JP3221337B2 - アルカリ蓄電池用セパレータ - Google Patents
アルカリ蓄電池用セパレータInfo
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- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
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- H01M2300/00—Electrolytes
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- H01M2300/0014—Alkaline electrolytes
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ蓄電池用
セパレータの改良に関するものである。
セパレータの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】各種の電源として広く使われているアル
カリ蓄電池は高信頼性が期待でき、小形軽量化も可能な
どの理由で、小形の電池は各種ポータブル機器用電源
に、大形の電池は産業用電源として使われてきた。この
ようなアルカリ蓄電池において、正極としては一部に空
気極や酸化銀極なども取り上げられているが、そのほと
んどはニッケル極である。また極板形式もポケット式か
ら焼結式、発泡メタル式に代わるにつれて特性が向上
し、さらに密閉化が進展するとともに用途も広がった。
カリ蓄電池は高信頼性が期待でき、小形軽量化も可能な
どの理由で、小形の電池は各種ポータブル機器用電源
に、大形の電池は産業用電源として使われてきた。この
ようなアルカリ蓄電池において、正極としては一部に空
気極や酸化銀極なども取り上げられているが、そのほと
んどはニッケル極である。また極板形式もポケット式か
ら焼結式、発泡メタル式に代わるにつれて特性が向上
し、さらに密閉化が進展するとともに用途も広がった。
【０００３】一方負極としては、カドミウムの他に亜
鉛、鉄、水素吸蔵材料などが対象となっている。これま
ではカドミウム極が主体に用いられニッケル−カドミウ
ム電池が提供されてきたが、一層の高エネルギー密度化
を達成するために金属水素化物、つまり水素吸蔵合金負
極を使ったニッケル−水素蓄電池が注目され、その製品
化と共に製法などにも多くの提案がなされている。一般
に密閉形アルカリ蓄電池においては、高容量、急速充
電、長寿命などが要望され、電極の活物質充填性、利用
率、負極でのガス吸収特性などの向上が図られている。
鉛、鉄、水素吸蔵材料などが対象となっている。これま
ではカドミウム極が主体に用いられニッケル−カドミウ
ム電池が提供されてきたが、一層の高エネルギー密度化
を達成するために金属水素化物、つまり水素吸蔵合金負
極を使ったニッケル−水素蓄電池が注目され、その製品
化と共に製法などにも多くの提案がなされている。一般
に密閉形アルカリ蓄電池においては、高容量、急速充
電、長寿命などが要望され、電極の活物質充填性、利用
率、負極でのガス吸収特性などの向上が図られている。
【０００４】高容量密度、長寿命に関しては電池内の電
解液量が大きく影響する。一般に、容量、寿命の点では
電解液は多い方がよい。しかし、過充電時の負極におけ
る酸素ガス吸収の観点からは、セパレータのガス透過性
を向上させるために、電解液は少ないほうが良い。ま
た、電池内では電解液はセパレータ中に含浸状態で存在
するため、その液量には限界がある。
解液量が大きく影響する。一般に、容量、寿命の点では
電解液は多い方がよい。しかし、過充電時の負極におけ
る酸素ガス吸収の観点からは、セパレータのガス透過性
を向上させるために、電解液は少ないほうが良い。ま
た、電池内では電解液はセパレータ中に含浸状態で存在
するため、その液量には限界がある。
【０００５】密閉形電池において寿命を支配する一要因
として、セパレータ中の電解液不足がある。つまりこれ
は充放電サイクルの初期にはセパレータが適度な電解液
を保持していて問題がないが、充放電の繰り返しによっ
て、電極が膨張しセパレータ中の電解液が電極中に吸収
されて、セパレータ中の電解液量が不足し、内部抵抗が
増して放電時の電圧低下をもたらす。この場合、セパレ
ータでの電解液の枯渇化はニッケル正極に負うところが
大きく、放電容量も減少する。一方、密閉化を実現する
ためには、過充電時に正極から発生する酸素ガスを負極
上に到達させ、還元消費させる必要がある。しかしセパ
レータ中の電解液を増やすとセパレータのガス透過性が
低下したり、負極面を必要以上に電解液が覆ってしま
い、負極での酸素ガス消費能力が低下して密閉化が困難
になる。
として、セパレータ中の電解液不足がある。つまりこれ
は充放電サイクルの初期にはセパレータが適度な電解液
を保持していて問題がないが、充放電の繰り返しによっ
て、電極が膨張しセパレータ中の電解液が電極中に吸収
されて、セパレータ中の電解液量が不足し、内部抵抗が
増して放電時の電圧低下をもたらす。この場合、セパレ
ータでの電解液の枯渇化はニッケル正極に負うところが
大きく、放電容量も減少する。一方、密閉化を実現する
ためには、過充電時に正極から発生する酸素ガスを負極
上に到達させ、還元消費させる必要がある。しかしセパ
