WO1996032751A1 - Water-repellency agent for cells and cells - Google Patents

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WO1996032751A1
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polymer
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PCT/JP1996/000953
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Tetsuo Shimizu
Yoshihide Higashihata
Takayuki Nakamura
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Daikin Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a water repellency-imparting agent for a battery and a battery obtained by using the same.
  • the performance of these batteries is largely determined by the active material of the battery (hereinafter simply referred to as the “active material”), even among the electrode materials for the positive and negative electrodes of the battery.
  • the active material is a positive electrode active material dioxide Ma emission gun (M n 0 n), hydroxide of two Tsu Ke Le (N i (OH) 2) Ku Le bet acid Li Ji U-time (L i C o O 2), two Tsu Quai Le acids Li Ji U beam (L i N i 0 9) , pentoxide nosed di ⁇ beam (V 2 0 "), pentoxide niobium Bed (N b 2 0 I :),
  • the active material of the negative electrode is cadmium hydroxide (Cd (OH) 2 ), hydrogen Storage alloy (M-H), carbon material (natural or artificial graphite, Cokes, etc.).
  • Electrodes are made by binding with conductive carbonaceous materials such as graphite and graphite, and in this case, they have excellent chemical resistance, heat resistance, and binding properties.
  • Fluorine resin has been widely used as a suitable binder.
  • polytetrafluoroethylene is used as a binder, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-23636. 2 in 5 8 JP, Li Ji U beam primary battery positive electrode active material in Ru Oh M n 0 2 and a Se Ji Le emissions Bed rack, grayed La off ⁇ I bets, etc.
  • conductive carbonaceous Use a high molecular weight polydisperse polytetrafluoroethylene (PTFE) dispersion to bind the material to the material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • manganese oxide which is the active material of the positive electrode of a zinc-air battery
  • carbon which is a conductive carbonaceous material
  • PVDF polyvinylidene polyfluoride
  • the cycle life characteristics can be improved, although it is a measure of the performance of these secondary batteries.
  • Secondary batteries that use nickel compounds as the positive electrode active material, especially nickel-hydrogen secondary batteries In a battery, oxygen gas is generated from the positive electrode during rapid charging due to overcharging and large current, and the internal pressure of the battery rises. This is a major factor and the cycle life is shortened. In other words, if the internal pressure of the battery rises too much and the installed safety valve is activated, the aqueous electrolyte solution, oxygen gas, etc. are discharged outside the battery and the discharge capacity is discharged. And the liquid leakage phenomenon occurs. As a result, there is a problem that the life is shortened.
  • the solution to this problem is to accelerate the reaction of rapidly dispersing the generated gas back to water, oxides or hydrides.
  • This can be achieved by adjusting the capacity balance between the positive and negative electrodes to increase the capacity of the negative electrode, and by adding a catalyst capable of reducing carbon dioxide to the negative electrode. It has been implemented.
  • the gas can be rapidly diffused back to water, oxides or hydrides at the gas-liquid-solid three-phase interface in the electrode. Therefore, this interface is to be finely, densely, and uniformly present inside or on the surface of the electrode (particularly, the negative electrode).
  • the nickel-hydrogen rechargeable battery uses a fluorine resin that has a feature that it is easy to form a three-phase interface because of its low surface energy and high water repellency.
  • a water-repellent function has been used at the same time.
  • reaction mechanism of a fuel cell is one that positively reacts at the three-phase interface between gas, electrolyte, and catalyst, which are just fuels, and is used there.
  • Fluorocarbon resins also have both functions of binding and water repellency.
  • PTFE obtained by emulsion polymerization, especially among fluororesins, has a small shearing force unless it has been previously heat-treated at a temperature higher than its melting point. It has the property that it is easy to Therefore, when mixed with other powdered materials, it easily generates fibrils, and exhibits the action of tightening them, that is, the binding property. This binding property and extremely excellent chemical resistance and heat resistance are the reasons why fluorocarbon resin is used as a binder for battery electrodes, and PTFE is also used as the binder.
  • Various primary and secondary batteries for example, air-zinc primary batteries, Alkali-manganese primary batteries, lithium primary batteries, nickel-cadmium batteries) Rechargeable batteries, nickel-hydrogen rechargeable batteries, lithium ion rechargeable batteries, etc.
  • nickel-cadmium secondary batteries, nickel-hydrogen secondary batteries, or fuel cells that require water repellency as well as binding properties
  • a small amount of PTFE is sufficient for fibrillation, but in order to give the electrode a dense and uniform water repellency, do not use an amount larger than that required for binding. I have to do it.
  • Increasing the water repellency by increasing the amount of PTFE is usually accompanied by some difficulties and is, for example, easy to fibrillate, so it is essentially other liquids.
  • PTFE poly(ethylene glycol)
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-224908 discloses a fluororesin powder having an average molecular weight of 300,000 or less.
  • low molecular weight PTFE homopolymer
  • FEP tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer
  • the purpose of the present invention is to avoid using fluororesin powder as it is, and to form a fibril even when mixed with an electrode material.
  • a water-repellent agent for batteries that has high chemical resistance, heat resistance, and more effectively increases water repellency, and that is excellent in workability.
  • An object of the present invention is to provide a battery having excellent cycle life and internal pressure characteristics. Disclosure of invention
  • tetrafluoroethylene having an average particle diameter of 0.05 to: Lm.
  • One fluoro (alkyl vinyl ether) copolymer hereinafter also referred to as “PFA”
  • PFA fluoro (alkyl vinyl ether) copolymer
  • TFE Z or non-fibril forming tetramer Fluoroethylene
  • the present invention relates to a battery obtained by using the above-mentioned water repellency imparting agent for a battery. Brief description of the drawings
  • FIG. 1 is a graph for explaining the cycle characteristics of the discharge capacity of the battery of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a method of mixing PFA and Z or non-fibril forming TFE polymer with an electrode material.
  • Aqueous dispersion or onoreganozol containing fine particles of PFE and non-fibril-forming TFE polymer that does not form a fibrinol As a result, it has been found that higher water repellency can be obtained as a result of more uniform mixing with the electrode material and application to the electrode. However, it is possible to solve the above problem.
  • PTFE if it is fibrillated, either a homopolymer or a modified PTFE will suffice.
  • fine particles of PFA and Z or non-fibril-forming TFE polymer are used, for example, inside an electrode (particularly, a negative electrode). It is thought that excellent water repellency can be obtained because they are uniformly and densely dispersed on the surface.
  • the TFE polymer which can be used in the water repellency-imparting agent of the present invention is non-fibril-forming and excellent in water repellency, heat resistance and chemical resistance.
  • Non-fibrils such as non-fibril forming PTFE (homopolymer) ⁇ non-fibril forming modified PTFE, etc.
  • the formable TFE polymer is exposed.
  • As the non-fibril-forming modified PTFE a polymer obtained by copolymerizing TFE with a small amount of another comonomer that does not impart melt flowability is used. Including coalescence.
  • the comonomers include hexafluoropropylene, chlorotrif-norethyloethylene, and.
  • Fluoro (Areile Vinyl), Perfluoro (Asoire Koki Vinylirete), Trifoleo Ethylene and Ha It can be used to produce fluoroalkyl soleins.
  • the copolymerization ratio of the comonomer varies depending on the type of the comonomer, the comonomer is, for example, perfluoro (vinyl alcohol vinyl). Or, if you use a perforated mouth, usually up to 2% by weight, preferably 0.01%. It can be used as a copolymer component in an amount of up to 1% by weight.
  • TFE—perfluoro (alkyl vinyl ether) (PFAVE) copolymer (PFA) (however, the copolymerization ratio of PFAVE is More than 2% by weight), TFE — hexafoleopropane propylene (HFP) copolymer (FEP), TFE-PFAVE-HFP terpolymer (EPA), TFE — HFP — vinyl
  • PFAVE perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer
  • HFP hexafoleopropane propylene
  • EPA TFE-PFAVE-HFP terpolymer
  • VDF ternary fluoride
  • one or more of these non-fibril-forming TFE polymers and PFAs can be used.
  • the water repellency-imparting agent various types other than the TFE polymer are used.
  • the copolymer does not originally have the fibril-forming property according to the present invention.
  • the fibril-forming ability of the TFE polymer is related to its average molecular weight.
  • the average molecular weight of ordinary high-molecular-weight PTFE (homopolymer) is determined by a conversion formula using the standardized specific gravity of molded articles (for example, The formula described in Kohei No. 4 1 1 5 4 8 4 2:
  • n represents the number average molecular weight
  • SSG represents the standard specific gravity defined by ASTMD—1455783a
  • the presence or absence of the ability to form a filament is determined by using a powder made from an emulsion polymer of TFE.
  • "High molecular weight PTFE fine powder” Judgment was made by “paste extrusion”, which is a typical method of forming “I”.
  • paste extrusion is possible because high molecular weight PTFE has a fibril-forming property and was obtained by paste extrusion.
  • Unsintered molded articles have no substantial strength, no elongation, e.g. no elongation at 0%, no elongation, no fibril-forming properties (I.e., non-fibril forming).
  • the water repellency-imparting agent of the present invention is characterized by using a non-fibril-forming TFE polymer (hereinafter, also simply referred to as “polymer”) or PFA as described above.
  • polymer also simply referred to as “polymer”
  • these fine particles are formed into a liquid form such as an aqueous dispersion or an organosol, and the imparting agent is used.
  • the imparting agent is used.
  • the fine particles need to have a sufficiently small average particle size.
  • the smaller the average particle size the higher the surface area per unit weight of the fine particles of the polymer or PFA, the higher the water repellency of the electrode, and the more the three-phase interface is formed. It gets worse.
  • the smaller the particle size the more advantageous in terms of uniform dispersion, the better.
  • the average particle diameter is in the range of 0.05 to L / zm. If it is larger than this, it is necessary to increase the amount of addition in order to obtain a water repellent effect in the electrode, and it is not only uneconomical but also the battery performance per capacity. descend .
  • the preferred average particle size is from 0.05 to 0.3 zm, and more preferably from 0.05 to 0.3 zm. It is 1 um.
  • the average particle size of the fine particles of the non-fibrillar TFE polymer is 0.05 to 0.3 / m, and the fine particles of the polymer have a particle diameter of 38 to 0.3 / m. Since the melt viscosity at 0 is less than 1 X 10 'voice, it is excellent in productivity and uniform in the form of almost fine particles on the electrode surface or inside. It is distributed to.
  • the polymer or PFA that forms the fine particles having an average particle diameter of 0.05 to lzm can be produced by ordinary emulsion polymerization.
  • non-fibril-forming PTFE is disclosed, for example, in Japanese Patent Publication No. 57-22043 and Japanese Patent Publication No. It can be manufactured according to the manufacturing method described in Japanese Patent Application Publication No.
  • PFA is produced, for example, by the production method described in Japanese Patent Publication No. 48-208788. In these production methods, an aqueous dispersion containing the fine particles is directly obtained.
  • the concentration of the fine particles in the aqueous dispersion is 10 to 45% by weight.
  • it can be easily produced by selecting the type and amount of the emulsifier used in the polymerization.
  • the aqueous dispersion produced by the emulsion polymerization can be used as a water repellency-imparting agent as it is.
  • a surfactant it is also preferable to add a surfactant to stabilize the composition.
  • the type of the surfactant is not particularly limited, but at least one of an anion-based surfactant, a cation-based surfactant, and a non-ion-based surfactant is used. Can be used.
  • the electrolyte used in the manufacture of batteries nickel-hydrogen rechargeable batteries mainly use an aqueous solution of lithium hydroxide).
  • an ion-containing surfactant containing the same ion as the metal ion contained may be used, it is generally said that the aqueous dispersion has excellent stability. For this reason, nonionic surfactants are preferred.
  • the type of the nonionic surfactant is not particularly limited, but is a group of polyoxyethylene fatty acid ester type surfactants, for example, fatty acid group.
  • Polyoxyethylene compounds such as cholesterol ester, fatty acid sorbitan and mannitol ester are exposed to porcine.
  • a group of xylene ethylene-condensed surfactants for example, higher fatty acids, higher alcohols, higher alkylamines, higher fatty acid amides, higher alkyls
  • Polyoxyethylene condensates such as phenolic phenol and phenolic phenol can be obtained.
  • surfactants of the polyethylenimine condensation type are also required.
  • the nonionic surfactant may not be added, but if necessary, the amount of the nonionic surfactant to be added is not limited to the amount in the aqueous dispersion. It is sufficient that the amount is about 1 to 20% by weight based on the total amount of the polymer and z or the fine particles of the polymer. If it is too small, long-term dispersion stability may not be sufficient, and if it is too large, battery performance is adversely affected.
  • the surfactant is not an essential one, and each electrode material is mixed without adding a surfactant to the aqueous dispersion. I don't support it.
  • the fine particles of the PFA or the polymer in the aqueous dispersion according to the present invention may have an aqueous dispersion obtained by the emulsion polymerization as it is.
  • Dilute or concentrate 1 to 70% by weight, preferably 5 to 70% by weight, more preferably 5 to 60% by weight, particularly preferably 10 to 70% by weight.
  • the concentration is too high, the viscosity of the aqueous dispersion becomes high, resulting in poor workability. If the concentration is too low, it takes time and effort to remove an appropriate amount of water, and the efficiency of electrode production decreases. .
  • the organozole containing the fine particles of the PFA and / or the polymer according to the present invention can be prepared from the aqueous dispersion obtained by the emulsion polymerization in a conventional manner (for example, The US Patent No. 2593
  • the fine particles are separated by coagulation according to the specification of No. 583), and the powder obtained by further drying is mechanically placed in a dispersion medium as described below. Alternatively, it can be easily manufactured by redispersion by ultrasonic waves. Alternatively, the organosol can be prepared without using a powdering process by a translocation method as described in Japanese Patent Publication No. 49-17016. It can also be used.
