JPH11162439A - アルカリ二次電池用セパレータ - Google Patents

アルカリ二次電池用セパレータ

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JPH11162439A
JPH11162439A JP9328590A JP32859097A JPH11162439A JP H11162439 A JPH11162439 A JP H11162439A JP 9328590 A JP9328590 A JP 9328590A JP 32859097 A JP32859097 A JP 32859097A JP H11162439 A JPH11162439 A JP H11162439A
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JP
Japan
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fibers
secondary battery
separator
carbon
alkaline
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Pending
Application number
JP9328590A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Nakamura
敏昭 中村
Hiroyuki Takamura
裕幸 高村
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、長期間に亘る安定した電池特性の
取得を実現し得るようにして、電池寿命の長寿命化を図
ることにある。 【解決手段】アルカリ二次電池用セパレータをカーボン
繊維とカーボン繊維以外の繊維、例えば有機繊維あるい
は無機繊維の織布ないしは不織布とのハイブリッド構造
に構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばニッケル
(Ni )・カドミューム(Cd )二次電池や人工衛星等
の宇宙航行体に搭載されて電力源として使用される宇宙
用ニッケル(Ni)・水素(H2 )二次電池等のアルカ
リ二次電池の電極を構成するセパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、アルカリ二次電池として
は、ニッケル(Ni )・カドミウム(Cd )電池が図1
に示すようにニッケル極10を正極とし、このニッケル
極10に対して負極を形成するカドミウム極11がセパ
レータ12を介して組合わされて電極が構成される。
【0003】そして、このニッケル・カドミウム電池の
技術を利用したニッケル・水素二次電池としては、図2
に示すようにニッケル(Ni )極10aを正極とし、周
知の酸素ー水素燃料電池の技術を利用した水素(H2 )
極(触媒電極)11aを負極として、これらをセパレー
タ12aを介在して組合わせて電極を構成し、そのニッ
ケル極10a及び水素極11aの化学作用を利用して所
望の電気エネルギを発生する。
【0004】例えば、宇宙用ニッケル・水素二次電池
は、ニッケル極10aに対して水素極11aがOH-
移動を許容する電解液(アルカリ水溶液)の含浸された
セパレータ12aを介して組合わせて電極が形成され、
圧力容器13内に密閉収容される。ニッケル極10aと
水素極11aは、その化学作用により電気エネルギを発
生し、過充電時に 2OH- →1/2O2 +H2 O+2e- の反応により、そのニッケル極10aから酸素ガスがを
発生される。この酸素ガスは、 H2 +1/2O2 →H2 O の如く水素極触媒上で不可逆的に発生する水素ガスと反
応して水となる。この際、瞬間的に多量の熱を発生す
る。このため、宇宙用ニッケル・水素二次電池において
は、通常、耐熱性の優れたジルコニアやアスベスト等の
無機繊維の織布ないしは不織布で成形されたセパレータ
12aが用いられている。
【0005】しかしながら、上記ニッケル・水素電池に
では、所望の耐熱性を確保することが可能であるが、セ
パレータ12aの保液性が低くいために、充放電サイク
ルを長期間に亘り繰り返すと、電解液の十分な保液が困
難となり、電解液が不足して、電池性能が低下する。こ
のため、電池寿命が比較的短命であるという問題を有す
る。
