JPS588554B2 - 電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電池に関するものであり、その特徴は合成樹脂
を含む微孔性シ一トをエンボス加工する際に、その凸部
を特定の大きさの形状、例えば一辺１〜１０ｍｍ範囲の
菱形、或は直径２〜５ｍｍの円などとし、しかも凸部相
互間から二軸方向に延びた巾０．２〜２ｍｍで凸部より
も高さの低い線状の凸によりつないだセパレータを使用
することにより、より性能のよい蓄電池を供することに
ある。

従来０．５ｍｍ以下の薄膜微孔性シートは厚さが薄く、
陰陽極板の間隙を保つためにスペーサとしてガラスマッ
トや、不織布が併用されるか或は、シート表面にリブを
つけて使用されていた。

しかしながらガラスマットを併用する場合は、電池組立
に於て取扱が不便であり、又コスト高になるという欠点
があり、一方リブをつける方法も、リブ付けが困難であ
るという欠点があった。

これらの欠点をなくすために薄膜微孔性シートをエンボ
ス加工して単に凹凸をつけ、使用するという方法が提案
されている。

しかしながら、この方法で得られたセパレータは第４図
イ，ロに示す如く独立したもので、電池の中で陽極と陰
極との間に配置された場合、極板５とセパレータ４との
間に独立した空隙６ができ、電池充放電中に発生するガ
スがここに溜りイオンの移動を妨げ、電気抵抗を増大せ
しめ電池放電性能を著しく阻害する欠点を有していた。

本発明は、これらのエンボスセパレータの改良に係り、
薄膜微孔性シートをエンボス加工するととにより得られ
るセパレータのエンボス形状がある間隔を有する複数の
凸部と該凸部間を結んで二軸方向に延び該凸部よりも高
さの低い適当な線状の凸起よりなりかつ該凸部又は線状
凸起の一部又は全部の微孔が縮小又は閉塞していること
を特徴とするもので、このセパレータを使用することに
より電池極板より発生するガスを線状の凸部を通して上
部に逃がすことができ、凸部空隙に滞留することを防止
しかつ電解液の流動性が良く、更に機械的に弾力性に富
むセパレータとすることができ、性能のよい電池を供し
ようとするものである。

本発明を図面により説明すれば、第１図は、本発明の一
実施例の部分平面図、第２図は、第１図のＡ−Ｎ縦断面
図である。

図に於て１は、エンボス加工された凸部、２は凸部相互
を結んで二軸方向に延び且つ凸部よりも高さの低い線状
の凸起であり、３はウエブである。

図は本発明の一実施例であり、凸部の形状は菱形となっ
ているが、以下の実施例に示す如く、その大きさが一定
の範囲内であれば、円、橢円、正方形、或は長方形等の
類似であっても良く、又凸部をつなぐ凸起もその巾が０
．２〜２ｍｍの範囲内であれば良い。

まだ凸部の頂点間の距離が４〜２０ｍｍの範囲であるこ
とが適当である。

以下に実施例を示す。

実施例 １ 厚さ０．２ｍｍのポリエステル合成繊維不織布とポリ塩
化ビニル樹脂とを主成分とする平均微孔径０．６ミクロ
ンの薄膜微孔性シ一トを、先端の形状が１辺２ｍｍの菱
形であるような凸起の頂点間の距離が５ｍｍでかつ凸起
部相互を先端の巾０．２ｍｍで凸起部の高さより低い線
状の凸起でつないだパターンをもつ１４０℃の金属製エ
ンボスロールとゴムロール（ＪＩＳ ｓｈｏｒｅ Ｄｔ
ｙｐｅ硬度８０の合成ゴムネオプレーン）の間を、７８
ｋｇ／ｃｍ２の加圧下において１０ｍ／分のスピードで
通してエンボス加工し、見掛け厚さ０．８ｍｍの凸部と
この凸部相互間をつなぐ線状の見掛け厚さ０．３ｍｍの
凸起を設けたセパレータとすることができた。

