JPH06215751A - アルカリ蓄電池 - Google Patents

アルカリ蓄電池

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JPH06215751A
JPH06215751A JP5005570A JP557093A JPH06215751A JP H06215751 A JPH06215751 A JP H06215751A JP 5005570 A JP5005570 A JP 5005570A JP 557093 A JP557093 A JP 557093A JP H06215751 A JPH06215751 A JP H06215751A
Authority
JP
Japan
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separator
electrode plate
storage battery
fiber
alkaline storage
Prior art date
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Pending
Application number
JP5005570A
Other languages
English (en)
Inventor
Kotaro Kobayashi
康太郎 小林
Toshiaki Konuki
利明 小貫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd filed Critical Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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Publication of JPH06215751A publication Critical patent/JPH06215751A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】電解液の保持性とガス透過性の両性能と機械強
度を保持した不織布セパレータを用い長寿命で酸素ガス
吸収性能の良いアルカリ蓄電池を提供する。 【構成】繊維径10μmのポリプロピレン−ポリエチレ
ン複合繊維40重量%と繊維径15μmのポリプロピレ
ン単一繊維60重量%からなる厚さ0.2mmの不織布1
に耐アルカリ性の棒状片2(幅2mmのポリエチレン片)
を8mm間隔で貼り付け、ノニオン系界面活性剤を塗布し
て不織布セパレータとした。前記セパレータを正極板3
と負極板4の間に位置させ電池容器内で加圧圧縮する
と、棒状片2を貼り付けた部分が棒状片2の高さの分だ
け強く圧縮され、繊維密度の大きい筋状の高密度部5が
形成される。セパレータの他の部分は繊維密度の小さい
状態が保持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、不織布セパレータを用
いた密閉または半密閉構造のアルカリ蓄電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、アルカリ蓄電池に用いられるセパ
レータとしては、ポリアミド系、ポリプロピレン、ポリ
塩化ビニル、塩化ビニル・アクリロニトリル共重合体等
の繊維からなる織布、不織布がある。これらセパレータ
は、正極板と負極板の間に位置し、加圧圧縮された状態
で電池容器内に収納されている。アルカリ蓄電池用セパ
レータは、前記の加圧圧縮された状態で以下の性能を備
えていなければならない。すなわち、 (1)電解液に対して濡れやすい (2)電解液の保持性が良い (3)電解液を保持しているときのイオン伝導性が良い (4)電解液を保持しているときのガス透過性が良い (5)電解液(アルカリ性)に対して化学的、熱的に安
定である (6)電気化学的な耐酸化性・還元性を有する (7)電池組立て時に破損しない十分な機械的強度を有
する 等である。特に、密閉または半密閉構造のアルカリ蓄電
池は、電解液量が制限されており、さらに電池の充放電
サイクルに伴いセパレータ中から極板への電解液の移動
が起こるため、セパレータ中の電解液が減少し、最終的
には液涸れを起こしてしまう。このため、上記の性能の
うち、電解液の保持性が最も重要である。また、陽極板
で発生した酸素ガスはセパレータを通過して陰極板に移
動し、陰極板に反応により吸収されるので、セパレータ
のガス透過性も重要である。以上のようなことから、ポ
リアミド系繊維やポリオレフィン繊維に親水処理を施し
てなる織布や不織布をセパレータとしたり、さらには、
ポリアミド系やポリオレフィンの極細繊維や異形断面繊
維からなる織布や不織布を二層以上重ねて電解液保持性
を高めたセパレータが提案されている。例えば、異形断
面繊維を用いるとともに、繊維密度を小さくして電解液
保持性を高めた層と繊維密度を大きくして機械強度を高
めた層を二層以上重ねる技術が提案されている(特開昭
63−148539号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、通常の不織布
からなるセパレータは、電池容器内で加圧圧縮を受けて
いるので全体的に繊維密度が大きくなっており、電解液
保持性、ガス透過性ともに低下する。繊維密度を小さく
