JP3168686B2 - アルカリ二次電池およびその製造方法 - Google Patents
アルカリ二次電池およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はニッケル−カドミウム蓄
電池，ニッケル−亜鉛蓄電池およびニッケル−水素蓄電
池などのアルカリ二次電池に関するものであり、特に充
放電寿命の長いアルカリ二次電池を提供するものであ
る。
電池，ニッケル−亜鉛蓄電池およびニッケル−水素蓄電
池などのアルカリ二次電池に関するものであり、特に充
放電寿命の長いアルカリ二次電池を提供するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来、アルカリ二次電池のセ
パレータの材質としては脂肪族ポリアミド、いわゆるナ
イロンが主として用いられてきた。ナイロンはそれ自体
親水性を有し、また、耐熱性もポリプロピレン等に比べ
て高いのでセパレータ材質としては比較的すぐれている
が、耐酸化性に問題があり、アルカリ電解液の炭酸化を
生じやすく、これに起因して電池性能が劣化する問題点
を有していた。
パレータの材質としては脂肪族ポリアミド、いわゆるナ
イロンが主として用いられてきた。ナイロンはそれ自体
親水性を有し、また、耐熱性もポリプロピレン等に比べ
て高いのでセパレータ材質としては比較的すぐれている
が、耐酸化性に問題があり、アルカリ電解液の炭酸化を
生じやすく、これに起因して電池性能が劣化する問題点
を有していた。
【０００３】一方、最近ではセパレータの材質としてポ
リプロピレンやポリサルフォン等の耐酸化性が良好なも
のが提案されているが、各々に問題点を有している。例
えば、ポリプロピレン系やポリサルフォン系のセパレー
タでは、繊維自体が疎水性であるため界面活性剤によっ
て親水化しているが、長期間の使用で親水化作用が失わ
れて二次電池の内部抵抗が増大する不都合があった。
リプロピレンやポリサルフォン等の耐酸化性が良好なも
のが提案されているが、各々に問題点を有している。例
えば、ポリプロピレン系やポリサルフォン系のセパレー
タでは、繊維自体が疎水性であるため界面活性剤によっ
て親水化しているが、長期間の使用で親水化作用が失わ
れて二次電池の内部抵抗が増大する不都合があった。
【０００４】また、ポリプロピレン系のセパレータで
は、耐熱性が低いために微小な短絡が発生すると、これ
が一挙に大きな短絡に拡大する（微小な短絡によって発
生した熱でセパレータが溶融し短絡面積が一挙に増加す
る）ことで電池が著しく発熱することがあり危険であ
る。
は、耐熱性が低いために微小な短絡が発生すると、これ
が一挙に大きな短絡に拡大する（微小な短絡によって発
生した熱でセパレータが溶融し短絡面積が一挙に増加す
る）ことで電池が著しく発熱することがあり危険であ
る。
【０００５】さらに、ポリサルフォン系のセパレータで
はポリサルフォン繊維同士が熱溶着しないことから、不
織布化するに際してアクリル系樹脂やポリ塩化ビニル等
のバインダー繊維を必要とし、このバインダー繊維がセ
パレータの耐熱性や耐酸化性を損なっていた。
はポリサルフォン繊維同士が熱溶着しないことから、不
織布化するに際してアクリル系樹脂やポリ塩化ビニル等
のバインダー繊維を必要とし、このバインダー繊維がセ
パレータの耐熱性や耐酸化性を損なっていた。
【０００６】以上のことからわかるように、従来の電池
は、セパレータの特性が充分でないことに起因して、長
期間にわたって安定した性能を保持することができなか
った。
は、セパレータの特性が充分でないことに起因して、長
期間にわたって安定した性能を保持することができなか
った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はアルカリ電解液
を用いるいわゆるアルカリ二次電池に関するものであ
り、セパレータが非晶質の芳香族ポリアミド単独あるい
は非晶質の芳香族ポリアミドと他の耐熱性，耐酸化性が
良好な物質とからなることを特徴とする。
を用いるいわゆるアルカリ二次電池に関するものであ
り、セパレータが非晶質の芳香族ポリアミド単独あるい
は非晶質の芳香族ポリアミドと他の耐熱性，耐酸化性が
良好な物質とからなることを特徴とする。
【０００８】
【作用】芳香族ポリアミドは脂肪族ポリアミド（いわゆ
るナイロン）と同様に親水性（親アルカリ電解液性）で
あるだけでなく、脂肪族ポリアミドに比べて耐熱性およ
び耐酸化性が著しくすぐれていることが知られている。