このセパレータは、１．２０ｄ希硫酸中の電気抵抗は、
０．００１０（Ω／ｄｍ２／枚）と抵抗が低く、耐酸化
性は１３０Ｈ／枚と従来のフェノール処理した紙セパレ
ータに比べ２倍以上の耐酸化性を有していた。

又このセパレータの弾力性は大きく１００ｍ２当り２０
ｋｇの荷重をかけた時の変形は３カ月経過時で１０％で
ガラスマットの弾力性を凌駕するものであった。

このセパレータを凸部が陽極にあたるようにかつ凸起相
互をつなぐ線状凸起が垂直方向に斜になるようにして、
電池に組込んで試験したところ、セパレータに設けられ
た弾力性のある凸部によって極板間隙を保持し、かつ凸
起相互間を凸起より高さの低い線状凸起で接続している
ため、電解液の移動が速やかになり、又極板から発生す
るガスが極板とセパレータの凸部又は線状凸起との間に
形成された空間を容易に移動して極群外に除去せしめる
ことができ、特に高率放電に於て、従来のセパレータに
ない特性を示し、容量に於て２０％、電圧特性において
８％の増加となった。

寿命性能はリブつきセパレータ使用電池に比べて５０％
大であった。

又凸部をつなぐ線状凸起が垂直方向に対し、斜めになっ
ていることもガスの抜けが良くなった一因でもある。

更にコストも従来のリブ貼付セパレータ又はガラスマッ
ト併用セパレータに比較してエンボスセパレータが単な
るシートの変形によるものであるため付加する材料がな
く、３０〜４０％のコストダウンが可能となった。

実施例１において合成繊維を含まない厚さ０．２５ｍｍ
のポリエチレンを主体とする微孔性体をエンボス加工し
たものは電気抵抗において同質のものが得られたが、弾
力性に之しく、１００ｃｍ２あたり２０ｋｇの荷重をか
けた時の３カ月経過時の変形は５０％以上と大きなもの
であった。

実施例２ 厚さ０．１ｍｍの合成繊維不織布を含む平均孔径３ミク
ロンの薄膜微孔性シートを、先端の形状が直径３ｍｍの
円であるような凸起を有し凸起の頂点間の距離が６ｍｍ
でかつ凸起部卸互を先端の巾１ｍｍで凸起部の高さより
も低い線状の凸起でつないだパターンをもった１２０℃
に加熱されたロールとゴムロールの間を通してエンボス
加工して、該シートに円形の凸起とその凸起相互間を接
続する線状凸起を設ける凸起部の見掛け厚さ０．８ｍｍ
のセパレータとした。

このセパレータは１．２０ｄ希硫酸中の電気抵抗は０．
０００８（Ω／ｄｍ２／枚）と極めて抵抗が低く、耐酸
化性は１２０Ｈ／枚と実施例１と同じく蓄電池用セパレ
ータとして適している。

このセパレータを実施例１と同じく凸部が陽極にあたる
ようにかつ凸起相互をつなぐ線状凸起が垂直方向に斜め
になるようにして電池に組込んで試験したところ、実施
例１と同じく容量に於て２０％、電圧特性において１０
％の増加となった。

寿命性能はリブつきセパレータに比べて３０％大であっ
た。

実施例１より若干寿命が短かいのは、凸起の単位面積あ
たりの数が若干少ないためである。

実施例 ３ 高分子量のポリエチレン１５容量％と充填材として１５
容積％のシリカ及び１容積％のカーボンブラックと、可
塑剤として６９容積％のペトロリウムオイルとを均一に
まぜ合せて混合物をつくり、混合物を適当な方法でシー
トに成形し、該シートを溶媒ヘキサンに浸漬してペトロ
リウムオイルを抽出して厚さ０．３ｍｍの薄膜微孔性シ
ートとなした。