レータ中の電解液を増やすとセパレータのガス透過性が
低下したり、負極面を必要以上に電解液が覆ってしま
い、負極での酸素ガス消費能力が低下して密閉化が困難
になる。
【０００６】いずれにせよ、これらの特性にはセパレー
タが重要な役目を果たしている。セパレータとしては電
気抵抗が低く、耐アルカリ性や耐酸化性に優れているこ
とは勿論であるが、さらに長期にわたって電解液の保持
性が良好で、適度の通気性を有することが要望される。
そのため、適度な耐熱性を有し、高温度、高濃度のアル
カリ電解液中でも分解しないセパレータ材料として、例
えば特公平６−１０１３２３号公報に開示させたポリプ
ロピレン主体のポリオレフィン系樹脂繊維よりなる不織
布表面のスルホン化や、アクリル酸のグラフト重合等、
様々な方法で親水化処理して使用する方法がとられてき
た。
タが重要な役目を果たしている。セパレータとしては電
気抵抗が低く、耐アルカリ性や耐酸化性に優れているこ
とは勿論であるが、さらに長期にわたって電解液の保持
性が良好で、適度の通気性を有することが要望される。
そのため、適度な耐熱性を有し、高温度、高濃度のアル
カリ電解液中でも分解しないセパレータ材料として、例
えば特公平６−１０１３２３号公報に開示させたポリプ
ロピレン主体のポリオレフィン系樹脂繊維よりなる不織
布表面のスルホン化や、アクリル酸のグラフト重合等、
様々な方法で親水化処理して使用する方法がとられてき
た。
【０００７】しかしいずれの親水化処理方法において
も、保液性を向上させるには、繊維表面積を大きくして
電解液との接触面積を増やすこと、繊維の交絡点間距離
を短くしてセパレータ中の電解液分布を均一にすること
の２点の理由から、繊維径を細くすることが有効であ
り、メルトブロー工法による繊維の不織布や、分割性複
合繊維の不織布が提案されている。
も、保液性を向上させるには、繊維表面積を大きくして
電解液との接触面積を増やすこと、繊維の交絡点間距離
を短くしてセパレータ中の電解液分布を均一にすること
の２点の理由から、繊維径を細くすることが有効であ
り、メルトブロー工法による繊維の不織布や、分割性複
合繊維の不織布が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
メルトブロー工法によるポリプロピレン等のポリオレフ
ィン系樹脂繊維の不織布は引張強度が弱く、電池製造工
程でセパレータとして必要な強度に欠けるという課題が
あった。また、分割性複合繊維を乾式または湿式で不織
布状にした後、水流交絡によって繊維を分割、交絡する
工法では、製糸の段階で延伸してあるため、メルトブロ
ー工法によるものよりも引張強度は強く、メルトブロー
工法で起こった問題は解決できる。しかし本質的に繊維
が細いために、セパレータとして必要な強度が不足し、
いわゆる“コシ”がないという欠点があり、やはり電池
製造工程上で、セパレータに必要な強度に欠けるという
課題があった。また、繊維径を細くすると通気性が相対
的に低くなる傾向があるため、電池内圧に応じて、通気
性とともにこれと交互作用をもつ保液性とのバランスを
とる必要があった。
メルトブロー工法によるポリプロピレン等のポリオレフ
ィン系樹脂繊維の不織布は引張強度が弱く、電池製造工
程でセパレータとして必要な強度に欠けるという課題が
あった。また、分割性複合繊維を乾式または湿式で不織
布状にした後、水流交絡によって繊維を分割、交絡する
工法では、製糸の段階で延伸してあるため、メルトブロ
ー工法によるものよりも引張強度は強く、メルトブロー
工法で起こった問題は解決できる。しかし本質的に繊維
が細いために、セパレータとして必要な強度が不足し、
いわゆる“コシ”がないという欠点があり、やはり電池
製造工程上で、セパレータに必要な強度に欠けるという
課題があった。また、繊維径を細くすると通気性が相対
的に低くなる傾向があるため、電池内圧に応じて、通気
性とともにこれと交互作用をもつ保液性とのバランスを
とる必要があった。
【０００９】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決するものであり、アルカリ蓄電池用セパレータとし
て、適度な保液性と通気性、及び物理的強度を持たすこ
とにより、電池を高容量化した場合にも、電池内部圧力
が上昇せず、かつ長寿命な電池を提供することを目的と
する。
決するものであり、アルカリ蓄電池用セパレータとし
て、適度な保液性と通気性、及び物理的強度を持たすこ
とにより、電池を高容量化した場合にも、電池内部圧力
が上昇せず、かつ長寿命な電池を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明はエチレン成分を含むポリオレフィン系樹脂
繊維の不織布からなるアルカリ蓄電池用セパレータにお
いて、その主たる繊維が２〜８μｍ繊維径をもつ細繊維
であり、これに９〜１５μｍの繊維径を持つ繊維径を混
在させたものであり、この細・太繊維の混合状態を重量
比で９０：１０〜５０：５０とし、かつ不織布としての
目付重量が４０〜７０ｇ／ｍ2 、通気性が３〜１４ｃｃ
／ｃｍ2 ・秒で繊維表面を親水化処理したものである。
に、本発明はエチレン成分を含むポリオレフィン系樹脂
繊維の不織布からなるアルカリ蓄電池用セパレータにお
いて、その主たる繊維が２〜８μｍ繊維径をもつ細繊維
であり、これに９〜１５μｍの繊維径を持つ繊維径を混
