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JP4193923B2 - Alkaline storage battery - Google Patents

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JP4193923B2
JP4193923B2 JP30346299A JP30346299A JP4193923B2 JP 4193923 B2 JP4193923 B2 JP 4193923B2 JP 30346299 A JP30346299 A JP 30346299A JP 30346299 A JP30346299 A JP 30346299A JP 4193923 B2 JP4193923 B2 JP 4193923B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、蓄電池、特に、アルカリ蓄電池に関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】
携帯電話をはじめとするエレクトロニクス機器類の小型軽量化に伴い、その携帯電源であるアルカリ蓄電池に対し、小型化、軽量化を図りつつエネルギー密度を高めることが要求されている。このような要求に応えるため、正極および負極の活物質の高容量化や電槽材の薄肉化など、電池構成部材の改良、改質が種々検討されている。ここで、電池構成部材の一要素であるセパレータは、活物質等とは異なり電池容量に直接関与しない電池構成部材であるが、電池内における体積占有率によって電池の小型化に影響を与える部材であるため、その薄型化が懸案になっている。
【0003】
ところで、アルカリ蓄電池用に用いられるセパレータは、通常、耐熱性および耐酸化性に優れたポリオレフィン系の繊維を用いて形成された布帛であり、乾式法または湿式法により製造されたものである。ここで、乾式法は、ニードルパンチ法などの手法でポリオレフィン系繊維から不織布を製造する方法であるが、それにより得られる不織布は、疎密の多い不均質な場合が多く、所要の強度と耐短絡性を達成するためには少なくとも厚さを120μm程度に設定する必要があり、セパレータの薄膜化を図るのが困難である。また、ここで用いるポリオレフィン系繊維の平均繊維径は10数μmであって太いため、薄膜化に伴って電解液の保持性が低下し、電池に必要な量の電解液を保持するのが困難になる。
【0004】
一方、湿式法は、ポリオレフィン系繊維を抄かして不織布を製造する方法であり、乾式法の場合に比べて繊維径が小さなポリオレフィン系繊維を用いることができるため、耐短絡性および電解液の保持性に優れた緻密で均質な薄膜状の不織布を得ることができる。しかし、この方法により得られる不織布は、電解液を保持させた場合、それを全体に均一に保持することになるため、通気性が低下する。このため、このような不織布をアルカリ蓄電池用、特に密閉式高エネルギー密度型アルカリ蓄電池用のセパレータとして用いた場合は、過充電時に正極に発生する酸素ガスを負極側へ円滑に透過させるのが困難になり、負極側における酸素ガスの吸収反応を妨げることになるので、電池の内圧上昇を招いて電池寿命を短縮してしまう可能性がある。特に、充放電サイクルの繰返しにより電解液が正極に取り込まれてセパレータ中の電解液が過少状態になり、電池の内部抵抗が増大して期待寿命よりも早期に寿命に至る現象(セパレータドライアウト現象)を防止するために、過剰の電解液を用いて正極側の電解液不足が生じ難くするような場合は、負極側の通気性がより一層低下することになるので、電池の内圧上昇を招き易い。
【0005】
また、湿式法により製造された不織布は、強度が不十分であり、特に、自己放電を抑制して容量保持性を高めるためのスルホン化処理を施すとさらに強度が低下する傾向にあるため、アルカリ蓄電池の製造工程で破損する可能性が高く、また、劣化が早期に進行して電池内での短絡を招く可能性もある。
【0006】
本発明の目的は、電解液の保持性と通気性とを両立させたアルカリ蓄電池用セパレータを実現することにある。
本発明の他の目的は、セパレータドライアウト現象を起こしにくく、しかも過充電時でも内圧の上昇を起こしにくいアルカリ蓄電池を実現することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のアルカリ蓄電池は、平均繊維径が0.5〜9μmのポリオレフィン系極細繊維を用いて形成された通気性を有する不織布からなる第1層と、平均繊維径が少なくとも10μmのポリオレフィン系繊維を用いて形成された通気性を有する布帛からなる第2層とを別個に用意し、第1層と第2層とを積層して一体化したセパレータと、セパレータの第1層側に配置された正極と、セパレータの第2層側に配置された負極とを備え、セパレータは、第1層と第2層との厚さの比率(第1層/第2層)が0.1〜0.6に設定されており、また、スルホン酸基を有している。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアルカリ蓄電池用セパレータは、第1層と第2層とを備えた2層構造に構成されている。
第1層は、極細繊維を用いて形成された通気性を有する不織布からなる。ここで用いられる極細繊維は、ポリオレフィン系樹脂を紡糸して得られたもの、すなわちポリオレフィン系極細繊維であり、平均繊維径が0.5〜9μmのものであり、好ましくは2〜7μmのものである。この平均繊維径が0.5μm未満の場合は、第1層の通気性が低下し、アルカリ蓄電池の過充電時に発生する酸素ガスを円滑に透過させるのが困難になる。逆に、9μmを超える場合は、セパレータによる電解液の保持性が低下する。
【0013】
このようなポリオレフィン系極細繊維を用いた不織布からなる第1層は、通気度が少なくとも4cc/cm2/秒に設定されているのが好ましい。通気度が4cc/cm2/秒未満の場合は、アルカリ蓄電池の過充電時に発生する酸素ガスを円滑に透過させるのが困難になるおそれがあり、本発明のセパレータをアルカリ蓄電池に用いた場合に電池の内圧上昇を招き易くなる可能性がある。なお、第1層の通気度の上限値は、特に限定されるものではないが、電解液の保持性を良好に維持する観点から、通常は30cc/cm2/秒以下に設定するのが好ましく、25cc/cm2/秒以下に設定するのがより好ましい。
【0014】
また、第1層の厚さは、通常、20〜60μmに設定されているのが好ましく、25〜50μmに設定されているのがより好ましい。この厚さが20μm未満の場合は、本発明のセパレータの電解液保持性が低下するおそれがある。逆に、60μmを超える場合は、本発明のセパレータの電解液保持性はより高まることになるが、セパレータ全体の厚さが大きくなるので、アルカリ蓄電池の小型化を図る上で障害となる場合がある。
【0015】
上述の第1層を構成する不織布は、例えば、メルトブロー法により製造することができる。具体的には、紡糸孔(ノズル)より押出された溶融ポリオレフィン系樹脂を、紡糸孔の周囲から吹き出された高温高速の気流により極細繊維状に紡糸し、これを捕集コンベアネットや回転ドラム上に吹き付けて繊維ウエブを形成すると製造することができる。
【0016】