  • the fine particles of the PFA and / or the polymer are difficult to obtain in a finely dispersed state such as an aqueous dispersion in the onoreganosol. Or agglomerated.
  • the agglomerated particles have a size of l to 5 m.
  • the specific surface area is not substantially changed by the agglomeration.
  • the average particle size does not mean the average particle size of the aggregated particles, but indicates the average particle size of the fine particles.
  • the dispersion medium of the organosol is not particularly limited as long as it is an organic dispersion medium that wets the fine particles of the PFA and / or the Z or polymer.
  • aromatic hydrocarbons such as benzene, tonolene and xylene, carbon tetrachloride, Halogenated hydrocarbons such as chloroethylene, ketones such as methylisobutylketone (MIBK) and diisobutylphenol.
  • Water-soluble alcohols such as esters, butanol acetate, etc., methanol, ethanol, isopropanol (IPA), N — Preference is given to methyl pyrrolidone (NMP).
  • organic dispersion media that can be particularly preferably used are IPA, ethanol or MIBK. .
  • An organic dispersion medium which is difficult to wet the PFA and / or polymer fine particles alone for example, carbon tetrachloride, trichloroethylene, diisobutyl; Ketones can also be made into organosols by adding a small amount of an oil-soluble surfactant.
  • the electrode material When the electrode material is treated with a water repellent material using an organosol, the drying is easier than that of the aqueous dispersion, and the interface added like the aqueous dispersion is used. There is an advantage that the adverse effect of the activator on the electrode can be reduced.
  • the concentration of the fine particles of PFA and / or Z or polymer in the organosol according to the present invention is 5 to 70% by weight, and more preferably 5 to 40% by weight. It is preferable to use it in the range of%. If the concentration is too high, the dispersibility is so high that it is difficult to obtain a uniform mixture with the electrode material, and even if the mixture is applied, the concentration distribution of the electrode material becomes non-uniform. . If the concentration is too low, the amount of copolymer and / or Z or polymer required for water repellency becomes difficult to obtain.
  • the electrode material such as a battery active material and a conductive carbonaceous material used in the present invention
  • the above-mentioned conventional electrode materials can be used.
  • Methods for imparting water repellency to an electrode are described in, for example, JP-A-6-41649, JP-A-3-210767, and JP-A-6-44490.
  • a hydrophilic resin as a binder or a thickener in an electrode material or a fibril as a binder in an electrode material.
  • the water repellency-imparting agent of the present invention can be mixed at the same time. Wear . Even when the water repellency-imparting agent of the present invention is mixed with a strong shearing force, fibrils are not generated and the viscosity is not increased.
  • the water repellency-imparting agent of the present invention is preferably made of an aqueous dispersion, because it is easily mixed uniformly with the above-mentioned electrode material. . Further, after the electrode material and the binder are mixed to form a paste, the water repellency-imparting agent of the present invention may be mixed, or the paste may be used as a current collector. After the application, the water repellency-imparting agent of the present invention can be impregnated or further applied before use.
  • the aqueous dispersion of fibril-forming high-molecular-weight PTFE is added in advance to the aqueous dispersion containing fine particles of PFA or polymer to form the water repellency-imparting agent of the present invention. You may.
  • the paste may be in the form of an aqueous dispersion.
  • the above-mentioned hydrophilic resin is added when a negative electrode is produced by using a paste-like electrode material.
  • Block copolymer polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (including alkaline metal salt and ammonium salt), polyacryl Hydrophilic acrylic polymers such as acid-polymethacrylic acid copolymers (including metal salts and ammonium salts) and polyacrylonitrile amides , Polyvinylpyrrolidone, hydrophilic cellulose such as canolepoxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose (MC) And natural hydrophilic high molecular compounds such as polysaccharides.
  • CMC canolepoxymethylcellulose
  • MC methylcellulose
  • natural hydrophilic high molecular compounds such as polysaccharides.
  • the hydrophilic resin is added to the aqueous dispersion containing fine particles of PFA or Z or a polymer to which a nonionic surfactant has been added in advance to form the water repellency-imparting agent of the present invention. You may.
  • the concentration of the nonionic surfactant is 0 to 20% by weight, preferably 0 to 10% by weight, based on the overlapping amount of the polymer or PFA. is there .
  • the concentration of the hydrophilic resin is 0 to 10% by weight s, preferably 0 to 5% by weight, based on the weight of the polymer or PFA.
  • the batteries according to the present invention include, for example, a lead storage battery, a nickel-cadmium secondary battery, a nickel-hydrogen secondary battery, and a lithium ion battery.
  • Rechargeable batteries, fuel cells, etc. are required, but in the production of electrode materials for batteries, both aqueous dispersion and organozole are required. And the ability to quickly respond to gas generation during rapid overcharge, thereby improving performance and improving nickel performance.
  • Preferable is a miniature secondary battery or nickel-hydrogen secondary battery o
  • the battery of the present invention can be obtained by a method such as It is.
  • a fibril-forming high molecular weight PTFE aqueous dispersion (binder), a battery active material and a conductive carbonaceous material were uniformly mixed, applied to a current collector, and dried. After that, it is impregnated with a water repellency-imparting agent comprising the organozole of the invention.
  • a separator made of a non-woven cloth of polyamide is arranged between the positive electrode and the negative electrode obtained by the above-described method, and the whole is spirally wound, and the size of the AA sheet is increased. Then, put the container in a nickel-coated container, fill it with an aqueous electrolyte solution, and close the lid.
  • water repellency imparting agent for batteries of the present invention for example, Something like this is preferred
  • This kind of water or organic dispersion medium is advantageous in terms of water repellency.
  • Type Water or organic dispersing medium It is said that this imparting agent forms more three-phase interfaces even when used in the same amount because of its smaller particle size. It is superior in this respect.
  • This kind of water or organic dispersion medium is superior in that it is easier to handle when used at an appropriate concentration of the dispersion medium.
  • Type water or organic dispersion medium This imparting agent is advantageous in terms of water repellency.
  • Type Water or organic dispersing medium This imparting agent is superior in that more three-phase interfaces are formed due to the smaller particle size. .
  • This imparting agent has an appropriate dispersion medium and excellent handling properties.
  • TFE polymer or PFA powder 50 g was mixed with 10.8 g of a hydrocarbon oil extrusion aid (trade name: IP 1620, manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.). Leave at room temperature (25 ⁇ 2) for 8 hours to allow the two to mix well. Next, an orifice with a cylinder (inner diameter 25.4 mm), an aperture angle of 30 degrees and an inner diameter of 2.54 mm and a land length of 7 mm was attached at the lower end. An extruder die having a disk is filled with the mixture, and a load of 6 O kg is applied to the piston inserted into the cylinder and held for 1 minute.
  • a hydrocarbon oil extrusion aid trade name: IP 1620, manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.
  • the mixture is extruded in a string at a speed of 20 mm mZ for Ram speed (piston pushing down speed) indoors. If a continuous extrudate is obtained, conduct a tensile test at room temperature at a tensile speed of 20 Om mZ min.
  • a 40-m1 aqueous solution containing 300 mg of ammonium persulfate, which is one-fluoro mouth (propinole vinyl ether) and 300 mg of polymerization initiator was charged into the system and the reaction was started. During the reaction, keep the system temperature at 70, stirring at 250 rpm, and the internal pressure of the autoclave continuously at 1.0 ⁇ 0.05 MPa. Specifically supplied TFE.
  • melt viscosity When the melt viscosity was measured using a part of the dry powder and the base was extruded, the melt viscosity was 1.5 x 10 4 voices.
  • the extruded material was discontinuous and could not be replaced, and clearly had no strength or elongation due to fibrillation.
  • organosol 1 an organosol of the obtained powder (hereinafter referred to as “organosol 1”) was produced. 100 parts by weight of powder is added to 100 parts by weight of isopropanol, and the mixture is irradiated with 30 KHz, 100 Watts of ultrasonic waves for 30 minutes. did. When the — part of the organosol was dried at room temperature and examined with an electron microscope, particles of about 3 in which fine particles had aggregated were observed. However, the average particle size of the basic fine particles was the same as the fine particles in the aqueous dispersion obtained immediately after the polymerization, that is, 0.08 zm.
  • the remaining aqueous dispersion has Triton X as a non-ionic surfactant (Rome & Nose Company).
  • Triton X as a non-ionic surfactant (Rome & Nose Company).
  • the water was evaporated under reduced pressure, and the PFA was concentrated to a solid content of 60% by weight.
  • the average particle size of the fine particles of PFA in the concentrated aqueous dispersion (hereinafter referred to as “aqueous dispersion 1”) was measured by an electron micrograph and was the same as that of the original aqueous dispersion. It was 0.08 / zm.
  • Stainless steel (SUS316) auto with stainless steel anchor stirrer and temperature adjustment jacket, 6 liter capacity In the crepe, deionized water 296 mil.
  • After adding 0 g replace the inside of the system three times with nitrogen and twice with TFE to remove oxygen, then adjust the internal pressure to 1. OMPa with TFE, and stir at 250 rpm. Then, the internal temperature was kept at 70.
  • the powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, this filtrate to have measure the melt viscosity was Tsu Oh in 2 X 1 0 5 V o's.
  • organozol 2 The resulting powder, organozol (hereinafter referred to as “organozol 2”), was prepared using MIBK.
  • Ultrasonic waves of 0 KHz and 100 ⁇ bits were irradiated for 30 minutes. Similar to organozol 1 obtained in Preparation Example 1, particles in which fine particles were agglomerated by electron microscopy were observed, but the average particle size of the basic fine particles was found immediately after polymerization. It was 0.22 m, the same as that of the original aqueous dispersion.
  • the remaining aqueous dispersion contains Triton X—100 (manufactured by ROHM & NORTH COMPANY) as a non-ionic surfactant. Based on the weight of the TFE polymer obtained 6.
  • aqueous dispersion 2 The average particle size of the fine particles of the TFE compound in the concentrated aqueous dispersion (hereinafter referred to as “aqueous dispersion 2”) was measured by an electron micrograph and was the same as that of the original aqueous dispersion. It was 0.22 m.
  • a portion of the aqueous dispersion of (1) was concentrated by the same method as in Preparation Example 1 or 2, and the aqueous dispersion was concentrated so that the solid content of the polymer was 60% by weight ( Hereinafter, an “aqueous dispersion 3 J” was obtained.
  • the average particle diameter of the fine particles of the polymer in the aqueous dispersion 3 was determined to be the same as that of the original aqueous dispersion by measurement with an electron micrograph. It was the same 0.
  • Triton X—100 (Roam & Haas Kanno, manufactured by Nihon Kabushiki Kaisha) is used as an aqueous nonionic surfactant in the remaining aqueous dispersion.
  • aqueous dispersion 4 Aqueous dispersion (hereinafter, referred to as “aqueous dispersion 4”) was obtained by adding ion-exchanged water so that the amount became 10% by weight.
  • the average particle size of the fine U particles of the polymer in the aqueous dispersion 4 was 0.12 / m, which was the same as that of the aqueous dispersion, as measured by an electron micrograph.
  • the average particle diameter of 3 2 // hydrogen occlusion alloy of m (three virtues Metals E Co., Ltd., M m N i 3 5 A 1 0 5 C o? M ⁇ 0 ⁇ 3) 1 0 0 weight
  • aqueous PTFE dispersion (Daikin D-1 manufactured by Kogyo Co., Ltd., polymer concentration: 60% by weight, melt viscosity: 1 ⁇ 10 11 voice, average molecular weight: about 300,000)
  • the contact angle of water on the surface of the electrode thus produced was 48 degrees.
  • This electrode was immersed in the organosol 1 or 2 prepared in Preparation Example 1 or 2 and dried.
  • the amount of PFA or polymer impregnated in the electrode was about 5 parts by weight.
  • the contact angle of water on the electrode surface after drying was 120 degrees when using organosol 1 and 115 degrees when using organosol 2 Met.
  • the aqueous PTFE aqueous dispersion used in Example 1 was similarly used to reduce the polymer component force to 10 parts by weight.
  • the aqueous dispersion 1 or 2 obtained in Preparation Example 1 or 2 (Polymer content of 60% by weight of the polymer was 1% of the polymer content). Mix them so that they become 0 weight parts, cool them with ice water using a homogenizer while mixing them at 100,000 rpm for 20 minutes. This was coated on a piece of aluminum foil with a roller, and then dried at room temperature and then at 80 ° C. The surface of the electrode thus prepared was prepared.
  • the contact angle with respect to water was 59 degrees when the aqueous dispersion 1 was used, and 56 degrees when the aqueous dispersion 2 was used. Olga
  • the contact angle with water before the immersion of the sol was 48 degrees, which was larger than 48 degrees. That is, by using 20 parts by weight of fibril-forming PTFE, 10 parts by weight of fibril-forming PTFE and 10 parts by weight of non-fibril-forming TFE polymer are used. The use of parts by weight was superior in water repellency.
  • Example 1 Instead of the commercially available PTFE aqueous dispersion in Example 1, 20 parts by weight of the aqueous dispersion 1 obtained in Preparation Example 1 was mixed with 100 parts by weight of the hydrogen storage alloy, and An attempt was made to produce a paste, but the viscosity was too low to form a paste. The same results were obtained using the aqueous dispersion 2 obtained in Preparation Example 0.