在させたものであり、この細・太繊維の混合状態を重量
比で９０：１０〜５０：５０とし、かつ不織布としての
目付重量が４０〜７０ｇ／ｍ2 、通気性が３〜１４ｃｃ
／ｃｍ2 ・秒で繊維表面を親水化処理したものである。
【００１１】このように細繊維を主体とし、これに太繊
維を好ましい範囲で混在させることによって、保液性、
通気性が良好で、引張強度や“コシ”を強くしたアルカ
リ蓄電池用セパレータを提供するものである。また、親
水性を付与するためには、請求項２、３に記載した処理
が好ましい。太い繊維の材質は、ポリエチレン（ＰＥ）
を混入したポリプロピレン（ＰＰ）主体の繊維や、ＰＰ
の外側をＰＥの鞘で覆ったＰＰ／ＰＥからなる芯鞘繊維
等、エチレン成分を含んだポリオレフィン樹脂の範囲で
任意に選定することが可能である。セパレータの強度特
性が高まることで電池の生産性は向上する。また、セパ
レータの通気度と保液性もコントロールでき、電池を高
容量化した場合にも、電池内圧を低く保つことができ、
長寿命化が可能となる。
維を好ましい範囲で混在させることによって、保液性、
通気性が良好で、引張強度や“コシ”を強くしたアルカ
リ蓄電池用セパレータを提供するものである。また、親
水性を付与するためには、請求項２、３に記載した処理
が好ましい。太い繊維の材質は、ポリエチレン（ＰＥ）
を混入したポリプロピレン（ＰＰ）主体の繊維や、ＰＰ
の外側をＰＥの鞘で覆ったＰＰ／ＰＥからなる芯鞘繊維
等、エチレン成分を含んだポリオレフィン樹脂の範囲で
任意に選定することが可能である。セパレータの強度特
性が高まることで電池の生産性は向上する。また、セパ
レータの通気度と保液性もコントロールでき、電池を高
容量化した場合にも、電池内圧を低く保つことができ、
長寿命化が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、エチレン成分を含んだポリオレフィン系樹脂繊維の
不織布からなるアルカリ蓄電池用セパレータを規定した
ものであり、電池製造工程でセパレータに求められる物
理的強度を確保し、かつ密閉形蓄電池を構成するために
必要なセパレータのガス透過性と保液性を確保すること
ができる。
は、エチレン成分を含んだポリオレフィン系樹脂繊維の
不織布からなるアルカリ蓄電池用セパレータを規定した
ものであり、電池製造工程でセパレータに求められる物
理的強度を確保し、かつ密閉形蓄電池を構成するために
必要なセパレータのガス透過性と保液性を確保すること
ができる。
【００１３】請求項２に記載の発明は、ポリオレフィン
系樹脂繊維からなる不織布の親水化処理に関するもの
で、親水性の乏しい繊維の表面に親水基であるカルボキ
シル基を修飾して、長期的な親水性を付与したものであ
る。請求項３に記載の発明も親水化に関するもので、親
水性の乏しいポリオレフィン繊維のうちエチレン部分を
硫酸または発煙硫酸によるスルホン化処理することによ
って、親水基であるスルホン基が修飾され、セパレータ
として長期的な親水性を付与することができる。
系樹脂繊維からなる不織布の親水化処理に関するもの
で、親水性の乏しい繊維の表面に親水基であるカルボキ
シル基を修飾して、長期的な親水性を付与したものであ
る。請求項３に記載の発明も親水化に関するもので、親
水性の乏しいポリオレフィン繊維のうちエチレン部分を
硫酸または発煙硫酸によるスルホン化処理することによ
って、親水基であるスルホン基が修飾され、セパレータ
として長期的な親水性を付与することができる。
【００１４】親水性は上記の他、界面活性剤処理や放電
加工処理など他の方法でも施すことができる。 （実施の形態）図１は繊維表面にアクリル酸をグラフト
重合処理したセパレータの表面の概略模式図である。図
中１は細繊維で、ＰＰとＰＥからなる分割性複合繊維で
ある。図中２は太繊維で、ＰＰ／ＰＥの芯鞘型複合繊維
である。この他ＰＰ単繊維を加えても良い。細繊維の中
に太繊維を加えることによって、不織布の“コシ”を強
くする事ができる。しかもセパレータとしての空孔径が
大きくなることから、通気性を高くすることもできる。
加工処理など他の方法でも施すことができる。 （実施の形態）図１は繊維表面にアクリル酸をグラフト
重合処理したセパレータの表面の概略模式図である。図
中１は細繊維で、ＰＰとＰＥからなる分割性複合繊維で
ある。図中２は太繊維で、ＰＰ／ＰＥの芯鞘型複合繊維
である。この他ＰＰ単繊維を加えても良い。細繊維の中
に太繊維を加えることによって、不織布の“コシ”を強
くする事ができる。しかもセパレータとしての空孔径が
大きくなることから、通気性を高くすることもできる。
【００１５】
【実施例】以下、発明の詳細を図面とともに説明する。
尚、本実施例では、セパレータとしてアクリル酸のグラ
フト重合処理を施したポリプロピレン不織布を用い、ニ
ッケル・水素蓄電池を例にとり説明する。アクリル酸の
グラフト重合処理を施したポリプロピレン不織布は以下
の手順で作製した。まず、ＰＰ／ＰＥの分割性複合繊維
で公称繊維径が４．７μｍと、ＰＰ／ＰＥ芯鞘繊維で公
称繊維径が９μｍの繊維を湿式水流交絡等の方法で、目
付重量５５ｇ／ｍ2 、厚みが１８０μｍの不織布とし
た。分割性複合繊維とＰＰ／ＰＥ芯鞘繊維の配合比は８
０：２０とした。これをアクリル酸２０重量％、蒸溜水
６５重量％、ベンゾフェノン０．５重量％、モール塩