一方、第2層は、通気性を有する布帛からなる。この布帛は、ポリオレフィン系樹脂を紡糸して得られるポリオレフィン系繊維を用いて形成されたものであり、例えば不織布、織物または編物等の各種の形態のものである。ここで、用いられるポリオレフィン系繊維は、平均繊維径が少なくとも10μmのものである。この平均繊維径が10μm未満の場合は、セパレータの機械的強度が低下する。その結果、アルカリ蓄電池の組立て時等におけるセパレータのハンドリング性が低下し、また、充放電サイクルの繰り返し途中でセパレータが破損して短絡を招き易くなり、アルカリ蓄電池の寿命を短縮する可能性が高くなる。
【0017】
なお、上述の布帛を構成するポリオレフィン系繊維の平均繊維径の上限は、特に限定されるものではないが、通常は、繊維の分散が良好な布帛を得る観点から50μm以下に設定するのが好ましく、40μm以下に設定するのがより好ましい。
【0018】
上述の布帛からなる第2層は、第1層よりも通気度が大きく設定されている。第2層の通気度が第1層に比べて小さい場合は、アルカリ蓄電池の過充電時に生じる酸素ガスの透過性が低下し、アルカリ蓄電池の内圧の上昇を招き易くなるおそれがある。因みに、第2層の通気度は、通常、35〜150cc/cm2/秒に設定されているのが好ましく、40〜100cc/cm2/秒に設定されているのがより好ましい。通気度が150cc/cm2/秒を超える場合は、セパレータに所要の機械的強度を付与するのが困難になるおそれがある。
なお、本発明において、第1層および第2層の通気度は、JIS−1096に記載された、フラジール型試験機による通気性試験により求めたものである。
【0019】
また、第2層の厚さは、通常、50〜150μmに設定されているのが好ましく、60〜120μmに設定されているのがより好ましい。この厚さが50μm未満の場合は、本発明のセパレータの機械的強度が不足するおそれがある。逆に、150μmを超えると、本発明のセパレータの機械的強度は高まることになるが、セパレータ全体の厚さが大きくなるので、アルカリ蓄電池の小型化を図る上で障害となる場合がある。
【0020】
なお、上述の第1層および第2層にそれぞれ用いられるポリオレフィン系極細繊維およびポリオレフィン系繊維を構成するポリオレフィン系樹脂は、特に限定されるものではなく、通常はポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などの公知の各種のもの、またはそれらの混合物である。因みに、このようなポリオレフィン系樹脂からなるポリオレフィン系極細繊維およびポリオレフィン系繊維は、超高分子量ポリエチレン繊維が配合されていると、強度および耐短絡性のより高いセパレータを実現することができる。
【0021】
本発明のセパレータは、上述のような第1層と第2層とを積層した2層構造を有するものであるが、全体の厚さが通常90〜190μmに設定されているのが好ましく、95〜180μmに設定されているのがより好ましい。この厚さが90μm未満の場合は、セパレータが強度不足になるおそれがある。逆に、190μmを超える場合は、アルカリ蓄電池中におけるセパレータの体積占有率が高まることになるので、アルカリ蓄電池の小型化が困難になるおそれがある。
【0022】
また、本発明のセパレータは、上述の厚さに設定されかつ第1層と第2層との厚さの比率(第1層/第2層)が0.1〜0.6に設定されているのが好ましく、0.2〜0.5に設定されているのがより好ましい。この比率が0.6を超える場合は、セパレータの強度が低下し、また、アルカリ蓄電池の過充電時に発生する酸素ガスの透過性が低下するおそれがある。逆に、0.1未満の場合は、セパレータによる電解液の保持性が低下するおそれがある。
【0023】
本発明のセパレータは、上述のように第1層と第2層とが積層された2層構造を有するものであるが、さらに、イオン交換能を有しているのが好ましい。ここでのイオン交換能は、陽イオン交換能であり、例えばスルホン酸基、カルボキシル基、酸性水酸基等の酸性基によるものである。ここで、本発明のセパレータは、スルホン酸基を有し、当該スルホン酸基によるイオン交換能を示すものが特に好ましい。この場合、本発明のセパレータは、アルカリ蓄電池、特にニッケル水素電池の自己放電を効果的に抑制することができ、当該電池の容量保持性を高めることができる。
【0024】
本発明のセパレータが示すイオン交換能は、カリウムイオンの交換量として0.03〜0.5ミリ当量/gが好ましい。この交換量が0.03ミリ当量/g未満の場合は、セパレータの親水性および電解液保持性が低下し、アルカリ蓄電池のエネルギー密度を高めるのが困難になるおそれがある。また、アルカリ蓄電池の自己放電を効果的に抑制しにくくなり、結果的にアルカリ蓄電池の容量保持性を高めるのが困難になるおそれがある。逆に、0.5ミリ当量/gを超える場合は、そのようなイオン交換能を第1層および第2層を構成する上述の繊維に付与する際にこれらの繊維の強度が低下してしまい、結果的にセパレータの機械的強度が低下することになる。
【0025】
なお、本発明におけるイオン交換能は、以下の方法により測定したものである。イオン交換基の末端がプロトンである場合は、1/10mol/dm3のKOH(水酸化カリウム)水溶液にセパレータを浸漬し、その際の中和反応により消費されたKOH量を塩酸規定液で滴定して求め、その結果に基づいて算出する。一方、イオン交換基の末端に塩が結合している場合は、1mol/dm3の塩化水素水溶液に予めセパレータを浸漬してイオン交換基の末端をプロトンで置換した後、イオン交換基の末端がプロトンの場合と同一の測定方法に従う。
【0026】
本発明のセパレータは、主として上述の第1層により電解液が保持され、また、主として第2層により所要の機械的強度が付与されると共に所要の通気性が確保される。その結果、このセパレータを用いたアルカリ蓄電池では、主に第1層側に電解液が保持されることになり、電解液の分布が第1層側において密に、また、第2層側において疎になる。このため、第2層は、その通気性が電解液により妨げられにくく確保され得るので、アルカリ蓄電池の過充電時に発生する酸素ガスを円滑に透過させることができる。また、このセパレータは、第2層により所要の機械的強度が付与されるため、湿式法により製造される従来の薄型のものと同様の薄膜状に設定されている場合でも、アルカリ蓄電池の組立て時におけるハンドリング性が良好であり、また、充放電サイクルの繰返し中でも破損しにくく短絡を招きにくい。
【0027】
次に、本発明のアルカリ蓄電池用セパレータの製造方法を説明する。ここでは、スルホン酸基によるイオン交換能を有するセパレータを製造する場合を例に挙げる。この方法では、第1層を構成する上述のポリオレフィン系極細繊維からなる不織布と、第2層を構成する上述のポリオレィン系繊維からなる布帛とを別個に用意する。そして、第1層用の不織布と第2層用の布帛とを積層し、両者を一体化する。両者を一体化するための方法としては、両者を接着剤を用いて接着する方法、両者を熱融着させる方法、および積層された不織布と布帛とに対してエンボス加工やピンソニック加工を施す方法などを採用することができる。
【0029】