  • the average particle diameter of 3 2 m of the hydrogen occlusion alloy (3 virtue Metals Industry Co., Ltd., M m N i. 5 A 1 0 5 C o Q? M n Q 3) to 1 0 wt% A commercially available aqueous PTFE dispersion (D-1 manufactured by Daikin Industries, Ltd., polymer concentration: 60% by weight, average molecular weight: about 300,000) diluted in water was added to the polymer solid dispersion. The concentration was adjusted so that the concentration became 2% by weight with respect to the hydrogen storage alloy.
  • the aqueous dispersion 1 prepared in Preparation Example 1 was diluted to 10% by weight S%, and the solid content concentration of the TFE polymer was increased to 2% by weight with respect to the hydrogen storage alloy. I added it. Further, a 5% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol as a thickener has a polyvinyl alcohol force of 0.5% by weight with respect to the hydrogen storage alloy.
  • a conductive carbonaceous material carbon fine powder is added to the hydrogen storage alloy so as to be 5% by weight with respect to the hydrogen storage alloy, and kneaded to produce a paste. did.
  • Electrode A This paste is applied to a nickel metal plated punching metal plate and smoothed with a slit to produce an electrode.
  • the electrode is pressurized with a 5-ton press, adjusted to a certain thickness through a roller press, and dried at 100 for 2 hours.
  • the lead plate was attached by spot welding and electrodes (hereinafter referred to as “electrode A”) were obtained.
  • a foamed nickel electrode in which a well-known foamed metal was filled with nickel hydroxide was used.
  • a commercially available polyamide nonwoven fabric was used for the separator.
  • a separator is placed between the electrode A and the positive electrode, the whole is spirally wound, and is housed in a AA-sized nickel-plated container. After injecting an aqueous solution of potassium hydroxide with a specific gravity of 1.30, close the lid, and place a sealed cylindrical battery with a rated capacity of 120 OmAh (hereinafter referred to as “battery A”). It was made.
  • Example 4 After injecting an aqueous solution of potassium hydroxide with a specific gravity of 1.30, close the lid, and place a sealed cylindrical battery with a rated capacity of 120 OmAh (hereinafter referred to as “battery A”). It was made.
  • Example 3 an electrode (hereinafter referred to as “electrode”) was used in the same manner as in Example 3 except that the aqueous dispersion 2 prepared in Preparation Example 2 was used instead of the aqueous dispersion 1. Electrode B ”) and a battery (hereinafter referred to as” battery B ").
  • Example 3 in place of the aqueous dispersion 1, a commercially available aqueous PTFE dispersion (D-1 manufactured by Daikin Industries, Ltd., polymer concentration: 60% by weight, average molecular weight: about 3%) was used.
  • An electrode hereinafter referred to as “electrode C” was prepared in the same manner as in Example 3, except that the battery (hereinafter referred to as “battery C”) was used. ).
  • a commercially available aqueous PTFE dispersion (D-1 manufactured by Daikin Industries, Ltd., polymer concentration: 60% by weight, average molecular weight: about 300,000) diluted to the overlap%
  • the solid content of the mar was added to be 4% by weight with respect to the hydrogen storage alloy.
  • a 5% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol as a thickener becomes 0.5% by weight of polyvinyl alcohol relative to the hydrogen storage alloy.
  • a paste was prepared by adding carbon fine powder as a conductive carbonaceous material so as to be 5% by weight with respect to the hydrogen storage alloy and kneading the paste. .
  • Electrode D The paste was applied to a nickel metal plated punching metal plate and smoothed with a slit to produce an electrode.
  • This electrode was pressurized with a 5-ton pressurizer, and further adjusted to a certain thickness through a roller press. Thereafter, the organozole 1 prepared in Preparation Example 1 was applied to the electrode surface in an amount of 0.4 to 0.5 mg Zcm 2, and then applied to the electrode. C was dried for 5 hours. After cutting, the lead plate was attached by spot welding and the electrode (hereinafter referred to as “electrode D”) was obtained.
  • a foamed nickel electrode in which a well-known foamed metal was filled with nickel hydroxide was used.
  • a commercially available polyamide nonwoven fabric was used for the separator.
  • a separator is arranged between the electrode D and the positive electrode, and the whole is spirally wound, and is housed in a container provided with an AA size nickel-plated metal. After injecting an aqueous solution of potassium hydroxide with a specific gravity of 1.30, close the lid, and use a sealed cylindrical battery with a rated capacity of 120 OmAh (hereinafter referred to as “battery D”). It was made.
  • Example 5 was repeated except that organozol 2 prepared in Preparation Example 2 was used instead of organozol 1 in Example 5. O 96/32751
  • Electrode E An electrode (hereinafter, referred to as “electrode E”) was prepared in the same manner as in Example 5, and a battery (hereinafter, referred to as “battery E”) was obtained.
  • Example 3 an electrode (hereinafter referred to as “electrode”) was used in the same manner as in Example 3 except that the aqueous dispersion 3 prepared in Preparation Example 3 was used instead of the aqueous dispersion 1. Electrode F ”) and a battery (hereinafter“ Battery F ”).
  • Example 3 an electrode (hereinafter referred to as “electrode”) was used in the same manner as in Example 3 except that the aqueous dispersion 4 prepared in Preparation Example 3 was used instead of the aqueous dispersion 1. Electrode G ”) and a battery (hereinafter“ Battery G ”).
  • the batteries A to G produced in this way were charged at a temperature of 20 at a current of 0.1 C for 15 hours, and then discharged at a current of 0.2 C to reduce the voltage of the batteries.
  • the charge / discharge was repeated under the cycle condition where the discharge was stopped when the voltage reached 1.0 V, and the discharge capacity was measured as the performance of the battery.
  • the cycle characteristics of the discharge capacity are shown in Fig. 1 assuming that the initial discharge capacity is 100.
  • A is the cycle characteristic of the battery obtained in Example 3
  • B is the cycle characteristic of the battery obtained in Example 4
  • C is that of Comparative Example 2.