該シートを先端の形状が１辺２ｍｍの菱形であるような
凸起の頂点間の距離が５ｍｍでかつ凸起部相互を先端の
巾０．２ｍｍで凸起部の高さより低い線状の凸起でつな
いだパターンをもつ１６０℃に加熱されたロールとゴム
ロールの間を通してエンボス加工し、該シートに菱形の
凸部とこの凸部相互間をつなぐ線状凸起を設けるセパレ
ータとした。

エンボスされたセパレータ厚さは０．８ｍであった。

このセパレータは１．２０ｄ希硫酸中の電気抵抗は０．
００１７（Ω／ｄｍ２／枚）であり、耐酸化性は４５０
Ｈ／枚以上であった。

但し、該セパレータは弾力性はややとぼしく、寿命はリ
ブつきセパレータに比べて２０％程度伸びたに過ぎなか
ったが実施例１及び２と同じく、蓄電池用セパレータと
して使用できる。

実施例 ４ アクリロニトリル繊維２０％とガラス繊維２０％を均一
に混合して抄紙したのち、結合剤としてポリエチレン２
０％、充填剤としてホワイトカーボン４０％の混合物を
該シールに塗布し、適当な処理をして厚さ０．２５ｍｍ
の微孔性シ一トとなした。

該シートを実施例３で使用したのと同じ形状の１５０℃
に加熱されたロールとゴムロールの間を通してエンボス
加工し、該シートに菱形の凸部とこの凸部相互間をつな
ぐ線状凸起を設けるセパレータとした。

このセパレータは１．２０ｄ希硫酸中の電気抵抗は０．
００１３（Ω／ｄｍ２／枚）であり、耐酸化性は８０Ｈ
／枚であった。

但し、該セパレータは無機質が多く樹脂分が少ないため
電池寿命は従来品に比べて１０％程度伸びたにすぎなか
ったが、蓄電池用セパレータとして適していた。

実施例 ５ 繊維径５μ以下のポリプロピレンからなる不織布シート
に実施例４と同様のエンボス加工を行なった。

得られた製品は見掛け厚さ０． ９ｍｍで弾力性を有し
ていたが合成樹脂を含むものより弱かった。

又このものは電池寿命が従来品より５％向上したに過ぎ
なかつだが、これは微孔径が１０〜２０μと大きいため
に短絡が生じたためである。

本発明の特徴は、ガス抜けがよくかつ弾力性のある構造
をもつセパレータを具えることを特徴とするが、この弾
力性を波形のセパレータと比較すれば、第５図の如くで
凸部単位面積あたりの弾性においていかに本構造が優れ
ているかがわかるであろう。

第５図において、７は本発明構造によるもの、８は第３
図に示すような波形の構造をとった場合である。

又弾性は凸部のフイルム化の度合によって異なりフイル
ム化度が高い稈弾性は良い。

第６図はエンボスロール温度と得られた製品の１００℃
において２ｋｇ／ｄｍ２の荷重を３０分かけた時のひず
みの関係を示している。

エンボスロール温度が高く製品の凸部のフイルム化が進
むと弾力性が増している。

弾性を改良する最もよいシートの構成は不織布又は織布
と樹脂とが一体となった微孔シートで、更に微孔を形成
する合成樹脂のみが融解し、合成繊維が融解しない場合
が最もよい。

次に良好な成績を示すのが合成繊維と微孔形成樹脂とが
共に融解する場合であり、次は合成繊維のみからなるシ
ートを使用した場合である。

合成繊維を含まないものは、一番効果が少ない。

上述の如く、微孔シートの構成、凸部の形状、大きさ、
凸部相互をつなぐ線状凸起の形状、フイルム化の度合、
及び凸部の間隔がセパレータとしての特性に影響があり
、これが電池の寿命性能に対し影響があることはすでに
述べたが、特にガスの逃げがよく液の拡散、対流がよい
ことは電池の放電性能を著しく向上させ、本発明実施の
セパレータを使用した場合高率放電特性における初期５
秒目電圧が従来電池に比べ５〜１０％良好であつた。