次に、上述のようにして形成された第1層と第2層との積層体に対し、スルホン化処理を施してスルホン酸基を付与する。これにより、目的とするセパレータが得られる。この工程では、積層体を発煙硫酸、亜硫酸ガスおよび濃硫酸などのスルホン化剤を用いて処理する。処理方法としては、積層体を発煙硫酸や濃硫酸中に浸漬する方法や、積層体を亜硫酸ガス気流中に配置する方法等を採用することができる。なお、本発明では、第1層と第2層との強度維持を図るために、100℃以下の温度に設定された濃硫酸中に積層体を浸漬してスルホン化処理するのが好ましい。
【0033】
上述の製造方法では、イオン交換基としてスルホン酸基を有するセパレータを製造する場合について説明したが、イオン交換基としてカルボキシル基や酸性水酸基を有するセパレータを製造する場合は、例えばグラフト重合法などの手法により、第1層および第2層用の繊維を形成するためのポリオレフィン系樹脂にこれらのイオン交換基を予め導入しておくのが好ましい。
【0034】
本発明のセパレータは、ニッケルカドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池などのアルカリ蓄電池用のセパレータとして利用することができる。図1を参照して、本発明のセパレータを利用したニッケル水素蓄電池の一例を説明する。図において、ニッケル水素蓄電池1は、図示しない安全弁を備えた円筒状の液密な電槽2、電槽2内に配置された電極群3および電槽2内に注入された電解液4を主に備えている。
【0035】
電極群3は、図2に示すように、セパレータ5を挟んで正極6および負極7が配置されたシート状の部材からなり、これをロール状に巻込んだ状態で電槽2内に配置されている。ここで、セパレータ5は、上述の第1層5aと第2層5bとの積層体からなる本発明のものである。正極6は、ニッケル発泡基板に水酸化ニッケルが主成分の活物質を充填したニッケル電極であり、セパレータ5の第1層5a側に配置されている。一方、負極7は、穿孔鋼板に水素吸蔵合金をバインダーと共に塗布した水素電極であり、セパレータ5の第2層5b側に配置されている。
【0036】
電解液4は、例えば水酸化カリウム水溶液であって電極群3が電槽2内に配置された状態で電槽2内に注入されており、セパレータ5に含浸されている。
このニッケル水素電池1は、セパレータ5として本発明の薄膜状のものを用いているため、セパレータ5の電槽2内における体積占有率を小さくすることができ、結果的に携帯電話などに適した小型の携帯電源として有効に利用することができる。
【0037】
また、このニッケル水素蓄電池1において、セパレータ5に含浸された電解液4は、主として液体保持性が良好な第1層5a側に多く保持され、第2層5b側には相対的に少なく保持されることになる。すなわち、セパレータ5における電解液4の分布は、第1層5a、すなわち主に電解液を必要とする正極6側が密に設定され、第2層5b側、すなわち通気性が要求される負極7側が疎に設定されることになる。このため、このニッケル水素蓄電池1は、セパレータドライアウト現象を防止するために過剰の電解液4を電槽2内に注入した場合であっても、セパレータ5において負極7側の通気性を確保することができるので、過充電時に正極6側で生じる酸素ガスを円滑に負極7側に透過させて吸収することができる。したがって、このニッケル水素蓄電池1は、過充電時においても酸素ガスによる内圧の上昇が起こり難く、安全弁の作動や液洩れ等による電池寿命の短縮を起こし難い。
【0038】
さらに、このニッケル水素蓄電池1は、セパレータ5に上述のようなイオン交換能を示す親水性が付与されているため、自己放電し難く、容量保持性が良好である。
【0039】
【実施例】
実施例1(アルカリ蓄電池用セパレータの製造)
メルトインデックスが130g/10分のポリプロピレン樹脂を295℃の温度で単孔吐出量0.5g/分の割合で押出し、これを0.8kg/cm2で300℃に設定された空気流で牽引細化させるメルトブロー法により、平均繊維径が3〜4μmのポリプロピレン樹脂極細繊維からなる、目付量が20g/m2で厚さが40μmの不織布(第1層不織布)を製造した。この第1層不織布の通気度は、フラジール型通気度試験機を用いて測定したところ、10cc/m2/秒であった。
【0040】
また、平均繊維径が18μmのポリプロピレン樹脂長繊維を抄造し、目付量が22g/m2で厚さが95μmの不織布(第2層不織布)を製造した。この第2層不織布は、通気性が高く、通気抵抗は実質的に無視できる程度のものであった。
【0041】
次に、第1層不織布と第2層不織布とを積層し、両者をピンソニック加工により一体化して積層体を得た。この積層体をカレンダーロールで調圧し、厚さが95μm、目付量が42g/m2の薄型セパレータ用基布を得た。得られた薄型セパレータ用基布を、80℃の98%濃硫酸中に1時間浸漬し、スルホン化処理した。その後、薄型セパレータ用基布を濃硫酸から取り出して付着した濃硫酸を除去し、さらに水酸化カリウム水溶液で洗浄した後に水洗した。これにより、イオン交換基としてのスルホン酸基が第1層不織布および第2層不織布に導入された薄型セパレータを得た。得られた薄型セパレータのイオン交換能は、カリウムイオン交換能として0.06ミリ当量/gであった。
【0042】
比較例1(アルカリ蓄電池用セパレータの製造)
実施例1の製造過程において得られた薄型セパレータ用基布に対し、ノニオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルを用いて処理することにより親水性を付与した。これにより、薄型セパレータを得た。
【0043】
比較例2(アルカリ蓄電池用セパレータの製造)
平均繊維径が15μmのポリプロピレン樹脂繊維を用い、ニードルパンチ法により厚さが95μm、目付量が42g/m2の不織布からなる薄型セパレータ用基布を得た。この薄型セパレータ用基布に対し、実施例1の場合と同じ方法によるスルホン化処理と洗浄処理を施し、薄型セパレータを得た。
【0044】
実施例2(ニッケル水素蓄電池の製造)
多孔度が95%のニッケル発泡基板に対して水酸化ニッケルが主成分の活物質を充填し、柔軟な正極板を製造した。また、穿孔鋼板に対してMmNiAlCoMnの5元系組成の希土類系AB5型水素吸蔵合金をバインダーとともに塗布し、柔軟な負極板を製造した。
【0045】
実施例1で得られた薄型セパレータの第1層不織布側に正極板を、また、第2層不織布側に負極板をそれぞれ積層し、この積層物を渦巻き状に巻き込んで電極群を製造した。この際、薄型セパレータの破損等は生じず、正極板と負極板との短絡は発生しなかった。次に、この電極群を安全弁を有する円筒状の電槽に挿入し、さらに当該電槽中に水酸化カリウム水溶液からなるアルカリ電解液を注入した後、電槽を封口して密閉した。これにより、エネルギー密度が1,500mAhのAAサイズのニッケル水素蓄電池(A)を製造した。
【0046】
比較例3(ニッケル水素蓄電池の製造)
比較例1で得られた薄型セパレータを用いて実施例2と同様のニッケル水素蓄電池(B)を製造した。
【0047】
比較例4(ニッケル水素蓄電池の製造)
比較例2で得られた薄型セパレータを用いて実施例2と同様のニッケル水素蓄電池(C)を製造した。なお、この際、正極板、薄型セパレータおよび負極板からなる積層物の巻き込み時に薄型セパレータにクラックが発生し、短絡の発生が見られた。