るナイロン）と同様に親水性（親アルカリ電解液性）で
あるだけでなく、脂肪族ポリアミドに比べて耐熱性およ
び耐酸化性が著しくすぐれていることが知られている。
【０００９】このように芳香族ポリアミドはセパレータ
の材質として極めて適しているが、加熱時に溶融状態を
経ずに炭化してしまうために、繊維同士を強固に接着す
ることが困難である。つまり、空孔率および機械的強度
が大きい不織布とすることができなかった。
の材質として極めて適しているが、加熱時に溶融状態を
経ずに炭化してしまうために、繊維同士を強固に接着す
ることが困難である。つまり、空孔率および機械的強度
が大きい不織布とすることができなかった。
【００１０】また、溶融しないことから、セパレータを
極板に巻き付ける手段として一般的な超音波溶着法で袋
状に加工できない不都合を有していた。このことは、平
板状の極板を積層して極板群とする角形二次電池のセパ
レータの材質として芳香族ポリアミドが実質的には使用
できないことを意味する。
極板に巻き付ける手段として一般的な超音波溶着法で袋
状に加工できない不都合を有していた。このことは、平
板状の極板を積層して極板群とする角形二次電池のセパ
レータの材質として芳香族ポリアミドが実質的には使用
できないことを意味する。
【００１１】しかしながら、種々の検討の結果、芳香族
ポリアミドのうち非晶質のものからなるセパレータは超
音波溶着法にて溶融させることができ、袋状に加工でき
ることがわかった。
ポリアミドのうち非晶質のものからなるセパレータは超
音波溶着法にて溶融させることができ、袋状に加工でき
ることがわかった。
【００１２】つまり、非晶質の芳香族ポリアミドを用い
ることで耐熱性および耐酸化性が良好でしかも超音波溶
着法で加工できるセパレータとなる。具体的には、非晶
質の芳香族ポリアミド単独からなるセパレータあるい
は、非晶質の芳香族ポリアミドと結晶質の芳香族ポリア
ミドとの組み合わせや非晶質の芳香族ポリアミドとポリ
サルフォンとの組み合わせ、さらには非晶質の芳香族ポ
リアミドとチタン酸カリウムなどの無機繊維との組み合
わせからなるセパレータを用いた二次電池は、セパレー
タの耐酸化性が良好であり、しかも芳香族ポリアミドの
親水性が良好であることに基づき、長期間安定した性能
を持続する。また、非晶質の芳香族ポリアミドの融点が
約４５０℃と、脂肪族ポリアミドの約２３０℃、ポリプ
ロピレンの約１１０℃に比べて著しく高いことに基づい
て、微小短絡による発熱が引き金となる、セパレータの
溶融→短絡面積の拡大→電池の著しい発熱、という問題
も抑制できる。
ることで耐熱性および耐酸化性が良好でしかも超音波溶
着法で加工できるセパレータとなる。具体的には、非晶
質の芳香族ポリアミド単独からなるセパレータあるい
は、非晶質の芳香族ポリアミドと結晶質の芳香族ポリア
ミドとの組み合わせや非晶質の芳香族ポリアミドとポリ
サルフォンとの組み合わせ、さらには非晶質の芳香族ポ
リアミドとチタン酸カリウムなどの無機繊維との組み合
わせからなるセパレータを用いた二次電池は、セパレー
タの耐酸化性が良好であり、しかも芳香族ポリアミドの
親水性が良好であることに基づき、長期間安定した性能
を持続する。また、非晶質の芳香族ポリアミドの融点が
約４５０℃と、脂肪族ポリアミドの約２３０℃、ポリプ
ロピレンの約１１０℃に比べて著しく高いことに基づい
て、微小短絡による発熱が引き金となる、セパレータの
溶融→短絡面積の拡大→電池の著しい発熱、という問題
も抑制できる。
【００１３】なお、芳香族ポリアミドをセパレータの材
質として用いることは、すでに特開昭58-147956 号で提
案されているが、耐酸化性の劣るナイロンとの混用であ
るため二次電池の性能を長期間安定して保持することに
関しては充分でなく、ほとんど実使用されていない模様
である。また、芳香族ポリアミドの結晶性に基づく特性
の違いについては述べられておらず、このことについて
は認識されていなかったものと考えられる。
質として用いることは、すでに特開昭58-147956 号で提
案されているが、耐酸化性の劣るナイロンとの混用であ
るため二次電池の性能を長期間安定して保持することに
関しては充分でなく、ほとんど実使用されていない模様
である。また、芳香族ポリアミドの結晶性に基づく特性
の違いについては述べられておらず、このことについて
は認識されていなかったものと考えられる。
【００１４】以上のことからわかるように、本発明によ
れば従来と同等の作業性で電池が製作することができ、