して電解液保持性を高めた層と繊維密度を大きくして機
械強度を高めた層を重ねた構造でも、実際に電池に組込
み加圧圧縮した状態では電解液保持性は良くない。しか
も、セパレータの厚さ方向に繊維密度の差があるためガ
ス透過性が良くない上、機械強度も層構造を取らないも
のより低下してしまう。本発明が解決しようとする課題
は、電解液の保持性とガス透過性の両性能と機械強度を
保持した不織布セパレータを用いて、長寿命で酸素ガス
吸収性能の良いアルカリ蓄電池を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係るアルカリ蓄電池は、正極板と負極板
の間に位置するセパレータが電池容器内で圧縮された状
態にあるものにおいて、前記圧縮された状態のセパレー
タは、セパレータ中に他の部分より繊維密度が大きい筋
状の高密度部を長さまたは幅方向に有することを特徴と
する。上記筋状の高密度部は、例えば、セパレータ表面
に一体化された耐アルカリ性の棒状片が電池容器内でセ
パレータに押しつけられて形成される。筋状の高密度部
は、捲回形の極板群では捲回方向に、平板積層形の極板
群では極板の高さ方向に設けるのが好ましい。
【0005】
【作用】セパレータは、無加圧状態での電解液保持性が
良好であっても、電池に組み込まれ加圧圧縮された状態
において電解液保持性が良好であるとは限らない。しか
し、本発明に係る構成では、セパレータに設けられた筋
状の高密度部において毛細管現象が顕著になり、ここか
ら電解液が吸収されてセパレータの繊維密度が小さい他
の部分へ電解液が浸透していく。そして、繊維密度の小
さい部分は、空間率が大きいために電解液の保持量が多
くガス透過性も良好である。特に、セパレータ表面に一
体化された耐アルカリ性の棒状片が電池容器内でセパレ
ータに押しつけられて筋状の高密度部が形成されるとき
は、セパレータの他の部分が加圧圧縮を受けにくいの
で、電解液の保持性とガス透過性が一層良好になる。こ
のように、本発明に係る構成では電解液保持性とガス透
過性を良好にするものである。鉛蓄電池用の抄紙セパレ
ータやガラスマットにおいて、その表面にリブを設けて
前記セパレータやガラスマットと極板面との間に空間を
形成するものとは作用は全く相違するものである。
【0006】
【実施例】
実施例1〜16 繊維径10μmのポリプロピレン−ポリエチレン複合繊
維40重量%と繊維径15μmのポリプロピレン単一繊
維60重量%とを解繊積層した後、130℃の一対の熱
ロールの間に前記積層物を通してカレンダ加工を行な
い、ポリエチレン部を熱融着させることにより、表1、
表2に示した種々の繊維密度をもった厚さ0.2mmの不
織布を作製した。図1(a)に示すように、不織布1に
耐アルカリ性の棒状片2(幅2mmのポリエチレン片)を
8mm間隔で貼り付け、ノニオン系界面活性剤を塗布して
不織布セパレータとした。棒状片2の高さは、表1、表
2に示したように種々設定した。図1(b)は、前記セ
パレータを正極板3と負極板4の間に位置させ電池容器
内で加圧圧縮した状態を示している。特に、棒状片2を
貼り付けた部分が棒状片2の高さの分だけ強く圧縮され
ており、繊維密度の大きい筋状の高密度部5が形成され
ている。そして、セパレータの他の部分は繊維密度の小
さい状態が保持されている。
【0007】従来例1 繊維径10μmのポリプロピレン−ポリエチレン複合繊
維40重量%と繊維径15μmのポリプロピレン単一繊
維60重量%とを60g/m2の量で解繊積層した後、
130℃の一対の熱ロールの間に前記積層物を通してカ
レンダ加工を行ない、ポリエチレン部を熱融着させるこ
とにより、厚さ0.2mm、繊維密度0.30g/cm3
不織布を作製した。この不織布を実施例1と同様に親水
化処理し、棒状片2を貼り付けずにそのままセパレータ
として用いた。
【0008】従来例2 繊維径10μmのポリプロピレン−ポリエチレン複合繊
維60重量%と繊維径15μmのポリプロピレン単一繊
維40重量%からなる不織布層の両面に、繊維径10μ
mのポリプロピレン−ポリエチレン複合繊維30重量%
と繊維径15μmのポリプロピレン単一繊維70重量%
からなる20g/m2の不織布層を重ねて50g/m2
し、130℃の一対の熱ロールの間に前記積層物を通し
てカレンダ加工を行ない、ポリエチレン部を熱融着させ
ることにより、厚さ0.2mm、繊維密度0.25g/cm
3の不織布を作製した。この不織布を実施例1と同様に
親水化処理し、棒状片2を貼り付けずにそのままセパレ
ータとして用いた。
【0009】実施例と従来例の不織布セパレータの引張
り強度、無加圧ならびに加圧状態における電解液保持性
と電解液吸収高さを表1、表2に示す。ここで、引張り
強度とは縦方向(実施例では棒状片貼り付け方向)の値
であり、引張り試験機により破断したときの最大強度よ
り求めた。無加圧状態での電解液保持性は、31wt%の
水酸化カリウム水溶液にセパレータを30分間浸漬した
後取り出して10分間吊り下げた後の重量を浸漬前の重
量で除して求めた。また、加圧状態における電解液保持
性は、セパレータをアクリル樹脂平板で挟んで加圧し厚
みが元の60%になった状態で31wt%の水酸化カリウ
ム水溶液を注射器で注入し、水酸化カリウム水溶液がセ
パレータ中から漏れ出てきた時点での重量を注入前の重
量で除して求めた。電解液吸収高さは、31wt%の水酸
化カリウム水溶液にセパレータの下端を5mmだけ浸漬し