【0048】
比較例5(ニッケル水素蓄電池の製造)
実施例1で得られた薄型セパレータの第1層不織布側に負極板を、また、第2層不織布側に正極板をそれぞれ積層した点を除き、実施例2と同様のニッケル水素蓄電池(D)を製造した。
【0049】
評価
実施例2および比較例3〜5でそれぞれ得られたニッケル水素蓄電池(A)〜(D)について、下記の方法により過充電試験を実施した。また、ニッケル水素電池(A)〜(C)については、下記の方法により自己放電試験およびサイクル耐久試験をさらに実施した。
【0050】
過充電試験
各ニッケル水素蓄電池を数サイクル充放電して活性化した後、20℃において0.1CmAの電流値で48時間連続充電した。実施例2の電池(A)は、安全弁の作動や漏液等、電池の内圧の上昇による異常は認められなかった。これに対し、各比較例の電池(B)〜(D)は、安全弁が作動し、また、漏液が認められた。
【0051】
電池(B)および(C)が上述の結果に至ったのは、薄型セパレータによる電解液の保持性が小さいため、電極面にフリーな電解液が存在し、それにより過充電時に正極側で発生した酸素ガスの負極側への透過が妨げられ、負極によるその吸収反応が円滑に進行しなかったためと思われる。また、電池(D)の結果は、電解液がセパレータの負極側に密に分布することになるため、同様に酸素ガスの透過が妨げられ、負極による酸素ガスの吸収反応が阻害されたことによるものと思われる。
【0052】
因みに、電池(A)で用いた実施例1に係る薄型セパレータと、電池(C)で用いた比較例2に係る薄型セパレータとについて、加圧時における電解液の保持率(1kgf/cm2)を調べたところ、それぞれ170%および90%であり、実施例1に係る薄型セパレータの電解液保持力が優れていることが判明した。
【0053】
自己放電試験
各ニッケル水素蓄電池を、周囲温度20℃の環境下において、0.1CmAの電流値で容量の150%まで完全充電した後、0.2CmAの電流値で電池電圧が1Vになるまで放電し、初期の電池容量を求めた。次に、同じ条件で各電池を再度完全充電し、45℃の恒温槽内で放置した。なお、放置期間は、7日間および35日間の2種類に設定した。
【0054】
放置後、上述と同じ条件で放電し、電池容量を求めた。そして、放置後の電池容量の初期の電池容量に対する比率を求め、これを容量保持率とした。結果を図3に示す。図3から、電池(A)は電池(B)および(C)以上の優れた容量保持率を示し、自己放電しにくいことが分かる。
【0055】
サイクル耐久試験
各ニッケル水素電池を、周囲温度20℃の環境下において、0.3CmAの電流値で容量の120%まで充電し、また、0.5CmAの電流値で電池電圧が1Vになるまで放電した。この充電−放電操作を1サイクルとして各電池を繰返し充放電し、サイクル毎の放電容量と内部抵抗の変化とを測定した。結果を図4に示す。
【0056】
図4より、電池(A)は長期間安定なサイクル特性を示すが、電池(B)は早期に内部抵抗が増大して容量低下し、また、電池(C)は電池(B)に比べて比較的安定したサイクル特性を示すものの、徐々に内部抵抗が増大し始めて容量低下することがわかる。電池(B)において内部抵抗が早期に増大したのは、セパレータに塗布した界面活性剤が早期に遊離または分解してしまい、それによりセパレータ自体の親水性が早期に低下したためと思われる。一方、電池(C)において内部抵抗が徐々に増大したのは、充放電サイクルの繰返しに従って正極が徐々に膨潤し、それによってセパレータドライアウト現象が生じたためと思われる。
【0057】
因みに、電池(A)を分解したところ、正極の膨潤は認められたものの、セパレータ中、特に第1層不織布側に電解液が保持されていることが認められ、それがセパレータドライアウト現象を抑制したことが確認された。
【0059】
【発明の効果】
本発明のアルカリ蓄電池は、平均繊維径が0.5〜9μmのポリオレフィン系極細繊維を用いて形成された通気性を有する不織布からなる第1層と、平均繊維径が少なくとも10μmのポリオレフィン系繊維を用いて形成された通気性を有する布帛からなる第2層とを別個に用意し、第1層と第2層とを積層して一体化したセパレータの第1層側に正極を配置し、第2層側に負極を配置しているため、セパレータドライアウト現象を起こしにくく、しかも過充電時でも内圧の上昇を起こしにくい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るニッケル水素蓄電池の一部切欠き斜視図。
【図2】前記ニッケル水素蓄電池において用いられる電極群の断面部分図。
【図3】実施例において実施した電池の自己放電試験結果を示す図。
【図4】実施例において実施した電池のサイクル耐久試験結果を示す図。
【符号の説明】
1 ニッケル水素蓄電池
5 セパレータ
5a 第1層
5b 第2層
6 正極
7 負極
[0001]
[Industrial application fields]
  The present inventionThe present invention relates to a storage battery, particularly an alkaline storage battery.
[0002]
[Prior art and its problems]
With the reduction in size and weight of electronic devices such as mobile phones, it is required to increase the energy density while reducing the size and weight of alkaline storage batteries that are portable power sources. In order to meet such demands, various improvements and modifications of battery constituent members have been studied, such as increasing the capacity of the positive and negative electrode active materials and reducing the thickness of the battery case material. Here, the separator, which is one element of the battery constituent member, is a battery constituent member that is not directly related to the battery capacity unlike the active material or the like, but is a member that affects the miniaturization of the battery by the volume occupancy in the battery. Therefore, the thinning is a concern.