長期間にわたって性能の低下が少ない二次電池とするこ
とができる。
れば従来と同等の作業性で電池が製作することができ、
長期間にわたって性能の低下が少ない二次電池とするこ
とができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて詳細に
説明する。本発明はニッケル−カドミウム電池，ニッケ
ル−亜鉛電池，ニッケル−水素電池および銀−カドミウ
ム電池などのアルカリ二次電池に適用することができ
る。実施例ではこれらのアルカリ二次電池の中で最も一
般的なニッケル−カドミウム電池を用いて説明する。
説明する。本発明はニッケル−カドミウム電池，ニッケ
ル−亜鉛電池，ニッケル−水素電池および銀−カドミウ
ム電池などのアルカリ二次電池に適用することができ
る。実施例ではこれらのアルカリ二次電池の中で最も一
般的なニッケル−カドミウム電池を用いて説明する。
【００１６】電池に用いる正極板および負極板は以下の
ようにして製作した。多孔度が約８０％の焼結式ニッケ
ル基板に硝酸ニッケルを主体とし硝酸コバルトを含有す
る混合水溶液を含浸した後、乾燥を行い、ついで水酸化
ナトリウム水溶液中で中和するといういわゆる化学含浸
の工程を繰り返して理論容量が２００mAh の正極板を製
作した。
ようにして製作した。多孔度が約８０％の焼結式ニッケ
ル基板に硝酸ニッケルを主体とし硝酸コバルトを含有す
る混合水溶液を含浸した後、乾燥を行い、ついで水酸化
ナトリウム水溶液中で中和するといういわゆる化学含浸
の工程を繰り返して理論容量が２００mAh の正極板を製
作した。
【００１７】一方、負極板も硝酸カドミウムの水溶液を
用いた以外は、正極板を製作したのと同様に化学含浸の
工程を繰り返して理論容量が４００mAh の負極板を製作
した。さらに、この負極板を水酸化カリウム水溶液中で
化成していわゆるプリチャージの金属カドミウムを生成
させた。
用いた以外は、正極板を製作したのと同様に化学含浸の
工程を繰り返して理論容量が４００mAh の負極板を製作
した。さらに、この負極板を水酸化カリウム水溶液中で
化成していわゆるプリチャージの金属カドミウムを生成
させた。
【００１８】つぎに、このようにして製作した正極板３
枚に超音波溶着機を用いて厚み０．１７mm，目付重量６
５g/m 2 のセパレータを袋状に取り付け、負極板４枚と
交互になるように組み合わせて極板群を作製したのち、
電解液として比重１．３０（２０℃）の水酸化カリウム
水溶液を用いて公称容量が６００mAh でいわゆるリザー
ブ用の水酸化カドミウムを有する密閉形の角形ニッケル
−カドミウム電池を製作した。なお、用いたセパレータ
は表１に示した通りである。
枚に超音波溶着機を用いて厚み０．１７mm，目付重量６
５g/m 2 のセパレータを袋状に取り付け、負極板４枚と
交互になるように組み合わせて極板群を作製したのち、
電解液として比重１．３０（２０℃）の水酸化カリウム
水溶液を用いて公称容量が６００mAh でいわゆるリザー
ブ用の水酸化カドミウムを有する密閉形の角形ニッケル
−カドミウム電池を製作した。なお、用いたセパレータ
は表１に示した通りである。
【００１９】
【表１】 電池の性能評価は以下のようにして行った。すなわち、
通電電流１ＣＡ（６００ｍＡ）で１２０％の充電を行っ
た後、同じく１ＣＡの電流で１Ｖまで放電するという充
放電サイクルを繰り返して放電容量の推移を測定した。
結果を図１に示す。
通電電流１ＣＡ（６００ｍＡ）で１２０％の充電を行っ
た後、同じく１ＣＡの電流で１Ｖまで放電するという充
放電サイクルを繰り返して放電容量の推移を測定した。
結果を図１に示す。
【００２０】図から本発明実施例の電池Ａ，Ｂ，Ｃおよ
びＤは従来例の電池ＥおよびＦに比べてサイクル寿命が
３０％程度長く、しかも放電容量の推移が安定している
ことがわかる。
びＤは従来例の電池ＥおよびＦに比べてサイクル寿命が
３０％程度長く、しかも放電容量の推移が安定している
ことがわかる。
【００２１】なお、各電池の５００サイクル目の内部抵
抗と電解液中の炭酸根の量を化学分析した結果を表２に
示す。表から本発明の実施例の電池Ａ，Ｂ，ＣおよびＤ
の内部抵抗は低くしかも炭酸根の量は、耐酸化性が良好
であるといわれているプロピレンを用いた電池Ｆとほぼ
同等であることがわかる。
抗と電解液中の炭酸根の量を化学分析した結果を表２に
示す。表から本発明の実施例の電池Ａ，Ｂ，ＣおよびＤ
の内部抵抗は低くしかも炭酸根の量は、耐酸化性が良好