【0006】ところで、このようなアルカリ二次電池用
セパレータ12,12aとしては、宇宙用ニッケル・水
素二次電池用に限るものでなく、例えば地上環境で使用
するニッケル・カドミウム二次電池においても略同様
に、アルカリ電界液の保液性よりも耐熱性を考慮して、
耐熱性に優れたポリオレフィン系の有機繊維で形成され
ている。このため、アルカリ二次電池用セパレータ1
2,12aにおいては、宇宙用、地上環境用に限ること
なく、充放電が長期間に亘って繰り返されると、アルカ
リ電解液が不足して所望の電池性能を得ることが困難と
なるという問題を有する。
【0007】
【発明が解決しようと課題】以上述べたように、従来の
アルカリ二次電池用セパレータでは、充放電が繰り返さ
れると、電解液不足となり、電池性能を低下させるとい
う問題を有する。この発明は上記の事情に鑑みてなされ
たもので、耐熱特性及び保液特性に優れ、長期間に亘る
高精度な電池性能の確保に寄与し得るようにしたアルカ
リ二次電池用セパレータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するため手段】この発明は、アルカリ電解
液が含浸され、化学作用により電気エネルギを発生する
電極間に介在されるセパレータを、カーボン繊維とカー
ボン以外の有機繊維の織布ないしは不織布で形成したも
のである。
【0009】これによれば、繊維とカーボン繊維が協働
してアルカリ電解液の良好な保液特性と共に、耐熱特性
を確保する。従って、所望の耐熱特性を確保したうえ
で、アルカリ電解液の長期に亘る保液が実現され、長期
に亘って所望の電池特性を確保することが可能となる。
【0010】また、この発明は、アルカリ電解液が含浸
され、化学作用により電気エネルギを発生する電極間に
介在されるアルカリ二次電池用セパレータを、カーボン
繊維と無機繊維の織布ないしは不織布で形成したもので
ある。
【0011】これによれば、保液性に優れた有機繊維に
よりアルカリ電解液の良好な保液特性が確保され、耐熱
性の優れたカーボン繊維により所望の耐熱特性が確保さ
れる。従って、所望の耐熱特性を確保したうえで、アル
カリ電解液の長期に亘る保液が実現され、長期に亘って
所望の電池特性を確保することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、詳細に説明する。すなわち、この発明に係るアル
カリ二次電池用セパレータは、カーボン繊維とカーボン
繊維以外の繊維、例えば有機繊維あるいは無機繊維の織
布ないしは不織布とで成形したいわゆるハイブリッド構
造に形成される。言い換えると、保液性に優れたポリア
ミド樹脂、例えばナイロン、ポリプロピレン(P.P)
等の有機繊維あるいはジルコニアクロス等の無機繊維の
織布ないしは不織布に耐熱性の優れたカーボン繊維を修
飾したハイブリッド構造に形成される。
【0013】上記アルカリ二次電池用セパレータは、そ
のカーボン繊維と繊維とで協働して所望の保液特性及び
耐熱特性の双方の特性の確保を実現して、長期間に亘る
アルカリ二次電池の電池性能の確保に寄与する。
【0014】これによれば、後述する実施例により明ら
かにように、高耐熱性能を確保したうえで、アルカリ二
次電池の充放電サイクルの進行に伴う容量の低下防止の
促進を図り、宇宙用あるいは地上環境用に限ることな
く、電池寿命の長寿命化の促進に寄与できる。
【0015】なお、上記アルカリ二次電池用セパレータ
は、有機繊維を織布ないしは不織布に成形する際に、無
機繊維を混合して、カーボン繊維を修飾してもよい。ま
た、有機繊維を織布ないしは不織布に成形した後、無機
繊維を添加し、カーボン繊維を収容するようにしてもよ
い。
【0016】
【実施例】上記アルカリ二次電池用セパレータの特性に
ついては、実験的に確認される。すなわち、上記セパレ
ータとして、ナイロン不織布+カーボン繊維400°C
(実施例1)、ナイロン不織布+カーボン繊維500°
C(実施例2)、ナイロン不織布+カーボン繊維600
°C(実施例3)、ナイロン不織布+カーボン繊維70
0°C(実施例4)、ナイロン不織布+カーボン繊維8
00°C(実施例5)、ジルコニアクロス+カーボン繊
維400°C(実施例6)、ジルコニアクロス+カーボ
ン繊維500°C(実施例7)、ジルコニアクロス+カ
ーボン繊維600°C(実施例8)、ジルコニアクロス
+カーボン繊維700°C(実施例9)、ジルコニアク
ロス+カーボン繊維800°C(実施例10)、P.
