JPH10284116A - アルカリ蓄電池 - Google Patents

アルカリ蓄電池

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JPH10284116A
JPH10284116A JP9084960A JP8496097A JPH10284116A JP H10284116 A JPH10284116 A JP H10284116A JP 9084960 A JP9084960 A JP 9084960A JP 8496097 A JP8496097 A JP 8496097A JP H10284116 A JPH10284116 A JP H10284116A
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JP
Japan
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separator
electrode plate
battery
nonwoven fabric
negative electrode
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Pending
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JP9084960A
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English (en)
Inventor
Takuma Iida
琢磨 飯田
Futoshi Tanigawa
太志 谷川
Ko Gomikawa
香 五味川
Koji Yuasa
浩次 湯浅
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10284116A publication Critical patent/JPH10284116A/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
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 急速充電特性に優れた高容量のアルカリ蓄電
池を提供する。 【解決手段】 正極板1と負極板2とセパレータ3から
なるアルカリ蓄電池において、2種類のセパレータ、即
ち第1のセパレータとして通気性の高い繊維不織布7
を、第2のセパレータとして通気性は低いが親水化処理
された多孔膜8を用い、これを極板間に個別に交互に配
置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルカリ蓄電池の改
良、特にその正・負極板およびこの両者間に位置するセ
パレータの構成と配置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電気機器の軽薄短小化に伴い、そ
の電源として小型高容量電池への要望が高まってきてい
る。高信頼性電池であるアルカリ蓄電池においてもこの
流れに沿って、ニカド電池の高容量化や、負極にエネル
ギー密度の高い水素吸蔵合金を用いた金属酸化物−水素
蓄電池の開発、改良が進められている。
【0003】この種のアルカリ蓄電池は、一般に負極板
と正極板との間にセパレータを介在させ、電解液として
アルカリ水溶液を所定量注入して構成されている。ここ
でのセパレータとしては、ポリアミドまたはポリオレフ
ィン製不織布が通常用いられている。そして電池のさら
なる高容量化を目指して電池反応には本来関与しないセ
パレータの薄型化や改良が検討されている。しかし、セ
パレータの厚みを単純に薄型化しただけではセパレータ
のもつ空間体積が減少し、これにつれて電解液の保持性
能も低下してしまう。その結果、電解液の減少につれて
電池の内部抵抗が上昇し、放電性能が低下する。
【0004】この電池の内部抵抗の上昇等を解決するた
めには、セパレータの単位面積当たりの繊維量(目付重
量)を減少させて、電解液を保持する空間体積を確保す
る必要がある。しかし、不織布の場合には、繊維量を減
らすとこれにつれてセパレータの表面積も減少し、厚み
や目付重量のバラツキが大きくなるため、空間体積は確
保できるものの、逆に極板間の隔離性能(セパレータ機
能)が低下して電池構成時に正・負極板が接触して内部
短絡が発生しやすくなる。従ってこのような不織布に代
わり、厚み的に均一で薄型化も可能なフィルム状の多孔
膜からなるセパレータの開発、改良も検討されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらの多孔膜として
は、親水化処理したポリエチレン製多孔膜が知られてい
る。しかしこれを電池のセパレータとして用いた場合
は、保液性はよい反面、通気性が低いことから、ガス吸
収性能が悪化して電池としては急速充電特性が低下して
いた。
【0006】そこでセパレータの薄型化と電池特性の改
善を両立させるために、不織布とフィルム状の多孔膜を
積層したセパレータを用いたアルカリ蓄電池が提案され
たが、この種のセパレータを用いた電池でも急速充電特
性は十分改善されていない。
【0007】これは、不織布と多孔膜を積層したセパレ
ータでは、多孔膜と不織布との融着面部分で通気性が低