であるといわれているプロピレンを用いた電池Ｆとほぼ
同等であることがわかる。
【００２２】
【表２】 また、寿命末期の微小短絡から著しい発熱に至る現象に
関しては３０℃以上の温度上昇がポリプロピレンセパレ
ータを用いた電池Ｆで約２０％の確率で発生したが、本
発明電池においては認められなかった。このことは、充
放電サイクルでの放電容量の推移を示した図１からも推
察される。
関しては３０℃以上の温度上昇がポリプロピレンセパレ
ータを用いた電池Ｆで約２０％の確率で発生したが、本
発明電池においては認められなかった。このことは、充
放電サイクルでの放電容量の推移を示した図１からも推
察される。
【００２３】すなわち、セパレータが溶融温度の低い材
質でできているものほどサイクル寿命が短く、しかも寿
命末期での容量低下の度合いが急激であり、微小短絡が
完全な短絡に移行しやすい傾向を有しているものと考え
られる。これらのことからわかるように本発明によれば
サイクル寿命が長く、しかも放電容量の推移が安定した
ニッケル−カドミウム電池とすることができる。
質でできているものほどサイクル寿命が短く、しかも寿
命末期での容量低下の度合いが急激であり、微小短絡が
完全な短絡に移行しやすい傾向を有しているものと考え
られる。これらのことからわかるように本発明によれば
サイクル寿命が長く、しかも放電容量の推移が安定した
ニッケル−カドミウム電池とすることができる。
【００２４】なお、非晶質の芳香族ポリアミドは、放射
状（海島構造）のフィブリルと直線状のファイバーとの
混合比率を変化させることで機械的特性に幅を持たせた
セパレータとすることができる。
状（海島構造）のフィブリルと直線状のファイバーとの
混合比率を変化させることで機械的特性に幅を持たせた
セパレータとすることができる。
【００２５】つぎに、セパレータの超音波溶着特性につ
いて説明する。セパレータの超音波溶着特性は、非晶質
な芳香族ポリアミドの含有率が３０wt％以上で実使用に
耐えるものになる。例として先の実施例２で用いた非晶
質の芳香族ポリアミドと結晶質の芳香族ポリアミドとの
混合系セパレータを用いて以下に説明する。
いて説明する。セパレータの超音波溶着特性は、非晶質
な芳香族ポリアミドの含有率が３０wt％以上で実使用に
耐えるものになる。例として先の実施例２で用いた非晶
質の芳香族ポリアミドと結晶質の芳香族ポリアミドとの
混合系セパレータを用いて以下に説明する。
【００２６】実験は非晶質な芳香族ポリアミドと結晶質
の芳香族ポリアミドとの混合比を変えて製作した目付重
量６５g/ m2 のセパレータ２枚を超音波溶着機にて接着
したのち、接着部の引き裂き強力を測定した。結果を図
２に示す。
の芳香族ポリアミドとの混合比を変えて製作した目付重
量６５g/ m2 のセパレータ２枚を超音波溶着機にて接着
したのち、接着部の引き裂き強力を測定した。結果を図
２に示す。
【００２７】図から非晶質の芳香族ポリアミドが３０％
以上で接着部の引き裂き強力が大きく向上しており、セ
パレータの装着方法として超音波溶着法が適用できるこ
とがわかる。この特性の傾向は結晶質の芳香族ポリアミ
ドの代わりにポリサルフォンあるいはチタン酸カリウム
等の無機繊維を用いた場合にも同様である。
以上で接着部の引き裂き強力が大きく向上しており、セ
パレータの装着方法として超音波溶着法が適用できるこ
とがわかる。この特性の傾向は結晶質の芳香族ポリアミ
ドの代わりにポリサルフォンあるいはチタン酸カリウム
等の無機繊維を用いた場合にも同様である。
【００２８】したがって、セパレータの材質は非晶質の
芳香族ポリアミド単独あるいは非晶質の芳香族ポリアミ
ドと他の耐熱性および耐酸化性のすぐれた物質との混合
系でも良く、これらの材質からなるセパレータを用いる
ことで電池は安定した性能を長期間持続する。
芳香族ポリアミド単独あるいは非晶質の芳香族ポリアミ
ドと他の耐熱性および耐酸化性のすぐれた物質との混合
系でも良く、これらの材質からなるセパレータを用いる
ことで電池は安定した性能を長期間持続する。
【００２９】以上で本発明の作用を説明したが、本発明
の効果はニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池およ
び銀−カドミウム電池などの他のアルカリ二次電池にお
いても同様に得ることができる。さらに、特開昭63-250
068 号などで提案されているいわゆるリザーブ用の放電
状態の負極活物質を有しないアルカリ二次電池において
も同様である。