[0003]
By the way, the separator used for alkaline storage batteries is a fabric usually formed using polyolefin fibers excellent in heat resistance and oxidation resistance, and is manufactured by a dry method or a wet method. Here, the dry method is a method of producing a nonwoven fabric from polyolefin fibers by a technique such as a needle punch method, but the nonwoven fabric obtained by this method is often dense and heterogeneous, and has the required strength and short circuit resistance. In order to achieve the properties, it is necessary to set the thickness to at least about 120 μm, and it is difficult to reduce the thickness of the separator. In addition, since the average fiber diameter of the polyolefin fibers used here is a few tens of μm and is thick, the retention of the electrolyte solution decreases as the film becomes thinner, and it is difficult to hold the amount of electrolyte solution required for the battery. become.
[0004]
On the other hand, the wet method is a method for producing a non-woven fabric by making a polyolefin fiber, and since a polyolefin fiber having a smaller fiber diameter than that of the dry method can be used, the short circuit resistance and the electrolyte solution are reduced. A dense and uniform thin-film nonwoven fabric excellent in retention can be obtained. However, when the nonwoven fabric obtained by this method holds the electrolytic solution, the nonwoven fabric is uniformly held as a whole, so that the air permeability is lowered. For this reason, when such a nonwoven fabric is used as a separator for an alkaline storage battery, particularly for a sealed high energy density alkaline storage battery, it is difficult to smoothly transmit oxygen gas generated in the positive electrode to the negative electrode during overcharge. Thus, the oxygen gas absorption reaction on the negative electrode side is hindered, which may increase the internal pressure of the battery and shorten the battery life. In particular, a phenomenon in which the electrolyte is taken into the positive electrode due to repeated charge and discharge cycles, and the electrolyte in the separator becomes insufficient, increasing the internal resistance of the battery and leading to a life earlier than expected (separator dryout phenomenon) In order to prevent a shortage of the electrolyte on the positive electrode side by using an excessive electrolyte, the air permeability on the negative electrode side is further reduced, leading to an increase in the internal pressure of the battery. easy.
[0005]
In addition, the nonwoven fabric produced by the wet method has insufficient strength, and particularly when subjected to a sulfonation treatment to suppress self-discharge and increase capacity retention, the strength tends to further decrease. There is a high possibility that the battery will be damaged in the manufacturing process of the storage battery, and there is a possibility that the deterioration will progress early and a short circuit will occur in the battery.
[0006]
An object of the present invention is to realize a separator for an alkaline storage battery that achieves both electrolyte retention and air permeability.
Another object of the present invention is to realize an alkaline storage battery that hardly causes a separator dry-out phenomenon and that does not easily increase an internal pressure even during overcharge.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The alkaline storage battery of the present invention comprises a first layer comprising a breathable nonwoven fabric formed using polyolefin ultrafine fibers having an average fiber diameter of 0.5 to 9 μm, and a polyolefin fiber having an average fiber diameter of at least 10 μm. A second layer made of a fabric having air permeability formed by using the separator is separately prepared, and the first layer and the second layer are laminated and integrated, and disposed on the first layer side of the separator. The separator includes a negative electrode disposed on the second layer side of the separator, and the separator has a thickness ratio (first layer / second layer) of the first layer to the second layer of 0.1-0. Set to 6And has a sulfonic acid group.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The alkaline storage battery separator according to the present invention is configured in a two-layer structure including a first layer and a second layer.
A 1st layer consists of a nonwoven fabric which has air permeability formed using extra fine fiber. The ultrafine fibers used here are those obtained by spinning a polyolefin resin, that is, polyolefin ultrafine fibers, having an average fiber diameter of 0.5 to 9 μm, preferably 2 to 7 μm. is there. When this average fiber diameter is less than 0.5 μm, the air permeability of the first layer is lowered, and it becomes difficult to smoothly transmit oxygen gas generated when the alkaline storage battery is overcharged. On the other hand, when it exceeds 9 μm, the retention of the electrolytic solution by the separator is lowered.
[0013]
The first layer made of a nonwoven fabric using such polyolefin-based ultrafine fibers has an air permeability of at least 4 cc / cm.2It is preferably set to 1 / second. Air permeability is 4cc / cm2If it is less than / sec, it may be difficult to smoothly permeate oxygen gas generated when the alkaline storage battery is overcharged. When the separator of the present invention is used for an alkaline storage battery, the internal pressure of the battery is likely to increase. There is a possibility. The upper limit value of the air permeability of the first layer is not particularly limited, but is usually 30 cc / cm from the viewpoint of maintaining good retention of the electrolytic solution.2/ Sec or less, preferably 25 cc / cm2It is more preferable to set it to less than / sec.
[0014]
The thickness of the first layer is usually preferably set to 20 to 60 μm, and more preferably set to 25 to 50 μm. When this thickness is less than 20 micrometers, there exists a possibility that the electrolyte solution retainability of the separator of this invention may fall. On the other hand, when it exceeds 60 μm, the electrolyte retention of the separator of the present invention is further increased, but the thickness of the entire separator is increased, which may be an obstacle to miniaturization of the alkaline storage battery. is there.
[0015]
The nonwoven fabric which comprises the above-mentioned 1st layer can be manufactured by the melt blow method, for example. Specifically, the molten polyolefin resin extruded from the spinning holes (nozzles) is spun into ultrafine fibers using a high-temperature and high-speed air current blown from the periphery of the spinning holes, and this is spun on a collecting conveyor net or rotating drum. The fiber web can be formed by spraying on the fiber.
[0016]
On the other hand, the second layer is made of a fabric having air permeability. This fabric is formed using a polyolefin fiber obtained by spinning a polyolefin resin, and has various forms such as a nonwoven fabric, a woven fabric or a knitted fabric. Here, the polyolefin fiber used has an average fiber diameter of at least 10 μm. When this average fiber diameter is less than 10 μm, the mechanical strength of the separator decreases. As a result, the handling property of the separator during assembly of the alkaline storage battery is reduced, and the separator is easily broken during the repeated charge / discharge cycle, causing a short circuit, and the possibility of shortening the life of the alkaline storage battery is increased. .
[0017]
The upper limit of the average fiber diameter of the polyolefin fibers constituting the above-mentioned fabric is not particularly limited, but it is usually preferably set to 50 μm or less from the viewpoint of obtaining a fabric with good fiber dispersion. More preferably, it is set to 40 μm or less.
[0018]
The second layer made of the above-described fabric has a higher air permeability than the first layer. When the air permeability of the second layer is smaller than that of the first layer, the permeability of oxygen gas generated when the alkaline storage battery is overcharged may be reduced, and the internal pressure of the alkaline storage battery may be easily increased. Incidentally, the air permeability of the second layer is usually 35 to 150 cc / cm.2Is preferably set to 40/100 cc / cm2More preferably, it is set to / sec. Air permeability is 150cc / cm2When exceeding / sec, it may be difficult to impart the required mechanical strength to the separator.
In the present invention, the air permeability of the first layer and the second layer is determined by an air permeability test using a Frazier type tester described in JIS-1096.
