JPH11260335A

JPH11260335A - 密閉型鉛蓄電池用セパレータ

Info

Publication number: JPH11260335A
Application number: JP10073095A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Matsunami; 敬明松波; Yoshihisa Azumato; 喜久東登; Masahiro Kawachi; 正浩川地
Original assignee: Nippon Muki Co Ltd
Current assignee: Nippon Muki Co Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】材料コストをアップさせたり、電気抵抗や電
池の内部抵抗を高めたり、放電性能を低下させることな
く、厚さを薄型化することができ、結果的に電池の高率
放電特性を向上させることのできる密閉型鉛蓄電池用セ
パレータを提供する。【解決手段】湿式抄造して得たガラス繊維主体のシー
トを、無機粉体を分散した液中に含浸処理し、ガラス繊
維間に前記無機粉体粒子を分散状態で介在させてなる密
閉型鉛蓄電池用セパレータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リテーナ式密閉型
鉛蓄電池用セパレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、密閉型鉛蓄電池に用いられるセパ
レータとしては、硫酸電解液のリテーナとしての役目を
兼ねるガラス繊維を主体として抄造したガラスマットセ
パレータがある。一方、密閉型鉛蓄電池は、近年ポータ
ブル機器、コードレス機器、コンピュータのバックアッ
プ電源をはじめ、大型の据置用電池や、さらには電気自
動車とその用途を大きく拡大しており、これに伴って、
密閉型鉛蓄電池には、高容量化とともに高率放電特性の
一層の向上が求められている。このためには、密閉型鉛
蓄電池は、極板を薄くして電池セル当たりの極板枚数を
増やし、かつ極板間隔を狭めることが必要となり、そこ
で使用されるセパレータにも薄型化が求められる。

【０００３】しかしながら、極板間隔を狭くしセパレー
タを薄型化した場合、鉛蓄電池内で放電時に極板から溶
出したＰｂイオンが充電時にＰｂＳＯ₄として結晶化し
たものがセパレータ内部に浸透し、セパレータを貫通し
て両極板間を導通（ショート）させるいわゆる浸透短絡
（デンドライトショート）が起こり易くなる。このよう
に、密閉型鉛蓄電池を高容量化し、高率放電特性を向上
させるためには、薄型化したリテーナセパレータが耐シ
ョート性を備えていることが必要である。

【０００４】従来、このようなセパレータ内部での浸透
短絡の発生を抑制する方法としては、次のような方法が
ある。（１）抄造に用いるガラス繊維の繊維径を小さくする方
法（特開昭５４−２２５３０など）がある。この方法で
は、ガラスマットセパレータの孔径を小さくすることで
成長するデンドライトがセパレータを貫通するのを防止
することができる。（２）また、ガラスマットセパレータの厚さを使用する
正極板厚さに対して一定以上の厚さにする方法（特開昭
５４−２２５３０）がある。この方法では、ガラスマッ
トセパレータの厚さを大きくすることで、成長するデン
ドライトがセパレータを貫通するまでの時間を稼ぐこと
ができる。（３）また、セパレータに用いるガラスマットを２層と
し、その中間層に合成樹脂などからなる微孔性フィルム
を挟み込んでサンドイッチ構造とする方法（特開昭５４
−５０８４０など）がある。この方法では、中間層に微
孔性のフィルムを設けているので、成長するデンドライ
トが孔径の小さいフィルム層で遮断されることから、セ
パレータを貫通するのを防止することができる。