０．３重量％、メトキシエタノール１３．７重量％、ノ
ニオン系界面活性剤０．５重量％よりなる溶液中に１０
分間浸漬した。なお、この溶液は、その後の重合処理時
に酸素の影響を極力排除するため、予め窒素によって脱
酸素したものを用いた。
尚、本実施例では、セパレータとしてアクリル酸のグラ
フト重合処理を施したポリプロピレン不織布を用い、ニ
ッケル・水素蓄電池を例にとり説明する。アクリル酸の
グラフト重合処理を施したポリプロピレン不織布は以下
の手順で作製した。まず、ＰＰ／ＰＥの分割性複合繊維
で公称繊維径が４．７μｍと、ＰＰ／ＰＥ芯鞘繊維で公
称繊維径が９μｍの繊維を湿式水流交絡等の方法で、目
付重量５５ｇ／ｍ2 、厚みが１８０μｍの不織布とし
た。分割性複合繊維とＰＰ／ＰＥ芯鞘繊維の配合比は８
０：２０とした。これをアクリル酸２０重量％、蒸溜水
６５重量％、ベンゾフェノン０．５重量％、モール塩
０．３重量％、メトキシエタノール１３．７重量％、ノ
ニオン系界面活性剤０．５重量％よりなる溶液中に１０
分間浸漬した。なお、この溶液は、その後の重合処理時
に酸素の影響を極力排除するため、予め窒素によって脱
酸素したものを用いた。
【００１６】このポリプロピレン不織布を過剰の溶液を
除去した後、脱酸素雰囲気下で両面に５ｃｍの距離から
１１０ワットの低圧水銀ランプを用い紫外線を２分間照
射してアクリル酸をグラフト重合した。その後、温度６
０℃の蒸溜水で水洗した。ついで乾燥、カレンダー処理
を施し、目付重量が６０ｇ／ｍ2 、厚みが１２０μｍの
アクリル酸のグラフト重合処理を施したポリプロピレン
不織布を得た。親水性化合物の修飾量は、アクリル酸の
グラフト重合処理を施したポリプロピレン不織布の場
合、グラフト重合処理前のセパレータ重量（Ｗ0 ）と処
理後のセパレータ重量（Ｗ1 ）とから、（式１）により
求められるグラフト率で定義した。
除去した後、脱酸素雰囲気下で両面に５ｃｍの距離から
１１０ワットの低圧水銀ランプを用い紫外線を２分間照
射してアクリル酸をグラフト重合した。その後、温度６
０℃の蒸溜水で水洗した。ついで乾燥、カレンダー処理
を施し、目付重量が６０ｇ／ｍ2 、厚みが１２０μｍの
アクリル酸のグラフト重合処理を施したポリプロピレン
不織布を得た。親水性化合物の修飾量は、アクリル酸の
グラフト重合処理を施したポリプロピレン不織布の場
合、グラフト重合処理前のセパレータ重量（Ｗ0 ）と処
理後のセパレータ重量（Ｗ1 ）とから、（式１）により
求められるグラフト率で定義した。
【００１７】
【式１】
【００１８】上記セパレータの場合、グラフト率（修飾
率）は９％となる。次に、セパレータのコシの強さの測
定は、ＪＩＳ Ｌ１０９６−１９７９の６．２０．１．
Ａに準じ、ガーレ式試験機によって、曲げ反ぱつ性示す
剛軟度を測定した。同じく、通気度の測定はＪＩＳ Ｌ
１０９６の６．２７．１．Ａに準じ、フラジール型通気
試験機にて測定差圧１２４．５Ｐａの通気度を測定し
た。
率）は９％となる。次に、セパレータのコシの強さの測
定は、ＪＩＳ Ｌ１０９６−１９７９の６．２０．１．
Ａに準じ、ガーレ式試験機によって、曲げ反ぱつ性示す
剛軟度を測定した。同じく、通気度の測定はＪＩＳ Ｌ
１０９６の６．２７．１．Ａに準じ、フラジール型通気
試験機にて測定差圧１２４．５Ｐａの通気度を測定し
た。
【００１９】保液性については、アルカリ電解液の加圧
時の保持能力を加圧時保液率と定義し、アクリル酸のグ
ラフト重合処理を施したポリプロピレン不織布について
以下の手順で評価を行った。まず先のアクリル酸のグラ
フト重合処理を施したポリプロピレン不織布を直径３ｃ
ｍに切断し、試験片とした。この試験片の重量（Ｗ1）
を測定した後、２５℃で比重１．３０のＫＯＨ水溶液に
３時間以上浸漬した。その後、試験片の表面に付着した
過剰の電解液を除去し、ろ紙で挟み、６０ｋｇ／ｃｍ2
の圧力で３０秒間加圧した後の試験片重量（Ｗ2 ）を測
定した。上記Ｗ 1 ，Ｗ2 を用い、（式２）により加圧時
保液率を求めた。
時の保持能力を加圧時保液率と定義し、アクリル酸のグ
ラフト重合処理を施したポリプロピレン不織布について
以下の手順で評価を行った。まず先のアクリル酸のグラ
フト重合処理を施したポリプロピレン不織布を直径３ｃ
ｍに切断し、試験片とした。この試験片の重量（Ｗ1）
を測定した後、２５℃で比重１．３０のＫＯＨ水溶液に
３時間以上浸漬した。その後、試験片の表面に付着した
過剰の電解液を除去し、ろ紙で挟み、６０ｋｇ／ｃｍ2
の圧力で３０秒間加圧した後の試験片重量（Ｗ2 ）を測
定した。上記Ｗ 1 ，Ｗ2 を用い、（式２）により加圧時
保液率を求めた。
【００２０】
【式２】
【００２１】上記セパレータの場合、コシの強さを表す
剛軟度は５．０ｍｇ、通気度は４．５ｃｃ／ｃｍ2 ・
秒、加圧時保液率は２５％であった。さらに、細繊維と
太繊維の混合比率、各繊維径、材質を変化させ、表１に
示す９種類のアクリル酸のグラフト重合処理を施したポ
リプロピレン不織布セパレータａ〜ｉとこれを用いた電
池を作製した。いずれのセパレータもグラフト率（修飾
率）は９％とした。
剛軟度は５．０ｍｇ、通気度は４．５ｃｃ／ｃｍ2 ・
秒、加圧時保液率は２５％であった。さらに、細繊維と
太繊維の混合比率、各繊維径、材質を変化させ、表１に
示す９種類のアクリル酸のグラフト重合処理を施したポ
リプロピレン不織布セパレータａ〜ｉとこれを用いた電