  • the cycle characteristics of the obtained battery D is the cycle characteristics of the battery obtained in Example 5
  • E is the cycle characteristics of the battery obtained in Example 6
  • F is the performance of the battery.
  • the cycle characteristics of the battery obtained in Example 7 and G indicate the cycle characteristics of the battery obtained in Example 8.
  • the batteries A, B, and A using the aqueous dispersions or organozol prepared in Preparation Examples 1, 2, and 3 were used.
  • D, E, F, and G have a longer cycle life than battery C, which does not use them.
  • Aqueous dispersion used Polymer or copolymer Battery at 100th cycle Maximum internal pressure of average particle size of battery or organosol particles ( ⁇ m) (kg / cm ⁇ G)
  • the water repellency imparting agent for batteries according to the present invention is remarkably excellent in water repellency, and is excellent in workability, heat resistance, and chemical resistance. Excellent life and internal pressure characteristics

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Description

明 糸田 電池用撥水性付与剤 お よ び電池 技術分野
本発明 は 、 電池用 撥水性付与剤 お よ びそ れ を 用 いて え ら れ る 電池 に 関す る 。 背景技術
近年、 オ ー デ ィ オ テ ー プ レ コ ー ダ ー 、 カ メ ラ 一体型 ビ デォ テ ー プ レ コ ー ダ ー 、 — ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ ー 、 携 帯電話な ど小型で携帯 に適 し た精密電気 · 電子機器の需 要が益々 増大 し て い る 。 こ れ に 伴 っ て、 こ れ ら の駆動用 電源 を 担 う 小型 、 軽量 で か つ 高 エ ネ ル ギ ー 密度 を 有 す る 、 充電可能な い わ ゆ る 二次電池が求 め ら れ る よ う に な り 、 従来の 鉛蓄電池や ニ ッ ケ ル 一 力 ド ミ ゥ ム ニ次電池以 外 に 、 ニ ッ ケ ル 一 水素系や リ チ ウ ム 系 な ど の 新 し い二次 電池が次 々 と 商品化 さ れ て い る 。
こ れ ら の 電池の性能を 大 き く 決定づ け る の は、 電池の 正極や負極の電極材料の う ち で も 電池活物質 (以下、 単 に 「活物質」 と も い う ) で あ る 。 た と え ば正極の 活物質 と し て は二酸化 マ ン ガ ン ( M n 0 n ) 、 水酸 化 ニ ッ ケ ル ( N i ( O H ) 2) く ル ト 酸 リ チ ウ ム ( L i C o O 2) 、 ニ ッ ケ ル酸 リ チ ウ ム ( L i N i 0 9) 、 五酸化バナ ジ ゥ ム ( V 20 「) 、 五酸化ニオ ブ ( N b 20 I:) 、 マ ン ガ ン 酸 リ チ ウ ム ( L i M n 0 2) な ど で あ り 、 負極 の 活 物 質 と し て は水酸化 カ ド ミ ウ ム ( C d ( O H ) 2) 、 水 素 吸蔵合金 ( M — H ) 、 炭素材料 (天然 ま た は 人造黒鉛、 コ ー ク ス な ど) な ど が あ る 。
電池製造 の 際 に は、 こ れ ら 電池活物質 と 、 た と え ば ァ セ チ レ ン ブ ラ ッ ク 、 ケ ツ チ X ン ブ ラ ッ ク な ど の カ ー ボ ン ブ ラ ッ ク 類や グ ラ フ ア イ ト な ど の 導電性炭素質材料 と を 結着 さ せ て電極 に す る が、 こ の と き 耐薬品性、 耐熱性 に 優れ、 かつ 結着性を有す る フ ッ 素樹脂が好適 な 結着剤 と し て広 く 利用 さ れて き た。
前記 フ ッ 素樹脂の う ち 、 ポ リ テ ト ラ フ ル ォ ロ エ チ レ ン を結着剤 と し て使用 す る 例 と し て、 た と え ば特開昭 6 3 一 2 3 6 2 5 8 号公報で は、 リ チ ウ ム 一次電池の正極の 活物質で あ る M n 0 2と ア セ チ レ ン ブ ラ ッ ク 、 グ ラ フ ァ ィ ト な ど の導電性炭素質材料 と を結着 さ せ る た め に、 高 分子量の ポ リ テ ト ラ フ ルォ ロ エ チ レ ン ( P T F E ) (単 独重合体) の デ イ ス パ ー ジ ヨ ン を使用 す る こ と が、 ま た 特公平 6 — 1 0 9 8 0 号公報で は、 空気亜鉛電池の正極 の 活物質で あ る マ ン ガ ン 酸化物 と 導電性炭素質材料で あ る カ ー ボ ン ブ ラ ッ ク 、 活性炭 と を 高 分子量 の P T F E (単独重合体) デ イ ス パ ー ジ ヨ ン を用 い て結着 さ せ る 例 が記載 さ れ て い る 。
—方、 ポ リ フ ッ 化 ビニ リ デ ン ( P V D F ) を結着剤 と し て使用 す る 例 も 知 ら れて お り 、 た と え ば特開平 6 — 4 4 9 6 4 号公報で は ニ ッ ケ ル 一 水素二次電池 に 関 し 、 活 物質で あ る 水素吸蔵合金や カ ル ボニ ルニ ッ ゲ ル粉末 と P V D F の 溶液 と を混合 し て シ ー ト 状 に 加工 し た電極が記 載 さ れて い る 。
と こ ろ で、 こ れ ら 二次電池の 性能の 目 安 と な る も の に サ イ ク ル寿命特性があ げ ら れ る 。 ニ ッ ケ ル化合物を正極 活物質 に使用 す る 二次電池、 と く に ニ ッ ケ ル 一 水素二次 電池で は、 過充電ゃ大電流 に よ る 急速充電の 際 に 、 正極 か ら 酸素ガ ス が発生 し 、 電池の 内 圧が上昇す る 。 こ れが 大 き な 原 因 と な っ て サ イ ク ル 寿命 が短 く な る 。 す な わ ち 、 電池の 内圧が上昇 し す ぎて、 取 り 付 け ら れ た安全弁 が作動 し た ばあ い、 電池外部へ電解質水溶液や酸素ガ ス な どが排 出 さ れ、 放電容量の低下、 漏液現象 を生ず る 。 そ の結果 と し て寿命が短 く な る と い う 問題が あ る 。
こ の 問題 を解決す る 方向 と し て は、 発生 し た ガ ス を迅 速 に 拡散 さ せ て水、 酸化物 ま た は 水素化物 に 戻す反応を 促進 さ せ る こ と で あ る 。 そ の 手段 と し て、 正極 と 負極 と の 容量バ ラ ン ス を調整 し 負極容量を 大 き く す る こ と や 力 一 ボ ン還元性の触媒の 負極への 添加があ り 、 すで に実施 さ れて い る 。 別の手段 と し て は、 発生 し た ガ ス を迅速 に 拡散 さ せ て 水、 酸化物 ま た は水素化物 に戻す反応が、 電 極内 の気 一 液 一 固の三相界面で起 こ る の で 、 こ の 界面を 電極 ( と く に 負極) の 内部 ま た は表面 に細か く 、 密 に 、 かつ 均一 に 存在 さ せ る こ と であ る 。
そ こ で、 ニ ッ ケ ル 一 水素二次電池で は、 表面エ ネ ルギ 一 が低 く 撥水性 に富む こ と か ら 、 三相界面 を 形成 し やす い特徴が あ る フ ッ 素樹脂が用 い ら れて お り 、 結着性の機 能だ け で な く 、 撥水性の 機能 も 同 時 に利用 さ れて い る 。
ま た 、 燃 料電池 の 反 応機構 は 、 ま さ に 燃料 で あ る ガ ス 、 電解液、 触媒の 三相界面で反応を積極的 に行 う も の で あ り 、 そ こ で使用 さ れ る フ ッ 素樹脂 も 結着性 と 撥水性 の両方の機能を担 っ て い る 。
フ ッ 素樹脂の う ち で も と く に 乳化重合法 に よ り え ら れ れ る P T F E は、 そ の 融点以上で予 め 熱処理が さ れて い な い と 小 さ な 剪 断力 で フ ィ ブ リ ル化 し やす い 性質を有 し て い る の で 、 他の粉末材料 と 混合す る と 容易 に フ イ ブ リ ル を発生 し 、 そ れ ら を締 め る 作用 、 す な わ ち 結着性を 示 す。 こ の 結着性 と 非常 に 優れ た耐薬品性、 耐熱性が電池 電極の結着剤 と し て の フ ッ 素樹脂、 そ の う ち で も P T F E を使用 た ら し め る 理 由 で あ り 、 様 々 な 一次、 二次電池 (た と え ば空気一亜鉛一次電池、 ア ル カ リ 一 マ ン ガ ン 一 次電池、 リ チ ウ ム一次電池、 ニ ッ ケ ル一 カ ド ミ ウ ム二次 電池、 ニ ッ ケ ル 一 水素二次電池、 リ チ ウ ム イ オ ン 二次電 池な ど) に 使用 さ れて い る 。 し か し 、 結着性 と 同時 に撥 水性 も 必要 と な る ニ ッ ケ ル一 カ ド ミ ウ ム二次電池、 ニ ッ ケ ル ー 水素二次電池、 ま た は燃料電池 に お い て は、 フ ィ ブ リ ル化 は 少量の P T F E で充分で あ る が、 電極 に密に かつ 均一 に 撥水性を与え る た め に は、 結着 に 必要な量以 上の 量を使用 し な け れ ば な ら な い。 P T F E を増量 し て 撥水性を高 め る ばあ い 、 通常い く つ かの 困難を伴い、 た と え ば フ ィ ブ リ ル化 し や す い の で、 本質的 に 他の 液状 ま た は粉末状物質 と 均一 に 混合 さ せ る こ と が困難で あ り 、 撥水性 を 必 ず し も 均 一 に 電極 に 付 与 で き な い こ と が あ る 。 さ ら に 、 P T F E の 増量分だ け電池活物質の量を減 少 さ せね ば な ら ず、 い ずれ も 電極の 特性 し い て は電池性 能を損 な う 結果 と な る 。 な お、 こ れ ら の P T F E は、 平 均分子量が お お よ そ 1 3 0 万 を超 え 1 0 0 0 万 ま でで あ り 、 フ ィ ブ リ ル化す れ ば単独重合体で も 変性 P T F E で も よ い。
こ の よ う な 背景の も と 、 フ ィ ブ リ ル化を 防止す る た め に 比較的低分子量の P T F E (単独重合体) を使用 す る 提案があ る 。 た と え ば特開平 5 — 2 4 2 9 0 8 号公報で は、 平均分子量が 3 0 0 万以下の フ ッ 素樹脂粉末、 具体 的 に は 低分子量の P T F E (単独重合体) と テ ト ラ フ ル ォ ロ エ チ レ ン 一 へキ サ フ ルォ ロ プ ロ ピ レ ン 共重合体 (以 下、 「 F E P 」 と も い う ) と を用 い る こ と が推奨 さ れて い る 。 し か し 、 前記公報記載の フ ッ 素樹脂 は粉末状で あ り 、 電池活物質 と の 混合、 ま た は 電極への 塗布を均一 に 行 う こ と が通常困難で あ る 。 し か も P T F E (単独重合 体) の ばあ い 、 3 0 0 万近傍の平均分子量で は フ イ ブ リ ル化があ る 程度進み 、 前記公報の ね ら い と す る 効果を発 揮 さ せ る に は 不充分 な も の であ る 。
本発明 の 目 的 は、 フ ッ 素樹脂 の 粉末を そ の ま ま の状態 で用 い る こ と な く え ら れ、 ま た電極材料 と 混合 し て も フ イ ブ リ ル化す る こ と が な く 、 耐薬品性、 耐熱性、 と く に よ り 効果的 に 撥水性を 高 め る こ と がで き 、 かつ 作業性 に も 優れ た電池用撥水性付与剤 お よ び そ れを用 い て え ら れ る サ イ ク ル寿命、 内圧特性 に優れ た電池を提供す る こ と に め る 。 発明 の 開示
本発明 は 、 平均粒径が 0 . 0 5 〜 : L m で あ っ て、 テ ト ラ フ ル ォ ロ エ チ レ ン ーノ、。一 フ ル ォ ロ ( ア ル キ ル ビニ ル エ ー テ ル) 共重合体 (以下、 「 P F A」 と も い う ) お よ び Zま た は非 フ ィ ブ リ ル形成性の テ ト ラ フ ル ォ ロ ェ チ レ ン (以下、 「 T F E 」 と も い う ) 重合体の 微粒子を含む 水性分散体 ま た は オ ル ガ ノ ゾルか ら な る 電池用撥水性付 与剤 に 関す る 。
ま た本発 明 は 、 前記電池用撥水性付与剤 を用 い て え ら れ る 電池 に 関す る 。 図面の 簡単 な 説明
図 1 は 本発明 の電池の放電容量の サ イ ク ル特性を説明 す る た め の グ ラ フ で あ る 。 発明 を実施す る た め の 最良 の形態 本発明 は 、 P F A お よ び Zま た は非 フ イ ブ リ ル形成性 の T F E 重合体を用 い る こ と に よ っ て電極材料 と 混合 し て も フ イ ブ リ ノレ化せず、 かつ P F A お よ び ま た は非 フ ィ ブ リ ル形成性の T F E 重合体の 微粒子を 含 む水性分散 体 ま た は オ ノレ ガ ノ ゾ ル を 用 い る こ と に よ っ て 、 電極材料 と の 混 合 や 電極 へ の 塗布 な ど が よ り 均一 に 行 な え る 結 果、 よ り 高 い撥水性がえ ら れ る こ と を見出 し 、 前記の よ う な 問題を解決 し え た も の で あ る 。