【０００５】しかしながら、これら従来のデンドライト
ショートを防止する方法では、次のような問題点を有す
る。（１）細い繊維径のガラス繊維を用いることは、材料コ
ストのアップになる。（２）ガラスマットセパレータの厚さを厚くすること
は、発明の目的（薄型化）に逆行する。（３）中間層に微孔性フィルムを配した３層構造とする
方法では、単体のガラスマット抄造シートは更に１／２
以下の厚さのものを抄造する必要があり、薄型化を目的
とする本発明においては、これに見合う薄い厚さのガラ
スマットシートを抄造する現在の工業的技術レベルにお
いてとても苛酷な条件を強いられることから、自ずと薄
型化の追求には限界が生じてしまう。また、微孔性フィ
ルムを配することは、セパレータの電気抵抗を高め、電
池の内部抵抗を高め、放電性能を低下させることにつな
がる。また、電解液の拡散も悪くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、材
料コストをアップさせたり、電気抵抗や電池の内部抵抗
を高めたり、放電性能を低下させることなく、厚さを薄
型化することができ、結果的に電池の高率放電特性を向
上させることのできる密閉型鉛蓄電池用セパレータを提
供することを目的に、限られた短い距離の極板間隔の中
で、いかに成長するデンドライトをセパレータ内部を貫
通させないでおくかについて鋭意検討を重ね、ガラスマ
ットセパレータの孔構造に着目した。すなわち、デンド
ライトが成長する空間である孔構造を複雑な迷路構造と
することで、デンドライトがセパレータ内部を直線的に
成長することを防止し、デンドライトがセパレータを貫
通して両極板間を連結するのに要する距離を稼ぐことを
考えた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の密閉
型鉛蓄電池用セパレータは、前記従来技術の有する問題
点を解決するべく、湿式抄造して得たガラス繊維主体の
シートを、無機粉体を分散した液中に含浸処理し、ガラ
ス繊維間に前記無機粉体粒子を分散状態で介在させてな
ることを特徴とする。また、請求項２記載の密閉型鉛蓄
電池用セパレータは、前記無機粉体の量がセパレータの
純体積の５〜５０容量％であることを特徴とする。ま
た、請求項３記載の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、請
求項１または２記載の密閉型鉛蓄電池用セパレータにお
いて、前記無機粉体が、電気絶縁性でかつ耐硫酸溶解性
の無機粉体であることを特徴とする。また、請求項４記
載の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、請求項３記載の密
閉型鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記無機粉体が、
シリカ、アルミナ、或いは、チタニアであることを特徴
とする。また、請求項５記載の密閉型鉛蓄電池用セパレ
ータは、請求項１乃至４の何れかに記載の密閉型鉛蓄電
池用セパレータにおいて、前記無機粉体の粒子径が５μ
ｍ以下であることを特徴とする。また、請求項６記載の
密閉型鉛蓄電池用セパレータは、請求項１乃至５の何れ
かに記載の密閉型鉛蓄電池用セパレータにおいて、前記
セパレータの厚みが０．８ｍｍ未満であることを特徴と
する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレ
ータに用いるガラス繊維は、平均繊維径が０．５〜４μ
ｍの含アルカリガラス繊維を用いることができる。ま
た、ガラス繊維は、１種類の平均繊維径の原料を用いて
も、あるいは上記平均繊維径の範囲内にある２種類以上
の平均繊維径の原料を用いてもよい。

【０００９】また、上記平均繊維径のガラス繊維からガ
ラス繊維主体のシートを湿式抄造する場合には、ガラス
繊維のみから構成されても、あるいはセパレータ重量に
対して最大５％の有機バインダー繊維を含有させてもよ
い。

【００１０】また、本発明の密閉型鉛蓄電池に用いる無
機粉体は、ガラス繊維主体の抄造シートの表面および内
部に形成された孔部分の全体に分散状態で均一に介在
し、セパレータの孔構造を複雑迷路化するための役割を
担うものである。

【００１１】また、無機粉体は、粉体粒子同士あるいは
粉体粒子とガラス繊維とが接着力を受けずにガラス繊維
主体の抄造シートの空隙に担持されることが、セパレー
タのＵ字曲げによる使用形態に対応するために必要であ
る。

【００１２】また、無機粉体は、電気絶縁性および耐硫
酸溶解性を有していることが必要である。

【００１３】これらの条件を満足する無機粉体として
は、ディッピング時に抄造シート中に孔を通って粉体粒
子がもぐり込む必要があることから、粒子径が少なくと
も抄造シートの平均孔径よりも小さいものを用いること
が必要であり、通常の条件下では５μｍ以下であること
が必要である。

【００１４】また、粒子径は一定の幅の範囲内で揃って
いることがより好ましいが、実質的には、５μｍ以下の
範囲内での粒子径のバラツキは、出来上がるセパレータ
の諸特性に特に影響を与えるものではなく、前記範囲内
であれば粒子径がばらついたものでも十分使用に耐え
る。

【００１５】また、上記条件を満足する無機粉体として
は、シリカ、アルミナ、チタニアなどの酸化物のほか、
硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩が使用でき
る。

