔膜はニッケル−亜鉛電池などの
アルカリ電池において、過充電時に正極から発生する酸
素ガスがセパレータを介して負極に到達しやすくなり、
負極におけるガス吸収が容易なものとなり、電池の長寿
命化をはかることができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリ電池に用いら
れるセパレータに適する新規なアルカリ電池セパレータ
用多孔膜及びかかる多孔膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ニッケル−亜鉛電池などのア
ルカリ電池においては全体が親水性であるセパレータが
用いられるのが常であった。例えば、公開特許公報昭5
5−83159公報のように微孔性フィルムの微孔内に
セルロースを形成させたセパレータや、公開特許公報昭
57−55064公報のように疎水性の微孔性膜の少な
くとも一面にセルロースエステル並びにポリビニルアル
コールよりなる群から選択されたポリマーを被覆させた
セパレータ等が使用されていた。このような膜では、過
充電時に正極から発生する酸素ガスがセパレータを介し
て負極に到達することができず、負極におけるガス吸収
が困難なものとなっていた。酸素ガスの吸収反応が円滑
に進行しなければ酸素ガスが電池外に放出されるので、
その酸素の生成に費やされた電気量だけ負極板の充電が
余分に進行し、ついには負極板から水素ガスが発生する
ようになる。そして、負極板から水素ガスが発生する
と、酸素と水素とが電池外に放出されて電解液中の水分
が失われるという不都合が生じる。また、負極板を過充
電することは樹枝状結晶の生長を促進する要因の一つと
考えられるので、内部短絡が起こり易くなり、電池の長
寿命化をはばむ要因となっていた。このような問題点を
解決するものとして例えば、公開特許公報昭58−18
871公報のように親水性多孔膜に孔を設けたセパレー
タ等があるが、このような膜では設けた孔が大きすぎ、
充放電を繰り返しているうちに生成した沈澱活物質が孔
に侵入し、内部短絡を起こしてしまい、電池寿命の短い
ものとなっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、内部短絡が
起こりにくく、長寿のアルカリ電池セパレータ用多孔膜
を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は親水性の部分と
疎水性の部分からなり、含水時において少なくとも圧力
2kg/cm2 において通気性を持ち、かつ、電解液
(比重1.31g/cm 3 (25℃)の苛性カリ水溶
液)含水時において少なくとも電気抵抗が0.3Ω×1
00cm2 /枚以下であることを特徴とするアルカリ電
池セパレータ用多孔膜である。
【0005】更に、親水性の部分が、孔内にセルロース
及びセルロース誘導体よりなる群から選択されたポリマ
ーよりなることが好ましい。本発明における親水性の部
分と疎水性の部分からなるアルカリ電池セパレータ用多
孔膜は、親水性の部分と疎水性の部分がそれぞれ1か所
以上あることである。
【0006】ここで、親水性であるとは、乾燥膜(23
℃、湿度50%、24hrs放置)に水滴を親水性の部
分に滴下すると、親水性の部分には1分以内で水が進入
し、白色から乳白色へと透明性が増加することを言い、
疎水性であるとは、水滴を疎水性の部分に滴下しても、
5分以上経過しても疎水性の部分には水が進入せず、白
色のままてあることを言う。従って、本発明の場合、含
水させると、乳白色の部分と白色のままの部分の混合し
た膜となる。
【0007】定量的には、乾燥膜(23℃、湿度50
%、24hrs放置)を25℃の水に垂直に5分間浸