[0019]
Further, the thickness of the second layer is usually preferably set to 50 to 150 μm, and more preferably set to 60 to 120 μm. When this thickness is less than 50 μm, the mechanical strength of the separator of the present invention may be insufficient. On the other hand, if it exceeds 150 μm, the mechanical strength of the separator of the present invention will increase, but the thickness of the separator as a whole will increase, which may be an obstacle to miniaturization of the alkaline storage battery.
[0020]
The polyolefin-based resin constituting the polyolefin-based ultrafine fiber and the polyolefin-based fiber used in the first layer and the second layer, respectively, is not particularly limited, and is usually a known one such as a polyethylene resin or a polypropylene resin. Various things, or a mixture thereof. Incidentally, when the ultrafine high molecular weight polyethylene fiber is blended with the polyolefin ultrafine fiber and the polyolefin fiber made of such a polyolefin resin, a separator having higher strength and short circuit resistance can be realized.
[0021]
The separator of the present invention has a two-layer structure in which the first layer and the second layer are laminated as described above, but the overall thickness is preferably normally set to 90 to 190 μm, 95 More preferably, it is set to ˜180 μm. When this thickness is less than 90 μm, the separator may have insufficient strength. On the contrary, when it exceeds 190 μm, the volume occupancy rate of the separator in the alkaline storage battery is increased, which may make it difficult to reduce the size of the alkaline storage battery.
[0022]
In the separator of the present invention, the thickness is set as described above, and the thickness ratio between the first layer and the second layer (first layer / second layer) is set to 0.1 to 0.6. It is preferable that it is set to 0.2 to 0.5. When this ratio exceeds 0.6, the strength of the separator is reduced, and the permeability of oxygen gas generated when the alkaline storage battery is overcharged may be reduced. On the other hand, when it is less than 0.1, there is a possibility that the retention of the electrolytic solution by the separator is lowered.
[0023]
The separator of the present invention has a two-layer structure in which the first layer and the second layer are laminated as described above, but preferably has ion exchange capacity. The ion exchange capacity here is a cation exchange capacity, for example, due to an acidic group such as a sulfonic acid group, a carboxyl group, or an acidic hydroxyl group. Here, it is particularly preferable that the separator of the present invention has a sulfonic acid group and exhibits ion exchange ability by the sulfonic acid group. In this case, the separator of the present invention can effectively suppress self-discharge of an alkaline storage battery, particularly a nickel metal hydride battery, and can increase the capacity retention of the battery.
[0024]
The ion exchange capacity of the separator of the present invention is preferably 0.03 to 0.5 meq / g as the exchange amount of potassium ions. When this exchange amount is less than 0.03 milliequivalent / g, the hydrophilicity of the separator and the electrolyte solution retainability are lowered, which may make it difficult to increase the energy density of the alkaline storage battery. Moreover, it becomes difficult to effectively suppress the self-discharge of the alkaline storage battery, and as a result, it may be difficult to increase the capacity retention of the alkaline storage battery. Conversely, if it exceeds 0.5 meq / g, the strength of these fibers will be reduced when such ion exchange capacity is imparted to the above-mentioned fibers constituting the first layer and the second layer. As a result, the mechanical strength of the separator is lowered.
[0025]
In addition, the ion exchange capacity in this invention is measured with the following method. When the end of the ion exchange group is a proton, 1/10 mol / dmThreeThe KOH (potassium hydroxide) aqueous solution is immersed in a separator, and the amount of KOH consumed by the neutralization reaction is determined by titration with a hydrochloric acid normal solution, and the calculation is performed based on the result. On the other hand, when a salt is bonded to the end of the ion exchange group, 1 mol / dmThreeAfter immersing the separator in a hydrogen chloride aqueous solution in advance to replace the end of the ion exchange group with a proton, the same measurement method as in the case where the end of the ion exchange group is a proton is followed.
[0026]
In the separator of the present invention, the electrolytic solution is mainly held by the first layer described above, and the required mechanical strength is imparted and the required air permeability is ensured mainly by the second layer. As a result, in the alkaline storage battery using this separator, the electrolytic solution is mainly held on the first layer side, and the distribution of the electrolytic solution is dense on the first layer side and sparse on the second layer side. become. For this reason, since the air permeability of the second layer can be ensured so as not to be hindered by the electrolytic solution, oxygen gas generated when the alkaline storage battery is overcharged can be smoothly permeated. In addition, since the required mechanical strength is imparted by the second layer, this separator can be used when assembling an alkaline storage battery even when it is set to a thin film similar to a conventional thin one manufactured by a wet method. Is easy to handle, and is not easily damaged even during repeated charge / discharge cycles, causing short circuits.
[0027]
  Next, the manufacturing method of the separator for alkaline storage batteries of this invention is demonstrated. Here, an example of manufacturing a separator having ion exchange ability by a sulfonic acid group is taken as an example.I will give you. In this method, a non-woven fabric made of the above-mentioned polyolefin-based ultrafine fibers constituting the first layer and a fabric made of the above-mentioned polyolefin-based fibers constituting the second layer are separately prepared. And the nonwoven fabric for 1st layers and the fabric for 2nd layers are laminated | stacked, and both are integrated. As a method for integrating the two, a method of bonding the two using an adhesive, a method of thermally fusing both, and a method of embossing or pinsonic processing the laminated nonwoven fabric and the fabric Etc. can be adopted.
[0029]
Next, the laminate of the first layer and the second layer formed as described above is subjected to sulfonation treatment to give sulfonic acid groups. Thereby, the target separator is obtained. In this step, the laminate is treated with a sulfonating agent such as fuming sulfuric acid, sulfurous acid gas and concentrated sulfuric acid. As a treatment method, a method of immersing the laminate in fuming sulfuric acid or concentrated sulfuric acid, a method of arranging the laminate in a sulfurous acid gas stream, and the like can be employed. In the present invention, in order to maintain the strength of the first layer and the second layer, it is preferable that the laminate is immersed in concentrated sulfuric acid set at a temperature of 100 ° C. or less to be sulfonated.
[0033]
In the above-described production method, the case of producing a separator having a sulfonic acid group as an ion exchange group has been described. However, in the case of producing a separator having a carboxyl group or an acidic hydroxyl group as an ion exchange group, a technique such as a graft polymerization method is used. Thus, it is preferable to introduce these ion exchange groups in advance into the polyolefin-based resin for forming the fibers for the first layer and the second layer.
[0034]
The separator of the present invention can be used as a separator for alkaline storage batteries such as nickel cadmium storage batteries and nickel hydride storage batteries. With reference to FIG. 1, an example of a nickel metal hydride storage battery using the separator of the present invention will be described. In the figure, a nickel metal hydride storage battery 1 mainly includes a cylindrical liquid-tight battery case 2 having a safety valve (not shown), an electrode group 3 disposed in the battery case 2, and an electrolyte 4 injected into the battery case 2. In preparation.
