JPH11162440A - アルカリ蓄電池の製造方法 - Google Patents
アルカリ蓄電池の製造方法Info
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Abstract
生率が低く、かつ、電池内圧特性の優れたセパレータを
備えたアルカリ蓄電池を提供しようとすることを本発明
の課題とする。 【構成】 ポリオレフィン系樹脂を主成分とする繊維か
らなる不織布に親水化処理を施したセパレータを備えた
アルカリ蓄電池の製造方法であって、前記セパレータの
前記親水化処理を厚み加工前に施し、且つ前記厚み加工
を下記数1に示すセパレータの見かけ密度が0.40g
/cm3以上になるよう厚み加工することを特徴とす
る。 【数1】
Description
電池、ニッケル・カドミウム蓄電池及びニッケル・亜鉛
蓄電池などのアルカリ蓄電池に関し、特に改良されたセ
パレータを備えたアルカリ蓄電池に関する。
タには正負極間の絶縁性と電解液を保持する親水性、ガ
ス透過性が要求される。さらに高濃度アルカリ電解液に
対し耐食性も要求されることから、最近はポリオレフィ
ン系樹脂を主成分とする繊維よりなる不織布に適当な親
水化処理を施したセパレータがよく用いられている。
いては、正極と、負極と、アルカリ電解液と、正極と負
極との間に介装されたセパレータとを備えたアルカリ二
次電池が開示されており、その電池のセパレータとして
親水性を有する合成パルプを添加したポリオレフィン樹
脂繊維からなる不織布にコロナ放電処理を施したものが
提案されている。
には不織布の目付を大きくすることが効果的であるが、
電池の高容量化を行うためには逆に目付を小さくしてで
きるだけセパレータの占有体積を小さくすることが望ま
れている。そこで、低目付で且つ絶縁性を高めるために
は、カレンダー処理等を施してセパレータの厚み加工を
行う際にできるだけ高密度に加工することが有効である
が、高密度に厚み加工を行うとセパレータ内の空間体積
が減少し保液性及びガスの透過性が低下するため、電池
内部圧力が大きく上昇し、その結果、電池に設けられた
安全弁が作動して、電解液が電池外装缶の外へ排出され
サイクル寿命が大きく低下するという問題が生じる。
に鑑みてなされたものであり、セパレータの薄型化及び
低目付化を行っても、ショート発生率が低く、且つ、電
解液の保液性及びガス透過性の優れたセパレータを備え
たアルカリ蓄電池を提供しようとすることを本発明の課
題とする。
の製造方法は、ポリオレフィン系樹脂を主成分とする繊
維からなる不織布に親水化処理を施したセパレータを備
えたアルカリ蓄電池の製造方法であって、前記セパレー
タの前記親水化処理を厚み加工前に施し、且つ前記厚み
加工を下記数2に示すセパレータの見かけ密度が0.4
0g/cm3以上になるよう厚み加工することを特徴と
する。
法は、セパレータの上記数2に定義される見かけ密度を
0.40g/cm3以上に厚み加工を行い、かつ親水化
処理をこの厚み加工前に行うことを特徴としている。こ
のような処理を施すことによって、繊維に十分に親水性
を与えることができ、低目付(40〜60g/m2)で
も絶縁性を低下させることなく電池内部圧力の上昇を抑
制することができる。
割繊維を水流交絡し繊維同士の絡みを高めることで向上
させることができるが、この繊維を用いた不織布に厚み
加工前に親水化処理を用いることはより効果的である。
つまり、繊維表面積が大きく、且つ密度の高い不織布に
対しては、厚み加工前に親水化処理を行うことが電池内
部圧力の上昇を抑制する効果が大きい。
における平均繊維径を15〜20μmとする繊維を使用
する。そして、高圧水流をかけることにより、平均繊維
径が約4〜10μmの繊維に分割され、このように分割
された繊維同士が互いに絡み合うことで強度の大きいセ
パレータが得られる。
のもうひとつの手段として融着繊維を用いることがよく
知られているが、この場合特に厚み加工によって大きな
ガス透過性の低下を招く。従って、融着繊維を用いた場
合にも厚み加工前に親水化処理を行うことがより有効に
なり、且つ厚み加工時の温度は50℃以上90℃の範囲
で行うことがより望ましい。
を施すことが有効である。これは、一般的にコロナ放電
処理は比較的弱い処理のため、スルフォン化処理などと
比べると繊維に大きなダメージを与えないため、耐ショ
ート性の低下が小さい。
い繊維密度に厚み加工した後にこの処理を行っても十分
な親水性が得られない。そこで、厚み加工前にコロナ放
電による親水化処理を行うことで耐ショート性を維持し
つつ且つ親水効果を得ることができる。
説明する。
する活物質粉末100重量部と0.2重量部のヒドロキ