し、水面のメニスカスを光学顕鏡もしくは目視で観察
し、水面が上って、面をぬらすものを親水性、水面が下
がって、面をぬらさないものを疎水性とする。本発明に
おいては、気体抜きの効果の点から、含水時において少
なくとも疎水性の部分が圧力2kg/cm2 において通
気性を持つことを必要条件とし、ここで言う通気性と
は、片方の面から圧力2kg/cm2 、好ましくは圧力
1kg/cm2 以下でエアーを吹き込んだ時、他方の面
からエアーが出てくることである。
【0008】また、本発明においては、アルカリ電池セ
パレータとして使用するためのイオン透過性の点から、
電解液含水時において、少なくとも電気抵抗が0.3Ω
×100cm2 /枚以下好ましくは、0.1Ω×100
cm2 /枚以下である。本発明のアルカリ電池セパレー
タ用多孔膜は、親水性の部分と疎水性の部分の基本とな
る素材が同じであることが望ましい。すなわち、基本と
なる多孔膜に、各種の界面活性剤有機溶媒溶液や水溶
液、もしくは各種の親水性ポリマーの有機溶媒溶液や水
溶液を、凸版印刷、孔版印刷等の印刷法で基本となる多
孔膜に親水性の部分と疎水性の部分を形成させる方法
や、予め各種の界面活性剤有機溶媒溶液や水溶液、も
しくは親水性ポリマーの有機溶媒溶液や水溶液が含浸し
ないように保護を施した後、該各種の界面活性剤有機溶
媒溶液や水溶液、もしくは親水性ポリマーの有機溶媒溶
液や水溶液にディッピングする等の浸漬法等により該各
種の界面活性剤有機溶媒溶液や水溶液、もしくは親水性
ポリマーの有機溶媒溶液や水溶液を染み込ませた後、該
保護を取り除く方法や、予め各種の界面活性剤有機溶
媒溶液や水溶液もしくは親水性ポリマーの有機溶媒溶液
や水溶液により親水性処理を行った後、シリコーン、弗
素系ポリマー、各種の界面活性剤などの撥水剤を付着さ
せたり、プラズマ処理、放電処理、薬品処理あるいはこ
れらの組合せなどにより疎水基を導入する方法等により
基本となる多孔膜に親水性の部分と疎水性の部分を形成
させ、アルカリ電池セパレータ用多孔膜を得ることがで
きる。
【0009】さらに場合によっては、薬品処理等を施
し、親水性基の導入などにより、親水性強化処理を施し
てもよい。本発明における親水性ポリマーとしては、水
との相互作用の強い極性原子団を含むポリマー、具体的
にはアクリロニトリル系ポリマー、ウレタン系ポリマ
ー、ビニルアルコール系ポリマー、セルロース、デンプ
ン及びそれらの誘導体等があげられる。
【0010】このような各種の界面活性剤有機溶媒溶液
や水溶液もしくは親水性ポリマーの有機溶媒溶液や水溶
液としては、セルロース及びセルロース誘導体から選択
されたポリマーの有機溶媒溶液や水溶液が、樹枝状結晶
の生長の防止性から特に望ましい。セルロース及びセル
ロース誘導体としては、セルロースの水酸基の一部また
は全部がエステル化されたアセチルセルロース、ニトロ
セルロースやプロピオン酸、酪酸、リン酸、硫酸、フタ
ル酸等のセルロースエステルや酢酸酪酸セルロース、酢
酸硝酸セルロースのような混合エステルや、セルロース
の水酸基の一部または全部がエーテル化されたメチルセ
ルロース、エチルセルロース、ベンジルセルロース、カ
ルボキシメチルセルロースなどがあげられる。多孔性膜
の孔内におけるポリマーの乾燥時における配置量すなわ
ち含量が該多孔膜の空孔体積の100容量%に満たない
ものであっても、電解液に接するとポリマーが膨潤する
ので空孔内がポリマーで充填されアルカリ電池セパレー
タとしての機能を発揮するようになる。従って、多孔性
膜の孔内におけるポリマーの乾燥時における配置量すな
わち含量は、電解液(苛性カリ水溶液(比重1.31g
/cm3 ))含水時において、少なくとも電気抵抗が
0.3Ω×100cm2 /枚以下にするに足りる量、必