[0035]
As shown in FIG. 2, the electrode group 3 is made of a sheet-like member in which the positive electrode 6 and the negative electrode 7 are arranged with the separator 5 interposed therebetween, and is arranged in the battery case 2 in a state of being rolled up. ing. Here, the separator 5 is the thing of this invention which consists of a laminated body of the above-mentioned 1st layer 5a and 2nd layer 5b. The positive electrode 6 is a nickel electrode in which a nickel foam substrate is filled with an active material mainly composed of nickel hydroxide, and is disposed on the first layer 5 a side of the separator 5. On the other hand, the negative electrode 7 is a hydrogen electrode obtained by coating a perforated steel sheet with a hydrogen storage alloy together with a binder, and is disposed on the second layer 5 b side of the separator 5.
[0036]
The electrolytic solution 4 is, for example, a potassium hydroxide aqueous solution, and is injected into the battery case 2 in a state where the electrode group 3 is disposed in the battery case 2, and is impregnated in the separator 5.
Since this nickel-metal hydride battery 1 uses the thin film of the present invention as the separator 5, the volume occupancy of the separator 5 in the battery case 2 can be reduced, and as a result, it is suitable for a mobile phone or the like. It can be effectively used as a small portable power source.
[0037]
Further, in the nickel metal hydride storage battery 1, the electrolyte solution 4 impregnated in the separator 5 is mainly retained on the first layer 5 a side where the liquid retainability is good, and relatively small on the second layer 5 b side. Will be. That is, the distribution of the electrolyte solution 4 in the separator 5 is densely set on the first layer 5a, that is, the positive electrode 6 side that mainly requires the electrolyte solution, and on the second layer 5b side, that is, the negative electrode 7 side that requires air permeability. It will be set to sparse. For this reason, this nickel metal hydride storage battery 1 ensures the air permeability on the negative electrode 7 side in the separator 5 even when an excessive electrolyte 4 is injected into the battery case 2 in order to prevent the separator dry-out phenomenon. Therefore, oxygen gas generated on the positive electrode 6 side during overcharge can be smoothly transmitted to the negative electrode 7 side and absorbed. Therefore, the nickel-metal hydride storage battery 1 is unlikely to increase in internal pressure due to oxygen gas even during overcharge, and it is difficult to shorten the battery life due to the operation of a safety valve or leakage of liquid.
[0038]
Furthermore, since the nickel hydride storage battery 1 is imparted with the hydrophilicity showing the ion exchange ability as described above to the separator 5, it is difficult to self-discharge and the capacity retention is good.
[0039]
【Example】
Example 1 (Manufacture of separator for alkaline storage battery)
A polypropylene resin having a melt index of 130 g / 10 min is extruded at a temperature of 295 ° C. at a rate of a single hole discharge rate of 0.5 g / min, and this is 0.8 kg / cm.2It is made of polypropylene resin ultrafine fibers having an average fiber diameter of 3 to 4 μm by a melt-blowing method in which the airflow is set at 300 ° C. and the basis weight is 20 g / m.2To produce a nonwoven fabric (first layer nonwoven fabric) having a thickness of 40 μm. The air permeability of this first layer nonwoven fabric was measured using a Frazier type air permeability tester and found to be 10 cc / m.2/ Sec.
[0040]
Also, a polypropylene resin long fiber having an average fiber diameter of 18 μm is made, and the basis weight is 22 g / m.2A non-woven fabric (second layer non-woven fabric) having a thickness of 95 μm was produced. This second layer non-woven fabric had high air permeability and the air resistance was substantially negligible.
[0041]
Next, the 1st layer nonwoven fabric and the 2nd layer nonwoven fabric were laminated | stacked, and both were integrated by the pin sonic process, and the laminated body was obtained. The laminate was pressure adjusted with a calender roll, the thickness was 95 μm, and the basis weight was 42 g / m.2A thin base fabric for a separator was obtained. The obtained thin base fabric for a separator was immersed in 98% concentrated sulfuric acid at 80 ° C. for 1 hour for sulfonation treatment. Thereafter, the thin base fabric for separator was taken out from the concentrated sulfuric acid to remove the attached concentrated sulfuric acid, and further washed with an aqueous potassium hydroxide solution and then washed with water. Thereby, the thin separator by which the sulfonic acid group as an ion exchange group was introduce | transduced into the 1st layer nonwoven fabric and the 2nd layer nonwoven fabric was obtained. The obtained thin separator had an ion exchange capacity of 0.06 meq / g as a potassium ion exchange capacity.
[0042]
Comparative Example 1 (Manufacture of separator for alkaline storage battery)
  Polyoxyethylene alkyl, which is a nonionic surfactant, for the thin separator fabric obtained in the production process of Example 1PhenylHydrophilicity was imparted by treatment with ether. Thereby, a thin separator was obtained.
[0043]
Comparative Example 2 (Manufacture of separator for alkaline storage battery)
Polypropylene resin fibers having an average fiber diameter of 15 μm are used, and the thickness is 95 μm and the basis weight is 42 g / m by the needle punch method.2A thin base fabric for a separator made of a non-woven fabric was obtained. The thin base separator fabric was subjected to sulfonation treatment and washing treatment in the same manner as in Example 1 to obtain a thin separator.
[0044]
Example 2 (Manufacture of nickel metal hydride storage battery)
A flexible cathode plate was manufactured by filling a nickel foam substrate having a porosity of 95% with an active material containing nickel hydroxide as a main component. In addition, rare earth AB having a ternary composition of MmNiAlCoMn with respect to a perforated steel sheetFiveType hydrogen storage alloy was applied together with a binder to produce a flexible negative electrode plate.
[0045]
A positive electrode plate was laminated on the first layer nonwoven fabric side of the thin separator obtained in Example 1, and a negative electrode plate was laminated on the second nonwoven fabric side, and this laminate was wound in a spiral shape to produce an electrode group. At this time, the thin separator was not damaged, and a short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode plate did not occur. Next, this electrode group was inserted into a cylindrical battery case having a safety valve, and an alkaline electrolyte composed of an aqueous potassium hydroxide solution was injected into the battery case, and then the battery case was sealed and sealed. As a result, an AA size nickel metal hydride storage battery (A) having an energy density of 1,500 mAh was produced.
[0046]
Comparative Example 3 (Manufacture of nickel metal hydride storage battery)
Using the thin separator obtained in Comparative Example 1, the same nickel metal hydride storage battery (B) as in Example 2 was produced.