シプロピルセルロースを溶解させた水溶液50重量部と
を混合して活物質スラリーを作製した。この活物質スラ
リーを多孔度95%の発泡ニッケルに充填し、乾燥した
後、これを圧延してニッケル電極を作製した。
した水素吸蔵合金粉末にポリテトラフルオロエチレン等
の結着剤と、適量の水とを加えて混合し、水素吸蔵合金
ペーストを調整した。これをパンチングメタルの両面に
塗付した後、プレスして水素吸蔵合金電極を作製した。
リエチレンの2種類の高分子樹脂を放射状に配列してな
る繊維径約15μmの複合分割繊維50重量部と、中心
をポリプロピレンとしてその表面にポリエチレンを配列
してなる芯鞘構造を持つ繊維径約15μmの融着繊維を
20重量部と繊維径約10μmのポリプロピレン繊維を
30重量部混合して、通常の乾式法によって繊維を立体
的に集合して目付が56g/m2になるよう抄紙してシ
ート状とし、加熱して低融点高分子樹脂であるポリエチ
レンを溶融させて繊維の交点を熱溶着して不織布とす
る。このように作製した不織布に対して、水流絡合処理
して、前記複合分割繊維をより多数本に分割して、その
分割後の繊維を約4〜10μmとした。その後、親水化
処理としてコロナ放電処理を施した。その後、50℃の
温度で、カレンダー処理を施して0.14mmの厚みに
なるように加工した本発明セパレータa1を準備した。
このとき、本発明セパレータa1の見かけ密度は、0.
40g/cm3である。
正極1、負極2及びセパレータ3を用いて図1に示すよ
うな本発明電池A1を100セル作製した。
ル水素電池の一例を示す断面図であり、ニッケル活物質
からなる正極1と、水素吸蔵合金粉末を有する負極2
と、これら正負両極板1、2間に介装されたセパレータ
3とからなる電極群4は渦巻状に巻回されており、電池
ケース6内に配置した後、30%KOH水溶液からなる
電解液を注入している。そして、上記負極2は負極集電
体5により電池ケース6の底辺部に接続されている。
ト11を介在させて、中央部が開口された封口板12が
配設され、この封口板12に正極端子13が装着されて
いる。この中央部が開口された封口板12には、弁板
8、押え板9が載置され、前記おさえ板9はスプリング
10で押圧する構成となっている。また、正極端子13
と正極板1は正極集電体7及び前記封口板12を介して
接続されている。なお、前記弁板8、おさえ板9、コイ
ルスプリング10は、電池内圧が上昇したときに矢印A
方向に押圧されて、前記弁板部に間隙が生じ内部のガス
を大気中に放出できるように構成されている。
タの作製方法において、厚みが0.12mmになるよう
に厚み加工を施して見かけ密度を0.47g/cm3と
してセパレータを作製した以外は、上記実施例1と同様
にして本発明電池A2を100セル作製した。
タの作製方法において、厚みが0.10mmになるよう
に厚み加工を施して見かけ密度を0.56g/cm3 と
してセパレータを作製した以外は、上記実施例1と同様
にして本発明電池A3を100セル作製した。
タの作製方法において、目付が51g/m2になるよう
に調整したセパレータを用いて、厚みが0.12mmに
なるように厚み加工を施して見かけ密度を0.43g/
cm3としてセパレータを作製した以外は、上記実施例
1と同様にして本発明電池A4を100セル作製した。
タの作製方法において、目付が51g/m2になるよう
に調整したセパレータを用いて、厚みが0.10mmに
なるように厚み加工を施して見かけ密度を0.51g/
cm3としてセパレータを作製した以外は、上記実施例
1と同様にして本発明電池A5を100セル作製した。
タの作製方法において、目付が44g/m2になるよう
に調整したセパレータを用いて、厚みが0.10mmに
なるように厚み加工を施して見かけ密度を0.44g/
cm3としてセパレータを作製した以外は、上記実施例
1と同様にして本発明電池A6を100セル作製した。
の表面にポリエチレンを配列してなる芯鞘構造を持つ繊
維径約15μmの融着繊維を70重量部と繊維径約10
μmのポリプロピレン繊維を30重量部混合して、通常
の乾式法によって繊維を立体的に集合してシート状と
し、加熱して低融点高分子樹脂であるポリエチレンを溶
融させて繊維の交点を熱溶着して目付けが56g/m2
の不織布とする。その後、この不織布を親水化処理とし
てコロナ放電処理を施した後、50℃の温度で厚みが
0.14mmになるように厚み加工を施して見かけ密度
を0.40g/cm3としてセパレータを作製した以外
は、上記実施例1と同様にして本発明電池A7を100
セル作製した。
タの作製方法において、目付56g/m2のセパレータ