要である。
【0011】また、本発明の基本となる多孔膜の厚みは
高密度電池の要求から200μ以下であることが好まし
い。本発明の基膜となる素材としては、アルカリ電池セ
パレータとして用いるため耐薬品性に優れたポリエチレ
ン系、ポリプロピレン系などのポリオレフィン系樹脂
や、ポリフッ化ビニリデン系、ポリテトラフロオロエチ
レン系などのフッ素系樹脂あるいはこれらを組み合わせ
た系からなる樹脂が素材として好ましく、中でも、価格
の面からポリオレフィン系樹脂が特に好ましい。
【0012】本発明の基膜となる多孔膜は、熱可塑性樹
脂に溶剤、可塑剤、無機微粉体等を混合、成形後、抽出
及び乾燥を施したり、熱可塑性樹脂に溶剤、可塑剤等を
混合、成形後、抽出及び乾燥を施したりする等の手段に
より得ることができる。例えば、ポリエチレン樹脂、無
機微粉体、有機液状体の混合組成をそれぞれ5〜70容
量%、10〜55容量%、20〜75容量%とし、ヘン
シェルミキサー等の通常の混合機で混合した後、押出機
等の溶融混練装置により混練し、得られた混練物を押出
成形等により50〜300μの厚さに成形する。さら
に、該成形物から有機液状体の溶剤を用いて有機液状体
を抽出し、引続き無機微粉体の抽出溶剤にて無機微粉体
を抽出し多孔膜を得ることができる。
【0013】本発明により得られるアルカリ電池セパレ
ータ用多孔膜は、電解液に対する濡れ性が良好でかつ気
体抜き効果にも優れ、電池の長寿命化に有用である。
【0014】
【実施例】尚、実施例における試験方法は次の通りであ
る。 1)膜厚 ダイヤルゲージにて測定(最小目盛り1μ) 2)最大孔径 ASTM F−316−70に準拠し、エタノールを使
用し、ハーフドライ法にて評価した。 3)電気抵抗 JIS C−2313に準拠し、評価した。
【0015】電解液に苛性カリ水溶液(比重1.31g
/cm3 、25℃)を使用し、予め室温で1時間浸漬し
た後取り出し、Ni板を電流電極に、Cd板を電圧電極
にして電圧を測定し、電気抵抗を算出した。 4)気体透過性 ASTM F−316−70に準拠し、蒸留水にて多孔
膜を浸漬し、窒素ガスが2kg/cm2 にて泡となって
出てくる場合を良好とした。
【0016】
【実施例1】微粉珪酸22重量%とジオクチルフタレー
ト44重量%をヘンシェルミキサーで混合し、これに粘
度平均分子量30万のポリエチレン樹脂34重量%を添
加し、再度ヘンシェルミキサーで混合した。該混合物を
30mmφ二軸押出機に450mm幅のTダイスを取り
付けたフィルム製造装置で厚さ100μの平膜状に成形
した。
【0017】成形した膜を、1,1,1−トリクロルエ
タン中に10分間浸漬し、ジオクチルフタレートを抽出
した後乾燥し、さらに60℃の25%苛性ソーダ中に6
0分間浸漬して、微粉珪酸を抽出した後乾燥した。さら
に、該多孔膜にアセチルセルロースを酢酸に溶解させた
溶液を孔版印刷法にて吸引を施しながら格子状に塗布
し、該多孔膜にアセチルセルロース/酢酸溶液を染み込
ませた後、苛性ソーダにてけん化処理を行い、約1日風
乾してアルカリ電池セパレータ用多孔膜を得た。得られ
た膜の物性を表1に示す。
【0018】
【実施例2】粘度平均分子量30万のポリエチレン樹脂
34重量%と流動パラフィン76重量%とを30mmφ
二軸押出機に450mm幅のTダイスを取り付けたフィ
ルム製造装置で厚さ70μの平膜状に成形した。成形し
た膜を、1,1,1−トリクロルエタン中に10分間浸
漬し、流動パラフィン抽出した後乾燥した。
【0019】あとは実施例1と同様にしてアルカリ電池
セパレータ用多孔膜を得た。得られた膜の物性を表1に
示す。
【0020】
【実施例3】実施例1と同様にして厚さ100μの平膜