又、持続特性も１０〜２０％良好であった。上記記載し
た本発明の特徴をまとめれば次の通りである。

則ち本発明は下記特徴を有するセパレータを具えること
により高率放電々圧特性、持続特性がよく、かつ寿命特
性のよい電池を提供するものである。

本発明に使用されるセパレータの特徴は、■０．５ｍｍ
以下の薄いシートを薄いという特徴を生かしたまま、変
形せしめて見掛厚さを得ているために電気抵抗が低く、
高率放電特性がよい。

■比較的小さな凸部を多く有するために弾力性に富み、
極板間に配置されて、活物質を加圧する力を有し、０．
５ｍｍ以下の薄型セパレータを使用するにもかかわらず
０．７ｍｍのセパレータに０，４ｍｍのガラスマットを
貼り合せたセパレータとほぼ同等の活物質脱落防止効果
を有し、第３図に示すような波形（コルゲート）セパレ
ータよりも活物質脱落防止効果が犬で、寿命性能が大で
ある。

上記■■の特徴を発揮させるために、本発明は下記構造
を有している。

即ち、セパレータに凸部と凸部を結んで凸部よりも高さ
の低い線状凸起を二軸方向に設けることにより陽極板と
セパレータとで形成される空間、及び陰極板とセパレー
タとの間に形成される空間はそれぞれ連続した通路を有
し、電解板の流動、ガスの移動を容易にし、電池反応を
円滑にし、電池性能を向上せしめる効果を有している。

本発明の特徴を更に詳記すれば、シートに単に凸部を設
けた従来のものは第４図に示す如く両極板ではさんだ場
合、凸部４の裏側の凹部と極板５との間に形成された空
間６は、密閉された形状となりこの中の電解液は、流動
しにくく、又この中にとじこめられたガスは逃げ場がな
く、滞留し、イオンの移動をさまたげ、電池放電性能を
著しく妨げる結果となるのに反し、本発明は凸部と凸部
をつなぐ該凸部よりも高さの低い線状凸起を有するため
に、両極板間にセパレータが配置された時に極版とセパ
レータとの間に形成される空間を連続したものとするこ
とができる。

即ち弾力性を得るために多くの凸部を有するにかかわら
ず、電解液の流動、ガス留りの除去を可能にしたもので
、電池性能を向上してきわめて効果あるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図イは本発明の一実施例の部分平面図、第１図口は
仝斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ′断面図、第３図は
従来の波形セパレータの斜視図、第４図イは従来のシー
トに凸部を設けたセパレータの斜視図、口はこれを極板
と組合せた部分断面図、第５図はセパレータの見掛厚さ
と凸部面積との相関関％を示したもので、第６図はひず
みとロール温度の関係を示した図である。 １・・・エンボス加工された凸部、２・・・ウエブ、４
・・・凸部、５・・・極板、６・・・空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 合成樹脂を含む微孔性シートよりなり複数の凸部と
   該凸部間を結んで二軸方向に延び且つ該凸部よりも低い
   線状凸起とを有するとともに該凸部又は線状凸起の一部
   又は全部の微孔が縮小又は閉塞してなることを特徴とす
   るセパレータを具える電池。 ２ 微孔性シ一トが合成繊維を含む特許請求の範囲第１
   項記載の電池。 ３ セパレータの凸部形状が１辺１〜１０ｍの菱形又は
   これと大きさが類似の円、楕円、正方形、又は長方形等
   に類似の形状である特許請求の範囲第１項記載の電池。 ４ セパレータの凸部の頂点間の距離が４〜２０ｍｍで
   ある特許請求の範囲第１項記載の電池。 ５ セパレータの凸部相互をつなぐ線状凸起の巾が０．
   ２〜２ｍｍである特許請求の範囲第１項記載の電池。 ６ セパレータの凸部相互をつなぐ線状凸起を使用時垂
   直方向に対し斜めになるように組み込んだ特許請求の範
   囲第１項記載の電池。