30分後の吸液高さを測ったもので、電解液の浸透速度
でもある。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】表1、表2から、本発明に係る実施例では
不織布セパレータの引張り強度が向上していることが分
かる。そして、本発明に係る実施例を不織布セパレータ
の繊維密度が同じである従来例と比べて見ると、加圧圧
縮時の電解液保持性の低下が小さいことが分かる。特
に、棒状片2の高さが不織布厚さの40%以上(上記実
施例では棒状片の高さが0.08mm以上)あると、吸液
性が顕著で加圧圧縮時の電解液保持性の低下の抑制が顕
著である。捲回形のアルカリ蓄電池では、棒状片2の貼
り付け方向と極板の捲回方向を同じにすることにより、
捲回時におけるセパレータの破断やこれに起因する正極
板負極板の短絡を防止することができる。セパレータ強
度がそれほど要求されない電気自動車用や据置用の平板
積層形のアルカリ蓄電池では、棒状片2の貼り付け方向
と極板の高さ方向を同じにすることにより、高さ方向の
吸液性が良くなり、電解液濃度に上下勾配ができるのを
抑制して安定した電池性能を引き出すことができる。
【0013】アルカリ蓄電池としての特性を確認するた
めに、実施例4と従来例1,2の不織布セパレータをそ
れぞれ用いた捲回形のニッケル−水素蓄電池を構成し
た。これは、常法により作製した水酸化ニッケルを活物
質とする容量1000mAhのニッケル正極板とMm系
水素吸蔵合金を活物質とする容量1500mAhの負極
板を用い、セパレータを挟んで負極板が外側となるよう
に捲回して極板群を構成したものである。この極板群を
円筒形電池容器に収納し、31wt%水酸化カリウム水溶
液を所定量注入してAAサイズの密閉形ニッケル−水素
蓄電池とした。電解液保持性は、液涸れとなって電池の
寿命性能に影響し、ガス透過性は、電池内圧の上昇に影
響するため、これらについて試験することとした。
【0014】まず、充電を1CmAで90分間行ない、
放電を1CmAで終始電圧1Vまで行なうことを繰り返
す電池寿命試験を実施した。図2はその結果を示したも
のであるが、実施例4では500サイクルを越えても電
池容量の低下が殆ど見られず、セパレータの電解液保持
性が優れていることを示している。従来例1,2では2
00サイクルから300サイクルにかけて電池容量が低
下し始め、電池の内部抵抗が増加しており電解液保持性
が低いことを示している。電池内圧の測定は、電池容器
の底に直径の1mm穴を開けて圧力センサを取り付けて行
なった。この試験では、充電電流を1CmAとし正極板
容量の150%まで充電をして内圧を測定することとし
た。図3はその結果を示したものであるが、実施例4で
は電池内圧が3.0Kg/cm2と低く、セパレータのガス
透過性が良いことを示している。従来例1では5.8Kg
/cm2と高く、従来例2では9.0Kg/cm2とさらに高く
なっており、セパレータのガス透過性が不十分であるこ
とを示している。
【0015】
【発明の効果】上述のように、本発明に係るアルカリ蓄
電池は、正極板と負極板の間に位置するセパレータが電
池容器内で加圧圧縮された状態においても、セパレータ
の電解液保持性とガス透過性が良好であり、長寿命で充
電時の内圧上昇も低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例におけるセパレータの断面
を示し、(a)は加圧前の状態、(b)は電池内で加圧
された状態を示す。
【図2】本発明に係る実施例と従来例のアルカリ蓄電池
の充放電サイクル寿命特性を示した曲線図である。
【図3】本発明に係る実施例と従来例のアルカリ蓄電池
の充電時の電池内圧の変化を示した曲線図である。
【符号の説明】
1は不織布 2は棒状片 3は正極板 4は負極板 5は高密度部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極板と負極板の間に位置するセパレータ
    が電池容器内で加圧圧縮された状態にあるアルカリ蓄電
    池において、前記圧縮された状態のセパレータは、セパ
    レータの他の部分より繊維密度が大きい筋状の高密度部
    を長さまたは幅方向に有する不織布セパレータであるこ
    とを特徴とするアルカリ蓄電池。
  2. 【請求項2】セパレータ表面に一体化された耐アルカリ
    性の棒状片が電池容器内でセパレータに押しつけられ
    て、不織布セパレータの高密度部が形成されていること
    を特徴とする請求項1記載のアルカリ蓄電池。
  3. 【請求項3】正極板と負極板とセパレータからなる極板
    群が捲回形であり、筋状の高密度部が捲回方向に設けら
    れている請求項1または2に記載のアルカリ蓄電池。
  4. 【請求項4】正極板と負極板とセパレータからなる極板
    群が平板積層形であり、筋状の高密度部が極板の高さ方
    向に設けられている請求項1または2に記載のアルカリ
    蓄電池。
JP5005570A 1993-01-18 1993-01-18 アルカリ蓄電池 Pending JPH06215751A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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