池を作製した。いずれのセパレータもグラフト率（修飾
率）は９％とした。
【００２２】
【表１】
【００２３】細繊維である繊維径４．７μｍのＰＰ／Ｐ
Ｅ分割性複合繊維と太繊維である繊維径９μｍまたは１
５μｍのＰＰ／ＰＥ芯鞘繊維との比率をａ〜ｄのように
変えていくと、太繊維の量を多くするにつれて、“コ
シ”の強い繊維が多くなるため、剛軟度が高くなった。
通気度は太繊維量を大きくすると空孔径が大きくなるた
め高くなった。一方、繊維表面積は小さくなり、保液性
は低くなった。
Ｅ分割性複合繊維と太繊維である繊維径９μｍまたは１
５μｍのＰＰ／ＰＥ芯鞘繊維との比率をａ〜ｄのように
変えていくと、太繊維の量を多くするにつれて、“コ
シ”の強い繊維が多くなるため、剛軟度が高くなった。
通気度は太繊維量を大きくすると空孔径が大きくなるた
め高くなった。一方、繊維表面積は小さくなり、保液性
は低くなった。
【００２４】ｅに示す細繊維を４．７μｍから３．６μ
ｍにすると、４．７μｍのａよりも太繊維比率を多くし
た５０：５０の混合比のところで、剛軟度、通気度、加
圧後の電解液保液性がａとほぼ同じレベルになった。ｆ
に示す太繊維の繊維径を１５μｍにすると９μｍの時よ
りも、細繊維４．７μｍの比率をａよりも少なくしたと
ころで剛軟度と通気度、加圧後の電解液保液性がほぼ同
じレベルとなった。
ｍにすると、４．７μｍのａよりも太繊維比率を多くし
た５０：５０の混合比のところで、剛軟度、通気度、加
圧後の電解液保液性がａとほぼ同じレベルになった。ｆ
に示す太繊維の繊維径を１５μｍにすると９μｍの時よ
りも、細繊維４．７μｍの比率をａよりも少なくしたと
ころで剛軟度と通気度、加圧後の電解液保液性がほぼ同
じレベルとなった。
【００２５】ｇ、ｈに示す４．７μｍ、３．６μｍの細
繊維のみとすると、“コシ”の強い繊維がないので、剛
軟度は極めて低くなった。また通気度も空孔径が小さく
なるため低下した。一方、保液性は繊維表面積が大きく
なるため、極めて高くなる傾向があった。また、ｉに示
す太繊維を１００％にすると、繊維の“コシ”が強いた
め、剛軟度は高くなり、空孔径が大きくなるため通気度
も大きくなった。しかし繊維表面積が小さくなるため保
液性が確保できなかった。
繊維のみとすると、“コシ”の強い繊維がないので、剛
軟度は極めて低くなった。また通気度も空孔径が小さく
なるため低下した。一方、保液性は繊維表面積が大きく
なるため、極めて高くなる傾向があった。また、ｉに示
す太繊維を１００％にすると、繊維の“コシ”が強いた
め、剛軟度は高くなり、空孔径が大きくなるため通気度
も大きくなった。しかし繊維表面積が小さくなるため保
液性が確保できなかった。
【００２６】以上のように繊維径とセパレータとしての
剛軟度、通気度、加圧時電解液保液率の関係の概要を表
１にまとめて示した。電池の検討において、正極はスポ
ンジ状ニッケル多孔体に、活物質である水酸化ニッケル
粉末１００重量部に対し水酸化コバルト粉末６重量部と
水を混合してペースト状にし、充填、乾燥、プレス後、
フッ素樹脂のディスパージョンに浸漬し乾燥後所望の寸
法に切断したものを用いた。
剛軟度、通気度、加圧時電解液保液率の関係の概要を表
１にまとめて示した。電池の検討において、正極はスポ
ンジ状ニッケル多孔体に、活物質である水酸化ニッケル
粉末１００重量部に対し水酸化コバルト粉末６重量部と
水を混合してペースト状にし、充填、乾燥、プレス後、
フッ素樹脂のディスパージョンに浸漬し乾燥後所望の寸
法に切断したものを用いた。
【００２７】負極に用いた水素吸蔵合金電極は、ＣａＣ
ｕ5 型の結晶構造を有する、組成式ＭｍＮｉ3.55Ｍｎ
0.4 Ａｌ0.3 Ｃｏ0.75（Ｍｍは希土類元素の混合物）の
水素吸蔵合金をボールミルで平均粒子径約３０μｍの微
粉末とし、８０℃のＫＯＨ溶液中で浸漬処理、水洗した
後、スチレン・ブタジエンゴムのディスパージョンとカ
ルボキシメチルセルロースとカーボンと水とを混合して
ペースト状にし、鉄にニッケルめっきしたパンチングメ
タルに塗着、乾燥、プレス後、所望の寸法に切断したも
のを用いた。
ｕ5 型の結晶構造を有する、組成式ＭｍＮｉ3.55Ｍｎ
0.4 Ａｌ0.3 Ｃｏ0.75（Ｍｍは希土類元素の混合物）の
水素吸蔵合金をボールミルで平均粒子径約３０μｍの微
粉末とし、８０℃のＫＯＨ溶液中で浸漬処理、水洗した
後、スチレン・ブタジエンゴムのディスパージョンとカ
ルボキシメチルセルロースとカーボンと水とを混合して
ペースト状にし、鉄にニッケルめっきしたパンチングメ
タルに塗着、乾燥、プレス後、所望の寸法に切断したも
のを用いた。
【００２８】次に、上記ペースト式正極と、長さが正極
長さの２倍＋４０ｍｍの表１のアクリル酸のグラフト重
合処理を施したセパレータと、理論容量が正極の理論容
量の１．３〜１．４倍で、長さが正極長さ＋３５ｍｍで
ある負極との組合せを渦巻状に捲回し、容量１８００ｍ
Ａｈの密閉形電池を構成した。電解液にはＫＯＨにその
他のアルカリ金属イオンを添加した水溶液を適量注液し
た。
長さの２倍＋４０ｍｍの表１のアクリル酸のグラフト重
合処理を施したセパレータと、理論容量が正極の理論容
量の１．３〜１．４倍で、長さが正極長さ＋３５ｍｍで
ある負極との組合せを渦巻状に捲回し、容量１８００ｍ
Ａｈの密閉形電池を構成した。電解液にはＫＯＨにその
他のアルカリ金属イオンを添加した水溶液を適量注液し