を用いて、厚みが0.18mmになるように厚み加工を
施して見かけ密度を0.31g/cm3としてセパレー
タを作製した以外は、上記実施例1と同様にして比較電
池X1を100セル作製した。
タの作製方法において、目付56g/m2のセパレータ
を用いて、厚みが0.18mmになるように厚み加工を
施して見かけ密度を0.31g/cm3とした後、親水
化処理としてコロナ放電処理を行ってセパレータを作製
した以外は、上記実施例1と同様にして比較電池X2を
100セル作製した。
タの作製方法において、親水化処理を全く施さないでセ
パレータを作製した以外は、上記実施例1と同様にして
比較電池X3を100セル作製した。
タの作製方法において、目付56g/m2のセパレータ
を用いて、厚みが0.14mmになるように厚み加工を
施して見かけ密度を0.40g/cm3とした後、親水
化処理としてコロナ放電処理を行ってセパレータを作製
した以外は、上記実施例1と同様にして比較電池X4を
100セル作製した。
タの作製方法において、目付56g/m2のセパレータ
を用いて、厚みが0.12mmになるように厚み加工を
施して見かけ密度を0.47g/cm3とした後、親水
化処理としてコロナ放電処理を行ってセパレータを作製
した以外は、上記実施例1と同様にして比較電池X5を
100セル作製した。
タの作製方法において、目付56g/m2のセパレータ
を用いて、厚みが0.10mmになるように厚み加工を
施して見かけ密度を0.56g/cm3とした後、親水
化処理としてコロナ放電処理を行ってセパレータを作製
した以外は、上記実施例1と同様にして比較電池X6を
100セル作製した。
タの作製方法において、目付が56g/m2のセパレー
タを用いて、厚みが0.14mmになるように厚み加工
を施して見かけ密度を0.40g/cm3とした後、親
水化処理としてコロナ放電処理を行ってセパレータを作
製した以外は、上記実施例7と同様にして比較電池X7
を100セル作製した。
測定し、1.5kΩ以下をショートとして判定し、ショ
ート率を算出し、その結果を下記表1に示す。
較電池X1〜X8の各種電池について、電流120mA
で16時間充電した後、1時間休止し、電流240mA
で放電終止電圧1.0Vになるまで放電した後、1時間
休止するというサイクルを3回繰り返して電池を活性化
した。
について1200mAで充電を行い、1時間経過時点で
の電池内部圧力を測定し、その結果を下記表1に示す。
cm3であるセパレータを用いた比較電池X1及びX2
は電池作製時に5%以上のショート発生が見られたのに
対し、見かけ密度が0.40g/cm3以上のセパレー
タを用いた本発明電池A1〜A7はいずれも2%以下の
ショート発生率であった。ここで、発生したショート電
池を解体し、ショート原因を調査した結果、正極の基材
がセパレータを貫通し負極に接触していることがわかっ
た。このことから、セパレータの見かけ密度を0.40
g/cm3以上にすることで、耐貫通性が向上したもの
と考えられる。
上であっても、親水化処理をしていない比較電池X3、
及び厚み加工後に親水化処理した比較電池X4〜X7で
は、ショート発生率は低いものの、電池内部圧力はいず
れにおいても約9kgf/cm2以上であった。これに
対し厚み加工前に親水化処理を行った本発明電池A1〜
A7の電池内部圧力はいずれもおよそ約8kgf/cm
2未満に低減させることができた。これは、厚み加工前
に親水化処理を施すことで厚み方向の内部繊維の表面に
十分に親水化処理が行われたために、電解液に対する親
和性が向上し、ガス透過性が向上したためと考えられ
る。
れる分割繊維を含んだ不織布及び含んでいない不織布に
それぞれ厚み加工後に親水化処理を施したセパレータを
用いた比較電池X4及びX7では、電池内部圧力はそれ
ぞれ9.7kgf/cm2 及び9.9kgf/cm2と
どちらも大きな違いは見られなかった。これに対し、こ
れらの不織布にそれぞれ厚み加工前に親水化処理を施し
たセパレータを用いた本発明電池A1とA7の電池内部
圧力はそれぞれ、6.5kgf/cm2と7.8kgf
/cm2 であり、いずれも内圧低減に効果がみられた
が、特に分割繊維を含むセパレータを用いた本発明電池
A1の方が分割繊維を含まないセパレータを用いた本発
明電池A7よりもその効果が大きかった。これは、分割
繊維を用いたことによる繊維表面積の増大効果を十分に
発揮させることができたためと考えられる。
において、厚み加工時の温度を50℃に代えて、25
℃、70℃、90℃、100℃とした4種のセパレータ
を準備して、上記実施例1と同様にして本発明電池A
8,A9,A10,A11の4種の電池を作製した。