を成形し、1,1,1−トリクロルエタン中に10分間
浸漬し、ジオクチルフタレートを抽出した後乾燥し、さ
らに60℃の25%苛性ソーダ中に60分間浸漬して、
微粉珪酸を抽出した後乾燥した後、機械方向に一軸に延
伸を施し、厚み35μmの多孔膜を得た。さらに、該多
孔膜にアセチルセルロースを酢酸に溶解させた溶液を凸
版印刷法にて格子状に塗布し、該多孔膜にアセチルセル
ロース/酢酸溶液を染み込ませた後、苛性ソーダにてけ
ん化処理を行い、約1日風乾してアルカリ電池セパレー
タ用多孔膜を得た。得られた膜の物性を表1に示す。
【0021】
【実施例4】孔版印刷法にて吸引を施しながら格子状に
塗布する以外は、実施例3と同様にしてアルカリ電池セ
パレータ用多孔膜を得た。得られた膜の物性を表1に示
す。
【0022】
【実施例5】実施例1でアセチルセルロースを酢酸に溶
解させた溶液を孔版印刷法にて格子状に塗布する代わり
に、フッ素系界面活性剤(大日本インキ社製F−12
0)の0.5重量%水溶液を凸版印刷法にて格子状に塗
布した後、約1日風乾してアルカリ電池セパレータ用多
孔膜を得た。得られた膜の物性を表に示す。
【0023】
【実施例6】実施例3でアセチルセルロースを酢酸に溶
解させた溶液を凸版印刷法にて格子状に塗布する代わり
に、フッ素系界面活性剤(大日本インキ社製F−12
0)の0.5重量%水溶液を凸版印刷法にて格子状に塗
布した後、約1日風乾してアルカリ電池セパレータ用多
孔膜を得た。得られた膜の物性を表1に示す。
【0024】
【比較例1】実施例1にて作製したアセチルセルロース
/酢酸溶液を染み込ませる前の基材となる多孔膜を用い
た。
【0025】
【比較例2】実施例1で作成した膜にアセチルセルロー
スを酢酸に溶解させた溶液を孔版印刷法にて吸引を施し
ながら格子状に塗布する代わりに、フッ素界面活性剤
(大日本インキ社製F−120)の0.5重量%水溶液
に浸漬し多孔膜の全体を親水化処理した。得られた膜の
物性を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】本発明のアルカリ電池セパレータ用多孔
膜及びかかる多孔膜の製造方法によれば、本発明のアル
カリ電池セパレータ用多孔膜は、親水性の部分と疎水性
の部分がそれぞれ1か所以上あるため、ニッケル−亜鉛
電池などのアルカリ電池において、過充電時に正極から
発生する酸素ガスがセパレータを介して負極に到達しや
すくなり、負極におけるガス吸収が容易なものとなり、
電池の長寿命化をはかることができるようになる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 親水性の部分と疎水性の部分からなり、
    含水時において少なくとも圧力2kg/cm2 において
    通気性を持ち、かつ、電解液(比重1.31g/cm3
    (25℃)の苛性カリ水溶液)含水時において少なくと
    も電気抵抗が0.3Ω×100cm2 /枚以下であるこ
    とを特徴とするアルカリ電池セパレータ用多孔膜。
  2. 【請求項2】 親水性の部分が、孔内にセルロース及び
    セルロース誘導体よりなる群から選択されたポリマーを
    配置させたことを特徴とする請求項第1項記載のアルカ
    リ電池セパレータ用多孔膜。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1186844A (ja) * 1996-09-26 1999-03-30 Toray Ind Inc 電池用電極およびそれを用いた電池
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Effective date: 20021112