た。
【００２９】（表１）の実施例１〜６と比較例１〜３の
９種類のセパレータを用いた電池Ａ〜Ｉを、２０℃雰囲
気下で予備充放電を３サイクル行った後、内圧試験、寿
命試験に供した。内圧試験の条件は、２０℃雰囲気下
で、充電を１．８Ａで７２分間行った時の電池内圧を測
定した。
９種類のセパレータを用いた電池Ａ〜Ｉを、２０℃雰囲
気下で予備充放電を３サイクル行った後、内圧試験、寿
命試験に供した。内圧試験の条件は、２０℃雰囲気下
で、充電を１．８Ａで７２分間行った時の電池内圧を測
定した。
【００３０】寿命試験は、２０℃雰囲気下で、充電を
１．８Ａで７２分間、放電を１．８Ａで１．０Ｖまで行
った。放電容量が初期容量に対して６０％となったサイ
クル数を、その電池の寿命が尽きたサイクル数とした。
また、これら９種類のセパレータを用い生産設備におい
て渦巻状極板群を構成し、その時の群構成機との適合性
を調べた。
１．８Ａで７２分間、放電を１．８Ａで１．０Ｖまで行
った。放電容量が初期容量に対して６０％となったサイ
クル数を、その電池の寿命が尽きたサイクル数とした。
また、これら９種類のセパレータを用い生産設備におい
て渦巻状極板群を構成し、その時の群構成機との適合性
を調べた。
【００３１】適合性は、（式３）に定義する群構成時の
巻きずれによるリーク不良率によって評価した。
巻きずれによるリーク不良率によって評価した。
【００３２】
【式３】
【００３３】セパレータの剛軟度が低いと、群構成機の
セパレータの巻き出しから構成までの搬送の工程で、セ
パレータが左右にずれたまま運ばれてしまうため、極板
と組み合わせた際に、極板と左右の位置がずれてしま
い、リーク不良になる確率が高かった。（表２）にそれ
ぞれの電池Ａ〜Ｉの、量産時の群構成の際のリーク不良
率、電池内圧、寿命を示した。
セパレータの巻き出しから構成までの搬送の工程で、セ
パレータが左右にずれたまま運ばれてしまうため、極板
と組み合わせた際に、極板と左右の位置がずれてしま
い、リーク不良になる確率が高かった。（表２）にそれ
ぞれの電池Ａ〜Ｉの、量産時の群構成の際のリーク不良
率、電池内圧、寿命を示した。
【００３４】
【表２】
【００３５】（表２）から明らかなように、実施例１〜
６のセパレータは、比較例１、２のセパレータと比較し
て、群構成機との適合性に優れていた。また、Ａ〜Ｆの
電池は、Ｉの電池と比較して保液性が高いため寿命特性
に優れていた。Ｇ、Ｈの電池は保液性は優れていたが、
内圧特性が悪いあため寿命特性も低くなった。特にＡ、
Ｂ、Ｅ、Ｆの電池はガス透過性と保液性が優れているた
め、内圧増加が少なく、３００サイクル以上の寿命特性
を有しており、実使用上問題のないレベルに到達した。
６のセパレータは、比較例１、２のセパレータと比較し
て、群構成機との適合性に優れていた。また、Ａ〜Ｆの
電池は、Ｉの電池と比較して保液性が高いため寿命特性
に優れていた。Ｇ、Ｈの電池は保液性は優れていたが、
内圧特性が悪いあため寿命特性も低くなった。特にＡ、
Ｂ、Ｅ、Ｆの電池はガス透過性と保液性が優れているた
め、内圧増加が少なく、３００サイクル以上の寿命特性
を有しており、実使用上問題のないレベルに到達した。
【００３６】このようなセパレータとしては、その目付
重量が４０〜７０ｇ／ｍ2 、厚みが５０〜１８０μｍで
あることが望ましい。目付重量が４０ｇ／ｍ2 よりも低
い場合、太繊維比率を多くしても、必要な剛軟度を確保
するのは困難だった。逆に目付重量が７０ｇ／ｍ2 より
高い場合と、厚みが５０μｍ以下の場合は、通気性の確
保が困難だった。また、厚みが１８０μｍ以上の場合、
電池の高容量化が困難だった。
重量が４０〜７０ｇ／ｍ2 、厚みが５０〜１８０μｍで
あることが望ましい。目付重量が４０ｇ／ｍ2 よりも低
い場合、太繊維比率を多くしても、必要な剛軟度を確保
するのは困難だった。逆に目付重量が７０ｇ／ｍ2 より
高い場合と、厚みが５０μｍ以下の場合は、通気性の確
保が困難だった。また、厚みが１８０μｍ以上の場合、
電池の高容量化が困難だった。
【００３７】このような効果は、親水化処理がアクリル
酸のグラフト重合に限らず、スルホン化処理や、放電加
工処理、界面活性剤処理によるものでも認めることがで
きる。更には、ニッケル・水素蓄電池以外のニッケル・
亜鉛蓄電池、二酸化マンガン・水素蓄電池などの、水酸
化ニッケル正極や水素吸蔵合金負極を用いた、他のアル
カリ蓄電池においても同様の効果が認められることは言
うまでもない。
酸のグラフト重合に限らず、スルホン化処理や、放電加
工処理、界面活性剤処理によるものでも認めることがで
きる。更には、ニッケル・水素蓄電池以外のニッケル・
亜鉛蓄電池、二酸化マンガン・水素蓄電池などの、水酸
化ニッケル正極や水素吸蔵合金負極を用いた、他のアル
カリ蓄電池においても同様の効果が認められることは言
うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、本発明のアルカリ蓄電池
用セパレータは、エチレン成分を含むポリオレフィン系
繊維の不織布からなるアルカリ蓄電池用セパレータであ
り、その主たる分割性複合細繊維が２〜８μｍの繊維径
を有し、これに９〜１５μｍの繊維径の太繊維を加え
て、セパレータとしての“コシ”の強さである剛軟度が
４ｍｇ以上、通気度が３〜１４ｃｃ／ｃｍ2・秒以上で