な お、 結着性 と 撥水性 と が要求 さ れ る 電池の電極材料 に お い て 、 結着性に つ い て は従来用 い ら れて い る フ イ ブ リ ル形成性 の 高分子量 P T F E ( フ イ ブ リ ル化すれば単 独重合体で も 変性 P T F E で も よ い) で満足 し う る 。
す な わ ち 、 本発明 に お い て は、 P F A お よ び Zま た は 非 フ イ ブ リ ル形成性の T F E 重合体の 微粒子が、 た と え ば電極 ( と く に 負極) の 内部 ま た は 表面 に均一 に かつ 密 に分散 し て い る た め優 れた撥水性が え ら れ る も の と 思わ れ る 。
本発明 の 撥水性付与剤 に お い て 用 い る こ と がで き る T F E 重合体 は、 非 フ イ ブ リ ル形成性であ り 、 撥水性、 耐 熱性、 耐薬品性 に 優 れて い る こ と が必要で あ り 、 た と え ば非 フ イ ブ リ ル形成性 の P T F E (単独重合体) ゃ非 フ ィ ブ リ ル形成性の 変性 P T F E な ど の 非 フ ィ ブ リ ル形成 性 の T F E 重合体があ げ ら る 。 前記非 フ イ ブ リ ル形成性の変性 P T F E と し て は、 溶 融流動性を 付与 し な い 程度 の少量 の 他の共単量体 と T F E と を共重合 さ せて え ら れ る 重合体を 含む。 こ の共単量 体 と し て は 、 へ キ サ フ ルォ ロ プ ロ ピ レ ン 、 ク ロ ロ ト リ フ ノレォ ロ エ チ レ ン 、 ノ、。一 フ ルォ ロ ( ァ リレ キ ル ビニ ルエーテ ル ) 、 パ ー フ ル ォ ロ ( ァ ソレ コ キ シ ビ ニ リレ エ ー テ ソレ ) 、 ト リ フ ゾレオ 口 エ チ レ ン お よ びハ°一 フ ルォ ロ ア ル キ ソレエ チ レ ン な どがあ げ ら れ る 。 共単量体の 共重合割合 は そ の 種類 に よ っ て異 な る が、 共単量体 と し て、 た と え ばパ ー フ ル ォ ロ (ァ ノレ キ ル ビニ ルエ ー テ ル) 、 あ る い は パ ー フ ルォ 口 (ァ ノレ コ キ シ ビニ リレ エ ー テ ノレ ) を 用 い る ば あ い に は、 通常 2 重量% ま で、 好 ま し く は、 0 . 0 1 〜 1 重量% の 量で共重合成分 と し て 用 い る こ と がで き る 。
ま た、 前記 T F E 重合体以外 に T F E — パ ー フ ルォ ロ ( ア ル キ ル ビ ニ ル エ ー テ ル) ( P F A V E ) 共 重 合 体 ( P F A ) ( た だ し 、 P F A V E の 共重合割合 は 2 重量 % を超え る ) 、 T F E — へ キ サ フ ゾレオ 口 プ ロ ピ レ ン ( H F P ) 共重合体 ( F E P ) 、 T F E - P F A V E - H F P 三元共重合体 ( E P A ) 、 T F E — H F P — ビニ リ デ ン フ ルオ ラ イ ド ( V D F ) 三元共重合体な ど の各種共重 合体 を用 い る こ と がで き る が、 こ れ ら の う ち で も 電池の 製造工程 に お い て加熱 に よ り 融解 し に く く 、 電池の使用 時 に お い て 発熱 し て も 比較的高融点の た め に 信頼性が高 い と い う 点か ら P F A が好 ま し い 。
な お、 本発明 に お い て、 前記非 フ ィ ブ リ ル形成性の T F E 重合体、 P F A は 、 こ れ ら の 1 種 ま た は 2 種以上を 用 い る こ と がで き る 。
前記撥水性付与剤 に お い て、 T F E 重合体以外の各種 共重合体 は 本発明で い う フ ィ ブ リ ル形成性 は も と も と 有 し て い な い 。
前記 T F E 重合体の フ ィ ブ リ ル形成性 は そ の平均分子 量 に 関係す る 。 平均分子量 は、 通常の 高分子量の P T F E (単独重合体) に 関 し て は、 標準化 さ れ た 成形品の 比 重を用 い た 換算式 に よ っ て求め ら れ る ( た と え ば特開平 4 一 1 5 4 8 4 2 号公報記載の式 :
1 0 g . fl M n = 3 1 . 8 3 - 1 1 . 5 8 x S S G
(式中、 n は数平均分子量、 S S G は A S T M D — 1 4 5 7 8 3 a で規定 さ れた標準比重を 表す) ) 。
し か し 、 低分子量の P T F E (単独重合体) で は こ の 測定法 は適用 で き な い 。 ま た変性 P T F E の ば あ い も 適 用 で き な い 。
通常、 P T F E (単独重合体) の 平均分子量が 1 0 0 万以下の ば あ い、 フ ィ ブ リ ル形成性が失わ れ る と い われ て い る 。
本発明 で は P T F E ま た は変性 P T F E の フ ィ ブ リ ル 形成性 と 平均分子量 に 関 し て詳細 に 検討 し た 結果、 平均 分子量 と 強 い相関関係 に あ る 溶融粘度を用 い て フ ィ プ リ ル形成性の 目 安 と し た。
フ ィ ブ リ ル形成性が失わ れ る の は、 3 8 0 °C に お け る 溶融粘度が 1 X 1 0 7ボ イ ズ以下、 好 ま し く は 5 X 1 0 2 ボ イ ズ〜 1 X 1 0 6ボ イ ズの ば あ い で あ る ( 1 x 1 0 'ポ ィ ズで平均分子量 は お よ そ 1 0 0 万 ± 3 0 万 と 見積 ら れ る ) 。 1 X 1 0 2ボ イ ズ未満 で あ る と 耐 熱 性 が劣 る 傾 向 があ る 。
フ ィ プ リ ル形成性の 有無 は T F E の 乳化重合体か ら 作 ら れ た 粉 末 で あ る 「 高 分子量 P T F E フ ァ イ ン バ ウ ダ 一 」 を成形す る 代表的 な 方法で あ る 「ペ ー ス ト 押 出 し 」. で判断 し た 。 通常、 ペ ー ス ト 押 出 し が可能で あ る の は、 高分子量 P T F E が フ ィ ブ リ ル形成性を有す る か ら で あ り 、 ペ ー ス ト 押 出 し で え ら れた未焼成の 成形物 に 実質的 な 強度、 伸 びが な い 、 た と え ば伸 びが 0 % で 引 っ 張 る と 切れ る よ う な ば あ い は フ イ ブ リ ル形成性が な い (す な わ ち 、 非 フ イ ブ リ ル形成性) と み な す こ と がで き る 。
本発明 の 撥水性付与剤 は 、 前記の よ う に非 フ イ ブ リ ル 形成性 の T F E 重 合体 ( 以下、 単 に 「重 合体」 と も い う ) や P F A を 用 い る こ と に特徴が あ り 、 さ ら に 該重合 体や P F A を 用 い る に 際 し 、 こ れ ら の 微粒子を水性分散 体 ま た は オ ル ガ ノ ゾル の よ う な 液状の 形態 に し て該付与 剤 に 用 い る こ と に も 特徴が あ る 。
前記微粒子 は、 そ の 平均粒径が充分小 さ い こ と が必要 で あ る 。 平均粒径が小 さ い ほ ど こ れ ら 重合体や P F A の 微粒子の単位重量あ た り の 表面積が増大 し て電極の撥水 性が高 ま り 、 三相界面を よ り 形成 し や す く な る 。 ま た、 均一 な 分散 を 行 う 意 味 で も 粒 径 が 小 さ い ほ ど 有 利 で あ る 。 平 均 粒 径 は 、 0 . 0 5 〜 : L /z m の 範 囲 が適 当 で あ る 。 よ り も 大 き い と 電極中 で撥水効果を だす に は 添加量を多 く し な け ればな ら ず、 不経済で あ る ばか り で は な く 容量 あ た り の 電池性能 が 低下 す る 。 平均 粒 径 が 0 . 0 5 / m 未満で は 、 前記液状 の 形態 に し た と き に 粘 度が高 く な り す ぎて取 り 扱 い上の 問題が生 じ る ほ か、 ェ 業的 に (大 ス ケ ー ル で の経済性 を 考慮 し て) そ の よ う な 小 さ な粒径の 前記重合体や P F A を製造す る こ と は困難 で も あ る 。 そ れ ゆ え 好 ま し い 平均 粒径 は 、 0 . 0 5 〜 0 . 3 z m で あ り 、 さ ら に 好ま し い の は 0 . 0 5 〜 0 . 1 u mで あ る 。
本発明 に お い て は、 と く 〖こ非 フ イ ブ リ ル形成性の T F E 重 合体 の 微粒子 の 平均 粒径 が 0 . 0 5 〜 0 . 3 / m で、 かつ 該重合体の 3 8 0 に お け る 溶融粘度が 1 X 1 0 'ボ イ ズ以下で あ る こ と に よ り 、 生産性 に 優 れ、 か つ 電極表面 ま た は 内部に ほ ぼ微粒子の形の ま ま 均一 に分散 さ れ る 。
前記平均粒径が 0 . 0 5 〜 l z mの 微粒子 を形成す る 前記重合体や P F A は 、 通常の 乳化重合に よ っ て製造す る こ と 力 で き る 。 こ れ ら の う ち 、 た と え ば非 フ イ ブ リ ル 形成性の P T F E は、 た と え ば特公昭 5 7 — 2 2 0 4 3 号公報、 特公昭 5 1 一 2 5 2 7 5 号公報 に 記載の製法 に し た が っ て製造可能で あ る 。 ま た 、 P F A は、 た と え ば 特公昭 4 8 一 2 0 7 8 8 号公報 に 記載の製法で製造 さ れ る 。 こ れ ら の 製法で は 、 前記微粒子を含む水性分散体が 直接え ら れ、 一般に 、 こ れ ら 水性分散体中 の 微粒子の濃 度 は 1 0 〜 4 5 重量% で あ る 。 な お平均粒径が小 さ な 微 粒子を う る に は、 重合で使用 す る 乳化剤の 種類や量を選 ぶ こ と で容易 に 製造で き る 。
本発明 に お い て、 前記乳化重合 に よ り 製造 さ れ る 水性 分散体 は、 そ の ま ま で も 撥水性付与剤 に用 い る こ と がで き る が、 輸送時や濃縮、 電極材料 と の 混合 な どの 作業時 の分散安定性 に 問題を 生 じ る ば あ い も あ る の で、 こ の よ う な と き は p H を 7 〜 1 1 の ァ ノレ カ リ 側 に 調整 し 、 かつ 界面活性剤 を添加 し て安定化 さ せ る こ と が好 ま し い。
前記界面活性剤の 種類 は と く に 限定 さ れ な い が、 ァ ニ オ ン 系界面活性剤、 カ チ オ ン 系界面活性剤、 非 イ オ ン 系 界面活性剤 の 少な く と も 1 種を使用 す る こ と がで き る 。 こ れ ら の 界面活性剤の う ち 、 電池 を作製す る と き に使用 す る 電解質 (ニ ッ ケ ル 一 水素二次電池で は水酸化 力 リ ウ ム 水溶液が主 に使わ れ る ) に含 ま れ る 金属 イ オ ン と 同 じ イ オ ン を含 む イ オ ン 系界面活性剤 を使用 し て も よ い が、 一般的 に は 水性分散体 の 安定性 に 優れて い る と い う 点か ら 非 イ オ ン 系界面活性剤が好 ま し い。
前記非 イ オ ン 系界面活性剤の 種類 は と く に 限定 さ れ な い が、 ポ リ オ キ シ エ チ レ ン 脂肪酸エ ス テ ル型界面活性剤 の 一群、 た と え ば脂肪酸の グ リ コ ー ル エ ス テ ル、 脂肪酸 ソ ル ビ タ ン お よ び マ ン ニ ト ー ルエ ス テ ルな ど の ポ リ オ キ シ エ チ レ ン 系化合物が あ げ ら れ、 ポ リ オ キ シ エ チ レ ン縮 合型界面活性剤 の一群、 た と え ば、 高級脂肪酸、 高級 ァ ル コ ー ル 、 高級ア ル キ ル ァ ミ ン 、 高級脂肪酸 ア ミ ド、 高 級 ア ル キ ル メ ノレ カ ブ 夕 ン 、 ァ ノレ キ ル フ ェ ノ ー ル な ど の ポ リ オ キ シ エ チ レ ン縮合物 な どが あ げ ら れ る 。 そ の他、 ポ リ エ チ レ ン ィ ミ ン縮合型 の 界面活性剤 も あ げ ら れ る 。
本発明 に お い て、 非 イ オ ン 系界面活性剤 は 添加 し な く て も よ い が 、 必要 に よ り 添加 す る と き の 添 加 量 と し て は、 水性分散体中 の 共重合体 お よ び z ま た は 重合体の 微 粒子の 全量 に 対 し て た と え ば 1 〜 2 0 重量% 程度で あ れ ば よ い。 少 な す ぎ る と 長期 の分散安定性が充分で な い ば あ い も あ り 、 多 す ぎ る と 電池性能 に 悪影響を 及ぼす。
な お、 本発明 の電池 を う る に は 、 前記界面活性剤 は必 須の も の で は な く 、 前記水性分散体 に 界面活性剤 を添加 す る こ と な く 各電極材料を 混合 し て も 差 し 支 え な い。
本発明 に お け る 水性分散体中 の 前記 P F A お よ び ま た は重合体 の 微粒子の 澳度 は、 前記乳化重合 に よ り え ら れ る 水性分散体を そ の ま ま で ま た は希釈 も し く は 濃縮 し て、 1 〜 7 0 重量%、 好 ま し く は 5 〜 7 0 重量%、 さ ら に 好 ま し く は 5 〜 6 0 重量%、 と く に 好 ま し く は 1 0 〜
4 0 重量% の 範囲で用 い る の が好 ま し い。 濃度が高す ぎ る と 水性分散体の 粘度が高 く な り 作業性 に 劣 り 、 低す ぎ る と 適度 な 水分を除去す る の に 手間がかか り 、 電極製造 の 効率が低下す る 。
本発明 に お け る 前記 P F A お よ び ま た は 重合体の微 粒子を含むオ ルガ ノ ゾ ル は、 前記乳化重合 に よ り え ら れ る 水性分散体か ら 常法 ( た と え ば、 米国特許第 2 5 9 3
5 8 3 号明細書参照) に よ り 該微粒子を凝析 に よ っ て分 離 し 、 さ ら に乾燥 し て え ら れ る 粉末を後記す る よ う な 分 散媒中 に機械的 ま た は超音波 に よ り 再分散す る こ と で容 易 に製造で き る 。 ま た は、 特公昭 4 9 - 1 7 0 1 6 号公 報 に記載 さ れ て い る よ う な 転層法 に よ っ て、 粉末化す る 工程をへ る こ と な く オ ルガ ノ ゾル に す る こ と も で き る 。