[0047]
Comparative Example 4 (Manufacture of nickel metal hydride storage battery)
A nickel-metal hydride storage battery (C) similar to that of Example 2 was produced using the thin separator obtained in Comparative Example 2. At this time, when the laminate composed of the positive electrode plate, the thin separator and the negative electrode plate was wound, a crack was generated in the thin separator, and a short circuit was observed.
[0048]
Comparative Example 5 (Manufacture of nickel metal hydride storage battery)
A nickel-metal hydride storage battery (D) similar to that of Example 2 except that a negative electrode plate is laminated on the first layer nonwoven fabric side of the thin separator obtained in Example 1 and a positive electrode plate is laminated on the second layer nonwoven fabric side. Manufactured.
[0049]
Evaluation
About the nickel hydride storage battery (A)-(D) obtained in Example 2 and Comparative Examples 3-5, the overcharge test was implemented by the following method. Moreover, about the nickel metal hydride battery (A)-(C), the self-discharge test and the cycle durability test were further implemented with the following method.
[0050]
Overcharge test
Each nickel metal hydride storage battery was activated by charging and discharging several cycles, and then continuously charged at 20 ° C. with a current value of 0.1 CmA for 48 hours. In the battery (A) of Example 2, no abnormality due to an increase in the internal pressure of the battery such as operation of a safety valve or leakage was observed. On the other hand, in the batteries (B) to (D) of the respective comparative examples, the safety valve was activated and liquid leakage was recognized.
[0051]
Batteries (B) and (C) have reached the above results because of the low electrolyte retention of the thin separator, so that there is free electrolyte on the electrode surface, which occurs on the positive electrode side during overcharge. This is probably because permeation of the oxygen gas to the negative electrode side was hindered and the absorption reaction by the negative electrode did not proceed smoothly. Further, the result of the battery (D) is that the electrolyte solution is densely distributed on the negative electrode side of the separator, so that the permeation of oxygen gas is similarly prevented, and the absorption reaction of oxygen gas by the negative electrode is inhibited. It seems to be.
[0052]
Incidentally, with respect to the thin separator according to Example 1 used in the battery (A) and the thin separator according to Comparative Example 2 used in the battery (C), the electrolyte retention rate during pressurization (1 kgf / cm).2) Was found to be 170% and 90%, respectively, and it was found that the thin-film separator according to Example 1 has excellent electrolyte retention.
[0053]
Self-discharge test
Each nickel-metal hydride storage battery is fully charged to 150% of capacity at a current value of 0.1 CmA in an environment at an ambient temperature of 20 ° C., and then discharged until the battery voltage reaches 1 V at a current value of 0.2 CmA. The battery capacity of was determined. Next, each battery was fully charged again under the same conditions and left in a 45 ° C. thermostat. In addition, the leaving period was set to two types of 7 days and 35 days.
[0054]
After leaving, the battery was discharged under the same conditions as described above to determine the battery capacity. Then, the ratio of the battery capacity after being left to the initial battery capacity was determined, and this was used as the capacity retention rate. The results are shown in FIG. From FIG. 3, it can be seen that the battery (A) exhibits an excellent capacity retention rate over the batteries (B) and (C) and is difficult to self-discharge.
[0055]
Cycle durability test
Each nickel metal hydride battery was charged to 120% of the capacity at a current value of 0.3 CmA in an environment at an ambient temperature of 20 ° C., and discharged until the battery voltage reached 1 V at a current value of 0.5 CmA. Each battery was repeatedly charged / discharged with this charging / discharging operation as one cycle, and the discharge capacity and the change in internal resistance for each cycle were measured. The results are shown in FIG.
[0056]
As shown in FIG. 4, the battery (A) shows a stable cycle characteristic for a long time, but the battery (B) has an early increase in internal resistance and the capacity is reduced, and the battery (C) is lower than the battery (B). Although the cycle characteristics are relatively stable, it can be seen that the internal resistance gradually increases and the capacity decreases. The reason why the internal resistance of the battery (B) increased early was thought to be that the surfactant applied to the separator was released or decomposed early, and thereby the hydrophilicity of the separator itself was reduced early. On the other hand, the reason why the internal resistance gradually increased in the battery (C) seems to be that the positive electrode gradually swelled as the charge / discharge cycle was repeated, thereby causing a separator dry-out phenomenon.
[0057]
Incidentally, when the battery (A) was disassembled, although the positive electrode was swollen, it was confirmed that the electrolyte was held in the separator, particularly on the first layer nonwoven fabric side, which suppressed the separator dry-out phenomenon. It was confirmed that
[0059]
【The invention's effect】
  Of the present inventionAlkaline storage batteryA first layer composed of a non-woven fabric having breathability formed using polyolefin ultrafine fibers having an average fiber diameter of 0.5 to 9 μm, and a breathability formed using polyolefin fibers having an average fiber diameter of at least 10 μm. And separately preparing a second layer made of a fabric having a first layer and a second layer laminated together.Since the positive electrode is disposed on the first layer side of the separator and the negative electrode is disposed on the second layer side, the separator dry-out phenomenon is unlikely to occur, and the internal pressure is unlikely to increase even during overcharge.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a nickel metal hydride storage battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial sectional view of an electrode group used in the nickel metal hydride storage battery.
FIG. 3 is a diagram showing a result of a self-discharge test of a battery carried out in an example.
FIG. 4 is a diagram showing a cycle durability test result of a battery implemented in an example.
[Explanation of symbols]
1 Nickel metal hydride storage battery
5 Separator
5a 1st layer
5b Second layer
6 Positive electrode
7 Negative electrode

Claims (1)

平均繊維径が0.5〜9μmのポリオレフィン系極細繊維を用いて形成された通気性を有する不織布からなる第1層と、平均繊維径が少なくとも10μmのポリオレフィン系繊維を用いて形成された通気性を有する布帛からなる第2層とを別個に用意し、前記第1層と前記第2層とを積層して一体化したセパレータと、
前記セパレータの前記第1層側に配置された正極と、
前記セパレータの前記第2層側に配置された負極とを備え、
前記セパレータは、前記第1層と前記第2層との厚さの比率(第1層/第2層)が0.1〜0.6に設定されており、前記セパレータはスルホン酸基を有する、
アルカリ蓄電池。
A first layer made of a non-woven fabric having air permeability formed using polyolefin ultrafine fibers having an average fiber diameter of 0.5 to 9 μm, and an air permeability formed using polyolefin fibers having an average fiber diameter of at least 10 μm. A second layer made of a fabric having a separator, and a separator in which the first layer and the second layer are laminated and integrated;
A positive electrode disposed on the first layer side of the separator;
A negative electrode disposed on the second layer side of the separator,
In the separator, the thickness ratio (first layer / second layer) between the first layer and the second layer is set to 0.1 to 0.6, and the separator has a sulfonic acid group. ,
Alkaline storage battery.
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