あることを特徴とするものであり、このセパレータをア
ルカリ蓄電池に用いることによって、生産性がよく、内
圧特性・寿命特性に優れた密閉形アルカリ蓄電池を提供
することができる。
用セパレータは、エチレン成分を含むポリオレフィン系
繊維の不織布からなるアルカリ蓄電池用セパレータであ
り、その主たる分割性複合細繊維が２〜８μｍの繊維径
を有し、これに９〜１５μｍの繊維径の太繊維を加え
て、セパレータとしての“コシ”の強さである剛軟度が
４ｍｇ以上、通気度が３〜１４ｃｃ／ｃｍ2・秒以上で
あることを特徴とするものであり、このセパレータをア
ルカリ蓄電池に用いることによって、生産性がよく、内
圧特性・寿命特性に優れた密閉形アルカリ蓄電池を提供
することができる。
【図１】本発明によるセパレータの概略模式図
１ 細繊維 ２ 太繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−36954（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−343045（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−311765（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 2/14 - 2/18 D01F 6/04 D04H 3/02 H01M 10/24 - 10/30
Claims (3)
- 【請求項１】エチレン成分を含むポリオレフィン系分割
性複合繊維の細繊維と太繊維とが混在した不織布からな
り、繊維径２〜８μｍの細繊維と繊維径９〜１５μｍの
太繊維が重量比で９０：１０〜５０：５０に混在されて
いて、不織布としての目付重量が４０〜７０ｇ／ｍ2、
通気度が３〜１４ｃｃ／ｃｍ2・秒、および剛軟度が４
ｍｇ以上で繊維表面が親水化処理されているアルカリ蓄
電池用セパレータ。 - 【請求項２】繊維の表面には、カルボキシル基を有する
親水性化合物がグラフト重合されている請求項１記載の
アルカリ蓄電池用セパレータ。 - 【請求項３】繊維の表面はスルホン化処理されている請
求項１記載のアルカリ蓄電池用セパレータ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33330296A JP3221337B2 (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | アルカリ蓄電池用セパレータ |
| EP97117952A EP0848436A3 (en) | 1996-12-13 | 1997-10-16 | Separator material for alkaline storage batteries |
| CN97121292A CN1089192C (zh) | 1996-12-13 | 1997-10-31 | 镍－金属氢化物蓄电池隔片材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33330296A JP3221337B2 (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | アルカリ蓄電池用セパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10172533A JPH10172533A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3221337B2 true JP3221337B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=18264592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33330296A Expired - Lifetime JP3221337B2 (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | アルカリ蓄電池用セパレータ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0848436A3 (ja) |
| JP (1) | JP3221337B2 (ja) |
| CN (1) | CN1089192C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH11162440A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-06-18 | Sanyo Electric Co Ltd | アルカリ蓄電池の製造方法 |
| EP0975032A1 (en) * | 1998-07-21 | 2000-01-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Alkaline storage battery comprising a non-woven, fibrous, polyolefinic separator |
| WO2000046866A1 (fr) * | 1999-02-08 | 2000-08-10 | Japan Vilene Company, Ltd. | Separateur de batterie alcaline et production associee |