【００１６】尚、本発明の無機粉体の役割は、セパレー
タの孔部分に無機粉体を分散状態で均一に介在させるこ
とによってセパレータの孔構造を操作することにあり、
粒子径を規定して用意した粉体粒子を用いて孔を埋める
ことが目的であることから、用いる粉体の比重はできる
だけ小さいものを用いる方が材料コスト面からは有利で
ある。

【００１７】また、無機粉体を、ガラス繊維主体の抄造
シートの表面および内部に形成された孔部分の全体に分
散状態で均一に介在させるためには、抄造シートを抄造
後、後工程において無機粉体を分散させた液中に含浸処
理することが必要である。なぜならば、ガラス繊維とと
もに無機粉体を混抄した場合では、粉体粒子が凝集し粒
子径を大きくした状態で介在してしまうため、ガラス繊
維シートの表面および内部の孔部分の全体に分散状態で
均一に粉体粒子が介在されないことから、セパレータの
孔構造を複雑迷路化することができないからである。ま
た、コーティングにより無機粉体を添着させる方法で
は、やはりガラス繊維シートの表面および内部の孔部分
に全体に分散状態で均一に粉体粒子を介在させることは
できない。

【００１８】また、無機粉体を、粉体粒子同士あるいは
粉体粒子とガラス繊維とが接着力を受けずにガラス繊維
主体の抄造シートの空隙に担持させるためには、ガラス
繊維主体の抄造シートを、無機粉体を水、アルコールな
どの極性溶媒中に適度な濃度で分散させた非接着性の分
散液中に含浸処理することが必要である。なぜならば、
ゾルのような接着性の分散液を使用した場合では、接着
力が強制的に加えられるため、近接した粉体粒子同士あ
るいは粉体粒子とガラス繊維とが接触部分で強制接着さ
れることから、自由度が奪われるので、セパレータシー
トの曲げ剛性が著しく強くなり、結果的にＵ字曲げによ
る使用形態に対応することができなくなるからである。

【００１９】また、無機粉体の添着処理を、ガラス繊維
主体のシート抄造後の後工程で行うことのもう一つの理
由として、ガラス繊維とともに無機粉体を混抄した場合
では、ガラス繊維同士が絡み合おうとする部分に無機粉
体が介在してしまうので、ガラス繊維同士の純粋な絡み
を阻害することになり、結果的に、抄造シートの強度が
低下してしまうからである。

【００２０】また、無機粉体を分散した液中に含浸処理
を行う時点でのガラス繊維主体の抄造シートは、湿紙状
態であっても、乾紙状態であってもよいが、工業的な面
から効率を考慮すれば、抄造工程とディッピング工程が
連結された一連の設備装置の中で湿紙状態のまま抄造工
程からディッピング工程に移行するのが好ましい。

【００２１】また、セパレータ中の無機粉体の存在量
は、ガラス繊維と無機粉体の体積の和であるセパレータ
の純体積の５〜５０容量％であることが好ましい。なぜ
ならば、５容量％を下回る量では、セパレータに形成さ
れる孔構造が目的を達成するに十分な迷路構造が得られ
ず、また、５０容量％を超える量では、セパレータの空
隙率が低下し、電気抵抗を高めることから、電池の高率
放電特性を低下させてしまうからである。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレータ
の具体的実施例につき説明する。（実施例１）平均繊維径０．７μｍのガラス繊維を用い
て、厚さ０．５ｍｍのガラス繊維シートを湿式抄造して
作成した。次に、このガラス繊維シートを無機粉体Ｓｉ
Ｏ₂濃度が０．８重量％となるように調整した処理液中
に含浸し、処理液がガラス繊維シート重量の５倍量の付
着となるように含水率を調整した後、１５０℃の箱形乾
燥機を用いて乾燥し、セパレータを得た。

【００２３】（実施例２）前記処理液濃度を３．５重量
％とした以外は前記実施例１と同じようにしてセパレー
タを得た。

【００２４】（実施例３）前記処理液濃度を１１重量％
とした以外は前記実施例１と同じようにしてセパレータ
を得た。

【００２５】（比較例１）平均繊維径０．７μｍのガラ
ス繊維を用いて、厚さ０．５ｍｍのガラス繊維シートを
湿式抄造してセパレータを得た。

【００２６】（比較例２）平均繊維径０．７μｍのガラ
ス繊維とＳｉＯ₂粉体を混合分散した後、吸着剤を添加
して粉体の吸着操作を行い、厚さ０．５ｍｍの抄造シー
トからなるセパレータを得た。