P.不織布+カーボン繊維400°C(実施例11)、
P.P.不織布+カーボン繊維500°C(実施例1
2)、P.P.不織布+カーボン繊維600°C(実施
例13)、P.P.不織布+カーボン繊維700°C
(実施例14)、P.P.不織布+カーボン繊維800
°C(実施例15)を製作し、保液性に優れたナイロン
不織布(比較例1)、耐熱性に優れたP.P.不織布
(比較例2)、宇宙用ニッケル・水素二次電池に用いら
れるジルコニアクロス(比較例3)で製作したセパレー
タと、その保液特性及び耐熱特性について比較して、そ
の測定結果を下記の表1に示す。
【0017】但し、表1において、保液特性は、7Nー
KOH水溶液の保持量を重量法で求めた結果を示す。そ
して、耐熱特性については、90°Cの2NーKOH中
に300時間浸漬した後の重量減少の程度(%)を測定
した結果示す。
【0018】
【表1】
【0019】なお、表1においては、カーボン繊維の熱
処理(焼成)温度をカーボン繊維の後に併記した。この
カーボン繊維の熱処理温度は、800°C以上では、結
晶化が進行して、導電性が高くなり、400°C以下で
は、耐アルカリ性が低下され、セパレータとして悪影響
を及ぼすことが確認される。
【0020】また、上記実施例1〜15のアルカリ二次
電池用セパレータを用いて、実施例16〜35として、
ニッケル(N1 )・カドミウム(Cd )二次電池(図1
参照)あるいはニッケル(N1 )・水素(H2 )二次電
池(図2参照)を構成して、その初期容量比(%)とサ
イクル試験後の容量維持率比(%)を測定した結果を下
記表2に示す。
【0021】
【表2】
【0022】そして、上記比較例1〜3のアルカリ二次
電池用セパレータを用いて、比較例4〜6として、ニッ
ケル(N1 )・カドミウム(Cd )二次電池あるいはニ
ッケル(N1 )・水素(H2 )二次電池を構成して、同
様に初期容量比(%)とサイクル試験後の容量維持率比
(%)を測定した結果を下記表3に示す。
【0023】
【表3】
【0024】なお、表2及び表3は、各二次電池の初期
放電容量を100として、1000回の充放電サイクル
試験を繰返し実行して、初期容量に対する容量維持の程
度を比較例4〜6の二次電池の場合を100として併記
した。
【0025】このように表1により明らかなように、上
記実施例1〜実施例15のアルカリ二次電池用セパレー
タは、比較例1〜3のアルカリ二次電池用セパレータと
比較すると、その保液特性及び耐熱特性の一方、あるい
は双方が向上されることが確認される。
【0026】そして、表2に示す本願発明によるアルカ
リ二次電池用セパレータを用いて構成した上記実施例1
6〜35のアルカリ二次電池は、表3の比較例4〜6の
アルカリ二次電池と比較することで明らかなように、そ
の初期容量及び1000回の充放電サイクル試験後の容
量維持の程度のいずれか一方あるいは双方が従来のもの
に比して向上されることが確認される。
【0027】特に、カーボン繊維とカーボン繊維以外の
ポリアミド樹脂の織布ないしは不織布でセパレータを成
形した場合には、そのポリアミド樹脂の優れた保液特性
が保たれ、しかも、そのカーボン繊維による耐熱特性が
確保されて、保液特性及び耐熱特性の双方が向上され、
宇宙用ニッケル・水素二次電池を構成した場合にも、十
分な保液特性と、長期間に亘る使用における発熱現象に
十分耐えることが可能であることが確認される。なお、
この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、
この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し
得ることは勿論のことである。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、耐熱特性及び保液特性に優れ、長期間に亘る高精度
な電池性能の確保に寄与し得るようにしたアルカリ二次
電池用セパレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の適用されるニッケル・水素二次電池
の構造概念を説明するために示した図。
【図2】この発明の適用されるニッケル・カドミウム二
次電池の構造概念を説明するために示した図。
【符号の説明】
10,10a…ニッケル極。 11…カドミウム極。 11a…水素極。 12,12a…セパレータ。 13…圧力容器。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ電解液が含浸され、化学作用に
    より電気エネルギを発生する電極間に介在されるもので
    あって、カーボン繊維とカーボン以外の繊維の織布ない
    しは不織布で形成されるアルカリ二次電池用セパレー
    タ。
  2. 【請求項2】 アルカリ電解液が含浸され、化学作用に
    より電気エネルギを発生する電極間に介在されるもので
    あって、カーボン繊維とカーボン以外の有機繊維の織布
    ないしは不織布で形成されるアルカリ二次電池用セパレ
    ータ。
  3. 【請求項3】 アルカリ電解液が含浸され、化学作用に
    より電気エネルギを発生する電極間に介在されるもので
    あって、カーボン繊維とカーボン以外の有機繊維に無機
    繊維を混合した繊維の織布ないしは不織布で形成される
    アルカリ二次電池用セパレータ。
  4. 【請求項4】 前記カーボン繊維は、焼成温度が800
    °C以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいず
    れかに記載のアルカリ二次電池用セパレータ。
  5. 【請求項5】 前記カーボン繊維は、焼成温度が800
    °C以下で、400°C以上であることを特徴とする請
    求項1乃至3のいずれかに記載のアルカリ二次電池用セ
    パレータ。
  6. 【請求項6】 前記有機繊維は、ポリイミド樹脂である
    ことを特徴とする請求項1、3乃至5のいずれかに記載
    のアルカリ二次電池用セパレータ。
JP9328590A 1997-11-28 1997-11-28 アルカリ二次電池用セパレータ Pending JPH11162439A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412377A (zh) * 2010-09-24 2012-04-11 比亚迪股份有限公司 一种隔膜及其制备方法、一种锂离子电池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102412377A (zh) * 2010-09-24 2012-04-11 比亚迪股份有限公司 一种隔膜及其制备方法、一种锂离子电池

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