た だ し 、 オ ノレ ガ ノ ゾル中 で は、 前記 P F A お よ び / ま た は 重合体の 微粒子 は水性分散体の よ う な 微分散状態が え ら れ に く く 、 微粒子が い く ら か凝集 し て い る 。 通常、 凝集 し た粒子 は l 〜 5 m の大 き さ を有す る 。 し か し 、 凝集 し た粒子 は 微粒子が単 に凝集 し て い る だ け で融着 し た も の で は な い た め、 比表面積 は凝集 に よ り 実質的 に 変 ィ匕 し な い。 本明細害 に お い て平均粒径 と は 、 凝集 し た粒 子の平均粒径を 意味す る も の で は な く 、 微粒子の平均粒 径を 指 し て い る 。
前記オ ル ガ ノ ゾル の 分散媒 は、 前記 P F A お よ び Z ま た は 重合体の 微粒子を 濡 ら し う る 有機分散媒 であ れば よ く 、 と く に 限定 さ れ な い。 た と え ば、 ベ ン ゼ ン 、 ト ノレエ ン 、 キ シ レ ン な ど の 芳香族炭化水素、 四塩化炭素、 ト リ ク ロ ロ ェ チ レ ン な ど の ハ ロ ゲ ン ィ匕炭化水素、 メ チ ル イ ソ プ チ ル ケ ト ン ( M I B K ) 、 ジ イ ソ プ チ ノレ ケ ト ン な ど の ケ ト ン類、 酢酸 ブ チ ル な ど の エ ス テ ル類、 メ タ ノ ー ル、 エ タ ノ ー ル、 イ ソ プ ロ パ ノ ー ル ( I P A ) な ど の 水溶性 ァ ノレ コ ー ノレ類、 N — メ チ ノレ ピ ロ リ ド ン ( N M P ) な どが 好 ま し い 。 微粒子の 分散性や電極作製 の作業性、 ま た は 毒性を考慮 し て、 と く に好 ま し く 使用 で き る 有機分散媒 は、 I P A 、 エ タ ノ ー ノレ ま た は M I B K で あ る 。
前記 P F A お よ び ま た は重合体の 微粒子 を単独で は 濡 ら し に く い有機分散媒、 た と え ば 四塩化炭素、 ト リ ク ロ ロ エ チ レ ン 、 ジ イ ソ プ チ ル ケ ト ン で は油溶性の 界面活 性剤を少量添加す る こ と に よ り オ ル ガ ノ ゾル に す る こ と も 可能で あ る 。
オ ルガ ノ ゾ ル を使 っ て電極材料を撥水処理す る ばあ い は、 乾燥が水性分散体 に比べて容易で あ り 、 ま た、 水性 分散体の よ う に添加 さ れ る 界面活性剤 に よ る 電極への悪 影響を少な く で き る 長所が あ る 。
本発明 に お け る オ ル ガ ノ ゾル 中 の前記 P F A お よ び Z ま た は重合体 の 微粒子 の 濃度 は 、 5 〜 7 0 重量%、 さ ら に 好 ま し く は 5 〜 4 0 重量% の 範囲 で用 い る の が好ま し い。 濃度が高す ぎ る と 分散性がわ る く 電極材料 と の均一 な 混合物 を う る の が困難 に な り 、 該混合物を 塗布 し て も 該電極材料 の 濃度の 分布が不均一 に な る 。 濃度が低す ぎ る と 撥水性 に 必要な 共重合体 お よ び Z ま た は 重合体の 量 がえ ら れ に く く な る 。
本発明 に お い て用 い る 電池活物質、 導電性炭素質材料 な ど の電極材料 は、 前記 し た従来の電極材料 を 用 い る こ と がで き る 。 電極 に 撥水性を付与す る 方法 は 、 た と え ば特開昭 6 4 一 6 4 9 号公報、 特開平 3 — 1 0 2 7 6 7 号公報、 特開 平 6 — 4 4 4 9 0 号公報な ど に 記載 さ れて い る よ う に 、 電極材料 に 結着剤 も し く は增粘剤 と し て の 親水性樹脂 ま た は結着剤 と し て の フ ィ ブ リ ル形成性 の高分子量 P T F E (単独重合体 ま た は 変性 P T F E ) の水性分散体を加 え て ペ ー ス ト 化す る と き に 、 同時 に 本発明 の 撥水性付与 剤 を混ぜ る こ と がで き る 。 な お、 本発明 の 撥水性付与剤 を混ぜ る と き の 強 い 剪断力 に よ っ て も 、 フ ィ ブ リ ルが発 生せず、 そ れ に よ る 粘度上昇を伴わ な い。
こ の ば あ い 、 本発明 の 撥水性付与剤 は水性分散体か ら な る こ と が、 前記に 示 し た電極材料 と 均一 に 混合 さ れ易 い と い う 点か ら 好 ま し い。 ま た、 前記電極材料 と 結着剤 と を混ぜて ペ ー ス ト 化 し た あ と で本発明の 撥水性付与剤 を 混ぜて も よ く 、 ま た は ペ ー ス ト を 集電体 に 塗布 し た の ち に 本発明 の撥水性付与剤 を含浸 も し く は さ ら に 塗布 し て使用 す る こ と も で き る 。
前記 フ ィ ブ リ ル形成性の 高分子量 P T F E の 水性分散 体 は、 予 め 前記 P F A お よ び ま た は 重合体 の微粒子を 含む水性分散体 に添加 し て本発明 の撥水性付与剤 と し て も よ い。
集電体 に 塗布 し た ペ ー ス ト があ る 程度乾燥 し 、 水分が 少な く な つ た 状態で本発明 の撥水性付与剤 を 適用 す る ば あ い に は 、 水性分散体の 形態で塗布す る こ と も 可能で あ る が、 オ ル ガ ノ ゾル の 形態で含浸 も し く は塗布す る こ と が電極 シ ー ト の 乾燥が容易な 点か ら 好 ま し い 。
な お、 本発明 に お い て、 電極材料を ペ ー ス ト 状 に し た も の を用 い て負極を作製す る 際 に 、 前記親水性樹脂を添 加す る こ と 力《で き 、 た と え ば ポ リ エ チ レ ン グ リ コ ー ル、 ポ リ エ チ レ ン グ リ コ ー ル 一 ポ リ プ ロ ピ レ ン グ リ コ ー ノレ ブ ロ ッ ク 共重合体、 ポ リ ビニ ノレ ア ル コ ー ノレ 、 ポ リ ア ク リ ル 酸 ( ア ル カ リ 金属塩、 ア ン モ ニ ゥ ム塩 を含む) 、 ポ リ ア ク リ ル酸 ー ポ リ メ タ ク リ ル酸共重合体 (金属塩、 ア ン モ 二 ゥ ム塩 を 含む) 、 ポ リ ア ク リ ノレ ア ミ ド な ど の 親水性 ァ ク リ ル ポ リ マ ー 、 ポ リ ビ ニ ル ピ ロ リ ド ン 、 カ ノレ ポ キ シ メ チ ルセ ル ロ ー ス ( C M C ) や メ チ ル セ ル ロ ー ス ( M C ) な ど の親水性セ ル ロ ー ス 類、 多糖類 な どの 天然親水性高 分子化合物 な どがあ げ ら れ る 。
前記親水性樹脂 は、 予 め 非イ オ ン 系界面活性剤 を加え た前記 P F A お よ び Z ま た は重合体の 微粒子 を 含む水性 分散体 に 添加 し て本発明 の 撥水性付与剤 と し て も よ い。 こ の と き の 非 イ オ ン 系界面活性剤 の 濃度 は 、 前記重合体 ま た は P F A の 重置 に 対 し て 0 〜 2 0 重量% 、 好 ま し く は 0 〜 1 0 重量%で あ る 。 ま た、 親水性樹脂 の 濃度 は、 前記重 合体 ま た は P F A の 重量 に 対 し て 0 〜 1 0 重 量 % s 好ま し く は 0 〜 5 重量% で あ る 。
本発明 に お け る 電池 と し て は、 た と え ば鉛蓄電池、 二 ッ ケ ル ー カ ド ミ ウ ム 二 次電池、 ニ ッ ケ ル 一 水素 二 次 電 池、 リ チ ウ ム イ オ ン 二次電池、 燃料電池な ど が あ げ ら れ る が、 電池 の 電極材料 を製造す る う え に お い て、 水性分 散体 お よ び オ ル ガ ノ ゾ ル の 両方の 状態で用 い る こ と がで き 、 急速 な 過充電の 際の 気体の 発生 に迅速 に 対応で き る こ と に よ り 性能 ア ッ プを よ り 図れ る 点か ら ニ ッ ケ ル 一 力 ド ミ ゥ ム ニ次電池、 ニ ッ ケ ル 一 水素二次電 池 が 好 ま し い o
本発明 の 電池 は、 た と え ばつ ぎの よ う な 方法 に よ り え ら れ る 。
(負極の 製法)
( 1 ) フ ィ ブ リ ル形成性の 高分子量 P T F E 水性分散体 (結着剤) 、 電池活物質お よ び導電性炭素質材料を均一 に 混合 し 、 集電体 に塗布 し て乾燥 し た の ち 、 本発明 の ォ ル ガ ノ ゾ ル か ら な る 撥水性付与剤を 含浸す る 。
( 2 ) 前記高分子量 P T F E 水性分散体、 電池活物質、 導電性炭素質材料お よ び本発明 の 水性分散体 か ら な る 撥 水性付与剤 を均一に 混合 し た の ち 集電体 に 塗布す る 。
( 3 ) 前記高分子量 P T F E 水性分散体、 電池活物質、 増粘剤、 導電性炭素質材料 お よ び本発明 の 水性分散体か ら な る 撥水性付与剤 を均一 に混合 し た の ち 集電体 に塗布 す る 。
( 4 ) 前記高分子量 P T F E 水性分散体、 電池活物質、 增粘剤 お よ び導電性炭素質材料を 均一 に混合 し た の ち 集 電体 に塗布 し て乾燥 し 、 本発明 の オ ルガ ノ ゾ ルか ら な る 撥水性付与剤 を塗布す る 。
な お、 前記各製法 に お い て、 さ ら に乾燥後、 加圧 し て 高分子量 P T F E を フ イ ブ リ ル化せ し め、 つ ぎに ロ ー ラ 一 に よ り 均一 な 厚 さ に す る 。
(正極の製法)
発泡状 メ タ ル に水酸化ニ ッ ケ ル を充填す る 。
(電池の 製法)
前記製法でえ ら れ た 正極 と 負極 と の 間 に ポ リ ア ミ ド不 織布か ら な る セ パ レ ー タ ー を配置 し 、 全体 を 渦巻 き 状 に 卷回 し 、 単 3 サ イ ズの ニ ッ ケ ル メ ツ キ を施 し た 容器 に収 容 し 、 電解質水溶液を 注入 し た の ち 蓋をす る 。
本発明 の 電池用撥水性付与剤 と し て は、 た と え ばつ ぎ の よ う な も の が好 ま し く あ げ ら れ る
( 1 )
( A ) 微粒子
類 P F A
平均粒径 0 . 0 5 〜 : L / m
( B ) 分散媒
類 水 ま た は有機分散媒 こ の付与剤 は、 撥水性 の 点で有利 で あ る 。
よ り 好 ま し く は、
( A 1 ) 微 ¾L子
種類 P F A
平均粒径 0 . 0 5 〜 0 . 1 u m
( B ) 分散媒
種類 水 ま た は有機分散媒 こ の付与剤 は、 粒径力 さ ら に 小 さ い こ と に よ り 同量の 使用 で も よ り 多 く の 三相界面を形成 し う る と い う 点で優 れて い る 。
さ ら に 好 ま し く は、
( A 2 ) 微粒子
種類 P F A
平均粒径 0 . 0 5 〜 0 . μ m 分散媒 中の 含有率 1 〜 7 0 重量%
( B ) 分散媒
類 水 ま た は有機分散媒 こ の 付与剤 は、 適度 の 分散媒濃度で使用 す る こ と に よ り 取扱 い 性が よ い と い う 点で優れ て い る 。
( 2 )
( A 1 ) 微粒子 種類 非 フ イ ブ リ ル形成性の
T F E 重合体
平均粒径 0 . 0 5 ~ 1 β ( B ) 分散媒
種類 水 ま た は有機分散媒体 こ の付与剤 は 、 撥水性の 点で有利 で あ る 。
よ り 好 ま し く は、
( A 2 ) 微粒子
種類 非 フ イ ブ リ ル形成性の
T F E 重合体
平均粒径 0 0 5 〜 0 . 3 m 溶融粘度 X 0 7ボ イ ズ以下
( B ) 分散媒
種類 水 ま た は有機分散媒 こ の 付与剤 は、 粒径が さ ら に 小 さ い こ と に よ り 、 よ り 多 く の三相 界面が形成 さ れ る と い う 点で優れて い る 。
さ ら に 好 ま し く は
( A 3 ) 微粒子
種類 非 フ イ ブ リ ル形成性の
T F E 重合体
平均粒径 0 . 0 5 〜 0 . 3 m 溶融粘度 1 X 1 0 7ボ イ ズ以下 分散媒 中の 含有率 1 〜 7 0 重量 % ( B ) 分散媒
種類 水 ま た は有機分散媒 こ の 付与剤 は、 適度 の 分散媒澳度で取扱 い性 に優れて い る 。
つ ぎ に 本発明 を調製例 お よ び実施例 に基づ い て さ ら に 具体的 に 説 明す る が、 本発明 は こ れ ら の み に 限定 さ れ .る も の で は な い 。 な お、 調製例 お よ び実施例 に お け る 試験 方法をつ ぎ に 示す。
微粒子の 平均粒径の 測定
走査型電子顕微鏡 ( 日 立製作所製 S — 4 0 0 0 型) を 用 い て、 加速電圧 3 〜 5 K V で 2 0 0 0 0 倍 の 写真を え た の ち 、 約 1 0 0 個 の 微粒子 に つ い て定方 向 の粒径を測 定 し そ の 平均 を求め た。
ペ ー ス ト 押 出 し 試験
T F E 重合体 ま た は P F A の 粉末 5 0 g に 炭化水素油 で あ る 押 出 し 助剤 (商 品名 I P 1 6 2 0 、 出光石油化学 (株) 製) 1 0 . 8 g を混合 し 、 室温 ( 2 5 ± 2 ) で 8 時間放置 し 、 双方を 充分 に な じ ま せ る 。 つ ぎに 、 シ リ ン ダ ー (内 径 2 5 . 4 m m ) の つ い た、 絞 り 角 3 0 度で 下端 に 内 径 2 . 5 4 m m、 ラ ン ド長 7 m m の オ リ フ ィ ス を有す る 押 出 し ダイ に 前記混合物を充填 し 、 6 O k g の 負荷を シ リ ン ダ 一 に 挿入 し た ビ ス ト ン に加え 1 分間保持 す る 。 こ の の ち 、 直 ち に 室内 に お い て ラ ム ス ピ ー ド ( ピ ス ト ン の押 し 下 げ速度) 2 0 m m Z分で前記混合物を ひ も 状 に押 し 出 す。 連続 し た押 出 し 物がえ ら れ る ば あ い、 引 張速度 2 0 O m m Z分で室温で 引 張試験を 行 う 。
対水接触角 の 測定
協和界面科学 (株) 製接触角 測定器を用 い 、 電極表面 の 水 に対す る 接触角 を 測定 し た。
溶融粘度
島津製作所 (株) 製高化式 フ ロ ー テ ス タ ー を用 い 、 T F E 重合体 ま た は P F A の 粉末 2 . O g を 内 径 1 1 . 3 m m の シ リ ン ダ 一 に 充填 し 、 温度 3 8 0 °Cで 5 分間保持 し た 後、 ピ ス ト ン に 荷重 し ( 7 ま た は 3 2 k g ) 、 内径