【００２７】（比較例３）厚さ０．１ｍｍのポリエチレ
ン製多孔質フィルムを比較例１と同様の方法で作成した
厚さ０．２ｍｍのガラス繊維シートで挟み、総厚０．５
ｍｍのセパレータを得た。

【００２８】次に、前記各実施例並びに比較例のセパレ
ータを用いて電池を作成した。具体的には、陰極板７
枚、陽極板６枚、極板間隔０．４ｍｍで、電池容量６０
Ａｈの電池を作成した。得られた電池につき、特性を測
定し、その結果を下記表１に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１中の各特性は下記の測定方法によっ
た。最大孔径：バブルポイント法により測定。平均孔径：液体ポロシメータ装置により測定。電気抵抗：ＪＩＳＣ２３１３に準拠して測定。サイクル寿命：ＪＩＳＤ５３０１に規定される重負
荷寿命試験に基づいて測定。１０分間率放電特性：２５℃、放電電流１８０Ａの条
件で放電終止電圧が７．８Ｖに達するまでの放電持続時
間を求めた。

【００３１】表１から明らかなように、本発明実施例の
セパレータを組み込んだ電池は、何れも比較例のセパレ
ータを組み込んだ電池に比べ、電気抵抗や１０分間率放
電特性などの電池特性に影響を与えることなく厚みを薄
く構成したにも関わらずサイクル寿命が延びていた。ま
た、強度もＵ字状に曲げ加工すことができるのに十分な
強度を有するものであった。尚、比較例３は電池に組み
立て不可能であったため、電池特性は評価不能であっ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレータ
は、次のような作用効果を有する。（１）本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、ガラス
繊維主体のシートを抄造後、後工程にて無機粉体を分散
した液に含浸処理することによって作られることから、
無機粉体が抄造シートの表面および内部の孔部分に均一
に介在させることができるため、セパレータの孔構造を
複雑迷路化することができ、ＰｂＳＯ₄結晶がセパレー
タ内部を直線的に貫通することを防止することができ、
デンドライトがセパレータを貫通して両極板間を連結す
るのに要する距離（すなわち時間）を稼ぐことができる
ようになり、デンドライトショートの発生率を低減する
ことができ、電池の寿命延長を図ることができる。（２）本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、ガラス
繊維主体のシートを抄造後、後工程にて無機粉体を処理
することによって作られることから、従来の混抄法によ
る場合のように、ガラスマットシートの繊維の絡みを阻
害することがないため、セパレータ強度を低下させるこ
とがなく、良好な電池組立性を維持することができる。（３）本発明の密閉型鉛蓄電池用セパレータは、ガラス
繊維主体のシートを抄造後、後工程にて無機粉体を分散
した非接着性の分散液に含浸処理することによって作ら
れることから、（接着性のゾル物を処理する場合に比較
して）柔らかいまま処理することが可能であり、セパレ
ータが柔軟性を維持することができるので、Ｕ字曲げに
より使用形態にも十分対応できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】湿式抄造して得たガラス繊維主体のシー
トを、無機粉体を分散した液中に含浸処理し、ガラス繊
維間に前記無機粉体粒子を分散状態で介在させてなる密
閉型鉛蓄電池用セパレータ。
【請求項２】前記無機粉体の量がセパレータの純体積
の５〜５０容量％であることを特徴とする請求項１記載
の密閉型鉛蓄電池用セパレータ。
【請求項３】前記無機粉体が、電気絶縁性でかつ耐硫
酸溶解性の無機粉体であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の密閉型鉛蓄電池用セパレータ。
【請求項４】前記無機粉体が、シリカ、アルミナ、或
いは、チタニアであることを特徴とする請求項３記載の
密閉型鉛蓄電池用セパレータ。
【請求項５】前記無機粉体の粒子径が５μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の密
閉型鉛蓄電池用セパレータ。
【請求項６】前記セパレータの厚みが０．８ｍｍ未満
であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載
の密閉型鉛蓄電池用セパレータ。