下して、これがセパレータ全体の通気性を低くしている
ためと推測される。
【0008】アルカリ蓄電池では、負極板の容量を正極
板のそれよりも大きくして、過充電時に正極板から発生
する酸素ガスを化学的あるいは電気化学的反応により負
極板で吸収させることにより過充電時の電池の内圧上昇
を抑制して、電池の密閉化を達成している。この際の正
極から発生した酸素ガスは、通常セパレータ中を通過し
て負極板表面で消失されるため、セパレータの通気性が
電池としての急速充電特性に大きな影響を与える。従っ
て、通気性が低いセパレータを用いた電池では、正極板
で発生した酸素ガスが負極に速やかに移動しようとする
のをセパレータで阻害され、酸素ガスが負極板で効率よ
く消失されないことから、急速充電特性が低下する。
【0009】本発明はこのような課題を解決するもの
で、通気性の高い不織布と通気性の低い多孔膜とを個別
に極板間に交互に配置することにより、急速充電特性に
優れた高容量なアルカリ蓄電池を提供することを目的と
するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、正極板と負極板とセパレータからなるアル
カリ蓄電池において、2種類のセパレータ、即ち第1の
セパレータとして通気性の高い不織布を、第2のセパレ
ータとして通気性は低いが親水化処理された多孔膜を用
い、これを個別に極板間に交互に配置したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】正極板と負極板の間に通気性の高
い繊維不織布と、通気性は低いが親水化処理により保液
性の高い多孔膜を個別に交互に配置したので、過充電時
に正極板から発生する酸素ガスは通気性の高い第1のセ
パレータである繊維不織布を透過して負極に速やかに移
動し、アルカリ電解液は第2のセパレータである親水化
処理した多孔膜に保持されて電池反応を円滑に保てる。
なお、親水化処理法については、スルホン化処理、アク
リル酸グラフト重合処理、放電加工処理、界面活性剤処
理、あるいはこれらの処理の併用が可能である。
【0012】
【実施例】以下本発明の詳細を、第1のセパレータであ
る繊維不織布としては、表面をスルホン化処理したポリ
プロピレン繊維製不織布、第2のセパレータである多孔
膜としてはスルホン化処理をしたポリエチレン多孔膜
(以後PE多孔膜と称す)を用いたニッケル−水素蓄電
池を例にとり説明する。尚本実施例の物性の試験方法は
以下の通りである。
【0013】セパレータの通気性の指標である通気度に
ついては以下のように測定した。JIS L1096の
6.27.1.Aに準じ、B型デンソーメータにより測
定を行った。
【0014】本実験に用いた繊維不織布は、厚み120
μm、目付重量60g/m2 の、通常の表面をスルホン
化処理したポリプロピレン繊維不織布を用いた。
【0015】またスルホン化処理を施した多孔膜の素材
には、厚み35μm,目付重量10g/m2 、多孔度7
5%のPE多孔膜を用いた。まずこのPE多孔膜に濡れ
性を付与するために非イオン界面活性剤として花王
(株)製のKAOエマルゲン709により界面活性剤処
理を施した。次に、このPE多孔膜表面へのスルホン基
の導入を行い、スルホン化PE多孔膜を作成した。これ
は、多孔膜を60℃にて25%濃度の発煙硫酸中に10
分間浸漬した後発煙硫酸を除去し、KOHでアルカリ洗
浄し、過剰なアルカリを水洗して除去した。この不織布
と多孔膜の物性をまとめて(表1)に示す。
【0016】
【表1】
【0017】これらのセパレータと組合せる正極板には
発泡状ニッケル基板に水酸化ニッケルを主成分とした活
物質を厚み方向の両面から均一に充填したものを用い
た。負極板には、組成が一般式MmNi3.55Co0.75
0.4 Al0.3 (Mmは希土類元素の混合物を表す)の
水素吸蔵合金を湿式ボールミルにて粉砕して、平均粒径
約30μmとしたものを用いた。この合金粉末を80℃
の温度のKOH水溶液中で攪拌処理した後、水素吸蔵合
金粉末100重量部に対してカルボキシメチルセルロー
ス0.15重量部、カーボンブラック0.3重量部、ス
チレン−ブタジエン共重合体0.8重量部を加え、分散
剤として水を適量添加してペーストを作成した。このペ
ーストをパンチングメタルに塗布し、乾燥した後、所定
の厚みにプレスした。その後この極板を所定の寸法に切
断した。
【0018】構成する電池は図1に示すように、水酸化
ニッケルを活物質とする正極板1と水素吸蔵合金からな
る負極板2がセパレータ3を間に介在して全体が渦巻状
に巻回されたものを、負極端子を兼ね備えたケース4に
挿入した。本発明ではここで図2に示すように正極板1
と負極板2との間にセパレータ3として繊維不織布7と
多孔膜8を交互に配置して渦巻状電極群を構成し、4/
5Aサイズで容量2100mAhの電池Aを作成した。
【0019】比較のために同じサイズでセパレータに多
孔膜のみを用いた容量2200mAhの電池Bと、同じ
構造サイズでセパレータに繊維不織布だけを用いた容量
2000mAhの電池Cとを作成した。
【0020】上記A,B,Cの電池を用い急速充電特性
の試験を行った。急速充電特性の試験は、充電を20℃
で電流値1CmAで電池容量の150%まで行い、その
時の電池の内圧で評価を行った。その結果を(表2)に
示す。
【0021】
【表2】
【0022】(表2)の結果から明らかなように、繊維