( 2 R ) 2 . 1 m m、 長 さ ( L ) 8 m mの オ リ フ ィ ス を 通 し て押 出 し 、 流出量 ( Q ; c m ώ/ s e c ) を 測定 し て下式で溶融粘度 7? を 求 め る o
( p o i s e リ = Δ P · 2 R · ττ · R 3
/ 1 6 · L · Q
(式中、 Δ Ρ は荷重 ( d y n e ) を表す)
調製例 1
ス テ ン レ ス 製 ア ン カ ー 型撹拌翼 と 温度調整用 ジ ャ ケ ッ ト を備 え 、 内容量が 6 リ ッ ト ゾレ の ス テ ン レ ス 鋼 ( S U S 3 1 6 ) 製オ ー ト ク レ ー ブ に 、 脱 イ オ ン 水 2 9 6 0 ミ リ リ ッ ト ル お よ び C 3 F 70 C F ( C C F ( C
F 3) C F
F 3) C 0 0 N H 49 . 0 g 、 さ ら に 乳化安定剤 と し てパ ラ フ ィ ン ワ ッ ク ス ( 日 本 ¾ 油 株 ) 製) 1 2 0 g を仕込 み、 窒素で 3 回、 T F E で 2 回系 内 を 置換 し て酸素を取 り 除 い た の ち 、 T F E で内圧を 1 . 0 M P a に し て、 2 5 0 r p m で撹拌 し な が ら 、 内温を 7 0 で に 保 つ た 0 つ ぎ に、 連鎖移動剤 と し て常圧 で 1 3 0 c c 分 の エ タ ン と 、 共単量体 と し て 1 5 . 0 g の ノヽ。一 フ ル ォ 口 (プ ロ ピ ノレ ビニ ル エ ー テ ル) お よ び重合開始剤で あ る 3 0 0 m g の 過硫酸 ア ン モ ニ ゥ ム を溶か し た 4 0 m 1 の 水溶液を 系 内 に 仕込み反応を 開始 し た。 反応中 は、 系 内 の温度を 7 0 、 撹拌を 2 5 0 r p m に 保 ち 、 オ ー ト ク レ ー ブの 内圧 は常 に 1 . 0 ± 0 . 0 5 M P a に 保つ よ う に連続的 に T F E を 供給 し た 。
開始剤 を 添加 し て か ら 反応で消 費 さ れた T F E が 5 3 0 g に達 し た 時点で、 T F E の 供給 と 撹拌を停止 し 、 か つ オ ー ト ク レ ー プ内 の T F E を常圧 ま で放 出 し て反応を 終了 し た 。 全反応時間 は 6 時間、 え ら れた 水性分散体の 一部を蒸発乾固 し て求 め た 固形分の 濃度 ( ほ ぼ P F A の 濃度 に等 し い ) は 1 5 . 0 重量% で あ り 、 P F A の微粒 子の平均粒径 は電子顕微鏡写真 に よ る 測定で 0 . 0 8 mで あ っ た 。
え ら れ た 水性分散体 の一部 に凝析剤 と し て炭酸 ア ン モ 二 ゥ ム を 添 加 し 、 撹拌 し な が ら 凝 析 、 さ ら に 洗 浄 し た 後、 1 3 0 °Cで 1 6 時間乾燥 し 粉末状 と し た。
乾燥粉末 の 一部を使用 し て溶融粘度の測定 お よ びべ一 ス ト 押 出 し を 行 っ た と こ ろ 、 溶融粘 度 は 1 . 5 x 1 0 4 ボ イ ズで あ り 、 ま た押 出 し 物 は 不連続 な も の し かえ ら れ ず、 明 ら か に フ ィ ブ リ ル 化 に よ る 強度、 伸 び が な か つ た o
な お、 特開昭 6 0 - 2 4 0 7 1 3 号公報記載の方法に 従 い 、 共重合体の パ ー フ ル ォ ロ ( プ ロ ピ ル ビ ニ ノレ エ ー テ ル) の 含量 を 測定 し た こ と ろ 、 2 . 5 重量% で あ っ た 。
つ ぎ に イ ソ プ ロ パ ノ ー ルを分散媒 と し て、 え ら れ た粉 末の オ ル ガ ノ ゾル (以下、 「オ ル ガ ノ ゾル 1 」 と い う ) を作製 し た 。 イ ソ プ ロ パ ノ ー ル 1 0 0 重量部 に対 し て粉 末 1 0 重量部を加え、 2 0 K H z 、 1 0 0 ワ ッ ト の超音 波を 3 0 分 間照射 し て作製 し た。 な お、 オ ル ガ ノ ゾルの —部を室温で乾燥 さ せ て電子顕微鏡で確認 し た と こ ろ 、 微粒子 が凝 集 し た 約 3 の 大 き さ の 粒子 が観察 さ れ た。 し か し 、 基本の 微粒子の平均粒径 は重合直後 に え ら れ た も と の 水性分散体 中 の 微粒子 と 同 じ 0 . 0 8 z mで あ っ た。
—方、 残 り の 水性分散体 に は非 イ オ ン系界面活性剤 と し て ト ラ イ ト ン X — 1 0 0 ( ロ ー ム & ノヽ ー ス カ ン パ 二 一 社製) を 、 含 ま れ る 共重合体の 重量 に対 し て 6 . 0 重 量%添加 し 、 さ ら に ア ン モ ニ ア 水で p H を 9 . 0 に調整 し た後、 減圧下で水分 を蒸発 さ せ て P F A の 固形分が 6 0 重量% に な る よ う 濃縮 し た。 濃縮 し た水性分散体 (以 下、 「水性分散体 1 」 と い う ) 中 の P F A の 微粒子の平 均粒径 は 、 電子顕微鏡写真 に よ る 測定で、 も と の 水性分 散体 と 同 じ 0 . 0 8 /z mで あ っ た。
調製例 2
ス テ ン レ ス 製 ア ン カ ー 型撹拌翼 と 温度調整用 ジ ャ ケ ッ ト を備え 、 内 容量が 6 リ ッ ト ル の ス テ ン レ ス 鋼 ( S U S 3 1 6 ) 製オ ー ト ク レ ー プ に、 脱イ オ ン 水 2 9 6 0 ミ リ リ ッ ト ソレ お よ び ノ、。 一 フ ル ォ ロ オ ク タ ン 酸 ア ン モ ニ ゥ ム 3 . 0 g 、 さ ら に乳化安定剤 と し てパ ラ フ ィ ン ワ ッ ク ス ( 日 本石油 (株) 製) 1 2 0 g を仕込み、 窒素で 3 回、 T F E で 2 回系内 を 置換 し て酸素を取 り 除 い た後、 T F E で 内圧 を 1 . O M P a に し て、 2 5 0 r p mで撹拌 し な が ら 、 内 温を 7 0 で に 保 っ た。
つ ぎ に 、 連鎖移動剤 と し て常圧 で 1 5 0 c c 分の エ タ ン お よ び重合開始剤で あ る 3 0 O m g の過硫酸ア ン モ ニ ゥ ム を溶か し た 2 0 m 1 の 水溶液を 系内 に仕込み反応を 開始 し た 。 反応中 は、 系内 の 温度 を 7 0 、 撹拌を 2 5 0 r p m に 保 ち 、 ォ ー ト ク レ ー ブの 内圧 は常 に 1 . 0 土 0 . 0 5 M P a に 保 つ よ う に 連続 的 に T F E を 供 給 し た。
開始剤 を 添加 し て か ら 反応で消 費 さ れ た T F E が 1 0 0 0 g に 達 し た 時点で、 T F E の 供給 と 撹拌 を停止 し 、 かつ ォ ー ト ク レ ー ブ内 の T F E を常圧 ま で放 出 し て反応 を終了 し た。 全反応時間 は 9 時間、 え ら れ た水性分散体 の ―部を蒸発乾固 し て求め た 固形分の 濃度 ( ほ ぼ T F E 重合体の 濃度 に 等 し い ) は 2 5 . 0 重量% で あ り 、 T F E 重合体の 微粒子の 平均粒径 は電子顕微鏡写真 に よ る 測 定で 0 . 2 2 μ ιηで あ っ た。
調製例 1 と 同様の 操作で粉末を調製 し 、 溶融粘度を測 定 し た と こ ろ 、 2 X 1 0 5ボ イ ズで あ っ た。
ま た、 乾燥粉末の一部 を使用 し て ペ ー ス ト 押 出 し を行 つ た と こ ろ 、 押 出 し 物 は不連続 な も の し かえ ら れず、 明 ら か に フ ィ ブ リ ル化 に よ る 強度、 伸 びがな か っ た。
つ ぎ に M I B K を 用 い て、 え ら れ た粉末 の オ ル ガ ノ ゾ ル (以下、 「オ ルガ ノ ゾ ル 2 」 と い う ) を調製 し た。 M
I B K 1 0 0 重量部 に対 し て粉末 1 0 重量部 を加え、 2
0 K H z 、 1 0 0 ヮ ッ ト の超音波 を 3 0 分照射 し た。 調 製例 1 で え ら れ た オ ル ガ ノ ゾ ル 1 と 同 様 に 電子 顕 微 鏟 で 微粒子が凝集 し た 粒子が観察 さ れ た が、 基本の微粒 の平均粒径 は重合直後 に え ら れ た も と の 水性分散体 と 同 じ 0 . 2 2 mで あ っ た。
一方 、 残 り の 水性分散体 に は非 イ オ ン 系界面活性剤 と し て ト ラ イ ト ン X — 1 0 0 ( ロ ー ム & ノヽ ー ス カ ン パ 二 社製 ) を 、 含 ま れ る T F E 重合体の 重量 に 対 し て 6 .
0 重量 %添加 し 、 さ ら に ア ン モ ニ ア 水で p H を 9 . 0 に 調整 し た の ち 、 減圧下で水分を 蒸発 さ せ て T F E 重合体 の 固形分が 6 0 重量% に な る よ う 濃縮 し た。 濃縮 し た水 性分散体 (以下、 「水性分散体 2 」 と い う ) 中 の T F E 合体の 微粒子の平均粒径 は、 電子顕微鏡写真 に よ る 測 定で、 も と の 水性分散体 と 同 じ 0 . 2 2 m で あ っ た。 調製例 3
調製例 2 に お い て、 消費 さ れた T F E が 5 0 0 g に達 し た 時点で T F E の供給 と 撹拌を 停止 し た こ と 以外 は 調製例 2 と 同様 に し て水性分散体 を調製 し た 。 え ら れ 水性分散体 の 固形分濃度 は 1 4 . 3 重置% で あ り 、 重 体の微粒子 の 平均粒径 は、 電子顕微鏡写真 に よ る 測定で
0 . 1 2 mで あ っ た 。 溶融粘 度 は 、 1 X 1 0 5ボ イ ズ で あ り 、 乾燥粉末の 一部を使用 し てペ ー ス ト 押 出 し を行 な つ た と こ ろ 、 調製例 1 ま た は 2 で え ら れ た P F A ま は重合体 と 同様 に不連続な も の し かえ ら れず、 フ イ ブ ル化 に よ る 強度、 伸 び は な か っ た。
の 水性分散体の一部を調製例 1 ま た は 2 と 同様の 方 法 に よ り 濃縮 し 、 重合体 の 固形分濃度が 6 0 重量% と な る よ う に 濃縮 し た水性分散体 (以下、 「水性分散体 3 J と い う ) を え た。 水性分散体 3 中 の 重合体 の 微粒子の平 均粒径 は、 電子顕微鏡写真 に よ る 測定で は、 も と の 水性 分散体 と 同 じ 0 . で あ っ た。
方、 残 り の 水性分散体 に非 イ オ ン 系界面活性剤 と し て ト ラ イ ト ン X — 1 0 0 ( ロ ー ム & ハ ー ス カ ン ノ、。 二 社製:) を水性分散体中 の 重合体の 重量 に対 し て 0 . 1 量%添加 し 、 さ ら に ア ン モ ニ ア 水で ρ Η を 9 . 0 に調整 し た の ち 、 水性分散体の 固形分濃度が 1 0 重量% に な る よ う に イ オ ン 交換水を 追加 し 水性分散体 (以下、 「水性 分散体 4 」 と い う ) を え た。 水性分散体 4 中 の 重合体 の 微 U子の 平均粒径 は、 電子顕微鏡写真 に よ る 測定で は ち と の 水性分散体 と 同 じ 0 . 1 2 / m で あ っ た 。
実施例 1
平 均 粒 径 3 2 // m の 水 素 吸 蔵 合 金 ( 三 徳 金 属 ェ (株 ) 製、 M m N i 3 5A 1 0 5C o ?M η 0· 3) 1 0 0 重量部 に対 し て、 市販 の P T F E 水性分散体 ( ダ イ キ ン 工業 (株) 製 D — 1 、 ポ リ マ ー 濃度 ; 6 0 重量% 、 溶融 粘度 ; 1 X 1 0 1 1ボ イ ズ、 平均分子量 ; 約 3 0 0 万) を そ の ポ リ マ ー 分力 2 0 重量部 に な る よ う に 混ぜ、 ホ モ ジ ナ イ ザ ー を使用 し 氷水で冷却 し な が ら 1 0 0 0 0 r p m で 2 0 分間混合 し 、 ペ ー ス ト を作製 し た。 こ れを ア ル ミ 箔 の 上に ロ ー ラ ー で塗布 し 、 ま ず室温でつ い で 8 0 で 乾燥 さ せ た 。 こ う し て 作製 し た 電極表面 の 対水 接 触 角 は、 4 8 度 で あ っ た。
こ の電極 を調製例 1 ま た は 2 で調製 し た オ ルガ ノ ゾル 1 ま た は 2 に浸漬 し 乾燥 さ せ た。 電極 に 含浸 し た P F A ま た は重合体の量 は約 5 重量部で あ っ た。 乾燥後の電極 表面の対水接触角 は 、 オ ル ガ ノ ゾ ル 1 を用 い た ばあ い で 1 2 0 度、 オ ルガ ノ ゾ ル 2 を用 い た ば あ い で 1 1 5 度で あ っ た。
実施例 2
実施例 1 で使用 し た 水素吸蔵合金 1 0 0 重量部 に対 し て、 同 じ く 実施例 1 で使用 し た市販 の P T F E 水性分散 体を そ の ポ リ マ ー 分力 1 0 重量部 に な る よ う に 混ぜ、 さ ら に調製例 1 ま た は 2 で え ら れた水性分散体 1 ま た は 2 (ポ リ マ ー 澳度 6 0 重量 を そ の ポ リ マ ー 分が 1 0 重 量部 に な る よ う 混ぜ、 こ れ ら を ホ モ ジ ナ イ ザ ー を使用 し 氷水 で 冷却 し な が ら 1 0 0 0 0 r p m で 2 0 分 間 混 合 し 、 ペ ー ス ト を作製 し た。 こ れを ア ル ミ 箔 の 上 に ロ ー ラ 一 で塗布 し 、 ま ず室温でつ い で 8 0 °C で乾燥 さ せ た。 こ う し て作製 し た電極表面の 対水接触角 は、 水性分散体 1 を用 い た ば あ い で 5 9 度で あ り 、 水性分散体 2 を用 い た ばあ い で 5 6 度で あ り 、 実施例 1 に お い て オ ル ガ ノ ゾル を浸漬す る 前 の 対水接触角 4 8 度 よ り 大 き く な つ た。 す な わ ち 、 フ ィ ブ リ ル形成性 P T F E 2 0 重量部を使 う よ り 、 フ ィ ブ リ ル形成性 P T F E 1 0 重量部 お よ び非 フ ィ ブ リ ル形成性 T F E 重合体 1 0 重量部を使 う 方が撥水効 果が優れて い た。
比較例 1