| US6849702B2 (en) | 1999-02-26 | 2005-02-01 | Robert W. Callahan | Polymer matrix material |
| JP3510156B2 (ja) * | 1999-06-25 | 2004-03-22 | 大和紡績株式会社 | 電池セパレータ並びに電池 |
| US7402539B2 (en) | 2000-08-10 | 2008-07-22 | Japan Vilene Co., Ltd. | Battery separator |
| JP2002313306A (ja) * | 2001-04-06 | 2002-10-25 | Isao Matsumoto | 電池用セパレータの製造方法、電池用セパレータ及びそれを用いたアルカリ蓄電池 |
| JP5046539B2 (ja) * | 2006-03-24 | 2012-10-10 | 三洋電機株式会社 | ニッケル水素蓄電池 |
| JP5655088B2 (ja) * | 2009-11-27 | 2015-01-14 | エルジー・ケム・リミテッド | セパレータの製造方法、その方法によって形成されたセパレータ、及びそれを含む電気化学素子 |
| CN103035865B (zh) * | 2011-09-30 | 2015-06-10 | 松下蓄电池(沈阳)有限公司 | 电池用隔板结构体及具有该隔板结构体的铅蓄电池 |
| CN102496464B (zh) * | 2011-12-09 | 2014-01-15 | 莱州联友金浩新型材料有限公司 | 超级电容电池隔膜、其制备方法和应用 |
| JP2014229592A (ja) * | 2013-05-27 | 2014-12-08 | トヨタ紡織株式会社 | セパレータ及びセパレータの製造方法 |
| EP3379601B1 (en) * | 2017-03-21 | 2020-05-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Secondary battery, battery pack, and vehicle |
| JP6904298B2 (ja) * | 2018-04-05 | 2021-07-14 | 株式会社豊田自動織機 | アルカリ蓄電池及びその製造方法 |
| CN108677384B (zh) * | 2018-05-29 | 2020-06-26 | 中原工学院 | 一种水平分支结构的熔喷非织造复合材料及其制备方法 |
| CN113083041B (zh) * | 2020-01-09 | 2022-07-01 | 杭州科百特科技有限公司 | 一种用于层析的纳米纤维膜及其制备工艺 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55105962A (en) * | 1979-01-18 | 1980-08-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Separator for cell |
| JP2982218B2 (ja) * | 1990-05-31 | 1999-11-22 | 松下電器産業株式会社 | 電池用セパレータ |
| JP2984561B2 (ja) * | 1994-11-15 | 1999-11-29 | 大和紡績株式会社 | 電池セパレータおよびその製造方法 |
| WO1996020505A1 (en) * | 1994-12-28 | 1996-07-04 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Wet type nonwoven fabric for cell separator, its production method and enclosed secondary cell |
| JPH103937A (ja) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 密閉形アルカリ蓄電池 |
-
1996
- 1996-12-13 JP JP33330296A patent/JP3221337B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-10-16 EP EP97117952A patent/EP0848436A3/en not_active Withdrawn
- 1997-10-31 CN CN97121292A patent/CN1089192C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1089192C (zh) | 2002-08-14 |
| CN1185043A (zh) | 1998-06-17 |
| JPH10172533A (ja) | 1998-06-26 |
| EP0848436A2 (en) | 1998-06-17 |
| EP0848436A3 (en) | 1999-05-26 |
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