不織布とスルホン化処理を行ったPE多孔膜を極板間に
交互に配置した電池Aは、スルホン化PE多孔膜のみを
セパレータとして用いた電池Bと比較して急速充電特性
が大幅に改善し、繊維不織布のみを用いた電池Cと同等
の急速充電特性であった。
【0023】この要因は以下のように推測した。通常ア
ルカリ蓄電池は、過充電時に正極板から発生した酸素ガ
スを化学的あるいは電気化学的反応により負極板で消失
させることにより、内圧上昇を抑制して電池の密閉化を
達成している。この際正極板から発生した酸素ガスはセ
パレータ中を通過して負極板で消失される。このため通
気性の高い繊維不織布のみを用いた電池Cは、過充電時
に正極板から発生した酸素ガスがセパレータ中を移動し
易く、効率よくガスを吸収できるために電池の内圧を抑
制でき、急速充電特性が良好であったと推測した。
【0024】これに対し、セパレータの通気性が低いと
セパレータ中の酸素ガスの移動性が低下してガスは効率
よく負極板に到達せず、ここでのガスの消失が速やかに
行われない。従って多孔膜のみをセパレータとして用い
た電池Bは、多孔膜自体の通気性が低いために正極板で
発生した酸素ガスのセパレータ中での移動が阻害され、
効率よく酸素ガスを負極で消失できないため電池の内圧
が高くなり、急速充電特性が低下したと推定した。
【0025】本発明の電池Aは、保液のためのPE多孔
膜と通気性の高い繊維不織布を極板間に交互に配置して
いるため、過充電時に発生する酸素ガスは通気性が低い
多孔膜側よりも通気性の高い不織布側を主に移動して負
極板に到達できるため、ガスの消失が電池Bよりもスム
ーズに行われ、電池の内圧を低く抑制できるため、急速
充電特性が向上したと推測した。
【0026】上記の実施例では、ニッケル−水素蓄電池
を例にとり説明したが、アルカリ電解液を用いる他のア
ルカリ蓄電池でも本発明の電池構成をとることにより同
様の効果を得ることができる。
【0027】また本発明の電池に用いた正極板および負
極板の形式は、発泡メタル式、シンター式および塗着式
等のいずれであってもよく、ほぼ同様の効果を得ること
ができる。
【0028】また、種々検討の結果、上記実施例でとり
あげた通気性の高い第1のセパレータとしては、その厚
みが50〜200μm、目付重量が20〜80g/m2
の範囲のものが好ましく、保液性に富み、通気性の低い
第2のセパレータとしては、その厚みが15〜120μ
m、目付重量は5〜50g/m2 の範囲のものが望まし
い。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明では、不織布からな
り通気性の高い第1のセパレータと、親水化処理された
多孔膜からなり通気性の低い第2のセパレータを極板間
に個別に交互に配置したので、セパレータ部分でのガス
の透過と保液を両立させることができて、急速充電特性
に優れた高容量なアルカリ蓄電池を提供するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】代表的な電池の構成を示す破断図
【図2】実施例における電池の電極とセパレータの配置
を示す略図
【符号の説明】
1 ニッケル正極板 2 水素吸蔵合金負極板 3 セパレータ 4 電池ケース 7 繊維不織布 8 親水化処理された多孔膜
フロントページの続き (72)発明者 湯浅 浩次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属酸化物を主構成材料とする正極板と負
    極板とセパレータからなるアルカリ蓄電池において、前
    記セパレータは不織布からなる通気性の高い第1のセパ
    レータと親水化処理された多孔膜からなる通気性の低い
    第2のセパレータとからなり、これら第1のセパレータ
    と第2のセパレータは個別に極板間に交互に配置したこ
    とを特徴とするアルカリ蓄電池。
  2. 【請求項2】通気性の高い第1のセパレータは、表面を
    スルホン化処理したポリプロピレン繊維の不織布からな
    りその厚みは50〜200μm、目付重量は20〜80
    g/m2 であり、通気性の低い第2のセパレータは、ス
    ルホン化処理したポリエチレン多孔膜からなりその厚み
    は15〜120μm、目付重量は5〜50g/m2 であ
    る請求項1記載のアルカリ蓄電池。
JP9084960A 1997-04-03 1997-04-03 アルカリ蓄電池 Pending JPH10284116A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015115292A (ja) * 2013-12-13 2015-06-22 株式会社日本自動車部品総合研究所 電池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105814710A (zh) * 2013-12-13 2016-07-27 丰田自动车株式会社 电池
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CN105814710B (zh) * 2013-12-13 2018-08-28 丰田自动车株式会社 电池

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