11及び比較電池X1及びX4について、前記[実験1]と
同様に、以下の2種の試験を行い、その結果を下記表2
に示す。
測定し、1.5kΩ以下をショートとして判定し、ショ
ート率を算出し、その結果を下記表2に示す。
較電池X1及びX4の各種電池について、電流120m
Aで16時間充電した後、1時間休止し、電流240m
Aで放電終止電圧1.0Vになるまで放電した後、1時
間休止するというサイクルを3回繰り返して電池を活性
化した。
について1200mAで充電を行い、1時間経過時点で
の電池内部圧力を測定し、その結果を下記表2に示す。
使用したセパレータの厚み加工を50℃〜90℃の範囲
で行うと、ショート発生率を格段に減少させることがで
き、特に好ましくは50℃〜70℃の範囲である。
処理による親水化処理を施した後、厚みが0.18mm(見か
け密度0.31g/cm3)になるように50℃で厚み加
工を行ったセパレータを使用した比較電池X1のショー
ト発生率が5%であったのに対し、厚みが0.14mm(見か
け密度0.40g/cm3)に種々の温度で厚み加工し
たセパレータを用いた本発明電池A1及びA8〜A11は
いずれもショート発生率が3%以下であり、特に本発明
電池A1及びA9については、ショート発生率は0%で
あった。
0.40g/cm3以上とすることで、セパレータの耐
貫通性が向上し、特に融着繊維を含む不織布を50℃〜
70℃で厚み加工することで、セパレータの耐貫通性が
顕著に向上したものと考えられる。
み加工を行った後に親水化処理を施したセパレータを用
いた比較電池X4のショート発生率は1%と低かったも
のの電池内部圧力が9.7kgf/cm2と高かったの
に対し、本発明電池A1及びA8〜A11の電池内部圧力
は約6〜7kgf/cm2と低かった。
とによって、厚み方向の内部繊維の表面に十分に親水化
処理が行われたため、電解液に対する親和性が向上し、
ガス透過性が増したためであると考えられる。
にセパレータを存在させたために、電池缶底部に集電体
を介在させたが、これに限らず、電極体の最外周に位置
する負極を電池缶に直接接触させる構造の電池を用いて
も良い。このような最外周接触構造の電池の場合では、
最外周のセパレータが不要なため、その分の占有体積を
正負極板に置き換えるといった高容量化技術として有効
であるが、保液材としてのセパレータが少なくなるた
め、電解液量が同一である場合には、液余りを起こしや
すくガス透過性が不利になると考えられる。従って、本
発明のセパレータによる内圧上昇の抑制効果は、このよ
うな最外周接触構造の電池においても、十分な効果が期
待できる。
ータの見かけ密度を0.40g/cm 3以上とし、か
つ、セパレータの厚み加工前に、コロナ放電処理等によ
る親水化処理をすることで、セパレータの強度が向上す
ると共に、ガス透過性の優れたものが得られるので、シ
ョート発生率が低く、電池内部圧力の低減したアルカリ
蓄電池を製造することができる。また、セパレータの薄
型化が可能であるので、高容量のアルカリ蓄電池を得る
ことができる。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 ポリオレフィン系樹脂を主成分とする繊
維からなる不織布に親水化処理を施したセパレータを備
えたアルカリ蓄電池の製造方法であって、前記セパレー
タの前記親水化処理を厚み加工前に施し、且つ、前記厚
み加工を下記数1に示すセパレータの見かけ密度が0.
40g/cm3以上になるよう厚み加工することを特徴
とするアルカリ蓄電池の製造方法。 【数1】 - 【請求項2】 前記セパレータを構成する繊維のうち少
なくとも1種以上が水流交絡後に繊維径が10μm以下
になるような分割繊維からなる不織布に水流交絡を行っ
た後に、親水化処理を施し、その後、厚み加工を行うこ
とを特徴とする請求項1記載のアルカリ蓄電池の製造方
法。 - 【請求項3】 前記ポリオレフィン系樹脂を主成分とす
る繊維のうち少なくとも1種以上が複合融着繊維からな
るセパレータであって、前記厚み加工を50℃以上90
℃以下の範囲で行うことを特徴とする請求項1記載のア
ルカリ蓄電池の製造方法。 - 【請求項4】 前記セパレータの親水化処理としてコロ
ナ放電処理を施すことを特徴とする請求項1、請求項2
または請求項3記載のアルカリ蓄電池の製造方法。
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JPH11162440A true JPH11162440A (ja) | 1999-06-18 |
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