の効果はニッケル−亜鉛電池、ニッケル−水素電池およ
び銀−カドミウム電池などの他のアルカリ二次電池にお
いても同様に得ることができる。さらに、特開昭63-250
068 号などで提案されているいわゆるリザーブ用の放電
状態の負極活物質を有しないアルカリ二次電池において
も同様である。
【００３０】
【発明の効果】上述したように、本発明によればアルカ
リ二次電池の充放電サイクル寿命およびサイクルでの容
量推移を向上できることから、その工業的価値は大き
い。
リ二次電池の充放電サイクル寿命およびサイクルでの容
量推移を向上できることから、その工業的価値は大き
い。
【図１】本発明電池と従来電池との充放電サイクルでの
容量推移を比較した図
容量推移を比較した図
【図２】セパレータの超音波溶着部の引裂き強力と非晶
質な芳香族ポリアミドの含有率との関係を示した図
質な芳香族ポリアミドの含有率との関係を示した図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/16 H01M 10/28
Claims (2)
- 【請求項１】 セパレータが非晶質な芳香族ポリアミド
単独あるいは非晶質な芳香族ポリアミドと他の耐熱性，
耐酸化性が良好な物質とからなることを特徴とするアル
カリ二次電池。 - 【請求項２】 非晶質な芳香族ポリアミドを含むセパレ
ータを平板状の極板に巻く手段として超音波溶着法を用
いることを特徴とするアルカリ二次電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11549092A JP3168686B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | アルカリ二次電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11549092A JP3168686B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | アルカリ二次電池およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05290822A JPH05290822A (ja) | 1993-11-05 |
| JP3168686B2 true JP3168686B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=14663811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11549092A Expired - Fee Related JP3168686B2 (ja) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | アルカリ二次電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3168686B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5591539A (en) * | 1993-04-13 | 1997-01-07 | Pall Corporation | Electrolytically conductive battery separator polymeric film |
| US5492781A (en) * | 1994-01-18 | 1996-02-20 | Pall Corporation | Battery separators |
| JP5899938B2 (ja) | 2012-01-12 | 2016-04-06 | 日産自動車株式会社 | 二次電池の製造方法、二次電池 |
| JP6724342B2 (ja) * | 2015-11-13 | 2020-07-15 | 日本電気株式会社 | 電池用セパレータ、前記セパレータを有する電池、前記セパレータの製造方法および前記電池の製造方法 |
-
1992
- 1992-04-07 JP JP11549092A patent/JP3168686B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05290822A (ja) | 1993-11-05 |
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