実施例 1 に お い て市販の P T F E 水性分散体の代わ り に 調製例 1 で え ら れ た水性分散体 1 を 2 0 重量部の み を 水素吸蔵合金 1 0 0 重量部 と 混合 し て ペ ー ス 卜 の作製を 試み た が、 粘度が低す ぎて ペ ー ス ト 状 に な ら な か っ た。 調製例 2 で え ら れ た水性分散体 2 を用 い て も 同 じ 結果で あ っ た 0
実施例 3
平 均 粒 径 3 2 m の 水 素 吸 蔵 合 金 ( 三 徳 金 属 工 業 (株) 製、 M m N i 。 5 A 1 0 5C o Q ?M n Q 3) に 1 0 重量% に 希釈 し た市販の P T F E 水性分散体 ( ダイ キ ン 工業 (株) 製 D - 1 、 ポ リ マ ー 濃度 ; 6 0 重量% 、 平均 分子量 ; 約 3 0 0 万) を ポ リ マ ー の 固形分濃度が水素吸 蔵合金 に 対 し て 2 重量% に な る よ う に 加え た 。 つ ぎに、 調製例 1 で調製 し た 水性 分散体 1 を 1 0 重 S % に 希 釈 し 、 こ の T F E 重合体の 固形分濃度が水素吸蔵合金 に対 し て 同 じ く 2 重量% に な る よ う に 加え た。 さ ら に 、 増粘 剤 と し て ポ リ ビニ ル ア ル コ ー ル の 5 重量% 水溶液を水素 吸蔵合金 に 対 し て ポ リ ビニ ル ア ル コ ー ル力' 0 . 5 重量% に な る よ う に 、 ま た導電性炭素質材料 と し て カ ー ボ ン 微 粉末 を 水素 吸蔵 合金 に 対 し て 5 重 量 % に な る よ う に 加 え 、 混練 し ペ ー ス ト を作製 し た。
こ の ペ ー ス ト を ニ ッ ケ ノレ メ ツ キ を施 し た パ ン チ ン グ メ タ ル板 に 塗 着 し 、 ス リ ッ 卜 で平滑化 し て 電極 を 作 製 し た。 こ の 電極を 5 ト ン の加圧機で加圧 し 、 さ ら に ロ ー ラ 一 プ レ ス 機 を通 し て一定の 厚 さ に 調整 し た の ち 、 1 0 0 で 2 時間乾燥 さ せ た。 さ ら に 、 こ れを裁断 し た の ち 、 リ ー ド板を ス ポ ッ ト 溶接で取 り 付 け て電極 (以下、 「電 極 A」 と い う ) を え た 。
相手極 (正極) と し て は 、 公知 の 発泡状 メ タ ル に水酸 化ニ ッ ケ ル を充填 し た 発泡式ニ ッ ケ ル極を 用 い た。 セ パ レ ー タ ー に は市販の ポ リ ア ミ ド不織布を用 い た。
電極 A と 正極 と の 間 に セ パ レ ー タ ー を配匿 し 、 全体を 渦巻 き 状 に 卷回 し 、 単 3 サ イ ズの ニ ッ ケ ル メ ツ キ を施 し た容器 に 収容 し 、 比重 1 . 3 0 の 水酸化 カ リ ウ ム水溶液 を 注入 し た の ち 蓋を し 、 定格容量 1 2 0 O m A h の 密閉 型 円筒電池 (以下、 「電池 A」 と い う ) を作製 し た。 実施例 4
実施例 3 に お い て、 水性分散体 1 の 代わ り に 調製例 2 で調製 し た 水性分散体 2 を用 い た こ と 以外 は 、 実施例 3 と 同 様 に し て 電極 (以下、 「電極 B 」 と い う ) を 作 製 し 、 電池 (以下、 「電池 B 」 と い う ) を え た 。
比較例 2
実施例 3 に お い て、 水性分散体 1 の 代わ り に市販の P T F E 水性分散体 ( ダ イ キ ン 工業 (株) 製 D — 1 、 ポ リ マ ー 濃度 6 0 重量%、 平均分子量約 3 0 0 万) を用 い た こ と 以 外 は 実施例 3 と 同 様 に し て 電 極 ( 以下、 「 電 極 C 」 と い う ) を 作製 し 、 電 池 (以 下 、 「電池 C 」 と い う ) を え た。
実施例 5
平 均 粒 径 3 2 // m の 水 素 吸 蔵 合 金 ( 三 徳 金 属 工 業 (株) 製、 M m N i 3 5A 1 Q r C o Q ?M n Q 3) に 1 0 重置% に 希釈 し た市販 の P T F E 水性分散体 ( ダ イ キ ン 工業 (株) 製 D — 1 、 ポ リ マ ー 濃度 ; 6 0 重量%、 平均 分子量 ; 約 3 0 0 万) を ポ リ マ ー の 固形分濃度が水素吸 蔵合金 に 対 し て 4 重量% に な る よ う に 加え た。 さ ら に 、 増粘剤 と し て ポ リ ビニ ル ア ル コ ー ル 5 重量% 水溶液を水 素吸蔵合金 に 対 し て ポ リ ビニ ル ア ル コ ー ルが 0 . 5 重量 % に な る よ う に 、 ま た 導電性炭素質材料 と し て カ ー ボ ン 微粉末を 水素吸蔵合金 に対 し て 5 重量% に な る よ う に加 え 、 混練 し ペ ー ス ト を 作製 し た。
こ の ペ ー ス ト を ニ ッ ケ ノレ メ ツ キ を施 し た パ ン チ ン グ メ タ ル板 に 塗着 し 、 ス リ ッ ト で 平滑 化 し て 電極 を 作 製 し た。 こ の電極を 5 ト ン の加圧機で加圧 し 、 さ ら に ロ ー ラ 一 プ レ ス機を通 し て一定の 厚 さ に 調整 し た。 そ の 後、 電 極面 に 調製 例 1 で 調 製 し た オ ル ガ ノ ゾ ル 1 を 0 . 4 〜 0 . 5 m g Z c m 2塗着 し 、 1 0 0 。C で 5 時 間 乾燥 さ せ た。 裁断 し た の ち 、 リ ー ド板を ス ポ ッ ト 溶接で取 り 付 け て電極 (以下、 「電極 D 」 と い う ) を え た。
相手極 (正極) と し て は 、 公知 の 発泡状 メ タ ル に水酸 化ニ ッ ケ ル を 充填 し た 発泡式ニ ッ ケ ル極を 用 い た。 セ パ レ ー タ ー に は市販の ポ リ ア ミ ド不織布を用 い た。
電極 D と 正極 と の 間 に セ パ レ ー タ ー を配置 し 、 全体を 渦巻 き 状 に 巻回 し 、 単 3 サ イ ズの ニ ッ ケ ル メ ツ キ を施 し た 容器 に 収容 し 、 比重 1 . 3 0 の 水酸化 カ リ ウ ム 水溶液 を注入 し た の ち 蓋を し 、 定格容量 1 2 0 O m A h の 密閉 型 円 筒電池 (以下、 「電池 D」 と い う ) を作製 し た。 実施例 6
実施例 5 に お い て、 オ ル ガ ノ ゾ ル 1 の代わ り に調製例 2 で調製 し た オ ルガ ノ ゾ ル 2 を 用 い た こ と 以外 は、 実施 O 96/32751
( 29 ) 例 5 と 同様 に し て電極 (以下、 「電極 E 」 と い う ) を作 製 し 、 電池 (以下、 「電池 E 」 と い う ) を え た。
実施例 7
実施例 3 に お い て、 水性分散体 1 の 代わ り に 調製例 3 で調製 し た 水性分散体 3 を 用 い た こ と 以外 は 、 実施例 3 と 同 様 に し て 電極 (以下 、 「電極 F 」 と い う ) を 作 製 し 、 電池 (以下、 「電池 F 」 と い う ) を え た 。
実施例 8
実施例 3 に お い て、 水性分散体 1 の 代わ り に 調製例 3 で調製 し た 水性分散体 4 を用 い た こ と 以外 は 、 実施例 3 と 同 様 に し て 電極 ( 以下、 「電極 G 」 と い う ) を 作 製 し 、 電池 (以下、 「電池 G 」 と い う ) を え た 。
こ の よ う に し て作製 し た電池 A 〜 G を、 温度 2 0 で、 0 . 1 C 電流で 1 5 時間充電 し た の ち 、 0 . 2 C 電流で 放電 し て、 電池の電圧 が 1 . 0 V に な っ た 時点で放電停 止す る サ イ ク ル条件で充放電を繰 り 返 し 行な い、 電池の 性能 と し て放電容量を 測定 し た。 そ の 放電容量の サ イ ク ル特性 に つ い て、 初期 の 放電容量 を 1 0 0 と し て 図 1 に 示 し た。
図 1 に お い て、 A は 実施例 3 で え ら れ た電池の サ イ ク ル特性、 B は実施例 4 で え ら れ た電池の サ イ ク ル特性、 C は比較例 2 で え ら れ た電池の サ イ ク ル特性、 D は実施 例 5 で え ら れ た電池の サ イ ク ル特性、 E は 実施例 6 で え ら れ た電池 の サ イ ク ル特性、 F は 実施例 7 で え ら れ た電 池の サ イ ク ル特性お よ び G は実施例 8 でえ ら れた電池の サ イ ク ル特性 を 示す。
図 1 か ら 明 ら かな よ う に 、 調製例 1 、 2 、 3 で調製 し た水性分散体 ま た は オ ル ガ ノ ゾ ル を 用 い た電池 A、 B 、 D、 E 、 F 、 G は、 そ れを 用 い て い な い電池 C に比べて サ イ ク ル寿命が向上 し て い る 。
こ れ は、 低分子量 P T F E ま た は P F A が、 電極表面 ま た は 内 部 に お い て 、 フ ィ ブ リ ル化せず に 存在す る こ と で、 三相界面を よ り 多 く つ く る こ と 力 で き 、 充電時に 正 極か ら 発生す る 酸素ガ ス を速や か に 拡散、 吸収、 反応 さ せ て い る た め で あ る と 考 え ら れ る 。
つ ぎ に 、 電池 A〜 G の 内 圧特性 に つ い て評価 し た。 2 0 て、 0 . 1 C 電流で 1 5 時間充電を行な い 、 こ の と き の 電池の 内 圧 を 、 予 め 電池底部 に 穴を 開 け、 こ れを圧力 セ ン サ ー を 取 り 付 け た 固定装匿 に装着す る こ と で測定 し た。 放電 は 0 . 2 C 電流で 1 . 0 V ま で行な っ た。 1 0 0 サ イ ク ル 目 の 電池の 最大内圧 を 表 1 に 示す。
使用した水性分散体 重合体または共重合 100サイクル目の電池 電池 またはオルガノゾル 体の粒子の平均粒径 の最大内圧 の番号 { β m) (kg/ cm^G)
A 水性分散体 1 0.08 5.4
B 水性分散体 2 0.22 6.2
C (市販品) 0.27 10.5
D オルガノ ゾル 1 0.08 6.5
E オルガノ ゾル 2 0.22 6.8
F 水性分散体 3 0.12 5.6
G 水性分散体 4 0.12 5.0 表 1 の 結 果 か ら 明 ら か な よ う に 、 電池 A 、 B 、 D 、 E 、 F の 最大内圧 は電池 C の そ れ に比べて低 く 、 実際 に 発生す る 酸素ガ ス を速や か に吸収 し て い る こ と を裏付 け て い る 。 さ ら に 、 電池 A、 B、 F を比べ る と 、 重合体 ま た は P F A の 平均粒径が小 さ い ほ ど今回測定 し た電池特 性 は よ く な る こ と が わ か る 。 こ れ は粒径が小 さ い ほ ど、 三相界面が電極表面 ま た は 内部 に よ り 効率 よ く 分散 さ れ る た め と 考 え ら れ る 。 ま た、 F と G を比較す る と 、 G の 方が最大内 圧が低い が、 こ れ は 界面活性剤が少な い G の 方が、 撥水性付与剤 と し て の効果が高 い こ と を 示唆 し て い る も の と 考え ら れ る 。 安全面か ら も 電池内 圧 を低 く 抑 え る こ と が非常 に重要で あ る 。 産業上の利用可能性
本発 明 の 電池用 撥 水性付与剤 は 、 撥水性 に 著 し く 優 れ、 作業性、 耐熱性、 耐薬品性 に も 傻れ、 こ れを用 い て え ら れ る 電池 は サ イ ク ル寿命お よ び内 圧特性 に優れて い
Ό o

Claims

請 求 の 範 囲
1. 平均粒径が 0 . 0 5 〜 : L ju m で あ っ て 、 テ ト ラ フ ル ォ ロ エ チ レ ン 一 パ ー フ ル ォ ロ ( ア ル キ ル ビ ニ ル エ ー テ ル) 共重合体お よ び Zま た は非 フ イ ブ リ ル形成性の テ ト ラ フ ル ォ ロ エ チ レ ン 重合体 の 微粒子を含む水性分散 体 ま た は オ ル ガ ノ ゾル か ら な る 電池用撥水性付与剤。
2, 非 フ イ ブ リ ル形成性 の テ ト ラ フ ノレ ォ ロ エ チ レ ン 重合 体の 3 8 0 °C に お け る 溶融粘 度 が 1 X 1 0 'ボ イ ズ 以 下 で あ り 、 か つ そ の 微粒子 の 平 均 粒径 が 0 . 0 5 〜 0 . 3 mで あ る 請求の 範囲第 1 項記載の 電池用 撥水 性付与剤。
3. テ ト ラ フ ル ォ ロ エ チ レ ン 一 パ ー フ ル ォ ロ ( ア ル キ ル ビニ ル エ ー テ ル) 共重合体お よ び ま た は非 フ イ ブ リ ル形成性の テ ト ラ フ ルォ ロ エ チ レ ン 重合体の 微粒子の 平均粒径が 0 . 0 5 〜 0 . l u m で あ る 請求の 範囲第 1 項記載の 電池用 撥水性付与剤。
4. 請求 の 範囲第 1 項〜第 3 項の い ずれか に 記載の 共重 合体 お よ び ま た は 重 合体の 微粒子 1 〜 7 0 重量% を 含む水性分散体か ら な る 電池用 撥水性付与剤。
5. 共重 合体 お よ び Zま た は重合体の 微粒子の 重量基準 で 0 〜 2 0 重量% の 非 イ オ ン 系界面活性剤 を 含む請求 の 範囲第 4 項記載の 水性分散体 か ら な る 電池用 撥水性 付与剤。
6. 請求 の 範囲第 1 項〜第 3 項の いずれか に 記載の 共重 合体 お よ び / ま た は重合体の微粒子 5 〜 7 0 重量% を 含むオ ル ガ ノ ゾル か ら な る 電池用 撥水性付与剤。
7. 分散媒カ《 イ ソ プ ロ パ ノ ー ル、 エ タ ノ ー ル ま た は メ チ ル イ ソ プ チ ル ケ ト ン で あ る 請求の 範囲第 6 項記載の ォ ルガ ノ ゾルか ら な る 電池用撥水性付与剤。
. 電池がニ ッ ケ ル 一 力 ド ミ ゥ ム ニ次電池 ま た は ニ ッ ケ ル ー 水素二次電池で あ る 請求の範囲第 1 項〜 第 7 項の い ずれか に 記載の 電池用撥水性付与剤。
. 請求の 範囲第 1 項 〜第 7 項の い ずれか に 記載の電池 用 撥水性付与剤を 用 い て え ら れ る 電池。
. 電池が ニ ッ ケ ル 一 力 ド ミ ゥ ム ニ次電池 ま た は ニ ッ ケ ル ー 水素 二 次電池 で あ る 請求 の 範 囲 第 9 項 記 載 の 電 池。
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